CN104174338B - 一种浆态床反应器的过滤内构件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浆态床反应器的过滤内构件，以解决现有过滤管用于浆态床反应器液固分离时存在对周围流场影响较大、过滤效果差、易发生堵塞、滤管周围气含率高和易发生局部干管等问题。其包括过滤管束、外循环杯和内循环杯，内循环杯和外循环杯组成环形分离空间，过滤管束置于内循环杯和外循环杯组成的环形分离空间内。过滤管束由集合管、上环过滤管、下环过滤管、上直过滤管和下直过滤管组成，集合管为一段直管和圆环管的组合体，上环过滤管和下环过滤管为圆环管，上直过滤管和下直过滤管为直管，圆环管和直管之间连通，集合管位于过滤管束中部。

Description

一种浆态床反应器的过滤内构件

技术领域

本发明涉及一种将固体颗粒从液体产品中分离出来的设备，可以实现液体产品与固体颗粒连续分离，具体涉及一种浆态床反应器的过滤内构件。

背景技术

浆态床反应器因其分散效果均匀、传递性能良好、操作方便等优点，在化工、石油化工、生物化工等领域的应用非常广泛。尤其是近年来在费托合成以及天然气合成甲醇工艺中和固定床反应器相比浆态床反应器显示出巨大的发展潜力，为其在化工、石油化工、生物化工等领域的推广使用积累了丰富的经验。

在利用浆态床反应器进行费托反应过程中，浆态床反应器中主要含有气态的合成气(包括一氧化碳和氢气)、固态的催化剂颗粒和液态的合成产物(如液体燃料)，而固态的催化剂颗粒与液态燃料通常掺杂在一起而成为浆液物料，一般采用几十微米甚至更细颗粒的催化剂，但随之也带来了反应产物与催化剂颗粒分离这一难题。因此，为了获得较高品质的液态燃料，如何将固态催化剂颗粒与液态燃料有效地分离是非常重要的。

目前，常用的分离形式有两种，在浆态床反应器外部进行分离和在反应器内部增设内构件进行分离。在浆态床反应器外部进行分离作业不可避免地必须将分离后的催化剂通过泵重新输送到浆态床反应器中，不但极大程度上延长了浆态床反应器的操作时间，影响工作效率，而且在利用泵将分离后的催化剂颗粒重新输送到浆态床反应器中的过程中，很容易造成催化剂颗粒的磨损，一方面使催化剂颗粒的粒径变小而增加了以后分离的难度，还使催化剂的活性降低，使催化剂的使用寿命缩短。因此，目前工业装置设计中一般选择在反应器内部增设内构件进行分离。

常用的分离方法有重力沉降、过滤、萃取或磁分离技术等，其中主要采用的两种方法是重力沉降和过滤。沉降分离占用空间大、分离效率低，对大型化工装置而言投资高、效率低；过滤技术是获取高分离效率的常用方法。按流动形式，过滤分为死端过滤和错流过滤，各有优缺点。过滤分离目前存在问题主要有：一是中科合成油采用的是死端过滤(如中国专利CN101396647A)，也是目前工业装置上采用的结构，上下都有集合管，对过滤管周围流场影响较大，由于在端部抽吸，过滤管内轴向位置压差不一致，影响过滤效果，极易发生局部位置的堵塞；二是石油化工科学研究院重点研究错流过滤，有很多类似的专利(例如中国专利CN201558690U)，分离效率较高，压降相对较小，但是浆液走过滤管内侧，在工况不稳定时候，极易发生堵塞，因此工业装置没有采用这种结构；三是目前绝大部分过滤内构件末能充分考虑反应器内含有大量气体的特点，一旦在过滤管处存在大气泡，将大大降低过滤效率，同时滤芯易发生气体富集部位干管、堵塞故障，难以长周期运行。中国专利CN102107130A公开了一种浆态床反应器内置过滤组件，该装置包括滤芯组、脱气罩，滤芯组置于脱气罩内，脱气罩由直筒段和底部收缩段组成，脱气罩内可以放置多个滤芯组，滤芯组顶部低于脱气罩的直筒段顶部、滤芯组底部高于脱气罩的直筒段底部安装，脱气罩的底部收缩段能够避免气泡直接流过滤芯，仅少量气泡随脱气后的液体从脱气罩上沿进入脱气罩，滤芯组周围的气体含量远低于脱气罩外部。该技术增加了脱气罩，降低了滤管周围气含率，避免了气泡直接流过滤芯。但是上述几种结构虽能降低滤管周围气含率，但是并不能达到理想范围(小于10％)，同时过滤管周围液体流速及稳定性直接影响过滤效率，流速过大，没有滤饼，过滤效果反而不好，流速过小，滤饼过厚，增大压降，堵塞过滤管。

