CN108067165B - 气液固多相流反应器及其控制系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液固多相流反应器及其控制系统、方法，该反应器包括反应器本体和位于该反应器本体内的过滤器，过滤器包括沿反应器的周向呈多圈布置的多个过滤组件，控制系统包括控制器和过滤模块和反冲洗模块，其中控制器包括第一控制模块，该第一控制模块控制多圈过滤组件从外到内的过滤时长逐渐增加，反冲洗频率逐渐降低，等待时长逐渐降低。因此制定了对径向不同位置的过滤器进行不同的过滤和反吹操作的策略，对于最靠近器壁的过滤器采用降低过滤时间，增加反吹频率、提高等待时长的方法缓解孔道堵塞的速度，随着滤芯向反应器中心靠近，则采用增加过滤时间，降低反吹频率的方法，减少等待时长的方式，从而提升了过滤能力和滤芯使用寿命。

Description

气液固多相流反应器及其控制系统、方法

技术领域

本发明涉及气液固多相流反应器的过滤领域，具体地，涉及一种气液固多相流反应器内过滤器系统及其控制系统、方法。

背景技术

气液固多相流的反应体系中，如费托合成浆态床反应器，反应气体从反应器底部进入，同固体催化剂和液态产物形成气液固三相床层，为保持液位，这些液相产物需要采用过滤方法同固体催化剂进行分离并流出反应器。过滤方法又分为内置过滤和外循环过滤两种技术。外循环过滤是指将反应器内的多相流物系部分引到反应器外的过滤器内进行分离，分离完成后剩余的包括固体颗粒催化剂在内的物料需要返回到反应器内参与反应，外过滤技术的优点是外过滤器可以在线更换维修，但缺点是结构复杂，操作和维护成本高。目前工业生产的大型多相流反应器大多采用内置过滤器技术，即将过滤组件放置到反应器内，采用错流过滤的技术手段将浆液通过和滤芯连接的管道分离到反应器外，内过滤组件结构简单，操作方便，但是需要足够的过滤面积和合理的滤芯优化布置，保证内过滤组件能长期稳定滤出浆液，缺点是无法在线更换过滤组件。

同时，气液固多相流反应器内要保证传质、传热效果，还要求固体颗粒要处于悬浮状态，在一定的空塔气速条件下，即不会被夹带出反应器，也不会发生大量沉积。一般要求颗粒平均粒径50-80微米，同时小于20微米的颗粒<5％。在反应器的运行过程中，一小部分催化剂颗粒还会因物理磨损或化学应力等原因发生破碎，破碎的细颗粒有些甚至小于5微米，接近滤芯控制尺寸的颗粒以及催化剂细粉都可能会堵塞过滤器孔道，因此，对过滤器滤芯的结构和过滤空隙的规格都有很高的要求，一般需采用烧结金属、烧结金属丝网或陶瓷微孔过滤器等。

中国专利申请CN101396647A公开的内过滤滤芯基本上都在反应器内壁附近环形均匀布置。由于滤芯仅仅是靠近器壁均匀分布，并没有充分利用整个反应器的截面面积，可能会造成过滤面积不足或布置间距不满足要求等问题。另外由于考虑反应器内部多相流的因素较少，对过滤器的过滤稳定性会有影响。

另外，过滤器在反应器内需要面临过滤和反冲洗的控制策略，有效的控制策略能够提升过滤器的过滤效果和效率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种气液固多相流反应器的过滤控制系统，能够提升过滤器的过滤性能。

本发明的另一个目的是提供一种气液固多相流反应器的过滤控制方法，该方法能够提升过滤器的过滤性能。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种气液固多相流反应器的过滤控制系统，该反应器包括反应器本体和位于该反应器本体内的过滤器，所述过滤器包括沿所述反应器的周向呈多圈布置的多个过滤组件，所述控制系统包括控制器和与每圈所述过滤组件分别连通的过滤模块和反冲洗模块，所述控制器与所述过滤模块和反冲洗模块分别电连接以分别控制每圈所述过滤组件进行过滤、反冲洗和等待，其中所述控制器包括第一控制模块，该第一控制模块控制所述多圈过滤组件从外到内的过滤时长逐渐增加，以及/或者反冲洗频率逐渐降低，以及/或者等待时长逐渐降低。

可选地，所述过滤组件包括主过滤组件和过滤精度小于所述主过滤组件的辅助过滤组件，所述主过滤组件通过所述第一控制模块控制，所述控制器还包括独立于所述第一控制模块的第二控制模块，该第二控制模块控制所述辅助过滤组件独立于所述主过滤组件周期性地进行间歇过滤。

可选地，每圈所述过滤组件中均包括所述主过滤组件和数量小于该主过滤组件的辅助过滤组件。

可选地，所述第一控制模块中，从最外圈向内，每圈所述过滤组件的过滤时长分别为F₁、F₂、...F_n，反冲洗频率分别为B₁、B₂、...B_n，等待时间分别为S₁、S₂、...S_n，其中，F₁＝10-40分钟，B₁＝1-10次/小时，S₁＝5-15分钟，并且满足：

