一种适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于催化精馏技术领域，具体涉及一种适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构及其应用。
【背景技术】
[0002]催化精馏塔是一种将反应与分离耦合在一个设备中的化工单元，反应段的内构件同时起催化和分离作用，填料的结构直接影响了过程的效率，在保持塔内汽液相充分接触的同时，使反应物与催化剂的接触时间在一定范围内可控。目前，工业上主要采用离子交换树脂为催化剂，可增大反应的表面积，但因为催化剂粒度较小，直接放置在塔内导致塔内压降增大甚至堵塞填料层。因此，许多专利和文献公开报道了各种类型的塔内构件和催化剂的装填结构。
[0003]美国专利US4443599提出将催化剂放入尼龙或聚酯等的编织物小袋中，再用丝网弹性体卷成捆扎包，形成一个圆柱体，然后将其放置在精馏塔内做填料，该结构装卸方便，而且强度很高，但其缺点是:(1)由于该催化剂是圆柱体，里面催化剂较厚，催化精馏过程中催化剂包内的传质阻力较大，降低了催化剂的催化效率；(2)催化剂包是圆柱形，相邻催化剂包之间存在较大的空隙，容易造成汽液分布不均，气液接触、传质效果较差。
[0004]中国专利92222666.0提出了一种用于催化精馏的催化剂装填结构，是由波纹状外壳和催化剂组合成。波纹状外壳是用多孔或网状惰性材料制成波纹状面，由窄侧面、上顶面和下底面构成，波纹状外壳内装有催化剂，组成该催化精馏元件。在催化精馏塔内，可放置多个厚度均一的催化精馏元件，而同一层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通道，同时填料元件上波纹的方向与塔轴呈一定的倾角，组成盘外径与塔内径相近的功效催化精馏层，相邻两层元件的波纹面的排列方向成90°。这种装填方式虽然利用了规整填料的分离能力，但是该方法的缺点是制作复杂，精馏区与反应区所占的比例不易调节。
[0005]中国专利992124798.1提出了一种将尺寸、构型和堆积密度都相似的催化剂和精馏填料混堆在金属规整填料中形成催化精馏构件。这种催化精馏构件的催化剂利用率较好，但该构件对催化剂的强度要求较高，床层孔隙率较小、塔压降较大、汽液通量小。在操作的过程中催化剂和填料易分层，从而造成局部阻力大导致汽液分布不均匀。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构及其应用，其制备简单，可消除填料中的汽液分布不均的问题，促进汽液传质，增加反应物与催化剂的接触机会，减小传质阻力，提高催化效率，强化催化精馏过程，且容易安装、更换、维修。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构，是由不同结构的催化剂包和规整填料交替排列成长方体形的催化填料单元；每个催化剂包由多个小催化剂包竖直排列缝合而成。
[0008]所述催化剂包的厚度为5~8mm，呈长方体形状，水平截面为正方形。
[0009]所述小催化剂包的规格为高100~200 mm，宽为30~40 mm，其中填装的催化剂为固体颗粒，其布料材质包括聚酯、尼龙、丙纶。
[0010]所述规整填料包括板波纹、孔板波纹、波纹丝网。
[0011]所述适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构的应用方法，是将催化精馏塔的反应段设置若干层，每层排列放置多个催化剂装填结构，相邻催化剂装填结构以及上下两层相邻催化剂装填结构均互相错开90°排列，在塔壁缝隙处填充颗粒填料。
[0012]所述催化填料单元长50~150 mm，宽50~150 mm，高100~200 mm，长、宽等比例。
[0013]所述催化精馏塔的填料塔塔径大于1000mm。
[0014]本发明的显著优点在于:本发明所提供的适用于大塔径催化精馏塔的催化填料结构具有催化效率高、传质效果好、操作弹性高等明显优点，具体表现为:
(1)催化剂装填结构构造简单，与传统催化剂包相比，制做方便，容易实现批量生产；
(2)具有操作弹性高、装填方便、便于更换、维修等特点；
(3)可有效减小催化剂包内的扩散阻力，充分利用催化剂颗粒的表面积，提高催化剂利用率；
(4)催化精馏塔内催化填料单元的合理放置，可使汽液分布均匀。
【附图说明】
[0015]图1为本发明催化填料单元的侧面剖视图，其中1-催化剂包，2-催化剂，3-规整填料；
图2为本发明催化精馏塔填料层的俯视图，其中4-不锈钢的Θ环填料，5-塔壁，6-催化填料单元；
图3为本发明催化填料单元内的液体流向示意图；
图4为本发明催化填料单元内的气体流向示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合【具体实施方式】对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
[0017]实施例1
将厚度为6mm的长方体形催化剂包和波纹丝网交替排列成长方体形催化填料单元；每个催化剂包由多个尺寸为150 X 30mm、聚酯布料缝合的小催化剂包竖直排列而成，小催化剂包里填充催化剂强酸性离子交换树脂。将该催化填料单元应用于酯交换法合成仲丁醇。催化精馏塔内径为1000mm，精馏段的理论板数为20块，反应段的理论板数为40块，提馏段的理论板数为6块。在反应段设置若干层，每层放置多个催化填料单元，上下层及左右相邻的催化填料单元均互成90°排列，所述催化剂填料单元的尺寸为100X 100X 150mm，，催化填料单元与塔壁空隙处填充颗粒填料，其排列方式俯视图如图2所示。精馏段和提馏段填充颗粒填料。
