プロセス産業向けの焼結金属フィルターシステム

主な要点

• 焼結金属フィルターは、その高い粒子除去効率、耐久性、および高温や腐食環境などの過酷な条件に耐える能力で注目されています。
• これらは、石油精製、化学および石油化学処理、医薬品製造などの業界で継続的にサービスを提供できるように設計されています。
• フィルターは逆洗などのさまざまな洗浄方法に対応しており、長寿命と安定した性能を保証します。
• 焼結金属フィルター媒体は、特定の用途要件を満たすために合金材料と細孔サイズに関してカスタマイズ可能であり、濾過効率と操作の信頼性を向上させます。

 

固体/液体の分離に焼結金属媒体を利用するろ過システムは、圧力スパイク、高温、および/または腐食性環境に対して脆弱である可能性がある他の分離方法論に効果的かつ経済的な代替手段であることが証明されています。

これらの過酷な環境は、継続的なサービスの使用を要求することが多く、管状の金属エレメントに加工された焼結金属媒体を利用した全金属濾過システムに最適です。 焼結金属媒体は、通常、リーフフィルター、バッグフィルター、プレートフィルターおよびフレームフィルターを使用する多くの産業用アプリケーションで、高い粒子効率の除去、信頼性の高い濾過性能、効果的な逆洗能力、および長いオンストリームサービス寿命を実証しています。

焼結金属媒体は、下流工程への肯定的な障壁を提供します。 焼結金属は、より細かいフィルター膜をサポートするために使用したり、プレコートしたり、イオン交換樹脂でコーティングされているフィルターセプタムとして使用したりすることもできます。 シングルパスで優れたろ過を提供することに加えて、現場での逆洗により、プロセス材料や揮発性物質へのオペレーターの曝露が減少します。 アプリケーションには高温および腐食性の環境が含まれますが、運転コストが高い圧力駆動の​​ろ過プロセスは、焼結金属ろ過技術を使用して改善できる可能性があります。 適切なアプリケーションは、石油精製、化学および石油化学プロセス、医薬品製造施設に見られます。

金属焼結フィルターの主な特徴と特性 

特別に設計および設計された焼結多孔質金属メディアの開発は、安定した多孔質マトリックス、正確なバブルポイント仕様、狭い厚さ公差、および透過率の均一性により、信頼性の高い濾過性能、効果的な逆洗洗浄、および長い稼働寿命を保証します。 これらの十分に制御された細孔は、逆洗プロセス中の後続の粒子除去と相まって、プロセスストリームからの効果的な粒子除去を確実にするために不可欠です。 粒子状物質は、望ましくない汚染物質、化学プロセスの望ましい生成物、または再利用可能な触媒である可能性があります。 粒子状物質の除去は、下流の液体流の質（価値）を改善するか、または廃棄物流のその後の処理を助けることができる。

焼結金属メディアの恒久的な構造により、メディアマイグレーションなしでフィルターカートリッジをいくつかの方法でクリーニングできます。 焼結金属媒体のSEM顕微鏡写真を図1に示します。

図1：焼結多孔質金属グレード2メディアのSEM画像。

耐食性の合金タイプと粒子除去の媒体グレードの適切な選択により、分離中の液体の純度が保証されます。 プロセスフィルターの現場洗浄は、液体またはガスの逆洗です。 互換性のある材料による化学洗浄または洗剤溶液での超音波洗浄は、フィルターから不溶性の汚染物質を除去します。 焼結金属媒体は、次のようなさまざまな耐食性合金で利用できます。ステンレス鋼316 L、304L、310、347、および430。 ハステロイ^® B、B-2、C-22、C276、NおよびX; インコネル^® 600、625、および690。 モネル^® 400; ニッケル200; 合金20; チタン。

焼結金属媒体は、グレード0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、40、100で提供されます。焼結多孔質金属は、合金材料と大気条件に応じて、750〜1750°Fの温度範囲を提供します。 表1は、いくつかの焼結金属合金の高温使用温度を示しています。

表1.選択した焼結金属合金の高温サービス。

最高温度
材料	酸化雰囲気		大気の削減
	℃で	°F	℃で	°F
316ステンレス鋼	400	750	482	900
イコネル600	593	1100	815	1500
ハステロイX	788	1450	927	1700

