CN201558690U - 一种用于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(1)、倒圆锥形上部隔离板(2)、下部隔离板(4)和内部的至少一根过滤管(8)组成，过滤管(8)入口开口于上部隔离板(2)，出口开口于下部隔离板(3)，圆筒体壁连接出料管(10)，所述的上部隔离板的圆锥角(3)的范围为20°-70°。采用本实用新型提供的过滤内构件，可以有效防止浆液中的固体颗粒在滤管上部的沉积，避免过滤管堵塞、分离效率更高，能够长周期连续稳定运行；将本实用新型提供的过滤内构件置于浆态床反应器中，还具有选择流体通过，均布流体的作用。

Description

一种用于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用于气液固三相浆态床中进行液固分离的过滤组件，更具体地说，涉及一种在浆态床反应器中过滤液体产品同时分布流体的过滤组件。

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。

USP 6068760、WO 02/097007 A2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。

WO94/16807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。

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。

现有的浆态床中液固分离技术中，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。

发明内容

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、同时具有流体分布作用的过滤内构件。

本实用新型提供的浆态床反应器的过滤内构件，由圆筒体1、倒圆锥形上部隔离板2、下部隔离板4和内部的至少一根过滤管8组成，过滤管8入口开口于上部隔离板2，出口开口于下部隔离板3，圆筒体壁连接出料管10，所述的上部隔离板的圆锥角3的范围为20°-70°。

本实用新型提供的过滤内构件，所述的内部过滤管可以为一根或多根，当滤管为多根时，例如滤管为5根的情况见附图2，倒锥形上部隔离板2根的底部安装一根过滤管，其余的过滤管开口于倒锥形隔离板2的锥面上，尽量均匀分布，过滤管的直径可以相同，也可以不同，优选的方案是倒锥型结构底部过滤管的直径大于开口于锥面的过滤管直径。

当过滤管为一根时，过滤管上端入口开口于倒锥形上部隔离板的底部，或者倒锥形隔离板上有多个开口以使带有固体颗粒的浆液通过过滤管，如附图3所示。

本实用新型提供的过滤内构件中，所述的过滤管的材质没有限制，可以使用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、陶瓷膜材料或其它类型的过滤材料。过滤管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，例如可是在微滤、超滤、纳滤等过滤范围之内。

本实用新型提供的过滤内构件使用时，安装在浆态床反应器内部，所述的过滤管8内部的管道为浆液通过过滤内构件的浆液区，圆筒体1内壁和过滤管8外壁围成的封闭区域为过滤后的滤液区7，所述的滤液区7通过出料管10和浆态床反应器外部连通。包含固体颗粒的浆液由内构件上端入口流入过滤管内部的浆液区7，由内向外沿径向通过过滤管8的管壁进入滤液区，并最终作为产品经液体出料口10管线引出浆态床反应器。由于采用错流过滤，沿过滤管轴向流过的浆液不断冲刷过滤管内壁的滤饼，将其带入浆态床反应器中继续反应，因此抑制了过滤管内壁上滤饼的生成，延长了过滤单元的工作时间。

另外，本实用新型提供的的过滤内构件在使用时，由于过滤管内的流道横截面积与浆态床的横截面积相比很小，为(0.01-1)：10，当用于三相浆态床反应器时，由于气相会选择流道横截面积大、流动阻力小的流道流动，因而气相将很少经过该过滤内构件的浆液流道，可有效防止气体进入构件流道，具有选择流体通过的功能，因而可作为均布流体(特别是气相)的内构件使用。大型工业浆态床反应器内部气体分布在径向上是不均匀的，通常在反应器中心位置的气相通量明显高于其它位置特别是边壁位置的通量，因此将该构件放置于反应器的中心部位可以驱使气相向其它方向分布，实现均匀分布气相的目的，促进反应过程在反应器内部均匀的进行。

可以在浆态床反应器中安装多个过滤内构件组合使用。

本实用新型提供的过滤内构件及其应用方法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。

本实用新型提供的过滤内构件的有益效果为：

本实用新型提供的过滤内构件放置在浆态床反应器内部，由于入口端采用倒椎型结构，可实现固体催化剂颗粒液态产品连续高效分离、避免了固体颗粒沉积在过滤构件入口端堵塞过滤管现象的发生，从而提高了过滤效率。能够长周期连续稳定运行，能够对流体进行均匀分布。

附图说明

图1为本实用新型提供的过滤内构件剖面示意图；

图2为包含5根滤管的过滤内构件立体结构示意图；

图3为包含1根滤管的过滤内构件立体结构示意图；

图4为过滤构件应用于浆态床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内构件用于费托合成生成液态烃的浆态床反应器连续操作过程，但本实用新型并不因此而受到限制。

