CN215387616U - 催化蒸馏反应塔及其内构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种反应塔内构件，其包括：支撑板，其为开孔板状结构；以及多个催化剂单元，其固定在支撑板上，每一个催化剂单元包括：套筒，其底端与支撑板相连接，套筒的内壁和外壁由筛网制成；分配伞，其设置在套筒的上方，分配伞的外径大于内壁的外径且小于外壁的外径；以及环形壁，其沿套筒的外壁向上延伸。本实用新型还公开了一种催化蒸馏反应塔。本实用新型气相反应物沿径向同时进入套筒，相比较传统的自下而上的进气方式，气相反应物的分布更均匀；同时，由于套筒具有中心通道，有利于气相产物及时离开反应区，促进催化反应的正向进行。因此，本实用新型的催化蒸馏反应塔及其内构件中催化反应更高效，有效避免沟流、热点等问题。

Description

催化蒸馏反应塔及其内构件

技术领域

本实用新型涉及催化蒸馏设备技术领域，特别涉及一种催化蒸馏反应塔及其内构件，适用于气液固三相中两相或三相催化反应分离。

背景技术

催化蒸馏技术是将催化反应与精馏分离有机的耦合在同一台设备中，使其同时完成催化反应与精馏分离的双重功能。催化蒸馏技术的关键在于催化蒸馏塔中的催化蒸馏构件的构成方式，包括催化蒸馏构件中所用到的催化剂、填料的构型、催化剂与填料的装填方式等因素。对于气液固三相混合接触式的装填方法，属于应用范围较大的装填方式，可以应用于各种类型的催化反应。对于工业上应用很广的一些催化剂，如果直接装入催化剂精馏塔内，因堆积密度高会直接导致空隙率过小、压降过大，致使传质效率下降，不能提供气相反应产物上升的足够空间。因此很多时候催化剂都要经过包装、处理形成内构元件装入催化蒸馏塔内。

现有技术的一些方案中，有的内构件是将催化剂颗粒装入丝网构成的元件内，然而，由于丝网本身对流体的再分布能力很差，反应物不容易进出，易造成沟流，严重影响传质和催化效果。还有一些内构件使得气液两相分别穿过反应段中各自的通道，不易发生气液两相间的传质，因此不适用于气液均是反应物料的气液固三相体系。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于，提供一种催化蒸馏反应塔及其内构件，从而克服现有技术中内构件的再分布能力差，易造成沟流的问题。

本实用新型的另一目的在于，提供一种催化蒸馏反应塔及其内构件，从而利于气液混合，适用于气液固三相体系。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种反应塔内构件，其包括：支撑板，其为开孔板状结构；以及多个催化剂单元，其固定在支撑板上，每一个催化剂单元包括：套筒，其底端与支撑板相连接，套筒的内壁和外壁由筛网制成；分配伞，其设置在套筒的上方，分配伞的外径大于内壁的外径且小于外壁的外径；以及环形壁，其沿套筒的外壁向上延伸。

进一步，上述技术方案中，分配伞为中心高周围低的结构，分配伞包括中心部和外环部，中心部与套筒的中心通道相对应，中心部设有多个第一通孔，外环部设有多个第二通孔，第一通孔的孔径大于第二通孔的孔径。

进一步，上述技术方案中，每一个催化剂单元还包括：缓冲伞，其设置在分配伞与套筒之间，缓冲伞的外径大于套筒的中心通道的外径且小于分配伞的外径，缓冲伞设有多个第三通孔。

进一步，上述技术方案中，第三通孔的孔径等于或稍大于第二通孔的孔径。

进一步，上述技术方案中，分配伞的中心部、套筒的内壁和/或缓冲伞涂覆有多孔材料层。

进一步，上述技术方案中，多孔材料层为陶瓷多孔材料层或玻璃多孔材料层。

进一步，上述技术方案中，多孔材料层的孔径为10μm~800μm。

进一步，上述技术方案中，套筒的环状空间内填充催化剂。

进一步，上述技术方案中，催化剂为球型、圆柱型、三叶草型或多面体型。

进一步，上述技术方案中，套筒的环状空间内还可以填充惰性填料。

进一步，上述技术方案中，催化剂与惰性填料的填充体积比为2~6。

进一步，上述技术方案中，环状空间的填充率为60~100%。

进一步，上述技术方案中，环形壁的上端高于分配伞的顶端。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供了一种催化蒸馏反应塔，其包括：塔体，其上部设有进油口和塔顶产品出口，下部设有进气口和塔底产品出口；多层如上述技术方案中任意一项的反应塔内构件，其沿塔体的轴向串联排列，支撑板连接在塔体的内部，每一层反应塔内构件的支撑板与下一层反应塔内构件的催化剂单元的环形壁的上端相连接；上塔板，其设置在最上层的反应塔内构件的上方，上塔板为穿设有多个通气道的双层板，所述通气道与所述套筒的中心通道一一对应，双层板的中间腔与进油口相连通，双层板的下层在通气道周围设有多个过油孔，过油孔与套筒的环状空间相对应；以及下塔板，其设置在最下层的反应塔内构件的底端，下塔板设有多个排油孔，排油孔与套筒的环状空间相对应。

