专利名称：催化蒸馏塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油化工领域中用于催化精馏工艺的设备。
背景技术：
催化蒸馏塔是在80年代发展起来的，反应和分离一体化的高效节能新技术。随着甲基叔丁基醚的高速发展，催化蒸馏技术奠定了其作为有潜力的多功能反应器和分离器的特殊地位。而Eastman Kodak公司开发的醋酸乙酯催化蒸懼工艺,更成为催化蒸懼工艺改造传统工艺的经典案例。经过了几十年的发展，催化蒸馏技术更加广泛地应用到了醚化、酯化、烷基化、加氢、氯化、缩醛化的过程中间，取得了显著的技术进步。催化蒸馏技术的核心是催化蒸馏塔。一般地分为填料塔和板式塔。在填料式催化蒸馏塔中，根本点是要解决作为反应核心的催化剂、作为分离核心的填料在反应和分离的 两方面不同的技术要求，使其趋同或者集成，多功能化。催化精馏的填料构件种类颇多，一般应满足如下基本要求首先，催化精馏构件应留有足够的汽(气)液两相的流通通道，下降液相能顺利自上而下流动接触催化剂进行反应，上升汽相(气相)能通过催化精馏构件而不造成液泛，当反应物料为惰性组分含量很高而有效组分含量很低的气体介质时，催化精馏构件具有足够的流通通道显得尤为重要；其次，催化精馏构件须具有充足的传质表面，以利于精馏之传质过程的进行，当一反应介质为有效组分含量很低的非纯组分气体介质时，吸收过程也有重要影响，充足的吸收表面更显重要；第三，催化精馏构件须便于制造，便于安装和拆卸；另外，价格也是不可忽略的因素。一般宜依据以上原则设计与选用催化精馏构件。美国专利USP4443599、USP4242530和日本专利昭5912749分别提出了将催化剂放入玻璃纤维或离子交换树脂毛毡做成的套袋作为催化剂元件，再与丝网弹性体一起卷成捆束组成催化精馏构件，置于催化精馏塔内。由于反应物和生成物的传递均需通过套袋，传质扩散过程受阻，严重影响反应过程的进行，总体反应效率不高而且构件制造复杂，加工费用
曰虫印贝ο欧洲专利0448884和0476938分别提出将中心有空腔和较大表面积的惰性颗粒用丝网捆包后与催化剂均匀混合放置于催化精馏塔内构成催化精馏构件以及催化剂放置于金属网箱空间中，有金属网箱构成催化精馏构件，总之这两种构件的意图是在催化精馏构件中形成一定的自由空间，用作气液两相流动的通道，但这类构件难以避免气液两相的沟流和短路现象而影响反应精馏的效率。中国专利921038. 8和欧洲专利0428265力图克服上述专利的缺陷，分别提出了另一种类型的催化精馏构件，在波纹网板之间填充催化剂，其气液两相的接触充分，与规整填料相似有较高的空隙率，液固充分接触，传递阻力小，但该构件空隙率大，存在气体直通通道，会有严重的气体短路，当以有效组分含量很低的非纯组分气体反应介质进行催化精馏，其反应效率甚低。中国专利00111945. I催化精馏构件采用规整填料和催化剂元件相间组合的方式构成，利用规整填料的高空隙率为上升蒸汽和气相反应介质提供足够的流通通道；相邻两层催化精馏构件，若上层为规整填料，则下层对应为催化剂元件；若上层为催化剂元件则下层对应为规整填料，而且总是催化剂元件的径向尺度大于规整填料的尺度，这种形式保证了所有的反应物料均必接触催化剂，避免汽相(气相)介质的沟流和短路，从而保证了反应效果。催化蒸馏塔另一种重要形式是板式塔。在板式塔中，通常可以在降液管、降液管出口处、塔板的板面放置各种包装形式的催化剂，来实现催化蒸馏的一体化。这方面的专利非常之多。例如 CN1076379, CNOl 142835. X，US3579309, US5855741, US4847430 等等。但是以上催化蒸馏塔的基本开发思路是从改进传统填料塔、板式塔的结构上来考虑的，具备分离能力的塔赋予某种催化反应的能力，从而实现催化蒸馏的一体化。其在许多的工业应用中取得的显著的优良性能，但是也在许多的工艺开发中失败或者在工业应用中暴露出许多的不足催化剂在汽液两相流的作用下，易受到机械损害，发生剥离、破碎、磨损、流失，导 致性能的缺失，设备磨损、管道机泵杜塞；催化剂在汽液两相流的作用下，易受到化学损害，催化剂微结构被破坏，易结焦失活；催化剂活性的维持缺乏有效、简便的工程措施，难以实现在线再生；操作周期短，塔内件、催化剂更换周期长、工程量大；受分离塔相平衡的限制，无法自如地优化反应性能和反应组合。
