专利名称：在带有一束催化剂管的反应器中自动催化剂更换的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在带有一束催化剂管的反应器的催化剂管中的自动催化剂更换 的设备和方法，及其用途。
背景技术：
在化学处理技术中，经常会在不同种类的催化剂参与的情况下实施一些反应，不
同种类的催化剂以成形的催化剂体(Katalysatorform- korpern )的方式被引入
床中的催化剂管中。在这一情况下，多个催化剂管彼此平行地布置在反应器的纵向上，催化 剂管的数量经常高至30，000或甚至高至40，000根。以下与催化剂更换相关联的步骤至今需要以手动并因而耗时和易失误的方式实 现，所述步骤即为准备催化剂管以容纳第一次使用的新成形的催化剂体，使用该成形催化 剂体以及(如果适合的话)使用惰性材料填充催化剂管，检查各独立催化剂管中的填充高 度和压力降，清空已消耗的(verbrauchten)成形催化剂体的管，并在重新填充之前重新测 试所述催化剂管。此外这一过程还涉及将人员暴露于有害的物质，反应器的停机时间通常很长，反 应器的可使用率相应降低。在手动填充管的情况下，错误的源头过多，尤其就各管的均勻填 充而言，存在单个管未被填充的风险。即使经过非常严格的检查，在具有大量催化剂管的管 反应器中仍然一再地发生单个催化剂管未按指定进行填充的情况。
发明内容
因此，本发明的目的是在管束反应器的催化剂管中提供用于催化剂更换的改进的 方法，该改进的方法不具有上述缺陷。更具体而言，即使在具有大量催化剂管——经常高至 30，000或甚至40，000个催化剂管——的大反应器中，也应该可使得所有同样的并符合用 于容纳成形催化剂体的特定标准的管能够得到检查、填充、在使用催化剂材料之后清空，以 及清洗和重新填充。同时，更具体而言，还实现了一种更快的催化剂更换，其中反应器停机 时间缩短，以及相应地反应器可用性增大，且劳动强度以及人员在有害物质中的暴露降低， 同时确保了记录在案的工作步骤的100%的检查。根据本发明，这一目标通过如下设备实现该设备用于在带有一束催化剂管的反 应器的催化剂管中在多个处理步骤中的自动催化剂更换，所述一束催化剂管在反应器的纵 向上被焊接或轧制(eingewalzt)在上管板和下管板之间，并被焊紧，该设备包括工具承载 装置，该工具承载装置被布置为在位于上管板之上的与上管板平行的一个平面中可移动， 并且该工具承载装置可装配带有针对每一处理步骤的可替换的工具，该可替换的工具随工 具承载装置在位于上管板之上的与上管板平行的所述平面中可移动，并也在反应器的纵轴 线方向上竖直可移动，且能够借助控制单元的控制访问每个独立的催化剂管，每一独立催 化剂管的纵轴线的位置被测量或计算，并被记录在控制单元中的位置数据库中。本发明独立于催化剂管在反应器截面中的指定布置催化剂管可以被均勻地布置在反应器截面上，尤其是呈三角形排列(Dreiecksteilimg)或其他排列。可行的是，催化剂 管被布置为在反应器中留出一个空的中心内部区域，且如果适合的话，在反应器的内护套 处留出一个不存在催化剂管的空间，或在反应器的内护套处留出两个相对的不存在催化剂
管的空间。催化剂管通常布置在反应器的纵向上，并被焊接或轧制到上管板和下管板，并焊紧。本发明的设备特别适合于以下反应器中的自动催化剂更换带有100至40，000个 催化剂管的反应器，优选地，带有1，500至40，000个催化剂管的反应器，或带有2，500至 40, 000个催化剂管的反应器。本发明同样提供了用于在带有一束催化剂管的反应器的催化剂管中在多个处理 步骤中的自动催化剂更换的方法，所述一束催化剂管在反应器的纵向上被焊接或轧制在上 管板和下管板之间，并被焊紧，其中-首先确定每一独立催化剂管的纵轴线的位置，尤其是通过3D激光扫描仪或计算 的方式，并将其记录在控制单元的位置数据库中，-接着，利用控制单元来访问所述一束催化剂管中的每一独立的催化剂管，在每一 情况下使用工具执行用于自动催化剂更换的每一独立处理步骤，该工具被布置为在工具承 载装置上可替换，该工具承载装置被布置为在位于上管板之上的与上管板平行的一个平面 中可移动，以及所述工具随工具承载装置一起在位于上管板之上的与上管板平行的所述平 面中移动，也在反应器的纵轴线方向上竖直移动，同时在每一情况下执行用于自动催化剂 更换的每一独立处理步骤。根据本发明，所有催化剂管的精确位置，尤其是其纵轴线位置或者换言之与反应 器的纵轴线成直角的截面平面的管中心的位置首先被计算或测量并记录在位置数据库中。