F_n-1≤F_n≤(F_n+1+5分钟)，当F_n≤10分钟时，F_n-1等于5分钟；

B_n-1≥B_n≥1，当B₁≥2时，B₁≥B₂≥1；

(S_-1-5分钟)≥S_n≥S_n+1，当S_n≥40分钟，S_n-1＝S_n。

可选地，每个所述过滤组件的中心均避开浆液流速较慢和/或固含率较高的区域，其中，所述浆液流速较慢的区域指：流速在0-10cm/s的区域；所述固含率较高的区域指：固体含量浓度比反应器中心固体含量浓度高5％以上的区域。

可选地，所述浆液流速较慢的区域满足：0.75R≤r_d≤0.85R，其中，R为所述反应器本体的半径，r_d为浆液流速较慢的区域到所述反应器本体中心的径向距离。

可选地，所述固含率较高的区域满足：0≤r_b≤40mm，r_b为所述过滤组件的外边缘距离所述反应器本体的内侧壁面的最短径向距离。

根据本发明的另一个方面，提供一种气液固多相流反应器的控制方法，在所述反应器中将多个过滤组件沿周向呈多圈布置，所述控制方法包括第一控制模式，在该第一控制模式中，控制所述多圈过滤组件从外到内的过滤时长逐渐增加，以及/或者反冲洗频率逐渐降低，以及/或者等待时长逐渐降低。

可选地，所述过滤组件中设计有主过滤组件和过滤精度小于所述主过滤组件的辅助过滤组件，所述主过滤组件通过所述第一控制模式控制，所述控制器还包括独立于所述第一控制模式的第二控制模式，该第二控制模式控制所述辅助过滤组件独立于所述主过滤组件周期性地进行间歇过滤。

可选地，在所述第二控制模式下，控制所述辅助过滤组件每隔50-100 小时运转一次，运转时长5-22小时。

可选地，所述控制方法还包括确定反应器本体内的浆液流速较慢和/或固含率较高的区域，并且使得每个过滤组件的中心均避开所述浆液流速较慢和/或固含率较高的区域布置。

根据本发明的又一个方面，提供一种气液固多相流反应器，包括反应器本体和位于该反应器本体内的过滤器，所述过滤器包括沿所述反应器的周向呈多圈布置的多个过滤组件，其中每个过滤组件的中心均避开浆液流速较慢和/或固含率较高的区域，其中所述浆液流速较慢的区域指：流速在0-10cm/s 的区域；所述固含率较高的区域指：固体含量浓度比反应器中心固体含量浓度高5％以上的区域，其中所述过滤组件包括主过滤组件和过滤精度小于所述主过滤组件的辅助过滤组件，每隔预定时间或当所述反应器内细颗粒固含量高于预设值时，所述辅助过滤组件独立于所述主过滤组件地进行过滤作业。

可选地，至少一圈所述过滤组件中包含所述主过滤组件和数量小于该过滤组件的所述辅助过滤组件的数量，优选地，所述主过滤组件和辅助过滤组件的数量比为2:1～5:1。

可选地，所述主过滤组件中滤芯的过滤孔道规格为20-35微米，所述辅助过滤组件中滤芯的过滤孔道规格为35-45微米。

通过上述技术方案，本发明在进行过滤器的过滤组件在布置时采用了内外布置的多圈结构，并且考虑到了反应器气液固床层的流体力学状态，其中靠近反应器内壁的区域的气含率较低，固含率较高，流动速度慢，过滤组件的滤饼会快速增厚；而靠近反应器中心的区域则气含率较高，固含率较低，流动速度快，过滤组件受到的冲刷效果明显，过滤组件上滤饼的厚度增加缓慢。针对这一特性，本申请的发明人制定了对径向不同位置的过滤组件进行不同的过滤和反吹操作的策略，具体地，对于最靠近器壁的过滤组件采用降低过滤时间，增加反吹频率、提高等待时长的方法缓解孔道堵塞的速度，随着过滤组件向反应器中心靠近，则采用增加过滤时间，降低反吹频率的方法，减少等待时长的方式，从而提升了整个过滤系统的过滤能力。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明可选实施方式提供的气液固多相流反应器的截面结构示意图；

图2是本发明一种实施方式中提供的过滤组件的截面结构示意图；

图3是本发明另一种实施方式提供的过滤组件的截面结构示意图；

图4是本发明可选实施方式中通过总管连接的过滤组件的结构示意图；

图5是本发明可选实施例提供的气液固多相流反应器的截面结构示意图；

图6是在空塔气速为0.1、0.2和0.3m/s时测试的反应器本体内部浆液流速和区域的函数图；

图7是空塔气速分别为0.1、0.2和0.3m/s时测试的反应器本体内部多相流的气含率和区域的函数图；

图8是本发明一种实施方式中提供的控制系统的结构原理图。

附图标记说明

1、反应器本体 2、过滤器

21、过滤组件 22、滤芯

23、上汇管 24、下汇管

25、上总管 26、下总管

31、第一圈 32、第二圈

4、控制器 5、过滤 模块

6、反冲洗 模块 7、阀门

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”是以图4的图面方向为基准定义的，另外“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

[过滤器布置方法]

如图1至图7所示，本发明提供一种气液固多相流反应器中过滤器的布置方法和使用该布置方法的气液固多相流反应器，例如费托合成浆态床反应器。其中，气液固多相流反应器包括反应器本体1和位于该反应器本体1内的过滤器2，即该气液固多相流反应器采用内部错流过滤的方式将浆液从反应器本体1的内部分离出。

