專利名稱：動(dòng)態(tài)沉降器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將催化劑粉末懸浮于液體中的方法。
背景技術(shù)：
在淤漿反應(yīng)器中，例如，在氫氣與二氧化碳的混合物在粉末催化劑作用下反應(yīng)形成液態(tài)烴及蠟的淤漿反應(yīng)器中，淤漿通過連續(xù)或間歇地從反應(yīng)器中除掉蠟來保持恒定濃度。在蠟中的催化劑必須與淤漿分離，然后返回至反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中保持恒定的催化劑量。為了使催化劑損失保持在由于失活的置換速率內(nèi)，由系統(tǒng)中除去的蠟含有的催化劑必須不超過0.5重量％。
已經(jīng)建議了若干裝置用于從蠟中分離催化劑，包括離心機(jī)、渦流燒結(jié)金屬過濾器、絲網(wǎng)過濾器、以及磁性分離器。離心機(jī)不能將催化劑濃度降低至約1％以下，并且其是復(fù)雜的、昂貴的以及難以維修的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)燒結(jié)金屬和絲網(wǎng)過濾器不可逆地堵塞。磁性過濾器典型地不能加工含有超過0.5％固體的流體。
美國專利第6068760號公開了用于從反應(yīng)器淤漿中分離催化劑的動(dòng)態(tài)沉降器，在此將該文獻(xiàn)并入作為參考。該動(dòng)態(tài)沉降器提供了強(qiáng)于其他分離方法的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)(i)其不需要回洗，(ii)其連續(xù)運(yùn)行，(iii)其不要求昂貴的過濾介質(zhì)，(iv)其是相對簡單的及節(jié)省成本的，(v)其不會(huì)堵塞。然而，對于以高于0.25gpm的速率產(chǎn)生蠟的設(shè)備，沉降器的尺寸必須增加至自然對流開始具有副作用的點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)自然對流的浮力由于溫度差而上升。與此驅(qū)動(dòng)力和粘性減速力相關(guān)的的參數(shù)是格拉斯霍夫數(shù)(Grashofnumber)，其與直徑的立方成正比。因此，增加沉降器直徑大大地增加了自然對流的作用。在6至14英尺直徑的大型容器中用Fischer Tropsch淤漿進(jìn)行測試，顯示不可能通過沉降來分離催化劑和熔融蠟。此問題的解決方案是必須使用多個(gè)并聯(lián)的小沉降器，這使其很快就不能應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于分離蠟和催化劑的改進(jìn)裝置，其中相對干凈的蠟可由淤漿反應(yīng)器中除去，并且催化劑可返回至反應(yīng)器中，并且沒有機(jī)械泵的損耗。
另一個(gè)目的是防止在大規(guī)模動(dòng)態(tài)沉降器中的自然對流。
隨著本發(fā)明的進(jìn)一步描述，其他目的將變得明顯。
在本發(fā)明中，一部分含有蠟和催化劑的淤漿由反應(yīng)器中流入動(dòng)態(tài)沉降器，該動(dòng)態(tài)沉降器限定了一個(gè)封閉腔室。垂直的進(jìn)料管道向下延伸至該腔室中相當(dāng)大的距離，在該腔室的內(nèi)壁與進(jìn)料管道之間形成環(huán)形區(qū)域。位于沉降腔室底部的淤漿移出口將淤漿返回至反應(yīng)器中。在淤漿流過沉降器時(shí)，較重的催化劑顆粒沉降出來，并且在沉降器底部的淤漿反向循環(huán)至反應(yīng)器時(shí)被除去。澄清的蠟在環(huán)形區(qū)域上升并通過頂部的蠟出口管除去。
