專利名稱：轉化爐反應管催化劑裝填機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種裝填機，尤其是一種轉化爐反應管催化劑裝填機。
背景技術：
目前，世界各國工業對氫氣的需求量日益增長，針對不同規模的需求量，可采用不同方法獲取氫氣。對于最小規模(在100Nm3/h以下)，可以采用電解法制取氫氣，或者購買市售瓶裝氫氣；對于食品、電子和醫藥等，它們需氫量規模小、且為間歇式需求，則可采用氨 /甲醇分解轉化制取氫氣；對于大型煉油廠和化肥廠、合成氨廠、甲醇廠、制氫廠、氧氣廠、 CO廠和還原氣廠等，它們需要大規模的氫氣量，必須通過制氫裝置獲得，而這種制氫裝置通常是采用蒸汽轉化工藝的轉化爐。轉化爐的工作效率和反應管壽命取決于其反應管內催化劑裝填的均勻程度和結實程度，因此催化劑在轉化爐反應管內的堆放形式是極其重要的。如果催化劑顆粒變形，形成楔形堆積，或者形成拱形、橋形結構時，就會在催化劑顆粒間形成無效空隙。基于催化劑顆粒的形狀，上述結構一旦出現，就會變成極為穩固的結構構架，導致空隙很難消除。在無效空隙處是沒有催化劑的，原料氣/蒸汽的混合氣體在此處就不能發生充分的反應(該反應為吸熱反應)，而這也就意味著，此處將無法按照設計的傳熱速率吸收熱能。如果無效空隙位于反應管管壁附近，那么該處管壁外側的熱能就無法被吸收，從而造成此處管壁過熱形成“熱點區域”。由于反應管正常工作溫度與其材料的冶金極限極為接近， 即便是一般的過熱現象(可能僅僅升高10-20°C )都將極大地縮短轉化爐反應管的工作壽命。如果無效空隙位于催化劑填充結構內部，雖然不至于導致管壁過熱，但是會影響管壁至反應管中軸線間的溫度梯度，并導致催化劑局部過熱；當轉化爐在較低的水碳比(蒸汽/碳比率)工況下運行時，此處會發生碳沉積，即“結碳”現象，而這部分催化劑也會因此失去活性，最終使反應管內出現“熱帶”，進而影響轉化爐工作效率和反應管壽命。轉化爐所用的催化劑非常嬌貴，當催化劑顆粒從1米以上的高度自由降落時，它們很容易受到物理損害。由于轉化爐反應管高度通常在10-13米左右，因此絕不能簡單地采用從轉化爐反應管頂部直接下落的方式填裝催化劑。在現有的裝填方法中，曾經使用最廣泛、同時也是最簡單的是襪袋式填裝法。先將裝填在又細又長的的襪袋里，每個襪袋直徑須比反應管內徑小15mm左右，且每個襪袋里都要裝填同一預定量的催化劑；裝填完畢后，從其頂部折疊起來，再通過結一個繩結，或者穿過一個“活繩扣”，把一個強度較大的細桿子或者繩索系到襪袋的另一端；然后把襪袋的折疊一端續入到反應管內，并讓它盡量落入反應管最深處，接著用力狠拽一下細桿子或者繩索，打開襪袋底部，此時催化劑就會從襪袋轉移到反應管內，最后把襪袋抽出來，完成裝填。 這種方法對裝填工人的熟練程度要求高，不正確操作會產生催化劑下落高度不一、或提前下落從而造成破碎、上下密度不均勻等問題；此外，在裝填過程中，需要不斷用錘子敲擊反應管或者用振動裝置振動反應管，盡量把催化劑裝填緊密，避免形成無效空隙，直至管內催化劑填裝到預定高度。但是，敲擊或振動會對反應管造成一定損傷，會導致反應管長期運行后頂部開裂，因此，這種方法已經趨于淘汰。經檢索發現，申請號為94113082. 7的中國發明專利公開了一種均勻裝填催化劑管的方法和設備，其方法包括通過兩個或多個分流步驟將進料流和每個得到的分流分成至少兩股流，以若干顆粒流量和速度基本相等的分流將催化劑顆粒的進料流引入管板上；其設備包括許多彼此間隔的水平板，每個板上開有若干等尺寸且相隔一定距離和間距的孔， 以便這些孔在相鄰板上的垂直投影不與該板上的孔同心，隨后板中孔的數量至少增加一個孔，從而催化劑顆粒的入流通過這些孔劃分成增加數量的分流。