CN102232008A - 处理具有不同液体流速和固体含量的浆料的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种收集多种浆料的方法和系统，所述浆料含有具有不同的粒径分布和量的固体颗粒，并对提供的浆料进行分类和分离由此获得富集细粒的物流和主要包含粗颗粒的物流。所述方法和系统包括使浆料与细粒分离并将分离的粗颗粒在沉淀区中稠化用于后面的用途。

Description

处理具有不同液体流速和固体含量的浆料的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种处理浆料的方法和系统，该浆料是由以不同流速和体积生成的并且包含不同的固体含量。特别地，本发明涉及一种在这种浆料中将悬浮物和悬浊液分类的方法和系统。

背景技术

许多工业过程中生成的流体含有悬浮的固体，最终需要从悬浊液中将该固体分离和分类。这种工业过程的一个实例是烃合成中的费-托三相浆态工艺。

通常在鼓泡塔反应器中通过将合成气流(包括H₂和CO)与固体催化剂的悬浮液接触进行费-托三相浆态，烃合成工艺。合成气将具有从约1∶1至约3∶1的H₂∶CO摩尔比。该分散液体主要是直链的烃反应产物。为了促进催化剂和合成气之间的接触，通过产生小气泡的气体分配器将气体进料至鼓泡塔的底部。随着合成气泡在塔中上升，它们不仅将催化剂分散在液体中，而且还反应生成烃产物，该产物在反应温度和压力条件下主要是液体。所有生成的气态产物上升到反应器顶部时被从反应器除去。

由于将反应器中的浆料保持在一个不变的水平是必要的，因此要连续地或间歇地从反应器中除去液体产物。然而，在这样做的同时，从将要除去的液体中分离分散的催化剂颗粒以使催化剂在反应器中保持一个恒定的总量很重要。通常，在位于浆态床中的过滤区完成该分离。该分离区通常包含圆柱形过滤介质，液体通过过滤介质的外部到内部从而被收集并从反应器中除去。在一些反应器设计中，在外部的过滤系统中过滤液体产物，而将分离的催化剂返回反应器中。

随着时间的推移，鼓泡塔中出现的水力条件导致催化剂的一些损耗，由此形成的催化剂颗粒被称为“细粒”。细粒是那些具有小于10微米的尺寸的颗粒。与之相反，粗的催化剂颗粒是那些具有大于或等于10微米的尺寸的颗粒。过滤介质的通道尺寸必然会决定可能与液体产物一起通过过滤器的细粒的量。因此，从鼓泡塔中除去的液体产物可能要经过第二阶段的分离过程以提供基本上无细粒的液体产物，并且第二阶段含固体的物流需要进一步的液-固分离。第二阶段物流的体积和固体含量将会随催化剂的损耗程度不同而不同。同样，随着时间的推移，未通过过滤器的细粒将开始堵塞过滤器。因此，过滤器的效率降低，而如用液流反冲洗的补救措施变得很有必要。通常用液体以脉冲方式间歇进行过滤器的反冲洗。这会导致细粒在浆料中的聚集，是我们所不希望的。因此，有必要控制浆料中聚集的细粒的量。因此，必要时要除去含细粒的滑流，并且这些负载细粒的滑流可能要经过分离和分类。

现有技术已知的是，三相浆料反应器中使用的催化剂或者连续地或者间歇地被再生。通常当催化剂的活性降至无法保证反应物转化率的点时就会使该催化剂再生。在再生过程中，第一步通常需要从催化剂中除去蜡。在一种方法中，这是通过用溶剂洗涤催化剂完成的。通常通过倾析从催化剂中分离溶剂，由此提供了含固体的液流，所述固体主要是细粒。这些固体也需要从液体中分类和分离。

明显地，用于控制浆料细粒浓度的含催化剂的物流，其流速以及固体含量和粒径分布会与再生步骤产生的物流不同。也会与上述第二阶段的分离过程中产生的含固体的物流不同。

其它需要固体分类和分离的含固体的液流源自于那些偶然的鼓泡塔反应器锥体、净化装置、设备冲洗过程等的冲刷。当然，这些液流将会在不同时段以不同速度产生，并将会具有不同的固体含量。

本发明的一个目的是提供一种分类和分离悬浮在液流里的固体的方法和系统，该固体是以不同的速度产生并且含有不同量的固体。

本发明的另一个目的是提供一种粒径分类和固体浓集的一体化系统，该系统能够在不同的负载条件下运行。

本发明的这些和其它目的将通过以下对本发明的描述而变得明显。

发明概述

广泛地讲，本发明的特征在于一种从一个或多个来源收集多种浆料的方法和系统，这些源头都含有不同粒度分布和含量的固体颗粒。对收集的浆料进行分类分离以提供富集细粒的物流和主要含粗的固体颗粒的物流。

在特别的实施方式中，可以包含一个或多个下列特征。收集的浆料可以在选定的时间段内保留在收集系统中而固体通过机械搅拌保持在悬浮液中。在随后的处理或使用之前，可以在沉淀区将粗的部分收集和浓集。为了使细粒与浆料，可以将富集细粒物流送入固体浓集装置。

