CN107519657A - 一种应用于醚化反应的催化精馏模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于醚化反应的催化精馏模块，它具有不锈钢波纹板单元箱体，不锈钢催化剂容器和不锈钢规整填料相互交错排列填装于单元箱体内，不锈钢催化剂容器和不锈钢规整填料之外与单元箱内壁之间填装不锈钢散堆填料，所述的不锈钢规整填料为鲍尔环，所述的不锈钢催化剂容器是与不锈钢规整填料同尺寸的圆筒，圆筒筒体均匀开设有若干透孔，圆筒内及其筒端口衬有不锈钢丝网，不锈钢丝网空间内填装催化剂颗粒。本技术方案具有流通量大、压降小，具有足够的气液接触面积、传质特性优良，催化反应转化效率高、产品纯度高、塔内安装简便、易于规模工业化应用的技术优点。

Description

一种应用于醚化反应的催化精馏模块

技术领域

本专利申请涉及的是催化精馏塔，尤其涉及的是填充于催化精馏塔内的催化精馏模块。

背景技术

催化精馏技术是近年来发展起来的一种化学催化反应技术于工程的应用，其原理是将催化剂装填组件填充在一分离塔中，是一催化反应和分离功能兼备的新型的复合型反应塔装置。塔内的分离作业强化了化学反应，使可逆平衡反应变成类似于单一反应。因此催化精馏技术具有反应物料转化率高、产物选择性好、产品纯度高、能耗低、操作简单、投资少等优点。催化精馏技术在甲基叔丁基醚的工业应用中获得成功，还在其它化工制备领域逐渐得到推广、应用。

催化精馏技术的关键是催化精馏塔中催化精馏构件的构成。现有技术中出现了许多对催化精馏构件的研究成果。美国专利US4443559公开的方案是：将催化剂颗粒装入用玻璃纤维缝制的小口袋里，用有一定开口空间的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层不锈钢丝网和一层装有催化剂的小口袋的捆束型圆柱体，构成催化精馏构件。这种构件的优点是：催化剂分布均匀，气液固接触好，在合成MTBE的催化精馏的工业生产中得到应用。但是，该技术方案的适用条件受限于空隙率较一般低的小型填料塔，且整个催化精馏塔设计结构比较复杂、技术工艺要求高、且填料装卸很麻烦，安装后圆柱体之间存在较大的空隙，明显影响了气液分布，因而降低了催化精馏的技术效果。

中国专利CN1042664A提出将催化精馏塔反应段分成若干个催化剂床层，每个床层直接装填催化剂，两床层之间空间设置分离塔盘，也留作气相通道，使上行的气体穿过床层和分离塔盘。这种催化精馏构件虽具有催化剂装卸方便、反应物料与催化剂能直接接触、可减少扩散对反应速率的影响的技术优点，但该结构更适合装填大颗粒催化剂，且由于其结构使气液两相分别穿过反应段中各自通道，气液两相间不易发生传质，故不适用于气、液均是反应物料的气-液-固三相反应体系中。

发明内容

本专利申请的发明目的在于提供一种新型应用于醚化反应的催化精馏模块，本模块既能使催化剂在整个反应段中均匀分布，还能使反应床层具有充足的空隙率，满足气液两相接触面积所需，有利于气相中反应介质向液相中转移，同时还具有很强的分离能力，促使反应平衡向生成产物方向移动，还具有装卸灵活、方便、催化剂磨损小、作用稳定的技术优点。

本专利申请提供的应用于醚化反应的催化精馏模块技术方案，其主要技术内容是：一种应用于醚化反应的催化精馏模块，具有不锈钢波纹板单元箱体，不锈钢催化剂容器和不锈钢规整填料相互交错排列填装于单元箱体内，不锈钢催化剂容器和不锈钢规整填料之外与单元箱内壁之间填装不锈钢散堆填料，所述的不锈钢规整填料为鲍尔环，所述的不锈钢催化剂容器是与不锈钢规整填料同尺寸的圆筒，圆筒筒体均匀开设有若干透孔，圆筒内及其筒端口衬有不锈钢丝网，不锈钢丝网空间内填装催化剂颗粒。

在上述的整体技术方案中，按面积占比，所述的不锈钢波纹板单元箱体的开孔率为30-40%。

在上述的技术方案中，每一催化精馏模块中催化剂颗粒的装填量占模块总体积的5%-50%；在达到同样的技术效果的条件下，其最优选填量值是10%-20%，不仅具有优良的技术效果，而且具有节省催化剂用量的技术优点。

