CN2148602Y - 高效催化精馏填料 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种用于催化精馏工艺过程 的高效催化精馏填料结构，其特征是由波纹状外壳内 装催化剂所组成的，其催化剂装填量大可达10— 50％，填料床层的空隙率一般为35—88％，较好的为 50—70％，汽液及液固能充分接触，传递阻力较小， 轴向返混小，由于压降非常低，适用于气固催化精馏， 液固催化精馏和离子交换过程，均能达到较佳效果。

Description

本发明（实用新型）涉及石油化工领域中用于催化精馏工艺过程中的高效催化精馏填料。

欧洲专利EP0327343A：提出的催化精馏装置，采用背包方式将装填催化剂反应器设置在塔外，将精馏塔板上的液体通过背包反应器进行循环，将反应与精馏这两个过程隔离开，由于反应物不是随时被分离掉，影响了产物的生成速率，而中国专利CN1042664A提出的装置只是将上述的反应器从塔外移到塔内，两者本质上并无区别。美国专利USP4，443，559提出一种由催化剂元件和弹性元件构成的精馏结构，其催化剂元件由封套内装入固体催化剂构成，弹性元件与催化剂元件紧密相连或围绕在催化剂元件四周，由于催化剂系装于封套内，反应物须经较长的扩散过程，扩散到封套内部的催化剂，特别是内部深处的催化剂，生成物也须经扩散过程由封套内部扩散出来，影响了正向反应的进行，由于是依赖弹性元件在催化剂元件间形成空隙，因此若要构成较大的空隙率，建立流畅的汽液通道，必须要减少塔截面上催化剂元件所占比例，使催化剂装填量受到较大限制，从而又会影响塔内的反应量。

本实用新型    的目的是提供一种使催化和精馏两方面综合性能良好的高效催化精馏填料，它既对反应起催化作用，并能达到最佳效率，又能对精馏起填料作并能达到最佳效果。

附图及其说明：

附图为高效催化精馏填料结构图（Ⅰ为总体图，Ⅱ为侧视图，Ⅲ为AA剖视图）

（1）－催化剂

（2）和（2a）－波纹状侧面

（3）和（3a）－窄侧面

（4）－下底面

（4a）－上顶面

附图2为相邻两层中波纹状面的排列方向构成90℃之图

（Ⅳ为俯视图，Ⅴ为BB剖视图）

附图3为高效催化精馏填料流体流动方向示意图

本发明提供一种高效催化精馏填料结构，其特征是由波纹状外壳和催化剂组合而成的：波纹状外壳是用多孔或网状惰性材料制成，附图1所示的由波纹状面（2）和（2a）；窄侧面（3）和（3a）；下底面（4）和上顶面（4a）组成的波纹状外壳和装在其中的催化剂（1）组合成高效催化精馏填料元件，由多个厚度均一的填料元件在塔内形成高效催化精馏填料层在同一层上的填料元件既要垂直排列，又要使相邻两填料元件上的波纹倾斜方向相反，在波纹状面之间形成一系列相互交叉的三角形流道，同时填料元件上波纹的方向与塔之纵轴呈倾角β，β值一般为30°，45°或60°，也可在两个波纹填料元件之间夹一个平面填料元件，一组垂直排列的平行波纹填料构成一盘填料层，盘的外径和塔内径基本相同，相邻两层波纹的排列方向构成90°交叉安放见附图2，盘高一般取0.1－0.3倍塔内径，较好的盘高见表1。

表－1

塔内径mm	100-500	500-1500	＞1500
				盘高mm	30-100	70-150	100-200

波纹状填料元件和平面状填料元件的外壳系由多孔或网状材料构成，多孔材料可用丝网，网孔板等。对于丝网材料其目数一般为40－100目，外壳的多孔性能既能使气体和液体自由通过，但又阻止壳内的催化剂通过空隙漏出。壳体各面之间可以缝合、铆合、编织、翻边和U形钉钉合等编方法相连，上顶面也可以做成盖子状，以便更换外壳内的催化剂，外壳的材质对于反应系统的物料和产品而言必须是惰性的，例如可采用铁、钢、铜、铝、镍、不锈钢之类的金属，也可用尼龙、塑料之类的高分子材料或其它非金属材料，外壳内的固体催化剂颗粒大至4－5mm，也可以是细的粉末，固体颗粒的形状可以是球形，园柱形、条形、环形、管形、立方形或其它形状。催化剂厚度一般在0.1－10mm，床层内催化剂的总装填量为填料床层所占空间的10－50％，填料床层的空隙率一般为35－88％，较好值为50－70％。

