顆粒材料加載設備的制作方法
【專利摘要】提供了用于將顆粒材料加載至基本豎直管的陣列中的加載托盤，其中，加載托盤包括多個加載托盤元件，每個加載托盤元件包括至少一個加載開口，至少一些加載托盤元件包括至少兩個加載開口，加載托盤元件裝配起來形成加載開口陣列。
【專利說明】顆粒材料加載設備
【技術領域】
[0001]本發明大體涉及用于將顆粒材料加載至管的陣列中的加載托盤。更具體地，本發明涉及用于將顆粒催化劑加載至催化反應器的反應管中的催化劑加載托盤。在其他方面中，本發明涉及用于組裝成加載托盤的加載托盤元件，以及使用催化劑加載托盤將顆粒催化劑加載至催化反應器中的方法。具體地，本發明涉及將催化劑球加載至具有多個豎直對準的平行反應管的催化反應器容器中的設備和方法。
【背景技術】
[0002]化學制品通常通過大型工業催化反應器中的反應以工業規模制造。通常使用的工業催化反應器類型設置有多個豎直布置的平行反應管，其中上述反應管在操作過程中部分或完全填充有催化劑顆粒。化學反應物通過反應管從而與催化劑接觸以進行反應。這種反應器通常稱為多管反應器。這些類型的反應器是已知的，并在專利公開GB3，223，490以及US6409977中進行了描述。
[0003]典型的催化反應器呈柱形，并且直徑為2至9米，高度為5至50米。催化反應器通常是設計用于具體化學工藝或場地要求的訂制結構，因此各反應器的尺寸可能極大地變化。原則上，這種反應器可具有任何尺寸，尤其可大于或者小于上述典型尺寸，限制條件與物理構造限制和反應要求關聯。過去幾年尤其在石油化學工業中總的趨勢是增大催化反應器尺寸。
[0004]反應器通常設置有柱形殼體，該柱形殼體包含大量豎直對準的平行反應管，500至40，000個。反應管具有連結(例如焊接)至上、下管板中的開口的上端部和下端部。管板在柱形殼體中水平延伸，并且通常定位成鄰近其端部凸緣。反應器殼體的上、下端部由穹狀件封閉，其中該穹狀件能夠打開以允許訪問內部從而在反應管中進行維修和催化劑替換。例如，穹狀件可設置有人孔以允許工人訪問或者可以是可移除的。因為冷卻管延伸通過穹狀件而達到反應器芯部，所以通常穹狀件是不可移除的或者至少是不便于移除的。這些冷卻管可使得移除反應器的穹狀件變得復雜或者不可能。
[0005]反應管在其端部是敞開的，并且可具有約2cm至15cm的內徑。其連結(例如通過焊接)至設置于管板中的開口的圖案中。管板中開口的圖案和管的數量適于反應器中執行的化學反應以及反應的規模，但通常開口以0.3cm至5cm或更大的優選恒定間距(即一個孔的外周與其相鄰孔的外周之間的最短距離)等距隔開。
[0006]催化劑顆粒被加載入反應管。催化劑顆粒以各種尺寸和形狀提供，通常為球形或柱形，并且具有約Imm至25mm，更通常為2mm至15mm的公稱直徑。反應管與催化劑球在尺寸上相配，以允許顆粒以受控的方式進入反應管，從而最小化橋接(bridging)的風險。典型地，顆粒具有的最大尺寸是反應管內徑的0.1至0.8倍，更通常0.15至0.6倍，更通常0.25 至 0.4 倍。
[0007]小心地將加載催化劑顆粒至反應管中對于確保催化劑反應如期望的那樣進行非常重要。具體地，需要:實現顆粒在反應管內的正確加載密度；確保每個反應管具有容許范圍內的類似充填密度(pack density);避免橋接，即當兩個或更多顆粒在管中彼此抵靠著楔入時的空隙形成會形成錯誤的基礎；將催化劑填充至反應管中正確的水平，即當需要時允許足夠的管預留空間；盡可能避免粉塵進入反應管；以及避免由惡劣的填充實現導致催化劑顆粒的粉碎和/或消耗。當將催化劑加載至反應器管中時，最好限制加載孔口，使得催化劑顆粒逐個地進入，主要是因為這降低了橋接的風險。
[0008]考慮到這些要求，所以將催化劑加載至催化反應器的大量反應管中耗時且艱難。這導致昂貴的反應器裝置的過度故障時間，還導致填充中的可能錯誤，從而導致劣質的反應和產物。
[0009]通常使用的加載方法是模板加載。在這種方法中，提供了大型定制模板。該模板形成了孔網格，孔的間隙與管板中的反應器管端部的布置相配。模板放置在反應器的管板上方。通過多達四人掃動模板上的催化劑，將催化劑倒在模板上并且加載至反應器管端部。
[0010]現有技術中已嘗試通過提供填充輔助裝置來加速將催化劑填充至催化反應器中。
[0011]W098/14392和US4402643討論了反應管裝料系統。所述系統成輪式加載小車的形式，該輪式加載小車具有多個催化劑裝料管用于同時插入多個反應管。該小車能夠在管板上滾動。
[0012]US3913806討論了催化劑加載器，其用于將催化劑顆粒同時加載至多個管中。所述催化劑加載器成包括多個管狀構件的活動支承框架的形式，其中管狀構件保持用于沉積至反應管中的預定量催化劑材料。該框架用來填充多個反應管，然后移至另一組空的反應管以填充這些管。
[0013]US3, 223，490以及US2，985，341討論了催化反應器加載器，其成位于管板頂部的模板的形式。在US2，958，341中，該模板與管板中的開口對準，催化劑顆粒倒在該模板上，其中上述催化劑顆粒從該模板上被振動入開口而進入反應管。W02010/068094討論了加載設備，其具有板，板具有圖案或者加載孔，在加載孔之間設置有篩選裝置。該設備覆蓋反應管開口陣列并且提供粉塵移除。
