CN108946176A - 一种催化剂在互斥环境间安全输送的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炼油及化工技术领域，提供一种催化剂在互斥环境间安全输送的装置及其方法，该装置包括：料斗，操作控制系统，环境A气体在线检测仪，环境B气体在线检测仪，料位计，排放气压力控制器，料斗压力控制器，惰性气体流量控制器，调压气体调节阀，惰性气体调节阀，排放气调节阀，程控开关阀门A～D；该方法包括五个步序，以实现催化剂从环境A向环境B输送：1)调节料斗压力略低于环境A；2)自环境A向料斗装剂；3)惰性气体吹扫料斗内的环境A气体至安全浓度；4)自料斗向环境B排剂；5)惰性气体吹扫料斗内的环境B气体至安全浓度。该方法解决了催化剂在互斥环境间连续输送问题，在相关工业过程中具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及炼油及化工技术领域，更具体地，涉及一种催化剂在互斥环境间安全输送的装置及其方法。
背景技术
在炼油及化工技术领域，存在催化剂在互斥环境间输送的情况，例如氧化环境与还原环境间、高温油气环境与氧气环境间的催化剂输送。实现催化剂在互斥环境间的输送是保证工艺安全与正常操作的必要需求。
专利文件CN1686603A公布了一种催化剂逆压输送方法及装置，其方法主要针对逆压输送过程，将固体颗粒从恒低压容器输送到一个恒高压容器，未涉及互斥环境的输送问题。
另外，专利文件CN2527562Y、CN102049223A、CN102837863A均提出了催化剂输送装置，但均为向流化床或沸腾床等型式反应器中添加催化剂的方法和装置，与在互斥间输送催化剂有本质差别。
专利文件CN205613659U公开了催化剂浆料输送换向装置，该装置适用于催化剂制备技术领域，其输送载体为液体，没有关于输送载体为气体的相关记载。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对互斥环境间催化剂输送存在的缺陷，提供一种催化剂在互斥环境间输送的装置与方法，从而实现互斥环境间催化剂输送中两种互斥环境的隔离、催化剂连续、安全输送。
本发明所述互斥环境是指两种环境的气体不宜接触或存在于同一容器中时，互斥环境气体接触或者在同一容器内会发生剧烈的化学反应，容易引起燃烧、爆炸等后果。
为了实现上述目的，本发明提供一种催化剂在互斥气体环境间安全输送的装置，该装置包括：料斗，操作控制系统，料位计，环境A气体在线检测仪，环境B气体在线检测仪，排放气压力控制器，料斗压力控制器，惰性气体流量控制器，调压气体调节阀，惰性气体调节阀，排放气调节阀，程控开关阀门A～D；
所述操作控制系统用于接收料位计的料位信号、环境A气体在线检测仪、环境B气体在线检测仪的在线检测浓度信号、料斗压力控制器的料斗压力信号、排放气压力控制器的排放气压力信号以及惰性气体流量控制器的惰性气体流量信号，并根据各步序控制调节阀和程控开关阀门的状态。
根据本发明提供的装置，优选地，所述料斗的顶部设有过滤器；所述过滤器优选为反冲洗过滤器。当料斗升压时，调压气经过滤器滤芯上端进入料斗，可实现过滤器的自动反冲洗。
本发明还提供一种利用上述装置实现催化剂在互斥环境间安全输送的方法，所述催化剂从环境A向环境B输送的过程包括五个步序：
1)调节料斗压力略低于环境A；
2)自环境A向料斗装剂；
3)惰性气体吹扫料斗内的环境A气体至安全浓度；
4)自料斗向环境B排剂；
5)惰性气体吹扫料斗内的环境B气体至安全浓度。
根据本发明提供的方法，优选地，步序1)中，开启调压气体调节阀向料斗冲压，保持料斗压力略低于环境A的压力。更优选地，调压气体选自环境A气体或惰性气体，冲压时料斗中的压力低于环境A的压力，优选其差压为5～30kPa。本步序首次启动前，料斗处于惰性气氛，保证安全。
本步序结束时料斗处于环境A气体环境。
根据本发明提供的方法，优选地，步序2)中，开启程控开关阀门A，关闭其它程控开关阀门，催化剂流入料斗，达到预定高料位时操作控制系统根据料位信号发出关闭程控开关阀门A的信号，停止装剂；本步序结束时料斗处于环境A气体环境。
优选地，步序3)中，开启排放气调节阀排出料斗内的环境A气体，开启惰性气体调节阀和程控开关阀门D，通入惰性气体吹扫料斗内的催化剂，当环境A气体在线检测仪反馈环境A气体浓度达到安全浓度时，关闭程控开关阀门D和惰性气体调节阀。
环境A气体安全浓度应低于该气体爆炸极限(或反应极限)下限，通常采用体积分数不大于0.5％，对于苛刻工艺可以进一步降低。
