DE102016007724A1

DE102016007724A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Anbringen eines Messfühlers innerhalb einer Schüttung sowie Rohrreaktor mit einer Schüttung

Info

Publication number: DE102016007724A1
Application number: DE102016007724.7A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Dittmar; Stefan Hoffmann; Wibke Korn; Christian Thaller; Peter Richter
Original assignee: Rohrer Richter Tech GmbH; Rohrer Richter Technology GmbH; Linde GmbH
Current assignee: Rohrer Richter Tech GmbH; Rohrer Richter Technology GmbH; Linde GmbH
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen eines Messfühlers (I) innerhalb einer Schüttung (D), die mit Hilfe einer zumindest ein Dämpfungselement (N) aufweisenden Befülleinrichtung (M) in ein erstes Rohr (A) mit senkrechter Längsachse eingebracht wird, wobei die die Schüttung (D) bildenden Partikel (L) von oben in das erste Rohr (A) eingefüllt und das Dämpfungselement (N) in dem Maße nach oben gezogen wird, wie sich das erste Rohr (A) füllt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Reaktor (R) mit einer Schüttung (D) und einem darin erfindungsgemäß angebrachten Messfühler (I) sowie eine Befülleinrichtung (M), die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar ist. Kennzeichnend ist ein parallel zur Längsachse des ersten (A) Rohres fixiertes zweites Rohr (B), innerhalb dessen der Messfühler (I) im Bereich der Schüttung (D) platziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen eines Messfühlers innerhalb einer Schüttung, die mit Hilfe einer zumindest ein Dämpfungselement aufweisenden Befülleinrichtung in ein erstes Rohr mit senkrechter Längsachse eingebracht wird, wobei die die Schüttung bildenden Partikel von oben in das erste Rohr eingefüllt und das Dämpfungselement in dem Maße nach oben gezogen wird, wie sich das erste Rohr füllt.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Reaktor mit einer Schüttung und einem darin erfindungsgemäß angebrachten Messfühler sowie eine Befülleinrichtung, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar ist.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der Patentschrift US9056295 bekannt, in der vorgeschlagen wird, einen Messfühler gleichzeitig mit einer Katalysatorschüttung in einen Rohrreaktor einzubringen. Hierzu wird der Messfühler durch eine am unteren Ende der Befülleinrichtung angeordnete Führungseinrichtung in eine Position gebracht, in der es durch die von oben zugeführten und über Dämpfungselemente, die für die Partikel durchlässig sind und deren Fall abbremsen, gleichmäßig über den Rohrquerschnitt verteilten Katalysatorpartikel gehalten wird.
Der hieraus resultierende direkte Kontakt zwischen dem Messfühler und der Katalysatorschüttung erhöht die Wahrscheinlichkeit für einen Fühlerbruch, was umso schwerwiegender ist, als ein Austausch des Fühlers nur nach vollständiger Entfernung des Katalysatormaterials aus dem Rohrreaktor möglich ist. Wird der Reaktor beispielsweise in einem Dampfreformer zur Synthesegaserzeugung eingesetzt, kann ein Fühleraustausch nur nach einer Abschaltung der gesamten Anlage durchgeführt werden, wodurch ein beträchtlicher Produktionsausfall und entsprechende wirtschaftliche Einbußen entstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit deren Hilfe die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass parallel zu seiner Längsachse in dem ersten Rohr ein zweites Rohr fixiert, die Schüttung in den Raum zwischen den beiden Rohren eingebracht und der Messfühler in dem zumindest einseitig aus der eingebrachten Schüttung herausragenden zweiten Rohr im Bereich der Schüttung platziert wird.
Durch das innerhalb des ersten Rohres fixierte zweite Rohr wird der Messfühler vor einem direkten Kontakt mit der Schüttung bewahrt und so effektiv gegen Beschädigungen geschützt. Da das zweite Rohr aus der eingebrachten Schüttung herausragt, ist es auf einfache Weise möglich, den Messfühler aus der Schüttung zu entfernen und beispielsweise durch einen neuen zu ersetzen, ohne dass eine Entfernung der Schüttung erforderlich ist.
