[发明专利]装填催化剂的方法及装置

说明书

技术领域

本发明的实施方式通常涉及将颗粒材料填入管中的方法及装置。更具体而 言，本发明的实施方式通常涉及将催化剂填入一段转化炉的管中的方法及装 置。

背景技术

诸如在生产氨、氢气及甲醇中使用的一段转化炉(primary reformer furnace) 通常利用几十到几百个装有催化剂颗粒的换热管。这些管必须最初就装有催化 剂，并且必须周期性地用新的催化剂替换用过的催化剂。如果催化剂颗粒在填 入管中时太快或者非均一地被导入，将很容易在催化剂充填中形成空穴。此外， 催化剂颗粒如果在填入管中时自由落体太长距离则可能破裂或压碎。空穴或压 碎的催化剂产生局部密度变化以及小于最佳的催化剂密度。局部密度变化因管 的不同而不同并且造成管中压降的变化。这导致多管反应器中气体分布的反常 并在反应器操作时造成管的不均匀温度分布。管中产生的热及机械应力可以降 低其使用寿命。为了减少空穴，可以利用诸如轻打(tap)或振荡管上部的方 法来振荡该管。然而，这是费力的并且延缓了填充操作。另外，轻打或振荡可 以使管受到额外的机械应力。如果在填充时发生催化剂颗粒的过分压碎或破 裂，唯一的补救方法是从管中取出所有催化剂并适当地重新填充该催化剂。这 增加了大量劳动并且导致昂贵催化剂的损失。

减小密度变化的一种方法利用由诸如软塑料的材料制成的短套(sock)或 套样(sock-like)的元件，其最初就被装有催化剂。该催化剂可以由制造商以 已经在套中的方式来供货。当填充管时，将装有催化剂的套固定到一线上并且 朝向每个管的底部降下。通过急拉(jerk)该线，该套在其底部被打开，催化 剂以最低限度的自由落体流入管中。然而，这一方法有若干缺点。用此方法填 充一个管通常需要许多套从而使得该方法很费力。有时，套将过早地打开，使 得催化剂颗粒下落很长距离并在它们撞击管底时达到足以压碎或破裂的因重 力产生的速度。如果该套在催化剂颗粒间含有空穴，那么通常将在套被倒空时 在管中形成相应的空穴。结果是，必须使管受到轻打或振荡以保证管中相当均 匀的气体分布。

实现良好且均匀地将催化剂封装入管中的另一方法包括将水装入管中然 后倒入催化剂。然而，这一方法需要随后彻底除去水。除水以及随后必需的干 燥花费很长时间。此外，所用的水需要特殊处理，因而增加时间和成本。

RD专利申请RD-253040-A描述了一种用催化剂填充管的方法，该方法通 过利用一包括缓慢转动的配置的输送器(transporter)将该催化剂加入管的上 部。催化剂从容器中通过导管被运输，导管中有带有斜向/横向螺旋桨翼部或 刷子的杆。然后将催化剂颗粒运输倒催化剂管的上端部并平滑地落入管中。然 而，必须缓慢加入颗粒以便得到管的均匀填充。此外，尤其是在填充操作的第 一部分时催化剂降落一明显的长度从而允许催化剂在下落时被压碎或破坏。因 此，颗粒可能在管的垂直长度中不均匀地封装并且填充时间可以很长。

因此，需要这样的催化剂装填工具，其制造是经济有效的并且易于构造以 适应特定反应器的具体装填需求。还需要允许均匀地填充反应器管而不破坏催 化剂颗粒的催化剂装填工具。

发明内容

本发明的实施方式通常涉及防止催化剂颗粒破损且将催化剂均匀地填入 管中至最佳密度的方法及装置。该装填工具包括多个减震器元件，其几乎在每 个元件的情况下都以至少一个径向从管的中线伸出，所述元件具有小于管内径 的直径。例如，一个实施方式中，该减震器元件定型为“Z-状”构造，其每个对 于相邻的上或下减震器元件具有不同的转动取向。该Z构造可以是沿着中心 元件水平设置或者可以由单个刚硬的(stiffened)元件以整体形式垂直地形成。 另一实施方式中，该减震器形成为沿管的长度而增加或减小直径的螺旋形 (spiral)或螺线(helical)形状。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种将固体颗粒分布到管中的 装填工具，包括：一中心元件；和沿中心元件放置的多个基本上相同的减震器 元件，每个减震器元件包括至少两个刚性且相反的臂，所述臂在至少两个相反 方向以基本上90度从中心元件向外伸出并且每个减震器元件与相邻的减震器 元件的转动不同，其中每个所述臂还包括一个从其远端以高达90度的角伸出 的横臂。