WO2010029072A1 - Vorrichtung zum automatischen katalysatorwechsel in einem reaktor mit einem bündel von kontaktrohren - Google Patents

Vorrichtung zum automatischen katalysatorwechsel in einem reaktor mit einem bündel von kontaktrohren Download PDF

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren (1) eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren (1), die zwischen einem oberen Rohrboden (2) und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind, umfassend eine Werkzeugträgereinrichtung (3), die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden (2) bewegbar angeordnet ist, und die mit jeweils einem auswechselbaren Werkzeug (4) für jeden Arbeitsverfahrensschritt bestückbar ist, wobei das auswechselbare Werkzeug (4) zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung (3) in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors, bewegbar ist, und jedes einzelne Kontaktrohr (1) über eine Steuereinheit gesteuert anfahren kann, wobei die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres (1) gemessen oder berechnet und in der Steuereinheit in einer Positionsdatenbank hinterlegt ist.

Description

Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel in einem Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Katalysatorwechsel in den Kontaktrohren eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren sowie eine Verwendung.
In der chemischen Verfahrenstechnik werden häufig Reaktionen in der Gegenwart von heterogenen Katalysatoren durchgeführt, die in Form von Katalysatorformkörpern in Schüttungen in Kontaktrohren eingebracht sind. Hierbei werden eine Vielzahl von Kontaktrohre parallel zueinander, in Reaktorlängsrichtung angeordnet, häufig bis zu 30.000, oder auch bis zu 40.000 Kontaktrohre.
Die mit dem Katalysatorwechsel in Zusammenhang stehenden Arbeitsschritte, das heißt Vorbereitung der Kontaktrohre zur Aufnahme von neuen, erstmalig eingesetzten Katalysatorformkörpern, Befüllen der Kontaktrohre mit den Katalysatorformkörpern und gegebenenfalls mit Inertmaterial, Prüfen der Füllhöhe und Druckverlustes in den ein- zelnen Kontaktrohren, Entleeren der Rohre von verbrauchten Katalysatorformkörpern und erneute Prüfung der Kontaktrohre vor Wiederbefüllung, waren bislang manuell und entsprechend zeitaufwändig und störanfällig durchgeführt worden.
Diese Vorgehensweise ist darüber hinaus mit einer Schadstoffexposition der Mitarbei- ter verbunden, die Reaktorstillstandzeiten sind in der Regel hoch und entsprechend die
Verfügbarkeit des Reaktors reduziert. Die Fehlerquellen beim manuellen Befüllen der
Rohre sind unzulässig hoch, insbesondere, was die gleichmäßige Befüllung der Rohre betrifft, und es besteht die Gefahr, dass einzelne Rohre unbefüllt bleiben. Trotz strengster Kontrolle kommt es bei Rohrreaktoren mit einer großen Anzahl von Kontakt- röhren immer wieder vor, dass einzelne Kontaktrohre nicht spezifikationsgerecht befüllt sind.
Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Katalysatorwechsel in den Kontaktrohren eines Rohrbündelreaktors zur Verfügung zu stellen, das die obigen Nachteile nicht aufweist. Insbesondere sollen, auch bei großen Reaktoren, mit einer Vielzahl von Kontaktrohren, häufig bis zu 30.000 oder auch bis zu 40.000 Kontaktrohren, alle Rohre gleichmäßig und nach definierten Vorgaben zur Aufnahme von Katalysatorformkörpern geprüft, befüllt, nach Verbrauch des Katalysatormaterials entleert, und erneut gereinigt und befüllt werden können. Hierbei soll insbesondere ein schnellerer Katalysatorwechsel, mit verkürzten Reaktorstillstandzeiten und entsprechend erhöhter Verfügbarkeit der Reaktoren ermöglicht werden, wobei der Arbeitsauf- wand und die Schadstoffexposition für die Mitarbeiter reduziert werden, und wobei eine dokumentierte 100 %ige Kontrolle der Arbeitsabläufe sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum automati- sehen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren, die zwischen einem oberen Rohrboden und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind, umfassend eine Werkzeugträgereinrichtung, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden bewegbar angeordnet ist, und die mit jeweils einem auswechselbaren Werkzeug für jeden Arbeitsverfahrensschritt bestückbar ist, wobei das auswechselbare Werkzeug zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors, bewegbar ist, und jedes einzelne Kontaktrohr über eine Steuer- einheit gesteuert anfahren kann, wobei die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres gemessen oder berechnet und in der Steuereinheit in einer Positionsdatenbank hinterlegt ist.
