CN1017869B

CN1017869B - 一种催化反应蒸馏塔

Info

Publication number: CN1017869B
Application number: CN 90103696
Authority: CN
Inventors: 王光润; 徐龙星; 刘德烈
Original assignee: BEIJING INST OF UNITED APPLIED; LUOYANG PETROLEUM REFINERY CHI; Sinopec Beijing Design Institute; China Petrochemical Corp
Current assignee: BEIJING INST OF UNITED APPLIED; LUOYANG PETROLEUM REFINERY CHI; Sinopec Beijing Design Institute; China Petrochemical Corp
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1992-08-19
Also published as: CN1051869A

Abstract

本发明涉及催化反应蒸馏装置的改进，一种由精馏段，催化反应蒸馏段和提馏段组成的催化反应蒸馏塔，它的结构是用多孔的，能包裹住催化剂颗粒的材料将催化剂包成包，再将一个或多个这样的包置于一个多孔盒内，此多孔盒规则排列于塔板进口堰管，塔板出口堰管，以及上盖板，下盖板围成的框架结构内，此发明催化剂填充率利用率高，结构简单，便于设计，便于操作便于定期更换催化剂，适用于异丁烯与甲醇合成反应，有机酸与醇的酯化反应，链烃或芳烃的烷基化反应，以及其它的可逆平衡反应。它可以提高转化率，简化流程。

Description

本发明属于催化反应蒸馏装置的改进，特别是涉及在催化蒸馏塔内装填颗粒状催化剂的一种新结构。

催化蒸馏塔是80年代发展起来的在蒸馏塔内同时进行催化反应的新技术。它能在一个塔内同时完成催化反应过程和由塔板及时分离反应产物的蒸馏过程。收到较好的经济效益。这种塔已在合成甲基叔丁基醚（MTBE）的工业生产中得到应用。一般在催化蒸馏塔的反应段内既要有足够的分离理论级，又要装有足够量的催化剂，使其分离和反应能力均能符合工艺要求。另外由于催化剂是颗粒状的，还必须有适当的包装和固定，以避免催化剂在蒸馏塔内流失。“离子交换型”催化剂的使用寿命一般为1～3年，因此需及时更换，故还要便于装卸。美国专利3634534、3629478提出颗粒状催化剂填充在板式塔降液管内的方案，反应段仍保留板式塔结构，使之有较强的通用性。但由于每块塔板内降液管所占的体积太小，催化剂装填量太小，只有在催化反应极快的工艺过程中，它才能满足工艺要求，因而至今未见有任何工业应用。

美国专利4439350提出将颗粒状催化剂用织物材料包成矩形截面的管状，横卧在筛孔塔板上的清液层内，由于一般板式塔清液层高度小于100毫米，所以每块塔板上的催化剂装量也有限。对反应速度不太快的催化反应，为装进足够的催化剂量，反应段需要较多的塔板来容纳催化剂，远比分离工艺要求的塔板数多，因而使投资增多。从而也未见工业应用。

美国专利4475005提出将装满催化剂的固定床反应器放在催化蒸馏塔内二块塔板之间，固定床两端铺有网状材料，让蒸馏液和蒸汽并流自下而上通过床层。这种结构的制造安装均较复杂，催化剂装御也很困难，因而也未见有工业应用。

美国专利4443559，欧洲专利000860提出将催化剂颗粒用织物裹成子弹带一样的片状，然后铺上波纹状金属丝网，一起卷成园柱形规则填料，在金属丝网上进行汽液传质。一定高度丝网填料构成一个理论分离级。这样每个理论级内装填的催化剂数量大大增加。此专利已为合成MTBE的催化蒸馏所采用，实现了工业化。这种方案把催化蒸馏塔反应段改成空隙率较一般填料塔小的特殊填料塔。而反应段的上方和下方则仍是普通的填料或塔板。因而整个催化蒸馏的设计，制造就比较复杂，技术要求较高，又由于反应段装的是此种整体型的规则填料，装卸填料时必须卸塔使用也不方便。

本发明的目的在于克服上述填料式催化蒸馏塔反应段的缺点，提供一种板式塔型的催化蒸馏反应段。它适合在浮阀塔板上大量放置并便于装卸颗粒状催化剂的结构，从而提高了每块塔板上催化剂的装填量。