本发明兼有催化和精馏双重功能，并能达到综合最佳效果。本填料结构能均匀地分布在催化精馏塔内或在塔内某一塔段之中，使相当量的催化剂均匀地分布在塔内，可提供足够的均匀分布的汽－液和汽－固接触界面和达到良好的流动状态；由于催化精馏填料床层具有足够的空隙率，使逆流的液相和汽相能自由通过，具有足够高的液泛速度，本填料结构能允许催化剂自由地膨胀或收缩，由于本填料结构的外壳呈波纹形，在液体因重力的作用向下流动的过程中，液体将反复从波纹状表面流入壳内催化剂层，又从内层流向表面，见附图3所示，液相与催化剂充分接触传质强度大，传递阻力较小，轴向返混也较小。

本填料结构特别适用于催化精馏过程，由于它的压降非常低，在用于气固催化反应，液固催化反应和离子交换过程时也有非常好的效果。

实        施        例

表－2

                  材料                    A组                            B组

内容                                    40目不锈钢丝网        40目不锈钢丝网

波纹状元件厚度mm                2                                2

波纹之峰高mm                        4.3                            6.3

倾角                                        45°                          60°

盘高mm                                    40                              50

催化剂颗粒直径mm              0.5-1.0                      0.5-1.0

空隙率                                  0.6-0.7                      0.7-0.75

F因子,m/s kg/m^,1.0-1.6 1.2-1.6

每米相当理论板数              6-9                              4-5

在一座直径D＝100m，高H＝1000mm的催化精馏塔内装A组高效催化精馏填料8盘，其中催化剂装填量为500cc，35％（wt）的甲醛水溶液以648g／h从塔上部加入，工业甲醇以474g／h从塔下部加入，从塔顶获得578g／h甲缩醛，其纯度为99％，其反应为：

CH₂O＋2CH₃OH CH₃OCH₂OCH₃＋H₂O

甲醛    甲醇        甲缩醛        水

与欧洲专利EP0327A₂比较其结果见表3

表－3

	塔高mm	催化剂	催化剂用量	甲缩醛产率
					本填料结构	1000	阳离子交换树酯D72氢型	500cc	578g/h
欧洲专利	2500	Amberlite120B	900cc	204g/h

由以上数据可知，采用本填料结构可降低催化精馏塔之高度，减少催化剂用量，在达到相同产品浓度的情况下，可使产品产量增加1.8倍。

Claims (4)

1、一种高效催化精馏填料结构，其特征是由波纹状外壳和催化剂组合成的结构，波纹状外壳是用多孔或网状惰性材料制成波纹状面(2)和(2a)；窄侧面(3)和(3a)；下底面(4)和上顶面(4a)构成，波纹状外壳内装有催化剂(1)组合成高效催化精馏填料元件，由多个厚度均一的高效催化精馏填料元件装填在塔内形成高效催化精馏填料层，在同一层上的填料元件既要垂直排列，又要使相邻两填料元件上的波纹倾斜方向相反，在波纹状面之间形成一系列相互交叉的三角形流道，同时填料元件上波纹的方向与塔之从轴呈倾角，组成盘外径与塔内径相近的高效催化精馏层，相邻两层中元件的波纹面的排列方向构成90°。

2、根据权利要求1所述的高效催化精馏填料结构，其特征是外壳上波纹的方向与塔之从轴成  倾角，为30°，45°，60°。

3、根据权利要求1所述的催化精馏填料结构，其特征在于催化剂的装填量为填料床层所占空间的10－50％。

4、根据权利要求1所述的催化精馏填料结构，其特征是催化精馏填料床层的空隙率为35－88％，较好为50－70％。

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