CN1886181A - 从淤浆中分离固体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于分离带压淤浆的组分的方法和装置(22)。组分在水力旋流器(24)中分离。固体－浓缩的淤浆通过底流出口(28)离开水力旋流器(24)，以及固体贫化的淤浆通过溢流出口(30)离开水力旋流器(24)并进入产品容器(32)。在产品容器(32)和底流出口(28)之间提供流体连通以使气体通过水力旋流器(24)循环。这个气体循环的路径(40)是装置(22)的外壳，或者是在产品容器(32)和底流出口(28)之间的导管。调节装置(22)内的压力以在平衡模式下运行水力旋流器(24)。当淤浆是从高压和/或高温的反应器(10)导出时固体组分包括被再循环到反应器(10)的催化剂粒子，装置(22)和反应器(10)运行在同样的压力下。

Description

从淤浆中分离固体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于分离淤浆的组分的方法和装置，淤浆包括固体粒子和液体组分，特别是在淤浆处在压力之下的情况下。在另一方面，本发明涉及在烃制备工艺过程中使用这样一种方法，该方法包括使氢和一氧化碳的混合物在三相淤浆反应器中接触固体催化剂粒子和液体的淤浆。
背景技术
三相淤浆反应器对本领域技术人员来说是熟知的。在三相淤浆反应器中进行的化学过程的典型例子是那些利用固体催化剂粒子，使用至少一种气态反应物和产生一种在反应条件下为液态产品的过程。许多这样的三相反应是高度放热的。这些过程的例子包括氢化过程，羰基化过程，烷醇合成，利用一氧化碳的芳族尿烷的制备，Kolbel-Engelhardt合成，聚烯烃合成和Fischer-Tropsch合成。
Fischer-Tropsch合成法是一种从基于氢和一氧化碳的气体混合物通常称之为合成气体来制备烃的技术。关于Fischer-Tropsch合成反应方面的一些工作的总结包含在矿业局公告(Bureau of MinesBulletin)，544(1955)标题为“Fischer-Tropsch合成法和有关工艺过程的文献目录”(H.C.Anderson，J.L.Wiley和A.Newell)。一般地，Fischer-Tropsch技术是基于使用化学反应的反应器。该化学反应以三相系统进行，其中气相反应物鼓泡到在液体中的催化剂固体的淤浆中。气相包括合成气体、氢和一氧化碳的混合物，其中H2/CO的摩尔比在至少约0.5到约3之间变化。在反应器内分散的液相包括反应产物并作为传热介质。固相由催化剂固体代表，催化剂固体可能以各种各样的形式出现。
从反应器排出的Fischer-Tropsch反应产物包括淤浆，该淤浆必须处理以从液相反应产物分离固体催化剂。另外，为了维持反应器淤浆在一个恒定的水平和维持反应器内活性催化剂所希望的容积，淤浆的一部分能够连续地或断续地排出反应器，以从液体反应产物中分离催化剂和将分离的催化剂再循环到反应器。然而，典型地，从液态烃产品中分离催化剂粒子会遇到一些困难。本发明涉及从由Fischer-Tropsch合成法所产生的烃淤浆中分离催化剂固体。已经有人描述了从Fischer-Tropsch蜡中分离催化剂粒子的几种方法。关于该主题的一个报告，其题目是“Fischer-Tropsch淤浆反应器/催化剂蜡分离技术的状况评论”。它是1991年2月由P.Z.Zhou，Burns and Roe服务公司为美国能源部匹兹堡能源技术中心编制的。这个报告描述了过滤器、磁分离器和沉淀装置，但是其中的大部分是不成功的或被认为是没有商业前途的。
下列专利涉及用于从淤浆中分离烃和/或固体组分的各种各样的系统和装置：美国专利No.4810264，1989年3月7日发给Dewtz；美国专利No.5900159，1999年5月4日发给Engel等人；美国专利No.6068760，2000年5月30日发给Benham等人；美国专利No.6096789，2000年8月1日发给Clerici等人；美国专利No.6348510，2002年2月19日发给Maretto等人；美国专利申请出版物No.2002/0183403，2002年12月5日出版，Huang等人；和美国专利申请出版物No.2002/0161060，2002年10月31日出版，Ketley等人。
