一种具有交替流动结构的醚化反应催化精馏填料的制作方法

本实用新型涉及填料的技术领域，特别是指一种具有交替流动结构的醚化反应催化精馏填料。

背景技术：

碳四、碳五和轻汽油的醚化反应是主要通过催化裂化轻汽油中的烯烃(主要活性烯烃包括异戊烯、异己烯等)和甲醇反应生成醚(高辛烷值汽油组分)，生产低烯烃含量、高辛烷值车用汽油。该醚化反应的主要特点是同时有轻油和重油生成，因此，其在反应的同时需要进行轻油和重油的分离，即该醚化反应是反应和分离同时进行的。

在这种既有催化反应又有产物分离的醚化反应过程中催化精馏塔内填料必须同时具备催化功能和气液传质功能，原料在催化精馏塔内经催化反应后的生成物被分离，推动反应继续进行。催化精馏塔的填料结构直接影响了该醚化反应过程的效率，这就要求填料在保证塔内气液相充分混合接触的同时，使反应物与催化剂的接触时间区间范围大且可控。碳四、碳五和轻汽油的醚化反应在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，怎样促进塔内气液传质、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研究高效催化精馏填料的重要因素。

为了强化催化精馏的反应过程，现有技术中出现了一些催化精馏装置。美国专利US3634534中将催化剂装填在板式塔降液管处，催化剂的多少将决定反应物与催化剂的平均接触时间，这种方法的缺点是降液管数多，检修不便，由于采用长的截面积较小的圆形降液管，降液管内液体不易更新，从而影响反应。美国专利US4242530公开了一种催化精馏结构，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，这种装填方式最大的缺点是压降过大。中国专利CN1042664A公开了一种催化精馏装置，将催化剂以散装形式直接填于反应段的催化剂床层中，该发明的主要缺点是催化剂易磨损，同时由于气流回流比大使得转化率会有所降低。中国专利CN101380562A公开了一种开窗导流式规整填料片及填料，该填料具有高分离效果、低压降的优点，然而当波纹方向倾角较大时，在填料片上的径向混合占优势，而横向混合相对削弱，导致压降较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种具有交替流动结构的醚化反应催化精馏填料，解决了现有技术中催化精馏填料结构不合理而导致精馏塔内传质速度慢、反应效率低和分离效果差的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：包括填料块，所述填料块的外部设有紧固带，所述紧固带的外部设有防壁流圈，所述填料块包括交错排列的第一填料和第二填料；所述第一填料包括丝网，所述丝网的内部设有第一填料片，所述第一填料片的表面上填充有催化剂颗粒，所述第二填料为规整填料片；所述防壁流圈包括圈体，所述圈体的顶部设有第一外翻边，所述圈体的中部设有间隔设置的凸出孔，所述圈体的底部设有第二外翻边，所述第一外翻边和所述第二外翻边的倾斜方向一致。

作为一种优选的实施方案，所述第一填料的高度与所述第二填料的高度相等，所述第一填料的厚度与所述第二填料的厚度不相等，所述第一填料和所述第二填料沿着所述填料块的中心线呈对称排列，所述第一填料的厚度沿着垂直于所述填料块中心线的方向呈递增设置。

作为一种优选的实施方案，所述丝网的一侧设有母扣，所述丝网的另一侧设有与所述母扣相适配的子扣。

作为一种优选的实施方案，所述第一填料片为开窗导流填料片或者板波纹填料片，所述规整填料片为开窗导流填料片、板波纹填料片、丝网波纹填料片、孔板波纹填料片、压延孔板波纹填料片或蜂窝填料片中的任意一种。

