ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ КАТАЛИЗАТОРА
TOOL FOR LOADING CATALYST

Предпосылки создания изобретения
1. Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится в основном к инструменту для загрузки материала сыпучего катализатора в каталитический реактор, загрузочной трубе и способу загрузки сыпучего катализатора с помощью инструмента для загрузки катализатора. В частности, изобретение относится к устройству и способу загрузки таблеток катализатора в корпуса каталитических реакторов, имеющие множество вертикально выровненных параллельных реакционных труб.
2. Предшествующий уровень техники
Химические вещества часто производят в промышленном масштабе посредством реакции в больших каталитических реакторах. Один тип часто используемого промышленного каталитического реактора предусматривает наличие множества вертикально расположенных параллельных реакционных труб, частично или полностью заполненных частицами или таблетками катализатора во время работы. Химические реагенты пропускаются через реакционные трубы, вступая в контакт с катализатором для осуществления реакции. Такие реакторы часто называют многотрубными реакторами. Реакторы этих типов известны и описаны в патентных публикациях GB 3223490 и US 6409977.
Типичные каталитические реакторы являются цилиндрическими, имея диаметр в диапазоне 2-9 метров и высоту в диапазоне 5-50 метров. В принципе, такой реактор может быть любых размеров, а в частности, может иметь размеры, которые больше или меньше, чем типичные размеры, приведенные выше, при этом ограничения связаны с физическими пределами конструкции и требованиями реакции. В последние годы, в частности в нефтехимической промышленности, возникла общая тенденция увеличения размеров каталитических реакторов.
Реактор обычно снабжен цилиндрической оболочкой, содержащей большое количество вертикально выровненных параллельных реакционных труб, их где-то от 500 до 40000. Реакционные трубы имеют верхние и нижние концы, которые соединены с отверстиями в верхней и нижней трубных решетках, например, посредством сварки. Трубные решетки проходят горизонтально в цилиндрической оболочке и обычно расположены рядом с концевыми фланцами. Верхние и нижние концы оболочки реактора закрыты куполами, которые можно открывать, чтобы получить доступ внутрь для обслуживания реакционных труб и замены катализатора в них. Например, купола могут быть снабжены люками для доступа рабочих или могут быть съемными. Зачастую купола являются несъемными или не являются удобно снимаемыми, потому что сквозь купол в активную зону реактора проходят трубы охлаждения. Эти трубы охлаждения могут осложнить или сделать невозможным снятие купола реактора.
Реакционные трубы открыты на своих концах и могут иметь внутренние диаметры в диапазоне примерно от 2 до 15 см. Их соединяют (например, посредством сварки), чтобы получить структуру отверстий, предусматриваемую в трубных решетках. Количество труб и структура отверстий в трубных решетках являются уместными для химической реакции и масштаба реакции, которую проводят в реакторе, а обычно эти отверстия являются равноотстоящими с (предпочтительно постоянным) шагом (т. е. кратчайшим расстоянием между внешней периферией одного отверстия и внешней периферией соседнего с ним отверстия) от 0,3 до 5 см или более.
В реакционные трубы загружают частицы катализатора. Частицы катализатора предусматриваются во множестве размеров и форм, как правило, являясь сферическими и цилиндрическими и имея номинальные размеры в диапазоне от примерно 1 мм до 25 мм, типичнее в диапазоне от 2 до 15 мм. Реакционные трубы и таблетки катализатора согласованы по размеру, чтобы оказалось возможным регулируемое попадание частиц в реакционные трубы, которое минимизирует риск арочного эффекта. Как правило, частицы имеют максимальный размер, составляющий от 0,1 до 0,8 внутреннего диаметра реакционных труб, типичнее от 0,15 до 0,6, а еще типичнее от 0,25 до 0,4.
Осторожная загрузка частиц катализатора в реакционные трубы существенна для гарантии желательного протекания каталитической реакции. В частности, необходимо: достичь правильной плотности загрузки частиц внутри реакционной трубы; убедиться, что каждая из реакционных труб имеет одинаковую плотность набивки в пределах диапазона допусков; избежать арочного эффекта, т. е. образования пустот, когда две или более частиц прижимаются друг к другу в трубе, образуя ложное основание; обеспечить заполнение катализатором до правильного уровня в реакционной трубе, т. е. добиться достаточного уровня перерыва в работе трубы, когда это необходимо; избежать, насколько это возможно, попадания пыли в реакционные трубы; и избежать разрушения и/или истирания частиц катализатора жесткими заполняющими частицами. Когда катализатор загружают в реакционные трубы, лучше всего ограничить загрузочное отверстие так, что частицы катализатора будут входить, в основном, одна за другой, потому что это снижает риск арочного эффекта.