为了提升过滤器2的过滤性能，本发明在进行过滤器的布置时，并非随意在反应器本体1内进行布置，而是考虑到了反应器本体1中多相流的流体力学特性对过滤器2的过滤性能的影响，针对不同区域的采用差异化的布置方式，从而提升过滤器2的过滤性能。

具体地，本发明提供的布置方法包括：确定反应器本体1内的浆液流速较慢的区域，将过滤器中的多个过滤组件21沿反应器本体1的周向呈多圈布置，其中多圈过滤组件沿径向间隔设置，并且同圈中的多个过滤组件21 位于同一圆周。并且使得每个过滤组件21的中心均避开浆液流速较慢的区域布置。即，在本发明提供的气液固多相流反应器中，过滤器2包括沿周向呈圈布置的多个过滤组件21，其中每个过滤组件21的中心均避开浆液流速较慢的区域。

因此，在本发明的技术方案中，本发明考虑了浆液的流动速度的因素，由于避开了流动速度较慢的区域，采用错流过滤的过滤器上所形成的滤饼能够及时得到流动速度较快的浆液冲刷，而不会快速增厚，从而增加过滤器的过滤能力和稳定过滤的时间，过滤器的过滤性能得到显著提升。另外对过滤器进行反吹后，从滤芯反吹下来的滤饼中含有大量的固体颗粒，如果过滤器组件布置在流速较低的区域，这些滤饼也不能被浆液或气体快速分散参与反应，很有可能在过滤器实施反吹后重新过滤后很快吸附到滤芯外，造成滤饼厚度快速增加，这样也会影响过滤器的正常过滤，降低其过滤能力。

此外，本发明还考虑了浆液中固含率的因素。这是由于，位于固含率较高的区域中的过滤器外的滤饼将快速增厚，并且由于固含率高，浆液被分离的效率将大大降低，从而造成该区域内的过滤器过滤性能较差。因此，本发明提供的布置方法还包括：确定反应器本体1内的固含率较高的区域，并将每个过滤组件2的中心避开固含率较高的区域布置。即，在本发明提供的气液固多相流反应器中，每个过滤组件2的中心还避开固含率较高的区域，从而提升过滤器2的过滤性能。

其中，本发明中的“浆液流速较慢”的区域指：流速在0-10cm/s区域，可选0-5cm/s区域，而固含率较高的区域指：固体浓度比反应器中心浓度高 5％以上的区域，由于气含率+固含率＝100％，也可以说气含率比反应器中心气含率低5％以上的区域。

另外，本发明中采用过滤组件2的中心避开浆液流速较低固含率较高的区域的说法，是考虑到过滤组件具有外接圆直径D，即，该过滤组件本身还以中心为中点分别向反应器中心和反应器内壁延伸D/2，换言之，同一过滤组件同时具有了接近和远离上述两个应该避开的区域的两个边界，远离这两个区域的边界效果更好。因此，取过滤组件2的中心为参照点是为了平均这个过滤组件的避开这两个区域的效果。

又因此，在本发明的可选实施方式中，为了进一步解决过滤组件外接圆直径D的影响，本发明在针对浆液流速较低和/或固含率较高的区域进行过滤组件的布置时，可选地，使得每个过滤组件整体避开浆液流速较慢和/或固含率较高的区域，即，过滤组件的任意位置均避开相应的上述区域，从而取得最好的效果。此时，如果在布置过滤组件21时，是以过滤组件21的中心为参照点来避开浆液流速较慢或者固含率较高的区域的话，则为了过滤组件整体均避开相应进行区域，则需要在以中心为基准定位的区域上，相应地加上或减去至少D/2，通常地为了保证效果，可选地D≤0.1R，其中R为反应器的内径。

进一步地，为了充分利用反应器本体1内部的空间，本发明提供的布置方法还包括在反应器本体1内设置多圈沿径向间隔布置的过滤组件21。即在本发明提供的气液固多相流反应器中，过滤器2包括沿径向间隔布置的多圈过滤组件21。因此多圈沿径向间隔设置的过滤组件21可以充分利用反应器本体1内的空间，显著增加过滤器2的过滤面积，从而进一步增加本发明提供的过滤器2的过滤性能。其中，可选地，多圈过滤组件21在布置时均应同时回避浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域，以保证过滤性能的提升。

基于本发明上述构思，可以通过试验、理论推导等方式准确确定浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域。首先描述确定浆液流速较慢的区域的方式。

如图6所示，以空塔气速为0.1、0.2和0.3m/s为例进行试验，浆液流速采用Pavlov管进行测量(参考文献：张煜，王丽军，李希.湍动浆态床流体力学研究(Ⅱ)轴向浆料速度的径向分布[J].化工学报，2008，59(12):3003-3008)，在半径为R的反应器本体1中，可以看出在不同的空塔气速下，浆液流动速度在0.8R左右的区域时几乎为零，当超过0.8R时，浆液又开始流动并且与之前的流动方向相反。因此可以得出本发明中所提及的浆液流速较低的区域位于0.8R左右，在这个区域内，过滤器2的过滤性能下降明显。因此在布置过滤器2时，应该使得过滤组件21避开该区域。此外还可以进行其他空塔气速下的试验以验证这一结论。

