CN85108813A - 把颗粒材料均匀装填成圆柱层的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本说明书公开了用单一转动体在整个催化床上同时分布催化剂颗粒的一种方法。靠形成多个催化剂同心环使催化床具有均匀高密度。该作用不靠改变转速而靠将催化剂从料斗导入圆盘上的多个扇形件获得。每个扇形件最好有一正比于催化床中一圆环面积的体积。该体积由扇形件的径向长度和夹角形成。根据容器截面积将催化剂的圆柱形流分成外环柱和内圆柱。这靠向上、向内将平截头圆锥体从布料面伸入料管完成。设有多个径向长度不同的由圆盘转动的流道，每一流道长度都比扇形件的半径短。

Description

本发明涉及把颗粒料均匀装入一圆筒形床或容器的方法及实施装填的设备。尤其涉及到以下述方法，通过将催化剂颗粒或类似物料均匀分布到大直径圆筒状容器内来装填催化反应床的“催化剂定向装填”（cop）法，即在催化床的整个圆面积上同时将催化剂流下，而成为催化剂颗粒形成的多个同心环。本发明主要目的在于确保：具有高静止角的柱状挤塑物形式之类的催化剂能以很高的催化剂/容器体积比均匀地装填成催化床。

本发明的特定目的在于提高具有高静止角的颗粒（包括球形颗粒）的装填密度，以使此催化床能靠分布在容器整个底面上的一批同心环同时形成。催化剂颗粒之类的许多个环，是通过均匀转动单个转盘或转动体而形成，此种圆盘将从上面流料管下来的催化剂分流成许多半径不同的径向扇形件。圆盘分配面上的每个扇形件之催化剂颗粒合成的出射速度，在催化床或容器内形成了多个不同的径向抛射距离。由于圆盘上的所有部件以同一速率旋转，催化剂的同心环即被抛入容器，使之同时沉降成相邻的一批圆环。这些圆环具有符合要求的相当窄的径向宽度，但从容器的轴线向外，径向距离却是逐渐增大的，这样就形成了均匀地覆盖住整个催化床的多个同心环。

具有一或多个固定催化剂床的催化反应容器，目前普遍使用催化剂布料器来装填。该项技术称之为“催化剂定向装填”（常称之为cop装填），特别适用于使催化剂床的渗透性及其整体密度均匀化。在当前的催化处理技术中，催化剂颗粒一般通过挤压法生产，颗粒取直径1/16英寸至1/4英寸的圆棒形，然后，将棒截成1/4英寸至1/2英寸长的段。该挤压件一般是由氧化铝、硅铝土、合成或天然沸石材料构成，生产这样的挤压件远比生产球形催化剂便宜。但是，这类挤压件具有很高的静止角，即自由静止的材料堆在该角度下处于稳定态的角度。因此，将其均匀地分布在一个大直径圆筒形容器中是很困难的。还由于这样的颗粒在不同尺寸，以及在制造和装入反应器中又不会开裂和破碎，如果仅靠重力从容器内的中心点装填催化床，就会出现“分层”或分隔现象。

采用cop装填法的主要目的在于尽量减小空隙空间，因而，靠此可减少碳氢化合物与催化剂放热反应中产生的局部“过热”现象。另外，由于增大了固体颗粒料和催化剂颗粒的装填密度，也就改善了反应物料流在容器内的分布。而且，当反应器在生产中有液流从其中流过而受到液力作用时，就会提高催化床的密度而限制了该层下沉。一般说来，在现有的容器中，催化剂的数量靠此可增加百分之几。反之，在新的容器中，对同样数量的催化剂所需的容器体积则可减少百分之几。

普遍而论，已知的催化剂定向装填设备包括一具有相同直径的布料圆盘及在转盘顶部的多个径向叶片或翅片件。通常，布料器或为圆锥形件或为平面圆板。不过，由于催化剂的抛射距离和圆盘速度成正比，为了在催化层的整个截面上分布催化剂，布料器的速度必须不同。在圆盘取带有叶片的平面圆板形时，在板上设有一些孔，使一部分催化剂颗粒通过转动件直接下落到反应容器中部。

