УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГРУЗКИ КАТАЛИЗАТОРОВ И АДСОРБЕНТОВ

Полезная модель относится к устройствам для загрузки сыпучих материалов и может использоваться для загрузки катализаторов и адсорбентов в химические реакторы, применяемые в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Устройство для загрузки катализаторов и адсорбентов «ТЕХКАТ-2» (далее - ЗУ) предназначено для проведения загрузки катализаторов и адсорбентов в реакторы аксиального и радиального типов технологических установок процессов нефтепереработки и нефтехимии методом плотной упаковки. ЗУ работает на сжатом воздухе или азоте и позволяет загружать катализаторы с диаметром гранул от 1,1 до 5,0 мм включительно, благодаря возможности регулировки зазора в нижней части устройства.
Известно устройство для загрузки катализатора, содержащее полый, открытый в нижней части корпус, патрубок, сообщающийся с источником газа, отражающую пластину см. А. Св. СССР №745357, ПМК B65G 65/48, опубл. 30.06.1980 г.
Недостатки: малая скорость загрузки катализатора и неравномерность загрузки.
Известно устройство для загрузки катализатора по патенту RU 2111911, МПК B65D 88/72, опубл. 27.05.1998 г.
Это устройство содержит приемный бункер и распределитель сыпучего материала, соединенные последовательно между собой. Распределитель сыпучего материала состоит из полого, открытого в нижней части корпуса, отражающей пластины, размещенной с зазором ниже полого корпуса и имеющей поперечное сечение больше, чем поперечное сечение полого корпуса, патрубка, установленного в полом корпусе и сопряженного с источником газа таким образом, чтобы обеспечивался проток газа в названном зазоре, изменяющий направление движения, по крайней мере, части сыпучего материала на множество направлений поверх отражающей пластины. Полый корпус снабжен воронкообразной диафрагмой с центральным отверстием, направляющей поток сыпучего материала в его центральную часть.
Недостаток: неравномерность загрузки катализатора (адсорбента).
Известно устройство для загрузки катализатора по патенту RU 2222373, МПК B65G 65/32, опубликовано 27.01.2004 г.
Это загрузочное устройство содержит корпус, соединенный с ним заправочный узел, распределитель и трубу для подачи сжатого газа. Распределитель установлен под выходными отверстиями корпуса. Выходное отверстие трубы для подачи сжатого газа расположено между распределителем и корпусом соосно распределителю с образованием регулируемого зазора между выходным отверстием трубы и распределителем. Распределитель выполнен в виде диска. Выходное отверстие трубы имеет насадку в виде сопла.
Недостаток: низкие характеристики получаемого насыпного слоя по равномерности и плотности.
Известно устройство для загрузки и разбрасывания катализатора по патенту РФ на полезную модель №165927, МПК B65G 65/32, опубл. 10.11.2016 г., прототип.
Это устройство для загрузки катализаторов и адсорбентов содержит корпус и привод, соединенный валом с вращающимся элементом, при этом вращающийся элемент выполнен в виде разбрасывателя, состоящего, в свою очередь, из нескольких оснований от меньшего диаметрального размера к большему, установленных друг над другом, на которых размещены радиальные элементы (щетки).
Недостатки: неравномерность загрузки катализатора или адсорбента в реактор и низкая скорость загрузки.
Задачи создания полезной модели: повышение производительности процесса и равномерности загрузки катализаторов и адсорбентов для реакторов любых типов и конструкции.
Технический результат: обеспечение равномерной загрузки катализатором (адсорбентом) реакторов любых типов и конструкции.
Решение указанных задач достигнуто в устройстве для загрузки катализаторов и адсорбентов, содержащем корпус и привод, соединенный валом с вращающимся элементом, при этом вращающийся элемент выполнен в виде разбрасывателя, состоящего, в свою очередь, из нескольких оснований от меньшего диаметрального размера к большему, установленных друг над другом, на которых размещены радиальные щетки, тем, что над разбрасывателем выполнен дозатор. Радиальные щетки могут быть выполнены разной длины.