Обычно используемым способом загрузки является загрузка посредством шаблона. В таком способе обеспечивается загрузка в большой настраиваемый шаблон. Шаблон образует сетку отверстий с промежутком, которые совпадают со схемой расположения концов реакционных труб в трубной решетке. Шаблон укладывают поверх трубной решетки реактора. Катализатор высыпают на шаблон и загружают в концы реакционных труб, причем делают это четыре человека, разметая катализатор по шаблону.
Проблема, с которой пришлось столкнуться в обычных процессах загрузки, заключается в высвобождении и образовании катализаторной пыли и крошки. Хотя материал катализатора, как правило, просеивают, чтобы удалить пыль, в месте производства или отправки не всю пыль можно удалить, и во время транспортировки и загрузки неизбежно образуется новая пыль и крошка из-за истирания частиц.
Пыль и крошка представляют собой проблему потому, что они могут загрязнять рабочую окружающую среду для персонала; они могут негативно влиять на каталитическую реакцию в корпусе, увеличивая плотность упаковки и блокируя поток реагентов, и они могут загрязнять продукт реакции.
В известном уровне техники предприняты попытки смягчить проблему пыли и крошки.
Например, в документах WO 2006/104832, US 2006/0233631 и US 4077530 предложены снижающие скорость устройства для реакционных труб, чтобы замедлить движение частиц, когда они падают в этих трубах.
В документе US 4737269 рассматривается бункер для загрузки катализатора, снабженный выпускным отверстием для пыли вверху бункера, которое может быть соединено с коробом для отсоса пыли из верхнего конца бункера, и снабженный ситом на дне бункера для отделения катализатора от крошки или частиц катализатора недостаточного размера. Это устройство может улавливать часть пыли, образующейся из-за истирания во время транспортировки, но желательно дальнейшее усовершенствование. Кроме того, устройство не решает вопрос пыли, образующейся во время загрузки частиц катализатора в реакционные трубы, например, посредством разметания или вибрации частиц.
В документе US 3409411 рассматривается способ отделения крошки от сыпучего катализатора во время загрузки за счет приложения вакуума. Каталитический реактор, о котором идет речь, является реактором с плоским слоем, загрузка в который происходит с помощью единственного шланга, а не с помощью шаблона для загрузки катализатора.
Поэтому сохраняется потребность в усовершенствованном заполнении частицами и в заполняющих устройствах.
Краткое изложение существа изобретения
В соответствии с данным изобретением предложен загрузочный лоток для загрузки сыпучего материала в каталитический реактор, содержащий верхнюю трубную решетку и группу реакционных труб, проходящих вниз от трубной решетки, при этом загрузочный лоток содержит:
загрузочный шаблон, содержащий одно или множество загрузочных отверстий;
одну или более опор для расположения загрузочного шаблона выше трубной решетки с целью формирования объема между загрузочным шаблоном и верхней трубной решеткой; и
вакуумный выпуск для применения всасывания к объему между загрузочным шаблоном и верхней трубной решеткой, когда загрузочный шаблон находится на месте, предназначенном для использования.
Приложение вакуума к упомянутому объему непосредственно перед попаданием частиц катализатора в реакционные трубы способствует удалению пыли и крошки, присутствующей в материале катализатора, на заключительной стадии заполнения, тем самым сокращая количество дополнительной пыли и крошки, которые могут быть созданы в технологической цепочке после этапа удаления пыли.
Объем между трубной решеткой и шаблоном для загрузки катализатора является, по существу, закрытым, чтобы достичь приемлемого воздушного потока и поверх потока частиц катализатора и сквозь него, когда они проходят сквозь упомянутый объем, падая в реакционные трубы.
Объем между трубной решеткой и шаблоном для загрузки катализатора предпочтительно является удлиненным или разделенным на удлиненные камеры, при этом каждая камера снабжена вакуумным выпуском. В еще более предпочтительном варианте отверстия для загрузки катализатора расположены в линейной конфигурации по длине объема или камерам. В наиболее предпочтительном варианте отверстия расположены в один ряд. Эта конфигурация обеспечивает хорошо регулируемый воздушный поток, когда вакуумный выпуск предусмотрен на коротком ее конце. Лотки для загрузки катализатора, которые могут оказаться подходящими для разделения на камеры во внутреннем объеме, могут быть квадратными, прямоугольными и треугольными загрузочными лотками с квадратными, прямоугольными и треугольными блоками отверстий для загрузки катализатора.
Также отмечено, что когда применение лотка для загрузки катализатора желательно для более нетрадиционной схемы расположения, может оказаться необходимой конфигурация отверстий для загрузки катализатора, отличающаяся от линейной.