发明内容
本发明提供一种用于分离淤浆的组分的装置。该分离器装置包括用于接收包括液体和固体组分的淤浆的水力旋流器。水力旋流器是一种旋风分离器。该旋风分离器具有淤浆进口、底流出口、溢流出口和圆形断面形状的内壁。优选地，水力旋流器的底流出口将包括可调节的开孔。该分离器装置还包括产品容器和用于提供流体连通的装置。该产品容器构造成接收来自水力旋流器的溢流出口的液体组分和气体中的至少一部分。用于提供流体连通的装置在产品容器和水力旋流器的底流出口之间提供流体连通。水力旋流器将优选地布置在一个反应器的下游，该反应器优选为一个烃合成反应器，以接纳要分离的淤浆。
一种用于提供流体连通的装置能够包括一个共用的外壳，该外壳封闭水力旋流器和产品容器，其中产品容器和水力旋流器的底流出口是对外壳的内部敞开的。优选地，在这样一个实施例中，该装置还将包括用于将外壳内部的压力控制在所希望的压力的装置。更优选地，这样的装置将能够在外壳内部中维持一个高的或正的压力。
选择地，分离器装置能够包括用于在水力旋流器的溢流出口和产品容器以及固体容器之间提供流体连通的导管，该固体容器构造成接收来自水力旋流器的底流出口的固体浓缩淤浆；和/或包括用于在底流出口和固体容器之间提供直接的流体连通的导管。在分离器装置包括用于在溢流出口和产品容器、固体容器之间提供流体连通的导管，该固体容器构造成接收来自底流出口的固体-浓缩淤浆和分离器装置包括用于在底流出口和固体容器之间提供流体直接连通的导管的情况下，用于提供流体连通的可选装置优选地包括连接产品容器和固体容器的气体循环导管。在这样一个实施例中，分离器装置还能够包括用于调节或控制固体容器、气体循环导管和/或产品容器内的压力的装置，更优选地，这样的装置将能够维持其中的高的或正的压力。
可选地，水力旋流器的淤浆进口连接到一个反应器，优选地连接到一个处在高的压力下的烃合成反应器，以接收来自该反应器的淤浆。另外，淤浆进口能够连接到一个除气装置以接收除气的淤浆，或连接到一个泵以接收具有高的体积流量的淤浆。
在工艺方面，本发明提供用于从淤浆中分离组分的一些方法。这些方法包括如下一些步骤，将包含液体和固体组分的淤浆引入具有底流出口和溢流出口的水力旋流器，引导分离后的液体组分和气体通过溢流出口并进入产品容器，以及在产品容器和底流出口之间提供流体连通。可选地但是优选地，淤浆处在优选为至少约250psig的高的压力下，优选为在约250和约600之间的高的温度下，或其组合之下。
在一个可选的但高度优选的工艺方面，本发明的方法还包括以平衡模式运行水力旋流器的步骤，特别是当要引入水力旋流器的淤浆处在高的压力下时。该水力旋流器能够通过调节分离器的底流出口的尺寸，通过调节引入分离器中的淤浆的体积流量，或其组合，以平衡模式运行。
在产品容器和底流出口之间提供流体连通的步骤能够通过封闭在共用外壳中的水力旋流器的底流出口和产品容器来实现。在这样一个实施例中，水力旋流器优选地以平衡模式运行。这样的方法还能够包括调节外壳内的压力的步骤。在引入到水力旋流器中的淤浆处在一个高的压力的情况下，外壳内的压力能够被调节到高的压力。
本发明的方法还能够包括引导固体-浓缩淤浆通过底流出口并进入固体容器的步骤。在这样一个实施例中，水力旋流器优选地以平衡模式运行。在这样的方法中的平衡压力的步骤能够通过在产品容器和固体容器之间提供流体连通来实现。这样的方法还能够包括调节固体容器内的压力的步骤。更具体地，在引入到水力旋流器中的淤浆处在一个高的压力下的情况下，固体容器内的压力能够被调节到高的压力。
附图说明
参考下列结合附图的描述，可以理解本发明。
图1是结合分离器装置的本发明的反应器系统的示意图。
图2是本发明的分离器装置的一个优选实施例的示意图。
图3是本发明的分离器装置的一个优选实施例的示意图。
在本发明能够受到各种改变和具有可选的形式的同时，其具体的实施例已经作为例子示于附图中并且在这里加以详细描述。然而，应当理解，这里具体实施例的描述不是要将本发明限制在已公开的具体形式，相反，本发明将包括落在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有改变、等效物和可选形式。
具体实施方式
