用来使固体材料从管子松脱和抽出的设备和方法

专利名称：用来使固体材料从管子松脱和抽出的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用来从壳管式反应器的一个或多个反应器管子中有效地松脱(dislodge)和抽出(extmct)至少一部分固体材料、同时将对所述固体材料造成的 损害最小化且留下至少一部分在结构上适于重复使用的固体材料的方法和设 备。本发明还涉及在取出和替换所述固体材料的过程中，对所述管子的状态进 行监控和传达的方法。
背景技术：
存在以下的情况出于各种原因，需要从管状部件中取出固体材料，而且 不能对所述管状部件或固体材料造成破坏。例如，壳管式热交换器被用作进行化学反应过程的反应器容器。这种反应 器在工业化规模下运作的时候，通常具有极大数量的细长空心管(例如 3，000-30，000根)，这些管子通常是互相平行的，共同地被一外壳包围。当用来 进行催化反应的时候，所述各根管子通常包含固体催化材料以及其它固体，例 如惰性材料。所述各根管子与进口和出口流体连通，以供反应物和其它工艺流 体流过所述管子(即流过所述反应器容器的"管程")。在操作过程中，根据需要， 流体可以循环通过所述反应器容器的壳程，对所述管子及其内容物进行加热或冷却。根据所需的反应、整体工艺、以及反应器所处的环境，所述壳管式反应 器可以是垂直取向的(即所述管子垂直取向，反应流体向上或向下流过所述管程) 或者水平取向的(即所述管子水平取向，反应流体水平地流过所述管程)。所述催化剂材料经常是颗粒形式，当使用一种以上催化剂的时候，它们可 具有相同、类似或不同的组成和形状。它们经常以纵向设置的层沉积或装载入 反应器管子之内(包含或不含其它固体材料，例如惰性材料)，所述每个纵向设 置的层构成独立的区域，每个区域被称为活性"反应区"，在其中发生所需的化 学反应。随着时间的推移和使用的进行，所述催化剂材料的活性、或性能会降低，造成产率逐渐降低，直至在经济上不再能继续使用所述催化剂材料。此时，必须 将用过的催化剂材料和任意其它的固体从反应器取出，用新的、未使用过的催 化剂材料和其它固体的新的"装料"代替。这需要从反应器中的每个管子中抽 出用过的催化剂和任意其它的固体。由于反应器容器中具有极多的反应器管子， 从反应器中卸载催化剂和其它固体以及重新装载新鲜的催化剂和固体所需的 时间可能很长，即数日、数周、甚至数月，在此期间所述反应器无法运作。很 明显，抽出用过的催化剂和固体、并向管子内装载新鲜催化剂和固体所需的时 间越久，损失的生产时间就越长。
无论是催化剂或其它材料，具有非球形形状的固体材料经常更难取出，这 是因为这些材料的颗粒倾向于塞实，可能(且经常会)桥状堵塞在反应器管内， 因此必须首先使其松脱。因为在操作过程中，在反应器内发生碳化物沉积或其 它材料的存在(例如引入反应物流内的杂质)或形成(例如二聚体或聚合物)，固体 材料还可能发生人们所不希望的互相粘合或附着，或者粘合或附着于与反应器 管的内壁，或者这两种情况同时发生。另外，反应器运作时间越久，反应器管 内这类固体材料的产生、沉积和楔合或嵌塞的量越多，这当然使得它们更难以 松脱。任意的这些情况当然会妨碍固体材料从管内的抽出，因为必须首先使这 些固体材料松脱，而且不能对管子、反应器的其它部件、以及想要回收重复使 用的固体材料造成破坏。已知上述问题会在以下种类的反应过程中(但不限于此)
发生氧化反应，氨氧化反应，分解反应，还原反应和包含烃类的脱氢反应。
如上所述，尽管有花费时间方面的压力，仍然必须在不破坏管子或反应器 的其它部件的前提下将催化剂材料从反应器管子抽出。另外，从经济角度考虑， 在可能的情况下，优选分离和重复使用至少一部分其它的固体材料，例如惰性 材料。但是，即使当惰性材料能够与其它抽出的固体材料分离的时候，当它们 楔合、附着入或桥状堵塞在管内的时候，在松脱的过程中，所述惰性材料可能 发生一定程度的物理破坏或变形，使其在结构上不再适于重复使用。
美国专利第4,701,101号中简短地描述了一种最早的将诸如催化剂和其它 材料之类的固体材料从反应器管中取出的方法，该方法简单地使用与真空源相 连的管子或导管将固体材料手动利用真空吸出，其中将所述管子插入并手动控 制，使其与固体接触并抽出固体。该专利还简单地讨论了在取出固体材料之后、 填充新的固体材料之前，用盖子覆盖管子的端部，以防不希望出现的材料进入 所述管子之内。美国专利第4,701，101号还揭示了可以对所述盖子进行标记或用颜色标示，以说明每个管子剩余的空长度，以及在重新填充过程中一个或多个 管子是否过填充或未充满。
后来的用来从垂直取向的反应器管子中取出催化剂材料和其它固体的方
法一般包括使用牵引器(fishtape)从管子的底端通达和取出固体，该方法极为耗 时耗力，而且影响操作者的健康(例如参见美国专利第4,994,241号)。尽管通过 该方法能够替换用过的催化剂材料和其它固体，但是也产生了大量对工作场所 的健康和安全有害的颗粒灰尘，需要工人们在恶劣而不舒适的场所长时间劳 作。另外，当反应器包括多个催化剂组成种类不同的反应区时，有时候一种催 化剂会以比其它的催化剂更快的速度失活，因此必须在其它催化剂仍具有足以 确保继续使用的活性的时候就替换它。不幸的是，在垂直取向反应器中使用底 部进入的牵引法进行催化剂替换的时候，会从每个管子内抽出所有的固体，这 是因为取出最底层的层也除去了原本用来将上部层保持在位的支承结构。这意 味着较慢失活的催化剂的剩余的有效寿命总是被浪费掉了，这是因为当较快失 活的催化剂耗尽的时候，会将两种催化剂都取出并替换。
反应器容器经常具有开口或"入孔"，以获得进入容器内部的途径，允许操 作者进行各种必需的检修和维护任务。所述入孔通常与管板的管程流体连通(例 如在垂直取向的反应器中，在反应器容器的侧面或顶部，与管子相连的上部管 板上方)，并可以根据具体的容器和环境设定不同的尺寸和形状，通常直径至少 为24英寸。或者所述反应器容器可以具有盖子或"头部"，其通过任意已知的 方式与所述反应器容器的周边可密封地连接，所述连接方式包括例如带有垫圈 的凸缘连接，或甚至通过焊接来连接。在进行必需的任务的时候，除去所述头 部，露出管板和管子。
更新近开发的装置和方法在催化剂替换过程中提供了改进的效率和安全 性，该方法通过垂直取向的壳管式反应器容器的入孔或凸缘头部进入所述反应 器管子的顶端。这些改进的方法包括使用密闭的设备来容纳抽出的固体材料， 并使用一个或多个可轴向移动的空心、硬头喷枪或导管来插入所述管子中，以 冲击所述固体材料，使其松脱。将真空机或抽气机与所述喷枪连接，从管子的 顶部(而非底部)施加压差并将疏松了的固体材料抽出。但是，如果所述固体材 料楔合、附着或桥状堵塞在所述管中(例如随着反应器的持续运作经常会出现的
情况)，要松脱所述固体材料需要消耗更长的时间，它们经常会在被松脱的时候 发生变形或损坏，使得即使在分离和清洁之后，它们也不适于重复使用。例如，美国专利第4,568,029号揭示了一种促进固体材料从垂直取向的壳管 式反应器容器的顶端松脱和抽出的设备和方法。所述设备具有大量空心管道， 这些管道与总管连接，以一定的图案设置，使其与对应的大量管子的几何布置 相匹配，使得多个平行取向的管子可以同时延伸入多个对应的管子之内。每个 管道的前端具有切削元件，用来对管子内的否则难以松脱和抽出的固体材料进 行物理破坏(即冲击、断裂、粉碎或碾碎)。所述总管与真空器相连，用来通过 所述管道将己破坏的固体材料抽出。
顶端进入喷枪法的另一变体见述于美国专利第5，222，533号，其中将一个喷 嘴安装在挠性导管的远端，并插入催化剂填充的反应器管子的上端。在插入反 应器管子之后，加压的流体(例如空气)从喷嘴中排出，用于冲击、松脱和流化固 体材料。通过设在管子上的侧部开口和与之连接的独立导管，对所述反应器管 子施加真空，用来将松脱的材料从所述管子抽出。有时将其称为固体取出的"空 气吹洗"或"流体吹洗"法。
美国专利第5,228，484号和第6,182,716号包括对美国专利第5,222,533号揭 示的空气吹洗设备和方法的改进。美国专利第5,228,484号和第6,182，716号各自 揭示了通过将挠性导管的一端连接于喷枪，将另一端连接于滚筒，所述滚筒在 旋转的时候将所述挠性导管缠绕在其上，从而将所述空气喷枪的分配和收回机 械化。在两种情况下，通过退绕与喷枪相连的导管，使得空气喷枪插入反应器 管子的上端，通过位于喷枪远端的喷嘴输送加压的流体，使得其中的固体材料 破碎和松脱。与所述喷头和真空源流体连接的独立导管将所述固体从所述喷枪 和管子抽出和输送走。美国专利第6,182,716号的内容教导了控制所述滚筒的旋 转的电开关和阀门的设置，能够更好地控制所述空气喷枪的定位和速度。
美国专利第6,360,786号提供了一种用来从反应器管子中取出催化剂的可 远程操作的设备，其中具有连接的可伸縮软管(软管远端具有空气喷枪)的滚筒 和巻轴组件穿过入孔，进入反应器容器之内，与对应的反应器管子的顶部开口 对准。余下的设备和控制装置，包括各自与软管另一端相连的真空源和加压流 体供给装置，以及与所述滚筒和巻轴组件相连的供电和操作控制装置，设置的 所述反应容器外部，以提供从反应器容器外部远程操作所述滚筒和巻轴的装 置。
不幸的是，上述空气喷枪设备和方法都具有相同的缺陷一它们无法有效地 除去密实的固体材料(即上文所述桥状堵塞的、楔合的、粘合的、附着的等)，这是因为它们所能提供的用来松脱所述固体的作用力受到流体流的扩散性质 的限制，经常不足以使得所述密实的固体材料松脱。
美国专利第6,723,171号揭示了一种用来将固体材料从管壳式反应器的管 子内抽出的方法和设备。该设备还包括端头吸气管，该吸气管在一端附连有端 头以插入反应器管内。所述端头具有前缘，所述前缘可以是倾斜的，以形成切 削楔，或者其可以具有钝的或尖锐的凸起。对所述端头施加轴向作用力以物理 地压碎和破坏楔合的、桥状堵塞的或通过其他方式密实化的固体材料，但是所 述管子和端头不能旋转，无法提供用来使牢固密实化的固体材料松脱所通常需 要的扭力。所述吸气管的另一端与排气吸气机相连，用来提供真空空气流，以 使固体材料流化和从管子之内抽出。将分离装置，例如重力式凝气阱，在排气 抽气机上游与所述抽气管相连，用来从空气流分离抽出的固体材料。美国专利 第6，723，171号还揭示了一种方法，藉助此方法，在反应器管子用催化剂和惰性 固体的层(即腊希格环(Raschig ring))填充之后，反应器的联机操作之前，从反 应器管子中取出一小部分的腊希格环，从而在操作之前调节反应器中所述惰性 层的高度。因此，该种技术成功地在装载新的固体、或者将新的固体"重新填 塞"入所述管子内的过程中、操作之前，调节了各固体材料的层的体积(即长度 或高度)。由于美国专利第6,723,171号中讨论的腊希格环在装载之后不久、反应 器操作之前除去，因此腊希格环不易牢固地楔合或压实在反应器管子中，因此， 它们可能比较容易松脱和抽出，而不会造成严重的破坏。
美国专利申请公报第2004/0015013号中揭示的方法讲述了 "通过抽吸"从 含催化剂的反应器管子中取出仅一部分的催化剂，使得余下的催化剂和其它的 固体原封不动地保持在管子内的原位。该方法的一个具体的实施方式描述为在 使用垂直取向的壳管式反应器容器的烯烃气相部分氧化反应中进行的。该方法 使用与上述仅使用真空类似的设备技术进行，因此没有揭示或提出在不破坏反 应器管子或固体材料自身的前提下，用来松脱密实的固体材料的方法或设备。
在以上情况下，工业上进行了长期的努力，以期将催化剂替换时间縮至最 短，同时避免破坏反应器管子和抽出的固体。另外，在替换一种或多种固体材 料的过程中保持对各个管子的状态的跟踪是一个严峻的挑战，需要良好组织的 跟踪过程，而且这样的跟踪过程应用起来还要简单。由于替换要在相当长的时 间内迸行，需要多个操作者，所以还需要能够在替换进行的过程中用来跟踪和 传达管子的状态的简单而高效的方法。本发明通过以下方式解决了上述现有技术的缺陷提供了一种用来将壳管 式反应器的管子内的固体材料的至少一部分松脱和抽出的方法和设备，该方法 和设备不会对反应器管子造成破坏，对固体材料造成破坏最小，使得至少一部 分抽出的固体材料在结构上保持适于重复使用。本发明提供了一种在替换程序 进行时跟踪管子的状态的简单而高效的方法。

发明内容
本发明提供了一种方法，该方法用来在将固体材料从壳管式反应器的管子 松脱和抽出的过程中将对至少一部分固体材料的破坏减至最小，使得至少一部 分的固体材料在松脱和抽出之后在结构上保持适于重复使用。本发明的方法包 括以下步骤使得具有端头的空心棒与相应的反应器管子轴向对准，并将所述 空心棒定位成所述端头位于所述相应的反应器管子的裸露端部的附近，然后旋 转所述空心棒。将所述旋转的空心棒插入相应的反应器管子的裸露端部中，使 得其端部与至少一部分所述固体材料物理接触，并通过对所述旋转的空心棒施
加受控的轴向作用力以及可控地将所述旋转的空心棒的端头压在所述固体材 料上，使得至少一部分所述固体材料松脱。所述轴向作用力和棒的旋转提供的 扭矩的组合使得即使牢固楔合或桥状堵塞的固体材料也可被松脱，同时使得对 它们的破坏减至最小，从而在松脱和抽出之后，至少一部分所述固体材料在结 构上保持适于重复使用。该方法还包括以下步骤通过在流动的流体流中将所 述松脱的固体材料抽吸通过所述空心棒，从而从相应的反应器管中抽出至少一 部分松脱的固体材料。在松脱过程中，可以对所旋转和轴向作用力进行监控和 调节，以将对至少一部分固体材料的破坏减至最小，确保它们在结构上适于重 复使用。可以将反应器管子中所有的或仅仅一部分的固体材料从中松脱并抽 出。
在一个实施方式中，反应器管子互相平行地取向，且所述反应器管子的裸 露端部形成规则的重复的图案，所述空心棒包括大量空心棒，它们互相平行并 依照与所述裸露端部形成的所述规则的重复图案相匹配的构型设置，所述定位
步骤a)还包括使得所述大量空心棒各自的端部与一个相应的反应器管子的裸露
端部对准；所述旋转步骤b)包括使得所述多个空心棒中的至少一个与余者相独 立地旋转。
所述方法还包括分离所述固体材料，以达成选自以下的至少一个目标从流动的流体流中分离至少一部分所述固体材料，将不同种类的固体材料互相分 离,将不同尺寸的固体材料互相分离，以及将不同组成的固体材料互相分离。