Die Erfindung ist unabhängig von der konkreten Anordnung der Kontaktrohre über den Reaktorquerschnitt: Diese können gleichmäßig über den Reaktorquerschnitt, insbesondere in Dreiecksteilung, oder auch in anderen Teilungen angeordnet sein. Es ist möglich, dass die Kontaktrohre unter Freilassung eines zentralen Innenraumes im Reaktor und gegebenenfalls eines kontaktrohrfreien Raumes am Reaktorinnenmantel angeordnet sind oder auch unter Freilassung von zwei einander gegenüberliegenden kontaktrohrfreien Räumen am Reaktorinnenmantel.
Die Kontaktrohre sind, wie üblich, in Längsrichtung des Reaktors angeordnet und in einem oberen und einem unteren Rohrboden eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum automatischen Katalysatorwechsel in Reaktoren mit 100 bis 40.000 Kontaktrohren, bevorzugt mit 1.500 bis 40.000 Kontaktrohren, oder auch mit 2.500 bis 40.000 Kontaktrohren.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren, die zwischen einem oberen Rohrboden und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind, wobei zunächst die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres, insbesondere mittels eines 3D-Laserscanners bestimmt oder berechnet und in einer Positionsdatenbank einer Steuereinheit hinterlegt wird, wonach über die Steuereinheit jedes einzelne Kontaktrohr des Bündels von Kon- taktrohren mit jeweils einem Werkzeug zur Durchführung jedes einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel angefahren wird, wobei das Werkzeug auswechselbar auf einer Werkzeugträgereinrichtung angeordnet ist, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden bewegbar angeordnet ist, und wobei das Werkzeug zusammen mit der Werkzeug- trägereinrichtung in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors bewegt wird, und dabei jeweils jeden einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel ausführt.
Erfindungsgemäß werden zunächst die exakten Positionen sämtlicher Kontaktrohre, und zwar die Positionen der Längsachsen derselben, oder, anders ausgedrückt, die Positionen der Rohrmittelpunkte einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsachse des Reaktors errechnet oder gemessen und in einer Positionsdatenbank hinterlegt.
Eine rechnerische Ermittlung ist möglich, sofern der Reaktor vollständig gleichmäßig positionierte Kontaktrohre aufweist, insbesondere bei Reaktoren, die zuvor noch nicht in Betrieb gewesen waren.
Hierfür werden beispielsweise bei einem Rohrreaktor mit einem Kontaktrohrbündel, das sowohl im zentralen Bereich des Reaktors als auch an der Reaktorinnenwand einen kontaktrohrfreien Raum freilässt, vier relevante Bemaßungen benötigt, und zwar der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Kontaktrohrbündels, der Lochabstand, das heißt der Mittelpunktsabstand zwischen zwei benachbarten Kontaktrohren sowie der Winkel zwischen den Verbindungsachsen der Mittelpunkte von drei be- nachbarten Kontaktrohren.
Aus diesen relevanten Bemaßungen werden über ein Berechnungsprogramm die Anzahl und die exakte Positionierung der Kontaktrohre berechnet.
Es kann jedoch, insbesondere im Falle von Reaktoren, die bereits in Betrieb waren, erforderlich sein, die Positionierung der einzelnen Kontaktrohre durch Messungen zu ermitteln. Hierfür können insbesondere 3D-Lasermesssysteme eingesetzt werden, beispielsweise ein Laserscanner von Typ LMS 400® der Firma Sick AG. Das SD- Lasermesssystem ermittelt bei unterschiedlichen Abstrahlwinkeln (das Auge sieht eine projizierte Linie) die Laserstrahllänge (Abstand und Winkel, d.h. zwei Dimensionen). Die dritte Dimension wird vom Drehgeber der für die Bewegung des Scanners verant- wortlichen Achse(n) erhalten, dessen Impulse durch den Scanner geschleift und mit Winkel und Abstand verknüpft, als Datenpaket an einen Rechner ausgegeben werden. Mit diesen Daten werden die Positionen der einzelnen Kontaktrohre über eine Bildverarbeitung bestimmt und anschließend in einer Positionsdatenbank gespeichert. Aus dieser Positionsdatenbank entnimmt die Steuerung der Werkzeugträgereinrichtung die Positionskoordinaten und integriert diese in die einzelnen Arbeitsläufe.
