專利名稱：一種組合式氣-液-固三相分離的方法和裝置的制作方法
一種組合式氣-液-固三相分離的方法和裝置
技術領域：
本發(fā)明涉及化工反應設備技術領域，具體地說，是一種組合式氣-液-固三相分離
的方法和裝置，尤其是一種適用于淤漿床類反應器上氣相中液-固夾帶物的分離方法和裝置。
背景技術：
眾所周知，在化工反應設備技術領域，凡涉及氣_液_固三相的化工單元操作均 會產生霧沫夾帶的問題，因此，在這類單元操作的設備上部，或是設備外圍均附設有除沫裝 置，所以一提起除沫裝置，人們一般都以為是化工領域中比較成熟的技術。正因為如此，在 早期的淤漿床這種"氣_液_固"三相物系化工單元操作反應器的上部亦借助現(xiàn)有技術所 說的除沫裝置，如折流板式、離心式、絲網式除沫裝置(參見《化工原理》296 297頁"除 沫器"，化工工業(yè)出版社)來回收夾帶的液體微粒，也收到了一定的效果。至于流失的部分 還可通過反應器外的氣-液分離裝置予以進一步回收，這是由于早期的淤漿床中固體催化 劑顆粒粒徑在2 4毫米，不存在催化劑的夾帶流失，仍然是一種液體的霧沫夾帶問題。
但是，隨著催化研究的深入和催化工藝的發(fā)展，催化劑趨向于微?；?，催化劑的粒 徑只有40 60微米(參見《化學反應工程(第三版)》311頁，化學工業(yè)出版社)。發(fā)展的 淤漿床反應器對氣-液-固三相分離方法提出了新的要求，即不僅能完全捕捉回收被氣相 夾帶的微粒，尤其是固體催化劑微粒，而且同時能將這些回收的"液_固微粒"返回到反應 床層中。如果任隨催化劑不斷流失，就意味著催化過程的工況將不斷惡化，最終導致催化反 應過程被迫中斷；對此要求，現(xiàn)有的除沫器已顯然做不到。 此外，經實驗發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的除沫器的除沫效率不高，在一定條件下，折流板式除沫 器平均的除沫效率在70%左右，離心式除沫器平均的除沫效率在75%左右，絲網式除沫器 的除沫效率最高，平均也只有80%左右。這種除沫效率以及不能分離粒徑在40 60微米 的固體催化劑使現(xiàn)有的除沫器無法滿足現(xiàn)代淤漿床反應器持續(xù)操作的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，為符合現(xiàn)代淤漿床反應器的要求，提供 一種組合式氣_液_固三相分離的方法；本發(fā)明的另一 目的是，根據上述方法，提供一種 氣_液_固三相分離的裝置，其分離效率可達到99%以上，能滿足現(xiàn)代淤漿床類反應器持續(xù) 運作的要求，至少能保證淤漿床反應器可持續(xù)運作半年以上。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為 —種組合式氣-液-固三相分離的方法，采用集縮擴式、離心式、折流板式、絲網式 除沫器主要結構于一體的組合式氣_液_固三相分離裝置，在縮擴式除沫器的基礎上，在導 流筒的外端設置螺旋式導流板，在兩個錐形殼體構成的環(huán)隙中設置螺旋式導流罩，使夾帶 液_固微粒的氣相在環(huán)隙中增速的同時，作旋流運動，提高分離效率，經縮擴_旋流后的氣 相再折流進入下一個旋流通道，之后經再次折流，最后通過絲網式除沫層繼續(xù)分離，通過組合式氣_液_固三相分離裝置，氣相中的液_固夾帶物被回收，并返回反應器的液化層中。