发明内容

本发明的目的是提供一种浆态床反应器的过滤内构件，以解决现有过滤管用于浆态床反应器液固分离时所存在的对周围流场影响较大，过滤效果差，容易发生堵塞，滤管周围气含率高，容易发生局部干管等问题。

本发明提供一种浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：该浆态床反应器的过滤内构件包括过滤管束、外循环杯和内循环杯，内循环杯和外循环杯组成环形分离空间，过滤管束置于内循环杯和外循环杯组成的环形分离空间内。

本发明进一步技术特征在于：所述过滤管束由集合管、上环过滤管、下环过滤管、上直过滤管和下直过滤管组成，集合管为一段直管和圆环管的组合体，用于抽出过滤后的清液和注入反冲洗介质(气体或轻油)，上环过滤管和下环过滤管为圆环管，上直过滤管和下直过滤管为直管，一般情况下各部件之间采用焊接连接，圆环管和直管之间连通，集合管位于过滤管束中部，可以尽量保证过滤管束内各部位与外界压差趋于一致。

本发明进一步技术特征在于：所述每组过滤管束采用一个集合管，因此在反应器轴向上对流体影响较小。

本发明进一步技术特征在于：所述在同一轴向上的上直过滤管和下直过滤管合称1根过滤管件，每组过滤管束由多根过滤管件组成，优选由8-30根过滤管件组成。

本发明进一步技术特征在于：所述过滤管束总长度h为1-3米，上直过滤管和下直过滤管的管径d2一般均为20-80mm，集合管直管、上环过滤管、下环过滤管和集合管圆环管的管径d1一般均为50-120mm，对于在一组中的过滤管束中，相邻过滤管外表面的最小间距一般在20-60mm之间，过小的间距会造成过滤管之间形成滤饼架桥、难以靠反清洗和冲刷清理干净，使过滤表面部分失效。

本发明进一步技术特征在于：所述的过滤管束中上环过滤管、下环过滤管、上直过滤管和下直过滤管的材质没有限制，可以使用烧结金属粉末微孔过滤材料、金属微孔膜材料、烧结金属纤维微孔材料、微孔陶瓷材料、陶瓷膜材料或其他类型的过滤材料。过滤管束中的每根过滤管的孔径范围可以由具体使用的催化剂颗粒的种类、反应器的规模以及所进行的反应类型而确定。由于F-T合成反应所用催化剂粒度一般为30-200微米之间的占有90％以上，处于高温高压运行环境，因此工艺装置中可采用烧结金属粉末做成的过滤管。

本发明进一步技术特征在于：所述外循环杯和内循环杯组成循环杯，外循环杯为直圆筒形，内循环杯为两端带锥段的圆筒形。

本发明进一步技术特征在于：所述内循环杯直筒段截面积占反应器截面积的60％-80％，锥段最大直径处截面积占反应器截面积的70％-90％，外循环杯截面积占反应器截面积的85-95％。

本发明进一步技术特征在于：所述内循环杯的上锥段和下锥段的锥角α一般为100-150度。径向间距是影响分离空间内流速的重要参数，对于过滤效果至关重要，一般根据过滤管直径和流体特性计算得到。