但是該設備僅僅專注于以分流實現均勻裝填，并沒有提供防止催化劑破裂的任何措施。申請號為200410078601. 0的中國發明專利申請公開了一種裝填催化劑的方法， 該方法包括在反應管內插入一種鏈式物質，使得鏈式物質的低端位置高于催化劑層的上端；以及在固定床多管反應器的反應管內裝填催化劑。雖然該專利指出鏈式物質可以降低催化劑的下落速率，但事實上該鏈式物質的主要作用是分割空間、形成催化劑下落軌道，并不能實現有效緩沖作用，也不能起到均勻填裝的作用。申請號為200480023666. 3的中國發明專利公開了一種用催化劑顆粒裝填內徑小于或等于50mm的立管的方法，包括將填充輔助裝置引入立管，其中填充輔助裝置包括柔性伸長體，并且柔性伸長體的橫截面與立管橫截面之比為0. 003-0. 08 ；以及將催化劑顆粒引入立管。該方法引入的柔性伸長體主要起分割空間、形成催化劑下落軌道的作用，同樣不能實現有效緩沖作用，也不能起到均勻填裝的作用。申請號為200780009292. 3的中國發明專利申請公開了一種將固體顆粒分布到管中的裝填工具，包括中心元件，沿中心元件放置的多個基本上相同的減震器元件，每個減震器元件包括至少兩個剛性且相反的臂，該臂在至少兩個相反方向以基本上90度從中心元件向外伸出并且每個減震器元件與相鄰的減震器元件的轉動不同。由于該工具減震器伸出的是臂形部件，只能對落至臂形部件上的催化劑起到減震作用，那些沒有落至臂形部件上的催化劑會繼續下落，直至遇到某減震器的臂形部件或者直接落至管底，因此，該工具并不能對所有催化劑進行減震，無法起到完全保護作用。申請號為200710196071. 3的中國發明專利申請公開了一種裝填顆粒催化材料的裝置及裝填方法，其裝置內設有直徑小于催化劑反應管內徑、并帶有內螺旋軌道的裝填軟管，其關鍵是要以預定速度把催化劑顆粒加入到裝填軟管內。但是，該裝置的裝填軟管是逐節連接而成，長期使用容易脫落；此外，其螺旋軌道的作用就是增加催化劑的運行距離，催化劑下落仍然近似于勻加速運動，緩沖減速作用有限，因此催化劑顆粒最終并非以低速裝入反應管，很難避免催化劑破碎。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術存在的問題，提供一種可以使催化劑低速均勻填裝的轉化爐反應管催化劑裝填機。本實用新型解決其技術問題的技術方案如下一種轉化爐反應管催化劑裝填機， 包括安置于支撐架上的料斗和安置于支撐座上的豎直導向管，所述料斗頂部設有進口、下部側面設有出口；所述料斗的出口與導向管連通，所述導向管下部外接轉化爐反應管；其特征是，所述支撐架上固定有與料斗底面連接的振動器；所述料斗下部具有傾向料斗出口的斜板，所述斜板的低端與料斗出口下邊緣平齊；所述導向管上方設有升降裝置，所述導向管內設有吊索、及一組沿吊索軸向間隔設置的緩沖器，所述各緩沖器經吊索與升降裝置相連；所述各緩沖器表面由柔性材料制成；所述導向管內還設有一組分別沿各緩沖器周向設置的柔性緩沖墻，所述各緩沖墻固定在相應緩沖器上、并與相應緩沖器之間留有空隙。本實用新型采用可隨振動器上下振動的活動式料斗，在料斗底部的斜板配合下可將催化劑源源不斷地由出口送出、并防止催化劑在出口處堵塞，從而控制催化劑均勻下料， 且下料速率由振動器振動幅度決定、可以按需調節，這些都是實現均勻裝填效果的先決條件；導向管內吊索上的一組柔性緩沖器及柔性緩沖墻可以形成多級緩沖(其中，緩沖器與緩沖墻之間的空隙可供催化劑顆粒通過)，能有效降低催化劑下落速率，并使催化劑以足夠低的速率均勻填入轉化爐反應管，是實現均勻裝填效果的進一步保障；升降裝置用于提升吊索及緩沖器，使緩沖器與催化劑床頂面保持一定距離，避免緩沖器被催化劑掩埋，進一步確保催化劑的均勻裝填。同時，采用上述結構可以防止催化劑顆粒破碎，從而降低催化劑顆粒的破碎率。