[0014]US5, 906, 229討論了催化劑加載器，其通過允許催化劑顆粒落到反應管開口上而一次填充多個管。
[0015]EP0963785討論了反應管插入件，其具有多個多邊形頭部，該多個多邊形頭部構成了加載表面，并且插入件頭部之間具有規則間隙。上述間隙形成了當催化劑顆粒在插入件上被掃動時用于收集粉塵的下陷部。
[0016]W02010/068094討論了催化劑加載器的近期發展，其中催化劑加載器成平行四邊形模板的形式，該平行四邊形模板具有由直立壁包圍的約96個孔的陣列。該模板放置在管板的裝配有填充套筒的區域上面。該加載器模板然后平行于管板往復移動，同時催化劑顆粒被倒在其上。該往復移動將顆粒掃動至反應管中。已知來自荷蘭Mourik Internat1nalBV公司的商標為Shuffle Loader?的這種設備。該設備的優點是其提供了模板加載的益處，同時能夠使用在管板上具有適當管間隔(間距)的幾乎任何催化反應器中。
[0017]傳統加載過程存在的另一問題在于會釋放并且生成催化劑粉塵和細粒。雖然催化劑材料通常在制造或分派時進行篩選以移除粉塵，但是并不能夠移除所有粉塵，在傳輸以及加載期間由于顆粒消耗不可避免地生成了新粉塵和細粒。
[0018]粉塵和細粒成為問題，因為它們會污染人員的作業環境；它們通過增加充填密度并且通過阻擋反應物流會不利地影響容器中的催化劑反應；以及它們會污染反應產物。
[0019]在現有技術中已嘗試減少粉塵和細粒問題。
[0020]例如在W02006/104832、US2006/0233631 和 US4, 077, 530 中，已經提出了將減速設備插入反應管中以當顆粒在管中下落時減慢顆粒。
[0021]US4, 737，269討論了催化劑加載料斗，其中在料斗的頂部設置有粉塵出口，粉塵出口可連接至管道以將粉塵抽離料斗的上端部，料斗的底部設置有篩子以將催化劑與任何細粒或者小尺寸的催化劑顆粒分離。該裝置能夠捕獲在傳輸期間由于消耗所生成的一些粉塵，但仍期望改進。此外，該裝置沒有解決在將催化劑顆粒加載至反應管期間(通過例如掃動或者振動顆粒)所生成的粉塵的問題。
[0022]US3, 409，411討論了在加載期間通過應用真空將細粒與顆粒催化劑分離的方法。所針對的催化反應器是平板反應器，平板反應器加載有單個軟管，而不是加載有催化劑加載模板。
[0023]仍需要改善的填充實踐和填充裝置。
【發明內容】
[0024]根據本發明，提供了用于將顆粒材料加載至基本豎直管的陣列中的加載托盤，其中，加載托盤包括多個加載托盤元件，每個加載托盤元件包括至少一個加載開口，至少一些加載托盤元件包括至少兩個加載開口，加載托盤元件裝配起來以形成加載開口陣列。
[0025]當組裝成加載托盤時，加載托盤元件設置成彼此相鄰以形成具有加載孔的擴展陣列的加載模板。加載托盤元件優選彼此緊密抵靠從而在其相鄰側之間留有很少空間，甚至不留空間。
[0026]在一方面中，本發明成用于將顆粒催化劑加載至催化反應器中的催化劑加載托盤的形式，催化反應器包括基本豎直反應管的陣列，其中，加載托盤是模塊化的，包括多個加載托盤模塊，每個加載托盤模塊包括兩個或更多加載開口，加載托盤模塊裝配起來以形成具有加載開口的模板。
[0027]傳統的催化劑加載模板是尺寸特定的反應器，使得其僅能夠與為它們設計的催化反應器一起使用。這些傳統模板需要勞動力密集的填充，即通過人員掃動模板上的催化劑顆粒。
[0028]現有技術通過使用填充輔助裝置稍微解決了這種人員的勞動力密集的填充。這種填充輔助裝置比簡單的模板更貴且龐大，在提供反應器專用填充輔助裝置時成本和空間成為問題。因此已經嘗試了創造能夠應用于各種催化反應器的催化劑加載器。例如，平行四邊形往復移位式加載器比典型管板小很多，因此可應用于不同的管板。雖然平行四邊形往復移位式加載器在獲得良好的催化劑加載方面是非常有用的，但是因為不能到達催化反應器的所有反應管(例如柱形催化反應器的圓周處的反應管，或者定位得鄰近直立的管板支承件或冷卻劑管的反應管或與直立的管板支承件或者冷卻劑管成直線定位的反應管)，所以其應用受限。因為半徑以及因而外曲線會隨催化反應器而變化，所以這尤其成為問題。此夕卜，支承件和冷卻劑管的位置不是標準的。未使用填充輔助裝置填充的反應管必須要用手填充，因而會增加勞動力需求、故障時間以及反應管的不一致充填的風險。
[0029]本發明提供了由加載托盤元件或模塊構造的加載托盤。加載托盤可方便地由加載元件就地構造在管板上方，使得提供加載孔陣列的臨時定制加載模板可組裝在合適位置。構造加載托盤的加載托盤元件包括各種加載托盤元件尺寸，使得可構造不同的加載托盤形式，以配合具體的管板以及管陣列的形式。例如，加載托盤可組裝成使得其遵從管板的外內周半徑的形式，或者使得其包括繞固定的冷卻管等進行組裝的空間。
[0030]因為填充輔助裝置可用來填充各種催化反應器，所以這樣使得填充輔助裝置更通用。因為專業催化劑加載操作者可僅使用一個模塊化加載托盤系統將各種催化反應器裝滿催化劑，而不需要設置反應器專用模板，或者不需要使用屬于需專門訓練的反應器所有者的模板，所以尤其強烈地感覺到該優點。
[0031]在其他已知技術中，提供了單填充套筒，其可逐個插入反應器管和逐個從反應器管移除。這樣耗時且艱難。
