醚化催化精馏模块的制作方法

本专利申请涉及化学反应装置，尤其涉及的是化工催化精馏反应的催化精馏填料构件。
背景技术：
：催化精馏有机的耦合了催化反应和精馏作业，在催化精馏塔内的反应段进行催化反应，同时实施精馏分离，将生成物与反应物分离，推动平衡反应向右移动，取得良好的转化率、选择性和产品纯度，并达到降低能耗的技术目的。催化精馏技术广泛应用于醚化、异构化、选择性加氢、烷基化等化工制造领域。催化精馏的技术核心是催化精馏模块构造，现有技术在此方面也开展了多方面研究工作。美国专利us4443559提出将催化剂颗粒装入用玻璃纤维缝制的小口袋里，用有一定开口空间的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层不锈钢丝网和一层装有催化剂的小口袋的捆束型圆柱体催化精馏构件。该结构的优点是催化剂分布均匀、气液固接触性好，已成功应用于合成mtbe的催化精馏的工业生产中。但是，本方案的技术局限是只适应于空隙率较一般的小型填料塔，二是整个催化精馏塔制造复杂、技术要求高，三是填料装卸麻烦，安装时圆柱体之间存在较大空隙，影响了气液分布，降低了催化精馏的效果。现有的另一种结构方式是将催化精馏塔反应段分成若干个催化剂层，每个床层上下催化精馏模块构件交互垂直，上下相邻构件间的床层空间留作气相通道，使上行的气体穿过床层和分离塔盘；每一催化精馏模块构件为两片波纹板间平行夹持催化剂包体的类“三明治”连续排列结构。此类催化精馏构件的优点是催化剂装卸方便、反应物料与催化剂能直接接触，减少扩散对反应速率的影响。但其也存在很多技术问题是气液两相分别穿过反应段中各自的通道，不易发生气液两相间的传质，如应用于精馏、吸收及萃取等单元时，气体通过波纹通道折流向上，液体沿填料片表面向下流动形成液膜，大部分沿波谷表面向下流动，波谷位液膜较厚而波峰却处于赤裸状态，使塔内液体分布不均；另外，波谷处液膜形成后，塔内液相通道将长时间处于基本不变的状态，不利于气液间传质，影响塔的分离效果。所以，该现有技术不适宜于气、液均是反应物料的气-液-固三相体系中使用。技术实现要素：本发明申请的发明目的在于提供一种醚化催化精馏模块，以改善气、液两相流体动态分布结构、提高气流通量、气液两相间的传质能力、催化效率、改善分离效果。本专利申请提供的醚化催化精馏模块技术方案，其主要技术内容是：一种醚化催化精馏模块，由催化剂层与不锈钢波纹板组交错排列构成，所述的催化剂层的组成包括催化剂颗粒、填料片和不锈钢丝网，其中的填料片为至少两道并列的不锈钢波纹板，催化剂颗粒填装于不锈钢波纹板的间隙空间，再由不锈钢丝网包裹构成；所述的不锈钢波纹板，于波峰、波谷处制有若干导流窗，所述的导流窗是波纹棱上横向切口的一侧波纹棱段向内压入，于侧向投影形成三角形缺口，所述切口因压入展开成为导流窗口。上述方案的优选技术手段之一是，所述的催化剂层的填料片为2-3层不锈钢波纹板。上述方案的优选技术手段之一是，所述的催化剂层的不锈钢丝网包括内、外两层网，且内层网的网孔孔径小于外层网网孔孔径。上述技术方案的优选技术手段之一是，催化单元的不锈钢波纹板组中的不锈钢波纹板为2-3层，催化单元的不锈钢波纹板组和催化剂层内的不锈钢波纹板填料片，相邻片间的波纹槽夹角为30-45º。本专利申请公开的醚化催化精馏模块技术方案，在不锈钢波纹板流通量大、压降低、分离效率较高技术优点的基础上，在其波峰、波谷上分布增设若干导流窗，如图5所示，液相5向下流经这些导流窗时，不断的由不锈钢波纹板一侧面引导至其相对的背侧面，有效的促进液相5表面更新和径向分布均匀度，同时大幅度增加了液相5与气相6接触，气液传质得到进一步提高；催化作用增强、催化反应效率明显提高、催化剂使用寿命长；本技术方案的应用，使反应段床层温度易控，能够有效的避免飞温；操作弹性更大，操作负荷由现有的60～120%拓宽至50～150％；反应总能耗较低；此外，本技术方案还具有装卸方便、填装结构易于灵活改变、催化作用稳定、催化剂磨损小、不漏剂、易于工业应用，也方便根据不同的催化精馏过程控制催化剂用量。