下面描述本发明的图示实施例。为了清晰，在本说明书中，不是实际的实施例的所有特征都描述。当然应该理解，在任何这样的实际的实施例的开发中，为了达到开发者的具体目的，必须作出许多具体的实施决定，诸如符合与系统有关的和与商业有关的一些限制条件，这些限制条件随不同的实施过程而变化。而且应该理解，这样的开发努力可能是复杂的和费时的，但是对从本发明公开中获益的本领域的技术人员来说是日常可以承担的工作。
本发明的分离器装置可以用于从各种各样的工艺流中分离液体和固体组分。然而，可以预见本发明可以特别使用于淤浆流处在高的压力和/或温度的场合。在本发明的优选实施例中，该分离器装置能够用于从Fischer-Tropsch烃合成反应器中获得的淤浆中分离液态烃和催化剂固体。从Fischer-Tropsch反应器中获得的淤浆将可能有在约250到约600的范围内的温度和在约250psig到约700psig的范围内的压力。如下面所述，本发明的装置旨在将能够在这些条件下从淤浆中分离组分。
本发明的分离器装置包括用于接收淤浆的水力旋流器，淤浆包括液体和固体组分。适合用在本发明的装置和方法中的水力旋流器具有淤浆进口、底流出口、溢流出口和具有圆形断面形状的内壁。分离器装置还包括产品容器，该产品容器构造成接收来自溢流出口的分离后的液体组分和气体。另外，分离器装置具有在产品容器和底流出口之间提供流体连通的装置。
水力旋流器
水力旋流器能够分类为机械分离器装置，其中分离发生在离心场。水力旋流器以如管式离心机的类似方式运行，但是不同点在于水力旋流器有不旋转的壳体。离心场是通过由切线方向的进口形成的进料的旋转流来建立的。水力旋流器的一般综述在Ullmann的工业化学百科全书(1988)第5版，卷B2，页11-19至11-23中可以得到。
用在本发明的装置和方法中的水力旋流器，包括具有圆形断面形状的内壁和淤浆进口。淤浆进口定向成可切向引导淤浆流以维持沿内壁的淤浆的旋转流。在本文中“圆形断面形状”应被解释为在淤浆进口附近有一个圆形断面形状以促进淤浆的旋转流的结构。结果，这种结构的一般形状包括圆筒形的、圆锥形的或其组合的部分。
旋涡探测器安装在水力旋流器的上部。溢流出口安装在旋涡探测器内，为从淤浆中分离的低密度的较轻的组分提供出口。水力旋流器底部的底流出口为较重的更密的组分提供出口。用于本发明的水力旋流器的更详细描述可以参考美国专利No.4144087，1979年3月13日发给Chwalek等人；美国专利No.4226726，1980年10月7日发给Rehm；美国专利No.4283232，1981年8月11日发给Best；美国专利No.4303526，1981年12月1日发给Moro等人；美国专利No.5273647，1993年12月28日发给Tuszko等人。它们的公开文本包括在这里供参考。
水力旋流器典型地具有圆锥形的下部，下部终止在一个顶点，底流出口安置在顶点处。优选地，底流出口中的开孔尺寸能够调节以使操作员能够更容易地按平衡模式操作水力旋流器，如下面详细描述。底流出口开孔的调节能够通过调节出口开孔周围的限制件的位置来实现。具有可调节的环形围堰的水力旋流器可适合这个目的。关于其他可调节开孔的描述可以参考美国专利No.4134828，1979年1月16日发给Trawinski，美国专利No.4174275，1979年11月13日发给Martin；美国专利No.4797203，1989年1月10日发给Macierewicz；和美国专利No.4859347，1989年8月22日发给Simon等人。它们公开文本包含在这里供参考。可以使用任何的调节底流出口的开孔尺寸的机构以实现本发明的装置和方法中的有益效果，只要该机构不抑制虹吸作用到这种程度，即在水力旋流器内不形成蒸气或气体核心。
如上所指出的，水力旋流器内的旋转运动是由淤浆以高的流量切向进入水力旋流器所产生的。淤浆流的路径沿圆筒形内壁的表面螺旋向下至少直到靠近顶点的滞流点。这种螺旋向下被称为一次旋涡。优选地，一次旋涡将产生虹吸作用，该虹吸作用通过在顶点处的底流出口将气体吸进水力旋流器。这种进来的气体形成水力旋流器内的中央蒸气或气体核心。蒸气核心的直径随淤浆的体积流量变化。如果流量太低，没有任何蒸气核心形成，淤浆中的所有液体和固体以离开底流出口的流的方式离开水力旋流器。如果进料速率太高，蒸气核心膨胀，关闭底流出口并迫使所有淤浆组分通过溢流出口离开水力旋流器。
