[发明专利]转化炉反应管催化剂装填机

说明书

技术领域

本发明涉及一种装填机，尤其是一种转化炉反应管催化剂装填机。

背景技术

目前，世界各国工业对氢气的需求量日益增长，针对不同规模的需求量，可采用不同方法获取氢气。对于最小规模(在100Nm³/h以下)，可以采用电解法制取氢气，或者购买市售瓶装氢气；对于食品、电子和医药等，它们需氢量规模小、且为间歇式需求，则可采用氨/甲醇分解转化制取氢气；对于大型炼油厂和化肥厂、合成氨厂、甲醇厂、制氢厂、氧气厂、CO厂和还原气厂等，它们需要大规模的氢气量，必须通过制氢装置获得，而这种制氢装置通常是采用蒸汽转化工艺的转化炉。

转化炉的工作效率和反应管寿命取决于其反应管内催化剂装填的均匀程度和结实程度，因此催化剂在转化炉反应管内的堆放形式是极其重要的。如果催化剂颗粒变形，形成楔形堆积，或者形成拱形、桥形结构时，就会在催化剂颗粒间形成无效空隙。基于催化剂颗粒的形状，上述结构一旦出现，就会变成极为稳固的结构构架，导致空隙很难消除。

在无效空隙处是没有催化剂的，原料气/蒸汽的混合气体在此处就不能发生充分的反应(该反应为吸热反应)，而这也就意味着，此处将无法按照设计的传热速率吸收热能。如果无效空隙位于反应管管壁附近，那么该处管壁外侧的热能就无法被吸收，从而造成此处管壁过热形成“热点区域”。由于反应管正常工作温度与其材料的冶金极限极为接近，即便是一般的过热现象(可能仅仅升高10-20℃)都将极大地缩短转化炉反应管的工作寿命。如果无效空隙位于催化剂填充结构内部，虽然不至于导致管壁过热，但是会影响管壁至反应管中轴线间的温度梯度，并导致催化剂局部过热；当转化炉在较低的水碳比(蒸汽/碳比率)工况下运行时，此处会发生碳沉积，即“结碳”现象，而这部分催化剂也会因此失去活性，最终使反应管内出现“热带”，进而影响转化炉工作效率和反应管寿命。

转化炉所用的催化剂非常娇贵，当催化剂颗粒从1米以上的高度自由降落时，它们很容易受到物理损害。由于转化炉反应管高度通常在10-13米左右，因此绝不能简单地采用从转化炉反应管顶部直接下落的方式填装催化剂。

在现有的装填方法中，曾经使用最广泛、同时也是最简单的是袜袋式填装法。先将装填在又细又长的的袜袋里，每个袜袋直径须比反应管内径小15mm左右，且每个袜袋里都要装填同一预定量的催化剂；装填完毕后，从其顶部折叠起来，再通过结一个绳结，或者穿过一个“活绳扣”，把一个强度较大的细杆子或者绳索系到袜袋的另一端；然后把袜袋的折叠一端续入到反应管内，并让它尽量落入反应管最深处，接着用力狠拽一下细杆子或者绳索，打开袜袋底部，此时催化剂就会从袜袋转移到反应管内，最后把袜袋抽出来，完成装填。这种方法对装填工人的熟练程度要求高，不正确操作会产生催化剂下落高度不一、或提前下落从而造成破碎、上下密度不均匀等问题；此外，在装填过程中，需要不断用锤子敲击反应管或者用振动装置振动反应管，尽量把催化剂装填紧密，避免形成无效空隙，直至管内催化剂填装到预定高度。但是，敲击或振动会对反应管造成一定损伤，会导致反应管长期运行后顶部开裂，因此，这种方法已经趋于淘汰。

经检索发现，申请号为94113082.7的中国发明专利公开了一种均匀装填催化剂管的方法和设备，其方法包括通过两个或多个分流步骤将进料流和每个得到的分流分成至少两股流，以若干颗粒流量和速度基本相等的分流将催化剂颗粒的进料流引入管板上；其设备包括许多彼此间隔的水平板，每个板上开有若干等尺寸且相隔一定距离和间距的孔，以便这些孔在相邻板上的垂直投影不与该板上的孔同心，随后板中孔的数量至少增加一个孔，从而催化剂颗粒的入流通过这些孔划分成增加数量的分流。但是该设备仅仅专注于以分流实现均匀装填，并没有提供防止催化剂破裂的任何措施。

申请号为200410078601.0的中国发明专利申请公开了一种装填催化剂的方法，该方法包括：在反应管内插入一种链式物质，使得链式物质的低端位置高于催化剂层的上端；以及在固定床多管反应器的反应管内装填催化剂。虽然该专利指出链式物质可以降低催化剂的下落速率，但事实上该链式物质的主要作用是分割空间、形成催化剂下落轨道，并不能实现有效缓冲作用，也不能起到均匀填装的作用。

申请号为200480023666.3的中国发明专利公开了一种用催化剂颗粒装填内径小于或等于50mm的立管的方法，包括将填充辅助装置引入立管，其中填充辅助装置包括柔性伸长体，并且柔性伸长体的横截面与立管横截面之比为0.003-0.08；以及将催化剂颗粒引入立管。该方法引入的柔性伸长体主要起分割空间、形成催化剂下落轨道的作用，同样不能实现有效缓冲作用，也不能起到均匀填装的作用。