JP4922526B2 - 触媒充填方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応器に触媒微粒子を充填するための方法と装置に関する。更に詳しくは、本発明は、アンモニアプラント、水素プラントおよびメタノールプラントで使用される管状流れ改質装置のような反応管への触媒微粒子の充填に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管状反応器への触媒微粒子の充填は一般的に、ソックス法を用いて行われる。この方法によって、可撓性のプラスチック材料で作られた細長いソックス状部材が触媒微粒子で満たされ、ソックスを取付けた線によって反応管内に下降させられる。反応管の底に達すると、線が急激に動かされ、ソックスが開放され、触媒微粒子を反応装置内に解放する。
【０００３】
この方法を使用すると、反応管内にむらのある不均一な充填が生じて、細長いソックス状部材が反応管の底に達する前に開放し、その結果解放された触媒微粒子の破壊によって空隙を生じるかまたは触媒微粒子によってブリッジを形成することになる。また、ソックス法を使用しない場合でも、不均一な充填により触媒微粒子の空隙やブリッジが形成される。空隙形成は不所望である。というのは、反応管内のむらのある温度分布と圧力降下の変動を生じるからである。空隙は反応管の側部を叩くかあるいはハンマーで打ち、反応管の壁を振動させることによって部分的に除去可能である。しかしながら、このようなやり方はひどく労力と時間がかかる。
【０００４】
参照によってここに編入される米国特許第５，２４７，９７０号明細書には、触媒微粒子を垂直管内に充填するための方法が記載されている。この方法はワイヤのような線を使用し、この線はそれを横切るように配置された一連の可撓性ダンパーブラシの形をしたダンパーを備えている。ダンパーブラシを備えた線は最初に垂直管内に降下させられ、そして触媒微粒子が垂直管内に注がれる。線を充填操作の間少しだけ急に動かし、同時に管充填時に徐々に持ち上げることにより、迅速で一様で再現可能な充填が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法は幾つかの欠点がある。ブラシから垂直管の底への触媒微粒子の落下距離を制御することができず、触媒微粒子がブラシと垂直管の壁の間にくさび状に押し込まれ、垂直管に対してブラシを動かなくする。
線から垂直管の壁までのブラシの半径方向距離は、そのとき使用される垂直管直径に対し間隙を有して対応しなければならない。これは各々の特別な垂直管がブラシを備えたその固有の線を必要とすることを意味する。
【０００６】
上記の欠点およびいろいろな方法に関連する他の欠点は、次の説明から明らかなように、本発明による方法と装置によって解決される。
【０００７】
本発明の目的は、高い触媒微粒子密度を生じ、それによって触媒微粒子の空隙とブリッジ形成を最小限に抑える、管状流れ改質装置のような反応管に触媒微粒子を充填するための方法と装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、小さな管直径でも大きな管直径でも最適な充填密度を生じる、一般的な種類および大きさの触媒微粒子に適用可能な充填装置を提供することである。
【０００９】
他の目的は、高度に自動化され、それによって人の誤操作の可能性と反応管の再充填の危険を低減することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、例えば管状流れ改質装置のような反応管の横断面にわたって均一な圧力低下と均一な流れが得られ、ホットスポット形成の傾向を低減し、反応管の長い寿命を生じる装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、触媒微粒子を反応管に充填するための方法を提供する本発明によって達成される。この方法では、反応管の内径よりも小さな外径を有する幾つかの管区間を連結して、長い一本の充填管を形成することによって充填管を用意し、反応管内に充填すべき量の触媒微粒子を充填管の上部から供給し、充填管内に緩衝手段を設けることによって触媒微粒子を緩衝して、充填管を通過させ、反応管に充填された触媒微粒子の充填高さに対応する長さであって、かつ充填管の底からの落下距離が予め定めた短い距離に対応する長さに、充填管を反応管から連続的に引抜き、緩衝手段が各々の管区間の内壁にらせん体を取付けることによって形成され、らせん体が棒によって形成され、この棒が任意の横断面を有し、かつ棒の横断面において最大寸法が管区間の直径の１／２５〜１／２であり、らせん体が各々の管区間において、管区間の直径の２〜８倍のピッチを有する。
