CN202893314U - 一种催化精馏塔的催化剂填装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种催化精馏塔的催化剂填装结构，所述的催化剂填装结构置于催化精馏塔内，其特征在于该催化剂填装结构包括塔板（1）、隔板（2）、通气管（3）和填装于隔板（2）上的催化剂层（4）；塔板（1）上分布有浮阀（5）和筛孔（6），隔板（2）位于相邻两塔板之间并与塔板平行，其边缘与塔内壁密封连接，隔板（2）与下方塔板上的浮阀之间留有空隙，通气管（3）垂直竖立于隔板（2）之上穿过催化剂层（4），通气管（3）上端封闭，管侧壁开有小孔（7），其下端边缘与隔板（2）密封连接。上层塔内件流下的液体通过塔板上的筛孔均匀的通过催化剂层，能有效的利用催化剂颗粒的表面积，提高催化剂的利用率，产生的气相可通过浮法和通气管由下向上通过，能够有效地避免在塔内形成液-液分层现象，增大液体在催化剂上的停留时间，反应需要的热能够及时供给，促使反应的进行，提高叔丁醇转化率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种催化精馏的催化剂填装结构，具体涉及叔丁醇催化精馏脱水制异丁烯的催化剂填装结构。
背景技术
叔丁醇脱水反应是强吸热反应，该方法副反应少，产品质量高，投资省，是获取高纯度异丁烯的重要途径。叔丁醇脱水制异丁烯的专利很多，US3665048采用固定床工艺，氧化铝为催化剂，反应在汽相中进行，CN200710049954.1采用间歇釜式反应器生产异丁烯，CN1609082A介绍了一种由叔丁醇制备异丁烯的方法，采用固定床反应器，反应在液相中进行。US4208540介绍了由混合碳四水合生成叔丁醇，叔丁醇脱水生产异丁烯的方法，叔丁醇脱水采用釜式反应器或流化床反应器。采用汽相工艺进行叔丁醇脱水反应，反应温度在220℃以上，能耗很高，且叔丁醇选择性不好。采用固定床、釜式反应器等的叔丁醇液相脱水反应，叔丁醇的一次转化率非常低，由于反应受热力学平衡控制，且存在液-液平衡，叔丁醇-水-异丁烯体系容易分成富含叔丁醇的有机相和低叔丁醇的水相，会导致传质效果进一步下降。US5849971采用催化精馏工艺生产异丁烯，克服了反应的热力学平衡控制，叔丁醇转化率大幅提高，该专利的另一特点是塔顶采用分凝器，汽相采出异丁烯产品，因此对塔内的液相分层现象也有抑制，有利于反应的进行。该专利对催化剂的填装结构没有提及，但是由于采用异丁烯的汽相采出方式，汽相产物在后续的处理过程中需要深冷冷凝或需要一台压缩机加压后用水冷凝，投资和能耗非常大。
催化精馏的催化剂目前主要有两大填装结构，一类是拟填料式填装结构，一类是拟固定床式填充结构。
拟填料式填装结构的典型代表是CDTech公司的专利US4302356，催化剂捆扎包结构将催化剂颗粒装入玻璃纤维制成的小袋中，袋口封住，用具有一定空间的不锈钢波纹丝网覆盖，再卷成螺旋状。在安装时相邻两层催化剂结构的波纹丝网走向错开。这种填装结构的优点是塔内床层空隙率大，压降小，有利于精馏过程；缺点是催化剂填装量少，催化剂利用率较低，不能充分利用催化剂的表面积。
拟固定床填装结构又可分为把催化剂放在塔板上和降液管中两种。催化剂放在塔板上的代表是专利EP0461855，提出了一种复合塔板填装结构，特点是催化精馏段分割为若干个催化反应区和分馏区，且交错排列，在催化反应区，催化剂粒子散装在塔板上，装催化剂的塔板中央留有气相通道。缺点是气相与催化剂直接接触，导致塔板压降大，催化精馏塔处理量小。
