一种用于外甩油浆过滤的多孔滤材的制作方法

1.本发明属于过滤材料技术领域，具体涉及一种用于外甩油浆过滤的多孔滤材。


背景技术：

2.催化油浆是炼油工业催化裂化过程的副产品，含有大量饱和烃和稠环芳烃，经过进一步加工后可作为调和燃料油组分，还可作为针状焦与碳纤维的原料。但由于其还包含大量催化剂颗粒及附着在催化剂上的胶质和沥青质等杂质，对催化油浆的深加工过程造成很多困难。为解决催化裂化装置中外甩油浆净化分离的问题，研究人员设计并开发出了相关的分离技术，主要包括静电除尘技术、离心分离技术、絮凝沉降技术以及过滤分离技术。前三种技术由于经过实际应用后出现投资较大、物料损失多、分离效率低等问题，现已很少采用。目前国内外油浆分离主要采用过滤分离技术，即通过设置过滤器的方式将油浆中的杂质拦截下来以实现净化分离，其中滤芯是过滤器的核心元件，一般采用烧结金属过滤元件，其性能的高低将直接决定过滤器的过滤效果和使用寿命。
3.过滤油浆用的滤芯是利用杂质颗粒在滤芯表面形成滤饼进行分离。常用的滤芯产品大多从国外进口，例如美国pall公司的烧结金属丝网滤芯、美国mott公司和英国gkn公司的烧结金属粉末滤芯。烧结金属丝网滤芯由于其过滤层易磨损会形成穿孔导致过滤器失效，烧结金属粉末滤芯存在细小催化剂颗粒堵塞内部孔径导致在线反洗再生困难的问题。进口滤芯使用中出现的这些问题使得其很难满足国内原油炼化过程的实际工况。因此有必要针对催化裂化具体工况设计国产油浆过滤器滤芯，以提高过滤精度，延长装置运行周期，实现油浆过滤器的滤芯国产化。
4.按照进口滤芯在油浆净化分离过程中出现的问题，设计新型国产滤芯需要满足更高的要求，包括高强度、高精度、大通量和反洗再生性能好等特性。但同时满足这些性能对于开发新滤芯是一项较大的挑战。目前在滤芯的研发过程中，还存在滤芯容易变形和断裂、滤芯的强度低、应用范围受限等问题。
5.因此，研发一种可以解决上述技术问题的用于外甩油浆过滤的多孔滤材具有重要意义。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供了一种用于外甩油浆过滤的多孔滤材，所述多孔滤材包括滤芯；所述滤芯为空心圆柱状结构；
7.所述滤芯由上至下依次设有第一滤芯体、连接环、第二滤芯体；所述连接环用于连接第一滤芯体与第二滤芯体；
8.所述第一滤芯体的结构与所述第二滤芯体的结构相同；
9.所述第一滤芯体和所述第二滤芯体均包括骨架层和过滤层；所述过滤层设置在所述骨架层的外侧。
10.进一步地，所述骨架层的内侧、骨架层的外侧、过滤层的内侧、过滤层的外侧均为
圆形；
11.所述骨架层由水雾化粉末组成；所述过滤层由气雾化粉末组成。
12.进一步地，所述水雾化粉末为不锈钢粉末；
13.所述水雾化粉末的中位径d50为100-300μm。
14.进一步地，所述骨架层的外侧所形成的圆的半径为10-40mm；所述骨架层的厚度为1-3mm。
15.进一步地，所述气雾化粉末为不锈钢粉末；
16.所述气雾化粉末的中位径d50为0.5-15μm。
17.进一步地，所述过滤层的厚度为0.1-0.5mm。
18.进一步地，所述滤芯的数量为一支或三支。
19.进一步地，当所述滤芯的数量为三支时，所述三支滤芯呈等边三角形分布；
20.所述多孔滤材还包括固定结构；所述固定结构用于将所述三支滤芯的形状进行固定。
21.进一步地，所述固定结构包括加强筋、支架和定位销；
22.所述加强筋设置在所述三支滤芯的外部；所述加强筋与每支所述滤芯的轴线垂直；