所述方法还包括以下步骤在对每个反应器管子进行过所述方法的至少一 个步骤之后，根据一定的标示规则，将标示器置于每个反应器管子的裸露端部 上，使得操作者能够确定每个反应器管子随后将要进行何种步骤。
本发明还提供了一种用来在将固体材料从壳管式反应器的一个或多个反 应器管中松脱和抽出的过程中将对固体材料的破坏减至最小的装置，其中，在 松脱和抽出之后，所述固体材料的至少一部分在结构上适于重复使用，而且所 述反应器管具有与管板相连的裸露端部。所述装置包括安装组件，其至少一部 分适于在所述装置的操作过程中保持相对反应器管保持固定不动，所述装置还 包括可移动地安装在所述安装组件上的支架。空心棒与所述支架相连，且其尺 寸和形状设置成用来插入相应的反应器管子内。所述空心棒具有端头和轴向腔 管，所述端头用来与至少一部分固体材料接触并使其松脱，所述轴向腔管用来 将至少一部分所述松脱的固体材料从相应的反应器管子输送出去。所述装置还 包括传动组件，其与所述安装组件相连，并与动力源和支架联接，所述装置还 包括旋转器组件，其安装在所述支架上，并与一个或多个所述空心棒联接。所 述传动组件用来对所述支架施加受控的轴向作用力，并相对于所述反应器管子 在撤回位置以及插入位置之间移动所述支架和空心棒，其中，在所述撤回位置 中，所述空心棒的端头定位在一个相应的反应器管子的裸露端部附近且位于所 述相应的反应器管子之外，在所述插入位置中，所述空心棒插入相应的反应器 管子，所述空心棒可以移动到介于所述撤回位置和插入位置之间的多个位置中 的任一位置。所述旋转器组件用来配合和旋转所述空心棒，当所述支架位于其 插入位置，且所述旋转的空心棒的端头与相应的反应器管子内的至少一部分固 体材料相接触的时候，所述端头冲击至少一部分所述固体材料并使其松脱，同 时将对所述固体材料的破坏减至最小，在抽出之后，至少一部分所述固体材料 在结构上保持适于重复使用。所述旋转器组件可包括电动机，所述轴向作用力 由所述电动机提供。
所述装置还可包括连接成与所述空心棒的轴向腔管流体连通的吸气机，用 来通过提供流动的流体流，将至少一部分松脱的固体材料夹带在该流体流中， 并将其输送出所述相应的反应器管子并送离所述反应器，从而将所述松脱的固 体材料从相应的反应器管子抽出。另外，所述装置还可包括分离设备，用来完成抽出的固体材料与流体流 的分离，不同种类的固体材料相互的分离，不同尺寸的固体材料相互的分离， 不同组成的固体材料相互的分离，以及这些情况的组合。
当所述反应器管垂直取向的时候，所述装置的支架可以在撤回位置和插入 位置之间垂直移动。当所述反应器管水平取向的时候，所述支架可以在撤回位 置和插入位置之间水平移动。
在一个实施方式中，所述反应器管子互相平行取向，且所述反应器管子的 裸露端部形成规则的重复的图案，所述空心棒包括多个棒，这些棒互相平行地 取向，并依照与所述反应器管子的规则重复的图案相匹配的构型设置。在此实 施方式中，所述旋转器组件可包括多个旋转器组件，它们各自与相应的一个或 多个空心棒配合并使所述相应的空心棒旋转。
本发明还提供了一种对具有依次进行的至少两个步骤的进行中的工艺的 状态进行跟踪和传达的方法，其包括提供包括多个标记元的标示规则，将标 记元与所述进行中的过程的每个步骤相关联。所述方法还包括提供大量标示 器，每个标示器载有一个标记元，且将标示器尺寸和形状设置成与相应的管子 的端部协配，以与之形成防潮密封，以及最后，通过将载有与最近完成的步骤相 关联的标记元的标示器置于所述管子的裸露端部，传达给操作者每个管子最近 完成的步骤。在一个实施方式中，所述多个标记元选自颜色，记号，数字，符 号，以及它们的组合。另外，所述进行中的过程可包括上述的根据本发明在将 所述固体材料从反应器管子松脱和抽出的过程中将对至少一部分固体材料的 破坏减至最小的方法。


通过以下讨论的实施方式并参照附图，可以更完整地理解本发明，附图中
相同的编号表示相同的特征，图中
图1A是通过本发明方法的最初一些步骤完成的设备的相对设置的示意图， 包括具有多个反应器管子和适用于本发明方法的空心棒的部分剖切的侧视图1B是图1A的设备的一部分(W)的放大的侧视示意图，图中显示了与反应 器管子中的至少一部分固体材料物理接触的旋转的空心棒的端头；
图1C是图1B的设备的另一侧视图，显示了所述设备在进行本发明方法的其 它步骤过程中的构造；图2是所述反应器从上方观察的俯视图，显示了所述第一管板，以及所述反应器管子的裸露端部形成的规则的重复的图案(P);图3是沿直线A-A截取的且沿箭头方向观察到的图2所示反应器的一部分的 示意性剖视侧视图，图中显示了本发明用来从多个反应器管子松脱和抽出固体 的方法的另一实施方式的最初一些步骤完成的设备的相对设置，当反应器管子 的裸露端部形成规则的重复图案的时候，可采用这种设置；图4是本发明方法的一个实施方式的示意图，其还包括输送、分离和收集 所述抽出的固体材料；图5是本发明方法的另一实施方式在实施过程中设备的相对设置的示意 图，该方法应用于水平取向的壳管式反应器，图中以侧视图显示；图6是用来从反应器管子取出不到全部的固体材料的本发明方法的一个实 施方式在实施过程中的设备设置的部分剖切的放大侧视示意图，所述反应器管 子包括设置为形成多个反应区的多种固体材料；图7是根据本发明的一种设备使用中的正视示意图，且以部分剖切的剖视 图显示的反应器，该反应器包含待松脱并抽出的固体材料；图7A-7F是显示用于设备的空心棒端头的各种可能的合适形状和结构的实 施例的立体图；图8是图7的设备和反应器的左侧视示意图，其右侧视图是图8中图像的镜像；图9是图7的设备和反应器的正视示意图，显示了处于撤回位置的所述设备 的支架和空心棒；图10是图7的设备和反应器的正视示意图，图中显示处于伸出位置的设备 的支架和空心棒；图ll是本发明设备一个更具体的实施方式的正视立体图； 图12是图11的设备的侧视立体图；图13是用于图11-12的设备的一类旋转器组件的左侧视图； 图14是图13的旋转器组件的正视图，其右侧侧视图与该左侧实施方式成镜像；图15是图14的旋转器组件沿直线B-B截取的朝向箭头方向的右侧剖视图。
具体实施方式
本发明的方法和设备在将至少一部分固体材料从管状部件(例如壳管式反 应器的反应器管)松脱和抽出的过程中使得对固体材料的破坏减至最小，使得 至少一部分抽出的固体材料在结构上保持适于重复使用。本发明还提供了一种 方法，该方法有助于在使得至少一部分固体材料松脱、将其从反应器管子取出 和替换的时候，监控并传达各个管子的状态。规定以下定义以便于描述本发明和说明下文所用的术语。在本文中，术语"CVC5烷烃"表示每个垸烃分子包含2-5个碳原子的直链或支链烷烃，例如乙垸、丙烷、丁烷和戊烷。术语"C2-C5烯烃"表示每个烯烃分子包含2-5个碳原子的直链或支链烯烃，例如乙烯、丙烯、丁烯和戊烯。在本文中，术语"C2-C5烷烃与其对应的CVC5烯烃的混合物"同时包括上述烷烃和烯烃，例如但不限于丙垸和丙烯的混合物，或者正丁垸和正丁烯的混合物。"惰性"材料是不会参与特定反应、不会被特定反应影响、且/或对特定反应无活性的材料。例如，在通过两步气相催化氧化法(在下文中更详细地描述)由丙烯制备不饱和醛类和酸(例如(甲基)丙烯醛和/或(甲基)丙烯酸)的反应中，丙垸(QH8)和氮气各自被看作是惰性的。术语"(甲基)丙烯酸"同时包括丙烯酸和(甲基)丙烯酸。术语"丙烯酸"包括"(甲基)丙烯酸"和相关的/类似的化合物。术语"(甲基)丙烯腈"包括丙烯腈和甲基丙烯腈，反之亦然。术语"(甲基)苯乙烯"同时包括苯乙烯和甲基苯乙烯，反之亦然。在本文中，术语"反应区"表示一种区域或体积，其通常位于反应器中，其 中发生特定的反应(例如垸烃的脱氢反应，或者丙烯醛部分氧化形成丙烯酸)，其 通常在适于该反应的条件(温度、压力等)下进行。术语"子区"表示相同反应区内的两个或更多个区域，其中相同的反应物转 化为相同的或类似的产物，但是所述子区在其它方面是互相略为不同的。所述 子区可以通过以下任意的方式互不相同，例如但不限于它们包含不同的催化 剂组合物，它们催化相同的或类似的反应机理，以由相同的反应物制备相同的 产物，或者它们包含不同浓度的相同的催化剂组合物，或者它们在不同的温度 或压力下操作，或者所述区域可以包括物理上分离的区域(例如通过包含惰性 固体材料的层分离)，或者这些不同的组合，如本领域技术人员已知并实施的， 以提高工艺效率和生产能力。注意到不同的催化剂浓度可通过例如在装载入管 子内之前，按照所需的比例将催化剂与载体或负载体基材混合起来、或者简单地将催化剂物理混合而得到，载体或负载体材料可与催化剂材料结合也可不结 合，所述载体或负载体材料本身可以是催化活性的也可不是催化活性的。"反应级(stage)"是包括一个或多个反应区的区域，其中在所述反应级的每 个活性反应区和子区中发生特定的反应，例如烷烃脱氢制备相应的烯烃，以将 相同的反应物转化为相同的或类似的产物。另外，两个或更多个不同的反应级 以串联形式或其它的布置一起操作，它们可以共同形成单个的总的"多级"反应 过程。例如，丙烯部分氧化形成丙烯醛的反应(第一反应)可以在包括一个或多个 反应区的第一反应级中进行，而使得丙烯醛部分氧化形成丙烯酸的反应(不同 的第二反应)可以在也包括一个或多个反应区的第二反应级中进行。所述第一反 应级和第二反应级可以通称为丙烯部分氧化制备丙烯酸的多级反应过程。再例如，使用丙垸作为初始原料的具有三个反应级的多级反应过程可以按照如下方 式设置第一反应级包括一个或多个反应区，其中首先将丙垸转化为丙烯(第一 反应)，然后是第二反应级，其包括一个或多个反应区，在其中将来自第一级的 丙烯转化为丙烯醛(第二反应)，然后是第三反应级，其包括一个或多个反应区， 其中将来自第二级的丙烯醛转化为丙烯酸。术语"反应区"和"反应级"是不同含义的。可以在单个反应级中设置一个或 多个反应区，它们由相同的反应物制备相同的或类似的产物，但是如上所述在 其它方面不同，因此可通称为单个反应级。但是很明显单个反应区可以(但不一 定)与特定的反应同延，这是因为其可以仅为所述级中多个反应区中之一。因此， 反应级可包括一个或多个反应区(以及子区)， 一个反应区可以形成单个反应级, 但是不一定，且一反应区将永远不能包括一个以上的反应级。所述"第一反应级"(或"第一级")是反应器之内发生多步气相催化氧化反应 的第一步的区域。例如，在丙烯两步气相催化氧化制备丙烯酸的反应中，丙烯 氧化生成丙烯醛的反应通常主要在第一反应级中发生。所述"第二反应级"(或"第二级")是反应器中发生多步气相催化氧化反应的第二步的区域。例如，在丙烯制备丙烯酸的两步气相催化氧化反应中，丙烯醛 氧化制备丙烯酸的反应通常主要在第二反应级中发生。当然还可能具有"第三反应级"，例如在将丙垸转化成丙烯酸的三步反应过 程中，在第一级中将丙烷转化为丙烯，在第二级中将丙烯转化为丙烯醛，在第 三级中将丙烯醛转化为丙烯酸。如上所述，各个反应级可具有一个或多个反应 区。在本文中，"惰性级"表示包含一种或多种惰性固体材料、且其中不会发生 可察觉的反应的反应级。惰性级可以发挥任意数量的功能和优点，包括但不限 于冷却、加热、缓冲、以及在反应器中形成惰性区域以物理俘获和截留那些容易迁移到它们原先的反应级或反应区以外的物质。在本文中，术语"填充程序"是对反应系统中催化剂的反应区以及惰性材料 区(例如中间级或预热区)的数量和长度、以及各个区内催化剂的相对量和种类 (例如相对于所述区内具体混合物中稀释剂的百分数)的详细描述。所述填充程 序确定了特定反应器中反应区的数量和体积，以及该反应区各自的相对活性。"单反应器壳"反应器("SRS"反应器)是其中单个反应器壳包括至少两个反 应级(例如上述第一级和第二级)的反应器，所述反应级被多孔隔板隔开。"串联反应"系统是一种使用一个以上反应器容器的反应系统。例如，但不 限于，串联反应系统可包括两个串联的容器， 一个包括第一级，另一个包括第 二级。更具体来说，用来进行两步气相催化氧化反应的串联反应器系统可包括 第一反应容器和串联于所述第一反应器容器下游的第二反应器容器，所述第一 反应容器包括第一反应级，所述第二反应器容器包括第二反应级。在其它的实 施方式中，串联反应器系统的各个反应器可包括一个以上的反应级、 一个以上 的活性反应区，还可包括不存在活性催化剂的惰性级。另外，串联反应系统使 得它们自身易于安装和使用位于反应器容器之间的另外的工艺设备，例如热交 换器、压縮机或泵。在本文中，术语"催化剂使用寿命"(或简称"使用寿命")表示特定催化剂在 需要替换之前在工艺中可以工业使用的时间长度。这种评价是基于各种因素，这些因素包括但不限于催化剂的成本、所需的最低产品产率、产品要求、以 及本领域普通技术人员所熟知的其它市场因素。工业催化剂供应商经常为特定 催化剂提供预期的催化剂使用寿命，该使用寿命是基于反应种类以及该催化剂 预期使用的反应条件计算的。术语"投入生产的时间"("TOS")表示催化剂已经经历的操作使用小时数。 催化剂的TOS是催化剂在操作使用中已经经历的累积总小时数，包括启动、正 常操作、关闭、吹洗、再生，还可包括催化剂并未实际催化反应的时间。在本文中，元素的原子用原子数、原子名称、IUPAC符号、元素周期表的 元素族名称和/或符号、常规的族名、族编号、族的罗马数字符号、俗名以及本 领域普通技术人员已知的任意等价的或同义的表示方法来表示。范围的端点被认为是确定的，并被认为在它们的公差之内包含了本领域普 通技术人员已知的其它数值，包括但不限于显著不同于本发明相应的端点的那 些数值(换而言之，端点应被解释为包含"大约"或"近似"或"接近"每个相 应端点的值)。本文所述的范围和比例限值可以组合。例如，如果特定参数列出了范围1-20和5-15,应理解该范围也可为l-5， 1-15， 5-20或15-20，其包括在发明 范围内。下面将描述本发明方法和设备的示例性实施方式，包括方法的一般性实施 方式，应用于更特殊的环境下的更具体的实施方式，以及设备的一般性实施方 式和设备的更具体的实施方式。尽管本发明的更具体的实施方式是关于从包含至少两种催化剂组合物且适于C2-C5烯烃的两级催化氧化的壳管式反应器的管子取出和替换固体材料, 但是本发明并不限于所述具体的反应工艺或设备。相反地，预期本领域普通技 术人员可以成功地将本发明的方法和设备应用于壳管式反应器的其它结构，包 括使用反应器进行不同于C2-C5烯烃催化氧化的反应的情况。