專(zhuān)利名稱(chēng)：從多管式反應(yīng)器中取出固形物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多管式反應(yīng)器的各反應(yīng)管中填充的固形物(例如用于烴類(lèi)反應(yīng)的催化劑等填充物)的取出方法。
現(xiàn)有技術(shù)在石油化工領(lǐng)域中，使用管式反應(yīng)器的烴類(lèi)的氧化反應(yīng)、氨氧化反應(yīng)、分解反應(yīng)、還原反應(yīng)、重整反應(yīng)等接觸反應(yīng)被大量地實(shí)施，這些反應(yīng)所使用的反應(yīng)器中，填充著適于各種接觸反應(yīng)的催化劑或惰性填充物。
具體地，已知有以下的技術(shù)。
特開(kāi)2000-1484號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了一種在反應(yīng)管中填充以釩為必要成分、組成不同的多種催化劑，使1，2，4，5-四烷基苯進(jìn)行接觸氣相氧化來(lái)制造1，2，4，5-苯四酸酐的方法。
特開(kāi)平9-323950號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了一種將通過(guò)改變惰性拉西環(huán)的混合比來(lái)控制活性、以鉬、鉍和鐵為必要成分的催化劑填充到反應(yīng)管中，使從異丁烯和/或叔丁醇中選出的至少一種進(jìn)行接觸氣相氧化來(lái)制造異丁烯醛的方法。
特公平3-57906號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了一種將通過(guò)改變惰性氧化鋁顆粒的混合比來(lái)控制活性、以磷和釩為必要成分的催化劑填充到反應(yīng)管中，使正丁烷進(jìn)行接觸氣相氧化來(lái)制造馬來(lái)酸酐的方法。
特開(kāi)平11-130722號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了一種在以鉬、鉍和鐵為必要成分的前段催化劑填充層和以鉬和釩為必要成分的后段催化劑填充層之間設(shè)置惰性物質(zhì)填充層，使用一個(gè)多管式熱交換型反應(yīng)器，采用二段接觸氣相氧化法，由丙烯制造丙烯酸的方法。
一般來(lái)說(shuō)，這些接觸反應(yīng)中所使用的催化劑在一定期間的使用過(guò)程中，由于催化劑中毒、填縫、燒結(jié)等造成活性或機(jī)械強(qiáng)度降低，因此，在此情況下需要從反應(yīng)器中取出，更換為新鮮的催化劑。
更換催化劑時(shí)，作為反應(yīng)器內(nèi)的這些催化劑等固形物的取出方法，一般采用的方法是操作工進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，用金屬等制成的細(xì)棒從反應(yīng)器的下部開(kāi)口部向上方振搗，使反應(yīng)管內(nèi)部的固形物落下來(lái)。
另外，美國(guó)專(zhuān)利No.5,228,484號(hào)說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)了這樣一種技術(shù)，即，由反應(yīng)管上端向內(nèi)部插入噴嘴，從噴嘴頂端吹出高壓空氣，用高壓空氣使反應(yīng)管內(nèi)填充的催化劑變得疏松，或者使其具有流動(dòng)性，將其運(yùn)送到反應(yīng)管的上端，將其送入設(shè)置在反應(yīng)管上端的充滿(mǎn)室中，將充滿(mǎn)室真空排氣后，排出催化劑。
在以往使用振搗棒的固形物的取出方法中，根據(jù)用棒振搗的程度，反應(yīng)管內(nèi)部的催化劑等固形物或其破碎物掉落下來(lái)，掉落下來(lái)的的固形物散落到地上，產(chǎn)生大量的粉塵，使操作工的作業(yè)環(huán)境惡劣。
另外，多數(shù)情況下，這些落下物和粉塵對(duì)人體有害，因此，從事取出作業(yè)的操作工必須穿戴防塵服、護(hù)目鏡、防塵面具、手套等保護(hù)器具。
進(jìn)一步地，由于這些接觸反應(yīng)中所使用的催化劑許多場(chǎng)合下含有高濃度的高價(jià)值金屬等，因此，取出的廢催化劑有時(shí)還要進(jìn)行金屬等的回收處理。但是，象上述特開(kāi)平11-130722號(hào)公報(bào)中所記載的那樣，在反應(yīng)管由幾種催化劑和惰性物質(zhì)填充的反應(yīng)器的場(chǎng)合下，以往的取出方法中，從反應(yīng)管中掉落下來(lái)的這些催化劑與惰性物質(zhì)混雜在一起，要花費(fèi)很大的工夫進(jìn)行催化劑的分離和回收。
在工業(yè)實(shí)施中，管式反應(yīng)器通常具有數(shù)百乃至數(shù)萬(wàn)根反應(yīng)管，采用以往的方法取出這些反應(yīng)器內(nèi)的催化劑等固形物，這對(duì)于從事取出作業(yè)的操作工來(lái)說(shuō)，不僅對(duì)肉體和精神造成很大痛苦，而且對(duì)環(huán)境也有不利影響。
另外，上述使用高壓空氣的方法中，由于在反應(yīng)管的上端配置充滿(mǎn)室，雖然可以減輕粉塵的產(chǎn)生，但要求催化劑和高壓空氣同時(shí)流入的充滿(mǎn)室與反應(yīng)管上端之間要具有氣密性。由于被送入反應(yīng)管內(nèi)的高壓空氣噴嘴貫穿充滿(mǎn)室，該貫通部分的氣密性也成為問(wèn)題。這些部分的氣密結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，同時(shí)還需要高壓空氣的供給和真空排氣兩種機(jī)構(gòu)裝置，從而造成裝置龐大，操作性也不太好。
