CN104888984A - 一种磁旋流分离器及分离装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁旋流分离器及分离装置和方法。磁旋流分离器由旋流分离器和分布于其外部的附加磁场组成；所述旋流分离器包括入口管、出口管、旋流筒体和富固体相出口管；旋流筒体设置在旋流分离器的中部，旋流筒体下部接富固相出口管，入口管设置在旋流分离器上部，出口管设置在旋流分离器顶部中间；所述附加磁场是由电能或者永磁体所产生的对有磁感性的固体颗粒有吸附作用的磁场。磁旋流分离器可以用于气固分离和液固分离，通过采用磁旋流分离器的方法进行油浆净化，可以大幅度提高油浆中催化剂粉尘的回收效率即油浆的净化效率。

Description

一种磁旋流分离器及分离装置和方法

技术领域

本发明涉及液固和气固分离领域，更进一步说，涉及一种磁旋流分离器及分离装置和方法。

背景技术

在石油化工行业中采用液固和气固分离的工艺技术应用是非常广泛的，如催化裂化装置中的反应器和再生器中采用旋风分离器回收油气和烟气中携带的催化剂的气固分离工艺过程，以及在催化裂化油浆净化工艺中采用的液固分离的方式，以下我们主要就后者的技术应用情况、技术难点和拟采用的磁旋流分离工艺方法及专用设备做进一步的阐述。

催化裂化油浆的主要成分是稠环芳烃，如果进一步加工可生产优质的石油焦、碳黑以及橡胶软化油等，也可以调配重质燃料油。但是，由于油浆中有较高的催化剂粉尘（一般为3000-6000ppm），给油浆的综合利用带来困难。固含量过高的油浆用作工业重燃料油时，易造成火嘴磨损和炉膛结焦。用高固含量的油浆作焦化原料生产的石油焦灰分不合格。因此，油浆进一步综合利用的关键是要分离掉其中的催化剂颗粒及焦粉等杂质。

目前，国内外对于催化油浆净化的技术方法主要包括重力沉降法、过滤法、静电分离法、离心分离法以及旋流分离法等，但都在不同程度上存在设备投资大、操作复杂、运行成本高、运转周期短以及分离效率低的问题。

目前国内外油浆净化技术主要采用过滤法，即通过金属烧结过滤芯去除油浆中的催化剂粉尘，需要定时用轻质油反冲洗，但还是容易堵塞难于长周期稳定运行，设备投资大，维护费用也比较高。

与过滤法相比，如专利申请号为200410016965.6（发明名称为“一种催化裂化装置外甩油浆净化处理方法及其专用装置”）的专利申请采用旋流分离法具有相当大的优点，如旋流器结构简单，不需要外来轻质油反冲洗，克服了过滤法容易堵塞难于保证长周期运行的问题，但从工业试验应用情况来看，催化剂粉尘的回收率仅为55-73.3%，油浆净化效率仍有较大的提升空间。其技术核心设备为微型旋流管，结构示意如图1所示。

中国专利CN102389667A公开了“一种液固分离再选装置”，该发明专利采用在水平转鼓内设有高效强磁铁，主要用于选矿行业尾矿脱水干排或者铁矿脱水干排并分离出粒度不同的两种产品的液固分离再选装置。

中国专利CN203155404U公开了“磁旋流分离器”，该发明是在旋分器筒体内腔中央设置有电极棒作为电极，而筒体作为对应的另一电极而成的磁旋流分离器，主要涉及水、废水或污水的处理过程。但是该专利存在液固和气固分离过程中固体颗粒对电极棒的磨蚀失效的隐患。

发明内容

为解决现有技术中存在旋流分离法油浆净化效率有限的问题，本发明提供了一种磁旋流分离器及分离装置和方法，通过采用磁旋流分离器的方法进行油浆净化，可以大幅度提高油浆中催化剂粉尘的回收效率即油浆的净化效率。

本发明的目的之一是提供一种磁旋流分离器。

所述磁旋流分离器由旋流分离器和分布于其外部的附加磁场组成；

所述旋流分离器包括入口管、出口管、旋流筒体和富固体相出口管；旋流筒体设置在旋流分离器的中部，旋流筒体下部接富固相出口管，入口管设置在旋流分离器上部，出口管设置在旋流分离器顶部中间；

所述附加磁场是由电能或者永磁体所产生的对有磁感性的固体颗粒有吸附作用的磁场。如自然界中的磁铁即是一种永磁体，而由通电后的铜线圈产生的磁场则是电磁场，他们对一些有磁感性的物质如铁等都会产生吸附作用。

