一种催化蒸馏塔盘的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种催化蒸馏塔盘，是由一个具有网孔结构的底面和该底面上开口的至少2个并列均匀分布的条形气体通道及通道上方的导液板构成，气体通道外侧的网孔塔盘底面上放置催化剂，导液板的结构为人字形筛板或呈倒立碟形剖面的无孔条形板，塔盘固定在催化蒸馏塔壁上。本实用新型的催化蒸馏塔盘可使反应物液体完全流进入催化剂床层，不会出现反应物分流问题，反应物分子与催化剂接触时间均匀一致，并且可依靠自上而下的液体流动功将生成物及时推出催化剂床层，解决了现有催化蒸馏技术中液体反应物在进入催化剂床层时发生分流或短路而导致部分反应物与催化剂接触时间不足的问题，并且阻力小，催化剂床层压降低，还具有分布器的作用，可省去分布器。
【专利说明】一种催化蒸馏塔盘
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种催化蒸馏塔盘，属于化工设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 催化蒸馏塔是一种同时具有反应功能和分离功能的化工设备，其中催化剂颗粒在 反应区的装填方式直接影响到催化反应和蒸馏过程的效率，尤其当采用离子交换树脂催化 剂时，由于颗粒直径很小，在工业装置中均采用编织布袋包裹(捆扎包式)。US4242530和 US4302356报道的将催化剂装入玻璃纤维袋子或者毛毡袋子，再将装有催化剂的袋子附在 丝网弹性体上卷成卷，以此作为催化蒸馏构件。对于发生在液相中的化学反应，反应物进入 布袋和生成物移出布袋都需要推动力，而这种结构的催化剂装填方式不能产生所需要的传 质推动力，因为流体进入布袋的流动阻力大于沿着布袋包裹外表面流动的阻力，所以多数 反应物更容易沿着催化剂包裹布袋的外表面流动而不易穿入布袋，同时还会在袋子的表面 形成一层液膜使传质过程受阻，致使反应物与催化剂的接触不充分，导致催化剂利用率下 降。另外，生成物也不易及时移出布袋，容易造成过度反应，尤其是含有不饱和键的组分与 酸性催化剂接触时间过久易形成胶质，附着在催化剂表面降低了催化剂的寿命。
[0003] 除上述的布袋包催化构件以外，有关催化蒸馏塔内构件还有如下报道：
[0004] US5073236、US5413749和CN1065412公开的方法是将固体催化剂颗粒装填在金属 波纹网板或者多孔波纹板之间，试图增加汽液两相的接触和减小塔压降。但是树脂催化剂 颗粒容易从这种网板泄露，落入塔釜中导致过度反应而降低塔底流出液的品质。
[0005] US4443559公开了一种由催化剂元件和弹性元件构成的催化蒸馏塔内件，将固体 催化剂封装于金属网套内构成催化剂元件，弹性元件与催化剂元件紧密相连或者围绕在催 化剂元件四周。由于催化剂在封套内，反应物需要经过较长的扩散过程才能到达催化剂表 面，而且生成物也不容易由催化剂包内部向外扩散，因此阻碍了正反应的进行。
[0006] US5275790和US5262012分别提出将多孔惰性小球与催化剂均匀混合后装入不同 结构的网状或者多孔壁金属箱中，由金属箱构成催化蒸馏塔内件，试图在催化蒸馏塔内件 中形成一定的自由空间，作为汽液两相流动的通道，但这类塔填料难以避免沟流和反应物 短路现象。CN1048987公开了一种催化反应蒸馏塔，其催化剂构件是用多个装有催化剂颗粒 的圆柱容器固定在筛板上，并借助溢流堰维持筛板上一定的液层高度，圆柱容器完全被液 体浸没，液体在塔盘上水平流动时更容易从圆柱容器侧表面绕流，只有少部分反应物能进 入催化剂容器。
[0007] CN1266736公开了一种催化蒸馏塔结构，是由多个规整填料块和孔板催化剂方盒 交错堆放构成，这种装填结构的催化精馏塔的问题是操作弹性比较小，容易在催化剂网盒 的平面层发生液泛。
[0008] US5914011和CN101306256公开的催化剂装填结构是将固体颗粒装填在具有固定 高度的金属盒子里，盒子的上面和下面都有网孔，液体可以依靠重力通过催化剂，但是所报 道的构件装填结构不能有效控制反应液全部进入下一级催化剂的网盒，总会发生反应物的 分流，仅有一部分液体反应物能够落在盛有催化剂的网盒里，结果会导致反应物与催化剂 的接触时间长短有很大的随机性，使反应精馏产物的组成不稳定和不可控制。