В общем случае, а также с учетом масштаба и значения практических аспектов желательно снабжать загрузочные шаблоны максимальным количеством отверстий для загрузки катализатора, которые могут поддерживать вакуум для удаления крошки. Максимальное количество отверстий для загрузки катализатора предлагает максимальное накрытие шаблоном при заполнении как можно большего количества труб с помощью одного шаблона. Шаблон для загрузки катализатора, снабженный одним вакуумным выпуском, предпочтительно содержит от 2 до 40 загрузочных отверстий, предпочтительнее от 3 до 30 отверстий, а наиболее предпочтительно от 4 до 20 отверстий. Для шаблона, содержащего больше загрузочных отверстий или собранных групп шаблонов, предпочтительно, чтобы вакуумный выпуск был предусмотрен, по меньшей мере, для каждых 40, предпочтительнее по меньшей мере для каждых 30, а наиболее предпочтительно по меньшей мере для каждых 20 загрузочных отверстий. Это гарантирует адекватный воздушный поток под загрузочными отверстиями, а значит и улавливание пыли и крошки. Таким образом, можно применять загрузочные шаблоны, имеющие, например, 300 или более, 400 или более, либо 500 или более загрузочных отверстий, предусматривая при этом несколько вакуумных выпусков.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрен канал, проходящий между нижней стороной имеющихся в шаблоне отверстий для загрузки катализатора и верхней стороной отверстий реакционных труб, при этом канал имеет боковые отверстия для просеивания, размеры которых обеспечивают блокировку прохождения частиц катализатора, но допускают прохождение пыли и крошки, которые могут улавливаться с помощью вакуума. Типичные частицы катализатора имеют номинальные диаметры от примерно 1 мм до примерно 25 мм. Как правило, размеры пыли и крошки находятся в диапазоне от примерно 1 до примерно 100 микрон. Размеры отверстий для просеивания предпочтительно обеспечивают предотвращение прохождения частицы, имеющей, по меньшей мере, один размер, составляющий, по меньшей мере, примерно 0,2 верхнего, внутреннего диаметра канала. Отверстия для просеивания могут быть выполнены в виде щелевых отверстий, круглых отверстий, образующих сетку отверстий, обеспечивающих воздушный поток, или могут быть ячейками в металлической сетке или проволочной сетке.
Вакуумное просеивание можно с выгодой сочетать с применением загрузочной трубы, содержащей:
верхний участок, имеющий отверстие для загрузки катализатора, и элемент, вводимый в зацепление с загрузочным шаблоном;
трубчатую трубу, проходящую вниз от упомянутого верхнего участка таким образом, что отверстие для загрузки катализатора ведет вовнутрь трубчатой трубы; при этом
трубчатая труба снабжена боковыми отверстиями для просеивания, размеры которых предотвращают прохождение сыпучего катализатора, но обеспечивают прохождение пыли. Таким образом, загрузочная труба образует канал просеивания между отверстием для загрузки катализатора и отверстием реакционной трубы.
Отверстия для просеивания предпочтительно расположены так, что находятся, по меньшей мере, частично в пределах верхней 1/4 длины трубчатой трубы, а предпочтительно верхней 1/8 этой длины.
Загрузочные трубы для катализатора известны и предлагают простой способ достижения желаемого незаполненного пространства в реакционных трубах для создания временно ограниченного объема в верхней части реакционных труб во время заполнения. Такие трубы известны, например, из документа WO 2004/085051.
Загрузочная труба содержит верхний участок, имеющий загрузочное отверстие и опорный элемент, вводимый в зацепление, и трубчатую трубу, проходящую вниз от верхнего участка так, что загрузочное отверстие ведет внутрь трубчатой трубы. Элемент, вводимый в зацепление с шаблоном, предпочтительно является фланцем. Фланец вводится в зацепление с периферией загрузочного отверстия и располагается на нем. На краю загрузочного отверстия, на котором располагается верхний фланец, предпочтительно предусмотрено посадочное место. В наиболее предпочтительном варианте посадочное место имеет глубину, которая совпадает с толщиной верхнего фланца, так что когда верхний фланец посажен на свое место, он располагается вровень с принимающей частицы поверхностью шаблона. Это обеспечивает плоскую, принимающую частицы поверхность для шаблона и помогает избежать подъема загрузочной трубы, который мог бы помешать процессам заполнения.