附图说明图1为本专利申请的主视结构图。图2为其中的不锈钢波纹板的立体结构图。图3为不锈钢波纹板的侧向投影图。图4为本专利申请的其中一催化单元的立体结构图。图5为导流窗的工作原理图。具体实施方式如图1、3所示的具体实施例，本专利申请的醚化催化精馏模块由由催化剂层3和不锈钢波纹板组2交错排列构成，即形成催化剂层3被两不锈钢波纹板组2夹持，所述的每不锈钢波纹板组2的不锈钢波纹板数量为2-3片。所述的催化剂层3的组成包括催化剂颗粒、填料片和不锈钢丝网，其中的填料片为同样的不锈钢波纹板，至少两道并列组成，催化剂颗粒填装于不锈钢波纹板的间隙空间中，再由不锈钢丝网包裹构成。作为催化剂层3填料片的不锈钢波纹板为2-3片。所述的催化剂颗粒为强酸型树脂醚化催化剂。具体的可以为由丹东明珠特种树脂有限公司开发生产的d005－ⅱs或d005－ⅱ型催化剂，具体的是叔戊烯醚化或轻汽油醚化最好选用耐温性能更好的d005－ⅱs，碳四醚化选用d005－ⅱ。所述不锈钢丝网包括内层网和外层网，内层网的网孔孔径小于外层网网孔孔径。本实施例采用120目的内层网和80目的外层网。以上所述的不锈钢波纹板，其结构如图2所示，如图方向，于波峰20、波谷21制有若干导流窗4，所述的导流窗4的形成是：在波纹棱上横向切有一切口40，切口40一侧的波纹棱段向内压入，于侧投影方向呈现三角形缺口，切口展开为导流窗口41。所述的切口40高度h与波纹槽高度h之比为3：（7-10）。不锈钢波纹板组和催化剂层内的不锈钢波纹板，相邻片之间的波纹槽夹角a最好为30-45º，该夹角的角平分线与塔体塔中线平行。实施例1本申请的醚化催化精馏模块应用于碳四催化精馏制甲基叔丁基的催化精馏塔制备装置内。所用的催化精馏塔直径2400mm，其中精馏段19块塔板；催化精馏塔内装填10段反应段，每段反应段装填1600mm高醚化催化精馏模块，醚化催化精馏模块之间安装液体再分布器；反应段下是提馏段，共39块塔板；本醚化催化精馏模块中所用的催化剂为丹东明珠特种树脂有限公司的d005-ii树脂催化剂。对比例1按美国专利us4443559结构，将相同的催化剂装入玻璃纤维缝制的小口袋里，用不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层不锈钢丝网、一层装有催化剂的小口袋的捆束型圆柱体催化精馏构件。反应条件相同，得到以下对比数据：实施例2本专利申请的醚化催化精馏模块应用于异戊烯生产甲基叔戊基醚的催化精馏塔工业装置，催化精馏塔装置直径2400mm，其中精馏段19块塔板；催化精馏塔中装填10段反应段，每段反应段装填1600mm高的醚化催化精馏模块，醚化催化精馏模块之间安装液体再分布器；反应段下是提馏段共39块塔板；醚化催化精馏模块中所用的催化剂为丹东明珠特种树脂有限公司的d005-iis树脂催化剂。对比例2按美国专利us4443559结构，将相同的催化剂装入玻璃纤维缝制的小口袋里，用不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层不锈钢丝网、一层装有催化剂的小口袋的捆束型圆柱体催化精馏构件。反应条件相同，得到以下对比数据：实施例3本专利申请的醚化催化精馏模块应用于轻汽油醚化催化精馏塔工业装置。催化精馏塔装置直径2400mm，其中精馏段19块塔板；催化精馏塔内装填10段反应段，每段反应段装填1600mm高的醚化催化精馏模块，醚化催化精馏模块之间安装液体再分布器；反应段下是提馏段共39块塔板；醚化催化精馏模块中所用的催化剂采用丹东明珠特种树脂有限公司的d005-iis树脂催化剂。对比例3按美国专利us4443559结构，将相同的催化剂装入玻璃纤维缝制的小口袋里，用不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层不锈钢丝网、一层装有催化剂的小口袋的捆束型圆柱体催化精馏构件。反应条件相同，得到以下对比数据：名称实施例3对比例3异戊烯转化率，%96.888.7碳六叔戊烯转化率，%43.733.9当前第1页12