TW201016313A - Apparatus for automatic catalyst exchange in a reactor with a bundle of catalyst tubes - Google Patents

Description

201016313 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於在具有大批觸媒管之一反應器之 該等觸媒管中自動化交換觸媒之裝置及關於一種用於在具 有大批觸媒管之一反應器之該等觸媒管中自動化交換觸媒 之方法，及其用途。 【先前技術】 在化學處理技術中，經常在不均相觸媒存在下進行反 應，該不均相觸媒係以成型觸媒體形式引入在床中之觸媒 管内。在此情況下，大批觸媒管（經常多達30000支或甚至 多達40000支觸媒管）在該反應器之縱向十配置成互相平 行。 與交換觸媒相關聯的步驟，亦即製備觸媒管以容納首攻 使用的新成型觸媒體，用該等成型觸媒體填充該等觸媒管 (且若適當使用惰性材料），檢查在該等個別觸媒管中之該 填充高度及壓力降、倒空管中㈣之_觸媒體及在再:真 再測簡媒管，迄今仍必須以人工且相對應地耗時 的且易出錯的方式而定時進行。 額外地係與工作人員曝露於有害物質相關 :反間通常相當高且反應器之有效性相對應降 等::r下’錯誤源過高，尤其涉及 管極嚴格檢查，、具有=_管仍然未填充之危險。儘 生個別觸媒管未如指定般填狀反應^仍屢次發 142573.doc 201016313 【發明内容】 因此，本發明之一目的為提供一種用於在管束反應器之 觸媒管中交換觸媒之改良方法，其不具有前述缺點。更特 别地，甚至在具有大批觸媒管（經常多達3〇〇〇〇支或甚至多 達40000支觸媒管）之大型反應器之情況下應可針對所有 管均勻且根據用於容納成型觸媒體所定義的標準加以檢 驗、填充、在使用觸媒材料後倒空、及清潔並再次填充。 ❹ 同時，更特別地，應可在縮短的反應器停機時間及相對應 增加的反應器有效性下更快速交換觸媒，減少勞動強度及 工作人員曝露於有害物質下，同時確保該等工作步驟經證 實100%檢查。 經由一種用於以複數個處理步驟在具有大批觸媒管之反 應器之該等觸媒管中自動化交換觸媒之裝置而實現根據本 發明之此目的，該等觸媒管係沿著該反應器之縱向熔接進 或輥軋進一上方管板與一下方管板之間，並緊密溶接，該 e 裝置包括經配置以便可在高於且平行於該上方管板之平面 中移動之一器具載體裝置，且該器具載體裝置可經裝配具 f用於每-處理步驟之-可交換器具，該可交換器具與該 S具載體裝置-起可在高於且平行於該上方管板之平面中 移動亦在該反應器之縱軸方向中垂直移動且可使用 經由控制元件之控制而接達每一個別觸媒管，每一個別觸 媒官之該縱轴的位置係經量測或計算並記錄在該控制元件 之一位置資料庫中。 本發明係獨立於在該反應器橫截面上之該等觸媒管之特 142573.doc 201016313 :配置：該等觸媒管可尤其以三角節距，或者以其他節距 該反應剖面上方均勾配置。可能的是該等觸媒管係經配 ^在該反應器中留Μ的中心㈣，及料當有在該反應 器之内部套處有不含觸媒管之空間，或者在該反應器之該 内部套處留有兩個相對而不含觸媒管之空間。 該等管通常係經配置在該反應器之縱向熔接或輥軋入一 上方管板及一下方管板，並緊密熔接。 本發明裝置尤其適於在具有自1〇〇支至4〇_支觸媒管、 較佳具有自！500支至40_支觸媒管、或者具有自25〇〇支 至40000支觸媒管之反應器内自動化交換觸媒。 本發明亦提供-種用於以複數個處理步驟在具有大批觸 媒管之反應器之該等觸媒管中自動化交換觸媒之方法，該 等觸媒管係沿著該反應器之縱向溶接進妹軋進—上方管 板與一下方管板之間，並緊密熔接， “先尤八丄由3D雷射掃描器測定或計算每一個別觸媒 管之縱轴的位置，並記錄在控制元件之位置資料庫 内， 且接著該控制元件用於在每一情況下使用一器具接達 該大批觸媒管之每—個別觸料以執行自動化交換觸 媒之每一個別處理步驟，該器具係經配置以便在一器 具載體裝置上為可交換，該器具載體裝置經配置以便 可在高於且平行於該上方管板之平面中移動，且該器 具與該器具載體裝置一起在高於且平行於該上方管板 之平面中移動，且亦在該反應器之縱軸方向中垂直移 142573.doc 201016313 動同時在每-情況下執行自動化交換觸媒之每一個 別處理步驟。 根據本發明’首先计算或量測所有觸媒管之準確位置， 特定言之為該等觸料之縱μ置，或換言之，與該反應 器，縱軸成直角之橫截面平面之該等管中心之位置，並將 其記錄在一位置資料庫内。 藉計算來決定係可能的，只要該反應器具有完全均句定 e 位的觸媒管’尤其係在以前從未操作過的反應器之情況 下。 為此目的，舉例而言’在具有一觸媒管束之一管狀反應 器之情況下（該管狀反應器在該反應器之中心區域中及在 該反應器之該内壁處均留有*含觸媒管之空的空間），需 要四個相關尺寸’特定言之為該觸媒管束之内部直徑及外 部直徑、孔離距（亦即在二鄰近觸媒管之間之該中心離距） 及在連接二鄰近觸媒管之該等中心之該等轴線之間的角 參 度。 此等相關尺寸係經由計算程式而用以計算該等觸媒管數 目及準確位置。 * 然而’尤其在已操作過的反應器之情況下，可能必需經 由測量來決定該等個別觸媒管之位置。為此目的，可能使 用尤其是3D雷射測量系統’舉例而言來自Sick ag之LMS 400®類型雷射掃描器。該3D雷射測量系統使用不同入射 角（眼睛見到一投射線）測定雷射光束長度（距離及角度，亦 即二維）。第三維度係得自負責該掃描器移動之該（等）轴之 142573.doc 201016313 轉編碼器，來自該旋轉編碼器之脈衝係迴路通過該掃描 器並與角度及距離結合且接著以資料包形式傳輸至電 腦此等資料係經由影像處理而用以測定個別觸媒管之位 置’接著將其儲存於位置資料庫中。該器具載體裝置之該 控制凡件採用來自此位置資料庫之位置座標，並將其整合 至個別工作步驟中。 經由影像處理而計算該等管位置， 資料庫内。 另一選擇為，亦可使用2£)或31)相機系統。在2〇影像之 情況下，該等管位置係藉影像處理來計算，且第三維度 (即反應器板之位置）係藉由舉例而言使用量測探針或雷射 量測系統’藉由二測量點’藉距離測量而測定。此等資料 係用以獲得記錄在位置資料庫内之該等管之該等犯座標。 在舉例而言經由光切斷法發揮功能之3〇相機系統中，亦 且該等資料記錄在位置 ’其係經配置以便在該 亥上方管板之平面中移 該器具載體裝置係經設