本发明进一步技术特征在于：所述循环杯的高度H主要根据过滤管束的总高度h确定，一般高于过滤管束的总高度h的500-2000毫米。

本发明的过滤内构件，可以实现浆态床液固高效连续分离，同时具有流体分布作用，分离效果较好，使用周期长，不易堵塞；可用于浆态床反应器上部液固分离。本发明与现有技术相比具有如下的有益效果：(1)本发明采用了集合管在中部的死端过滤结构，一方面稳定过滤管周围的流场，保证滤层均匀，一方面尽可能保证过滤管不同位置的压差一致，不易堵塞；(2)本发明在浆态床反应器上部采用内外筒组合结构的循环杯结构，过滤管位于内外筒之间的通道中，过滤管附近浆液内的气含率一般小于10％，过滤管周围气含率的大幅降低能够有效减少气体对过滤管的影响，提高了过滤效率，尤其是能够减轻高气含率带来的滤棒表面发生干管、堵塞的故障；通过本发明过滤装置分离后可使液蜡产物中的催化剂含量降至100ppm以下。(3)通过调节循环杯内外筒之间的过滤通道尺寸，可以控制浆液流过过滤管的速度，保证过滤管外侧滤饼均匀，一方面提高过滤效果，一方面防止过滤管堵塞。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的一种用于浆态床反应器的过滤内构件的结构示意图。

图2是本发明中过滤管结构详图。

图1和图2中，相同附图标记表示相同的技术特征。

图中所示附图标记为：

1-反应器器壁，2-内循环杯，3-外循环杯，4-过滤管束，5-环形分离空间，41-集合管，42-上环过滤管，43-下环过滤管，44-上直过滤管，45-下直过滤管。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明一种用于浆态床反应器的过滤内构件(简称为液固分离器)，其包括过滤管束4、外循环杯3和内循环杯2，内循环杯和外循环杯组成环形分离空间5，过滤管束4置于外循环杯3和内循环杯2组成的环形分离空间5内。

图1是本发明的一种用于浆态床反应器的过滤内构件的结构示意图，实际装置中整个过滤内构件需要通过金属承重梁固定在反应器器壁1内部。

过滤管束4由集合管41、上环过滤管42、下环过滤管43、上直过滤管44和下直过滤管45组成，集合管41为一段直管和圆环管的组合体，用于抽出过滤后的清液和注入反冲洗介质(气体或轻油)，上环过滤管42和下环过滤管43为圆环管，上直过滤管44和下直过滤管45为直管，各部件之间采用焊接连接，环管和直管之间连通，集合管41位于过滤管束4中部，可以尽量保证过滤管束4内各部位与外界压差趋于一致，每组集合管束4采用一个结合管41，因此在反应器轴向上对流体影响较小。

每组过滤管束4由多根过滤管件，优选由8-30根过滤管件(同一轴向，上直过滤管和下直过滤管合称为1根)组成过滤管束4，过滤管束4总长度h为1-3米，通过上述过滤装置分离后可使液蜡产物中的催化剂含量降至100ppm以下。上直过滤管和下直过滤管的管径d2一般为20-80mm，集合管直管、上环过滤管、下环过滤管和集合管圆环管的管径d1一般为50-120mm，对于在一组中的过滤管束中，相邻过滤管外表面的最小间距应在20-60mm之间，过小的间距会造成过滤管之间形成滤饼架桥、难以靠反清洗和冲刷清理干净，使过滤表面部分失效。

所述的过滤管束4中上环过滤管42、下环过滤管43、上直过滤管44和下直过滤管45的材质没有限制，可以使用烧结金属粉末微孔过滤材料、金属微孔膜材料、烧结金属纤维微孔材料、微孔陶瓷材料、陶瓷膜材料或其他类型的过滤材料。过滤管4的孔径范围可以由具体使用的催化剂颗粒的种类、反应器的规模以及所进行的反应类型而发生变化。由于F-T合成反应所用催化剂粒度一般为30-200微米之间的占有90％以上，处于高温高压运行环境，因此工艺装置中采用烧结金属粉末做成的过滤管。

