专利名称：一种移动催化蒸馏设备及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型移动床催化蒸馏设备，可用于甲醇脱水制二甲醚、C4 C6叔烯烃与Cl C2脂肪醇生成醚类化合物、醇酸酯化反应，以及其他可采用催化蒸馏工艺的液相反应，尤其适用于催化剂失活较快反应体系。
背景技术：
催化蒸馏是将反应和分离过程耦合在同一个设备中进行的一项技术，在反应的同时将生成的产品分离出去，从而打破原有的反应平衡限制，使反应趋于完全，提高反应物的转化率；反应过程放热可作为汽化潜热为物料所吸收，从而使得过程的能耗大为降低；由于反应和分离过程在同一设备内完成，工艺流程得到简化，有利于降低设备投资和操作费用。催化蒸馏塔通常由三部分组成上部精馏段，下部提馏段和中部反应段，其中反应段为关键部位， 必须同时具有催化反应和产品分馏的功能，因此对反应段的结构要求比较严格。较早的国外专利报道了许多反应段特殊结构，如专利US4471154是把催化剂装在织物或不锈钢丝网中做成催化剂包，再把小包放在塔板上；专利US4215011是将催化剂小颗粒装在一个条形小袋中，用不锈钢丝网将小袋撑开，然后卷成螺旋状置于塔板上，上述两种催化剂装填方法都非常复杂，且装填量有限，影响反应效率。中国专利CN1022382C公开了一种发明，其反应段为设置有汽升管的重叠放置的催化剂床层，相邻的床层之间设塔板或填料，其特点是每个催化剂床层的上部设有催化剂装入口，下部设有催化剂卸出口，相邻床层间可以设有催化剂连通管，每个床层的上部设有用于平整催化剂的手孔；另外专利CN1074680C公开了一种管壳式催化蒸馏设备，其特点是反应段是由竖直排列的分馏管及分馏管之间的催化剂组成，分馏管管壁开口，液体在催化剂床层反应后进入分馏管进行分馏作用。上述两种方法虽然都设有催化剂的装填和卸料口，但催化剂的装卸非常麻烦，如需要人为对催化剂表面进行平整，不能实现催化剂的连续装卸，且液相主要以轴向流动为主，装置压降较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是提供一种催化剂可以在催化蒸馏塔内缓慢连续移动，以不断更新催化剂的催化蒸馏设备。本发明要解决的技术问题之二是提供一种催化剂可以在催化蒸馏塔内的缓慢连续移动的移动催化蒸馏设备的应用方法。本发明提供的移动催化蒸馏设备，其催化蒸馏塔包括反应段、可选的精馏段和提馏段，所述的反应段包括至少一个催化剂床2，催化剂床2由上到下分层排列，催化剂床层之间由催化剂输送管4连通，最上层催化剂床2上部经催化剂输送管4连通装剂口 5，最底层催化剂床2下部经卸剂口阀门12连通卸剂口 11 ；催化剂床2中设置导汽管8，催化剂床 2底部设置溢流堰9。本发明提供的移动催化蒸馏设备的应用方法，催化剂由装剂口 5连续加入并向下移动，经各层催化剂床2，由最下层催化剂床2底部卸出，催化剂移动速率可通过卸出口的阀门开度进行控制；反应物流引入催化蒸馏塔内，分馏为汽液两相，汽相物流穿过催化剂床 2向上，液相物流穿过催化剂床2经催化剂床2外侧的床层溢流堰9和床层降液管10向下流动，反应物流在催化剂床内和催化剂接触反应，反应后物流继续分馏。本发明的优点本发明提供的催化蒸馏设备在应用过程中，催化剂采用移动床装填形式，催化剂装填量大，且催化剂可在各床层间缓慢移动，从而实现催化剂的不断更新，始终保持较高的反应活性。该设备尤其适用于催化剂失活较快，装置运转周期短的液相反应体系。该设备可与催化剂再生设备配套运行，使装置连续长周期运转。另外，由于液相的径向流动，还可减小全塔压降，降低塔釜操作温度，达到节能降耗的目的。
图1为移动催化蒸馏塔反应段结构示意图；图2 4为三种实施方式的A-A俯视图。其中1-催化蒸馏塔，2-催化剂床，3-塔板，4-催化剂输送管，5-装剂口，6_塔板降液管，7-液封槽，8-中间导汽管，9-催化剂床溢流堰，10-催化剂床降液管，11-卸剂口， 12-卸剂口阀门，13-导汽管。
