WO2021151431A1 - Verfahren für eine katalysator-befüllvorrichtung - Google Patents

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Definitions

  • the invention provides an apparatus and a method for filling empty reformer tubes, which are arranged in a vertical position, with almost identical catalyst solids while ensuring a homogeneous solid layer density Tubular reactors used for primary reforming.
  • the pipes are usually arranged in one or more parallel rows in a vertical position.
  • the number of tubes per reformer can be up to several hundred tubes. Each tube has an inside diameter of 70 mm up to 160 mm, or larger, and a vertical tube length of 8 meters up to 13 meters, or larger.
  • solids in the form of catalysts located in long tubes, are used to convert liquid or to refine gaseous media in a chemical process called catalytic cracking.
  • the media to be refined / refined are passed at high pressure through a catalytic material as a solid, which is made of highly porous ceramic, the surface of which is to be understood as being coated with reactive materials.
  • This material is called a catalyst, or more appropriately a catalyst solid, and is almost identical.
  • a catalyst layer that is homogeneous in height must be generated in each individual reformer tube.
  • This layer also called a fixed bed, has a certain density. This density is given in mass per volume.
  • the density in particles per volume can be specified much more precisely than previously with all other filling methods. This indication of the filled density is of great interest, especially for catalyst producers.
  • the flow rate of the medium to be refined through the layer created by the solid filling is of great importance.
  • the flow rate must be the same in each individual pipe and depends on the density of the solid layer. Too low a density leads to a high flow rate, which in turn leads to a short residence time for the medium to be refined. this is not desirable as the chemical reaction cannot be completed.
  • a low density is created by a filling speed that is too fast / too high.
  • too low a density can be caused by voids and / or bridging in the solid bed. This formation of cavities and / or bridges is caused by the use of unsuitable filling processes and the incorrect execution of filling processes.
  • the catalyst exchange usually takes place at scheduled intervals. In the event of irregularities in the process sequence, emergency stoppages must be initiated. Here it is particularly important to react immediately and to implement a fast, but high-quality, catalyst exchange in order to keep such an emergency downtime as short as possible. For this purpose, the apparatus / device must be quickly mobilized to the relevant refinery.
  • the present invention is constructed in such a way that it can be carried by qualified personnel in a tool case as hand luggage.
  • DE 692 10570 is about a "method for filling tubes with granular material".
  • the method relates in particular to the filling of a catalyst into a tube and then usually into a whole series of vertical tubes, for example in connection with the production of ammonia having damping means in the form of brushes in certain dimensions.
  • the filling of particles is disadvantageously carried out by hand, which no longer meets the requirements of today's industry.
  • WO 2008/151139 A1 is known, an invention being described here in order to create a uniform loading of catalyst particles in reactor tubes, while the rupture and breakage of the catalyst particles is to be reduced. A pouring device and a loading rope are provided. Another disadvantage of this inventive solution is the imprecise filling of the reactor tubes with the given catalyst particles and thus the different density in the respective reactor tube.
  • the charging is to be carried out by means of a flexible hose introduced into the tubular reactor tube through which a gas stream is passed.
  • This gas supply is intended to generate a countercurrent to the charged particles falling in the gap between the tube reactor inner wall and the inserted hose, which is intended to slow down the falling speed of the particles so that there is no destruction.
  • the flexible hose is connected to a rotatable drum and can be lifted manually or in automated mode, proportionally to the filled particles.
  • the automated operation should be through various additional devices can be controlled. These additional devices could be in the form of an electronic balance, a particle counter, a volume or mass doser or a range finder.
  • this device should ensure an effective and high loading speed.
  • EP 2 868 371 B1 paragraph [0019] reveals that due to the presence of the flexible hose, the flow cross-section of the pipe to be filled is reduced by more than half and thereby the annular area into which the particles fall , tends to be prone to constipation.
  • the loading rate filling speed
  • the loading rate has to be disadvantageously reduced by more than 50% compared to a filling process without this reduction in the flow cross-section or the diameter.
  • EP 1 374 985 B1 is disadvantageous, since the dimensions of the device are very large and, according to EP 2 868371 B1 paragraph [0019], are referred to as impractical.
  • EP 2 868 371 B1 Another method for filling particulate material with the aid of an upward flow of air in the opposite direction to the direction of fall is described in EP 2 868 371 B1.
  • a vacuum system which is located on the upper part of the container to be filled, e.g. B. a tube, is positioned and an additional, from the bottom opening of the container to be filled, supplied air flow, the introduction of any mechanical devices for slowing down the particle velocity should be dispensed with.
  • a process control computer system is necessary. Many factors must be measured and calculated and then entered into the process control computer system, which the inventor sees as an advantage.
  • the device requires a control and monitoring of the particle flow rate, which for example on interrupted light, radar, induction or any suitable technology.
  • a separation of the particles is necessary, which is not discussed in any way.
  • the advantage mentioned by the inventor in the form of dust and small pieces or chips carried out by the upward air flow, is a great disadvantage for counting the particles.
  • the particles filled in and the pieces removed are counted and, on the other hand, the emerging dust contaminates the particle counter, which, according to the inventor, is positioned exactly at the catalyst filling point. Both circumstances are disadvantageous for a counting of the particles and the desired precise control of the impact speed.
  • a further disadvantage is the use of a vacuum system and a compressor, which is necessary for realizing the air flow acting from the bottom opening of the container to be filled.
  • the energy expenditure is considerably greater compared to methods which are based on the introduction of mechanical devices to slow down the particle fall velocity and should not be disregarded in the age of optimization and environmental compatibility.
  • a solution for the supply of the air flow through the bottom opening of the container to be filled is not described, which suggests a further practical problem.
  • the method should be applicable to reformer tubes, and thus this air flow, which acts upwards from below, would have to be passed through a so-called collector or even collector.
  • Collectors and collectors are pipes with a considerably larger diameter than the diameter of a reformer pipe, since the medium passed through the reformer pipes is combined in the collector.
  • the medium that flows through the collectors is in turn brought together in a collector.
  • the diameter of a collector can be between 400 mm and 1000 mm or larger, and the diameter of a collector can be 500 mm and 3000 mm or larger.
  • the tubes of a reformer are arranged in several rows, and the lower part of all tubes in a row are connected to a collector.
  • the collectors have a flange connection through which the upward air flow could be directed.
  • a powerful compressor which generates such a strong upward air flow or sufficient pressure, would have to be connected to the corresponding collector flange.
  • the object of the invention disclosed here is to create a catalyst filling device and an associated method, the same amount of catalyst solids being filled into the reformer tubes when empty reformer tubes are filled with the catalyst solids.
  • the invention solves the problem of the exact counting of the solids during the automated and uniform filling.
  • the filling of empty reformer tubes takes place in one or more steps, depending on the number of solid layers specified by the customer. If the customer requests a solid layer, this is an operation. If the customer requests two or more solid layers, the corresponding number of operations will be carried out according to the required solid layers. In other words: the number of solid layers required by the customer defines the number of operations.
  • the catalyst solids of a solid layer are in appearance Composition and shape always almost identical. The solids of a solid layer are always almost identical, with the solids of different solid layers differing.
  • the typical geometry of reformer catalyst solids can be described as cylindrical. Here, both the diameter and the length can be 12 to 19 mm, but there can also be smaller and larger dimensions.
  • the empty reformer tubes are filled with catalyst solids by means of an electronic solids counting and filling device.
  • the catalyst solids are counted individually opto-electronically. The basis for this is the separation of the catalyst solids immediately before the counting process. The separation is the basis for the count. The quantum of this count gives the amount of filling.