根據(jù)本發(fā)明，沉降器內(nèi)的環(huán)形區(qū)域基本上充滿了限定大量平行通道的擋板。通過使每個(gè)通道的橫截面充分小，減低了趨向于使催化劑顆粒懸浮于蠟中的自然對流。


圖1對應(yīng)于美國專利第6068760號中的圖1，說明了淤漿反應(yīng)器和相鄰的用于分離催化劑和蠟的動(dòng)態(tài)分離器。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)反應(yīng)器的垂直截面圖。
圖3是通過圖2中水平面3-3的截面圖。
圖4所述為沉降器及其管道。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的體系中，淤漿反應(yīng)器1(有時(shí)稱作鼓泡塔反應(yīng)器)中的三相混合物流入溢流管道2，隨后流入垂直分離管道3。在該氣體分離管道中的氣泡向上流入反應(yīng)器出口管道4。在該分離管道中，液相和固體催化劑顆粒向下流動(dòng)，進(jìn)入管道5，該管道5沿圓柱形動(dòng)態(tài)沉降器6延伸沉降器高度的約80％。淤漿作為流入沉降器出口孔的自由射流由管道5排出，然后經(jīng)由管道7返回至反應(yīng)器中。因?yàn)榇呋瘎╊w粒(其比蠟密實(shí)得多)為了在該環(huán)形區(qū)域向上流動(dòng)，必須倒轉(zhuǎn)方向，所以環(huán)繞管道5的環(huán)形區(qū)域8含有基本上無催化劑顆粒的蠟。位于沉降器6頂部的閥9控制由沉降器中除去的蠟的速度。通過沉降器中無氣體的淤漿和反應(yīng)器1中的氣泡流之間的液柱靜壓頭中的差異產(chǎn)生的自然循環(huán)，經(jīng)由沉降器的流動(dòng)得以保持。
在由淤漿中除去催化劑顆粒的過程中，裝置的功效部分歸因于來自管道5的射流的動(dòng)量。此動(dòng)量有以相對于由裝置中除去蠟的方向，將顆粒帶入管道7中。因此不僅通過重力，而且通過射流動(dòng)量使顆粒向下移動(dòng)。由于在射流和環(huán)繞射流之間的剪切層匯中的湍流，一些催化劑顆?？呻x開射流。如果這些顆?；旧蠆A帶在上升流中，并且他們足夠大，那么他們可通過重力分離。
環(huán)形管道8中蠟的上升速度影響了所除去的蠟的澄清所以較低的上升速度比較高的上升速度夾帶較少的顆粒，這是由于作用在顆粒上的曳力較低。所有的其他因素使相等的，大沉降器直徑將產(chǎn)生更好的結(jié)果(即較澄清的蠟)，這是因?yàn)樯仙俣葴p小，更多的催化劑顆粒將下落。
測試表明對于顆粒大于約6微米的催化劑，如果沉降器中的上升速度保持在最大為約30-60cm/hr，則可制備固含量低于0.5％的蠟。在許多應(yīng)用中，需要制備更加澄清的蠟，例如當(dāng)蠟需要經(jīng)進(jìn)一步加工如加氫處理時(shí)。為了將蠟中的固含量減低至低于0.5％，則需要磁性過濾器或類似裝置用于二次過濾。當(dāng)向此類裝置中加入含有高于0.5％固體的流體時(shí)，此類裝置將失效。因此，為了保持催化劑損失至足夠低的水平，并維持二次過濾器的功效，沉降器中的上升速度必須保持低于約60cm/h。對于高蠟產(chǎn)量的反應(yīng)器，此低上升速度的要求使得必須使用大直徑沉降器，其具有固有的自然對流問題。
