CN101940848A

CN101940848A - 一种催化精馏塔构件

Info

Publication number: CN101940848A
Application number: CN 201010292151
Authority: CN
Inventors: 李春红; 董群; 蒋伟
Original assignee: DAQING OILFIELD FLYING HORSE Co Ltd
Current assignee: DAQING OILFIELD FLYING HORSE Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: CN101940848B

Abstract

本发明涉及一种催化精馏塔构件。该催化精馏塔构件是由丝网把催化剂固定在圆柱形帽罩内中上部构成的，塔构件包括塔板，塔板的一侧固定有降液管，降液管穿过塔板其下部固定有液封槽，塔板中部开圆形升气孔,塔板上中部固定有圆柱形帽罩,升气孔与圆柱形帽罩同心设置,帽罩中上部开有规则排列的圆形小孔，帽罩底部与塔板之间有过液通道,帽罩上端设挡板,挡板为向上凸起的孤形，帽罩中上部间隔固定有丝网，两层丝网之间为催化剂床层。该精馏塔构件同时具有垂直筛板和催化精馏塔板的特点，具有结构简单、压降低、雾沫夹带小、催化剂利用率高、反应与分离同时进行及成本低的特点。

Description

一种催化精馏塔构件

技术领域

本发明涉及化学工程领域催化精馏过程中的气液传质设备，具体的讲是一种结构简单，压降低，催化剂利用率高，反应与精馏同时高效进行的催化精馏塔构件。

背景技术

催化精馏是一种具有广泛应用前景的新型分离工艺。一个成功的反应精馏塔设计,必须同时具有合理的塔构件。现有塔构件虽然部分已在醚化、烷基化等反应中获得工业应用，但均存在一定缺陷。通常做法大体分以下两种：一种用能包住催化剂的多孔材料将催化剂包住做成填料筐，放置在塔板上或降液管内液体流过的地方，此种方法由于塔板的结构导致催化剂装填量小，占用空间大，流体不能很好的与催化剂接触；可能造成流体径向分布不均，甚至沟流等；另一种方法是固体催化剂直接放置也可捆扎之后放置在多个立体喷射帽罩之间，这种方法由于帽罩之间喷出的液体互相对冲，并转而向上，使较多液沫被夹带至上层塔板，从而雾沫夹带量较大，导致塔板效率降低。总之，现有的技术导致催化精馏效率降低，未能发挥催化精馏的优点，从而限制了这些塔构件的大规模应用。

发明内容

为了解决背景技术中存在的不足，本发明提供一种催化精馏塔构件，该精馏塔构件具有结构简单、压降低、雾沫夹带小、催化剂利用率高、反应与分离同时进行及成本低的特点。

本发明的技术方案是：该催化精馏塔构件用多孔材料把催化剂固定于圆柱形帽罩中上部构成的。塔构件包括塔板，塔板的一侧固定有降液管，降液管穿过塔板其下部固定有液封槽，塔板中部开圆形升气孔, 升气孔上固定有圆柱形帽罩, 升气孔与圆柱形帽罩同心设置,帽罩底部与塔板之间有过液通道, 帽罩上端设档板, 档板为向上凸起的孤形，帽罩中上部间隔固定有丝网，两层丝网之间为催化剂床层，催化剂床层上方的帽罩壁上开有规则排列的圆形孔。

本发明具有如下有益效果：本发明将催化剂和帽罩结合，有效的结合了催化精馏塔和板式塔的优点。首先新型塔构件保留了垂直筛板具有特别大的处理能力、较高的效率、且结构简单、造价较低、压降平稳等优点，而且本发明提出的把催化剂放置在帽罩中上部特殊的催化剂装填方式，增大了气液固的接触面积，催化剂装填简单，大大提高了塔内的空间利用率，当塔板上向上流动的气相穿过催化剂床层时，催化剂处于流化状态，增大了床层的空隙率，增加了细小液滴在塔构件空间的停留时间，所以催化剂利用率提高、塔构件漏液量降低、传质效果好；液相在单层构件上循环运动，被气相多次提升，反应物与催化剂接触进行催化反应并且连续脱除生成物，提高了转化率和选择性。气体的抽提作用，加强了液体流动，反应热可及时放出来，有利于精馏分离和保护催化剂，反应及分离效率均提高。气相在通过塔板时，并不穿过液层，因此操作压降较低；由于催化剂装填在垂直筛板圆柱形帽罩内，四面均受到很好的保护，催化剂不易损坏和流失。另外由于帽罩顶部的弧形挡板设计，当气液混合物向上冲向顶盖时，由于弧形挡板的反射作用液沫自罩孔向外喷射时，有一向下的分速度，故可进一步减少雾沫夹带。