Alternativ können auch 2D- oder 3D-Kamerasysteme verwendet werden. Bei 2D- Aufnahmen werden die Rohrpositionen über eine Bildverarbeitung berechnet und die dritte Dimension, d.h. die Lage des Reaktorbodens über eine Abstandsmessung, beispielsweise mit einem Messtaster oder einen Lasermesssystem, mittels drei Messpunkten bestimmt. Aus diesen Daten werden die 3D-Koordinaten der Rohre erzeugt und in einer Positionsdatenbank abgelegt.
Bei 3D-Kamerasystemen, die beispielsweise nach dem Lichtschnittverfahren arbeiten, werden die Rohrpositionen ebenfalls über Bildverarbeitung berechnet und die Daten in einer Positionsdatenbank abgelegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Werkzeugträgereinrichtung, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden bewegbar im Innenraum des Reaktors angeordnet ist. Die Werkzeugträgereinrichtung ist so ausgelegt, dass sie sich über die gesamte Querschnittsfläche bewegen kann, damit jedes einzelne Kontaktrohr angefahren werden kann.
In einer Ausführungsform weist die Werkzeugträgereinrichtung alle sechs Bewegungsfreiheitsgrade auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Werkzeugträgereinrichtung einen Werkzeugträgerarm. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Werkzeug- trägerarm im Reaktormittelpunkt gelagert und mittels eines Servomotors, der bevorzugt am entgegengesetzten Ende des Werkzeugträgerarmes positioniert ist, über den gesamten Reaktorquerschnitt in einer Kreisbewegung bewegt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Werkzeugträgereinrichtung einen Schlitten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Werkzeugträgereinrichtung einen Portalkran. Die Werkzeugträgereinrichtung kann insbesondere ein autark arbeitender, selbstfahrender Roboter sein, der von einem globalen oder regionalen Navigationssystem gesteuert ist.
Es ist auch möglich, zwei oder mehrere, insbesondere zwei Werkzeugträgerarme gleichzeitig vorzusehen, die zum Beispiel in der Weise wie Stunden- und Minutenzeiger einer Uhr bewegt werden. Diese können in der Reaktormittelachse sowohl hängend als auch stehend gelagert sein.
Auf der Werkzeugträgereinrichtung können sämtliche unterschiedliche Werkzeuge, die zur Durchführung der unterschiedlichen Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel erforderlich sind, austauschbar befestigt und in Richtung des Werkzeugträgerarms sowie in Richtung der Längsachse des Reaktors, insbesondere mittels eines Servomotors, bewegt werden.
Hierbei ist es möglich, für jeden der unterschiedlichen Arbeitsverfahrensschritte jeweils ein einziges Werkzeug auf der Werkzeugträgereinrichtung austauschbar zu befestigen; es ist jedoch auch möglich, zwei oder mehrere Werkzeuge, zur Durchführung desselben oder unterschiedlicher Arbeitsverfahrensschritte gleichzeitig auf der Werkzeugträ- gereinrichtung austauschbar anzuordnen.
Die Bewegung der Werkzeuge erfolgt gesteuert über eine Steuereinheit, die über die Position jedes einzelnen Kontaktrohres aus der Positionsdatenbank verfügt.
Bevorzugt werden sämtliche Arbeitsverfahrensschritte dokumentiert und der Reaktor wird erst freigegeben, wenn für alle Arbeitsverfahrensschritte die vorgegebenen Toleranzbereiche eingehalten sind.
Die Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel sind im Einzel- nen:
Zunächst, beim erstmaligen Einsatz von neuen Kontaktrohren, deren Erstreinigung, insbesondere weil die Kontaktrohre ankorrodiert sein können. Die Erstreinigung kann bevorzugt mittels Hochdruckreinigung, insbesondere mit Wasser, oder auch mecha- nisch, bevorzugt durch Bürsten, erfolgen.
Hierzu werden die jeweils entsprechenden Werkzeuge, das heißt insbesondere Hochdruckreiniger oder Bürsten, auf dem Werkzeugträger beweglich angeordnet.
In einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt erfolgt die Werkstoffprüfung der Kontaktrohre auf Materialschäden, als so genannte Nullmessung. Insbesondere wird geprüft, ob keine Beschädigungen der Kontaktrohre oder Lunkerstellen vorliegen und ob die Kontaktrohre eine gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Die Werkstoffprüfung erfolgt bevorzugt mittels Wirbelstrommessung, das entsprechende Werkzeug, das auf dem Werkzeugträgerarm beweglich angeordnet wird, ist eine Wirbelstromsonde. Möglich ist auch eine Werkstoffprüfung mittels Ultraschall.
Über die Position des Werkzeugs zur Werkstoffprüfung kann die exakte Position jeder etwaigen Schadstelle ermittelt werden.
Das Werkzeug zur Werkstoffprüfung kann auch eine Kamera sein, das heißt die Werkstoffprüfung kann eine endoskopische, insbesondere eine videoskopische, sein.
In einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt wird kontrolliert, ob die Katalysatorrückhalteeinrichtungen am unteren Ende der Kontaktrohre, die so genannten Katalysatorstüh- Ie, in jedem einzelnen Kontaktrohr eingebaut sind. Die Kontrolle kann insbesondere mittels Detektoren für metallische Objekte, insbesondere optische, induktive, kapazitive oder Ultraschallsensoren erfolgen.
Bevorzugt werden, insbesondere nachdem die Katalysatorrückhalteeinrichtungen be- reits montiert sind, in allen folgenden Arbeitsverfahrensschritten sämtliche Kontaktrohre abgedeckt, bevorzugt mittels jeweils eines Stopfens, bis auf das Kontaktrohr, an dem gerade ein Arbeitsverfahrensschritt ausgeführt wird.
In einem nächsten Arbeitsverfahrensschritt werden die mit Katalysatorrückhalteeinrich- tungen versehenen Kontaktrohre mit einer oder mehreren Lagen von Katalysatorformkörpern und gegebenenfalls mit einer oder mehreren Lagen von Inertmaterial befüllt.
Bevorzugt wird zunächst eine erste Lage Inertmaterial in einer definierten Menge aus einem Vorratsgefäß eingefüllt. Die abgegebene Menge kann gravimetrisch, bevorzugt über eine Wägezelle mit Dehnungsmessstreifen bestimmt werden. Das Sollgewicht kann über eine Software beliebig vorgegeben werden.
Es ist auch möglich, die abgegebene Materialmenge volumetrisch über ein Vorratsrohr mit definiertem Volumen zu regeln. In der Weise ist jedes beliebige Abgabevolumen durch einen einfachen Wechsel des Vorratsrohres einstellbar.
Das Katalysator- und/oder Inertmaterial wird vorteilhaft über ein Vakuumförderungssystem automatisch „just in time" aus einem externen Vorratsbehälter in den mitfahrenden Vorratsbehälter am Werkzeugträgerarm gefördert, so dass der Füllprozess für den Ma- terialnachschub nicht unterbrochen werden muss, da der mitfahrende Materialvorrat quasi unendlich ist. Nachdem die erste Lage, bevorzugt von Inertmaterial, eingefüllt ist, wird die Füllhöhe, insbesondere mittels Laser, überprüft.
Anschließend werden in gleicher Weise eine oder mehrere Lagen von Katalysatorformkörpern gravimetrisch oder volumetrisch zudosiert, und nach jeder Lage die Füllhöhe und gegebenenfalls der Druckverlust überprüft. Vorteilhaft kann als oberste Schicht eine weitere Inertmateriallage in gleicher weise eingefüllt und die Füllhöhe und gegebenenfalls der Druckverlust überprüft werden.
Schließlich werden in einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt die Druckverluste über alle Rohre gemessen, der Mittelwert der Druckverluste und die Abweichungen vom Mittelwert bestimmt, wobei bei Abweichungen, die über einen festgelegten Sollwert hinausgehen, die entsprechenden Kontaktrohre teilweise oder vollständig entleert und neu befüllt werden.
Die Überprüfung der Qualität der Füllung kann bevorzugt mittels einer Druckverlustmessung erfolgen. Alle Messungen werden in einer Datenbank abgelegt, so dass der Reaktorzustand zu 100 % dokumentiert ist.