本发明的目的之二是提供一种液固分离装置。

所述液固分离装置包括：磁旋流分离器、液体沉降澄清罐、净化液体罐、净化前液体泵和净化后液体泵；

液体沉降澄清罐连接净化前液体泵后连接磁旋流分离器入口管，磁旋流分离器出口管连接净化液体罐，净化液体罐连接净化后液体泵，净化后液体泵出口管路分成两支，一支连接磁旋流分离器入口管，另一支送出界外；磁旋流分离器的富固相出口管连接液体沉降澄清罐。

本发明的目的之三是提供一种气固分离装置。

所述气固分离装置包括：磁旋流分离器、固体颗粒收集罐、净化气体罐和气体压缩机；

磁旋流分离器出口管连接净化气体罐，净化气体罐连接气体压缩机，气体压缩机出口管路分成两支，一支连接磁旋流分离器入口管，另一支送出界外；磁旋流分离器的富固相出口管连接固体颗粒收集罐。

以上所述的液固分离装置和气固分离装置中，磁旋流分离器可以为多台并联或串联。

本发明的目的之四是提供一种液固分离方法。

包括：

（1）含固体颗粒的液体进入液体沉降澄清罐,经过初步澄清的含固体颗粒的液体从液体沉降澄清罐抽出经净化前液体泵升压后进入旋流分离器，在与附加磁场的共同作用下通过吸附和液固离心分离过程，将净化前液体分离为富固体相和净化液体相；

（2）富固体相从磁旋流分离器底部排出进入液体沉降澄清罐，沉淀后从液体沉降澄清罐罐底排出固体粉浆进行回收处理；

（3）净化液体相从磁旋流分离器顶部溢出后进入净化液体罐，净化后液体从净化液体罐抽出经净化后液体泵升压后，一部分进入磁旋流分离器，另一部分则送至下游设施。

其中，可优选：

步骤（1）中，含固体颗粒的液体和聚集剂一起进入液体沉降澄清罐；

所述聚集剂是对所需要净化的液体中部分需要脱除的组分具有反应或结合效果，从而产生固体颗粒物的一种或多种物质，如在烟气脱硫***塔底浆液中存在硫酸根离子，可以通过添加氢氧化钙作为聚集剂与其反应生成硫酸钙结晶物，从而容易通过磁旋流分离器分离出来；或者是对液体中的固体颗粒物具有沉降或聚结作用的一种或多种物质。如脂肪族季铵盐、水溶性聚胺;聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、磺化聚苯乙烯、部分氢化的聚丙烯酰胺等;烷基酚醛树脂等。具体对于催化裂化油浆净化方法来说，所述的油浆聚集剂为对油浆中的催化剂粉尘和焦粉具有沉降或聚结作用的一种或多种物质。从对液体净化效率和节省处理成本的角度综合考虑，聚集剂可以根据具体情况在液固分离工艺流程中可以进行添加，也可以不添加。

本发明的目的之五是提供一种气固分离方法。

包括：

（1）含固体颗粒的气体进入旋流分离器，在与附加磁场的共同作用下通过吸附和气固离心分离过程，将含固体颗粒分离为富固体相和净化气体相；

（2）富固体相从磁旋流分离器底部排出进入固体颗粒收集罐进行回收处理；

（3）净化气体相从磁旋流分离器顶部出来后进入净化气体罐，净化后气体从净化气体罐抽出经气体压缩机升压后，一部分进入磁旋流分离器，另一部分送至下游设施。

以上所述的液固分离方法和气固分离方法中，含固体颗粒的液体或气体的进料温度范围为20-400℃。

本发明其基本原理如下：在催化裂化加工过程中,催化裂化装置进料中的重金属(主要是镍、钒、钙和铁)大部分沉积在催化剂上,使平衡催化剂产生磁感性。沾染重金属越多的催化剂颗粒,其磁感性就越强,因此在旋流分离器的基础上通过外加磁场的作用，就可以强化旋流分离的效果，提高油浆的净化效率。

在液固和气固分离的技术应用领域，采用磁旋流分离器和独特的分离工艺流程在适当的温度下将含固体颗粒的液体或气体相分离为富固体相和净化液体或气体相，富固体相通过该处理***直接回收，而净化液体或气体相则直接连续输送到下游设施进行利用。