Загрузочное отверстие имеет размер, зависящий от размера и формы используемого катализатора. Загрузочное отверстие загрузочной трубы обеспечивает попадание частиц и поэтому предпочтительно имеет диаметр, по меньшей мере, в 1,1 раза превышающий наибольший размер загружаемой частицы, а предпочтительно в 1,2 раза. В предпочтительном варианте размер загрузочного отверстия ограничен с целью ограничения прохождения частиц одной или двумя частицами за раз. Когда обеспечивают попадание частиц по одной за раз, диаметр отверстия предпочтительно в 2 раза меньше наибольшего размера загружаемой частицы. Когда обеспечивают попадание частиц по две за раз, этот диаметр предпочтительно в 3 раза меньше наибольшего размера частицы. Это позволяет избежать арочного эффекта.
Загрузочные трубы предпочтительно оперты вертикально внутри загрузочных отверстий сооружаемого загрузочного лотка, потому что тогда их можно вертикально извлекать из реакционных труб вместе с загрузочным шаблоном, когда его поднимают. Это с выгодой позволяет проводить единственный этап удаления и загрузочного шаблона и загрузочной трубы, избегая необходимости тратить время на удаление каждой загрузочной трубы по отдельности.
Загрузочные трубы предпочтительно выполнены с возможностью удаления из имеющихся в шаблоне отверстий для загрузки катализатора, поскольку это обеспечивает получение различных свободных пространств, однако возможно и постоянное закрепление загрузочных труб в нужном положении.
Альтернативой загрузочным трубам, при наличии которой они не требуются для получения свободного пространства в реакционных трубах, являются короткие просеивающие трубы, которые образуют канал, ограниченный промежутком между отверстиями для загрузки катализатора и отверстиями реакционных труб, причем эти просеивающие трубы имеют вышеупомянутые отверстия для просеивания в своей боковой стенке (своих боковых стенках).
Отверстия для просеивания наиболее эффективны при удалении пыли, когда они, по меньшей мере, частично находятся в пределах объема между загрузочным шаблоном и верхней трубной решеткой, поскольку в этом объеме самый глубокий вакуум. Отверстия для просеивания предпочтительно присутствуют лишь в пределах этого объема. Отверстия для просеивания предпочтительно являются также простыми отверстиями, которые не снабжены клапанами, заглушками или подобными средствами.
В предпочтительном варианте осуществления перед вакуумным выпуском предусмотрен отражатель воздушного потока для уменьшения всасывания, прикладываемого к каналу (каналам), ближайшему (ближайшим) к вакуумному выпуску, гарантируя при этом дальнейший отвод адекватного воздушного потока в каналах от вакуумного выпуска. В одном воплощении отражатель может представлять собой полукруглую стенку, вогнутая сторона которой обращена к каналу или загрузочной трубе, ближайшему или ближайшей к вакуумному выпуску.
Загрузочные трубы и загрузочный шаблон можно выполнить из множества материалов, которые специалист в данной области техники сможет выбрать на основании конкретного приложения заполняющего инструмента. В случае загрузки катализатора важно, чтобы материал загрузочного лотка был инертным по отношение к катализатору, чтобы избежать химического воздействия загрузочного лотка на катализатор или химических изменений последнего. Предпочтительными конструкционными материалами являются нержавеющая сталь и алюминий, а альтернативные включают в себя, например, полипропиленовые и поливинилхлоридные пластмассы.
Чтобы способствовать загрузке частиц катализатора в отверстия для загрузки катализатора, а также предпочтительно устранить потребность в ручном разметании, по меньшей мере, часть загрузочного шаблона подвергают вибрации для перемешивания частиц катализатора так, чтобы загрузить их в отверстия. Когда это имеет место, опора, поддерживающая шаблон для загрузки катализатора, может с выгодой содержать упругий или гибкий материал для изоляции других компонентов загрузочного лотка и каталитического реактора от вибрации.
В предпочтительной форме лоток для загрузки катализатора снабжен одной или несколькими вертикальными боковыми стенками, по меньшей мере, у части периферии его группы отверстий для загрузки катализатора или за этой частью. Функция этой стенки заключается в образовании лотка, в который частицы катализатора можно ссыпать до загрузки через отверстия для загрузки катализатора. Вертикальные стенки предпочтительно крепятся с возможностью открепления посредством механического крепежного средства.
В дополнительном аспекте изобретение относится к способу загрузки сыпучего катализатора в каталитический реактор, содержащий верхнюю трубную решетку и группу реакционных труб, проходящих вниз от трубной решетки, включающему в себя этапы, на которых:
a. размещают вышеупомянутый лоток для загрузки катализатора над реакционными трубами каталитического реактора таким образом, что отверстия для загрузки катализатора выравниваются с отверстиями реакционных труб;
b. подают материал сыпучего катализатора в группу отверстий для загрузки катализатора так, что материал сыпучего катализатора проходит через отверстия для загрузки катализатора и отверстия реакционных труб;
c. прикладывают вакуум посредством  вакуумного выпуска на протяжении, по меньшей мере, части длительности этапа b, предпочтительно на протяжении существенной части длительности этапа b, а предпочтительнее также перед этапом b и/или после него; и
d. удаляют лоток для загрузки катализатора из каталитического реактора.
