CN101306256A

CN101306256A - 一种高效传质的催化蒸馏塔内件

Info

Publication number: CN101306256A
Application number: CNA2008100522699A
Authority: CN
Inventors: 李永红; 广翠; 李鑫钢; 李洪; 高鑫
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2008-02-03
Filing date: 2008-02-03
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2028-02-03
Also published as: CN101306256B

Abstract

本发明涉及一种高效传质的催化蒸馏塔内件。其中塔内件1是由一个多孔容器和其内部具有催化性能的填充物5所组成，容器的侧壁与下底面固定，下底面的中部有至少一个纵向滑杆7，上底面可沿着纵向滑杆上下移动，并可通过螺栓8固定于滑杆的任意高度，容器的侧壁2不通透，容器的上底面4、下底面3均为丝网板或者多孔板，塔内件通过螺母9固定在网格支架10上，网格支架固定在催化蒸馏塔壁13上。本发明的催化蒸馏塔内件的上底面高度低于侧壁，使催化剂上方积累一定高度的液体，借助液体的重力促进反应物进入催化剂床层，使反应物与催化剂表面充分接触，同时也促使产物及时移出催化剂床层，避免过度反应，有效控制反应物在催化剂表面的停留时间。

Description

一种高效传质的催化蒸馏塔内件

技术领域

本发明涉及一种高效传质的催化蒸馏塔内件，属于化工设备技术领域。

背景技术

催化蒸馏塔是一种既有反应功能又有分离功能的化工设备，其反应区的内构件必须同时具有催化作用和汽液接触传质作用的双功能，这种塔内件也称为催化蒸馏塔填料，其结构性能直接影响催化蒸馏过程的效率，需要即保持反应区的汽液两相充分接触，又能够使反应物与固体催化剂的接触时间易于控制，但是目前的催化蒸馏塔填料结构尚不能满足这种要求。

有关催化蒸馏填料结构的专利和文献报道如下：

US5275790和US5262012分别提出将多孔惰性小球与催化剂均匀混合后装入不同结构的网状或者多孔壁金属箱中，由金属箱构成催化蒸馏塔内件，试图在催化蒸馏塔内件中形成一定的自由空间，作为汽液两相流动的通道，但这类塔填料难以避免沟流和短路现象。

US4443559提出一种由催化剂元件和弹性元件构成的催化蒸馏塔内件，将固体催化剂封装于金属网套内构成催化剂元件，弹性元件与催化剂元件紧密相连或者围绕在催化剂元件四周。由于催化剂在封套内，反应物需要经过较长的扩散过程才能到达催化剂表面，而且生成物也不容易由催化剂包内部向外扩散，因此阻碍了正反应的进行。

US4242530和US4302356提出的方法是将催化剂装入玻璃纤维袋子或者树脂毛毡袋子，再将装有催化剂的袋子附在丝网弹性体上卷成卷，以此作为催化蒸馏塔填料。由于反应物和产物的传递均需要通过袋子，而液体在袋子的表面形成一层液膜使传质过程受阻，严重影响反应过程的进行，导致催化剂利用率下降，并且加工费昂贵。

US5073236、US5413749和CN1065412的方法是将固体催化剂颗粒装填在金属波纹网板或者多孔波纹板之间，试图增加汽液两相的接触和减小塔压降。但是由于塔内件的空隙率大，存在严重的气体短路现象，当以有效组分含量很低的气体为催化蒸馏的体系时，反应效率甚低。

采用现有技术制成的催化精馏塔内件在使用中存在的一个严重的问题是当液体流经催化蒸馏塔内件时，容易在其表面的网孔处形成液膜而封住通往催化剂的孔，构件表面的反应物遇到液膜阻力而不能由网孔易进入构件内与催化剂接触，内部的反应产物也不易流出，从而减小了构件内外之间的传质速率，使得反应和分离难以耦合，降低了催化蒸馏的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效传质的催化蒸馏塔内件，这种塔内件能够借助催化剂颗粒上方液体自身的重力迫使反应物以可控制的流速穿过催化剂层，在催化剂表面保持一定的停留时间，促进反应物与催化剂充分接触。

本发明的另一个目的在于提供一种便于安装和拆卸的催化蒸馏塔内件，通过螺母将塔内件分别固定在支架的不同位置，更换催化剂时只要用新的塔内件替换即可，旧的塔内件件可回收利用，而且更换某个塔内件对其它的塔内件不会产生影响。

本发明的第三个目的在于提供一种可灵活排列组合的催化蒸馏塔内件，内件之间的空隙大小可调，以提供适宜的反应区压力降，上下两层塔内件的排列采用交错式或者同轴式，还可以在上下两层塔内件之间安装波纹规整填料，波纹规整填料同时具有汽液接触传质作用和液体再分布作用。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：

