CN102264447A - 用于浆料反应器的产物过滤*** - Google Patents

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Abstract

提供了用于三相浆料反应器中的过滤器***。该过滤器***包括一个或多个多个过滤器元件的过滤器束，用于从包含在反应器中的液体和固体的混合物中分离液体。每一过滤器束连接至产物输送导管以输送液体至处于反应器外和反应器下游的某一位置。输送导管具有用于反冲洗过滤器束的反冲洗装置和保护过滤器装置。

Description

用于浆料反应器的产物过滤***
本发明涉及用于浆料反应器的过滤器***。更具体而言，本发明涉及用于在具有过滤器失效检测装置的三相浆料反应器中将固体催化剂颗粒和液体烃分离的过滤器***。
三相浆料方法是本领域中已知的。这些方法是高度放热的催化反应。基本上，三相包括这样的液相，其中固体催化剂颗粒由通过液相鼓泡的气相分散在其中。典型的三相浆料方法是费-托烃合成方法，其中合成气(例如氢和一氧化碳的混合物)与分散在烃液体中的催化剂接触。所使用的催化剂经常是负载在催化剂载体上的第VIII族金属催化剂。大部分以这种方法处理的烃在反应条件下是液体，需要从浆料反应器中移出以进行进一步处理和升级之所希望的最终产物。
在实施三相浆料方法、例如费-托烃合成方法时，重要的是保证反应容器中的催化剂和液体的量基本恒定。因此，需要能够将催化剂和液体产物分离并将液体产物从反应器移出。
已经提出了多种从三相浆料反应器分离液体、特别是费-托反应产生的液体烃反应产物的过滤方案。其中一些涉及使用位于浆料反应器中的过滤器元件。这些的例子包括美国专利5599849，WO2005/084791和美国专利公开2001/0039298A1和2002/0128330A1。
其他方案涉及使用外部过滤器***。这些的例子包括美国专利5770629和美国专利公开2003/0232894A1。
可以用于浆料反应器内或外的过滤***的例子包括美国专利5811469和美国专利公开2004/0235966A1。
例如如上所述的过滤***的一个问题是催化剂颗粒在过滤器上的累积，其导致过滤速度的下降。通常催化剂的累积通过过滤器元件的定期反冲洗(backflushing)除去。因此例如将一个用于定期反冲洗的冲击容器通过共用的导管连接到一个或多个过滤器元件的序列上。可以提供阀，例如如美国专利5599849所述，以将各个过滤器元件序列与公用导管隔离。这允许一次冲洗一个单独的过滤器元件序列。
以上文献没有解决的一个关键问题是需要针对位于反应器中的许多过滤器元件或管道连接的任何潜在机械失效保护下游设备。在大的反应器中，有数以千计的过滤器元件，使得实际上不能在长时间运转中保证完全的***完整性。结果，过滤器***中甚至小的泄漏也将导致产物质量严重降低和下游加工设备性能损失。为处理过滤器元件失效而提出的解决方案中的一个是在每一主过滤器元件中安装小过滤器筛网，如果元件失效，固体堵塞筛网，由此避免催化剂大量损失至下游管线和设备中。但是，这一方案不能针对反应器中的连接和管线失效提供保护。另外，筛网位于反冲洗的流径中，因此可能降低反冲洗操作的有效性。最后，筛网在操作过程中将无法被触及以进行维护。
由此，存在着对这样的用于浆料反应器的过滤***的需求，该过滤***改善多个过滤器的反冲洗的有效性，并且为下游设备提供针对浆料反应器内过滤器元件或管线潜在机械失效的失效检测和保护。
发明概述