如果反应器具有完全均勻布置的催化剂管(尤其是在反应器从未被操作过的情 况下)，则通过计算的方式来进行确定是可行的。为了这一目的，例如，在带有催化剂管束的管状反应器在反应器的中央区域和反 应器的内壁处留有不存在催化剂管的空的空间的情况下，需要四个关联尺寸，尤其是催化 剂管束的内径和外径、孔间隔——即两个相邻催化剂管之间的中心间隔——以及连接三个 相邻催化剂管的中心的轴线之间的角度。这些相关尺寸通过计算程序被利用，以用于计算催化剂管的数量和精确位置。不过，尤其是在反应器已被操作过的情况下，有必要通过测量来确定各独立催化 剂管的位置。为了这一目的，特别地可以使用3D激光测量系统，例如，Sick AG的LMS 400 型的激光扫描仪。该3D激光测量系统确定在不同的入射角(眼睛观察到投射线)下的激 光束长度(Laserstrahl ISnge )(距离和角度，g卩，两个尺寸)。第三尺寸从负责扫描仪
移动的轴的回转式编码器中获得，来自其中的脉冲循环(geschleift)通过扫描仪，并与角 度和距离结合，并接着作为数据包被传输至计算机。这些数据通过图像处理被用于确定各 独立催化剂管的位置，这些位置接着被存储在位置数据库中。工具承载装置的控制单元从 该位置数据库中获得位置坐标，并将它们合并入各独立的工作步骤中。替代地，也可以使用2D或3D相机系统。在2D图像的情况下，管位置通过图像处 理来计算，且第三尺寸(即，反应器板的位置)通过距离测量来确定，例如通过三测量点的方式利用测量探针或激光测量系统来确定。这些数据被用于获得管的3D坐标，这些坐标被 记录在位置数据库中。在例如以光截面法(Lichtschnittverfahren)工作的3D相机系统中，管的位置类 似地通过图像处理来计算，且数据被记录在位置数据库中。本发明的设备包括工具承载装置，其布置为在反应器的内部区域中的位于上管板 之上的并与上管板平行的一个平面中可移动。工具承载装置被设置为使其可以在整个截面 区域内移动，以使每个独立的催化剂管可以被访问。在一个实施方案中，工具承载装置具有所有六个自由度的运动。在一个优选实施方案中，工具承载装置包括工具承载臂。在这一情况下，工具承 载臂可以尤其安装在反应器的中心，并通过饲服电机以环形运动在整个反应器的截面上移 动，所述饲服电机优选地位于工具承载臂的相对端。在另一实施方案中，工具承载装置包括滑行件(khlitten)。在另一实施方案中，工具承载装置包括龙门起重机(Portalkran)。工具承载装置可以特别地包括自主的、自发推进的机器人，其通过全球或地区导 航系统控制。也可以同时提供两个或更多个工具承载臂，尤其是两个工具承载臂，它们例如以 与时钟的时针和分针相同的方式移动。它们可以以悬挂或稳固(stehend)的方式安装在反 应器的中轴线上。所需的为自动催化剂更换执行各种处理步骤的各种不同工具能够被可替换地紧 固在工具承载装置上，并可以在工具承载臂的方向和反应器的纵轴线的方向上移动，更具 体而言，通过饲服电机而移动。在这一情况下，可以针对每个不同处理步骤在工具承载装置上可替换地紧固单个 工具；不过，同样能够在工具承载装置上可替换地布置两个或更多个工具以用于同时执行 相同处理步骤或不同处理步骤。所述工具借助控制单元的控制而移动，该控制单元具有来自位置数据库的每个独 立催化剂管的位置。优选的是登记所有的处理步骤，并仅仅当预设的公差范围对于所有的处理步骤都 被遵守时，才开启(freigeben)反应器。用于自动催化剂更换的各独立处理步骤是首先，当新的催化剂管被第一次使用时，尤其因为该催化剂管可能被轻度腐蚀，所 以第一次清洗该催化剂管。所述第一次清洗可以优选地通过高压清洗(尤其是使用水)进 行，或以其他方式机械地进行，优选地通过刷洗。因此，特别对应的工具，S卩，更具体而言，高压清洗器或刷被布置为在工具承载器 上可移动。在另一处理步骤中，对催化剂管的材料进行材料损坏测试，如所称的零测 量(Nullmessimg)。更具体而言，有一种测试是关于是否存在任何催化剂管损坏或 任何收缩孔，以及催化剂管是否具有均勻的壁厚度。所述材料优选地通过涡流检测 (Wirbelstrommessung)来测试；被布置为在工具承载臂上可移动的对应工具是涡流探针。 也能够通过超声波方式检测所述材料。