进一步，上述技术方案中，不同层的反应塔内构件的套筒的环状空间内填充的催化剂相同或不同。

与现有技术相比，本实用新型具有如下一个或多个有益效果：

1. 通过反应塔内构件的催化剂单元的套筒、分配伞等结构整体设计，套筒两侧存在压差，在压差的作用下套筒周围的气相反应物通过外壁进入环状空间与液相反应物发生催化反应，气相反应产物透过套筒内壁进入中心通道。气相反应物沿径向同时进入套筒的环状空间，相比较传统的自下而上的进气方式，本实用新型中气相反应物的分布更均匀；同时，由于套筒具有中心通道，有利于气相产物及时离开反应区，降低了反应区反应物浓度，促进催化反应的正向进行。因此，本实用新型的催化蒸馏反应塔及其内构件中催化反应更高效，并且有效避免沟流、热点等问题。

2. 气相产物在上升途中受到分配伞的干扰，未反应的液相反应物被拦截，继续参与反应，气相产物则通过分配伞继续向上。对于自上而下流动的液相反应物，受分配伞的作用实现液相的再次分配，使其周向更均匀地进入套筒的环状空间。

3. 本实用新型的催化剂装填量较大，能够提高生产效率。

4. 分配伞设置不同孔径的通孔、部分结构涂覆多孔材料层，从而对气相和液相形成导流作用。

5. 不同层的反应塔内构件的催化单元中可以填充不同的催化剂，能够适应不同的反应类型。

上述说明仅为本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本实用新型的一实施方式的反应塔内构件的结构示意图。

图2是根据本实用新型的一实施方式的催化剂单元的剖面结构示意图。

图3是根据本实用新型的一实施方式的分配伞的俯视结构示意图。

图4是根据本实用新型的一实施方式的催化蒸馏反应塔的轴向剖视结构示意图。

图5是根据本实用新型的一实施方式的催化蒸馏反应塔的径向剖视结构示意图。

图6是根据本实用新型的一实施方式的上塔板的下层俯视结构示意图。

图7是根据本实用新型的一实施方式的上塔板的上层俯视结构示意图。

图8是根据本实用新型的一实施方式的下塔板的俯视结构示意图。

主要附图标记说明：

10-塔体，11-进气口，12-进油口，13-塔底产品出口，14-塔顶产品出口，20-反应塔内构件，21-支撑板，22-催化剂单元，221-套筒，2211-内壁，2212-外壁，2213-环形壁，222-分配伞，2221-中心部，2222-外环部，223-缓冲伞，224-连接件，30-上塔板，31-通气道，32-过油孔，40-下塔板，41-排油孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1至图3所示，根据本实用新型具体实施方式的反应塔内构件20包括支撑板21及固定于其上的多个催化剂单元22。支撑板21为气液均可以通过的开孔板状结构。每一个催化剂单元22包括套筒221，套筒221的底端与支撑板21相连接，套筒221的内壁2211和外壁2212由筛网制成，内壁2211内部围成中心通道，内壁2211与外壁2212之间形成环状空间。分配伞222设置在套筒221的上方，分配伞222的外径大于内壁2211的外径且小于外壁2212的外径。示例性地，分配伞222可以通过连接件224与套筒221相连接，本实用新型并不以此为限。环形壁2213沿套筒221的外壁2212向上延伸，环形壁2213可以由平板围合而成，环形壁2213能够阻隔气体通过。示例性地，环形壁2213的上端高于分配伞222的顶端。