[0032]優選地，催化劑加載托盤元件可釋放地彼此連結，以形成催化劑加載孔陣列。可釋放地連結加載托盤元件提供了平面，其中催化劑球可倒在該平面上。優選地，這種連結導致加載托盤元件之間存在催化劑球和/或粉塵可落入的實質上很小的間隙，甚至沒有這樣的間隙。
[0033]加載托盤模塊優選通過可釋放機械緊固裝置連結至平面陣列中的相鄰模塊。加載托盤元件優選連結成鎖止水平移動，使得防止或者減少在填充實踐期間實質上水平的移位。
[0034]可能的是，緊固裝置在至少一個方向上能夠豎直地鎖止。這允許加載托盤模塊形成可作為單個元件被抬升的自支承元件式催化劑加載托盤。在該方面，緊固裝置可提供對加載托盤模塊的豎直及水平固定。
[0035]可替代地，加載托盤元件僅水平地連結起來，使得防止實質上水平的移位，但不防止豎直移動。這樣當擱置在管板上面或管板上方時提供了單元式加載托盤，但允許通過簡單的抬升單個元件將每個加載托盤元件從加載托盤組件移除。分別抬升每個托盤元件對于減小人工抬升的重量是有利的。當穹狀件的空間約束意味著不能使用抬升機械時，人工抬升可能是必需的。
[0036]在催化劑加載托盤的優選實現中，加載托盤模塊通過槽連接器(優選T形槽、L形槽或鳩尾連結緊固裝置)可釋放地緊固成陣列。對本領域技術人員來說顯然的是，槽和插入件可設置在成各種配置的模塊化零件上，但是，認為可行的是，每個加載托盤模塊設置有開槽側和突起側。槽連接器優選布置成用于實質上豎直的插入和移除，因為這允許容易的鄰接。
[0037]每個加載元件優選設置有至少2個、優選至少3個、更優選至少4個以及最優選至少5個加載開口。優選地，每個加載元件具有少于40個加載開口，優選少于30個加載開口以及更優選少于20個加載開口。
[0038]通常期望的是，加載托盤模塊設置有尺寸和重量實際允許的最大數量的加載開口。最大數量的加載開口提供了最大的模板覆蓋范圍，這意味著需要更少的構造步驟來獲得完整的加載托盤。當然，這與模塊化形狀構造需要靈活性以配合各種催化反應器和加載托盤元件重量相平衡。
[0039]加載元件的優選形式是縱向的，并且加載孔設置成單個線性配置。加載孔帶提供了沿其長邊裝配起來的縱向加載元件的簡易構造。加載孔在配置上是線性的，因為這是反應器中的反應管的典型布置并且允許簡易構造同時在形式構造方面具有很好的靈活性。可考慮在加載托盤中包括具有加載孔的正方形、長方形或三角形陣列的三角形加載元件、以及具有兩排以上的加載孔的正方形或長方形加載元件作為節時工具，以覆蓋反應管的較大面積。
[0040]加載托盤元件的相配邊可以是長的直邊，其彼此緊密抵靠，從而在這些元件之間沿著其抵靠邊留有粉塵或顆粒可落入的小間隙，甚至沒有這種間隙。方便地，抵靠邊基本是直的，但是，也可使用波紋式或鋸齒式相配界面。
[0041]加載孔的除線性之外的配置是較不優選的，但在期望將加載托盤應用于更不常規的管陣列時，除線性之外的配置可能是合適的。
[0042]如上文討論的，可由各種尺寸和/或形狀的加載托盤模塊構造催化劑加載托盤。例如，當構造緊密配合反應器的彎曲內邊的加載托盤時，可期望由加載托盤模塊來構造加載托盤，隨著加載托盤延伸至催化反應器的彎曲壁，每個加載托盤元件的長度逐漸減小或者每個加載托盤元件上的加載孔數量逐漸減少。
[0043]可替代地，當避免從管板直立的冷卻劑管或支承件時，較長加載托盤模塊的矩陣可由一個或多個較短加載托盤模塊中斷，從而在催化劑加載托盤中形成支承件或冷卻劑管能夠通過的空隙。
[0044]在該方面，有利的是具有加載托盤元件的套件，其中加載托盤元件具有各種長度、寬度和/或形狀，加載托盤元件可構造成各種形式以匹配具體管板以及反應器的布置。
[0045]在優選形式中，加載托盤在加載開口陣列的周邊處或之外設置有一個或多個直立側壁。該壁形成可倒入顆粒的托盤。上述壁將顆粒材料保持在填充區域上，從而防止顆粒材料逃離至當前未被填充的管，具體地該側壁具有足夠的高度以防止當加載振動施加至加載托盤時催化劑逃離。
[0046]直立側壁優選包括可釋放地附接的側壁元件。側壁元件優選地通過與上文所討論的相同或類似的可釋放緊固機構來附接，以將加載托盤模塊附接起來。
[0047]在有利的實施方式中，加載開口的形式適于接納和保持將經由加載開口插入至反應管中的填充套筒。催化劑填充套筒通常是已知的，并且提供了簡單的方式來通過在填充過程中在反應管的上部部分中形成臨時受限體積而在反應管中實現期望的預留空間。例如可從W02004/085051得知這種管。
[0048]填充套筒包括上部部分和管狀套筒，其中上部部分具有加載孔口和支承接合構件；管狀套筒從上部部分向下延伸，使得催化劑加載孔口通向管狀套筒的內部。支承接合構件優選為凸緣。該凸緣與加載開口的周邊接合并擱置在其上。優選地，加載開口的邊緣處設置有安置部，其中上凸緣將擱置在該邊緣上。最優選地，安置部具有與上凸緣的厚度相配的深度，使得當進行安置時上凸緣與加載托盤元件的顆粒接收表面齊平。這為加載托盤提供了平的顆粒接收表面，并且幫助避免填充套筒的上移，其中這種上移會干涉填充過程。
[0049]填充套筒的加載孔口允許顆粒進入，因此優選具有的直徑為待加載顆粒的最大尺寸的至少1.1倍、優選1.2倍。加載孔口尺寸優選被限制為將顆粒約束為一次通過一個或者兩個顆粒。當僅允許顆粒逐個通過時，優選地，孔口直徑小于待加載顆粒的最大尺寸的2倍。當僅允許一次兩個顆粒時，直徑優選小于顆粒的最大尺寸的3倍。這有助于避免橋接。
