专利名称：进行蒸馏和异相催化反应设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种进行蒸馏和异相催化反应的设备。
反应蒸馏是一种方法的变体，在其中蒸馏塔里同时发生化学反应和物质的热分离，该塔分离出生成的反应产物并将未松化的原料循环到反应区，近年来，通过应用反应蒸馏已改进了许多有关制备重要的关键产物和中间体的方法。其实例有醋酸甲酯的制备和含氧物的生产，含氧物作为提高燃料辛烷值的四乙基铅使用。
通常，化学反应是平衡反应，在其中仅能获得有限的原料转化。因而形成一种产物和原料的混合物和在其后的步骤中被分离。在常规方法中，将原料循环到反应区。在反应蒸馏中没有外部循环，可直接在反应蒸馏塔中进行。在工业实践中，反应蒸馏在异相和均相催化剂下使用。均相的方式通常在板式塔中进行，催化剂存在于液相中。而在异相方式的情况，催化剂是被固定的，例如以催化剂填料，或以传质单元形式存在。进行异相反应蒸馏还有一种可能性是固定床反应器和蒸馏塔板的组合。在塔的里面或外面提供催化剂床原则上是可能的。在反应器被置于外面的场合，在几个位点侧面取出在塔中往下流的液相，通过置于外面的反应器并从此循环到塔的下一个较低塔板中，在置于外面的反应器中，直接加入起始化合物也是可能的。这种安排的缺点是需要额外的装置和反应热没有积累到蒸馏塔中。
下述实施方案涉及异相催化的反应/蒸馏。
在反应蒸馏中，蒸馏和反应原则上能在同一塔板上发生。另一种可能性是对反应和蒸馏使用分离的塔板。在这种情况下，使用反应塔板和蒸馏塔板术语。
异相催化剂可以直接安装在普通蒸馏塔板上。于是蒸气和液相流过催化剂床。筛孔或窄缝或类似装置防止催化剂物质的损失。这种安排的缺陷是高压降和由于磨耗使催化剂不断的损失。对于技术上的实现，需要能取出和引入催化剂以防止由于拆卸使设备长期停机。
许多反应蒸馏的常见缺点起因于宽的停留时间分布。通常，通过塔板的物流是不均一，例如存在催化剂接触时间短的支流。因此，得到明显较低的转化率。
按在EP-A-0 461 855中提出的物流可获得通过催化剂床的均匀物流。催化剂床完全被浸没并且液流从底部到顶部通过床并在液体堰上溢出。例如通过金属丝织物阻止催化剂颗粒离开塔板。这种设备的缺点是不拆卸整个装置不可能从塔中取出催化剂。
本发明的一个目的是提供一种进行蒸馏和异相催化反应的设备，它包含反应塔板和蒸馏塔板。应呈现窄的停留时间分布-液体应很均匀地流过异相催化剂床，而不出现死区或支流。而且在没有必须拆卸整个设备的情况下应容易地从塔中取出异相催化剂。这也是非常重要的，即观察到设备内没有过大的压力降出现和仅相对小量的催化剂磨耗(例如由于颗粒的流化作用)。催化床的高度反应可变的，允许使用具体反应所需要的催化剂量。也打算尽可能克服在反应塔板中产生过度的压力和其后在蒸馏塔板之上液体的回返(backup)。
我们已发现通过进行蒸馏和异相催化反应的设备可达到该目的，该设备至少包含一段有一个安排在另一个之上交替的蒸馏塔板和反应塔板。
a)一个或多个有反应区的反应塔板，它含有异物催化剂和液体并这样安排以使液体在蒸馏期间从底部到顶部流过反应区，b)在a)中所述的反应塔板装有用于装填和排空异相催化剂的装置，c)在每种情况中至少一个液体流出口是安排在a)中所述的反应塔板和下一个较低的蒸馏塔板之间。
在一个优选的实施方案中，在a)中所述的反应塔板含有气体支管。在此处，气体从底部到顶部流过反应塔板(例如以管子)-因子上行气不需要与反应塔板中的催化剂或液体相接触。其优点是一方面不会造成很大的压力降，另一方面由于催化剂颗粒没有被流化而使催化剂的磨耗大大地减少。上面称作为段的新颖设备的那部分一般是塔或是塔的一部分。该段含有一个安排在另一个之上的交替的蒸馏塔板和反应塔板-因此它们是交替地安排并且一个位于另一个之上(一个在另一个之上也可意味着倾斜地安排蒸馏塔板和反应塔板一个在另一个之上，即不是必须以垂直的方式一个在另一个之上)。一般讲，在这段中存在向下方向流的液流和向上方向流的蒸气流。