本發(fā)明提供了具有內(nèi)部擋板的沉降器，內(nèi)部擋板將環(huán)形區(qū)域細(xì)分撐大量的小尺寸通道，使得單個(gè)得大直徑沉降器可用于高容量應(yīng)用中。圖3最好地說明了擋板結(jié)構(gòu)10，其優(yōu)選具有均勻的截面。
擋板可由金屬板制得，因?yàn)樗鼈儾皇墙Y(jié)構(gòu)性的并且不含有壓力。他們既可擠壓，也可彎曲，形成希望形狀的通道。優(yōu)選其為六邊形，因?yàn)槠溆行У靥畛洵h(huán)形區(qū)域，但也可使用但其他多邊形或圓形。圖3所示的擋板在4英尺直徑沉降器中具有111個(gè)六邊形單元。
在操作中，淤漿經(jīng)由入口管道引入主容器中(圖2)，該入口管道在由頂部至底部約80％處終止。內(nèi)部擋板結(jié)構(gòu)提供了兩個(gè)有利之處將工業(yè)規(guī)模的沉降器細(xì)分成小通道，減低了自然對流，并且表面積的增加促進(jìn)了沉降。流動(dòng)通道可由垂直傾斜，因?yàn)檫@通過縮短顆粒必須下降的垂直距離而增強(qiáng)了額外表面積的作用，同常稱為Lamella沉降。
在淤漿射流進(jìn)入沉降器時(shí)，如果可能，薄板流體(雷諾數(shù)遠(yuǎn)低于10000)應(yīng)保持在淤漿入口管道中，以使混合最小化。如果使用約4英寸內(nèi)徑的淤漿入口管道，在淤漿流速為約50gal/min時(shí)，雷諾數(shù)將為約6000。如果限定上升流速至60cm/hr，對于4英尺直徑的沉降器，澄清蠟的流速將為3gpm，并將與沉降器直徑的平方成比例地變化。淤漿進(jìn)料至沉降器的速度典型地為澄清蠟排出速度的10-20倍。
沉降器底部的形狀，即由圓柱部分至淤漿出口管道的過渡部分，可影響性能。容器直徑的突然降低將由于淤漿射流接近淤漿出口管道而促進(jìn)形成再循環(huán)單元。另外，催化劑顆粒將趨向于沉降并集中在近乎水平的表面上。因此，由主容器直徑到淤漿出口管道應(yīng)是逐漸的直徑變化。為此原因，并且由于生產(chǎn)工藝限制，優(yōu)選截頭圓錐體底部。
淤漿出口噴嘴大于淤漿入口噴管，以便當(dāng)淤漿射流離開沉降器時(shí)進(jìn)一步使再循環(huán)最小化。例如，四英寸入口管道可與六英寸出口協(xié)同使用。
使沉降器均勻受熱是重要的。均勻施加至外表面的蒸汽套或蒸汽盤管將確保容器內(nèi)的蠟維持均勻的高溫。此均勻高溫將進(jìn)一步降低自然對流的作用，并保持低的粘度以促進(jìn)分離。理論上，沉降器的全部內(nèi)容物將維持低于反應(yīng)器約10℃的溫度。此差額減少了容器中催化劑上的化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)明顯增加粘度。
圖4表明由反應(yīng)器供應(yīng)淤漿，淤漿返回到反應(yīng)器中，并且氣體由脫氣器返回至反應(yīng)器頭部。澄清蠟流量控制閥11如該圖右側(cè)所示。附加特征是對過程的最少中斷來清洗此閥的能力?？深A(yù)計(jì)到此澄清蠟將含有粉末催化劑及炭顆粒，并且這些顆?？删奂诔吻逑灴刂崎y內(nèi)，抑制準(zhǔn)確控制澄清蠟流動(dòng)的能力。圖4中所示的阻斷及清洗閥12、13、14、15容許清洗流體如油在運(yùn)行中、于任一方向受壓通過流體控制閥，而不會(huì)使清洗流體污染澄清蠟，而且最少中斷沉降器操作。為了清洗流量控制閥11，將閥12及13關(guān)閉，然后打開閥14及15以容許清洗流體在壓力下通過流量控制閥。
上述詳細(xì)說明僅用于說明。可對其作出許多改變而不偏離本發(fā)明的精神。特別是當(dāng)使用實(shí)施例描述在Fisher-Tropsch過程中使蠟澄清時(shí)，本發(fā)明也用于在其他類型過程中使蠟澄清。