尤尔（Uhl）的美国3804273号专利，是针对带有单圆锥表面的径向布料器装填催化体的设备。这里将催化剂分布到整个床内的唯一方法是靠增减转盘的速度。

约翰逊（johnson）等人的美国3972686号专利，公开了一种带有叶片和多个槽或孔的平面圆盘，一部分催化剂可通过孔下落到床的中间部位，其余的催化剂被抛向容器边缘。该装置也需要通过改变转盘的速度来装填催化剂，使得它能覆盖催化反应床的整个表面。

上述既存装置的特有缺陷，在于是以一个速度将催化剂抛射成圆形或环形的堆，这样就常有可能将落在堆上的催化剂颗粒分层化，使较大的颗粒滚到堆底和外边，而较小的颗粒则停止在堆上。通过改变圆盘的转速，在一定程度上可以部分克服上述困难，但由于装填率与该速度成正比，减慢圆盘的速度又会大大增加反应床的装填时间。另一方面，圆盘的速度过高又会导致圆盘上的催化剂迅速飞出而没有足够的滞留时间来控制径向抛出距离。而且，由于催化床内通常都充满着尘土，使操作者实际上不能通过装填器看清催化床，所以靠控制速度来获得所需的径向抛射距离是很困难的。为此，必须通过已装填到一定床面上柱形催化剂的数目来确定一个可能分布的水平。这样的过程是很费时间的，且不具有使催化床能均匀充装所必要的精度。

实际上，通常的做法是在催化床的外缘处装填到超过所需的高度，例如超过6至12英寸，然后断续地增加中间床面的高度，使它超过外缘部分高度的一倍，这样反复装填，沿反应容器向上，随着一或多个催化床的深度增加而遍布整个反应容器。当容器内设有几个分立的反应床，而每个床都由各自的支承“隔板”支承且下面的床又必须通过上层支承中心的通路来装填，在这样的情况下，问题就更为严重。此时用肉眼检查更加困难。

路特第（Lontaty）等人的4306829号美国专利，公开了一种用于反应器中催化剂颗粒或用于粮仓中贮存粮食的布料器。布料器包括由卡子沿驱动轴长度方向转动支承的一些柔性带。这些带子可由增强橡胶构成，它们的长度或相等，或者背离装料斗出口处后长度逐渐增加。有关的实施例表明，这种***能满足装填一种直径60厘米（约2英尺）的反应容器。看来，这些转动中的带子的有效长度是在直径方向上随驱动轴转速和它们与下落的催化剂颗粒之间的作用而变化的。由于上述原因，采用上述这类装置来对容器进行有效装填时限于那些直径相当小的反应器。

转让给本发明受让人的，法恩哈姆（Fannham）的4433707号美国专利，公开了一种通过采用在一根轴上以同一速度转动不同直径的多个圆盘，而从容器的中心到外壁在每一平面高度上均匀分布催化剂颗粒以均匀装填反应容器的方法及设备。这里所要求的是，应有三个这样的锥形圆盘，它们的最大直径部分须最靠近供料斗的输送管。上部圆盘具有一中心孔以使催化剂输送到每一下部圆盘。由于这些圆盘的直径不同，每一圆盘在驱动轴以恒定速度转动时都将催化剂撤在容器内不同的一圈上。在容器顶部或几个层催化床上方设有适当的顶部空隙的情况下，这样一种装置完全能满足将催化剂装入具有较小直径和较深催化床的容器。但是，在不改变转速时，该法仅限于同时铺撒几个圆环。

1978年3月公布的2703329号联邦德国专利中，公开了另一种采用在一根驱动轴上转动多个轴向隔开的圆盘的颗粒物料装填装置。其工作方式与上述法恩哈姆专利中的相同。

