Способ и устройство для загрузки частиц в трубу трубчатого реактора - RU2180265C1

Описание

Изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для загрузки сыпучих материалов, в частности гранулированных частиц, в вертикально расположенные трубы в случаях, когда имеются особые требования к насыпному слою по однородности насыпной плотности по высоте трубы, величине средней насыпной плотности слоя и, соответственно, величине гидравлического сопротивления слоя в трубе, и может использоваться при формировании неподвижных слоев частиц катализатора в трубчатых реакторах, широко применяемых в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, например, в реакторах первичного риформинга.

В настоящее время при загрузке вертикальных труб широко применяют способ, использующий промежуточные контейнеры, выполненные из ткани или полиэтилена в форме протяженных рукавов, открытых с одной стороны. Контейнеры заполняют загружаемыми частицами, причем контейнеры изготавливают таким образом, чтобы диаметр заполненных рукавов был на 10-20 мм меньше диаметра трубы. Открытый конец рукава подгибают и затем контейнер опускают в трубу с помощью троса, привязанного к другому концу контейнера. При достижении нижним концом контейнера поверхности загружаемого слоя контейнер резко встряхивают и через открытый конец контейнера загружаемые частицы поступают из контейнера в слой. (Catalyst Handbook. Ed. by Martyn V. Twigg. Wolf Publishing Ltd. 2 Edit. 1989. p. 156-162). Этот метод гарантирует сохранность загружаемых частиц, однако при этом получающийся слой характеризуется рыхлой и неоднородной упаковкой частиц. При загрузке большого количества труб, например, в реакторах первичного риформинга для подготовки параметров слоев в разных трубах применяют многократно процедуру механической вибрации трубы с последующим измерением гидравлического сопротивления слоя. Тем не менее эта процедура не гарантирует достижения конечного положительного результата, т.е. загрузки всех труб с одинаковыми насыпной плотностью и гидравлическим сопротивлением, т.к. при рыхлой упаковке частиц небольшие технологические вибрации труб, например, при монтаже фланцев или в процессе работы вызывают необратимые изменения в структуре слоя, что приводит к увеличению разброса гидравлического сопротивления в разных трубах и к ухудшению технико-экономических показателей аппарата.

Известно устройство для загрузки сыпучего материала в вертикальную трубу, состоящее из бункера с расположенным в нижней части открытым выпускным отверстием, горизонтального ленточного транспортера, снабженного электроприводом и расположенного одним концом под указанным выпускным отверстием, а другим - над конусной воронкой, вставляемой в загружаемую трубу (US 5626455 А, 06.05.1997). При загрузке частицы поступают из бункера на ленту транспортера и затем через воронку попадают в трубу, где свободно падают в формируемый слой. Изменение высоты расположения бункера над лентой транспортера позволяет по мнению авторов регулировать плотность загрузки частиц в трубе путем управления расходом частиц, поступающих из бункера на ленту транспортера и далее в трубу. Недостатком такого устройства является то, что при загрузке протяженных труб высотой более 2 м частицы катализатора могут разрушаться при свободном падении в трубе.

Известен ряд способов и устройств, сходных по главному признаку - способу транспортировки частиц по трубе в загружаемый слой, безопасному с точки зрения разрушения частиц. В каждом из них в пустую трубу на всю высоту опускают приспособления, которые периодически тормозят частицы, падающие в трубе под воздействием гравитации за счет столкновений с элементами указанного приспособления. Частицы при этом высыпают струей в трубу. В процессе заполнения трубы частицами приспособление поднимают из трубы. В одном из них (US 4077530 А, 07.03.1978) в загружаемую трубу перед загрузкой на всю высоту трубы опускают закрученную определенным образом проволоку, через которую просыпают частицы при загрузке. При соударениях с проволокой частицы тормозятся и таким образом предохраняются от разрушения.

В других, сходных между собой по основным признакам способах и устройствах, в загружаемую трубу перед загрузкой опускают трос с набором поперечно расположенных элементов, закрепленных с равным шагом по длине троса и максимально перекрывающих сечение трубы. Указанные элементы могут быть выполнены в виде пластин (US 3608751 А, 28.09.1971) либо в виде набора радиально расположенных упругих проволочек или спиралей с поперечным размером немного меньше диаметра загружаемой трубы (US 5247970 А, 28.09.1993).