在上述的技术方案中，不锈钢散堆填料为不锈钢环。

本专利申请公开的一种应用于醚化反应的催化精馏模块技术方案，填装于催化精馏塔，它更加符合塔内流体分布及力学特性，具有流通量大、压降小，具有足够的气液接触面积，有利于气相反应介质向液本转移，具有良好的液体收集和气体分离效果、传质特性优良，催化反应转化效率高、产品纯度高的技术优点；由于反应效率高，更易于确定催化剂用量，控制催化剂有效的填装量。本技术方案还具有模块结构简单、不易泄漏，塔内安装简便、易于规模工业化应用。

附图说明

图1为本专利申请的结构示意图。

图2为本专利申请应用于异丁烯或轻汽油中叔戊烯等醚化工业生产的工艺流程装置图，其中的催化蒸馏塔可为整体塔，内部包括上部的精馏段、中部的反应段和下部的提馏段，但实际塔身高度受生产厂房的限制，采用如图所示的精馏段的上塔、反应段和提馏段一体的下塔。

具体实施方式

本专利申请的应用于醚化反应的催化精馏模块，如附图所示，其构成包括：不锈钢波纹板单元箱体1，为四方箱体，其波峰和波谷位均匀设有箱体透孔，图中未体现。在塔内，相邻箱体的波峰、波谷相错吻接填装。

不锈钢催化剂容器2和不锈钢规整填料3相互交错排列填装于单元箱体1内，其附图给出的其中一填装层排列结构。作为优选实施方式，所述的交错排列结构还包括各层间的相交错排列，即单元箱体1内填装的层与层之间的不锈钢催化剂容器2和不锈钢规整填料3也相交错排列。

不锈钢催化剂容器2和不锈钢规整填料3之外与单元箱内壁之间填装不锈钢散堆填料4，所述的不锈钢散堆填料4为不锈钢环。

所述的不锈钢规整填料3为鲍尔环。

所述的不锈钢催化剂容器2是与不锈钢规整填料3同尺寸的圆筒，圆筒筒体上均匀开设有若干透孔，这些透孔的孔径大小最好为3mm。所述的箱体透孔的孔径不小于不锈钢催化剂容器2的筒体透孔，不大于4.5mm，且按面积占比计，所述的不锈钢波纹板单元箱体1的开孔率为30-40%。不锈钢催化剂容器2的圆筒内及其筒端口衬有不锈钢丝网，所述的不锈钢丝网为双层结构，内层网密高于外层网密，在本实施例中，内层为孔径0.122-0.125mm的不锈钢丝网，外层为0.18-0.2mm的不锈钢丝网。不锈钢丝网空间内填装催化剂颗粒。设计使每一催化精馏模块中的催化剂颗粒装填量占模块总体积的5%-50%，其最优选值是10%-20%。

实施例1

将所述的催化精馏模块应用于碳四中异丁烯催化精馏制甲基叔丁基制备，其催化精馏塔的实际直径700mm、高8000mm，本催化精馏模块的单元箱体长为400mm、宽为400mm、高为100mm，其中填装的催化剂为丹东明珠特种树脂有限公司的D005-Ⅱ型球形树脂催化剂。

对比例1

按上述美国专利4443559制备方法，将相同的催化剂装入玻璃纤维缝制的小口袋内，用有一定开口空间的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷入不锈钢丝网中，呈捆束型圆柱体催化精馏构件。填装于直径100mm、装填高度为1000mm的小试塔的精馏段。

实施例1与对比例1在相同的实验条件下，得到的对比实验数据如下表1：

表1

实施例2

本催化精馏模块应用于碳五中的叔戊烯催化精馏制甲基叔戊基的实验。催化精馏塔的实际直径为700mm、高为8000mm，本催化精馏模块的单元箱体长为400mm、宽为400mm、高为100mm，填装的催化剂采用丹东明珠特种树脂有限公司的D005-Ⅱs型球形树脂催化剂。

对比例2

按上述美国专利4443559制备方法，将相同的催化剂装入玻璃纤维缝制的小口袋内，用有一定开口空间的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷入不锈钢丝网中，呈捆束型圆柱体催化精馏构件。填装于直径100mm、装填高度为1000mm的小试塔的精馏段。