具体的技术方案如下：

用于液固分离技术领域，方法如下：含固体颗粒的液体和聚集剂一同进入液体沉降澄清罐,经过初步澄清的含固体颗粒的液体从液体沉降澄清罐抽出经净化前液体泵升压后进入旋流分离器，在与附加磁场的共同作用下通过吸附和液固离心分离过程，将净化前液体分离为富固体相和净化液体相，富固体相从磁旋流分离器底部排出进入液体沉降澄清罐，沉淀后从液体沉降澄清罐罐底排出固体粉浆进行回收处理；而净化液体相则从磁旋流分离器顶部溢出后进入净化液体罐，净化后液体从净化液体罐抽出经净化后液体泵升压后，一部分重新进入磁旋流分离器，另一部分则直接作为净化液体产品直接连续输送至下游设施。

用于气固分离技术领域，方法如下：含固体颗粒的气体直接进入旋流分离器，在与附加磁场的共同作用下通过吸附和气固离心分离过程，将含固体颗粒分离为富固体相和净化气体相，富固体相从磁旋流分离器底部排出进入固体颗粒收集罐进行回收处理；而净化气体相则从磁旋流分离器顶部出来后进入净化气体罐，净化后气体从净化气体罐抽出经气体压缩机升压后，一部分重新进入磁旋流分离器，另一部分则直接作为净化气体产品直接连续输送至下游设施。

本发明所述的每个磁旋流分离器进料包括含固体颗粒的液体或气体和净化液体或气体，根据操作工况的需要，含固体颗粒的液体或气体和净化液体或气体可以同时进入磁旋流分离器，或者不同时进入磁旋流分离器，这些灵活调节不同进料介质的手段可以通过分别设置各自的调节阀和采用程序自动控制来实现。

本发明应用范围包括可以用于催化裂化循环油浆和外甩油浆的净化工艺，以及用于分离回收废催化剂中受重金属污染程度较低的较高活性的催化剂，从而为催化裂化装置运行产生较高的经济效益。

与现有的旋流分离器净化分离技术相比，本发明专利中所述的新型净化分离工艺流程和专用设备优点如下：

1）本发明通过采用旋流分离器和附加磁场，把离心分离和吸附分离有机地结合起来，同时也对净化分离工艺流程进行了改进优化，能够显著提高对有磁感性的污染物的脱除效率，可以达到95%以上。

2）本发明所述的液固分离净化工艺流程，通过设置液体沉降澄清罐，对液体中的固体颗粒物进行了初步分离，大大降低了旋流分离器入口的进料液体固体颗粒物浓度，同时净化后的液体可以再次进入旋流分离器中进行二次液固分离，在这样多次的液固分离过程中，可以大大提高油浆中催化剂粉尘的回收效率至85%以上。

3）对于不易在液体中沉降聚结的污染物来说，添加有针对性的聚集剂，可以促进污染物的沉降、聚结、反应或结晶，从而可以有效地改善沉降澄清罐中的初步液固分离过程，改善旋流分离器的操作苛刻度，能有效提高液固分离效率。

4）本发明所述的液固分离净化工艺流程，富固体相含湿率低（0-5%），可以直接回收进行环保处理，不需要进行其他进一步的处理，降低了其他有关回收设备的投资和生产成本。

5）本发明装置具有流程和设备结构简单，工作安全可靠，设备投资少而分离效率高的优点，适合在石油化工行业中进行有关液固和气固分离的领域进行推广使用。

附图说明

图1是现有技术的旋流芯管的结构示意图

图1-1是图1的剖面图

图2是本发明提供的磁旋流分离器的结构示意图

图2-1是图2的A向视图

图3是本发明的液固分离装置示意图

图4是本发明的气固分离装置示意图

图5是本发明的气固分离装置在催化裂化废催化剂分离回收工艺中应用的流程示意图

附图标记说明：

1附加磁场；2旋流分离器；3入口管；4出口管；5旋流筒体；

6富固相出口管；7液体沉降澄清罐；8净化前液体泵；9净化液体罐；

10净化后液体泵；11固体颗粒收集罐；12净化气体罐；13气体压缩机；

14催化剂回收罐；15废催化剂回收罐；16废催化剂；17压缩空气；

18冲洗用压缩空气；21溢流管；22圆筒腔室段；23锥度腔室段；

24尾管段；25低流排料段；26进料口。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1

如图2所示，一种磁旋流分离器。

所述磁旋流分离器由旋流分离器2和分布于其外部的附加磁场1组成；

所述旋流分离器2包括入口管3、出口管4、旋流筒体5和富固体相出口管6；旋流筒体5设置在旋流分离器2的中部，旋流筒体5下部接富固相出口管6，入口管3设置在旋流分离器2上部，出口管4设置在旋流分离器2顶部中间；