23.所述定位销设置在所述三支滤芯所组成的等边三角形的内心；所述定位销与每支所述滤芯的轴线之间设置有支架；所述支架用于固定所述三支滤芯的形状。
24.进一步地，所述连接环的材质为不锈钢，所述连接环用于连接第一滤芯体与第二滤芯体；
25.所述第一滤芯体的上方还设置有连接头；所述连接头的材质为不锈钢。
26.进一步地，所述第二滤芯体的下方还设置有底盖，所述底盖的材质为不锈钢，所述底盖用于滤芯底端的密封。
27.本发明的有益效果
28.本发明提供了一种用于外甩油浆过滤的多孔滤材，本发明的多孔滤材可以用于催化裂化过程油浆过滤器内油浆的净化过滤。本发明的单支滤芯具有两段式结构，可以分散施加在单支滤芯本体上的作用应力，提高滤芯结构强度，降低滤芯发生断裂和变形的概率。本发明的单支滤芯还可以进行组装，利用加强筋可以连接多支滤芯，有效提高成组滤芯整体结构强度，解决了应用在实际工况中发生断裂现象的问题。本发明的多孔滤材的设计简单，成本低廉，应用范围广泛。
29.本发明有效的提升了滤芯的过滤精度、流通量，解决了滤芯的过滤精度与通量难以很好匹配的问题；而且本发明的多孔滤材避免了细小催化剂颗粒堵塞滤芯孔隙的问题。本发明的多孔滤材在保证较高的过滤精度的同时具有良好的在线反吹效果，延长了滤芯的使用周期，降低了滤芯运行成本。
30.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1示出了本发明实施例的单支滤芯的纵向断面结构示意图；
33.图2示出了本发明实施例的单支滤芯的横向断面结构示意图；
34.图3示出了本发明实施例的三支滤芯组件的结构三维图；
35.图4示出了本发明实施例的三支滤芯组件的主视图；
36.图5示出了本发明实施例的三支滤芯组件的仰视图；
37.图6示出了单管过滤器性能检测平台装置示意图。
38.其中，1-连接头，2-第一滤芯体，3-连接环，4-第二滤芯体，5-底盖，6-骨架层，7-过滤层，8-加强筋，9-定位销。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本实施例提供了一种用于外甩油浆过滤的多孔滤材，多孔滤材包括一支以上的滤芯，滤芯为空心圆柱状结构；本发明对滤芯的数量不作限制，优选地，所述多孔滤材包括一支或三支滤芯。图1示出了本发明实施例的单支滤芯的纵向断面结构示意图，由图1可知，所述滤芯由上至下依次包括连接头1、第一滤芯体2、连接环3、第二滤芯体4、底盖5。通过连接环3可以将第一滤芯体2与第二滤芯体4连接成整支滤芯，当有多支滤芯时，还可以在连接环3上焊接加强筋8使多支单独的滤芯连接成一个整体的结构。单支滤芯纵向采用两段式结构，中间以致密连接环连接，提高滤芯的结构强度。分段式的单支结构有利于滤芯强度的提高，并且连接环3的存在便于焊接加强筋组装多支滤芯，从而获得更高的整体结构强度。所述连接头1可以为螺纹接头或通管接头，材质为不锈钢，所述不锈钢可以选自现有的不锈钢型号的任意一种，例如选自304、310s、316l的任意一种；通过所述连接头可以实现滤芯与管板的连接。所述底盖5的材质为不锈钢，所述不锈钢可以选自现有的不锈钢型号的任意一种，例如选自304、310s、316l的任意一种，所述底盖5用于滤芯底端的密封。所述第一滤芯体2的结构与所述第二滤芯体4的结构相同。