本发明的一种高效传质的催化蒸馏塔内件，其中：塔内件1是由一个多孔容器和其内部具有催化性能的填充物5所组成，容器的侧壁与下底面固定，下底面的中部有至少一个纵向滑杆7，上底面可沿着纵向滑杆上下移动，并可通过螺栓8固定于滑杆的任意高度，容器的侧壁2不通透，容器的上底面4、下底面3均为丝网板或者多孔板，塔内件通过螺母9固定在网格支架10上，网格支架固定在催化蒸馏塔壁13上。

所述的容器内部的填充物为具有相近尺寸并且均匀混合的催化剂颗粒5和惰性填料6，其空隙率为20～70％，填充物的装填高度为5～500mm。优选所述的填充物的装填高度为20～200mm。

所述的容器的侧壁高度为20～800mm，容器上底面高度低于塔内件侧壁上部边沿10mm以上，容器的上、下底面开孔率不小于20％，容器的横截面形状为圆形、矩形或者多边形。优选容器的侧壁高度为50～500mm。

所述的催化蒸馏塔内件固定在蒸馏塔内网格支架10上，每层支架上塔内件的总截面积为催化蒸馏塔横截面积的70～95％，

所述的催化蒸馏塔内件固定在催化蒸馏塔内网格支架上，上下相邻支架上的塔内件交错排列。

所述的催化蒸馏塔内件固定在蒸馏塔内网格支架上，上下相邻固定塔内件的支架之间或者若干层支架之间设置有波纹规整填料11，波纹规整填料的装填高度为20～800mm。优选波纹规整填料装填高度为50～200mm。

所述的催化蒸馏塔内件固定在蒸馏塔内网格支架上，上下相邻固定塔内件的支架之间设置有液体分布器12。

本发明的优点是：催化蒸馏塔内件的上底面高度低于侧壁，从而形成溢流堰结构，使催化剂上方积累一定高度的液体，借助液体的重力作用促进反应物进入催化剂床层，使液体反应物与催化剂表面充分接触，同时也迫使反应产物及时移出催化剂床层，避免过度反应，有效控制反应物在催化剂表面的停留时间。

附图说明

图1高效传质催化蒸馏塔内件纵向断面结构图；

图2横截面为圆形的高效传质催化蒸馏塔内件俯视图；

图3横截面为圆形的塔内件在催化蒸馏塔内的排列方式俯视图；

图4横截面为长方形的塔内件在催化蒸馏塔内的排列方式俯视图；

图5实施例1的塔内件在催化蒸馏塔内的排列方式侧视图；

图6实施例2的塔内件在催化蒸馏塔内的排列方式侧视图；

图7实施例3的塔内件在催化蒸馏塔内的排列方式侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但是并不限制本发明的保护范围。

实施例1

将具有圆形横截面的高效传质的催化蒸馏塔内件1用于合成甲基叔丁基醚(MTBE)的催化蒸馏馏装置，塔内件的纵向断面结构如图1所示，塔内件的横截面如图2所示，塔内件由螺母9固定在网格支架10的每个十字交叉点，其排列方式如图3所示，相邻的上下两层塔内件交错排列，网格支架固定在催化蒸馏塔壁13上，每层支架上催化蒸馏塔内件的总截面积为催化蒸馏塔横截面积的70％，每两层塔内件的下面设置不锈钢丝网规整填料11，其高度为20mm，如图5所示，塔内件的侧壁2的高度为30mm，下底面3和上底面4的开孔率均为60％，其内部填充的催化剂5为NKC-9磺酸树脂，物性指标见表1，惰性填充物6为直径1mm的三角螺旋不锈钢丝网填料，催化剂与惰性填充物的体积比为6，每个塔内件中的填充物高度为20mm，其空隙率20％，上底面由螺栓8固定在滑杆7上，并与填充物紧密接触，将甲醇加热至60℃后以150kg/h的流速从反应段上部加入催化精馏塔，同时将含有50wt％异丁烯的正丁烯与异丁烯的混合物以300kg/h从反应段下部加入催化精馏塔，操作压力为0.6MPa，回流比为5，于塔顶56℃下采出C4烯烃混合物，于塔釜129℃下采出MTBE和甲醇的混合物，异丁烯转化率为91％。