[0050]優選的是，填充套筒豎直地支承在構造的加載托盤的加載開口內，因為當升高時填充套筒可與加載托盤或加載托盤元件一起從反應管豎直地移除。有利地，這樣允許加載托盤元件和填充套筒二者的單個移除步驟，從而避免像現有技術那樣單獨移除每個填充套筒所需的時間消耗。優選的是，填充套筒能夠可移除地插入加載開口中。
[0051]與在加載開口中設置填充套筒關聯的另一優點是，因為填充套筒通入陣列中的管，所以填充套筒幫助將加載托盤鎖止于管陣列上方的正確位置，從而例如當施加振動時防止托盤發生水平移位。
[0052]為了幫助將催化劑顆粒加載至催化劑加載開口中，以及還優選為了克服對人工掃動的需要，至少一部分加載托盤優選經受振動以搖動催化劑顆粒，使得它們落入加載開口中。
[0053]優選地，振動器設置在一個加載托盤模塊上、多個加載托盤模塊上，或者最優選地設置在每個加載托盤模塊上。該振動器使加載元件經受振動，并且將顆粒搖晃或搖動至加載開口中。在每個或多數加載托盤元件上設置振動器向組裝的加載托盤提供了均勻的振動分布，而無需從單個點施加過量的強力振動。
[0054]在加載顆粒催化劑材料期間，催化劑粉塵的存在會產生問題。粉塵源于被運輸的催化劑材料，并且可在加載過程中由于消耗而生成。該粉塵如果進入反應管會負面地影響催化反應，并且會污染化學反應的產物。已知的是通過施加真空在加載處理期間移除粉塵，但是，仍期望改進。粉塵與加載的顆粒材料或球在尺寸方面不同。如先前提到的，用于加載的顆粒通常處于Imm至25_標稱直徑的尺寸范圍內。另一方面，認為粉塵包括在100微米或更小范圍內的組分。
[0055]根據本發明的優選實施方式，加載托盤還包括一個或多個支承件和真空出口，其中上述一個或多個支承件用于將組裝的加載模板間隔在管板上方，以在組裝的加載模板和上管板之間形成體積；以及真空出口用于當加載模板處于適當位置進行使用時將真空施加至加載模板與上管板之間的體積。
[0056]在催化劑顆粒即將進入反應管之前施加真空至該體積可移除在填充的最后階段存在于催化劑材料中的粉塵和細粒，因而減小了在粉塵移除步驟以后產生的其他粉塵以及細粒量。
[0057]在該方面，加載托盤中的至少一些、優選大部分或更優選基本所有加載托盤元件包括一個或多個支承件和真空出口，其中上述一個或多個支承件用于將模板元件間隔在管板上方以在模板元件下方形成體積；以及真空出口用于將吸力施加至模板元件下方的體積。
[0058]管板與加載模板元件之間的體積實質上被封閉，以在顆粒落入管時通過該體積的情況下，在顆粒流上方和在顆粒流中實現良好的氣流。因而當組裝至擴展的加載托盤中時，一系列實質不同的室設置在加載托盤元件下方，每個體積自身設置有至少一個真空出口。用于粉塵移除的吸力因而可充分施加至基本整個組裝的加載托盤。因為加載托盤元件優選是線性的，所以提供了多個不同的長型室，每個室設置有真空出口，這允許真空出口具有有效的空氣流動。
[0059]當加載開口設置成單排時，在真空出口設置在其短端的情況下，可實現很好地控制的氣流。
[0060]優選的是，為至少每40個加載開口，更優選地至少每30個加載開口，最優選地至少每20個加載開口設置一個真空出口。這確保加載開口下方足夠的空氣流動，以及因此確保粉塵和細粒捕獲。以這種方式，可實施具有例如300或更多、400或更多或者500或更多加載開口的組裝的加載模板。
[0061]在本發明的優選實施方式中，設置有在模板的催化劑加載開口的下側與反應管開口的上側之間延伸的通道，該通道具有被確定尺寸以阻擋催化劑顆粒通過但允許粉塵和細粒通過的側向篩選開口，其中粉塵和細粒可通過真空來捕獲。篩選開口優選被確定尺寸以防止具有至少一個尺寸至少為上述通道的上方內徑的約0.2倍的顆粒通過。篩選開口可呈以下形式:槽開口、形成開口網格的圓形開口以允許氣流，或者可以是呈網紗或絲網的開□。
[0062]真空篩選可有益地與填充套筒的使用相結合，該填充套筒包括:上部部分，具有催化劑加載孔口和加載模板接合構件；管狀套筒，從上部部分向下延伸，使得催化劑加載孔口通向管狀套筒的內部；其中，管狀套筒設置有尺寸確定為防止顆粒催化劑通過但允許粉塵通過的側向篩選開口。以該方式，填充套筒在催化劑加載孔與反應管開口之間形成了篩選通道。
[0063]優選的是，篩選開口設置成至少部分位于管狀套筒長度的上方1/4內，優選上方1/8 內。
[0064]在不需要填充管來獲得反應管中的預留空間的情況下，填充管的替代物為短篩選管，該短篩選管形成限制在催化劑加載開口與反應管開口之間的通道，篩選管在其側壁中具有如上所述的篩選開口。
[0065]篩選開口當至少部分地位于加載模板與上管板之間的體積內時對于粉塵移除最有效，因為這是真空最強的地方。優選地，篩選孔僅存在于該體積內。篩選開口還優選是簡單的孔，并且未設置有閥、封閉件等。
[0066]在優選實施方式中，氣流偏轉器可設置在真空出口的前方以降低施加至最靠近真空出口的一個或多個通道的吸力，并且確保通道處足量的氣流被進一步從真空出口移除。在一實現中，該偏轉器可以是半圓形壁，其凹形側面向最靠近真空出口的填充套筒或通道。