发明内容
本发明的目的是提供一种催化蒸馏塔，以克服现有技术存在的上述缺陷。本发明所述的催化蒸馏塔，包括塔体、催化反应段和分离段，所述催化反应段和分离段相间组合，设置在所述的塔体中。本发明提出的催化蒸馏塔，与现有技术相比具有以下优点催化剂完全浸没在反应液中，完全避免了汽相冲涮，避免了催化剂表面的干湿的变化，有利于延长催化剂使用寿命O图I为催化蒸馏塔结构示意图。图2为催化段结构图。图3为催化段横截面示意图。图4为分离段结构示意图。
具体实施例方式参见图I，本发明所述的催化蒸馏塔，包括塔体3、催化反应段I和分离段2，所述催化反应段I和分离段2相间组合，设置在所述的塔体3中；参加图2和图3，所述的催化反应段I包括设有通道口 101的催化床底板102、升汽管103、设有小孔的进口分布板104、设有小孔的出口分布板105、底部设有进料口 106的进料降液板107和出料降液板108 ；催化床底板106的一侧与塔体3的内壁相连接，另一侧与塔体3的内壁之间设有溢流口 109，升汽管103的下端与通道口 101相连通，上端向上延伸至分离段2的设有气体分布孔的分尚段底板203的下方,进口分布板104和出口分布板105设置在升汽管103的两侧，下端与催化床底板102相连接，构成催化剂框100，所述进料降液板107设置在催化床底板102与塔体3的内壁相连接的一侧，位于塔体3内壁与进口分布板104之间，底部与催化床底板102相连接，上部向上延伸与分离段2的出液口 201相连通，所述出料降液板108的上端与溢流口 109相连接，优选的，向上延伸至催化剂框100的上部，下端向下延伸，与分离段2的进料口 202相连通；通常，催化床的高度为其宽度的O. 5-20倍，优选O. 5-5，更优选1_3倍。本发明由于采用了低阻力的径向床，所以可以采用原颗粒度的催化剂，而不必采用催化剂的捆包结构；参见
图1，本发明还包括设置在塔体3下部的汽相进口 4、设置在塔体3顶部的汽相的出口 5、设置在塔体3上部的液相的进口 6、设置在塔体3底部的液相出口 7 ； 参见图1，优选的，还包括设置在塔体3中部的中间液相进口 8 ；优选的，参见图4，所述分离段2包括设有气体分布孔的分离段底板203，所述分离段底板203的一侧与塔体3的内壁相连接，催化反应段I的出料降液板108向下延伸至所述分离段底板203的上方，出料降液板108与所述分离段底板203之间为分离段2的进料口 202，所述分离段底板203的另一侧与塔体3的内壁之间设有出液口 201，催化反应段I的进料降液板107向上延伸并与出液口 201相连通；优选的，所述分离段2还包括填料，所述填料堆集在所述分离段底板203上；参见图I，本发明的操作过程如下反应物液相流由液相的进口 5进入，反应物气相流由汽相的进口 4进入，在分离段2，与通过升汽管103来的反应物气相流与反应物液相流接触，反应物气相流被反应物液相流吸收，然后，反应物液相流通过进料降液板107进入催化反应段I，通过进口分布板104和出口分布板105，将反应物液相流均匀的沿塔的半径方向流过催化床，同时发生目的反应生成反应产物，然后再通过出料降液板108进入下一个分离段2，重复上述的过程；对比实施例I用于直径50mm的催化干气制乙苯的催化蒸馏塔，催化剂采用改进β沸石，催化剂颗粒度Φ2，长度6-12mm和6mm0环填料混装，催化剂体积分率5%，共装填2m高。在乙烯进料质量浓度16%，乙烯空速O. 28，苯烯比2. 5，催化精馏温度170°C等条件下，转化率大于95%，乙苯选择性大于95%。催化剂运行I个月后，转化率大于85%。催化剂运行2个月后，转化率大于60%。实施例I在与实施例I相同工艺条件下，采用8个本专利设计的反应段，反应段间均匀填装6mm Θ环填料,填料总高约1600mm。在乙烯进料质量浓度16%,乙烯空速O. 28,苯烯比2. 5,催化精馏温度170°C等条件下，转化率大于95%，乙苯选择性大于95%。催化剂运行I个月后，转化率大于95%。催化剂运行18个月后，转化率大于95%。