本發(fā)明的課題是提供一種能夠解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題、并且能夠安全、衛(wèi)生且有效地取出多管式反應(yīng)器內(nèi)的固形物的方法。
解決課題的手段本發(fā)明是一種從多管式反應(yīng)器中吸出固形物的方法，該方法是多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)所填充的固形物的取出方法，其中包括從上述反應(yīng)管的端部插入與排氣抽吸裝置相連接的抽吸管的工序(a)，以及由上述抽吸管的頂端同時(shí)抽吸空氣和上述反應(yīng)管內(nèi)的固形物，從而從反應(yīng)管中吸出固形物的工序(b)。
使用通?；瘜W(xué)制品的制造或處理技術(shù)中所使用的那些多管式反應(yīng)器。例如，可以適用特開(kāi)昭54-21966號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭56-108525號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭59-39342號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭59-82943號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭62-121644號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平5-125010號(hào)公報(bào)、特公平7-73674號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的技術(shù)。
反應(yīng)管一般使用縱向配置的反應(yīng)管，但也可以使用橫向配置的反應(yīng)管，或是特開(kāi)平9-141083號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的傾斜配置的反應(yīng)管。
反應(yīng)管的材質(zhì)沒(méi)有特別的限制，可以采用不銹鋼、碳鋼等通常用于接觸反應(yīng)的材質(zhì)。反應(yīng)管的內(nèi)徑D一般為10mm～60mm，優(yōu)選為15mm～50mm，更優(yōu)選為20mm～40mm。
反應(yīng)管一般是在其全長(zhǎng)范圍內(nèi)為直線(xiàn)狀且直徑相同的反應(yīng)管，但也可以使用彎曲或者是軸向上直徑有變化的反應(yīng)管等。
對(duì)于多管式反應(yīng)器而言，只要是在反應(yīng)管中填充催化劑等固形物來(lái)實(shí)施的反應(yīng)，就可以適用于通常接觸反應(yīng)以及其他的化學(xué)處理反應(yīng)。
還可以適用于上述的特開(kāi)2000-1484號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平9-323950號(hào)公報(bào)、特公平3-57906號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平11-130722號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的反應(yīng)。
反應(yīng)流體可以使用氣體、溶液、乳液等通常的多管式反應(yīng)器中所使用的形態(tài)。

作為反應(yīng)管內(nèi)的固形物，如果是被用于使用多管式反應(yīng)器的各種反應(yīng)中的固形物以及進(jìn)行各種反應(yīng)時(shí)反應(yīng)管內(nèi)生成的附著物等，就沒(méi)有特別的限定。具體地說(shuō)，可以舉出各種接觸反應(yīng)用催化劑、惰性物質(zhì)以及碳化物等的附著物質(zhì)。
作為接觸反應(yīng)用催化劑，為烴類(lèi)的氧化反應(yīng)、氨氧化反應(yīng)、分解反應(yīng)、還原反應(yīng)、重整反應(yīng)等中一般所使用的催化劑，對(duì)此沒(méi)有限定。
惰性物質(zhì)是指作為在向固定床多管式反應(yīng)器中填充催化劑時(shí)用于支持催化劑的支持體、反應(yīng)流體的加熱材料或者冷卻材料、或者用于控制催化劑活性的稀釋材料來(lái)使用的、對(duì)各種接觸反應(yīng)(原料和目的產(chǎn)物)為惰性的物質(zhì)。例如為氧化鋁、二氧化硅、二氧化硅-氧化鋁、碳化硅、氮化硅、塊滑石等的各種陶瓷或是碳鋼、不銹鋼等各種金屬制填充物。
作為催化劑和惰性物質(zhì)或者附著在反應(yīng)管內(nèi)壁上的物質(zhì)，包括反應(yīng)流體中微量含有的雜質(zhì)和碳化物等的由接觸反應(yīng)產(chǎn)生的生成物以及來(lái)自催化劑成分的飛散·升華物等的堆積物。
催化劑和惰性物質(zhì)通常以粒塊狀的形態(tài)使用。對(duì)于顆粒形狀沒(méi)有特別的限定，可以是球形、圓柱形、環(huán)形、無(wú)定形等中的任一種。
關(guān)于被取出的固形物的粒徑，例如，當(dāng)固形物為球形或圓柱形時(shí)，將其直徑作為粒徑，為環(huán)形時(shí)，將其外徑作為粒徑。固形物的粒徑S與反應(yīng)管內(nèi)徑D之比S/D，一般在0.5以下，優(yōu)選在0.45以下，更優(yōu)選在0.4以下。但是，即使是上述比率大于0.5的固形物也能夠用抽吸管的頂端弄碎至0.5以下的場(chǎng)合，就沒(méi)有限制。
為了使從事取出作業(yè)的操作工易于把握，并使操作性良好，抽吸管通常使用截面形狀為圓形的那種，但也可以采用橢圓形或多邊形等，只要按照反應(yīng)管的截面形狀來(lái)適宜地選擇即可。
