JP4745223B2 - 触媒を充填する方法および装置 - Google Patents

Description

[0001]本発明は、一般に、粒子状材料をチューブに充填する方法および装置に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、一般に、触媒を主改質炉（primary reformer furmace）のチューブに充填する方法および装置に関する。

関連技術の説明

[0002]アンモニア、水素およびメタノールの製造で使用されるもののような主改質炉は、一般に、触媒粒子で満たされた数十または数百の熱伝導チューブを用いる。これらのチューブに、最初に、触媒を充填しなければならず、また使用された触媒は、定期的に新しい触媒と取り替えなければならない。チューブの充填中に余りにも急激にまたは不均一に触媒粒子がチューブに導入されると、触媒充填の中に空隙が容易に生じることがある。また、チューブの充填中に触媒粒子が過度に自由落下できるとすると、触媒粒子が割れるか、またはつぶれることがある。空隙や、つぶれた触媒は、局部的な密度変動を生じさせ、また最適とは言えない触媒密度としてしまう。局部的な密度変動はチューブごとに異なり、チューブ全体にわたって圧力降下の変動を引き起こす。この変動は、結果として、マルチチューブ反応器中のガス分布のゆがみとなり、そして、反応器の動作中に、チューブ全体にわたって不均一な温度分布を引き起こす。結果として生じたチューブの熱的および機械的応力で、チューブの有効寿命が減少することがある。空隙を減少させるために、チューブの上部を軽く叩くか揺り動かすような方法で、チューブを振動させることができる。しかし、これは手間がかかり、かつ充填作業を遅らせる。その上、軽く叩くことまたは振動で、チューブが余分な機械的応力にさらされるおそれがある。触媒粒子の過剰なつぶれまたは割れが充填中に起こる場合、唯一の救済はチューブから全ての触媒を取り出し、適切に充填し直すことである。これは、相当に手間がかさみ、そして結果として、高価な触媒の損失となる。

[0003]密度変動を減少させる１つの方法は、最初に触媒が充填された軟性プラスチックのような材料で作られた短いソケットまたはソケット状部材を利用するものである。触媒は、製造業者からすでにソケットの形態で届けられる。チューブに充填する場合、触媒が充填されたソケットはラインに締結され、各チューブの底部に向かって下降される。そして、ラインを急激に引くことで、ソケットの底部が開き、触媒は僅かな自由落下でチューブ内に流れ込む。しかし、この方法に関してはいくつかの問題点がある。この方法で１本のチューブに充填するには、通常、複数のソケットが必要であり、これによりこの方法は手間がかかる。時にはソケットが早く開きすぎて、触媒粒子が、長い距離を落下し、かつ重力で十分に高速となって、チューブの底部に当たったときにつぶれるか割れる場合がある。ソケットが触媒粒子間に空隙を含むと、一般に、ソケットが空になったとき、対応する空隙がチューブ内に生じる。その結果、チューブ全体にわたって適度に一様なガス分布を確保するために、チューブを軽く叩くか振動させなければならない。

[0004]チューブ内への触媒の良好な一様な詰込みを達成する別の方法は、チューブに水を満たしそれから触媒を注ぎ込むことを含む。しかし、この方法は、後で水を完全に除去することを必要とする。水の除去および必要な後の乾燥には長い時間がかかる。その上、使用された水は特殊な処理を必要とし、時間およびコストを増す。

[0005]ＲＤ特許出願ＲＤ−２５３０４０−Ａには、ゆっくり回転する構成を備える給送装置によって触媒をチューブの上部に加えて、チューブに触媒を充填する方法が記載されている。触媒は、傾斜した／横プロペラ羽またはブラシの付いたロッドが入っている導管を通して、容器から運ばれる。そして、触媒粒子は、触媒チューブの上端に運ばれ、チューブの中に滑らかに落下される。しかし、チューブに一様に充填するために、粒子はゆっくり追加されなければならない。さらに、特に充填作業の最初の部分で、触媒は相当な長さを落下し、それによって、落下中に触媒が圧壊されるおそれがある。したがって、チューブの垂直方向の長さにわたって粒子が不均一に密集することがあり、また充填時間が長くなることがある。

[0006]したがって、経済的に製造することができ、かつ所定の反応器の特定の装填条件に対応するように容易に構成可能である触媒装填ツールが必要とされている。また、触媒粒子を破壊することなしに反応器チューブに一様に充填することを可能にする触媒装填ツールがさらに必要とされている。