具体实施例方式本发明提供的移动催化蒸馏设备，其催化蒸馏塔包括反应段、可选的精馏段和提馏段，其中精馏段和提馏段可采用传统的塔板或填料提供分馏功能。所述的反应段包括至少一个催化剂床2，催化剂床2由上到下分层排列，床层之间由催化剂输送管4连通，最上层催化剂床2上部经催化剂输送管4连通装剂口 5，最底层催化剂床2下部经卸剂口阀门12 连通卸剂口 11 ；催化剂床2之间设置导汽管8，催化剂床2底部设置溢流堰9。本发明提供的催化蒸馏设备中，所述的催化剂床2之间优选设置分馏段，分馏段可以装填填料或以塔板的形式，当为塔板时，塔板上设置塔板降液管6，塔板降液管6下端插入液封槽7内。本发明提供的催化蒸馏设备中，所述的催化剂床在催化蒸馏塔反应段中分层排列，可以为至少一层，优选排列1 5层，每层催化剂床可以为一个整体，也可以分为独立的几部分，催化剂床可以中心对称设置。优选地，催化剂床为一个整体，如图2-4所示的催化剂床的A-A俯视图可见，其横截面为环形或扇形。催化剂床的内壁和外壁都开有小孔或小槽作为液相通道。为防止催化剂从小孔流出，优选在床层内衬金属丝网。沿轴向排列的相邻两层催化剂床之间，上层催化剂床的底部通过催化剂输送管和下层催化剂床的顶部连通。本发明提供的催化蒸馏设备中，沿轴向排列的相邻两层催化剂床层之间设置分馏段，分馏段可以装填填料或以塔板的形式，最上层催化剂床上部和最下层催化剂床下部也可选地设置分馏段。所述的塔板为开有小孔或条缝的平板，塔板上设置至少一个降液管6使得塔板上部空间和下部空间连通，以提供催化蒸馏塔工作时液相流体通道。
所述的降液管下部插入液封槽7内，所述的液封槽为带有边沿的小槽，在所述的催化蒸馏塔工作状态时，液封槽内储存的液体封住降液管下部出口，以防止在催化蒸馏塔工作状态时汽相由降液管内从下而上穿过塔板。本发明提供的催化蒸馏设备中，所述的轴向排列的相邻催化剂床之间设置导汽管 8，导汽管8优选设置在催化剂床中部，采用锥形结构，如附图1所示。以保证催化剂床层内侧的压力分布均勻。所述的导汽管横截面积约占整个截面的10 60%。催化剂床外侧设有床层降液管10，床层降液管10上端开口设有溢流堰9，以保证在催化蒸馏塔工作状态时催化剂床内液体有足够停留时间，降液管10内液体还可防止汽相直接从降液管10穿过塔板3。本发明提供的移动催化蒸馏设备的应用方法，催化剂由装剂口 5连续加入并向下移动，从上到下经各层催化剂床2，由最下层催化剂床2底部卸出，催化剂移动速率可通过卸出口的阀门开度进行控制；反应物流引入催化蒸馏塔后分馏为气液两相，汽相物流穿过催化剂床2向上，液相物流穿过催化剂床2经催化剂床2外侧的床层溢流堰9和床层降液管10向下流动，催化剂床层中反应物流和催化剂接触反应，反应后物流继续分馏。本发明提供的方法中，当轴向排列的相邻催化剂床2之间设置分馏段时，汽液相物流在分馏段(如塔板上)完成分馏作用后，汽相物流经导汽管8穿过催化剂床2进入上一层塔板3，液相物流经塔板降液管6和液封槽7进入导汽管8与催化剂床2之间的空隙， 并穿过催化剂床2，反应物和催化剂接触反应，反应后物流经催化剂床层外侧的床层溢流堰 9和床层降液管10流到下层塔板2上与汽相继续分馏。本发明提供的方法中，所述的各层催化剂床内可装填相同或不同功能的催化剂。从上一分离单元流下的液相物流因导汽管外壁的导流作用而径向通过催化剂床完成催化反应。中央导汽管8优选采用锥形结构，以保证催化剂床层内侧的压力分布均勻。 反应完的液相物流经催化剂床降液管10进入下一分离单元。从下一分离单元上升的汽相物流经导汽管8穿过催化剂床进入上一分离单元。下面结合附图本发明提供的设备和方法进一步说明，但并不因此而限制本发明。如图1所示，催化蒸馏塔分为三部分，即精馏段、反应段和提馏段，在塔板3上完成分馏作用后的液相物流自塔板降液管6溢流进入催化剂床层2内侧，塔板降液管6下部装有液封槽7防止汽相短路，导汽管8管壁具有一定的锥角，以改变催化剂床层内侧的压力分布，从而使床层两侧压差趋于均勻。液体径向流过催化剂床2后，经床层溢流堰9和降液管 10进入下一个塔板3进行产品分馏。为了避免停车检修时催化剂床层积攒液相物料，可在床层溢流的水平板上开一个或几个小孔，开孔尺寸是正常操作条件下从小孔流过的液体占六成床层液体总量的5%以下。导汽管8的出口高于催化剂床顶端，以防止设备超负荷运转时液体进入导汽管。催化剂从装剂口 5进入催化剂床，自上而下经催化剂输送管4在轴向排列的各催化剂床2间移动，最后由卸剂口 11卸出，催化剂卸出速率可由卸剂口阀门12开度进行控制。图2所示的催化蒸馏塔反应段催化剂床2采用环形结构，设置圆形中央导汽管8。 如附图3所示，如果反应段汽相负荷较大，可增设穿透床层的辅助导汽管13。图4所示的反应段床层采用扇形结构，中间为导汽管8作为汽相通道。本发明提供的设备的有益效果为