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為 —種組合式氣-液-固三相分離的裝置，含有反應器殼體、筒式折流罩、絲網層、導流筒和若干根肋，反應器殼體的上端設有筒式折流罩，筒式折流罩外側的上部設置有數(shù)個支撐肋，支撐肋的外圓弧線則與反應器殼體內表面的弧線相固接；在支撐肋的上部，在筒式折流罩與反應器殼體形成的環(huán)形通道的頂端設有絲網層；在筒式折流罩下端出口處設有數(shù)個支撐肋，通過支撐肋將筒式折流罩與其下方的導流筒連接成一體，其特征是，導流筒的下端面通過數(shù)個第二肋與上錐殼體的上端面固接，承載于上錐殼體上；導流筒的外端設有螺旋式導流板，導流筒通過螺旋式導流板與筒式折流罩的內表面連接；上錐殼體的下端面與環(huán)形擋板固接，環(huán)形擋板的外周與反應器殼體的內表面密封固接；在與環(huán)形擋板同一水平面上設有數(shù)根第三肋，第三肋與下錐殼體的上部固接，下錐殼體的下端通過第四肋固接在反應器殼體的內表面和回流管的內壁上；上錐殼體與下錐殼體的幾何尺寸相同，下端面和錐角相等，但是，上錐殼體的上端面是開放式的，下錐殼體的上端面是封閉式的，下錐殼體的上半部置于上錐殼體下端的空腔中，由上錐殼體和下錐殼體的斜面構成具有環(huán)隙空間的增速構件。 所述下錐殼體的錐體高度大于上錐殼體的錐體高度，因此，下錐殼體的上端面小于上錐殼體的上端面。 所述具有環(huán)隙空間的增速構件為一個錐環(huán)形通道，錐環(huán)形通道的截面積由下至上逐漸縮小。 所述具有環(huán)隙空間的增速構件，其由下錐殼體的外側錐面與上錐殼體的內側錐面構成環(huán)隙空間的垂直距離為5 9mm。 所述的下錐殼體通過第三肋與上錐殼體固接在一起，承載于上錐殼體下端面附近的反應器殼體上。 所述下錐殼體的外側設有螺旋式導流罩，使氣流通過錐環(huán)形通道增速的同時，轉
變成旋流，使進入導流筒中的數(shù)股氣流進行旋流碰撞、凝并、以及擴放減速。 本發(fā)明一種組合式氣_液_固三相分離的裝置的積極效果是 (1)提供了一種氣-液-固三相分離的裝置，其分離效率可達到99%以上，能滿足
現(xiàn)代淤漿床類反應器持續(xù)運作的要求； (2)運行可靠，至少能保證淤漿床反應器可持續(xù)運作半年以上； (3)本發(fā)明的方法可以滿足其它反應過程中需要高效回收夾帶物的要求。


附圖1為本發(fā)明一種組合式氣-液-固三相分離的裝置的結構示意圖； 附圖2為下錐殼體的正視結構圖； 附圖3為下錐殼體的俯視結構圖。 圖中的標號分別為 1、筒式折流罩， 2、絲網層， 3、支撐肋， 4、螺旋式導流板， 5、導流筒， 6、反應器殼體， 7、第二肋， 8、上錐殼體， 9、第三肋，
4
10、環(huán)形擋板， 11、下錐殼體， 111、下錐殼體的下端面， 112、下錐殼體的上端面，113、螺旋式導流罩， 12、第四肋，
13、回流管。
具體實施方式
以下結合附圖進一步闡述本發(fā)明的內容，并介紹本發(fā)明的具體實施方式
，但是，本發(fā)明不限于以下的實施方式。 依據本發(fā)明的方法采用集縮擴式、離心式、折流板式、絲網式除沫器主要結構于一體的組合式氣_液_固三相分離裝置，在縮擴式除沫器的基礎上，在兩個錐形殼體構成的環(huán)隙中設置數(shù)個螺旋式導流板，使夾帶液-固微粒的氣相(或稱氣流)在環(huán)隙中增速的同時，作旋流(或稱離心)運動，提高分離效率，經縮擴-旋流后的氣相再折流進入下一個旋流通道，之后經再次折流，最后通過絲網式除沫層繼續(xù)分離，通過組合式氣_液_固三相分離裝置，氣相中的液_固夾帶物99%以上被回收，并返回反應器的液化層中。
