一种使用绝缘金属珠的电固液分离器制造技术

本发明专利技术公开了一种使用绝缘金属珠的电固液分离器，带有一个分离器容器，分离器容器一侧设有一个液体入口，另一侧设有一个液体出口，容器内部沿中轴线设置一个电极，与电源进行电连接，不同多个高介电常数的珠子在容器内排列形成过滤床，并填充在电极四周。电极为第一个极性，容器为第二个极性。一个固液分离循环，包括以下步骤，实现分离出液体中所含固体颗粒：1)给容器内的电极通电，使电极和容器具有相反极性；2)液体流过珠子之间的通道，由于电场产生的电力，将液体中所含固体颗粒留在珠子上。本发明专利技术的有益效果是，通过使用具有较高介电常数的介质，及特殊排列形成的非均匀电场用以生成电场梯度，最终产生更强的介电泳力，实现固液分离。

【技术实现步骤摘要】
一种使用绝缘金属珠的电固液分离器
本专利技术涉及一种运用于分离液体中固体颗粒的
中的装置和方法，尤其是一种使用绝缘金属珠的电固液分离器。
技术介绍
脱除重油流中的微米颗粒或亚微米颗粒一直以来是一项行业性的挑战。在诸多充满挑战的例子中，一个例子是从催化裂化(FCC)的油浆中脱除催化剂颗粉。油浆催化裂化(FCC)工艺广泛应用于炼油厂，用于将石油原油的高沸点、高分子量烃馏分转化为更有价值的汽油、烯烃气体及其它产品的更小的分子链。最常用的催化剂是由硅酸铝基本颗粒构成的固体沙状细粉。在催化裂化后，催化裂化装置底部仍有较小比例(2％-9％)的长链烃原料油未被破碎，被称作催化裂化油浆。这种催化裂化残油或油浆含有大约1000ppm～10,000ppm的高浓度催化剂颗粒。因此，脱除油浆中的催化剂颗粒能够提高重油的等级水平与经济价值。人们曾考虑运用多种基于电气理论的装置或方法来脱除油浆中的催化剂。电过滤器或静电分离法由于脱除效率较高，曾广泛应用于炼油厂的生产工序中。这些类型静电分离器的例子在Fritsche等人的第3,928,158号和第5,308,586号美国专利中有所描述，被归类为静电玻璃珠过滤床分离器。实际应用中，静电玻璃珠过滤床分离器在空心圆柱体容器内设有一个中心电极和一个圆柱形电极，空心容器内装有大量玻璃珠，形成一个玻璃珠过滤床。一个高电位梯度通过整个玻璃珠过滤床在中心电极于圆柱形壳体之间提供。如第3,928,158号美国专利中所描述，要想有效脱除液体中的固体颗粒杂质，就必须使用电阻率高于待过滤液体电阻率的的玻璃珠。因此，可以使用玻璃珠，尤其是普通钠钙玻璃珠。相比于使用含有氧化钠的钠钙玻璃珠，Fritsche等人的第5,308,586号美国专利中则采用钾玻璃珠代替钠钙玻璃珠。钾玻璃珠也具有较高的电阻率，同钠钙玻璃珠作为过滤床相比较，使用钾玻璃珠作为过滤床的静电分离器提高了脱除固体颗粒杂质的效率。当油浆流过玻璃珠之间的间隙空间时，催化剂和其它固体颗粒杂质被吸附在玻璃珠表面，从而提高了油浆的纯度。作用于液体中电荷中性粒子的电分离力主要归功于介电泳和电泳理论。由于主要应用于带电粒子，且电泳力只有在某些特殊条件下发生，所以曾被忽略。一种似乎可信的解释电分离力的理论是介电泳或“DEP”。二十世纪五十年代，美国物理化学家Pohl(波尔)首次采用独特的机电分离法在施加电场梯度条件下脱除流体介质中的悬浮颗粒。在一个均匀电场中，作用于电荷中性粒子的电场力为零或无穷小。现实世界中，由于电场线之间不平行和/或间隔不均匀，电场通常为非均匀电场。电场线间隔范围可能从疏到密排列，反映出不同的电场强度(电场线间隔越密，则电场强度越高)，而不平行电场线则反映出这样一个事实，即电场没有位于两条无限长的平行板之间(所谓真正均匀电场的前提条件仅存在于理论中)。非均匀电场可以极化介电粒子。