所述循环杯由外循环杯3和内循环杯2组成，外循环杯3为直圆筒形，内循环杯2为两端带锥段的圆筒形，内外循环杯组合在一起，从而形成了环形分离空间5。气液固三相物流由下向上流动时，经过内循环杯2下锥段的聚合，由内循环杯2内部向上流动，到达上部以后，由于气液固之间的密度差，气体继续向上流动，液固两相由上部锥段折向反应器壁，从而沿壁面向下，一部分走外循环杯3外侧，一部分走环形分离空间5。因此环形分离空间5内基本没有气体，采用本结构，可使环形分离空间5内的气含率一般小于10％，从而避免气体进入过滤管后，出现干管或者影响过滤效果。

内循环杯2直筒段截面积占反应器截面积的60％-80％，锥段最大直径处截面积占浆态床反应器截面积的70％-90％，外循环杯3截面积占浆态床反应器截面积的85-95％，内循环杯2的上锥段和下锥段的锥角α一般为100-150度。径向间距是影响环形分离空间5内流速的重要参数，对于过滤效果至关重要，一般根据过滤管直径和流体特性计算得到。循环杯高度H主要根据过滤管束4的总高度h确定，一般高于过滤管束4的总高度h的500-2000毫米。

下面结合图1、图2，说明本发明浆态床反应器过滤内构件的工作原理。正常工作时，反应器底部的进气携带液固浆液，三相物流由下向上流动，经过内循环杯2下锥段时，聚合加速，由内循环杯2内部向上流动，到达上部以后，由于气液固之间的密度差，绝大部分气体继续向上流动，液固两相(少部分微气泡)由内循环杯2的上部锥段扩散折向反应器器壁，从而沿壁面向下，一部分浆液走外循环杯3外侧，一部分走环形分离空间5，环形分离空间5内的流体稳定，受外界影响较小，过滤效果好。环形分离空间5内基本没有大气泡(气含率小于10％)，可以避免气体进入过滤管后，出现干管或者影响过滤效果。

经过过滤管过滤后的浆液从集合管41抽出，每组过滤管束4组由多根过滤直管和环管组成，环管在端部将直管连通起来，集合管41位于过滤管组中间，各位置保持的压差基本一致，各过滤管之间相互连通，工作稳定，过滤效果好。同时仅有中部有集合管，对周围流场影响较小，可以充分保证过滤效果。集合管兼顾抽吸和反冲洗作用。正常工作时，集合管41主要起到抽吸液相物流的作用，反冲洗时，通过外部控制阀门的调节，注入高压气体或者轻油反冲洗。

Claims (7)

1.一种浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：该浆态床反应器的过滤内构件包括过滤管束、外循环杯和内循环杯，内循环杯和外循环杯组成环形分离空间，过滤管束置于内循环杯和外循环杯组成的环形分离空间内；所述过滤管束由集合管、上环过滤管、下环过滤管、上直过滤管和下直过滤管组成，集合管为一段直管和圆环管的组合体，上环过滤管和下环过滤管为圆环管，上直过滤管和下直过滤管为直管，圆环管和直管之间连通，集合管位于过滤管束中部。

2.根据权利要求1所述的浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：所述过滤管束采用一个集合管。

3.根据权利要求1所述的浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：所述过滤管束总长度h为1-3米，上直过滤管和下直过滤管的管径d2均为20-80mm，集合管直管、上环过滤管、下环过滤管和集合管圆环管的管径d1均为50-120mm。

4.根据权利要求1所述的浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：对于在一组中的过滤管束中，相邻过滤管外表面的最小间距在20-60mm。

5.根据权利要求1所述的浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：所述外循环杯和内循环杯组成循环杯，外循环杯为直圆筒形，内循环杯为两端带锥段的圆筒形，内循环杯的上锥段和下锥段的锥角α为100-150度。

6.根据权利要求5所述的浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：所述内循环杯直筒段截面积占反应器截面积的60-80％，锥段最大直径处截面积占反应器截面积的70-90％，外循环杯截面积占反应器截面积的85-95％。

7.根据权利要求1所述的浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于：所述内循环杯的高度H高于过滤管束的总高度h 500-2000毫米。