【发明内容】
[0009] 本实用新型的目的在于提供一种催化蒸馏塔盘，适用于发生液相反应或者液固反 应的催化蒸馏过程，具有对全部液体反应物的流动导向控制功能，确保催化蒸馏塔反应区 的反应物在催化剂表面停留时间相同。
[0010] 本实用新型是通过以下技术方案加以实现的：
[0011] 本实用新型一种催化蒸馏塔盘，包括底面、条形气体通道和导液板；底面上开口至 少2个并列均匀排布的条形气体通道，气体通道上方设置有导液板；气体通道的宽度小于 相邻的两通道之间的距离，通道的长度依赖于塔盘直径的大小，保持其两端距塔盘内侧壁 的距离为5?100mm ;气体通道外侧的网孔塔盘底面上放置固体催化剂颗粒，构成催化剂床 层，其高度小于气体通道侧壁的高度；导液板的垂直映射尺寸大于相应气体通道的开口尺 寸，使上方落下的液体完全进入塔盘内的催化剂床层；导液板的形状为人字形筛板或呈倒 立碟形剖面的无孔条形板；导液板与气体通道上边沿搭接或用导液板支架支撑在气体通道 上。
[0012] 所述的网孔结构底面为不锈钢丝网或者纤维编织布或者高分子编织材料。
[0013] 所述的气体通道的开口总截面积为催化蒸馏塔盘面积的10?40%，气体通道的侧 壁高度为20?300mm。优选的气体通道（3)，通道宽度为5?30mm，侧壁高度为50?150mm， 总开口截面积为催化蒸馏塔盘面积的15?25%。
[0014] 所述的人字形筛板（6)，筛板孔径1?15mm，开孔率10?60%，人字形筛板顶端夹 角10?90度，筛板与气体通道上边沿的接触缝隙为0?20mm。优选的人字形筛孔导液板 (6)的筛板孔径为2?6mm，开孔率30?60%，筛板顶端夹角30?80度，与气体通道上边沿 的接触缝隙优选为〇?1〇_。筛板与气体通道上边沿可以搭接或用导液板支架支撑在气体 通道上。
[0015] 所述的倒立碟形剖面的无孔条形板（9)，高度2?100mm，与气体通道上边沿的夹 缝高度为5?50mm ;倒立碟形剖面的无孔条形板（9)由导液板支架支撑在气体通道。优选 的倒立碟形剖面的无孔条形板（9)，高度5?20mm。
[0016] 所述的催化剂床层（5)的空隙率为10?70%，催化剂装填高度优选为20?150mm。
[0017] 所述的催化蒸馏塔盘在催化蒸馏塔内的分布形式为，上下两个塔盘的气体通道在 水平方向互成夹角，其中小夹角的角度范围10?90度，优选的角度范围45?80度，每两个 塔盘之间设置有塔填料（10)，填料的装填高度为50?1000mm。优选填料装填高度为100? 300mm〇
[0018] 本实用新型的优点是：气体通道上方设置的导液板结构使反应物液体完全被定向 导流进入催化剂床层，不会出现反应物分流问题，反应物分子与催化剂接触时间均匀一致， 并且可依靠自上而下的液体流动功将生成物及时推出催化剂床层，解决了现有催化蒸馏技 术中液体反应物在进入催化剂床层时发生分流或短路而导致部分反应物与催化剂接触时 间不足的问题；采用本实用新型的催化蒸馏塔盘可以达到通过调节回流比精确控制反应物 及催化剂接触停留时间的目的；并且阻力小，催化剂床层压降低，还具有分布器的作用，可 省去分布器。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图Ι-a具有人字形筛孔导液板的催化蒸馏塔盘；
[0020] 图Ι-b图Ι-a塔盘A-A剖面图；
[0021] 图2人字形筛孔导液板与气体通道结构；
[0022] 图3倒立碟形剖面的无孔条形板的导液板与气体通道结构；
[0023] 图4_a具有倒立碟形剖面的无孔条形板的导液板的催化蒸馏塔盘；
[0024] 图4_b图4_a塔盘B-B剖面图；
[0025] 图5具有人字形筛板导液板的催化蒸馏塔盘和塔填料在塔内的排列方式；
[0026] 图6具有倒立碟形剖面的无孔条形板的导液板的催化蒸馏塔盘和塔填料在塔内 的排列方式。