抽吸管可以是剛性高、難變性的，也可以是有撓性、可以彎曲的。但優(yōu)選具有形狀維持性而不會(huì)被排氣抽吸時(shí)造成的負(fù)壓損壞的那種。
就抽吸管的材質(zhì)而言，聚乙烯制成的抽吸管由于可適度彎曲，其操作性良好，易于使用，但也可以使用聚丙烯、特氟隆、聚氯乙烯等樹(shù)脂制成的或是不銹鋼或碳鋼等金屬制成的抽吸管，也可以將這些幾種材料層復(fù)合或接合起來(lái)使用。
抽吸管中，插入到反應(yīng)器的反應(yīng)管中的部分與延伸到反應(yīng)管外的部分，二者的材質(zhì)或形狀結(jié)構(gòu)也可以不同。進(jìn)一步地，插入反應(yīng)管中的那部分中，其頂端部分與后方部分的材質(zhì)和形狀結(jié)構(gòu)也可以不同。
抽吸管的管壁厚度T根據(jù)材質(zhì)和所要求的性能而不同，但通常為T(mén)≤5mm，優(yōu)選為1mm≤T≤3mm，更優(yōu)選為1mm≤T≤2mm。
抽吸管上連接著用于從頂端開(kāi)口抽吸空氣流和固形物的排氣抽吸裝置。
作為排氣抽吸裝置的結(jié)構(gòu)或者規(guī)格，可以采用與一般所使用的排氣抽吸裝置相同的結(jié)構(gòu)或規(guī)格。排氣抽吸裝置中安裝有利用電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)的排氣泵。排氣泵的機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)可以與一般所使用的排氣泵相同。
抽吸管被連接到排氣抽吸裝置的吸氣口上?？梢詫⒊槲苤苯舆B接到排氣抽吸裝置上，也可以用配管將抽吸管與排氣抽吸裝置連接起來(lái)。
抽吸管與排氣泵之間可以設(shè)置用于分離氣流和固形物并捕集固形物的捕集器。氣流與所取出的固形物的分離方法沒(méi)有特別的限定，一般可以采用固形物分級(jí)時(shí)所利用的重力式、離心式、慣性式的分級(jí)器和有適當(dāng)篩孔大小的過(guò)濾器。
另外，為了防止捕集器捕集不到的微粉末等混入排氣泵中，最好在上述捕集器與排氣泵之間設(shè)置一個(gè)有適當(dāng)篩孔的袋濾器或旋風(fēng)分離器等的捕集裝置。
排氣抽吸裝置的能力，即吸氣量，只要綜合地判斷所要取出的固形物的大小、比重、催化劑等固形物在容器內(nèi)的附著程度、抽吸管的耐壓(抽吸管的內(nèi)部即使達(dá)到負(fù)壓也不會(huì)損壞)、配管阻力、固形物的取出速度(取出1根反應(yīng)管中的固形物所需要的時(shí)間)等，使用具有適當(dāng)能力的裝置即可。
排氣抽吸裝置中可以設(shè)置冷卻器或消音器，以減輕對(duì)環(huán)境的不利影響。
在反應(yīng)管縱向配置的多管式反應(yīng)器的場(chǎng)合下，抽吸管的插入位置可以是反應(yīng)管的上端開(kāi)口部或下端開(kāi)口部任一處，只要根據(jù)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)等而采用操作性良好的方法即可。一般來(lái)說(shuō)，從反應(yīng)管上端開(kāi)口部插入的方法，作業(yè)姿勢(shì)舒服，操作性較好。
將抽吸管的頂端從反應(yīng)管的任一開(kāi)口部插入后，從抽吸管的頂端吸進(jìn)反應(yīng)管內(nèi)的空氣，就會(huì)產(chǎn)生氣流。如果將反應(yīng)管的頂端靠近反應(yīng)管內(nèi)的固形物，固形物就會(huì)被反應(yīng)管頂端部分的氣流帶到抽吸管內(nèi)，從而被反應(yīng)管抽取出來(lái)。在反應(yīng)管的頂端部分，反應(yīng)管外部的空氣主要是通過(guò)反應(yīng)管內(nèi)壁與抽吸管外壁之間的空隙順次補(bǔ)充的。在抽吸固形物的同時(shí)，將抽吸管的頂端朝著反應(yīng)管的內(nèi)部緩慢插入，由此可以順次抽取出反應(yīng)管內(nèi)的固形物。
此時(shí)，如果抽吸管的頂端與固形物之間的間隔過(guò)大，則固形物的取出速度降低，或者有時(shí)無(wú)法抽取固形物。而且，如果固形物與抽吸管頂端的間隔過(guò)小，或是反應(yīng)管內(nèi)壁與抽吸管外壁之間的間隙小的場(chǎng)合，固形物的取出速度也會(huì)降低。
總之，通過(guò)有效地向抽吸管補(bǔ)充空氣，并且在抽吸管頂端部分的位置上進(jìn)行操作，以使固形物處于抽吸管頂端的氣流內(nèi)或附近的位置，由此可以提高固形物的抽取速度。例如，調(diào)整抽吸管的外徑，在反應(yīng)管內(nèi)壁與抽吸管之間留出適度的間隙，進(jìn)一步將抽吸管的頂端加工成適當(dāng)?shù)男螤?，這樣就可以獲得那種效果。
反應(yīng)管內(nèi)壁與插入反應(yīng)管內(nèi)部的抽吸管頂端之間的間隙，也就是反應(yīng)管的內(nèi)徑D與抽吸管頂端的外徑d1的比率，對(duì)固形物的抽取速度有很大影響。具體地說(shuō)，如果0.7≤d1/D≤0.95，優(yōu)選0.72≤d1/D≤0.9，更優(yōu)選0.75≤d1/D≤0.85，就可高效率地進(jìn)行抽取作業(yè)。上述d1/D越小，則反應(yīng)管內(nèi)壁與抽吸管之間的間隙越大，反應(yīng)管外部的空氣越能有效地補(bǔ)充到抽吸管的頂端，但會(huì)導(dǎo)致抽吸管內(nèi)側(cè)的開(kāi)口面積減小。如果d1/D過(guò)小，則不僅所取出的固形物的量減少，而且固形物容易堵塞抽吸管。如果d1/D過(guò)大，則由于反應(yīng)管內(nèi)壁與抽吸管之間的間隙減小，從反應(yīng)管外部吸入的空氣減少，使固形物難以取出，同時(shí)抽吸管也難以插入反應(yīng)管內(nèi)，而且使反應(yīng)管內(nèi)壁與抽吸管的摩擦阻力增大，也會(huì)導(dǎo)致抽吸管難以插入反應(yīng)管內(nèi)部。