41.图2示出了本发明实施例的单支滤芯的横向断面结构示意图，由图2可知，第一滤芯体2和所述第二滤芯体4均包括骨架层6和过滤层7；所述过滤层7设置在所述骨架层6的外侧。所述骨架层的内侧、骨架层的外侧、过滤层的内侧、过滤层的外侧均为圆形；骨架层内侧即是滤芯的内壁。所述骨架层6由水雾化粉末组成；所述过滤层7由气雾化粉末组成。所述水雾化粉末为采用现有的水雾化工艺制备的粉末，所述粉末的材质为金属，所述金属优选为不锈钢；所述不锈钢可以选自现有的不锈钢型号的任意一种，例如选自304、310s、316l的任意一种；所述水雾化粉末的中位径d50为100-300μm。所述骨架层的外侧所形成的圆的半径
为10-40mm；所述骨架层的厚度为1-3mm。所述气雾化粉末为采用现有的气雾化工艺制备的粉末，所述粉末的材质为金属，所述金属具体为不锈钢，所述不锈钢可以选自现有的不锈钢型号的任意一种，例如选自304、310s、316l中的任意一种；所述气雾化粉末的中位径d50为0.5-15μm。所述过滤层7的厚度为0.1-0.5mm。本发明的骨架层以水雾化粉末为原料，具有厚度大，强度高，孔径大，透气性好的特点，用于提高滤芯的流体通过量；过滤层以气雾化粉末为原料，厚度较薄(0.1-0.5mm)、孔径较小，用于提高滤芯的过滤精度。孔径的梯度变化有助于增强滤芯由内向外反吹再生时的清灰效果。因此，滤芯的非对称结构设计具有精度高、通量大，反洗再生效果好的优点，特别适用于催化裂化油浆的过滤过程。本发明滤芯采用横向非对称式复合结构，骨架层粉末粒径大于过滤层粉末粒径，具备保证过滤精度的同时具有较大流通量的特性，特别适用于油浆过滤器内过滤油浆的实际工况。骨架层采用等静压内压工艺制备，外表面光洁，可提高气雾化细小粉末涂覆在骨架外表面后所形成的过滤层表面的光洁度。过滤层采用表面涂覆工艺实现表面膜层粉末复合在骨架层上，并选择合适的烧结温度与保温时间对滤芯进行二次烧结，从而得到膜层与骨架层牢固结合，且表面涂层不易脱落、不堵塞基体孔隙的非对称结构。
42.针对滤芯强度的提升方面，本发明除了对单支滤芯的结构进行改进外，还设计了多支滤芯的组装焊接形式。示例性的，所述多孔滤材可以包括三支滤芯。图3示出了本发明实施例的三支滤芯组件的结构三维图，由图3可知，三支滤芯呈等边三角形分布；所述多孔滤材还包括固定结构；所述固定结构用于将所述三支滤芯的形状进行固定。所述固定结构包括加强筋8、支架和定位销9；所述加强筋8设置在所述三支滤芯的外部；所述加强筋8与每支所述滤芯的轴线垂直；
43.图4示出了本发明实施例的三支滤芯组件的主视图，由图4可知，将三支滤芯并成一组，通过上、中、下三个加强筋固定的方式进行组装，采用焊接工艺将滤芯组与管板连接在一起，使成组滤芯整体受力，有效提高滤芯的整体结构强度，大幅降低过滤油浆时滤芯发生变形或断裂的几率。
44.图5示出了本发明实施例的三支滤芯组件的仰视图，由图5可知，所述定位销9设置在所述三支滤芯所组成的等边三角形的内心；所述定位销9与每支所述滤芯的轴线之间设置有支架；所述支架用于固定所述三支滤芯的形状。一组滤芯底端设置一个定位销，有效减少了定位花板上定位孔的数量，便于定位销与孔的对心，降低滤芯的安装复杂程度。
45.本发明还进行了滤芯过滤性能评价实验，以测试多孔滤材的各项性能、实际过滤工况下的过滤效果，并将实验结果与同类进口滤芯进行了比较。
46.对于滤芯的本征性能，分别测试了其孔隙特性(孔径、渗透率、孔隙率)、压溃强度、抗极限外压强度及焊接强度。结果表明，本发明滤材的各项性能可达到进口滤芯的过滤水平，其中一些性能甚至优于进口滤芯。
47.对于滤芯的应用性能，将本发明上述的单支滤芯用到过滤器中，利用单管过滤器气固分离性能检测平台分别测试滤芯的过滤效率、过滤精度、在线反吹特性，检测平台装置如图6所示。