US5454913对催化剂放入降液管中的填装模式进行改进，降液管的底端不再封死，而是用降液管同样材料做的连接管接起来，并通过装卸扣引出塔外，这样催化剂装卸方便。US5308451将整块塔板设计成气液传质区和降液管区，降液管为长槽型，槽底部开孔并铺上丝网后填装催化剂，槽口覆以丝网防止催化剂流失。CN2314840Y也是属于降液管式填装结构。催化剂填装在降液管中，优点是催化剂的填装量大，装卸方便，有利于反应进行，气相不与催化剂接触，有利于保护催化剂和降低压降，但缺点是液体在降液管出来的液体进入塔板，但在塔板上进行传质分离，催化剂只对反应有利，而对传质分离基本没有起作用。
目前几乎所有的催化精馏装置中从精馏段下来的液体都在从催化剂的上方进入催化剂，通过重力作用流经催化剂，这样就使得液相在催化剂上的停留时间较短，不利于反应的进行，因此需要填装大量的催化剂，装卸方便，投资较大。
文献US5776320将液体因此催化剂的底部，然后从下自上穿过催化剂层，该文献认为这种做法的好处是对于放热反应来说，液体向上流经催化剂层有利于反应热生成的气相溢出，但是由于叔丁醇脱水反应是强吸热反应，而且随着叔丁醇的不断转化，水的生成，就会出现分层现象，形成富含叔丁醇的有机相和低叔丁醇的水相，密度大的水相会逐渐占据整个反应器，由于催化剂对水的吸附作用更强，大量水的存在会让反应停止。另外由于叔丁醇脱水是强吸热反应，反应热也不能及时的补充。因此，该专利公开的催化剂填装结构不适合叔丁醇脱水反应。
CN200810052269.9提出了一种高效传质的催化剂蒸馏塔内件，塔内件是一个多孔容器，它的内部装有催化剂性能的填充物，塔内件的上部高度低于侧壁，使催化剂上方积累一定高度的液体，该构件的优点在于反应物与催化剂表面充分接触，同时也能有效控制反应物在催化剂表面上的停留时间，催化剂颗粒的利用率较高，但也存在催化剂床层阻力大、催化精馏塔处理量小的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于叔丁醇催化精馏脱水制异丁烯的催化剂填装结构及利用该催化剂填装结构进行的叔丁醇脱水制异丁烯的工艺，采用本实用新型所述催化剂填装结构及工艺，能够有效地避免在塔内形成液-液分层现象，增大液体在催化剂上的停留时间，反应需要的热能够及时供给，促使反应的进行，提高叔丁醇转化率，同时由于液相采出异丁烯产品，能够有效降低能耗。
本实用新型所述的催化精馏塔催化剂填装结构是通过以下技术方案实现的。
一种催化精馏塔的催化剂填装结构，所述的催化剂填装结构置于催化精馏塔内，其特征在于该催化剂填装结构包括塔板1、隔板2、通气管3和填装于隔板2上的催化剂层4；塔板1上分布有浮阀5和筛孔6，隔板2位于相邻两塔板之间并与塔板平行，其边缘与塔内壁密封连接，隔板2与下方塔板上的浮阀之间留有空隙，通气管3垂直竖立于隔板2之上穿过催化剂层4，通气管3上端封闭，管侧壁开有小孔7，其下端边缘与隔板2密封连接，通气管3高于催化剂层高度。
塔板1上的浮阀5是用于气相由下向上通过塔板上升，筛孔6用于液相由隔板自上而下流入催化剂内进行反应；所述的通气管侧壁开孔大小为直径5~10mm，大约开孔80~100个，有利于反应产生的气体由此逸出。
所述的隔板2是由10～100目的不锈钢丝或开孔率为10%～80%的带孔钢板、带孔塑料板或多孔陶瓷、多孔的碳化硅材料制成。
所述的通气管为上端封闭，侧壁开孔的圆柱形管。
所述的通气管长度为500～800mm，直径为30～50mm。
所述的通气管在每层隔板上排布1~6个。
所述的隔板上填装具有相近尺寸的催化剂颗粒。
本实用新型所述的催化剂填装结构具有以下优点：