另外，固形物的粒徑S與抽吸管的內(nèi)徑d2之比d2/S對(duì)固形物的抽取速度也有很大影響。具體地說(shuō)，d2/S≥2.5，優(yōu)選d2/S≥2.7，更優(yōu)選d2/S≥3。但此時(shí)d2必須滿(mǎn)足d1-d2×2＜0的條件。如果上述d2/S過(guò)小，則難以將固形物抽取到抽吸管內(nèi)，固形物也容易堵塞抽吸管，使作業(yè)效率顯著降低。
對(duì)于插入反應(yīng)管內(nèi)的抽吸管頂端的形狀，只要根據(jù)固形物的形狀和大小、對(duì)反應(yīng)管的附著狀態(tài)以及固形物的抽取速度來(lái)適宜地選擇即可。如果選擇一種能夠有效地將抽吸管頂端部分的氣流用于固形物抽取的形狀，就可使固形物與氣流一起抽取變得更容易，從而提高固形物的抽取速度。
例如，使用圓筒形的抽吸管時(shí)，其端面可以是在與抽吸管管軸方向垂直相交且被水平切斷時(shí)為圓形的端面，也可以是對(duì)于與抽吸管管軸方向垂直相交的面成一定角度θ傾斜的橢圓端面。
為了有效地抽取反應(yīng)管內(nèi)的固形物，必須考慮傾斜角度θ與固形物的抽取速度之間的關(guān)系。
因此，本發(fā)明者對(duì)抽吸管頂端的傾斜角度θ與固形物取出速度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如

圖1所示，隨著傾斜角度θ由0逐漸增大，固形物的抽取速度增加，但達(dá)到某個(gè)傾斜角度θx以上時(shí)，固形物的取出速度有減小的傾向。
不用說(shuō)，抽取速度達(dá)到最大時(shí)的傾斜角度θx隨著排氣抽吸裝置的吸氣量、反應(yīng)管內(nèi)的固形物的大小以及上述d1/D而變化，但如果抽吸管頂端的傾斜角度θ過(guò)大，則固形物的取出速度降低。
本發(fā)明者從上述的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為適于固形物取出的抽吸管頂端的傾斜角度θ，為0°≤θ≤70°，優(yōu)選為0°≤θ≤60°，更優(yōu)選為0°≤θ≤50°。
抽吸管的頂端也可以設(shè)置一些從與管軸方向垂直相交的面向下凹陷的凹入部。作為凹入部的形狀，可以舉出楔形之類(lèi)的矩形等。
如果端面傾斜或具有凹入部，則由于固形物與抽吸管頂端之間形成適度的間隙，因此可以將抽吸管頂端部分的氣流有效地用于固形物的抽取，可以經(jīng)常保持穩(wěn)定的氣流，其結(jié)果，固形物的抽取速度提高。
抽吸管頂端的外圍可以設(shè)置凸部。該凸部對(duì)于維持抽吸管外壁與反應(yīng)管內(nèi)壁之間的一定間隔是有效的。另外還具有提高抽吸管的剛性和耐變形性的作用。作為凸部的配置形狀，如果在抽吸管的圓周方向上斷續(xù)地配置，則對(duì)通過(guò)抽吸管與反應(yīng)管之間間隙的氣流的阻礙少。也可以將凸部螺旋狀地配置。
抽吸管頂端也可以連接一個(gè)材料與后方部分不同的、由不銹鋼或碳鋼等金屬或樹(shù)脂等制成的接頭來(lái)使用。例如，當(dāng)固形物比抽吸管的內(nèi)徑還要大時(shí)，或是當(dāng)固形物牢固地附著在反應(yīng)管內(nèi)壁上時(shí)，如果使用聚乙烯等比較軟的材質(zhì)制成的抽吸管，則難以抽取，而如果在抽吸管的頂端安裝一個(gè)用金屬等硬材質(zhì)加工成的接頭，則由于可以邊用連接器的頂端弄碎固形物邊取出，因此可以獲得抽取效率提高的效果。
抽取工序中，由于固形物在抽吸管內(nèi)與氣流一起高速地移動(dòng)，根據(jù)所使用的抽吸管以及其上附屬的配管和排氣抽吸裝置的材質(zhì)，有時(shí)也會(huì)造成摩擦帶電的現(xiàn)象。由于被抽取的固形物所產(chǎn)生的靜電也有起火或爆炸的危險(xiǎn)，因此，為了安全起見(jiàn)，優(yōu)選在適宜的地方接地線(xiàn)。
應(yīng)予說(shuō)明，在吸出的固形物很脆并顯著發(fā)生粉塵的場(chǎng)合下，或者當(dāng)催化劑或催化劑上附著的物質(zhì)與氧接觸有自然起火的危險(xiǎn)時(shí)，可以在實(shí)施取出作業(yè)之前用水或混合各種添加物的礦物油、表面活性物質(zhì)等藥劑對(duì)固形物進(jìn)行濕潤(rùn)處理。具體地，可以采用特開(kāi)昭50-140369號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭59-73038號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的技術(shù)。另外，也可以在反應(yīng)器內(nèi)敷設(shè)非透氣性的板材。具體地，可以采用特開(kāi)昭61-35842號(hào)公報(bào)中公司的技術(shù)。
如果使用直接或間接地連接到排氣抽吸裝置上的抽取用抽吸管，從反應(yīng)管的任一開(kāi)口部插入抽吸管的頂端，將固形物與氣流一起抽吸，那么，作業(yè)場(chǎng)所就不會(huì)有粉塵的發(fā)生，可以在極好的作業(yè)環(huán)境下進(jìn)行取出作業(yè)。另外，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定抽取用抽吸管的材質(zhì)、外徑和頂端形狀等，可提高抽取作業(yè)的效率，也可以縮短固形物的抽取時(shí)間。
進(jìn)一步地，在從反應(yīng)管上端開(kāi)口部抽取固形物的場(chǎng)合下，通過(guò)將抽吸管的頂端從反應(yīng)管開(kāi)口部插入到所希望的位置，可以有選擇地只取出反應(yīng)管內(nèi)不需要的固形物，所取出的催化劑的分離·回收也變得很容易。