另外，基于以下的 详述以及相关领域中众所周知的知识，本发明可以适合应用于各种其它的需要 使固体从管状部件松脱并抽出的反应工艺和设备。下面将参照图1A-1C详细描述用来使得固体材料从管状部件松脱并抽出的本发明方法的一般性实施方式。尽管本发明方法的一个或多个步骤可以同时进 行，或者在时间上部分重叠(这在实践中是最可能出现的)的时段中进行，但是以 下的讨论依次描述这些步骤，以便各个步骤互相独立地交流和理解。图1A提供了通过本发明方法的最初一些步骤完成的设备的相对设置的侧 视示意图。更具体来说，图1A提供了可以应用本发明方法的常规壳管式反应器 IO以及空心棒的剖视侧视示意图，在下文中将更详细地描述。反应器10具有包 围多个管状部件(例如图lA显示的多根反应器管子14a、 14b、 14c)的外壳12。反 应器管14a、 14b、 14c相互平行地取向，其中设置有固体材料16、 18。如图所示, 所述反应器10具有第一多孔管板20，各个反应器管子14a、 14b、 14c的一端连接 于此管板。各个反应器管子14a、 14b、 14c的另一端连接于第二多孔管板22。图1A显示的反应器10是垂直设置的，因此反应器管子14a、 14b、 14c也垂 直取向。当然，所述反应器10可以按照任意其它的取向设置，例如水平取向，甚 至与水平面成某一角度(例如见图5)。如图1A中的虚线部分所示，在反应器10的操作过程中，将可移除的带有凸缘的盖子或"反应器头部"24密封地固定在反应器10周边、在第一管板20附近的 位置，以形成第一管程室26，其与反应器管子14a、 14b、 14c流体连通，允许 反应物(未显示)和其它流体流过所述反应器管子14a、 14b、 14c。当需要将固体 材料16、 18从所述反应器管子14a、 14b、 14c抽出的时候，关闭反应器IO，解除 反应器头部24的密封，将其除去，使得可以通向所述第一管板20，并使得所述 反应器管子14a、 14b、 14c的端部30a、 30b、 30c暴露。如果要除去工业大规模 操作的反应器的反应器头部24，通常需要起重机或其它大型设备。为了在反应 器头部24没有遮蔽反应器10的时候保护反应器10和任何操作者免于因为受到 风和气候的影响而受到伤害或破坏，推荐通过将临时性的盖子或外壳(未显示) 置于所述反应器10的上方，从而覆盖或屏蔽所述反应器10(例如至少覆盖所述第 一管板20以及反应器管子14a、 14b、 14c的裸露端部30a、 30b、 30c)。除了第一管程室26以外，所述反应器还具有第二管程室28,其形成于所述 外壳12和第二多孔管板22之间。所述第二管程室28也与所述反应器管子14a、 14b、 14c流体连通，以允许反应物(未显示)和其它流体流过。在反应器10操作 过程中， 一种或多种反应物(未显示)可以沿任一的方向流过所述反应器管子 14a、 14b、 14c,在其中转化为一种或多种产物(未显示)。例如，当反应器10垂 直取向的时候，如图1A-1C所示，所述工艺流体可以表现出"向下流动"的工艺 构型，或者"向上流动"的工艺构型。"向下流动"的工艺构型是指反应物向下流 动(沿着箭头DF的方向),流过所述第一管程室26,从顶部到底部流过所述反应器 管子14a、 14b、 14c,然后流过所述第二管程室28。或者，在以下情况下，为"向 上流动"工艺构型反应物向上流动(沿着箭头UF的方向)，即首先流过第二管程 室28，然后从底部向顶部流过反应器管子14a、 14b、 14c,最后流过所述第一管 程室26。本发明的方法可应用于任意的构型，当需要松脱和抽出的固体材料位 于反应器管子14a、 14b、 14c的裸露端部30a、 30b、 30c附近的时候，以及仅需 要取出裸露端30a，30b, 30c附近的这部分固体材料的时候，采用这种构型是特别 有益的。采用本发明方法的最初一些步骤完成的设备的相对构型见于图1A。具体来 说，第一步包括将空心棒32与相应的反应器管子14a轴向对准，对所述空心棒32 进行定位，使得其端头34位于相应的反应器管子14a的裸露端部30a附近。接下 来，使得空心棒32旋转(沿箭头R所示的方向)，然后在旋转的同时，将其沿轴向 (沿箭头S所示的方向)插入所述相应的反应器管子14a的裸露的端部30a。图1A中窗口W表示的一部分在图1B中放大，图中显示旋转的空心棒32被插入，使得 其端头34与相应的反应器管子14a中的固体材料16的至少一部分物理接触。图1C中示意地显示了与图1B中相同的设备，以提供在实施本发明方法的其 它步骤的执行过程中，设备的设置的侧视示意图。在将旋转的空心棒32插入相 应的反应器管子14a中之后，至少一部分固体材料16、18如下所述地松脱并抽出。 通过对旋转的空心棒32施加控制的轴向作用力(沿箭头S的方向)以及可控地将 所述端头34压在反应器管子14a中最先遇到的固体材料16上，使得至少一部分固 体材料16、 18松脱。当所述固体材料16的单独颗粒松脱的时候，沿箭头S的方向 继续控制地施加轴向作用力，可使得旋转的空心棒32稳定地更深入相应的反应 器管子14a，以松脱更多的固体材料16。如图1C所示，最上部的固体材料16被充 分疏松和松脱以用于接下来的步骤，该接下来的步骤是通过所述旋转的空心棒 32，通过在流动的流体流(图中用箭头F表示)中吸出松脱的固体材料16，将至少 一部分所述松脱的固体材料16从相应的反应器管子14a抽出。依照一种控制地方 式施加所述轴向作用力S，以便将对所述固体材料16和反应器管子14a的破坏减 至最小。例如，在松脱步骤中，可以对所述空心棒32的旋转以及施加的轴向作 用力S进行监控和调节，以便将对所述固体材料的至少一部分的破坏减至最小， 确保它们在结构上适于重复使用。根据本发明，施加轴向作用力S以及棒32的 旋转R提供的扭矩，比仅施加轴向作用力的方法和设备或者空气吹洗设备和方 法提供的作用力明显更有效而高效地松脱密实的固体材料。另外，通过在操作 过程中控制和调节棒32的产生扭矩的旋转运动以及轴向运动，有助于避免对反 应器管子14造成破坏。相关领域的普通技术人员有能力凭经验决定旋转的空心 棒和反应器管的任意组合允许的最大剪切强度，从而提供最大操作标准，以免 对管子造成所述破坏。现有的用来从管状部件取出固体的方法和设备的另一个缺点在于经常仅 使用重力在喷枪或棒上施加轴向作用力，不使用任何其它的作用力来辅助重 力，而其它的作用力有助于使得特别紧地楔合的固体松脱。在本发明的方法中, 所述轴向作用力S可包括非重力作用力，即除了任意轴向重力以外的作用力，该 作用力可施加于所述旋转的空心棒32上，使得施加于棒32上的总体轴向作用力 S可以被控制，并可以大于标准的重力。另外，还对所述棒32的轴向运动进行 监控和控制，使得当认为重力施加的轴向作用力过大的时候，可以沿轴向施加 与重力方向相反的非重力作用力，使得输送到棒32且施加于反应器管子14a中的密实的固体材料上的总体轴向作用力S小于重力。当小于重力的作用力便足
以使固体材料松脱的时候，通过这种方式可以避免对反应器管子14a和固体材料
造成破坏。所述非重力作用力可通过任意普通技术人员能够设计的装置提供, 所述装置例如是但不限于机械驱动或传动装置，或者由操作者人工控制的装
置。当所述反应器容器水平取向的时候(例如见图5),重力对棒32(图5中为132) 的轴向运动的轴向作用力的贡献可以忽略，因此将需要施加非重力作用力。
本领域普通技术人员可以很明显地看出， 一旦通过实施上述步骤来开始本 发明的方法，可以连续和同时地进行大量的步骤，直至操作者确定已经从管子 中移出足够量的固体材料为止。例如，但不限于，连续和同时进行以下步骤， 直至己经根据操作者的需要移出了所有的固体材料16、 18或者直至移出了部分 的固体材料16: (1)旋转空心棒32,(2)通过施加控制的轴向作用力S，松脱至少一 部分的固体材料16， (3)通过吸出所述松脱的固体材料16，将至少一部分松脱的 固体材料16从所述管子14a中抽出。
下面来看图2和图3，下面将描述本发明方法的另一个实施方式，其能够用 来同时将固体材料从多个反应器管子松脱和抽出。如图2的反应器10的俯视示 意图所显示的，可以对所述第一管板20和反应器管子14a, 14b, 14c, 14d， 14e进 行设置，使得反应器管子14a, 14b， 14c, 14d, 14e的裸露端部30a， 30b, 30c, 30d, 30e形成规则的重复图案(用窗口P表示)。图3显示了该实施方式的最初一些步骤, 图3提供了沿直线A-A、顺着箭头的方向观察所得到的图2所示反应器10的一部 分的剖视侧视示意图。
在图3中，多个空心棒32a, 32b, 32c, 32d, 32e互相平行地设置，其设置形式 与所述反应器管子14a， 14b, 14c, 14d， 14e的裸露端部30a, 30b, 30c, 30d， 30e形成 的规则的重复图案P匹配。在此方法的这个实施方式中，所述各空心棒32a, 32b, 32c, 32d， 32e的端头34a, 34b， 34c, 34d, 34e分别与相应的反应器管子14a, 14b, 14c, 14d, 14e的裸露端部30a, 30b, 30c, 30d, 30e对准。对准之后，使得所述多个 空心棒32a,32b，32c,32d, 32e中的至少一个与余者相独立地旋转。例如，各个棒 14a, 14b， 14c， 14d, 14e可以独立地旋转，使得能够每次旋转一个棒32a(或更多 个，例如旋转棒32a和32c)，而余下的四个棒32b， 32c, 32d, 32e(或三个棒32b， 32d， 32e)不旋转，或者以不同的速率旋转。在下文中将更详细地描述，因为能够使 得空心棒32a, 32b, 32c, 32d， 32e互相独立地旋转，使得可以对它们各自独立地调 节，使其适于在各个相应的反应器管子14a， 14b, 14c， 14d， 14e中遇到的条件。然后通过施加沿箭头S方向的轴向作用力，分别将各个空心棒32a， 32b, 32c, 32d， 32e(其中的一个或多个可以是旋转的)插入相应的一个所述反应器管子14a, 14b,14c, 14d， 14e中。所述轴向作用力S可以独立地施加于各个棒32a, 32b， 32c, 32d， 32e之上，使得可以将各个棒32a， 32b， 32c， 32d, 32e独立于余者地插入相应 的反应器管子14a, 14b, 14c, 14d, 14e中。还可通过对所有的空心棒32a, 32b, 32c， 32d, 32e共同施加轴向作用力，将棒32a, 32b， 32c, 32d, 32e彼此一起插入。例如, 所述空心棒32a， 32b, 32c, 32d， 32e可以全部安装或装载在可以沿轴向移动的托 架上，使得当托架移动的时候，各个棒32a，32b，32c, 32d,32e可以旋转并同时插 入相应的反应器管子32a， 32b， 32c, 32d, 32e中。当然，在将空心棒32a， 32b, 32c， 32d, 32e插入相应的反应器管子14a, 14b， 14c， 14d, 14e中之后，如上文所述松脱 和抽出至少一部分所述固体材料16，不同在于使用了多个空心棒32a, 32b, 32c, 32d, 32e。
下面来看图4，本发明的方法还可包括将抽出的材料16输送出所述反应器 10。对抽出的固体材料16进行输送的操作可通过本领域普通技术人员已知的任 意方法完成。例如，但不限于，在已经如上所述在流动的流体流F中将抽出的固 体16从反应器管子14a吸出之后，可以使用与所述空心棒32流体连通的导管36 将所述流动的流体流F和抽出的固体材料16从反应器10中输送出来。如图4所示， 所述导管具有与所述空心棒32连接、并与之流体连通的第一端部38。所述导管 36还与真空源(例如吸气机40(示意图显示))流体连通。所述真空源可以是本领域 已知的任何适于吸取流体的常规设备，例如真空泵或蒸汽喷射机。另外，当如 图3所示，本发明方法的一个实施方式使用多个空心棒32a, 32b， 32c， 32d, 32e的 时候，各个棒32a, 32b, 32c, 32d, 32e可以独立地连接于多个吸气机(未显示)中相 应的一个，或者更高效地，可以将一个或多个所述棒32a, 32b, 32c, 32d，32e共同 地连接于一个或多个吸气机(未显示)。
在本发明的方法的另一个步骤中，在抽出之后，可以通过本领域普通技术 人员已知的任意方法将所述固体材料16、 18从流体流F中分离出来，以及将其 互相分离，所述方法包括但不限于使用重力、离心力甚至惯性。进行所述分离 操作可以是出于以下的一个或多个目的或目标将至少一部分所述固体材料从 所述流动的流体流中分离，将不同种类的固体材料互相分离，将不同尺寸的固 体材料互相分离，将具有不同组成的固体材料互相分离，以及其他的目的。
在图4所示的一个实施方式中，例如收集设备(例如容器42或其它容器)与导管36流体连通，介于与空心棒32连接的端部38和吸气机40之间，用来在通过重 力从流动的流体流F分离固体材料16的时候俘获这些固体材料16。可使用挡板 (未显示)促进抽出的固体16通过重力和惯性从所述流动的流体流F分离。另外, 可以通过在导管36中提供曲折的路径、或者调节吸气速率，对所述流动的流体 流F的速度进行控制和调控，使得所述速度能够促进所述抽出的固体16从所述 流动的流体流F中凭借重力和惯性分离出来。可以通过在导管36中设置一个或 多个挡板、弯管甚至阀门，从而在导管36中产生曲折的路径。
另外，可使用另外的设备来促进固体材料16按照种类或尺寸的分离。例如 可使用具有合适的筛孔的一个或多个过滤器(例如设置在所述容器42或导管36 附近或其之内)以按照尺寸分离所述固体材料，或者可以使用具有预定磁场强 度的磁铁(例如设置在所述容器42或导管36附近或其之内)将包含黑色金属的固 体材料与不含黑色金属的固体材料相分离。可以将过滤器(图中未显示)设置在 吸气机40的进口附近以将否则可能进入所述吸气机设备并影响其连续操作的 灰尘和颗粒减至最少。
图中未显示、但是在本文中描述的另一种按照尺寸或质量分离固体的实施 例是通过调节吸气速率来控制所述流动的流体流F的流速，将多个收集设备串 联设置，以在各种平均质量的固体材料从所述流体流F掉落出来的时候对其进 行俘获。最先从所述流体流F(即最远的上游)分离出来的固体材料可以是质量最 大的材料，其次掉出来的质量次之，依次类推，直至所要分离和收集的最小质 量的固体材料从所述流体流F掉落出来并落入容器(未显示)中。或者，可以对所 述流体流F的流速进行调节，使得具有最小质量的固体颗粒最先掉落出来(最远 的上游)，依此类推，直至所要回收的最大质量的固体被分离并收集。