Vorteilhaft wird das zweite Rohr so angeordnet, dass es zumindest mit dem Ende, über das der Messfühler eingebracht wird, über das erste Rohr hinausragt. In dieser Konfiguration bleibt der Messfühler auch dann noch frei zugänglich, wenn das erste Rohr nach dem Einbringen der Schüttung verschlossen wird. Da es nicht erforderlich ist, das erste Rohr zu öffnen, kann der Messfühler auch während einer laufenden Verwendung der Vorrichtung – etwa als Reformierungsreaktor – ausgebaut und beispielsweise nach einer Neukalibrierung oder Reparatur wieder in der Schüttung platziert werden.
Der Messfühler, bei dem es sich beispielsweise um ein Thermoelement handelt, wird vorzugsweise über das obere Ende in das zweite Rohr eingebracht. Ein Einbringen des Messfühlers in das zweite Rohr über das untere Ende soll jedoch nicht ausgeschlossen sein.
Messfühler sind häufig fest mit Leitungen verbunden, über die Messsignale beispielsweise zu einem in einiger Entfernung zu dem zu befüllenden ersten Rohr angeordneten Anzeigegerät übermittelt werden können. Um zu vermeiden, dass diese Leitungen bei der Einbringung der Schüttung stören und die Funktionsfähigkeit der Befülleinrichtung beeinträchtigen, wird vorgeschlagen, den Messfühler erst nach erfolgter Einbringung der Schüttung innerhalb des zweiten Rohres zu platzieren. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die mit dem Messfühler verbundenen Leitungen nach oben aus dem zweiten Rohr herausgeführt werden müssen.
Um unterschiedliche thermische Ausdehnungen des ersten und zweiten Rohres kompensieren und den Aufbau von Spannungen minimieren zu können, wird zweckmäßigerweise das zweite in dem ersten Rohr in einem Loslager gehalten, das sich bevorzugt am unteren Ende des zweiten Rohres befindet, wobei das Loslager Relativbewegungen der beiden Rohre zwar in Längs-, jedoch nicht in Querrichtung erlaubt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht zuletzt dazu verwendet werden, um einen Messfühler in der Katalysatorschüttung eines Reformerrohres anzubringen, wie es nach dem Stand der Technik zur Erzeugung von Synthesegas in einem Dampfreformer eingesetzt wird. Reformerrohre weisen gewöhnlich ein gasdurchlässiges, als Katalysatorsieb oder Katalysatorstuhl bezeichnetes Element auf, durch das die Katalysatorschüttung nach unten begrenzt und festgehalten wird. Vorzugsweise wird das zweite Rohr mit seinem unteren Ende auf dem Katalysatorsieb abgestützt, das hierfür mit einem Loslager verbunden oder selbst als Loslager ausgeführt ist.
Die freie Beweglichkeit des zweiten Rohres kann durch die zwischen ihm und der Katalysatorschüttung auftretende Reibungskraft behindert werden. Die insbesondere im Betrieb von Reformerrohren auftretende Verdichtung der Katalysatorschüttung bewirkt einen deutlichen Anstieg der Reibungskraft, was zu Deformationen und Beschädigungen besonders auch des Messfühlers führen kann. Zur Vermeidung derartiger Beschädigungen wird vorgeschlagen, nach seiner Fixierung im ersten über das zweite ein drittes Rohr zu schieben, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten und dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des zweiten Rohres ist. Vorzugsweise ist das dritte Rohr mit anderen Bauelementen nicht fest verbunden, so dass es in Längsrichtung des zweiten Rohres frei beweglich ist.
Der Raum zwischen dem zweiten und dem dritten Rohr, der von Schüttgutpartikeln freigehalten wird, ist so bemessen, dass ein Einklemmen des zweiten Rohres auch bei einer Verdichtung der Schüttung sicher vermieden und seine freie Beweglichkeit stets gewährleistet ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Reaktor mit einer in einem ersten Rohr mit senkrechter Längsachse angeordneten Schüttung sowie einem innerhalb der Schüttung angebrachten Messfühler.
