專利名稱：用于漿料反應(yīng)器的產(chǎn)物過濾系統(tǒng)的制作方法
用于漿料反應(yīng)器的產(chǎn)物過濾系統(tǒng)本發(fā)明涉及用于漿料反應(yīng)器的過濾器系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及用于在具有過濾器失效檢測裝置的三相漿料反應(yīng)器中將固體催化劑顆粒和液體烴分離的過濾器系統(tǒng)。三相漿料方法是本領(lǐng)域中已知的。這些方法是高度放熱的催化反應(yīng)?；旧?，三相包括這樣的液相，其中固體催化劑顆粒由通過液相鼓泡的氣相分散在其中。典型的三相漿料方法是費-托烴合成方法，其中合成氣(例如氫和一氧化碳的混合物)與分散在烴液體中的催化劑接觸。所使用的催化劑經(jīng)常是負(fù)載在催化劑載體上的第VIII族金屬催化劑。 大部分以這種方法處理的烴在反應(yīng)條件下是液體，需要從漿料反應(yīng)器中移出以進(jìn)行進(jìn)一步處理和升級之所希望的最終產(chǎn)物。在實施三相漿料方法、例如費-托烴合成方法時，重要的是保證反應(yīng)容器中的催化劑和液體的量基本恒定。因此，需要能夠?qū)⒋呋瘎┖鸵后w產(chǎn)物分離并將液體產(chǎn)物從反應(yīng)器移出。已經(jīng)提出了多種從三相漿料反應(yīng)器分離液體、特別是費-托反應(yīng)產(chǎn)生的液體烴反應(yīng)產(chǎn)物的過濾方案。其中一些涉及使用位于漿料反應(yīng)器中的過濾器元件。這些的例子包括美國專利 5599849，W02005/084791 和美國專利公開 2001/0039298A1 和 2002/0128330A1。其他方案涉及使用外部過濾器系統(tǒng)。這些的例子包括美國專利57706 和美國專利公開 2003/023^94Α1?？梢杂糜跐{料反應(yīng)器內(nèi)或外的過濾系統(tǒng)的例子包括美國專利5811469和美國專利公開 2004/0235966A1。例如如上所述的過濾系統(tǒng)的一個問題是催化劑顆粒在過濾器上的累積，其導(dǎo)致過濾速度的下降。通常催化劑的累積通過過濾器元件的定期反沖洗(backflushing)除去。因此例如將一個用于定期反沖洗的沖擊容器通過共用的導(dǎo)管連接到一個或多個過濾器元件的序列上?？梢蕴峁╅y，例如如美國專利5599849所述，以將各個過濾器元件序列與公用導(dǎo)管隔離。這允許一次沖洗一個單獨的過濾器元件序列。以上文獻(xiàn)沒有解決的一個關(guān)鍵問題是需要針對位于反應(yīng)器中的許多過濾器元件或管道連接的任何潛在機(jī)械失效保護(hù)下游設(shè)備。在大的反應(yīng)器中，有數(shù)以千計的過濾器元件，使得實際上不能在長時間運轉(zhuǎn)中保證完全的系統(tǒng)完整性。結(jié)果，過濾器系統(tǒng)中甚至小的泄漏也將導(dǎo)致產(chǎn)物質(zhì)量嚴(yán)重降低和下游加工設(shè)備性能損失。為處理過濾器元件失效而提出的解決方案中的一個是在每一主過濾器元件中安裝小過濾器篩網(wǎng)，如果元件失效，固體堵塞篩網(wǎng)，由此避免催化劑大量損失至下游管線和設(shè)備中。但是，這一方案不能針對反應(yīng)器中的連接和管線失效提供保護(hù)。另外，篩網(wǎng)位于反沖洗的流徑中，因此可能降低反沖洗操作的有效性。最后，篩網(wǎng)在操作過程中將無法被觸及以進(jìn)行維護(hù)。由此，存在著對這樣的用于漿料反應(yīng)器的過濾系統(tǒng)的需求，該過濾系統(tǒng)改善多個過濾器的反沖洗的有效性，并且為下游設(shè)備提供針對漿料反應(yīng)器內(nèi)過濾器元件或管線潛在機(jī)械失效的失效檢測和保護(hù)。