CN111035995B - 一种浆态床反应器的气液固三相分离器 - Google Patents

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    • C10G2/344—Apparatus, reactors with moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique

Abstract

本发明的目的在于提供一种紧凑式，可进行液固、气液等分离，实现费托产品能长周期稳定有效的从反应器抽出，保证费托合成浆态床反应器平稳连续运行的浆态床反应器的气液固三相分离器，包括液固分离段、气液分离段，所述液固分离段最上端与气液分离段最下端直接相连，所述气液固三相分离器包括液固分离段、气液分离段，所述液固分离段包括液固混合相切向入口、液相出口管、液固分离腔、底流口；所述气液分离段包括气液混合相切向入口、气相出口管、气液分离腔、导叶。

Description

一种浆态床反应器的气液固三相分离器
技术领域
本发明属于化工设备领域，具体涉及一种煤制油低温费托合成中用于浆态床反应器的气液固三相分离器。
背景技术
随着常规石油资源藏量逐年锐减，煤制油等非常规石油能源的利用工艺广泛受到关注。煤制油低温费托合成工艺是将由煤转化的合成气(H2、CO)与浆态床反应器内催化剂接触后，在适宜的温度和反应压力下，合成轻质烃类和终止烃类，轻质烃类随其他费托合成产物及剩余合成气从反应器顶部引出进行气液分离，而重质烃，比如石油蜡在保证反应器内稳定液位前提下，需要不断的从反应器抽出，再经液固分离获得合格的蜡产品。在浆态床反应器内催化剂颗粒会不断产生磨损，并与液体烃类混合，致使液固有效分离成为浆态床费托合成工艺技术发展的技术难点。
中国专利CN 102688724 B公布了一种费托合成浆态床反应器中费托蜡与催化剂过滤及反冲方法，通过自动对过滤系统和反冲系统控制，根据时间周期或者反冲动作压差对滤芯自动反冲洗，有效地保证了费托蜡能长周期稳定从反应器抽出，但该专利忽略了气相产品富集在过滤器表面引起过滤器局部干管及堵塞的问题。基于此，中国专利CN102107130 B和中国专利CN 102698662 B分别公布了一种浆态床反应器内置过滤组件和一种浆态床反应器，前者通过在滤芯组外设置脱气罩，降低因气体富集而导致局部干管、堵塞等风险；后者通过在反应器顶部设置旋流器及下部液态床层内多个错流过滤器，分别实现气液和液固的分离，有效防止气体侵占过滤介质表面，提高过滤介质的有效面积。由于催化剂颗粒在床层内磨损情况严重，过滤器表面极易生成厚的滤饼层，过滤能耗急速增加，为了保证液态蜡有效抽出与降低能耗，不得不加大反冲洗气量及冲洗频率，反冲洗气量增大及频率增加会降低过滤器使用寿命，一旦损坏，只能用新过滤器更换，将极大地提高投资成本，延长修理时间，造成人力物力工期的浪费。
另外，常见费托合成浆态床反应器内气液分离和液固分离分别采用单独的分离设备，会占据较大的反应器内部空间，为了保证生产容量，就得增加反应器尺寸，导致设备投资成本增加。由此可见，亟需开发一种新型结构紧凑的气液、液固分离器，来保证高的生产效率和长周期运行，同时降低投资成本。
发明内容
基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种紧凑式，可进行液固、气液等分离，实现费托产品能长周期稳定有效的从反应器抽出，保证费托合成浆态床反应器平稳连续运行的气液固三相分离器。
本发明采用的技术方案如下：一种浆态床反应器的气液固三相分离器，用于将浆态床反应器内的液相(费托蜡等)、气相(轻质烃类等)及催化剂进行分离，包括液固分离段、气液分离段，所述液固分离段最上端与气液分离段最下端直接相连；
所述液固分离段包括液固混合相切向入口、液相出口管、液固分离腔、底流口，所述液固分离腔包括筒段和锥段，所述液固混合相切向入口设置在筒段，所述液相出口管在筒段内向上延伸，其底部开口低于所述液固混合相切向入口的下边沿，所述底流口位于锥段下部小圆开口；
所述气液分离段包括气液混合相切向入口、气相出口管、气液分离腔、导叶，所述气液分离腔包括上筒段、中间锥段和下筒段，上筒段连接中间锥段的大圆口，下筒段连接中间锥段的小圆口，所述气液混合相切向入口设置在上筒段，所述气相出口管自上筒段内部向上延伸出上筒段，所述导叶位于气液分离段与液固分离段的连接位置。
所述气相出口管与液相出口管均与所述三相分离器同轴设置，所述液相出口管延伸至气相出口管内部，两者形成夹套，气液分离段分离后的气体由夹套环形空间轴向向上流动，下方经液固分离段分离出的液体由夹套中心轴向向上流动，两相排至不同空间。
所述气相分离段最下端设置导叶，且导叶的旋向与液固混合相切向入口旋转方向一致，用于提高液相分离段旋转强度，强化液固两相分离。
所述液固混合相切向入口位于浆态床反应器床层液面以下1.0m～1.5m处。
所述气液相切向入口位于浆态床反应器床层液面以上，且至少高于床层液面最大波动高度。
本发明的浆态床反应器的气液固三相分离器工作过程如下：浆态床反应器内随着反应不断进行，轻质烃类、其它气相产物及未反应合成气夹带液滴经气液固三相分离器上部气液混合相切向入口进入气液分离段，在离心力作用下，气相向中心区域集中，沿轴向向上的夹套环形区运动，通过气相出口管离开腔体；夹带的液滴被甩至气液分离腔壁面，在重力作用下向下流动，经导叶旋转加速进入液固分离段。