用于材料测试的工具的位置可以用于确定任何和每一处损坏点的精确位置。用于材料测试的工具也可以是相机，S卩，该材料测试可以是内窥测试，尤其是视频 观察仪(videoskopische)测试。在另一处理步骤中，检查处于催化剂管的下端的催化剂保持装置(所称的催化剂 支持部)是否包含在每一独立催化剂管中。该检查可以特别地借助用于金属目标的探测器 来进行，尤其是光学、电感、电容或超声波传感器。优选地，尤其是在已安装了催化剂保持装置之后，所有的催化剂管在所有的后续 处理步骤中被盖上，优选地各自通过一个盖塞，除当前正在其上执行一个处理步骤的催化 剂管以外。在下一处理步骤中，提供有催化剂保持装置的催化剂管被填充一层或更多层成形 催化剂体，且如果适合地话，还填充有一层或更多层惰性材料。优选地是，从贮存容器中，首先引入一个预定量的第一层惰性材料。所释放的量可 以按重量确定，优选地通过带有应变规的测压元件(Wagezelle )确定。目标重量可以通过 软件按期望得进行预设。同样能够通过带有特定容积的供应管调节按体积释放的所述量的材料。以这一方 式，任何期望的释放体积都可以通过简单地改变供应管来实现。催化剂和/或惰性材料有利地通过真空传送系统(Vakuum-fSrderungssystem)从外部贮存容器自动并准时地(“just in time”)传送至工具
承载臂上的附随贮存容器中，因此用于材料补充的填充处理无需被打断，因为附随的材料 贮存基本是无限的。在第一层(优选为惰性材料)被引入之后，检查填充高度，尤其是通过激光检查。接着，通过同样的方式，一层或更多层成形催化剂体被按重量或体积计量，以及在 每一层之后，检查所填充的高度以及(如果适合的话)检查压力降。有利地，可以以与最上 层相同的方式引入另一惰性材料层，并可以检查填充高度以及(如果适合的话)检查压力 降。最后，在另一处理步骤中，测量所有管的压力降，确定压力降的均值和自该均值的 偏差，以及当偏差超过固定的目标值时，相应的催化剂管被部分或全部清空并重新填充。填充的质量可以优选地通过压力降测量来检查。所有的测量被记录在数据库中， 因此反应器的状态得到100%的登记。一旦催化剂已消耗，即活性材料失活，则需要将其从催化剂管中清除。当成形催化 剂体仍在自由流动时(即，并未形成结块)，可以借助真空抽吸系统将其直接引入废料容器 而得到去除，所述真空抽吸系统被布置为作为工具承载装置上的一个工具而可移动。真空 传送系统装配有抽吸管，其优选地在力控制下被向下引入每一催化剂管的下端。当成形催化剂体固结，形成结块或变得压缩在一起时，它们需要被钻开或铣开，在 这一情况下松散的材料可以被向上吸出。为了这一目的，钻削头(Bohrkopf)或铣刀头被布 置为作为工具承载臂上的一个工具而可移动，并在力控制下被向下引入到每一催化剂管的 下端。应确保的是，钻头(Bohrkrone)的外径和催化剂管内壁之间的距离足够大，更具体而言不小于成形催化剂体的平均颗粒直径的一半，以使得催化剂颗粒不堵塞并损害催化 剂管的内壁。钻削头具有优选由硬金属材料制造的钻头，该钻头是空心的并被附接至真空抽吸 系统。该钻头优选地在管的截面平面中围绕管轴线以尤其是180°的振荡运动而移动，优选 地具有力矩限制以防止对管的损坏，优选地在力控制下推进。在将成形催化体去除至约3至5cm的残余的填充高度后，在另一处理步骤中，保持 装置被机械地推出每一催化剂管。在另一处理步骤中，催化剂管的内壁接着被近似于第一次清洗地清洗，即，尤其是 通过高压方式或机械方式(如刷洗)。下一处理步骤是在清空成形催化体之后对被清洁的催化剂管的材料进行测试，尤 其是通过涡流的方式，以识别材料损坏，且如果适合的话，更换损坏的催化剂管。更具体地， 将每一催化剂管的当前状态与其紧随零测量之后的状态比较。为了监控处理过程，有利的是为催化剂管的上端提供盖塞(Abdeckstopfen)，所述 盖塞具有不同颜色，尤其是待实施特定的处理步骤的催化剂管的盖塞具有第一颜色，已实 施该相同处理步骤的催化剂管的盖塞具有第二颜色，且除被工具访问以执行一个处理步骤 的催化剂管外的所有的催化剂管都总是被盖上。在另一优选构造中，用于通过抽吸来去除灰尘的装置可以被提供在上管板的区域 中，在催化剂管的上孔口之上。本发明同样提供了用于自动催化剂更换的上述方法或上述设备的用途，用于制 备(甲基)丙烯醛、(甲基)丙烯酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、乙二醛、环氧乙烷或光气 (Phosgen)0