具体地，浆液流速较慢区域满足：0.75R≦r_d≦0.85R，其中，r_d为流速较慢区域到反应器本体1中心的距离。更可选地，该区域满足：0.77R≦r_d≦0.82R，特别是0.8R的区域，即，需要避免在此区域内的区域上布置过滤组件21。换言之，浆液流速较慢的径向区域是以流速为0的区域为中心的区域，流速为零的区域大致在0.8R，以此处为中心，分别向反应器中心和反应器内壁方向各自延伸大致0.05R的区域定义则可以为本发明中可选的流速较慢的区域，即0.75R≤r_d≤0.85R，在该区域内流速在0-10cm/s。

至于固含率较高的区域的确定，可以结合如图7所示的多相流中气含率的试验进行验证，其中气含率和固含率大致呈反比具有参考价值。其中固含率的试验结果和文献结果类似，在反应器本体1的中心位置固含率较低，在反应器本体1的器壁附近固含率较高，具体地，在大于0.95R的区域固含率最高。其中为了进一步验证该结论，按照流体力学的边界层理论，在靠近反应器本体1的器壁处由于浆液边界层的存在，气含率还会较大降低，即此处的三相流中固含率会较高。并且如图7所示，在空塔气速为0.1、0.2和0.3m/s 时，反应器径向的的气含率随测量点的位置变化，在靠近反应器壁的径向气含率偏低，与之对应浆液或浆液浓度即固含率偏高。因此，在布置过滤组件时，需要使得过滤组件与反应器内壁间隔开，此时，本发明中所说的固含率较高的区域需要满足，0≤r_b≤40mm，r_b为过滤组件外边缘距离反应器器壁的最短径向距离，在该区域内固体浓度比反应器中心浓度高5％以上。另外通常反应器的半径R＞300mm。

从上述确定浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域的过程中可以看出，浆液流速较慢的区域位于固含率较高的区域的内侧，为了使得多圈布置的过滤组件21中的每圈同时满足避开浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域要求，可选地，多圈过滤组件21包括位于最外层的第一圈31和与该第一圈31相邻的第二圈32，其中，将位于最外层的第一圈31中的每个过滤组件的中心布置在浆液流速较慢的区域外侧并避开固含率较高的固含率较高的区域布置，即通过避开浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域，并且将与该第一圈31相邻的第二圈32中的每个过滤组件的中心布置在浆液流速较慢的区域的内侧，这样该第二圈32中的每个过滤组件同样能够同时避开浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域。

其中作为一种可选实施方式，将第一圈31布置在第一圆周(过滤组件21 的中心沿第一圆周布置)，该第一圆周位于浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域之间，并且满足：0.85R<r₁<0.95R，其中r₁为第一圆周到反应器本体1中心的距离。并将第二圈32布置在第二圆周，该第二圆周位于浆液流速较慢的区域内侧，并且满足：0.65R<r₂<0.75R，其中r₂为第二圆周到反应器本体1中心的距离。这样，可以使得两圈过滤组件21的中心均可以同时满足避开浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域的要求，并且能够充分利用反应器本体1的空间，保证过滤性能。

此外，根据反应器本体1的规格尺寸，还可以设置更多圈过滤组件21，此时在本发明提供的布置方法中，布置第n圈过滤组件21的圆周满足： [0.65-0.1(n-2)]R<r_n<[0.75-0.1(n-2)]R，其中n>2，其中r_n为第n圈布置的区域到反应器本体1中心的距离。例如如图1所示，第三圈33中的每个过滤组件21的中心布置的圆周满足：0.55<r₅<0.65。依次类推，以实现均匀充分地利用过滤器本体1内的空间。需要说明的是，本发明上述的第一圈、第二圈和第n圈的布置位置是指相应圈内每个过滤组件的中心的区域。

另外，由于反应器本体1中心的浆液流速过快，为了避免影响浆液进入过滤器2的效率，因此也应避免在中心区域布置过滤组件21。为此，可选地，第n圈的圆周满足：r_n>0.2R。即，如图1所示，所有过滤组件21的中心均应位于图示中0.2R的外侧。

如图2、图3和图4所示，在本发明可选实施方式中，过滤组件21内并联有多个平行布置的滤芯22，每个组件21内的滤芯22的数量为1-12个，具体地多个滤芯22可以采用金属或陶瓷微孔膜管等制成，同一过滤组件21 内的多个滤芯22通过上汇管23和下汇管24并联在一起，以通过上、下汇管实现同一过滤组件21的过滤工作和反吹工作。另外，同一圈内的多个过滤组件21还可以通过上总管25和下总管26并联在一起，以同时进行过滤和反吹工作。在具体布置过程中，每个过滤组件21内的滤芯22的上下两个出口分别连接到同一过滤组件21的上、下汇管上，如果每一圈过滤组件21 的数量为3-6个，则这些汇管可以直接连接反应器外的过滤或反吹管道，如果过滤组件21超过6个，则需要至少2个过滤组件21(最大不超过10个)成为一个大组，每个大组的过滤组件21的上、下汇管需要再连接到上、下总管上后再引出反应器本体1。

其中，过滤组件21的外接圆直径为D，滤芯22的直径为d，为了充分发挥每个过滤组件21的功能，可选地，同圈内或相邻圈中相邻的两个过滤组件21的中心距为L，并且满足L≥D+2d。这样，每个过滤组件21均可以充分对其周围的区域进行过滤，而不需布置过多的过滤组件21造成对反应器本体1内部空间的过度占用。另外为了充分发挥每个滤芯22的功能，可选地，同一过滤组件21内的相邻两个滤芯22的中心距为t，并且满足t＜0.8D，且5d≥t≥2.5d，这样不论如图2所示的三个滤芯一组还是如图3所示的四个滤芯一组，均能够充分挥发每个滤芯22的功效，而不需过多布置滤芯。另外，过滤组件21的外接圆直径可选为0.05R≤D≤0.1R，以使得过滤组件21 在中心避免浆液流速较慢的区域和固含率较高的区域时，其整体的过滤性能更好。

