[发明专利]一种从固液相反应体系中直接分离催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从固液相反应体系中直接分离催化剂的方法，更进一步说明是通过安装在反应器内的离心分离装置，在离心力作用下将液相中的固体催化剂与反应液进行分离，实现液固相反应体系的催化剂低成本和高效率的预分离或直接分离的方法。

背景技术

在固液相催化反应中，催化剂常以负载型或悬浮型这两种形态存在，虽然负载型催化剂的分离回收问题比较容易解决，但当细小的催化剂颗粒负载在载体上时，会不同程度的损失催化剂的活性位和比表面积，导致催化剂的催化活性和选择性降低。悬浮型催化剂的催化活性高于负载型催化剂，但悬浮型催化剂在使用时不可避免的涉及到催化剂与产物的分离问题，常用的催化剂分离方法有重力沉降、离心分离、膜过滤、磁分离、超临界萃取分离等等。重力沉降是利用重力和液固相密度差将催化剂颗粒与反应产物进行分离。中国专利CN1432560公开了一种在环己酮氨肟化过程中通过沉降器分离粒径为0.1～0.3μm钛硅分子筛的方法。重力沉降的不足是分离时间长，对于催化剂破损后产生的小粒径催化剂的分离效率低，同时分离设备尺寸较大，故一般无法布置在反应器内，增加了设备投资。

为了缩短分离催化剂的时间，离心分离是优先采用的分离方法。常见的离心机按照卸料方式包括三足式、卧式刮刀卸料式、卧式活塞推料式和离心力卸料式，其中三足式离心机缺点是生产能力低，人工上料卸料时劳动强度大，操作条件差，卧式刮刀卸料离心机的缺点是对固体颗粒的破碎严重、刮刀无法刮尽转鼓上的滤渣，卧式活塞推料离心机缺点是对悬浮液的浓度波动比较敏感，容易产生跑料现象，离心力卸料离心机的缺点是对物料的性质和溶液的浓度的变化非常敏感、适应性差，物料停留时间不易控制。中国专利CN1415423公开了一种具有双级转鼓和双级螺旋卸料的沉降式离心机：物料经双级转鼓加速旋转，固液两相得到分离，在差速器的作用下，使双级螺旋输送器以略高或略低于转鼓的转速将分离后的固相推出，液相从一、二级转鼓大端的溢流孔溢出。中国专利CN101113351公开了一种生物柴油的固体催化剂的生成方法：在固体酸或固体碱催化剂的存在条件下，将低碳醇与植物油混合，搅拌，加热，使其发生酯交换反应，反应完全后，用离心机将催化剂分离出去，然后将反应混合物静置，分为上下两层，上层为粗制产品。现有离心分离技术的离心分离器均置于反应器外部，对于间歇卸料式离心机，由于卸料不完全和周期循环操作造成固液相反应所需的催化剂用量增大，增加了生产成本，对于连续卸料式离心机也同样存在增加工艺流程和生产成本的问题。

旋流分离是一种利用流体旋转所产生的的离心力，在离心力场中实现对物料的分离或分选，将固体颗粒分离出来的分离装置。旋流分离由于没有运动部件，使得结构简单、单位处理量大。但是由于旋流分离需要泵等设备额外提供动力以便使物料在分离器内高速运动，使得分离过程能耗较大，同时物料的高速运动会造成分离设备和催化剂的磨损，使其在固液相催化反应催化剂分离方面的应用受到了限制。

膜过滤方法的分离效果通常较好。中国专利CN201231096公开了一种反应器内催化剂分离装置：通过安装在反应器内的过滤膜，使催化剂不被排出反应器的液体带出，始终留在反应器内。中国专利CN1394672公开了一种非均相悬浮钛纳米催化反应的催化剂膜分离方法：用泵连续抽取反应釜内的物料送入孔径为2～200nm的陶瓷、金属或其复合材料膜管中，利用膜的筛分原理，液相产品不断透过膜管被分离，悬浮态催化剂被截留在膜管内并随循环物料重新返回反应釜中。无机陶瓷膜的孔径较小，但是容易破损，金属膜虽然强度高，但是由于材料的限制使得其孔径较大，从而造成分离精度相对较低。过滤膜置于反应器内部的缺点是当过滤膜破损或失效后不便于在线更换，且由于反应器内部空间的限制，对过滤膜的尺寸和数量也有限制，而将过滤膜置于反应器外部虽然能克服以上缺点，但是也存在设备复杂、工艺流程长的不足，当催化剂粒径较小时，容易堵塞过滤膜的微孔，导致过滤阻力逐渐增大，使过滤操作难以持续进行，并且由于过滤膜的成本较高，也限制了膜过滤方法的工业应用范围。

磁分离技术主要有两种，一种是利用高梯度磁场产生磁场力，对强磁性物质进行分离；另一种方法是利用强磁场促进铁磁性物质的絮凝，从而增大颗粒的沉降速度，达到分离目的。中国专利CN1272491公开了一种己内酰胺加氢精制方法：在磁稳定床反应器，使用具有铁磁性的催化剂，由于磁场的磁化作用而相互吸引并稳定于反应器中不随反应物料动，从而克服了催化剂的分离问题。磁分离技术的缺点是需要用具有铁磁性的催化剂，或将催化剂负载于铁磁性的载体上，这限制了该技术的应用范围。