因为底流出口小，一次旋涡在靠近顶点处被迫向上转动，在蒸气核心周围形成二次旋涡。这个二次旋涡以与一次旋涡同样的方向旋转，但是从顶点向水力旋流器的顶部螺旋向上。淤浆的相分离发生在这个双旋涡流中。较重的更密的悬浮固体向外迁移朝向水力旋流器的外侧的圆筒形壁，在外侧的圆筒形壁处它们螺旋向下朝向顶点处的底流出口。这个固体浓缩淤浆流通过底流出口开孔或底流接管离开水力旋流器。底流出口开孔由蒸气核心和外流的固体浓缩淤浆流水力关闭。这种关闭防止包括较轻的低密度的液体组分的固体贫化(solids-depleted)淤浆流离开底流出口。而且，固体贫化淤浆流被迫通过二次旋涡向上运动并经过溢流出口离开水力旋流器。
有效的相分离优选地通过按平衡模式运行水力旋流器来实现。本文中所用的“平衡模式”是指在淤浆进料速率和底流出口开孔之间达到平衡，以在水力旋流器内形成蒸气核心和双旋涡流。平衡模式能够通过调节淤浆进料的体积流量，调节底流出口开孔的尺寸，或其组合实现，以达到有效分离。利用调节这些变量使水力旋流器按平衡模式运行在一个熟练使用水力旋流器的人员的技能范围内。
用于本发明装置的水力旋流器以及它的材料和制造方法的选择，应当考虑要在其中分离的淤浆的组分、压力和温度特征。适合用于本发明的装置和方法的水力旋流器可以从各种商业来源获得，诸如Tri-Flo International，Inc.of Conroe，Texas。
产品容器
本发明的分离器装置包括产品容器，其构造成接收从淤浆中分离的和通过溢流出口离开水力旋流器的液体组分的至少一部分。另外，被吸进水力旋流器以形成中央蒸气核心的气体的至少一部分也与分离的液体组分一道通过溢流出口。产品容器的主要功能是收集这种液体和气体的混合物和对该混合物除气，以致液体反应产物可以回收，气体可供再循环到水力旋流器的底流出口。
产品容器可以是能够接收和容纳来自溢流出口的液体组分和气体的任何合适的容器、罐或桶。所选择的容器应有足够的内部容积，以允许液体和气体组分在此分离。产品容器以及其材料和制造方法的选择，应当考虑被容纳在其中的材料以及那些材料的预计压力和温度特性。在优选的实施例中，设置一个导管或管线来使水力旋流器溢流出口连接到产品容器，并在它们之间提供隔离的或直接的液体连通。另外，产品容器将可选地但优选地具有液体产品出口，以使从该容器中排出除气后的液体组分用于继后的处理和/或使用。
另外，在本领域中知道使用水力旋流器来使由液体和气体组成的流除气。这样，水力旋流器在本发明的分离器装置中适于用作产品容器。在这样一个实施例中，第一水力旋流器用于将淤浆分离成由液体和气体组成的流和固体浓缩淤浆流，液体和气体组成的流通过溢流出口离开水力旋流器，固体浓缩淤浆流通过底流出口离开水力旋流器。然后，液体和气体组成的流从第一水力旋流器的溢流出口导向到第二水力旋流器，在第二水力旋流器中气体与液体分离。分离后的气体通过第二水力旋流器的溢流出口，从这里它们可用于再循环到第一和/第二水力旋流器的底流出口。在这样一个实施例中，一个水力旋流器用作产品容器，在下面所描述的P1是指第二水力旋流器溢流出口处的压力，而不是该水力旋流器的内压。
提供流体连通的装置
本发明的分离器装置还包括用于提供在产品容器和底流出口之间的流体连通的装置。
在一个优选实施例中，提供流体连通的装置包括一个共用外壳，该外壳封闭水力旋流器和产品容器至少到这个程度，即底流出口和产品容器对外壳内部敞开。在这样一个实施例中，共用外壳提供在底流出口和产品容器之间的流体连通，以致为在水力旋流器内形成蒸气核心的气体的循环形成气体循环路径。更具体地，通过溢流出口离开水力旋流器的气体经过产品容器并进入外壳内的环境。来自外壳内部的气体由于上述虹吸作用通过底流出口被吸进水力旋流器。
在一个实施例中，水力旋流器和产品容器被装在一个共用外壳内。分离器装置将可选地但优选地包括用于调节和/或控制外壳内压力的装置。这样的装置可以包括一个气体源和一个控制系统。控制系统用于感测外壳压力和按需要引导气体进入或离开外壳以调节和维持外壳内的所希望压力。气体能够是惰性气体，诸如氮气等，但是也可以包含反应物的合成气体或其他气体。在淤浆包含将要再循环到上游反应器中的催化剂的情况下，优选地，所选择的气体将不明显地使催化剂降级或失去活性。控制系统可以是手动特性的，具有一个或多个监测压力的压力仪器，以及操作阀门以引导气体进入或离开外壳。具有监测外壳压力并发送信号以使阀门动作的处理器的自动控制可以是优选的。本领域的技术人员将知道用于控制基本上为气密封的外壳内的压力的其他装置。