本發明裝置包括一器具載體裝置， 反應器之該内部在高於且平行於該上 動。為了可接達每一個別觸媒管，該器 計使得其可移動跨越該完整橫截面區域 在一實施例中，

142573.doc 201016313 面。 在另一實施例中，該器具載體裝置包括一滑片。 在另一實施例中’該器具載體裝置包括一高架起重機。 該器具載體裝置尤其可為由全球或區域導航系統控制的 自主性、自我推動式機器人。 亦可此同時提供兩個或更多個（尤其為兩個）器具載體 臂，其等（舉例而言）以與時鐘之時針及分針相同方式移 動此等器具載體臂可以懸吊或靜止方式安裝在該反應器 中心軸線中。 對於執行自動化交換觸媒之該等不同處理步驟需要之各 種不同器[可交換地固定在該器具載體裝置上，並更特 ㈣經由-伺服馬達而在該器具載體臂之該方向及在該反 應器之該縱軸方向移動。 在匱況下，可能在該器具載體裝置上可交換地固定用 =等：同處理步驟之每一者之單一器具；然而，亦可同 驟i不^虚、裁體裝置上可交換地配置用於執行相同處理步 驟或不同處理步驟之兩個或更多個器具。 等器具在經由控制元件之和制而孩& 有來自該位置資料座”㈣*移動，該控制元件具 貝枓庫之母一分別觸媒管之位置。