如上所述，尽管迄今为止已经描述和显示了将本发明的方法用于垂直取向 的反应器10及其反应器管子14a, 14b, 14c,但是可能将本发明的方法应用于沿 着其它方向取向的壳管式反应器，例如水平取向、甚至相对于水平面成一定角 度取向。图5提供了水平取向的壳管式反应器110的部分剖切的侧视示意图，该 反应器包括多个反应器管子114a, 114b, 114c，这些管子与第一多孔管板120连 接，并可裸露以允许触及其中的固体材料116。根据本发明的一种方法，空心棒 132沿轴向与相应的反应器管子114a的裸露端部130a对准。然后使得所述空心棒 132沿着箭头R所示的方向旋转，并沿着箭头S所示的方向沿轴向插入反应器管 子114a中，使得管子114a中的至少一部分固体材料116被松脱并抽出。如同上述实施方式一样，所述抽出的固体材料可以通过任意合适的装置(例如导管(未显 示))输送出所述反应器110，另外，所述固体材料116可如上所述地通过本领域已 知的任意合适的装置分离和收集，从而回收。对抽出的固体材料的分离和收集 可通过以下方式进行，例如但不限于筛分，浮力分离，离心，使用磁力或其它 静电作用力，洗涤，汽蒸，化学溶解和氧化。
下面来看图6，下面将详细描述本发明方法的另一个实施方式，其中仅将 一部分(即不到全部)的固体材料从所述反应器的反应器管子中取出。该实施方 式可用于例如多级反应器中的多个反应级中仅有一个级的固体催化剂材料需 要替换的情况。本发明方法的这个实施方式将选定的一部分固体材料(其不需替 换)留在所述反应器管子中，基本不被扰动。
图6提供了与图1A所示类似的设备设置的部分剖切的侧视示意放大图，该
设备设置包括垂直取向的多级反应器210，该反应器包括多个反应器管子214a, 214b, 214c。通常根据预定的填充程序将各种固体材料216a、 260、 262、 217、 264、 266、 216b(包括但不限于催化剂材料(260、 262、 264、 266)和惰性材料216a、 217、 216b)设置在各个反应器管子214a， 214b, 214c中，并在反应器210中共同形 成反应级250、 252。常规的操作过程中，反应物(未显示)如上文图1A所述以向 上流动形式流动。更具体来说，反应物(未显示)进入各个反应器管子214a，214b， 214c的底端，在它们通过所述反应器管子214a， 214b， 214c的时候与各种固体材 料216a、 260、 262、 217、 264、 266、 216b接触，至少一部分所述反应物转化为 反应产物。反应产物和其它流体离开各个反应器管子214a, 214b, 214c的顶端， 共同形成产物流(未显示)，该产物流可进行进一步的处理，例如分离和纯化。 如上文所述，通常关于本发明的方法，所述反应器管子214a, 214b,214c中催化 剂材料中的种类，及其制备方法并无特别的限制。所述催化剂材料只需能够催 化在所述反应器210中进行的所需反应，它们根据所需的反应可具有不同的、 类似的或相同的组成、尺寸、形状等。本领域普通技术人员有能力选择合适的 催化剂材料，本发明的方法不受这些选择的限制。
所述催化剂可以以任意的由制备方法得到的颗粒形式和形状来使用，例如 为球型、柱形、环形、不规则形状、甚至这些或其它形状的组合。所述催化剂 还可以在使用之前模塑成很多的几何形状(环形、实心圆柱、球型、U-型、整体 料等)。例如，所述催化剂材料可以且经常模塑(例如在挤出机中模塑)形成自支 承的两维或三维结构，其具有任意上述形状以及其它形状。所述催化剂还可施加于预先模塑的载体，该载体可包含催化活性材料或惰性材料，可以是任意所 需的形状，这是本领域普通技术人员所能够决定的。当所述预先模塑的载体由 惰性材料制成的时候，将所述催化剂称为"负载的"催化剂。
另外，如上所述，可以按照各种用量将惰性材料与活性催化剂材料物理混 合，制得稀释的体相催化剂混合物，从而减弱或以其他方式改良所述催化剂的 活性。该改良可包括但不限于例如在所述区内相对于未稀释的催化剂材料减 缓反应速率，保持较低的反应温度，甚至延长催化剂材料的使用寿命，这对工 业运作工艺来说是特别有用的。
因此，可以将一种或多种惰性固体材料设置在反应器管子214a, 214b， 214c 中，其可以与各种量的催化剂材料混合，形成稀释的反应区或子区，或者不含 任意的活性催化剂材料，从而形成一个或多个惰性级，在其中不发生可察觉的 反应。惰性级可根据需要设置在一个或多个反应区的上游、下游或其之间。适 于作为稀释剂与催化剂材料混合的惰性固体材料包括但不限于二氧化硅，碳
化硅，氮化硅，硼化硅，硼氮化硅，氧化铝，铝硅酸盐(富铝红柱石)，硼铝硅酸 盐，金刚砂，碳纤维，耐火纤维，氧化锆，氧化钇(yittrium oxide),氧化转，氧化 镁，氧化镁-铝硅酸盐(无烟火药)，和粘土基材料(例如美国俄亥俄州的阿克伦城 的诺顿化学工艺产品有限公司生产的催化剂载体的德斯通TM系列(DenstoneTM line of catalyst supports by Norton Chemical Process Products Corp., of Akron, Ohio))。用来形成惰性反应级的惰性固体材料包括但不限于氧化铝，富铝红柱 石，金刚砂，钢铁(包括不锈钢)，陶瓷，硼硅酸盐玻璃，以及包含以下一种或多 种元素的材料铜，铝，铂，钼，铬，镍，铁，钒和磷。
注意任意特定的反应区可具有两个或更多个催化活性不同的子区，即使每 个子区包含具有相同组成的催化剂材料，这是因为在各个子区之内，所述催化 剂可以用惰性固体材料稀释至各种程度。例如，反应区可沿着其长度在工艺流 动的方向上包括递增的催化活性的梯度，这可通过沿着所述反应区的长度使一 系列子区中与催化剂材料混合的惰性材料的比例越来越小来实现。因此，相同 反应级的子区各自包含至少一部分组成相同的催化剂材料，因此催化相同的反 应，但是速率、转化率和选择性不同。
对所述惰性材料的颗粒形状没有具体限制。所述惰性固体材料的常规形状 包括例如腊希格环，球形，鞍形，颗粒，圆柱形，环形，小片，纤丝，丝网和带 状。本领域普通技术人员可根据各种因素决定所述惰性材料的尺寸和形状，这些因素包括但不限于所需的反应物、使用的设备、操作条件、以及反应工艺的 规模。例如， 一种考虑因素可以是对惰性材料的选择，使得当工艺流体流过所 述惰性材料的时候，工艺流体在两个反应级之间骤冷，但是不会造成可察觉的 或无法接受的压降。
当所述催化剂的颗粒形状为球形、且直径不会占据所述反应器管子内径的 显著部分的时候，所述催化剂可以很容易地从所述反应器管子松脱并抽出。但 是，当所述催化剂是非球形的、形状不规则且/或占据反应器管子内径的显著部
分的时候，例如在内径为例如7/8英寸的反应器管子之内，颗粒长3/8-l/2英寸， 直径3/8-l/2英寸的时候，催化剂材料的取出将更为困难，这是因为催化剂颗粒 会且经常会桥状堵塞在所述反应器管子内。另外，所述催化剂颗粒会由于在反 应器操作过程中使用的高温而互相熔合并熔合于反应器管壁，使得催化剂材料 更难从管子中取出。
图6所示的多级反应器210设计用来进行C2-C5烯烃的两步气相催化部分氧 化反应(下文称为氧化过程")。所述氧化过程通常按照以下方式分两步进行在 第一反应步骤中，在第一催化剂存在的条件下将丙烯转化为丙烯醛，然后在第 二反应步骤中，在第二催化剂存在的条件下，将第一步骤中制得的丙烯醛转化 为丙烯酸，所述第二催化剂的组成通常不同于所述第一催化剂。因此，用于氧 化过程的填充程序通常会形成以串联形式设置在所述反应器210的反应器管 214a, 214b, 214c中的至少两个反应级250、 252。更具体来说，形成第一反应级 250，在其中发生所述氧化过程的第一反应步骤，还形成第二反应级252，在其 中发生氧化过程的第二反应步骤。所述第一和第二反应级250、 252各自还包括 各种子区和惰性级，详述见下文。任一或两个反应级可具有一个或多个子区和/ 或惰性级。
如图6所示，将能够催化丙烯转化成丙烯醛的第一催化剂组合物260、 262 置于所述第一反应级250中，将能够催化丙烯醛转化为丙烯酸的第二催化剂组 合物264、 266置于所述第二反应级252中。注意适于实施所述氧化过程的两个 反应步骤的催化剂组合物260、 262、 264、 266以及其制备方法都是众所周知的。 该催化剂通常包含一种或多种金属元素的氧化物，因此被称为"金属氧化物"或 "混合金属氧化物"，因此在下文中统称为"氧化催化剂"。所述氧化催化剂可通 过本领域已知的任意方法制备，这些方法包括但不限于初始湿气浸渍，化学 气相沉积，水热合成，盐熔法，共沉淀法，以及其他的方法。合适的氧化物催化剂组合物及其制备方法的例子包括但不限于以下文献中一个或多个所描述的
那些美国专利第6,383,978、 6,403,525、 6,407,031、 6,407,280、 6,461,996、 6,472,552、 6,504,053、 6,589,907、 6，624,111号,和欧洲专利公开第EP1097745、 EP0700714、 EP0415347、 EPA0471853和EPA0700893号。
下面将更详细地描述多级反应器210的反应器管子214a, 214b, 214c的填充 程序。应当理解本文中描述的填充程序仅仅是所述反应器管子214a， 214b， 214c 中的固体的许多可能的设置中的一种，本发明方法的成功实施方式不限于任何 特定的填充程序。另外，相关领域的普通技术人员能够基于本说明书和本领域 公知，在无需过多实验的情况下，成功地将本发明的方法应用于任意实际的填 充程序。
如图6所示，根据相同的填充程序，在每个反应器管子214a,214b,214c中填 充或装载了固体材料216a、 260、 262、 217、 264、 266、 216b,也即是说， 一般 在其中以相同的次序和用量设置了相同种类的固体材料，在各个反应器管子 214a, 214b， 214c中形成类似地设置的反应级、区和子区250、 252、 Al、 A2、 Bl、 B2。由于所述反应器管子214a,214b,214c共同并互相对齐并且平行，所以 多级反应器210的反应级、区和子区250、 252、 Al、 A2、 Bl、 B2通过反应器管 子214a、 214b、 214c的相应的、共同的反应级、区和子集250、 252、 Al、 A2、 Bl、 B2组成。例如，所述各个反应器管子214a，214b,214c的反应子区Al共同形 成所述反应区210的相应的反应子区A1(见图6)。因此，当描述所述第一反应级 250的"第一子区"A1的时候，应当理解其还是指所有反应器管子214a， 214b, 214c的共同的子区Al。
如图6所示，将形成初始惰性级Xl的一定量的惰性材料216a设置在每个反 应器管子214a,214b,214c中所述第一反应级250上游的位置，也即是说，在此示 例性实施方式中，所述反应物(未显示)首先进入所述初始惰性级X1中。在所述 第一反应级250中有两个反应子区A1、 A2，每个子区包含一定量的第一催化剂 组合物260、 262，用来将丙烯转化为丙烯醛。另外，在此示例性实施方式中，所 述第二反应级252还包括两个反应子区B1、 B2,每个子区包含一定量的第二催 化剂组合物，用来将来自第一反应级250的产物丙烯醛转化为丙烯酸。将包含 一定量惰性材料217的中间惰性级XX设置在所述第一反应级250和第二反应级 252之间，更具体来说，设置在所述第一反应级250的第二反应子区A2和所述第 二反应级252的第一反应子区B1之间。将另外的一定量的惰性材料216b设置在各个反应器管子214a，214b，214c中，形成末端惰性级X2，其设置在所述第二反 应级252的下游，即与所述第二反应级252的第二反应子区B2下游相邻。
注意所述惰性级X1、 XX、 X2相对于反应器210的定位并不重要，其数量可 以比本实施方式中讨论的情况更多或更少。例如，本领域普通技术人员可以很 容易地理解，所述中间惰性级XX不一定如图6所示位于反应器210和反应器管 子214a, 214b, 214c的中心，也不一定要介于所述第一和第二反应级250、 252之 间。相反的，人们最可接受的是将所述中间惰性级XX设置在普通技术人员确定 其有用的位置。例如，当所述填充程序造成所述第一和第二反应级250、 252之 间的界面不是位于反应器210和反应器管子214a， 214b, 214c的纵向中心的位置 的时候，所述中间惰性级XX当然可以与该界面相应地设置定位。再例如，所述 中间惰性级XX可以介于其它相邻的子区之间，例如介于所述第二反应级252的 第一和第二子区B1、 B2之间。所述反应器210还可具有中间管板(未显示)，其 将所述反应器壳212物理分隔成两个空间区域(本身未显示)，这些区域分别对应 于第一和第二反应级250、 252。通过这种中间管板，能够使得具有不同温度的 流体循环通过各个空间区域的壳程，以彼此独立地控制各个反应级250、 252的 温度。所述中间惰性级XX可以且有时候是定位在所述中间管板附近的位置(即 位于所述中间管板的上游、下游、或跨越所述中间管板)。另外，可能有一个以 上中间惰性级。例如，可以将一个中间惰性级XX设置在所述第一和第二反应级 250,252之间，而可将另一个惰性级设置在另外的两个相邻的子区之间，例如设 置在所述第一反应级252的第一和第二子区A1、 A2之间。类似地，所述初始和 末端惰性级Xl, X2中的一者或两者分别可以存在或不存在。
另外，在各个惰性级X1、 XX、 X2中的惰性材料216a、 217、 216b可具有相 同的组成、形状和尺寸。另外，所述一个或多个惰性级X1、 XX、 X2的惰性材料 的组成、形状和尺寸的一种或多种可以是不同的，例如在所述示例性实施方式 中，所述初始和末端惰性级X1、 X2中的惰性材料216a、 216b分别各自包含德斯 通(DenstoneTM)，所述中间惰性级XX中的惰性材料217包含腊希格环。相关领域 的普通技术人员有能力决定在一个或多个惰性级中使用的惰性材料的种类(即 其组成、形状、尺寸等)。