权利要求
1.催化蒸馏塔，其特征在于，包括塔体(3)、催化反应段(I)和分离段(2)，所述催化反应段⑴和分离段⑵相间组合，设置在所述的塔体⑶中。
2.根据权利要求I所述的催化蒸馏塔，其特征在于，所述的催化反应段(I)包括设有通道口(101)的催化床底板(102)、升汽管(103)、设有小孔的进口分布板(104)、设有小孔的出口分布板(105)、底部设有进料口(106)的进料降液板(107)和出料降液板(108)； 催化床底板(106)的一侧与塔体(3)的内壁相连接，另一侧与塔体(3)的内壁之间设有溢流口(109)，升汽管(103)的下端与通道口(101)相连通，上端向上延伸至分离段(2)的设有气体分布孔的分离段底板(203)的下方，进口分布板(104)和出口分布板(105)设置在升汽管(103)的两侧，下端与催化床底板(102)相连接，构成催化剂框(100)，所述进料降液板(107)设置在催化床底板(102)与塔体(3)的内壁相连接的一侧，位于塔体(3)内壁与进口分布板(104)之间，底部与催化床底板(102)相连接，上部向上延伸，与分离段(2)的出液口(201)相连通，所述出料降液板(108)的上端与溢流口(109)相连接。
3.根据权利要求2所述的催化蒸馏塔，其特征在于，所述出料降液板(108)的上端向上延伸至催化剂框(100)的上部，下端向下延伸，与分离段(2)的进料口(202)相连通。
4.根据权利要求2所述的催化蒸馏塔，其特征在于，催化床的高度为其宽度的O.5-20倍。
5.根据权利要求2所述的催化蒸馏塔，其特征在于，催化床的高度为其宽度的O.5-5倍。
6.根据权利要求2所述的催化蒸馏塔，其特征在于，催化床的高度为其宽度的1-3倍。
7.根据权利要求I 6任一项所述的催化蒸馏塔，其特征在于，还包括设置在塔体(3)下部的汽相进口(4)、设置在塔体(3)顶部的汽相的出口(5)、设置在塔体(3)上部的液相的进口 6和设置在塔体(3)底部的液相出口(7)。
8.根据权利要求7所述的催化蒸馏塔，其特征在于，还包括设置在塔体(3)中部的中间液相进口⑶。
9.根据权利要求7所述的催化蒸馏塔，其特征在于，所述分离段(2)包括设有气体分布孔的分离段底板(203)，所述分离段底板(203)的一侧与塔体(3)的内壁相连接，催化反应段(I)的出料降液板(108)向下延伸至所述分离段底板(203)的上方，出料降液板(108)与所述分离段底板(203)之间为分离段(2)的进料口(202)，所述分离段底板(203)的另一侧与塔体⑶的内壁之间设有出液口(201)，催化反应段⑴的进料降液板(107)向上延伸并与出液口(201)相连通。
10.根据权利要求9所述的催化蒸馏塔，其特征在于，所述分离段(2)还包括填料，所述填料堆集在所述分离段底板(203)上。
全文摘要
本发明公开了一种催化蒸馏塔，包括塔体、催化反应段和分离段，所述催化反应段和分离段相间组合，设置在所述的塔体中。本发明催化剂完全浸没在反应液中，完全避免了汽相冲涮，避免了催化剂表面的干湿的变化，有利于延长催化剂使用寿命。
文档编号B01J8/04GK102824752SQ20111016301
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者徐志刚 申请人:徐志刚, 常州瑞华化工工程技术有限公司