外壳压力将大部分取决于淤浆来源、分离器装置在工艺流中的位置和分离的组分将如何使用。例如，在一个或多个淤浆组分将被分离和再循环到上游反应器的情况下，优选的是分离器装置和外壳内部的压力是相同于或基本上类似于上游反应器中的压力。这样的压力可以大于大气压，优选地大于约75pisg，更优选地大于150psig左右和进一步更优选地大于250psig左右。在淤浆是来自Fischer-Tropsch反应器和分离后的催化剂将再循环到该反应器的场合，优选的是，调节和/或控制外壳内的压力的装置能够调节压力，以维持外壳内的压力在约250psig和约700psig之间。
固体容器
本发明分离器装置的一个可选的但高度优选的部件是固体容器。该固体容器安置在水力旋流器底流出口的下游。固体容器构造成和布置成接收来自底流出口的固体浓缩淤浆。固体浓缩淤浆能够通过固体容器下部的出口排出固体容器，用于再循环到一个上游点诸如反应器，或引导到下游供另外的处理或使用。在优选的实施例中，固体浓缩淤浆将包括催化剂固体。该催化剂固体用于再循环到分离器装置上游的Fischer-Tropsch反应器。另外，固体容器的位置和结构应是这样的，以致流向水力旋流器底流出口的流动气体不被阻止。
在一个实施例中，在水力旋流器和产品容器被封闭在共用外壳内的场合，固体容器能够布置成与底流出口间隔开和在底流出口下面，以允许气体流动到底流出口。优选地，这样的固体容器有一个开孔，该开孔用于接收从底流出口排出的固体浓缩淤浆。在这样一种结构形式中，固体容器将全部或部分地被封闭在封闭水力旋流器和产品容器的外壳内。优选地，外壳封闭底流出口、产品容器和至少固体容器的开孔，以提供在产品容器和水力旋流器底流出口之间的气体循环路径。
在一个可选实施例中，固体容器能够连接到水力旋流器，以致在底流出口和固体容器之间有直接的流体连通。这种连接可以通过连接固体容器到水力旋流器的下部来实现，以致底流出口完全封闭在固体容器的一部分内。可选地，在底流出口和固体容器之间的这个直接的流体连通能够通过提供将底流出口连接到固体容器的导管来实现。在每个这些实施例中，用于提供在产品容器和底流出口之间的流体连通的装置包括气体循环导管，该导管将产品容器与固体容器相连。更优选地，这个气体循环导管将产品容器的上部与固体容器的上部相连，由此在两个容器之间提供气体循环路径。
在这样一个结构形式中，离开水力旋流器底流出口的气体从产品容器中的液体组分中分离出来的。然后，分离后的气体能够通过气体循环导管流进固体容器的上部。这里，在排放的固体浓缩淤浆上方的空间中，分离后的气体可用于通过底流出口被吸进水力旋流器。这样，在水力旋流器、产品容器和固体容器之间形成气体循环回路。
在一个实施例中，在固体容器连接到水力旋流器以致在底流出口和固体容器之间有直接的流体连通的场合，分离器装置将选择地但优选地包括用于调节和/或控制气体循环回路内的压力的装置。这样的装置可以包括一个气体源和一个控制系统。该控制系统用于根据需要感测压力和引导气体进入或离开气体循环回路，以达到和维持所希望的压力。气体可以是惰性气体诸如氮气等，但是也可以是包含反应物的合成气体或其他气体。在淤浆包含将要再循环到一个上游反应器的催化剂的场合，所选择的气体优选地将不明显地使催化剂降级或失去活性。控制系统可以是手动特性的，具有一个或多个用于监测压力的压力仪器，以及操作阀门以引导气体进入或离开回路。具有一个监测回路压力并发送信号以使阀门动作的处理器的自动控制可以是优选的。
用于控制和/或调节一个基本上为气密封的容器内的压力的可选装置，也可以用于有利地调节气体循环回路内的压力。而且，虽然这个可选的压力控制有时被描述成通过从固体容器引入或抽出气体来实现，本领域的技术人员将知道，气体一般可以沿气体循环回路从一个或多个其他位置引入和/或抽出，以控制淤浆和分离后的淤浆组分上的压力。
分离器装置内的压力将大部分取决于淤浆的来源、分离器装置在工艺流中的位置和分离后的组分将如何继后使用。例如，在一个或多个淤浆组分将要被分离和再循环到一个上游反应器的场合，优选的是分离器装置和固体容器是相同于或类似于上游反应器中的压力。这样的压力将大于大气压力，优选地大于约75psig，更优选地大于约150psig，和进一步更优选地大于约250psig。在淤浆来自Fischer-Tropsch反应器和分离后的催化剂固体将再循环到该反应器的场合，优选地是，用于调节和/或控制压力的装置能够调节压力，以维持一个目标压力在约250psig和约700psig之间。