[0027] 其中：1_催化蒸馏塔盘、2-底面、3-气体通道、4-导液板支架、5-催化剂颗粒、 6_人字形筛板导液板、7-塔盘固定架、8-塔壁、9-倒立碟形剖面的无孔条形板的导液板、 10-塔填料。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和通过具体实施例对本实用新型做进一步说明，但是并不限制本实 用新型的保护范围。
[0029] 本实用新型涉及一种催化蒸馏塔盘，如图1?图6所示：
[0030] 塔盘（1)是由一个具有网孔结构的底面（2 )和该底面上开口的至少2个并列均匀 分布的条形气体通道（3)及通道上方的导液板构成，所述的网孔结构底面可选择不锈钢丝 网或者纤维编织布或者高分子编织材料，所述的气体通道的宽度小于相邻的两通道之间的 距离，通道的长度依赖于塔盘直径的大小，保持其两端距塔盘内侧壁的距离为5?100mm， 气体通道的开口总截面积为催化蒸馏塔盘面积的10?40%，气体通道的侧壁高度为20? 300mm，气体通道外侧的网孔塔盘底面上放置具有催化性能的固体颗粒，构成催化剂床层 (5)，其高度小于气体通道侧壁的高度，所述的导液板的垂直映射尺寸大于相应气体通道的 开口尺寸，以保证从其上方落下的液体完全进入所述的塔盘内的催化剂床层；导液板与气 体通道上边沿搭接或用导液板支架支撑在气体通道上。所述的塔盘的外沿侧壁与气体通道 高度相同，塔盘通过固定架（7)固定在催化蒸馏塔壁（8)上。
[0031] 一种导液板的结构为人字形筛板（6)，采用导液板支架（4)支撑在气体通道上，筛 板孔径1?15mm，开孔率10?60%，人字形筛板顶端夹角10?90度，筛板与气体通道上边 沿的接触缝隙为〇?20mm，优选筛板孔径为2?6mm，开孔率30?60%，筛板顶端夹角30? 80度，与气体通道上边沿的接触缝隙优选为0?l〇mm。
[0032] 另一种导液板的结构为呈倒立碟形剖面的无孔条形板（9)，高度2?100mm，优选 高度5?20mm，与气体通道上边沿的夹缝高度为5?50mm。导液板与气体通道上边沿用导 液板支架（4)支撑在气体通道上。
[0033] 所述的气体通道（3)，优选宽度为5?30mm，侧壁高度为50?150mm，总开口截面 积为催化蒸馏塔盘面积的15?25%。
[0034] 所述的催化剂床层（5)的空隙率为10?70%，优选装填高度为20?150mm。
[0035] 实施例1
[0036] 催化蒸馏塔盘直径为200_，底面为用10目不锈钢网支撑的纤维织布，设置5个 气体通道，气体通道宽8mm，高70mm，通道开口占塔盘面积19. 3%，通道上的导液板采用人字 形筛板，导液板与气体通道上边沿的接触无缝隙，结构如图Ι-a和图Ι-b所示，筛板顶端夹 角为50度，筛板孔径2mm，开孔率36%，将所述的塔盘同700y填料上下交替固定在直径为 200mm的催化蒸馈塔反应段塔节内，每节填料高度为100mm，如图5所示，反应区共装7个所 述的催化蒸馏塔盘，每个塔盘装填D006磺酸树脂催化剂的高度为60mm，以合成甲基叔丁基 醚为物系实施催化蒸馏，将甲醇与含有40wt%异丁烯的正丁烯与异丁烯的混合物以甲醇： 异丁烯：正丁烯摩尔比1. 1:1:2的比例和2000g/h的速度加入管式预反应器，预反应器出 口混合物接近反应平衡组成，再继续进入上述的催化蒸馏塔提馏段上部的进料口，塔的操 作压力〇. 7MPa，回流比3,于塔顶54. 5°C下采出甲醇和C4烯烃的共沸物，于塔釜130°C下采 出MTBE，异丁烯转化率为99%。
[0037] 实施例2
[0038] 催化蒸馏塔盘直径为600mm，底面为60目不锈钢网，设置7个气体通道，气体通 道宽20mm，高150mm，通道开口占塔盘面积27. 5%，通道上的导液板采用倒立碟形剖面的无 孔条形板，导液板高出气体通道上边沿l〇mm，结构如图4-a和图4-b所示，将所述的塔盘 同700y填料上下交替固定在直径为600mm的催化蒸馏塔反应段塔节内，每节填料高度为 150mm，如图6所示，反应区共装5个所述的催化蒸馏塔盘，每个塔盘装填D006磺酸树脂催 化剂的高度为1 l〇mm，以甲醇与异戊烯反应为物系实施催化蒸馏，将甲醇与含有20wt%异戊 烯的异戊烯与异戊烷的混合物以甲醇：异戊烯：异戊烷摩尔比2. 2:1:4的比例和15000g/ h的速度加入管式预反应器，预反应器出口混合物接近反应平衡组成，再将其引入催化蒸馏 塔提馏段上部的进料口，塔的操作压力〇. 3MPa，回流比2,于塔顶55. 6°C下采出甲醇和C5烃 的共沸物，于塔釜96. 8°C下采出TAME，异戊烯转化率为93%。
