[发明专利]用来使固体材料从管子松脱和抽出的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用来从壳管式反应器的一个或多个反应器管子中有效地松脱(dislodge)和抽出(extract)至少一部分固体材料、同时将对所述固体材料造成的损害最小化且留下至少一部分在结构上适于重复使用的固体材料的方法和设备。本发明还涉及在取出和替换所述固体材料的过程中，对所述管子的状态进行监控和传达的方法。

背景技术

存在以下的情况：出于各种原因，需要从管状部件中取出固体材料，而且不能对所述管状部件或固体材料造成破坏。

例如，壳管式热交换器被用作进行化学反应过程的反应器容器。这种反应器在工业化规模下运作的时候，通常具有极大数量的细长空心管(例如3,000-30,000根)，这些管子通常是互相平行的，共同地被一外壳包围。当用来进行催化反应的时候，所述各根管子通常包含固体催化材料以及其它固体，例如惰性材料。所述各根管子与进口和出口流体连通，以供反应物和其它工艺流体流过所述管子(即流过所述反应器容器的“管程”)。在操作过程中，根据需要，流体可以循环通过所述反应器容器的壳程，对所述管子及其内容物进行加热或冷却。根据所需的反应、整体工艺、以及反应器所处的环境，所述壳管式反应器可以是垂直取向的(即所述管子垂直取向，反应流体向上或向下流过所述管程)或者水平取向的(即所述管子水平取向，反应流体水平地流过所述管程)。

所述催化剂材料经常是颗粒形式，当使用一种以上催化剂的时候，它们可具有相同、类似或不同的组成和形状。它们经常以纵向设置的层沉积或装载入反应器管子之内(包含或不含其它固体材料，例如惰性材料)，所述每个纵向设置的层构成独立的区域，每个区域被称为活性“反应区”，在其中发生所需的化学反应。

随着时间的推移和使用的进行，所述催化剂材料的活性、或性能会降低，造成产率逐渐降低，直至在经济上不再能继续使用所述催化剂材料。此时，必须将用过的催化剂材料和任意其它的固体从反应器取出，用新的、未使用过的催化剂材料和其它固体的新的“装料”代替。这需要从反应器中的每个管子中抽出用过的催化剂和任意其它的固体。由于反应器容器中具有极多的反应器管子，从反应器中卸载催化剂和其它固体以及重新装载新鲜的催化剂和固体所需的时间可能很长，即数日、数周、甚至数月，在此期间所述反应器无法运作。很明显，抽出用过的催化剂和固体、并向管子内装载新鲜催化剂和固体所需的时间越久，损失的生产时间就越长。

无论是催化剂或其它材料，具有非球形形状的固体材料经常更难取出，这是因为这些材料的颗粒倾向于塞实，可能(且经常会)桥状堵塞在反应器管内，因此必须首先使其松脱。因为在操作过程中，在反应器内发生碳化物沉积或其它材料的存在(例如引入反应物流内的杂质)或形成(例如二聚体或聚合物)，固体材料还可能发生人们所不希望的互相粘合或附着，或者粘合或附着于与反应器管的内壁，或者这两种情况同时发生。另外，反应器运作时间越久，反应器管内这类固体材料的产生、沉积和楔合或嵌塞的量越多，这当然使得它们更难以松脱。任意的这些情况当然会妨碍固体材料从管内的抽出，因为必须首先使这些固体材料松脱，而且不能对管子、反应器的其它部件、以及想要回收重复使用的固体材料造成破坏。已知上述问题会在以下种类的反应过程中(但不限于此)发生：氧化反应，氨氧化反应，分解反应，还原反应和包含烃类的脱氢反应。

如上所述，尽管有花费时间方面的压力，仍然必须在不破坏管子或反应器的其它部件的前提下将催化剂材料从反应器管子抽出。另外，从经济角度考虑，在可能的情况下，优选分离和重复使用至少一部分其它的固体材料，例如惰性材料。但是，即使当惰性材料能够与其它抽出的固体材料分离的时候，当它们楔合、附着入或桥状堵塞在管内的时候，在松脱的过程中，所述惰性材料可能发生一定程度的物理破坏或变形，使其在结构上不再适于重复使用。

美国专利第4,701,101号中简短地描述了一种最早的将诸如催化剂和其它材料之类的固体材料从反应器管中取出的方法，该方法简单地使用与真空源相连的管子或导管将固体材料手动利用真空吸出，其中将所述管子插入并手动控制，使其与固体接触并抽出固体。该专利还简单地讨论了在取出固体材料之后、填充新的固体材料之前，用盖子覆盖管子的端部，以防不希望出现的材料进入所述管子之内。美国专利第4,701,101号还揭示了可以对所述盖子进行标记或用颜色标示，以说明每个管子剩余的空长度，以及在重新填充过程中一个或多个管子是否过填充或未充满。