CN201529521U - 一种耦合磁场的浆态床环流反应器下降管结构 - Google Patents

Abstract

一种耦合磁场的浆态床环流反应器下降管结构，由下降管圆筒体(1)、上隔离板(6)、下隔离板(5)和安装于筒体内部的至少两根过滤管(2)组成，过滤管(2)的上端为圆锥角为20°～70°的倒锥形结构(9)，过滤管(2)上端开口于上隔离板(6)，下端开口于下隔离板(5)，所述的圆筒体(1)内壁、过滤管(2)外壁和上下隔离板围成的区域为滤液区(3)，滤液区(3)下部连接液体出料口(8)，所述的下降管圆筒体(1)的周围密绕了载流螺线圈(19)用以提供均匀磁场。本实用新型提供的下降管结构可以防止固体颗粒在下降管入口处的堆积堵塞过滤管，同时在采用磁性催化剂颗粒时，可以加速催化剂颗粒通过过滤管的速度，抑制过滤管壁滤饼生成，延长了工作周期。

Description

一种耦合磁场的浆态床环流反应器下降管结构

技术领域

本实用新型涉及一种将浆液中的微小固体颗粒分离出的设备，更具体地说，涉及一种气液固三相浆态床环流反应器中分离液体产品与固体颗粒的过滤组件。

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。

WO 94/16807公开了在反应器内使用过滤组件实现液固分离的方法，但是一旦催化剂颗粒堵塞过滤组件，则过滤组件的再生困难，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。

CN101081357A公开了一种浆态床环流反应器，该反应器包括上升管和至少一根下降管，上升管和下降管两端通过管线相连，上升管上部为管径扩大的沉降区，沉降区的顶部设有排气口，每根下降管内被过滤介质分成滤液区和浆液区，其中滤液区下端与液体出料口连通，浆液区两端与上升管的两端相连通，该反应器可应用于气液固三相反应***，原料由上升管底部的进料口进入反应器，和上升管中的浆液混合后在上升管中反应，然后向上流动至沉降区，在此处气液分离，气体从顶部的排气口排出反应器，较粗的催化剂颗粒依靠重力沉降返回到上升管中，含有较细颗粒催化剂的浆液从沉降区经连接管线进入下降管中；浆液主体在浆液区内沿轴向向下流动，而其中一部分液体在过滤介质两侧压差的推动下通过过滤介质进入滤液区，并最终作为产品引出，固体催化剂颗粒则随浆液主体继续向下流动通过管线返回到上升管中继续参与反应。该反应器内部相对高压使得下降管中浆液区和滤液区之间形成压降，推动浆液穿过过滤管，实现固液分离，不需要外加推动力；设置反冲洗***并且能够灵活操作，使得过滤管易于再生，从而保证了整个反应器的连续操作；还可以方便地移出失活的催化剂和补充高活性催化剂，操作简便灵活。然而，该浆态床反应器在使用过程中发现，该浆态床反应器的下降管入口处容易堵塞，影响了操作周期，需要进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能避免或减少浆态床环流反应器过滤***堵塞，提高分离效率的浆态床环流反应器的下降管结构。

一种耦合磁场的浆态床环流反应器下降管结构，其特征在于由下降管圆筒体1、上隔离板6、下隔离板5和安装于筒体内部的至少两根过滤管2组成，过滤管2的上端为倒锥形结构9，圆锥角13的范围为20°～70°，过滤管2上端开口于上隔离板6，下端开口于下隔离板5，所述的圆筒体内壁、过滤管外壁和上下隔离板之间围成的区域为滤液区3，滤液区3下部连接液体出料口8，所述的下降管圆筒体1的周围密绕了载流螺线圈19用以提供均匀磁场。

本实用新型提供的浆态床环流反应器下降管结构，所述的圆筒体顶部11和浆态床环流反应器的沉降区相连接，圆筒体顶部11到设有过滤管入口的上隔离板之间设有直管段4，直管段4的高度与其直径比范围为(0.1-20)∶1，优选(2-10)∶1。