所述附加磁场1为电磁场。

如图3所示，采用磁旋流分离器的液固分离装置。包括：磁旋流分离器、液体沉降澄清罐7、净化液体罐9、净化前液体泵8和净化后液体泵10；磁旋流分离器的数量为两个并联设置。

液体沉降澄清罐7连接净化前液体泵8后连接磁旋流分离器入口管3，磁旋流分离器出口管4连接净化液体罐9，净化液体罐9连接净化后液体泵10，净化后液体泵10出口管路分成两支，一支连接磁旋流分离器入口管3，另一支送出界外；磁旋流分离器的富固相出口管6连接液体沉降澄清罐7。

催化裂化油浆进行液固分离：

1.催化裂化油浆性质及分析方法

注：催化油浆中催化剂粉尘含量的分析采用离心重量法。

2.主要操作条件

1）原料油浆来源：经过换热后的催化裂化循环油浆；

2）原料油浆温度：275℃；

3）原料油浆压力：0.5-0.8Mpa(表)；

3.循环油浆净化工艺流程简述

从催化裂化装置分馏塔底来的循环油浆经油浆泵升压后，分别经过原料油油浆换热器和油浆蒸汽发生器，温度降低至约275℃后进入油浆沉降澄清罐7；

原料油浆经过在油浆沉降澄清罐7中的沉降分层进行油浆和催化剂粉尘的初步分离，通过足够的停留时间，富催化剂相粉浆从罐底排出后作环保处理，而初步净化的原料油浆从罐内抽出经过原料油浆泵8升压后进入磁旋流分离器2，在附加磁场1的强化吸附作用下进行进一步的液固分离，分离后，富催化剂相自磁旋流分离器2下部自流至油浆沉降澄清罐7；而净化油浆相自磁旋流分离器2上部溢出，自流至净化油浆罐9中。

净化后油浆自净化油浆罐9抽出经过净化油浆泵10升压后，一部分重新返回到磁旋流分离器2入口，另一部分净化后油浆作为塔底循环回流返回分馏塔取热，还有一小部分作为外甩油浆进一步冷却后送出装置。

在正常操作情况下，每个磁旋流分离器进料包括原料油浆和净化油浆，原料油浆和净化油浆可以同时进入磁旋流分离器，或者不同时进入磁旋流分离器，当操作一段时间后，由于附加磁场对有磁感性的催化剂粉尘的吸附作用，磁旋流分离器内壁附着大量粉尘颗粒时，此时启动磁旋流分离器的冲洗操作，即关闭附加磁场1和原料油浆进料，打开净化油浆的进料进行催化剂粉尘的冲洗，冲洗后的催化剂粉浆进入油浆沉降澄清罐7。

4.效果

1）本实施例的油浆中催化剂粉尘脱除效率为85%。

2）与过滤法相比，不需要反冲洗介质，仅需要用净化后油浆作为冲洗介质对磁旋流分离器进行冲洗，冲洗介质不需要返回提升管回炼，节约能耗；

3）净化工艺流程简单，不易堵塞可保证长周期运转，设备投资小。

实施例2

磁旋流分离器同实施例1。

两台磁旋流分离器并联，回收催化裂化废催化剂。如图5所示。

1.催化裂化废催化剂

在催化裂化加工过程中,催化裂化装置进料中的重金属(主要是镍、钒、钙和铁)大部分沉积在催化剂上,使催化剂产生磁感性。沾染重金属越多的催化剂颗粒,其磁感性就越强,这就为通过磁选的方法分离和回收平衡催化剂提供了可能。在催化裂化过程中,要定期地或者连续稳定地把一部分催化剂更换为新鲜催化剂,因此在平衡催化剂中,新旧催化剂处于混杂在一起的状态。通过采用本发明专利的磁旋流分离工艺方法和专用设备，可以有效分离受重金属污染程度不同的废催化剂，从而回收具有较高活性的催化剂。