在此示例性实施方式中，各反应级250、 252的子区A1、 A2和B1、 B2的不 同之处在于各反应级250、 252的下游的第二子区A2、 B2的催化活性分别高于 上游的第一反应子区A1、 Bl。这种催化活性的不同可通过本领域众所周知的各种方法来实现，这些方法包括但不限于改变催化剂合成方法(例如改变煅烧温 度，进行另外的中间加热或冷却步骤等)，在下游的第二子区A2、 B2装载较高 浓度的体相催化剂材料(例如将其与较少的惰性材料混合，或者不混以惰性材
料)，或者使得各个下游的第二子区A2、 B2比其相应的上游第一反应子区A1、 Bl更长，从而增大各个第二反应子区A2、 B2的体积和反应物接触时间。
在此实施方式中，如图6所示，例如，设置在所述第一反应级250的第一反 应子区A1中的第一催化剂组合物与适量的惰性(或"稀释剂")材料混合，制得 稀释的第一催化剂组合物260，其包含这样的浓度66重量％的纯的第一催化剂 组合物和34重量％的惰性材料，例如颗粒陶瓷固体材料。可使用50-80重量％的 纯的未稀释的第一催化剂组合物浓度，甚至66-70重量％的纯的第一催化剂组合 物浓度。本领域普通技术人员能够理解，所述第一子区A1中的稀释的第一催化 剂组合物260的活性小于第二子区A2中的纯的第一催化剂组合物262。所述第一 子区Al中稀释的第一催化剂260的量将各个反应器管子214a, 214b, 214c填充至 所述惰性级X1上方大致相同的高度(见图6的A1)。所述第一反应级250的第二子 区A2包含一定量的纯的第一催化剂组合物262，其将各个反应器管子214a, 214b, 214c填充到所述惰性级Xl上方大致相同的高度(见图6的Al+A2)。
另外，设置在所述第二反应级252的第一反应子集B1中的第二催化剂组合 物与适量的惰性(或"稀释剂")材料混合，制得稀释的第二催化剂组合物264，该 组合物包含这样的浓度75重量％的纯的第二催化剂组合物以及25重量％的惰 性材料，例如颗粒陶瓷固体材料。可使用60-90重量％的所述纯的未稀释的第二 催化剂组合物的浓度，甚至70-87重量％的所述纯的第二催化剂组合物的浓度。 本领域普通技术人员能够理解，所述第一子区B1中的稀释的第二催化剂组合物 264的活性小于所述第二反应级252中的第二子区B2中的纯的第二催化剂组合 物266。在图6显示的示例性实施方式中，所述第一子区B1中的稀释的第二催化 剂264的量将各个反应器管子214a, 214b, 214c填充至所述惰性级Xl上方大致相 同的高度(例如见A1+A2+XX+B1，图6)。所述第二反应级252的第二子区B2包含 一定量的纯的第二催化剂组合物266，其将各个反应器管子214a, 214b, 214c填充 至所述初始惰性级X1上方大致相同的高度(见图6的A1+A2+XX+B1+B2)。
在一段时间的操作之后，所述反应器管子214a, 214b, 214c除了所述催化剂 和惰性材料以外，通常还包含以下固体材料，例如但不限于反应产物(例如副 产物，碳沉积物)，由一个或多个工艺流引入的杂质，这些杂质的衍生物，以及催化剂材料的移动组分。所述示例性实施方式的多级反应器210基本上是连续
运作一段时间，其间所述催化剂经历了例如至少为i,ooo小时投入生产的时间
("TOS，，)。因此，所述反应器管子214a,214b，214c包含所有上述固体材料的一些 组合，且至少一部分所述固体材料牢固地楔合或桥状堵塞在所述反应器管子 214a,214b, 214c内，使得难以在不对所述固体材料造成结构破坏(这种破坏造成 它们不适于重复使用)的前提下抽出它们。
另外，有时会有这样的情况设置在所述第二反应级252中的第二催化剂 组分264、266会一定程度地失去催化活性，使其无法以工业需要的水平运作，而 第一催化剂组合物260、 262仍然在第一反应级250中以可接受的水平运作。在 此情况下，很明显必需将第二反应级252中的第二催化剂组合物264、 266抽出并 替换，但是如果进行抽出和替换的话，所述第一催化剂组合物260、 262将会被 破坏并浪费掉，因此应将其不受扰动地保留在所述反应器管子214a, 214b, 214c 中。
通常，以所述反应器管子214a, 214b, 214c中固体材料的总量占据的总体积 为基准计，催化剂的部分取出和替换可能需要抽出约95-5体积％之间的任意量 的所述固体材料。当然，本领域普通技术人员能够根据使用的反应过程和设备 的具体种类以及工艺条件、还有所述设备的管子中使用的固体材料的种类和应 用(例如催化剂材料的种类)以及工艺条件，很容易确定必需抽出并替换的所述 固体材料的部分或量。例如，在图6所示的设备中，要取出并替换的"选定的"固 体材料216b、 260、 262、 264、 266的部分(216b、 266、 264)包括最终惰性级X2 中的惰性材料216b，以及所述第二反应级252中的纯的第二催化剂组合物266和 稀释的第二催化剂组合物264。
由于所述多级反应器210中固体材料的填充程序是已知的，假定所述填充 程序正确而准确地应用于各个反应器管子214a, 214b, 214c，则各个反应级250、 252、子集A1、 A2、 Bl、 B2以及惰性级X1、 XX、 X2开始和结束的定位或位置 也是已知的。可以根据具体情况，从所述反应器管子214a, 214b， 214c的任意端 部，例如从相应的反应器管214a的裸露端230a(见图6)，沿着所述反应器管子214a: 214b, 214c的轴向测量所述开始位置和结束位置。
例如，最终惰性级X2包含设置于相应的反应器管子214a中的惰性材料 216b，其开始于所述反应器管子214a的裸露端部230a附近的位置，结束于与所 述裸露的端部230a相距己知距离(X2)(见图6)的位置。所述第二反应级252的二子区B2包含设置在相应的反应器管子214a中的纯的第二催化剂组合物266， 其开始于所述最终惰性级X2端部附近，终止于与所述反应器管子214a的裸露端 230a相距已知距离(X2+B2)的位置。所述第二反应级252的第一子区B1包括设置 在相应的反应器管子214a中的稀释的第二催化剂组合物264，其开始于所述第二 子区B2端部附近，结束于与所述反应器管子214a的裸露端部230a相距已知距离 (X2+B2+B1)的位置。所述"停止位置"通常通过以下方式决定和选择确定所述 反应器管子215a的裸露端部230a和要保留在所述反应器管子214a中的固体材料 的所在位置之间的距离。在此实施方式中，因为将要从图6所示的设备中移出的 固体材料(216b、 266、 264)的选定部分延伸已知的距离X2+B2+B1(即从所述反应 器214a的裸露端部230a延伸到所述第二反应级252的第一子区Bl的端部)，所以 所述"停止位置"选择为从所述反应器管子214a的裸露端部230a向着所述第二 反应级252的第一子区264的端部向下延伸X2+B2+B1的距离(见图6)。
另外，在本发明中，分隔所述第一反应级250和第二反应级252的中间惰性 级XX开始于所述第一子区B1的端部，向下延伸入所述反应器管子214a， 214b， 214c—段已知的距离(X2+B2+Bl+XX)，到达所述中间惰性级XX的端部，在此 处，所述第一反应级250开始(见图6)。如上所述，设置在所述第一反应级250中 的第一催化剂组合物260、 262仍然具有令人满意的活性和性能，因此不必移出。 本领域普通技术人员可以很明显地看出，所述空心棒232的端头234插入所述反 应器管子214a， 214b， 214c的距离(距离所述反应器管子214a的裸露端部的距离) 无论何时都不应大于X2+B2+B1+XX。因此，在仅移出第二反应级252的第二催 化组合物264、 266的情况下，当将旋转的棒232插入所述反应器管子214a时操作 者估计和监控旋转棒232的端头234的位置的时候，所述中间惰性级XX的位置允 许有一定的误差限度(即XX的距离:i。
下面将根据本发明方法的该"部分移出"的实施方式，详细描述从反应器 管子214a, 214b， 214c移出选定部分的固体材料(216b， 266, 264)，同时将对固体 材料(特别是惰性固体材料)的破坏减至最小使它们适于重复使用的操作。该实 施方式的最初几步类似地是以下步骤(A)使得空心棒232与相应的反应器管子 214a轴向对准，(B)对空心棒232进行定位，使得其端头234位于相应的反应器管 子214a的裸露端部230a附近，(C)使得空心棒232旋转(沿着箭头R所示的方向)， 然后(D)沿着箭头S所示的方向，在旋转的同时，将所述空心棒232轴向插入所述 相应的反应器管子214a的裸露端部230a,使得其端头234与至少一部分待移出的固体材料216b、 266、 264物理接触。
在插入旋转的空心棒232之后，如上所述通过对所述旋转的空心棒232施加 控制的轴向作用力(沿箭头S的方向)，将所述端头234受控地压向在反应器管子 214a中遇到的固体材料216b上，开始使得所述固体材料的选定部分(216b、 266、 264)松脱。当所述固体材料216b的单独颗粒被松脱的时候，沿着箭头S的方向连 续控制地施加轴向作用力，稳定地使得所述旋转的空心棒232进一步深入所述 相应的反应器管子214a，使得更多的固体材料216b、 266、 264松脱，直到全部 的选定部分的固体材料216b、 266、 264均已松脱。
当固体材料216b、 266、 264疏松并松脱的时候，通过旋转的空心棒232，通 过抽气，在流动的流体流(图中用箭头F显示)中将它们从相应的反应器管子214a 抽出。所述轴向作用力S以控制的方式施加，以将对被移出的固体材料(216b、 266、 264)的破坏减至最小。例如，在松脱步骤中，可以对空心棒232的旋转和轴 向作用力S的施加进行监控和调节，甚至暂时停止，从而使得旋转的棒232施加 的旋转作用力主要用来松脱所述固体，将对至少一部分所述固体材料(例如惰 性固体材料216b)的破坏减至最小，以确保它们在结构上适用于重复使用。在抽 出之后，可以通过任意己知的方式将所述惰性固体材料216b与其它抽出的固体 材料(264、 266)分离，所述方法包括上述方法，还可通过普通技术人员已知的任 意方法进行漂洗或清洁，这些方法包括但不限于加热，用水、醇、酸等之类 的溶剂洗涤，用蒸汽冲洗，以及它们的组合，以使得所述固体材料可以在同一 反应器210、在不同反应器或完全不同的工艺或应用中重复使用。
可以对所述空心棒232的端头234的轴向移动和位置进行监控，当所述端头 234位于所述停止位置附近的时候(即在此示例性实施方式中，当所述端头234 位于与所述相应的反应器管子214a的裸露端部230a相距X2+B2 + Bl的距离的 时候)，停止所述空心棒232的轴向移动。为了便于对所述旋转棒232的端头234 的轴向移动的监控，可以在旋转棒232上设置标记，每个标记表示与端头234之 间的直线距离，使得可以读取尚未插入所述反应器管子214a的棒232部分上的 标记，而表示所述棒232已经从所述裸露端部230a插入了多深。通过此信息，可 以估计端头234的位置，即所述端头在所述反应器管子214a中的轴向位置。
实际上，在开始将固体从反应器的反应器管子移出之前，必需停止反应器 的运作，并将反应流体和任意疏松的颗粒从所述反应器管子冲出。这可通过任 意常规的或其它合适的方法完成，这些方法是本领域普通技术人员可以确定的，对本发明的方法没有特别的限制。例如， 一种关闭方法包括以下动作关 闭反应器，关闭进料管道或者将其断开以停止向反应器供应流体和其它材料, 允许工艺流体继续从反应器进口流出，以及向所述反应器射入气态流体(例如 氮气、空气或水蒸气)以迫使任何剩余的工艺流体和任何损失的颗粒固体流出所 述反应器管子。任选地还可进行除焦步骤，该步骤包括将加热的含氧气体或其
它流体流送入所述反应器管子214a, 214b, 214c中，以使得有时会大量存在的碳 沉积物的至少一部分氧化和松脱。
假如在移出和替换固体材料(例如催化剂和惰性材料)的时候，涉及到多个 操作者，需要很多天或很多周，而且对多个反应器管子中的每一个都必须依次 进行大量不连续的操作，所述管子的数量可能多达10,000或30,000,或者甚至 更多，就需要跟踪和传达在替换一种或多种固体材料过程中每个反应器管子的 状态。各个反应器管子214a, 214b, 214c的"状态"是已经成功对各个管子214a, 214b， 214c进行了用来从中移出固体材料的方法或工艺的各步骤的一种标示，因 此，所述状态也可是用来表示接下来将要对任意特定反应器管子214a, 214b， 214c实施的步骤的一种标示。我们开发了一种简单的良好组织的跟踪程序，用 来在移出和替换的过程中的任意给定时间，高效地跟踪和传达反应器管子的状 态。
更一般地来说，可以采用所述程序对进行中(即工艺进行过程中)的工艺的 状态进行跟踪和传达，当所述工艺包括依次进行的至少两个步骤的时候，该方 式是特别有用的，但是其也可用于仅有一个或两个步骤的工艺。
所述程序是一种对进行中的工艺的状态进行跟踪和传达的方法，其包括以 下的步骤提供具有多个标记元的标示规则，将一种标记元与进行中的工艺中 的各个步骤相关联，提供多个标示器，每个标示器载有一个标记元。设定每个 标示器的尺寸和形状，使其与相应的管子的一端相协配，以与之形成防潮密封。 该方法还包括通过以下方式传达给操作者每个管子最近完成的步骤将载有与 管子最近完成的步骤相关联的标记元的标示器置于所述管子裸露的端部。
关于本发明，所述方法还包括在移出和替换全部或一部分所述固体材料的 过程中，对反应器管子214a, 214b, 214c的状态进行跟踪和传达。如下文中所述 的，通过在对每个反应器管子进行所述方法的至少一个步骤之后，根据一种标 示，将载有所述标记元的标示器置于各个反应器管子的可通达的裸露的端部， 使得操作者能够确定接下来对各个反应器管子进行何种步骤。一般来说，不考虑在管子上进行的工艺，
22. —种对包括依次进行的至少两个步骤的迸行中的工艺的状态进行跟踪
和传达的方法，该方法包括
(a) 提供一种标示规则，所述标示规则包括多个标记元，将标记元与所述进 行中的工艺的各个步骤相关联；