焼結金属フィルターエレメントを供給して、3000 psiを超える差圧に耐えることができます。 焼結金属は、すべて溶接構造の永久媒体です。 メディアは、メディアの移行がなくても圧力スパイクに耐えることができます。 組み立てられた焼結金属カートリッジの品揃えを図2に示します。

図2.焼結多孔質金属カートリッジは、さまざまな形状、メディアグレード、合金で利用できます。

ろ過特性は、メディアの特性、利用可能な表面積、およびアプリケーションのプロセス条件によって異なります。 粒子の保持、メディアの均一性、粒子の脱落がないこと、および洗浄性は、フィルターのオペレーティングシステムにとって重要です。 実験室の実現可能性評価は、フィルター設計仕様を決定するための適切な基礎を提供します。 パイロットスケールテストは、フィルターがプロセス条件下で動作仕様を満たしていることを確認します。

ろ過原理

焼結金属フィルターは、メディア表面に粒子が集まる高効率のXNUMX次元ひずみタイプです。 メディアグレードの適切な選択は、粒子の保持、圧力降下、逆洗能力に関するろ過アプリケーションのニーズのバランスをとる必要があります。 基本的には、考慮すべきXNUMXつのプロセス要因があります。フィルター媒体を通過する流体の速度、流体の粘度、および粒子の特性です。 重要な粒子特性は、粒子の形状、サイズ、密度です。 硬く、規則的な形状で、FCC触媒などの非圧縮性のケーキを形成する粒子は、表面濾過に適しています。

ろ過操作は一定の流量に基づいており、最終的な圧力低下に達するまで圧力低下が増加します。 所定の流量および粘度条件で、流体の流れの圧力降下が最大になるポイントまで触媒ケーキの厚さが増加すると、最終条件に達します。 次に、フィルターをガスで加圧し、逆洗排出バルブをすばやく開いて、フィルターを逆洗します。 この逆洗手順により、一時的に高い逆差圧が発生し、媒体表面から固形物が効果的に除去されます。 メディアを通過するクリーンな液体（濾液）の逆流は、固形物の除去を助け、フィルターからそれらを洗い流します。

焼結金属媒体を使用したろ過操作の繰り返しサイクルの経時的な圧力降下の均一性を図3に示します。

図3. Mottグレード0.5メディアを使用した複数サイクルの圧力プロファイル

圧力降下の上昇率の均一性は、スラリー濃度と同様に、供給スラリーの粒径分布が一定のままであることを示します。 均一な多孔性のろ過媒体を利用する裏返しのフィルター構成は、フィルター要素の内面に均一なケーキを形成し、粒子の除去と逆洗効率を向上させます。 メディアが調整されると、逆洗後の回復圧力はわずかに増加しますが、クリーンフローの圧力降下の2〜3 PSI以内である必要があります。 一貫した性能を得るためには、濾材の回復圧力降下が安定している必要があります。 メディアを適切にクリーニングするには、適切な逆洗方法と手順に従う必要があります。 流体温度の変化は粘度に影響し、したがって、媒体全体の圧力降下の上昇率に影響します。 したがって、設計操作温度は、ろ過プロセス全体を通じて維持する必要があります。

フィルターシステムの説明と操作

インサイドアウトフィルターの操作には1つの方法があります。2）静的またはバリアタイプのろ過とXNUMX）動的またはクロスフローろ過です。 変動は、主に逆洗またはブローダウンの方法に存在し、第XNUMXに供給と濃縮の方法に存在します。 静的/バリア方式では、固体がチューブの壁に堆積し、流体が濾液として壁を通過します。 流体の流れは、一般的に要素の壁に対して垂直です。 ダイナミックまたはクロスフロー法は、固体の著しい蓄積を防ぐのに十分な速度の要素を介して軸方向に循環溶液の流体の流れを組み込みます。 結果として生じる効果は、希釈されたフィードストリームを高固形分に濃縮し、固形物ケーキを通過する流れによる圧力降下を減らすことです。

焼結金属メディアを使用したろ過では、1つの主要なタイプのフィルター構成を使用して、固液濾過を行います。 2）裏返しのろ過：固液バリア分離は、クローズドエンドの管状フィルター要素の内側で発生します。 3）裏返し（マルチモード）ろ過：オープンエンドの管状フィルター要素の内側で発生する固液分離（バリアまたはクロスフロー）。 ろ過は、マルチオプションの上部または下部フィード入口を使用します。