[0067]根據本發明的另一方面，位于催化劑加載開口內的填充套筒在其上部區域設置有篩選孔口，其中該篩選孔口被確定尺寸以將催化劑顆粒保持在填充套筒內而允許粉塵以及碎料顆粒通過。通過在填充套筒以及鄰近的篩選孔口外部施加真空，許多粉塵以及碎裂的顆粒材料當落入反應管中時從催化劑顆粒移除。
[0068]該特征特別有利地與本發明的加載元件結合地實施，其中每個加載元件在填充套筒的上部區域設置有基本封閉的體積，真空出口設置成允許將真空施加至基本封閉的區域。因為該模塊的包圍面積小于完整的常規模板，所以可更好地實現對于該面積的有效的空氣流動。當模板模塊是線性時，情況尤其是這樣的。
[0069]因為每個模板模塊設置有自身的真空出口，所以構造的模板陣列的全部面積可經受移除粉塵的真空，而不需要僅可用于一個反應器中的、昂貴的定制模板。
[0070]在本發明中的另一方面中，提供了用顆粒材料填充基本豎直管的陣列的方法，包括:將本文中討論的加載托盤設置在管上方，使得加載開口與管的開口對準；將顆粒材料供給至加載開口陣列，使得顆粒材料通過加載開口和管的開口 ；以及從管的陣列移除加載托盤。
[0071]該方法優選用于用顆粒催化劑填充催化反應器，其中該催化反應器包括基本豎直反應管的陣列。更優選地，該方法還涉及在填充步驟之前將填充套筒插入至少一些加載開口中的步驟，甚至更優選地涉及在填充之后將插入的填充套筒從加載開口移除的步驟。
[0072]加載托盤可在布置在管板頂部之前被構造或部分地構造，而且可就地由加載元件構造或部分地構造。
[0073]在優選實施方式中，該方法包括:
[0074]a.將如本文中討論的具有真空出口的催化劑加載托盤設置在催化反應器的反應管上方，使得催化劑加載開口與反應管的開口對準；
[0075]b.將顆粒催化劑材料供給至催化劑加載開口的陣列，使得顆粒催化劑材料通過催化劑加載開口和反應器管的開口；
[0076]c.在步驟b的至少一部分持續時間中,優選在步驟b的實質持續時間中，更優選還在步驟b之前和/或之后，經由真空出口施加真空；以及
[0077]d.從催化反應器移除催化劑加載托盤。
[0078]根據本發明的另一方面，提供了一種套件，其包括多個上述的加載托盤元件，該加載托盤元件可具有各種尺寸。通過提供具有各種加載托盤元件尺寸(即，加載托盤元件具有不同數量的加載開口)的套件，可組裝與具體管陣列的形式匹配的訂制加載托盤。這種套件可以包括這樣的加載托盤元件:其具有I個加載開口至40個(或更多)加載開口，以及I至40之間的所有整數個加載開口。例如，套件可包括:多個具有20個加載開口的加載托盤元件；多個具有10個加載開口的元件；具有5加載開口的多個元件；多個具有4個加載開口的元件；具有3個加載開口的多個元件；多個具有2個加載開口的元件；以及多個具有I個加載開口的元件。
[0079]優選地，套件還設置有多個填充套筒，其中該填充套筒能夠插入加載托盤元件的加載開口內。
[0080]更優選地，套件還設置有多個側壁元件，其中該側壁元件能夠可釋放地附接至加載托盤元件。
[0081]雖然主要針對的是將催化劑顆粒加載至催化反應器中，但是本發明的設備和方法還可用于通過使用加載模板來加載所有通常為可流動顆粒的材料。例如，可以將谷物加載至倉、篩分石頭或砂礫。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0082]參考以下僅通過示例呈現的附圖將進一步理解本發明的特征及優點，在附圖中:
[0083]圖1是具有設置在其管板上的加載托盤的催化反應器(未示出側壁)的局部立體圖；
[0084]圖2A是設置有直立周邊壁的加載托盤的立體圖；
[0085]圖2B是移除了部分周邊壁的圖2A的加載托盤的立體圖；
[0086]圖3是周邊壁元件的立體圖；
[0087]圖4是單個加載托盤元件的立體圖；
[0088]圖5是移除了側壁的圖4的催化劑加載托盤元件的立體圖；以及
[0089]圖6是填充管的立體圖。
【具體實施方式】
[0090]圖1示出了催化反應器10的局部視圖，其設置有具有反應管開口 24的陣列的上管板8。每個反應管開口 24通向反應管9,其中該反應管9從該管板在催化反應器10內向下延伸。催化反應器10通常設置有圍繞的側壁和下管板，以形成用于例如冷卻劑的封閉空間。為了便于說明，圖中未示出側壁和下管板。
[0091]加載托盤2設置在管板8上，以幫助經由反應管開口 24將顆粒催化劑材料插入反應管9中。加載托盤2形成槽，顆粒催化劑能夠從例如料斗倒入該槽。加載托盤2本身設置有催化劑加載開口 12的陣列，其中加載開口 12與管板8的反應管開口 24對準。在使用中，催化劑顆粒經由加載開口 12通過反應管開口 24并被加載至反應管9中。
[0092]圖2A示出了加載托盤2的更詳細立體圖。加載托盤2設置有可移除的直立側壁元件26。這些側壁元件26形成了顆粒催化劑能夠倒入的槽的直立周邊側壁30。側壁元件26通過豎直地插入T形槽28中而可移除地安裝至加載托盤2。圖3中可觀察到移除的側壁元件26的更清楚的視圖。圖示的側壁元件26僅適于配合單個T形槽28，圖2A的直立周邊側壁30由十二個彼此相鄰的這種元件構成。在一些情形下，提供一次配合多于一個T形槽28的側壁元件26可能是有利的，以使得直立周邊側壁30的至少一側可由單個元件26形成。例如，圖2A中加載托盤的最近側的四個側壁元件26可由安裝至四個槽28中的單個元件26替換。
