CN1131087C - 催化反应精馏塔 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种催化反应精馏塔，主要由降液管、塔板、受液盘构成塔板主体部分，由提液管、填料及填料筐、催化剂及催化剂筐、集液板等组成塔板上的催化反应传质单元，可用于化工过程中的催化反应精馏设备，从根本上解决了目前催化反应精馏塔催化剂的包装和装填问题以及催化反应与精馏操作不平衡问题，强化了催化剂表面更新，延长了液相在催化剂表面的停留时间，使分离效率和反应速率大为提高。本发明结构简单，造价低廉，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明属化学工程中的气液传质、反应及分离设备，具体地讲是一种催化反应精馏塔。
背景技术
催化反应精馏塔主要分为填料塔和板式塔两大类，填料塔是将催化剂填充在填料的空隙内，塔内气液经过催化剂表面时发生反应，再通过填料进行分离。采用这种形式，催化剂填充较为麻烦，而且更换催化剂时必须将全部填料拆除，施工量很大，因此这种催化反应精馏塔较难推广使用。板式催化反应精馏塔一般有以下几种形式：第一种是将催化剂用多孔的，能包裹住催化剂颗粒的材料将催化剂包成包，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的进口堰、出口堰附近，利用塔板上液体的自然流动，在催化剂表面进行反应，再利用塔板进行分离；第二种是将催化剂置于塔板的降液管底部，利用塔板的自然降液，在催化剂表面进行反应，再利用塔板进行分离。这两种结构的催化反应精馏塔都是在普通塔板上的局部放置催化剂，利用塔板的自然降液完成催化反应，因此催化剂表面更新缓慢，而且气液相与催化剂接触时间较短，只进行一次接触，就进入下一层塔板，使反应速率较慢、转化率较低，很难发挥催化反应精馏的优点；第三种是采用活性材料载体制成塔板，催化剂与塔板一体化，这种塔板的造价较高，塔板强度较差，较难大规模应用。
发明内容
本发明的目的提供一种新型的催化反应精馏塔，这种催化反应精馏塔将催化反应与精馏有机地结合在一起，它与以前的催化精馏塔相比，改变了塔板上液体的自然流动，使催化剂表面始终保持不断更新；每一层塔板上液体都经过若干个催化反应精馏传质单元的反应和分离，增加了液体和催化剂的接触时间，从而不但加速了催化反应，而且增加了转化率。
本发明主要包括塔体、降液管、受液盘、塔板、升气孔等构成的主体部件，还包括由底隙、催化剂筐、集液板、催化剂、提液管、填料、填料筐、导流板构成的催化反应精馏传质单元，在塔体内的一层或多层塔板的升气孔上设置传质单元，传质单元的提液管周围安装催化剂筐等构成。
本发明的工作过程是：塔板上均匀分布一定数量的催化反应精馏传质单元，催化剂置于与提液管相连的催化剂筐内。由下一层塔板上升的气体，经塔板升气孔上升，将塔板上液体吸入提液管，气液并流在提液管内高速湍动传质，由顶部填料强化传质后，气液分离，气体上升到上一层塔板，液体下降进入催化剂筐，进行催化反应。反应后的液体落回塔板，沿塔板流动进入下一个催化反应精馏传质单元，继续进行反应和分离。
本发明可用于化工过程中的催化反应精馏设备，该塔从根本上解决了目前催化反应精馏塔催化剂的包装和装填问题，由于催化剂的装入造成的压力降问题、催化反应和精馏操作不平衡问题，强化了催化剂表面更新，延长了液相在催化剂表面的停留时间，使分离效率和反应速率大为提高。本发明结构简单，造价低廉，经济效益显著。
附图说明
图1是催化反应精馏传质单元示意图。
图2是填料及填料筐详图、升气孔详图。
图3是传统催化反应精馏塔示意图。
图4是催化反应精馏塔示意图。
图5是提液管详图。
图6是其它形式的催化剂筐示意图。
图7、图8是提液管的固定方式示意图。
图9是填料筐与提液管一体化结构的示意图。
图10是整体式催化剂筐、分体式填料筐的催化反应精馏塔示意图。
图11是整体式催化剂筐、整体式填料筐的催化反应精馏塔示意图。
图12是整体式催化剂筐的安装示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方案参照附图详细说明如下：
如图所示，(1)是升气孔，(2)是塔板，(3)是底隙，(4)是催化剂筐，(5)是集液板，(6)是催化剂，(7)是提液管，(8)是填料，(9)是填料筐，(10)是塔板液层，(11)是降液管，(12)是受液盘，(13)是塔体，(14)是导液板，(15)是支腿，(16)是支耳，(17)是角铁；其基本结构是在塔板上开一个或多个升气孔，升气孔可以是圆形的或者是方形的(图2所示B向)，升气孔开孔率为2-50％，并在升气孔的上方安装催化反应精馏传质单元(传质单元见中国专利CN 1147412A)，在整个板式塔中可采用一层或多层上述结构。整个催化反应精馏塔可根据不同工况及物系采用不同材质。
图1中的提液管(7)位于升气孔(1)的正上方，可以是圆形的或者是方形的，内部可加也可不加导流板(14)(如图5所示的圆形提液管或者方形提液管)，下端采用如图7、图8所示的结构与塔板(通过支腿)焊接或采用螺栓固定。对于圆形提液管一般采用图7所示的结构与塔板焊接，也可采用图8(a)所示的结构(通过角铁)与塔板连接便于检修更换；方形提液管的固定可采用图7、8(a)所示的结构，还可采用图8(b)所示的结构。提液管(7)下端与塔板(2)之间的底隙(3)高度为2～100mm。
