CN105126735A - 一种催化精馏塔塔内催化填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种催化精馏塔塔内催化填料及其制备方法，包括横向排列的多排填料层构成的填料单元，所述每排填料层包括波纹状的组件B和设置于相邻组件B形成的沟槽内的组件A，所述组件A内设有催化剂颗粒，催化剂层的厚度仅为波纹结构沟槽高度的1/3，催化剂层外反应物扩散到催化剂颗粒表面、产物扩散到催化剂层外的路程短，催化剂层内扩散阻力小，催化剂利用率高。规整波纹填料的波纹结构使得大量的液体沿着波纹沟槽流动，液体流速大，使得液体能够直接与催化剂颗粒接触，促进反应的进行。催化剂放置在规整波纹填料的沟槽中，占据空间小，汽液传质通量大，能够使得反应产物得到及时的分离，汽液传质效果好。

Description

一种催化精馏塔塔内催化填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种催化精馏塔塔内催化填料及其制备方法。

背景技术

催化精馏塔是一种将反应和分离耦合在一起的化工设备，反应段的催化填料既要起到反应的作用，又要提到汽液传质表面的作用，良好的催化剂装填技术是提高催化精馏效率的关键。目前，由于工业上采用催化剂颗粒直径比较小，直接放置在塔内导致塔内压降增大，容易液泛。另外，由于催化剂制备工艺的局限和催化剂强度的要求，目前催化剂还难以制备成任意的形状和尺寸，因此如何装填催化剂才能最大限度地提高催化剂的效率成为催化精馏技术开发的一个重要问题。

目前，国内外许多学者对催化精馏塔内塔内件和催化剂装填结构进行了优化设计。美国专利US4443599、USP424530提出一种将催化剂颗粒装填在用玻璃纤维布缝合的小袋中，并用具有一定开孔空间的不锈钢丝网覆盖、支承，卷成圆柱状的捆扎包，再有规则的放入催化精馏塔内作为催化填料的结构。这样的结构可以装填较多的催化剂颗粒，并且可以有效地解决小催化剂颗粒直接在塔内堆积阻力太大的问题，保证了塔内液体与催化剂充分接触，汽液的良好接触，满足了反应和精馏同时进行的要求，但催化剂的装填比较麻烦，并且由于该催化剂是圆柱体，里面催化剂较厚，催化精馏过程中催化剂包内的传质阻力较大，催化利用率低。另外，由于催化剂较厚，汽液传质通量小，汽液接触、传质效果较差。

中国专利92222666.0提出了一种用于催化精馏工艺过程的催化剂装填结构，是由波纹状外壳和催化剂组合成，波纹状外壳是用多孔或网状惰性材料制成波纹状面，由窄侧面、上顶面和下底面构成，波纹状外壳内装有催化剂，组成该催化精馏元件。这种催化剂装填方式利用了规整填料的分离能力，能够使汽液充分接触，但这种催化填料的制备复杂，且反应区和精馏区所占比例不易条件，汽液容易分布不均。

发明内容

本发明的目的是在于提出一种催化精馏塔塔内催化填料结构，其制备简单，既能够充分利用规整填料的分离能力，又能够减小催化剂层的传质阻力，提高催化精馏过程催化剂的利用率。

本发明的第一具体实施方案是：一种催化精馏塔塔内催化填料，包括横向排列的多排填料层构成的填料单元，所述每排填料层包括波纹状的组件B和设置于相邻组件B形成的沟槽内的组件A，所述组件A内设有催化剂颗粒。

进一步的，所述组件A呈三角柱状，所述组件A包括由波纹丝网或惰性材质折叠形成的外层以及填充于外层，所述催化剂颗粒填充于外层内。

进一步的，所述组件B的规整填料为板波纹填料、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。

进一步的，所述横向相邻的两排填料层交替反向排放。

进一步的，所述组件A三角柱外缘与组件B三角形沟槽内壁相配合，所述三角柱厚度低于波纹沟槽高度。

进一步的，三角柱厚度仅为波纹沟槽高度的1/3。

进一步的，所述精馏塔内沿纵向放置多层催化填料单元，上下两个催化填料单元之间组件A与组件B的倾斜角度均相反。

本发明的第二具体实施方案是：一种催化精馏塔塔内催化填料制备方法，包括以下步骤：

（1）利用波纹丝网或惰性材质折叠形成三角状的组件A外层，在外层内填充催化剂颗粒；

（2）利用规整的波纹状填料为组件B；

（3）将三角柱状的组件A置入组件B波纹状的组件B的沟槽内；

（4）沿横向错位排列组合形成的组件A和组件B并置入催化精馏塔塔内。

进一步的，在所述精馏塔内沿纵向放置多层催化填料单元，上下两个催化填料单元之间组件A与组件B的倾斜角度均相反。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、组件A催化剂层的厚度仅为组件B波纹结构沟槽高度的1/3，催化剂层外反应物扩散到催化剂颗粒表面、产物扩散到催化剂层外的路程短，催化剂层内扩散阻力小，催化剂利用率高。