[0093]圖2B示出了移除了側壁30的最近側以顯露包括加載開口 12的陣列的加載模板14的圖2A的加載托盤2。
[0094]如圖所示，加載托盤2由沿其長側之一彼此連結的兩個長型加載托盤元件4構成。每個示出的加載元件設置有四個加載開口 12。通過將兩個加載托盤元件4連結起來，形成了八個加載開口 12的擴展平面陣列，從而允許一次將顆粒催化劑加載至更多反應器管中。還可設置包括多于四個或小于四個加載開口的加載托盤元件。
[0095]加載托盤元件4通過T形槽機構28可釋放地連結起來，其中T形槽機構28允許模塊4豎直地滑動以接合及脫離。本領域技術人員應該理解，對于模塊可使用其他可釋放固定形式，如L形槽、鳩尾(dove-tail)連結以及磁性附接。
[0096]雖然圖2A和圖2B中示出了僅兩個催化劑加載托盤模塊2被槽接起來，但是通過模塊化地構造，多于圖示的更多的加載托盤元件4可構造具有更多加載開口 12的陣列的擴展加載托盤。具有約50、80、100、300或更多催化劑加載開口 12的陣列的加載托盤組件對于將催化劑快速有效加載至催化反應器中尤其有實用性。
[0097]通過例如將相鄰的模塊4彼此偏置，加載托盤元件4還可組裝成各種加載托盤形狀，如圖2A和圖2B所示。以這種方式，不同布置的加載托盤2可被組裝以配合催化反應器管板的各種尺寸，從而例如與符合反應器內半徑的具體管的陣列圖案相配，或者安裝在通過管板的冷卻管周圍。實際上，該特征允許催化劑加載托盤2構造為能夠配合具體催化反應器的外半徑，而不需要定制的模板或者人工填充‘通用’型催化劑加載器漏掉的反應管。
[0098]加載托盤2的特別有用的方面是，其可由包含不同尺寸的各種加載托盤元件4 (即具有不同數量的加載開口 12)的套件(kit of parts)組裝而成。因為具體套件的加載托盤元件內的加載開口將具有相同的間距，所以具有更多加載開口 12的元件將更大，并且當加載開口 12沿單個線放置時優選更長。通過在套件中提供各種加載托盤元件尺寸，進一步擴展了可由元件4構造成的可能的催化劑加載托盤形式。
[0099]套件可包括25個或更多具有20個加載開口的加載托盤元件、15個或更多具有10個加載開口的元件、10個或更多具有5個加載開口的元件、5個或更多具有4個加載開口的元件、5個或更多具有3個加載開口的元件、5個或更多具有2個加載開口的元件以及5個或更多具有I個加載開口的元件。
[0100]加載托盤元件4和側壁元件26可由本領域技術人員基于加載托盤2的特定應用能夠選擇的各種材料形成。在催化劑加載的情形下，重要的是，加載托盤的材料相對于催化劑是惰性的以避免化學沖擊加載托盤或者化學改變催化劑。優選的構造材料是不銹鋼以及鋁。對于連結機構，能夠使用例如附圖中示出的T形槽機構，可使用允許更易于豎直滑動同時具有一些柔性的塑料。例如，能夠使用聚丙烯以及聚氯乙烯塑料。
[0101]現在轉到圖4，示出了圖2A和2B所示類型的單個加載元件4。如圖所示，提供了兩個填充套筒40和42。填充套筒是用于將催化劑加載至反應器管中的工具。填充套筒40、42具有上凸緣44，其中上凸緣44安置在加載模板14的加載開口 12中并且限定加載孔口54，該加載孔口 54具有小于加載開口 12的直徑的直徑。填充套筒40、42設置有穿入催化反應器的反應管的向下延伸套筒46。填充管在催化劑加載領域中通常是已知的，并且填充套筒用于在被加載的反應器管中提供受控的預留空間(outage)水平。因為填充套筒內部的體積小于反應器管12的周圍部分的體積，所以當填充套筒在填充之后被移除時，其將有限量的催化劑顆粒沉積至反應器管的頂部中，該有限量然后下沉以填充反應器管的較大體積。結果是反應管中受控的預留空間。當在使用時，所有或僅一些催化劑加載開口 12設置有填充套筒40、42。在一些情形下，如果不需要催化劑添加在特定位置處，一個或多個催化劑加載孔12可用塞子(未示出)堵塞。
[0102]如圖5所示，催化劑加載模板14通過支承件48被保持于管板8上方的升高位置，以創建催化劑加載模板14與管板2之間的體積38。在圖4中，在使用中，除真空出口 18、催化劑加載開口 12以及反應管開口 8之外，該體積是基本封閉的，其中泵(未示出)可連接至真空出口 18以施加真空至體積38。
[0103]圖5和圖6中示出了有利的填充套筒42，在其上部、凸緣下方不遠處設置有多個篩選開口 50。這些最佳見于圖6。篩選開口定尺寸為阻擋催化劑顆粒通過但允許粉塵和細粒容易地通過。通過經由真空出口 18施加真空至體積38，所加載的顆粒材料在即將進入反應管之前可經歷粉塵和細粒移除。
[0104]如圖5所示，加載托盤元件4呈長型，并且催化劑加載開口 12線性布置成單排。這允許好的空氣流動至吸力出口 18，從而經由真空出口 18可容易移除進入體積38的粉塵和細粒。在未示出的優選實施方式中，半圓形的氣流偏轉器可以設置在真空出口 18前方，其凹側朝向最靠近真空出口 18的填充套筒42。這種偏轉器能夠有利地改進體積38內的氣流，并且能夠防止過量的吸力施加至最近的填充套筒，并且確保體積38內更深位置處的足量氣流。
