专利名称：分馏反应塔板型催化蒸馏装置的制作方法
技术领域：
本发明属催化蒸馏设备技术领域，具体涉及一种分馏反应塔板型催化蒸馏装置。
催化蒸馏技术是近20年来发展起来的一种把反应与分馏过程结合在一个设备中进行的新型石油化工技术，由于把反应与分馏结合在一个设备中，故可同时进行反应与分馏作用，在反应的同时，把生成的产物分馏出去，可以促进反应的进行。特别是对于平衡反应，由于反应的同时把反应产物分离出去，可打破反应平衡，反应不受平衡的限制，从而可使反应进行到完全为止。
把催化蒸馏技术开始广泛用于石化工业的是美国化学反应与特许公司(CR&L公司)，该公司把其用于由C4馏分中的异丁烯与甲醇反应生成甲基叔相基醚(MTBE)的过程，可使异丁烯转化率由一般的反应与分馏分开进行的工艺的90——95％提高到99.5％以上。CR&L公司催化蒸馏技术的特点是把催化剂包装在用玻璃丝布带制成的小口袋中，玻璃丝布带加一层皱纹状不锈钢丝网然后卷成催化剂包，把许多这种催化剂包装填在催化蒸馏塔中部反应段的支撑板上。催化蒸馏塔中部反应段向上流动的汽相物料与向下流动的液体物料对流通过催化反应段中皱纹状不锈钢丝网形成的自由空间，反应物料扩散进入小包中进行反应，反应后再由小包中扩散出来，在催化剂包的自由空间中进行分馏作用，使反应与分馏作用同时进行，直至反应完全为止( US patent 4242530)。此技术的问题是不仅须把催化剂包装在玻璃丝布小袋中，并要人工进入塔中进行填装，用过的失活催化剂也需人工进入塔中逐个取出，操作麻烦，结构复杂，而且反应物料需扩散进入催化剂小袋中才能与催化剂接触进行反应，反应后还需扩散出来，影响反应的进行。US patent 3434534披露一种催化蒸馏技术把催化剂装于板式塔盘的降液管中，作为一个附属的反应器，催化剂装量很小，反应与分馏效率都低，没有工业应用价值。US patent5348710介绍了一种催化蒸馏技术，其特点是反应段用惰性的透气的间隔构件组成，每隔一个间隔装填催化剂，两片催化剂之间是空的汽相与液相物料对流通道。把这些催化剂单元装填在催化蒸馏塔的中部反应段中，来自上部精馏段与下部汽提段的汽、液相反应物料在对流通过汽相与液相通道时，扩散进入催化剂床层中与催化剂接触进行反应，反应后的物料再由催化剂层中扩散出来进入汽相与液相对流通道，在其中进行分馏作用。这种技术反应段结构复杂，制造费用高，也需人工进入塔内进行安装，并且催化剂失活后也需人工进入塔内取出。CN1048987A披露一种催化蒸馏技术，是把催化剂填装在许多催化剂小筐中，把这些小筐安装在催化蒸馏塔反应段的蒸馏塔盘上，当汽相与液相物料流过分馏塔盘时同时进行反应与分馏作用，这种结构也存在着结构复杂，制造费用高，人工进入塔内装卸催化剂小筐，反应物料也要经过扩散过程的问题，对反应不利。US patent 4847430披露一种催化蒸馏技术，其特点是催化蒸馏塔的中部反应段由重叠放置的若干个散装催化剂床层与两床层间的上分布板与下分布板，及在两个分布板中间设有两个分馏塔板构成。催化剂散装在催化剂床层的支撑板上，床层中，设有汽相通道。来自催化蒸馏塔上部精馏段最下面的分馏塔板的液相物料进入催化剂床层顶部向下流动，穿过催化剂床层，直接与催化剂接触进行反应。反应后的物料由催化剂床层底部流出来，进入上分布板，再由上分布板流入其下面的中间两个分馏塔板，然后流入下分布板，由下分布板出来再进入下一个催化剂床层，如此交替进行反应与分馏作用，经过最下面的催化剂床层反应完全后进入汽提段顶部的分馏塔板。反应与分馏交替进行，至转化率达到要求为止。这种技术反应物料可与催化剂直接接触，有利于反应的进行。但结构复杂，每两个催化剂床层之间要设两个分布板，两个蒸馏塔板，为使反应物料能充满催化剂床层，催化剂床层上还要设液位控制器，造成反应段高度高，投资大。CN88109705.5也披露了一种与US patent4847430类似的技术在某些方面有所改进，但其操作原理与US patent4847430是相同的。