本发明提供的移动催化蒸馏设备中催化剂采用移动床装填形式，催化剂装填量大，且催化剂可在各床层间缓慢移动，实现催化剂的不断更新，始终保持较高的反应活性。 该设备尤其适用于催化剂失活较快，装置运转周期短的液相反应体系。该设备可与催化剂再生设备配套运行，使装置长周期连续运转。另外，由于液相的径向流动，还可减小全塔压降，降低塔釜操作温度，达到节能降耗的目的。实施例催化蒸馏塔包括提馏段、反应段和精馏段，塔径为100mm，，提馏段和精馏段为规整填料，设有塔顶冷凝器和塔底再沸器。设有5个催化剂床层。催化蒸馏塔反应段高2000mm， 结构如附图1所示，反应段催化剂床层垂直于催化蒸馏塔轴向的横截面为环形，如附图2所示。床层面积占整个塔截面的65%。催化剂床层之间设三根连通管，催化剂床层之间设有筛板对物料进行分馏。将C5醚化原料与甲醇引入催化蒸馏塔反应段，用于C5反应制备甲基叔戊基醚，C5 原料组成见表1。加剂口加入阳离子交换树脂催化剂(商品牌号为D006，生产厂家凯瑞化工有限责任公司)。催化蒸馏塔操作条件为塔顶压力为0. 3MPa，催化蒸馏塔进料体积空速 1. 131Γ1，醇烯比1. 22，塔顶回流比1. 13，塔顶温度68°C，反应段平均温度为70. 2°C，塔底温度为136°C，催化剂日更新速率占催化剂藏量的1%。C5活性烯烃总转化率98. 23%，塔底产品甲基叔戊基醚纯度97.。表1 :C5醚化原料组成
权利要求
1.一种移动催化蒸馏设备，其特征在于其催化蒸馏塔包括反应段、可选的精馏段和提馏段，所述的反应段包括至少一个催化剂床O)，催化剂床O)由上到下分层排列，催化剂床层之间由催化剂输送管(4)连通，最上层催化剂床( 上部经催化剂输送管(4)连通装剂口(5)，最底层催化剂床(2)下部经卸剂口阀门(12)连通卸剂口(11)；催化剂床(2)中设置导汽管(8)，催化剂床( 底部设置溢流堰(9)。
2.按照权利要求1的催化蒸馏设备，其特征在于所述的催化剂床(2)之间设置分馏段。
3.按照权利要求2的催化蒸馏设备，其特征在于所述的分馏段为塔板(3)，塔板(3)上设置塔板降液管(6)，塔板降液管(6)下端插入液封槽(7)内。
4.按照权利要求1、2或3的催化蒸馏设备，其特征在于所述的导汽管(8)设置在催化剂床⑵中部。
5.按照权利4的催化蒸馏设备，其特征在于，所述的催化剂床内壁和外壁都开有小孔或小槽作为液相通道。
6.按照权利要求5的催化蒸馏设备，其特征在于，所述的催化剂床内壁内衬金属丝网。
7.按照权利要求4的催化蒸馏设备，其特征在于，所述的导汽管(8)为倒锥形。
8.按照权利要求7的设备，其特征在于，所述的导汽管(8)截面面积约占整个塔截面的 10 60%。
9.权利要求1-8的任一移动催化蒸馏设备的应用方法，其特征在于，催化剂由装剂口 (5)连续加入并向下移动，经各层催化剂床( ，由最下层催化剂床( 底部卸出，催化剂移动速率可通过卸出口(11)的阀门(12)开度进行控制；反应物流引入催化蒸馏塔内，分馏为汽液两相，汽相物流穿过催化剂床O)向上，液相物流穿过催化剂床( 经催化剂床(2)外侧的床层溢流堰(9)和床层降液管(10)向下流动，反应物流在催化剂床内和催化剂接触反应，反应后物流继续分馏。
10.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述的各层催化剂床内可装填相同或不同功能的催化剂。
全文摘要
一种移动催化蒸馏设备及其应用，其催化蒸馏塔包括反应段、可选的精馏段和提馏段，所述的反应段包括至少一个催化剂床(2)，催化剂床(2)由上到下分层排列，催化剂床层之间由催化剂输送管(4)连通，最上层催化剂床(2)上部经催化剂输送管(4)连通装剂口(5)，最底层催化剂床(2)下部经卸剂口阀门(12)连通卸剂口(11)；催化剂床(2)中设置导汽管(8)，催化剂床(2)底部设置溢流堰(9)。该设备尤其适用于催化剂失活较快，装置运转周期短的催化蒸馏过程。
文档编号B01D3/14GK102462971SQ20101053960
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者张占柱, 毛俊义, 秦娅, 袁清, 黄涛 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院