本发明在随后参照附图具体阐释。各附图示出图1是用于执行通过抽吸去除已消耗的催化剂材料的处理步骤的一个发明设备 的示意图；图2是用于执行去除已消耗的催化剂材料的处理步骤的一个发明设备的示意图；图3是用于执行清洗被清空的催化剂管的处理步骤的一个发明设备的示意图；以 及图4是用于执行用成形催化剂体填充催化剂管的处理步骤的一个发明设备的示 意具体实施例方式图1中的示意性图示示出了催化剂管1，其被彼此平行地布置在反应器(未示出) 的纵向上，并被焊接至上管板2。在位于上管板2之上并与上管板平行的平面中，工具承载臂3被布置为可移动的， 并装配有工具4。如图中示例性示出的，工具承载臂3借助两个饲服电机M在平行于上管板2的平面中移动。在每一情况下，在工具承载臂3上布置了可替换的工具4，其借助饲服电机M在反 应器的纵轴线方向上竖直可移动并沿工具承载臂3可移动。图1至图4的区别仅在于工具4，其根据特定的处理步骤被适合地选用在图1中， 提供了真空传送系统用于通过诸如工具4的抽吸去除已消耗的催化剂材料；在图2中，提供了带有钻头的钻削头，以挤压出结块的催化剂颗粒。在图3中，以示例的方式提供了高压清洗器用于清洗被清空后的催化剂管2 ；以及在图4中，被提供用于以催化剂颗粒填充催化剂管2的处理步骤的工具4是一个 供应管，其具有限定的体积用于按体积进行的释放。
权利要求
1.一种设备，其用于在带有一束催化剂管(1)的反应器的催化剂管(1)中在多个处 理步骤中的自动催化剂更换，所述一束催化剂管在反应器的纵向上被焊接或轧制在上管板 (2)和下管板之间，并被焊紧，该设备包括工具承载装置(3)，该工具承载装置被布置为在 位于上管板( 之上的与上管板( 平行的一个平面中可移动，并可以装配带有用于每一 处理步骤的可替换的工具G)，该可替换的工具(4)随工具承载装置C3) —起在位于上管板 之上的与上管板(2)平行的所述平面中可移动，也在反应器的纵轴线方向上竖直可移动， 且能够借助控制单元的控制访问每个独立的催化剂管(1)，每一独立催化剂管(1)的纵轴 线的位置被测量或计算，并被记录在控制单元中的位置数据库中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述工具承载装置C3)包括一个工具承载臂。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述工具承载装置包括另外一个或更多个工具承 载臂——优选为另外一个工具承载臂，其中工具(4)可替换地布置在其上，所述工具(4)被 提供在用于相同处理步骤或用于各不同处理步骤的每一工具承载臂上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中为所述催化剂管(1)的上端提供盖 塞，并具有不同颜色，其中待实施特定的处理步骤的催化剂管(1)的盖塞具有第一颜色，已 实施该相同处理步骤的催化剂管(1)的盖塞具有第二颜色，且除被工具(4)访问以执行一 个处理步骤的催化剂管(1)外的所有的催化剂管(1)都总是被盖上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中用于通过抽吸去除灰尘的装置被提 供在上管板O)的区域中，在所述催化剂管(1)的上孔口之上。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述反应器包括100至40，000个催化剂管 (1)，优选地包括1，500至40, 000个催化剂管(1)，更优选地包括2，500至40, 000个催化剂 管⑴。
7.一种用于在带有一束催化剂管(1)的反应器的催化剂管(1)中在多个处理步骤中的 自动催化剂更换的方法，所述一束催化剂管在反应器的纵向上被焊接或轧制在上管板(2) 和下管板之间，并被焊紧，其中-首先确定每一独立催化剂管(1)的纵轴线的位置，尤其是通过3D激光扫描仪确定，或 计算每一独立催化剂管(1)的纵轴线的位置，并将所述位置记录在控制单元的位置数据库 中，-接着，利用控制单元来访问所述一束催化剂管(1)的每一独立的催化剂管(1)，其中 在每一情况下使用工具(4)执行用于自动催化剂更换的每一独立处理步骤，该工具(4)被 布置为在工具承载装置C3)上可替换，该工具承载装置C3)被布置为在位于上管板(2)之 上的与上管板( 平行的一个平面中可移动，以及所述工具随所述工具承载装置(3) 一起在位于所述上管板之上的与所述上管板平行的所述平面中移动，也在所述反应器的纵 轴线方向上竖直移动，同时在每一情况下执行用于自动催化剂更换的每一独立处理步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中用于自动催化剂更换的处理步骤是有待被投入使 用的催化剂管(1)的第一次清洗，尤其是高压清洗，优选地使用水，或机械清洗，优选地通 过刷洗。