發(fā)明概述本發(fā)明提供了用于三相漿料反應(yīng)器的過濾器系統(tǒng)。該過濾器系統(tǒng)包括用于從反應(yīng)器中的液體和固體中分離液體的多個過濾器元件的一個或多個束(bundle)。過濾器元件的每一個束可操作地通過一個或多個填充室(plenum)與流體收集導(dǎo)管連接。每一個束的流體收集導(dǎo)管與通向反應(yīng)器外的輸送導(dǎo)管連接從而從反應(yīng)器移出分離的液體以輸送到下游位置。每一輸送導(dǎo)管可操作地與過濾器元件的反沖洗裝置連接。每一輸送導(dǎo)管還裝有保護(hù)過濾器。保護(hù)過濾器作為失效檢測裝置和在任何過濾器元件失效時對下游設(shè)備的保護(hù)裝置操作。附圖簡述

圖1是本發(fā)明的漿料反應(yīng)器過濾系統(tǒng)的示意圖。圖2是適合用于本發(fā)明的系統(tǒng)的過濾器束的示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明的過濾系統(tǒng)特別適合用于任何三相漿料反應(yīng)器。但是，為了方便起見，本文僅具體關(guān)于費-托(F-T)三相漿料反應(yīng)器烴合成(HCS)系統(tǒng)進(jìn)行描述。在F-T漿料HCS方法中，將包含H2和CO的合成氣鼓泡進(jìn)入在其中將其主要催化轉(zhuǎn)化為液體烴的反應(yīng)器漿料。H2和CO的摩爾比可以為約0. 5至4，但是通常為約0. 7至約 2. 5。反應(yīng)器中的漿料液體包含在反應(yīng)條件下為液體的HCS過程的烴產(chǎn)物。漿料中的溫度和壓力可以在寬范圍內(nèi)變化，取決于所使用的特定的催化劑和所希望的產(chǎn)物。典型的使用含鈷催化劑的、有效產(chǎn)生主要為C5-C200鏈烷烴的條件包括例如在約 320° F 至約 600° F(160°C至 315°C)、80 至 600psi(5. 4 至 41 巴表壓)和 100 至 40000V/ hr/V (分別以每小時每體積催化劑氣體CO和H2混合物的標(biāo)準(zhǔn)體積(0°C，latm)表示)的溫度、壓力和氣時空速。通常，基于液體和催化劑固體的總重量，漿料含有約10重量％至約70重量％的催化劑固體和更通常地約30重量％至約60重量％的催化劑固體。催化劑固體的尺寸可以為 1至高達(dá)200微米。通常包含與氧化鈦復(fù)合或負(fù)載在氧化鈦上的鈷的催化劑的平均顆粒度為約60微米。為了維持反應(yīng)器內(nèi)的穩(wěn)定狀態(tài)條件，反應(yīng)器中的催化劑的量應(yīng)保持恒定，并且需要將液體產(chǎn)物以等于產(chǎn)生速度的速度移出。本發(fā)明的過濾系統(tǒng)特別適用于從催化劑顆粒中有效分離液體產(chǎn)物并將分離的液體從漿料反應(yīng)器中移出。參見圖1，為三相漿料HCS反應(yīng)器10提供用于導(dǎo)入合成氣的入口 11和用于移出蒸氣的出口 12。為了方便起見，僅顯示了兩個過濾器束15和15，，每一個均具有多個過濾器元件25。過濾器束的實際數(shù)量可以根據(jù)反應(yīng)器幾何學(xué)、產(chǎn)生速度、設(shè)計過濾器通量和所希望的運轉(zhuǎn)周期而變化。在典型的設(shè)計中，每個反應(yīng)器可以有10至60個過濾器束，每個過濾器束含有10至60個過濾器元件。通過過濾器束的過濾器元件25將液體烴產(chǎn)物14和反應(yīng)器10中的催化劑顆粒分離。每個過濾器束，例如15和15’，與用于輸送稱為濾出液的液體產(chǎn)物的、顯示為16和 16’的輸送導(dǎo)管連接，從而將濾出液輸送到概括稱為17的下游位置。下游位置可以包括用于升級產(chǎn)物的加工設(shè)備、儲存容器等。