本发明提供了用于三相浆料反应器的过滤器***。该过滤器***包括用于从反应器中的液体和固体中分离液体的多个过滤器元件的一个或多个束(bundle)。过滤器元件的每一个束可操作地通过一个或多个填充室(plenum)与流体收集导管连接。每一个束的流体收集导管与通向反应器外的输送导管连接从而从反应器移出分离的液体以输送到下游位置。每一输送导管可操作地与过滤器元件的反冲洗装置连接。每一输送导管还装有保护过滤器。保护过滤器作为失效检测装置和在任何过滤器元件失效时对下游设备的保护装置操作。
附图简述
图1是本发明的浆料反应器过滤***的示意图。
图2是适合用于本发明的***的过滤器束的示意图。
发明详述
本发明的过滤***特别适合用于任何三相浆料反应器。但是，为了方便起见，本文仅具体关于费-托(F-T)三相浆料反应器烃合成(HCS)***进行描述。
在F-T浆料HCS方法中，将包含H2和CO的合成气鼓泡进入在其中将其主要催化转化为液体烃的反应器浆料。H2和CO的摩尔比可以为约0.5至4，但是通常为约0.7至约2.5。反应器中的浆料液体包含在反应条件下为液体的HCS过程的烃产物。
浆料中的温度和压力可以在宽范围内变化，取决于所使用的特定的催化剂和所希望的产物。典型的使用含钴催化剂的、有效产生主要为C5-C200链烷烃的条件包括例如在约320°F至约600°F(160℃至315℃)、80至600psi(5.4至41巴表压)和100至40000V/hr/V(分别以每小时每体积催化剂气体CO和H2混合物的标准体积(0℃，1atm)表示)的温度、压力和气时空速。
通常，基于液体和催化剂固体的总重量，浆料含有约10重量％至约70重量％的催化剂固体和更通常地约30重量％至约60重量％的催化剂固体。催化剂固体的尺寸可以为1至高达200微米。通常包含与氧化钛复合或负载在氧化钛上的钴的催化剂的平均颗粒度为约60微米。
为了维持反应器内的稳定状态条件，反应器中的催化剂的量应保持恒定，并且需要将液体产物以等于产生速度的速度移出。本发明的过滤***特别适用于从催化剂颗粒中有效分离液体产物并将分离的液体从浆料反应器中移出。
参见图1，为三相浆料HCS反应器10提供用于导入合成气的入口11和用于移出蒸气的出口12。为了方便起见，仅显示了两个过滤器束15和15，，每一个均具有多个过滤器元件25。过滤器束的实际数量可以根据反应器几何学、产生速度、设计过滤器通量和所希望的运转周期而变化。在典型的设计中，每个反应器可以有10至60个过滤器束，每个过滤器束含有10至60个过滤器元件。
通过过滤器束的过滤器元件25将液体烃产物14和反应器10中的催化剂颗粒分离。
每个过滤器束，例如15和15’，与用于输送称为滤出液的液体产物的、显示为16和16’的输送导管连接，从而将滤出液输送到概括称为17的下游位置。下游位置可以包括用于升级产物的加工设备、储存容器等。每一滤出液导管(参见导管16)均在导管内装有保护过滤器18，其分别位于两个阀19和20之间。阀19控制将滤出液通过导管16移出的时间和速度，并且阀19和20允许在需要取出和维护过滤器时隔离保护过滤器18。通过调整阀19控制从反应器10移出产物的速度以与液体产生速度达到平衡。控制每一导管和过滤器束的组的流速以使得每一过滤器束以相同的移出通量运行，从而避免可能加速过滤器积垢和缩短过滤器寿命的流动不平衡。
如所示，反冲洗流体(21)的源通过导管(22)和阀(23)可操作地连接到在过滤器元件和阀19之间的每一滤出液导管(见导管16)。