作为一种优选的实施方案，所述紧固带为金属丝，所述金属丝呈螺旋式缠绕设置在所述填料块的外部。

作为一种优选的实施方案，所述金属丝为两条，两条所述金属丝对称设置在所述填料块的外部。

作为一种优选的实施方案，所述防壁流圈与所述金属丝焊接连接。

作为一种优选的实施方案，所述第一外翻边的倾斜角度为5-10度。

作为一种优选的实施方案，所述第二外翻边的横截面呈三角型设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型在第一填料片上填充有催化剂颗粒并采用丝网对其进行包裹组成第一填料，第一填料和由规整填料片组成的第二填料交错排列并组成填料块，填料块的外部采用紧固带固定加紧，紧固带的外部通过防壁流圈限制气液沿塔壁流动；本实用新型结构简单，设计合理，这种结构的精馏填料使醚化反应中气相和液相在第一填料与第二填料之间交替流动，大大减少了催化剂的用量，加快了醚化反应的气液传质速度，优化了醚化反应过程，优化了催化剂的用量，提高了醚化反应效率，使反应过程更经济，醚化反应过程中的反应物与生成物不断被分离至塔顶和塔底，推动反应继续进行，提高了反应后的分离效果，特别适用于碳四、碳五和轻汽油等和甲醇发生的醚化反应，优化和强化了该类醚化反应塔的塔内反应过程，在碳四、碳五和轻汽油的醚化反应中具有突出效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例的俯视结构示意图；

图2为图1的侧视剖面结构示意图；

图3为图1中防壁流圈的平面展开结构示意图；

图4为图3中A-A向的剖视结构示意图；

图中：1-紧固带；2-规整填料片；3-丝网；4-催化剂颗粒；5-第一填料片；6-第一填料；7-第二填料；8-防壁流圈；81-圈体；82-第一外翻边；83-凸出孔； 84-第二外翻边；85-轴向切割缝。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅附图1、附图2、附图3和附图4，本实用新型包括填料块，填料块的外部设有紧固带1，紧固带1的外部设有防壁流圈8，填料块包括交错排列的第一填料6和第二填料7；第一填料6包括丝网3，丝网3的内部设有第一填料片 5，第一填料片5的表面上填充有催化剂颗粒4，第二填料7为规整填料片2。本实用新型在第一填料片5上填充有催化剂颗粒4并采用丝网3对其进行包裹组成第一填料6，催化剂颗粒4夹在第一填料片5之间，并附着在第一填料片5 的表面上，另外，丝网3网眼的直径略小于催化剂颗粒4的直径，既能防止催化剂4的外漏，也能起到良好的液体润湿作用；第一填料6和由规整填料片2 组成的第二填料7交错排列并组成填料块，填料块的外部采用紧固带1固定加紧，以保持其整体的结构形状，紧固带1的外部通过防壁流圈8限制气液沿塔壁流动。

本实用新型中，第一填料6的高度与第二填料7的高度相等，第一填料6 的厚度与第二填料7的厚度不相等，第一填料6和第二填料7沿着填料块的中心线呈对称排列，第一填料6的厚度沿着垂直于填料块中心线的方向呈递增设置。参阅附图1和附图2，本实施例中，填料块呈圆柱型设置，填料块以其直径为对称轴呈对称分布；第一填料6的厚度先增加后保持一致，第二填料7的厚度一致保持不变，第一填料6厚度的变化，可以改变催化剂的用量，根据醚化反应的对催化剂的实际需求情况改变第一填料6的厚度，以适应不同醚化反应的要求。本实用新型中，第一填料片5为开窗导流填料片或者板波纹填料片中的任意一种，规整填料片2为开窗导流填料片、板波纹填料片、丝网波纹填料片、孔板波纹填料片、压延孔板波纹填料片或蜂窝填料片中的任意一种。一般情况下，第一填料6中第一填料片5的个数为3-5片，第一填料片5与第一填料片5之间填充催化剂颗粒4，根据实际需要酌情填充；第二填料7也有若干片规整填料片2组成，第二填料7的厚度通过增减规整填料片2的片数来实现。

参阅附图2，本实施例中，紧固带1为金属丝，金属丝呈螺旋式缠绕设置在填料块的外部。这种螺旋式缠绕的金属丝可以对第一填料6和第二填料7进行紧密固定，使其结构稳固。金属丝为两条，两条金属丝对称设置在填料块的外部。金属丝在填料块的底部和顶部均形成一个固定环，其中部螺旋式缠绕在填料块的外部，这种设置的金属丝，其自身固定牢固，同时，其对填料块的紧固牢固，进一步增强了该精馏填料的结构稳定性。防壁流圈8与金属丝焊接连接，防壁流圈8通过点焊与填料块的外部的金属丝固定连接。