在实施本发明的方法中，是将一催化剂布料器设置于一待装填的床上部适当的高度处。然后，将催化剂从配有送料管的料斗供入布料器，送料管所处的位置使大致呈圆柱状的催化剂落入单个转动体或圆盘件。

接着，催化剂颗粒靠单个圆盘分布在催化床的整个范围，通过形成多个与容器或催化床同心的圆环来实现大致均匀的高密度化。这种操作可以在不改变圆盘速度的条件下，用将圆柱形催化剂导入单个转动圆盘上的具有不同径向长度的多个扇形部件来实现。最好，每一扇形件的体积都与此容器横截面内催化床的一个圆环面积成正比。这一所需的容积是由该扇形件的径向长度和它在圆盘上占居的夹角形成。在此种圆盘的一种优选的形式中，每个相邻的扇形件都具有不同的容积以在催化床上形成大致等宽度的催化剂圆环。

按照容器的整个实施例中，这可通过从圆盘主布料表面向内伸入送料管的一平截头圆锥件来实现。圆锥件的最大底面和圆盘形成了一辅助料斗或贮存容积，它向另一组具有不同径向长度并大致与料柱成直角的多个隔开的弧形流道提供催化剂。所要求的是，每一个这种流道都比由上述圆盘构成任何扇形件的半径短。

通过均匀地转动圆盘，这许多个弧形流道中的每一个都撒下具有不同直径的同心圆环。这些环用催化剂基本上覆盖了容器中催化层支承件的表面。由于每个环都是同时形成的，在各个水平面上，对于整个容器或催化床的截面，催化剂的深度都是一致的，而使构成的催化剂床在相同容器或相同的催化床容积的条件下具有更高的平均密度。

本发明的其他目的和优越性，通过本发明优选的实施例及参照构成说明书一部分的附图，对熟悉该工艺的技术人员而言，将是显而易见的。

在附图中：

图1为通过大直径碳氢化合物反应容器部分横剖面的正视图，示明本发明采用一台转动布料器在容器内撒下多个催化剂同心环以在其中形成若干个催化床之一的方法;

图2为沿图1中箭头2-2方向截取的横截面图，表明由本发明的一台转动布料器抛射成的催化剂颗粒的同心环;

图3为图1所示的催化剂主布料器转动体的平面图，表明了具有抛撒多个深度相同的催化剂颗粒同心环所需的径向长度和弧向宽度的优选结构;

图4为通过图3之转动体沿箭头4-4方向截取的横截面图，并表示了将来自料斗输料管的料流分配到上方布料板的转动体锥形部分和转动体上的下方布料槽之间的协同关系;

图5为沿图4中箭头5-5方向所视的平面图，通过对转动体结构下部作部分剖视来表明将催化剂分配到多个管和分配孔的情况，该结构特别适用于装填大直径容器的内圆环;

图6为图4中沿箭头6-6方向截取的下部分配结构的平面图，特别表明了由下板同时装填催化床最内部分的进一步布料;

图7为图1至图6所示整个转动装置的分解立体图。

图1表明了应用本发明方法在一大直径催化反应容器10中进行催化剂定向装填的过程，本方法采取了催化剂装填设备12的优选形式来抛撒催化剂颗粒的同心环。如图2所示，上述的具有相同宽度或等径向长度的多个同心环同时覆盖容器10的整个底面，得以在整个范围内用催化剂等深度、等密度地装填催化床。该方法是针对装填具有高静止角的催化剂如圆柱形的催化剂挤压粒的，这种颗粒在下落后相当稳定。特别如图1所示，容器103包括多个催化床16，每个床都形成于催化剂支承结构或板18上。如图所示，这许多个支承结构的设置使得相续连接的每个催化床16都一个位于另一个之上地放置。为了保证每一催化床16在其整个高度或深度范围内都有均匀的密度，催化剂布料装置的轴线应较短，以使低于上支承结构18的催化床顶部或容器10的顶部尽量填满在催化床16上方，而只留很小的空间或不留顶部空间，这一点也是很重要的。为此，本发明构成的催化剂布料转动件20包括一主布料表面，该表面由分成多个扇形件24的板22构成，这些扇形件24在圆盘件22的转轴30上具有共同的顶点。但如图所示，为获得转动的动态稳定性，每个扇形件与其相邻件二者的半径都不同。从图中可以看到，沿径向相对的方向上需设两个等面积的部件以保持转动的动态平衡。

