向垂直管中装载粒状固体的方法和设备技术

描述其中将弹性流体与粒状固体接触的方法。此方法包括如下步骤：提供包含粒状固体（５）装料的基本垂直伸长管状容纳区（１），容纳区（１）的体积大于粒状固体（５）的沉降体积。在容纳区上端安装上保持器机构（３），上保持器机构（３）可渗透流体但适于保持容纳区（１）中的粒状固体（５）。在粒状固体（５）以下在容纳区（１）中移动安装跟随器机构（４），当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区（１）的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动。在方法中，引起弹性流体在一定速率下通过容纳区（１）向上流动，该速率足以引起粒状固体（５）上升到容纳区的上端和倚靠上保持器机构（３）的下侧形成粒状固体（５）的缓冲垫。速率超过临界速率以引起跟随器机构（４）向上移动直到它倚靠粒状固体（５）缓冲垫的下侧邻接。本发明专利技术也提供适于进行这样方法的装置和将粒状固体装载入基本垂直管中的方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
向垂直管中装载粒状固体的方法和设备1.专利技术的
本专利技术涉及接触弹性流体与粒状固体的方法。2.专利技术背景有许多涉及弹性流体，如气体或蒸气，和粒状固体之间接触的方法。因此使用气相或蒸气相反应条件进行许多化学工艺，其中将气体或蒸气流与粒状催化剂接触。其中将弹性流体与粒状固体接触的其它方法包括干燥，其中将气体或蒸气与干燥剂接触，和吸附，其中将气体或蒸气与吸收剂接触，吸收剂用于，例如，从其吸附潜在催化剂毒物的目的。在这样的工艺中，尽管使用流化催化剂床操作一些工艺，粒状催化剂或其它粒状固体通常为固定床的形式。用于这样工艺的条件通常包括高操作温度和/或高压力。因此反应器可必须承受高热和压力应力。用于化学工艺容器的典型构造材料因此包括低碳钢、高压钢、不锈钢和其它特殊钢和合金。催化剂、负载催化剂和其它粒状物，如干燥剂和吸附剂在固定床应用中的使用因此是广泛的。形成固定床的粒状物质本质上典型地是陶瓷或从造粒的金属氧化物形成。通常它比反应器、管子或粒状固体的其它容纳设备具有更低的膨胀系数，由于压力强度原因，反应器，管子或其它容纳设备由金属组成。因此，当系统增加温度时，由于在加热时，反应器壁比催化剂粒子膨胀更多，粒状材料在反应器中跌落。然后当温度以后降低时，反应器的壁当它冷却时收缩和可捕捉粒状物质，好象通过拉紧胸衣和因此将粒状物质经受破碎力，特别是如果粒状固体包含在基本垂直的金属管中。在许多应用中，操作中的温度变化不是非常高和在粒状物质和容纳设备之间不同的膨胀数量不显著。因此不引起粒状材料的过度磨损或对容器壁的损害。然而，在采用高温操作的所谓火加热工艺中，该工艺典型地包括燃烧以保持吸热催化工艺如蒸汽重整中的温度，或在放热催化工艺如部分氧化工艺中，涉及的膨胀数量是相当的。如果固定床包含在-->大直径反应器或容纳设备中，由于存在许多粒子和会发生催化剂粒子向内部空隙的积累性小移动，此差异膨胀可以仅由催化剂粒子的少量磨损适应。然而，如果催化剂包含在窄垂直管中，该窄垂直管的公称直径例如小于约6英寸(约15.24cm)，此相对移动不足够和可以产生非常高的破碎力。如果粒状物质易碎到任何程度，这倾向于导致粒状物质的磨损，或如果不是这样，导致对管壁的损害。已经在高温重整器管中，由物理强氧化铝催化剂载体球观察到后一种现象。此外，在这样的情况下，其中垂直管非常长和由于使用的高操作温度，在它们的长度中经历相当的膨胀，例如，蒸汽重整器管，当它由于被冷却管紧密地压挤而冷却时，粒状物质下落非常显著的数量但不能上升到管子，该冷却是恶化破碎倾向的因素。重复的加热和冷却循环导致填料床所需特性的劣化，在于将原始装载体积的粒状物压缩到更高的密度，因此增加压降。此外，已经发现在其它原因中，通过催化剂床的增加压降可以由催化剂粒子的破裂引起，催化剂粒子的破裂来自催化剂的不正确装料或来自由于在开动和停工时的温度循环，在催化剂和包含容器之间的差异膨胀和收缩。催化剂粒子的破裂得到更小粒径的碎裂物，而由于腐蚀的粒子更紧密地装填在一起，粒子角的腐蚀得到更低的空隙率。对于进一步的讨论，可以参考催化剂手册”，第2版，Martyn V.Twigg(Wolfe Publishing LTD.，1989)，在125页。在所有的固定床应用中，此增加的压降一般增加与气体压缩相关的成本。在并联固定床应用中，这可导致增加的不均匀分布，特别是在多管式反应器中，因此引起不同管中的不同转化率和选择性。这依次可导致进一步的问题如碳沉积、热点的形成(导致可能的管故障和/或导致催化剂的烧结)、和导致催化剂失活的不同速率的发展，该发展可进一步恶化状况。当催化剂的活性部分为浅表面层的形式时，由于在此情况下可以损失相当的催化剂活性或催化剂活性可变得不均匀分布，由层裂和磨损的催化剂表面材料的损失是特别严重的。到目前为止，从破碎力的碎屑会在更密集的床中积累和也增加压降。在多管式反应器中的不同管之间存在不同压降的增加可能性，导致气体或蒸气的不均匀分布。此外，难以预测任何单个管中床层的顶部位置。