CN103846162B - 一种液固磁分离方法 - Google Patents
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Abstract
一种液固磁分离方法，其特征在于在沉降磁分离器中，将催化剂颗粒与费托合成重质产物靠重力沉降初步分离；分离后的浆液进入磁场区，催化剂颗粒在磁力作用下被吸附在磁场区，分离出催化剂颗粒的费托合成重质产物由出口管流出，当吸附的催化剂颗粒达到一定量时，撤去磁场，催化剂颗粒靠重力下沉至导流管流向沉降罐底部，并循环回反应器。
Description
技术领域
本发明涉及一种固液分离方法，具体地说涉及一种浆态床费托合成重质产物与固体催化剂的磁分离方法。
背景技术
随着世界能源结构的变化，以及全球环保要求的日益提高，以天然气和煤基合成气为原料通过费托合成制备合成油的方法，具有产品清洁，不含硫、氮、芳香烃等优点，近年来引起了世界各国的重视。
费托合成技术的核心是催化剂和反应器技术。目前，费托合成催化剂主要包括钴催化剂和铁催化剂。在反应器方面，浆态床费托合成反应器具有取热便利、结构简单、投资低以及易于大型化的特点，成为费托合成反应器的主要发展方向。固体催化剂与重质产物的分离是浆态床反应器的关键技术之一。
浆态床费托合成催化剂与重质产物的分离可以采用沉降、过滤等方法。浆态床费托合成浆液中固含量可达20-50％(质量)，直接用过滤法进行固液分离时，过滤负荷大，反冲洗的间隔短，反冲洗操作频繁。单独用沉降法分离时，由于细颗粒催化剂不易沉降，造成催化剂带出过多。
浆态床费托合成一般使用铁基或钴基催化剂，铁和钴均为磁性材料，能被磁铁吸引。USP 7360657公开了一种浆态床费托合成浆液连续固液分离方法，所用磁分离器内设置一根或多根直立的磁棒，浆液由磁分离器中部进入磁分离器，浆液中的磁性催化剂颗粒被磁棒吸引，由于重力而沿磁棒向下滑动，清液从磁分离器顶部出口流出，富含催化剂颗粒的浓浆液从磁分离器的底部出口排出。CN 101229499A公开了一种分离浆态床费托合成重馏分和铁基催化剂的方法，来自浆态床反应器的费托合成产物重馏分与铁基催化剂的混合浆液进入位于浆态床反应器外部的沉降罐中，并使沉降罐中的混合浆液在磁力线方向向下的磁场的作用下实现费托合成重馏分与铁基催化剂的快速分离；分离后的费托合成重馏分通过设置在沉降罐上部的过滤器进行过滤后作为产品排出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将沉降、磁分离、过滤等方式巧妙组合起来进行浆态床费托合成重质产物与催化剂分离的新方法。
本发明提供的液固磁分离方法，其特征在于包括将来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的催化剂颗粒的浆液进入浆态床反应器外部的沉降和磁分离器中，在所说的沉降和磁分离器的中下部，所说的催化剂颗粒与费托合成重质产物靠重力沉降初步分离；在所说的沉降和磁分离器的顶部设置一个或多个磁场区，所说的磁场区由设置于所说的沉降和磁分离器外的磁铁和所说的沉降和磁分离器内的浆液流动通道以及导流管所构成，在所说的沉降和磁分离器内，上述所说的靠重力沉降初步分离后的浆液沿所说的浆液流动通道进入磁场区，催化剂颗粒在磁力作用下被吸附在磁场区，分离出催化剂颗粒的费托合成重质产物由出口管流出所说的沉降和磁分离器，当吸附的催化剂颗粒达到一定量时，撤去磁场，催化剂颗粒靠重力下沉至所说的导流管，沿所说的导流管流向沉降罐底部，并循环回浆态床反应器；从所说的沉降和磁分离器出来的浆液进入过滤器进一步分离出夹带的细颗粒催化剂；过滤分离出的细颗粒催化剂经反冲洗，进入催化剂浆液罐，部分打回反应器，部分作为废催化剂外排。
本发明提出的浆态床费托合成重质产物与催化剂分离方法具有下列优点：
(1)大颗粒催化剂易沉降；用磁力分离磁性催化剂，分离效率高；过滤除去少量细颗粒催化剂，反冲洗间隔长；将沉降、磁分离和过滤的特点相结合，采用沉降/磁分离/过滤组合分离方法，可以实现的浆态床费托合成重质产物与催化剂的高效分离。
(2)分离器体积小，过滤器反冲洗间隔长，分离后的费托合成重质产物中催化剂含量低。