本步序结束时料斗处于惰性气体环境。
优选地，步序4)中，在操作控制系统的控制下，由料斗压力控制器控制料斗的压力略高于环境B；开启程控开关阀门B，催化剂流向环境B，达到预定低料位时操作控制系统根据料位信号发出关闭程控开关阀门B的信号，停止排剂；本步序结束时料斗处于环境B气体环境。
优选地，步序5)中，开启排放气调节阀、惰性气体调节阀和程控开关阀门D，通入惰性气体吹扫料斗，当环境B气体在线检测仪反馈环境B气体浓度达到安全浓度时，关闭程控开关阀门D和惰性气体调节阀。
环境B气体安全浓度应低于该气体爆炸极限(或反应极限)下限，通常采用体积分数不大于0.5％，对于苛刻工艺可以进一步降低。
本步序结束时料斗处于惰性气体环境。
以上步序依次进行，实现催化剂由环境A向环境B安全输送。
根据本发明提供的方法，优选地，排放气调节阀根据料斗压力控制器和排放气压力控制器的压力信号，调节阀门开度，保证料斗内压力稳步变化。
根据本发明提供的方法，优选地，料斗处于排剂步序时，打开程控开关阀门D和惰性气体调节阀，保持料斗内的催化剂处于流化状态。
根据本发明提供的方法，优选地，在开工之前，料斗处于隔离状态，采用惰性气体吹扫，以排除其中的环境A气体、环境B气体。
进一步优选地，所述惰性气体选自氮气或氩气。
根据本发明提供的方法，优选地，互斥环境包括氧化-还原环境或者油气-氧化环境，所述氧化-还原环境包括氢气-氧气环境或氧气-氢气环境。
根据本发明提供的方法，优选地，对于发生环境气氛变化的每个步序开始前，操作控制系统根据环境A气体在线检测仪和环境B气体在线检测仪的浓度信号，确认料斗内的气体环境处于安全范围后启动该步序；
优选地，采用料斗压力控制器控制相应的调压气体调节阀或惰性气体调节阀调节料斗的压力，保证压力安全，不发生压力反串和冲击。
根据本发明提供的方法，根据工艺的苛刻程度，各程控开关阀门可以为阀组。
根据本发明提供的方法，催化剂输送管线与竖直方向夹角不大于45度，避免催化剂沉积导致输送困难。
本发明技术方案带来的有益效果在于：该方法解决了催化剂在互斥环境间连续输送问题；通过专用操作控制系统实现全自动化检测和步序控制，保证催化剂在互斥环境间输送过程安全可靠；为石化行业中互斥环境间催化剂输送技术提供新的方法和装置，在相关工业过程中具有广阔应用前景。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了催化剂在互斥环境间安全输送装置的示意图。
上述图中标号说明如下：
1-料斗；2-操作控制系统；3-调压气体调节阀；4-惰性气体调节阀；5-排放气调节阀；6-料位计；7-料斗压力控制器；8-压力排放控制器；9-环境A气体在线检测仪；10-环境B气体在线检测仪；11-惰性气体流量控制器；12～15-程控开关阀门A～D。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
在本发明的一个实施方式中，提供一种实现催化剂在氢气-氧气环境间安全输送的方法，利用图1所示装置，采用氮气作为惰性气体、氢气作为调压气体，催化剂从氢气环境(环境A)向氧气环境(环境B)输送通过五个步序完成，分别是：
调节料斗1的压力略低于氢气环境、自氢气环境向料斗1装剂、氮气吹扫料斗1内的氢气至安全浓度、自料斗1向氧气环境排剂、氮气吹扫料斗1内的氧气至安全浓度；
步序一：开启调压气体调节阀3、程控开关阀门C 14向料斗冲压，保持料斗1的压力略低于氢气环境的压力；氢气环境与料斗差压为10kPa。
本步序首次启动前，料斗1处于氮气气氛，保证安全。
料斗1顶部的过滤器为反冲洗过滤器，当料斗1升压时，氢气经过滤器滤芯上端进入料斗1，实现过滤器的自动反冲洗。
本步序结束时料斗1处于氢气环境。
步序二：在操作控制系统2的控制下，关闭其他程控开关阀门B 13-D15，开启程控开关阀门A 12，催化剂在重力的作用下流入料斗1。通过料位计6检测料位高度，并将料位信号传输至操作控制系统2。催化剂装填量达到预设料位高度后，操作系统2发出信号关闭程控开关阀门A 12，停止装催化剂。
本步序结束时料斗1处于氢气环境。
步序三：在操作控制系统2的控制下，开启排放气调节阀5排出料斗1内的氢气，然后开启惰性气体调节阀4和程控开关阀门D 15，通入氮气吹扫料斗1内的催化剂，通过料斗压力控制器7将压力信号传输至操作控制系统2，操作控制系统2通过排放气压力控制器8控制排放气调节阀5的开度。