  • the opto-electronic detection of different types of catalyst takes place at the end of specially shaped channels. Several channels are used to ensure the necessary throughput for filling reformer tubes.
  • the electronically controlled solid-state counting and filling device is driven by a motor with a two-point motor control.
  • the two-point motor control guarantees a constant speed regardless of environmental influences, e.g. B. Temperature, and mechanical load conditions.
  • the actual counting is done backwards. Based on a previously determined empirical value, which represents the number of counted catalyst solids in a filled tube, called a test tube, a counter value is specified which, after the device is started, is reduced as the filling increases, until the motor stops automatically when the counter reaches "0" .
  • a pipe adapter that can be individually adjusted for each pipe inside diameter is part of this invention.
  • the loading rope pull-in device is 100% adjustable with the solid-state counting and filling device. Because of this, the height of fall of the solids in the pipe is always the same during filling. From a certain height of fall, the solids generate a higher density due to the increased fall energy / kinetic energy. Thus the height of fall of the solids must always be kept constant. From a certain height of fall (> 2 m), solids are destroyed when they hit the fixed bed created in the pipe. These destroyed solid particles create a much higher density than desired, which in turn greatly increases the flow rate.
  • the invention disclosed here realizes a control system that is most precisely matched to the solid body counting and conveying unit and the loading cable pull-in device.
  • the height of fall of the solid body is the same at any point in time during loading. No apparatus or device developed to date can claim this property for itself.
  • the loading cable pull-in device can be placed on the frame of the solid-state counting and conveying unit can be attached or placed at a suitable attachment point with the help of a hook. Even if there is a considerable lack of space, it is possible to use the device presented here. Depending on the circumstances on site, the solid-state counting and conveying unit and the charging cable pull-in device can be placed in such a way that the highest charging quality is ensured at all times.
  • Figure 1 is the isometric view (back left) of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device without loading cable.
  • Figure 2 is the isometric view (back left), with a vertical section through the complete picture, of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device without loading cable.
  • Figure 3 is the isometric view (front left), with a vertical section through the complete picture, of the completely installed solid-state counting and filling device Attached loading cable retraction device without loading cable.
  • Figure 4 is the isometric view (rear left) of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device without loading cable.
  • Figure 5 is the isometric view (back left), with a vertical section through the complete picture, of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading rope pull-in device without loading rope.
  • Figure 6 is the isometric view (rear left) of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device with loading cable.
  • Figure 7 is the isometric view (back left), with a vertical section through the complete picture, of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device with loading cable.
  • Figure 8 is the isometric view (front left) of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device with loading cable.
  • Figure 9 is the isometric view (rear left) of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device with loading cable.
  • Figure 10 is the isometric view (back left), with a vertical section through the complete picture, of the completely installed solid-state counting and filling device with attached loading cable pull-in device with loading cable.
  • Figure 11 is the isometric view (back left) of the complete solid state counting and conveying unit.
  • Figure 12 is the isometric view (back left) with a vertical section through the complete figure, the complete solid-state counting and conveying unit.
  • Figure 13 is the isometric view (front left) with a vertical section through the complete figure, the complete solid-state counting and conveying unit.
  • Figure 14 is the isometric view (front right) of the complete loading cable retraction device in the attached position.
  • Figure 15 is the isometric view (front right) of the complete loading rope retraction device in attached position.
  • Figure 16 is the isometric view (front right) of the complete device for connecting the solid-state counting and filling device to a reformer tube.
  • Figure 17 is the view (from below) of the device for connecting the solid-state counting and filling device with a reformer pipe with identical displacement of all legs for a larger pipe inside diameter.
  • Figure 18 is the view (from below) of the device for connecting the solid-state counting and filling device with a reformer pipe with identical displacement of all legs for a smaller pipe inside diameter.
  • reformer tube 1 In the device, the upper part of a reformer tube 1 is shown. It is shown very abbreviated, since such reformer tubes 1 have a length between 8 m (steel industry) and 14 m (petroleum processing industry, chemical industry).
  • a device as shown in Figure 16 In order to be able to fill an empty reformer tube 1, a device as shown in Figure 16 must be placed in the upper tube opening.
  • a mechanically adjustable system has been developed. It consists of a flat steel 2, which is attached to an adjusting plate 3. That Component consisting of flat steel 2 and adjusting plate 3 should be called a supporting leg. Three adjustable legs offset by 120 ° are arranged in such a way that with an identical displacement of all adjustable legs, the most precise adjustment to any pipe inside diameter is possible.
  • Figure 18 shows the adaptation to an average pipe inside diameter
  • Figure 17 shows the adaptation to a larger pipe inside diameter.
  • the device shown in Figure 16 also consists of a rectangular tube 5 attached to a round tube 4 at a certain angle.
  • the guide roller 7 can be placed at any time through the bores made in the circular ring 6 so that a loading rope 8 is always guided exactly in the center of the inner diameter of the pipe.
  • the guidance of the loading rope 8 is of enormous importance for the filling quality / the solid body density / the fixed bed density.
  • the rectangular shaped material discharge 9 becomes the solid-state counting and conveying unit as shown in the figures 11-13, inserted into the rectangular tube 5.
  • the rectangular shape of the rectangular tube 5 and material discharge 9 eliminate lateral (to the left and / or right) tilting of the solid-state counting and conveyor unit according to Figures 11-13, which would result in a change in the volume flow of solids, which in turn would produce a different, undesired solids density / fixed bed density.
  • the solids counting and conveying unit counts solids exactly during the conveying or filling process.
  • the bunker 10 is first filled with solids.
  • the bunker 10 can be placed variably in the horizontal direction (y-axis) by attaching the angle steel 11 to the bunker 10 at different heights. This causes a variable opening 12, with which the volume flow of solids is adjusted in accordance with the inside diameter of the pipe.
  • an electrically controlled flap which closes the opening 12 until the start of the conveying or filling process, is attached in the interior of the bunker 10.
  • this flap In the event of a lack of space on site, with the help of elongated holes provided on the bunker 10 it is also possible with this flap to adjust the opening 12 according to the pipe diameter, thereby ensuring the control of the solid volume flow.
  • the flap is not shown here for the sake of simplicity.
  • a conveyor roller 13 placed exactly under the bunker 10 is driven by an in the interior of the solid-state counting and conveying unit according to FIGS Figures 11-13 placed electrically driven motor 14 with the help of spur gears 15 set in a rotating motion.
  • the conveyor roller 13 can be replaced by a conveyor belt which is tensioned and driven by two conveyor rollers, one conveyor roller being set in rotation by an electrically driven motor 14. This rotating movement of the conveyor roller 13 forces the solids in the direction of the opening 12. After passing through the opening 12, the solids reach the inclined plane 16.
  • the angle of the inclined plane 16 is selected such that the solids are forced into a sliding movement and finally reach the reformer tube 1 after passing through the rectangular tube 5.
  • the solids are separated by installing several specially shaped channels, which are not shown here due to the simplification. While the solids move on the inclined plane 16 in the direction of the rectangular tube 5 or reformer tube 1 through the channels, the solids pass the counting unit 17.
  • the counting unit 17 can be a photo-optical pair or an optical sensor and via a change in the intensity of the reflected or Detect solid bodies in interrupted light.
  • the counting unit 17 is attached to a holder 18, with the aid of which the distance between the measuring section and the inclined plane 16 can be adjusted in accordance with the size of the solid in the vertical direction, the x-axis. Since there are many different solids with different geometry, in the case of tubular reactors and catalysts, the measuring section must be adjustable in order to eliminate measuring errors.