液体离开蒸馏塔板通过流出口进入反应区。典型地，蒸馏塔板在这种情况下通过流出口被连接到固定床反应器(反应区)因此流出口从下一个较高蒸馏塔板导出液体优选地进入下一个较低反应塔板的较低区位，一般在反应塔板的反应区之下。通常，用于以空间均匀方式引导液体进入反应区的一个或多个分配器单元是在反应区之下方。分配器单元，例如可以是分配环的形式。流出液体必然地必定流过整个反应区，反应区优选被液体完全充满，流出液通过与下一个蒸馏塔板连接的流出口离开所述反应区。因此，一般讲既无支流流过反应区又无死区形成。液体从底部到顶部流过反应区-即一般讲从底部到顶部是线性流动，但液体也可以非线性方式流过，但在这种情况下，那里必定有一向上(即与万有引力相反方向)方向流的合成矢量。
催化剂在反应区域可以颗粒形式，作为一个床或流化床而存在，在反应区中催化剂也可以填料固定存在或固定到载体上而存在，催化剂的形式原则上是变化的。因此，任何类型的催化反应都是可能的，新颖设备尤其能用于在液相中发生的那些反应，例如，用于酯化、醚化、酯基转移、烷基化等反应。所用催化剂的实例是离子交换树脂，在这种情况下它的颗粒大小优选是从0.3mm到1.5mm。
一般讲，反应区在上端和下端用可渗透液体和不渗透催化剂的过滤片所界定。过滤片可以是任何能执行过滤功能的所要求的元件。它们优选地是金属丝织物。
一般讲，该段中含有许多个反应塔板。但在特殊的情况下，该段中也可只含有单个反应塔板。如上面所述反应区(例如包含催化剂床)是经常被浸没的，因此对反应能提供足够的停留时间，用于这种目的不需要额外的设备。通过排空设备能够在没有必须拆卸设备情况下替换催化剂。这优选是用直接的连接管来实施，通过连接管能从固定床反应器中以简单的方式取出催化剂。因此，在任何时候置换催化剂，当怀疑失活时测定催化剂容量和完全取出催化剂都是可能的，该设备适宜于，例如试验各种催化剂物质在特定反应体系中的选择性(催化剂筛选)。当使用催化剂床时，床高度是可变的。因为在催化剂床中的床高度能从外面精确测量，所以能取决于反应使用恰当量的催化剂。于是，这也可能使催化剂量适应反应或适应没有转化的组分分布。实际是将反应塔的反应区分成三个区位；分成负区、中性区和正区。在特定的塔部分中，次级反应物或逆向反应物被催化剂更强地催化，以使降低了产量和产物纯度。这些部分称作为负区。有效的是从塔的负区取出催化剂并在那儿仅提供蒸馏。一旦反应混合物的组成接近于平衡的组成，由于没有发生反应(产物浓度不改变)也就没有必要在这点上安放催化剂。但是如在这部位安放催化剂也不会遇到问题。这种塔的部位被称作中性部位，正部位是发生所要求反应的那些部位。用本发明的设备，可能适应这些不同的区域而不用拆卸装置-取决于各种不同区域，塔能用蒸馏塔板(蒸馏填料)或反应塔板(异相催化剂)安装。
一般讲，至少一个气体流出口被安排在反应塔板和相应的下一个较高蒸馏塔板之间作为连接。这种气体流出口通常由以气体空间形式的下区位和上区位所组成，下区一般存在于反应塔板里面而上区一般在蒸馏塔板里面。在异相催化反应中产生的气体产物或由汽化形成的气体(一般在反应区中形成的气体)能往上通过气体流出口逸出。这样克服了在反应塔板中产生过度压力并从而避免了位于上面蒸馏塔板上液体的回返。如果在反应区域形成气体，气体和液体一般在反应塔板里从底部并流到顶部。
一般讲，这种新颖设备包含每个都装有清洗装置的反应塔板。优选以对反应区域冲洗设备的形式并一般讲包含安在反应塔板的顶部区位的第一个冲洗连接管和安在反应塔板底部区位的第二个冲洗连接管。因此能通过清洗纯化催化剂。能将催化剂冲入和冲出和清洁过滤单元。
在本发明的另一优选实施方案中，可以在反应区域安装冷却和加热单元(例如冷却和加热盘管)。当存在高放热反应(需要冷却)时或当出现很弱的放热反应或吸热反应(在这种情况加热是有益的)时，这特别重要。
