CN201529435U - 一种浆态床反应器的过滤内构件 - Google Patents

Abstract

一种浆态床反应器的过滤内构件，由圆筒体和其内部的至少两根过滤管(8)组成，所述的圆筒体由圆筒体壁(1)、上部隔离板(2)、下部隔离板(4)围成，过滤管(8)的上端开口为倒圆锥结构，上端开口于上部隔离板(2)，下端开口于下部隔离板(4)，圆筒体壁连接出料管(10)，所述的过滤管(8)的倒圆锥结构开口的圆锥角(3)的范围为20°-70°。本实用新型提供的过滤内构件适用于气液固三相反应并需要从浆液中分离出液体产品的化学反应过程，与现有构件相比，具有避免堵塞、分离效率高，工作周期时间长的特点。

Description

一种浆态床反应器的过滤内构件

技术领域

本实用新型涉及一种将固体颗粒从液体产品中分离出来的设备和方法，可与浆态床反应器耦合，实现液体产品与固体颗粒连续分离。

背景技术

浆态床反应器是一种常用的气液(浆)接触反应设备，具有极高的储液量。对于反应热很大的催化反应过程，使用浆态床反应器可以有效地移走反应热，实现反应器的等温操作，保证反应器的正常运行，因此在当今的化工过程中得到了广泛应用。而浆态床环流反应器是在浆态床鼓泡反应器的基础上发展起来的一种高效多相反应器。浆态床环流反应器除了具有浆态床鼓泡反应器所具有的全部优点外，还能够使其内部的流体做有规则的循环流动，因而增强了反应物之间的混合、扩散、传热和传质。

在浆态床反应器中为了消除扩散的影响，一般采用几十微米甚至更细颗粒的催化剂，但随之也带来了反应产物与催化剂颗粒分离这一难题。如何有效的实现液固分离，成为在使用浆态床反应过程中的关键技术。

浆态床反应器催化剂浆液的液固分离一般在反应器外进行，含有催化剂的浆液必须使用特殊泵进行输送，分离出来的催化剂仍需要以浆液形式送回到反应器中。该过程易于造成催化剂颗粒的破损，因而对反应器的长时间连续操作带来问题。

过滤技术是获取高分离效率的常用方法。按流动形式，过滤分为死端过滤和错流过滤，相比传统的死端过滤，错流过滤滤饼不易堆积，过滤周期长，是目前研究的重点。

USP 6068760、WO 02/097007A2均公开了采用沉降技术在浆态床反应器内实现液固分离的方法，将反应后的浆液引出反应器，通过一根沉降管后，浆液进入沉降罐进行沉降，上层清液排出作为产品，而下层含有大量催化剂颗粒的稠浆返回反应器循环。

EP 1405664A1公开的分离方法是将反应后的浆液直接引入沉降罐，沉降灌中设有挡板，且挡板高度高于沉降罐中液位高度，因此浆液流过挡板与罐体底部的缝隙后，清液缓慢上升在沉降罐上方流出，而含有颗粒的浓浆在沉降罐底部的出口返回反应器主体。

CN1433838A公开了在反应器主体内设置分离单元的方法，使得浆液实现液固分离，并且提出在沉降单元的底部施加强磁场以加速液固分离速度。但是利用单一的沉降技术实现完全的液固分离，得到固含量极小的液体产物需要容积很大的沉降装置，以保证足够的沉降时间，这就造成了设备的大部分面积与空间被沉降装置占用，生产效率较低；此外催化剂粒径越小，越有利于反应进行，同时在反应过程中由于催化剂磨损会产生粒径极小的固体粉末，但是沉降技术对于粒径为几微米或者粒径更小的催化剂颗粒的分离效果不佳；由于费托合成反应器直径相当大，因而磁场装置很难在反应器内产生均匀的磁场，设备笨重，造价昂贵，且无法对产生磁化的催化剂进行消磁以阻止磁化催化剂的团聚，影响反应器的正常操作。

WO 94/16807公开了在反应器内使用过滤构件实现液固分离的方法，但是一旦催化剂颗粒堵塞过滤构件，则过滤构件的再生困难，因而不适于大规模连续生产。

CN1589957A公开了在反应器内部设置一级分离单元，在反应器外设置二级分离单元来实现液固分离的方法，并且在反应器外设置反冲单元以实现过滤的连续操作，这样不仅占用了反应器内的反应空间，还导致设备结构复杂，操作繁复。