[0105]本領域技術人員清楚的是，在催化劑加載過程中不需要填充套筒實現預留空間的情況下，具有側壁篩選開口的管狀元件可設置在體積38中作為可替代性篩選部件。該管狀元件可形成從每個加載開口 12到其對應反應管開口 24的通道。以這種方式，在加載催化劑期間不利用填充套筒的情況下可有效地移除粉塵以及細粒。
[0106]捕獲的粉塵和細粒材料優選被收集并回收以形成新的催化劑，因為其通常包括貴重的催化劑金屬。
[0107]還認為有利的是，在真空出口流中包括粉塵傳感器探頭。這種探頭能夠測量通過真空移除的粉塵的濃度，并提供指示分批的催化劑中的粉塵含量水平以及恢復的總粉塵量的信息。
[0108]返回圖4，催化劑加載元件4設置有與加載模板14振動接觸的振動器32。振動器32致使加載模板14振動，使得存在于加載模板14上的顆粒催化劑被搖動并且落入催化劑加載開口 12。
[0109]如圖2A和圖2B所示，每個催化劑加載模塊設置有這種振動器32。當由多個模塊4構造較大的催化劑加載托盤2時，每個模塊上的振動器32使得可實現擴展的催化劑加載模板14上的振動。這有利地幫助避免需要將催化劑顆粒人工或自動地掃入催化劑加載開Π 12。
[0110]參照圖5，催化劑加載模板14在彈性支承件34上被升高，彈性支承件34優選由橡膠或者類似彈性材料構成并用作將模板與元件4的剩余部分以及催化反應器隔離。
[0111]在向多管催化反應器10加載顆粒(顆粒狀)催化劑材料的示例性方法中，使用圖示的加載托盤2將催化劑材料裝載至每個反應器管9中。加載托盤元件4以未連結形式經由人孔(manhole)或者其他開口進入管板8上方的工作空間。第一個加載元件4定位在管板8頂部，并且其加載孔12與管板開口 24對準。通過使用T形槽機構28，另一加載托盤元件4然后滑動至與已放置的加載托盤4接合。繼續另一加載托盤元件4的這種放置，以在擴展平面模板14中構成加載孔12的擴展陣列。不同長度和形式的加載托盤元件4添加至該陣列，以獲得與管板和反應器相配的期望覆蓋形式和尺寸，從而例如與外曲線相配以及建立在冷卻管周圍。
[0112]周邊側壁元件26槽接至所建立的陣列的外T形槽28中，以當催化劑球倒入時形成用于催化劑球的封閉的加載托盤。
[0113]填充套筒40、42插入加載開口 12中，從而其上凸緣44擱置在模板14內并且加載開口 12在尺寸上被填充套筒40、42的加載孔口 54限制。可在組裝擴展的模板陣列之前、期間或者之后添加填充套筒40、42。通常，填充套筒40、42將插入每個加載開口 12，但有時候，一個或多個開口并不會填充催化劑，在該情況下，可插入塞子以堵塞所選擇的一個或多個加載開口 12。
[0114]真空線附接至每個真空出口 18，以將粉塵移除吸力施加至加載托盤模板14與管板8之間的每個體積。
[0115]在振動器32致使模板14振動的同時，催化劑材料倒入組裝的加載托盤2。催化劑顆粒被搖動或推撞并落入加載孔口 54，從而通過填充套筒40、42到達反應管。當催化劑材料通過填充套筒40、42的上部時，經由真空出口 18施加的吸力將通過篩選開口 50移除粉塵和碎屑。
[0116]填充套筒40、42填充至其高水平，然后從加載托盤2移除過量的催化劑材料。這可通過移除至少一部分周邊側壁并且將加載托盤的敞開邊緣上的多余催化劑掃入容器中而方便地實現。
[0117]加載托盤元件4然后從管板8抬升，同時升高填充套筒40、42。填充套筒40、42中的催化劑落入反應器管，從而將管填充至期望水平并具有預留空間。在抬升期間以及抬升之后可繼續振動，以確保催化劑顆粒離開填充套筒。
[0118]加載托盤元件4能夠一次抬升一個或者成組地抬升。因為通常實施人工抬升，所以優選的方式是一個接一個地抬升加載托盤元件。
[0119]可以利用組裝的加載托盤2覆蓋整個管板8。但是，對于有效的填充實現，通常更好的是，僅在一部分管板2頂部組裝加載托盤2，因為這允許管板的其他部分由另一工人處理，從而導致更快速的填充。
[0120]除了上述實施方式外，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，還可對本文中描述的結構以及技術進行進一步修改。因此，雖然已經描述了【具體實施方式】，但是它們僅是示例的而并不限制本發明的范圍。
【權利要求】
1.一種用于將顆粒材料加載至基本豎直管的陣列中的加載托盤，其中，所述加載托盤包括多個加載托盤元件，每個所述加載托盤元件包括至少一個加載開口，至少一些所述加載托盤元件包括至少兩個加載開口，所述加載托盤元件裝配起來形成加載開口陣列。
2.根據權利要求1所述的加載托盤，其中，每個所述加載托盤元件設置有用于可釋放地裝配至相鄰加載托盤元件的機械聯接器。
3.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，每個所述加載托盤元件設置有機械緊固件，以及所述加載托盤元件通過機械方式可釋放地緊固成陣列。
4.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，所述加載托盤元件通過I形槽聯動裝置、I形槽聯動裝置、鳩尾聯動裝置、互鎖輪廓或者磁性聯動裝置可釋放地緊固成陣列。
