专利名称：装填催化剂的方法及装置的制作方法
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 flirnace) 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。
为了可以更详细地理解本发明上述提及的特征的方式，参考实施方式可获 得上面简述的本发明的更具体的说明，其中一些在附图中说明。然而，应注意的是附图仅仅说明了本发明的典型实施方式并因此不被认为是限制其范围，因 为本发明可允许为其它等效实施方式。图1示出相对于填充管水平形成的减震器元件的一个实施方式。图2示出沿中心元件设置的图1的减震器。图3是在一个管中的图2的实施方式的俯视图。图4是示出在要填入颗粒的装填管中的图2工具的截面图。 图5是该工具的另一实施方式的俯视图，其中所述减震器是螺旋形。 图6是示出在要填入团粒的管中的螺旋形减震器的侧视图。 图7是本发明的另一实施方式的俯视图，其中所述减震器元件被垂直设置 并且相对于彼此转动。图8是示出在填入团粒的管中的图7的实施方式的侧视图。
具体实施方式
本发明是随着催化剂填充过程而被使用，其中借助于装填工具将催化剂的 团粒置于管中。所述装填工具包括减震器，其由诸如线等的材料以该减震器的 至少一部分是基本上横向的并且轴向设置的方式形成重复形状以提供沿管的 纵向长度的基本上周向覆盖。该减震器元件间的距离可以基本上相等或可以不 同。多个减震器元件降低颗粒的下落速度并且使颗粒由直线向下的路径变换方 向下落。在图l-4所示的实施方式中，减震器10沿着中心元件30以水平方式被设 置。每个减震器是对称的形状并且包括中心部分12和臂15，该臂从与中心元 件30的纵轴相垂直的单个平面中的中心部分12的每边向外伸出。在示出的实 施方式中，横臂(crossarm) 20以小于90度的角度从每个臂15的端部伸出。 如图2和4所示，该减震器10沿着中心元件30以每个减震器与相邻减震器进 行不同转动的方式设置并且从而该臂15和横臂20伸入到在该中心元件30和 管60的内壁55之间形成的环形区域65。转动差别的结果在图3是显而易见 的。尽管在减震器10和壁55之间没有接触，但臂向外伸出足够远以致团粒 70向管60的底部的自由落体被臂15， 20所阻断。根据操作者的职责和需要， 臂15可以以90度的角度从中心元件向外伸出并且同样地横臂20可以以90 度的角度从臂伸出。图4说明了使用中的装填工具。所述工具以与该工具和管6内壁55之间的环形空间共轴的方式落入管60中。此后，团粒70降落到管60 中并且随着它们朝管底下落而接触各个减震器。所述工具或者可以在团粒接近 工具底部时在管中保持静止，在此时该工具可以周期性地被升高直到管被填 满，或者该工具可以随着管的填充而被逐渐且连续地向上拉。该两种方法中任 一种可以通过适当的机械装置来手工地或自动地完成。图5和6示出装填工具150的另一实施方式。如所示，组成该工具的减震 器105由多个螺旋形或螺线形元件组成，每个元件具有比相邻螺形稍大或稍小 的外径并且全部优选地由相同的线或刚硬的元件形成。图5是俯视图，示出减 震器105的螺旋形如何基本上覆盖管的内部以阻止被装填到管中的团粒的自 由落体。参考图6，可以理解，例如，螺旋形106的直径比其上的螺旋形107 的直径大，但是比下一个更低的螺旋形108的直径小。在图6所示的实施方式 中，螺旋形沿着工具的第一纵向长度增加直径然后沿着第二长度减小直径。以 此方式，该装填工具具有一致的中心线并且由其处形成的刚硬的元件可以在形 成另一组减震器之前横贯管的一部分。在每种情况下，每个减震器的外径和管 60的内壁55之间留有环形区域。将减震器元件定型并且沿着线的长度对螺旋 形的长度、硬度、数量及轴向间距等的改变可适合于将要被填入管的材料及管 的尺寸。因为减震器相对便宜且可以被轻易调节，所以可以实现这些改变。如 图6所示，多个减震器可以沿着管的长度被使用并且它们之间的距离可以变 化。图7和8所示的另一实施方式中，装填工具的每个减震器200以部分"Z" 的形状形成并且每个以相对于其上及其下的减震器转动固定且又不同的方式 相连。每个Z形包括上部水平腿210，对角连接腿215和下部水平腿220。上 部腿210和下部腿220被縮短并且在中点221连接至下个Z的腿以致相对于 管60的纵轴保持减震器的恒定中心线。由于整体的设计，减震器200可以由 硬质材料形成并且以其保持相互不同的转动且共享同一中心线的方式形成。图7是将出现在管60的一种配置的俯视图。以Z-形减震器200实质上覆 盖管内部的整个径向区域(只可见每个Z形的上部腿200)来设置该减震器。 图7的实施方式中，减震器200每个从其上的减震器逆时针转动30度并且标 记它们每个与水平的相对角度。结果是图8的侧视图中示出的阶梯式表现，其 中两个完整的工具A， B相连以形成一个提供管60的长度的更长的工具。除了图7和8的钟式的(clocked)设置以外，该形状可以在顺时针和逆 时针之间交替转动。通过以此方式的"钟式"形状，使得团粒70不可能在管 60中下落很远而不撞击减震器。换言之，沿管中任何直的垂直路径的减震器 之间的垂直距离因该设计而被最小化。例如，第一 Z可以从其上的Z顺时针 转动30度。然后第一Z下面的第二Z可以从第一Z逆时针转动30度。该配 置产生装填工具，其中各种Z的腿更可能沿着管60以更加相等的间隔接触下 落的团粒。由于减震器元件不在任何特定的轴向位置占用管的横截面的主要部分，所 以它们可以是刚性或软性的并且还允许颗粒下落。