(3)易于实施，可实现连续长周期操作。
(4)易于实现废催化剂的外排。
附图说明
图1本发明提供的固液磁分离方法用于浆态床F-T合成中产物与催化剂分离流程示意图。
图2为本发明提供的固液磁分离方法的一种方式的示意图。
图3为本发明提供的固液磁分离方法的一种方式的示意图。
具体实施方式
本发明提供的液固磁分离方法，其特征在于包括将来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的催化剂颗粒的浆液进入浆态床反应器外部的沉降和磁分离器中，在所说的沉降和磁分离器的中下部，所说的催化剂颗粒与费托合成重质产物靠重力沉降初步分离；在所说的沉降和磁分离器的顶部设置一个或多个磁场区，所说的磁场区由设置于所说的沉降和磁分离器外的磁铁和所说的沉降和磁分离器内的浆液流动通道以及导流管所构成，在所说的沉降和磁分离器内，上述所说的靠重力沉降初步分离后的浆液沿所说的浆液流动通道进入磁场区，催化剂颗粒在磁力作用下被吸附在磁场区，分离出催化剂颗粒的费托合成重质产物由出口管流出所说的沉降和磁分离器，当吸附的催化剂颗粒达到一定量时，撤去磁场，催化剂颗粒靠重力下沉至所说的导流管，沿所说的导流管流向沉降罐底部，并循环回浆态床反应器；从所说的沉降和磁分离器出来的浆液进入过滤器进一步分离出夹带的细颗粒催化剂；过滤分离出的细颗粒催化剂经反冲洗，进入催化剂浆液罐，部分打回反应器，部分作为废催化剂外排。
本发明提供的分离方法中，来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂可以不脱气，直接进入沉降和磁分离器中，在沉降和磁分离器进行脱气。
本发明提供的分离方法中，所用磁性费托合成催化剂是沉淀铁、雷尼铁、非晶态铁、载体负载型的铁催化剂、非晶态钴、雷尼钴、载体负载型的钴催化剂，催化剂粒度为0.1-500微米，优选0.5-200微米。
本发明提供的分离方法中，来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂的浆液从沉降/磁分离器的中下部进入沉降/磁分离器，浆液在沉降/磁分离器中向上流动的线速度为0.001-10cm/s，优选0.01-2cm/s。
本发明提供的分离方法中，所用磁分离器由电磁铁、位于沉降/磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说电磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，优选500-10000高斯；所说电磁铁通电与断电交替进行，通电时间为10-1800秒，优选20-1200秒，断电时间3-600秒，优选5-300秒。
本发明提供的分离方法中，所用磁分离器也可以由可以移动的永磁铁、永磁铁移动控制装置、位于沉降/磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说永磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，优选500-10000高斯。所说永磁铁移动的距离为5-1000毫米，优选50-500毫米；永磁铁在靠近沉降/磁分离器罐体时的停留时间为10-1800秒，优选20-1200秒；永磁铁离开沉降/磁分离器罐体时的时间3-600秒，优选5-300秒。
本发明提供的分离方法中，所说在浆液在磁场区流通通道中流动的线速度为0.001-100cm/s，优选0.05-50cm/s。
发明提供的分离方法中，沉降和磁分离器壳体的磁场区域选用对磁力线无阻碍的材质。
图1本发明提供的固液磁分离方法用于浆态床F-T合成中产物与催化剂分离流程示意图。从浆态床反应器中上部排出的费托合成重质产物和催化剂的浆液经管线1，进入脱气罐，脱除夹带的气泡，气体通过平衡管2返回浆态床反应器；脱气后的浆液经管线3，进入浆态床反应器外部的沉降/磁分离器；在沉降/磁分离器中，利用重力和磁力，使催化剂和费托合成重质产物分离，富含催化剂的浓浆液经管线4，自动循环回浆态床反应器，分出的含有少量细颗粒催化剂的清液经管线5进入过滤器；在过滤器中，通过过滤元件使细颗粒催化剂与费托合成重质产物进一步分离，分离出的费托合成重质产物经管线6进入后续工段，过滤下来的催化剂间歇性定期用液体反冲洗，反冲洗下来的催化剂经管线8进入催化剂浆液罐，然后用泵打回浆态床反应器，或部分作为废催化剂外排。