本步序中采用环境A气体(氢气)在线检测仪9检测料斗1出口气中氢气浓度，并将浓度信号反馈至操作控制系统2中。当氢气浓度达到安全浓度时，操作系统2关闭程控开关阀门D 15和惰性气体调节阀4。操作控制系统2通过惰性气体流量控制器11控制惰性气体调节阀4开度，调节氮气流量。
氢气安全浓度应低于爆炸极限下限，采用氢气体积分数不大于0.5％。
本步序结束时料斗1处于氮气环境。
步序四：在操作控制系统2的控制下，打开程控开关阀门D 15和惰性气体调节阀4，保持料斗1内的催化剂处于流化状态；开启程控开关阀门B13。通过料位计6检测料斗1中料位高度，将料位信号传输至操作控制系统2，达到预定低料位后，操作控制系统2发出信号关闭程控开关阀门B 13，停止排放催化剂。
本步序结束时料斗1处于氧气环境。
步序五：在操作控制系统2的控制下，开启排放气调节阀5，开启惰性气体调节阀4和程控开关阀门D 15，通入氮气吹扫料斗1，通过料斗压力控制器7将压力信号传输至操作控制系统2，操作控制系统2通过排放气压力控制器8控制排放气调节阀5的开度。
本步序中采用环境B气体(氧气)在线检测仪10检测料斗1出口气中氧气浓度，并将浓度信号反馈至操作控制系统2中。当氧气浓度达到安全浓度时，操作系统2关闭程控开关阀门D 15和惰性气体调节阀4。
氧气安全浓度优选采用体积分数不大于0.5％。
本步序结束时料斗1处于氮气环境。
以上步序依次进行，实现催化剂由氢气环境向氧气环境的安全输送。
另外，对于发生氢氧环境变化的每个步序开始前，操作控制系统要根据环境A气体(氢气)在线检测仪9和环境B气体(氧气)在线检测仪10的浓度信号，确认料斗1内的气体环境处于安全范围才能启动该步序。并且采用料斗压力控制器7控制料斗1压力，保证压力安全，不发生压力反串和冲击。
实施例2
在本发明的另一个实施方式中，提供一种实现催化剂在氧气-氢气环境间安全输送的方法，利用图1所示装置，采用氮气作为惰性气体和调压气体，催化剂从氧气环境(环境A)向氢气环境(环境B)输送通过五个步序完成，分别是：
调节料斗1的压力略低于氧气环境压力、自氧气环境向料斗1装剂、氮气吹扫料斗1内的氧气至安全浓度、自料斗1向氢气环境排剂、氮气吹扫料斗1内的氢气至安全浓度；
步序一：开启调压气体调节阀3、程控开关阀门C 14向料斗冲压，保持料斗1的压力略低于氧气环境的压力，氧气环境与料斗的差压为15kPa。
本步序首次启动前，料斗1处于氮气气氛，保证安全。
本步序结束时料斗1处于氧气环境。
步序二：在操作控制系统2的控制下，关闭其他程控开关阀门B 13-D15，开启程控开关阀门A 12，催化剂在重力的作用下流入料斗1。通过料位计6检测料位高度，并将料位信号传输至操作控制系统2。催化剂装填量达到预设料位高度后，操作系统2发出信号关闭程控开关阀门A 12，停止装催化剂。
本步序结束时料斗1处于氧气环境。
步序三：在操作控制系统2的控制下，开启排放气调节阀5排出料斗1内的氧气，然后开启惰性气体调节阀4和程控开关阀门D 15，通入氮气吹扫料斗1内的催化剂，通过料斗压力控制器7将压力信号传输至操作控制系统2，操作控制系统2通过排放气压力控制器8控制排放气调节阀5的开度。
本步序中采用环境A气体(氧气)在线检测仪9检测料斗1出口气中氧气浓度，并将浓度信号反馈至操作控制系统2中。当氧气浓度达到安全浓度时，操作系统2关闭程控开关阀门D 15和惰性气体调节阀4。操作控制系统2通过惰性气体流量控制器(11)控制惰性气体调节阀4开度，调节氮气流量。
氧气安全浓度优选采用体积分数不大于0.5％。
本步序结束时料斗1处于氮气环境。
步序四：在操作控制系统2的控制下，打开程控开关阀门15和惰性气体调节阀4，保持料斗1内的催化剂处于流化状态；开启程控开关阀门B 13。通过料位计6检测料斗1中料位高度，将料位信号传输至操作控制系统2，达到预定低料位后，操作控制系统2发出信号关闭程控开关阀门B 13，停止排放催化剂。
本步序结束时料斗1处于氢气环境。
步序五：在操作控制系统2的控制下，开启排放气调节阀5，开启惰性气体调节阀4和程控开关阀门D 15，通入氮气吹扫料斗1，通过料斗压力控制器7将压力信号传输至操作控制系统2，操作控制系统2通过排放气压力控制器8控制排放气调节阀5的开度。
本步序中采用环境B气体(氢气)在线检测仪10检测料斗1出口气中氢气浓度，并将浓度信号反馈至操作控制系统2中。当氢气浓度达到安全浓度时，操作系统2关闭程控开关阀门D 15和惰性气体调节阀4。
氢气安全浓度优选采用体积分数不大于0.5％。
本步序结束时料斗1处于氮气环境。
以上步序依次进行，实现催化剂由氧气环境向氢气环境的安全输送。