根据本发明，催化反应蒸馏塔的反应蒸馏段的结构应该是如图1所示：将颗粒状（一般为20～80目）的催化剂用多孔的能包裹住催化剂颗粒的材料将催化剂包成包（10）[见图2]这个催化剂包必须缝制或焊接严密，不让催化剂颗粒泄漏。再将一个或多个这样的催化剂包（10）置于一个由不锈钢板围成的多孔盒（2）内，此多孔盒规则的排列于塔板（1）的进口堰管（3），塔板出口堰管（4）以及上盖板（7）下盖板（6）围成的框架结构内，这个框架结构是由置于下盖板下的支脚（8）支承于浮阀塔板上，出口堰管的高度要高出所要求液面的高度，这样浮伐塔板上方具有一定高度的液层，当气，液两相并流向上通过液层时形成一个气、液、固三相并存的鼓泡池，这样可使催化剂包（10）完全浸没在鼓泡池中，由于气相鼓泡的剧烈搅拌和提升作用，池内液体能上下对流，并不断的对催化剂包内滞留的液体进行置换，把反应物送进催化剂包，把产物带出来，使催化剂包中心的催化剂颗粒亦得到充分利用，在鼓泡池上方的泡沫层内气，液两相得到充分接触，完成催化塔的传质过程，进口堰管（3）设有受液盘（5）受液盘要满足一定的深度，过浅的受液盘易使气体从进口堰管短路而破坏正常操作。

如图2所示，根据本发明包裹催化剂颗粒的材料可以是玻璃丝网，尼龙丝网等非金属丝网和不锈钢丝网，或不锈钢丝网内衬非金属丝网，最好是用不锈钢丝网将催化剂颗粒包裹成直径为20～100毫米，高为300～500毫米的圆柱形。

如图3所示，根据本发明装填催化剂的多孔盒可以是上开口，或侧面开口以便装进催化剂包，其余各方均为多孔。多孔盒可以是开孔率达40%以上的方形，圆形或圆柱形的不锈钢盒，每个多孔盒内可装2～20个催化剂包，一般为4～9个。

如图4图5所示，根据本发明所述的围成催化剂框架结构的上盖板（7），下盖板（6）均为两个半块的筛板拼成，开孔率为5～15%，孔径为5～15毫米。如图1，在框架结构的上方塔壁上开有一个孔（9），当催化剂中毒失效后，上盖板，多孔盒，下盖板，均可依次从孔中取出，便于装卸及定期更换。

根据本发明，催化反应蒸馏段出口堰管的高度（从塔板开始量）可以是200～600毫米，最好500毫米，受液盘的深度可为200毫米左右。

在本发明的催化蒸馏塔中，精馏段，催化反应蒸馏段及提馏段的塔板形式可采用泡罩式，浮阀式，筛板式，最好为浮阀塔板结构。

本发明结构简单，并可带来如下一些优点：

1、在催化反应蒸馏塔的浮阀塔板上可以获得较深的液层，以便大量容纳催化剂包，并保证催化剂全部被液相所浸没，在剧烈的气相鼓泡作用下，催化剂包内催化剂利用率高。

2、由于鼓泡池内气液并流向上，可以有较高的催化剂填充率，（按池截面积计，填充率达70%左右）而不致于产生液泛。

3、由于精馏段，催化反应蒸馏段，提馏段均采用浮阀塔板结构，故全塔各层所能承受的气液负荷范围比较接近，这种结构便于设计，便于操作和控制。

4、便于从孔中装卸催化剂包，满足定期更换催化剂的工艺要求。

本发明可用于C₄馏份中的异丁烯与甲醇合成MTBE（甲基叔丁基醚），有机酸与醇的酯化反应，链烃或芳烃的烷基化反应，以及其它的可逆平衡反应。它可以提高转化率，简化流程。