參見附圖l。 —種組合式氣-液-固三相分離的裝置，含有筒式折流罩l、絲網層2、螺旋式導流板4、導流筒5、上錐殼體8、環(huán)形擋板10、下錐殼體11和回流管13 ;在反應器殼體6的上端設有筒式折流罩l，筒式折流罩1的內徑為d3 = (0. 63 0. 70)D，其中D為反應器殼體6內徑，筒式折流罩1通過支撐肋3與導流筒5相固接，在筒式折流罩1的外側離上端面10厘米處沿周向設置4 6根支撐肋3，支撐肋3是徑相外周圓弧與反應器殼體6內表面的弧線相固接；在支撐肋3的上部，在筒式折流罩1與反應器殼體6形成的環(huán)形通道的頂端設有絲網層2，絲網層2為分離裝置的一個組成部分，其作用是可再一次被除去氣相中殘留的液_固微粒，通過絲網層2的氣相中基本上已不再夾帶有"液-固"微粒。
在筒式折流罩1下端出口處設有數(shù)個支撐肋3，通過支撐肋3將筒式折流罩1與其下方的導流筒5連接成一體，導流筒5的下端面通過2 4根第二肋7與上錐殼體8開放式的上端面固接，承載于上錐殼體8上；導流筒5的外端圓柱面上設有螺旋式導流板4，螺旋式導流板4有兩個功用其一是能使氣相通過旋流運動以進一步提高分離效率，其二是保持導流筒5的徑向穩(wěn)定；螺旋式導流板4的外圓弧線與筒式折流罩1相配合，導流筒5通過螺旋式導流板4與筒式折流罩1的內表面連接；上錐殼體8的下端面與環(huán)形擋板10固接，環(huán)形擋板10的外周與反應器殼體6的內表面密封固接；在與環(huán)形擋板10同一水平面上設有3 6根第三肋9，第三肋9的一端固接在下錐殼體11同一截面的錐面外側，另一端固接在上錐殼體8靠近下端的錐殼內側，使下錐殼體11與上錐殼體8連成一體。
下錐殼體11與上錐殼體8的幾何尺寸相同，下端面和錐角相等，但是，上錐殼體8的上端面是開放式的，下錐殼體的上端面112為封閉式的面板，其直徑為d，等于d?；虻扔赿2 ;下錐殼體11的上半部置于上錐殼體8下端的空腔中，由上錐殼體8和下錐殼體11的斜面構成具有錐形環(huán)隙的增速構件，這是一個錐環(huán)形通道，錐環(huán)形通道的截面積由下至上逐漸縮小，當氣相通過"錐環(huán)形通道"時，氣速在不斷的自動增速；下錐殼體11的外側錐面與上錐殼體8的內側錐面之間保持t二5 9mm的間距(垂直距離)；在下錐殼體ll外側面、上錐殼體8與下錐殼體11形成的錐形環(huán)隙中設有2 8個螺旋式導流罩113，螺旋式導流罩113可全部左旋或全部右旋，螺旋式導流罩113外側弧線的錐角a與上錐殼體8和下錐殼體11的錐角a保持一致，因此，螺旋式導流罩113的外側與上錐殼體8的內側面完全吻合，并借助它使上錐殼體8和下錐殼體11保持良好的同心度；螺旋式導流罩113能使上升氣流通過錐環(huán)形通道增速的同時，轉變成旋流，使進入導流筒5中的數(shù)股氣流進行旋流碰撞、凝并、以及擴放減速，這種將縮擴、旋流集于一體的方式能有效地提高分離效率(參見附圖2禾口 3)。 下錐殼體的下端面111直徑為(12，通過至少3個第四肋12固接在反應器殼體6的內表面和回流管13的內壁上；下錐殼體11的錐體高度大于上錐殼體8的錐體高度，因此，下錐殼體11的上端面112小于上錐殼體8的上端面。下錐殼體11通過第三肋9可與上錐殼體8固接在一起，承載于上錐殼體8下端面附近的反應器殼體6上。所述的回流管13至少設有一根回流管，其上端開口連接在環(huán)形擋板10的開口處，側面固接在反應器殼體6的內表面。 當反應器殼體6的內徑為D時，下錐殼體下端面111開放的直徑為d2 = (0. 77 0. 85)D，下錐殼體上端面112封閉的直徑為4，它等于導流筒5內徑4，或略小于導流筒5的直徑等于d。，所說的d。是指下錐殼體11延伸至上錐殼體8的上端面的同一水平位置上時的上端面直徑，此時4 = (0.42 0.47)D，d。 = d「2tcos(a/2)，其中t為上錐殼體8與下錐殼體11之間垂直間距，通常t在5 9mm范圍內選取，一般不宜小于5mm ; a為上錐殼體8和下錐殼體11的錐角，a = 60 90度，當a = 90度、t = 5mm時，則d。 = d「3力2t=[(0. 42 0. 47) D-8. 7]毫米。 上錐殼體8開放的下端面直徑為4，與下錐殼體的下端面111直徑保持一致，上錐殼體8的上端面與導流筒5固接，導流筒5的內直徑為& = (0. 42 0. 47)D，導流筒5的軸相長度^宜為直徑&的2倍左右，即^ " 2c^ ;筒式折流罩1的直徑為d3 = (0. 63 0. 70)D，軸向長度h3 = (1.5 2.0)d3。 以下提供本發(fā)明一種組合式氣_液_固三相分離的裝置的兩個具體實施例及兩個對比例。 實施例1 —種如上所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置，采用結構尺寸完全一致的上錐殼體8和下錐殼體11，當反應器殼體的內徑D = 475mm，其中d2 = 375mm， = d = 200mm，錐角a = 45度時，下椎殼體11的上部套入上錐殼體8內，兩錐面之間的垂直距離為5mm，借助4個均布設置在同一截面上的第三肋9定位固定，形成一個錐環(huán)形通道，在錐環(huán)形通道內均布設置4個螺旋式導流罩113，使進入錐環(huán)形通道內的氣相在前進中連續(xù)增速的同時形成4股旋流進入導流筒5內，使氣相中夾帶的液_固微粒相互間進行不斷的碰撞、黏附、凝并、長大；導流筒5的直徑= 200mm，導流筒5的軸向長度^ " 2c^ = 400mm ;筒式折流罩1的內徑d3 = 300mm，筒式折流罩1的軸向長度為1. 5d3 = 450mm ;筒式折流罩1的上端面高于導流筒5的上端口 100mm左右，并借助6根均布的支撐肋3固接在導流筒5外圓柱面的同一截面上，構成本發(fā)明的裝置的一個折流構件，在筒式折流罩1與導流筒5之間形成的環(huán)形空間通道中設有螺距為100mm的螺旋式導流板4，使氣相進入環(huán)形空間通道中在進行折流的同時，進行高速旋流運動，從而進一步提高氣相中液、固微粒去除率，即進一步提高分離效率，離開筒式折流罩1下端口的氣流又突然擴放減速，但仍然旋流的余威將其中凝并長大的液_固微粒甩向反應器殼體6與上錐殼體8的表面，聚集成大滴或液_固流后，自動流向回流管13，經回流管13返回反應器中，而氣相則折流返身向上，通過絲網層2進一步除去殘留的微量夾帶物后，繼續(xù)上升至反應器頂部，經物料出口 (圖中未示)，進入后續(xù)的數(shù)個旋風分離器中。 整個分離裝置通過上錐殼體8的下端面密封固接在環(huán)形擋板10上，環(huán)形擋板10的外圓又與反應器殼體6的內徑面密封固接，環(huán)形擋板10能穩(wěn)定的承載整個分離裝置的重 在溫度22(TC 26(TC，壓力0.2MPa，氣速(以空速計算)3 5cm/s的條件下進行實驗，催化床層中催化劑的裝填量為25Kg，工業(yè)石蠟油加入量亦為25Kg，催化劑的粒徑為50 ii m，反應器持續(xù)運作96個小時后停車，收集旋風分離器捕集到的A1203微粒，干燥后稱重為85g，每小時"催化劑"的平均流失量為0. 885g。
實施例2 —種組合式氣_液_固三相分離的裝置，除了下錐殼體11延伸使下錐殼體的上端面112與上錐殼體8的上端面持平外，其余結構均同實施例l，并在與實施例1相同的條件下進行實驗，反應器持續(xù)運作96小時后停車，收集旋風分離器中捕獲的A1203微粒，干燥后稱重為78g，略少于實施例l，這或許是由錐形縮擴旋流組合件的變化產生的效果，但從工程學的角度來看，也屬于實驗許可的誤差范圍，每小時"催化劑"的平均流失量為0. 813g。