Von Seiten des Reaktors wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass parallel zu dessen Längsachse in dem ersten ein zweites Rohr fixiert, die Schüttung in den Raum zwischen den beiden Rohren angeordnet und der Messfühler in dem zumindest einseitig aus der Schüttung herausragenden zweiten Rohr im Bereich der Schüttung demontierbar platziert ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors sieht vor, dass das zweite Rohr zumindest einseitig aus dem ersten Rohr herausragt.
Zur Kompensation unterschiedlicher, im Reaktorbetrieb auftretender thermischer Ausdehnungen ist das zweite Rohr bevorzugt innerhalb des ersten Rohres durch ein Loslager gehalten, das Relativbewegungen der beiden Rohre parallel, jedoch nicht quer zu ihren Längsachsen zulässt. Weist der erfindungsgemäße Reaktor ein sog. Katalysatorsieb zur Unterstützung und der Begrenzung der Schüttung nach unten auf, kann das Katalysatorsieb selbst als Loslager ausgeführt oder mit einem Loslager zum Halten des zweiten Rohres verbunden sein. Im einfachsten Fall ist das Loslager eine vorzugsweise zentral im Katalysatorsieb angebrachte Durchgangsbohrung, durch die das zweite Rohr mit ausreichend großem Spiel verläuft.
Bevorzugt ist das erste Rohr an seinem oberen Ende mit einem Verschluss versehen, in dem das zweite Rohr gelagert ist. Weiter bevorzugt ist das zweite Rohr an seinem oberen Ende offen, so dass der Messfühler über das obere Ende in das zweite Rohr eingeführt und auch wieder aus dem zweiten Rohr entnommen werden kann. In diesem Fall ist das zweite Rohr sinnvollerweise im Verschluss fest gelagert und über diesen nach außen geführt, was den Aus- und Einbau des Messfühlers auch während des Reaktorbetriebs erlaubt.
Um insbesondere den im zweiten Rohr angeordneten Messfühler vor Beschädigungen aufgrund einer im Betrieb auftretenden Verdichtung der Schüttung zu schützen, sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Reaktors ein im Wesentlichen konzentrisch zu dem zweiten angeordnetes drittes Rohr vor, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten und dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des zweiten Rohres ist, wobei das dritte, die Schüttung überragende Rohr sich vollständig innerhalb des ersten Rohres befindet. Vorzugsweise ist das dritte Rohr mit anderen Bauelementen des Reaktors nicht fest verbunden, so dass es sich in Längsrichtung des zweiten Rohres frei bewegen kann.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet. Vorzugsweise ist er jedoch als Reformierungsreaktor ausgeführt, dessen Schüttung einen Katalysator zur Unterstützung einer Reformierungsreaktion umfasst.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Befülleinrichtung zur Einbringung einer Schüttung in ein erstes Rohr, in dem parallel zur senkrechten Längsachse ein zweites Rohr fixiert ist, aufweisend zumindest ein im Wesentlichen quer zu einem Zugelement angeordnetes Dämpfungselement.
Seitens der Befülleinrichtung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Zugelement im Bereich des Dämpfungselements als Schlauch oder Rohr ausgeführt ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten und dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des zweiten Rohres ist.
Falls die Befülleinrichtung zur Einbringung einer Schüttung in einen Rohrreaktor geeignet sein soll, der ein als Schutz über das zweite geschobenes drittes Rohr aufweist, ist das Zugelement im Bereich des Dämpfungselements als Schlauch oder Rohr mit einem Innendurchmesser ausgeführt, der größer als der Außendurchmesser des dritten Rohres ist.
Vorzugsweise wird das Zugelement der Befülleinrichtung durch den Schlauch oder das Rohr gebildet. Möglich ist es aber auch, dass nur ein Ende des Zugelements durch den Schlauch oder das Rohr gebildet wird, während der übrige Teil des Zugelements als Draht oder Schnur ausgeführt ist.
Der als Schlauch ausgeführte Teil des Zugelements kann beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder Gummi bestehen.