5.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，一個或多個加載托盤模塊包括至少3個加載開口、優選至少4個加載開口、更優選至少5個加載開口以及最優選至少6個加載開口。
6.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，所述加載托盤元件具有少于40個加載開口，優選少于30個加載開口，更優選少于20個加載開口。
7.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，至少一個所述加載托盤元件包括至少4個加載開口，并且所述至少4個加載開口線性地設置。
8.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，在所述加載開口陣列的周邊處或所述周邊之外的位置設置有一個或多個直立的壁。
9.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，設置有一個或多個可釋放地附接的側壁，優選通過可釋放的機械附接裝置進行附接。
10.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，至少一個所述加載開口具有適于接納和支承填充套筒的形式。
11.根據權利要求10所述的加載托盤，其中，至少一個所述加載開口包括周邊安置部，所述周邊安置部用于接納和支承填充套筒的上凸緣，優選地，其中密封件以及所述上凸緣具有使得當安置時所述上凸緣齊平地處于所述加載開口中的尺寸。
12.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，填充套筒設置在所述加載開口中。
13.根據權利要求12所述的加載托盤，其中，所述填充套筒豎直地支承在所述加載開口中，優選地，其中每個所述填充套筒包括與其所位于的加載開口的周邊接合的上凸緣。
14.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，至少一個振動馬達設置成用于振動一個或多個加載元件。
15.根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤，其中，一個或多個所述加載托盤元件設置有用于移除粉塵的吸力出口。
16.根據權利要求15所述的加載托盤，其中，填充套筒設置在所述催化劑加載開口中，所述填充套筒在其上部區域具有篩選開口，在使用期間所述篩選開口允許粉塵通過但不允許球通過。
17.根據權利要求16所述的加載托盤，其中，具有所述吸力出口的所述托盤元件包括基本封閉的體積，所述基本封閉的體積僅對所述吸力出口和所述填充套筒的所述篩選開口開放。
18.一種用于將顆粒催化劑加載至催化反應器中的催化劑加載托盤，所述催化反應器包括基本豎直反應管的陣列，其中，所述催化劑加載托盤包括根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤。
19.一種用于根據上述權利要求中任一項所述的加載托盤的加載托盤元件，所述加載托盤元件包括兩個或更多加載開口。
20.根據權利要求19所述的加載托盤元件，包括可釋放聯接器，所述可釋放聯接器用于將催化劑加載托盤模塊可釋放地裝配至類似的催化劑加載托盤模塊。
21.一種用顆粒材料填充基本豎直管的陣列的方法，包括: a)將根據權利要求1至19中任一項所述的加載托盤設置在所述基本豎直管的陣列上方，使得所述加載開口與所述管的開口對準； b)將所述顆粒材料供給至所述加載開口陣列，使得所述顆粒材料通過所述加載開口和所述管的開口 ；以及 c)從所述基本豎直管的陣列移除所述加載托盤。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，步驟a)包括至少部分就地利用根據權利要求19至20中任一項所述的加載托盤元件組裝所述加載托盤。
23.根據權利要求21或22所述的方法，其中，在步驟b)的至少一部分過程中，優選還在步驟c)的至少一部分過程中，振動所述加載托盤。
24.根據權利要求21至23中任一項所述的方法，其中，在所述步驟b)的至少一部分過程中，施加用以移除粉塵的吸力。
25.一種用顆粒催化劑填充催化反應器的方法，所述催化反應器包括基本豎直反應管的陣列，所述用顆粒催化劑填充催化反應器的方法包括根據權利要求21至24中任一項所述的方法。
26.一種套件，包括: a)多個根據權利要求19至20中任一項所述的催化劑加載托盤模塊； b)多個催化劑填充套筒，能夠設置在所述催化劑加載托盤模塊的催化劑加載開口內；以及 c)優選地多個模塊化端壁，能夠可釋放地附接至所述催化劑加載托盤模塊。
27.根據權利要求26所述的套件，其中，所述填充套筒設置有用于保持催化劑顆粒但允許粉塵通過的篩孔。
【文檔編號】B01J8/00GK104334267SQ201380026227
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年4月23日 優先權日:2012年4月23日
【發明者】彼得魯斯·保羅斯·赫拉爾杜斯·瑪麗·克努本 申請人:墨里克國際有限責任公司