発明の概要

[0007]本発明の実施形態は、概して述べるならば、触媒粒子の破損を防止し、かつ触媒をチューブ内に最適密度で一様に充填する方法および装置に関する。チューブを迅速に充填するためには、触媒粒子をチューブ内に直接移すことができる。しかし、触媒のつぶれや破損、およびチューブ内で触媒空隙の形成が起きるのを回避するために、装填ツールは触媒の落下を和らげ、かつチューブの一様な充填を実現する。この装填ツールは、複数のダンパー部材が設けられた、ロッド、ライン、チェーン、または同様なもののような中心部材を備えている。ダンパー部材は、様々な態様で形成することができるが、チューブの内径よりも小さな半径方向の延長部分を各々有している。作用について述べる。中心部材は、充填動作中に、チューブが満ちるにつれて同時に徐々に持ち上げられている間に、急激に引くことができる。或いは、中心部材の最下端が追加される触媒の予想充填レベルより僅かに上である状態で、中心部材は静止した状態のままとすることができる。どちらの動作の形態においても、制限された、予め決められた量の触媒が、中心部材の最下端の位置の定期的な調整を可能にするように、連続して導入される。ダンパー部材は、触媒の落下速度を減少させ、真っ直ぐ下向きの経路での落下から粒子を偏向させる。これは、充填中に触媒粒子のブリッジ形成が起きるのを回避する。ダンパー部材および中心部材の型式および形は、特定の場合、触媒粒子の実際の形およびチューブ直径に適応させることができる。ダンパー部材は、任意の特定の軸方向位置でチューブの断面積の相当部分を占めないので、剛性であってもよく、または可撓性であってもよい。中心部材の最下端の高さは、中心部材の最下端が触媒界面に接触したときに緊張状態から弛緩状態への中心部材の変化を物理的に感じて、手操作で定期的に調整することができる。本発明の他の実施形態では、触媒界面との接触を可視的または聴覚的に指示するように中心部材の上部に情報伝達するセンサ部材を、中心部材の下部に配置することもできる。

[0008]以下の実施形態を参照することで、上で簡単に要約した本発明のより詳細な説明が可能となり、上で説明した本発明の特徴を詳細に理解することができるであろう。その実施形態のいくつかは、添付の図面に示されている。しかし、添付図面は、本発明の代表的な実施形態だけを示し、したがって本発明の範囲を制限するように考えるべきでないことを留意されたい。これは、本発明が他の同様に有効な実施形態を認め得るからである。

好ましい実施形態の詳細な説明

[0012]図１は、反応器の触媒チューブのようなチューブ１０を示す。図示のように、粒子１２がチューブ１０に直接落ちるようにしてチューブ１０に充填すると、空隙１４や壊れた粒子１６が生じる。

[0013]図２は、装填ツール２０を含むチューブ１０内に落とし込まれる触媒等の粒子１２を示している。装填ツール２０は、ワイヤ、ライン、チェーン、ロッドまたは同様なもののような中心部材２２と、チューブ１０の縦方向長さに沿って実質的に周方向全体にカバーされるよう中心部材２２にほぼ横向きで軸方向に配列された複数のダンパー部材２４とを備える。中心部材２２は剛性のあるものでもよく、または可撓性のあるものでもよい。中心部材２２のダンパー部材２４同士間の距離は実質的に等しくてもよく、または異なったものであってもよい。複数のダンパー部材２４は、粒子１２の落下速度を減少させ、かつ真っ直ぐ下向きの経路での落下から粒子を偏向させる。ダンパー部材２４は、どの特定の軸方向位置でもチューブ１０の断面積の相当部分を占めることはないので、ダンパー部材２４は剛性、可撓性のいずれでもよく、また粒子１２を落下させることができる。装填ツール２０は、軸線に沿って両方向に動作ないしは急激に引き動かすことができ、チューブが満たされるにつれてチューブ１０から徐々に引き出される。或いは、装填ツール２０は、触媒が追加されている間、静止した状態のままとし、その後、触媒充填シーケンスと次の触媒充填シーケンスの間においてチューブ内で上方に向けて引っ張られてもよい。装填ツール２０がチューブ１０から取り出される場合、中心部材２２中に配置され得る結合シャックル付きアイレットのような継手２８のところで装填ツール２０は部分に分解されることができる。したがって、チューブ１０の外で取り扱わなければならない装填ツール２０の量は、中心部材２２の継手２８同士間の長さに限られる。粒子１２は、充填が完了した後で取り除かれる漏斗２６を通してチューブ１０内に流入される。なお、当技術分野で知られている他の方法によって、粒子１２をチューブに追加することもできる。