重质烃类(液态蜡等)与催化剂混合物经液固混合相切向入口进入液固分离段，与导叶流出的旋转液体耦合，强化液固分离段离心力场，使更细小的颗粒受到离心力增大，更多细小颗粒也能实现离心分离，含有大量固体的液相则在重力影响下沿液固分离腔的锥段壁面向下运动，通过底流口排回床层。含有少量细小颗粒的液相则向上流动，沿着液相出口管排出反应器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提出的浆态床反应器气液固三相分离器包括液固分离段和气液分离段，可以实现气相脱液和液相脱固一体化过程，整个三相分离器结构紧凑，且不需要进行反冲洗，可保证浆态床反应器平稳长周期运行。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为气液分离腔及气相、液相出口管示意图；
图3为导叶及液相出口示意图；
图中，1-气相出口管；2-气液混合相切向入口；3-液固混合相切向入口；4-液相出口管；5-气液分离腔；6-导叶；7-液固分离腔；8-底流口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
图1为本发明装置结构示意图，如图所示，本发明的浆态床反应器的气液固三相分离器包括液固分离段、气液分离段，所述液固分离段最上端与气液分离段最下端直接相连；
所述液固分离段包括液固混合相切向入口3、液相出口管4、液固分离腔7、底流口8，所述液固分离腔7包括筒段和锥段，所述液固混合相切向入口3设置在筒段，所述液相出口管4在筒段内向上延伸，其底部开口低于所述液固混合相切向入口3的下边沿，所述底流口8位于锥段下部小圆开口；
所述气液分离段包括气液混合相切向入口2、气相出口管1、气液分离腔5、导叶6，所述气液分离腔5包括上筒段、中间锥段和下筒段，上筒段连接中间锥段的大圆口，下筒段连接中间锥段的小圆口，所述气液混合相切向入口2设置在上筒段，所述气相出口管1自上筒段内部向上延伸出上筒段，所述导叶6位于气液分离段与液固分离段的连接位置。
如图2所示，为气液分离腔及气相、液相出口管示意图，所述气相出口管1与液相出口管4均与所述三相分离器同轴设置，所述液相出口管4延伸至气相出口管1内部，两者形成夹套，气液分离段分离后的气体由夹套环形空间轴向向上流动，下方经液固分离段分离出的液体由夹套中心轴向向上流动，两相排至不同空间。
图3为导叶及液相出口示意图，所述气相分离段最下端设置导叶，所述导叶为正切式导叶，且导叶的旋向与液固混合相切向入口旋转方向一致，用于提高液相分离段旋转强度，强化液固两相分离。
浆态床反应器内随着反应不断进行，轻质烃类、其它气相产物及未反应合成气夹带液滴经气液固三相分离器上部气液混合相切向入口进入气液分离段，在离心力作用下，气相向中心区域集中，沿轴向向上的夹套环形区运动，通过气相出口管离开腔体；夹带的液滴被甩至气液分离腔壁面，在重力作用下向下流动，经导叶旋转加速进入液固分离段。
重质烃类(液态蜡等)与催化剂混合物经液固混合相切向入口进入液固分离段，与导叶流出的旋转液体耦合，强化液固分离段离心力场，使更细小的颗粒受到离心力增大，更多细小颗粒也能实现离心分离，含有大量固体的液相则在重力影响下沿液固分离腔的锥段壁面向下运动，通过底流口排回床层。含有少量细小颗粒的液相则向上流动，沿着液相出口管排出反应器。
与现有技术相比，本发明提出的浆态床反应器气液固三相分离器包括液固分离段和气液分离段，可以实现气相脱液和液相脱固一体化过程，整个三相分离器结构紧凑，且不需要进行反冲洗，可保证浆态床反应器平稳长周期运行。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种浆态床反应器的气液固三相分离器，其特征在于，包括液固分离段、气液分离段，所述液固分离段最上端与气液分离段最下端直接相连；
所述液固分离段包括液固混合相切向入口、液相出口管、液固分离腔、底流口，所述液固分离腔包括筒段和锥段，所述液固混合相切向入口设置在筒段，所述液相出口管在筒段内向上延伸，其底部开口低于所述液固混合相切向入口的下边沿，所述底流口位于锥段下部小圆开口；
所述气液分离段包括气液混合相切向入口、气相出口管、气液分离腔、导叶，所述气液分离腔包括上筒段、中间锥段和下筒段，上筒段连接中间锥段的大圆口，下筒段连接中间锥段的小圆口，所述气液混合相切向入口设置在上筒段，所述气相出口管自上筒段内部向上延伸出上筒段，所述导叶位于气液分离段与液固分离段的连接位置；
所述气相出口管与液相出口管均与所述三相分离器同轴设置，所述液相出口管延伸至气相出口管内部，两者形成夹套。
2.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征还在于，导叶的旋向与液固混合相切向入口旋转方向一致。
3.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征还在于，所述液固混合相切向入口位于浆态床反应器床层液面以下1.0m～1.5m处。
4.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征还在于，所述气液混合相切向入口位于浆态床反应器床层液面以上，且至少高于床层液面最大波动高度。
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