Способ предпочтительно предусматривает вибрацию шаблона в течение, по меньшей мере, части этапа b, а предпочтительнее также в течение, по меньшей мере, части этапа d.
В более предпочтительном варианте способ также предусматривает этап вставления загрузочных труб, по меньшей мере, в некоторые из загрузочных отверстий перед этапом заполнения, а в еще более предпочтительном варианте - удаление вставленных загрузочных труб из загрузочных отверстий после заполнения.
В еще одном дополнительном аспекте изобретения предложен набор комплектующих, содержащий: по меньшей мере, один вышеописанный лоток для загрузки катализатора; и
множество вышеописанных загрузочных труб.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества изобретения станут понятнее, если обратиться к нижеследующим чертежам, представляемым лишь в качестве примера, при этом:
на фиг. 1 представлено частичное перспективное изображение каталитического реактора (боковая стенка не показана), имеющего лоток для загрузки катализатора, расположенный на трубной решетке реактора;
на фиг. 2А представлено перспективное изображение лотка для загрузки катализатора, снабженного вертикальной периферийной стенкой;
на фиг. 2B представлено перспективное изображение лотка для загрузки катализатора согласно фиг. 2A со снятой частью периферийной стенки;
на фиг. 3 представлено перспективное изображение элемента периферийной стенки;
на фиг. 4 представлено перспективное изображение элемента единственного лотка для загрузки катализатора;
на фиг. 5 представлено перспективное изображение элемента лотка для загрузки катализатора согласно фиг. 4 со снятой боковой стенкой; и
на фиг. 6 представлено перспективное изображение загрузочной трубы для катализатора.
Описание иллюстративных вариантов осуществления
На фиг. 1 представлено частичное перспективное изображение каталитического реактора 10 с верхней трубной решеткой (доской) 8, имеющей группу отверстий 24 реакционных труб. Каждое из отверстий реакционных труб ведет к реакционной трубе 9, проходящей вниз от трубной решетки внутри каталитического реактора 10. Каталитический реактор 10 обычно снабжен ограждающей боковой стенкой и нижней трубной решеткой для образования огороженного пространства, например для хладагента. Чтобы упростить пояснение, боковая стенка и нижняя трубная решетка на чертежах не показаны.
Сверху трубной решетки 8 предусмотрен лоток 2 для загрузки катализатора для введения материала сыпучего катализатора (катализатора в виде части) через отверстия 24 реакционных труб в реакционные трубы 9. Лоток 2 для загрузки катализатора образует желоб, в который сыпучий катализатор можно ссыпать, например, из бункера. Загрузочный лоток 2 сам снабжен группой отверстий 12 для загрузки катализатора, которые выровнены с отверстиями 24 реакционных труб трубной решетки 8. При эксплуатации реактора частицы катализатора проходят посредством отверстий 12 для загрузки катализатора через отверстия 24 реакционных труб и загружаются в реакционные трубы 9.
На фиг. 2А показано более подробное перспективное изображение лотка 2 для загрузки катализатора. Лоток 2 для загрузки катализатора снабжен съемными вертикальными элементами 26 боковых стенок. Эти элементы 26 боковой стенки образуют вертикальную периферийную боковую стенку 30 желоба, в который можно ссыпать сыпучий катализатор. Элементы 26 боковой стенки можно сажать с возможностью снятия в лоток 2 для загрузки катализатора, вставляя их вертикально в T-образные пазы 28. Более ясный вид снятого элемента 26 боковой стенки находится на фиг. 3. Изображенный элемент 26 боковой стенки пригоден для посадки только в одиночный Т-образный паз 28, а вертикальная периферийная боковая стенка 30 согласно фиг. 2A состоит из двенадцати таких элементов, соседствующих друг с другом. В некоторых обстоятельствах может оказаться выгодным предусмотреть элементы 26 боковой стенки, сажаемые в более чем один Т-образный паз 28 за раз, то есть, по меньшей мере, одну сторону вертикальной периферийной боковой стенки 30 можно формировать из одного-единственного элемента. Например, четыре элемента 26 боковой стенки ближайшей стороны загрузочного лотка на фиг. 2A могут быть заменены одним-единственным элементом 26, сажаемым в четыре паза 28.
На фиг. 2B показан лоток 2 для загрузки катализатора согласно фиг. 2A, причем ближайшая сторона боковой стенки 30 снята, чтобы показать шаблон 14 для загрузки катализатора, содержащий группу отверстий 12 для загрузки катализатора.
Как можно увидеть, лоток 2 для загрузки катализатора состоит из двух удлиненных элементов 4 лотка для загрузки катализатора, соединенных друг с другом вдоль одной из их длинных сторон. Каждый из показанных загрузочных элементов снабжен четырьмя загрузочными отверстиями 12. Соединяя два элемента 4 загрузочного лотка друг с другом, формируют расширенную плоскую группу из восьми загрузочных отверстий 12, обеспечивающую загрузку сыпучего катализатора в большее количество реакционных труб за раз. Естественно, можно предусмотреть элементы загрузочного лотка, содержащие более четырех или менее четырех загрузочных отверстий.
Элементы 4 загрузочного лотка соединены друг с другом с возможностью высвобождения посредством механизма 28 Т-образных пазов, что позволяет элементам вертикально скользить, входя в зацепление и выходя из него. Специалистам в данной области техники будет ясно, что можно использовать и другие формы фиксации элементов с высвобождением, такие как L-образные пазы, соединения типа «ласточкин хвост» и магнитные крепления.
Хотя на фиг. 2A и 2B показаны лишь два элемента лотка 2 для загрузки катализатора, соединенные посредством пазов, можно посредством модульной конструкции из большего, чем показано, количества элементов 4 загрузочного лотка сооружать расширенные загрузочные лотки, имеющие группы гораздо большего количества отверстий 12 для загрузки катализатора. Считается, что конкретно практичными для скоростной и эффективной загрузки катализатора в каталитический реактор являются конструкции с группами, имеющими примерно 50, 80, 100 или более отверстий 12 для загрузки катализатора.
Элементы 4 лотка для загрузки катализатора также можно собирать, получая множество форм лотка для загрузки катализатора, например, посредством смещения соседних элементов 4 друг от друга, как показано на фиг. 2A и 2B. Таким образом, в результате сборки можно собирать лотки 2 для загрузки катализатора, имеющие разные формы, соответствующие множеству размеров трубных решеток каталитических реакторов, например, чтобы обеспечить согласование с конкретной структурой группы труб, следующей по внутреннему радиусу реактора, или предусматривающие посадку вокруг труб охлаждения, проходящих сквозь трубную решетку. На практике эта особенность позволяет сооружать лотки 2 для загрузки катализатора, которые могут соответствовать внешним радиусам специальных каталитических реакторов, и при этом не нужно заранее заказывать шаблон или заполнять вручную реакционные трубы, пропущенные загрузчиком катализатора, выполненным по принципу «на все случаи жизни».
Конкретно полезным аспектом загрузочного лотка 2 является то, что его можно собирать из набора комплектующих, содержащего множество элементов 4 загрузочного лотка разных размеров, имеющих разные количества загрузочных отверстий 12. Поскольку загрузочные отверстия внутри элементов загрузочного лотка из конкретного набора будут иметь один и тот же шаг, элементы, имеющие больше загрузочных отверстий 12, будут больше и предпочтительно длиннее, когда загрузочные отверстия 12 проложены в одну-единственную линию. Предусматривая множество размеров элементов загрузочного лотка в наборе, дополнительно расширяют ассортимент возможных форм лотка для загрузки катализатора, который можно соорудить из элементов 4.
Набор комплектующих может содержать 25 или более элементов загрузочного лотка, имеющих 20 загрузочных отверстий, 15 или более элементов, имеющих 10 загрузочных отверстий, 10 или более элементов, имеющих 5 загрузочных отверстий, 5 или более элементов, имеющих 4 загрузочных отверстия, 5 или более элементов, имеющих 3 загрузочных отверстия, 5 или более элементов, имеющих два загрузочных отверстия, и 5 или более элементов, имеющих 1 загрузочное отверстие.
Как показано на фиг. 4, предусмотрены две загрузочные трубы 40 и 42. Загрузочная труба - это инструмент для загрузки катализатора в реакционную трубу. Загрузочные трубы 40, 42 имеют верхние фланцы 44, которые находятся в отверстиях 12 для загрузки загрузочной матрицы 14 для загрузки катализатора и ограничивают загрузочные отверстия 54, имеющие диаметр, меньший, чем диаметр загрузочных отверстий 12. Загрузочные трубы 40, 42 снабжены проходящими вниз трубами 46, которые проникают в реакционные трубы каталитического реактора. Загрузочные трубы, вообще говоря, известны в области загрузки катализаторов и используются для обеспечения регулируемого уровня свободного пространства в загруженных реакционных трубах. Поскольку объем внутри загрузочной трубы меньше, чем объем окружающего участка реакционной трубы 12, когда трубу удаляют после заполнения, она осаждает ограниченное количество частиц катализатора вверху реакционной трубы, которые затем опускаются, заполняя больший объем реакционной трубы. Результатом является регулируемое свободное пространство в реакционной трубе.
При эксплуатации каждое из отверстий 12 для загрузки катализатора снабжают загрузочной трубой 40, 42. В некоторых случаях одно или несколько отверстий 12 для загрузки катализатора можно заблокировать заглушкой (не показана), если в некотором конкретном месте добавка катализатора не требуется.
Как можно увидеть на фиг. 5, шаблон 14 для загрузки катализатора удерживается в поднятом положении над трубной решеткой 8 с помощью опор 48 для создания объема 38 между шаблоном 14 для загрузки катализатора и трубной решеткой 2. Как показано на фиг. 4, при эксплуатации этот объем, по существу, закрыт, за исключением вакуумного выпуска 18, с которым может быть соединен насос (не показан) для приложения вакуума к объему 38, отверстиям 12 для загрузки катализатора и отверстиям 8 реакционных труб.
На фиг. 5 и 6 показана преимущественная загрузочная труба 42, которая на ее верхнем участке немного ниже фланца снабжена некоторым количеством отверстий 50 для просеивания. Они лучше всего видны на фиг. 6. Размеры отверстий для просеивания обеспечивают блокировку прохождения частиц катализатора, но позволяют пыли и крошке беспрепятственно проходить через них. Прикладывая вакуум к объему 38 через вакуумный выпуск 18, материал загруженного катализатора можно подвергнуть операции удаления пыли и крошки непосредственно перед тем, как он попадает в реакционные трубы.
Как видно на фиг. 5 элемент 4 загрузочного лотка является удлиненным, а отверстия 12 для загрузки катализатора расположены линейно в единственном ряду. Это позволяет получить приемлемый поток воздуха к вакуумному выпуску, вследствие чего пыль и крошку, попадающие в объем 38, можно будет легко удалять через вакуумный выпуск 18.
Специалистам в данной области техники будет ясно, что в случае, если для достижения свободного пространства в процессе загрузки катализатора не требуются загрузочные трубы, то в объеме 38 можно предусмотреть трубчатые элементы отверстиями для просеивания в боковых стенках, формируя канал от отверстия 12 для загрузки катализатора к соответствующему ему отверстию 24 реакционной трубы. Таким образом, пыль и крошку можно эффективно удалять во время загрузки катализатора.
Улавливание пыли и крошки с помощью вакуума можно также воплотить в лотке для загрузки катализатора, который выполнен не модульным, а представляющим собой одиночный и не уменьшаемый элемент узла. В таком случае шаблон для загрузки катализатора, как правило, будет большой группой, и чтобы получить достаточное всасывание по всей этой группе, объем между шаблоном для загрузки катализатора и трубной решеткой можно разделить на отдельные камеры стенками или аналогичными средствами, а также снабдить вакуумным выпуском каждую камеру. Таким образом, каждая камера подвергается воздействию достаточного вакуума.
Улавливаемую пыль и крошку предпочтительно собирают и рециркулируют для формирования свежего катализатора, поскольку он, как правило, содержит ценные каталитические металлы.
Также считается выгодным наличие контактного датчика пыли в потоке вакуумного выпуска. Такой датчик может измерять концентрацию пыли, удаляемой вакуумом, и выдавать информацию, указывающую уровни содержания пыли в партии катализатора и общее количество удаленной пыли.
Возвращаясь к фиг. 4, отмечаем, что элемент 4 для загрузки катализатора снабжен вибратором 32, находящимся в вибрационном контакте с шаблоном 14 для загрузки катализатора. Вибратор 32 заставляет шаблон 14 для загрузки катализатора вибрировать так, что сыпучий катализатор, присутствующий на шаблоне 14 для загрузки катализатора, перемешивается и падает в отверстие 12 для загрузки катализатора 12.
Как можно увидеть на фиг. 2A и 2B, таким вибратором 32 снабжен каждый из элементов для загрузки катализатора. При сооружении большего лотка 2 для загрузки катализатора из множества элементов 4 вибраторы 32 на каждом элементе дают возможность осуществления вибрации от края до края расширенного шаблона 14 для загрузки катализатора. Это с выгодой помогает избежать необходимости ручного или автоматического разметания частиц катализатора в отверстия 12 для загрузки катализатора.
