有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于化学工程领域，具体涉及一种有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备。包括上部的精馏段、中部的反应段和下部的提馏段，反应段包括催化剂床层，催化剂床层的周围或者内部设置气相通道，催化剂床层上方设置上分馏构件，催化剂床层下方设置下分馏构件，催化剂床层上设置气相排出口。本实用新型通过在催化蒸馏设备的催化剂床层上设置气相排出口，使反应过程产生的气相物料如反应生成的气相产物或因反应放热气化的气相物料及时溢出催化剂床层，进入气相通道，使得催化剂床层的液相物料流通顺畅，操作稳定，从而保证反应转化率和产品质量稳定合格。
【专利说明】有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备
【技术领域】
[0001]本实用新型属于化学工程领域，具体涉及一种有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备。
【背景技术】
[0002]催化蒸馏设备是将催化反应与分离两个过程耦合在同一设备中进行的装置，在反应进行的同时使反应物与生成物分离，以破坏反应的平衡使反应完全，进而达到更高的反应转化率。由于反应放出的热量用于产物分离，既简化了工艺流程，又达到了降低能耗的效果O
[0003]催化蒸馏塔一般包括上部的精馏段、中部的反应段、下部的提馏段三个部分。其中反应段的结构，即催化剂在催化蒸馏塔中的装填结构是催化蒸馏技术的关键。催化剂的装填结构要满足简单易于加工、方便催化剂的装卸、便于气液流通等多方面的要求。
[0004]中国专利CN202061400提供了一种新型催化蒸馏设备，反应段的催化剂床层中催化剂以散装形式装填，与捆包形式装填的催化剂床层相比，装卸方便、费用低。催化剂床层上方设有分馏塔板，分馏塔板和催化剂床层之间设置有液体分布器，催化剂床层两边设置有气升管，催化剂床层上部依次为催化剂层、惰性填料层、丝网、不锈钢多孔筛板和催化剂支撑架，竖直方向上设置有催化剂床层壁。该设备构造简单易于加工制造，惰性填料及催化剂支撑部件的特殊安装方式减少了催化剂泄露损失，减少了设备腐蚀，同时提高了产品纯度。由于催化剂床层内没有专门的气相排出口，不利于反应过程产生的气相物料溢出。反应过程产生气相物料有多种情况，如反应过程中生成气相产物，或反应为放热反应，反应放出的热量被部分物料吸收气化从而产生气相物料，有时上述两种情况同时发生，产生的气相物料更多。当反应过程产生较多气相物料时，催化剂层内气相物料向上流动却没有畅通的出口，就会阻碍液相物料向下流动，造成流通不畅、操作不稳定，从而导致反应转化率下降、产品质量不合格。
[0005]美国专利US5776320涉及在一个反应精馏区，包括至少一个催化剂床层、两块分离塔板，催化剂以散装形式装填。从下面一块塔板向上流动的气相物料不与催化剂接触，从上面一块塔板向下流动的液相物料通过导管引入催化剂床层的底部，经过液体分布器后自下而上穿过催化剂床层，反应后的物料从催化剂床层顶部溢出流到下一层塔板。对于放热反应来说，液体向上流经催化剂层有利于反应热生成的气相溢出。但该设备结构复杂不易加工，且增加了设备投资。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，设备结构简单、有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，液相物料流通顺畅，操作稳定，从而保证产品质量稳定合格。
[0007]本实用新型所述的一种有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，包括上部的精馏段、中部的反应段和下部的提馏段，反应段包括催化剂床层，催化剂床层的周围或者内部设置气相通道，催化剂床层上方设置上分馏构件，催化剂床层下方设置下分馏构件，催化剂床层上设置气相排出口。
[0008]反应段中的催化剂床层可以垂直设置一个及一个以上，催化剂床层个数越多，催化蒸馏设备整体高度越高，因此最多的床层个数视催化蒸馏设备工程允许的最高高度而定。适宜的催化剂床层个数为3?30个。