此外，位于不同圈的过滤组件21的外接圆直径可不同，过滤组件21中所设滤芯22数量也可不同，例如外圈中可以设置较少滤芯数量，如图2所示的三个，内圈则设置较多滤芯如图3所示的四个，这样可以使得内圈和外圈滤芯上的过滤效率和滤饼增厚速度相近。

在本发明的可选实施方式中，反应器本体1的半径R>300mm，这样，为了保证过滤效率，相邻两圈的过滤组件21的中心距L≥60mm，滤芯22的直径15mm≥d≥50mm。从而通过有限的过滤滤芯完成对反应器本体1内的多相流完成高效过滤。

以下结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

采用内过滤分离方法的气液固多相流反应器的反应器本体1的半径R＝ 1000mm。滤芯22和过滤组件21的规格以及过滤组件21在反应器同一径向截面下的排列见图5。

其中，采用两圈的布置方式。第一圈31中每个过滤组件21的中心布置的第一圆周满足r₁＝900mm。第二圈32中的每个过滤组件21的中心布置的第二圆周满足r₂＝700mm。第一圈31和第二圈32中相邻的过滤组件21之间最小的中心距L_min＝220mm。

其中第一圈和第二圈的每个过滤组件21的中心均避开了 0.75R≤r_d≤0.85R(即，750mm-850mm)的浆液流速较慢的区域，另外第一圈31 的过滤组件的外边缘距离反应器内侧壁的径向距离为r_b＝35mm，满足 0≤r_b≤40mm需要避开的固含率较高的区域的要求。

所使用的滤芯22的过滤孔径规格为20微米，外径d＝20mm，长度为1.2m。滤芯22中间的中心距t＝60mm，过滤组件21的外接圆直径D为95mm。这样，不论第一圈还是第二圈中的过滤组件，除中心避开了浆液流速较慢的区域，其整体也都避开了浆液较慢的区域，效果好。

由于第一圈的过滤组件数量为12个(超过6个)，因此分成4个大组，每大组由3个过滤组件构成，每组的上、下汇管再连接到上下总管上，最后连接反应器外的过滤反吹管道。

第二圈的过滤组件数量为8个，(超过6个)，因此分成2个大组，每大组由4个过滤组件构成，每组的上、下汇管再连接到上下总管上，接到反应器本体1外。

在本实施例中，反应器在250-270℃，3.0MPa下进行操作，过滤器按照设定的过滤参数和程序进行过滤操作，浆液过滤能力能够稳定在0.5-1.0t/h 之间，过滤能力稳定，过滤器使用周期能达到8000小时以上。

[控制系统、方法]

上述介绍了本发明实施方式中过滤组件的布置方式，下面介绍本发明实施方式中针对上述过滤组件的控制策略。如图8所示，本发明实施方式提供了一种控制系统和控制方法。

在本发明提供的气液固多相流反应器的控制系统，控制系统包括控制器 4和与每圈过滤组件分别连通的过滤模块5和反冲洗模块6，其中过滤模块5 和反冲洗模块6分别具有布置在相应管路上的阀门7，其中的阀门7根据需求可以分别作为过滤作业中的阀门或者反冲洗作业中的阀门，控制器4可以根据不同的作业模式，控制不同的阀门打开和关闭。另外，过滤模块5可以包括形成压差将反应器内的过滤液抽出的控制阀。而反冲洗模块6则可以包括以气体或液体为反冲洗流体的调节阀、压缩机等，当需要进行过滤作业时，关闭反冲洗模块6并且打开过滤模块和相应的阀门7即可，而当需要进行反冲洗作业时，则关闭过滤模块并打开相应的阀门即可。另外过滤组件还具有既不进行过滤也不进行反冲洗的等待作业。为了实现这一控制，控制器4与过滤模块5和反冲洗模块6分别连接，具体地可以是有线连接也可以是无线连接以发出控制信号。从而分别控制每圈过滤组件进行过滤、反冲洗和等待作业。

其中，在本实施方式中的控制系统中，控制器包括第一控制模块，该第一控制模块控制多圈过滤组件从外到内的过滤时长逐渐增加，以及/或者反冲洗频率逐渐降低，以及/或者等待时长逐渐降低。对应地，在本实施方式的控制方法中，控制方法包括第一控制模式，在该第一控制模式中，控制多圈过滤组件从外到内的过滤时长逐渐增加，以及/或者反冲洗频率逐渐降低，以及 /或者等待时长逐渐降低。

通过上述技术方案，本发明在进行过滤器的布置时采用了内外布置的多圈结构，并且考虑到了反应器气液固床层的流体力学状态，其中靠近反应器内壁的区域的气含率较低，固含率较高，流动速度慢，过滤器壁上的滤饼会快速增厚；而靠近反应器中心的区域则气含率较高，固含率较低，流动速度快，采用错流过滤的过滤器上所形成的滤饼能够及时得到浆液冲刷。针对这一特性，本申请的发明人制定了对径向不同位置的过滤器进行不同的过滤和反吹操作的策略，具体地，对于最靠近器壁的过滤器采用降低过滤时间，增加反吹频率、提高等待时长的方法缓解孔道堵塞的速度，随着过滤组件向反应器中心靠近，则采用增加过滤时间，降低反吹频率的方法，减少等待时长的方式，从而提升了过滤器总的过滤能力。

