[發(fā)明專利]一種從固液相反應體系中直接分離催化劑的方法

有效

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• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104096388A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 吳劍;宋仕芋;袁霞;羅和安
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01D21/26
• 分類號: B01D21/26;B01J19/18
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發(fā)明涉及一種從固液相反應體系中直接分離催化劑的方法，更進一步說明是通過安裝在反應器內(nèi)的離心分離裝置，在離心力作用下將液相中的固體催化劑與反應液進行分離，實現(xiàn)液固相反應體系的催化劑低成本和高效率的預分離或直接分離的方法。

背景技術

在固液相催化反應中，催化劑常以負載型或懸浮型這兩種形態(tài)存在，雖然負載型催化劑的分離回收問題比較容易解決，但當細小的催化劑顆粒負載在載體上時，會不同程度的損失催化劑的活性位和比表面積，導致催化劑的催化活性和選擇性降低。懸浮型催化劑的催化活性高于負載型催化劑，但懸浮型催化劑在使用時不可避免的涉及到催化劑與產(chǎn)物的分離問題，常用的催化劑分離方法有重力沉降、離心分離、膜過濾、磁分離、超臨界萃取分離等等。重力沉降是利用重力和液固相密度差將催化劑顆粒與反應產(chǎn)物進行分離。中國專利CN1432560公開了一種在環(huán)己酮氨肟化過程中通過沉降器分離粒徑為0.1～0.3μm鈦硅分子篩的方法。重力沉降的不足是分離時間長，對于催化劑破損后產(chǎn)生的小粒徑催化劑的分離效率低，同時分離設備尺寸較大，故一般無法布置在反應器內(nèi)，增加了設備投資。

為了縮短分離催化劑的時間，離心分離是優(yōu)先采用的分離方法。常見的離心機按照卸料方式包括三足式、臥式刮刀卸料式、臥式活塞推料式和離心力卸料式，其中三足式離心機缺點是生產(chǎn)能力低，人工上料卸料時勞動強度大，操作條件差，臥式刮刀卸料離心機的缺點是對固體顆粒的破碎嚴重、刮刀無法刮盡轉鼓上的濾渣，臥式活塞推料離心機缺點是對懸浮液的濃度波動比較敏感，容易產(chǎn)生跑料現(xiàn)象，離心力卸料離心機的缺點是對物料的性質(zhì)和溶液的濃度的變化非常敏感、適應性差，物料停留時間不易控制。中國專利CN1415423公開了一種具有雙級轉鼓和雙級螺旋卸料的沉降式離心機：物料經(jīng)雙級轉鼓加速旋轉，固液兩相得到分離，在差速器的作用下，使雙級螺旋輸送器以略高或略低于轉鼓的轉速將分離后的固相推出，液相從一、二級轉鼓大端的溢流孔溢出。中國專利CN101113351公開了一種生物柴油的固體催化劑的生成方法：在固體酸或固體堿催化劑的存在條件下，將低碳醇與植物油混合，攪拌，加熱，使其發(fā)生酯交換反應，反應完全后，用離心機將催化劑分離出去，然后將反應混合物靜置，分為上下兩層，上層為粗制產(chǎn)品。現(xiàn)有離心分離技術的離心分離器均置于反應器外部，對于間歇卸料式離心機，由于卸料不完全和周期循環(huán)操作造成固液相反應所需的催化劑用量增大，增加了生產(chǎn)成本，對于連續(xù)卸料式離心機也同樣存在增加工藝流程和生產(chǎn)成本的問題。

旋流分離是一種利用流體旋轉所產(chǎn)生的的離心力，在離心力場中實現(xiàn)對物料的分離或分選，將固體顆粒分離出來的分離裝置。旋流分離由于沒有運動部件，使得結構簡單、單位處理量大。但是由于旋流分離需要泵等設備額外提供動力以便使物料在分離器內(nèi)高速運動，使得分離過程能耗較大，同時物料的高速運動會造成分離設備和催化劑的磨損，使其在固液相催化反應催化劑分離方面的應用受到了限制。

膜過濾方法的分離效果通常較好。中國專利CN201231096公開了一種反應器內(nèi)催化劑分離裝置：通過安裝在反應器內(nèi)的過濾膜，使催化劑不被排出反應器的液體帶出，始終留在反應器內(nèi)。中國專利CN1394672公開了一種非均相懸浮鈦納米催化反應的催化劑膜分離方法：用泵連續(xù)抽取反應釜內(nèi)的物料送入孔徑為2～200nm的陶瓷、金屬或其復合材料膜管中，利用膜的篩分原理，液相產(chǎn)品不斷透過膜管被分離，懸浮態(tài)催化劑被截留在膜管內(nèi)并隨循環(huán)物料重新返回反應釜中。無機陶瓷膜的孔徑較小，但是容易破損，金屬膜雖然強度高，但是由于材料的限制使得其孔徑較大，從而造成分離精度相對較低。過濾膜置于反應器內(nèi)部的缺點是當過濾膜破損或失效后不便于在線更換，且由于反應器內(nèi)部空間的限制，對過濾膜的尺寸和數(shù)量也有限制，而將過濾膜置于反應器外部雖然能克服以上缺點，但是也存在設備復雜、工藝流程長的不足，當催化劑粒徑較小時，容易堵塞過濾膜的微孔，導致過濾阻力逐漸增大，使過濾操作難以持續(xù)進行，并且由于過濾膜的成本較高，也限制了膜過濾方法的工業(yè)應用范圍。

磁分離技術主要有兩種，一種是利用高梯度磁場產(chǎn)生磁場力，對強磁性物質(zhì)進行分離；另一種方法是利用強磁場促進鐵磁性物質(zhì)的絮凝，從而增大顆粒的沉降速度，達到分離目的。中國專利CN1272491公開了一種己內(nèi)酰胺加氫精制方法：在磁穩(wěn)定床反應器，使用具有鐵磁性的催化劑，由于磁場的磁化作用而相互吸引并穩(wěn)定于反應器中不隨反應物料動，從而克服了催化劑的分離問題。磁分離技術的缺點是需要用具有鐵磁性的催化劑，或將催化劑負載于鐵磁性的載體上，這限制了該技術的應用范圍。