Трубки для ввода катализатора и/или другого материала в виде частиц
Группа изобретений предназначена для загрузки материала в виде частиц. Устройство содержит линию подачи для опускания в трубку и подъема из нее устройства для загрузки материала в виде частиц, приспособление для поворота указанного устройства, присоединенное к линии подачи, установочную поверхность, соединенную с указанным приспособлением для поворота. Устройство также содержит образующие препятствия элементы, закрепленные на установочной поверхности и расположенные сверху вниз последовательно с образованием пролета, имеющего спиральную конфигурацию. Технический результат направлен на избежание осаждений на сварных швах внутри трубки. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Приоритет данной заявки заявляется по предварительной заявке на патент США №60/665413, поданной 25 марта 2005 года.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Катализатор загружают в трубки, находящиеся внутри корпуса установки для реформинга, корпуса нагревателя или корпуса реактора. Загрузка выполняется до начала реакции внутри указанного корпуса. Это способствует повышению эффективности процесса загрузки с целью повышения эффективности конечной реакции, а также ускорению процесса загрузки катализатора и процесса очистки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение преследует несколько целей. Существует необходимость в устройстве и технологиях, которые позволяют избежать осаждений на сварных швах внутри трубки. В некоторых случаях выступание сварного шва внутри трубки может достигать 5 мм.
Существует необходимость в устройстве и технологиях, которые могут применяться там, где трубка имеет несимметричную внутреннюю поверхность (например, трубка деформирована и/или ее стенки изогнуты).
Существует необходимость в устройстве и технологиях, которые способны сдерживать или полностью исключать разрушение катализатора или других материалов в виде частиц. Данная проблема наиболее актуальна при загрузке катализатора или других материалов в виде частиц, имеющих частицы большого радиуса, или при повышенном объеме загрузки, либо при загрузке материалов, которые могут обладать большей хрупкостью.
Существует необходимость в устройстве и технологиях, которые позволяют ликвидировать зависание устройства в случае, если что-то «застряло» внутри трубки.
Существует необходимость в устройстве и технологиях, которые позволяют вакуумному шлангу проходить через устройство или выходить наружу устройства (но в пределах трубки), особенно в трубках небольшого диаметра.
Описаны устройства и способы для введения материала в виде частиц, в которых используется соединитель поворотного типа, установочная поверхность, соединенная с указанным соединителем, и несколько образующих препятствия элементов, расположенных на установочной поверхности. Указанные элементы расположены последовательно, образуя спиральную конфигурацию.
Выражения «в виде спирали» или «спиральная конфигурация», которые используются ниже, означают, что устройство выполнено из отдельных элементов, служащих в качестве препятствий/преград, которые образуют спираль, но в противоположность непрерывной спиральной поверхности поверхность, образованная указанными элементами, имеет вид ступенчатой поверхности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематический вертикальный разрез трубки, выполненной согласно одному варианту выполнения, с ответвлениями пружинного типа.
Фиг.2 представляет собой вид сбоку ответвления сплошного типа.
Фиг.3 представляет собой вид сбоку ответвления щеточного типа.
Фиг.4 представляет собой схематический вертикальный разрез трубки, выполненной согласно другому варианту выполнения.
Фиг.5 представляет собой разрез, взятый по линии 5-5 на фиг.5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА (ВАРИАНТОВ) ВЫПОЛНЕНИЯ
Устройство 10 может быть использовано для загрузки катализатора, состоящего из частиц 17, и другого материала в виде частиц. Загрузочное устройство 10 в целом содержит линию 12 подачи, соединитель 14 поворотного типа и вставку 20 в виде спирали. Вставка 20 имеет установочную поверхность 30 и образующие препятствия элементы 40 (элементы в виде ответвления), закрепленные на установочной поверхности 30. В процессе закрепления элементов 40 на установочной поверхности 30 указанные элементы располагают сверху вниз в виде спирали или ступенчато-спиральном виде 42 вокруг указанной поверхности.
Для того чтобы заполнить трубку 16 катализатором 17 или другим материалом в виде частиц, загрузочное устройство опускают в трубку 16. Трубка 16 может иметь различные зоны неоднородности, такие как, например, зоны 18 сварного шва трубки и зоны изменения сварного шва, зоны изгибов трубки (не показаны) и так далее.