(b) 提供多个标示器，对每个标示器的尺寸和形状进行设定，使其与相应的 管子的端部相协配，以与之形成防潮密封，其中每个标示器载有一个标记元；
(c) 通过将载有与最近完成的步骤相关联的标记元的标示器置于所述管子 的裸露端部，传达给操作者各个管子最近己经完成的的步骤。
在松脱和抽出过程中，对各个反应器管子214a, 214b, 214c的跟踪和传达例 如可如下所述地利用多个标示器(其可为管子覆盖物，例如盖子或图6所示的塞 子)和标示规则来完成。所述管子覆盖物各自设定尺寸和形状，以严密地覆盖或 堵塞各个反应器管子214a的裸露端部230a。例如、但不限于，所述管子覆盖物 的尺寸和形状可以设置成盖子的形式(本身未显示)，以严密地安装于各个反应 器管子214a的裸露的端部230a上方(类似于罐子的盖子)。或者，特别是如图6所 示，所述管子覆盖物的尺寸和形状可以设成塞子270的形式，其可以至少部分插 入所述相应的管子214a的裸露的端部230a中。不管形状如何，各个管子的覆盖 物应当与相应的反应器管子214a的裸露端部230a形成防潮密封，且在设置好的 时候，应该是操作者能够看到而且可以触到的。形成所述管子覆盖物的示例性 的材料包括但不限于聚乙烯，软木和橡胶。可适合用作根据本发明的标示器 的各种种类和形状的管子覆盖物的商业来源为美国纽约州布法罗的凯普罗格 斯(Caplugs, of Buffalo, New York, U.S.A)。当然还存在其它的商业来源，所述标 示器甚至可以不需商业供应商而由使用者制造或制备。
所述标示规则是与所述多个标示器协配的且可以是普通技术人员所熟知 的任何已知的记录和传达方式。例如但不限于，所述塞子270可以用颜色标示, 或者可以在它们的表面上具有不同的记号、数字或符号，或者操作者可以在所 述抽出和替换过程的两个步骤之间在所述塞子270上进行书写。
尽管不希望对本发明构成限制，作为一个具体的例子，当所述标示规则包 括用颜色标示的塞子270的时候，可以提供大量黄色塞子、蓝色塞子、红色塞子 等，每种颜色表示不同的状态。例如，可选择黄色表示所述反应器管已经除去了工艺流体并进行了干燥，因此可根据本发明方法进行固体材料的松脱和取 出。可选择蓝色表示已经根据需要将全部的或选定部分的固体材料从反应器管 子松脱并抽出，因此，接下来要对所述管子进行进一步清洁和/或用新的固体材
料填充。可以选择红色表示特定反应器管子214a中的固体材料难以进行松脱和
抽出，因此该管子必须进行再次处理。可选择另外的颜色表示无需从中除去固 体材料的焊接的管子。
为了使用上述标示器和标示规则对反应器的状态实施跟踪和传达，可以将 不同颜色的塞子插入所述反应器管子中，还可在移出和代替过程中合适的时间 用其它颜色的塞子代替。更具体来说，在关闭反应器并将工艺流体和疏松的固 体颗粒从所述反应器管子冲出之后，可以将黄色的塞子插入各个反应器管子的 端部，用来表示和传达具有所述黄色塞子的反应器管子可用来根据本发明的方 法进行固体材料的移出和替换。即使某个操作者在冲洗过程中并不在场，只要 其看到所述黄色的塞子，也可知道已经完成了冲洗，该反应器可以用于固体材 料的松脱和抽取操作。当一个或多个反应器管子可用于松脱和抽出固体材料的 时候，当然也可从所用的特定设备可进行操作的尽可能多数量的管子上取下所 述黄色塞子。
当从一个或多个反应器管子中的每一个移出和抽出所需固体材料的操作 完成之后，可以将蓝色塞子插入其裸露的端部，以表示己经抽出全部的或选定 部分的固体材料，且该反应器管子可用于重新填充替换的固体材料，例如新鲜 的未耗尽的催化剂材料。在所述固体材料特别密实和楔合在特定的反应器管子 中时，可以将红色的塞子置于该反应器管子的裸露端部中，以表示其中仍残留 固体，操作者需要特别对该反应器管子特别留意，以除去剩余的固体材料。因 此，可以对所有不存在问题的反应器管子继续进行松脱和抽出操作并完成这些 操作，而其它的操作者将会对仍然包含要松脱的固体材料的反应器管子进行重
新处理，对这些反应器管子中残留的固体材料进行特别的注意和施加特别的压 力。
普通技术人员可以很容易地理解，根据可采用的填充程序，用新的固体材 料重新填充各个反应器管子。当填充程序需要用不同的固体材料重新填充全部 或一部分的所述反应器管子以形成多个区和子区的时候，在形成一个或多个所
述区或子区之后，可以将有颜色的塞子270再次置于所述管子的裸露的端部之 上，不同的颜色表示完成了特定的相应的区或子区。在各个反应器管子中形成各个区和子区的时候，所述有颜色的塞子可以用不同颜色的塞子代替。通过这 种方式，进行重新填充操作的操作者可以通过观看所述有颜色的塞子，根据它 们的颜色解读出它们的含义，从而确定各个反应器管子的哪个区或子区已经装 载，以及接下来应该形成哪个区或子区。
本发明方法的其它实施方式可以有效地例如但不限于包括除了所述中间
惰性级X2以及第二反应级252的的固体材料216b、 266、 264以外，还从所述中 间惰性级XX除去所述固体材料217。本发明方法的另一种实施方式将会从所述 反应器管子214a, 214b， 214c移出所有的固体材料216b、 266、 264、 217、 262、 260、 216a，以便对反应器210进行完全的清洁和重新填充。通过使用本发明的 方法从反应器管子214a, 214b, 214c移出所有的固体材料216b、 260、 262、 217、 264、 266、 216b，有助于很容易地将所述固体材料按照不同的种类和组成分离, 这是因为在距离X2、 X2+B2、 X2+B2+B1、 X2+B2+B1+XX、 X2+B2+B1+XX+A2、 X2+B2+B1+XX+A2+A1和X2+B2+B1+XX+A2+A1+X1的中间停止位置可用来表 示应当导向不同的收集容器的抽出固体。注意到当抽出所有的固体材料之后， 本发明的方法可以如下方式与较老的(上述)牵引法协作地使用从末端惰性级 X2和第二反应级252松脱和抽出固体材料216b、 266、 264,可以从中间惰性级 XX进一步松脱和抽出固体材料217，也可不从该中间惰性级XX抽出固体材料 217,而剩余的固体材料216a、 260、 262(以及217，如果需要的话)使用从反应器 管子214a, 214b, 214c底端向上插入的牵引器(未显示)进行松脱，使剩余的固体材 料216a、 260、 262(以及217,如果需要的话)可从所述反应器管子214a, 214b, 214c 的底部掉落出来。然后本发明的方法可促进抽出的固体材料216b、 266、 264(以 及任选的217)互相分离，而剩余的固体材料216a、 260、 262(以及217,如果需要 的话)可以通过本领域普通技术人员己知的任意方法完成。
如上所述，在抽出和分离操作之后，可以通过本领域普通技术人员已知的 任意方法对所述惰性固体材料216b、 217进行漂洗或清洁，这些方法包括但不限 于加热，用水、醇、酸等之类的溶剂进行清洗，用蒸汽冲洗，以及它们的组 合，使得所述固体材料可以在相同的反应器210中、在不同的反应器中、或者在 完全不同的工艺或用途中重复使用。
另外，本发明的方法当用来从反应器管子214a, 214b， 214c移出所有的固体 材料216b、 266、 264、 217、 262、 260、 216a以进行所述反应器210的完全清洁 和重新填充的时候，还可包括在已经抽出所有的固体材料216b、 266、 264、 217、262、 260、 216a，且对管子214a， 214b, 214c进行重新填充之前，对所述空的反应 器管子214a, 214b, 214c进行清洁。例如， 一 种方法和设备被称为 WATERLAZERTm，可购自美国得克萨斯州德尔帕克的亥卓化工(HydroChem of Deer Park, Texas, U.S.A.),其能够通过挠性可旋转且可轴向移动的喷枪和喷嘴 组合，将水以高达40,000磅/平方英寸的压力导向反应器管子的内表面，以除去 在松脱和抽取操作之后残余的任意的固体、沉积物等。当然还可采用任意的能 够在不破坏所述管子的前提下，将剩余的固体、沉积物和堆积物从所述反应器 管子上清洁和冲洗除去的方法和设备。
本发明还提供了一种用来在从壳管式反应器的一个或多个反应器管子中 松脱和抽出固体材料的过程中，将对固体材料的破坏减至最小的设备。所述设 备促进松脱和抽出至少一部分所述固体材料，而且在所述松脱和抽取之后，至 少一部分所述抽出的固体材料保持在结构上适于重复使用。
下面将参照图7-10详细描述本发明设备的一种基本的一般性实施方式，这 些图提供了根据本发明的设备346的各种视图，该设备使用包含固体材料316b、 318的壳管式反应器310，所述固体材料中的至少一部分要被松脱并抽出。更具 体来说，图7提供了设备346的正视示意图以及反应器310的部分剖视图，所述反 应器310具有多个垂直取向的反应器管子314a， 314b, 314c，这些管子互相平行 地设置，其中各自包含固体材料316b、 318。所述设备346设计成和适于用来在 松脱和抽出的过程中将对至少一部分所述固体材料316b、 318的破坏减至最小。 一般来说，所述设备346包括安装组件354和可移动地安装在所述安装组件354 上的支架348。安装组件354的至少一部分，例如框架356,适于在所述设备346 的运作过程中相对于所述反应器310和反应器管子314a, 314b， 314c保持固定不 动。
仍参照图7，所述设备346还具有至少一个空心棒，例如图中所示的多个空 心棒332a，332b,332c。尽管可以理解所述设备346当然还可具有单个空心棒，如 图所示的具有多个空心棒的设备346利于一次性地从一个以上反应器管子314a， 314b, 314c松脱和抽出固体材料，这加快了固体材料的抽出和替换的总体过程。 多个空心棒332a, 332b, 332c中的每一个互相平行取向地安装在所述支架348上， 且依照与反应器管子314a, 314b, 314c的裸露端部330a(330b, 330c，未显示)形成 的规则的重复图案(图案未显示，但是例如可参见上述图2)匹配的结构设置。
另外，设定每个空心棒332a， 332b, 332c的尺寸和形状，以可插入所述反应器310相应的反应器管子314a, 314b， 314c。对所述空心棒332a， 332b, 332c的结构 的材料没有特别的限制，因为它们可以或者是刚性而不可弯曲的，或者具有一 定的挠性，只要所述棒子在减压条件下不会塌縮即可，所述减压条件可能由吸 气机340施加，将在下文中更详细地讨论。合适的构造材料包括例如但不限于 聚合物树脂，例如聚乙烯、聚丙烯、特弗隆和聚氯乙烯，或者金属，例如不锈 钢和碳素钢，或者它们的组合。
各个空心棒332a, 332b, 332c具有端头334a, 334b, 334c，对其尺寸和形状进 行设计，以与至少一部分所述固体材料316b、 318接触并使其松脱，各个空心棒 还包括轴向腔管344a, 344b, 344c，用来将至少一部分所述松脱的固体材料从相 应的反应器管子314a, 314b, 314c输送出来。如图7A-7F所示，所述端头334a, 334b，334c可具有任意的形状和结构，用来将待抽出的固体材料松脱，同时不会 对其造成破坏。例如，在图7A中，显示端头344a具有简单的圆形端面(i)，该端 面通过垂直于所述端头344a的纵轴线L、水平地切割所述端头的远端(ii)形成。 所述端头344a可以以可流体密封的方式在其近端(iii)通过常规方式固定于相应 的空心棒332a(图7A-7F中未显示，但是显示于图7和8)的轴向腔管344a的远端， 所述常规方式包括但不限于凸缘连接，螺纹型连接，以单独的整体的结构制 造所述轴向腔管和端头，焊接，以及它们的组合。
图7B显示具有椭圆形端面(i)的端头334a，所述端面(i)以倾角9向着平行于 所述端头344a的纵轴线L的表面倾斜。所述倾角e可以例如是但不限于30。 -70 ° ,例如约为45° ,或甚至约为60。。图7B中所示的端头结构的总开口面积大 于图7A所示的端头结构的开口面积。另外，在所述待抽出的固体材料和端头 334a之间形成空隙(iv)，这有助于通过所述流体流F抽出所述固体材料(参见图 7-10中的任一幅)。
图7C显示了具有类似于螺旋钻形状的螺旋形结构的端头334a，其在远端(ii) 以较为锐利的尖端(v)终止。
在图7D中，所述端头334a具有两个相对设置的延伸部(vi)、 (vi)'，每个延伸 部朝向其远端(vii)、 (vii)'越来越窄。在所述延伸部(vi)、 (vi)，之间的开口(viii)、 (viii)，各近似成"U"形。图7D中显示的端头334a的开口面积也大于图7A中显示的 面积，这在待松脱的固体材料(未显示)和端头334a之间提供了合适的空隙，使得 所述固体材料可以更容易地通过所述流体流F从所述反应器管子吸出(见图7-10 中的任一幅)。在图7E中还提供了另一种端头结构，所述端头334a具有沿所述端头334a的 远端(ii)的圆周设置的多个三角形楔形延伸部(vi)，这些延伸部其间产生间隙或 开口(ix)。尽管图中未显示，但是所述延伸部(vi)的形状可不是三角形的，例如 为狭长的矩形延伸部，它们沿着所述端头334a的远端的圆周排列，类似地在其 间产生间隙或开口。
在图7F中，所述端头334a包括多个渐细的延伸部(vi)，每个延伸部(vi)在其 远端(vii)弯曲或成一定角度，从而产生多个具有钝的背面(xi)的钩。当所述端头 334a向左旋转(如箭头LR所示)的时候， 一个或多个所述钩(x)可以钩抓在固体材 料上，完成初始的少量松脱和移位，然后通过反向旋转方向(见箭头RR)，使得 所述钝的背面(xi)咬合，以进一步使所述松脱的固体移位，并使得可以将它们从 所述反应器管子中抽出。
下面再来看图7，每个空心棒332a，332b, 332c的轴向腔管344a， 344b, 344c 可具有任意的横截面形状，它们以充足的空隙配合入相应的反应器管子314a， 314b, 314c中，使得所述空心棒332a， 332b, 332c可以在插入所述反应器管子 314a， 314b,314c的时候独立地旋转。圆形的甚至椭圆形的横截面形状最适于轴 向腔管344a, 344b， 344c,这是因为各个反应器管子314a, 314b， 314c还倾向于具 有圆形的截面形状。所述各个空心棒332a, 332b, 332c的不同部分的构造材料以 及形状可以适当地变化，这些变化是本领域普通技术人员可以很容易地确定 的。