每一过滤器束(15、15’)包含的过滤器元件25可以由任何设计为可以耐受反应器环境中经历的升高的温度和压力水平的材料构成，所述材料包括多孔烧结金属、丝缠绕(wire wound)过滤器或其他现有技术中的类型。在图2所示的优选实施方案中，过滤器束15包含具有多个垂直放置的、连接到填充室24的拉长的过滤器元件25的填充室24。过滤器元件25是中空的，并且对填充室24开放。填充室24同滤出液导管28连接并最终连接至滤出液移出导管16。过滤器元件25对于通过浆料流体是多孔的但是不会允许催化剂固体通过。过滤元件25的过滤器表面可以被制成螺旋缠绕(spirally wound)的或直丝楔入(straight wire wedge)的等。但是优选过滤器元件25由烧结金属制成。烧结金属过滤器的一个关键特性是过滤器中的有效孔尺寸，其可以用平均、最小和最大孔尺寸表述。孔尺寸可以通过多种方法确定，例如ASTM-E1294。元件孔尺寸的选择取决于希望除去的固体的颗粒度。例如，对于具有60um平均颗粒直径，以及20至120um颗粒度范围的固体，优选平均孔尺寸约0.2至5微米、更优选约0.2至2微米的过滤器元件25。经验显示，当用于从含有约20至120微米颗粒度分布的费-托催化剂的浆料中移出液体时，平均孔尺寸0.5微米的过滤器元件将提供实际上完全无固体的滤出液
再次参看图1，液体产物通过束15中的过滤器元件从催化剂固体中除去(此时阀19和20打开)，并通过导管16输送到下游位置17。当通过过滤器束15的流变得受到阻挡时，需要从过滤器元件25外面除去催化剂固体。为了清理过滤器，关闭阀19，并且快速打开阀(quick-opening valve)23被脉冲冲击，允许来自源21的反冲洗流体的流通过过滤器流回反应器中，由此除去积累在过滤器元件25上的固体。
反冲洗液体可以为加压气体或清洁液体。在一个优选的实施方案中，反冲洗液体是通过滤出液去除导管16收集的清洁产物滤出液的一部分。
另外，如图1所示，可以在每一滤出液去除导管16中提供保护过滤器18，以检测过滤器或管道失效并针对来自反应器的催化剂颗粒的突然释放保护下游设备，如果反应器10中的催化剂元件或管道连接失效的话。每一保护过滤器18优选包括测量压力下降的装置以测量保护过滤器两侧的压力下降，例如压差传感器。
在实施本发明时，保护过滤器18的平均孔尺寸为反应浆料中的催化剂颗粒的平均颗粒直径的约0.25至约2倍。例如，对于含平均颗粒直径60um的费-托催化剂的浆料，优选平均孔直径为15至120um。换而言之，保护过滤器18将具有过滤器元件的平均孔直径的约100倍的平均孔直径。
本发明的过滤***，除了具备以上所述优点外，还具有其他优点，例如：
(1)小孔尺寸过滤器元件意味着基本不含固体的滤出液。保护过滤器被设计为具有大孔，由此使必须提供的保护过滤器面积最小化并减小保护过滤器中痕量固体长期积累。
(2)提供小孔过滤器元件和大孔保护过滤器允许了成本有效的方法以提供针对多个平行产物取出管线中的严重的扰动的保护过滤器。
(3)本发明优化了管道布局以通过使用多个可隔离的连接并且同时在同一管道内安装保护过滤器来改善反冲洗有效性。
(4)多个过滤器束和多个平行产物管线的使用提供了高效的设计，并允许在一个或多个束或元件堵塞或失效的情况下继续反应操作。
其他有点对于本发明技术人员而言显而易见。

Claims (14)

1.用于三相浆料方法的过滤器***，所述***包括：
用于实施三相浆料方法的反应器；
一个或多个多个过滤器元件的束，位于反应器内，用于将包含在反应器中的催化剂固体和液体产物分离；
每一个过滤器元件的束与流体收集导管通过一个或多个填充室可操作地连接；
每一收集导管连接至产物输送导管以从反应器中除去分离的液体产物并输送到下游位置；
用于每一产物导管的阀装置，用于将流体收集导管和过滤器元件与下游位置隔离开来；