图2为本发明提供的固液磁分离方法的一种方式的示意图。来自浆态床反应器的费托合成重质产物和催化剂的浆液从分离器的中下部进入分离器，在A区域(沉降区)，浆液向上流动，浆液中的催化剂颗粒靠重力进行沉降，浆液中颗粒较大的催化剂被分离下来。在分离器的顶部设置一个或多个电磁铁，也可以设置一个或多个永磁铁，磁铁使其下方形成磁场区，沉降分离后的浆液进入磁场区，磁性催化剂颗粒被吸附停留在B区，分离出催化剂的清液排出分离器，进入后续的过滤器进一步处理，当B区吸附的催化剂量达到一定程度后，电磁铁停电(当采用永磁铁时，使永磁铁向上移动，使其离开分离器一定距离)，磁场消失，B区的催化剂靠重力，下沉到C区，然后经C区下部的催化剂导流管沉入分离器底部，分离器底部富含催化剂的浓浆液自动循环回浆态床反应器。
在一个分离器筒体内，可以设置多个磁分离装置，分成两组，切换操作。其中一组磁分离装置通电产生磁场(或永磁铁靠近分离器壳体)，使催化剂吸附在B区，清液排出分离器；此时，另一组磁分离装置停电使磁场消失(或永磁铁离开分离器壳体一定距离)，吸附在B区的催化剂沉入分离器底部，这一组磁分离器不外排液体，以免催化剂被带出。
图3为本发明提供的固液磁分离方法的一种方式的示意图。来自浆态床反应器的费托合成重质产物催化剂的浆液从分离器的中下部进入分离器，在A区域(沉降区)，浆液向上流动，浆液中的催化剂颗粒靠重力进行沉降，浆液中颗粒较大的催化剂被分离下来。在分离器的中上部侧面设置一个或多个电磁铁，也可以设置一个或多个永磁铁，磁铁使其内侧形成磁场区，沉降分离后的浆液进入磁场区，磁性催化剂颗粒被吸附停留在B区，分离出催化剂的清液排出分离器，进入后续的过滤器进一步处理，当B区吸附的催化剂量达到一定程度后，电磁铁停电(当采用永磁铁时，使永磁铁向外移动，使其离开分离器一定距离)，磁场消失，B区的催化剂靠重力，下沉到C区，然后经C区下部的催化剂导流管沉入分离器底部，分离器底部富含催化剂的浓浆液自动循环回浆态床反应器。在图3所示的沉降/磁分离器的顶部可以设置气体出口，使脱出的气体返回浆态床反应器。
在图3所示的一个沉降和磁分离器筒体内，可以设置多个磁分离装置，分成两组或多组切换操作。其中一组磁分离装置通电产生磁场(或永磁铁靠近分离器壳体)，使催化剂吸附在B区，清液排出分离器；此时，另一组磁分离装置停电使磁场消失(或永磁铁离开分离器壳体一定距离)，吸附在B区的催化剂沉入分离器底部，这一组磁分离器不外排液体，以免催化剂被带出。
本发明提出的浆态床费托合成重质产物与催化剂分离的沉降/磁分离器，也可以同时在分离器的顶部和侧面设置多个磁分离器，分成两组或多组进行操作。
下面的实施例将对本发明提供的方法做进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1-4
本实施例工艺流程如图1所示，所用的沉降/磁分离器的结构如图2所示，沉降/磁分离器内径0.6米，采用两组电磁铁实现磁分离，电磁铁直径0.15米，电磁铁下部浆液流通通道面积为0.012平方米，电磁铁表面磁感应强度为2000高斯，过滤采用烧结金属过滤管，过滤元件孔径5微米，反冲洗时间间隔为30分钟。所用的催化剂为氧化铝负载的钴基费托合成催化剂，钴含量20％(质量)，平均粒径50微米，从反应器中引出的催化剂浆液中催化剂浓度为32％(质量)。操作过程为：(1)浆液进入沉降/磁分离器，在A区向上流动并进行重力沉降，浆液通过B区时电磁铁通电180秒，催化剂被吸在电磁铁的下方，液体流出沉降/磁分离器，进入过滤器进行过滤；(2)电磁铁断电15秒，B区电磁铁下方吸引的催化剂靠重力进入C区，并沿导流管沉入分离器底部，在电磁铁断电时，停止沉降/磁分离器向过滤器的出料。如此电磁铁通电180秒(出料)、断电15秒(停止出料)交替进行，实现固液分离。液体采出量及分离后液体中固含量见表1。