[0018]催化精馏塔的操作条件为:乙酸仲丁酯从反应段上部进料，甲醇从反应段下部进料，乙酸仲丁酯与甲醇的质量比为1:2.5，操作压力为常压，回流比R=2，乙酸仲丁酯的转化率为99.8%，与专利US4443599所述传统催化剂包装填方式相比，转化率提高8%。
[0019]实施例2
将厚度为8mm的长方体形催化剂包和孔板波纹交替排列成长方体形催化填料单元；每个催化剂包由多个尺寸为200 X 40mm、尼龙布料缝合的小催化剂包竖直排列而成，小催化剂包里填充催化剂强酸性离子交换树脂。将该催化填料单元应用于酯交换法合成仲丁醇。催化精馏塔内径为2000mm，精馏段的理论板数为25块，反应段的理论板数为50块，提馏段的理论板数为10块。在反应段设置若干层，每层放置多个催化填料单元，上下层及左右相邻的催化填料单元均互成90°排列，所述催化剂填料单元的尺寸为150X 150X 200mm，催化填料单元与塔壁空隙处填充颗粒填料，精馏段和提馏段填充颗粒填料。
[0020]催化精馏塔的操作条件为:乙酸异丙酯从反应段上部进料，甲醇从反应段下部进料，乙酸异丙酯与甲醇的质量比为1.5:1，操作压力为常压，回流比R=3，乙酸异丙酯的转化率为99.3%，与专利US4443599所述传统催化剂包装填方式相比，转化率提高6%。
[0021]实施例3
将厚度为5mm的长方体形催化剂包和板波纹交替排列成长方体形催化填料单元；每个催化剂包由多个尺寸为100 X 30_、丙纶布料缝合的小催化剂包竖直排列而成，小催化剂包里填充催化剂强酸性离子交换树脂。将该催化填料单元应用于酯交换法合成仲丁醇。催化精馏塔内径为1000mm，精馏段的理论板数为20块，反应段的理论板数为30块，提馏段的理论板数为8块。在反应段设置若干层，每层放置多个催化填料单元，上下层及左右相邻的催化填料单元均互成90°排列，所述催化剂填料单元的尺寸为50 X 50 X 100mm，催化填料单元与塔壁空隙处填充颗粒填料，精馏段和提馏段填充颗粒填料。
[0022]催化精馏塔的操作条件为:乙酸异丙酯从反应段上部进料，甲醇从反应段下部进料，乙酸异丙酯与甲醇的质量比为1.2:1，操作压力为常压，回流比R=2，乙酸异丙酯的转化率为99.4%，与专利US4443599所述传统催化剂包装填方式相比，转化率提高7%。
[0023]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构，其特征在于:由不同结构的催化剂包和规整填料交替排列成长方体形的催化填料单元； 每个催化剂包由多个小催化剂包竖直排列缝合而成。
2.根据权利要求1所述适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构，其特征在于:所述催化剂包的厚度为5~8mm，呈长方体形状，水平截面为正方形。
3.根据权利要求1所述适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构，其特征在于:所述小催化剂包的规格为高100~200 mm，宽为30~40 mm，其中填装的催化剂为固体颗粒，其布料材质包括聚酯、尼龙、丙纶。
4.根据权利要求1所述适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构，其特征在于:所述规整填料包括板波纹、孔板波纹、波纹丝网。
5.一种如权利要求1所述适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构的应用方法，其特征在于:将催化精馏塔的反应段设置若干层，每层排列放置多个催化填料单元，相邻催化填料单元以及上下两层相邻催化填料单元均互相错开90°排列，塔壁缝隙处填充颗粒填料。
6.根据权利要求5所述适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构的应用方法，其特征在于:所述催化填料单元长50~150 mm，宽50~150 mm，高100~200 mm，长、宽等比例。
7.根据权利要求5所述适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构的应用方法，其特征在于:所述催化精馏塔的填料塔塔径大于1000mm。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于大塔径催化精馏塔的催化剂装填结构及其应用，是由不同结构的催化剂包和规整填料交替排列成长方体形的催化填料单元，每个催化剂包由多个小催化剂包竖直排列缝合而成；应用时，将催化精馏塔的反应段设置若干层，每层排列放置多个催化填料单元，相邻催化填料单元以及上下两层相邻催化填料单元均互相错开90°排列，塔壁缝隙处填充颗粒填料。该催化填料单元中的催化剂包为扁平状，可有效减小催化剂包内的扩散阻力，充分利用催化剂颗粒的表面积，提高催化剂利用率；将催化填料单元互相错开排列，可使汽液分布均匀。同时本发明催化填料单元大小尺寸可根据塔径灵活设置，方便于塔内的安装、维修与更换。
【IPC分类】B01D3-32, B01J8-02, B01J19-32
【公开号】CN104587908
【申请号】CN201510034776
【发明人】邱挺, 王清莲, 李承港, 王红星, 叶长燊, 杨臣, 黄智贤, 李玲
【申请人】福州大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月24日