作用在极化的介电粒子上的净力被称为介电泳力(DEP力)。此外，电场在粒子与流体介质之间产生一个电压电位梯度。可以根据静电场中作用于极化的粒子的有效电磁偶极力导出一个公式并进行量化。以一个简单实施例为例，将半径为R，介电常数为εp的球形颗粒浸入介电常数为εp的无损介电液体，并施加一个非匀强电场E：(1)式中：K＝(εP-εm)/(εp+2εm)，Clasius-Mossotti因子的实数部分表示颗粒相对于流体介质的有效极化率。表示量化的电场强度和梯度。FDEP表示介电泳力。等式(1)显示介电泳力与颗粒体积或尺寸及作用电场E的强度和梯度成正比例。因此，介电泳过滤系统可以通过设计施加电场的有效梯度和强度来进行设计和改进。介电泳固液分离法通过在非均匀电场中施加介电泳力以脱除固体颗粒。然而，应用介电泳原理来解决工业固液分离或过滤曾遭遇各种问题，特别是脱除催化裂化油浆中催化剂颗粒的问题。因为在工业装置设置中，作用于颗粒的介电泳力比作用于在颗粒的重力要小得多(取决于颗粒的重量)，介电泳主要用于诱捕或分离重量较轻的颗粒，如生物或生物医学应用领域中的血细胞和癌细胞。在这些应用领域，可通过在标准十伏直流电压或交流电压条件下应用微型机电结构电极形成约强于重力沉降力10倍的介电泳力。最近十年中，生物医学应用领域的众多技术文献和几百项专利运用了介电泳分离法。为实现介电泳分离法的大规模工业行业应用，如脱除数千吨炼油厂石油(尤其是油浆)中所含数以吨计的催化剂，必须在颗粒上形成更强的介电泳力，以达到理想的实际效率和处理能力。一旦颗粒介电常数εp大大不同于流体介质的介电常数εm，就会产生介电泳力，导致颗粒与介质之间发生分离运动。在这些情况下，介电泳力的大小与施加电场和由此产生的电场梯度均成正比例。因此，需要一种通过使用具有较高介电常数εm介质，及特殊排列形成的非均匀电场用以生成电场梯度，最终产生更强的介电泳力的装置，以促进石油应用领域中的固液分离-特别是油浆。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供的一种使用绝缘金属珠的电固液分离器，通过使用具有较高介电常数的介质，及特殊排列形成的非均匀电场用以生成电场梯度，最终产生更强的介电泳力，实现固液分离。一种电固液分离器，包括：一个分离器容器，用于接收流过的液体；在分离器容器内远端点之间形成非均匀电场的方法，以在分离器容器内产生足够的介电泳力；在分离器容器内，多个珠子排列以构成过滤床，每个珠子作为多个珠子的一个子集，包括金属芯，所述金属芯四周表面介质的介电常数高于四周无表面介质的珠子的介电常数。进一步的：所述每个珠子是多个珠子中一个子集，包括金属芯，包括金属芯四周电绝缘表面。进一步的：所述电绝缘表面为一个涂层，选取由从包含PTFE塑料、陶瓷及两者组合的材料组中的绝缘材料。进一步的：所述多个珠子是由两种或两种以上不同直径的珠子组成；每种珠子的直径根据通过珠子中心的外表面两点之间的线段测定。进一步的：还包括所述多个珠子的第二子集，其中来自所述第二子集的每个珠子包含珠芯，选自非金属材料、半导体材料、铁磁材料及所属材料的组合。进一步的：还包括包含所述多个珠子组成的珠子过滤床，其中用于产生所述电场的装置包括在所述容器内的电极，所述电极穿过所述珠子过滤床，所述容器连接到地面，多个珠子被包裹在电极周围。进一步的：产生非匀强电场的方法包括使用一个或以上电极作为第一个极性，与电源进行电连接，并使用一个或以上接地极作为第二个极性。进一步的：所述分离器容器为圆柱形容器，在所述圆柱形容器相对两端设有液体入口和出口。进一步的：在所述液体入口与所述过滤床之间还设有一个入口多孔盘，在所述过滤床与所述液体出口之间设有一个出口多孔盘。