附图说明：

图1是本发明的结构剖视图；

图2是本发明的工作原理图；

图3是本发明的工作流程图。

1-塔板，2-过液通道， 3-帽罩， 4-催化剂床层， 5-孔，6-挡板，7-升气孔， 8-降液管， 9-液封槽，10-进水管，11-进气管，12-丝网。

具体实施方式：

下面结合实例对本发明作进一步说明：该催化精馏塔构件包括塔板1，塔板1的一侧固定有降液管8，降液管8穿过塔板1其下部固定有液封槽9，液封槽9可防止气体通过降液管8进入上层塔板，又可防止液体由降液管8流入下层塔板时速度过快。塔板1中部轴向上开升气孔7, 用于气液混合物的喷射通道。塔板1上中部固定有帽罩3, 帽罩3与升气孔7同心设置。为液体能够进入塔构件内，帽罩3底部与塔板1之间有过液通道2, 帽罩3上端设档板6, 档板6为向上凸起的孤形使气液两相能够更有效的分离，同时减小雾沫夹带。帽罩3中上部间隔固定有丝网12，两层丝网12之间为催化剂床层4，丝网12用来固定催化剂床层4。催化剂床层用于进行气-液-固三相催化反应，同时增大了气液的接触面积。催化剂床层4上方的帽罩3壁上开有规则排列的圆形孔5，孔5即气液分离孔，是气液混合物喷出塔构件的通道。开孔直径可为2mm、2.5mm、3mm,开孔数量依据孔径调节，使开孔率在7～10%内，原因在于帽罩开孔率小于7%不能形成有效的液体喷射，导致操作范围变小；而帽罩开孔率大于10%时，在较大的液流强度下会因液体喷射过度易产生液泛。

所述的挡板6的弧度为1.57rad，弧形的反射作用可以进一步减小雾沫夹带。

所述的塔构件的帽罩3高度C与过液通道2的高度B比值为13～25。

所述的塔板开孔率为12～40%。

所述的塔构件升气孔7直径与帽罩3的直径比值为0.3～1，比值低于这个范围时气体进入帽罩阻力过大，造成压降过大，进入帽罩内液体不能被充分提升，破碎，使漏液量增大。

所述的塔构件内的催化剂床层4装填高度A为3～10mm。

所述的帽罩3高度C与催化剂床层4高度A比值为4～6,使用的催化剂为直径2～5mm的各种形状的颗粒。

所述的帽罩3可以为矩形、梯型或倒锥形。

本发明的气液接触状态：如图2所示：

(1)来自下一层塔板的气相从塔构件的孔5进入帽罩3；来自上一层塔板的液相通过降液管8流到塔板上，进而通过塔构件过液通道2进入帽罩3。进入帽罩3内的气液两相在塔构件底部区域垂直相遇。

(2)在塔构件底部区域与液相接触的气相沿帽罩3方向将液相提升、拉膜、破碎成无数大小不均的液滴。

(3)沿帽罩3内壁上升的气液混合物在催化剂床层4内接触传质并分离。

(4)沿帽罩3内壁上升的气液混合物碰撞到挡板6又有部分折返，他们与提升管3内高速上喷的气液混合物激烈的碰撞，进而将液相破碎成更加细小的液滴。

(5)沿帽罩3内壁上升的气液混合物通过催化剂床层4经挡板6改变方向后以略斜向下的方向喷射到帽罩3外，同时将液相进一步破碎。

(6)气液混合物喷出提升管3后，气相上升的上一层塔板，液相会回落到塔板1上，部分进行二次循环，再一次进入帽罩3。

通过上面的流程可知，塔构件上气液两相的接触状态要经过垂直相遇、提升、拉膜、破膜、在催化剂床层4进行传质分离、喷射出帽罩3、气液分离等连续发生过程。气液两相接触在全部过程中进行，在接触过程中液相被破碎成无数细小的液滴，由于本发明的催化剂装填位置设计增加了细小液滴在塔构件空间的停留时间，气相的雾沫夹带量明显的减少，因而气液接触非常充分，充分利用了塔板间的空间，提高了塔构件效率。