加热装置
本发明的分离器装置能够用于分离高温以及高压下的淤浆的组分。在淤浆流来自一个高温源的情况下，可能希望维持淤浆和/或分离的组分的高温，以达到有效的分离和使工艺流上的温度波动最小。
例如，淤浆流的组分可能要求该流维持在某个温度以下，以维持某些组分处在液相或气相。在一个优选的实施例中，分离器装置用于将液体反应产物与来自Fischer-Tropsch反应器的淤浆中的催化剂固体分离。液体反应产物将包括处于液相的烃蜡。如果这些烃冷却低于它们的熔点，它们会在分离器装置中或在进入分离器装置之前在淤浆流中与催化剂固体结成块。另外，在一个或多个分离后的组分将被再循环到一个高温反应器的场合，希望维持这些组分的高温，以使该反应器内的温度波动最小。
这样可以设想，本发明的分离器装置可以选择地包括一个或多个加热装置，用于维持淤浆或分离后的淤浆组分在某个温度或在某个温度以上。在一个优选实施例中，在分离器装置用于从来自一个Fischer-Tropsch反应器的淤浆中分离组分的场合，所用的任何加热装置应能够使淤浆和分离后的淤浆组分维持在Fischer-Tropsch反应器中典型地使用的温度范围内。这样，在这样一个实施例中优选的是，淤浆和分离后的淤浆组分将维持在约250到约600的范围内的一个温度，更优选地在约300和约550之间，进一步更优选地在约400和约500之间。维持这样的温度可能要求的加热装置的数目和位置，将主要取决于分离器装置在工艺流中的位置例如相对于高温淤浆的来源的位置、淤浆的组分和供继后处理或使用的分离后的组分的所希望的相。
可选的上游部件
如自始至终指出的，可以设想，本发明的分离器装置在工艺流中将位于用于分离来自高压和/或高温反应器的淤浆组分的该反应器的下流。因此，可以设想，本发明装置的水力旋流器的淤浆进口将连接到这样一个反应器，以接收来自该反应器的淤浆。在反应器端口和淤浆进口之间的中间，可以有一个或多个可选的部件。具体地，这种可选部件能够包括如上所述的加热装置，除气装置，泵等。
在来自这样一个反应器的淤浆流将包含气相的产品和气相的未反应的反应物的场合，可能希望用除气装置来移出这些组分，以使淤浆进口接收除气的淤浆。除气装置是本领域中熟知的并可以包括任何容器、罐、桶，水力旋流器等。它们将排除淤浆中的大部分气体，优选地，在淤浆流上没有施加大的压降。
如上面指出的，水力旋流器以平衡模式运行，可能需要在水力旋流器的淤浆进口处调节淤浆的体积流量，可以使用一个或多个泵来有利地控制这个流量。然而，在淤浆流处在来自位于分离器装置上游的高压反应器的压力下，在反应器和分离器装置之间的压差能够用于形成淤浆上的流体静压力。该流体静压力足以推动淤浆通过分离器装置，而不使用泵。这样，进入和通过分离器装置的淤浆的体积流量也能够通过操控在淤浆源和分离器装置之间的压差来控制。在淤浆源和分离器装置之间的压力损失被减到最小的情况下，使用一个或多个泵来控制进入分离器装置的淤浆的体积流量是优选的。用于控制淤浆进入水力旋流器的流量的其他方法和装置在下面说明。
本发明的方法
本发明的分离方法包括如下一些步骤，将包括液体和固体组分的淤浆引入水力旋流器，水力旋流器有一个底流出口和一个溢流出口；引导分离后的液体组分和气体通过溢流出口并进入产品容器；以及提供在产品容器和底流出口之间的流体连通。
优选地，本发明的分离方法还包括以平衡模式操作水力旋流器的步骤。通过调节底流出口的尺寸，调节淤浆被引入水力旋流器的体积流量，或其组合，分离器能够以平衡模式运行。底流出口的调节能够通过利用如上所述的具有可调节的开孔或在底流出口周围的环形围堰的分离器来实现。
淤浆进入分离器的体积流量的调节能够直接地通过使用如上面指出的泵来实现。间接地，淤浆的体积流量能够通过形成和操控上游反应器之间的压差和分离器内的压力来控制。另外，控制淤浆的体积流量可以通过工艺流和水力旋流器在工艺流内的相对位置的设计以形成淤浆上的流体静压力来实现。作为例子，在除气装置被使用在分离器装置的上游的场合，除气装置优选地被提高在分离器装置上方的一个足够的距离，以使在除气装置下面的淤浆柱的流体静压力是水力旋流器正确运行所要求的流体静压力。类似地，通过使淤浆进口位于淤浆排出反应器的反应器端口下方的一个距离处，可以建立水力旋流器的压力。用于控制和调节淤浆进入水力旋流器的流量的其他装置是已知的。