填料筐(9)安装在提液管(7)的上方，可采用圆柱体、长方体或其它结构形式，其内填充填料(8)或折流挡板、栅板等。填料筐(9)一般与提液管(7)焊接，对于方形提液管填料筐(9)可以与提液管(7)做成一体化结构(如图9所示)。
催化剂筐(4)的底板及侧板与提液管(7)焊接，可采用如图1、图6所示的不同形式的结构，还可采用圆环形结构，包围着局部或整个提液管(7)。催化剂筐(4)的底板及盖板采用筛板、栅板、板网、丝网或其它多孔材料。
催化剂筐(4)顶部可根据需要加集液板(5)，也可不加。集液板(5)可以是垂直的或者倾斜的；催化剂筐(4)的高度为10～600mm，填料筐(9)的高度为10～300mm，提液管(7)的高度为10～500mm，催化剂筐(9)的底板与塔板(2)之间的高度为0～400mm。
催化剂筐(4)和填料筐(9)可根据具体操作状况采用单向或者多向密封的结构。
催化剂筐(4)内根据不同催化反应填充相应的催化剂(6)，根据催化剂(6)的具体形态，可直接填充在催化剂筐(4)内，或采用填料、格栅等分布介质均匀分布催化剂(6)，或者将催化剂(6)用多孔的、能包裹住催化剂颗粒的材料包成包，再将一个或多个这样的包置于催化剂筐(4)内，便于催化剂(6)的拆装。
如图10所示，相邻催化剂筐可以合并成为一个整体式催化剂筐，便于催化剂(6)的安装和拆卸。
如图11所示，提液管(7)和填料筐(9)做成整体结构，并且相邻的提液管(7)和填料筐(9)合并成一个整体的长条形传质单元，相应的将催化剂筐合并成整体式催化剂筐，这样就大大简化了塔板结构，便于塔板的安装以及催化剂的安装和拆卸。
如图12所示，整体式催化剂筐可采用在提液管(7)上焊接支耳(16)，再将催化剂筐担架在支耳(16)上，或者采用在塔板上焊接支腿(15)等结构形式，再将催化剂筐与其固定。
如上所述的催化反应精馏传质单元根据不同操作状况，可以是等高排列的，也可以高低交错排列。
Claims (9)
1.一种催化反应精馏塔，它主要包括塔体(13)、降液管(11)、受液盘(12)、塔板(2)、升气孔(1)构成主体部件，其特征在于它还包括由底隙(3)、催化剂筐(4)、集液板(5)、催化剂(6)、提液管(7)、填料(8)、填料筐(9)、导流板(14)构成的催化反应精馏传质单元，在塔体(13)内的一层或多层塔板(2)的升气孔(1)上设置传质单元，提液管(7)周围设置填充催化剂(6)的催化剂筐(4)。
2.按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的催化剂筐(4)内直接填充催化剂(6)或采用填料、格栅等分布介质均匀分布催化剂(6)、或者将催化剂(6)用多孔的、能包裹住催化剂颗粒的材料包成包，再将一个或多个这样的包置于催化剂筐(4)内。
3.按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的催化剂筐(4)包围提液管(7)的局部或者包围整个提液管(7)，或者将相邻催化剂筐合并成为一个整体式催化剂筐，其顶部盖板和底板采用筛板、栅板、板网、丝网或其它多孔材料。
4.按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的催化剂筐(4)可加或不加集液板(5)，集液板(5)是垂直的或者是倾斜的，提液管(7)是方形的或者是圆形的，内部可加或不加导流板(14)。
5. 按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的催化剂筐(4)的高度为10～600mm；所说的填料筐(9)的高度为10～300mm；所说的提液管(7)的高度为10～500mm；所说的催化剂筐(9)的底板与塔板(2)之间的高度为0～400mm；所说的塔板(2)上的升气孔(1)开孔率为2～50％；所说的提液管(7)下端与塔板(2)之间的底隙(3)高度为2～100mm。
6.按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的提液管(7)和填料筐(9)是分体组合的或者是整体的，或者相邻的提液管(7)和填料筐(9)合并成一个整体的长条形传质单元。
7.按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的催化剂筐(4)和填料筐(9)采用单向或者多向密封的结构。
8.按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的填料筐(9)采用圆柱体或者长方体，其内填充填料(8)或折流挡板或者栅板，或者什么也不填充，此时提液管与填料筐成为一体。
9.按照权利要求1所说的催化反应精馏塔，其特征在于所说的催化反应精馏传质单元是等高的或者高低交错排列。
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