一种盘式螺旋自分布催化精馏结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种盘式螺旋自分布催化精馏结构，结构内设置有两种间隔排列的催化剂组件；组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂，形状为长方体、拱形或多边形，要求是多个组件A形成环状结构的周向排布；组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包，并扭转成螺旋状，催化剂包外需放置带孔的隔板，多个组件B形成环状结构的周向排布。本实用新型组件B的催化剂包中的隔板带孔，呈螺旋状造型，增长了气相的流动通道，增加了气液两相接触面积，从而提高的填料的传质效率。组件A及组件B中都含催化剂颗粒，且交替放置，控制反应物与催化剂的接触时间的同时，保证气液两相的均匀分布，使反应物与生成物不断被分离至塔顶和塔底，推动反应的进行。
【专利说明】一种盘式螺旋自分布催化精馏结构
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种盘式螺旋自分布催化精馏结构，属于化工行业催化精馏技术范畴，特别涉及催化精馏塔塔内的过程优化与强化。
【背景技术】
[0002]催化精馏过程是反应与分离两个过程的耦合，所以塔内填料必须同时具备催化及气液传质功能，原料在塔内经催化反应后的生成物及时得到分离，推动反应继续进行。催化精馏填料的结构直接影响了催化精馏过程的效率，要求填料在保证塔内气液两相充分混合接触的同时，还要使反应物与催化剂的接触时间区间范围大且可控。工业上普遍使用小颗粒的树脂催化剂，增大反应表面积，而催化剂粒度较小时，直接放置在塔内会增大塔内压降甚至堵塞填料层。由于技术限制，树脂催化剂也不易制成其他形状，大多属于球形或椭球形。因此，增强塔内传质效率、使反应物与催化剂接触时间可控、减小塔内压降等问题成为高效催化精馏填料的重要研究方向。
[0003]为了强化催化精馏过程，中外学者研发了许多催化精馏装置。US3634534中，Chevron Research Company将催化剂装填在板式塔降液管处，可通过催化剂的装填量来决定反应物与催化剂的平均接触时间。中国专利102423680A，西北大学开发的一种催化剂散堆填料，它由筒形填料壳和放置在该填料壳中的催化剂包构成，由于填料具有散堆性质，能客服规整捆扎包催化剂填料的气体短路现象。US4242530中，ChemicalResearch&Licensing Company开发的催化精懼结构,将催化剂放置在纤维袋中，将纤维袋缝合并卷曲，将其装填于催化精馏塔中，该实用新型节省成本、气液混合均匀，但径向分布较差。中国专利03149505.2，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院开发的催化精馏装置，将催化剂装填于丝网制成的催化剂包内，并将催化剂包置于填料片间，该实用新型传质性能良好，但塔内压降较大。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种高效的催化精馏结构，代替传统的催化精馏填料盘。螺旋结构可加长气相流道，从而增强气液传质效率强化催化精馏过程。
[0005]本实用新型是这样实现的:
[0006]一种盘式螺旋自分布催化精馏结构，在结构内设置有两种间隔排列的催化剂组件；组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂，形状为长方体、拱形或多边形，要求是多个组件A形成环状结构的周向排布；组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包，并扭转成螺旋状，催化剂包外需放置带孔的隔板，多个组件B形成环状结构的周向排布。
[0007]所述的组件B隔板的尺寸与催化剂包的最大侧面一致；开孔大小催化剂颗粒直径的 50% ?95%。
[0008]所述的填料片为开窗导流填料、板波纹填料、丝网波纹填料、孔板波纹填料、压延孔板波纹填料或蜂窝填料的规整填料。[0009]所述的催化精馏结构中的组件A和组件B形成的环状结构紧密排列，形成本盘式螺旋自分布催化精馏结构。该催化精馏结构分为中心位置为组件B或中心位置为组件A两种排布方式。组件A与组件B等高等厚，且与该催化精馏结构等高。