對比例1 將本發(fā)明的組合式氣_液_固三相分離的裝置去除絲網層2、螺旋式導流板4和螺旋式導流罩113，其余結構均同實施例1，并在與實施例1相同的條件下進行實驗，反應器持續(xù)運作72小時后停車，收集旋風分離器中捕獲的A1^3微粒，干燥后稱重為4. 85Kg，相當于反應器中催化劑總量的19. 4%，已處于淤漿床反應器失效的邊緣，每小時"催化劑"的平均流失量為67. 4g，這樣的流失量相當于淤漿床反應器可持續(xù)運作數(shù)天。
對比例2 在淤漿床反應器中不設置任何分離裝置，其操作條件同實施例l，持續(xù)運作8小時后停車，收集旋風分離器中捕獲的A1203微粒，干燥后稱重為5410g ;流失量已超過催化劑總量的20% ，每小時"催化劑"的平均流失量為676g。 如果界定催化劑量流失達到總量的20%為影響催化床穩(wěn)定操作的必要條件，那么在無分離裝置的工況下，淤漿床僅能持續(xù)運作不足8個小時就要停車整修，這就是人們常說的淤漿床運作數(shù)個小時就要被迫終止操作的原因。
將對比例1與對比例2進行比較 對比例1每小時"催化劑"的平均流失量僅為對比例2每小時流失量的9. 9% ，換句話說，對比例1中的分離裝置將90. 1% "催化劑"截留了下來，亦可以理解為對比例1的分離裝置(由縮擴和折流結構相結合)的分離效率達到90. 1%。
將實施例1與對比例2進行比較 實施例1每小時"催化劑"的平均流失量為僅為對比例2每小時流失量的0. 0013倍，換句話說，實施例1所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置的分離效率達到99. 9%以上。將這樣的分離裝置設在淤漿床反應器上可持續(xù)運作5650個小時，即能持續(xù)運作235天，完全能滿足現(xiàn)代淤漿床反應器持續(xù)運作180天以上的要求。
將實施例2與對比例2進行比較
實施例2每小時"催化劑"的平均流失量為僅為對比例2每小時流失量的0. 0012倍，換句話說，實施例2所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置的分離效率達到99. 9%以上。這樣的分離裝置設在淤漿床反應器上可持續(xù)運作6150個小時以上，即可持續(xù)運作256天以上，完全能滿足現(xiàn)代淤漿床反應器持續(xù)運作180天以上的要求。 綜上所述，本發(fā)明完全達到了發(fā)明的目的，提供了一種分離效率可達到99 %以上、能滿足現(xiàn)代淤漿床類反應器持續(xù)運作的要求、至少能保證淤漿床反應器可持續(xù)運作半年以上的氣_液_固三相分離的裝置。
權利要求
一種組合式氣-液-固三相分離的方法，其特征在于，采用集縮擴式、離心式、折流板式、絲網式除沫器主要結構于一體的組合式氣-液-固三相分離裝置，在縮擴式除沫器的基礎上，在導流筒的外端設置螺旋式導流板，在兩個錐形殼體構成的環(huán)隙中設置螺旋式導流罩，使夾帶液-固微粒的氣相在環(huán)隙中增速的同時，作旋流運動，提高分離效率，經縮擴-旋流后的氣相再折流進入下一個旋流通道，之后經再次折流，最后通過絲網式除沫層繼續(xù)分離，通過組合式氣-液-固三相分離裝置，氣相中的液-固夾帶物被回收，并返回反應器的液化層中。
2. 根據權利要求1所述的方法設計的一種組合式氣_液_固三相分離的裝置，含有反 應器殼體(6)、筒式折流罩(1)、絲網層(2)、導流筒(5)和若干根肋，反應器殼體(6)的上端 設有筒式折流罩(l)，筒式折流罩(1)外側的上部設置有數(shù)個支撐肋(3)，支撐肋(3)的外 圓弧線則與反應器殼體(6)內表面的弧線相固接；在支撐肋(3)的上部，在筒式折流罩(1) 與反應器殼體(6)形成的環(huán)形通道的頂端設有絲網層(2);在筒式折流罩(1)下端出口處 設有數(shù)個支撐肋(3)，通過支撐肋(3)將筒式折流罩(1)與其下方的導流筒(5)連接成一 