Sobald der Katalysator verbraucht, d.h. die Aktivmasse desaktiviert ist, muss dieser aus den Kontaktrohren entfernt werden. Sofern die Katalysatorformkörper noch rieselfähig, bzw. nicht verklumpt sind, können sie über ein Vakuumsaugsystem, das als Werkzeug auf der Werkzeugträgereinrichtung beweglich angeordnet wird, direkt in ei- nen Abfallbehälter entsorgt werden. Das Vakuumfördersystem ist mit einem Saugrohr bestückt, das bevorzugt kraftgeregelt bis zum unteren Ende jedes Kontaktrohres eingeführt wird.
Sind die Katalysatorformkörper verbacken, verklumpt oder verpresst, so müssen diese ausgebohrt oder ausgefräst werden, wobei das lose Material nach oben abgesaugt werden kannn. Hierfür wird als Werkzeug auf dem Werkzeugträgerarm ein Bohrkopf oder ein Fräskopf beweglich angeordnet und kraftgeregelt bis zum unteren Ende jedes Kontaktrohres eingeführt.
Es ist zu beachten, dass der Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Bohrkrone und der Innenwand der Kontaktrohre ausreichend groß bemessen ist, insbesondere nicht unterhalb des halben mittleren Partikeldurchmessers der Katalysatorformkörper, damit sich die Katalysatorpartikel nicht verklemmen und die Innenwand der Kontaktrohre beschädigen. Der Bohrkopf weist eine Bohrkrone aus bevorzugt einem Hartmetallwerkstoff auf, die hohl ist und an ein Vakuumsaugsystem angeschlosen wird. Die Bohrkrone wird bevorzugt in einer Schwingbewegung von insbesondere 180° um die Rohrachse in der Querschnittsebene der Rohre, bevorzugt mit einer Drehmomentbegrenzung, um eine Rohr- Schädigung zu vermeiden, bevorzugt mit kraftgeregeltem Vorschub, bewegt.
Nach Entfernen der Katalysatorformkörper bis auf eine Restfüllhöhe von etwa 3 bis 5 cm wird in einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt die Rückhalteeinrichtung aus jedem Kontaktrohr mechanisch herausgedrückt.
In einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt werden anschließend die Innenwände der Kontaktrohre analog der Erstreinigung, das heißt insbesondere durch Hochdruck oder mechanisch, mittels einer Bürste, gereinigt.
Ein nächster Arbeitsverfahrensschritt ist eine Werkstoffprüfung des nach Entleeren der Katalysatorformkörper gereinigten Kontaktrohres, insbesondere mittels Wirbelstrom, um Materialschäden zu erkennen und beschädigte Kontaktrohre gegebenenfalls auszuwechseln. Insbesondere wird der aktuelle Zustand jedes Kontaktrohres mit dessen Zustand unmittelbar nach der Nullmessung verglichen.
Für die Kontrolle des Verfahrensablaufes ist es vorteilhaft, Abdeckstopfen für das obere Ende der Kontaktrohre vorzusehen, die sich farblich unterscheiden, und zwar in dem Abdeckstopfen für Kontaktrohre, worin ein bestimmter Arbeitsverfahrensschritt noch nicht durchgeführt wurde eine erste Farbe aufweisen, und Abdeckstopfen für Kontakt- röhre, worin derselbe Arbeitsverfahrensschritt bereits ausgeführt wurde, eine zweite Farbe aufweisen, und wobei stets alle Kontaktrohre bis auf das Kontaktrohr, dass von einem Werkzeug zur Ausführung eines Arbeitsverfahrensschrittes angefahren ist, abgedeckt sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann im Bereich des oberen Rohrbodens, oberhalb der oberen Öffnungen der Kontaktrohre, eine Einrichtung zum Absaugen von Staub vorgesehen sein.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens oder einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel zur Herstellung von (Meth)acrolein, (Meth)acrylsäure, Phthalsäurean- hydrid, Maleinsäureanhydrid, Glyoxal, Ethylenoxid oder Phosgen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen im Einzelnen: Figur 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Entfernens von verbrauchtem Katalysatormaterial durch Absaugen,
Figur 2 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Entfernens von verbrauchtem Katalysatormaterial,
Figur 3 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Reinigens der entleerten Kontaktrohre und
Figur 4 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Befüllens der Kontaktrohre mit Katalysatorformkörpern.