-->采用外部火加热的管式反应器，如重整器的另一个问题在于，不包含催化剂的任何管部分易于过热，具有管故障的因此损害，这是由于在该管部分中没有催化的吸热反应以吸收辐射热和因此冷却管部分。这使得重要的是在操作期间尽可能接近地确定催化剂床的位置，以最小化通过局部过热的管故障的危险。因此，在本领域需要提供一种反应器设计，当将反应器经受加热到高温随后再次冷却的温度循环时，该设计克服与粒状材料破碎相关的问题，和该设计允许通过粒状材料的低压降，最小化压降累积，和允许采用高确定程度固定床的位置，以最小化外部火加热的反应器中管故障的危险。先前已经认识到此需要和在尝试的现有技术中有各种例子以克服以上给出的问题。已经在美国专利No.4,203,950(Sederquist)中认识到由于管式反应器，如蒸汽重整反应器中宽温度循环，由径向力的催化剂破碎。在此文献中，提出应当在环隙中布置催化剂及至少一个壁是柔性的。在美国专利No.5,718,881(Sederquist等人)中，蒸汽重整器含有分段的反应区与用于不同温度区的单个支撑物，催化剂区段的体积与重整器中各个区的温度成反比。在美国专利No.3,818,667(Wagner)中提出柔性百叶窗式筛网以容纳粒子移动的用途。在美国专利No.4,063,900(Mita等人)中，和在美国专利No.4,052,166(Mita等人)中，也在催化转化器中提出百叶窗，该转化器用于催化处理来自内燃机的废气。在美国专利No.3,838,977(Warren)中提出在催化消声器中使用弹簧或波纹管，以控制床膨胀和收缩以保持紧密的非流化或提升床。在美国专利No.5,098,453(Turner等人)中，描述了用于保持碳颗粒床的弹簧加载，该碳颗粒紧密装填在燃料蒸气贮存罐中。在美国专利No.3,628,314(McCarthy等人)中，提出用于遵循床体积的降低但限制上穿孔保持板的向后移动的棘轮设备。美国专利No.4,489,549(Kasabian)中、在美国专利No.4,505,105(Mita等人)中、和在美国专利No.4,554,784(Weigand等人)中描述相似的设备。-->在美国专利No.5,118,331(Garrett等人)中、在美国专利No.4,997,465(Stanford)中、在美国专利No.4,029,486(Frantz)中、和在美国专利No.4,336,042(Frantz等人)中，提出用于限制粒状材料移动的催化剂床中气动套管。然而，这些现有技术建议是精细的和并不令人满意地解决粒状催化剂破碎的问题，该问题可能由反应管器的重复温度循环引起。在运输之前和/或在装载入反应器之前，通常将催化剂通过筛网以除去粉尘和破裂的片。催化剂粉尘和破裂片的这样脱除是所需的，以最小化由催化剂床引起的经过反应器的压降。此筛分步骤在财政和时间两方面构成昂贵的程序。一旦装载了催化剂粒子，催化剂粒子通常不能再排列和装填密度仅倾向于增加。可以通过许多方法达到催化剂的装载，以降低由自由下落装载引起的破裂和损害。例如，可以使用“短袜式”装载，其中将催化剂放入通常由织物组成的长“短袜状物”中，该短袜状物在一端由可脱除封闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种其中将弹性流体与粒状固体接触的方法，该方法包括如下步骤：（ａ）提供包含粒状固体装料的基本垂直伸长管状容纳区，容纳区的体积大于粒状固体装料的沉降体积；（ｂ）提供安装在容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体，和在粒状固体装料以下移动安装在容纳区中的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；和（ｃ）引起弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动，该速率足以引起粒状固体向着容纳区的上端上升和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接。

【技术特征摘要】
GB 2001-6-6 0113789.21.一种其中将弹性流体与粒状固体接触的方法，该方法包括如下步骤：(a)提供包含粒状固体装料的基本垂直伸长管状容纳区，容纳区的体积大于粒状固体装料的沉降体积；(b)提供安装在容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体，和在粒状固体装料以下移动安装在容纳区中的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；和(c)引起弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动，该速率足以引起粒状固体向着容纳区的上端上升和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接。2.根据权利要求1的方法，其中伸长容纳区是并联连接的多个伸长容纳区的一个。3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中至少一部分该容纳区具有基本均匀的水平横截面。