48.实验设置工况条件为：表观气速0.5m/min，加料浓度120g/m3，反吹压力0.4mpa。测试结果得到，使用本发明的多孔滤材进行过滤后，装置出口粉尘稳定浓度保持在2mg/m3，大于6μm的颗粒被完全除尽，且滤芯初始压降与反吹后残余压降均低于进口滤芯，表明本发明
多孔滤材的过滤效率、过滤精度、反吹效果及周期均优于进口滤芯。
49.为了进一步证明本发明多孔滤材能够应用于催化裂化油浆过滤器，本发明进行了实验测试，将进口滤芯与本发明多孔滤材(单支滤芯)的各项性能进行了对比。
50.实验1：从进口滤芯与本发明多孔滤材(单支滤芯)上分别截取试样，对滤芯的孔隙特性、压溃强度、抗极限外压强度和焊接震动疲劳强度分别进行了测试，结果如下：
51.表1本发明多孔滤材与进口滤芯的孔隙特性对比表
[0052][0053]
从表1可以看出，本发明多孔滤材的本征性能基本与进口滤芯相当，本发明多孔滤材与进口滤芯的孔径相当，但本发明多孔滤材的渗透率可达6.39x 10-5
l/min/cm2/pa，而进口滤芯的渗透率仅为4.39x 10-5
l/min/cm2/pa，表明在保证过滤精度的情况下，本发明多孔滤材的气体流通量高于进口滤芯。本发明的渗透率、透气性均优于进口滤芯。
[0054]
表2本发明多孔滤材与进口滤芯的压溃强度、抗外压强度、焊接强度对比表
[0055][0056]
从表2可以看出，本发明多孔滤材的本征强度性能(压溃强度与抗极限外压强度)基本与进口滤芯相当，本发明的振动抗弯疲劳强度优于进口滤芯。针对进口滤芯焊接热影响区强度较低的问题，本发明对多孔滤材的振动抗弯疲劳强度进行了测试。测试时将多孔滤材试样带焊缝部位的连接头固定在测试台上，通过定位销对试样的另一端进行加载，初始振幅5mm，频率2hz，振动1000次后，如果滤芯没断裂，将动态振动模式改成静态模式，振动平台向同一个方向移动，直到样品强制断裂为止。结果发现，在经过了1000次振动并施加了使得进口滤芯焊缝附近发生断裂的超过2倍的力之后，本发明的多孔滤材的焊缝部位并未产生任何裂纹，抗疲劳强度远高于进口滤芯，完全可以满足过滤器的使用要求。
[0057]
实验2：利用单管过滤器性能检测平台装置对本发明多孔滤材(单支滤芯)和进口滤芯的过滤效率、过滤精度、反吹再生特性进行测试，设置试验工况为：表观气速0.5m/min，加料浓度120g/m3，反吹压力0.4mpa。实验结果如下：
[0058]
表3实验结果汇总表
[0059][0060]
实验结果表明，本发明多孔滤材的初始压降及反吹后的残余压降均低于进口滤芯，验证了本发明多孔滤材良好的透气性及反吹再生效果。其次本发明的多孔滤材的装置稳定出口浓度明显低于进口滤芯，且除尽粒径的最小值也低于进口滤芯，表明在实验工况下，本发明多孔滤材的过滤效率及过滤精度均高于进口滤芯，能够满足油浆过滤的使用要求。
[0061]
同时，本发明的多支滤芯还可以进行组装，多支滤芯通过加强筋连接成整组的结构形式可有效提高滤芯的整体结构强度，防止滤芯使用时发生变形或断裂，大幅度提高滤芯运行可靠性。结合上述实验结论可知，本发明的多孔滤材可以在油浆过滤装置上实现长时间的安全稳定运行，其总体运行效果明显优于进口滤芯，这进一步验证了本发明滤材的过滤效率、过滤精度及整体结构强度的稳定性与优越性。
[0062]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。