CN103769035A - 一种盘式螺旋自分布催化精馏结构 - Google Patents

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徐义明
黄益平
陈英才
陆晓咏
刘春江
丁晖殿
项文雨
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Abstract

本发明涉及一种盘式螺旋自分布催化精馏结构,在结构内设置有两种间隔排列的催化剂组件;组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂,形状为长方体、拱形或多边形,要求是多个组件A形成环状结构的周向排布;组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包,并扭转成螺旋状,催化剂包外需放置带孔的隔板,多个组件B形成环状结构的周向排布。本发明组件B的催化剂包中的隔板带孔,呈螺旋状造型,增长了气相的流动通道,增加了气液两相接触面积,从而提高的填料的传质效率。组件A及组件B中都含催化剂颗粒,且交替放置,控制反应物与催化剂的接触时间的同时,保证了气液两相的均匀分布,使反应物与生成物不断被分离至塔顶和塔底,推动反应的进行。

Description

一种盘式螺旋自分布催化精馏结构
技术领域
本发明是一种盘式螺旋自分布催化精馏结构,属于化工行业催化精馏技术范畴,特别涉及催化精馏塔塔内的过程优化与强化。
背景技术
催化精馏过程是反应与分离两个过程的耦合,所以塔内填料必须同时具备催化及气液传质功能,原料在塔内经催化反应后的生成物及时得到分离,推动反应继续进行。催化精馏填料的结构直接影响了催化精馏过程的效率,要求填料在保证塔内气液两相充分混合接触的同时,还要使反应物与催化剂的接触时间区间范围大且可控。工业上普遍使用小颗粒的树脂催化剂,增大反应表面积,而催化剂粒度较小时,直接放置在塔内会增大塔内压降甚至堵塞填料层。由于技术限制,树脂催化剂也不易制成其他形状,大多属于球形或椭球形。因此,增强塔内传质效率、使反应物与催化剂接触时间可控、减小塔内压降等问题成为高效催化精馏填料的重要研究方向。
为了强化催化精馏过程,中外学者研发了许多催化精馏装置。US3634534中,Chevron Research Company将催化剂装填在板式塔降液管处,可通过催化剂的装填量来决定反应物与催化剂的平均接触时间。中国专利102423680A,西北大学开发的一种催化剂散堆填料,它由筒形填料壳和放置在该填料壳中的催化剂包构成,由于填料具有散堆性质,能客服规整捆扎包催化剂填料的气体短路现象。US4242530中,Chemical Research&Licensing Company开发的催化精馏结构,将催化剂放置在纤维袋中,将纤维袋缝合并卷曲,将其装填于催化精馏塔中,该发明节省成本、气液混合均匀,但径向分布较差。中国专利03149505.2,中国石油化工股份有限公司北京化工研究院开发的催化精馏装置,将催化剂装填于丝网制成的催化剂包内,并将催化剂包置于填料片间,该发明传质性能良好,但塔内压降较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的催化精馏结构,代替传统的催化精馏填料盘。螺旋结构可加长气相流道,从而增强气液传质效率强化催化精馏过程。
本发明是这样实现的:
一种盘式螺旋自分布催化精馏结构,在结构内设置有两种间隔排列的催化剂组件;组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂,形状为长方体、拱形或多边形,要求是多个组件A形成环状结构的周向排布;组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包,并扭转成螺旋状,催化剂包外需放置带孔的隔板,多个组件B形成环状结构的周向排布。
所述的组件B隔板的尺寸与催化剂包的最大侧面一致;开孔大小催化剂颗粒直径的50%~95%。
所述的填料片为开窗导流填料、板波纹填料、丝网波纹填料、孔板波纹填料、压延孔板波纹填料或蜂窝填料的规整填料。
所述的催化精馏结构中的组件A和组件B形成的环状结构紧密排列,形成本盘式螺旋自分布催化精馏结构。该催化精馏结构分为中心位置为组件B或中心位置为组件A两种排布方式。组件A与组件B等高等厚,且与该催化精馏结构等高。
所述的组件A或组件B形成的环状结构厚度为塔半径的1/2~1/200。每一个催化精馏结构内含组件A或组件B形成的环状结构为1~100个。
本发明专利的优点有:
1.组件B的催化剂包中的隔板带孔,可保证气液两相顺利通过。
2.组件B的螺旋状造型,增长了气相的流动通道,增加了气液两相接触面积,从而提高的填料的传质效率。
3.组件A及组件B中都含催化剂颗粒,调整其催化剂含量,可以控制反应物与催化剂的接触时间。
4.组件A与组件B交替放置,保证了气液两相的均匀分布,使反应物与生成物不断被分离至塔顶和塔底,推动反应的进行。
附图说明
图1是B组件为中心位置的结构示意图;
图2是A组件为中心位置的结构示意图;
图3是A组件为拱形时中心位置为组件B的结构示意图;
图4是A组件为拱形时中心位置为组件A的结构示意图;
图5是本发明结构组件B的上下二等角轴测图;
图6是本发明结构组件B的侧视图;
其中:1—催化剂颗粒;2—带孔隔板;3—丝网。
具体实施方式
结合图1-图6对本发明说明:
本发明为一种盘式螺旋自分布催化精馏结构,采用催化剂与规整填料结合的组装方式,催化剂包外包丝网,既能防止催化剂外露,也能起到良好的液体润湿作用。螺旋自分布结构延长了气体通道的长度,从而增加了气液两相的接触面积,增强了该催化精馏结构的传质效率。
催化精馏结构内有两种组件A、B。组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂,并将丝网缝合起来,其中填料片可为开窗导流填料、板波纹填料、丝网波纹填料、孔板波纹填料、压延孔板波纹填料、蜂窝填料等规整填料。组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包,扭转成螺旋状(如附图5、6所示),为方便成型,催化剂包外需放置带孔的隔板;其中,隔板的尺寸与催化剂包的最大侧面一致。开孔大小约为工艺所需催化剂颗粒直径的50%~95%。
组件A可以加工成长方体、拱形或多边形,周向排布,形成环状结构。组件B亦需周向排布,形成环状结构。组件A和组件B形成的环状结构环环相扣,紧密排列,形成成本发明的高效催化精馏结构。
该催化精馏结构根据组件A、B放置位置的不同,可以分为中心位置为组件B和中心位置为组件A两种排布方式。为保证气液两相的均匀分布,两种排布方式的催化精馏结构在安装时需交替排布。
组件A与组件B等高等厚,且均与催化精馏结构等高;所形成的环状结构厚度为塔半径的1/2~1/200,即每一个该催化精馏结构内含组件A、组件B形成的环状结构均为1~100个。组件中的催化剂装填量可依据具体工艺要求的不同进行调节。为了保证气液两相的顺利通过,组件B中的隔板上必须带孔,开孔直径的大小约为工艺所需催化剂颗粒直径的50%~95%。
图图1是A组件为长方形时中心位置为组件B的结构示意图;图3是A组件为拱形时中心位置为组件B的结构示意图。本催化精馏结构有组件A在中心位置和组件B在中心位置两种排布方式。为了实现结构内部液膜表面的不断更新,和气液两相的均匀分布,两种结构在塔内需交替安装。
组件A的形状可以有多种,图1、图2是加工成长方体呈平行排列的情况,适用于一般的工况;图3、图4是加工成拱形呈辐射状排列的情况,尤其适用于对液相径向分布要求较高的工况。组件B是常规的催化剂包扭转成型,借鉴了自分部器的结构,有利于气相的均匀分布;另外,由于其螺旋状的造型,增加了气体流道的长度,有利于提高催化精馏结构的传质效率。
以下结合具体实施例进一步说明:
具体实施例1:
在乙酸甲酯水解工艺中,组件A为长方形和多边形结构,内部装填板波纹填料。塔径DN4000,中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为10m,即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各100个。使用本发明催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比,节省催化剂用量15%,乙酸甲酯水解率提高8.5%-12.3%,产物收率提高约7.8%。
具体实施例2:
在生产MTBE(甲基叔丁基醚)装置中,组件A为拱形,内部装填金属孔板波纹填料,周向排列呈环状结构。塔径DN800,中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为20mm,即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各20个。使用本发明催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比,甲醇含量减少12.8%,其他杂质减少10.3%-46.9%,MTBE含量提高1.8个百分点,C4混合物减少17.0%,C5混合物减少15.8%。
具体实施例3:
在氯硅烷反歧化反应精馏装置中,二氯二氢硅与四氯化硅发生反歧化反应生成三氯氢硅,组件A为拱形,内部装填开窗导流填料,周向排列呈环状结构。塔径DN600,中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为15mm,即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各10个。使用本发明催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比,实验表明,二氯二氢硅转化率增加11.5%,塔顶采出中三氯氢硅质量分数增加7%-13.5%,塔釜采出二氯二氢硅质量分数减少14%左右,催化剂使用量降低6.5%。
具体实施例4:
在生产MTBE(甲基叔丁基醚)装置中,组件A为拱形,内部装填开窗导流填料,周向排列呈环状结构。塔径为DN100,中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为25mm,即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各1个。使用本发明催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比,甲醇含量减少7.6%,丁二烯体积分数减少13%以上,二甲醚体积分数减少10%-17%,其他杂质减少5%-20%,MTBE含量提高1.8个百分点。