  • the counting unit 17 and bracket 18 can be positioned at various positions along the inclined plane.
  • the loading rope pull-in device Figure 14-15 consists of a rotatable and lockable drum 23 placed on a sleeve, which is enclosed by a frame.
  • An electrically driven motor 24 is positioned in the sleeve and sets the drum 23 in a rotary motion.
  • the lock 25 is mounted horizontally on the motor shaft of the motor 24 and connects the drum 23 to the loading rope pull-in device Figure 14-15 per se.
  • the lock 25 acts as a driver.
  • the drum 23 is freely movable about its own axis.
  • the task of the loading rope pull-in device Figure 14-15 is to pull out the loading rope 8 depending on the filling speed or, to put it more accurately, on the increasing solids layer height in the reformer tube 1.
  • the loading rope 8 is attached to one of the arranged in a circle Round bars 26 attached.
  • the loading rope 8 spans all of the round rods 26 and is thereby pulled out of the reformer tube 1 in a straight line.
  • the guide roller 7 the loading rope 8 is guided exactly in the center of the inner pipe diameter of the reformer pipe 1 at any point in time.
  • the sensitively coordinated upward movement of the loading rope 8 as a function of the filling speed in the reformer tube 1 is taken over by a control specially developed for this purpose.
  • the solids counting and filling device is started.
  • the motor 14 sets the conveyor roller 13 and the motor 24 sets the drum 23 in rotation.
  • the solids pass through the opening 12, as a result of which a certain number of solids reach the inclined plane, pass the measuring section of the counting unit 17 and are counted.
  • a tubular reactor consists of several tubes arranged in rows.
  • the first tube called the test tube
  • the test tube is filled to the desired level.
  • all solid bodies are counted, counting up, and the total number of all solid bodies counted is output by the control.
  • This value is then adopted by the control for all other pipes, and by counting down, the motor 14 of the conveyor roller 13 and the motor 24 of the drum 23 are automatically stopped after the counting unit 17 of the last solid has passed.
  • This automatic stopping prevents overfilling of the reformer tubes 1, which is a great and desirable advantage, since an overfilled reformer tube 1 has to be emptied to the desired filling level.
  • the solids removed from the reformer tube 1 by suction cannot be reused because the solids are removed during suction to be damaged.
  • the emptying of reformer tube 1 thus represents a high financial loss because solid catalyst bodies are very expensive.
  • a loading rope 8 consists of elements which are arranged vertically at certain, always the same intervals and which are connected by a rope. These vertically arranged elements are for the horizontal reception of damper elements such. B. bristles or cylindrical coil springs are considered. The length of these damper elements is always chosen to be slightly smaller, depending on the inside diameter of the pipe. As a result of the averaged positioning of the damper elements in the receiving elements, it is then possible to introduce the loading rope 8 into the reformer tube 1.
  • the falling energy / kinetic energy of the solids is always lower than the speed at which the solids are damaged or destroyed by a collision or impact.

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Abstract

Die Erfindung stellt einen Apparat und ein Verfahren zum Befüllen von leeren Reformerrohren, welche in vertikaler Position angeordnet sind, mit nahezu identischen Katalysatorfestkörpern unter Sicherstellung einer homogenen Festkörperschichtdichte dar. Solche Reformerrohre werden unter anderem in der erdölverarbeitenden Industrie, der Chemieindustrie und anderen Industriezweigen in Form von Rohrreaktoren verwendet. Hier befinden sich die Rohre, zumeist in einer oder mehreren parallelen Reihen gegliedert, in einer vertikalen Position.

Description

Verfahren für eine Katalysator-Befüllvorrichtung
Die Erfindung stellt einen Apparat und ein Verfahren zum Befüllen von leeren Reformerrohren, welche in vertikaler Position angeordnet sind, mit nahezu identischen Katalysatorfestkörpern unter Sicherstellung einer homogenen Festkörperschichtdichte dar. Solche Reformerrohre werden unter anderem in der erdölverarbeitenden Industrie, der Chemieindustrie und anderen Industriezweigen in Form von Rohrreaktoren für primäres Reforming verwendet. Hier befinden sich die Rohre, zumeist in einer oder mehreren parallelen Reihen angeordnet, in einer vertikalen Position. Die Anzahl der Rohre pro Reformer kann bis zu mehreren hundert Rohren betragen. Jedes Rohr weist einen Innendurchmesser von 70 mm bis zu 160 mm, oder größer, und eine vertikale Rohrlänge von 8 Meter bis zu 13 Meter, oder größer, auf.
In den hier angesprochenen Industriezweigen werden Festkörper in Form von Katalysatoren, in langen Rohren befindlich, angewendet, um flüssige oder gasförmige Medien in einem chemischen Verfahren, katalytisches Cracken genannt, zu veredeln. Hierzu werden die zu veredelnden/raffinierenden Medien durch ein katalytisches Material als Festkörper, welche aus hochporöser Keramik, dessen Oberfläche mit reaktiven Materialen beschichtet zu verstehen ist, mit hohem Druck geleitet. Dieses Material wird Katalysator, oder treffender Katalysatorfestkörper, genannt und ist nahezu identisch.
Damit in jedem einzelnen Reformerrohr die gleiche chemische Reaktion realisiert werden kann, muss eine in der Höhe homogene Katalysatorschicht in jedem einzelnen Reformerrohr erzeugt werden. Diese Schicht, auch Festbett genannt, weist eine bestimmte Dichte auf. Diese Dichte wird in Masse pro Volumen angegeben .
Mit der hier vorliegenden Erfindung kann die Dichte in Teilchen pro Volumen, viel exakter als bisher mit allen anderen Befüllungsverfahren, angegeben werden. Diese Angabe der befüllten Dichte ist von großem Interesse, vor allem für Katalysator-Produzenten.
Weiterhin ist die Durchflussrate des zu veredelnden Mediums durch die von der Festkörper-Befüllung erzeugten Schicht von großer Bedeutung. Die Durchflussrate muss in jedem einzelnen Rohr gleich sein und ist von der Dichte der Festkörper-Schicht abhängig. Eine zu niedrige Dichte führt zu einer hohen Durchflussrate, was wiederum einer kurzen Verweildauer des zu veredelnden Mediums führt. Dies ist nicht erwünscht, da die chemische Reaktion nicht abgeschlossen werden kann. Eine niedrige Dichte wird durch eine zu schnelle/große Befüll-Geschwindigkeit erzeugt. Weiterhin kann eine zu geringe Dichte durch Hohlräume oder/und Brückenbildung im Festkörperbett hervorgerufen werden. Diese Hohlraum- oder/und Brückenbildung wird durch das Anwenden von unpassenden Befüll-Verfahren sowie der falschen Ausführung von Befüll-Verfahren erzeugt. In diesen Hohlräumen befinden sich keine Festkörper, welche die thermische Energie des stark erhitzten zu veredelnden Mediums aufnehmen kann, was wiederum zum starken Überhitzen der Rohrmaterials selbst führt und die Lebensdauer des/der Rohre(s) stark verringert. Eine zu hohe Dichte führt zu einer geringen Durchflussrate, was wiederum einer langen Verweildauer des zu veredelnden Mediums führt. Eine hohe Dichte wird durch eine zu langsame Befüll- Geschwindigkeit erzeugt. Die feinen Poren, welche sehr wichtig für die Qualität des chemischen Verfahrens sind, setzen sich viel schneller zu, was wiederum die Lebensdauer der Festkörper verringert.