[0014]図３は、ダンパー部材２４の一実施形態を示す。図示のように、ダンパー部材２４は、安価で容易に調整可能な市販の締結具であり、装填ツール２０の中心部材２２のまわりに長手部材３２を取り付ける固定部分３０を有している。また、長手部材３２は、固定部分３０の一方の側にループを形成するために、固定部分３０の一部を逆方向に貫通されている。ダンパー部材２４の固定部分３０および長手部材３２は、様々な剛性の程度を有する金属またはプラスチックで作ることができる。ダンパー部材２４の整形および、長さ、剛性、数、中心部材２２の軸方向間隔、その他の変形は、チューブ１０に充填されるべき材料およびチューブ１０の大きさに適応させることができる。ダンパー部材２４は安価で、かつ容易に調整することができるので、これらの変形に対応させることができる。

[0015]中心部材の最下端の高さの定期的な調整は、手作業で行なうことができる。大量の水の底部に接触する錘の付いた釣り糸からの感覚と同じように、中心部材の最下端が触媒界面に接触するときの緊張状態から弛緩状態への中心部材の変化を物理的に感じることで、この調整を行うことができる。本発明の一実施形態では、中心部材の最下端にセンサ部材を追加して、定期的な調整を助けることができる。このセンサ部材は、中心部材の上端に情報伝達され、触媒界面との接触を視覚的または聴覚的に示すことができる。

[0016]以上、本発明の実施形態に沿って、新規で再現可能でかつ素早い充填方法を開示した。本方法は、充填作業中の粒子のつぶれが起きない程度に粒子に対して穏やかなものである。また、チューブの一様な充填が得られ、その結果として、触媒を充填されたチューブが稼働中である場合に、不均一な温度分布が回避される。さらに、時間がかかりかつチューブに損傷を与えるチューブを軽く叩くこと／振動させることなしに、チューブ中の一様な粒子密度が達成される。その結果、充填中だけでなく、またチューブを軽く叩く必要が無いので、時間が節約される。本方法は簡単で、経済的であり、さらに、素早くかつ容易に修正することができる。その上、本方法は、充填プロセスにだれが特定の作業者であるかに殆ど依存しない。さらに、粒子をソケットの中に充填することに関係した誤操作が回避される。また、詰込みおよび粒子の給送の形に関して相当な自由度が得られる。

[0017]以上は本発明の実施形態についてであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなしに、本発明の他のさらなる実施形態を創案することができる。また、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。

従来の方法で充填されたチューブを示す概略図である。 本発明の一実施形態に従って充填されるチューブを示す概略図である。 本発明の一実施形態に従って中心部材に取り付けられたダンパー部材を示す図である。

Claims (28)