[0009]气相通道供催化蒸馏设备内自下向上流动的气相物料通过而不与催化剂接触。气相排出口供催化剂床层内反应过程产生的气相物料溢出催化剂床层。
[0010]催化剂床层包括由上而下设置的液体分布器和催化剂层，催化剂层上部为催化剂层上沿，催化剂层下部设置催化剂支撑层。催化剂以散装的形式直接装填于催化剂床层中。
[0011]气相排出口设置在催化剂层上沿、催化剂床层的侧边或液体分布器上。气相排出口优选设置在液体分布器上。
[0012]当气相排出口设置在液体分布器上时，位于液体分布器上的气相排出口轴向尺寸高于液体分布器里的液面高度，优选高于液体分布器里的液面高度10?200mm。
[0013]气相排出口的形状为圆形、方形或其它适合的形状。
[0014]所述的气相排出口的径向尺寸及数量根据反应过程产生的气相物料的多少而定，一定数量的气相排出口宜均匀分布。
[0015]催化剂支撑自上而下由惰性填料层、丝网、不锈钢多孔筛板和催化剂支撑架组成。
[0016]上分馏构件可以为上分馏塔板或上分馏填料，下分馏构件可以为下分馏塔板或下分馏填料。
[0017]精馏段的液相物料自上而下进入反应段，经由催化剂床层上面的上分馏构件向下流过液体分布器，然后进入催化剂层进行反应，反应后的液相物料穿过催化剂支撑流入下面的下分馏构件，然后进入提馏段，或者如果有多个催化剂床层，加入下一个催化剂床层继续反应，最后进入提馏段；反应过程产生的气相物料向上流动经过气相排出口排出催化剂床层；提馏段的气相物料自下而上进入反应段，经由催化剂床层下面的下分馏构件向上流动，经过催化剂床层的气相通道进入上分馏构件，在此与液相物料进行热、质传递，实现轻重组分的分离。
[0018]精馏段的液相物料自上而下进入反应段，可以由催化剂床层上面的上分馏构件向下先流进受液盘，再经过液体分布器进入催化剂层进行反应；也可以不设置受液盘，由催化剂床层上面的上分馏构件直接经过液体分布器进入催化剂层进行反应。
[0019]所述的新型催化蒸馏设备用于催化蒸馏工艺，如催化蒸馏醚化反应、醇脱水反应生产相应的醚类产品及酯化反应、水合反应生产相应的酯类、醇类产品以及其他催化蒸馏工艺，如混合碳四与甲醇生产MTBE (甲基叔丁基醚)、甲醇脱水生产DME (二甲醚)、异丁烯水合生产叔丁醇及其他工艺。优选涉及反应生成气相产物或强放热反应的催化蒸馏工艺。
[0020]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0021](I)本实用新型通过在催化蒸馏设备的催化剂床层上设置气相排出口，使反应过程产生的气相物料如反应生成的气相产物或因反应放热气化的气相物料及时溢出催化剂床层，进入气相通道，使得催化剂床层的液相物料流通顺畅，操作稳定，从而保证反应转化率和产品质量稳定合格。[0022](2)本实用新型提供的催化蒸馏设备结构简单，投资小。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的催化蒸馏设备的整体结构示意图。
[0024]图2为本实用新型实施例1的局部结构示意图。
[0025]图3为本实用新型实施例2的局部结构示意图。
[0026]图4为本实用新型实施例3的局部结构示意图。
[0027]图中:图中:1、精馏段；2、反应段；3、提馏；4、催化剂层上沿；5、催化剂床层；6、上分馏构件；7、下分馏构件；8、液体分布器；9、催化剂层；10、催化剂支撑；11、气相通道；12、
气相排出口 ；13、受液盘。
【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例对本实用新型做进一步说明。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，包括上部的精馏段1、中部的反应段2和下部的提馏段3。