Das Befüllen von Rohrreaktoren mit einer zu geringen oder/und zu hohen Dichte führt zu einer kürzeren Prozesszeit. Das Austauschen von Reaktorrohren oder/und Katalysatoren in Rohrreaktoren führt unweigerlich zu einem Stillstand in Raffinerien.
Das Ziel solcher Raffinerien ist es, in einem Zeitraum so lange wie möglich ein Produkt so rein wie möglich zu erzeugen. Somit muss bei der Befüllung von Reformerrohren auf höchste Befüllung-Qualität geachtet werden, um unnötige und vermeidbare Stillstände, hervorgerufen durch Reparaturen oder Wartungsarbeiten sowie Katalysatoren-Austausch, und damit einhergehende finanzielle Verluste zu vermeiden .
Der Katalysatoren-Austausch findet normalerweise in geplanten Zeitabständen statt. Bei Unregelmäßigkeiten im Prozessablauf werden oder/und müssen Not- Stillstände eingeleitet werden. Hier ist es besonders wichtig, sofort zu reagieren und einen schnellen, aber qualitativ hochwertigen, Katalysatoren-Austausch zu realisieren, um eine solche Not-Stillstandzeit so gering wie möglich zu halten. Hierfür muss der Apparat / die Vorrichtung rasch zur entsprechenden Raffinerie mobilisiert werden. Die vorliegende Erfindung ist so konstruiert, dass sie in einem Werkzeugkoffer als Handgepäck vom Fachpersonal mitgeführt werden kann.
Zum Stand der Technik sind folgende Patentschriften bekannt .
Bei der DE 692 10570 geht es um ein „Verfahren zum Befüllen von Tuben mit körnigem Material". Das Verfahren bezieht sich ganz besonders auf das Einfüllen eines Katalysators in ein Rohr und dann üblicherweise in eine ganze Reihe von vertikalen Rohren, zum Beispiel im Zusammenhang mit der Herstellung von Ammoniak. Dabei wird eine entsprechende Leine stufenweise hochgezogen, welche in bestimmten Abmessungen Dämpfungsmittel in Form von Bürsten aufweist. Hierbei wird die Einfüllung von Partikeln nachteilig von Hand ausgeführt, was den Erfordernissen der heutigen Industrie nicht mehr entspricht.
Des Weiteren ist eine WO 2008/151139 Al bekannt, wobei hier eine Erfindung beschrieben wird, um ein gleichmäßiges Beladen von Katalysatorteilchen in Reaktorrohren zu schaffen, während der Bruch und das Brechen der Katalysatorteilchen reduziert werden soll. Dabei sind eine Schüttvorrichtung und ein Ladeseil gegeben. Nachteilig dieser erfinderischen Lösung ist ebenfalls die ungenaue Befüllung der Reaktorrohre mit den gegebenen Katalysatorpartikeln und somit die unterschiedliche Dichte in dem jeweiligen Reaktorrohr.
Durch EP 1 374 985 Bl soll die Beschickung mittels eines, in das Rohrreaktor-Rohr eingeführten flexiblen Schlauchs, durch welchen ein Gasstrom geleitet wird, durchgeführt werden. Diese Gaszufuhr soll ein, den beschickten und im Spalt zwischen Rohrreaktor- Rohrinnenwand und dem eingeführten Schlauch herabfallenden Teilchen, Gegenstrom erzeugen, welcher die Fallgeschwindigkeit der Teilchen so abbremsen soll, dass es zu keiner Zerstörung kommt. Der flexible Schlauch ist mit einer drehbaren Trommel verbunden und kann im Handbetrieb oder im automatisierten Betrieb, den eingefüllten Teilchen proportional, angehoben werden. Der automatisierte Betrieb soll durch verschiedene Zusatzvorrichtungen gesteuert werden können. Diese Zusatzvorrichtungen könnten in Form einer elektronischen Waage, eines Teilchenmengenzählers, eines Volumen- oder Massedosierers oder eines Entfernungsmessers ausgeführt werden. Es ist davon auszugehen, dass die Möglichkeit der Teilchenzählung nicht angewendet wird, da die Realisierung mit einem erheblichen technischen Aufwand verbunden ist, und zusätzlich dürfen die sensiblen Teilchenzähler nicht verschmutzen. Die Verschmutzung der Teilchenzähler führt zu einem ungenauen Zählergebnis und ist bei einem Verfahren mit einem Gegenstrom, welcher den Katalysatorstaub aus dem Rohr bläst, höchst wahrscheinlich .
Nach Auffassung des Erfinders soll diese Vorrichtung eine effektive und hohe Beschickungsgeschwindigkeit gewährleisten .
In einem weiteren Patent, EP 2 868 371 Bl, ist im Absatz [0019] nachzulesen, dass aufgrund der Anwesenheit des flexiblen Schlauchs der Strömungsquerschnitt des zu befüllenden Rohres um mehr als die Hälfte reduziert wird und dadurch der ringförmige Bereich, in welchen die Teilchen herabfallen, tendenziell zu Verstopfungen neigt. Um diesem Verstopfungsrisiko entgegenzuwirken, muss die Laderate (Befüllungsgeschwindigkeit) nachteilig um mehr als 50 %, im Vergleich zu einem Befüllungverfahren ohne diese Reduzierung des Strömungsquerschnitts bzw. des Durchmessers, reduziert werden. Auch wird ein erhebliches Gesundheitsrisiko für das ausführende Personal durch den am oberen Ende des Rohres austretenden krebserregenden Staubs, hervorgerufen durch den Gegenstrom, welcher die herabfallenden Katalysatoren abbremsen soll, angesprochen. Ein weiterer, sehr wichtiger Punkt für eine praktische Anwendung stellen die konstruktiven Abmaße der Vorrichtung dar, denn der verfügbare Platz in den Reihen eines Reformers ist sehr begrenzt. Auch hier ist EP 1 374 985 Bl nachteilig aufgestellt, da die Abmaße der Vorrichtung sehr groß sind und laut EP 2 868371 Bl Abs. [0019] als unpraktisch betitelt werden.