具体地，本发明实施方式中提供的过滤控制技术和具体的过滤布置相对应。由于靠近反应器器壁的位置r≥0.85R，气含率较低，浆液流速也较低，因此初始液体过滤能力大、过滤效果好，但是随过滤的进行滤芯内的过滤通道也会因较高的固含率而加快堵塞；当r≤0.75R时对于靠近反应器中心的位置气含率偏高，同时浆液的流动速度更快，滤芯的过滤通量相对较低，但同时由于内过滤是典型的错流过滤，较高的气含率和浆液流动速度有利于冲刷滤芯外的滤饼，降低滤饼的厚度，减小过滤器的压降，进而降低滤芯孔道的堵塞速度，针对这两种不同的流体力学状态，可以设计不同的过滤控制方式。当0.75R<r<0.85R范围内，因此区域存在浆液流动死区，因此滤饼积累较快，不利于过滤，因此在此区域未布置包含滤芯的过滤组件。

此外，在本实施方式中，本申请的发明人还发现由于随运转时间的增加，浆态床内反应器因物理或化学原因造成部分催化剂破碎为细颗粒催化剂粉末，此部分细颗粒会堵塞滤芯内的细孔道，降低滤芯过滤能力，因此过滤作业的控制需要根据浆态床反应器的细颗粒量变化过程，设计相应的过滤程序，并设计不同过滤规格的滤芯，当细颗粒较多时，就利用过滤精度较低滤孔较大的滤芯，将细颗粒快速移出反应器后，再进行后续精过滤。因此，在本发明提供的反应器中，上述的过滤组件21包括主过滤组件和过滤精度小于所述主过滤组件的辅助过滤组件，其中，每隔预定时间或当所述反应器内细颗粒含量高于预设值时，所述辅助过滤组件独立于所述主滤芯主过滤组件地进行过滤作业。

其中这部分过滤组件可以具有独立的过滤模块，从而保证细颗粒的过滤液污染正常过滤的过滤液，待进行后续精过滤后可以进一步使用。因此，在本实施方式中，可以在反应器内设置至少一组过滤精度较低(滤芯的滤孔较大)的过滤组件，以周期性或针对性地将破碎细颗粒催化剂移除。

具体地，主过滤组件通过第一控制模块的第一控制模式控制，此外，控制器4还包括独立于第一控制模块的第二控制模块，在该第二控制模块的第二控制模式中，控制辅助过滤组件独立于主过滤组件周期性地进行间歇过滤。因此通过周期性的运转辅助过滤组件，可以将反应器本体1内的细颗粒降低到一定量，从而保证第一控制模式中的主过滤组件的正常过滤。其中主过滤组件的数量与辅助过滤组件的数量比可以在2:1-5:1范围内，其中过滤组件的过滤精度是由组成该过滤组件21的滤芯22的过滤精度决定的，滤芯的滤孔大小和该滤芯的过滤精度成反比关系。例如，正常的主过滤组件可以设计为20-35微米以保证过滤液的质量，辅助过滤组件的过滤精度可以设计为 35-45微米的范围内，不仅可以快速将细粉催化剂快速滤出，也可以将接近主过滤组件孔道的细颗粒滤出反应器。具体地，可以设计每圈过滤组件中均包括主过滤组件和数量小于该主过滤组件的辅助过滤组件，例如每圈过滤组件分为四组的情况下，可以设置一组辅助过滤组件。

例如在本实施方式中，可以设计在上述的第一圈过滤组件中设计辅助过滤组件，具体地，可以设计使得主过滤组件和辅助过滤组件的数量比为3:1，另外主过滤组件中滤芯的过滤孔道规格可以为20-35微米，辅助过滤组件中滤芯的过滤孔道规格为35-45微米，以周期性地将破碎细颗粒催化剂移除。

在本发明的实施方式中，在于第一控制模式对应的第一控制模块中，从最外圈向内，可以设置每圈过滤组件的过滤时长分别为F₁、F₂、...F_n，反冲洗频率分别为B₁、B₂、...B_n，等待时间分别为S₁、S₂、...S_n，其中，为了取得较好的过滤效果，可以设定F₁＝10-40分钟，B₁＝1-10次/小时，S₁＝5-15 分钟，并且满足：

F_n-1≤F_n≤F_n+1+5分钟，即靠近过反应器壁向中心方向(从外到内)，每圈的过滤时长逐渐增加，充分利用内圈的过滤组件，降低外圈过滤组件的滤饼沉积程度。而在某些情况下，当F_n<10分钟时，F_n+1需要控制≥10分钟。

B_n-1≥B_n≥1，当B₁≥2时，B₁≥B₂≥1；即从外到内，每圈的反冲洗频率逐渐降低，即外圈的反冲洗频率较高，以应对易于产生的滤饼，而内圈滤饼不易沉积，从而充分利用内圈的过滤，提升过滤效率。

S_n-1-5分钟≥S_n≥S_n+1，当S_n≥40分钟，S_n-1＝S_n。即从外到内，由于本身过滤时间较短，因此需要较长的等待时间，但是可以设置过滤器的等待时间最长为40分钟。