優先記錄所有處理步 A 卢搜半现* 並僅备預設公差範圍遵循所有 處理步驟時釋放該反應器。 倨所有 用於自動化交換觸媒 首先，〜亥專分別處理步驟為： 无虽首次使用新觸媒 尤其因為觸媒管可能已輕微、潔該等觸媒管， 久蝕。該首次清潔較佳地可經 142573.doc 201016313 由高壓清潔而完成（尤其使用水 刷洗）。 、或者機械地、 較佳藉由 /此㈣，特別相對應器具(即，更特別地高 益或刷洗器）係經配置以便可在該器 月/ 在另-處理步称中，測試該等觸媒管材料::料損傷， 如所謂零點測量。更特別地，對於料觸媒管是否存在任 何損傷或任何縮孔’及該等觸媒管是否具有均句壁厚度的 測試。較佳經由减分析而測試該材料；經配置以便可在 該器具載體臂上移動的該相對應器具相流探^亦可能 經由超音波測試材料。 用於材料測試之該ϋ具之位置可心決以員傷之任何及 每一部位之準確位置。 用於材料測試之該器具亦可為相機，即，該材料測試可 為内視鏡測試，尤其為視訊内視鏡測試。 在另一處理步驟中，檢查在該等觸媒管之下端處之觸媒 固定裝置（所謂的觸媒擔體）是否係併入每一個別觸媒管 内。該檢查尤其可經由用於金屬物體之偵測器，尤其係光 學、感應、電容性或超音波感測器而完成。 較佳地，尤其在已安裝該等觸媒固定裝置之後，所有觸 媒管較佳地經由位於各觸媒管上之止擋件而覆蓋在所有後 繼處理步驟中，當前在執行處理步驟的觸媒管除外。 在下一處理步驟中，備有觸媒固定裝置之觸媒管充填一 或多層成型觸媒體之層，若適當，則具有一或多層惰性材 料0 142573.doc 10· 201016313 較佳係首先自儲存容器

、有疋義容量之供應管而容積地調節所釋放 以此方式’可經由在該供應管中之簡單改變 而建立任何所需釋放容量。 ' 「該觸媒及/或惰性材料係經由真空輸送系統自動化且 0 時」地自外部儲存容器有利地輸送至在該器具載 體I上之該隨附儲存容器，由於該隨附材料供應為無限有 效，使得無需因為材料補給而中斷該填充處理。 在已引入較佳具有惰性材料之該第一層之後尤其經由 雷射檢查該填充高度。 隨後以相同方式重力地或容積地量測一個或多個成型 觸媒體層，且，在每一層之後，檢查該填充高度及（若適 當）該壓力降。有利地，可以與該最上層相同之方式引入 ❹ 另一惰性材料層，且可檢查該填充高度及（若適當）該壓力 最後，在另一處理步驟中，量測所有管兩端之壓力降， 定該等壓力降之平均值及該平均值之偏差，i，倘若偏 超出固疋的目標值，部分或完全倒空並再填充該等適 當的觸媒管。 較佳可經由一 壓力降測量而檢查該填充品質。所有測量 係記錄在一資料庫内，因此100%證實該反應器狀態。 -旦該觸媒用過之#，即該活性材料失活，則必須自該 142573.doc 201016313 觸媒管移除該觸媒。當該等成型觸媒體仍為自由流動，即 尚未形成塊時，可藉由經配置以便可在該器具載體裝置上 隨器八移動之真二吸乳系統將其直接棄置至廢料容器内。 該真空輸送系統係經裝配有吸氣管，其較佳係在力控制下 向下引入每一觸媒管之該下端。 菖該等成型觸媒體具有結塊、形成的塊或變得壓縮在— 起時’必須將其鑽出或銳出，在此情況下可將鬆散材料向 上吸出。為此目的，配置鑽頭或銳頭，以便隨該器具載體 臂上之器具移動’並在力控制下向下引入至每一觸媒管之鲁 下端* 應確保該鑽錐之外部直徑與該等觸媒管之該内壁之間之 距離足夠大’更特別為不小於該等成型觸媒體之平均顆粒 直徑之-半，以使料觸媒顆粒不會卡住並損傷該等觸媒 管之内壁。 該鑽頭具有較佳由硬金屬材料製成的鑽錐，該鐄錐為中 空並附接至真空吸氣系統。該鑽錐較佳係繞著在該等管之