Das Dämpfungselement weist vorzugsweise eine Vielzahl von geraden, radial gerichteten Federn auf, wie sie in der EP058999B1 offenbart sind. Andere Ausführungen, wie sie etwa in der EP1749568B1 beschrieben werden, sollen jedoch nicht ausgeschlossen sein
Um das Dämpfungselement während des Einbringens der Schüttung nach oben ziehen zu können, ist das Zugelement in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit einer Zieheinrichtung verbunden, die beispielsweise eine um ihre Achse drehbar gelagerte Rolle oder Spindel aufweist, auf die die flexiblen, als Schlauch, Draht oder Schnur ausgeführten Bereiche der Zugeinrichtung aufgewickelt werden können.
Um zu verhindern, dass Partikel der Schüttung bei der Befüllung des ersten Rohres in den Raum zwischen dem Zugelement und dem zweiten bzw. dritten Rohr gelangen und zu Blockierungen führen, ist der Schlauch oder das Rohr, an dem das Dämpfungselement angeordnet ist, zweckmäßigerweise so lang, dass insbesondere zu Beginn des Einbringens der Schüttung das obere Ende des ersten, bevorzugt auch des zweiten Rohres von dem Schlauch oder dem Rohr überragt wird.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand zweier, in den 1 und 2 schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Reaktor, während in der 2 das Einbringen der Schüttung in den Reaktor mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Befülleinrichtung gezeigt ist.
Der erfindungsgemäße Reaktor R, der beispielsweise zur Durchführung einer Reformierungsreaktion eingesetzt werden kann, weist ein erstes Rohr A mit senkrechter Längsachse auf, in dem ein zweites B und ein drittes Rohr C mit parallelen Längsachsen angeordnet sind. Das dritte Rohr C dient dazu, das zweite Rohr B vor einem direkten Kontakt mit der aus katalytisch aktiven Partikeln gebildeten Schüttung D zu schützen, durch den es beschädigt oder zumindest in seiner Beweglichkeit eingeschränkt werden könnte. Das Katalysatorsieb E, durch das im Betrieb gebildete Produkte nach unten aus dem Reaktor R abgezogen werden können, und das die Schüttung D in Position hält, weist eine zentrale Durchgangsbohrung F auf, in der das unten geschlossene Ende des zweiten Rohres B lose gelagert ist, so dass Relativbewegungen des ersten A und zweiten Rohres B, wie sie etwa durch unterschiedliche thermische Längenänderungen während des Reaktorbetriebs auftreten können, spannungsfrei ausgeglichen werden. Am oberen Ende des ersten Rohres A, in das über den Stutzen G Edukte geleitet werden können, ist ein Verschluss H angeordnet, durch den das zweite Rohr B nach außen geführt und in dem es in einem Festlager P fixiert ist, während das dritte, mit keinen anderen Bauelement des Reaktors fest verbundene Rohr C zwar über die Schüttung D hinausragt, jedoch unterhalb des Verschlusses H endet. Innerhalb des zweiten Rohres B ist im Bereich der Schüttung D ein Messfühler I platziert, der durch die Leitung J mit einem Ausgabegerät (nicht dargestellt) verbunden ist, um beispielsweise eine oder mehrere Temperaturen während des Reaktorbetriebs zu überwachen. Über das obere, offene Ende des zweiten Rohes B kann der Messfühler I jederzeit entfernt und auch wieder eingesetzt werden, ohne dass hierzu der Reaktorbetrieb unterbrochen werden muss.