體，其特征在于導流筒(5)的下端面通過數(shù)個第二肋(7)與上錐殼體(8)的上端面固接， 承載于上錐殼體(8)上；導流筒(5)的外端設有螺旋式導流板(4)，導流筒(5)通過螺旋式 導流板(4)與筒式折流罩(1)的內表面連接；上錐殼體(8)的下端面與環(huán)形擋板(10)固接， 環(huán)形擋板(10)的外周與反應器殼體(6)的內表面密封固接；在與環(huán)形擋板(10)同一水平 面上設有第三肋(9)，第三肋(9)與下錐殼體(11)的上部固接，下錐殼體的下端(111)通過 第四肋(12)固接在反應器殼體(6)的內表面和回流管(13)的內壁上；上錐殼體(8)與下 錐殼體(11)的幾何尺寸相同，下端面和錐角相等，但，上錐殼體(8)的上端面是開放式的， 下錐殼體的上端面(112)是封閉式的，下錐殼體(11)的上半部置于上錐殼體(8)下端的空 腔中，由上錐殼體(8)和下錐殼體(11)的斜面構成具有環(huán)隙空間的增速構件。
3. 根據權利要求2所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置，其特征在于，所述下錐殼 體(11)的錐體高度大于上錐殼體(8)的錐體高度，因此，下錐殼體的上端面(112)小于上 錐殼體(8)的上端面。
4. 根據權利要求2所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置，其特征在于，所述具有環(huán) 隙空間的增速構件為一個錐環(huán)形通道，錐環(huán)形通道的截面積由下至上逐漸縮小。
5. 根據權利要求2或4所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置，其特征在于，所述具 有環(huán)隙空間的增速構件，其由下錐殼體(11)的外側錐面與上錐殼體(8)的內側錐面構成環(huán) 隙空間的垂直距離為5 9mm。
6. 根據權利要求2所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置，其特征在于，所述的下錐 殼體(11)通過第三肋(9)與上錐殼體(8)固接在一起，承載于上錐殼體(8)下端面附近的 反應器殼體(6)上。
7. 根據權利要求2所述的組合式氣_液_固三相分離的裝置，其特征在于，所述下錐殼 體(11)的外側設有螺旋式導流罩(113)，使氣流通過錐環(huán)形通道增速的同時，轉變成旋流， 使進入導流筒5中的數(shù)股氣流進行旋流碰撞、凝并、以及擴放減速。
全文摘要
一種組合式氣-液-固三相分離的方法，集縮擴式、離心式、折流板式、絲網式除沫器的主要結構于一體，在縮擴式的基礎上，在導流筒的外端設置螺旋式導流板，在兩個錐形殼體構成的環(huán)隙中設置螺旋式導流罩，使夾帶液-固微粒的氣相在環(huán)隙中增速的同時，作旋流運動，提高分離效率，經縮擴-旋流后的氣相再折流進入下一個旋流通道，之后經再次折流，最后通過絲網式除沫層繼續(xù)分離，通過組合式氣-液-固三相分離裝置，氣相中的液-固夾帶物被回收，并返回反應器的液化層中；根據該方法設計的裝置分離效率可達到99％以上，能滿足現(xiàn)代淤漿床類反應器持續(xù)運作180天以上的要求；本發(fā)明的方法甚至可以滿足其它反應過程中需要高效回收夾帶物的要求。
文檔編號B01J8/22GK101766935SQ20091004493
公開日2010年7月7日 申請日期2009年1月6日 優(yōu)先權日2009年1月6日
發(fā)明者孫豪義, 應衛(wèi)勇, 張麗娟, 張海濤, 房鼎業(yè), 李濤, 陳振, 魯豐樂 申請人:中國海洋石油總公司;中海油新能源投資有限責任公司;華東理工大學