例如，對(duì)于特開(kāi)平11-130722號(hào)公報(bào)中所記載在反應(yīng)管管軸方向上分割成的若干個(gè)反應(yīng)段中分別填充種類(lèi)不同的催化劑和惰性物質(zhì)來(lái)進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)器，可以只取出上部反應(yīng)段中填充的催化劑。具體地說(shuō)，以往的方法是從反應(yīng)管的下部取出，因此那些不必取出的在下部反應(yīng)段中填充的催化劑也必須取出，而如果采用本發(fā)明的抽取方法，只要將抽吸管的頂端插入到反應(yīng)管的所希望的位置，就可以有選擇地只取出反應(yīng)管上部反應(yīng)段中填充的催化劑。
本發(fā)明的抽取方法不但可以在更換催化劑等填充物時(shí)用于從多管式反應(yīng)器中取出劣化了的催化劑等固形物，而且也可以在多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管中填充新催化劑或惰性物質(zhì)時(shí)用于調(diào)整填充物的填充量。
在使用多管式反應(yīng)器實(shí)施接觸反應(yīng)的工業(yè)化生產(chǎn)中，將催化劑和惰性物質(zhì)填充到反應(yīng)管中的場(chǎng)合下，填充到各反應(yīng)管中的催化劑等的填充量(填充層高)以及填充所造成的各反應(yīng)管的壓力降，理想上優(yōu)選為均勻的，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員的共識(shí)。
在反應(yīng)管中填充催化劑等時(shí)，如果預(yù)先準(zhǔn)確地測(cè)量催化劑等的質(zhì)量或體積，則填充后各反應(yīng)管內(nèi)的催化劑等的填充層高以及壓力降就應(yīng)該為一定。但實(shí)際上，催化劑等的形狀和粒徑等多少有些差異，而且填充時(shí)催化劑等的填充速度也未必一定，由于這些理由，各反應(yīng)管中的填充層高和壓力降就會(huì)發(fā)生偏離。
象這樣，在反應(yīng)管根數(shù)達(dá)到數(shù)百乃至數(shù)萬(wàn)根的多管式反應(yīng)器中，就必須非常努力地使在全部反應(yīng)管中的催化劑等固形物的填充層高和壓力降一致。
因此，在現(xiàn)實(shí)中，根據(jù)催化劑性能和反應(yīng)器的能力，將這些填充層高和壓力降調(diào)整到預(yù)先確定好的基準(zhǔn)值范圍內(nèi)。此時(shí)，對(duì)于填充后偏離基準(zhǔn)值、催化劑填充層高度增高或是壓力降增大的反應(yīng)管，要進(jìn)行取出填充物并再度填充的返工作業(yè)。
如果此時(shí)利用作為抽取一部分已填充的催化劑的方法的本發(fā)明的抽取方法，就沒(méi)有必要將已填充的催化劑全部取出，可以高效率地實(shí)施調(diào)整填充層高度和壓力降的作業(yè)。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1為示出抽吸管頂端的傾斜角度與固形物抽吸速度之關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖2為表示本發(fā)明實(shí)施方案的整體構(gòu)成圖。
圖3為示出從反應(yīng)管中抽取固形物之工序的簡(jiǎn)略截面圖。
圖4為示出抽吸嘴結(jié)構(gòu)例的斜視圖。
圖5為說(shuō)明抽取量調(diào)整方法的模式截面6為示出只吸出特定層固形物的方法的模式截面圖符號(hào)說(shuō)明10 反應(yīng)管12、14 出入口20 反應(yīng)管30 抽吸管32 配管34 凹入部36 凸部40 固形物捕集裝置70 排氣泵90 固形物發(fā)明的實(shí)施方式以下詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
如圖2所示，多管式反應(yīng)器10裝備有垂直方向上豎立設(shè)置的多個(gè)反應(yīng)管20。反應(yīng)器10的上下端設(shè)置有反應(yīng)流體的出入口12、14。
反應(yīng)器10的出入口12、14與反應(yīng)流體的供給設(shè)備或上一道工序的處理設(shè)備、下一道工序的處理設(shè)備等用配管連接(圖示省略)。另外，反應(yīng)器10中還可以安裝能夠加熱或冷卻反應(yīng)流體的溫度調(diào)整裝置和監(jiān)視反應(yīng)進(jìn)行的傳感器裝置等的與通常反應(yīng)器10同樣的機(jī)構(gòu)設(shè)備。
如圖3所示，反應(yīng)管20中填充著作為固形物的粒塊狀催化劑90，流經(jīng)反應(yīng)管20的反應(yīng)流體與催化劑90接觸而受到催化作用并發(fā)生所規(guī)定的反應(yīng)，然后從反應(yīng)器10排出。
當(dāng)反應(yīng)器10持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，催化劑90的物性發(fā)生變化或是催化劑90的表面上附著副產(chǎn)物，從而使催化劑90的功能降低時(shí)，就要從反應(yīng)管20中取出催化劑90，再填充新的催化劑90。
從反應(yīng)器10排出反應(yīng)流體，或是洗凈反應(yīng)器10的內(nèi)部之后，進(jìn)行從反應(yīng)管20的內(nèi)部抽取催化劑90的作業(yè)。
如圖2所示，操作工M進(jìn)入反應(yīng)管20的上端開(kāi)口并列設(shè)置的作業(yè)床上，將抽吸管30的頂端置于反應(yīng)管20的上端，將抽吸管30逐漸插入到反應(yīng)管20中。
抽吸管30從反應(yīng)器10的出入口12通過(guò)在反應(yīng)器10任意場(chǎng)所設(shè)置的檢修孔延伸到外部，經(jīng)配管32連接到反應(yīng)器10外部設(shè)置的固形物捕集裝置40上。固形物捕集裝置40將固形物催化劑90從氣流中單獨(dú)分離出來(lái)。
