一种利用催化精馏规整填料进行叔丁醇脱水制高纯异丁烯的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于异丁烯制备技术领域，具体是一种利用催化精馏规整填料进行叔丁醇 脱水制高纯异丁烯的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 异丁烯是一种应用比较广泛的化工原料，可用于合成甲基叔丁基醚、丁基橡胶、聚 异丁烯和甲基丙烯酸甲酯等应用广泛的化工产品。
[0003] C4馏分富含大量的异丁烯和正丁烯，是异丁烯的主要来源之一。工业上直接从C4 中获得异丁烯的方法主要为硫酸吸收法，该法主要是利用硫酸对异丁烯、正丁烯的吸收速 率的差异，从馏分中选择性吸收异丁烯。但是该工艺对设备的腐蚀性较大，对环境的污染也 较为严重，现已被淘汰。分子筛法分离C4馏分是一种比较清洁的分离技术，使用该技术可 分别得到纯度高达99%的异丁烯和99. 2%以上的正丁烯，但该方法目前难以工业化。工业 上比较成熟的异丁烯生产工艺主要有以下3种：甲基叔丁基醚裂解法、异丁烷脱氢法和叔 丁醇脱水法。
[0004] 叔丁醇催化反应精馏脱水工艺是目前研究比较多的异丁烯生产工艺，其具有原料 易得，工艺流程简单，产品易分离，能耗低的优点。该工艺通过将反应和分离耦合在同一个 塔中，在脱水反应进行的同时通过精馏实现塔中的异丁烯和水的分离，打破反应的平衡从 而提高叔丁醇的转化率。
[0005] Huels公司采用反应精馏工艺，进行叔丁醇液相脱水反应。催化剂装填在塔中而非 塔釜，叔丁醇进料位置位于催化剂装填区（反应板）的下方。最优操作压力为3.Obar，反应 温度为120°C，在此温度下离子交换树脂上的磺酸不会脱落，仍有较高的活性。该工艺在反 应精馏塔塔顶增加了一个分馏塔，将塔顶产品流股部分冷凝得到纯度为97wt. %的异丁烯 产品，避免了传统工艺中出现叔丁醇-异丁烯-水液液分相的问题，从而提高了反应精馏塔 的效率。
[0006] 中国专利CN104478630544A，公开了一种由低浓度叔丁醇水溶液制备高纯度异丁 烯的方法，将精馏塔分成三段，催化反应段为中间段；将叔丁醇水溶液和去离子水通入催化 蒸馏塔，通过蒸馏，使叔丁醇-水形成共沸物，在催化剂层脱水生成异丁烯，未反应的叔丁 醇通过去离子水吸收，到达催化剂层继续脱水生成异丁烯。该发明叔丁醇的转化率有了一 定的提高，异丁烯的纯度较高，但其塔内填料使用9环填料，将催化剂分段并向每段催化 剂段中装填催化剂，传质效果尚有待提高，且催化剂的固定性难以保证。
[0007] 中国专利CN102485305B，公开了一种用于叔丁醇催化精馏脱水制异丁烯的催化剂 装填结构及工艺，其催化剂层由垂直均匀置于反应段筒体内的多个反应器、蒸汽挡板和液 体发布器组件构成，催化剂散装填在反应器中，蒸汽挡板搭在塔内壁焊接的支架上，反应器 固定在蒸汽挡板上，虽然该发明能增大液体在催化剂上的停留时间，减少催化剂装填量，但 是其结构复杂，拆卸难度大，难以用于工业化。
【发明内容】
[0008] 发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用催化精馏规整填 料进行叔丁醇脱水制备高纯异丁烯的装置，有效提高了叔丁醇的转化率，结构简单，减少催 化剂消耗量，稳定性强；
[0009] 本发明的另一目的在于提供一种利用该装置进行叔丁醇脱水制备高纯异丁烯的 方法。
[0010] 技术方案：本发明所述利用催化精馏规整填料进行叔丁醇脱水制备高纯异丁烯的 装置，包括催化反应精馏塔，所述催化反应精馏塔上设置有叔丁醇溶液进料口和补给水进 料口，所述催化反应精馏塔内由上而下设置有催化精馏段和提馏段，所述催化精馏段内装 填有若干层带催化剂的填料，所述提馏段内装填有若干层未带催化剂的填料，各层填料层 均包括两种组件，分别为第一组件和第二组件，其中，第一组件为开窗导流填料片，第二组 件为规整填料片，所述第一组件和第二组件竖直堆叠组成所述填料层；