1、本实用新型催化剂填装结构中，上层塔内件流下的液体通过塔板上的筛孔均匀的通过催化剂层，能有效的利用催化剂颗粒的表面积，提高催化剂的利用率，产生的气相可通过浮法和通气管由下向上通过。
2、填装结构分为气相通道和催化剂填装区，并且错列开，这样在同一填装构件里分为液固反应区和气液分离区，使得床层压降降低，填装构件的传质分离能力加强。
附图说明
图1本实用新型催化剂填装结构纵向断面结构图；
图2本实用新型所述塔板俯视图；
图3本实用新型催化剂填装结构另一实施方式的纵向断面结构图；
图4图1所示催化剂填装结构的工作示意图。
图中部件标注为：1-塔板、2-隔板、3-通气管、4-催化剂层、5-浮阀、6-筛孔、7-小孔。
图4中
表示气相流动方向，
表示液相流动方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限本实用新型要求保护的范围。
本实用新型的一种用于叔丁醇催化精馏脱水制异丁烯的催化剂填装结构及利用该催化剂填装结构进行的叔丁醇脱水制异丁烯的工艺，采用本实用新型所述催化剂填装结构及工艺，能够有效地避免在塔内形成液-液分层现象，增大液体在催化剂上的停留时间，反应需要的热能够及时供给，促使反应的进行，提高叔丁醇转化率，同时由于液相采出异丁烯产品，能够有效降低能耗。
本实用新型所述的催化精馏塔催化剂填装结构进的工作过程为：从精馏段下来的液体经塔板1上的筛孔6进行分布自上而下进入催化剂层中进行反应，反应后的液体由开孔或多孔材料制成的隔板2流下，气体由通气管侧避小孔进入到通气管3中，再由上方塔板上的浮阀5进入到精馏段。
实施例
本实施例的叔丁醇催化精馏脱水制异丁烯的过程在图1、图2和图3所示的催化剂填装结构的催化精馏塔内进行。催化精馏塔内径为200mm，塔的精馏段填装1500mm的规整填料，塔的提留段填装1500mm的规整填料，反应器内填装大孔强酸性阳离子树脂作为催化剂。所采用的催化剂填装结构的各项参数见表1，流量为5kg/h的含水15%的叔丁醇原料从进料口导入进行脱水反应，操作压力1.20MPa。叔丁醇的一次转化率为95%～98%。
表1
Claims (6)
1.一种催化精馏塔的催化剂填装结构，所述的催化剂填装结构置于催化精馏塔内，其特征在于该催化剂填装结构包括塔板（1）、隔板（2）、通气管（3）和填装于隔板（2）上的催化剂层（4）；塔板（1）上分布有浮阀（5）和筛孔（6），隔板（2）位于相邻两塔板之间并与塔板平行，其边缘与塔内壁密封连接，隔板（2）与下方塔板上的浮阀之间留有空隙，通气管（3）垂直竖立于隔板（2）之上穿过催化剂层（4），通气管（3）上端封闭，管侧壁开有小孔（7），其下端边缘与隔板（2）密封连接。
2.如权利要求1所述的催化剂填装结构，其特征在于所述通气管（3）高于催化剂层高度。
3.如权利要求1所述的催化剂填装结构，其特征在于所述通气管侧壁开孔大小为直径5~10mm，开孔80~100个。
4.如权利要求1所述的催化剂填装结构，其特征在于所述隔板2是由10～100目的不锈钢丝或开孔率为10%～80%的带孔钢板、带孔塑料板或多孔陶瓷、多孔的碳化硅材料制成。
5.如权利要求1所述的催化剂填装结构，其特征在于所述的通气管直径为30～50mm。
6.如权利要求1所述的催化剂填装结构，其特征在于所述通气管在每层隔板上排布1~6个。
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Granted publication date: 20130424 Termination date: 20210928 |
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