本实用新型提供的浆态床环流反应器下降管结构，所述的过滤管的入口端采用倒锥形的导流结构9，倒锥型结构的圆锥角13角度范围为20°～70°，在使用过程中，所述的圆锥角13应当大于固体颗粒的休止角。优选的一种结构是，在所述的上隔离板6上过滤管入口之间的空隙处还设置有导流椎14，导流椎14的下缘与滤管入口锥形结构9的上缘相重合或平行。

本实用新型提供的浆态床环流反应器下降管结构中，由下降管圆筒体、上隔离板、下隔离板和过滤管外壁围成的封闭区域为容纳滤液的滤液区3，滤液区通过设置在下降管圆筒体上的液体出料口8和后续的管线相连通。例如，液体出料口8经阀10连接液体产品收集单元，同时经阀7连接用于冲洗过滤元件的反冲洗***。

本实用新型提供的浆态床环流反应器下降管内包含至少两根过滤管，对过滤管的材质没有限制，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、微孔陶瓷材料或陶瓷膜材料。过滤管过滤材料的孔径范围可以由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发生变化，例如可以在微滤、超滤、纳滤等过滤范围之内。

通常在浆态床环流反应器中，在上升管中进行气液固三相反应，在下降管中实现液固分离，在装置运转的过程中，下降管内的过滤介质上渐渐堆积滤饼，过滤管两侧的压差随着滤饼的增厚而上升，当压差高于第一设定值(例如0.1-1.0Mpa)时，反冲洗***开始工作，将液体产品出料口切换到与反冲管线连通，反冲洗介质在外加的反向压差推动下液体出料口流入反向冲过滤介质，随滤饼的脱除反向压差不断降低，当低于第二设定值(例如0.05-0.8Mpa)时，冲洗过程结束，此时反冲管线前的阀门关闭，液体出料口管线重新恢复到正常操作状态。其中第一设定值必定大于第二设定值。

本实用新型提供的下降管结构在使用过程中，浆液在浆液区2内由上而下沿轴向流动，浆液经流过所述的过滤管的同时会从过滤管内部由内向外沿径向通过过滤管管壁进入滤液区3，并最终作为产品经液体出料口管线8引出。固体颗粒则随浆液主体继续向下流往下游。采用这种错流过滤的方法，浆液不断冲刷掉沉积在过滤管内壁的滤饼，减慢了滤饼的形成速度。由于下降管中的过滤管入口采用了倒锥型结构，并且设计锥角大于固体颗粒的休止角，有效避免了固相颗粒在过滤管入口端沉积从而堵塞过滤管。另外，所述的下降管圆筒体周围密绕了载流螺线圈来提供均匀磁场，当浆液中的磁性固体颗粒通过时，可以受到与流动方向相同的磁场力作用，从而加速通过过滤组件，也避免了磁性固体颗粒在滤管入口处的沉积，并抑制了滤饼生成。通过这两种方式提高了分离效率，延长了下降管过滤组件的工作周期。

本实用新型提供的浆态床环流反应器的下降管结构，特别适用于CN101081357A中所公开的浆态床环流反应器。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，特别是固体催化剂颗粒具有磁性(或部分具有磁性)，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。

本实用新型提供的浆态床环流反应器下降管结构的有益效果为：

在应用过程中，由于下降管中的过滤管入口采用了倒锥型结构，并且设计锥角大于固体颗粒的休止角，有效避免了固相颗粒在过滤管入口端沉积从而堵塞过滤管。另外，所述的下降管圆筒体周围密绕了载流螺线圈来提供均匀磁场，当浆液中的磁性固体颗粒通过时，可以受到与流动方向相同的磁场力作用，从而加速通过过滤组件，也避免了磁性固体颗粒在滤管入口处的沉积，并抑制了滤饼生成。通过这两种方式提高了分离效率，延长了下降管过滤组件的工作周期。在下降管入口的上隔离板上设置导流椎，可以降低浆液的流动阻力，增强了各过滤管内浆液分配的均匀性。

附图说明

图1为磁场耦合的浆态床环流反应器的下降管结构示意图；

图2为带有7根过滤管的下降管结构的上隔离板俯视图；

图3为上隔离板上三根过滤管入口空隙处设置导流椎的示意图；

图4为磁场耦合的下降管结构应用于浆态床环流反应器的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本实用新型提供的过滤组件用于费托合成浆态床环流反应器中液体和固体颗粒的连续分离方法，但本实用新型并不因此而受到限制。