附图说明

图1：塔内催化反应蒸馏段催化剂装填结构示意图

图1′：塔内反应蒸馏段装有催化剂接触构件的塔板

图2：催化剂包结构示意图

图3：多孔方盒结构示意图

图4：上盖板结构示意图

图5：下盖板结构示意图

图1至图5中的序号表示

1、浮阀板 6、下盖板

2、多孔方盒 7、上盖板

3、进口堰管 8、支脚

4、出口堰管 9、孔

5、受液盘 10、催化剂包

实施例

如C₄馏份中异丁烯与甲醇反应生成甲基叔丁基醚：

反应在直径500毫米的催化蒸馏塔内进行，该塔自上而下分精馏段，催化反应蒸馏段，提馏段，它们分别由24、13、16块浮阀塔板构成。反应段共装180公斤催化剂（干基），进料口设在反应段底部，C₄原料中含异丁烯17%（重量）催化剂为S型大孔强酸性离子交换树脂，反应在10kg/cm²压力，80℃下进行，进料量为C₄10吨/时，甲醇100kg/时。

先将颗粒状催化剂用80目不锈钢丝网包成高420毫米，直径40毫米的园柱型催化剂包（如图2所示）催化剂包必须缝制或焊接严密，不能让催化剂颗粒泄漏，包内还衬有一层玻璃布以增强不锈钢丝网的耐蚀性，再将四个这样的催化剂包置于一个多孔的开孔率为40%的不锈钢多孔方盒（2）内（如图所示）然后将18个这样的多孔盒规则排列于塔板进口堰管（3）塔板出口堰管（4）以及上盖板（7）下盖板（6）围成的框架结构内，上盖板（7）下盖板（6）均由两个半板的筛板拼成，开孔率为10%，孔径为10毫米，这个框架结构是由下盖板（6）下的支脚（8）支承于浮阀塔板（1）上，出口堰管的高度为500毫米，这样催化剂可以完全浸没在鼓泡池中。进口堰管（3）下没有受液盘（5），受液盘的深度为200毫米，这样上升蒸汽不致于从进口堰管短路而破怀正常操作。在填装催化剂框架结构的塔壁上开有直径250毫米的孔;以便定期更换催化剂。液相物料顺进口堰管进入反应段流进受液盘（5）进入催化剂层，气液并流向上穿过催化剂层，当液相物料的高度高于出口堰管（4）时，顺出口堰管4流入下一层反应段。实验结果，塔底得到纯度＞98%的MTBE，塔顶得到含MTBE＜50ppm（重量）含异丁烯＜5%的混合C₄，异丁烯转化率在70～80%之间。

Claims

1、一种由精馏段，催化反应蒸馏段和提馏段组成的催化反应蒸馏塔，其特征在于反应蒸馏段的结构是用多孔的，能包裹住催化剂颗粒的材料将催化剂包成包(10)再将一个或多个这样的催化剂包置于一个多孔盒(2)内，此多孔盒规则的排列于塔板进口堰管(3)，塔板出口堰管(4)以及上盖板(7)下盖板(6)围成的框架结构内，这个框架结构是由置于塔板上的支脚(8)支承，出口堰管(4)的高度要超过液面，进口堰管下设受液盘。

2、根据权利要求1所述的催化反应蒸馏塔，其特征在于其中的催化剂包（10）的包裹材料可以是玻璃丝网，尼龙丝网等非金属丝网和不锈钢丝网，或不锈钢丝网内衬非金属丝网，最好是不锈钢丝网内衬非金属丝包裹成直径为20～100毫米，高为300～500毫米的园柱形。

3、根据权利要求1所述的催化反应蒸馏塔，其特征在于装填催化剂包（10）的多孔盒（2）可以是上开口或侧面开口，其余各面均为多孔，开孔率达40%以上，多孔盒可以是方形，圆形、长方形或圆柱形的不锈钢盒。

4、根据权利要求1所述的催化反应蒸馏塔，其特征在于置于不锈钢盒中的催化剂包可为2～20个，最好是4～9个。

5、根据权利要求1所述的催化反应蒸馏塔，其特征在于其中所述的上盖板（7）下盖板（6）均为两个半块的筛板拼成，开孔率为5～15%，孔径为5～15毫米。

6、根据权利要求1所述的催化反应蒸馏塔，其特征在于出口堰管高度为（从塔板开始量）200～600毫米，最好是500毫米，受液盘的深度为200毫米。

7、根据权利要求1所述的催化反应蒸馏塔，其特征在于填装催化剂框架结构上方的塔壁上开有一个孔（9）。