参考下述优选的实施方案补充叙述本发明。
相应的图表示于附
图1中。它表示包括二块蒸馏塔板和一块反应塔板的一段，蒸馏塔板是以鼓泡塔板形式。
在构成塔部分的段中，用于引入异相催化剂9(催化剂以固体颗粒床形式存在)的反应塔板被安在两块鼓泡塔板之间(底部鼓泡塔板1和顶部鼓泡塔板3)。整个液体从上面通过下流管4流入鼓泡塔板1并经流出堰5离开鼓泡塔板。流出液把催化剂床底下的分配器环10浸没、催化剂床上安装有用于清洁过滤片(金属丝织物15)的冲洗连接管13。取样也能在此进行。腔室元件液体均匀分配，以使通过催化剂床从底部均匀流到顶部(既没有死区域也没有如支流的短路流)。现整个液体上升到在过滤片15上的催化剂床中。发生反应。气体产物或在放热反应中由汽化形成的气体与液体在反应塔板中从底部并流到顶部。催化剂室有气体流出(下部区域17；上部区位18)，通过它们气体流入上面的鼓泡塔板1，在气体流出的下区位17没有产生过度的压力，它是以气体空间的形式并且在下流管19中没有造成液体的回返。不管床的高度，反应塔板2被淹没直到流出堰16(这是恒定地溢流)，通过堰液体角离开反应塔板，另一过滤片15阻止催化剂颗粒带走。下流管14输送液体到其后的鼓泡塔板3。然后液体通过流出口12离开这段。催化剂床的高度可按要求通过二根连接管7、11而变化。借助这些连接管，不用拆卸设备则有可能灵活的改变催化剂类型和数量(床高度)。通过二根附加的冲洗连接管6、13能清洗过滤片。在气体支管8(以中心安装的升气管形式)中的上升气直接从一个鼓泡塔板3加到下一个鼓泡塔板1。
权利要求
1.一种进行蒸馏和异相催化反应的设备，包括至少一段有一个安排在另一个之上交替的蒸馏塔板和反应塔板(2)，a)一个或多个有反应区的反应塔板(2)，它包含异相催化剂(9)和液体，并这样安排以使液体在蒸馏期间从底部到顶部流过反应区，b)在a)中所述的反应塔板装有用于装填和排空异相催化剂的装置，c)在每种情况下至少一个液体的流出口是安排在a)中所述的反应塔板(2)和相应的下一个较低蒸馏塔板之间。
2.如权利要求1的设备，其中在a)中所述的反应塔板包含一个气体支管(8)。
3.如权利要求1的设备，其中在每种情况下至少一个气体流出口(17，18)是安排在a)中所述的反应塔板(2)和相应的下一个较高蒸馏塔板之间作为连接。
4.如权利要求1的设备，其中在(a)中所述的反应塔板装有清洁装置。
5.如权利要求4的设备，其中清洁装置足以对反应区冲洗装置的形式。
6.如权利要求1或2的设备，其中异相催化剂(a)在反应区域中以颗粒形式存在，作为床或流化床。
7.如权利要求1或2的设备，其中异相催化剂(9)在反应区中被固定于填料或固定到载体上而存在。
8.如权利要求1或2的设备，其中在反应区的上下端用可渗透液体但不能渗透催化剂的过滤片(15)所界定。
9.如权利要求1或2的设备，其中用于以空间均匀方式引导液体进入反应区的一个或多个分配器单元是安排在反应区域的下方。
10.如权利要求1或2的设备，其中一段或多段仅包含一个反应塔板(2)。
全文摘要
一种进行蒸馏和异相催化反应的设备,包含至少一段有一个安在另一个之上交替的蒸馏塔板和反应塔板(2),a)一个或多个有反应区的反应塔板(2),它包含异相催化剂(9)和液体并这样安排以使在蒸馏期间液体从底部到顶部流过反应区,b)在a)中所述的反应塔板装有用于装填和排空,异相催化剂的装置,和c)在每种情况下至少一个输送液体的流出口是安排在a)中所述的反应塔板(2)和相应下一个较低蒸馏塔板之间,该设备优选地用于反应蒸馏。
文档编号B01J8/02GK1258559SQ9912459
公开日2000年7月5日 申请日期1999年12月29日 优先权日1998年12月29日
发明者T·阿德里安, B·贝斯林, H·哈尔曼, J·尼克肯, V·斯平德勒, A·奥里格施莱格, M·林普夫 申请人:Basf公司