1. 固体粒子をチューブ（１０）内に分配する装置であって、
   中心部材（２２）と、
   前記中心部材（２２）に接続された複数のダンパー部材（２４）と
   を備え、
   前記複数のダンパー部材（２４）のそれぞれが、前記チューブ（１０）の内面に向かって前記中心部材（２２）から離れる半径方向に延びるループを形成しており、
   前記複数のダンパー部材（２４）のそれぞれは、前記中心部材（２２）のまわりに長手部材（３２）を取り付ける固定部分（３０）を含んでおり、前記長手部材（３２）は前記ループを形成するよう反転して前記固定部分（３０）の一部を貫通している、装置。
2. 固体粒子をチューブ（１０）内に分配する方法であって、
   中心部材（２２）と、前記中心部材（２２）に接続された複数のダンパー部材（２４）とを有する装填ツール（２０）を前記チューブ（１０）の内部に配置するステップであり、前記複数のダンパー部材（２４）のそれぞれが、前記チューブ（１０）の内面に向かって前記中心部材（２２）から離れる半径方向に延びるループを形成しており、前記複数のダンパー部材（２４）のそれぞれは、前記中心部材（２２）のまわりに長手部材（３２）を取り付ける固定部分（３０）を含んでおり、前記長手部材（３２）は前記ループを形成するよう反転して前記固定部分（３０）の一部を貫通しているステップと、
   前記チューブ（１０）に前記固体粒子を充填するステップであり、前記固体粒子が前記複数のダンパー部材（２４）の少なくとも一つに接触するようになっているステップと、
   前記固体粒子が前記チューブ（１０）を満たすときに前記チューブ（１０）から前記装填ツール（２０）を取り出すステップと
   を含む、方法。
3. 前記中心部材（２２）の第２の部分の位置を前記中心部材（２２）の第１の部分に伝えるためにセンサを利用するステップを更に含む、請求項２に記載の固体粒子をチューブ（１０）内に分配する方法。
4. 前記中心部材（２２）の前記第２の部分が前記中心部材（２２）の最下端に配置されている、請求項３に記載の固体粒子をチューブ（１０）内に分配する方法。
5. 前記中心部材（２２）の前記第１の部分が前記中心部材（２２）の上部に配置されている、請求項３に記載の固体粒子をチューブ（１０）内に分配する方法。
6. 前記装填ツール（２０）が前記チューブ（１０）から取り出される際に前記中心部材（２２）を複数部分に分割するステップを更に含む、請求項２に記載の固体粒子をチューブ（１０）内に分配する方法。
7. 前記装填ツール（２０）が前記チューブ（１０）から取り出される際に、前記中心部材（２２）におけるシャックル付きアイレットにて前記中心部材（２２）を複数部分に分割するステップを更に含む、請求項２に記載の固体粒子をチューブ（１０）内に分配する方法。
8. 前記中心部材（２２）がワイヤからなる、請求項１に記載の装置。
9. 前記中心部材（２２）がチェーンからなる、請求項１に記載の装置。
10. 前記中心部材（２２）がロッドからなる、請求項１に記載の装置。
11. 前記複数のダンパー部材（２４）がプラスチックから作られている、請求項１に記載の装置。
12. 前記ダンパー部材（２４）の少なくとも一つは、その両側に隣接するダンパー部材（２４）とは周方向の位置がずれている、請求項１に記載の装置。
13. 前記ループの大きさは、異なる大きさの固体粒子の分配に対応するよう調整可能となっている、請求項１に記載の装置。
14. 前記ループは、前記中心部材（２２）の縦軸に対して実質的に左右方向の位置を含む、請求項１に記載の装置。
15. 前記複数のダンパー部材（２４）は、前記チューブ（１０）の縦方向の長さに沿って周方向全体をカバーするよう前記中心部材（２２）に配列されている、請求項１に記載の装置。
16. 前記複数のダンパー部材（２４）のそれぞれが、前記中心部材（２２）に沿って互いに軸方向に離隔されている、請求項１５に記載の装置。
17. 前記ループが、前記中心部材（２２）の実質的に一つの１８０度半径範囲で半径方向に延びており、もって前記ダンパー部材（２４）自体が前記チューブ（１０）の断面積全体を実質的にカバーするものではないようになっている、請求項１６に記載の装置。
18. 前記中心部材（２２）がワイヤからなる、請求項２に記載の方法。
19. 前記中心部材（２２）がチェーンからなる、請求項２に記載の方法。
20. 前記中心部材（２２）がロッドからなる、請求項２に記載の方法。
21. 前記複数のダンパー部材（２４）がプラスチックから作られている、請求項２に記載の方法。
22. 前記装填ツール（２０）を取り出す前記ステップは、触媒充填シーケンス中に前記装填ツール（２０）を取り出すことなく、触媒充填シーケンスと次の触媒充填シーケンスとの間に前記装填ツール（２０）を引き上げることを含む、請求項２に記載の方法。
23. 前記ダンパー部材（２４）の少なくとも一つは、その両側に隣接するダンパー部材（２４）とは周方向の位置がずれている、請求項２に記載の方法。
24. 前記ループの大きさは、異なる大きさの固体粒子の分配に対応するよう調整可能となっている、請求項２に記載の方法。
25. 前記ループは、前記中心部材（２２）の縦軸に対して実質的に左右方向の位置を含む、請求項２に記載の方法。
26. 前記複数のダンパー部材（２４）は、前記チューブ（１０）の縦方向の長さに沿って周方向全体をカバーするよう前記中心部材（２２）に配列されている、請求項２に記載の方法。
27. 前記複数のダンパー部材（２４）のそれぞれが、前記中心部材（２２）に沿って互いに軸方向に離隔されている、請求項２６に記載の方法。
28. 前記ループが、前記中心部材（２２）の実質的に一つの１８０度半径範囲で半径方向に延びており、もって前記ダンパー部材（２４）自体が前記チューブ（１０）の断面積全体を実質的にカバーするものではないようになっている、請求項２７に記載の方法。

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