該橫截面平面中之該管軸(尤其為18〇。)以振動運動方式移 動’為了防止損傷該等管，其較佳具有轉矩限制，該鑽錐 較佳在力控制下推進。 在向下移除該等成型觸媒體至自大約3釐米至5爱米之 餘填充高度之後’在另—處理步驟中，將該固定裝置機 地推出每一觸媒管。 處理步驟中，隨後類似於該首次清潔般地清？ 等觸媒管…，即尤其係藉由高麼或經由刷洗器㈣ 142573.doc •12· •0^ 201016313 清潔。 為了識別材料損傷且若適當則更換受損觸媒管，下一處 理步驟為在排空料成型觸#體之後進行該經清潔觸媒管 材料測”式，尤其係藉由渦流。更特別地，每一觸媒管之 备别狀態與在該零點測量之後之即時狀態進行比較。 ^ 則該處理過程，有利的為提供用於該等觸媒管之 該上端但顏色不同之覆蓋止擋件，特定言之借助用於其中 尚待進行特別處理步驟之觸媒管並具有第一顏色之覆蓋止 擋件’及用於其中已執行相同處理步驟之觸媒管並具有第 -顏色之覆蓋止擋件’ i已由—器具評估在執行處理步驟 之觸媒管以外之所有觸媒管始終被覆蓋。 在另-有利組態中，可在該上方f板之該區域中且高於 該等觸媒管之該上方孔口提供用於藉由吸氣移除粉塵之裝 本發明亦提供上述方法或上述裝置心自動化交換觸媒 的用途，其用於製備（甲基）丙烯路、（甲基）丙稀酸、鄰苯 二甲肝、順丁烯二酐、乙二搭、環氧乙统或氣化碳酿。 【實施方式】 參考圖式，在下文中詳細說明本發明。 圖1中之不意圖顯示在及庵哭〆土 — 丁隹夂應器（未顯不）之縱向配置成互 相平行並熔接入上方管板2之觸媒管J。 具載 在高於且平行於該上方管板2之一平面中，配置器 體臂3以便可移動且裝配有器具4。 ^ 如經由在該圖中之實例所示 該器具载體臂3係經由二 142573.doc -13- 201016313 一平面中移動。

觸媒顆粒， 個伺服馬達Μ而在平行於該上方管板2之 一器具4係在該器具載體臂3上並配置 為可交換，該器具4經由一伺服爲 在圖3中，例不地提供用於清潔該等倒空的觸媒管2之高 壓清潔器，且 在圖4中，提供用於用觸媒顆粒填充該等觸媒管2之該處 理步驟的該器具4為具有用於容積地釋放之定義的容量之 一供應管。 【圖式簡單說明】 圖1用於藉由吸氣而執行移除用過之觸媒材料之該處理 步驟之發明裝置之示意圖， 圖2用於執行移除用過之觸媒材料之該處理步驟之發明 裝置之示意圖， 圖3用於執行清潔該倒空的觸媒管之該處理步驟之發明 裝置之示意圖，及 圖4用於執行用成型觸媒體填充該等觸媒管之該處理步 驟之一發明裝置之示意圖。 【主要元件符號說明】 142573.doc -14- 201016313 1 觸媒管 2 上方管板 3 器具載體裝置 4 器具 Μ 伺服馬達 ❹

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Claims (1)

