[发明专利]一种使用绝缘金属珠的电固液分离器

说明书

本发明公开了一种使用绝缘金属珠的电固液分离器，带有一个分离器容器，分离器容器一侧设有一个液体入口，另一侧设有一个液体出口，容器内部沿中轴线设置一个电极，与电源进行电连接，不同多个高介电常数的珠子在容器内排列形成过滤床，并填充在电极四周。电极为第一个极性，容器为第二个极性。一个固液分离循环，包括以下步骤，实现分离出液体中所含固体颗粒：1)给容器内的电极通电，使电极和容器具有相反极性；2)液体流过珠子之间的通道，由于电场产生的电力，将液体中所含固体颗粒留在珠子上。本发明的有益效果是，通过使用具有较高介电常数的介质，及特殊排列形成的非均匀电场用以生成电场梯度，最终产生更强的介电泳力，实现固液分离。

技术领域

本发明涉及一种运用于分离液体中固体颗粒的技术领域中的装置和方法，尤其是一种使用绝缘金属珠的电固液分离器。

背景技术

脱除重油流中的微米颗粒或亚微米颗粒一直以来是一项行业性的挑战。在诸多充满挑战的例子中，一个例子是从催化裂化(FCC)的油浆中脱除催化剂颗粉。油浆催化裂化(FCC)工艺广泛应用于炼油厂，用于将石油原油的高沸点、高分子量烃馏分转化为更有价值的汽油、烯烃气体及其它产品的更小的分子链。最常用的催化剂是由硅酸铝基本颗粒构成的固体沙状细粉。在催化裂化后，催化裂化装置底部仍有较小比例(2％-9％)的长链烃原料油未被破碎，被称作催化裂化油浆。这种催化裂化残油或油浆含有大约1000ppm～10,000ppm的高浓度催化剂颗粒。因此，脱除油浆中的催化剂颗粒能够提高重油的等级水平与经济价值。

人们曾考虑运用多种基于电气理论的装置或方法来脱除油浆中的催化剂。电过滤器或静电分离法由于脱除效率较高，曾广泛应用于炼油厂的生产工序中。这些类型静电分离器的例子在Fritsche等人的第3,928,158号和第5,308,586号美国专利中有所描述，被归类为静电玻璃珠过滤床分离器。实际应用中，静电玻璃珠过滤床分离器在空心圆柱体容器内设有一个中心电极和一个圆柱形电极，空心容器内装有大量玻璃珠，形成一个玻璃珠过滤床。一个高电位梯度通过整个玻璃珠过滤床在中心电极于圆柱形壳体之间提供。如第3,928,158号美国专利中所描述，要想有效脱除液体中的固体颗粒杂质，就必须使用电阻率高于待过滤液体电阻率的的玻璃珠。因此，可以使用玻璃珠，尤其是普通钠钙玻璃珠。相比于使用含有氧化钠的钠钙玻璃珠，Fritsche等人的第5,308,586号美国专利中则采用钾玻璃珠代替钠钙玻璃珠。钾玻璃珠也具有较高的电阻率，同钠钙玻璃珠作为过滤床相比较，使用钾玻璃珠作为过滤床的静电分离器提高了脱除固体颗粒杂质的效率。当油浆流过玻璃珠之间的间隙空间时，催化剂和其它固体颗粒杂质被吸附在玻璃珠表面，从而提高了油浆的纯度。作用于液体中电荷中性粒子的电分离力主要归功于介电泳和电泳理论。由于主要应用于带电粒子，且电泳力只有在某些特殊条件下发生，所以曾被忽略。一种似乎可信的解释电分离力的理论是介电泳或“DEP”。二十世纪五十年代，美国物理化学家Pohl(波尔)首次采用独特的机电分离法在施加电场梯度条件下脱除流体介质中的悬浮颗粒。在一个均匀电场中，作用于电荷中性粒子的电场力为零或无穷小。现实世界中，由于电场线之间不平行和/或间隔不均匀，电场通常为非均匀电场。电场线间隔范围可能从疏到密排列，反映出不同的电场强度(电场线间隔越密，则电场强度越高)，而不平行电场线则反映出这样一个事实，即电场没有位于两条无限长的平行板之间(所谓真正均匀电场的前提条件仅存在于理论中)。非均匀电场可以极化介电粒子。作用在极化的介电粒子上的净力被称为介电泳力(DEP力)。此外，电场在粒子与流体介质之间产生一个电压电位梯度。可以根据静电场中作用于极化的粒子的有效电磁偶极力导出一个公式并进行量化。以一个简单实施例为例，将半径为R，介电常数为ε_p的球形颗粒浸入介电常数为ε_p的无损介电液体，并施加一个非匀强电场E：(1)式中：K＝(ε_P-ε_m)/(ε_p+2ε_m)，Clasius-Mossotti因子的实数部分表示颗粒相对于流体介质的有效极化率。表示量化的电场强度和梯度。F_DEP表示介电泳力。等式(1)显示介电泳力与颗粒体积或尺寸及作用电场E的强度和梯度成正比例。因此，介电泳过滤系统可以通过设计施加电场的有效梯度和强度来进行设计和改进。