在图3和图4所示的特殊实施例中，径向翅片26构成了部件24且具有不同的径向长度。翅片26轴向伸展离开板22的布料表面且大致垂直于该表面。还要特别提到的是，每个扇形件24都具有不同的夹角，该夹角与翅片26的深度共同决定了抛入催化床16表面的每个环的催化剂总体积。当然，应该知道，每个扇形件的总体积与抛到催化床16顶部的相应的催化剂环14的面积成正比。一般说来，扇形件24的体积应正比于圆环的面积及每个环相对于由其他扇形部件24形成的相邻环的宽度。

如图4中所特别表明的，催化剂通过送料管28输送到由板22构成的布料表面和各个扇形件24上，管28的轴30大致与传动轴32共轴，布料板22通过套筒34和键或传动销36之类装在轴32上。

如图1所示，本发明的布料***可采用已有的催化剂定向装填设备。由图中3见，料斗38装上催化剂并在重力作用下通过输送管40下落到下供料斗42中。料斗42在布料圆盘20上方维持恒量的催化剂落差，且最好由例如在上部栅格18上形成的通道44上或容器10的上凸缘46上的转臂49支承。然后，可由局部空气推动机构或电动机48来转动圆盘20，该电动机安装在下料斗42上，以所需速度驱动轴32和圆盘20。可以通过空气输送管或电缆50来供能以驱动电动机或空气推动机构。另一方面，轴32可经由其自身向上伸延到连接在外部电机（未示出）上的法兰46而转动。在大直径容器中分布催化剂时，要在此容器中心附近获得均匀的催化剂分布是特别困难的。将催化剂均匀铺撒到8至15英尺直径的容器内包括中心部分的整个底面上是相当重要的。仅通过布料板中心堆放催化剂并使其自中心堆向外流是完全不能满足要求的。按照本发明优选的实施例，这个问题是通过采用多个具有不同径向长度的矩形管或槽52、54、56和58来解决的。在图5中可以极清楚地看到，这些槽与支承在下套管62上的板60一起，提供了另外的环状催化剂布料环。板60由多个螺栓64和螺母66支承在套管62下方，螺栓和螺母保证板60相对于套管62的凸缘68有适当的间隙。板60自身通过安装在其面上的径向杆70的作用也起到了催化剂布料器的效果。与板60的转轴沿径向隔开一定距离的适当的口76，控制着允许下流到最内环的催化剂数量。

尽管没有详细的表示，但应该懂得得输送管40相对于平截头圆锥盘86之锥面的位置是可调的，使得能相对于以圆柱形下落到圆盘86的上、内沿87之上的催化剂数量，来适当分配以环形流入多个部件24的催化剂的数量。由平截头圆锥件86和板22形成的室88将催化剂分配到管子52、54、56和58及板60中。同样，板60和套管68之间的孔控制从板60边缘经杆70配合流下及通过孔76下流的催化剂总量。从图5中可清楚看到，来自输送管40并在内圆柱部分流动的催化剂通过板22上的方孔84流到四个矩形管52、54、56和58中，而流到板60上的催化剂则流过同样形成在板22上的四个圆形孔90。