参阅附图3和附图4，防壁流圈8包括圈体81，圈体81的顶部设有第一外翻边82，圈体81的中部设有间隔设置的凸出孔83，圈体81的底部设有第二外翻边84，第一外翻边82和第二外翻边84的倾斜方向一致。圈体81的上部自上而下均匀开设有多个一定长度的轴向切割缝85，由这些轴向切割缝85切割开的部分向外折预设角度形成第一外翻边82，第一外翻边82组成上部防壁流结构，第一外翻边82的设置有效限制精馏填料顶部的流体沿塔壁流动；同时，圈体81 的底部先外翻再折回形成第二外翻边84，第二外翻边84的设置有效限制精馏填料底部的流体沿塔壁流动；另外，圈体81的中部还设有间隔设置的凸出孔83，这种间隔设置的凸出孔83形成一种硌窝结构，以增加其强度；这里第一外翻边 82、凸出孔83和第二外翻边84在圈体81表面凸出的最大高度保持一致。通常情况下，第一外翻边82的倾斜角度为5-10度。第二外翻边84的横截面呈三角型设置。圈体81的左右两端经过焊接连接形成一种环形结构从而固定在填料块的外部。

另外，丝网3的一侧设有母扣，丝网3的另一侧设有与母扣相适配的子扣。丝网3目数一般小于400目，丝网3为金属、非金属或合成材料制备而成，丝网3通常为长方体设置，其内部包裹第一填料片5和催化剂4之后，将其两侧通过母扣和子扣的适配进行固定连接，从而形成具有稳定结构的第一填料6，第一填料6呈长方体型设置。每个填料块中第一填料片5和规整填料片2的总数为5-100片；当醚化反应塔的直径超过800mm时，即精馏填料的直径超过800mm 时，填料块、金属丝3和防壁流圈8可以分块安装，分块尺寸可由塔径大小自行调整，同样，外层防壁流圈8也可以分块，再固定连接，即直接在塔内进行现场组装该精馏填料；当然，当醚化反应塔的直径较小时，该精馏填料是直接组装完毕之后再放入醚化反应塔的。当醚化反应塔内需要放置多层或多块填料时，上下层的填料块旋转15°至90°角度放置。为了保证整个精馏填料的稳定性，使其不受气流和液流的冲击作用而移动，醚化反应塔的内部根据塔高适当增加支撑圈起稳定作用。

将本实用新型的精馏填料应用于轻汽油醚化工艺中，以轻汽油和甲醇为原料生产醚化轻汽油(甲基叔戊基醚和甲基叔己基醚)为例，第一填料片5采用开窗导流填料，每块填料块内开窗导流填料片各12片，共24片开窗导流填料片，每一个第一填料6与第二填料7内有2片开窗导流填料片，丝网3采用不锈钢材质，目数为35目，醚化反应塔的踏径为DN600，填料块为上下两层，上下层填料块的旋转角度为90°。实验结果表明：使用本实用新型的催化精馏填料与使用普通捆包型催化剂相比，单位体积的树脂催化剂装填量提高10％，床层压降减小50-60％，原料中的活性异戊烯的醚化转化率提高2个百分点，醚化轻汽油产品中的副产物叔戊醇含量降低10％。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型在第一填料片5 上填充有催化剂颗粒4并采用丝网3对其进行包裹组成第一填料6，第一填料6 和由规整填料片2组成的第二填料7交错排列并组成填料块，填料块的外部采用紧固带1固定加紧，紧固带1的外部通过防壁流圈8限制气液沿塔壁流动；本实用新型结构简单，设计合理，这种结构的精馏填料使醚化反应中气相和液相在第一填料6与第二填料7之间交替流动，大大减少了催化剂的用量，加快了醚化反应的气液传质速度，优化了醚化反应过程，优化了催化剂的用量，提高了醚化反应效率，使反应过程更经济，醚化反应过程中的反应物与生成物不断被分离至塔顶和塔底，推动反应继续进行，提高了反应后的分离效果，特别适用于碳四、碳五和轻汽油等和甲醇发生的醚化反应，优化和强化了该类醚化反应塔的塔内反应过程，在碳四、碳五和轻汽油的醚化反应中具有突出效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。