另外，对于发生氢氧环境变化的每个步序开始前，操作控制系统2要根据环境A气体(氧气)在线检测仪9和环境B气体(氢气)在线检测仪10的浓度信号，确认料斗1内的气体环境处于安全范围才能启动该步序。并且采用压力控制器控制料斗1压力，保证压力安全，不发生压力反串和冲击。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种催化剂在互斥气体环境间安全输送的装置，其特征在于，该装置包括：料斗(1)，操作控制系统(2)，料位计(6)，环境A气体在线检测仪(9)，环境B气体在线检测仪(10)，排放气压力控制器(8)，料斗压力控制器(7)，惰性气体流量控制器(11)，调压气体调节阀(3)，惰性气体调节阀(4)，排放气调节阀(5)，程控开关阀门A(12)～D(15)；
所述操作控制系统(2)用于接收料位计(6)的料位信号、环境A气体在线检测仪(9)、环境B气体在线检测仪(10)的在线检测浓度信号、料斗压力控制器(7)的料斗压力信号、排放气压力控制器(8)的排放气压力信号以及惰性气体流量控制器(11)的惰性气体流量信号，并根据各步序控制调节阀和程控开关阀门的状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述料斗(1)的顶部设有过滤器；所述过滤器优选为反冲洗过滤器。
3.一种利用如权利要求1或2所述装置实现催化剂在互斥环境间安全输送的方法，其特征在于，所述催化剂从环境A向环境B输送的过程包括五个步序：
1)调节料斗(1)压力略低于环境A；
2)自环境A向料斗(1)装剂；
3)惰性气体吹扫料斗(1)内的环境A气体至安全浓度；
4)自料斗(1)向环境B排剂；
5)惰性气体吹扫料斗(1)内的环境B气体至安全浓度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步序1)中，开启调压气体调节阀(3)向料斗冲压，保持料斗(1)压力略低于环境A的压力；
步序2)中，开启程控开关阀门A(12)，关闭其它程控开关阀门，催化剂流入料斗(1)，达到预定高料位时操作控制系统(2)根据料位信号发出关闭程控开关阀门A(12)的信号，停止装剂；
步序3)中，开启排放气调节阀(5)、惰性气体调节阀(4)和程控开关阀门D(15)，通入惰性气体吹扫料斗(1)内的催化剂，当环境A气体在线检测仪(9)反馈环境A气体浓度达到安全浓度时，关闭程控开关阀门D(15)和惰性气体调节阀(4)；
步序4)中，开启程控开关阀门B(13)，达到预定低料位时操作控制系统(2)根据料位信号发出关闭程控开关阀门B(13)的信号，停止排剂；
步序5)中，开启排放气调节阀(5)、惰性气体调节阀(4)和程控开关阀门D(15)，通入惰性气体吹扫料斗，当环境B气体在线检测仪(10)反馈环境B气体浓度达到安全浓度时，关闭程控开关阀门D(15)和惰性气体调节阀(4)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，排放气调节阀(5)根据料斗压力控制器(7)和排放气压力控制器(8)的压力信号，调节阀门开度，保证料斗(1)内压力稳步变化。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，步序1)中，调压气体选自环境A气体或惰性气体，冲压时料斗(1)中的压力低于环境A的压力，优选其差压为5～30 kPa。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其中，料斗(1)处于排剂步序时，打开程控开关阀门D(15)和惰性气体调节阀(4)，保持料斗(1)内的催化剂处于流化状态。
8.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在开工之前，料斗(1)处于隔离状态，采用惰性气体吹扫，以排除其中的环境A气体、环境B气体。
9.根据权利要求3或4所述的方法，其中，互斥环境包括氧化-还原环境或者油气-氧化环境。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的方法，其中，对于发生环境气氛变化的每个步序开始前，操作控制系统(2)根据环境A气体在线检测仪(9)和环境B气体在线检测仪(10)的浓度信号，确认料斗(1)内的气体环境处于安全范围后启动该步序；
采用料斗压力控制器(7)控制相应的调压气体调节阀(3)或惰性气体调节阀(4)调节料斗(1)的压力。
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