通过形成具有不同径向长度且每一个都比任一扇形件24的径向流道短的管子52、54、56和58，在催化剂通过扇形件24抛到催化床或容器内的靠外部分时，催化床内靠里的圆环部分同时被填满。同时，通过控制板60到套管68的间隙、以及杆70的径向位置与孔76的大小，可使流过孔90的催化剂有选择地下落到催化床的最靠内部分。在本实施例中可以看到，单个圆盘就可能将催化剂分布成多个环带，在本实施例中形成了16个隔开的环，其中由扇形件24撒成10个，由管52、54、56和58撒成4个，而由板60撒成2个。

在本结构中，套管62和板60通过螺钉80可拆卸地连接到布料板22上。管52、54、56和58则构成板22上的永久性部件。

另一方面，整个转动装置可以做成一件，或使其他部件永久性地或可拆卸地连接到布料板22上而成。必要时，板22可以取圆锥形而不是平的，这对于熟知本工艺的技术人员是显而易见的。

由于单个催化剂布料圆盘或转动体包括多个流道，每个流道设计成撒下限定的、但具有约相等径向宽度的同心环，而覆盖容器10的整个圆底面，这样，转动体的速度最好是恒定的。将速度调整到由催化层直径决定的这样一个恒定值，使转动体能将催化剂抛到容器的整个横截面积上。一旦速度调定，就将该速度保持在大致不变的状态，完成从支板18到催化床16顶部的每个床的装填过程。这种在整个床深范围内均匀分布催化剂的方法，提高了能装进一个催化床或整个容器的催化剂总体积的密度。在实际工作中，业已发现，与采用转盘速度可变的既有之COP装填法比较，由可装进已知容积的容器之催化剂总重量所确定的密度增加了约10%。由于通过容器的碳氢化合物供入料的转变率有赖于催化剂的总体积，这样，本发明在容器容积相同的情况下，在生产同种产物时可使通过反应器的碳氢化合物供入率较高;或在恒定的供料率下可提高碳氢化合物的转变率。以上两种情形在对碳氢化合物进行催化转变的处理中是非常需要的并可大大降低处理费用。

本发明的上述实施例是针对在一大直径反应容器的整个横截面上装填挤压成的催化剂颗粒的。但是，该方法和设备也适用于装填其他颗粒材料，如球形催化剂或在粮仓中装粮食。其他取粒状的接触性材料如硫吸收剂和离子交换材料也经常装填在大直径容器中。本发明特别适用于需要在大直径容器中的整个固体颗粒床上保证高密度的情形。

从以上描述中可知，设备的以及该设备操作方法的各种改形和变化，对熟知该领域的技术人员都是能够进行的，所有在本发明权利要求范围的各种改型和改变都包括在该权利要求之内。

Claims (11)

1、在一大直径容器中以大致均匀的密度在容器内催化床的整个横截面上装填催化剂颗粒的方法，其特征在于：使一催化剂的圆柱形流流到绕大致与该圆柱流同轴的轴转动的单个圆盘上，从该柱形粒流沿径向分开的颗粒进入多个在上述单个转动圆盘的转轴处具有共同顶点的扇形件，每个扇形件具有一夹角和一与覆盖催化床整个截面积的多个同心环之一的圆环面积成正比的径向长度，圆盘的扇形部件具有不同的半径，匀速转动圆盘使得每一径向和弧形流道撒下一个同心圆环，得以使各层深度上都有均匀性的催化剂粒子覆盖催化床整个横截面的表面。

2、按照权利要求1的方法，其中，催化剂圆柱流动的中心部分同时对准转动圆盘上的多个流槽口，每一流槽都具有短于扇形件的径向长度。

3、在从一供料斗向一大直径反应器中径向均匀分布催化剂颗粒的催化剂装填设备中，包括：

由反应器支承，向催化剂布料表面提供催化剂颗粒的料斗装置，它位于催化剂布料圆盘正上方并与其大致同轴;

