[发明专利]磁性分离与动态沉降相结合用于费-托工艺过程

说明书

关于联邦资助的研究或开发的陈述

不适用。

发明背景

发明领域

总的来说，本发明涉及多相反应器流出物中包含的液体与固体颗粒的分离。更具体来说，本发明涉及用于分离液体与用于催化反应的催化剂颗粒的系统和方法。更加具体来说，本发明涉及将液体与具有磁性性质的固体颗粒分离开的可靠有效的手段。

相关技术描述

将液体与用于多相反应器中的固体催化剂材料分离开，对于许多工艺来说是头等重要的，并已经进行了大量研究。例如，催化剂-液体分离是用于费-托(Fischer-Tropsch)(在后文中称为FT)工艺过程的料浆类型反应器的应用中最关键的步骤之一。只有当这种分离有效时，这样的反应器的应用才能成功。分离技术典型包括沉降和过滤。此外，它们的组合也已经被提议。磁性分离作为独立的工艺已被提议。

错流过滤(Cross-flow filtration)是常用的方法。已经提出了温和的错流过滤，该方法宣称在过滤介质表面上形成的催化剂颗粒的滤饼，作为主要阻挡物防止固体通过过滤介质从而污染液体。例如，美国专利No.6,929,754公开了用于从费-托反应器中使用的料浆中移除蜡产物的固体/液体分离系统和方法。美国专利No.6,929,754的优选实施方案的特征在于，固体/液体分离系统通过将流体抽过由设置在基材上的滤饼构成的过滤介质，从料浆中移除液体产物。在优选实施方案中，滤饼是需要的，并执行了大部分过滤作用。

过滤方法的主要缺点是在使用过程中，过滤介质倾向于被催化剂的物理和化学磨耗产生的小颗粒阻塞或堵塞。过滤介质被设计成一定的微米等级，例如20微米，使得任何大于20微米的颗粒将被留在介质表面上。小于20微米的颗粒将穿行通过介质，并可离开或由于聚集、成形和其他因素而卡在过滤介质的孔中。尽管反洗方法可用于疏通介质，但随着运行的时间，反洗可变得效率降低，最终必须将过滤元件从系统中取出并更换。费-托催化剂、典型为铁基或钴基催化剂，易于磨耗。典型的新鲜催化剂颗粒在20微米到100微米的范围内。磨耗导致形成了尺寸小于20微米的颗粒，其中有些颗粒在亚微米尺寸范围。这些较小的颗粒可能阻塞或堵塞过滤介质，或改变滤饼的组成，使得过滤介质变得不可透过和被压实。压实的滤饼导致需要更高的跨介质压力降来使同样体积的液体通过滤器。这引起了恶性循环，即更高的压力降导致例如更压实的滤饼和/或介质堵塞，这将造成系统失效。

沉降是提出的另一种在FT工艺过程和其他多相反应器系统中从液体分离固体物质的方法。典型的沉降器有两种类型：垂直沉降器和倾斜沉降器(也称为斜板沉降器)。美国专利No.6,833,078公开了用于从费-托反应器使用的料浆中将液体产物与催化剂细粉分离开的固体/液体分离系统和方法。沉降系统连续或间歇地从料浆中移除催化剂细粉，并与从料浆中分离液体产物的催化剂/液体分离系统相偶联。

美国专利6,068,760公开了用于浆液费-托反应器的催化剂/蜡分离装置，使用该装置，通过将一部分反应器料浆进料到不需要任何泵的动态沉降器，将催化剂颗粒与费-托反应器中的蜡分离。当料浆流下沉降器中心的管道中时，料浆流入了位于沉降器底部的周围环形区域中。较重的催化剂颗粒沉降下来并被移除，同时沉降器底部的料浆被重新循环回到反应器。蜡在环形部分中上升，该净化的蜡通过蜡出口管排出。

在美国专利No.6,730,221中，Bohn等描述了一种方法，使用该方法，通过将一部分料浆进料到动态沉降器中，将催化剂颗粒从反应器浆液反应器的蜡中分离出来。较重的催化剂颗粒沉降并被移除，同时沉降器底部的料浆被重新循环回到反应器。净化的蜡在沉降器顶部排出。多通道挡板防止了湍流，增加了所需的较重催化剂颗粒的持留。

动态倾斜沉降器的设计使得它们比同样尺寸的垂直沉降器允许更高的液体移除速度。Odueyungbo等在2006年7月18日的美国专利No.7,078,439中，公开了用于从FT产物料浆中进行催化剂/烃产物分离的系统和方法。美国专利No.7,078,439中的优选实施方案，其特征在于分离系统使用了沉降室，它含有至少一个倾斜的通道，增强了颗粒在料浆中的沉降。倾斜的通道可以由选自管、管道、导管、片、浅盘、壁、板及其组合的结构提供。