CN203184019U - 开窗导流式催化剂填料 - Google Patents

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毛进池
刘春江
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Kai Rui environmental protection Science and Technology Co., Ltd.
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KAIRUI CHEMICAL CO Ltd
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Abstract

本实用新型提供一种开窗导流式催化剂填料结构，它包含平行叠放的多片开窗导流式波纹板(1)，相邻的波纹板之间形成板间隙；其中，在间隔的板间隙中装填有催化剂颗粒，形成间隔分布的催化剂层(5)和间隔分布的空隙层(6)，即形成催化剂层两旁为空隙层，空隙层两旁为催化剂层的交替结构；所述的催化剂填料结构边缘密封。本实用新型的优点在于利用开窗导流规整填料上的窗口，使在催化层发生反应的物料实现横向的交换，提高了催化反应的效率；利用催化层与空隙层的交替结构，提高了反应的精馏效率，并降低了催化精馏塔的压降。

Description

开窗导流式催化剂填料
技术领域
本实用新型属于催化精馏领域，涉及到一种基于开窗导流式填料的新型催化剂填料结构。
背景技术
催化精馏是将反应和精馏集于同一设备中进行的化工操作过程，与传统工艺相比，具有显著的优点，所以对这一领域的研究一直颇受重视。进入80年代以后，催化精馏由均相反应转向非均相反应，并被广泛用于醚化、烷基化、酯化、脱水和水合等工艺过程，固体催化剂既加速蒸馏塔内化学反应，同时又作为气液两相传质表面，催化剂表面越大，反应速度越快。若颗粒太小，就阻碍蒸汽上升，影响精馏操作。另外，受催化剂强度的限制，催化剂尚难以制成随意的形状和尺寸，所以在催化精馏塔内反应段催化剂床层是必须以特殊方式装填，催化剂装填方式直接决定塔内床层的催化剂效率和气液传质效率，因此催化剂的装填方式逐渐成为催化精馏技术研究的核心课题之一。
专利文献CN 101380562 B中提出的开窗导流式填料对催化精馏中催化剂的装填提供了新的方式，本实用新型是建立在专利文献CN 101380562 B公开的填料基础上开发的一种新型高效填料结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种应用在催化精馏中的新型催化剂填料结构，使得催化精馏过程中的催化反应效率提高，气液传质效率增加，并降低催化精馏过程进行当中的塔压降。
本实用新型实现上述目的的技术方案如下：
提供一种开窗导流式催化剂填料结构，它包含平行叠放的多片开窗导流式波纹板1，相邻的波纹板之间形成板间隙；在间隔的板间隙中装填有催化剂颗粒，形成间隔的催化剂层5和间隔的空隙层6，即形成催化剂层两旁为空隙层，空隙层两旁为催化剂层的交替结构；所述的催化剂填料结构边缘密封。
本实用新型优选的开窗导流式催化填料中，任一开窗导流式波纹板的波峰位置对应其相邻波纹板的波谷位置。
如图2所示，本实用新型优选的开窗导流式波纹板1，是在波纹板填料片的波峰3和波谷4处开设导流窗口2，导流窗口2的方向与波峰3和波谷4的方向相对；相邻波峰与波谷的导流窗口在竖直方向上交错分布，相邻波峰的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上，相邻的波谷的窗口依相同的斜率位于同一直线上；导流窗口水平方向宽度为1mm～50mm，竖直方向的窗口高度为4mm～40mm；相邻波峰和波谷导流窗体之间间距为5mm～50mm；导流窗口2是在垂直于波峰与波谷位置切口，导流窗口2的开孔均向上，呈倒金字塔形状。
制备所述的开窗导流式波纹板的材料可以为不锈钢、碳钢、陶瓷或塑料中的一种。
本实用新型优选的开窗导流式催化填料，可以是由所述的10～100片开窗导流式波纹板组成的圆柱体；波纹板间距可由催化剂装填量的大小进行调整；催化填料中相邻填料波纹板之间波峰的方向于填料塔的轴线对称；填料波纹板的波纹方向于填料塔轴线呈15°～75°夹角。
本实用新型的催化填料基于CN 101380562所述的开窗导流式波纹板，通过利用其开窗导流结构，巧妙地填充催化剂颗粒而形成间隔的催化剂层和空隙层，由此使整体催化剂填料具有了新的实质性特点，具体的有益效果表现在以下几方面：
1.当流体流经催化剂层发生催化反应时，液膜流经开窗位置时，原来在催化层波谷上的液体经窗口进入空隙层波峰的位置，与空隙层的气相进行气液传质，同时，空隙层的气相流经开窗位置时，会经波峰窗口进入催化层与催化剂进行催化反应，通过导流窗口，相当于气液在竖直方向和水平方向都有气液交换，提高了反应效率和气液传质效率；其次，当液体流过导流窗口时，原来在层流底层的液体变为液膜表面的液体，促进了液膜的更新和湍动，提高了气液传质效率；总之，本实用新型催化精馏填料在进行催化精馏时，液相在有催化剂的填料片内通过窗口内外交替流动，液相不仅在轴向上能传质，在径向上也能进行混合，这一点是现有技术中的各种催化剂填料无法做到的；气相在无催化剂的填料片中与液膜进行传质，使催化反应产物迅速与反应物分离。