固形物捕集裝置40進(jìn)一步通過(guò)配管32連接到袋濾器50、冷卻器60、排氣泵70和消音器80上。排氣泵70是用電機(jī)等驅(qū)動(dòng)的真空泵，將配管32內(nèi)的空氣強(qiáng)制排氣，使其產(chǎn)生氣流。利用抽吸管30進(jìn)行固形物的取出、利用固形物捕集裝置40進(jìn)行從氣流中分離回收固形物的這種基本功能，只用排氣泵70也可以達(dá)成。但是，通過(guò)設(shè)置袋濾器50、冷卻器60和消音器80，可以有效地防止環(huán)境污染并且改善作業(yè)環(huán)境。具體地說(shuō)，袋濾器50可以從空氣流中捕捉并回收那些用固形物捕集裝置40捕集不到的微小粉塵。冷卻器60可以冷卻配管32內(nèi)的空氣，防止放出過(guò)熱的排氣。配管32內(nèi)的氣流假如不是那么高的溫度，即使沒(méi)有冷卻器60也無(wú)妨。消音器80可以減輕配管32內(nèi)的氣流所產(chǎn)生的噪音。
由固形物捕集裝置40從氣流中分離回收的固形物90，可采用通常的手段廢棄或是將有用的資源回收或進(jìn)行再利用。例如，固形物90為催化劑的場(chǎng)合下，可以將其送去進(jìn)行分離回收所含金屬類(lèi)的處理。
圖2中，將通過(guò)配管32連接到固形物捕集裝置40上的抽吸管30的一端插入反應(yīng)器10的內(nèi)部，將抽吸管30的頂端置于反應(yīng)管20的上端。
如圖3所詳示，由抽吸管30的頂端吸入空氣。一旦將抽吸管30的頂端置于反應(yīng)管20的內(nèi)部填充的固形物90之上，則固形物90被抽吸管30吸入的空氣氣流吸住，也被吸入抽吸管30中。被吸入抽吸管30中的固形物90經(jīng)過(guò)上述配管32被送入固形物捕集裝置40中，與氣流分離并被回收。
一旦在抽吸管30的頂端吸入固形物90，則由于單在被吸入的固形物90的部分反應(yīng)管20內(nèi)固形物90的上端與抽吸管30頂端之間的距離拉開(kāi)，因此就要使抽吸管30的頂端靠近固形物90的上端地將其一直插入反應(yīng)管20中。
如果繼續(xù)進(jìn)行該動(dòng)作，就可以抽取出在反應(yīng)管20全部長(zhǎng)度范圍內(nèi)填充的固形物90。而且，如果在將抽吸管30插入反應(yīng)管20中間的狀態(tài)下停止插入，則比處于該位置的抽吸管30的頂端位置稍微靠下的周形物90被抽取出來(lái)，而其再以下位置的固形物90就會(huì)以被填充時(shí)的狀態(tài)留下來(lái)。此時(shí)，如果調(diào)節(jié)抽吸管30頂端的插入深度，就能夠任意調(diào)整反應(yīng)管20中留下來(lái)的固形物90的填充層高。
應(yīng)予說(shuō)明，抽吸管30的外徑的設(shè)定，應(yīng)使反應(yīng)管20的內(nèi)壁與抽吸管30的外壁之間空出一定間隙，以便使反應(yīng)管20外的空氣有效地補(bǔ)充到抽吸管30的頂端部分。
圖4示出抽吸管頂端結(jié)構(gòu)不同的幾種具體實(shí)例。
圖4(a)中，抽吸管30的頂端端面為在與管軸方向垂直相交的水平面被切斷的圓形端面。
圖4(b)中，抽吸管30的頂端端面為對(duì)于與管軸方向垂直相交的水平面以?xún)A斜角度θ傾斜的橢圓形端面。與圖4(a)相比，這種頂端的實(shí)際開(kāi)口面積增大，而且固形物90與抽吸管30的頂端形成適度的間隙，這樣就可以容易地將固形物90與氣流一起吸入。與抽吸管30頂端接觸的固形物90一邊傾斜地移動(dòng)一邊被吸入抽吸管30中，這樣可以防止固形物90與端面接觸而堵住開(kāi)口。
圖4(c)中，在抽吸管30頂端的直徑方向上相對(duì)的2個(gè)位置設(shè)置頂端開(kāi)口而呈U形的凹入部34。與上述圖4(b)的結(jié)構(gòu)相同，頂端的實(shí)際開(kāi)口面積增大，固形物90與抽吸管30的頂端之間形成適度的間隙。通過(guò)設(shè)置多個(gè)凹入部34，即使一個(gè)凹入部34被固形物90暫時(shí)堵住，也可以從其他凹入部34吸入氣流和固形物90。而且，堵住凹入部34的固形物90受到通過(guò)其他凹入部34的氣流和固形物90的力的作用而發(fā)生移動(dòng)，從而被吸入抽吸管30中，因此也可以產(chǎn)生解除固形物90堵塞的作用。
圖4(d)中，在圓周方向上并列地設(shè)置形成三角形楔狀的凹入部34。通過(guò)設(shè)置多個(gè)凹入部34，可以在圓周方向上均等地發(fā)揮高效率的吸入作用。也可以用凹入部34之間的尖銳的頂端搗碎反應(yīng)管20內(nèi)部固著的固形物90而容易地將其吸入。
圖4(e)中，在圓周方向上并列地設(shè)置細(xì)長(zhǎng)矩形的凹入部34。即使抽吸管30的頂端面被固形物90的團(tuán)塊堵住，也可以確保外側(cè)面具有足夠大的開(kāi)口。該場(chǎng)合下，如果將凹入部34的寬度設(shè)定為大于固形物90的粒徑的程度，就可以容易地從凹入部34吸入固形物90。
圖4(f)中，在抽吸管30的外周面上設(shè)置一定長(zhǎng)度的螺旋狀凸部36。凸部36的外周端面與反應(yīng)管20的內(nèi)壁相接觸，這樣可以在反應(yīng)管20與抽吸管30之間確實(shí)地設(shè)置氣流通過(guò)的間隙，從而可以有效地向抽吸管的頂端補(bǔ)充空氣。即使將凸部36在抽吸管30的整個(gè)外周上配置，只要是螺旋狀的凸部36，空氣就可以沿螺旋流通，因此不會(huì)產(chǎn)生氣流被凸部36遮斷的問(wèn)題。

圖5示出利用抽吸管30來(lái)調(diào)整反應(yīng)管20中填充的固形物90的填充層高(量)的方法。
(a)表示反應(yīng)管20a中固形物90以合適的量填充的狀態(tài)。<MID>線(xiàn)表示合適的填充量的高度位置。<MAX>線(xiàn)到<MIN>線(xiàn)之間為填充層高的容許范圍。