Ein weiteres Verfahren zum Befüllen von Partikelmaterial mit Hilfe eines der Fallrichtung entgegengerichteten Aufwärtsstroms aus Luft wird in EP 2 868 371 Bl beschrieben. Durch die Verwendung eines Vakuumsystems, welches am oberen Teil des zu befüllenden Behälters, z. B. ein Rohr, positioniert wird und einen zusätzlichen, von der Bodenöffnung des zu befüllenden Behälters, zugeführten Luftstroms soll das Einführen jeglicher mechanischen Vorrichtungen zum Verlangsamen der Partikelfallgeschwindigkeit entfallen. Um die herabfallenden Partikel durch den Luftaufwärtsstrom ausreichend abzubremsen, ist ein Prozesssteuerungs-Computersystem notwendig. Viele Faktoren müssen gemessen und berechnet und dann in das Prozesssteuerungs-Computersystem eingegeben werden, was der Erfinder als Vorteil ansieht. Die Vorrichtung benötigt eine Steuerung und Überwachung der Partikelströmungsrate, welche beispielsweise auf unterbrochenem Licht, Radar, Induktion oder irgendeiner geeigneten Technologie basieren kann. Um solch eine Steuerung zu realisieren, ist eine Vereinzelung der Partikel notwendig, worauf in keiner Weise eingegangen wird. Der durch den Erfinder genannte Vorteil, in Form von durch den Luftaufwärtsstrom ausgetragenem Staub und kleinen Stücken bzw. Späne, ist ein großer Nachteil für eine Zählung der Partikel. Zum einen werden die eingefüllten Partikel sowie die ausgetragenen Stücke gezählt, und zum anderen verschmutzt der austretende Staub den Partikelzähler, welcher laut Erfinder genau am Katalysatoreinfüllpunkt positioniert ist. Beide Umstände sind nachteilig für eine Zählung der Partikel und die angestrebte genaue Steuerung der Aufprallgeschwindigkeit. Als weiterer Nachteil ist die Verwendung eines Vakuumsystems und eines Kompressors, der zur Realisierung für den von der Bodenöffnung des zu befüllenden Behälters wirkenden Luftstroms notwendig ist, anzuführen. Der Energieaufwand ist erheblich größer im Vergleich zu Verfahren, welche auf das Einführen von mechanischen Vorrichtungen zum Verlangsamen der Partikelfallgeschwindigkeit basieren und sollte im Zeitalter der Optimierung und Umweltverträglichkeit nicht außer Acht gelassen werden. Eine Lösung für die Zufuhr des Luftstroms durch die Bodenöffnung des zu befüllenden Behälters wird nicht beschrieben, was auf ein weiteres praktisches Problem schließen lässt. Das Verfahren soll auf Reformerrohre anwendbar sein, und somit müsste dieser von unten aufwärtswirkende Luftstrom durch einen sogenannten Sammler oder gar Kollektor geleitet werden. Sammler und Kollektoren sind Rohre mit einem erheblich größeren Durchmesser als der Durchmesser eines Reformerrohres, da das durch die Reformerrohre geleitete Medium im Sammler vereinigt wird. Das Medium, das durch die Sammler strömt, wird wiederum in einem Kollektor zusammengeführt. Der Durchmesser eines Sammlers kann zwischen 400 mm und 1000 mm oder größer, und der Durchmesser eines Kollektors kann 500 mm und 3000 mm oder größer betragen. Die Rohre eines Reformers sind in mehreren Reihen angeordnet, und der untere Teil aller in einer Reihe befindlichen Rohre ist mit einem Sammler verbunden. Im für dieses Verfahren günstigsten Fall weisen die Sammler eine Flanschverbindung auf, durch welche der aufwärtsgerichtete Luftstrom geleitet werden könnte. Hierzu müsste ein starker Kompressor, welcher einen solch starken aufwärtsgerichteten Luftstrom bzw. genügend Druck erzeugt, mit dem entsprechenden Sammlerflansch verbunden werden. Zusätzlich müssten alle anderen Sammler diesem Luftstrom bzw. Druck unzugänglich gemacht werden, denn es soll ein ausreichend starker Aufwärtsstrom bzw. genügend Druck erzeugt werden, was nicht möglich ist, wenn das gesamte Sammlersystem offen ist. Erschwerend kommt noch die notwendige Abdichtung aller nicht zu befüllenden Rohre in der unter Druck stehenden Reihe hinzu, was mit einem enormen Zeitaufwand verbunden wäre. Wenn aber die Sammler keine Flanschverbindung aufweisen, was in der Praxis häufig der Fall ist, müssen der Kollektor und die Sammler unter Druck gesetzt werden, um einen aufwärtsgerichteten Luftstrom in dem zu befüllenden Rohr zu erzeugen. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens scheint sehr aufwendig und die Effizienz im Hinblick auf die notwendige Vorbereitungszeit sehr gering zu sein.
Aufgabe der hier offenbarten Erfindung ist es, eine Katalysator-Befüllvorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zu schaffen, wobei bei der Befüllung von leeren Reformerrohren mit den Katalysatorfestkörpern die gleiche Menge von Katalysatorfestkörpern in die Reformerrohre gefüllt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 ausgeführt werden.
Die Erfindung löst die Aufgabe der exakten Zählung der Festkörper während der automatisierten und gleichmäßigen Befüllung.
Die Befüllung von leeren Reformerrohren erfolgt, abhängig von der vom Kunden festgelegten Festkörperschicht-Anzahl, in einem oder mehreren Schritten. Wird vom Kunden eine Festkörperschicht gefordert, handelt es sich hierbei um einen Arbeitsgang. Werden vom Kunden zwei oder mehr Festkörperschichten gefordert, wird entsprechend der geforderten Festkörperschichten die entsprechende Anzahl der Arbeitsgänge ausgeführt. Mit anderen Worten: Die vom Kunden geforderte Anzahl der Festkörperschichten definiert die Anzahl der Arbeitsgänge. Die Katalysatorfestkörper einer Festkörperschicht sind im Aussehen, in der Zusammensetzung und Form immer nahezu identisch. Die Festkörper einer Festkörperschicht sind immer nahezu identisch, wobei sich die Festkörper unterschiedlicher Festkörperschichten unterscheiden.
Die typische Geometrie von Reformer- Katalysatorfestkörpern ist als zylindrisch zu benennen. Hier kann sowohl der Durchmesser als auch die Länge 12 bis 19 mm betragen, aber es können auch kleinere und größere Abmessungen gegeben sein.
Wenn nun im weiteren Verlauf von unterschiedlicher Geometrie gesprochen wird, handelt es sich hierbei um unterschiedliche Durchmesser- und Längen-Maße.
Die Befüllung der leeren Reformerrohre mit Katalysatorfestkörpern erfolgt mittels einer elektronischen Festkörper-Zähl- und Befüll- Vorrichtung. Beim Einfüllen in die leeren Reformerrohre werden die Katalysatorfestkörper einzeln opto-elektronisch gezählt. Grundlage hierfür ist die Vereinzelung der Katalysatorfestkörper unmittelbar vor dem Zählvorgang. Die Vereinzelung ist die Grundlage für die Zählung. Das Quantum dieser Zählung ergibt das Maß der Befüllung.
Die opto-elektronische Erkennung verschiedener Katalysator-Sorten (unterschiedlicher Geometrie) erfolgt am Ende von speziell geformten Kanälen. Es werden mehrere Kanäle verwendet, um den notwendigen Durchsatz zur Befüllung von Reformerrohren zu gewährleisten . Die elektronisch geregelte Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung wird von einem Motor mit einer Zwei-Punkt-Motorsteuerung angetrieben. Die Zwei- Punkt-Motorsteuerung garantiert eine konstante Drehzahl unabhängig von Umwelteinflüssen, z. B. Temperatur, und mechanischen Lastverhältnissen.
Die eigentliche Zählung erfolgt rückwärts. Ausgehend von einem vorher ermittelten Erfahrungswert, welcher die Anzahl gezählter Katalysatorfestkörper eines befüllten Rohres, Testrohr genannt, darstellt, wird ein Zählerwert vorgegeben, der sich nach Start der Vorrichtung mit zunehmender Befüllung reduziert, bis zum selbstständigen Stopp des Motors bei Erreichen des Zählerstandes „0".
Vorteile dieser Art des Rückwärtszählens sind: die Vermeidung von Wiegefehlern, die Verringerung der mentalen Belastung des Bedieners, die Vermeidung von menschlichen Fehlern.
Durch die Möglichkeit eines veränderlichen Festkörper-Volumenstroms wird eine gleichmäßige Festkörperschicht (Festbett), welche eine gleichmäßige/homogene Dichte zur Folge hat, was wiederum eine gleiche Durchflussrate mit sich bringt, in jedem Reformerrohr realisiert. Die hier offenbarte Vorrichtung wird entsprechend dem
Rohrinnendurchmesser und der Rohrlänge eingestellt, so dass jedes befüllte Reformerrohr die gleiche Anzahl von Festkörpern aufweist.