1. 201016313 七、申請專利範圍： L 一種用於在具有大批觸媒管（1)之一反應器之該等觸媒管 (1)中以複數個處理步驟自動化交換觸媒之裝置，該等觸 媒管（1)係沿著該反應器之縱向熔接進或輥軋進一上方管 板（2)與一下方管板之間並緊密熔接， . 該裝置包括一器具載體裝置（3)，其係經配置以便可在 . 高於且平行於該上方管板（2)之平面中移動，且其可經装 ㉟有用於每—處理步驟之—可交㈣具⑷，該可交換器 具(4)係與該器具載體裝置(3)一起在高於且平行於該上 方管板之平面中移動’且亦在該反應器之縱轴方向中垂 直移動’且可藉由利用-控制元件之控制而接達每一個 :觸媒管⑴，每一個別觸媒管⑴之該縱軸之位置係經 量測或計算並記錄在該控制元件中之—位置資料庫内。 2.如請求項1之裝置，其中該器具載體裝置(3)包括一器具 載體臂。 具 ❹3.如請求項2之裝置，其中該器具載體裝置包括一或多個 額外的（較佳為一個額外的）器具載體臂，其具有可交換 其上之器具(4)，該等器具⑷係在每-情況下 :在母一器具載趙臂上用於相同處理步驟或用於不同 處理步驟。 1 u 特St:3中任項之裝置，其中藉由用於尚待執行 管⑴具有第一顏色之覆蓋止播件及 :於已執灯相同處理步驟之觸媒管⑴具有第二顏色之覆 盖止播件’提供料觸媒管⑴之上端且顏色不同的婦 142573.doc 201016313 件，且除了已由器具（4)接達以執行處理步驟之觸媒管 (1)外，所有觸媒管（1)皆始終被覆蓋。 5. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中在該上方管板（2)高 於該等觸媒管（1)之上方孔口之該區域中提供用於藉由吸 氣移除粉塵之裝置。 6. 如請求項1或2之裝置’其中該反應器包括自ι〇〇支至 40000支觸媒管（1) ’較佳自15〇〇支至4〇〇〇〇支觸媒管 . 0)’更佳自2500支至40000支觸媒管（1)。 7. 一種用於以複數個處理步驟在具有大批觸媒管（丨）之反應 _ 器的觸媒管（1)中自動化交換觸媒之方法，該等觸媒管 (1) 係沿著該反應器之縱向熔接進或輥軋進一上方管板 (2) 與一下方管板之間，並緊密熔接， 首先尤其經由一 3D雷射掃描器測定或計算每一個別觸 媒管（1)之該縱軸之位置，並記錄在控制元件之位置資料 庫内， 且接著該控制元件用以在每一情況下使用器具（句接達 該大批觸媒管⑴之每—個別觸媒管⑴以執行自動化交 換觸媒之每-個別處理步驟’該器具(4)係經配置成在器 具載體裝置（3)上可交換，該器具載體裝置（3)係經配置 成可在高於且平行於該上方管板⑺之平面中移動，且該 器具⑷與該器具載體裝置(3) 一起在高於且平行於該： 方管板之該平面中移動’且亦在該反應器之縱轴方向% 垂直移動，同時在每—情況下執行自動化交換觸媒之每 一個別處理步驟。 142573.doc • 2 · . r .λ -* I S I 201016313 8.如請求項7之方法 步驟為尚未用於自動化交換觸媒之該處理 佳使用水之高：;的=⑴之首次清潔，尤其為較 9_如請求項7之方/、或較佳經由刷洗之機械清潔。 係利用渦流，以：其中該處理步驟為材料測試，尤其 要則交換受損觸媒管⑴之材料損傷及若需 10.如請求項7之 ❹ 關於觸媒固定裝置4屮驟為一檢查，尤其為 目視檢查。 X㈣在每—觸媒管⑴之下端處之 11.如請求項7之方土 刑饀相 其中該處理步驟為用-個或多個成 型觸媒體層及. ^ 一 一個或夕個惰性材料層填充每一觸媒 :、&佳利用具有應變計之測力器而重力地或容積地 完成該填充。 12.如請求項7之方法’其中該處理步驟為在用一個或任何 複數個成型觸媒體及/或惰性材料層填充之後，檢查該填 % &高度及/或該壓力降，該填充高度較佳為經目視或藉由 超音波測定。 13. 如叫求項7之方法，其中將兩個或更多個成型觸媒體層 及/或兩個或更多個惰性材料層引入每一觸媒管（1)内， 量測在所有觸媒管（1)兩端之壓力降，測定該壓力降之平 均值並對每一個別觸媒管（1)計算與該平均值之偏差，且 在偏差超出預設、容許限制的情況下，標記該適當的觸 媒管（1)，將其部分或完全排空並再填充。 14. 如凊求項7之方法，其中該處理步驟為自該等觸媒管（丄） 142573.doc 201016313 排空該等用過之成型觸媒 a 仍為自由流動時尤其藉由吸氣=等用過之成型觸媒鍾 尤其直接進人廢料容以 佳藉由真空輸送系統 自由流動時，藉㈣該等成型觸媒體不再 利用鑽碩或銑頭鑽黎。 15.如請求項7之方法， ^ ^ 该處理步驟為排空該等成型觸 媒體之觸媒管，較佳排空至在自約3 ==觸 之剩餘壤奋古译 水至5釐未範圍内 ⑴推出該觸媒固定裝置。 適-具自每-觸媒管 16.如請求項7之方法，其中該處理步驟為在排空該等用過 :由成型觸媒體之後尤其經由高㈣或機械清潔I: ，生由刷洗而清潔該等觸媒管（1)之該等内壁。 1 7·如請求項7之方法，其中該處理步驟 觸拔脚〃 為在排空該等成型 觸媒體之後’對該經清潔的觸媒管⑴進行材料測試尤 其係利用渦流，以識別材料損傷且若適 ” 觸媒管⑴。 田則父換受損的 18. —種如請求項}至6中任一項之裝置或如請求項7至 任—項之方法的用途，其係用於在一用於制 榼般 、製備（甲基）丙 締路、（曱基）丙烯酸、鄰苯二甲酸酐、 R』烯二酸酐、 G二醛、環氧乙烷或氣化碳醯之反應器之該塞 °""寻觸媒管（1) 中自動化交換觸媒。 142573.doc