[0031]如图2所示，中部的反应段2包括催化剂床层5，催化剂以散装的形式直接装填于催化剂床层5中。催化剂床层5两边各设置一个弓形气相通道11，供催化蒸馏设备内自下向上流动的气相物料通过而不与催化剂接触。催化剂床层5上方设置两块上分馏构件6，催化剂床层5下方设置两块下分馏构件7，催化剂床层5上设置气相排出口 12。催化剂床层5包括由上而下设置的液体分布器8和催化剂层9，催化剂层9上部为催化剂层上沿4，催化剂层9下部设置催化剂支撑层10。在液体分布器8上设置气相排出口 12，气相排出口12形状为圆形,轴向尺寸高于液体分布器8里的液面高度30mm。气相排出口 12均匀分布在液体分布器8上。催化剂支撑10自上而下由惰性填料层、丝网、不锈钢多孔筛板和催化剂支撑架组成。上分馏构件6为上分馏塔板，下分馏构件7为下分馏塔板。十个如图2所示的结构单元组成中部的反应段。
[0032]将上述催化蒸馏设备用于以甲醇为原料进行甲醇脱水反应生产二甲醚，甲醇进料量6kg/h，反应段装填树脂催化剂8L。精馏段I的液相物料自上而下进入反应段2，经由催化剂床层5上面的上分馏构件6向下流过液体分布器8，然后进入催化剂层9进行反应，反应后的液相物料穿过催化剂支撑层10流入下面的下分馏构件7，然后进入提馏段3 ;催化剂床层5内反应过程产生的气相物料向上流动经过气相排出口 12排出催化剂床层5 ;提馏段3的气相物料自下而上进入反应段2，经由催化剂床层5下面的下分馏构件7向上流动，经过催化剂床层5两边的气相通道11，与催化剂床层5内排出的气相物料汇合，一起穿过催化剂床层5上面的上分馏构件6，在此与液相物料进行热、质传递，实现轻重组分的分离。操作稳定，甲醇转化率≥99.5%，二甲醚纯度≥99.5%。
[0033]实施例2
[0034]如图1所示，包括上部的精馏段1、中部的反应段2和下部的提馏段3。
[0035]如图3所示，反应段2包括催化剂床层5，催化剂以散装的形式直接装填于催化剂床层5中。催化剂床层5两边各设置一个弓形气相通道11，供催化蒸馏设备内自下向上流动的气相物料通过而不与催化剂接触。催化剂床层5上方设置两块上分馏构件6，催化剂床层5下方设置两块下分馏构件7，催化剂床层5上设置气相排出口 12。催化剂床层5包括由上而下设置的液体分布器8和催化剂层9，催化剂层9上部为催化剂层上沿4，催化剂层下部设置催化剂支撑层10。在催化剂床层5侧边的壁上设置一排气相排出口 12，气相排出口 12为并排开的方形的孔。催化剂支撑10自上而下由惰性填料层、丝网、不锈钢多孔筛板和催化剂支撑架组成。上分馏构件6为上分馏塔板，下分馏构件7为下分馏塔板。十个如图3所示的结构单元组成中部的反应段。
[0036]将上述催化蒸馏设备用于以混合碳四和甲醇为原料生产MTBE，进料量10kg/h，反应段装填树脂催化剂12L。精馏段I的液相物料自上而下进入反应段2，经由催化剂床层5上面的上分馏构件6向下流过液体分布器8，然后进入催化剂层9进行反应，反应后的液相物料穿过催化剂支撑10流入下面的下分馏构件7料，然后进入提馏段3 ;催化剂床层5内反应过程产生的气相物料向上流动经过气相排出口 12排出催化剂床层5 ;提馏段3的气相物料自下而上进入反应段2，经由催化剂床层5下面的下分馏构件7向上流动，经过催化剂床层5两边的气相通道11，与催化剂床层5内排出的气相物料汇合，一起穿过催化剂床层5上面的上分馏构件6，在此与液相物料进行热、质传递，实现轻重组分的分离。操作稳定，异丁烯转化率≥99.0%, MTBE纯度≥99.0%。
[0037]实施例3
[0038]如图1所示，包括上部的精馏段1、中部的反应段2和下部的提馏段3。
[0039]如图4所示，反应段2包括催化剂床层5，催化剂以散装的形式直接装填于催化剂床层5中。催化剂床层5中间设置一个圆形气相通道11，供催化蒸馏设备内自下向上流动的气相物料通过而不与催化剂接触。每个催化剂床层5上面设置一块上分馏构件6，下面设置一块下分馏构件7。催化剂床层5上设置气相排出口 12。催化剂床层5包括由上而下设置的液体分布器8和催化剂层9，催化剂层9上部为催化剂层上沿4，催化剂层下部设置催化剂支撑层10。在液体分布器上设置气相排出口 12，气相排出口 12形状为圆形，轴向尺寸高于液体分布器8上的液面高度80mm。气相排出口 12均匀分布在液体分布器8上。催化剂支撑10自上而下由惰性填料层、丝网、不锈钢多孔筛板和催化剂支撑架组成。上分馏构件6为上分馏塔板，下分馏构件7为下分馏塔板。五个如图4所示的结构单元组成中部的反应段。