假定对于给定的设备346的实施方式，所述反应器管子314a， 314b, 314c具 有基本均匀的内径，则各个空心棒332a, 332b, 332c的轴向腔管344a, 344b, 344c 的外径应当近似互相相同。类似地，各个空心棒332a, 332b, 332c的端头334a, 334b, 334c的外径也应近似互相相等。但是，对于各个棒子332a, 332b,332c,所 述轴向腔管344a, 344b, 344c的外径以及所述端头334a， 334b, 334c的外径可以互 相不同，使所述端头334a的外径大于所述轴向腔管344a的外径，或者反之。例 如，在本发明设备346的一个具体实施方式
中，所述各空心棒332a, 332b， 332c 的轴向腔管344a, 344b， 344c的外径可以近似为0.8125英寸，各个空心棒332a， 332b, 332c的端头334a, 334b, 334c略大于约0.875英寸。
另外，根据所述反应器管子314a， 314b, 314c的内径，在所述设备346的不 同实施方式中，轴向腔管344a, 344b， 344c以及端头334a， 334b, 334c的外径可以 是互不相同的。因为要取决于反应器管子314a, 314b, 314c的内径，轴向腔管344a, 344b， 344c的外径以及空心棒s 332a, 332b， 332c的外径最好可以如下所述 地用术语"间隙比"和"自由流动比"来描述和规定。
在本文中，"间隙比"是空心棒332a， 332b， 332c的轴向腔管344a, 344b, 344c 和端头334a， 334b, 334c外径中较大者与反应器管子314a, 314b， 314c的内径之 比。对于设备346的任意实施方式，所述间隙比应当为0.60-0.99，例如0.75-0.98, 以确保空心棒332a, 332b, 332c能够在所述反应器管子314a, 314b, 314c中无约束 地轴向移动。
在本文中，"自由流动比"是空心棒332a， 332b, 332c的轴向腔管344a, 344b， 344c和端头334a, 334b, 334c的内径的较小者与所述反应器管子314a, 314b, 314c 中固体材料的最大颗粒尺寸之比。在本文中，术语"最大固体颗粒尺寸"表示球 形颗粒的直径以及非球形颗粒(例如圆柱体)的最大尺寸(长度、宽度、直径等)。 对于设备346的任意特定实施方式，所述自由流动比应为2-25，例如为3-8,以便 在将固体材料输送过空心棒332a, 332b, 332c的过程中，将桥状堵塞、密实和堵 塞程度减至最小。下面提供了上述相对尺寸的例子，但不限于此。
在根据本发明的设备346的特定实施方式中，所述设备用来从反应器管子 中取出直径约为0.20英寸(即最大固体颗粒尺寸)的球形固体材料(例如球形催化 剂颗粒)，这些管子的内径约为0.98英寸，各个空心棒的轴向腔管的外径和内径 分别约为0.8125英寸(20.66毫米)和0.75英寸(19毫米)。各个空心棒的端头的外径 和内径可分别约为0.875英寸(22.2毫米)和0.75英寸(19毫米)。以上尺寸提供的最 大间隙比约为0.89(=0.875/0.98)，最小自由流动比约为3.75(=0.75/0.20),这些比 值各自位于这些特征的上述范围之内。
另外，包括具有上述尺寸的空心棒332a， 332b, 332c的设备346可用来从内 径约为0.98英寸的各反应器管子中除去直径约为0.1875英寸(4.8毫米)、长度约为 0.25英寸(6.4毫米)(所述尺寸得到最大的固体颗粒尺寸为0.25英寸(6.4毫米))的 大体圆柱形的固体材料(例如腊希格环)。上述尺寸提供了约0.89 (=0.875/0.98) 的最大间隙比和约3.0 (=0.75/025)的最小自由流动比，这些比例都各自位于这 些特征的上述范围内。所述包括具有上述尺寸的空心棒332a，332b和332c的特定 设备346能够有效地同时从反应器的内径约0.98英寸的反应器管子中取出直径 0.2英寸(5毫米)的球形催化剂颗粒和长0.25英寸(6.4毫米)的圆柱形腊希格环。
下面来看图8所示的设备346和反应器310的左侧视示意图，图8中示意性地 显示传动组件(并未完全显示，但是在下文中将进一步讨论)固定于安装组件354，并与动力源(例如电动机372)连接。所述传动组件可包括本领域普通技术
人员已知的任意装置或多个装置，这些装置能够单独地或共同地施加可控的轴
向作用力，使得另一装置或设备(例如所述支架348和空心棒332a, 332b, 332c)移 动。设想到所述传动组件甚至可以是操作者，以及可不采用机械电动机，而是 通过手动施加所述受控的轴向作用力(S)以移动所述支架348和空心棒332a, 332b,332c。所述传动组件与所述支架348连接，用来对所述支架348施加受控的 轴向作用力(S)，并从而对安装在支架348上的各个空心棒332a, 332b, 332c施加 作用力。
在更常规的实施方式中，如图7和图8所示，例如但不限于，所述传动组件 可包括各种滑轮装置374a, 374b， 376a, 376b(在图8中仅能看到左侧的滑轮374b, 376b的左侧)以及带子、链子或缆绳(未显示)，后者与一个或多个所述滑轮装置 374a, 374b, 376a, 376b和支架348接触并连接。在一个这样的实施方式中，所述 传动组件的电动机施加作用力，该作用力由所述滑轮374a, 374b, 376a, 376b以及 所述带子、链子或缆绳(未显示)传送。图8没有提供所述反应器310的剖视图，因 此，在图8的虚线中显示了最左侧的空心棒332c的插入端头334c以及该端头插 入其中的相应的反应器管子314c。所述反应器310和设备346的右侧视图是图8 的左侧视图的镜像。
通过操作所述传动组件，所述支架348以及与之相连的空心棒332a， 332b， 332c能够相对于所述反应器310和反应器管子314a, 314b, 314c在撤回位置(图9 所示)和插入位置(图10所示)之间移动，并能够移动到所述撤回位置和插入位置 之间的多个位置中的任一位置上。当所述支架348和空心棒332a, 332b,332c位于 撤回位置(图9)的时候，所述空心棒314a， 314b, 314c的端头334a, 334b, 334c与相 应的反应器管子314a, 314b, 314c的裸露端部330a, 330b, 330c对准，但是位于所 述裸露端部之外。当它们位于插入位置(图10)的时候，所述空心棒332a, 332b, 332c被插入相应的反应器管子314a, 314b, 314c。
所述设备346还具有图7-10中示意地显示的一个或多个旋转器组件378a， 378b， 378c,它们用来与所述空心棒332a, 332b, 332c配合并使所述空心棒旋转。 所述一个或多个旋转器组件378a, 378b， 378c安装在支架348上，各自与相应的一 个或多个空心棒332a, 332b, 332c连接。对所述旋转器组件378a, 378b, 378c的种 类以及它们与空心棒332a,332b,332c的连接方式没有特殊限制。在图8中，例如 为每个空心棒332a， 332b, 332c提供一个旋转器组件378a, 378b， 378c，使得每个空心棒332a, 332b, 332c可以独立于其它空心棒地旋转。所述旋转器组件378a, 378b, 378c可以是普通技术人员己知的任意装置，它们能够单独地或共同地与 所述空心棒332a, 332b, 332c配合并使之旋转。例如，但不限于，各个旋转器组 件378a， 378b, 378c可包括驱动电动机(本身未显示)提供用于旋转的动力，还包 括传动装置(本身未显示)，用来将所述动力传送到一个或多个空心棒332A、 332b、 332c，如普通技术人员熟知的那样。
当所述支架348和空心棒332a， 332b, 332c位于上述插入位置，各个棒332a, 332b, 332c的端头334a, 334b， 334c与待从各个相应的反应器管子314a, 314b， 314c取出的固体材料316b、 318的至少一部分相接触(例如见图10),且操作所述 旋转器组件378a, 378b， 378c时，所述空心棒332a, 332b, 332c旋转，各个端头 334a，334b, 334c对至少一部分所述固体材料316b、 318施加冲击使其松脱，同时 将对所述固体材料316b、 318的破坏减至最小，使得所述固体材料的至少一部分 保持在结构上适于在抽出之后重复使用。
注意可以构建和设计所述设备的另一个实施方式(未显示)，以操作和从水 平取向的反应器管子取出固体材料。对于这样的应用，所述设备的安装组件、 支架、空心棒和其它部件将简单地设计并互相协作成施加水平取向的轴向作用 力，使得所述支架348和空心棒332a， 332b， 332c在插入位置和撤回位置之间水平 移动，以及移动到所述两个位置之间多个位置中的任意一个。可以认为本领域 的普通技术人员能够参照本说明书和基于本领域公知常识得知根据本发明的 这种水平取向的设备的结构和操作。
如仅在图7中示意地所示，可以通过导管336将吸气机340或真空源与一个 或多个所述空心棒332a, 332b, 332c的轴向腔管流体连通，用来通过提供流动的 流体流F来将松脱的材料316b从相应的反应器管子314a, 314b, 324c抽出。所述 吸气机340没有具体限制，可以是普通技术人员已知的任意常规种类。通常，合 适的吸气机包含由动力源(例如电动机和引擎(未显示))驱动的排气泵(未显示)。 至少一部分的松脱的固体材料316b被夹带在所述流动的流体流F中，并输送出各 个相应的反应器管子314a, 314b, 324c,从而离开所述反应器310。至少一部分的 所述导管336应当是挠性的，允许和便于支架348和空心棒332a， 332b, 332c相对 于所述安装组件354的吸气机340和框架356移动。
如上文关于本发明以及图4的方法所讨论，有时候需要从所述流体流F分离 和收集所述抽出的固体材料316b，以及将所述固体按照种类、尺寸、组成或其它标准互相分离。
因此，本发明的设备346还可包括分离设备342，用来将所述抽出的固体材 料316b从所述流动的流体流F分离，以及还可包括任选的收集设备(其在图6中为 所述分离设备342的一部分)，用来在分离之后收集和容纳固体材料316b。所述 分离装置342可以是相关领域普通技术人员已知的任意常规的装置，其能够使 得至少一部分抽出的固体材料316b从所述流动的流体流F分离。所述收集设备 342可以是任意相关领域普通技术人员己知的常规设备，其能够收集和保持至 少一部分分离的固体材料316b。例如但不限于，所述分离342装置可以是图4和7 中示意地显示的容器或其它的容纳器，其与导管336流体连通，位于所述空心棒 332a, 332b，332c和吸气机340之间，用来在将固体材料316b从流动的流体流F中 分离出来(在此情况下是通过重力分离)的时候进行捕集。
尽管图中本身未显示，但是本发明设备的另一个实施方式可包括多个串联 的分离装置，以便在不同平均质量的固体材料由于重力和惯性力的作用依次从 所述流动的流体流F中掉落出来的时候，对其进行捕集。最先从所述流体流F中 分离出来的固体材料(即最远的上流)可以是具有最大质量的，然后是次之的质 量等，直至具有最小质量的固体材料从所述流体流F掉落出来，落入容器(未显 示)中。
还可设置挡板(未显示)以促进将抽出的固体从所述流动的流体流F重力分 离和惯性分离。另外，还可通过在所述导管336中提供曲折路径或者调节抽吸速 率来控制和调节所述流动的流体流F的速度，使得所述速度处于能够促进所述 抽出的固体从所述流动的流体流F的重力分离和惯性分离的速率。'可以通过在 导管336中设置一个或多个挡板、弯管或甚至阀门来在导管336中产生曲折的路 径。
可以用另外的分离设备促进依照种类或尺寸分离抽出的固体材料，例如通 过从所述第二反应级252的第一和第二子区B1、 B2的第二催化剂组合物中分离 所述惰性材料316b。例如可使用具有合适的筛孔尺寸的一个或多个过滤器(未显 示，例如它们设置在所述容器342或导管336附近或其内)，以根据尺寸分离固体 材料，或者可以使用具有预定磁场的磁铁(例如它们设置在所述容器342或导管 336附近或其内)，以便将包含黑色金属的固体材料与基本不含黑色金属的固体 材料分离。可以将过滤器(未显示)设置在所述吸气机340进口的附近，以便将否 则可能进入所述吸气机设备并影响其连续操作的灰尘和颗粒减至最少量。下面来看图11和12,图中分别显示了本发明设备的另一个具体实施方式
的
正视立体图和右视立体图。通常该实施方式的设备446的部件与上述一般性实 施方式的部件相同，如下所述。该实施方式的设备446具有安装组件454以及可 移动地安装于所述安装组件454的支架448。至少所述安装组件454的框架456适 于在所述设备446操作过程中相对于所述反应器的反应器管子(未显示)保持固 定不动。
将多个空心棒432a, 432b， 432c(图中仅标出了其中的三个)互相平行地安装 在所述支架448上，并按照与所述反应器管子的裸露端部形成的规则的重复图 案(图中未显示，但是可以参见例如图2和上面提供的相关的内容)匹配的结构设 置。各个空心棒432a, 432b, 432c具有端头434a, 434b, 334c，用来接触并松脱固 体材料(未显示)，各个空心棒还包括轴向腔管444a,444b,444c，用来输送松脱的 固体材料。空心棒的尺寸、形状以及构造材料与上文所述关于更常见的实施方 式所述的情况相比没有变化。