4.根据权利要求3的方法，其中至少一部分该容纳区包括基本圆形横截面的管子。5.根据权利要求4的方法，其中至少一部分该容纳区包括内径为约6英寸(约15.2cm)或更小的管子。6.根据权利要求3或权利要求4的方法，其中至少一部分该容纳区包括内径为约2英寸(约5.08cm)或更小的管子。7.根据权利要求1-6任意一项的方法，其中布置该跟随器机构以阻断除了容纳区内表面和跟随器机构之间的间隙以外容纳区向上或向下的弹性流体通过，间隙的宽度小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。8.根据权利要求7的方法，其中该跟随器机构包括用于确定间隙机构的密闭下端部分和具有弹性流体通过机构的上部分。9.根据权利要求1-8任意一项的方法，其中该弹性流体通过机构包括多个彼此间隔的基本同心环，在相邻环之间的间隙小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。10.根据权利要求1-9任意一项的方法，其中该容纳区包括多种类型的粒状固体，每种类型通过各自的跟随器机构与相邻类型分隔。11.根据权利要求1-10任意一项的方法，其中该粒状固体具有至少一个小于约10mm的尺寸。12.根据权利要求1-11任意一项的方法，其中该粒状固体的形状基本为球形。13.根据权利要求1-12任意一项的方法，其中该粒状固体包括催化剂。14.根据权利要求1-13任意一项的方法，其中在粒状固体的初始装载之后，在测量步骤中测量经过容纳区的压降。15.根据权利要求14的方法，其中如果测量的压降不符合预定的数值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。16.根据权利要求1-13任意一项的方法，其中在粒状固体的初始装载之后，在测量步骤中测量容纳区中粒状固体的沉降体积。17.根据权利要求16的方法，其中如果容纳区中粒状固体的沉降体积不符合预定的数值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。18.根据权利要求14-17任意一项的方法，其中在粒状固体的初始装载之后但在测量步骤之前，在超过临界速率的速率下引起弹性流体通过容纳区向上流动，以倚靠上保持器的下侧形成粒状固体的缓冲垫和以引起跟随器机构上升容纳区直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧而邻接，和其后降低或中断弹性流体的向上流动以允许粒状固体沉降床的形成。19.根据权利要求1-18任意一项的方法，其中粒状固体是有效用于催化所需化学反应的催化剂，和其中包括能够进行所需化学反应的反应进料混合物的弹性流体以向上流模式通过容纳区，同时将容纳区保持在有效用于进行所需化学反应的操作条件下。20.根据权利要求1-18任意一项的方法，其中粒状固体是有效用于催化所需化学反应的催化剂，和其中包括能够进行所需化学反应的反应进料混合物的弹性流体以向下流模式通过容纳区，同时将容纳区保持在有效用于进行所需化学反应的操作条件下。21.根据权利要求19或权利要求20的方法，其中将该容纳区和该粒状固体经受至少约500℃的温度。22.根据权利要求21的方法，其中该所需化学反应为部分氧化反应，其中该弹性流体包括部分氧化进料混合物，其中该粒状固体是部分氧化催化剂，和其中由该部分氧化反应保持容纳区和部分氧化催化剂的温度。23.根据权利要求21的方法，其中该所需化学反应是蒸汽重整反应，其中该弹性流体包括蒸汽重整进料混合物，其中该粒状固体是蒸汽重整催化剂，和其中由该容纳区外部的热燃烧气体保持容纳区和蒸汽重整催化剂的温度。24.一种进行弹性流体与粒状固体接触的装置，该装置包括：(a)确定基本垂直伸长管状容纳区的反应器机构，该容纳区用于包含粒状固体的装料，容纳区的体积大于粒状固体的沉降体积；(b)安装在容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体；和(c)在粒状固体装料以下移动安装在容纳区中的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；因此当弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动时，跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接，所述一定速率足以引起粒状固体向着容纳区的上端上升和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该速率超过临界速率。25.根据权利要求24的装置，其中伸长容纳区是并联连接的多个伸长容纳区的一个。26.根据权利要求24或权利要求25的装置，其中至少一部分该容纳区具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰K本斯，迈克尔希尔顿，马克A林思韦特，
申请(专利权)人：戴维加工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]