每一濾出液導(dǎo)管(參見導(dǎo)管16)均在導(dǎo)管內(nèi)裝有保護(hù)過濾器18，其分別位于兩個閥19和20之間。閥19控制將濾出液通過導(dǎo)管16移出的時間和速度，并且閥19和20允許在需要取出和維護(hù)過濾器時隔離保護(hù)過濾器18。通過調(diào)整閥19控制從反應(yīng)器10移出產(chǎn)物的速度以與液體產(chǎn)生速度達(dá)到平衡?？刂泼恳粚?dǎo)管和過濾器束的組的流速以使得每一過濾器束以相同的移出通量運行，從而避免可能加速過濾器積垢和縮短過濾器壽命的流動不平衡。如所示，反沖洗流體的源通過導(dǎo)管02)和閥03)可操作地連接到在過濾器元件和閥19之間的每一濾出液導(dǎo)管(見導(dǎo)管16)。每一過濾器束(15、15’ )包含的過濾器元件25可以由任何設(shè)計為可以耐受反應(yīng)器環(huán)境中經(jīng)歷的升高的溫度和壓力水平的材料構(gòu)成，所述材料包括多孔燒結(jié)金屬、絲纏繞 (wire wound)過濾器或其他現(xiàn)有技術(shù)中的類型。在圖2所示的優(yōu)選實施方案中，過濾器束 15包含具有多個垂直放置的、連接到填充室M的拉長的過濾器元件25的填充室24。過濾器元件25是中空的，并且對填充室M開放。填充室M同濾出液導(dǎo)管觀連接并最終連接至濾出液移出導(dǎo)管16。過濾器元件25對于通過漿料流體是多孔的但是不會允許催化劑固體通過。過濾元件25的過濾器表面可以被制成螺旋纏繞(spirally wound)的或直絲楔入 (straight wire wedge)的等。但是優(yōu)選過濾器元件25由燒結(jié)金屬制成。燒結(jié)金屬過濾器的一個關(guān)鍵特性是過濾器中的有效孔尺寸，其可以用平均、最小和最大孔尺寸表述?？壮叽缈梢酝ㄟ^多種方法確定，例如ASTM-E1294。元件孔尺寸的選擇取決于希望除去的固體的顆粒度。例如，對于具有60um平均顆粒直徑，以及20至120um顆粒度范圍的固體，優(yōu)選平均孔尺寸約0. 2至5微米、更優(yōu)選約0. 2至2微米的過濾器元件25。經(jīng)驗顯示，當(dāng)用于從含有約20至120微米顆粒度分布的費-托催化劑的漿料中移出液體時，平均孔尺寸0. 5微米的過濾器元件將提供實際上完全無固體的濾出液再次參看圖1，液體產(chǎn)物通過束15中的過濾器元件從催化劑固體中除去(此時閥 19和20打開)，并通過導(dǎo)管16輸送到下游位置17。當(dāng)通過過濾器束15的流變得受到阻擋時，需要從過濾器元件25外面除去催化劑固體。為了清理過濾器，關(guān)閉閥19，并且快速打開閥(quick-opening valve) 23被脈沖沖擊，允許來自源21的反沖洗流體的流通過過濾器流回反應(yīng)器中，由此除去積累在過濾器元件25上的固體。反沖洗液體可以為加壓氣體或清潔液體。在一個優(yōu)選的實施方案中，反沖洗液體是通過濾出液去除導(dǎo)管16收集的清潔產(chǎn)物濾出液的一部分。另外，如圖1所示，可以在每一濾出液去除導(dǎo)管16中提供保護(hù)過濾器18，以檢測過濾器或管道失效并針對來自反應(yīng)器的催化劑顆粒的突然釋放保護(hù)下游設(shè)備，如果反應(yīng)器10 中的催化劑元件或管道連接失效的話。每一保護(hù)過濾器18優(yōu)選包括測量壓力下降的裝置以測量保護(hù)過濾器兩側(cè)的壓力下降，例如壓差傳感器。在實施本發(fā)明時，保護(hù)過濾器18的平均孔尺寸為反應(yīng)漿料中的催化劑顆粒的平均顆粒直徑的約0. 25至約2倍。例如，對于含平均顆粒直徑60um的費-托催化劑的漿料， 優(yōu)選平均孔直徑為15至120um。換而言之，保護(hù)過濾器18將具有過濾器元件的平均孔直徑的約100倍的平均孔直徑。本發(fā)明的過濾系統(tǒng)，除了具備以上所述優(yōu)點外，還具有其他優(yōu)點，例如(1)小孔尺寸過濾器元件意味著基本不含固體的濾出液。保護(hù)過濾器被設(shè)計為具有大孔，由此使必須提供的保護(hù)過濾器面積最小化并減小保護(hù)過濾器中痕量固體長期積