上述圆盘在反应容器内转动并适于支承在反应层上方，驱动装置与给圆盘装催化剂的供料管轴线大致共轴沿伸，转动支承圆盘的装置则与驱动轴装置垂直。

上述装置的特征在于：圆盘装置的布料表面分成多个扇形件，各扇形件在圆盘件中心有共同的顶点，每一扇形件和相邻的扇形件二者之半径都不同，每一分立的布料装置包括一处于从布料表面轴向沿伸的每两个扇形件之间的径向翅片，每一扇形件有一正比于催化床表面一圆环面积的夹角。

4、按照权利要求3的催化剂装填设备，其中，每一扇形件都具有一半径和夹角基本相同且在径向与其相对的部件。

5、按照权利要求3的催化剂装填设备，其中，圆环布料表面还包括一从圆盘向上且向内沿伸的平截头圆锥表面，该圆锥面的大端半径小于任一扇形件的半径，其小端半径则小于输料管装置的半径;

调整输料管装置的排料口和平截头圆锥表面之间的轴向距离的装置，用来控制流到圆盘的催化剂布料表面的催化剂流量。

6、按照权利要求5的催化剂装填设备，其中，平截头圆锥表面的小端范围和圆盘围住的体积构成了一分布催化剂的室，该圆盘配有多个槽形件，每个槽形件都具有与扇形件不同的半径，槽形件在布料表面下方形成并与其一起转动，还具有形成于从上述围住的体积到多个槽形件的供料装置以将催化剂输送到在一多个圆环床上形成的床上。

7、在一大直径容器中，以基本上在容器中整个催化层上均匀的高密度装填催化剂的方法，其特征在于：先将靠重力作用以大致呈圆柱形流下落的催化剂颗粒分成由圆柱流的外圈形成的环柱流和一更小直径的内圆柱流，然后将该环柱流导引到绕大致与圆柱流同轴的轴转动的单个转动圆盘上，再沿径向把环柱流的颗粒分到单个转动圆盘上的多个扇形体上，每一扇形件有一正比于容器横截面积内一圆环面积的体积，该体积由扇形件的径向长度和圆盘上该弧形件的角宽度形成，相邻的扇形件都有不同的半径。

将内圆柱流分成多个大致与该柱流垂直的弧形分开的流道，这许多个流道具有不同的径向长度并随单个圆盘转动。每一流道都比由圆盘形成的任一扇形件的半径短，匀速转动圆盘，使径向的和弧形的多个流道所撒下的多个直径不同的同心圆环，基本上覆盖住容器的表面横截面积，同时使催化床深度一致并在容器整个截面积上具有均匀的密度。

8、从供料斗中将催化剂颗粒沿径向均匀分布在一大直径反应层上的催化剂装填设备，其特征在于，该设备具有一在反应容器中的反应层上方转动并适于支承在该处的圆盘件，该圆盘件有一包括多个扇形件的布料表面，各个扇形件有一在圆盘件中心的共同顶点并具有与至少一个扇形件不同的半径，且有位于从布料表面轴向沿伸的每两相邻的扇形件之间的径向翅片件。

料斗装置由反应容器支承并为配有大致与圆盘共轴并位于圆盘正上方的输料管装置的布料表面上提供催化剂颗粒;

驱动轴装置大致与料斗管排料口轴线共轴沿伸，转动支承圆盘布料表面的装置与驱动轴装置垂直。

9、按照权利要求8的催化剂装填设备，其中，每一扇形件都具有一相同半径的与其径向相对的扇形件。

10、按照权利要求8的催化剂装填设备，其中，圆盘的布料表面具有从圆盘向上、向内沿伸的平截头圆锥表面，该圆锥表面具有一大端，其半径小于任一扇形件的半径而其小端半径则小于输料管装置的半径，此外还有调整输料管排料口和平截头圆锥表面之间的轴向距离的装置，用来控制经其间流向布料表面的催化剂的流量。

11、按照权利要求10的催化剂装填设备，其中，圆盘件配有多个形成在其下方的槽，每个槽都具有不同的径向长度，平截头圆锥的小端有一通道，经过该通道给上述槽供给催化剂。

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