[0010]所述的组件A或组件B形成的环状结构厚度为塔半径的I / 2?I / 200。每一个催化精馏结构内含组件A或组件B形成的环状结构为I?100个。
[0011]本实用新型专利的优点有:
[0012]1.组件B的催化剂包中的隔板带孔，可保证气液两相顺利通过。
[0013]2.组件B的螺旋状造型，增长了气相的流动通道，增加了气液两相接触面积，从而提高的填料的传质效率。
[0014]3.组件A及组件B中都含催化剂颗粒，调整其催化剂含量，可以控制反应物与催化剂的接触时间。
[0015]4.组件A与组件B交替放置，保证了气液两相的均匀分布，使反应物与生成物不断被分离至塔顶和塔底，推动反应的进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是B组件为中心位置的结构示意图；
[0017]图2是A组件为中心位置的结构示意图；
[0018]图3是A组件为拱形时中心位置为组件B的结构示意图；
[0019]图4是A组件为拱形时中心位置为组件A的结构示意图；
[0020]图5是本实用新型结构组件B的上下二等角轴测图；
[0021]图6是本实用新型结构组件B的侧视图；
[0022]其中:1 一催化剂颗粒；2—带孔隔板；3—丝网。
【具体实施方式】
[0023]结合图1-图6对本实用新型说明:
[0024]本实用新型为一种盘式螺旋自分布催化精馏结构，采用催化剂与规整填料结合的组装方式，催化剂包外包丝网，既能防止催化剂外露，也能起到良好的液体润湿作用。螺旋自分布结构延长了气体通道的长度，从而增加了气液两相的接触面积，增强了该催化精馏结构的传质效率。
[0025]催化精馏结构内有两种组件A、B。组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂，并将丝网缝合起来，其中填料片可为开窗导流填料、板波纹填料、丝网波纹填料、孔板波纹填料、压延孔板波纹填料、蜂窝填料等规整填料。组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包，扭转成螺旋状(如附图5、6所示)，为方便成型，催化剂包外需放置带孔的隔板；其中，隔板的尺寸与催化剂包的最大侧面一致。开孔大小约为工艺所需催化剂颗粒直径的50% ?95%。
[0026]组件A可以加工成长方体、拱形或多边形，周向排布，形成环状结构。组件B亦需周向排布，形成环状结构。组件A和组件B形成的环状结构环环相扣，紧密排列，形成成本实用新型的高效催化精馏结构。
[0027]该催化精馏结构根据组件A、B放置位置的不同，可以分为中心位置为组件B和中心位置为组件A两种排布方式。为保证气液两相的均匀分布，两种排布方式的催化精馏结构在安装时需交替排布。
[0028]组件A与组件B等高等厚，且均与催化精馏结构等高；所形成的环状结构厚度为塔半径的I / 2?I / 200，即每一个该催化精馏结构内含组件A、组件B形成的环状结构均为I?100个。组件中的催化剂装填量可依据具体工艺要求的不同进行调节。为了保证气液两相的顺利通过，组件B中的隔板上必须带孔，开孔直径的大小约为工艺所需催化剂颗粒直径的50%?95%。
[0029]图图1是A组件为长方形时中心位置为组件B的结构示意图；图3是A组件为拱形时中心位置为组件B的结构示意图。本催化精馏结构有组件A在中心位置和组件B在中心位置两种排布方式。为了实现结构内部液膜表面的不断更新，和气液两相的均匀分布，两种结构在塔内需交替安装。
[0030]组件A的形状可以有多种，图1、图2是加工成长方体呈平行排列的情况，适用于一般的工况；图3、图4是加工成拱形呈辐射状排列的情况，尤其适用于对液相径向分布要求较高的工况。组件B是常规的催化剂包扭转成型，借鉴了自分部器的结构，有利于气相的均匀分布；另外，由于其螺旋状的造型，增加了气体流道的长度，有利于提高催化精馏结构的传质效率。
[0031]以下结合具体实施例进一步说明:
[0032]具体实施例1:
[0033]在乙酸甲酯水解工艺中，组件A为长方形和多边形结构，内部装填板波纹填料。塔径DN4000，中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为10m，即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各100个。使用本实用新型催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比，节省催化剂用量15%，乙酸甲酯水解率提高8.5%-12.3%，产物收率提高约7.8%。
[0034]具体实施例2:
[0035]在生产MTBE (甲基叔丁基醚)装置中，组件A为拱形，内部装填金属孔板波纹填料，周向排列呈环状结构。塔径DN800，中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为20_，即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各20个。使用本实用新型催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比，甲醇含量减少12.8%，其他杂质减少10.3%-46.9%,MTBE含量提高1.8个百分点，C4混合物减少17.0%，C5混合物减少15.8%。
[0036]具体实施例3:
[0037]在氯硅烷反歧化反应精馏装置中，二氯二氢硅与四氯化硅发生反歧化反应生成三氯氢硅，组件A为拱形，内部装填开窗导流填料，周向排列呈环状结构。塔径DN600，中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为15_，即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各10个。使用本实用新型催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比，实验表明，二氯二氢硅转化率增加
11.5%，塔顶采出中三氯氢硅质量分数增加7%-13.5%，塔釜采出二氯二氢硅质量分数减少14%左右，催化剂使用量降低6.5%。
[0038]具体实施例4:[0039]在生产MTBE (甲基叔丁基醚)装置中，组件A为拱形，内部装填开窗导流填料，周向排列呈环状结构。塔径为DN100，中心位置为组件A和中心位置为组件B两种催化精馏结构交替安装。组件A及组件B的厚度为25_，即每一个催化精馏结构中含组件A及组件B形成的环状结构各I个。使用本实用新型催化精馏结构与使用普通捆包型催化精馏填料对比，甲醇含量减少7.6%，丁二烯体积分数减少13%以上，二甲醚体积分数减少10%-17%，其他杂质减少5%-20%，MTBE含量提高1.8个百分点。
【权利要求】
1.一种盘式螺旋自分布催化精馏结构，其特征是在结构内设置有两种间隔排列的催化剂组件；组件A是填料片外包裹丝网、内填充催化剂，形状为长方体、拱形或多边形，要求是多个组件A形成环状结构的周向排布；组件B是外包丝网内置催化剂颗粒的长方体催化剂包，并扭转成螺旋状，催化剂包外需放置带孔的隔板，多个组件B形成环状结构的周向排布。
2.如权利要求1所述的结构，其特征是所述的组件B隔板的尺寸与催化剂包的最大侧面一致；开孔大小催化剂颗粒直径的50%?95%。
3.如权利要求1所述的结构，其特征是所述的组件A或组件B填料片为开窗导流填料、板波纹填料、丝网波纹填料、孔板波纹填料、压延孔板波纹填料或蜂窝填料的规整填料。
4.如权利要求1所述的结构，其特征是所述的催化精馏结构中的组件A和组件B形成的环状结构紧密排列，形成本盘式螺旋自分布催化精馏结构。
5.如权利要求1所述的结构，其特征是所述的催化精馏结构分为中心位置为组件B或中心位置为组件A两种排布方式。
6.如权利要求5所述的结构，其特征是所述的催化精馏结构组件A与组件B等高等厚，且与该结构等闻。
7.如权利要求1所述的结构，其特征是所述的组件A或组件B形成的环状结构厚度为塔半径的I / 2?I / 200。
8.如权利要求7所述的结构，其特征是所述的每一个催化精馏结构内含组件A或组件B形成的环状结构为I?100个。
【文档编号】B01J19/32GK203695063SQ201420065186
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】徐义明, 黄益平, 陈英才, 陆晓咏, 刘春江, 丁晖殿, 项文雨 申请人:中建安装工程有限公司, 天津大学