室内实验：实验在

Figure 2010102921510100002DEST_PATH_IMAGE001

40×300×4/mm有机玻璃实验塔内进行，此塔共设有三块塔板，气体分布板，实验板和液体分布板。实验装置流程如图3所示，采用空气—水作为测试物系。自来水首先经高位槽稳压后由进水管10经液体转子流量计计量后从塔顶注入，由于重力的作用，自上而下依次流过三块塔板，最后从塔底流入液封区。空气从压缩机出来经净化、稳压后由进气管11经气体转子流量计计量后进入塔底，在压强差的作用下不断上升，依次通过三块塔板，最终在塔顶放空。气液两相在各层塔板上充分接触、并流喷射、传质。其中，中间层塔构件是实验板，上下两层分别是液体分布板和气体分布板。

在相同的实验操作条件下，在该实验塔中进行了本发明及与本发明相同规格的垂直筛板塔和普通精馏塔的性能试验并与之进行对比得出以下结论：

1、塔构件塔板压降并未因为帽罩内加入催化剂床层使得塔板压降比普通垂直筛板压降有明显变化，只是当空塔动能因子在0.0025～0.01(m/s)(kg/m³)^1/2低气体流量范围内略微高于垂直筛板压降1.2～2%，且仍维持在较低压降范围内。所以新型塔构件保留了原有垂直筛板压降低的优点。

2、塔构件漏液量比垂直筛板塔漏液量减小35～50%，当板上清液层高度为32mm时，空塔动能因子低于漏液点（

）时，塔构件漏液量急速增加。

3、塔构件的雾沫夹带比现有普通精馏塔板低8倍左右。

4、与现有塔构件的催化剂装填方式即催化剂装填于帽罩外部相比，催化剂装填于帽罩内部使得塔构件空间利用率明显提高。

5、催化剂用两层丝网固定于帽罩内，四面均受到保护，且不易流失，故塔构件内催化剂损失很小。

Claims

1.一种催化精馏塔构件，包括塔板(1)，其特征在于：塔板(1)的一侧固定有降液管(8)，降液管(8)穿过塔板(1)，降液管(8)下部固定有液封槽(9)，塔板(1)中部开有圆形的升气孔(7), 塔板(1)上固定有圆柱形帽罩(3), 帽罩(3)罩在升气孔(7)上，升气孔(7)与帽罩(3)同心设置,帽罩(3)底部与塔板(1)之间有过液通道(2), 帽罩(3)上端设档板(6), 档板(6)为向上凸起的孤形，帽罩(3)中上部间隔固定有丝网(12)，两层丝网(12)之间为催化剂床层(4)，催化剂床层(4)上方的帽罩(3)的壁上开有规则排列的圆形孔(5)。

2.根据权利要求1所述的催化精馏塔构件，其特征在于：帽罩(3)上的孔(5)开孔率为7～10%。

3.根据权利要求2所述的催化精馏塔构件，其特征在于：塔构件内的催化剂床层(4)装填高度（A）为3～10mm之间。

4.根据权利要求3所述的催化精馏塔构件，其特征在于：所述的挡板(6)的弧度为1.57rad。

5.根据权利要求4所述的催化精馏塔构件，其特征在于：所述的塔构件的帽罩(3)高度（C）与过液通道(2)的高度（B）比值为13～25之间。

6.根据权利要求5所述的催化精馏塔构件，其特征在于：所述的塔板(1)上升气孔(7)的开孔率为12～40%之间。

7.根据权利要求6所述的催化精馏塔构件，其特征在于：所述的塔构件升气孔(7)直径与帽罩(3)直径的比值为0.3～1之间。

8.根据权利要求7所述的催化精馏塔构件，其特征在于：帽罩(3)高度（C）与催化剂床层(4)高度（A）比值为4～6之间,使用的催化剂为直径2～4m之间的各种形状的颗粒。

9.根据权利要求8所述的催化精馏塔构件，其特征在于：帽罩(3)为矩形、梯型或倒锥形。