На качество работы этого устройства оказывает большое влияние управление положением и скоростью подъема указанного троса с набором поперечно расположенных элементов. При запаздывании подъема троса он может быть засыпан загружаемыми частицами. При большой скорости подъема увеличивается высота свободного падения частиц и вероятность их разрушения при контакте с другими частицами. Изменение высоты свободного падения частиц в процессе загрузки, не контролируемое в данном устройстве, приводит к формированию участков слоя с различной насыпной плотностью и гидравлическим сопротивлением. Кроме того, указанные способ и устройство имеют ограничения по скорости загрузки, т.к. повышение расхода частиц выше 1,0 м³/час (загрузка трубы диаметром 100 мм и высотой 4 м за время 105 сек) может привести к проскоку частиц через тормозящие элементы, которые не будут успевать принимать первоначальное положение. Это приводит к появлению участков слоя с различной плотностью упаковки и может также вызвать разрушение части частиц.

Число опускаемых в трубу тросов может быть увеличено до трех, и указанные элементы могут быть выполнены в форме шаров (WO 0044488 А1, 04.08.2000).

Наиболее близким к заявленному является способ загрузки частиц в трубу трубчатого реактора, при котором частицы подают непрерывной струей в загружаемую трубу, где они падают с постоянной скоростью, одинаковой для всех частиц (ЕР 0041144 А1, 09.12.1981).

Недостатками данного устройства являются невысокая степень обеспечения сохранности частиц от разрушения и неоднородность образующегося слоя.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является устранение этих недостатков.

Технический результат заключается в возможности загрузки частиц в трубу с образованием однородного по высоте и одинакового для всех загружаемых труб слоя частиц при гарантированном обеспечении их сохранности в процессе загрузки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе загрузки частиц в трубу трубчатого реактора, при котором частицы подают непрерывной струей в загружаемую трубу, где они падают с постоянной скоростью, одинаковой для всех частиц. Скорость падения частиц меньше, чем скорость, при которой частицы могут разрушиться от соударения с частицами формируемого слоя, а указанную скорость падения частиц в трубе устанавливают путем торможения встречным потоком газа.

Торможение частиц встречным потоком осуществляют путем размещения внутри указанной трубы гибкого шланга для подвода газа в указанную трубу, а наружный конец указанного шланга соединяют с источником сжатого газа, обеспечивающего поступление газа в указанную трубу трубчатого реактора, засыпку указанных частиц в трубу производят в зазор между стенкой указанной трубы и указанным шлангом вдоль последнего и по мере заполнения указанной трубы частицами шланг поднимают на высоту, прямо пропорциональную количеству загруженных частиц.

Наиболее близким к заявленному является устройство для загрузки частиц в трубу трубчатого реактора, содержащее приемный бункер (ЕР 0041144 А1, 09.12.1981).

Недостатками данного устройства являются не достаточно высокая эффективность и скорость загрузки.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является устранение этих недостатков.

Технический результат заключается в возможности эффективной и высокоскоростной загрузки частиц в трубу трубчатого реактора.

Указанный технический результат достигается применением устройства для загрузки частиц в трубу трубчатого реактора, содержащего приемный бункер. Выход приемного бункера соединен посредством лотка с загружаемой трубой, при этом устройство дополнительно оснащено гибким шлангом для подачи потока газа в указанную трубу, намотанным на барабан, имеющий возможность вращения вокруг своей оси, приводным механизмом, имеющим возможность вращать указанный барабан со шлангом, блоком управления приводным механизмом, имеющим возможность работы либо в автоматическом режиме, либо в режиме ручного управления, причем указанный шланг соединен одним концом, закрепленным на барабане, с источником газа.

Для управления подъемом указанного шланга в ходе загрузки устройство может быть снабжено различными дополнительными приспособлениями. Это могут быть электронные весы, установленные на приемный бункер, позволяющие определять вес частиц в указанном бункере и соединенные с блоком управления указанным приводным механизмом так, что по мере выгрузки частиц катализатора в трубу и уменьшения веса частиц в бункере указанные весы посылают управляющий сигнал в блок управления для подъема указанного шланга на высоту, прямо пропорциональную количеству загруженных частиц.