附图4为过滤构件应用于浆态床反应器的流程示意图。如附图4所示：反应物合成气经管线5从浆态床反应器9的下部进入浆态床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反应器上部沉降区14；由于沉降区14的截面积扩大，在这里浆液的流速降低，催化剂颗粒借助重力沉降，未反应的气体反应物与产物浆液分离，从顶部的气体出口6排出。在反应过程中，含有液态产品的浆液经过滤内构件倒锥型上部隔离板2上的入口进入过滤管8中，在过滤管8中向下流动，在过滤管壁内外压差推动下，实现错流过滤，径向通过过滤管8管壁进入滤液区7，最终作为产品经出料口10引出。

固体颗粒则被阻滞在过滤内构件过滤管8的内壁上，由于浆液的冲刷作用，过滤管8内壁上的部分滤饼不断脱落并随浆液向下流动返回到反应器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，过滤管内外之间的压差上升，当压差高于0.5MPa时，出料口10连接的反冲洗***开始工作。此时位于液体出料阀门11关闭，反冲洗介质引入阀门12打开，在外加反向压差的推动下，反冲洗介质经出料口10引入滤液区7中并径向由外向内通过过滤过滤管8的管壁，将附着的滤饼反冲到浆液中。当过滤管8管壁内外压差低于0.1MPa时，冲洗过程结束，此时反冲洗介质引入阀门12关闭，液体出料阀门11打开，***恢复到正常操作状态。

另外，由于过滤内构件流道横截面积远远小于反应器9的横截面积，因此气体一般不会进入过滤内构件内部的过滤管流道，具有选择流体通过的功能。在浆态床中，气体流分布一般为中心高、边壁低，因此将本实用新型提供的过滤内构件置于反应器9的中心位置，有利于气体向边壁方向分布，从而实现浆态床反应器内气体在径向上的均匀分布。

下面的实施例对本实用新型提供的方法予以进一步地说明，但并不因此而限制本实用新型。

实施例

如附图4，浆态床环流反应器的上部管径扩大的沉降区和下部反应区的管径比为1.5∶1，下部反应区直径为500mm。过滤构件放置在反应器中心位置，位于气体分布器上1m。过滤构件中的滤管外径为50mm，长1000mm，倒锥型上部隔离板的结构圆锥角3为45°，所用的材质为烧结多孔金属滤管，平均孔径1μm。过滤构件的流通面积与反应区横截面积比为0.08∶1。

所采用的催化剂的粒径范围为1～100μm，合成气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，在操作条件下，反应生成液态烃。当浆液上升到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。含有液态产品的浆液进入过滤内构件，液体产品通过过滤内构件的滤管壁进入滤液区并最终作为引出。由于浆液的冲刷作用，过滤构件内管管壁上的部分滤饼不断脱落并随液体向下流动回到反应器，部分不易脱落的滤饼会留在滤管内壁上，随着滤饼的不断增厚，内外管之间的压差超过0.5MPa时，位于液体排料口10后的阀液体出料阀门11关闭，反冲介质引入阀门12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，将滤饼冲洗到浆液中，并随着浆液向下流动返回上升管。这个过程持续几秒钟，当内外管间的压差低于0.1MPa时，反冲洗***和液体出料口10断开，***恢复到正常操作状态。

经液体出料口引出的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。其中分离效率由下式计算：

η＝(S_m-S_f)/S_m

其中：S_m＝原料(过滤前浆液)中的固含量；S_f＝产品(滤液区引出的清液)中的固含量。

同时，由于过滤构件具有均匀分布气体的作用，反应器中心位置的气含率较没有放置过滤构件的时候降低了20％，而反应器总体气含率没有明显改变，因此可以说明气体更加均匀的分布在反应器中，有利于促进反应过程的进行。

Claims (5)

1.一种浆态床反应器的过滤内构件，其特征在于由圆筒体(1)、倒圆锥形上部隔离板(2)、下部隔离板(4)和内部的至少一根过滤管(8)组成，过滤管(8)入口开口于上部隔离板(2)，出口开口于下部隔离板(3)，圆筒体壁连接出料管(10)，所述的上部隔离板的圆锥角(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。

3.按照权利要求1的过滤内构件，其特征在于所述的内部过滤管(8)为两根以上时，倒锥型结构底部过滤管的直径大于开口于锥面的过滤管直径。

4.按照权利要求1的过滤内构件，其特征在于所述的内部过滤管为一根时，上部倒锥形隔离板(2)上有至少一个开口以使带有固体颗粒的浆液通过过滤管。

5.按照权利要求1-4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。

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