首先可以在两个方向上轴向 地移动或急拉该装填工具，并且随着管被填充而逐渐从管中拉出该装填工具， 或者可以在加入预定量的催化剂时保持该装填工具静止，然后在催化剂填充顺 序中从管中向上拉。当从管中取出该装填工具，其可以在沿其长度的弱化位置 断裂成截面。因此，要在管外被处理的装填工具的量被限于该弱化部分之间的 长度。颗粒可以通过漏斗被倒入管中，该漏斗在完成填充后被卸下。然而，可 以通过本领域已知的其它方法将颗粒加入管中。尽管示出的实施例包掛'Z"形， 应理解减震器可以是沿着中心元件基本上相同的各种形状。例如，该形状可以 是几何学上对称的或均一不对称的，并且可以提供平衡的、有限的环形覆盖， 该环形形成于管的中线和管壁之间。对中心元件的最低末端的高度的周期性调节可以手工进行。这通过在中心 元件的最低末端接触催化剂界面时，身体上感觉该线元件从拉伸到松弛的改变 而完成，类似于受力(weighted)的鱼线接触水体底部的感觉。本发明的一个 实施方式中，周期性调节还可以通过在中心元件的最低末端加入感应元件来辅 助。该感应元件可以与中心元件的顶部联通以提供与催化剂界面相接触的视觉 或听觉指示。通过本发明的实施方式，公开了新型、可重复的且快速填充的方法。该方 法对于颗粒是温和的从而避免在填充操作时压碎颗粒。还获得了管的均匀填充 并因此避免了装有催化剂的管在操作时的不均匀温度分布这一结果。此外，获 得了管中的均匀颗粒密度而不用使颗粒受到轻打/振荡，而该轻打/振荡是费时 的且破坏该管。结果是，由于管不需要被轻打而在填充时也节省了时间。该方 法是简单、经济有效的，并且可以快速且容易地改变。此外，其只在很小程度8上取决于填充过程中谁是特定的操作者。另外，避免了与将颗粒填充到套中相 关的误差。还获得了关于用于颗粒的封装以及输送形式的很大自由度。尽管前述针对于本发明的实施方式，可设计本发明的其它以及进一歩的实 施方式而不背离其基本范围，并且发明的范围由下述权利要求所确定。
权利要求
1、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。
2、 根据权利要求1所述的装填工具，其中所述每个臂还包括一个从其远 端以高达90度的角伸出的横臂。
3、 一种将固体颗粒分布到管中的方法，包括将装填工具定位于管的内部，所述装填工具具有一中心元件和多个与所述 中心元件相连的基本上相同的减震器元件，其中每个减震器元件包括至少两个刚性臂，其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减震器元件的转动不同；将固体颗粒填充到管中，其中所述固体颗粒接触多个减震器元件中的至少 --些；和从管中取出所述装填工具。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中在用固体颗粒填充管时将所述装填 工具移动。
5、 一种将颗粒填充到管中的装填工具，包括 一刚硬的中心元件；多个从所述刚硬的元件形成的螺旋形，每个螺旋形具有与其相邻的螺旋形 不同的外径，并且所述装填工具具有基本上与所述管的中线共轴的中线。
6、 根据权利要求5所述的装填工具，其中所述多个螺旋形在所述多个螺 旋形的长度上增加和减小直径。
7、 根据权利要求6所述的装填工具，其中大量的所述多个螺旋形由刚硬 的元件形成并且被刚硬的元件相连，所述多个螺旋形在所述管的上端和下端之 间延伸。
8、 一种将固体颗粒分布到管中的方法，包括将装填工具定位于管的内部，所述装填工具具有一中心元件和多个从所述中心元件形成的直径不同的螺旋形，所述螺旋形用于提供覆盖所述管的不同直 径部分；将固体颗粒填充到管中，其中所述固体颗粒接触多个螺旋形中的至少一些.在用固体颗粒填充所述管时，从管中取出所述装填工具；和 利用感应器将中心元件的第二部分与中心元件的第一部分的位置相联系。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中所述中心元件的第二部分位于所述 中心元件的最低末端。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中所述中心元件的第一部分位于所述 中心元件的上部。
11、 一种装填装置，用于插入催化剂管中以促进用团粒装填该管，包括 一整体元件，从管的上端朝下端垂直延伸，所述整体元件形成重复形状，其每个包括一整体的中线且每个具有径向的尺寸，所述径向尺寸与相邻形状的 转动不同。
12、 根据权利要求ll所述的装置，其中所述重复形状是以"Z"形形成的。
13、 根据权利要求12所述的装置，其中所述重复形状由单个、刚硬的元 件形成。
14、 一种将团粒填充到管中的装填工具，包括 一中心元件；和沿所述中心元件放置的减震器，所述减震器包括至少两个相反的、径向伸 出的部分，其在垂直于所述管的纵轴的单个平面中向外伸出。
全文摘要
防止催化剂颗粒破损且将该催化剂均匀地填入到管中至最佳密度的方法及装置。一种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，该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或螺线形状。
文档编号B67C3/26GK101405214SQ200780009292
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月16日
发明者斯蒂芬·布伦侬 申请人:Cat技术公司