本发明的目的是提供一种结构简单、合理，造价低，反应效率高的蒸馏塔板与反应床层结合在一起的分馏反应塔板型催化蒸馏装置，以解决现有技术中存在的催化蒸馏设备结构复杂，造价高、操作不便、反应效率低等诸多不足。
本发明采用如下技术方案实现分馏反应塔板型催化蒸馏装置由上部精馏段、中部反应段与下部汽提段组成。其特点是中部反应段由一个或若干个分馏反应塔板组成。每个分馏反应塔板分为二个区域上为分馏区，下为反应区。分馏区上设有常规分馏元件。反应区顶端设有液相物料进口，中部设有导管，下部为散装催化剂床层。每二个分馏反应塔板之间设有一个常规分馏塔板。本装置的上部精馏段和下部汽提段为常规分馏结构。
本发明设计合理，结构简单，建造费用低，反应段的高度低，催化装填率(反应段装填的催化剂体积与反应段的总体积之比)高，且反应物料与散装在催化剂床层中的催化剂直接接触，反应效率高。
下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明。
图1为本发明的实施例一的结构示意图；图2为图1的A-A截面图图3为图1的B-B的截面图；图4为本发明的实施例二的结构示意图；图5为图4的A′-A′截面图；图6为图4的B′-B′截面图。
本发明的催化蒸馏装置上部为精馏段1，中部为反应段2，下部为汽提段3。其精馏段1和汽提段3为常规分馏结构。反应段2由若干个分馏反应塔板4构成。每个分馏反应塔板4分为二个区域，即起分馏作用的分馏区5和起反应作用的反应区6。分馏区5设有常规分馏元件，如浮阀，泡帽等。反应区6顶端是液相反应物料进口7，中间为倒漏斗状液相反应物料导管8，下部是扩大的催化剂床层9。催化剂床层9上部设有催化剂装入口12，底部设有催化剂卸出口13，用于装卸催化剂。催化剂床层9下面设催化剂支撑板10，其二侧为汽相通道11。反应区顶部的液相物料进口7要高于分馏反应塔板4，使分馏反应塔板上保持一定高度的液位，以满足分馏的要求。反应区顶部的液相物料进口7与下部催化剂床层9之间的液相物料导管8也要有一定高度，以使催化剂床层上面保持一定高度的液相反应物料的清液层。反应段2中分馏反应塔板4的数量及催化剂床层9中的催化剂用量根据原料组成及反应转化率要求确定。每二个分馏反应塔板4之间设有一个常规分馏塔板15。
图1中的反应段2的若干个分馏反应塔板4在该装置塔体内依次中心对称布置。
图4中的反应段2的若干个分馏反应塔板4在该装置塔体内依次交错布置。
本发明适用于叔烯烃和醇类反应合成醚类，水与烯烃反应合成醇类，醇类与有机酸反应合成酯类，叔醇类与醚类分解生产高纯烯烃等其它类似反应。本发明的催化蒸馏装置上部为精馏段1，中部为反应段2，下部为汽提段3。反应原料14进入反应段两个分馏反应塔板4之间的一个分馏塔板15上，来自精馏段1最下面的一个分馏塔板16的液相反应物料进入分馏反应塔板4的分馏区5上，在此分馏区进行分馏后的液相物料进入反应区6的液相反应物料进口7，经过中间导管8向下流动进入散装的催化剂床层9，与催化剂接触进行反应，反应后的反应物料进入中间分馏塔板15与来自下面的分馏反应塔板汽相物料进一步进行分馏作用，使反应生成的产物与未反应的反应物的分离更为完全。经过此中间分馏塔板15的液相物料经降液管向下流动，进入下一个分馏反应塔板，再进一步进行分馏与反应作用，如此进行多次反应分馏与分馏作用使反应完全后进入反应段下部的汽提段最上面的分馏塔板17后，继续向下流经汽提段的各分馏塔板与来自汽提段底部的汽相物料进行传热、传质过程，使产品与所有未反应物料分离，重质产品最后由塔底出来，一部分进入再沸器18，汽化后返回塔底向上流动，经过汽提段进入反应段，一部分作为产品19出装置。进入反应段的汽相物料经过反应段的催化剂床层9的汽相通道11及分馏反应塔板4之间的分馏塔板15从反应段最上面一个分馏反应塔板4的分馏区5出来与来自塔顶的回流物料对流通过催化蒸馏塔上部的精馏段1，经塔顶进冷却器20冷却后进入加流罐21，一部分作为回流物料返回塔顶，一部分做为低沸点产品22出装置。