可操作地连接到每一产物导管的装置，用于定期通过过滤器元件引入反冲洗流体至反应器中；和
在每一产物导管中的、在阀装置下游的保护过滤器，用于隔离流体收集导管和过滤器元件。
2.权利要求1的***，其中反冲洗装置的位置使得反冲洗流体不流过保护过滤器。
3.权利要求2的***，其中反冲洗装置包括用于将反冲洗流体的脉动流引入过滤器元件的快速开/关阀。
4.权利要求3的***，其中每一过滤器束包括多个平均孔直径为约0.2至约5微米的烧结金属过滤器元件。
5.权利要求4的***，其中保护过滤器具有反应器浆料中固体的平均孔直径的约0.25至2.0倍的平均孔直径。
6.权利要求3的***，其中每一过滤器元件包括多个孔尺寸为约0.2至约2微米的烧结金属过滤器元件。
7.权利要求6的***，其中每一保护过滤器具有过滤器元件孔直径的约100倍的平均孔直径。
8.一种三相浆料方法，其中液体产物由通过位于浆料反应器中的一个或多个过滤器束的过滤与催化剂固体分离，其中每一过滤器束包括多个过滤器元件并且其中将分离的液体产物通过产物导管输送到下游位置，其特征在于所述方法包括：
为每一过滤器束提供分开的产物导管；
在反应器外和在下游位置之前在每一产物导管内提供用于检测过滤器元件的失效和用于在过滤器元件失效时保护下游设备的保护过滤器，所述保护过滤器包括测量保护过滤器两侧压力下降的装置；
在每一产物导管内提供阀装置，用于任选地将过滤器束或保护过滤器隔离；和
为每一产物导管提供反冲洗装置，用于在需要时反冲洗过滤器元件。
9.权利要求8的方法，其中每一过滤器元件包含烧结金属过滤器元件，其孔尺寸为约0.5至约5微米，并且每一保护过滤器的平均孔直径为浆料固体的平均颗粒直径的约0.25至2倍。
10.将费-托浆料床反应器中的催化剂固体与液体烃产物分离并将液体烃产物输送至位于所述反应器外并且位于所述反应器下游的某一点的方法，该方法包括：
(a)在所述反应器内提供一个或多个包含多个过滤器元件的过滤器束，所述过滤器元件对液体产物是多孔的并且不会允许催化剂固体通过，其中每一过滤器束的过滤器元件通过一个或多个填充室可操作地连接至流体收集导管，并且每一收集导管连接至与位于所述反应器外并且位于所述反应器下游的所述点相连接的产物输送导管；
位于所述反应器外的每一所述产物导管内的保护过滤器装置，所述保护过滤器装置的平均孔直径为浆料固体的平均颗粒直径的约0.25至2倍；
(b)将部分浆料液体相通过过滤器元件输送并进入所述产物导管，由此将催化剂固体和液体产物分离；和
(c)将分离的液体产物在所述产物导管中输送通过所述保护过滤器至所述点。
11.权利要求10的方法，其中所述过滤器介质的平均孔直径为约0.5至约5微米。
12.权利要求11的方法，其中每一产物导管都具有反冲洗流体入口，并且当来自任何一个过滤器束的产物液体的流动被减少至预订的速度时，
(a)停止使液体通过过滤器束；
(b)将反冲洗流体通过反冲洗流体入口，从而除去过滤器元件上的催化剂固体；
(c)停止引入反冲洗流体；和
(d)继续使流体通过过滤器束。
13.权利要求12的方法，其中步骤(b)中引入的反冲洗流体以脉冲形式引入。
14.一种用于针对由多个位于三相浆料反应器中的过滤器束中的任何一个的潜在失效所导致的固体污染保护下游处理设备的方法，所述方法包括：
为每一个所述过滤器束提供分开的可隔离的导管，用于输送液体产物通过过滤器元件至下游加工设备；和
在位于浆料反应器外的位置为每一个所述导管提供保护过滤器，其中所述保护过滤器将在过滤器元件失效时保护下游设备。
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