Die schematische Darstellung in Figur 1 zeigt Kontaktrohre 1 , die parallel zu einander, in Längsrichtung eines nicht dargestellten Reaktors geordnet und in einem oberen Rohrboden 2 eingeschweißt sind.
In einer Ebene oberhalb des oberen Rohrbodens 2 und parallel zu demselben ist ein Werkzeugträgerarm 3 beweglich angeordnet und mit einem Werkzeug 4 bestückt.
Der Werkzeugträgerarm 3 wird, wie in der Figur beispielhaft dargestellt, mittels zweier Servomotoren M in einer Ebene parallel zum oberen Rohrboden 2 in Bewegung gesetzt.
Auf dem Werkzeugträgerarm 3 ist jeweils ein Werkzeug 4 austauschbar angeordnet, das mittels eines Servomotors M vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors sowie entlang des Werkzeugträgerarmes 3 bewegbar ist.
Die Figuren 1 bis 4 unterscheiden sich lediglich durch die Werkzeuge 4, die für den jeweiligen Arbeitsverfahrensschritt in geeigneter Weise ausgewählt werden: in Figur 1 ist zur Absaugung von verbrauchtem Katalysatormaterial als Werkzeug 4 ein Vakuumfördersystem vorgesehen;
in Figur 2 ist zum Auspressen von verklumpten Katalysatorpartikeln ein Bohrkopf mit Kernbohrer vorgesehen, in Figur 3 ist beispielhaft ein Hochdruckreiniger zum Reinigen der entleerten Kontaktrohre 2 vorgesehen und
in Figur 4 ist als Werkzeug 4 für den Arbeitsverfahrensschritt des Befüllens der Kontaktrohre 2 mit Katalysatorpartikel ein Vorratsrohr mit definiertem Volumen zur volu- metrischen Abgabe vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren (1 ) eines Reaktors mit einem Bündel von Kon- taktrohren (1 ), die zwischen einem oberen Rohrboden (2) und einem unteren
Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind,
umfassend eine Werkzeugträgereinrichtung (3), die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden (2) bewegbar angeordnet ist, und die mit jeweils einem auswechselbaren Werkzeug (4) für jeden Arbeitsverfahrensschritt bestückbar ist, wobei das auswechselbare Werkzeug (4) zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung (3) in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors, bewegbar ist, und jedes einzelne Kontaktrohr (1 ) über eine Steuereinheit gesteuert anfahren kann, wobei die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres (1 ) gemessen oder berechnet und in der Steuereinheit in einer Positionsdatenbank hinterlegt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugträgereinrichtung (3) einen Werkzeugträgerarm umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugträgereinrichtung einen oder mehrere weitere, bevorzugt einen weiteren Werkzeug- trägerarm, mit darauf auswechselbar angeordneten Werkzeugen (4) umfasst, wobei die Werkzeuge (4) auf jedem Werkzeugträgerarm für denselben oder für jeweils unterschiedliche Arbeitsverfahrensschritte vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Abdeckstopfen für das obere Ende der Kontaktrohre (1 ) vorgesehen sind, die sich farblich unterscheiden, indem Abdeckstopfen für Kontaktrohre (1 ), worin ein bestimmter Arbeitsverfahrensschritt noch nicht durchgeführt wurde, eine erste Farbe aufweisen, und Abdeckstopfen für Kontaktrohre (1 ), worin derselbe Arbeitsverfahrensschritt bereits ausgeführt wurde, eine zweite Farbe aufweisen, und wobei stets alle Kontaktrohre (1 ) bis auf das Kontaktrohr (1 ), das von einem
Werkzeug (4) zur Ausführung eines Arbeitsverfahrensschrittes angefahren ist, abgedeckt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des oberen Rohrbodens (2), oberhalb der oberen Öffnungen der Kontaktrohre (1 ), eine Einrichtung zum Absaugen von Staub vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor 100 bis 40.000 Kontaktrohre (1 ), bevorzugt 1.500 bis 40.000 Kontaktrohre (1 ), weiter bevorzugt 2.500 bis 40.000 Kontaktrohre (1 ), umfasst.