[0039] 本实用新型提出的一种催化蒸馏塔盘，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技 术人员明显能在不脱离本实用新型内容、精神和范围内对本文所述的催化蒸馏塔盘来实现 本实用新型技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是 显而易见的，他们都被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中。
【权利要求】
1. 一种催化蒸馏塔盘，其特征在于：包括底面、条形气体通道和导液板；底面上开口至 少2个并列均匀排布的条形气体通道，气体通道上方设置有导液板；气体通道的宽度小于 相邻的两通道之间的距离，通道的长度依赖于塔盘直径的大小，保持其两端距塔盘内侧壁 的距离为5?100mm ;气体通道外侧的网孔塔盘底面上放置固体催化剂颗粒，构成催化剂床 层，其高度小于气体通道侧壁的高度；导液板的垂直映射尺寸大于相应气体通道的开口尺 寸，使上方落下的液体完全进入塔盘内的催化剂床层，导液板的形状为人字形筛板或呈倒 立碟形剖面的无孔条形板；导液板与气体通道上边沿搭接或用导液板支架支撑在气体通道 上。
2. 如权利要求1所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的网孔结构底面为不锈钢丝网或 者纤维编织布或者高分子编织材料。
3. 如权利要求1所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的气体通道的开口总截面积为催 化蒸馏塔盘面积的10?40%，气体通道的侧壁高度为20?300mm。
4. 如权利要求1所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的气体通道，通道宽度为5? 30mm，侧壁高度为50?150mm，总开口截面积为催化蒸馏塔盘面积的15?25%。
5. 如权利要求1所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的人字形筛板，筛板孔径1? 15mm，开孔率10?60%，人字形筛板顶端夹角10?90度，筛板与气体通道上边沿的接触缝 隙为0?20mm，筛板与气体通道上边沿可以搭接或用导液板支架支撑在气体通道上。
6. 如权利要求5所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的人字形筛孔导液板的筛板孔径 为2?6mm，开孔率30?60%，筛板顶端夹角30?80度，与气体通道上边沿的接触缝隙优 选为〇?1 〇mm η
7. 如权利要求1所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的倒立碟形剖面的无孔条形板， 高度2?100mm，与气体通道上边沿的夹缝高度为5?50mm ;倒立碟形剖面的无孔条形板由 导液板支架支撑在气体通道。
8. 如权利要求7所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的倒立碟形剖面的无孔条形板， 高度5?20臟。
9. 如权利要求1所述的催化蒸馏塔盘，其特征是所述的催化剂床层的空隙率为10? 70%，催化剂装填高度为20?150mm。
10. 如权利要求1所述的催化蒸馏塔盘在催化蒸馏塔内的分布形式为，上下两个塔盘 的气体通道在水平方向互成夹角，其中小夹角的角度范围10?90度，每两个塔盘之间设置 有塔填料，填料的装填高度为50?1000mm。
【文档编号】B01J8/04GK203886215SQ201420166815
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】李永红, 李鑫钢 申请人:天津大学