实施例2与对比例2在相同的实验条件下，得到的对比实验数据如下表2：

表2

实施例3

本催化精馏模块应用于轻汽油醚化的催化精馏小型实验。催化精馏塔的实际直径为700mm、高为8000mm，本催化精馏模块的单元箱体长为400mm、宽为400mm、高为100mm，填装的催化剂采用丹东明珠特种树脂有限公司的D005-Ⅱs型球形树脂催化剂。

对比例3

按上述美国专利4443559制备方法，将相同的催化剂装入玻璃纤维缝制的小口袋内，用有一定开口空间的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷入不锈钢丝网中，呈捆束型圆柱体催化精馏构件。填装于直径100mm、装填高度为1000mm的小试塔的精馏段。

实施例3与对比例3在相同的实验条件下，得到的对比实验数据如下表3：

表3

名称	实施例3	对比例3
			可醚化碳五叔戊烯转化率，%	90.12	87.43
可醚化碳六叔己烯转化率，%	40.08	33.55

实施例4

本催化精馏模块应用于轻汽油醚化的完整工业生产，其工艺流程如图2所示：轻汽油①由计量泵P101、甲醇②由计量泵P102分别计量泵送至静态混合器M101，混合后由预热器E101加热至45℃，预热物料③泵入醚化反应器R101进行醚化反应。醚化反应器是固定床反应器，其中装有大孔磺酸树脂用作反应催化剂。轻汽油中异戊烯和异己烯与甲醇进行醚化反应，反应后的物料④进入催化精馏塔的下塔D101-1的反应段底部，补充甲醇⑨进入催化精馏塔的下塔D101-1的反应段中部，进行深度醚化及产品分离。其中上塔D101-2装填θ网环填料或塔盘，下塔D101-1的反应段装填本专利申请的填装催化剂的催化精馏模块，提馏段内装填θ网环填料或塔盘。在催化精馏塔内，未反应的碳五和甲醇共沸物进到催化蒸馏塔反应段，在催化精馏塔反应段与塔内向下流动的液相物料进行热质传递，并在催化剂的作用下进行醚化反应，使异丁烯得到深度转化。未反应碳五和残余甲醇由塔的顶部进入催化蒸馏塔顶冷凝器E103，冷凝液E103输出一部分回流送入催化精馏塔上塔上部，另一部分排入收集罐，塔底物料⑤作为反应产物接至储罐。

所述的工艺流程中，催化精馏塔采用本申请的催化精馏模块，应用于轻汽油醚化生产，其中可醚化碳五的总转化率可达到96.5以上，可醚化碳六的转化率可达到57%以上，说明本专利申请的催化精馏模块的技术效果不仅在小试中得到验证，在实际工业生产应用中其技术效果更为显著。

Claims (7)

1.一种应用于醚化反应的催化精馏模块，具有不锈钢波纹板单元箱体，其特征在于不锈钢催化剂容器和不锈钢规整填料相互交错排列填装于单元箱体内，不锈钢催化剂容器和不锈钢规整填料之外与单元箱内壁之间填装不锈钢散堆填料，所述的不锈钢规整填料为鲍尔环，所述的不锈钢催化剂容器是与不锈钢规整填料同尺寸的圆筒，圆筒筒体均匀开设有若干透孔，圆筒内及其筒端口衬有不锈钢丝网，不锈钢丝网空间内填装催化剂颗粒。

2.根据权利要求1所述的应用于醚化反应的催化精馏模块，其特征在于不锈钢散堆填料为不锈钢环。

3.根据权利要求1或2所述的应用于醚化反应的催化精馏模块，其特征在于按面积占比计，所述的不锈钢波纹板单元箱体（1）的开孔率为30-40%。

4.根据权利要求1或2所述的应用于醚化反应的催化精馏模块，其特征在于每一催化精馏模块中催化剂颗粒的装填量占模块总体积的5%-50%。

5.根据权利要求3所述的应用于醚化反应的催化精馏模块，其特征在于每一催化精馏模块中催化剂颗粒的装填量占模块总体积的5%-50%。

6.根据权利要求4所述的应用于醚化反应的催化精馏模块，其特征在于每一催化精馏模块中催化剂颗粒的装填量占模块总体积的10%-20%。

7.根据权利要求5所述的应用于醚化反应的催化精馏模块，其特征在于每一催化精馏模块中催化剂颗粒的装填量占模块总体积的10%-20%。