本発明による方法では、高すぎる高さから落とされる触媒微粒子が破砕する恐れが除かれる。
反応管をハンマーで打たない本発明の方法により、均一な充填密度が得られる。
反応管を横切る均一な圧力低下、したがって均一な流れも得られる。その結果、ホットスポット形成の傾向も低減されかつ管寿命が一層長くなる。
【００１２】
本発明は更に、上記の充填方法で有効である充填装置を提供する。
【００１３】
本発明による充填装置では、反応管の内径よりも小さな外径を有するいくつかの管区間を連結することにより形成された長い一本の充填管と、この充填管内に入る触媒微粒子の量を制御するための漏斗装置とを備え、前記漏斗装置は、漏斗出口を有し、この出口から触媒微粒子が充填管に結合された上側管に投入されるようになっており、前記漏斗出口は充填管の垂直軸線に対して角度をもって下向きに傾斜している、請求項１記載の充填方法を実施するために使用される充填装置において、充填管の上側部分が漏斗装置に連結され、充填管が反応管から充填管を引き抜くための充填管持上げ手段を備え、充填管が別個の管区間からなり、この管区間がそれぞれ連結手段を備え、この連結手段により、管区間が互いに連結されるときに充填管に組立てられ、全ての管区間が充填管を通過する触媒微粒子の速度を減速するための緩衝手段を備え、緩衝手段が各管区間の内壁にらせん体を取付けることによって形成され、らせん体が任意の横断面形状を有する棒によって形成され、この棒がその横断面において管区間の直径の１／２５〜１／２の最大寸法を有し、らせん体が各々の管区間において、管区間の直径の２〜８倍のピッチを有する。
【００１４】
上記のように、充填装置は幾つかの管区間からなる充填管を含む。この管区間は長い１本の充填管を形成するために組立てられて管状流れ改質装置のような反応管に挿入可能である。本発明の特別な実施形では、各々の管区間が管区間の内壁に固定されたらせん体の形をしたダンパーを備えている。
【００１５】
別個の管区間を最終必要長さ（全長）の充填管に組み立てるために使用される連結手段は好ましくは、管区間の一端の外壁に配置されたスライド部材の形をしている。代表的な管区間の端部は、かみ合いによって互いに嵌まり合うノッチを備えている。
【００１６】
触媒微粒子が充填管を経て充填される場合、触媒微粒子がらせん体上をらせん運動して下降するときに、触媒微粒子の速度が低下する。らせん運動は触媒微粒子をらせんに沿って強制的に案内し、触媒微粒子は一つずつ重力により反応管の底端部に到達し、塊にならない。充填管の底で、触媒微粒子は同じ速度を有し、予め定めた短い距離を落下する。その結果、均一な密度の充填となり、ブリッジ、空隙または破壊された触媒微粒子を生じない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の装置は、内壁に固定されたらせん体を備えた同じ大きさの多数の管区間からなっている。この管区間は、図を参照した次の記載から明らかなように、長い充填管を形成するために連結可能であり、かつ管状流れ改質装置のような反応管に挿入可能である。
【００１８】
充填管内に入る触媒微粒子の量を制御するために、漏斗装置２（図１）が取付けられている。この漏斗装置２は振動装置を有する。漏斗装置２に充填された触媒微粒子は漏斗出口６とそれに取付けられたスライド管８を経て上側管１２に連続的に投入される。漏斗装置２は充填の準備ができているときには、漏斗装置をスライド棒１０上でスライドさせることによって案内管８が上側管１２に装着されるように、管１２の上部に配置されている。
【００１９】
漏斗装置は充填中、いつでも同じ充填速度を保証する。
【００２０】
本発明による充填管は幾つかの管区間２４（図２）によって組立てられている。各々の管区間は、本発明の特別な実施の形態において、管区間２４の内壁に配置されたダンパーとしてのらせん状に形成された物体（以下、らせん体と言う）２６を備えている。
【００２１】
管区間２４は幾つかの区間を、要求される管の最小長さに連結することによって組立てられる。管区間２４の端部はジグソーパズルの要素のように次の管区間に嵌まるように成形され、かみ合いノッチ２８（ａ），２８（ｂ）を形成している。このようにして連結されると、管区間は軸方向と回転方向に互いにロックされる。
【００２２】
かみ合いノッチ２８は図３に例示するように、いろいろな形に形成することができる。
【００２３】
接続すべき各管区間２４の管軸線を一致させるために、管区間の外径よりも少しだけ大きな内径を有する外側包囲スライド部材３０が、連結領域に配置されている。このスライド部材３０は薄壁の管として形成可能であり、管区間２４の外側に最小のスペースを占有し、管区間の内側にはスペースを占有しない。従って、この連結手段はきわめてコンパクトである。
【００２４】