本发明的方法和系统对于收集各种不同的浆料物流是特别有用的，除了三相浆态工艺中的主要产物物流。该收集的物流随后要经过分类分离。

将在本发明以下的内容中具体描述本发明的方法和系统的具体实施方式和其它特征。

附图说明

图1是描述本发明的一个实施方式的示意图。

图2是表示本发明的另一个实施方式的示意图。在下面将会具体描述这些实施方式。

发明详述

本发明可应用于产生浆料物流的工业过程，这些物流中的固体物质需要分离和分类。实际上，本发明特别适用于三相浆态工艺。这种工艺的一个具体的例子是费-托合成工艺。为方便起见，本发明将会具体参考费-托烃合成工艺来描述。

适当地，费-托合成工艺的反应器是一种鼓泡塔反应器，该反应器包括垂直的管道，其可容纳在液相中悬浮的催化剂，合成气起泡通过该液相。

同样适当地，该反应器包括一个或多个垂直的气体分离下管道，其帮助反应器中浆料的循环。

如之前指明的，合成气包含摩尔比为1∶1至3∶1的H₂和CO。

浆料包含那些直链烃反应产物，其在反应条件下是液体。

合适的费-托烃合成催化剂包括在合适的无机载体上的有效量的Co以及Re、Ru、Fe、Ni、Th、Zr、Hf、Mg和La中的一种或多种。

进行费-托反应的温度、压力和每小时的气体空速在约320℉至850℉，80至600psi和100至40,000V/hr/V范围内，其分别以每小时每体积的催化剂制得的合成气混合物的标准体积(60℉，1atm)表示。

在费-托工艺的操作中，将通过内部过滤器从反应器中除去液体产物以提供初产物物流。任选地，为从催化剂固体中分离液体产物以提供初产物物流，可将浆料送入位于反应器之外的过滤系统。

同样在费-托工艺的操作中，以连续或分批方式处理浆料滑流从而产生负载细粒的二级物流，从而控制浆料细粒含量。该二级液流将需要固体的分离和分类。

其它含固体二级物流可以源自于以下过程中产生的物流，包括冲刷反应器锥体收集的液体，在再生之前洗涤催化剂、反应器净化以及设备冲洗处理获得的倾析液体。

本发明中任何一种或所有的这些二级物流可以用本发明中的系统处理。因此，在本发明的一个方面，提供了一种费-托烃合成设备，其包括在此描述的固体分类和分离系统。

现通过参考图1描述本发明系统的第一个实施方式及其在费-托烃合成工艺中的一体化。如图所示，由管道5，6，7和8提供来自于费-托工艺的不同来源1，2，3和4的浆料，以将它们各自的浆料转移至收集鼓桶10的上部11处收集。该收集鼓桶10的上部11包含机械混合装置12，其可使收集到鼓桶10的浆料中的固体保持悬浮。鼓桶10中还提供了加热装置以防止浆料中蜡产物的冷却和固化。这样的加热装置是盘管14，来自于物流源15的物流通过该盘管被循环。该加热装置还包含冷凝物的接收装置16。其它加热装置可能包含热油、电加热套等。

适当地通过从鼓桶10中移出浆料并将其转移至水力旋流器17，使收集到鼓桶10的浆料分类和分离。

水力旋流器是这样的装置，其中液体进料要经受离心力，该离心力是由切线定向入口引入的进料的旋转运动产生的。在旋转运动过程中，含有粗的催化剂颗粒的液体在水力旋流器的底部浓集，而含有催化剂细粒的液体在水力旋流器的顶部浓集。

如图1所示，通过在鼓桶10侧面的管道18移出浆料并将其通过泵20抽吸经由管道19进入水力旋流器17。虽然图中示出了离心泵20，但使用的泵优选是容积式泵特别是螺杆泵以减小催化剂的损耗。

如图1所示，水力旋流器17具有为除去溢流物流的顶部管道21和为除去底流物流的底部管道22。溢流物流可以被转移至固体浓集装置23，例如一种交叉流式分离装置，其中细粒被收集并经由管线24移除去处理或回收而液体产物经由管线25除去进行进一步处理。

经由管线22从水力旋流器17除去的底流物流被转移至沉淀区，该沉淀区显示为图鼓桶10的底部26。底部26由圆柱形部件27和底部圆锥形部件28环绕。并且，底部26通过多个釜馏隔板29与鼓桶10的顶部11分离。

底部26的操作类似于使用沉淀在锥体28中的粗的催化剂固体的稠化器。在传统的稠化器中，使用溢流堰或排水管使澄清的液体与固体分离。在本发明的这种实施方式中，将液体进料至部分26随后上升进入鼓桶10的上部11。优选地，所用的液体是水力旋流器17中的一部分溢流物流。

鼓桶10的部分26中收集的粗的催化剂经由管线30除去，并可送入例如催化剂的再生装置脱蜡鼓桶(未标出)以脱蜡，随后再生。

在刚刚描述的第一个实施方式中，只显示了一个水力旋流器；然而，可任选使用一排水力旋流器。

同样，在刚刚描述的第一个实施方式中，只使用了一个收集鼓桶；然而，可任选使用第二个收集鼓桶，并与来源1、2、3和4可操作地连接，且其具有与如图1中描述的单个鼓桶实施方式有关的元件。