Claims (8)

1.一种盘式螺旋自分布催化精馏结构,其特征是在结构内设置有两种间隔排列的催化剂组件;组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂,形状为长方体、拱形或多边形,要求是多个组件A形成环状结构的周向排布;组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包,并扭转成螺旋状,催化剂包外需放置带孔的隔板,多个组件B形成环状结构的周向排布。
2.如权利要求1所述的结构,其特征是所述的组件B隔板的尺寸与催化剂包的最大侧面一致;开孔大小催化剂颗粒直径的50%~95%。
3.如权利要求1所述的结构,其特征是所述的组件A或组件B填料片为开窗导流填料、板波纹填料、丝网波纹填料、孔板波纹填料、压延孔板波纹填料或蜂窝填料的规整填料。
4.如权利要求1所述的结构,其特征是所述的催化精馏结构中的组件A和组件B形成的环状结构紧密排列,形成本盘式螺旋自分布催化精馏结构。
5.如权利要求1所述的结构,其特征是所述的催化精馏结构分为中心位置为组件B或中心位置为组件A两种排布方式。
6.如权利要求5所述的结构,其特征是所述的催化精馏结构组件A与组件B等高等厚,且与该结构等高。
7.如权利要求1所述的结构,其特征是所述的组件A或组件B形成的环状结构厚度为塔半径的1/2~1/200。
8.如权利要求7所述的结构,其特征是所述的每一个催化精馏结构内含组件A或组件B形成的环状结构为1~100个。
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