7. Verfahren zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren (1 ) eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren (1 ), die zwischen einem oberen Rohrboden (2) und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind,
wobei zunächst die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres (1 ), insbesondere mittels eines 3D-Laserscanners bestimmt oder berechnet und in einer Positionsdatenbank einer Steuereinheit hinterlegt wird, - wonach über die Steuereinheit jedes einzelne Kontaktrohr (1 ) des Bündels von Kontaktrohren (1 ) mit jeweils einem Werkzeug (4) zur Durchführung jedes einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel angefahren wird, wobei das Werkzeug (4) auswechselbar auf einer Werkzeugträgereinrichtung (3) angeordnet ist, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden (2) bewegbar angeordnet ist, und wobei das Werkzeug (4) zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung (3) in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors bewegt wird, und dabei jeweils jeden einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Ka- talysatorwechsel ausführt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt zum automatischen Katalysatorwechsel eine Erstreinigung von zuvor noch nicht in Betrieb gewesenen Kontaktrohren (1 ) ist, insbesondere eine Hoch- druckreinigung, bevorzugt mit Wasser, oder eine mechanische Reinigung, bevorzugt mittels Bürsten.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt eine Werkstoffprüfung, insbesondere mittels Wirbelstrom ist, um Mate- rialschäden an den Kontaktrohren (1 ) zu erkennen und schadhafte Kontaktrohre
(1 ) bei Bedarf auszuwechseln.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt eine Kontrolle, insbesondere eine optische Kontrolle ist, ob eine Kata- lysatorrückhalteeinrichtung am unteren Ende jedes Kontaktrohres (1 ) vorhanden ist.
1 1. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt das Befüllen jedes Kontaktrohres (1 ) mit einer oder mehreren Lagen von Katalysatorformkörpern und/oder mit einer oder mehreren Lagen von Inert- material ist, wobei das Befüllen bevorzugt gravimetrisch, über eine Wägezelle mit
Dehnungsmessstreifen, oder volumetrisch erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Überprüfung der Füllhöhe und/oder des Druckverlustes nach Be- füllen mit der einen oder jeder der mehreren Lagen von Katalysatorformkörpern und/oder von Inertmaterial ist, wobei die Füllhöhe bevorzugt optisch oder durch Ultraschall bestimmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Lagen von Katalysatorformkörpern und/oder zwei oder mehrere Lagen von I- nertmaterial in jedes Kontaktrohr (1 ) eingefüllt werden, dass die Druckverluste über sämtliche Kontaktrohre (1 ) gemessen, ein Mittelwert für den Druckverlust bestimmt und dass die Abweichung vom Mittelwert für jedes einzelne Kontaktrohr (1 ) errechnet wird, wobei bei Abweichungen, die über einen vorab festgeleg- ten, zulässigen Grenzwert hinausgehen, das entsprechende Kontaktrohr (1 ) markiert, teilweise oder vollständig entleert und erneut befüllt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Entleerung der verbrauchten Katalysatorformkörper aus den Kon- taktrohren (1 ) ist, insbesondere durch Absaugen, sofern die verbrauchten Katalysatorformkörper noch rieselfähig sind, bevorzugt mittels eines Vakuumfördersystems, insbesondere direkt in einen Abfallbehälter, oder sofern die Katalysatorformkörper nicht mehr rieselfähig sind, durch Ausbohren mittels eines Bohrkopfes oder eines Fräskopfes.
15. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Entleerung der Kontaktrohre von Katalysatorformkörpern, bevorzugt bis auf eine Restfüllhöhe im Bereich von etwa 3 bis 5 cm ist und dass anschließend aus jedem Kontaktrohr (1 ) die Katalysatorrückhalteeinrichtung mittels eines geeigneten Werkzeugs herausgedrückt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Reinigung der Innenwände der Kontaktrohre (1 ) nach Entleeren der verbrauchten Katalysatorformkörper ist, insbesondere mittels Hochdruckrei- nigung oder mechanischer Reinigung, bevorzugt Bürsten.
17. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt eine Werkstoffprüfung des nach Entleeren der Katalysatorformkörper gereinigten Kontaktrohres (1 ), insbesondere mittels Wirbelstrom, ist, um Materialschäden zu erkennen und beschädigte Kontaktrohre (1 ) gegebenenfalls aus- zuwechseln.
18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 17 zum automatischen Katalysatorwechsel in den Kontaktrohren (1 ) eines Reaktors zur Herstellung von (Meth)acrolein, (Meth)acrylsäure, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid,
Glyoxal, Ethylenoxid oder Phosgen.
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