(b)示出固形物90在填充后填充層高過(guò)高的狀況。固形物90的填充層高超過(guò)<MAX>線(xiàn)。
因此，如(c)所示，從反應(yīng)管20b的上端插入抽吸管30，從抽吸管30的頂端抽取固形物90。如(d)所示，如果將抽吸管30的頂端插入<MAX>線(xiàn)以下、而不低于<MIN>線(xiàn)、盡可能接近<MID>線(xiàn)的位置，就會(huì)將反應(yīng)管20b內(nèi)殘留的固形物90的上端位置確實(shí)地設(shè)定為以<MID>線(xiàn)為中心、在<MAX>線(xiàn)與<MIN>線(xiàn)之間的位置。
應(yīng)予說(shuō)明，如果預(yù)先測(cè)定或計(jì)算出從<MAX>線(xiàn)、<MID>線(xiàn)、<MIN>線(xiàn)到反應(yīng)管20b上端的距離，只要按照該距離調(diào)整抽吸管30相對(duì)于反應(yīng)管20b的插入量即可。如果在抽吸管30的外周表示出與<MAX>、<MID>、<MIN>相對(duì)應(yīng)的指示線(xiàn)，那么就可以容易地以該指示線(xiàn)為準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。如果在抽吸管30的外周與<MID>相對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)置一個(gè)突起狀的擋塊，從反應(yīng)管20b的上端開(kāi)口將抽吸管30插入至檔塊卡住那個(gè)位置，就可以簡(jiǎn)單且確實(shí)地設(shè)定抽吸管30的插入深度。
另外，關(guān)于將固形物90填充到反應(yīng)管中之后的壓力降，也存在一個(gè)容許范圍。對(duì)于填充固形物90之后壓力降比上限值還要高的反應(yīng)管20，只要將上述的填充層高的下限值即<MIN>線(xiàn)作為下限，用抽吸管吸出固形物90來(lái)調(diào)整壓力降，以使其處于基準(zhǔn)值范圍內(nèi)即可。
圖6所示的實(shí)施方案為只從反應(yīng)管20中取出特定層的固形物90的方法。
反應(yīng)管20中，按照從下往上的順序填充著催化劑90c、隔離用惰性物質(zhì)90b和催化劑90a。催化劑90c從反應(yīng)管20的下端填充至高度C，在其上以高度B填充惰性物質(zhì)90b，再在其上以高度A填充催化劑90a。這種填充結(jié)構(gòu)適用于順次地接觸反應(yīng)流體、并分別用催化劑90a和90c連續(xù)地進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)方法。惰性物質(zhì)90b是由各種金屬或陶瓷或者樹(shù)脂制成的，形成環(huán)狀或球狀等形狀，具有確實(shí)地隔離催化劑90a和90c、同時(shí)加熱或冷卻反應(yīng)流體的作用。
進(jìn)行從這種反應(yīng)管20中只抽取活性降低的催化劑90a的作業(yè)。
將抽吸管30置于反應(yīng)管20的上端，進(jìn)行抽吸。在反應(yīng)管20上部填充的催化劑90a與空氣一起被吸入抽吸管30內(nèi)而被吸出。如果將抽吸管30的頂端插入至比反應(yīng)管20的深度A稍微靠上的位置，則催化劑90a就會(huì)被全部取出，同時(shí)，惰性物質(zhì)90b和催化劑90c會(huì)原封不動(dòng)地留在反應(yīng)管20內(nèi)。
然后，如果在反應(yīng)管20中填充新的催化劑90a或者經(jīng)過(guò)再生處理的催化劑90a，就可以重新開(kāi)始所希望的反應(yīng)處理。
在上述的催化劑90a的吸出工序之后，如果要留下催化劑90c而只取出惰性物質(zhì)90b，則可以進(jìn)行惰性物質(zhì)90b的更換。該場(chǎng)合下，如果在催化劑90a的吸出完成后，從固形物捕集裝置40中回收催化劑90a并將其取出，在下一階段中就可以用固形物捕集裝置40回收惰性物質(zhì)90b。
進(jìn)一步地，在取出催化劑90c時(shí)，如果在取出被固形物捕集裝置40回收的惰性物質(zhì)90b之后進(jìn)行催化劑90c的吸出，則可以用固形物捕集裝置40回收催化劑90c。
采用該方法，可以分門(mén)別類(lèi)地回收種類(lèi)不同的固形物90a、90b和90c。
實(shí)施例以下，舉出作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的從多管式熱交換型反應(yīng)器中吸出用于氧化反應(yīng)的催化劑等固形物的例子來(lái)具體地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，但本發(fā)明不受該實(shí)施例的限定。
應(yīng)予說(shuō)明，本實(shí)施例中的平均吸出所需要的時(shí)間和粉塵發(fā)生量分別定義如下。
平均吸出所需要的時(shí)間從1根反應(yīng)管中吸出全部固形物所需要的平均時(shí)間(秒)
粉塵量從100根反應(yīng)管中吸出全部固形物后，操作工穿戴的防塵面罩上附著的粉塵量(mg)粉塵量＝(100根反應(yīng)管抽取作業(yè)結(jié)束后防塵面罩的干燥重量)-(作業(yè)前防塵面罩的干燥重量)
將上述反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行8000小時(shí)后，冷卻反應(yīng)管，進(jìn)行以下的抽取作業(yè)。(抽取作業(yè))將外徑21mm、內(nèi)徑18mm的聚乙烯管制成的抽吸管的一端通過(guò)固形物捕集裝置連接到排氣抽吸裝置上，該排氣抽吸裝置與吸氣量為3.0m3/min、真空度可達(dá)19600Pa的排氣泵相連接。將插入反應(yīng)管那一側(cè)的抽吸管頂端加工成圖4(a)所示的水平端面形狀。
