[发明专利]用于费-托过程的集成式多步固/液分离系统

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

技术领域

总的来说，本发明涉及分离液体与具有磁性性质的固体粒子。具体来说，本系统和方法可用于分离液体与固体催化剂粒子，并可应用于其中催化剂包含具有磁性性质的固体的多相催化反应器。这样的多相催化反应器可以是费-托(Fischer-Tropsch)合成过程的费-托(FT)反应器。

发明背景

已经提出了几种用于在费-托过程/反应器系统中分离液体和固体的方法。这些方法包括沉降、过滤及其组合。也已提出单用磁性分离。典型地，使用初级分离和次级分离，其中初级分离除去较大固体，次级分离除去较小固体。初级分离器和次级分离器二者都可以是沉降器。初级沉降器可以是动态沉降器。在某些应用中，初级分离器是横流(cross-flow)过滤装置。次级分离器按照惯例是横流过滤装置、或沉降器。

沉降是用于分离固体与液体的一种方法，并可以应用在费-托过程/反应器系统中。沉降器可以是垂直类型的，或可以是倾斜沉降器。参见例如美国专利No.6,068,760、6,712,982和7,078,439。倾斜沉降器，也称为斜板型(lamella type)沉降器，与同样尺寸的垂直沉降器相比可以允许更高的液体移除速率。这种沉降器的设计是基于粒子沉降速度高度依赖于粒子直径。因此，一旦沉降器设计后，即获得特定直径或更大粒子的沉降。如果磨蚀等减小了粒子尺寸，这些粒子可随着液体离开沉降器，从而污染液体。在费-托过程中，当催化剂粒子离开反应器时，粒子不仅污染液体产物，而且也降低反应器中的催化剂存量。这两种事件都不利于所述过程的经济学。

费-托催化剂典型为铁基或钴基的，其易于磨蚀。典型的新鲜催化剂粒子的尺寸在20-100微米范围内。磨蚀可以导致形成尺寸小于20微米的粒子；在某些应用中，粒子尺寸甚至可达到亚微米级。这些较小的粒子倾向于堵塞过滤器介质和/或改变过滤器介质上滤饼的特性，从而压实过滤器，可能使其变得基本上不可透过。过滤透过压实物需要跨过过滤介质的压降更高才能获得同样量的液体滤液。这导致了恶性循环，即较高的压降产生更加压实的滤饼和/或介质堵塞，其最终可能使系统失效。

横流过滤是最广泛使用的分离方法之一。横流过滤描述在例如美国专利No.6,929,754和6,833,078中。在某些应用中，利用了“温和的”横流过滤方法。通过这种方法，在过滤器介质表面上形成了催化剂粒子的“滤饼”，并且该滤饼作为主要阻挡物阻止固体通过过滤器介质并污染液体。然而，这种方法的一些缺点是在介质使用过程中，过滤器介质通常易于被可能因物理和/或化学磨蚀而存在的小粒子堵塞。过滤器介质被设计成用于某一额定微米值。例如，额定微米值为20微米时，大于20微米的粒子理论上将持留在介质表面上。小于20微米的粒子可以移动通过介质并离开，或可能由于团集作用、形状和/或其他因素而黏着在过滤器介质的孔中。即使可以使用反洗方法尝试疏通介质，介质也可能随着运转时间而变得失效。最终，必须从系统中取出过滤器元件并更换。

较小粒子，例如小于20微米、主要是小于10微米以及可能小于1微米的粒子，倾向于使费-托过程中用于分离液体和固体的“温和的”横流过滤过程失效。这些较小的粒子也致使单用沉降来分离粒子与液体变得非常困难。沉降设备趋向于变大，因此在经济上不实用。