如附图4所示：浆态床环流反应器的上升管15为反应区，反应物气体从上升管15的下部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上升管上部沉降区16，此处浆液流速降低，使气泡得以大量脱除，脱出的气泡以气体形式从气体出口17排出，而夹带着催化剂颗粒的浆液则经管线18进入下降管直流段4，浆液经导流椎导流分配后再通过倒锥型结构9进入各个过滤管2；浆液在过滤管中从上向下流动，同时清液径向通过过滤管管壁进入滤液区3，经液体出料口8作为液体产品引出。催化剂颗粒则被阻滞在过滤管2的内壁上，过滤管内壁上的部分滤饼被浆液不断冲刷脱落，随浆液向下流动返回到上升管15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，过滤管管壁两侧的压差上升。当压差高于0.5MPa时，连接液体出料口8的阀门7打开，反冲洗***开始工作，滤饼被反冲到浆液中向下流动返回上升管，过滤管管壁两侧的压差下降，当压差低于0.1MPa时，阀门7关闭，阀门10打开，***恢复到正常操作状态。

下面的实施例对本实用新型予以进一步地说明，但并不因此而限制本实用新型。

实施例

浆态床环流反应器中下降管上部直管段管径比为5∶1，下降管中包含7根过滤管，滤管外径为50mm，过滤管材质为烧结多孔金属滤管，平均孔径为1μm，过滤管浆液入口处倒锥型结构圆锥角度为45°。所采用的催化剂的粒径范围为1～100μm。

合成气由上升管底部通过双环管气体分布器以鼓泡的形式进入床层，在操作条件下，生成液态烃。当浆液上升进入到上部的沉降区后未反应的合成气和气体产品与浆液完全分离，并由排气口排出；浆液则进入下降管中，清液通过过滤管管壁进入滤液区并最终作为产品引出。催化剂颗粒则被阻滞在过滤管的内壁上，过滤管内壁上的部分滤饼被浆液不断冲刷脱落，随浆液向下流动返回到上升管中，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，过滤管内外之间的压差上升，当压差高于0.5MPa时，位于液体排料口8后的阀10关闭，阀7打开，用泵将产品清液引入滤液区，并通过过滤管壁进入滤管内管。附着在过滤介质内壁上的滤饼被反冲到浆液中，并随着浆液向下流动返回上升管，这个过程持续几秒钟，过滤管内外之间的压差下降，当内外管的压差低于0.1MPa时，反冲洗***和液体排料口8断开，阀门10打开，***恢复到正常操作状态。在此过程中，液态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＝滤液区引出的清液中的固含量。

Claims (5)

1.一种耦合磁场的浆态床环流反应器下降管结构，其特征在于由下降管圆筒体(1)、上隔离板(6)、下隔离板(5)和安装于筒体内部的至少两根过滤管(2)组成，过滤管(2)的上端为倒锥形结构(9)，圆锥角(13)的范围为20°～70°，过滤管(2)上端开口于上隔离板(6)，下端开口于下隔离板(5)，所述的圆筒体(1)内壁、过滤管(2)外壁和上下隔离板围成的区域为滤液区(3)，滤液区(3)下部连接液体出料口(8)，所述的下降管圆筒体(1)的周围密绕了载流螺线圈(19)用以提供均匀磁场。

2.按照权利要求1的浆态床环流反应器下降管结构，所述的圆筒体顶部(11)和浆态床环流反应器的沉降区相连接，圆筒体顶部(11)到设有过滤管入口的上隔离板之间设有直管段(4)，直管段(4)的高度与其直径比为(0.1-20)∶1。

3.按照权利要求2的浆态床环流反应器下降管结构，所述直管段(4)的高度与其直径比为(2-10)∶1。

4.按照权利要求1的浆态床环流反应器下降管结构，所述的上部隔离板上过滤管入口之间的空隙处还设置有导流椎(14)。

5.按照权利要求1的浆态床环流反应器下降管结构，其特征在于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、微孔陶瓷材料或陶瓷膜材料。

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