使用時，先將導向管與相應反應管相接、并將兩者中心對齊，再將導向管內的吊索連同緩沖器和緩沖墻下降至反應管中合適高度，使最低端緩沖器與反應管底部保持一定距離；然后將催化劑顆粒從進口裝入料斗，同時，料斗在振動器作用下上下振動，催化劑隨料斗振動運動至出口、并進入導向管；在緩沖器及緩沖墻的層層緩沖下，催化劑低速落入反應管內催化劑床表面；裝填過程中，升降裝置在主控電路控制下勻速或間歇提升吊索，使最低端緩沖器與反應管內催化劑床頂面始終保持一定距離，直至裝填結束。本實用新型進一步完善的技術方案如下1、所述各緩沖器呈喇叭形狀，所述各緩沖器遠離升降裝置的部分的橫截面面積大于靠近升降裝置的部分的橫截面面積；所述各緩沖器與吊索同軸固定連接，所述各緩沖器的側面向該緩沖器中軸線對稱凹陷成曲面。采用上述結構的緩沖器可以顯著提高緩沖效果，還能避免催化劑在緩沖器表面積聚，可進一步提高催化劑的裝填效果。2、所述各緩沖器表面還具有一組與該緩沖器同軸的環狀凸起、或一組沿該緩沖器徑向分布的帶狀凸起、或一組粒狀凸起。該結構可以進一步降低物料下落速率，均具有顯著的減速效果。3、所述各緩沖墻比相應緩沖器的頂面和底面分別高出至少20mm。采用該結構，可對下落的催化劑起到更好的緩沖作用。4、所述各緩沖器分別沿徑向向外延伸出一組榫邊，所述各緩沖墻與相應緩沖器的榫邊固定連接；所述緩沖墻截面呈正多邊形或圓環。研究表明，采用該結構可以顯著提高緩沖效果。5、所述各緩沖器尺寸相同；所述各緩沖器上部最小直徑為0. 4-1. 0mm、下部最大直徑是反應管直徑的0. 3-0. 6倍，所述各緩沖器下邊緣與相應緩沖墻內側的距離為所裝填催化劑顆粒直徑的1.5-3. 5倍。采用該尺寸的緩沖器，可以實現更好的均勻填裝效果。6、所述各緩沖器等間隔分布；所述各緩沖器底面與相鄰下方緩沖器頂面的距離為 1. 0-2. Om0[0028]采用該結構，逐級減速效果最優，可實現更好的均勻填裝效果。7、所述吊索直徑為5_20mm。經研究發現，該直徑范圍的吊索對催化劑顆粒有減速效果。8、所述料斗出口經下料軟管與導向管連通；所述料斗出口外側設有閘板。下料軟管可對催化劑起到保護作用，閘板用于控制催化劑放行，從而進一步保證均勻裝填。9、所述斜板與料斗底面的夾角為5-25° ；所述斜板靠近料斗出口的部分具有篩孔，所述篩孔孔徑為3-6mm ；所述斜板下方設有集塵抽屜。采用該結構可將催化劑顆粒中的粉塵或破碎的催化劑顆粒篩除，并且篩除效率高，可進一步降低催化劑床中催化劑顆粒的破碎率、降低反應管內催化劑床中無效組分的含量，并進一步保證均勻填裝效果。本實用新型結構簡單，設計巧妙，易于搬運和拆裝，操作簡單；可將催化劑顆粒低速均勻裝填于反應管內，裝填效果好、效率高，可有效提高催化劑顆粒的裝填密度和均勻度，并降低催化劑顆粒在裝填過程中的破碎率；還可避免將催化劑中的粉塵和破碎的催化劑顆粒裝入反應管。采用本實用新型的結構后，可以確保反應管中催化劑床具有優良的裝填效果，達到優化轉化爐反應管工作性能和延長使用壽命的目的。
圖1為本實用新型實施例裝填機的結構示意圖。圖2為圖1實施例緩沖器和緩沖墻的俯視示意圖，A為多邊形緩沖墻，B為環形緩沖墻。圖3為圖1實施例斜板的示意圖。圖4為圖1實施例緩沖器的立體示意圖。圖5為圖1實施例緩沖器的俯視圖，A為具有環狀凸起，B為具有帶狀凸起，C為具有粒狀凸起。圖6為圖1實施例在反應管內填裝的實施示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖并結合實施例對本實用新型作進一步詳細描述。但是本實用新型不限于所給出的例子。