Die 2 zeigt den Reaktor R während des erfindungsgemäßen Einbringens der Schüttung D, wobei der Verschluss H entfernt und das zweite B sowie das dritte Rohr C bereits innerhalb des ersten Rohres A positioniert sind, mit dem sie den Ringraum K bilden. Die Partikel L der Schüttung D werden über das obere, offene Ende in das erste Rohr A eingefüllt und durch die Befülleinrichtung M gleichmäßig im Ringraum K verteilt. Das in den Reaktor R eintauchende Ende der Befülleinrichtung M weist mehrere für die Partikel L durchlässige Dämpfungselemente N auf, die sich jeweils über den Querschnitt des Ringraums K erstrecken und die sowohl den Fall der Partikel L dämpfen als auch für deren weitgehende Gleichverteilung sorgen. Die Dämpfungselemente N sind an dem Zugelement O befestigt, das zumindest im Bereich der Dämpfungselemente N als Schlauch ausgebildet ist, dessen Innendurchmesser ausreichend groß ist, um die Befülleinrichtung M über das zweite B und das dritte Rohr C stülpen zu können. Während des Befüllens werden die Dämpfungselemente N über das Zugelement O in dem Maß nach oben gezogen, wie die Schüttung D anwächst. Nach dem vollständigen Einbringen der Schüttung D wird die Befülleinrichtung M entfernt, so dass das obere, offene Ende des zweiten Rohres B frei zugänglich ist. Vor oder nach Anbringen des Verschlusses H wird der Messfühler I innerhalb des zweiten Rohres B im Bereich der Schüttung D platziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9056295 [0003]
EP 058999 B1 [0027]
EP 1749568 B1 [0027]

Claims

Verfahren zum Anbringen eines Messfühlers (I) innerhalb einer Schüttung (D), die mit Hilfe einer zumindest ein Dämpfungselement (N) aufweisenden Befülleinrichtung (M) in ein erstes Rohr (A) mit senkrechter Längsachse eingebracht wird, wobei die die Schüttung (D) bildenden Partikel (L) von oben in das erste Rohr (A) eingefüllt und das Dämpfungselement (N) in dem Maße nach oben gezogen wird, wie sich das erste Rohr (A) füllt, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu seiner Längsachse im ersten Rohr (A) ein zweites Rohr (B) fixiert und die Schüttung (D) in den Raum (K) zwischen den beiden Rohren (A, B) eingebracht und der Messfühler (I) in dem zumindest einseitig aus der eingebrachten Schüttung (D) herausragenden zweiten Rohr (B) im Bereich der Schüttung (D) platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite (B) im ersten Rohr (A) in einem Loslager (F) fixiert wird, das Relativbewegungen der beiden Rohre (A, B) parallel, jedoch nicht quer zu ihren Längsachsen zulässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach seiner Fixierung im ersten (A) über das zweite (B) ein drittes Rohr (C) geschoben wird, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten (A) und dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des zweiten Rohres (B) ist, wobei das dritte Rohr (C) zwar die nachfolgend einzubringende Schüttung (D), jedoch nicht das erste Rohr (A) überragt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messfühler (I) ein Temperatursensor im zweiten Rohr (B) platziert wird.
Reaktor (R) mit einer in einem ersten Rohr (A) mit senkrechter Längsachse angeordneten Schüttung (D) sowie einem innerhalb der Schüttung (D) angebrachten Messfühler (I), dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dessen Längsachse im ersten Rohr (A) ein zweites Rohr (B) fixiert und die Schüttung (D) in den Raum (K) zwischen den beiden Rohren (A, B) angeordnet und der Messfühler (I) in dem die Schüttung (D) sowie das erste Rohr (A) überragenden zweiten Rohr (B) im Bereich der Schüttung (D) platziert ist.
Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rohr (B) innerhalb des ersten Rohres (A) in einem Los- (F) und einem Festlager (P) fixiert ist, wobei das Loslager (F) Relativbewegungen der beiden Rohre (A, B) parallel, jedoch nicht quer zu ihren Längsachsen zulässt.
Reaktor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass er ein im Wesentlichen konzentrisch zum zweiten (B) angeordnetes drittes Rohr (C) aufweist, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten (A) und dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des zweiten Rohres (B) ist, wobei das dritte Rohr (C) zwar die Schüttung (D) jedoch nicht das erste Rohr (A) überragt.
Reaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er als Reformierungsreaktor ausgeführt ist und die Schüttung (D) einen Katalysator zur Unterstützung einer Reformierungsreaktion umfasst.
Befülleinrichtung (M) zur Einbringung einer Schüttung (D) in ein erstes Rohr (A), in dem parallel zur senkrechten Längsachse ein zweites Rohr (B) fixiert ist, aufweisend zumindest ein im Wesentlichen quer zu einem Zugelement (O) angeordnetes Dämpfungselement (N), dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (O) im Bereich des oder der Dämpfungselemente (N) als Schlauch oder Rohr ausgeführt ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten (A) und dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des zweiten Rohres (B) ist.
Befülleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (O) ein Schlauch aus Metall, Kunststoff oder Gummi ist.