В качестве привода может быть применен реверсивный пневмодвигатель. Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1-6), где:
- на фиг. 1 приведена схема установки загрузочного устройства в реакторе,
- на фиг. 2 показан общий вид загрузочного устройства в разрезе,
- на фиг. 3 приведены корпус и вал в разрезе,
- на фиг. 4 приведен дозатор,
- на фиг. 5 показан вид снизу по А на фиг. 2,
- на фиг. 6 показан вид оснований с щетками.
КОНСТРУКЦИЯ ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА
На фиг. 1 приведена схема установки загрузочного устройства ЗУ на фланце 1 реактора 2 и упрощенная схема этого устройства.
ЗУ состоит из следующих составных частей (фиг. 2): разбрасывателя 3, состоящего в свою очередь, из нескольких, на конкретном примере: трех, расположенных друг под другом оснований 4-6, на которых размещены радиальные щетки 7 - от меньшего диаметрального размера к большему, дозатора 8, размещенного над разбрасывателем 3, привода 9, установленного в корпусе 10, кожуха 11 цилиндрической формы, выполненного коаксиально приводу 9. В качестве привода 9 целесообразно использовать реверсивный пневмодвигатель, это обеспечит пожаробезопасность, регулирование скорости вращения разбрасывателя 3 и реверсирование для улучшения равномерности разбрасывания катализаторов или адсорбентов.
Кроме того, устройство имеет радиальные опоры 12 (не менее трех), которые закрепленных с возможностью вертикального перемещения на вертикальных направляющих 13, установленных в гнезда 14 корпуса 10 (фиг. 2 и 3). На концах радиальных опор 12 установлены регулируемые упоры 15. Регулируемые упоры 15 выполнены с возможностью радиального перемещения для установки на фланцы 1 реакторов различных типоразмеров. Регулируемые упоры 15 контактируют с фланцем 1 реактора 2 (фиг. 1). Возможны и другие варианты установки и крепления загрузочного устройства в реакторе 2.
Разбрасыватель 3 крепится к валу 16. Вал 16 установлен в корпусе 10 на двух типах подшипников: однорядных конических роликовых подшипниках 17, имеющих повышенную грузоподъемность и шариковом радиальном подшипнике 18 (фиг. 3) для центрирования вала 16, чтобы исключить дисбаланс и биение.
На фиг. 4 приведена пластина 19 дозатора 8 с отверстиями 20. Отверстия 20 могут частично или полностью открываться для регулирования загрузки.
На фиг. 5 приведен вид устройства снизу по А, а на фиг. 6 - вид оснований 4-6 с радиальными щетками 7 разной длины. Все основания 4-6 имеют одинаковую конструкцию и отличаются диаметральными габаритами.
На фиг. 1 приведен слой материала 21, т.е. загружаемого катализатора или адсорбента внутри реактора 2, который необходимо выполнить максимально равномерным, как в окружном, так и в радиальном направлении.
Особенностями конструкции загрузочного устройства являются:
- применение в нем разбрасывателя 3, состоящего в свою очередь из нескольких, в конкретном примере трех, расположенных друг под другом оснований 4-6, от меньшего диаметра к большему (снизу вверх),
- применение радиальных щеток 7 для каждого из основания 4-6 разной длины Ri, выполненной с периодическим постепенным ее увеличением, резким уменьшением и опять с увеличением,
- применение радиальных щеток из эластичного материала: пластмассы, резины и т.д. для исключения дробления гранул катализатора,
- обеспечение возможности регулировок для изменения производительности и равномерности загрузки гранул катализатора.
РАБОТА ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА
Загрузка катализаторов в реакторы технологических установок осуществляется путем их подачи в реактор 2 через загрузочное устройство, состоящее из кожуха 11 цилиндрической формы, установленного внутри корпуса 10, привода 9 (реверсивный пневмопривод), дозатора 8 и разбрасывателя 3. Конструкция дозатора 8 обеспечивает подачу определенного количества загружаемого материала на каждое из трех оснований 4-6, имеющих радиальные щетки 7 различной длины.
Для загрузки устройство устанавливается над реактором 2 (и частично в реакторе 2), например, на фланце 1 (фиг. 1), или другим способом.
Равномерное распределение частиц катализатора достигается изменением частоты вращения оснований 4-6 радиальных щеток 7, а также процентом открытия отверстий 20 дозатора 8 для подачи материала на каждое из оснований 4-6 и применением щеток 7.