[0011] 所述催化反应精馏塔的叔丁醇溶液进料口位于所述催化精馏段与所述提馏段之 间，所述补给水进料口位于所述催化精馏段的上端。
[0012] 本发明具体的工作过程是：将叔丁醇水溶液引入催化反应精馏塔中，补给水由补 给水进料口进入至催化反应精馏塔内，经蒸馏，叔丁醇上升至催化精馏段进行脱水反应，反 应产物异丁烯与未反应完全的叔丁醇继续上升，在上升过程中，未反应完全的叔丁醇被补 给水吸收，再次到达催化精馏段继续发生脱水反应；经过精馏作用，轻组分混合物从催化反 应精馏塔塔顶出料口馏出，重组分从塔底产品出料口馏出。
[0013] 本发明进一步优选地技术方案为，所述催化反应精馏塔的塔底还设置有塔釜产品 分离器，所述塔釜产品分离器的进口与所述催化反应精馏塔塔底的液相物料出口连接，第 一出口与所述补给水进料口连接，第二出口排出废水。
[0014] 优选地，还包括异丁烯精制塔和压力储罐，所述催化反应精馏塔的塔顶出料口与 所述压力储罐的进料口连接，所述催化反应精馏塔塔顶馏出的轻组分由塔顶冷凝换热器冷 凝后通过管道进入所述压力储罐，所述压力储罐的出料口与所述异丁烯精制塔的进料口连 接。
[0015] 优选地，所述异丁烯精制塔的塔底出料口通过管道与所述催化反应精馏塔的催化 精馏段连接。
[0016] 优选地，所述异丁烯精制塔的理论塔板数为8~20块。
[0017] 优选地，所述催化反应精馏塔的催化精馏段理论塔板数为25~60块，提馏段的理 论塔板数为10~30块。
[0018] 本发明所述叔丁醇脱水制备高纯异丁烯的方法，包括如下步骤：
[0019] (1)、在催化反应精馏塔的催化精馏段装填带催化剂的填料，在提馏段装填未带催 化剂的填料；
[0020] (2)、将叔丁醇溶液由叔丁醇溶液进料口引入所述催化反应精馏塔内，并将补给水 由补给水进料口引入所述催化反应精馏塔内，经过催化精馏反应，由催化反应精馏塔的塔 顶出料口馏出轻组分混合物，塔底馏出重组分混合物；
[0021] (3)、步骤（2)中塔顶的轻组分混合物由冷凝换热器冷凝后进入压力储罐内；
[0022] (4)、将压力储罐内混合后的溶液引入到异丁烯精制塔内进行蒸馏分离，由异丁烯 精制塔的塔顶出料口采出异丁烯，由塔底引出重组分叔丁醇水溶液并循环打入催化反应精 馏塔内继续进行催化精馏反应。
[0023] 优选地，步骤（2)中催化反应精馏塔塔底馏出的重组分混合物分为两股，一股作 为补给水，由补给水进料口再次引入催化反应精馏塔内循环使用，另一股作为废水排水。 [0024] 优选地，步骤（1)中所述催化剂为大孔磺酸型阳离子交换树脂催化剂。
[0025] 优选地，步骤（2)中催化反应精馏塔的操作压力为0? 35~0? 4MPa，步骤（4)中异 丁烯精制塔的操作压力为〇? 1~〇? 2MPa。
[0026] 有益效果：（1)本发明的催化反应精馏塔的填料采用开窗导流式规整填料，有效 增加气液传质面积，提高了气液传质速率，进一步提高传质效率；同时将叔丁醇溶液进料口 设置在催化反应精馏塔的催化精馏段与提馏段之间，补给水进料口设置在催化精馏段的上 端，使未反应完全的叔丁醇进一步反应，大大提高了叔丁醇的转化率和异丁烯的选择性，其 发明方法简单、效果好，产品纯度高；
[0027] (2)本发明在催化反应精馏塔的塔底设置了塔釜产品分离器，可将催化反应精馏 塔馏出的重组分混合物分为两股，一部分水可作为补给水循环使用，降低了工业废水的排 水，实现节能环保；
[0028] (3)本发明还通过异丁烯精制塔和