累ο(2)提供小孔過濾器元件和大孔保護(hù)過濾器允許了成本有效的方法以提供針對多個平行產(chǎn)物取出管線中的嚴(yán)重的擾動的保護(hù)過濾器。(3)本發(fā)明優(yōu)化了管道布局以通過使用多個可隔離的連接并且同時在同一管道內(nèi)安裝保護(hù)過濾器來改善反沖洗有效性。(4)多個過濾器束和多個平行產(chǎn)物管線的使用提供了高效的設(shè)計，并允許在一個或多個束或元件堵塞或失效的情況下繼續(xù)反應(yīng)操作。其他有點對于本發(fā)明技術(shù)人員而言顯而易見。
權(quán)利要求
1.用于三相漿料方法的過濾器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于實施三相漿料方法的反應(yīng)器；一個或多個多個過濾器元件的束，位于反應(yīng)器內(nèi)，用于將包含在反應(yīng)器中的催化劑固體和液體產(chǎn)物分離；每一個過濾器元件的束與流體收集導(dǎo)管通過一個或多個填充室可操作地連接； 每一收集導(dǎo)管連接至產(chǎn)物輸送導(dǎo)管以從反應(yīng)器中除去分離的液體產(chǎn)物并輸送到下游位置；用于每一產(chǎn)物導(dǎo)管的閥裝置，用于將流體收集導(dǎo)管和過濾器元件與下游位置隔離開來；可操作地連接到每一產(chǎn)物導(dǎo)管的裝置，用于定期通過過濾器元件引入反沖洗流體至反應(yīng)器中；和在每一產(chǎn)物導(dǎo)管中的、在閥裝置下游的保護(hù)過濾器，用于隔離流體收集導(dǎo)管和過濾器元件。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中反沖洗裝置的位置使得反沖洗流體不流過保護(hù)過濾器。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中反沖洗裝置包括用于將反沖洗流體的脈動流引入過濾器元件的快速開/關(guān)閥。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中每一過濾器束包括多個平均孔直徑為約0.2至約5微米的燒結(jié)金屬過濾器元件。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中保護(hù)過濾器具有反應(yīng)器漿料中固體的平均孔直徑的約0.25 至2. 0倍的平均孔直徑。
6.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中每一過濾器元件包括多個孔尺寸為約0.2至約2微米的燒結(jié)金屬過濾器元件。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中每一保護(hù)過濾器具有過濾器元件孔直徑的約100倍的平均孔直徑。
8.—種三相漿料方法，其中液體產(chǎn)物由通過位于漿料反應(yīng)器中的一個或多個過濾器束的過濾與催化劑固體分離，其中每一過濾器束包括多個過濾器元件并且其中將分離的液體產(chǎn)物通過產(chǎn)物導(dǎo)管輸送到下游位置，其特征在于所述方法包括為每一過濾器束提供分開的產(chǎn)物導(dǎo)管；在反應(yīng)器外和在下游位置之前在每一產(chǎn)物導(dǎo)管內(nèi)提供用于檢測過濾器元件的失效和用于在過濾器元件失效時保護(hù)下游設(shè)備的保護(hù)過濾器，所述保護(hù)過濾器包括測量保護(hù)過濾器兩側(cè)壓力下降的裝置；在每一產(chǎn)物導(dǎo)管內(nèi)提供閥裝置，用于任選地將過濾器束或保護(hù)過濾器隔離；和為每一產(chǎn)物導(dǎo)管提供反沖洗裝置，用于在需要時反沖洗過濾器元件。