將抽取用的抽吸管從反應(yīng)管上部開(kāi)口部向反應(yīng)管下部緩慢插入，將反應(yīng)管內(nèi)部填充的全部催化劑與空氣一起吸出。對(duì)合計(jì)100根反應(yīng)管實(shí)施該取出作業(yè)。
平均吸出所需要的時(shí)間為22秒。粉塵量為91mg。比較例1實(shí)施例1中，除了進(jìn)行以下的取出作業(yè)以外，與實(shí)施例1同樣地對(duì)100根反應(yīng)管進(jìn)行抽取作業(yè)。(取出作業(yè))準(zhǔn)備4mm×2mm見(jiàn)方、4500mm長(zhǎng)的鋼琴絲。將該鋼琴絲的一端插入反應(yīng)管下部開(kāi)口部，一邊向反應(yīng)管上部振搗一邊使反應(yīng)管內(nèi)的全部催化劑等固形物緩慢落下而將其取出。
在實(shí)施取出作業(yè)的過(guò)程中，粉塵的發(fā)生非常多，而且為了不使粉塵落到身體上，操作工不僅要戴防塵面罩，而且還要戴棉制頭巾、防塵服、安全帽、護(hù)目鏡和手套進(jìn)行該作業(yè)。
平均取出所需要的時(shí)間為40秒，粉塵量為1594mg。
平均抽取所需要的時(shí)間為30秒，粉塵量為87mg。
平均抽取所需要的時(shí)間為28秒，粉塵量為87mg。
平均抽取所需要的時(shí)間為42秒，粉塵量為80mg。
平均抽取所需要的時(shí)間為40秒，粉塵量為77mg。
平均抽取所需要的時(shí)間為33秒，粉塵量為85mg。
平均抽取所需要的時(shí)間為58秒，粉塵量為93mg。
平均吸出所需要的時(shí)間為18秒，粉塵量為90mg。
平均吸出所需要的時(shí)間為25秒，粉塵量為84mg。
平均吸出所需要的時(shí)間為44秒，粉塵量為80mg。
平均吸出所需要的時(shí)間為18秒，粉塵量為83mg。
上述反應(yīng)持續(xù)8000小時(shí)后，冷卻反應(yīng)管，進(jìn)行以下的抽取作業(yè)。(抽取作業(yè))使用與實(shí)施例8相同的抽吸裝置以及抽取用抽吸管，將抽吸管的頂端從反應(yīng)管上部開(kāi)口部向反應(yīng)管下部插入2500mm，只吸出后段催化劑。從抽吸裝置與抽吸管之間設(shè)置的固形物捕集裝置中取出后段催化劑時(shí)，后段催化劑中僅混入約0.1wt％的拉西環(huán)，可以只選擇回收后段催化劑。接著，將抽吸管的頂端從反應(yīng)管上部開(kāi)口部插入3200mm，只取出拉西環(huán)。從固形物捕集裝置中取出拉西環(huán)時(shí)，拉西環(huán)中僅混入約0.2wt％的前段催化劑。
象這樣，如果采用本發(fā)明的方法，由于可以不取出前段催化劑，而只取出后段催化劑，進(jìn)一步地，可以選擇地大致上完全吸出各反應(yīng)段中填充的催化劑等填充物，因此從反應(yīng)管中吸出的催化劑等的分離、回收以及再利用變得很容易。
因此，使用實(shí)施例8的抽吸管和抽吸裝置，將抽吸管的頂端從反應(yīng)管上部開(kāi)口部插入至2500mm的位置，吸出已填充的拉西環(huán)的上部120mm部分，使拉西環(huán)的填充層高為700mm。
與該方法相比，比較例1那樣的以往方法中，必須也要將已填充的前端催化劑取出，再次進(jìn)行填充，作業(yè)效率非常差。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)取出反應(yīng)器內(nèi)的固形物時(shí)，可以達(dá)到以下的效果。
(a)可以在粉塵的發(fā)生少、安全且衛(wèi)生的作業(yè)環(huán)境中實(shí)施抽取作業(yè)。
(b)抽取作業(yè)所花費(fèi)的時(shí)間縮短。
而且，在從反應(yīng)管的上部開(kāi)口部吸出的場(chǎng)合下，(c)可以將反應(yīng)管中任意位置的固形物吸出。
(d)吸出的催化劑等的分離、回收和再利用容易。
因此，本發(fā)明的方法作為管式反應(yīng)器內(nèi)的固形物的取出方法是極為有效的方法。
權(quán)利要求
1.一種從多管式反應(yīng)器中吸出固形物的方法，該方法是多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)所填充的固形物的取出方法，其中包括從上述反應(yīng)管的端部插入與排氣抽吸裝置相連接的抽吸管的工序(a)，以及由上述抽吸管的頂端同時(shí)抽吸空氣和上述反應(yīng)管內(nèi)的固形物，從而從反應(yīng)管中吸出固形物的工序(b)。
2.權(quán)利要求1中所述的從多管式反應(yīng)器中吸出固形物的方法，其中，在上述工序(b)之后，還包括將用上述抽吸管吸出的固形物與氣流分離并將其回收的工序(c)。
3.權(quán)利要求1或2中所述的從多管式反應(yīng)器中吸出固形物的方法，其中，上述工序(a)中，從上述反應(yīng)管的上端插入上述抽吸管。
全文摘要
一種安全且衛(wèi)生地高效率地取出多管式反應(yīng)器內(nèi)的固形物的方法。該方法是吸出多管式反應(yīng)器10的反應(yīng)管20中填充的固形物90的方法,其中包括從反應(yīng)管20的端部插入與排氣抽吸裝置70相連接的抽吸管30的工序(a),以及由抽吸管30的頂端同時(shí)抽吸空氣和反應(yīng)管20內(nèi)的固形物90,從而從反應(yīng)管20中吸出固形物90的工序(b)。
文檔編號(hào)B01J8/06GK1376535SQ02102100
公開(kāi)日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月25日
發(fā)明者柚木弘己 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本觸媒