实施例2

将具有长方形横截面的高效传质的催化蒸馏塔内件1用于合成乙基叔丁基醚(ETBE)的催化蒸馏装置，塔内件的纵向断面结构如图1所示，每个塔内件至少有两点用螺母9固定在网格支架10上，其排列方式如图4所示，每层支架上催化蒸馏塔内件的总截面积为催化蒸馏塔横截面积的90％，网格支架固定在催化蒸馏塔壁13上，上层和下层塔内件同轴对齐排列，上下两层塔内件之间设置不锈钢丝网规整填料11，其高度为200mm，在每层塔内件的上方设置液体分布器12，如图5所示，塔内件的侧壁2的高度200mm，下底面3和上底面4的开孔率均为50％，其内部填充的催化剂5为D005-II磺酸树脂，物性指标见表1，惰性填充物6为直径1mm的三角螺旋不锈钢丝网填料，催化剂与惰性填充物的体积比为3，每个塔内件的填充物高度为100mm，其空隙率为30％，上底面4由螺栓8固定在滑杆7上，上底面与下地面3之间的距离为100mm。将乙醇加热至70℃后以1000kg/h的流速从反应段上部加入催化精馏塔，同时将含有50wt％异丁烯的正丁烯与异丁烯的混合物以2000kg/h从反应段下部加入催化精馏塔，操作压力为0.4MPa，回流比为5，于塔顶43℃下采出C4烯烃混合物，于塔釜131℃下采出ETBE和乙醇的混合物，异丁烯转化率为85％。

实施例3

将具有长方形横截面的高效传质的催化蒸馏塔内件1用于合成甲基叔丁基醚(MTBE)的催化蒸馏装置，塔内件的纵向断面结构如图1所示，每个塔内件至少有两点用螺母9固定在网格支架10上，其排列方式如图4所示，每层支架上催化蒸馏塔内件的总截面积为催化蒸馏塔横截面积的95％，网格支架固定在催化蒸馏塔壁13上，各个相邻的上下两层塔内件交错排列，在每层塔内件的上方设置液体分布器12，如图7所示，塔内件的侧壁2的高度500mm，下底面3和上底面4的开孔率均为20％，其内部填充的催化剂5为Hβ分子筛，物性指标见表1，每个塔内件的催化剂填充物高度为200mm，其空隙率为70％，上底面4由螺栓8固定在滑杆7上，上底面与下地面3之间的距离为300mm，。将甲醇加热至60℃后以1500kg/h的流速从反应段上部加入催化精馏塔，同时将含有50wt％异丁烯的正丁烯与异丁烯的混合物以3000kg/h从反应段下部加入催化精馏塔，操作压力为0.7MPa，回流比为5，于塔顶56℃下采出C4烯烃混合物，于塔釜129℃下采出MTBE和甲醇的混合物，异丁烯转化率为79％。

表1 催化剂的物性参数

本发明提出的一种高效传质的催化蒸馏塔内件，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的高效传质的催化蒸馏塔内件，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种高效传质的催化蒸馏塔内件，其特征在于：塔内件(1)是由一个多孔容器和其内部具有催化性能的填充物(5)所组成，容器的侧壁与下底面固定，下底面的中部有至少一个纵向滑杆(7)，上底面可沿着纵向滑杆上下移动，并可通过螺栓(8)固定于滑杆的任意高度，容器的侧壁(2)不通透，容器的上底面(4)、下底面(3)均为丝网板或者多孔板，塔内件通过螺母(9)固定在网格支架(10)上，网格支架固定在催化蒸馏塔壁(13)上。

2.如权利要求1所述的一种高效传质的催化蒸馏塔内件，其特征是所述的容器内部的填充物为具有相近尺寸并且均匀混合的催化剂颗粒(5)和惰性填料(6)，其空隙率为20～70％，填充物的装填高度为5～500mm。

3.如权利要求2所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的填充物的装填高度为20～200mm。

4.如权利要求1所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的容器的侧壁高度为20～800mm，容器上底面高度低于侧壁上部边沿10mm以上，容器的上、下底面开孔率不小于20％，容器的横截面形状为圆形、矩形或者多边形。

5.如权利要求4所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的容器的侧壁高度为50～500mm。

6.如权利要求1所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的催化蒸馏塔内件固定在蒸馏塔内网格支架(10)上，每层支架上塔内件的总截面积为催化蒸馏塔横截面积的70～95％。

7.如权利要求1所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的催化蒸馏塔内件固定在蒸馏塔内网格支架上，上下相邻支架上的塔内件交错排列。

8.如权利要求1所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的催化蒸馏塔内件固定在蒸馏塔内网格支架上，上下相邻固定塔内件的支架之间或者若干层支架之间设置有波纹规整填料(11)，波纹规整填料的装填高度为20～800mm。

9.如权利要求8所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的波纹规整填料的装填高度为50～200mm。

10.如权利要求1所述的一种催化蒸馏塔内件，其特征是所述的催化蒸馏塔内件固定在蒸馏塔内网格支架上，上下相邻固定塔内件的支架之间设置有液体分布器(12)。