2.主要操作条件

1）废催化剂来源：从催化裂化装置再生器定期卸出的废催化剂；

2）废催化剂温度：40-450℃；

3.催化裂化废催化剂的分离回收工艺流程简述

从催化裂化装置废催化剂罐来的约300℃废催化剂16通过管道在压缩空气17的输送下进入磁旋流分离器2，在附加磁场1的强化吸附作用下进行气固分离，由于重金属含量高的催化剂具有较强的磁感性而吸附在磁旋流分离器2的内壁上，而重金属含量低的催化剂具有较弱的磁感性，从而自磁旋流分离器2下部排出至催化剂回收罐14；而携带有少量催化剂粉尘的压缩空气相则自磁旋流分离器2上部出来，可以直接放空或进入下游设施进行环保达标后排放。当磁旋流分离器2运行一段时间后，需要把内壁上吸附的重金属含量高的催化剂吹扫下来进入废催化剂回收罐15进行收集，然后送出装置进行环保处理。吹扫操作过程如下：关闭磁旋流分离器2的附加磁场1，停止废催化剂进料，打开冲洗用压缩空气18阀进行内壁冲洗，关闭磁旋流分离器2底部排料至催化剂回收罐14的阀门，打开至废催化剂回收罐15的阀门，使废催化剂进入废催化剂回收罐15进行回收。通过程序设定操作和冲洗过程的阀门和附加磁场的打开和关闭，使操作和冲洗过程在程式控制下顺序进行，从而达到连续回收废催化剂的目的。

4.效果

1）本实施例可以有效分离废催化剂中重金属污染程度不同的催化剂，重金属污染程度高的废催化剂脱除率为50%。

2）该工艺流程和设备简单，可保证长周期运转，设备投资小。

Claims (8)

1.一种磁旋流分离器，其特征在于：

所述磁旋流分离器由旋流分离器和分布于其外部的附加磁场组成；

所述旋流分离器包括入口管、出口管、旋流筒体和富固体相出口管；旋流筒体设置在旋流分离器的中部，旋流筒体下部接富固相出口管，入口管设置在旋流分离器上部，出口管设置在旋流分离器顶部中间；

所述附加磁场是由电能或者永磁体所产生的对有磁感性的固体颗粒有吸附作用的磁场。

2.一种采用如权利要求1所述的磁旋流分离器的液固分离装置，其特征在于：

所述液固分离装置包括：磁旋流分离器、液体沉降澄清罐、净化液体罐、净化前液体泵和净化后液体泵；

液体沉降澄清罐连接净化前液体泵后连接磁旋流分离器入口管，磁旋流分离器出口管连接净化液体罐，净化液体罐连接净化后液体泵，净化后液体泵出口管路分成两支，一支连接磁旋流分离器入口管，另一支送出界外；磁旋流分离器的富固相出口管连接液体沉降澄清罐。

3.一种采用如权利要求1所述的磁旋流分离器的气固分离装置，其特征在于：

所述气固分离装置包括：磁旋流分离器、固体颗粒收集罐、净化气体罐和气体压缩机；

磁旋流分离器出口管连接净化气体罐，净化气体罐连接气体压缩机，气体压缩机出口管路分成两支，一支连接磁旋流分离器入口管，另一支送出界外；磁旋流分离器的富固相出口管连接固体颗粒收集罐。

4.如权利要求2或3所述的分离装置，其特征在于：

所述磁旋流分离器为多台并联或串联。

5.一种采用如权利要求2所述的液固分离装置的分离方法，其特征在于所述包括：

（1）含固体颗粒的液体进入液体沉降澄清罐,经过初步澄清的含固体颗粒的液体从液体沉降澄清罐抽出经净化前液体泵升压后进入旋流分离器，在与附加磁场的共同作用下通过吸附和液固离心分离过程，将净化前液体分离为富固体相和净化液体相；

（2）富固体相从磁旋流分离器底部排出进入液体沉降澄清罐，沉淀后从液体沉降澄清罐罐底排出固体粉浆进行回收处理；

（3）净化液体相从磁旋流分离器顶部溢出后进入净化液体罐，净化后液体从净化液体罐抽出经净化后液体泵升压后，一部分进入磁旋流分离器，另一部分则送至下游设施。

6.如权利要求5所述的分离方法，其特征在于：

步骤（1）中，含固体颗粒的液体和聚集剂一起进入液体沉降澄清罐；

所述聚集剂是对所需要净化的液体中部分需要脱除的组分具有反应或结合效果，从而产生固体颗粒物的一种或多种物质；或者是对液体中的固体颗粒物具有沉降或聚结作用的一种或多种物质。

7.一种采用如权利要求3所述的液固分离装置的分离方法，其特征在于所述包括：

（1）含固体颗粒的气体进入旋流分离器，在与附加磁场的共同作用下通过吸附和气固离心分离过程，将含固体颗粒分离为富固体相和净化气体相；

（2）富固体相从磁旋流分离器底部排出进入固体颗粒收集罐进行回收处理；

（3）净化气体相从磁旋流分离器顶部出来后进入净化气体罐，净化后气体从净化气体罐抽出经气体压缩机升压后，一部分进入磁旋流分离器，另一部分送至下游设施。

8.如权利要求5或7所述的分离方法，其特征在于：

含固体颗粒的液体或气体的进料温度范围为20-400℃。