其中在具体工作过程中，一般执行从外圈到内圈的逐圈操作，即首先最外圈的过滤组件进行过滤作业，然后进行反冲洗作业，最后进入等待状态。在最外圈过滤组件进入等待状态后，次外圈开始进行过滤和反冲洗作业，继而进入等待状态，依次类推。换言之，在其中一圈进行过滤或反吹时，其他圈均处于等待状态。在一些可能的实施方式中，也可以在各圈或部分圈独立进行过滤、反冲和等待为周期的过滤作业，例如同一圈的过滤组件中有的处于过滤状态，有的处于等待状态，有的处于反冲洗状态。

如图8所示的控制系统中，每个过滤组件21中的滤芯通过上下两侧的管道同反应器外的阀门7连接。在具体操作中，特定过滤组件中的滤芯下口阀门和过滤模块5的主调节阀打开，过滤液在一定的压差下进入滤芯内部并通过管路流出反应器本体1，当过滤时间达到设定时间或压差后，则过滤作业停止。此时，过滤组件中的滤芯下口和过滤液调节阀关闭，反吹模块6的主阀打开，之后滤芯的上下口阀门也均打开，对滤芯进行反吹，反吹工作结束后，该滤芯的上下口阀门和反吹气阀门关闭，该过滤组件中的滤芯进入等待状态；然后下一过滤组件中的滤芯进行过滤操作，依次类推按顺序进行。

在本发明的实施方式中，在与第二控制模式对应的第二控制模块中，可以设定控制辅助过滤组件每隔50-100小时运转一次，运转时长5-22小时。其中由于第二控制模块独立于第一控制模块，因此当辅助过滤组件运转时，由第一控制模块控制的主过滤组件可以处于过滤、反冲洗或等待之中的任意一种状态。这样，能够通过间歇运转的辅助过滤组件有效降低反应器内的细颗粒浓度。

实施例2

本实施例中以浆态床反应器为例，其内过滤分离方法在直径2000mm的反应器本体1内实现。反应器在250℃，3.0MPa下进行操作，过滤器2按照控制器4内设定的过滤参数和程序进行过滤操作，液体过滤能力能够稳定在 2.5-3.0t/h之间，运行8000小时以上。

滤芯和过滤组件的规格以及过滤组件在反应器截面径向向的排列见图1 所示。

其中，主过滤组件中滤芯的过滤孔道规格为25微米，辅助过滤组件中滤芯的过滤孔道规格为40微米，滤芯外径20mm，长度1.2m。

过滤组件的布置避开反应器本体1半径R的0.75R-0.85R范围即 750mm-850mm范围内，过滤组件布置为三圈，最外层一圈距离反应器壁的距离r_b小于40mm，最外圈的中心到反应器中心距离r₁＝900mm，布置20 个过滤组件，其中的滤芯长度1.0m，其中规格25微米的主过滤组件15个，规格40微米的辅助过滤组件5个；第二圈的中心到反应器中心距离r₂＝650mm，布置16个过滤组件，其中规格25微米的主过滤组件12个，规格 40微米的辅助过滤组件4个；第三圈的中心到反应器中心距离r₂＝450mm，布置8个过滤组件，滤芯规格全部是25微米的主过滤组件。其中，每个过滤组件的外接圆直径D在60mm-100mm之间。

过滤控制方法如图8所示。

每个过滤组件中的滤芯通过上下两侧的管道同反应器本体1外的阀门7 连接。进行过滤操作时，指定过滤组件中的滤芯的下口阀门和过滤模块5的调节阀打开，过滤液流出反应器，当过滤时间达到设定时间或压差后，过滤停止，滤芯下口和过滤液调节阀关闭，反吹气阀门打开，之后滤芯上下口阀门打开，对滤芯进行反吹，反吹结束后，该过滤组件中的滤芯上下口阀门和反吹气阀门关闭，该过滤组件中的滤芯进入等待状态；下一过滤组件中的滤芯进行过滤操作，依次类推按顺序进行。

其中，每圈过滤组件都分四个组，其中包括三组滤芯规格25微米的主过滤组件，以及一组滤芯规格40微米的辅助过滤组件；正常过滤时采用25 微米的主过滤组件。

第1圈每组过滤组件中的滤芯的过滤控制程序为：20分钟过滤、2次反吹、60分钟等待，循环进行。

第2圈每组过滤组件中的滤芯的过滤控制程序为：25分钟过滤、2次反吹、50分钟等待，循环进行。

第3圈每组过滤组件中的滤芯的过滤控制程序为：30分钟过滤、2次反吹、40分钟等待，循环进行。

另外，由于每圈过滤组件中具有多组过滤组件，因此在本实施例中，还可以控制每圈过滤组件同时都有至少1组过滤组件进行过滤、反吹和等待操作状态。

间隔预设周期或监测到反应器内细颗粒量达到预设值时，开启对于40 微米的辅助过滤组件的控制，例如，可以设定每隔70小时运转一次，运转时间为10小时，将小颗粒催化剂降低到一定量后，再进入正常过滤程序。在开启辅助过滤组件时，主过滤组件可以根据具体应用情形决定是否正常运转。