Линия 12 подачи используется для опускания (например, медленного контролируемого снижения) вставки 20 в трубку 16 и для подъема вставки 20 из указанной трубки по мере ее заполнения. Вставка 20 может опускаться в трубку 16 и выниматься из нее любым из известных способов или приемов.
Загрузочное устройство 10 предпочтительно содержит соединитель 14 поворотного типа (или любое другое известное приспособление для поворота вставки 20). Соединитель 14 может быть присоединен к любой заданной точке линии 12 подачи и, как показано на чертеже, присоединяется нижним концом. Соединитель 14 может, например, представлять собой шарнир, выполненный из нержавеющей стали, такого типа, который используется на глубоководных рыболовных лесках. Звенья 15а, 15b цепи из нержавеющей стали могут быть использованы для сочленения соединителя 14 с линией 12 подачи, либо для сочленения с линией 12 подачи и вставкой 20. Соединитель 14 обеспечивает возможность вращения вставки 20 в процессе заполнения катализатора, не закручивая линию 12 подачи.
Установочная поверхность 30 предпочтительно представляет собой стержень 32, выполненный из нержавеющей стали, и служит в качестве вертикальной оси вставки 20. В одном варианте выполнения стержень 32 может иметь диаметр 16 мм и длину 450 мм. Диаметр и длина стержня 32, также как и его масса, могут подбираться в соответствии с параметрами частиц катализатора или другим параметром загрузки материала в виде частиц. Стержень 32 может быть полым или цельным прутком.
Каждый элемент 40 установлен перпендикулярно (или почти перпендикулярно) осевому (вертикальному) направлению стержня 32. Например, образующие препятствия элементы могут быть установлены путем высверливания сквозных отверстий в стержне 32, последующим введением элемента 40 сквозь стержень 32 до тех пор, пока оба конца 41а, 41b не выйдут радиально на одинаковые расстояния из стержня 32, а затем прикреплением элемента 40 к стержню 32 установочным винтом (не показан). Кроме того, элементы 40 могут быть прикреплены к стержню 32 только одним концом, так что каждый элемент 40 не проходит насквозь стержень 32. Как правило, установочные отверстия или отверстия, выполненные в установочной поверхности 30, также образуют спиральную конфигурацию, закручивающуюся вокруг поверхности 30.
Элементы 40 расположены сверху вниз по спирали 42, расположенной вокруг стержня 32 (в качестве примера показана ступенчатая спираль пружинного типа). Каждый последующий элемент 40 сдвинут от предыдущего, например элемент 40а от элемента 40b, на расстояние, определяемое размером/радиусом (и отчасти массой и/или насыпной плотностью) частиц. Другими словами, расстояние смещения (или зазор) можно менять в зависимости от материала в виде частиц, и это расстояние достаточно мало для того, чтобы препятствовать прохождению или захвату катализатора или другого материала в виде частиц между соседними элементами 40.
Каждый элемент 40 предпочтительно представляет собой цилиндрическую пружину, выполненную из нержавеющей стали и в целом прямолинейную, жесткость которой не препятствует сквозному введению частиц вдоль элементов 40 без смещения или задержек. Поэтому жесткость подбирается для каждой области применения и зависит от массы и/или насыпной плотности материала в виде частиц. Могут использоваться элементы 40 других видов, такие как, например, ответвления 40а сплошного типа (которые могут иметь прямой или фасонный контур) или ответвления 40b щеточного типа (смотри Фиг.2 и Фиг.3). Длины элементов 40, установленных на отдельном стержне 32, как правило, равны. Данная длина зависит от внутреннего диаметра трубки 16. Например, желательно, чтобы зазор между концом каждого элемента 40 и внутренним диаметром трубки 16 составлял от 3 мм до 4 мм в зависимости от катализатора. В одном варианте выполнения каждый элемент 40 выполнен из нержавеющей стали и имеет диаметр 0,8 мм и длину 3 мм.
Пролет спирали 42 предпочтительно проходит под углом около 75° к горизонтали (но может быть любой угол наклона, больший чем 65°), имеет около трех витков и создает канал для прохода частиц, закрученный примерно на 450° книзу вокруг стержня 32. Благодаря соответствующему расстоянию смещения, жесткости пружины и соответствующей траектории частицы не проваливаются сквозь ступени спирали, а перемещаются вниз по ступенькам спирали (элементам 40, см. фиг.5). Более того, при столкновении частиц с элементами 40 возникает отдача, приводящая к вращению вставки 20. Вращение способствует более однородному заполнению трубки 16 материалом в виде частиц.