提供在产品容器和底流出口之间的流体连通的步骤能够通过封闭共用外壳内的水力旋流器和产品容器的至少一部分来实现。注意，即使当水力旋流器的底流出口被封闭在外壳内时，水力旋流器优选地仍然按平衡模式运行，以实现淤浆组分的有效分离。在引入到水力旋流器中的淤浆处在高压的场合，该方法还可以包括将外壳内的压力调节到淤浆上的高压的步骤。在封闭外壳内的压力能够大于大气压力，优选地大于约75psig，更优选地大于约150psig和进一步优选地大于约250psig。外壳压力能够通过引入或从外壳排出气体来调节，这一点在上面较详细地描述过。
本发明的方法还可以包括引导固体浓缩淤浆通过底流出口和进入固体容器的步骤。在这样一个实施例中，提供在产品容器和底流出口之间的流体连通的步骤也能够通过提供在产品容器和固体容器之间的流体连通来实现。这样的方法还优选地包括以平衡模式运行水力旋流器的步骤。在该方法包括引导固体浓缩淤浆进入固体容器的步骤和引入到水力旋流器中的淤浆处于高压的场合，该方法还能够包括使固体容器内的压力调节到在淤浆上的高压的步骤。固体容器内的压力能够大于大气压力，优选地大于约75psig，更优选地大于约150psig，和进一步更优选地大于约250psig。压力能够通过引入或从固体容器排出气体来调节，这一点在上面较详细地描述过。
还应当注意，调节不论是在封闭外壳内还是气体循环回路内的分离器装置内的压力可以利用本领域的技术人员已知的装置来实现。例如，在隔离的或直接的流体连通是由在水力旋流器和固体容器之间的导管以及在固体容器和产品容器之间的导管来提供的场合，压力控制不必仅通过固体容器施加，也可以通过操纵气体循环导管、产品容器或气体循环回路的其他元件内的压力来控制。该气体循环回路是在水力旋流器、产品容器和固体容器之间形成的。
在一个优选的工艺实施例中，本发明的方法用于从来自高压和/或高温的Fischer-Tropsch反应器的淤浆中分离催化剂固体，以得到澄清的液体反应产物和用于再循环到反应器的固体(催化剂)浓缩淤浆。典型地，这样的淤浆将处在至少约250psig和小于约700psig的反应器压力下。而且，这样的淤浆能够处在约250和约600之间的高温下，更优选地在约300和约550之间，进一步更优选地在约400和约500之间。这样，本发明的分离方法还能够包括，加热淤浆和/或一个或多个分离后的组分以维持淤浆或组分处在希望的状态或相下的步骤。
对图形的详细描述
参考图1，反应器容器10是一个Fischer-Tropsch反应器。该反应器包含一个淤浆床(未示出)。淤浆床包括固体催化剂、液体和气体反应产物和未反应的气体反应物。反应器淤浆的一部分周期性地或连续地通过管线8从反应器10排出且被引导到除气装置18。在除气装置18里气体组分从淤浆中排出并再循环到反应器10。除气后的淤浆然后通过管线20被引导到分离器装置22。除气后的淤浆通过淤浆进口26引入水力旋流器24。在水力旋流器24内，淤浆被分离成固体浓缩淤浆流和固体贫化淤浆流。固体贫化流包括液体反应产物和已经通过底流出口28被吸进水力旋流器的气体。固体贫化流通过溢流出口30离开水力旋流器24并被吸入产品容器32。在产品容器32内，固体贫化淤浆流被允许分离成澄清的液体反应产物和气体。分离后的液体反应产物36通过出口34离开产品容器，分离后的气体组分通过出口38离开产品容器32。
在产品容器32和底流出口28之间的气体循环路径40是由它们之间的流体连通提供的。气体循环路径40使分离的气体组分能够循环返回到水力旋流器24的底流出口28。在底流出口28处它们可供吸入分离器并有利于水力旋流器按平衡模式运行。固体浓缩淤浆流通过底流出口28离开水力旋流器24且通过淤浆返回管线42再循环到反应器淤浆床。
图2图示了一个优选实施例，其中分离器装置的部件被封闭在一个共用外壳内，以维持淤浆和分离后的组分上的高压，同时仍然能够以平衡模式运行水力旋流器和提供在产品容器32和底流出口28之间的流体连通。如图所示，水力旋流器24、产品容器32和固体容器60均包容在外壳50内。导管31用于从溢流出口30到产品容器32输送固体贫化淤浆流。外壳50具有压力调节装置78，用于调节外壳内部52的压力。产品容器32有开孔54，使分离后的气体组分能够扩散进入外壳内部52。类似地，固体容器60有开孔64，使外壳内部52中的气体能够流动到水力旋流器24的底流出口28。