實施例本實施例的轉化爐反應管催化劑裝填機基本結構如圖1-6所示，包括安置于支撐架1上的料斗2 (本實施例料斗為長方體，也可選擇圓柱體、球體、不規則體等其它形狀)； 支撐架1上固定有振動器12 (可為電動或氣動振動裝置)，振動器12與料斗2底面連接，可使料斗2上下振動。料斗2頂部設有進口 21、下部側面設有出口 22 ；料斗出口 22外側設有閘板28 ；料斗2下部具有傾向料斗出口 22的斜板23，斜板23的低端與料斗出口 22下邊緣平齊；斜板 23與料斗2底面之間的夾角為5-25° (優選10-20°，更優選15° );斜板23靠近料斗出口 22的部分具有篩孔231 ；篩孔231的孔徑為3_6mm，具體孔徑可根據需要而定；斜板23下方設有集塵抽屜沈。調整振動器12的振動幅度可以控制下料速度振動幅度大下料快，振動幅度小下料慢；此外，振動器12可以防止物料堵塞出口 22導致下料不暢。還包括安置于支撐座4上的豎直導向管3，料斗出口 22經下料軟管27與導向管3 連通，導向管3上方設有升降裝置32，導向管3內設有吊索31、及一組沿吊索31軸向間隔設置的緩沖器33，各緩沖器33經吊索31與升降裝置32相連；導向管3內還設有一組分別沿各緩沖器33周向設置的柔性緩沖墻34，各緩沖墻34固定在相應緩沖器33上、并與相應緩沖器33之間留有空隙；導向管3下部外接轉化爐反應管；吊索31直徑為5-20mm。需要說明的是，升降裝置32采用現有裝置，比如本實施例采用控制電機321控制卷筒322卷動經定滑輪323傳來的吊索31，以此實現升降吊索的功能；也可以采用其它裝置，如手動控制的定滑輪等，只要能實現升降吊索的功能即可。各緩沖器33表面由柔性材料(如柔性塑料、柔性橡膠等現有柔性材料)制成；各緩沖器33分別沿徑向向外延伸出一組榫邊331，各緩沖墻34與相應緩沖器33的榫邊331 固定連接(可采用榫卯連接、卡槽連接、螺栓連接等現有連接方式)。各緩沖器33呈喇叭形狀，各緩沖器33遠離升降裝置32的部分的橫截面面積大于靠近升降裝置32的部分的橫截面面積；各緩沖器33與吊索31同軸固定連接，各緩沖器33 的側面向該緩沖器中軸線對稱凹陷成曲面。各緩沖器33表面還具有一組與該緩沖器同軸的環狀凸起331、或一組沿該緩沖器徑向分布的帶狀凸起332、或一組粒狀凸起333。各緩沖器33尺寸相同；各緩沖器33上部最小直徑為0. 4-1. 0mm、下部最大直徑是反應管直徑的0. 3-0. 6倍，各緩沖器33下邊緣與相應緩沖墻34內側的距離為所裝填催化劑顆粒直徑的1. 5-3. 5倍。各緩沖器33等間隔分布；各緩沖器底面與相鄰下方緩沖器頂面的距離為1. 0-2. Om0需要說明的是，緩沖器33可以采用表面由柔性材料制成、其余部分由剛性材料制成的結構，也可以采用表面和其余部件均由柔性材料制成的結構。各緩沖墻34比相應緩沖器33的頂面和底面分別高出至少20mm。緩沖墻34截面呈正多邊形或圓環。緩沖器33、榫邊331、緩沖墻34共同圍成供催化劑顆粒通過的空間和路徑，可以起到緩沖作用。試驗表明，采用本實施例結構后，經過緩沖的催化劑顆粒最終會以低于2米/秒的速率降落至催化劑床表面。此外，本實施例緩沖器下部中空，多個緩沖器可以方便地疊合到一起，不用拆下來；緩沖墻可以從緩沖器上拆下，方便緩沖器疊合。本實施例尤其適用于70_160mm管徑的轉化爐反應管催化劑的機械裝填。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護范圍。
權利要求1.一種轉化爐反應管催化劑裝填機，包括安置于支撐架上的料斗和安置于支撐座上的豎直導向管，所述料斗頂部設有進口、下部側面設有出口 ；所述料斗的出口與導向管連通， 所述導向管下部外接轉化爐反應管；其特征是，所述支撐架上固定有與料斗底面連接的振動器；所述料斗下部具有傾向料斗出口的斜板，所述斜板的低端與料斗出口下邊緣平齊； 所述導向管上方設有升降裝置，所述導向管內設有吊索、及一組沿吊索軸向間隔設置的緩沖器，所述各緩沖器經吊索與升降裝置相連；所述各緩沖器表面由柔性材料制成；所述導向管內還設有一組分別沿各緩沖器周向設置的柔性緩沖墻，所述各緩沖墻固定在相應緩沖器上、并與相應緩沖器之間留有空隙。