本发明的设备可用于由C4——C8叔烯烃与C1——C4醇反应合成醚类，如由催化C4或裂解C4馏分中的异丁烯与甲醇反应合成甲基叔丁基醚(MTBE)，催化C5馏分中的叔戊烯与甲醇反应合成甲基叔戊基醚(TAME)，轻汽油中的叔丁烯、叔戊烯、叔已烯与甲醇反应合成相应的混合醚类，也可用于由叔丁醇MTBE，TAME分解生成纯异丁烯、叔戊烯，水与烯烃或有机酸反应生成醇类及酯类，以及其他类似反应。特别适合于受反应平衡限制的化学反应。由于其边反应边分离的作用可打破反应平衡，使反应继续进行直至反应完全为止。见具体应用实例例1催化裂化C4馏分，异丁烯含量16.5％与甲醇反应合成MTBE，醇烯分子比1.05，反应段平均温度65℃；回流比1∶1，异丁烯转化率99.7％。
例2催化裂化C5，叔戊烯含量21％与甲醇反应合成TAME，醇烯分子比1.1，反应段平均温度67℃，回流比1∶1，叔戊烯转化率94.5％。
例3由催化裂化C5——C7馏分中的叔戊烯10.9％，叔已烯9.8％，叔庚烯6.6％，与甲醇反应生成相应的混合醚类，醇烯分子比1.1，反应段平均温度69℃，回流比1∶1，叔烯烃总转化率67％。
权利要求
1.一种分馏反应塔板型催化蒸馏装置，由上部精馏段(1)，中部反应段(2)与下部汽提段(3)组成，其特征是反应段(2)由一个或若干个分馏反应塔板(4)构成，每个分馏反应塔板(4)分为二个区域；上为分馏区(5)，下为反应区(6)。
2.根据权利要求1所述的分馏反应塔板型催化蒸馏装置，其特征是所述的反应区(6)顶端有液相反应物料进口(7)，中间为倒漏斗状液相反应物料导管(8)，下部是扩大的催化剂床层(9)；催化剂床层(9)下面设有催化剂支撑板(10)，其二侧为汽相通道(11)；催化剂床层(9)上部设有催化剂装入口(12)，底部设有催化剂卸出口(13)。
3.根据权利要求1或2所述的分馏反应塔板型催化蒸馏装置，其特征是每二个分馏反应塔板4之间设有一个常规分馏塔板(15)。
4.根据权利要求1或2所述的分馏反应塔板型催化蒸馏装置，其特征是反应区(6)顶部的液相物料进口(7)要高于分馏反应塔板(4)。
5.根据权利要求1或2所述的分馏反应塔板型催化蒸馏装置，其特征是反应区(6)顶部的液相物料进口(7)与下部催化剂床层(9)之间的液相物料导管(8)要有一定高度。
6.根据权利要求1或2所述的分馏反应塔板型催化蒸馏装置，其特征是反应段(2)的若干个分馏反应塔板(4)在该塔体内依次中心对称布置。
7.根据权利要求1或2所述的分馏反应塔板型催化蒸馏装置，其特征是反应段(2)若干个分馏反应塔板(4)在该塔体内依次交错布置。
全文摘要
本发明公开了一种分馏反应塔板型催化蒸馏装置。该装置由上部精馏段、中部反应段与下部汽提段组成。其特点是反应段由一个或若干个分馏反应塔板构成,每个分馏反应塔板分为二个区域,即上为分馏区,下为反应区。第二个分馏反应塔板之间设一常规分馏塔板。物料在分馏区分馏后进入反应区进行反应,反应物料与催化剂直接接触,如此交替进行反应与分馏作用,直至反应完全为止,反应效果高。
文档编号B01D3/14GK1281744SQ0011024
公开日2001年1月31日 申请日期2000年3月22日 优先权日2000年3月22日
发明者王进善, 王玲, 王剑 申请人:王玲