示例性地，套筒221的内壁2211和外壁2212可以由丝网等多孔材料围成，也可以由金属管等薄壁材质打孔加工而成。套筒221的内壁2211和外壁2212的网孔孔径为0.1mm~5mm。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，分配伞222为中心高周围低的结构，例如，伞状、蘑菇状等，利于液体沿上表面下滑，从而向周围分配液体。分配伞222包括中心部2221（气相分布区）和外环部2222（液相分布区），中心部2221与套筒221的中心通道（内壁2211的内部）相对应，中心部2221设有多个第一通孔，外环部2222设有多个第二通孔，第一通孔的孔径大于第二通孔的孔径。示例性地，第一通孔的孔径大于或等于第二通孔的孔径的1.3倍。示例性的，第二通孔的孔径可以为5mm，第一通孔的孔径可以为10mm。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，每一个催化剂单元22还可以在分配伞222与套筒221之间设置缓冲伞223，缓冲伞223的外径大于套筒221的中心通道的外径且小于分配伞222的外径，缓冲伞223设有多个第三通孔。进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，第三通孔的孔径等于或稍大于第二通孔的孔径。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，分配伞222的中心部2221、套筒221的内壁2211和/或缓冲伞223可以涂覆多孔材料层，该多孔材料层不利于液相通过。进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，多孔材料层可以为陶瓷多孔材料层或玻璃多孔材料层。进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，多孔材料层的孔径可以为10μm~800μm。应了解的是，本实用新型并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际需要选择涂覆或不涂覆多孔材料层，也可以选择多孔材料层的类型和尺寸。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，套筒221的环状空间内填充催化剂。进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，催化剂可以为球型、圆柱型、三叶草型、多面体型或十字圆柱型等，也可以是负载于各种形状的载体上，如负载于陶瓷材质的蜂窝体、鲍尔环、拉西环、矩鞍环、鞍形、开孔环类型、半环、阶梯环、双弧、海尔环、共轭环、扁环、花环、空心球等填料上的新型催化剂。催化剂颗粒的尺寸大小可以随具体选用的催化剂颗粒构型而定，优选催化剂颗粒的直径为φ1~φ15mm。进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，套筒221的环状空间内可以填充催化剂与惰性填料的混合物。示例性地，催化剂与惰性填料的填充体积比为2~6。进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，环状空间的填充率为60~100%。

结合图4~8所示，根据本实用新型一个或多个实施方式的催化蒸馏反应塔包括塔体10，塔体10的上部设有进油口12和塔顶产品出口14，下部设有进气口11和塔底产品出口13。多层如本实用新型的实施方案的反应塔内构件20，其沿塔体10的轴向串联排列，各层反应塔内构件20的催化剂单元22的套筒221上下对应设置，中心通道形成由下至上的气升通道。支撑板21与塔体10的横截面相匹配并连接在塔体10的内部，每一层反应塔内构件20的支撑板21与下一层反应塔内构件20的催化剂单元22的环形壁2213的上端相连接，使得气相反应物只能通过催化剂单元22的套筒221的外壁进入中心通道，而不会直接从催化剂单元22的底部进入。上塔板30设置在最上层的反应塔内构件20的上方，上塔板30为双层板，其上穿设有多个通气道31，通气道31与套筒221的中心通道（或者气升通道）一一对应，供气体产物向上进入塔体10的上部并排出。上塔板30的中间腔与进油口12相连通，上塔板30的下层在通气道31周围设有多个过油孔32，过油孔32与套筒221的环状空间相对应。上塔板30的中间腔形成液相反应物通道，下层对液相反应物进行分配，上层隔离液相反应物，避免其进入塔体10的上部空间。下塔板40设置在最下层的反应塔内构件20的底端，下塔板40设有多个排油孔41，排油孔41与套筒221的环状空间相对应，下塔板40对应中心通道的位置无孔，避免气体通过。

根据本实用新型的一个或多个实施方式的催化蒸馏反应塔的工作过程如下。塔体10的内壁、上塔板30、下塔板40和套筒221的外壁2212及环形壁2213形成载气腔，气相反应物由进气口11进入塔体10后充满载气腔，使得套筒221的外侧和中心通道存在压差，在压差的作用下，气相反应物通过套筒221的外壁2212进入环状空间与液相反应物发生反应，气相反应产物通过套筒221的内壁2211进入中心通道并向上经过分配伞222进入上层中心通道，最终由上塔板30的通气道31到达塔顶产品出口14排出。液相反应物通过进油口12进入上塔板30的中间腔，经上塔板30的下层上设置的过油孔32分配至最上层的反应塔内构件20的套筒221，液相反应物与气相反应物在环状空间中反应，液相反应产物向下流动经分配伞222进入下层环状空间，最终由下塔板40的排油孔41到达塔底产品出口13排出。本实用新型中反应塔内构件20为多层，每一层产生的气相产物能够及时分离排出，有利于反应的正向进行，提高催化反应的效率，有效避免沟流、热点等问题。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，不同层的反应塔内构件20的套筒221的环状空间内填充的催化剂相同或不同，本实用新型并不以此为限。本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的催化剂或惰性填料等。