在图3中所示的可选实施例中，在水力旋流器24、产品容器32和固体容器60之间形成一个气体循环回路。这个气体循环回路是由溢流导管31、气体循环导管70和固体容器60内的底流出口28的封闭件来封闭。溢流导管31提供在溢流出口30和产品容器32之间的直接的流体连通。气体循环导管70提供在产品容器32和固体容器60之间的流体连通。如图所示，设置压力调节装置78以控制固体容器60和这个气体循环回路内的压力。
上面公开的具体实施例只是说明性的，因为本发明可以以不同的但等效的方式来改变和实施。这些方式对于了解这里教给的有益效果的本领域技术人员是显而易见的。而且，对于这里示出的结构或设计的细节，不想给予任何的限制，除了下面权利要求中所描述的之外。因此，显然上面公开的具体实施例可以变化或改变。所有这些变化应被认为在本发明的范围和精神内。相应地，这里所要求的保护范围限定在如下面的权利要求中。

Claims (27)

1.一种用于分离淤浆的组分的装置，该装置包括：
水力旋流器，用于接收包括液体和固体组分的淤浆，水力旋流器具有淤浆进口、底流出口、溢流出口和具有圆形断面形状的内壁；
产品容器，它构造成接收来自溢流出口的液体组分和气体的一部分；和
用于提供流体连通的装置，在产品容器和底流出口之间提供流体连通。
2.根据权利要求1的装置，其中用于提供流体连通的装置包括封闭水力旋流器和产品容器的外壳，产品容器和底流出口对外壳内部是敞开的。
3.根据权利要求2的装置，还包括用于调节外壳内部的压力的装置。
4.根据权利要求1的装置，还包括在溢流出口和产品容器之间的导管。
5.根据权利要求1的装置，还包括固体容器，固体容器构造成接收来自底流出口的固体浓缩淤浆。
6.根据权利要求5的装置，还包括在底流出口和固定容器之间的导管。
7.根据权利要求5的装置，其中用于提供流体连通的装置包括在产品容器和固体容器之间的气体循环导管。
8.根据权利要求5的装置，还包括用于调节固体容器内的压力的装置。
9.根据权利要求1的装置，其中底流出口包括可调节的开孔。
10.根据权利要求1的装置，其中淤浆进口连接到反应器，用于接收来自该反应器的淤浆。
11.根据权利要求1的装置，其中淤浆进口连接到除气装置，用于接收来自该除气装置的除气后的淤浆。
12.根据权利要求1的装置，其中淤浆进口连接到泵，以接收具有高的体积流量的淤浆。
13.一种用于分离淤浆的组分的方法，该方法包括：引导包括液体和固体组分的淤浆进入水力旋流器，该水力旋流器具有底流出口和溢流出口；
引导分离后的液体组分和气体通过溢流出口并进入产品容器；以及
提供在产品容器和底流出口之间的流体连通。
14.根据权利要求13的方法，还包括以平衡模式运行水力旋流器的步骤。
15.根据权利要求14的方法，其中水力旋流器通过调节底流出口的尺寸，调节淤浆被引入水力旋流器的体积流量，或其组合，以平衡模式运行。
16.根据权利要求13的方法，其中在产品容器和底流出口之间的流体连通是通过将水力旋流器和产品容器封闭在共用的外壳内来提供的。
17.根据权利要求16的方法，还包括以平衡模式运行水力旋流器的步骤。
18.根据权利要求16的方法，还包括调节外壳内的压力的步骤。
19.根据权利要求18的方法，其中引入到水力旋流器中的淤浆处在高压，外壳内的压力被调节到约高压。
20.根据权利要求13的方法，还包括引导固体浓缩淤浆通过底流出口并进入固体容器的步骤。
21.根据权利要求20的方法，还包括以平衡模式运行水力旋流器的步骤。
22.根据权利要求20的方法，其中提供在产品容器和底流出口之间的流体连通的步骤是通过提供在产品容器和固体容器之间的流体连通来实现的。
23.根据权利要求20的方法，还包括调节固体容器内的压力的步骤。
24.根据权利要求23的方法，其中引入到水力旋流器的淤浆处在高压，固体容器内的压力被调节到约高压。
25.根据权利要求13的方法，其中淤浆处在高压、高温或其组合下。
26.根据权利要求25的方法，其中淤浆处在至少约250psig的压力下。
27.根据权利要求25的方法，其中淤浆温度处在约250和约600之间。
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