Ein für jeden Rohrinnendurchmesser individuell einstellbarer Rohradapter ist Bestandteil dieser Erfindung .
Die Ladeseil-Einzugsvorrichtung, Teil der Erfindung, ist zu 100 % mit der Festkörper-Zähl- und Befüll- Vorrichtung einstellbar. Aufgrund dessen ist die Fallhöhe der Festkörper im Rohr während der Befüllung immer gleich. Ab einer bestimmten Fallhöhe erzeugen die Festkörper durch die erhöhte Fallenergie/kinetische Energie eine höhere Dichte. Somit muss die Fallhöhe der Festkörper immer konstant gehalten werden. Ab einer bestimmten Fallhöhe (> 2 m) werden Festkörper beim Aufprall auf das im Rohr erzeugte Festbett zerstört. Diese zerstörten Festkörperteilchen erzeugen eine viel höhere Dichte als erwünscht, was wiederum die Durchflussrate stark erhöht. Da die Einhaltung der Festkörper-Fallhöhe von besonderer Bedeutung ist, wird in der hier offenbarten Erfindung eine genaueste auf Festkörper- Zähl- und Fördereinheit und Ladeseil- Einzugsvorrichtung abgestimmte Steuerung realisiert. Die Festkörper-Fallhöhe ist zu jedem Zeitpunkt der Beschickung gleich. Kein bisher entwickelter Apparat oder keine bisher entwickelte Vorrichtung kann diese Eigenschaft für sich beanspruchen.
Weiterhin kann die Ladeseil-Einzugsvorrichtung auf das Gestell der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit aufgesteckt werden oder mit Hilfe eines Hakens an einem geeigneten Anschlagspunkt platziert werden. Auch bei erheblichem Platzmangel ist man hiermit in der Lage, die hier präsentierte Vorrichtung verwenden zu können. Entsprechend den vor Ort gegeben Umständen kann die Festkörper-Zähl- und Fördereinheit sowie die Ladeseil-Einzugsvorrichtung so platziert werden, dass zu jedem Zeitpunkt die höchste Ladequalität sichergestellt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei das Verfahren und die Vorrichtung ausgeführt werden. Dabei werden die Abbildungen 1 bis 18 beschrieben.
Abbildung 1 ist die isometrische Ansicht (hinten links) der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit aufgesteckter Ladeseil- Einzugsvorrichtung ohne Ladeseil.
Abbildung 2 ist die isometrische Ansicht (hinten links), mit einem vertikalen Schnitt durch die komplette Abbildung, der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit aufgesteckter Ladeseil-Einzugsvorrichtung ohne Ladeseil .
Abbildung 3 ist die isometrische Ansicht (vorn links), mit einem vertikalen Schnitt durch die komplette Abbildung, der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit aufgesteckter Ladeseil-Einzugsvorrichtung ohne Ladeseil .
Abbildung 4 ist die isometrische Ansicht (hinten links) der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit angeschlagener Ladeseil- Einzugsvorrichtung ohne Ladeseil.
Abbildung 5 ist die isometrische Ansicht (hinten links), mit einem vertikalen Schnitt durch die komplette Abbildung, der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit angeschlagener Ladeseil-Einzugsvorrichtung ohne Ladeseil .
Abbildung 6 ist die isometrische Ansicht (hinten links) der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit aufgesteckter Ladeseil- Einzugsvorrichtung mit Ladeseil.
Abbildung 7 ist die isometrische Ansicht (hinten links), mit einem vertikalen Schnitt durch die komplette Abbildung, der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit aufgesteckter Ladeseil-Einzugsvorrichtung mit Ladeseil .
Abbildung 8 ist die isometrische Ansicht (vorn links) der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit aufgesteckter Ladeseil- Einzugsvorrichtung mit Ladeseil. Abbildung 9 ist die isometrische Ansicht (hinten links) der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit angeschlagener Ladeseil- Einzugsvorrichtung mit Ladeseil.
Abbildung 10 ist die isometrische Ansicht (hinten links), mit einem vertikalen Schnitt durch die komplette Abbildung, der komplett installierten Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit angeschlagener Ladeseil-Einzugsvorrichtung mit Ladeseil .
Abbildung 11 ist die isometrische Ansicht (hinten links) der kompletten Festkörper-Zähl- und Fördereinheit .
Abbildung 12 ist die isometrische Ansicht (hinten links) mit einem vertikalen Schnitt durch die komplette Abbildung, der kompletten Festkörper-Zähl- und Fördereinheit.
Abbildung 13 ist die isometrische Ansicht (vorn links) mit einem vertikalen Schnitt durch die komplette Abbildung, der kompletten Festkörper-Zähl- und Fördereinheit.
Abbildung 14 ist die isometrische Ansicht (vorn rechts) der kompletten Ladeseil-Einzugsvorrichtung in aufgesteckter Position.
Abbildung 15 ist die isometrische Ansicht (vorn rechts) der kompletten Ladeseil-Einzugsvorrichtung in angeschlagener Position. Abbildung 16 ist die isometrische Ansicht (vorn rechts) der kompletten Vorrichtung zur Verbindung der Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit einem Reformerrohr .
Abbildung 17 ist die Ansicht (von unten) der Vorrichtung zur Verbindung der Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit einem Reformerrohr mit identischer Verschiebung aller Stellbeine für einen größeren Rohrinnendurchmesser.
Abbildung 18 ist die Ansicht (von unten) der Vorrichtung zur Verbindung der Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung mit einem Reformerrohr mit identischer Verschiebung aller Stellbeine für einen kleineren Rohrinnendurchmesser.
In der Vorrichtung ist der obere Teil eines Reformerrohres 1 dargestellt. Es ist sehr verkürzt wiedergegeben, da solche Reformerrohre 1 eine Länge zwischen 8 m (Stahlindustrie) und 14 m (erdölverarbeitenden Industrie, Chemieindustrie) aufweisen .
Um ein leeres Reformerrohr 1 befüllen zu können, muss eine Vorrichtung, wie in Abbildung 16 dargestellt, in die obere Rohröffnung platziert werden. Da es sehr viele unterschiedliche Rohröffnungen, im weiteren Verlauf treffender Rohrinnendurchmesser genannt, gibt, ist ein mechanisch verstellbares System entwickelt worden. Es besteht aus einem Flachstahl 2, welcher an einem Stellblech 3 befestigt ist. Das Bauteil, bestehend aus Flachstahl 2 und Stellblech 3, soll Stellbein genannt werden. Drei um 120° versetzte Stellbeine sind so angeordnet, dass bei einer identischen Verschiebung aller Stellbeine eine genaueste Anpassung an jeden beliebigen Rohrinnendurchmesser ermöglicht wird. In Abbildung 18 ist die Anpassung an einen mittleren Rohrinnendurchmesser und in Abbildung 17 die Anpassung an einen größeren Rohrinnendurchmesser sinnbildlich dargestellt. Die in Abbildung 16 aufgezeigte Vorrichtung besteht weiterhin aus einem im bestimmten Winkel, an ein Rundrohr 4, angefügtes Rechteckrohr 5. Am oberen Ende des Rundrohrs 4 ist ein Kreisring 6 angebracht, der als Halterung für eine Führungsrolle 7 angedacht ist. Die Führungsrolle 7 kann durch die im Kreisring 6 gefertigten Bohrungen jederzeit so platziert werden, dass ein Ladeseil 8 immer exakt im Mittelpunkt des Rohrinnendurchmessers geführt wird. Die Führung des Ladeseils 8 ist von enormer Bedeutung für die Befüllungsqualität / die Festkörper-Dichte / die Festbett-Dichte.