Это может быть счетчик частиц, прошедших по лотку и поступающих в трубу, например, светооптическая пара, установленная на лотке, указанный счетчик соединен с блоком управления указанным подъемным механизмом, так что по мере прохождения определенного количества частиц через лоток указанный счетчик посылает управляющий сигнал в блок управления для подъема указанного шланга на высоту, прямо пропорциональную количеству загруженных частиц.

Это может быть механический объемный или массовый дозатор частиц, установленный на выходном отверстии приемного бункера, отмеряющий и выдающий в лоток и далее в трубу одинаковое определенное количество указанных частиц с одновременной посылкой сигнала управления в блок управления для подъема указанного шланга из трубы на высоту, прямо пропорциональную количеству загруженных частиц.

Это может быть дальномер, например лазерно-оптический или ультразвуковой измеритель расстояния, установленный на нижнем конце указанного шланга, опускаемого в указанную трубу, определяющий расстояние от нижнего конца шланга до верхней поверхности загружаемого в трубу слоя частиц и соединенный с блоком управления приводным механизмом, так, что по мере поступления частиц в слой и уменьшения расстояния между верхней границей слоя и указанным дальномером указанный дальномер посылает управляющий сигнал в блок управления для подъема указанного шланга на высоту, прямо пропорциональную количеству загруженных частиц.

На чертеже показан схематический вид устройства для загрузки по предлагаемому способу и устройству.

Устройство состоит из приемного бункера 1, соединенного в нижней части с одним концом лотка 2, другой конец которого соединен с загружаемой трубой 3, барабана 4, соединенного с механическим приводом 5. Управления указанным приводом осуществляют блоком управления 6. На барабане 4 размещен гибкий шланг 7, закрепленный на указанном барабане одним концом, соединенным через регулирующий вентиль с источником сжатого газа. Устройство снабжено также датчиком, управляющим подъемом шланга 7 в ходе загрузки. Это могут быть либо электронные весы 8, установленные на бункере, либо счетчик частиц 9, установленный на лотке, либо механический дозатор 10, установленный между бункером и лотком, либо дальномер 11, закрепленный на конце шланга. Для удобства загрузки большого количества труб устройство может быть смонтировано на передвижной тележке.

Устройство для загрузки описанной конструкции работает следующим образом.

Перед началом загрузки шланг 7 опускают в загружаемую трубу 3, открывают вентиль и газ из источника начинает поступать в нижнюю часть трубы и подниматься вверх в кольцевом пространстве между стенкой трубы и шлангом. Частицы насыпают в приемный бункер 1, и затем они поступают через лоток 2 в трубу 3, где свободно падают под влиянием гравитации и тормозятся встречным потоком газа. Расход газа выбирают в зависимости от формы, размеров и материала частиц в диапазоне от 5 до 30 м/с. Количество частиц, поступающих в трубу, регистрируют либо электронными весами, либо счетчиком частиц, либо механическим дозатором, либо электронным дальномером, которые выдают управляющий сигнал на механический привод, который поднимает шланг из трубы на высоту, прямо пропорциональную количеству загруженных частиц.

Возможность реализации способа подтверждается конкретным примером.

Выполнены две серии загрузок катализатора в форме колец Рашига с размерами 14•12•3 мм. Частицы катализатора загружают в вертикальную трубу диаметром 96 мм и высотой 4,0 м. В каждой серии выполнено 10 перегрузок катализатора.

В первой серии катализатор загружают в трубу по известному методу с использованием промежуточных контейнеров, выполненных из ткани в форме протяженных рукавов ("чулок") длиной 1,7 м. В ходе экспериментов определяют среднюю по слою насыпную плотность и распределение насыпной плотности по высоте слоя для каждой загрузки. Величину насыпной плотности слоя определяют взвешиванием частиц и замером занимаемого объема (при ступенчатой выгрузке частиц из трубы с помощью вакуумного отсоса). Величина средней насыпной плотности для всех перегрузок катализатора составила 0,497 т/м³ при среднеквадратичном отклонении 0,039 т/м³. Разброс значений лежит в интервале ±4% от средней величины. При всех указанных загрузках слой характеризовался рыхлой упаковкой с большим разбросом величины насыпной плотности. Механические воздействия - легкие удары по трубе, вибрация - вызывали значительную усадку слоя - до 10% от первоначальной высоты слоя.