表1
实施例5-7
本实施例工艺流程如图1所示，所用的沉降/磁分离器的结构如图2所示，沉降/磁分离器内径0.6米，采用两组电磁铁实现磁分离，电磁铁直径0.15米，电磁铁下部浆液流通通道面积为0.012平方米，电磁铁表面磁感应强度为3000高斯，过滤采用烧结金属过滤管，过滤元件孔径5微米，反冲洗时间间隔为30分钟。所用的催化剂为雷尼铁催化剂，铁含量75％(质量)，平均粒径45微米，从反应器中引出的催化剂浆液中催化剂浓度为32％(质量)。操作过程为：(1)浆液进入沉降/磁分离器，在A区向上流动并进行重力沉降，浆液通过B区时电磁铁通电120秒，催化剂被吸在电磁铁的下方，液体流出沉降/磁分离器，进入过滤器进行过滤；(2)电磁铁断电10秒，B区电磁铁下方吸引的催化剂靠重力进入C区，并沿导流管沉入分离器底部，在电磁铁断电时，停止沉降/磁分离器向过滤器的出料。如此电磁铁通电120秒(出料)、断电10秒(停止出料)交替进行，实现固液分离。液体采出量
及分离后液体中固含量见表2。
表2
Claims (11)
1.一种液固磁分离方法，其特征在于包括将来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的催化剂颗粒的浆液进入浆态床反应器外部的沉降和磁分离器中，在所说的沉降和磁分离器的中下部，所说的催化剂颗粒与费托合成重质产物靠重力沉降初步分离；在所说的沉降和磁分离器的顶部设置一个或多个磁场区，所说的磁场区由设置于所说的沉降和磁分离器外的磁铁和所说的沉降和磁分离器内的浆液流动通道以及导流管所构成，在所说的沉降和磁分离器内，上述所说的靠重力沉降初步分离后的浆液沿所说的浆液流动通道进入磁场区，催化剂颗粒在磁力作用下被吸附在磁场区，分离出催化剂颗粒的费托合成重质产物由出口管流出所说的沉降和磁分离器，当吸附的催化剂颗粒达到一定量时，撤去磁场，催化剂颗粒靠重力下沉至所说的导流管，沿所说的导流管流向沉降罐底部，并循环回浆态床反应器；从所说的沉降和磁分离器出来的浆液进入过滤器进一步分离出夹带的细颗粒催化剂；过滤分离出的细颗粒催化剂经反冲洗，进入催化剂浆液罐，部分打回反应器，部分作为废催化剂外排；其中，所说磁场区由电磁铁、位于沉降和磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说电磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，所说电磁铁通电与断电交替进行，通电时间为10-1800秒，断电时间3-600秒；或者，所说的磁场区由可移动的永磁铁、永磁铁移动控制装置、位于沉降和磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说永磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，所说永磁铁移动的距离为5-1000毫米，永磁铁在靠近沉降和磁分离器的罐体时的停留时间为10-1800秒，永磁铁离开沉降和磁分离器罐体时的时间3-600秒。
2.按照权利要求1的方法，其中，所说的具有磁性的催化剂选自铁催化剂和/或钴催化剂。
3.按照权利要求2的方法，其中，所说的铁催化剂选自沉淀铁、雷尼铁、非晶态铁或者载体负载型的铁催化剂，所说的钴催化剂选自非晶态钴、雷尼钴或者载体负载型的钴催化剂。
4.按照权利要求1的方法，所说来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的催化剂颗粒的浆液从所说的沉降和磁分离器的中下部进入，浆液在所说的沉降和磁分离器中向上流动的线速度为0.001-10cm/s。
5.按照权利要求1的方法，其中，所说电磁铁的表面磁感应强度为500-10000高斯，所说电磁铁通电与断电交替进行，通电时间为20-1200秒，断电时间5-300秒。
6.按照权利要求1的方法，其中，所说永磁铁的表面磁感应强度为500-10000高斯，所说永磁铁移动的距离为50-500毫米，永磁铁在靠近沉降和磁分离器的罐体时的停留时间为20-1200秒，永磁铁离开沉降和磁分离器的罐体时的时间5-300秒。