US 2005/0027021公开了一种液固分离***，通过在反应器外设置竖直放置的过滤元件来实现液固分离，起主要过滤作用的是沉积在过滤元件上的滤饼，通过调节浆液流动速度来调节滤饼的厚度。但是由于元件所处空间大小是设计确定了的，单纯通过调节元件外部浆液流速来控制过滤速率使得调节范围非常有限，且细颗粒容易堵塞过滤管而没有有效的反冲洗方法使过滤过程难以实现连续化。

US 2005/0000861公开了一种可以放置在反应器内部和/或外部的过滤元件，这种元件分为粗滤区和细滤区，且二者同轴同径竖直放置，上部粗滤区将大颗粒的催化剂拦在过滤区外，再返回反应器重新循环使用，而经过粗滤的滤液会直接进入设在粗滤区下面的细滤区进行进一步过滤分离。这种液固分离方法需要借助外界动力，且没有提供详细的反冲洗方法，难以实现液固的连续有效分离。

由以上分析可知单纯利用沉降方法需要占用较大的面积，甚至宝贵的反应空间；而利用常规过滤的方法难以实现连续操作，即使实现了连续操作也会由于较高的固含量而降低了分离效率，还会使设备复杂，投资和操作费用增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于浆态床反应器中，实现液固高效连续分离的过滤内构件。

本实用新型提供的浆态床反应器的过滤内构件，由圆筒体和其内部的至少两根过滤管8组成，所述的圆筒体由圆筒体壁1、上部隔离板2、下部隔离板4围成，过滤管8的上端开口为倒圆锥结构，上端开口于上部隔离板2，下端开口于下部隔离板4，圆筒体壁连接出料管10，所述的过滤管8的倒圆锥结构开口的圆锥角3的范围为20°-70°。

本实用新型提供的浆态床反应器的过滤内构件，所述的过滤内构件优选包含4-8根过滤管8。所述的圆筒体的直径和高的比可以根据需要任意确定。

本实用新型提供的浆态床反应器的过滤内构件，对于其中过滤管8的内径和数目可以根据需要选定，当所述的过滤内构件用于特定的浆态床反应器中时，过滤管8内的流道横截面积与浆态床的横截面积之比为(0.01-1)∶10。

本实用新型提供的浆态床反应器的过滤内构件，对过滤管8的材质可以为烧结金属丝网微孔过滤材料、烧结金属粉末微孔过滤材料、金属微孔膜材料、烧结金属纤维微孔材料、微孔陶瓷材料、陶瓷膜材料。过滤管材质的孔径范围可以根据具体使用的催化剂颗粒的种类、反应器的规模以及所进行的反应类型而选择，例如可以在微滤、超滤、纳滤等过滤范围之内。

本实用新型提供的浆态床反应器的过滤内构件，所述的过滤管8的上端开口为倒锥形结构，倒锥型结构圆锥角3应当大于浆态床中固相颗粒的休止角。

本实用新型提供的过滤内构件放置在反应器内部，可实现固体催化剂颗粒、液态产品连续高效分离。如附图2所示，浆液流经内构件中的过滤管中，液体产品穿过过滤管壁，流入由内构件圆筒内壁、上下隔离板和过滤管外壁围成的滤液区，再经连接内构件圆筒壁的液体出料口引出浆态床反应器，催化剂固体颗粒被过滤管壁阻挡，留在过滤管中的浆液中，进一步返回浆态床反应器的反应区继续参与反应。由于过滤管入口端采用倒圆锥形结构，防止了固相颗粒在内构件入口沉积，从而避免了过滤管的堵塞，提高了分离效率。另外由于浆液纵向流过过滤管，同时固体颗粒径向穿过过滤管管壁，为错流过滤，利用浆液的冲刷来抑制滤饼的生成，工作周期长。液体出料口还可以连接反冲洗装置，当过滤管内壁上的滤饼厚度过厚，影响过滤效率时，反冲洗装置打开，实现反冲洗，冲掉堆积的滤饼，恢复过滤管管壁的过滤能力。