在本发明的实践中无论是使用一个还是两个鼓桶，它们优选具有足够的能力以允许基于设计能力的浆料流速和与其一体化的费托工艺的输出量的变化。例如，每个鼓桶优选具有支撑一天的容量尺寸。这样，本发明的分类和分离系统可以独立于烃合成过程的操作而单独操作。下游设备同样允许短暂的维护周期从而不影响从合成过程中接受浆料进料的能力。

本发明的另一和优选的实施方式在图2中予以描述。在这个实施方式中，单独的外部沉淀区，即容器126，代替与收集鼓桶10一体化的粗的催化剂沉淀区，用作粗的催化剂的收集部分。如图2所示，容器126具有圆柱形部件127和底部锥形部件128。可选地，容器126也可以用混合装置129提供。在操作过程中，经由管道18从收集鼓桶10中移出浆料并将其送入水力旋流器17。经由管道22将来自水力旋流器17的底流物流22送至粗的催化剂收集容器126。从容器126中的固体中分离的液体经由管线132送至鼓桶10，而收集的固体可以经由管线130除去。在这个实施方式中，容器126优选在高的压力下操作，由此不需要再提供泵以将分离的液体传送至鼓桶10。如图1的实施方式，如果需要，可任选提供第二个收集鼓桶，并且其操作基本与单独鼓桶的实施方式类似。

Claims (14)

1.在三相浆态工艺中，其中产生具有不同体积和不同固体含量的多种液体浆料，产生的所有浆料均需要固体分类和分离，其中的改进包括：

在一个或多个收集鼓桶中收集产生的浆料；

搅拌所述收集的浆料以使其中的固体保持悬浮；

当需要分离和分类时，从一个或多个鼓桶中引出所述收集的浆料；并且

将所述引出浆料转移至水力旋流器，其中获得富集细粒的溢流物流并获得含有粗颗粒的底流物流，由此所述浆料中的固体被分类和分离。

2.如权利要求1的改进，其中将所述溢流物流转移至固体浓集区，在固体浓集区中固体与溢流区的液体分离。

3.如权利要求1的改进，其中将所述底流物流转移至沉淀区用于稠化。

4.如权利要求3的改进，其中所述沉淀区包括一个或多个收集鼓桶的底部。

5.如权利要求3的改进，其中所述沉淀区包括与一个或多个收集鼓桶不同的容器。

6.一种费-托烃合成工艺，所述工艺包括：

在费-托烃合成条件下，在三相浆态鼓泡塔中使合成气与烃合成催化剂接触；

在鼓泡塔内或鼓泡塔外处理一部分反应器浆料以提供载满细粒的浆料物流；

从鼓泡塔中移出活性降低的催化剂用于再生，并随后返回到鼓泡塔中，其中在再生之前首先用液体洗涤移出的催化剂从而提供浆料物流；

在一个或多个收集鼓桶中收集一种或多种所述浆料物流；

搅拌并加热所述收集的浆料以使其中的固体保持悬浮并防止其中的蜡固化；

在选定的时间将所述收集的浆料转移至水力旋流器或一排水力旋流器中，以提供一种或多种含细粒的溢流物流和一种或多种含粗催化剂的底流物流；

将所述一种或多种溢流物流转移至固体浓集区；

从所述浓集区中移出固体；

从所述浓集区中移出液体并转移进行提质加工；

将一种或多种底流物流转移至固体沉淀区；并且

定期地从沉淀区中移出固体并将其转移至催化剂再生系统。

7.一种用于处理多种具有不同体积和固体含量的浆料物流的系统，所述浆料物流可以在不同的时间产生，所述系统包括：

用于收集不同浆料物流的一个或多个收集鼓桶；

在一个或多个鼓桶中的浆料搅拌装置，用以使收集的浆料中的固体保持悬浮；

水力旋流器或一排水力旋流器；

管道装置，其用于从一个或多个鼓桶中引出收集的浆料并将所述浆料转移至水力旋流器或一排水力旋流器，以提供一种或多种溢流物流和一种或多种底流物流；

固体浓集区；

管道装置，其将一种或多种溢流物流转移至固体浓集区以实现固体细粒与其中的液体分离；和

管道装置，其用于将一种或多种底流物流转移至固体沉淀区。

8.如权利要求7的系统，其包含在一个或多个收集鼓桶中的加热装置。

9.如权利要求8的系统，其中的沉淀区位于一个或多个收集鼓桶的底部。

10.如权利要求9的系统，其包括将沉淀区与一个或多个收集鼓桶的上部隔离的釜馏隔板。

11.如权利要求10的系统，其包括用于从沉淀区移出固体的管道装置。

12.如权利要求7的系统，其中所述沉淀区位于与一个或多个收集鼓桶不同的容器中。

13.如权利要求11和12的系统，其包括与所述系统一体化的三相浆态工艺设备。

14.如权利要求7的系统在费-托浆料相烃合成工艺中的用途。

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