Nachdem die Vorrichtung laut Abbildung 16 in das Reformerrohr 1 wie in den Abbildungen 1 - 5 (oder bei Einbeziehung des Ladeseils in den Abbildungen 6 - 10) montiert ist, wird der rechteckig geformte Materialaustrag 9 der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit wie in den Abbildungen 11 - 13 dargestellt, in das Rechteckrohr 5 eingeführt. Die rechteckige Form von Rechteckrohr 5 und Materialaustrag 9 eliminieren ein seitliches (nach links oder/und rechts) Abkippen der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit gemäß Abbildungen 11 - 13, was eine Veränderung des Festkörper-Volumenstroms zur Folge hätte, was wiederum eine andere, unerwünschte Festkörper-Dichte / die Festbett-Dichte erzeugen würde.
Die Festkörper-Zähl- und Fördereinheit, wie in den Abbildungen 11 - 13 dargestellt, führt die exakte Zählung von Festkörpern während des Förder- bzw. Befüllvorganges aus. Bevor die Zählung ausgeführt werden kann, wird zunächst der Bunker 10 mit Festkörpern aufgefüllt. Der Bunker 10 kann durch das Anbringen der Winkelstähle 11 an den Bunker 10 in verschiedenen Höhen in der horizontalen Richtung (y- Achse) veränderlich platziert werden. Das bewirkt eine veränderliche Öffnung 12, womit der Festkörper- Volumenstrom entsprechend dem Rohrinnendurchmesser eingestellt wird.
Weiterhin ist eine elektrisch angesteuerte Klappe, welche die Öffnung 12 bis zum Start des Förder- bzw. Befüllvorgangs verschließt, im Innenraum des Bunkers 10 angebracht. Im Falle von Platzmangel vor Ort ist es mit Hilfe von am Bunker 10 dafür vorgesehenen Langlöchern auch mit dieser Klappe möglich, die Öffnung 12 entsprechend dem Rohrdurchmesser veränderlich einzustellen, wodurch die Steuerung des Festkörper-Volumenstroms sichergestellt wird. Die Klappe wird aufgrund von Vereinfachung hier nicht dargestellt. Eine exakt unter dem Bunker 10 platzierte Förderrolle 13 wird von einem im Innenraum der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit gemäß den Abbildungen 11 - 13 platzierten elektrisch angetriebenen Motor 14 mit Hilfe von Stirnzahnrädern 15 in eine rotierende Bewegung versetzt. Die Förderrolle 13 kann durch ein Förderband, welches durch zwei Förderrollen, wobei eine Förderrolle durch einen elektrisch angetriebenen Motor 14 in Rotation versetzt wird, gespannt und angetrieben wird, ersetzt werden. Durch diese rotierende Bewegung der Förderrolle 13 werden die Festkörper in die Richtung der Öffnung 12 gezwungen. Nach dem Passieren der Öffnung 12 gelangen die Festkörper auf die geneigte Ebene 16. Der Winkel der geneigten Ebene 16 ist so gewählt, dass die Festkörper in eine Rutschbewegung gezwungen werden und schließlich nach dem Durchlaufen von Rechteckrohr 5 das Reformerrohr 1 erreichen. Auf der geneigten Ebene wird die Vereinzelung der Festkörper durch die Installation von mehreren speziell geformten Kanälen realisiert, welche aufgrund der Vereinfachung hier nicht dargestellt ist. Während sich die Festkörper auf der geneigten Ebene 16 in Richtung Rechteckrohr 5 bzw. Reformerrohr 1 durch die Kanäle bewegen, passieren die Festkörper die Zähleinheit 17. Die Zähleinheit 17 kann ein lichtoptisches Paar oder ein optischer Sensor sein und über eine Veränderung der Intensität des reflektierten oder unterbrochenen Lichts Festkörper erkennen. Die Zähleinheit 17 ist an einer Halterung 18 angebracht, mit dessen Hilfe der Abstand der Messstrecke zur geneigten Ebene 16 entsprechend der Festkörpergröße in vertikaler Richtung, x-Achse, eingestellt werden kann. Da es viele verschiedene Festkörper mit unterschiedlicher Geometrie, im Falle von Rohrreaktoren Katalysatoren, gibt, muss die Messstecke einstellbar sein, um Messfehler zu eliminieren. Die Zähleinheit 17 und Halterung 18 können an verschiedenen Positionen entlang der geneigten Ebene positioniert sein.
Im weiteren Verlauf der Montage ist es mit der hier offenbarten Vorrichtung möglich, die Platzierung der Ladeseil-Einzugsvorrichtung gemäß Abbildung 14 sowie Abbildung 15 frei zu wählen. Das Aufstecken der Ladeseil-Einzugsvorrichtung auf das Gestell der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit Abbildung 11 - 13 wie in Abbildung 1 - 3 (oder bei Einbeziehung des Ladeseils Abbildung 6 - 8) ist eine Option. Hier werden die am Rahmen der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit Abbildung 11 - 13 befestigten Rechteckrohre 19 in die Rechteckrohre 20 der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit Abbildung 11 - 13 eingeführt. Die horizontal angebrachten Rechteckrohre 21 wirken bei dieser Variante als Begrenzung/Anschlag für die aufgesteckte Festkörper-Zähl- und Fördereinheit Abbildung 11 - 13. Die Kombination der Rechteckrohre 19, Rechteckrohre 20 und Rechteckrohr 21 bewirken einen festen und sicheren Sitz der Festkörper-Zähl- und Fördereinheit Abbildung 11 - 13. Das Anhängen der Ladeseil-Einzugsvorrichtung Abbildung 15 wie in Abbildung 4 - 5 oder bei Einbeziehung des Ladeseils Abbildung 9 - 10 ist die andere Option. Hierfür wird ein Haken 22 im Gestell der Ladeseil-Einzugsvorrichtung Abbildung 15 montiert, und das Platzieren an einem geeigneten Anschlagpunkt ist nun möglich. Die Ladeseil-Einzugsvorrichtung Abbildung 14 - 15 besteht aus einer auf einer Hülse platzierten dreh- und arretierbaren Trommel 23, die von einem Gestell umhaust ist. In der Hülse ist ein elektrisch angetriebener Motor 24 positioniert, der die Trommel 23 in eine Drehbewegung versetzt. Die Arretierung 25 ist auf der Motorwelle des Motors 24 horizontal verschiebbar gelagert und verbindet die Trommel 23 mit der Ladeseil-Einzugsvorrichtung Abbildung 14 - 15 an sich. Im formschlüssigen Zustand wirkt die Arretierung 25 als Mitnehmer. Im gelösten Zustand der Arretierung 25 ist die Trommel 23 um ihre eigene Achse frei beweglich. Die Aufgabe der Ladeseil- Einzugsvorrichtung Abbildung 14 - 15 ist das Herausziehen des Ladeseils 8 in Abhängigkeit von der Befüll-Geschwindigkeit oder, treffender formuliert, von der ansteigenden Festkörper-Schicht-Höhe im Reformerrohr 1. Das Ladeseil 8 wird an einen der im Kreis angeordneten Rundstäbe 26 befestigt. Durch die Drehbewegung der Trommel 23 umspannt das Ladeseil 8 alle Rundstäbe 26 und wird dadurch geradlinig aus dem Reformerrohr 1 herausgezogen. Durch die Führungsrolle 7 wird das Ladeseil 8 zu jedem Zeitpunkt exakt im Mittelpunkt des Rohrinnendurchmessers von Reformerrohr 1 geführt.