本实用新型提供的浆态床过滤内构件的有益效果为：

本实用新型提供的过滤内构件适用于气液固三相反应并需要从浆液中分离出液体产品的化学反应过程，如采用悬浮床或浆态床反应器的烃油加氢、脱氢过程以及费托合成过程。与现有构件相比，该过滤构件具有结构合理、避免堵塞、工作周期时间长、分离效率高的特点。另外还具有对流体进行均匀分布等特点。

附图说明

图1为过滤内构件示意图；

图2为过滤构件应用于浆态床反应器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明提供的过滤内构件的使用，并用于费托合成过程中液体和固体颗粒的连续分离，但本实用新型并不因此而受到限制。

如附图2所示：反应物合成气从浆态床反应器9的下部原料入口5经气体分布器均布后进入反应器与其中的浆液混合，与浆液中催化剂颗粒接触，在上升过程中完成化学反应，产物和多余的反应物与催化剂一起上升到浆态床反应器9上部的沉降区14；由于沉降区14的横截面积反应器大于下部反应区的横截面积，在这里浆液的流速降低，催化剂颗粒借助重力沉降返回反应器，未反应的气体反应物与产物浆液分离，从顶部的排气口6排出。在反应过程中，含有液态产品的浆液流入过滤内构件内部流道，浆液中的液体沿径向通过过滤管管壁，进入过滤内构件圆筒体壁、上、下隔离板和过滤管外壁围成的滤液区内，作为产品引出。固体颗粒被阻滞在过滤内件过滤管8内壁上，部分滤饼不断脱落并随浆液返回到反应器9中，部分不易脱落的滤饼会滞留在过滤管的内壁上，随着滤饼的不断增厚，过滤管管壁两侧压差上升，当压差高于0.5MPa时，位于液体放料口10后的阀11关闭，阀12打开，过滤内构件和反冲***连通，反冲洗介质由滤液区穿过过滤管管壁，附着在过滤介质内壁上的滤饼被反冲到浆液中，过滤管管壁两侧压差下降。当压差低于0.1MPa时，阀门12关闭，液体放料口10后的阀门11打开，***恢复到正常操作状态。

下面的实施例对本实用新型提供的过滤内构件的使用效果予以进一步地说明，但并不因此而限制本实用新型。

实施例

浆态床反应器上部沉降区14和反应区的管径比为1.5∶1，过滤内构件中包含5根过滤管，滤管外径50mm，过滤管上端开口的倒锥型结构圆锥角度为45°，过滤管为烧结多孔金属滤管，平均孔径1μm。浆态床反应器内固体颗粒的粒径范围为1～100μm，在此过程中气体由浆态床反应器底部通过气体分布器以鼓泡的形式进入床层，和反应器中包含固体颗粒的液态烃混合。当浆液上升到沉降区后部分气体与浆液完全分离，并由排气口排出。浆液进入过滤内构件，液态烃通过过滤构件的过滤管管壁进入滤液区并作为产品由出料口10引出。在此过程中，液态烃产品中固体颗粒的含量小于5μg/ml，颗粒的最大直径为2μm。分离效率在99％以上。其中分离效率η由下式计算：

η＝(S_m-S_f)/S_m

其中：S_m＝过滤前浆液中的固含量；S_f＝液态烃产品中的固含量。

Claims (4)

1.一种浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于所述的过滤内构件由圆筒体和其内部的至少两根过滤管(8)组成，所述的圆筒体由圆筒体壁(1)、上部隔离板(2)、下部隔离板(4)围成，过滤管(8)的上端开口为倒圆锥结构，上端开口于上部隔离板(2)，下端开口于下部隔离板(4)，圆筒体壁连接出料管(10)，所述的过滤管(8)的倒圆锥结构开口的圆锥角(3)的范围为20°-70°。

2.按照权利要求1的过滤内构件，其特征在于所述的过滤内构件包含4-8根过滤管(8)。

3.按照权利要求1的过滤内构件，其特征在于所述的过滤内构件用于浆态床反应器中使用时，过滤管(8)内的流道横截面积与浆态床的横截面积之比为(0.01-1)∶10。

4.按照权利要求1-3中的任一过滤内构件，所述的过滤管的材质为烧结金属丝网微孔过滤材料、烧结金属粉末微孔过滤材料、金属微孔膜材料、烧结金属纤维微孔材料、微孔陶瓷材料、陶瓷膜材料。

Images