9.權(quán)利要求8的方法，其中每一過濾器元件包含燒結(jié)金屬過濾器元件，其孔尺寸為約 0. 5至約5微米，并且每一保護(hù)過濾器的平均孔直徑為漿料固體的平均顆粒直徑的約0. 25 至2倍。
10.將費-托漿料床反應(yīng)器中的催化劑固體與液體烴產(chǎn)物分離并將液體烴產(chǎn)物輸送至位于所述反應(yīng)器外并且位于所述反應(yīng)器下游的某一點的方法，該方法包括(a)在所述反應(yīng)器內(nèi)提供一個或多個包含多個過濾器元件的過濾器束，所述過濾器元件對液體產(chǎn)物是多孔的并且不會允許催化劑固體通過，其中每一過濾器束的過濾器元件通過一個或多個填充室可操作地連接至流體收集導(dǎo)管，并且每一收集導(dǎo)管連接至與位于所述反應(yīng)器外并且位于所述反應(yīng)器下游的所述點相連接的產(chǎn)物輸送導(dǎo)管；位于所述反應(yīng)器外的每一所述產(chǎn)物導(dǎo)管內(nèi)的保護(hù)過濾器裝置，所述保護(hù)過濾器裝置的平均孔直徑為漿料固體的平均顆粒直徑的約0. 25至2倍；(b)將部分漿料液體相通過過濾器元件輸送并進(jìn)入所述產(chǎn)物導(dǎo)管，由此將催化劑固體和液體產(chǎn)物分離；和(c)將分離的液體產(chǎn)物在所述產(chǎn)物導(dǎo)管中輸送通過所述保護(hù)過濾器至所述點。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述過濾器介質(zhì)的平均孔直徑為約0.5至約5微米。
12.權(quán)利要求11的方法，其中每一產(chǎn)物導(dǎo)管都具有反沖洗流體入口，并且當(dāng)來自任何一個過濾器束的產(chǎn)物液體的流動被減少至預(yù)訂的速度時，(a)停止使液體通過過濾器束；(b)將反沖洗流體通過反沖洗流體入口，從而除去過濾器元件上的催化劑固體；(c)停止引入反沖洗流體；和(d)繼續(xù)使流體通過過濾器束。
13.權(quán)利要求12的方法，其中步驟(b)中引入的反沖洗流體以脈沖形式引入。
14.一種用于針對由多個位于三相漿料反應(yīng)器中的過濾器束中的任何一個的潛在失效所導(dǎo)致的固體污染保護(hù)下游處理設(shè)備的方法，所述方法包括為每一個所述過濾器束提供分開的可隔離的導(dǎo)管，用于輸送液體產(chǎn)物通過過濾器元件至下游加工設(shè)備；和在位于漿料反應(yīng)器外的位置為每一個所述導(dǎo)管提供保護(hù)過濾器，其中所述保護(hù)過濾器將在過濾器元件失效時保護(hù)下游設(shè)備。
全文摘要
提供了用于三相漿料反應(yīng)器中的過濾器系統(tǒng)。該過濾器系統(tǒng)包括一個或多個多個過濾器元件的過濾器束，用于從包含在反應(yīng)器中的液體和固體的混合物中分離液體。每一過濾器束連接至產(chǎn)物輸送導(dǎo)管以輸送液體至處于反應(yīng)器外和反應(yīng)器下游的某一位置。輸送導(dǎo)管具有用于反沖洗過濾器束的反沖洗裝置和保護(hù)過濾器裝置。
文檔編號B01D29/00GK102264447SQ200980152160
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者D·C·朗, D·G·哈蒙德, M·常, P·K·拉德維格 申請人:埃克森美孚研究工程公司