Во второй серии катализатор загружают в трубу с использованием предлагаемого способа и устройства. Сжатый газ - воздух. Расход воздуха устанавливают таким, чтобы скорость падения частиц в трубе была эквивалентной скорости свободного падения частиц с высоты 0,3 м. Величина средней насыпной плотности для всех перегрузок катализатора составила 0,61 т/м³ при среднеквадратичном отклонении 0,004 т/м³ для средней насыпной плотности по всей трубе. Разброс значений лежит в интервале ±0,3% от средней величины. Измерения локальной насыпной плотности были выполнены для 5 участков слоя высотой 0,75 м каждый. Величина среднеквадратичного отклонения составила 0,006 т/м³, что определило разброс величины локальной насыпной плотности ±0,5% от среднего по слою значения. Среднее время загрузки - 52 сек, что определяет скорость загрузки 2,2 м³/час. При всех указанных загрузках слой характеризовался плотной упаковкой, устойчивой к механическим и гидравлическим воздействиям. Удары по трубе и вибрация вызывали незначительную усадку слоя - не более 1,5% от первоначальной высоты слоя. Разрушенных частиц при перегрузках не было обнаружено.

Применение предлагаемого способа и устройства для загрузки частиц в вертикальную трубу позволяет равномерно распределять частицы по высоте загружаемой трубы. Это обусловлено тем, что скорость падения частиц в трубе постоянна и одинакова для каждой частицы в течение всей загрузки. Это дает возможность формировать насыпной слой однородной структуры и одинакового гидравлического сопротивления для любого количества загружаемых труб. Применение устройства полностью исключает вероятность засыпки шланга загружаемыми частицами, а также разрушение частиц, т.к. скорость падения частиц в трубе выбирают безопасной для каждого данного типа частиц путем регулирования расхода воздуха, тормозящего падение частиц в трубе.

Реферат

Изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для загрузки сыпучих материалов, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, например, в реакторах первичного риформинга. Изобретение решает задачу загрузки частиц в трубу с образованием однородного по высоте и одинакового для всех загружаемых труб слоя частиц при гарантированном обеспечении их сохранности в процессе загрузки при одновременном увеличении скорости загрузки. Поставленная задача решается тем, что применяют способ, при котором каждая частица свободно падает в трубе под воздействием силы гравитации и поступает на поверхность формируемого слоя с постоянной скоростью, одинаковой для всех частиц и меньшей, чем скорость падения, при которой частицы могут разрушиться от соударения с частицами формируемого слоя. Указанную скорость падения частиц в трубе устанавливают путем торможения встречным потоком газа, который подают в нижнюю часть не загруженной частицами внутренности трубы посредством гибкого шланга, соединенного внешним концом с источником сжатого газа. Засыпку частиц во внутренность трубы производят в зазор между стенкой указанной трубой и указанным шлангом вдоль последнего, а по мере заполнения внутренности трубы частицами указанный шланг поднимают прямо пропорционально количеству загруженных частиц. Задача решается также применением устройства, которое содержит приемный бункер, лоток, соединенный одним концом с выходом указанного бункера, а другим с загружаемой трубой, барабан, имеющий возможность вращения вокруг своей оси, приводной механизм, имеющий возможность вращать указанный барабан со шлангом, блок управления приводным механизмом, гибкий шланг для подачи газа в указанную трубу, намотанный на указанный барабан и соединенный одним концом, закрепленным на барабане, с источником газа через устройство регулировки расхода газа. Применение предлагаемого способа и устройства для загрузки частиц в вертикальную трубу позволяет равномерно распределять частицы по высоте загружаемой трубы. Это дает возможность формировать насыпной слой однородной структуры и одинакового гидравлического сопротивления для любого количества загружаемых труб. Применение устройства полностью исключает вероятность засыпки шланга загружаемыми частицами, а также разрушение частиц, т.к. скорость падения частиц в трубе выбирают безопасной для каждого данного типа частиц путем регулирования расхода воздуха, тормозящего падение частиц в трубе. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула