CN118105775A - 一种高性能复合过滤元件及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高性能复合过滤元件及其应用，所述复合过滤元件包含过滤精度控制层和支撑保护层，其中，所述过滤精度控制层为金属管，所述金属管上的至少一部分具有贯穿所述金属管壁的孔或微孔，所述支撑保护层为至少一层金属多孔网，并且所述支撑保护层包裹所述过滤精度控制层的至少一部分。本发明所述的高性能复合过滤元件具有多种孔径的特点，能有效降低过滤阻力，保证过滤精度，提高过滤通量；并且在有效保证过滤元件机械强度的同时还降低了过滤元件厚度，从而避免在过滤操作中产生较大阻力而影响过滤性能。

Description

一种高性能复合过滤元件及其应用

技术领域

本发明属固液分离领域，涉及过滤元件及其应用，尤其涉及用于固液分离的复合过滤元件及其应用。

背景技术

随着过滤与分离技术的发展，过滤元件需要大幅提高在处理量、分离效率、过滤精度、使用寿命等方面的性能，以满足各类过滤物料在工业应用中的使用需求。

过滤通常作为一种首选固液分离技术，已在化工过程中得到广泛应用。通常使用的过滤元件为：烧结金属材料过滤元件、纤维过滤元件、活性炭过滤元件和微孔陶瓷过滤元件等，其中烧结金属材料过滤元件的应用最广泛。烧结金属丝网一般是多层丝网经高温、加压烧结而成，包括保护层、控制层和支撑层。但这种过滤元件的过滤通道极不规则，浆料过滤时一旦细颗粒进入孔道，极易发生不可逆堵塞，降低过滤效率，缩短过滤元件寿命，甚至影响生产过程的稳定性。

CN104857775A公开了一种圆管状结构的金属粉末和金属烧结网复合滤芯及该滤芯的生产方法。该专利申请通过将两层金属丝网垂直交叉叠加后进行真空烧结得到金属网层，然后将金属粉末悬浊液倒入金属网层形成金属粉末层，最后通过烧结、轧平、裁剪、成型、焊接之后制成滤芯成品。该滤芯具有过滤控制层薄、结构支撑层流阻小的特点，能够提高过滤稳定性和在线反吹再生能力，但是该滤芯仍存在孔道结构不规则、抗污堵能力差、过滤精度不高的问题，在实际应用的过程中存在着较多的问题。

US6068760公开了一种用于浆态床费托合成反应器内部的催化剂和蜡分离的装置，该装置中的过滤元件采用Mott Metallurgical公司的烧结金属过滤器和Pall公司的烧结金属丝网过滤器，对于细颗粒如亚微米级别，过滤元件孔道容易发生不可逆永久性堵塞。

专利申请WO0043098、WO140710A1、CN101391196A和CN101396647B公开了浆态床费托合成反应器内部固液分离过滤元件，均采用烧结金属过滤器，区别主要是空间布局上的差别，因过滤元件厚度较颗粒尺寸大，浆料过滤时细颗粒进入孔道后易发生不可逆堵塞，影响过滤效率，缩短过滤元件寿命，频繁更换过滤元件须停车，影响生产稳定性。

发明内容

根据现有技术中存在的不足，本发明提供了一种抗污堵、低过滤阻力、高过滤精度和高过滤效率的高性能复合过滤元件及其应用。本发明所述的高性能复合过滤元件具有多种孔径的特点，能有效降低过滤阻力，保证过滤精度，提高过滤通量；并且在有效保证过滤元件机械强度的同时还降低了过滤元件厚度，从而避免在过滤操作中产生较大阻力而影响过滤性能。

在一方面，本发明提供了金属复合过滤元件，包含过滤精度控制层和支撑保护层，其中，所述过滤精度控制层为金属管，所述金属管上的至少一部分具有贯穿所述金属管壁的孔或微孔，所述支撑保护层为至少一层金属多孔网，并且所述支撑保护层包裹所述过滤精度控制层的至少一部分。优选地，所述过滤精度控制层的金属管为中空圆柱体，包括内壁和外壁。所述金属管具有小于40mm的外径，壁厚优选小于约1.0mm，所述金属管的长度为10-2000mm。在本发明中，所述支撑保护层由两层以上的金属多孔网组成。

另一方面，本发明提供了上述复合过滤元件在浆态床反应器中作为内过滤器的应用，具体为将数根上述复合过滤元件以垂直对称的方式排布在浆态床反应器内。浆态床反应器中的含固浆液通过所述复合过滤元件形成厚度适宜的滤饼，将浆液中的固体截留在反应器中。

在一些实施方式中，本发明所述的过滤元件特别适合用于费托合成的浆态床反应器中。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的复合过滤元件中的过滤精度控制层为贯穿金属管壁的孔道结构，可以高效截留固体颗粒，具有较强的抗污堵能力和较低的过滤阻力，在有效保证过滤精度的同时提高过滤通量。

(2)本发明的过滤元件中支撑保护层是由多孔材料(金属多孔网)构成，可以有效保证过滤元件机械强度，实现固体颗粒初级拦截，有利于滤饼形成，成饼后转而可拦截更多各种粒径颗粒，从而大大延缓颗粒进入过滤精度控制层。

(3)本发明的复合过滤元件具有组装方便、机械强度高、抗疲劳等优点，可经受频繁过滤反吹及瞬间大压差冲击，有效降低过滤元件运行过程中的维护修理频率，降低了生产成本。

(4)本发明的过滤元件具有的复合结构在保证过滤性能的同时，能大大减轻过滤元件的重量。

附图说明

图1为根据本发明的实施方式的复合过滤元件的示意性局部侧视图。1-金属管内测的滤液和反吹介质通道；2-用作过滤精度控制层的金属管；3-包裹在金属管外侧的金属多孔网；4-金属管上的孔或微孔。

图2示出了用于过滤精度控制层的金属管的剖面图。

图3A示出了根据本申请的实施方式中的用于过滤精度控制层的金属管的开孔区的示意图；图3B示出了根据本发明的实施方式中的用于过滤精度控制层的金属管的开孔区和封闭区的示意图。其中，L1为金属管两端空白区域长度；L2为开孔区的长度；L3为两个开孔区之间的封闭区的长度；d为金属管外壁到外壁直径。

图4A-图4C示出了图1中的孔或微孔的示意性图示。其中，图4A示出了外壁处具有较大开口直径δ1、内壁处具有较小开口直径δ2的正锥形形状的孔或微孔；图4B示出外壁处具有较小开口直径δ2、内壁处具有较大开口直径δ1的倒锥形形状的孔或微孔；图4C示出了直径都为δ的形状的孔或微孔。

图5A-图5D示出了根据本申请的实施方式的金属多孔层的示意图。图5A：方孔网示意图；图5B：平纹密纹网示意图；图5C：经线不全包斜纹密纹网示意图；图5D：经线全包斜纹密纹网示意图。

图6示出了根据本申请的实施方式的过滤元件上的焊接位置示意图，其中包括至少一条直缝和两条环缝。

10-中空铜管，11-中空气动卡盘，12-焊接滚轮，13-焊接直缝，14-焊接环缝

用作过滤精度控制层的金属管两端通过中空气动卡盘固定，夹紧力可调。金属多孔网包裹在金属管外侧，然后通过自动包圆机构将金属多孔网紧密贴合在金属管上，仅留出金属多孔网轴向两端搭边的位置。通过自动控制程序控制焊接滚轮从多孔网轴向两端搭边一侧按一定速度走到另一侧，完成这条直缝焊接。当然也可以依次程序完成多条轴向直缝焊接。

金属多孔网包裹金属管的两端有两条环缝也需要焊接。控制中空气动卡盘圆周滚动，焊接滚轮固定沿金属多孔网和金属管两端连接处焊接一周，即可完成一道环缝的焊接。依次可成另一端环缝的焊接。

图7为根据本申请的复合过滤元件在浆态床反应器中的布置示意图。5-复合过滤元件；6-浆态床反应器；7-反吹罐；8-滤液收集罐；9-控制阀。

图8为使用根据本申请的复合过滤元件的过滤工艺流程图。

具体实施方式

本说明书公开了结合本公开的特征的一个或多个实施方式。本申请所公开的实施方式仅用于说明性的目的，而非限制性的。本申请的范围并不限于所公开的实施方式，而仅由所附的权利要求书限定。

本发明提供了金属复合过滤元件，所述复合过滤元件包含过滤精度控制层和支撑保护层，其中，所述过滤精度控制层为金属管，所述支撑保护层为至少一层金属多孔网，并且所述支撑保护层包裹所述过滤精度控制层的至少一部分。

在本发明中，“过滤物”可为经由过滤元件过滤或流过所述过滤元件来从其过滤精细固体颗粒(例如，＜1mm)的流体(液体或气体，或甚至液体-气体-固体三相)。在一些优选的实施方式中，所述金属复合过滤元件可以是圆管型、平板型等形状中的一种。图1示出了根据本发明的实施方式的复合过滤元件的示意性局部侧视图。

在一些实施方式中，所述金属复合过滤元件的长度可为10-2000mm、优选50-1700mm。在本发明所述的金属复合过滤元件的至少一端具有与过滤系统连接的连接部，长度优选1-100mm。例如，用于法兰焊接、快接头连接或螺纹连接的连接部。在一些实施方式中，所述金属复合过滤元件具有被支撑保护层包裹的滤过区，以及任选至少一个封闭区。在本发明中，滤过区被定义为被支撑保护层包裹的具有孔或微孔的金属管的区域(使得液体可以行进穿过孔或微孔)。而封闭区则被定义为金属管上未钻孔或封闭的区域。这是由于金属管的壁很薄在经过打孔(例如激光钻孔)后其机械强度必然会有所下降，故连续打孔区域不能太长。在一些实施方式中，所述金属复合过滤元件具有两个以上的滤过区，以及至少一个封闭区。在一些优选的实施方式中，所述金属复合过滤元件具有两个、三个、四个、五个、或六个或以上的滤过区，以及在各个滤过区之间的封闭区。例如，所述金属复合过滤元件具有两个滤过区，以及位于两个滤过区之间的一个封闭区；或者，所述金属复合过滤元件具有三个滤过区，以及位于滤过区之间的两个封闭区，以此类推。在一些实施方式中，所述滤过区的长度在1-300mm、优选10-250mm，例如，1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm或300mm，或者由上述任意两个长度组成的范围内的任何长度。而所述封闭区的长度在1-50mm、优选5-20mm，例如，1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm或50mm，或者由上述任意两个长度组成的范围内的任何长度。滤过区与封闭区的长度比例可为50:1以下，优选30:1或以下，例如，50:1、45:1、40:1、35:1、或30:1，或者由上述任意两个比例组成的范围内的任何比例。通常封闭区位于两个滤过区之间。

在本发明中，所述过滤精度控制层可为中空圆柱体，所述中空圆柱体包括外壁和内壁，从而具有在内壁与外壁之间的壁厚T。每个金属管包括如图2中提及的外径(相对于外壁进行测量)和内径(在内壁内且相对于所述内壁进行测量)。在一些实施方式中，金属管壁厚T优选小于约1.0mm的厚度。金属管具有小于约70mm外径d，进一步优选外径在约5-30mm之间的范围，更一步优选外径在约10-25mm之间的范围，例如，5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm、51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm、60mm、61mm、62mm、63mm、64mm、65mm、66mm、67mm、68mm、或69mm，或者由上述任意两个数字组成的范围内的任何直径。这是因为管子的厚度应该是足够薄的，以实现用于形成如本文所公开的过滤精度控制层的打孔(例如激光钻孔)操作，同时为了足够的机械强度仍然维持一定厚度。因此，在一些优选的实施方式中，所述金属管壁厚优选约0.1-0.7mm，更进一步优选约0.1-0.5mm，例如，0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、或0.7mm，或者由上述任意两个数字组成的范围内的任何壁厚。金属薄壁管壁厚足够薄，降低了钻出了孔或微孔的成本，大大降低了过滤器本身的重量，同时仍然维持过滤介质的足够的机械强度。

由于金属管(例如不锈钢薄壁管)经过打孔(例如激光钻孔)后其机械强度必然会有所下降，故连续打孔区域不能太长。在优选的实施方式中，所述金属管具有开孔区L2(如图3A所示)和任选的封闭区L3。在一些实施方式中，开孔区L2对应于金属复合过滤元件的滤过区，封闭区L3对应于金属复合过滤元件的封闭区。例如，所述金属管可具有两个以上的开孔区L2和至少一个封闭区L3。在优选的实施方式中，封闭区L3位于两个开孔区之间，并为支撑保护层的金属多孔网提供连接区域。在一些优选的实施方式中，所述金属管具有两个、三个、四个、五个、或六个或以上的开孔区，以及在各个开孔区之间的封闭区。例如，所述金属管具有两个开孔区，以及位于两个开孔区之间的一个封闭区；或者，所述金属管具有三个开孔区，以及位于开孔区之间的两个封闭区，以此类推。例如，支撑保护层可通过焊接、缠绕、编织或烧结中的一种或几种与滤精度控制层结合。在一些实施方式中，所述开孔区L2的长度为1-300mm，优选10-250mm，例如，1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm或300mm，或者由上述任意两个长度组成的范围内的任何长度。所述封闭区L3的长度为1-50mm，优选5-20mm，例如，1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm或50mm，或者由上述任意两个长度组成的范围内的任何长度。开孔区L2与封闭区L3的总长度的比例在50:1以下，优选30:1或以下，例如，50:1、45:1、40:1、35:1、或30:1，或者由上述任意两个比例组成的范围内的任何比例。

在一些优选的实施方式中，所述过滤精度控制层的金属管的材质可为不锈钢管，具体可为201、202、301、321、303、314、305、309、304、304L、317、316Si、316、316L、309S、SUS310S中的一种，优选为321、304、304L、316、316L中的一种。

在一些优选的实施方式中，如图3B所示，金属管还可在至少一端包括未经打孔的区域L1，其主要用于以焊接、卡套、快接头等形式连接其他组件，长度优选1-100mm，例如，1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm、51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm、60mm、61mm、62mm、63mm、64mm、65mm、66mm、67mm、68mm、69mm、70mm、71mm、72mm、73mm、74mm、75mm、76mm、77mm、78mm、79mm、80mm、81mm、82mm、83mm、84mm、85mm、86mm、87mm、88mm、89mm、90mm、91mm、92mm、93mm、94mm、95mm、96mm、97mm、98mm、99mm或100mm，或者由上述任意两个长度组成的范围内的任何长度。例如，在一些实施方式中，所述金属管包括位于两端中至少一端的区域L1，即其表面未经激光钻孔，长度优选1-100mm；一个或多个开孔区L2，长度优选1-300mm；以及任选的封闭区L3，长度优选1-50mm；d为金属薄壁管外壁到外壁直径，即外径。

精度控制层的孔或微孔通过高功率激光钻孔设备同时或单独在不锈钢薄壁管上精密钻出数量众多的孔或微孔。在一些实施方式中，金属管可以由其中带有激光钻出的孔或微孔的管状或扁平的金属薄片部分形成。金属管的微孔或孔的设计、布置和配置并不受到限制。

在一些实施方案中，金属管的微孔或孔可以相对于彼此以一定图案或阵列布置。图3A示出了具有孔或微孔的管的实例，所述孔或微孔彼此平行地位于管壁上。在另一实施方式中，微孔或孔可以相对于彼此以基本上呈直线的图案布置。例如，所述微孔或孔以直线或矩形格式均匀地分布在一定空间上，其中在经线或纬线上介于孔洞之间的距离相等。也就是说，图3A的设计是根据一个实施方式的用于金属管中的孔布置的实例。在本发明中，所述微孔或孔的布置可例如为直线或矩形格式、相对呈三角形的图案、或波卡尔点图案。

金属管可以经由提供在金属薄片中钻出的大致圆的或圆形的孔或微孔来制造(单独地钻孔，或使用受控技术，优选地利用激光钻孔，所述受控技术允许同时钻出多个孔洞)，所述薄片可以形成为管子。在另一个实施方式中，可以由激光直接在管子上钻出微孔或孔。激光钻孔领域的技术人员将能够使用本文提供的指导来对激光钻孔设备进行配置以便以任何合适的方式对微孔或孔进行配置。

不管金属管中的微孔或孔的大小、形状、配置和/或布置如何，根据实施方式，在本文中说明性地展示的微孔或孔具有贯穿金属管4的壁的厚度T，所述微孔或孔包括未明确说明的其他大小、形状、配置和/或布置的孔眼或孔洞。

在一些优选的实施方式中，过滤精度控制层的金属管孔道形状为圆孔、条形孔中的一种或几种。

微孔或孔可以具有任何大小、形状、配置和/或布置。如可以加工成从外壁到外壁尺寸均匀，直径都为δ的形状；也可以加工成外壁处具有较大开口直径δ1，内壁处具有较小开口直径δ2的正锥形形状；也可加工成外壁处具有较小开口直径δ2，内壁处具有较大开口直径δ1的倒锥形形状。图4A-图4C示出了根据本申请的实施方式的孔或微孔的详细视图。其中，图4A示出了外壁处具有较大开口直径δ1，内壁处具有较小开口直径δ2的正锥形形状；图4B示出了外壁处具有较小开口直径δ2，内壁处具有较大开口直径δ1的倒锥形形状；图4C示出了直径都为δ的形状。

例如，孔或微孔的尺寸根据实际待过滤固体颗粒的粒径来决定。在本发明中的复合过滤元件上，所述尺寸(包括δ1、δ2和δ)均可处于0.0001-0.1mm的范围，例如0.001-0.1mm的范围。例如，δ可为0.001-0.1mm的范围。直径δ1可为0.001-0.1mm的范围，直径δ2可为0.0005mm-0.08mm的范围。

上述三种情况中，第三种情况滤孔开口直径都是δ，则其锥度角度为0。前两种情况滤芯的锥度角度可根据下列公式计算：

tan(锥度角度/2)＝(较大开口直径δ1-较小开口直径δ2)/(2*壁厚T)

在锥形孔的情况下，孔或微孔的锥度角度优选为0°-10°。

在优选的实施方式中，金属管上面的孔或微孔是均匀对称围绕其表面一周来用于从流体中过滤固体颗粒。在优选的实施方式中，金属管上的孔或微孔的形状、直径以及朝向中的至少一者保持一致。以锥形孔为例，优选所有较大开口都处于外壁；更进一步优选，孔或微孔的锥度角度保持一致。

在一些进一步优选的实施方式中，过滤精度控制层的金属管的开孔率为1-60％，例如，1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％，或者由上述两者所组成的范围中的任何比率。孔或微孔的开孔率或可以是孔洞开口面积基于开孔区的整个表面积的百分率，例如，对于锥形孔的情况，以具有较大开口方向的面积来计算开孔率计。

在一些优选的实施方式中，所述支撑保护层是由一层或多层烧结金属丝网、烧结金属粉末、金属纤维膜、烧结金属毡等多孔材料构成，优选为烧结金属网。其作用是保证过滤元件机械强度，实现固体颗粒初级拦截，有利于滤饼形成，阻止大尺寸固体颗粒进入直通孔型过滤精度控制层。

金属多孔层是包裹在不锈钢薄壁管外，起逐层拦截固体颗粒和支撑保护层等作用。

烧结金属丝网按照金属丝的密度大小来分有方孔网和密纹网。根据GB/T 5330-2003可知，方孔网当作过滤介质时，尺寸大于网孔尺寸的颗粒沉淀在金属网的表面上，所以它是表面过滤。根据GB/T 21648-2008密纹网又可分为平纹网和斜纹网，而斜纹网又可以有经线不全包和经线全包两种编制方式。密纹网当作过滤介质使用时，颗粒进入密纹网的中间，依靠内部流道尺寸小于颗粒尺寸来截留颗粒，相对于方孔网来说，它属于深层过滤。

在一些实施方式中，所述支撑保护层可由一层或多层烧结金属丝网(例如方孔网和密纹网)、烧结金属粉末、金属纤维膜、烧结金属毡。例如，可由1层、2层、3层或4层或以上的烧结金属丝网(例如方孔网和密纹网)、烧结金属粉末、金属纤维膜、烧结金属毡组成。

在一些实施方式中，所述支撑保护层中所有层的孔径均大于或均小于所述过滤精度控制层的孔径。例如，对于锥形孔的情况，所述支撑保护层中所有层的孔径均大于或均小于过滤精度控制层中较大的孔径δ1。对于锥形孔的情况，所述支撑保护层中所有层的孔径均大于过滤精度控制层中较大的孔径δ1；或者，对于锥形孔的情况，所述支撑保护层中所有层的孔径均小于过滤精度控制层中较小的孔径δ2。

在支撑保护层中，对于多个层的情况，所述孔径可彼此相同，也可以不同。在一个优选的实施方式中，在所述多层支撑保护层中，所述孔径均相同。或者，在一些实施方式中，在所述多层支撑保护层中，所述多层孔的孔径逐层增加或减小，例如，最外层孔径最大，往内侧逐渐减小。

在一些优选的实施方式中，所述支撑保护层的总厚度为0.01-1mm，滤孔尺寸为1-200目，孔隙率为1-60％。在一些优选的实施方式中，过滤精度控制层与支撑保护层复合时，单层或多层支撑保护层可位于过滤精度控制层外侧，例如，包裹在金属管的外层。

在本发明中，孔隙率是指多孔材料中孔隙体积在自然状态下占材料总体积的百分比。

在一些优选的实施方式中，本发明所述的过滤精度控制层与支撑保护层结合工艺可以为焊接、缠绕、编织或烧结中的一种或几种。

在一些进一步优选的实施方式中，本发明所述的高性能金属复合过滤元件在工业应用时，公称直径为1-70mm，长度为10-2000mm。连接方式主要有两种，其一为过滤元件两端通过1-100mm长度的接头与法兰焊接或螺纹连接；其二为过滤元件一端通过1-100mm长度的接头与法兰焊接或螺纹连接，另一端采用堵头封住。

在一些优选的实施方式中，本发明所述的高性能复合过滤元件可应用于污水除油过滤、油浆过滤、反应器内固液两相分离、反应器外固液两相分离、气液固三相体系过滤分离，尤其适用于反应器内固液两相分离或气液固三相体系过滤分离。

在一个实施方式中，本发明提供了一种上述过滤元件在浆态床反应器中作为内过滤器的应用。具体而言，将2-20根复合过滤元件组成一小组，然后将各小组复合过滤元件以垂直几何对称的方式密集排布在浆态床反应器内，含固浆液通过过滤元件形成厚度适宜的滤饼，将浆液中的固体截留在反应器中。

在一些优选的实施方式中，上述过滤元件在浆态床反应器中排布时分为上下两层，其中，每层可由1-100小组的复合过滤元件组成。

在一个实施方式中，本发明提供了一种上述复合过滤元件在浆态床反应器中作为内过滤器过滤的方法，其中复合过滤元件在过滤时具有过滤周期、浸泡周期和反吹周期，并且始终有一部分复合过滤元件组处于过滤周期，一部分处于浸泡周期，一部分处于反吹周期。

在一些优选的实施方式中，所述复合过滤元件组是指2-20根复合过滤元件组成的小组。

在一些优选的实施方式中，可根据需要在反应器内分上下两层布置所述复合过滤元件组，便于整体过滤工艺过程控制。例如，每层可由1-100小组的复合过滤元件组成。

在一些优选的实施方式中，所述过滤周期是指滤液持续透过复合过滤元件滤孔从浆态床反应器移出，并通过调节阀流到滤液收集罐中的过程。

在一些进一步优选的实施方式中，过滤周期中过滤压差为1-1000KPa，优选为5-100KPa；过滤时间为5-200min，优选为10-100min。

在一些优选的实施方式中，所述浸泡周期是指将表面已经被滤饼包裹，滤孔已经堵塞的复合过滤元件组，在浆态床反应器内部浸泡，利用湍动的浆液冲刷滤饼，其中浸泡周期时间为1-20min，优选为2-10min。

在一些优选的实施方式中，所述反吹周期是指用反吹的方式卸除滤饼让过滤元件再生，具体为带压反吹介质快速穿过滤芯微孔瞬间爆破将滤饼吹开，反吹方向与过滤方向相反。

在一些进一步优选的实施方式中，根据过滤元件污堵程度，可灵活调节反吹周期条件，具体的单次反吹持续时间为1-20s，优选为3-10s；反吹介质压力为1-1000KPa，优选的为10-500KPa；反吹介质温度为100-300℃，优选为150-200℃；反吹次数为1-10次，优选为3-6次。

在一些更进一步优选的实施方式中，反吹介质为气体或液体，具体可以是新鲜反应气、循环反应气、惰性气体或者过滤得到的干净滤液。反吹介质以不污染待分离体系为原则。

在一些优选的实施方式中，反吹方式可以为单纯气体反吹再生，单独液体反吹再生或者气体反吹和液体反吹组合。

在一些优选的实施方式中，在反吹周期中反吹介质可以从垂直布置的复合过滤元件顶部反吹进去，也可以从垂直布置的复合过滤元件底部反吹进去。优选反吹介质交替从复合过滤元件顶部和底部反吹。

本发明的示例性的技术方案可通过如下编号段落中的内容进行说明书，但本发明的保护范围并不限于此：

1.一种金属复合过滤元件，所述复合过滤元件包含过滤精度控制层和支撑保护层，其中，所述过滤精度控制层为金属管，所述支撑保护层为至少一层金属多孔网，并且所述支撑保护层包裹所述过滤精度控制层的至少一部分。

2.根据段落1所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件的长度为10-2000mm。

3.根据段落2所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件的长度为50-1700mm。

4.根据段落1所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件的至少一端具有与过滤系统连接的连接部，长度在1-100mm。

5.根据段落4所述的金属复合过滤元件，其中，所述连接部为用于法兰焊接、快接头连接或螺纹连接的连接部。

6.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件具有被支撑保护层包裹的滤过区，以及任选至少一个封闭区。

7.根据段落6所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件具有两个以上的滤过区，以及至少一个封闭区。

8.根据段落6所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件具有两个、三个、四个、五个、或六个或以上的滤过区，以及在各个滤过区之间的封闭区。

9.根据段落6所述的金属复合过滤元件，其中，所述滤过区的长度在1-300mm、或者10-250mm。

10.根据段落6所述的金属复合过滤元件，其中，所述封闭区的长度在1-50mm、或者5-20mm。

11.根据段落6所述的金属复合过滤元件，其中，滤过区与封闭区的长度比例为50:1以下，或者30:1以下。

12.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，在本发明中，所述过滤精度控制层为中空圆柱体，所述中空圆柱体包括外壁和内壁，以及壁厚T。

13.根据段落12所述的金属复合过滤元件，其中，壁厚T小于1.0mm，或者为0.1-0.7mm，或者0.1-0.5mm。

14.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，金属管具有小于70mm的外径d，或者在5-30mm之间的范围的外径d，或者在约10-25mm之间的外径d。

15.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管具有开孔区L2和任选的封闭区L3。

16.根据段落15所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管具有两个以上的开孔区L2和至少一个封闭区L3。

17.根据段落15所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管具有两个、三个、四个、五个、或六个或以上的开孔区，以及在各个开孔区之间的封闭区。

18.根据段落15所述的金属复合过滤元件，其中，所述开孔区L2的长度为1-300mm，或者10-250mm。

19.根据段落15所述的金属复合过滤元件，其中，所述封闭区L3的长度为1-50mm，或者5-20mm。

20.根据段落15所述的金属复合过滤元件，其中，开孔区L2与封闭区L3的总长度的比例在50:1以下，或者30:1或以下。

21.根据段落15所述的金属复合过滤元件，其中，所述过滤精度控制层的金属管的材质为不锈钢管。

22.根据段落21所述的金属复合过滤元件，其中，所述不锈钢管为201、202、301、321、303、314、305、309、304、304L、317、316Si、316、316L、309S、SUS310S中的一种。

23.根据段落22所述的金属复合过滤元件，其中，所述不锈钢管为为321、304、304L、316、316L中的一种。

24.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管还在至少一端包括未经打孔的区域L1，长度为1-100mm。

25.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，过滤精度控制层的金属管孔道形状为圆孔、条形孔中的一种或几种。

26.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，金属管的微孔或孔从金属管的外壁到外壁尺寸均匀，直径都为δ的形状；或者金属管的微孔或孔为在外壁处具有较大开口直径δ1，内壁处具有较小开口直径δ2的正锥形形状；或者，金属管的微孔或孔为在外壁处具有较小开口直径δ2，内壁处具有较大开口直径δ1的倒锥形形状。

27.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，δ为0.001-0.1mm的范围；直径δ1为0.001-0.1mm的范围；或者直径δ2为0.0005-0.08mm的范围。

28.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，精度控制层的孔或微孔通过高功率激光钻孔设备同时或单独在不锈钢薄壁管上精密钻出。

29.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，金属管由其中带有激光钻出的孔或微孔的管状或扁平的薄片部分形成。

30.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，所述微孔或孔的布置为直线或矩形格式、相对呈三角形的图案、或波卡尔点图案。

31.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，所述微孔或孔具有贯穿金属管的壁的厚度T。

32.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，孔或微孔为锥形孔的情况下，孔或微孔的锥度角度为0°-10°。

33.根据段落25所述的金属复合过滤元件，其中，金属管上的孔或微孔的形状、直径以及朝向中的至少一者保持一致。

34.根据段落33所述的金属复合过滤元件，其中，在锥形孔的情况，所有较大开口都处于外壁；或者，孔或微孔的锥度角度保持一致。

35.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，在过滤精度控制层的金属管的开孔率为1-60％。

36.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述支撑保护层是由一层或多层烧结金属丝网、烧结金属粉末、金属纤维膜、烧结金属毡构成。

37.根据段落36所述的金属复合过滤元件，其中，所述支撑保护层由一层或多层烧结金属丝网。

38.根据段落36所述的金属复合过滤元件，其中，所述支撑保护层由1层、2层、3层或4层或以上的方孔网型或密纹网型烧结金属丝网组成。

39.根据段落36所述的金属复合过滤元件，其中，所述支撑保护层中所有层的孔径均大于或均小于所述过滤精度控制层的孔径。

40.根据段落36所述的金属复合过滤元件，其中，对于锥形孔的情况，所述支撑保护层中所有层的孔径均大于过滤精度控制层中较大的孔径δ1；或者，对于锥形孔的情况，所述支撑保护层中所有层的孔径均小于过滤精度控制层中较小的孔径δ2。

41.根据段落36所述的金属复合过滤元件，其中，在支撑保护层中，对于多个层的情况，所述孔径彼此相同；或者，在所述多层支撑保护层中，所述多层孔的孔径逐层增加或减小。

42.根据段落36所述的金属复合过滤元件，其中，所述支撑保护层的总厚度为0.01-1mm，滤孔尺寸为1-200目，孔隙率为1-60％。

43.根据段落1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述过滤精度控制层与支撑保护层的结合工艺为焊接、缠绕、编织或烧结中的一种或几种。

44.根据段落1-43中任一项所述的金属复合过滤元件在浆态床反应器中作为内过滤器的应用。

45.一种根据段落1-43中任一项所述的金属复合过滤元件在浆态床反应器中作为内过滤器过滤的方法，其中金属复合过滤元件在过滤时具有过滤周期、浸泡周期和反吹周期，并且始终有一部分复合过滤元件组处于过滤周期，一部分处于浸泡周期，一部分处于反吹周期。

46.根据段落45所述的方法，其中，过滤周期中过滤压差为1-1000KPa，或者5-100KPa；过滤时间为5-200min或者10-100min；

在浆态床反应器内部浸泡，利用湍动的浆液冲刷滤饼，其中浸泡周期时间为1-20min，或者2-10min；或者

单次反吹持续时间为1-20s或者3-10s；反吹介质压力为1-1000KPa，或者10-500KPa；反吹介质温度为100-300℃或者150-200℃；反吹次数为1-10次，或者3-6次。

47.根据段落45所述的方法，其中，反吹介质为气体或液体，选自新鲜反应气、循环反应气、惰性气体或者过滤得到的干净滤液。

48.根据段落45所述的方法，其中，反吹方为单纯气体反吹再生，单独液体反吹再生或者气体反吹和液体反吹组合。

49.根据段落45所述的方法，其中，在反吹周期中反吹介质从垂直布置的复合过滤元件顶部反吹进去；或者，从垂直布置的复合过滤元件底部反吹进去；或者，反吹介质交替从复合过滤元件顶部和底部反吹。

实施例

接下来，通过实施例对本发明进行进一步详细地说明，但本发明不仅限于这些实施例。

制备例1

将表中的两层烧结丝网在真空烧结炉内、1100℃以上压制烧结在一起，然后卷制成圆筒状，并且保持第一层烧结丝网在圆筒外侧。将烧结丝网圆筒套在激光打孔管外部，且中间轴边刚好完好对接或者留出1mm的搭接宽度。烧结丝网应保证完全盖住激光打孔管的打孔区域。激光打孔管的工艺参数如表2所。

激光打孔管内部插入一根内径略小于打孔管内径的中空铜管。中空铜管的作用有三：1、将烧结丝网焊接在激光打孔管上时，作为支撑，避免破坏烧结丝网和激光打孔管；2、铜的导电性更好，利于烧结丝网和激光打孔管焊接牢固；3、中空铜管内部可以连续冲入冷却水或者空气，及时将焊接时产生的热量移走。

将烧结丝网紧密贴合在激光打孔管上后，采用点焊机或缝焊机焊接。焊接位置至少包括一条直缝和两条环缝，如图6所示。

表1制备例1的支撑保护层的相关参数

表2制备例1的精度控制层的相关参数

制备例2

基于与制备例1相同的方式，使用具有下表3和表4所示参数的支撑保护层和精度控制层制备过滤元件。

表3制备例2的支撑保护层的相关参数

表4制备例2的精度控制层的相关参数

制备例3

基于与制备例1相同的方式，使用具有下表5和表6所示参数的支撑保护层和精度控制层制备过滤元件。

表5制备例3的支撑保护层的相关参数

表6制备例3的精度控制层的相关参数

实施例1

在本实施例，采用制备例1中的复合过滤元件。

在本实施例中，复合过滤元件用于工业费托浆态床反应器中，过滤浆料由蜡和催化剂颗粒组成，蜡馏程分析结果如表7所示。

表7蜡馏程分析结果

馏出率(％)	BP(℃)
		IBP	248.0
10	410.4
		60	581.1
90	741.5

在本实施例中，复合过滤元件依次经过过滤周期、浸泡周期和反吹周期。在过滤周期中，含有蜡和催化剂的颗粒经过复合过滤元件移出反应器流到滤液收集罐中，催化剂颗粒被截留下来，调节过滤压差100KPa，过滤周期60min；表面已经被滤饼包裹，滤孔已经堵塞的复合过滤元件进入浸泡周期，在费托浆态床反应器中内部浸泡10min，并利用湍动的浆液冲刷滤饼；接着进入反吹周期，将反吹罐中的带压反吹介质进入费托浆态床反应器，快速穿过复合过滤元件滤孔，瞬间爆破将滤饼吹开，单次反吹持续时间10s，反吹介质压力500KPa，反吹介质温度200℃，反吹介质交替从复合过滤元件顶部和底部反吹，反吹次数3次。经过反吹周期的复合过滤元件可以循环进入过滤周期。经测试本实施例中的复合过滤元件在费托浆态床反应器中无故障稳定运行了8000h，固体颗粒去除率达到99％以上。

实施例2

在本实施例，采用制备例2中的复合过滤元件。

在本实施例中，复合过滤元件用于工业费托浆态床反应器中，过滤浆料由蜡和催化剂颗粒组成，蜡馏程分析结果如表8所示。

表8蜡馏程分析结果

馏出率(％)	BP(℃)
		IBP	285
50	548
		80	669

在本实施例中，复合过滤元件依次经过过滤周期、浸泡周期和反吹周期。在过滤周期中，含有蜡和催化剂的颗粒经过复合过滤元件移出反应器流到滤液收集罐中，催化剂颗粒被截留下来，调节过滤压差50KPa，过滤周期100min；表面已经被滤饼包裹，滤孔已经堵塞的复合过滤元件进入浸泡周期，在费托浆态床反应器中内部浸泡5min，并利用湍动的浆液冲刷滤饼；接着进入反吹周期，将反吹罐中的带压反吹介质进入费托浆态床反应器，快速穿过复合过滤元件滤孔，瞬间爆破将滤饼吹开，单次反吹持续时间10s，反吹介质压力400KPa，反吹介质温度200℃，反吹介质交替从复合过滤元件顶部和底部反吹，反吹次数6次。经过反吹周期的复合过滤元件可以循环进入过滤周期。经测试本实施例中的复合过滤元件在费托浆态床反应器中无故障稳定运行了半年，固体颗粒去除率达到99％以上。

实施例3

在本实施例，采用制备例3中的复合过滤元件。

在本实施例中，复合过滤元件用于工业费托浆态床反应器中，过滤浆料由蜡和催化剂颗粒组成，蜡馏程分析结果如表9所示。

表9蜡馏程分析结果

馏出率(％)	BP(℃)
		IBP	210
50	359
		80	415

在本实施例中，复合过滤元件依次经过过滤周期、浸泡周期和反吹周期。在过滤周期中，含有蜡和催化剂的颗粒经过复合过滤元件移出反应器流到滤液收集罐中，催化剂颗粒被截留下来，调节过滤压差10KPa，过滤周期40min；表面已经被滤饼包裹，滤孔已经堵塞的复合过滤元件进入浸泡周期，在费托浆态床反应器中内部浸泡2min，并利用湍动的浆液冲刷滤饼；接着进入反吹周期，将反吹罐中的带压反吹介质进入费托浆态床反应器，快速穿过复合过滤元件滤孔，瞬间爆破将滤饼吹开，单次反吹持续时间5s，反吹介质压力100KPa，反吹介质温度150℃，反吹介质交替从复合过滤元件顶部和底部反吹，反吹次数5次。经过反吹周期的复合过滤元件可以循环进入过滤周期。经测试本实施例中的复合过滤元件在费托浆态床反应器中运行时，固体颗粒去除率达到99％以上。

Claims (10)

1.一种金属复合过滤元件，所述复合过滤元件包含过滤精度控制层和支撑保护层，其中，所述过滤精度控制层为金属管，所述支撑保护层为至少一层金属多孔网，并且所述支撑保护层包裹所述过滤精度控制层的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件的长度为10-2000mm；或者，所述金属复合过滤元件的至少一端具有连接部，长度在1-100mm。

3.根据权利要求1或2所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属复合过滤元件具有被支撑保护层包裹的滤过区，以及任选至少一个封闭区；优选地，所述滤过区的长度在1-300mm、或者10-250mm；优选地，所述封闭区的长度在1-50mm、或者5-20mm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管具有小于70mm的外径d，或者在5-30mm之间的范围的外径d，或者在约10-25mm之间的外径d；优选地，所述过滤精度控制层为中空圆柱体，所述中空圆柱体包括外壁和内壁，以及壁厚T；优选地，壁厚T小于1.0mm，或者为0.1-0.7mm，或者0.1-0.5mm。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管具有开孔区L2和任选的封闭区L3；优选地，所述开孔区L2的长度为1-300mm，或者10-250mm；优选地，所述封闭区L3的长度为1-50mm，或者5-20mm；或者，开孔区L2与封闭区L3的总长度的比例在50:1以下，或者30:1或以下。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管的材质为不锈钢管；优选地，所述不锈钢管为201、202、301、321、303、314、305、309、304、304L、317、316Si、316、316L、309S、SUS310S中的一种；优选地，所述不锈钢管为321、304、304L、316、316L中的一种。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述金属管的孔道形状为圆孔、条形孔中的一种或多种；优选地，金属管的微孔或孔具有从金属管的外壁到外壁尺寸均匀，直径都为δ的形状；或者金属管的微孔或孔为在外壁处具有较大开口直径δ1，内壁处具有较小开口直径δ2的正锥形形状；或者，金属管的微孔或孔为在外壁处具有较小开口直径δ2，内壁处具有较大开口直径δ1的倒锥形形状。

8.根据权利要求7所述的金属复合过滤元件，其中，δ为0.001-0.1mm的范围；直径δ1为0.001-0.1mm的范围；或者直径δ2为0.0005mm-0.08mm的范围；优选地，精度控制层的孔或微孔通过高功率激光钻孔设备同时或单独在金属管上精密钻出；优选地，所述微孔或孔的布置为直线或矩形格式、相对呈三角形的图案、或波卡尔点图案；优选地，所述微孔或孔具有贯穿金属管的壁的厚度T；优选地，所述过滤精度控制层的金属管的开孔率为1％-60％。

9.根据权利要求7所述的金属复合过滤元件，其中，所述孔或微孔为锥形孔的情况下，孔或微孔的锥度角度为0°-10°；优选地，金属管上的孔或微孔的形状、直径以及朝向中的至少一者保持一致；优选地，在锥形孔的情况，所有较大开口都处于外壁；或者，孔或微孔的锥度角度保持一致。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的金属复合过滤元件，其中，所述支撑保护层是由一层或多层烧结金属丝网、烧结金属粉末、金属纤维膜、或烧结金属毡构成；优选地，所述支撑保护层由1层、2层、3层或4层或以上的方孔网型或密纹网型烧结金属丝网组成；优选地，对于锥形孔的情况，所述支撑保护层中所有层的孔径均大于过滤精度控制层中较大的孔径δ1；或者，对于锥形孔的情况，所述支撑保护层中所有层的孔径均小于过滤精度控制层中较小的孔径δ2。