Die sensibel abgestimmte Aufwärtsbewegung des Ladeseils 8 in Abhängigkeit von der Befüll- Geschwindigkeit im Reformerrohr 1 wird durch eine speziell dafür entwickelte Steuerung übernommen. Nachdem die veränderliche Öffnung 12 entsprechend dem Rohrinnendurchmesser eingestellt ist und der Bunker 10 mit Festkörpern aufgefüllt ist, wird die Festkörper-Zähl- und Befüll-Vorrichtung gestartet. Der Motor 14 setzt die Förderrolle 13 und der Motor 24 setzt die Trommel 23 in Drehbewegung. Die Festkörper passieren die Öffnung 12, wodurch eine bestimmte Anzahl von Festkörpern auf die geneigte Ebene gelangen, die Messstrecke der Zähleinheit 17 passieren und gezählt werden.
Ein Rohrreaktor besteht aus mehreren in Reihen gegliederten Rohren. Um für jedes einzelnen Rohr die gleiche Anzahl von Katalysatorfestkörpern sicherzustellen, wird das erste Rohr, Testrohr genannt, bis zum gewünschten Füllstand befüllt. Während des Test-Füllvorgangs bis zur exakten Schichthöhe werden alle Festkörper gezählt, Aufwärtszählung - count up, und es wird die Gesamtanzahl aller gezählten Festkörper von der Steuerung ausgegeben. Dieser Wert wird dann von der Steuerung für alle anderen Rohre übernommen, und durch die Rückwärtszählung, count down, wird der Motor 14 der Förderrolle 13 sowie der Motor 24 der Trommel 23 nach dem Passieren von Zähleinheit 17 des letzten Festkörpers automatisch gestoppt. Dieses automatische Stoppen verhindert ein Überfüllen der Reformerrohre 1, was einen großen und erwünschten Vorteil darstellt, da ein überfülltes Reformerrohr 1 bis zum gewünschten Füllstand entleert werden muss. Die durch das Absaugen aus dem Reformerrohr 1 entnommenen Festkörper können nicht wiederverwendet werden, da während des Absaugens die Festkörper beschädigt werden. Somit stellt das Entleeren von Reformerrohr 1 einen hohen finanziellen Verlust dar, weil Katalysatorfestkörper sehr preisintensiv sind.
Nach Passieren der Zähleinheit 17 gelangen die Festkörper in das Reformerrohr 1, wo sie die Elemente des Ladeseils 8 durchlaufen. Im Allgemeinen besteht ein Ladeseil 8 aus in bestimmten, immer gleichen, Abständen vertikal angeordneten Elementen, welche durch ein Seil in Verbindung stehen. Diese vertikal angeordneten Elemente sind zur horizontalen Aufnahme von Dämpferelementen, wie z. B. Borsten oder zylindrische Schraubenfedern, angedacht. Die Länge dieser Dämpferelemente wird entsprechend dem Rohrinnendurchmesser immer etwas kleiner gewählt. Durch die gemittelte Positionierung der Dämpferelemente in den Aufnahme-Elementen ist es dann möglich, das Ladeseil 8 in das Reformerrohr 1 einzuführen .
Durch den bestimmten Abstand der Dämpferelemente zueinander ist die Fallenergie / kinetische Energie der Festkörper immer kleiner als die Geschwindigkeit, bei welcher die Festkörper durch einen Zusammenstoß oder Aufprall beschädigt oder zerstört werden.
Nach dem Durchlaufen des Reformerrohres 1 bzw. des im Reformerrohr 1 befindlichen Ladeseils 8 erreichen die Festkörper das Ende des Reformerrohres 1. Das ist ein sehr kritischer Punkt. Hier muss sichergestellt werden, dass die Fallhöhe und somit die Fallenergie / kinetische Energie der Festkörper immer konstant unterhalb der Geschwindigkeit, bei welcher die Festkörper durch einen Zusammenstoß oder Aufprall beschädigt oder zerstört werden, gehalten werden. Die eigens hierfür entwickelte Steuerung übernimmt diese Aufgabe, indem die Geschwindigkeit von Motor 14 der Förderrolle 13 sowie von Motor 24 der Trommel 23 zu jedem Zeitpunkt gemessen und geregelt wird. Somit wird durch die Abhängigkeit des konstanten Festkörper-Volumenstroms, realisiert durch die Geschwindigkeit von Motor 14 der Förderrolle 13, bei einer konstanten Festkörper-Fallhöhe, realisiert durch Motor 24 der Trommel 23, und der exakten Zählung der Festkörper, realisiert durch Zähleinheit 17, eine immer konstante Festkörper- Fallgeschwindigkeit sichergestellt. Das führt zu einer höchst gleichmäßigen Festkörper-Schicht (Festbett), welche eine höchst gleichmäßige Schicht- Dichte zur Folge hat, was wiederum eine gleiche Durchflussrate im Reformerrohr 1 mit sich bringt. Durch die exakte gezählte Festkörper-Anzahl können eine noch nie realisierte exakte geladene Masse pro Reformerrohr 1 und dementsprechend eine exakte geladene Dichte berechnet werden. Dieser Parameter ist entscheidend für den Prozess des katalytischen Crackens .
Bezugs Zeichen
1 Reformerrohr
2 Flachstahl
3 Stellblech
4 Rundrohr
5 Rechteckrohr
6 Kreisring
7 Führungsrolle
8 Ladeseil
9 Materialaustag
10 Bunker
11 Winkelstahl
12 Öffnung
13 Förderrolle
14 Motor
15 Stirnzahnrad
16 geneigte Ebene
17 Zähleinheit
18 Halterung
19 Rechteckrohr
20 Rechteckrohr
21 Rechteckrohr
22 Haken
23 Trommel
24 Motor
25 Arretierung
26 Rundstab
27 Flansch

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Befüllung von leeren
Reformerrohren (1) mit Katalysatorfestkörpern, wobei die Katalysatorfestkörper gleiche oder ähnliche Abmaße wie Größe, Dichte und Gewicht aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Katalysatorfestkörper für ein leeres Reformerrohr (1) gezählt wird und als Soll-Wert in die Steuerung eingeht und nachfolgend beim Befüllen weiterer leerer Reformerrohre (1) die Katalysatorfestkörper gezählt werden bis der Soll-Wert erreicht ist und somit die Befüllung der leeren Reformerrohre (1) durch Zählung der jeweiligen Katalysatorfestkörper pro
Reformerrohr (1) ausgeführt wird.
2. Vorrichtung zur Befüllung von leeren
Reformerrohren mit nahezu identischen
Katalysatorfestkörpern auf Grundlage des ermittelten Soll-Wertes, bestehend aus einem Bunker (10) zur
KatalysatorfestkörperSpeicherung, einer
Zufuhreinrichtung aus dem Bunker (10) hin zum Reformerrohr (1) sowie einem Ladeseil (8) mit einer Ladeseil-Einzugsvorrichtung zum
Herausführen des Ladeseils (8) aus dem
Reformerrohr (1) und einer festen Verbindung über einen Flansch (27) an dem Reformerrohr (1) dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bunker (10) und der Zufuhreinrichtung hin zum Reformerrohr (1) eine Zähleinheit (17) zum Zählen der Katalysatorfestkörper vorhanden ist und an der Zähleinheit (17) eine Steuerung angeschlossen ist, welche den Soll-Wert und den Ist-Wert steuert.
PCT/DE2021/100076 2019-01-31 2021-01-27 Verfahren für eine katalysator-befüllvorrichtung WO2021151431A1 (de)

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