Конфигурация 42, имеющая вид ступенчатой спирали, вокруг установочной поверхности 30 в целом была описана как конфигурация, проходящая вокруг цилиндра с постоянным углом наклона. Однако для предотвращения затора внутри трубки или при необходимости замены элементов 40 на другой вид можно было бы использовать конфигурацию, проходящую вокруг конуса, для того, чтобы угол наклона на всем протяжении вставки 20 не являлся постоянным.
Можно соединить и установить одну под другой несколько вставок 20а, причем каждая следующая ниже установленная вставка 20b (см. фиг.4) может отличаться по размеру.
Если элементы 40 являются пружинами, предпочтительно они представляют собой цилиндрические пружины, хотя могут использоваться и другие упругие/пластичные/гибкие буферные устройства, и/или элементы 40 могут располагаться, образуя иную конфигурацию, отличную от спиральной, спускающейся вниз лестницы (например, спираль обратного хода [не показана], которая может передавать вращение в другом направлении).
Материал 17 в виде частиц может быть не катализатором, а другим материалом.
Рабочий пример вариантов выполнения конструкции вставки 20 в виде спирали приведен ниже.
Были испытаны несколько разных вариантов заполняющего устройства 10, такие же или подобные тем, которые изображены на прилагаемых чертежах. Во-первых, пролет был выполнен с наклоном в 45°. Установлено, что угол был не настолько крутым, чтобы позволить катализатору застревать в пролетах 42. Наклон увеличивали вплоть до значений, при которых катализатор с крупными частицами не мог проходить сквозь/между элементы/элементами 40. Это происходило при угле наклона 65°.
Однако катализатор с частицами обычного размера продолжал застревать в пролете 42. При 75° все катализаторы плавно проходят через пролеты 42. Кроме того, зафиксировано, что при прохождении катализатора вниз через заполнитель 10 (приблизительно один оборот в секунду) при таком угле происходит самое большое закручивание пролета 42. Выполняя пролет 42 из пружинистых элементов 40 или гибких элементов 40 (например, жесткая пружина, гибкое сплошное тело или щетка), сквозь заполнитель 10 можно провести вакуумный шланг, поскольку элементы 40 можно отодвинуть, а стержень 32 придавить вплотную к стенке трубки 16. Элементы 40 во время загрузки поглощают очень мало энергии, что обусловлено углом пролета 42 и многочисленными касаниями внутри загрузочного устройства 10 (в этом состоит отличие от некоторых систем известного уровня техники, которые имеют почти вертикальную ориентацию и, таким образом, должны поглощать больше энергии катализатора), и, следовательно, загрузочное устройство 10 замедляет введение катализатора за счет многочисленных касаний вдоль пролета 42, которые заставляют его вращаться. Поскольку пролет 42 выполнен из препятствий, способных маневрировать, соединитель 14 поворотного типа сочленен с линией/связкой, не существует жестких вертикальных деталей, о которые ударяется катализатор.
1. Устройство для загрузки материала в виде частиц, предназначенное для опускания в трубку и подъема из нее для загрузки в трубку материала в виде частиц, содержащее
линию подачи для опускания в трубку и подъема из нее устройства для загрузки материала в виде частиц;
приспособление для поворота указанного устройства, присоединенное к линии подачи;
установочную поверхность, соединенную с указанным приспособлением для поворота;
образующие препятствия элементы, закрепленные на установочной поверхности и расположенные сверху вниз последовательно с образованием пролета, имеющего спиральную конфигурацию.
2. Устройство по п.1, в котором установочная поверхность присоединена под указанным приспособлением для поворота.
3. Устройство по п.1, в котором образующие препятствия элементы представляют собой цилиндрические пружины из нержавеющей стали.
4. Устройство по п.1, в котором образующие препятствия элементы представляют собой ответвления сплошного типа.
5. Устройство по п.1, в котором образующие препятствия элементы представляют собой ответвления щеточного типа, выполненные из нержавеющей стали.