ЗУ работает следующим образом.
ЗУ устанавливается на регулируемые упоры 15 на фланец 1 реактора 2 или на распределительное устройство внутри реактора 2 (не показано). Установка осуществляется строго по центру реактора 2. Основания 4-6 радиальных щеток 7 располагаются строго горизонтально, что достигается регулируемыми упорами 15 с использованием пузырькового уровня.
Частицы загружаемого материала подаются в кожух 11 и под действием гравитационных сил поступают в дозатор 8, состоящий из пластин 19 (фиг. 4), регулирующих подачу материала на каждое из оснований 4-6 щеток 7, за счет степени открытия отверстий 20. При прохождении через дозатор 8 формируется равномерный поток катализатора по центральной оси и на каждое основание 4-6 щеток 7 для дальнейшего распределения материала по поперечному сечению реактора 2.
Далее частицы катализатора (адсорбента) под действием центробежной силы, создающейся вращением оснований 4-6 радиальных щеток 7, попадают на радиальные щетки 7, которые обеспечивают движение частиц в радиальном направлении равномерно по сечению загружаемого аппарата. Радиальные щетки 7 изготовлены из эластичного материала, что позволяет избежать истирания и разрушения частиц загружаемого материала.
отн
Скорость и дальность разлета частиц регулируется степенью открытия пластин Sдозатора 8 (пластины не показаны) на каждое основание 4-6 радиальных щеток 7 и скоростью вращения оснований радиальных щеток 7 - rpm, об/мин.
Степень открытия пластин (фиг. 4):
отн
отв
пл
S=S/S,
отв
где: S - площадь отверстий 19 дозатора 8,
пл
S - площадь пластин 19.
Данные параметры подбираются исходя из диаметра реактора D и высоты свободного падения частиц h эмпирическим путем (фиг. 1). Для существующих типов реакторов разработаны рекомендации табл.1 (Приложение).
Таким образом, применение предлагаемого способа загрузки катализатора в реактор позволяет равномерно распределять частицы катализатора по поперечному сечению загружаемого реактора и по высоте слоя катализатора. Это дает возможность формировать слой катализатора однородной структуры по всему объему загружаемого реактора.
Параметры работы устройства для загрузки катализаторов и адсорбентов оптимизируются для каждой конкретной загрузки в зависимости от геометрической формы реактора, размера, формы гранул катализатора или адсорбента, высоты и траектории их падения в реактор. Применение заявленного устройства обеспечивает получение горизонтального положения каждой гранулы катализатора или адсорбента с плотным прилеганием друг к другу с реализацией однородной плотной укладки катализатора или адсорбента. Конструкция устройства практически исключает возможность размола гранул катализатора или адсорбента во внутреннем пространстве устройства, так как они движутся под действием сил тяготения и центробежных сил, не встречая на своем пути трущихся и острых металлических узлов и деталей устройства.
Применение регулировок позволяет сделать загрузочное устройство универсальным для реакторов различных типов и размеров (табл. 1) и обеспечит равномерную загрузку.
При этом в качестве исходных данных реакторов принимают (фиг. 1):
D - диаметр реактора, м,
h - высота свободного падения частиц (от нижней части разбрасывателя 3 до слоя материала 21), м.
Проведены опытные испытания изготовленного устройства на реакторах различных типов с получением положительного результата по равномерности рассеивания катализатора. Вышеприведенные данные подтверждают соответствие технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».
При выполнении патентных исследований не выявлены отличительные признаки заявленного устройства для загрузки катализаторов и адсорбентов в других аналогичных устройствах, что подтверждает соответствие критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Применение полезной модели позволило:
1. Увеличить скорость и равномерность загрузки катализатора (адсорбента) в реакторы различных типов и размеров.
2. Более оптимально распределить катализатор (адсорбент) по сечению реактора.
3. Избежать возможности поломки и крошения частиц катализатора в процессе загрузки.
4. Обеспечить загрузку катализатора до пустого пространства между слоем катализатора и разбрасывателем менее 300 мм.
5. Избежать необходимость спуска обслуживающего персонала на верхний слой катализатора для разравнивания.
6. Обеспечить возможность реверса разбрасывателя для дополнительного улучшения равномерности загрузки катализатора (адсорбента).