充填管内の緩衝手段はらせん体２６を各々の管区間２４の内壁に取付けることによって得られる。らせん体２６は任意の横断面形状の棒として形成されている。この棒は各々の管区間２４の内面に接触し、らせん体として形成され、そして管区間直径の２〜８倍に等しい管長さにわたって１回転している。
【００２５】
棒の最大寸法はその横断面において管区間の直径の１／２５〜１／２である。
【００２６】
棒は例えば金属でもよいし、プラスチックでもよい。しかしながら、らせん体として形成可能な他の材料を使用することができる。
【００２７】
充填管を経て触媒を充填する場合、触媒微粒子が充填管を通ってらせん体上を下降するときに、触媒微粒子の速度が低下する。更に、励振される漏斗装置、漏斗装置における流れの絞りおよびらせん体自体により、触媒微粒子は反応器の底に１つずつ達し、塊を形成しないことが保証される。
【００２８】
触媒微粒子は、水平速度成分で充填管に入る。これは充填管内への触媒微粒子の自由落下を防止する。触媒微粒子が偶然に塊になると、最初にらせん体に落下しない触媒微粒子は管区間の側部に接触し、最後にはらせん体に落下し、らせん運動を続ける。従って、本発明の充填管は、触媒微粒子に対して一定の非破壊的な制動作用を生じる。
【００２９】
それによって、充填管の底において、触媒微粒子はすべて同じ速度を有し、一つずつ予め定めた短い区間を落下する。その結果、均一な充填が生じ、かつ触媒微粒子が破壊されない。
【００３０】
充填すべき触媒微粒子の測定容積は、反応管例えば管状流れ改質装置の内側横断面積に充填管の高さを掛けた値に比例する単位容積に一致する。計算は充填プロセスの付加的な制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 触媒微粒子を反応管に充填するための準備が出来た、本発明の特別な実施の形態による装置を示す図である。
【図２】 管の内面に取付けられたらせん体を備えた本発明の実施の形態を示す図である。
【図３】 かみ合いノッチの形状の例を示す図である。

Claims (5)

1. 触媒微粒子を反応管に充填するための方法であって、
   反応管の内径よりも小さな外径を有する幾つかの管区間を連結して、長い一本の充填管を形成することによって充填管を用意し、
   反応管内に充填すべき量の触媒微粒子を充填管の上部から供給し、充填管内に緩衝手段を設けることによって触媒微粒子を緩衝して、充填管を通過させ、
   反応管に充填された触媒微粒子の充填高さに対応する長さであって、かつ充填管の底からの落下距離が予め定めた短い距離に対応する長さに、充填管を反応管から連続的に引抜き、
   前記緩衝手段が各々の管区間の内壁にらせん体を取付けることによって形成され、らせん体が棒によって形成され、この棒が任意の横断面を有し、かつ棒の横断面において最大寸法が管区間の直径の１／２５〜１／２であり、
   らせん体が各々の区間において、管区間の直径の２〜８倍のピッチを有することを特徴とする方法。
2. 反応管の内径よりも小さな外径を有するいくつかの管区間を連結することにより形成された長い一本の充填管と、この充填管内に入る触媒微粒子の量を制御するための漏斗装置とを備え、前記漏斗装置は、漏斗出口を有し、この出口から触媒微粒子が充填管の上側部分に投入されるようになっており、前記漏斗出口は充填管の垂直軸線に対して角度をもって下向きに傾斜している、請求項１記載の充填方法を実施するために使用される充填装置において、
   充填管の上側部分が漏斗装置に連結され、充填管が反応管から充填管を引き抜くための充填管持上げ手段を備え、
   充填管が別個の管区間からなり、この管区間がそれぞれ連結手段を備え、この連結手段により、管区間が互いに連結されるときに充填管に組立てられ、
   全ての管区間が充填管を通過する触媒微粒子の速度を減速するための緩衝手段を備え、
   前記緩衝手段が各管区間の内壁にらせん体を取付けることによって形成され、らせん体が任意の横断面形状を有する棒によって形成され、この棒がその横断面において管区間の直径の１／２５〜１／２の最大寸法を有し、
   らせん体が各々の管区間において、管区間の直径の２〜８倍のピッチを有することを特徴とする充填装置。
3. 管区間を連結するための手段が、外側スライド部材によって取り囲まれた管区間の端部に、かみ合いノッチを備えていることを特徴とする請求項２記載の充填装置。
4. らせん体の横断面領域が長方形、円形または正方形であることを特徴とする請求項２または３記載の充填装置。
5. 漏斗装置が振動装置を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の充填装置。

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