図4に示すインサイドアウトフィルターは、触媒回収を含む無数の産業用途向けに1984年にモットコーポレーションによって開発されました。

図4.インサイドアウトバリアフィルターの構成

裏返し濾過は、固体が要素に確実に運ばれるように、沈降速度が遅い固体のアプリケーションに最適です。 要素の内側により安定したケーキが形成され、各要素は独立して動作します。 要素を互いに接近させることができるため、ハウジングが小さくなり、液体の滞留量が少なくなります。 固形物は、スラリー逆洗、空のシェルガス逆洗、またはウェットケーキ排出によって洗浄および逆洗できます。 インサイドアウトフィルターの属性は次のとおりです。

• 構成は、ヒールが少なく、濾液の損失が最小で、固形物の排出がより容易であるため、アウトサイドイン濾過よりも効率的です。
• 固体保持能力に基づいて要素を選択できるため、充填密度を最適化できます。
• 上部の濾液出口を使用すると、エレメントの全長にわたってフィルターケーキが確実に堆積します。
• 下部のろ液出口を使用すると、ろ過された液体をシェルからガスで置換できます。
• 製品の収量を増やし、より高濃度のスラリー逆洗を行います。

図5に示すインサイドアウトマルチモードフィルターはインサイドアウトフィルターに似ていますが、エレメントは両端が開いており、XNUMXつのチューブシートで密閉されています。

図5.インサイドアウトマルチモード構成

裏返しのマルチモードフィルターは、液体の浄化が目的である軽質固体研磨フィルターとして、触媒または製品固体の高固形分回収フィルターとして操作できます。 マルチモードのクロスフロー構成は、濃縮液をサイドストリームで除去して連続的に、または目的の濃度に達した後に再循環を停止してバッチプロセスとして操作できます。 バッチがろ過されると、バリアモードを使用して、固形物をスラリー逆洗またはウェットケーキ排出として排出できます。 ケーキを空気、蒸気、またはその他のガスで脱水すると、固形分が40〜50％に濃縮されます。 逆洗は、裏返しの逆洗モードに似ています。 バンプアンドセトルにより、フィルターエレメントやハウジングを空にすることなく固形物を濃縮できるため、製品の歩留まりを最適化できます。 連続ループ反応器システムは、逆洗を必要としない場合があります。 インサイドアウトマルチモードフィルターの利点は次のとおりです。

• トップフィード構成は、沈降速度が速い高比重固体で最も有利です。 固体の分類は、上昇流モードで発生する可能性があります。
• フィルターは高効率の固形物除去、安定したケーキ、優れたケーキ洗浄能力を提供します。
• システムは、バリアモードまたはクロスフローモードの両方で操作できます。
• 流量が許容され、逆洗のために数分間流れを停止できる場合、またはメンテナンスのためにオフライン期間を許容できる場合は、単一容器フィルターをお勧めします。
• 継続的なフローが必要であり、メンテナンスのためにオフラインでの短い期間を許容できる場合は、XNUMXつのフィルターのデュアルシステムが推奨されます。
• メンテナンス期間中であっても、連続運転にはXNUMXつのフィルターシステムが推奨されます。

フィージビリティテスト

ろ過特性は、フィルターメディアの特性、利用可能な表面積、およびアプリケーションのプロセス条件によって異なります。 実験室の実現可能性評価は、フィルター設計仕様を決定する際の適切な基礎を提供します。 パイロットスケールテストは、フィルターがプロセス条件下で動作仕様を満たしていることを確認します。 テストでは、次の情報を提供できます。固体の粒子サイズ、形状、濃度、およびろ過特性の検証。 サイジングとパフォーマンスを評価する唯一の有効な方法は、テストです。 実現可能性およびパイロット規模のテストから得られる情報には、以下が含まれます。

• スケールアップ用のサイジングデータを取得し、動作条件を確認します。
• フィルター操作の操作担当者を紹介し、訓練します。
• プロセス条件の変動でフィルターに挑戦します。
• クリーニングとメンテナンスのスケジュールに関する長期的な運用情報を取得します。
• さまざまなメディアに対する拡張操作の影響を評価します。
• 材料の互換性テスト。

パイロットフィルターのケーススタディ：逆洗フィルターの性能スラリーオイルのろ過

商業精製所でのパイロット研究では、10 GPM（340 BPD）の自動パイロットフィルターを使用して、2500か月の試験中に行われたテストでフィルターの動作性能とメディアの選択を確認しました。 フィルターは、ろ過と逆洗の間で継​​続的に循環され、2サイクル以上が実行されました。 逆洗液は中間サイクル軽油でした。 テストは、テスト期間中のサイクル数を最大化するために行われました。 さまざまなメディアグレードでのフィルター性能を表XNUMXにまとめます。