以上结合附图详细描述了本发明的一些可选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种气液固多相流反应器的控制系统，该反应器包括反应器本体和位于该反应器本体内的过滤器，所述过滤器包括沿所述反应器的周向呈多圈布置的多个过滤组件，所述控制系统包括控制器和与每圈所述过滤组件分别连通的过滤模块和反冲洗模块，所述控制器与所述过滤模块和反冲洗模块分别电连接以分别控制每圈所述过滤组件进行过滤、反冲洗和等待，其中所述控制器包括第一控制模块，该第一控制模块控制所述多圈过滤组件从外到内的过滤时长逐渐增加，以及/或者反冲洗频率逐渐降低，以及/或者等待时长逐渐降低。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述过滤组件包括主过滤组件和过滤精度小于所述主过滤组件的辅助过滤组件，所述主过滤组件通过所述第一控制模块控制，所述控制器还包括独立于所述第一控制模块的第二控制模块，该第二控制模块控制所述辅助过滤组件独立于所述主过滤组件周期性地进行间歇过滤。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，每圈所述过滤组件中均包括所述主过滤组件和数量小于该主过滤组件的辅助过滤组件。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一控制模块中，从最外圈向内，每圈所述过滤组件的过滤时长分别为F₁、F₂、...F_n，反冲洗频率分别为B₁、B₂、...B_n，等待时间分别为S₁、S₂、...S_n，其中，F₁＝10-40分钟，B₁＝1-10次/小时，S₁＝5-15分钟，并且满足：

F_n-1≤F_n≤(F_n+1+5分钟)，当F_n≤10分钟时，F_n-1等于5分钟；

B_n-1≥B_n≥1，当B₁≥2时，B₁≥B₂≥1；

(S_-1-5分钟)≥S_n≥S_n+1，当S_n≥40分钟，S_n-1＝S_n。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的控制系统，其中，每个所述过滤组件的中心均避开浆液流速较慢和/或固含率较高的区域，其中，所述浆液流速较慢的区域指：流速在0-10cm/s的区域；所述固含率较高的区域指：固体含量浓度比反应器中心固体含量浓度高5％以上的区域。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述浆液流速较慢的区域满足：0.75R≤r_d≤0.85R，其中，R为所述反应器本体的半径，r_d为浆液流速较慢的区域到所述反应器本体中心的径向距离。

7.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述固含率较高的区域满足：0≤r_b≤40mm，r_b为所述过滤组件的外边缘距离所述反应器本体的内侧壁面的最短径向距离。

8.一种气液固多相流反应器的控制方法，在所述反应器中将多个过滤组件沿周向呈多圈布置，所述控制方法包括第一控制模式，在该第一控制模式中，控制所述多圈过滤组件从外到内的过滤时长逐渐增加，以及/或者反冲洗频率逐渐降低，以及/或者等待时长逐渐降低。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，所述过滤组件中设计有主过滤组件和过滤精度小于所述主过滤组件的辅助过滤组件，所述主过滤组件通过所述第一控制模式控制，所述控制方法还包括独立于所述第一控制模式的第二控制模式，该第二控制模式控制所述辅助过滤组件独立于所述主过滤组件周期性地进行间歇过滤。

10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其中，在所述第一控制模式中，从最外圈向内，每圈所述过滤组件的过滤时长分别为F₁、F₂、...F_n，反冲洗频率分别为B₁、B₂、...B_n，等待时间分别为S₁、S₂、...S_n，其中，F₁＝10-40分钟，B₁＝1-10次/小时，S₁＝5-15分钟，并且满足：

F_n-1≤F_n≤(F_n+1+5分钟)，当F_n≤10分钟时，F_n-1等于5分钟；

B_n-1≥B_n≥1，当B₁≥2时，B₁≥B₂≥1；

(S_-1-5分钟)≥S_n≥S_n+1，当S_n≥40分钟，S_n-1＝S_n。

11.根据权利要求9所述的控制方法，其中，在所述第二控制模式下，控制所述辅助过滤组件每隔50-100小时运转一次，运转时长5-22小时。

12.根据权利要求8或9所述的控制方法，还包括：确定反应器本体内的浆液流速较慢和/或固含率较高的区域，并且使得每个过滤组件的中心均避开所述浆液流速较慢和/或固含率较高的区域布置。

13.一种气液固多相流反应器，包括反应器本体和位于该反应器本体内的过滤器，所述过滤器包括沿所述反应器的周向呈多圈布置的多个过滤组件，其中每个过滤组件的中心均避开浆液流速较慢和/或固含率较高的区域，其中所述浆液流速较慢的区域指：流速在0-10cm/s的区域；所述固含率较高的区域指：固体含量浓度比反应器中心固体含量浓度高5％以上的区域，

其中所述过滤组件包括主过滤组件和过滤精度小于所述主过滤组件的辅助过滤组件，每隔预定时间或当所述反应器内细颗粒固含量高于预设值时，所述辅助过滤组件独立于所述主过滤组件地进行过滤作业。

14.根据权利要求13所述的气液固多相流反应器，其中，至少一圈所述过滤组件中包含所述主过滤组件和数量小于该过滤组件的所述辅助过滤组件。

15.根据权利要求14所述的气液固多相流反应器，其中，所述主过滤组件和辅助过滤组件的数量比为2:1～5:1。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的气液固多相流反应器，其中，所述主过滤组件中滤芯的过滤孔道规格为20-35微米，所述辅助过滤组件中滤芯的过滤孔道规格为35-45微米。