下面以具体实施方式更详细地说明本实用新型，应了解的是，本实用新型并不以此为限。

实施例1

结合图1~8所示，本实施例将根据本实用新型的催化蒸馏反应塔用于合成甲基叔丁基醚（MTBE）的催化蒸馏反应。本实施例中，催化蒸馏反应塔内共设置三层反应塔内构件20，每个反应塔内构件20并列设置7个催化剂单元22，催化剂单元22均匀排列在支撑板21上。催化剂单元22的套筒221的外径为80mm，中心通道的横截面直径为32mm。相邻的催化剂单元22之间留有约30mm的空间。套筒221的环状空间内装填有催化剂和惰性填料的混合物，该混合物的填充率为90%。本实施例中，催化剂为D005-II磺酸树脂，粒度约为0.8±0.4mm，比表面积为70m²·g^-1，孔径为25~50nm；惰性填料为三角螺旋不锈钢丝网填料，催化剂与惰性填料的体积比约为3。将甲醇加热至70℃，以300kg/h的流速从进油口12加入催化蒸馏反应塔，同时将含有50wt%异丁烯的正丁烯与异丁烯的混合物以700kg/h从塔体10的下部进气口11加入催化蒸馏反应塔。设定操作压力为0.4MPaG，催化蒸馏反应塔的塔顶可产生C4烯烃混合物，催化蒸馏反应塔的塔底产出MTBE和甲醇的混合物，异丁烯转化率为90%，未发生液泛。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (15)

1.一种反应塔内构件，其特征在于，包括：

支撑板，其为开孔板状结构；以及

多个催化剂单元，其固定在所述支撑板上，每一个所述催化剂单元包括：

套筒，其底端与所述支撑板相连接，所述套筒的内壁和外壁由筛网制成；

分配伞，其设置在所述套筒的上方，所述分配伞的外径大于所述内壁的外径且小于所述外壁的外径；以及

环形壁，其沿所述套筒的外壁向上延伸。

2.根据权利要求1所述的反应塔内构件，其特征在于，所述分配伞为中心高周围低的结构，所述分配伞包括中心部和外环部，所述中心部与所述套筒的中心通道相对应，所述中心部设有多个第一通孔，所述外环部设有多个第二通孔，所述第一通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径。

3.根据权利要求2所述的反应塔内构件，其特征在于，每一个所述催化剂单元还包括：

缓冲伞，其设置在所述分配伞与所述套筒之间，所述缓冲伞的外径大于所述套筒的中心通道的外径且小于所述分配伞的外径，所述缓冲伞设有多个第三通孔。

4.根据权利要求3所述的反应塔内构件，其特征在于，所述第三通孔的孔径等于所述第二通孔的孔径。

5.根据权利要求4所述的反应塔内构件，其特征在于，所述分配伞的中心部、所述套筒的内壁和/或所述缓冲伞涂覆有多孔材料层。

6.根据权利要求5所述的反应塔内构件，其特征在于，所述多孔材料层为陶瓷多孔材料层或玻璃多孔材料层。

7.根据权利要求5所述的反应塔内构件，其特征在于，所述多孔材料层的孔径为10μm~800μm。

8.根据权利要求1所述的反应塔内构件，其特征在于，所述套筒的环状空间内填充催化剂。

9.根据权利要求8所述的反应塔内构件，其特征在于，所述催化剂为球型、圆柱型、三叶草型或多面体型。

10.根据权利要求9所述的反应塔内构件，其特征在于，所述套筒的环状空间内还填充惰性填料。

11.根据权利要求10所述的反应塔内构件，其特征在于，所述催化剂与所述惰性填料的填充体积比为2~6。

12.根据权利要求11所述的反应塔内构件，其特征在于，所述环状空间的填充率为60~100%。

13.根据权利要求1所述的反应塔内构件，其特征在于，所述环形壁的上端高于所述分配伞的顶端。

14.一种催化蒸馏反应塔，其特征在于，包括：

塔体，其上部设有进油口和塔顶产品出口，下部设有进气口和塔底产品出口；

多层如权利要求1~13中任意一项所述的反应塔内构件，其沿所述塔体的轴向串联排列，所述支撑板连接在所述塔体的内部，每一层所述反应塔内构件的支撑板与下一层反应塔内构件的催化剂单元的环形壁的上端相连接；

上塔板，其设置在最上层的反应塔内构件的上方，所述上塔板为穿设有多个通气道的双层板，所述通气道与所述套筒的中心通道一一对应，双层板的中间腔与所述进油口相连通，双层板的下层在所述通气道周围设有多个过油孔，所述过油孔与所述套筒的环状空间相对应；以及

下塔板，其设置在最下层的反应塔内构件的底端，所述下塔板设有多个排油孔，所述排油孔与所述套筒的环状空间相对应。

15.根据权利要求14所述的催化蒸馏反应塔，其特征在于，不同层的反应塔内构件的套筒的环状空间内填充的催化剂相同或不同。

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