2.利用催化层与空隙层的交替结构，提高了反应的精馏效率，并降低了催化精馏塔的压降。通过空隙层的设置，大大降低了操作压降，气体可通过压降低的空隙层，降低了操作费用。同时，填料制作简单，装卸方便。
3.由于填充的催化剂颗粒间隙小，液体在表面张力的作用下，强化了液相传质，其催化、分离效果在催化精馏过程中会有显著提高。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的开窗导流式催化剂填料的结构示意图。
图2是本实用新型实施例1的催化剂填料中开窗导流式波纹板的结构示意图。
其中附图标记定义为：1-波纹板；2-导流窗口；3-波峰；4-波谷；5-催化剂层；6-空隙层。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型做进一步详细说明：
实施例1
一种开窗导流式催化剂填料结构，如图1所示，它是由平行叠放的10～100片开窗导流式波纹板1构成的圆柱体结构，其中，任一开窗导流式波纹板的波峰位置对应其相邻波纹板的波谷位置，相邻的波纹板之间形成板间隙；在间隔的板间隙中装填催化剂颗粒，形成间隔的催化剂层5和间隔的空隙层6，即形成催化剂层两旁为空隙层，空隙层两旁为催化剂层的交替结构；所述的催化剂填料结构边缘密封。
如图2所示，所述的开窗导流式波纹板1，是在波纹板填料片的波峰3和波谷4处开设导流窗口2，导流窗口2的方向与波峰3和波谷4的方向相对；相邻波峰与波谷的导流窗口在竖直方向上交错分布，相邻波峰的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上，相邻的波谷的窗口依相同的斜率位于同一直线上；导流窗口水平方向宽度为1mm～50mm，竖直方向的窗口高度为4mm～40mm；相邻波峰和波谷导流窗体之间间距为5mm～50mm；导流窗口2是在垂直于波峰与波谷位置切口，导流窗口2的开孔均向上，呈倒金字塔形状。
制备所述的开窗导流式波纹板的材料可以为不锈钢、碳钢、陶瓷或塑料中的一种。
所述的波纹板间距可由催化剂装填量的大小进行调整；催化填料中相邻填料波纹板之间波峰的方向于填料塔的轴线对称；填料波纹板的波纹方向于填料塔轴线呈15°～75°夹角。
所述的圆柱状结构，高度、直径由所要装填的催化精馏塔决定。
本实施例的开窗导流式催化剂填料可应用于催化精馏工艺，当流体流经催化剂层5发生催化反应时，液膜流经导流窗2位置时，原来在催化层波谷4上的液体经窗口进入空隙层波峰3的位置，与空隙层6的气相进行气液传质，同时，空隙层的气相流经导流窗2位置时，会经波峰3窗口进入催化层5与催化剂进行催化反应，通过导流窗口2，相当于气液在竖直方向和水平方向都有气液交换；当液体流过导流窗口2时，原来在层流底层的液体变为液膜表面的液体，促进了液膜的更新和湍动；此外，通过空隙层6的设置，大量气体从空隙层通过，降低了操作压降。
效果实验例：在多晶硅生产中，常用二氯氢硅（DCS）与四氯氢硅（STC）反应生成三氯氢硅（TCS），在此采用4000吨/年二氯氢硅和6800吨/年四氯化硅，混合硅烷原料组成：DCS:TCS:STC=1:1:1。混合氯硅烷原料进料量为2t/h。在反应精馏塔中采用本实用新型实施例1中的催化剂填料，可以达到比普通催化剂填料更好的效果。采用开窗导流式催化填料，可提高反应效率。与普通催化精馏塔对比如下表：
Figure BDA00003032316800041
通过上表可以看出，塔顶TCS与塔底STC浓度具有提高，说明本实用新型能很好的提高催化精馏塔的反应效率。
以上所述实例仅是充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种开窗导流式催化剂填料结构，它包含平行叠放的多片开窗导流式波纹板(1)，相邻的波纹板之间形成板间隙；其特征在于：在间隔的板间隙中装填有催化剂颗粒，形成间隔分布的催化剂层(5)和间隔分布的空隙层(6)，即形成催化剂层两旁为空隙层，空隙层两旁为催化剂层的交替结构；所述的催化剂填料结构边缘密封；
所述的任一开窗导流式波纹板的波峰位置对应其相邻波纹板的波谷位置；
所述的开窗导流式波纹板(1)中，在波纹板填料片的波峰(3)和波谷(4)处开设导流窗口(2)，导流窗口(2)的方向与波峰(3)和波谷(4)的方向相对；相邻波峰与波谷的导流窗口在竖直方向上交错分布，相邻波峰的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上，相邻的波谷的窗口依相同的斜率位于同一直线上；导流窗口水平方向宽度为1mm～50mm，竖直方向的窗口高度为4mm～40mm；相邻波峰和波谷导流窗体之间间距为5mm～50mm；导流窗口(2)是在垂直于波峰与波谷位置切口，导流窗口(2)的开孔均向上，呈倒金字塔形状；
所述的开窗导流式催化剂填料结构是由所述的10～100片开窗导流式波纹板组成的圆柱体；波纹板间距由催化剂装填量的大小进行调整；催化填料中相邻填料波纹板之间波峰的方向于填料塔的轴线对称；填料波纹板的波纹方向于填料塔轴线呈15°～75°夹角；
所述的开窗导流式波纹板为矩形或圆形。
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Patentee before: Kairui Chemical Co., Ltd.

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