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是材料测试，尤其是通过涡流的方 式，以识别所述催化剂管(1)的材料损坏，并在需要时更换损坏的催化剂管(1)。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是检查，尤其是视觉检查催化剂保持装置是否存在于每一催化剂管(1)的下端。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是将每一催化剂管(1)填充一层或 更多层成形催化剂体和/或一层或更多层惰性材料，该填充优选地通过带有应变规的测压 元件按重量实现，或按体积来实现。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是在填充所述一层成形催化剂体 和/或惰性材料或者填充多层成形催化剂体和/或惰性材料中的任意层之后，检查填充高 度和/或压力降，所述填充高度优选地被视觉地确定或通过超声波确定。
13.根据权利要求7所述的方法，其中两层或更多层成形催化剂体和/或两层或更多层 惰性材料被引入每一催化剂管(1)，测量所有催化剂管(1)上的压力降，确定压力降的均值 以及为每一独立的催化剂管(1)计算自所述均值的偏差，以及当偏差超过预设的所允许的 极限值时，相应的催化剂管(1)被标记，并且被部分或全部清空并重新填充。
14.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是从所述催化剂管(1)中清空已 消耗的成形催化剂体，尤其通过抽吸实现，当所述已消耗的成形催化剂体仍然自由流动时， 优选地通过真空传送系统，特别地，直接引入废料容器，或者当成形催化剂体不再自由流动 时，借助钻削头或铣刀头的钻动实现。
15.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是清空成形催化剂体的催化剂管， 优选地清空至约3至5cm的残余的填充高度，接着，借助适合的工具将催化剂保持装置推出 每一催化剂管(1)。
16.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是在清空已消耗的成形催化剂体 后，清洗所述催化剂管(1)的内壁，尤其是通过高压清洗或机械清洗，优选地通过刷洗。
17.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤是在清空成形催化剂体后对被清 洁后的催化剂管(1)的材料测试，尤其是通过涡流的方式，以识别材料损坏，以及如果适合 的话，更换损坏的催化剂管(1)。
18.用于在反应器的催化剂管(1)中的自动催化剂更换的根据权利要求1至6中任一 项所述的设备或根据权利要求7至17中任一项所述的方法的用途，用于制备(甲基)丙烯 醛、(甲基)丙烯酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、乙二醛、环氧乙烷或光气。
全文摘要
一种设备，其用于在带有一束催化剂管(1)的反应器的催化剂管(1)中在多个处理步骤中的自动催化剂更换，所述一束催化剂管在反应器的纵向上被焊接或轧制在上管板(2)和下管板之间，并被焊紧，该设备包括工具承载装置(3)，该工具承载装置被布置为在位于上管板(2)之上的并与之平行的一个平面中可移动，并可以装配带有用于每一处理步骤的可替换的工具(4)，该可替换的工具(4)随所述工具承载装置(3)在位于上管板之上并与之平行的所述平面中可移动，也在反应器的纵轴线方向上竖直可移动，且能够借助控制单元的控制访问每个独立的催化剂管(1)，每一独立催化剂管(1)的纵轴线的位置被测量或计算，并被记录在控制单元中的位置数据库中。
文档编号B01J8/00GK102149456SQ200980135128
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月8日 优先权日2008年9月9日
发明者G·欧波特, R·比尔 申请人:巴斯夫欧洲公司