權(quán)利要求
1.一種用于從反應(yīng)器淤漿的蠟中除去催化劑顆粒的動(dòng)態(tài)沉降器，所述沉降器包括容器，該容器的壁限定一個(gè)腔室，由上部進(jìn)入該容器并在容器壁與進(jìn)口管道之間限定環(huán)空體積的進(jìn)口管道，由下部進(jìn)入容器的淤漿再循環(huán)管道，在所述環(huán)空體積內(nèi)并完全占據(jù)該環(huán)空體積的多通道擋板，以及在所述擋板上方與所述環(huán)空體積相通的蠟移除管道，所述擋板將所述環(huán)空體積分為多個(gè)通道，這些通道的最大截面尺寸充分小，以便使自然對流最小化，從而促進(jìn)顆粒由淤漿中沉降。
2.如權(quán)利要求1的動(dòng)態(tài)沉降器，其中所述最大尺寸約為4英寸。
3.如權(quán)利要求1的動(dòng)態(tài)沉降器，其中基本上所有的所述通道都具有相同的截面形狀及大小。
4.如權(quán)利要求3的動(dòng)態(tài)沉降器，其中所述截面形狀為六邊形。
5.如權(quán)利要求3的動(dòng)態(tài)沉降器，其中所述截面形狀為圓形。
6.如權(quán)利要求1的動(dòng)態(tài)沉降器，其中選擇所述最大尺寸，產(chǎn)生小于10000的雷諾數(shù)。
7.如權(quán)利要求1的動(dòng)態(tài)沉降器，其還包括在蠟出口管道處的流量控制閥、以及在流量控制閥每側(cè)的阻斷及清洗閥，在蠟流體被阻斷時(shí)清洗流體由所述流量控制閥流過，由此清洗該閥。
8.一種用于從反應(yīng)器淤漿的蠟中除去催化劑顆粒的方法，所述方法包括以下步驟使所述淤漿流過具有限定一個(gè)腔室的壁的容器、由上部進(jìn)入該容器并在容器壁與進(jìn)口管道之間限定環(huán)空體積的進(jìn)口管道、由下部進(jìn)入容器的淤漿再循環(huán)管道、在所述環(huán)空體積內(nèi)并完全占據(jù)該環(huán)空體積的多通道擋板、以及在所述擋板上方與所述環(huán)空體積相通的蠟移除管道，所述擋板在使擋板內(nèi)的自然對流最小化、從而促進(jìn)顆粒由淤漿中沉降的工藝條件下將所述環(huán)空體積分為多個(gè)通道。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中基本上所有的所述通道都具有相同的截面形狀及大小。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述截面形狀為六邊形。
11.如權(quán)利要求9的方法，其中所述截面形狀為圓形。
12.如權(quán)利要求9的方法，其中所述截面形狀的最大尺寸約為4英寸。
13.如權(quán)利要求8的方法，其中選擇所述工藝條件，在所述擋板內(nèi)產(chǎn)生小于10000的雷諾數(shù)。
全文摘要
通過將部分反應(yīng)器淤漿加到動(dòng)態(tài)沉降器中使催化劑顆粒與淤漿中的蠟分離。在沉降器底部的淤漿循環(huán)回到反應(yīng)器中時(shí)，較重的催化劑顆粒沉降并除去。澄清蠟在反應(yīng)器頂部除去。多通道擋板防止渦流，促進(jìn)保留所希望的較重催化劑顆粒。
文檔編號C10G2/00GK1551792SQ02810975
公開日2004年12月1日 申請日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月29日
發(fā)明者馬克·S.·博恩, 馬克 S. 博恩, E. 西亞巴斯, 詹姆士·E.·西亞巴斯 申請人:瑞恩泰克公司