继续参见图11和12,将传动组件固定在所述安装组件454上，用来对支架 448施加控制的轴向作用力(S)，其与动力源(例如图12中可以看见的电动机472) 联接。在此实施方式中，所述传动组件包括各种齿轮474a, 474b， 476a, 480a, 480b(图ll和12中未全部显示)和链子(图ll中未显示)，所述链子与齿轮474a, 474b, 476a, 480a, 480b和支架448中的一个或多个接触和联接。电动机472提供动 力，由齿轮474a, 474b, 476a， 480a, 480b和链子(未显示)将该动力传送到支架 448，用来使得所述支架448在撤回位置和插入位置之间移动(见图9和10的一般 实施方式)，以及移动到介于所述撤回位置和插入位置之间的多个位置中的任 意一个。在图11和12中，显示支架448和空心棒432a，432b,432c位于中间插入位 置。对设备的以上设置没有特别的要求，但将是本领域普通技术人员是很熟悉 的，注意任意能够促进支架在撤回位置和插入位置之间、以及所述撤回位置和 插入位置之间多个位置中的任意位置的移动的设备设置都是合适的。
所述实施方式的设备446还可具有安装在所述支架448上的多个旋转器组 件478a， 478b, 478c(图中仅标出了其中的三个)。各个旋转器组件478a， 478b, 478c与相应的一个空心棒432a, 432b, 432c联接，用来与相应的空心棒432a, 432b, 432c相配合并使其与余者独立地旋转。
图13、 14和15提供了旋转器组件478a,478b，478c中一种常规的旋转器组件 478c的左侧视图、正视图和右侧剖视图。图15的剖视图是沿图14的直线B-B、沿箭头的方向观察得到的。更具体来说，所述旋转器组件478c安装于所述支架 448的一部分之上，与相应的空心棒432c相连。如图15所示，所述旋转器组件 478c包括具有穿过其的孔484c的外壳482c。所述空心棒432c的轴向腔管444c插 入通孔484c，该通孔的尺寸和形状构造成可以可旋转的气密方式接受轴向腔管 444c。可使用普通技术人员已知的密封件和衬套来实现轴向腔管444c在所述通 孔484c中的气密连接。在图15中可以最清楚地观察到，所述旋转器组件478c还 可具有空气电动机486c和沿着纵向平行于所述通孔484c设置和取向的驱动轴 488c。所述旋转器组件478c还包括传动装置，在此实施方式中，该传动装置包 括设置在所述通孔484c中并周向围绕所述驱动轴488c的多个衬套490c，用来将 电动机486c产生的驱动轴488c的旋转运动传递到空心棒432c,从而根据需要使 得空心棒432c旋转。
图11和12中显示的设备346的实施方式还可包括定位组件，其包括导轨492 和导轨轮494。将一对导轨492定位和固定在所述反应器的第一多孔管板(本身未 显示)的表面上，将所述导轨轮494安装在所述安装组件454的框架456的最底部 之上。所述导轨492当然互相平行地设置且相距与框架456上的导轨轮494之间 的距离相同的距离，使得所述导轨轮能够与所述导轨接触并在所述导轨上滚动, 使得所述设备446能够纵向且可控地在所述管板(未显示)上移动。
当需要使得所述设备446移动到超过所述轨道492设置的位置以外的时候, 可以将所述设备446垂直提升起来，例如用起重机或其它常规装置(未显示)提升 起来，以允许导轨492重新定位到仍包含待抽出的固体材料的反应器管子附近。 例如，当移去所述反应器头部以可通达所述反应器管子(未显示，但是参见例如 图1A)的时候，且用大的外壳结构(未显示)覆盖整个反应器时，可以在所述外壳 结构的顶部之上提供适于用于提升和移动所述设备446的常规提升装置。本领 域普通技术人员熟知合适的常规提升装置，这些装置包括、但不限于导向梁， 滑轮，齿轮，链子，缆绳，电动机，起重机组件，以及它们的组合。
所述设备446还具有安装在框架456上的锚固件496，用来防止在设备446操 作过程中或者在设备446的两次操作过程中沿导轨492发生不希望出现的直线 运动。在此实施方式中，所述锚固件496简单的是可縮回的柱子，其在设备446 操作之前插入反应器管子中，以相对于所述反应器管子(未显示)将设备446在所 述导轨492上固定在位。
还可以在安装组件上提供排气集管498，用来接收和合并携带有从所述反应器管子和空心棒432a,432b,432c抽出的流动的流体流。尽管图11和12中没有 显示，但是如同上文所述的更常规的实施方式所述，可以使用例如挠性导管将 吸气机或真空源与所述集管498流体连通，用来提供用于抽出松脱的固体材料 的流动的流体流。另外，所述设备446还可包括一个或多个中间导管，这些中间 导管将所述集管498与一个或多个所述空心棒432a, 432b, 432c连接，例如图12 中虚线所示的导管499。例如但不限于，可以提供中间导管499，以将各个空心 棒432a, 432b, 432c与集管498(本身未显示)连接。本发明的设备446还可包括分 离设备(未显示)，用来将所述抽出的材料从所述流动的流体流分离出来，还包括 收集设备，用来在分离之后收集和保持所述固体材料，如前所述。
应当理解上文描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，本领域技术人员 可以在不背离本发明精神和范围的前提下进行改变和改良。所有这些改变和改 良都将包括在本发明范围之内。
权利要求
1. 一种用来在从壳管式反应器的反应器管子中松脱和抽出固体材料的过 程中将对至少一部分所述固体材料的破坏减至最小的方法，其中，在进行松脱 和抽出操作之后，至少一部分所述固体材料在结构上保持适于重复使用，所述各个反应器管子具有裸露端部，所述方法包括a) 使得具有端头的空心棒与相应的反应器管子轴向对准，并将所述空心棒 定位成所述端头位于所述相应的反应器管子的裸露端部的附近；b) 使所述空心棒旋转；c) 将所述旋转的空心棒轴向插入所述相应的反应器管子的裸露端部，使得 所述空心棒的端头与至少一部分所述固体材料物理接触；d) 通过对所述旋转的空心棒施加受控的轴向作用力以及可控地将所述旋转 的空心棒的端头压在所述固体材料上，而松脱至少一部分的所述固体材料，并 在松脱过程中将对至少一部分的所述固体材料的破坏减至最小，使得在松脱之 后，至少一部分所述固体材料在结构上保持适于重复使用；e) 通过在流动的流体流中将所述松脱的固体材料抽吸通过所述空心棒，将 至少一部分所述松脱的固体材料从所述相应的反应器管子中抽出。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述反应器管子互相平行地取 向，且所述反应器管子的裸露端部形成规则的重复图案，所述空心棒包括多个 空心棒，这些空心棒互相平行地设置，且按照与所述裸露端部形成的所述规则 的重复图案相匹配的构型设置，所述定位步骤a)还包括将所述多个空心棒各自 的端头与一个相应的所述反应器管子的裸露端部对准；并且所述旋转步骤b)包 括使得所述多个空心棒中的至少一个独立于余者地旋转。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述轴向作用力的至少一部分 包括由驱动装置提供的非重力作用力。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述固体材 料进行分离，以完成选自以下的至少一个目标将至少一部分所述固体材料从 所述流动的流体流中分离，将不同种类的固体材料互相分离，将不同尺寸的固 体材料互相分离，以及将具有不同组成的固体材料互相分离。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述松脱步骤包括对所述旋转和所述轴向作用力进行监控和调节，以将对至少一部分所述固体材料的破坏减 至最小，并确保它们在结构上适于重复使用。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述松脱和抽 出操作之后，有意地将选定部分的所述固体材料留在所述反应器管子中。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选定部分的所述固体材料 通过以下方式留在所述反应器管子中选择停止位置，使得在该位置停止所述 空心棒的轴向运动，监控所述空心棒端头的轴向运动，当所述端头位于所述停 止位置的时候，停止所述空心棒的轴向运动。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述反应器管子中的所述固体 材料的种类和位置是已知的，通过确定在所述反应器管子中从所述裸露端部到 要留在所述反应器管子中的固体材料所处位置之间的轴向距离，选择所述停止 位置。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤在对各个反应器管子进行了所述方法的至少一个步骤之后，根据一定的标示规则 将标示器置于各个所述反应器管子的裸露端部上，使操作者能够确定每个所述 反应器管子下一步将要进行的步骤。
10. —种用来在从壳管式反应器的一个或多个反应器管子中松脱和抽出固 体材料的过程中将对固体材料的破坏减至最小的装置，其中，在松脱和抽出之 后，至少一部分所述固体材料在结构上适于重复使用，每个所述反应器管子具 有与管板相连的裸露端部，所述装置包括a) 安装组件，所述安装组件的至少一部分适于在所述装置的运作过程中相 对于所述反应器管子保持固定不动；b) 可移动地安装于所述安装组件的支架；c) 空心棒，所述空心棒连接于所述支架，并将所述空心棒的尺寸和形状设 置成用来插入相应的反应器管子，所述空心棒具有端头和轴向腔管，所述端头 用来接触和松脱至少一部分所述固体材料，所述轴向腔管用来将至少一部分所 述松脱的固体材料从所述相应的反应器管子输送出去；d) 传动组件，所述传动组件与所述安装组件连接，并与动力源和所述支架 联接，用来对所述支架施加受控的轴向作用力，并使得所述支架和与之相连的 所述空心棒在撤回位置和插入位置之间相对于所述反应器管子移动，在所述撤 回位置中，所述空心棒的所述端头位于一个相应的所述反应器管子的裸露端部附近且位于所述相应的反应器管子外部，在所述插入位置中，所述空心棒插入 所述相应的反应器管子之内，所述空心棒可以移动到所述撤回位置和插入位置之间的多个位置中的任意一个位置；e)旋转器组件，所述旋转器组件安装于所述支架，并与一个或多个所述空心棒联接以与所述空心棒配合和使得所述空心棒旋转，当所述支架位于插入位 置，且所述旋转的空心棒的所述端头与所述相应的反应器管子中的至少一部分 所述固体材料相接触的时候，所述端头对至少一部分所述固体材料施加冲击并 使其松脱，同时将对所述固体材料的破坏减至最小，在抽出操作之后，至少一 部分所述固体材料在结构保持适于重复使用。
11. 如权利要求io所述的装置，其特征在于，该装置还包括吸气机，该吸气机连接成与所述空心棒的所述轴向腔管流体连通，用来通过提供流动的流 体流，将至少一部分所述松脱的固体材料夹带在该流体流中，并将其输送出所 述相应的反应器管子并送离所述反应器，从而将所述松脱的固体材料从所述相 应的反应器管子抽出。
12. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述反应器管子垂直取向， 所述支架可以在所述撤回位置和所述插入位置之间垂直移动。
13. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述反应器管子水平取向， 所述支架可以在所述撤回位置和所述插入位置之间水平移动。
14. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少一个旋转器组件包 括电动机，通过所述电动机施加所述轴向作用力。
15. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，该装置还包括分离设备， 用来在从所述反应器管子抽出所述松脱的固体之后，完成选自以下的一个目标: 将所述抽出的固体材料从所述流体流分离，将不同种类的固体材料互相分离， 将不同尺寸的固体材料互相分离，以及将具有不同组成的固体材料互相分离。
16. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述反应器管子互相平行地 取向，且所述反应器管子的裸露端部形成规则的重复图案，所述空心棒包括互 相平行取向的多个棒，这些棒按照与所述反应器管子的所述规则的重复图案相 匹配的构型设置。
17. 如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述旋转器组件包括多个旋 转器组件，每个旋转器组件与所述多个空心棒中相应的一个或多个相配合，并 使所述相应的空心棒旋转。
18. —种用来对包括依次进行的至少两个步骤的进行中工艺的状态进行 跟踪和传达的方法，所述方法包括(a) 提供包括多个标记元的标示规则；(b) 将标记元与所述进行中工艺的每个步骤相关联；(c) 提供多个标示器，每个标示器载有一个标记元，且所述标示器的尺寸和 形状设置成与相应的管子的端部相配合，以与之形成防潮的密封；(d) 通过将载有与最近完成的步骤相关联的标记元的标示器置于所述反应 器管子的裸露端部，传达给操作者各个管子的所述最近完成的步骤。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多个标记元选自颜色、 标记、数字、符号、以及它们的组合。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述进行中的工艺包括权 利要求l所述的方法。
全文摘要
本发明提供了一种设备和方法，用来从壳管式反应器的一个或多个反应器管子有效地松脱和抽出一部分固体材料，同时不会对至少一部分所述固体材料造成所述固体材料不适于重复使用的破坏。所述设备具有至少一个棒、用来旋转所述棒的旋转器组件以及传动组件，用来施加轴向作用力以将所述棒插入相应的反应器管子，并松脱其中的固体材料。所述棒还与吸气机流体连通，用来抽出松脱的固体材料。所述方法包括以下步骤将一个或多个棒插入相应的反应器管子，通过在所述棒接触所述固体材料的时候使所述棒旋转并对所述棒施加轴向作用力，松脱至少一部分所述固体材料，同时将对所述固体材料或管子的破坏减至最小。然后将所述松脱的固体材料从所述反应器管子抽出。
文档编号B01J8/02GK101310849SQ20081008155
公开日2008年11月26日 申请日期2008年2月29日 优先权日2007年3月1日
发明者M·S·德库西, N·Q·李, S·M·斯旺 申请人:罗门哈斯公司