[0040]将上述催化蒸馏设备用于以甲醇为原料进行甲醇脱水反应生产二甲醚，甲醇进料量3kg/h，反应段装填树脂催化剂4L。精馏段I的液相物料自上而下进入反应段2，经由催化剂床层5上面的上分馏构件6向下先流进受液盘13，再经过液体分布器8进入催化剂层9进行反应，反应后的液相物料穿过催化剂支撑10流入下面的下分馏构件7，最后进入提馏段3 ;催化剂床层5内反应过程产生的气相物料向上流动经过液体分布器8上设置的气相排出口 12排出催化剂床层5 ;提馏段3的气相物料自下而上进入反应段2，经由催化剂床层5下面的下分馏构件7向上流动，穿过催化剂床层5中间的气相通道11，与催化剂床层5内排出的气相物料汇合，一起穿过催化剂床层5上面的上分馏构件6，在此与液相物料进行热、质传递，实现轻重组分的分离。操作稳定，甲醇转化率≥99.0%，二甲醚纯度≥99.5%。
[0041]对比例I
[0042]采用中国专利CN202061400所述的催化蒸馏设备。以甲醇为原料进行甲醇脱水反应生产二甲醚，操作条件与实施例1相同。甲醇脱水反应生成的产物为二甲醚和水，其中二甲醚为气相，且反应为放热反应，所以反应过程产生的气相物料较多。对比例I与实施例1对比见表1。
[0043]表1对比例I与实施例1对比
[0044]
【权利要求】
1.一种有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，包括上部的精馏段(I)、中部的反应段(2 )和下部的提馏段(3 )，其特征在于:反应段(2 )包括催化剂床层(5 )，催化剂床层(5)的周围或者内部设置气相通道(11)，催化剂床层(5)上方设置上分馏构件(6)，催化剂床层(5 )下方设置下分馏构件(7 )，催化剂床层(5 )上设置气相排出口( 12 )。
2.根据权利要求1所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:催化剂床层(5)包括由上而下设置的液体分布器(8)和催化剂层(9)，催化剂层(9)上部为催化剂层上沿(4 )，催化剂层(9 )下部设置催化剂支撑层(10 )。
3.根据权利要求1所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:气相排出口(12)设置在催化剂层上沿(4)、催化剂床层(5)的侧边或液体分布器(8)上。
4.根据权利要求3所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:气相排出口( 12)设置在液体分布器(8)上。
5.根据权利要求4所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:位于液体分布器(8)上的气相排出口(12)轴向尺寸高于液体分布器(8)里的液面高度。
6.根据权利要求5所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:位于液体分布器(8)上的气相排出口(12)轴向尺寸高于液体分布器(8)里的液面高度10?200mm。
7.根据权利要求1-6任一所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:气相排出口( 12)的形状为圆形、方形或菱形。
8.根据权利要求7所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:气相排出口(12)均匀分布。
9.根据权利要求1所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:催化剂支撑(10)自上而下由惰性填料层、丝网、不锈钢多孔筛板和催化剂支撑架组成。
10.根据权利要求1所述的有利于气相溢出催化剂床层的催化蒸馏设备，其特征在于:上分馏构件(6)为上分馏塔板或上分馏填料，下分馏构件(7)为下分馏塔板或下分馏填料。
【文档编号】B01D3/14GK203609903SQ201320636486
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】吕爱梅, 何宗华, 杨忠梅, 王建华, 侯磊, 付静 申请人:中国石油化工股份有限公司