2.根據權利要求1所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述各緩沖器呈喇叭形狀，所述各緩沖器遠離升降裝置的部分的橫截面面積大于靠近升降裝置的部分的橫截面面積；所述各緩沖器與吊索同軸固定連接，所述各緩沖器的側面向該緩沖器中軸線對稱凹陷成曲面。
3.根據權利要求2所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述各緩沖器表面還具有一組與該緩沖器同軸的環狀凸起、或一組沿該緩沖器徑向分布的帶狀凸起、或一組粒狀凸起。
4.根據權利要求3所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述各緩沖墻比相應緩沖器的頂面和底面分別高出至少20mm。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述各緩沖器分別沿徑向向外延伸出一組榫邊，所述各緩沖墻與相應緩沖器的榫邊固定連接； 所述緩沖墻截面呈正多邊形或圓環。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述各緩沖器尺寸相同；所述各緩沖器上部最小直徑為0. 4-1. 0mm、下部最大直徑是反應管直徑的0. 3-0. 6倍，所述各緩沖器下邊緣與相應緩沖墻內側的距離為所裝填催化劑顆粒直徑的 1. 5-3. 5 倍。
7.根據權利要求1至4中任意一項所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述各緩沖器等間隔分布；所述各緩沖器底面與相鄰下方緩沖器頂面的距離為1. 0-2. 0m。
8.根據權利要求1至4中任意一項所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述吊索直徑為5-20mm。
9.根據權利要求1至4中任意一項所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述料斗出口經下料軟管與導向管連通；所述料斗出口外側設有閘板。
10.根據權利要求1至4中任意一項所述的轉化爐反應管催化劑裝填機，其特征是，所述斜板與料斗底面的夾角為5-25° ；所述斜板靠近料斗出口的部分具有篩孔，所述篩孔孔徑為3-6mm ；所述斜板下方設有集塵抽屜。
專利摘要本實用新型涉及轉化爐反應管催化劑裝填機，包括安置于支撐架上的料斗和安置于支撐座上的豎直導向管，料斗頂部設有進口、下部側面設有出口；料斗的出口與導向管連通，導向管下部外接轉化爐反應管；支撐架上固定有與料斗底面連接的振動器；料斗下部具有傾向料斗出口的斜板，斜板的低端與料斗出口下邊緣平齊；導向管上方設有升降裝置，導向管內設有吊索、及一組沿吊索軸向間隔設置的緩沖器，各緩沖器經吊索與升降裝置相連；各緩沖器表面由柔性材料制成；導向管內還設有一組分別沿各緩沖器周向設置的柔性緩沖墻，各緩沖墻固定在相應緩沖器上、并與相應緩沖器之間留有空隙。本實用新型可有效提高催化劑裝填密度和均勻度，并降低催化劑破碎率。
文檔編號C01B3/02GK202116293SQ20112022391
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者周瑞 申請人:周瑞