[发明专利]一种气液固三相分离器及含有其的沸腾床反应器

说明书

本发明公开了一种气液固三相分离器。所述三相分离器包括三个内径不同的同心直圆筒和反应器器壁；最内侧为导流筒，用于将含有气液固的物流导入分离器；中间的为内支撑筒，所述内支撑筒为直筒结构；最外侧的为外支撑筒，所述外支撑筒亦为直筒结构；自内而外，三个直圆筒的下端依次升高；在外支撑筒的筒壁外侧、贯穿反应器器壁设置有液体出口管；其中，在所述内支撑筒和所述外支撑筒之间，设置有Z形挡板结构。本发明的三相分离器能够有效阻挡气泡进入具有Z形挡板的分离空间，并基本消除外部流场对液固分离的影响，对于微米级至毫米级固体颗粒都能进行高效的在线分离。

技术领域

本发明涉及一种分离器，尤其是一种在有机合成、废水处理、石油炼制、煤化工等领域广泛应用的气液固三相沸腾床反应器，其中不同种类的液体和气体物质在通过与固体颗粒接触进行不同种类的化学反应，反应混合物通过设在反应器内部的三相分离器进行液固分离，得到不夹带固体颗粒的液体产品。

背景技术

沸腾床反应器是一种在湍流状态下操作的气-液-固三相流化床，用途十分广泛。例如，当用厌氧生物法处理污水时，污水从池底进入厌氧反应器，在反应区中与厌氧细菌接触，细菌将污水中的有机物分解产生气体(CH₄、C0₂、H₂S等)及固体颗粒，液体、气体携带固体颗拉上升，在三相分离器处气体上升聚集，在集气室通过排气管排出，液体和固体进入沉淀区进行固液分离，下沉的固体污泥则回流到反应区。

三相沸腾床反应器在21世纪新型能源化工领域正在发挥越来越重要的作用。例如，在煤化工领域合成气（CO、H₂）通过悬浮在液体介质中催化剂可以合成汽油、柴油、石蜡。在石油化工领域高金属、高沥青质含量的减压渣油通过沸腾床反应器加氢处理可脱除金属、残炭、硫、氮等杂质。沸腾床反应器的优点是，压力降小、温度分布均匀、可保持整个运转周期内催化剂活性恒定、可在运转中加入新鲜催化剂和取出废催化剂等特点。以上反应体系虽然各不相同，但共同特点是反应器顶部需要设置三相分离器，并且规定流出液中不含催化剂或固体颗粒。由于反应器中气液固处于沸腾状态，因此，催化剂的在线分离也是沸腾床设计的重点和难点。

对于粒径大于1mm的催化剂颗粒来说，由于催化剂沉降速度远远高于流体上升速度，因此，床层顶部会必然出现清液层，为分离创造了条件。例如，美国专利US 4753721公开了一种用于沸腾床加氢反应器的气液固三相分离器，主要由下降管和位于其顶部的循环杯、流出产物管线和循环泵组成。这种分离器的气液固分离效率较好，但存在如下问题：分离器占据反应器的容积较大，使催化剂装填量一般只有反应器容积的35%。另外，循环泵的造价和维护费用都很高。

为了避免使用循环泵，催化剂必须易于悬浮，应采用粒径小于1mm的催化剂，但同时带来催化剂在反应器内部无法自然沉降的问题。因此，开发一种使催化剂完全分离的三相分离器是至关重要的。

实用新型专利CN 201505526 U公开了一种气液固三相分离器，由置于反应器顶部的内外套筒组成。气液固三相混合物先向上进入分离器的内套筒下锥段，在内套筒直筒段中加速。之后进入内套筒上锥段并减速，形成气液固三相的沸腾层。沸腾层中的催化剂颗粒被条形孔阻挡，大部分向下回落。

CN 1448212A 公开了一种不同的三相分离器结构，它是由内径不同的两个同心直圆筒连同反应器壳体的内壁共同构成。内筒直径小于外筒直径，内筒及外筒的上下全部开口，其中外筒的上部开口高于内筒的上部开口。物流首先进入三相分离器内筒构成的导流筒，当该物流上升到达导流筒顶部开口时，气泡因其浮力作用在从液体中逸出并聚集于反应器壳体上部，液固相进入分离器内筒与外筒之间的环状空间，折流向下的液体一小部分进入分离器外筒与反应器壳体内壁之间的环状空间，构成向上的液体流动，由于该液速远低于使固体颗粒沸腾的临界速度，故折流向下的固体颗粒不至于进入清液层中。