Обращаясь к фиг. 5, отмечаем, что шаблон 14 для загрузки катализатора поднят на упругих опорах 34, предпочтительно выполненных из резины или из аналогичного материала, которые действуют, изолируя остальные элементы 4 шаблона и каталитический реактор от воздействий вибратора 32.
В возможном способе загрузки многотрубного каталитического реактора 10 сыпучим (гранулированным) каталитическим материалом, этот каталитический материал загружают в каждую из реакторных труб 9 с помощью проиллюстрированного лотка 2. Элементы 4 загрузочного лотка пропускают в не соединенном виде в рабочее пространство над трубной решеткой 8 через люк или другой проем. Первый из загрузочных элементов 4 располагают поверх трубной решетки 8 так, что его загрузочные отверстия 12 выравниваются с отверстиями 24 трубной решетки. Затем посредством скольжения вводят другой элемент 4 загрузочного лотка в зацепление с уже уложенным элементом 4 загрузочного лотка, пользуясь механизмом 28 Т-образных пазов. Эта укладка других элементов 4 загрузочного лотка продолжается до получения расширенной группы загрузочных отверстий 12 в расширенном плоском шаблоне 14. Эта группа предусматривает наличие элементов 4 загрузочного лотка, имеющих разные длины и формы, для получения желаемой формы и размера накрытия согласуемой трубной решетки и реактора, например, с целью согласования с внешней кривой и для сооружения вокруг труб охлаждения.
Периферийные элементы 26 боковой стенки установлены во внешних Т-образных пазах 28 сооружаемой группы для формирования закрытого загрузочного лотка, предназначенного для засыпки таблеток катализатора.
Загрузочные трубы 40, 42 вставляют в загрузочные отверстия 12, вследствие чего их верхние фланцы 44 оказываются внутри шаблона 14, а загрузочные отверстия ограничиваются в размере загрузочным отверстием 54 загрузочной трубы 40, 42. Загрузочные трубы 40, 42 можно вводить перед сборкой расширенной группы шаблона, во время этой сборки или после нее. Загрузочную трубу 40, 42 обычно будут вставлять в каждое из загрузочных отверстий 12, вместе с тем, случайно может возникнуть ситуация, в которой одно или несколько отверстий не нужно заполнять катализатором, и тогда в выбранное отверстие (выбранные отверстия) 12 можно вставить заглушку.
Чтобы приложить всасывание с целью удаления пыли к каждому из объемов 38 между шаблонами 14 загрузочных лотков и трубной решеткой 8, к каждому из вакуумных выпусков 18 подсоединена магистраль вакуума.
Материал катализатора сыплют на собранный загрузочный лоток 2, а вибраторы 32 при этом вызывают вибрацию шаблонов 14. Частицы катализатора перемешиваются или сталкиваются и высыпаются в загрузочные отверстия 54, проходя через загрузочные трубы 40, 42 в реакционные трубы. Когда материал катализатора проходит сквозь верхнюю часть загрузочных труб 40, 42, всасывание, прикладываемое посредством вакуумного выпуска 18, приводит к удалению пыли и фрагментов через отверстия 50 для просеивания.
Когда загрузочные трубы 40, 42 заполняются до их верхнего уровня, избыточный материал катализатора потом удаляют из загрузочного лотка 2. Это с удобством осуществляют, снимая, по меньшей мере, часть периферийной боковой стенки и сметая избыточный катализатор через открытый край загрузочного лотка в сборник.
Элементы 4 загрузочного лотка затем поднимают с трубной решетки 8, одновременно поднимая загрузочные трубы 40, 42. Катализатор, находящийся в загрузочных трубах 40, 42, падает в реакционные трубы, заполняя эти трубы до желаемого уровня с получением свободного пространства. Вибрацию можно продолжать во время и после подъема, чтобы гарантировать выпадение катализатора из загрузочных труб.
Элементы 4 загрузочного лотка можно поднимать по одному за раз или группами. Поскольку подъем часто будет осуществляться вручную, элементы загрузочного лотка предпочтительно поднимают один за другим.
Собранный загрузочный лоток 2 может накрывать всю трубную решетку 8. Вместе с тем для внедрения эффективных процедур заполнения зачастую лучше собирать загрузочный лоток 2 поверх лишь некоторой секции трубной решетки 2, поскольку это позволяет другому рабочему работать с другими секциями трубной решетки, что приводит к ускоренному заполнению.
В рамках существа и объема притязаний изобретения в описанные здесь конструкции и способы можно внести дополнительные изменения помимо тех, которые описаны выше. Соответственно, хотя описаны конкретные варианты осуществления, они являются лишь примерами и не ограничивают объем притязаний изобретения.