进一步的：所述入口多孔盘和所述出口多孔盘采用从包含聚四氟乙烯PTFE、陶瓷及两者组合的材料分组中选取的材料制成。进一步的：在所述液体入口处包含一台预过滤器，用于在液体进入所述容器前滤除颗粒。一种固液分离方法，携带固体污染物的液体通过电场或电磁场，液体流过珠子过滤床；所述珠子过滤床由多个珠子组成，来自所述多个珠子的每个珠子都包含金属芯，所述多个珠子与液体一起形成介质，其介电常数高于无金属芯珠子的介电常数。一种电分离器，包含：a.第一个电极；b.第二个电极；c.一电场发生器，可以在第一个电极与第二个电极之间形成非均匀电场，从而产生足够的介电泳力；d.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电固液分离器，其特征在于，包括：一个分离器容器，用于接收流过的液体；在分离器容器内远端点之间形成非均匀电场的方法，以在分离器容器内产生足够的介电泳力；在分离器容器内，多个珠子排列以构成过滤床，每个珠子作为多个珠子的一个子集，包括金属芯，所述金属芯四周表面介质的介电常数高于四周无表面介质的珠子的介电常数。

【技术特征摘要】
2017.06.07 US 15/616,7941.一种电固液分离器，其特征在于，包括：一个分离器容器，用于接收流过的液体；在分离器容器内远端点之间形成非均匀电场的方法，以在分离器容器内产生足够的介电泳力；在分离器容器内，多个珠子排列以构成过滤床，每个珠子作为多个珠子的一个子集，包括金属芯，所述金属芯四周表面介质的介电常数高于四周无表面介质的珠子的介电常数。2.根据权利要求1所述的电固液分离器，其特征在于：所述每个珠子是多个珠子中一个子集，包括金属芯，包括金属芯四周电绝缘表面。3.根据权利要求2所述的电固液分离器，其特征在于：所述电绝缘表面为一个涂层，选取由从包含PTFE塑料、陶瓷及两者组合的材料组中的绝缘材料。4.根据权利要求2所述的电固液分离器，其特征在于：所述多个珠子是由两种或两种以上不同直径的珠子组成；每种珠子的直径根据通过珠子中心的外表面两点之间的线段测定。5.根据权利要求4所述的电固液分离器，其特征在于：还包括所述多个珠子的第二子集，其中来自所述第二子集的每个珠子包含珠芯，选自非金属材料、半导体材料、铁磁材料及所属材料的组合。6.根据权利要求1所述的电固液分离器，其特征在于：还包括包含所述多个珠子组成的珠子过滤床，其中用于产生所述电场的装置包括在所述容器内的电极，所述电极穿过所述珠子过滤床，所述容器连接到地面，多个珠子被包裹在电极周围。7.根据权利要求1所述的电固液分离器，其特征在于：产生非匀强电场的方法包括使用一个或以上电极作为第一个极性，与电源进行电连接，并使用一个或以上接地极作为第二个极性。8.根据权利要求1所述的电固液分离器，其特征在于：所述分离器容器为圆柱形容器，在所述圆柱形容器相对两端设有液体入口和出口。9.根据权利要求8所述的电固液分离器，其特征在于：在所述液体入口与所述过滤床之间还设有一个入口多孔盘，在所述过滤床与所述液体出口之间设有一个出口多孔盘。10.根据权利要求9所述的电固液分离器，其特征在于：所述入口多孔盘和所述出口多孔盘采用从包含聚四氟乙烯PTFE、陶瓷及两者组合的材料分组中选取的材料制成。11.根据权利要求8所述的电固液分离器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：白鹰，谭惠，陈旭，陈骜，
申请(专利权)人：美国拉贝尔有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US