表2.モットグレード0.5、2、および5の培地を使用したパイロットろ過テスト。

フィード濃度、 TSS、ppm	粒径 範囲、μm	平均 粒子 サイズ、μm	メディア グレード	ろ液、 TSS、ppm	オペレーティング フラックス、 gpm / ft2
1000	無し	<10	0.5	<20	無し
750-1000	無し	10-12	2	10	0.25
500-1000	1-30	20	2	10-15	0.1-0.5
1200	1-190	30	5	91	0.5
1500	1-190	30	0.5	10	0.34

図6は、2、1、4日後のグレード30の媒体の経時的な圧力降下の上昇率を比較した均一な圧力プロファイルを示しています。

図6.圧力プロファイルの比較

スラリー油の濃度は500〜1000PPMの範囲でした。 平均粒度は約20μmでした。 ろ過サイクルは約40分で、最終圧力は37〜40PSIでした。 逆洗後の回復圧力は2〜5PSIの範囲でした。 ろ液の品質は25PPM TSS未満で、ほとんどのサイクルは10ppm以下でした。 固形分濃度の増加は、圧力降下がより速い速度で増加するため、サイクルタイムを短縮します。

この影響は、サイクルの末端圧力降下を大きくすることである程度克服できます。 固体濃度の増加が大きな粒子の添加によるものである場合、固体ケーキの透過性が増加し、同じ圧力降下での固体負荷容量が増加します。

アプリケーション

焼結金属媒体は、過去40年間、無数の分離アプリケーションで使用されてきましたが、以下のアプリケーションケースでいくつか例を示します。 最初の4つのケースでは、連続ろ過が可能なトリプルフィルターシステムを使用しました。 ケースXNUMXでは、反応器の周りの再循環ループでフィルターハウジングを使用します。

ケース1

このろ過プロセスでは、2μmを超える研磨剤の微粉を捕捉し、晶析装置のテール研磨アプリケーションで化学的酸素要求量（COD）を低減するために、頑丈な逆洗可能なフィルターが必要でした。 固形物は、廃棄物の発生をゼロにし、廃水汚染を最小限に抑えるために、結晶分離器に戻されました。 多孔性の逆洗可能な媒体は、フィルターカートリッジが6年以上にわたって毎日複数回の逆洗で動作するため、経済的であることが証明されました。

ケース2

焼結金属ろ過技術は、使用済み触媒回収用途向けの遠心分離機の代替手段を提供します。 ろ過により、1 ppm未満の浮遊物質のろ液品質が得られ、回収のためにオフサイトに送られた濃縮固形物が逆洗されました。 このフィルターシステムは7年以上にわたって正常に動作し、使用済みの触媒回収の節約により、ろ過システムの費用は1年強になりました。

ケース3

FCCスラリー油ろ過システムは、中国の主要な製油所に設置されており、容量は100日あたり350トンから1997トンを超えます。 350年以来、多孔質金属媒体は中国の20つ以上のFCCスラリーオイルフィルターシステムに適用され、システムの大部分は既存のRFCCユニットと共に設置されました。 典型的なRFCCスラリーオイルユニットは、約2°C、2000 kg / cm12,000で動作し、触媒固形分濃度は50 ppmから99.5 ppmもの高さです。 ろ液の品質は7 ppm未満で、XNUMX％以上の効率を示します。 クリーンなFCCスラリーオイルは、クリーンな燃料、さまざまな高級石油コークス、カーボンブラックを製造するための原料として使用されます。 クリーンなFCCスラリーオイルは、クリーンな燃料、さまざまな高級石油コークス、カーボンブラックを製造するための原料として使用されます。 クリーンなFCCスラリーオイルは、芳香族溶媒抽出ユニットを通過した後、RFCC自体を含むさまざまな炭化水素プロセスへの優れた原料としても使用できます。 製油所のアプリケーションでは、スラリーオイルからFCC触媒の微粉を除去するために、二重または三重のフィルターシステムを使用しています。 図XNUMXに、デュアルフィルターシステムの概略図を示します。

図7.自動化されたデュアルフィルターシステムの概略図

これらの完全に自動化されたシステムは、連続操作で高流量を処理するように設計されています。 XNUMXつのフィルターを同時に実行してサイクルタイムを延長しましたが、サイクルタイムをずらし、オンラインフィルターのXNUMXつが逆洗を必要とするときにXNUMX番目のフィルターをスタンバイ状態にしました。 触媒微粒子やその他の微粒子を除去することで、石油製品が改善されるだけでなく、下流の機器が汚れるのを防ぎ、機器のメンテナンスを減らすことができます。

ケース4

ろ過では、異性化反応でマルチモードフィルターを使用して、連続フロー撹拌槽型反応器（CSTR）から微細な懸濁触媒（0.5〜100μm）を回収しました。 このテクノロジーは、複数のキャンドルタイプのフィルターを置き換え、一定の製品フローを維持するために靴下の交換とセカンダリカートリッジフィルターを必要とします。 反応器の周りの再循環ループで動作するマルチモードフィルターの利点。 フィルターソックスとカートリッジを使用して頻繁にシャットダウンする必要がないため、触媒の寿命が延びます。 製品の収率と同様に、触媒の回収率が増加しました。 フィルターケーキは、総懸濁固形分が0.01 ppm未満のろ液を生成しながら、再循環速度によって制御されました。

ケース5

焼結金属媒体は、樹脂ブローダウンから回収された廃水を研磨するため、および樹脂、クラッドおよび酸化鉄の除去における放射性廃棄物の体積を減らすために、使用済み樹脂処理システムで使用されています。 焼結金属媒体は、意図的な動揺条件下でも優れた安定特性を示し、原子力用途に最適です。 発電所では、蒸気発生器または原子炉の腐食を防ぐために、樹脂漏れを少なくする必要があります（0.1パーツ/ビロン以下）。 焼結金属メディアを使用したフルフローでの樹脂漏れは、一貫してXNUMX億分のXNUMX未満です。

ケース6

焼結金属ろ過媒体は、下流の石油化学およびファインケミカル産業で使用されています。 ろ過システムはさまざまなPTA（Purified Teraphthalic Acid）プロセスに設置され、生産歩留まりの向上、製品品質の向上、貴重な触媒の回収、廃棄物処理ユニットへの負荷の低減を実現します。

まとめ

焼結金属メディアは双方向性であり、設計は裏返しでも裏表でも同じように機能します。 メディアは、その構造的完全性、および化学的および熱的適合性により、再利用可能です。 その結果、これらの媒体は、逆洗に濾液、ガス、またはその他のプロセスと互換性のある流体を使用できる逆洗可能で洗浄可能なフィルターに発展します。 フィルターハウジング設計のバリエーションにより、フィルターのパフォーマンス効率が最適化されます。 裏返し濾過の利点には、安定したケーキの形成が含まれ、一貫した高品質の濾液が得られます。 プラグフローの液体置換により、ケーキの洗浄中の液体消費が最小限に抑えられるため、洗浄液の量が最小限に抑えられます。 ケーキの脱水は、フィルター要素に蓄積された液体のガス置換により、フィルターのクリーン側で可能です。 全体として、このテクノロジーは液体製品の固形物汚染を減らし、固形物回収を最適化します。

ケネスL.ルーボウ博士とルイーズL.スタンジによって書かれました

Hastelloyは、Hayes International、Inc.の登録商標です。

InconelおよびMonelは、International Nickel Co.、Inc.の登録商標です。

 

 

FAQ: 焼結ステンレスフィルター

Q: 焼結ステンレスフィルターとは何ですか?

A: 焼結ステンレスフィルターは、ステンレス鋼の粉末を圧縮、焼結して多孔質構造を作り、高い濾過効率を実現した濾過装置です。

Q: 産業用途に焼結ステンレス鋼フィルターを選択する理由は何ですか?

A: これらのフィルターは耐久性が高く、腐食や高温に対する耐性があり、信頼性と寿命が重要な要求の厳しい産業環境に最適です。

Q: 焼結ステンレス鋼フィルターは洗浄して再利用できますか?

A: はい、焼結ステンレス鋼フィルターの主な利点の 1 つは、洗浄して何度も再利用できることであり、使い捨てフィルターよりもコストを節約できます。

Q: 焼結ステンレス鋼フィルターの適切な孔径はどのように決定しますか?

A: 適切な細孔サイズは、最適なろ過性能を確保するための、ろ過する粒子のサイズや望ましい流量など、特定の用途の要件によって異なります。