7.按照权利要求1的方法，其中，浆液在所说的浆液流动通道中流动的线速度为0.001-100cm/s。
8.按照权利要求1的方法，其中，所说的催化剂颗粒，粒度为0.1-500微米。
9.一种液固磁分离方法，其特征在于来自浆态床反应器的费托合成重质产物和催化剂的浆液从分离器的中下部进入分离器，在A区浆液向上流动，浆液中的催化剂颗粒靠重力进行沉降，浆液中颗粒较大的催化剂被分离下来；在分离器的顶部设置一个或多个电磁铁，或者设置一个或多个永磁铁，磁铁使其下方形成磁场区，沉降分离后的浆液进入磁场区，磁性催化剂颗粒被吸附停留在B区，分离出催化剂的清液排出分离器，进入后续的过滤器进一步处理，当B区吸附的催化剂量达到一定程度后，电磁铁停电或者永磁铁向上移动离开分离器，使磁场消失，B区吸附的催化剂靠重力，下沉到C区，然后经C区下部的催化剂导流管沉入分离器底部，分离器底部富含催化剂的浓浆液自动循环回浆态床反应器，其中，所说磁场区由电磁铁、位于沉降和磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说电磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，所说电磁铁通电与断电交替进行，通电时间为10-1800秒，断电时间3-600秒；或者，所说的磁场区由可移动的永磁铁、永磁铁移动控制装置、位于沉降和磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说永磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，所说永磁铁移动的距离为5-1000毫米，永磁铁在靠近沉降和磁分离器的罐体时的停留时间为10-1800秒，永磁铁离开沉降和磁分离器罐体时的时间3-600秒。
10.一种液固磁分离方法，其特征在于来自浆态床反应器的费托合成重质产物催化剂的浆液从分离器的中下部进入分离器，在A区浆液向上流动，浆液中的催化剂颗粒靠重力进行沉降，浆液中颗粒较大的催化剂被分离下来；在分离器的中上部侧面设置一个或多个电磁铁，或者设置一个或多个永磁铁，磁铁使其内侧形成磁场区，沉降分离后的浆液进入磁场区，磁性催化剂颗粒被吸附停留在B区，分离出催化剂的清液排出分离器，进入后续的过滤器进一步处理，当B区吸附的催化剂量达到一定程度后，电磁铁停电或者永磁铁时向外移动，使磁场消失，B区吸附的催化剂靠重力，下沉到C区，然后经C区下部的催化剂导流管沉入分离器底部，分离器底部富含催化剂的浓浆液自动循环回浆态床反应器，其中，所说磁场区由电磁铁、位于沉降和磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说电磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，所说电磁铁通电与断电交替进行，通电时间为10-1800秒，断电时间3-600秒；或者，所说的磁场区由可移动的永磁铁、永磁铁移动控制装置、位于沉降和磁分离器内的浆液流动通道和催化剂导流管组成；所说永磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯，所说永磁铁移动的距离为5-1000毫米，永磁铁在靠近沉降和磁分离器的罐体时的停留时间为10-1800秒，永磁铁离开沉降和磁分离器罐体时的时间3-600秒。
11.按照权利要求1-10之一的方法，其特征在于同时在分离器的顶部和侧面设置多个磁分离器，分成两组或多组进行操作。
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2012
- 2012-11-30 CN CN201210504391.1A patent/CN103846162B/zh active Active
Patent Citations (3)
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