6. Устройство по п.1, в котором указанные образующие препятствия элементы представляют собой элементы, по меньшей мере, двух разных типов, выбранных из следующей группы элементов: цилиндрические пружины из нержавеющей стали, цилиндрические пружины из углеродистой стали, сплошные ответвления из нержавеющей стали, сплошные ответвления из углеродистой стали, сплошные ответвления из пластмассы, щеточные ответвления из нержавеющей стали, щеточные ответвления из углеродистой стали и щеточные ответвления из пластмассы.
7. Устройство по п.1, в котором установочная поверхность представляет собой стержень из нержавеющей стали.
8. Устройство по п.1, в котором стержень из нержавеющей стали является полым.
9. Устройство по п.1, в котором каждый образующий препятствие элемент проходит через установочную поверхность.
10. Устройство по п.1, в котором каждый образующий препятствие элемент прикреплен одним концом к установочной поверхности.
11. Устройство по п.1, в котором каждый образующий препятствие элемент, последовательно сверху вниз прикрепленный на установочной поверхности с образованием указанного пролета, имеющего указанную спиральную конфигурацию, расположен с образованием с каждым последующим указанным элементом зазора между каждым последующим элементом, ширина которого меньше, чем диаметр частиц, используемых в указанном устройстве для загрузки материала в виде частиц.
12. Устройство по п.1, в котором образующие препятствия элементы, последовательно сверху вниз прикрепленные к установочной поверхности с образованием указанного пролета, имеющего указанную спиральную конфигурацию, формируют спираль, у которой угол наклона указанного пролета, сформированного указанными элементами, больше или равен примерно 75°.
13. Устройство по п.12, в котором указанный пролет, образованный указанными элементами, создает канал для прохода частиц, закрученный примерно на 450° вокруг установочной поверхности.
14. Устройство по п.12, в котором указанный пролет, образованный указанными элементами, имеет второй угол наклона, который больше или равен примерно 75°, причем второй угол наклона отличается от первого угла наклона.
15. Устройство по п.1, дополнительно содержащее второе устройство для загрузки материала в виде частиц, присоединенное под указанным устройством.
16. Устройство для загрузки материала в виде частиц, предназначенное для опускания в трубку и подъема из нее для загрузки в трубку материала в виде частиц, содержащее
линию подачи для опускания в трубку и подъема из нее устройства для загрузки материала в виде частиц;
приспособление для поворота указанного устройства, присоединенное к линии подачи;
стержень из нержавеющей стали, присоединенный под указанным приспособлением для поворота;
образующие препятствия элементы, выполненные из нержавеющей стали, присоединенные горизонтально к стержню из нержавеющей стали и расположенные последовательно сверху вниз с образованием пролета, имеющего спиральную конфигурацию;
причем каждый образующий препятствие элемент, последовательно сверху вниз прикрепленный на стержне из нержавеющей стали с образованием указанного пролета, имеющего указанную спиральную конфигурацию, расположен с образованием с каждым последующим указанным элементом зазора, ширина которого меньше, чем диаметр частиц, используемых в указанном устройстве загрузки материала в виде частиц; и
образующие препятствия элементы, последовательно сверху вниз прикрепленные на стержне из нержавеющей стали с образованием указанного спирального пролета, имеющего указанную спиральную конфигурацию, формируют указанную спираль, у которой угол наклона указанного пролета, сформированного указанными элементами, больше или равен примерно 75°.
17. Способ загрузки материала в виде частиц в контейнер, включающий
опускание устройства для загрузки в трубку, подлежащую загрузке материалом в виде частиц;
опускание материала в виде частиц по указанному загрузочному устройству, перемещение материала в виде частиц по ступенькам вниз вокруг загрузочного устройства, при этом указанный материал перемещается по спирали, поворот загрузочного устройства под действием отдачи, возникающей при столкновении частиц с загрузочным устройством;
однородное заполнение трубки материалом в виде частиц из нижнего конца загрузочного устройства; и
подъем загрузочного устройства из трубки по мере заполнения трубки материалом в виде частиц.
18. Способ по п.17, в котором перемещение материала в виде частиц по ступенькам вниз вокруг загрузочного устройства, при котором указанный материал перемещается по спирали, осуществляют под углом наклона, который больше или равен примерно 75°.
19. Способ по п.17, в котором при перемещении материала в виде частиц по ступеньками вниз вокруг загрузочного устройства поток частиц сдерживают смещающими элементами, образующими препятствия.
20. Способ по п.1, в котором указанное приспособление для поворота указанного устройства содержит соединитель поворотного типа.