2、规整波纹填料的波纹结构使得大量的液体沿着波纹沟槽流动，液体流速大，使得液体能够直接与催化剂颗粒接触，促进反应的进行。

3、催化剂放置在规整波纹填料的沟槽中，占据空间小，汽液传质通量大，能够使得反应产物得到及时的分离，汽液传质效果好。

附图说明

图1是本发明催化填料的横截面图；

图2是本发明催化填料的主视图；

图3是本发明催化填料多单元塔内放置的纵截面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～2所示，实施例1

选取塔内径为200mm的催化精馏塔，催化填料的直径为200mm，参见附图1，本催化填料由催化剂层10（即组件A）与规整波纹填料20（即组件B）组合排列而成，其中催化剂层10（即组件A）制作如下：将一块10mm×160mm的长方形波纹丝网110进行折叠形成与波纹填料沟槽形状相似的三角柱形结构，由三角形侧面、上顶面和下底面构成，内充A100离子交换树脂，形成一个催化剂层结构120；采用同样的方法制成不同倾斜角度的催化剂层结构。

如图1所示，横向排列的两片相同的板波纹填料20反方向倾斜交替排放，将制成的催化剂层10插入到波纹填料20的三角形沟槽中，如此反复，直至催化填料充满塔盘，然后用不锈钢紧箍片固定成型，形成催化填料；该催化填料既可以使沿着波纹网表面沟槽流动的液体直接接触催化剂颗粒，有利于反应进行；又能够减小催化剂层内扩散阻力的影响，提高催化剂利用率；每片催化剂层的倾斜角度在制备过程中根据波纹填料的倾斜角度确定，简单易操作。

实施例2

选取塔内径为300mm的催化精馏塔，催化填料的直径为300mm，参见附图1，本催化填料由催化剂层10（即组件A）与规整波纹填料（即组件B）20组合排列而成，其中催化剂层（即组件A）制作如下：将一块10mm×160mm的长方形波纹丝网进行折叠形成与波纹填料沟槽形状相似的三角柱形结构，由三角形侧面、上顶面和下底面构成，内充阳离子交换树脂NKC-9，形成一个催化剂层结构；采用同样的方法制成不同倾斜角度的催化剂层结构。

如图1所示，两片相同的板波纹填料反方向倾斜交替排放，将制成的催化剂层插入到波纹填料的三角形沟槽中，如此反复，直至催化填料充满塔盘，然后用不锈钢紧箍片固定成型，形成催化填料；该催化填料既可以使沿着波纹网表面沟槽流动的液体直接接触催化剂颗粒，有利于反应进行；又能够减小催化剂层内扩散阻力的影响，提高催化剂利用率；每片催化剂层的倾斜角度在制备过程中根据波纹填料的倾斜角度确定，简单易操作。

所述催化填料单元在精馏塔30内放置时，如图3所示，精馏塔30内每个催化填料单元堆放时与上下两个单元倾斜角度相反，汽液两相在精馏塔30内以之字状流动，这样既均衡了塔内压降，有效避免了汽液短路，又能使液体直接与催化剂颗粒直接接触，有利于反应的进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种催化精馏塔塔内催化填料，其特征在于，包括横向排列的多排填料层构成的填料单元，所述每排填料层包括波纹状的组件B和设置于相邻组件B形成的沟槽内的组件A，所述组件A内设有催化剂颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种催化精馏塔塔内催化填料，其特征在于，所述组件A呈三角柱状，所述组件A包括由波纹丝网或惰性材质折叠形成的外层以及填充于外层，所述催化剂颗粒填充于外层内。

3.根据权利要求1或2所述的一种催化精馏塔塔内催化填料，其特征在于，所述组件B的规整填料为板波纹填料、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。

4.根据权利要求1或2所述的一种催化精馏塔塔内催化填料，其特征在于，所述横向相邻的两排填料层交替反向排放。

5.根据权利要求1或2所述的一种催化精馏塔塔内催化填料，其特征在于，所述组件A三角柱外缘与组件B三角形沟槽内壁相配合，所述三角柱厚度低于波纹沟槽高度。

6.根据权利要求5所述的一种催化精馏塔塔内催化填料，其特征在于，三角柱厚度仅为波纹沟槽高度的1/3。

7.根据权利要求5所述的一种催化精馏塔塔内催化填料，其特征在于，所述精馏塔内沿纵向放置多层催化填料单元，上下两个催化填料单元之间组件A与组件B的倾斜角度均相反。

8.一种催化精馏塔塔内催化填料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用波纹丝网或惰性材质折叠形成三角状的组件A外层，在外层内填充催化剂颗粒；

(2)利用规整的波纹状填料为组件B；

(3)将三角柱状的组件A置入组件B波纹状的组件B的沟槽内；

(4)沿横向错位排列组合形成的组件A和组件B并置入催化精馏塔塔内。

9.根据权利要求8所述的一种催化精馏塔塔内催化填料制备方法，其特征在于，在所述精馏塔内沿纵向放置多层催化填料单元，上下两个催化填料单元之间组件A与组件B的倾斜角度均相反。