一种顺酐酯化催化精馏模块的制作方法

1.本发明涉及化学工程和催化精馏反应技术领域，具体的说涉及一种顺酐酯化催化精馏模块。


背景技术：

2.催化精馏是将固体催化剂以适当形式装填于精馏塔内，使催化反应和精馏分离在同一个塔中连续进行，是借助分离与反应的耦合来强化反应与分离的一种工艺。由于催化剂固定在精馏塔中，所以它起到了催化和促进气液热质传递的作用。与传统反应和分离单独进行的过程相比，催化精馏技术具有反应物料转化率高、产物选择性好、产品纯度高、能耗低、操作简单、投资少等优点。催化精馏技术首先在甲基叔丁基醚的工业生产中应用成功，并已应用于许多领域。
3.由于催化精馏过程中，催化剂起到催化和促进气液热质传递的作用，所以不仅要求催化剂结构有较高的催化效率，同时又要有较好的分离效果。用于催化精馏的催化剂主要是离子交换树脂，催化剂必须采取特殊的装填方式，满足反应和精馏的基本要求。一般的按照催化剂装填方式分为两类，即固定床式和规整填料式，这两类装填方式中均有成功的应用实例。
4.规整填料型催化剂装填方式更适宜于精馏操作，气液接触好，塔内不需要特殊构件，催化剂利用率高。但这种装填方式中的催化剂更换困难，需要停车后人工进塔更换。具体的是将粒状催化剂置于多孔容器中形成催化剂构件，多孔容器可以是尼龙丝等编织物，也可以是铝、不锈钢等材料的丝网。这种催化剂构件又必须和弹性构件相连形成催化精馏元件，并具有较大的开孔空间。这种放置方式应用较广，但因催化剂置于多孔容器中，扩散对反应有一定的影响，且构件复杂。还一种方式是催化剂放入降液管中。一种方法为催化剂捆束放于常规降液管中，该法可能影响液相通道，使降液管里液体不能顺畅流下。另一种方法是塔板上均匀分布着许多圆形下端封死的多孔降液管，催化剂放入各个降液管中。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，影响反应。
5.因此，提供一种顺酐酯化转化率高，选择性差处理能力强的顺酐酯化催化精馏模块事本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种顺酐酯化催化精馏模块。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种顺酐酯化催化精馏模块，包括不锈钢单元箱体和若干个催化单元；
9.其中，若干个所述催化单元规则排列于所述不锈钢单元箱体中。
10.所述催化单元包括不锈钢刺孔板和不锈钢丝网，所述不锈钢丝网包裹在所述不锈钢刺孔板的外表面。
11.进一步，所述不锈钢刺孔板至少设有两个，且任意两个所述不锈钢刺孔板相互平行。
12.更进一步，相邻两个所述不锈钢刺孔板之间装有催化剂。
13.更进一步，所述催化剂为大孔阳离子交换树脂。
14.进一步，所述催化剂的装填量占顺酐酯化催化精馏模块总体积的20-40％；
15.优选的，所述催化剂的装填量占顺酐酯化催化精馏模块总体积的20-30％；
16.采用上述技术方案的有益效果在于：在达到同样的技术效果的条件下，上述方案不仅具有优良的技术效果，而且具有节省催化剂用量的技术优点。
17.进一步，所述不锈钢刺孔板上设有若干条波纹；
18.所述波纹与所述不锈钢刺孔板的任意一条边呈45-60
°
角。
19.采用上述技术方案的有益效果在于：在不锈钢波纹刺孔板分离效率较高技术优点的基础上，通过调整波纹槽的夹角适当增加反应压降，提高反应段压降，适当提高反应温度，提升反应转化率。同时较大的波纹槽夹角还能提升液体在催化剂上的停留时间，提升物料的在催化剂上的接触时间，提升转化率。同时物料还能不断的从波纹板刺孔处导流流出，在刺孔处形成液膜，向上流通的气相在刺孔液膜处进行气液交换，不断将反应产物从产物中分离出来未反应的轻物料甲醇被气相带走在更低的原料浓度处进行反应，打破反应平衡，在甲醇不断向上的过程中将顺酐完全反应，并且实现原料和产物的分离。应为反应是放热反应，并且反应在泡点温度下进行，反应热可以转化为汽化能量，使反应总能耗降低。
20.更进一步，所述不锈钢刺孔板上的刺孔位于所述波纹的波峰或波谷处。
21.更进一步，所述不锈钢板刺孔板的开孔率为10-25％。
22.进一步，所述不锈钢丝网的孔径为80-120目。
23.进一步，所述不锈钢单元箱体上设有与不锈钢刺孔板相同的波纹。
24.本发明的有益效果在于：本发明提供了一种催化精馏塔新组件。本发明的顺酐酯化催化精馏模块克服了现有技术中催化顺酐酯化转化率低，选择性差处理能力低的问题，可以使用小颗粒的催化剂，可以提供足够的气液接触面积，有利于气相中反应介质向液相中的转移，同时它具有很强的分离功能，促使反应平衡向生成目的产物的方向移动，由于产物的不断分离，使平衡移动，增大过程的转化率。同时还由于此反应是放热反应，通过特殊结构的催化精馏模块可提供组分汽化所需的热量，减少整个系统的供热。另外其既能使反应床层具有很大的空隙率，又能使催化剂均匀的分布在整个反应段中，此外其还具有装卸方便、灵活、操作稳定、催化剂磨损小、易于工业应用以及根据不同的催化精馏过程易于控制催化剂的用量等优点。
25.本发明的顺酐酯化催化精馏模块，填装于催化精馏塔，其更加符合塔内流体分布及力学特性，具有持液量大、压降符合特定反应要求，具有足够的气液接触面积，有利于气相反应介质向液体转移，具有良好的液体收集和气体分离效果、传质特性优良，催化反应转化效率高、产品纯度高的技术优点；由于反应效率高，更易于确定催化剂用量，控制催化剂有效的填装量。本技术方案还具有模块结构简单、不易泄漏，塔内安装简便、易于规模工业化应用。
附图说明
26.图1为本发明提供的顺酐酯化催化精馏模块立体图；
27.图2为本发明提供的不锈钢刺孔板结构示意图；
28.图3为本发明提供的催化单元结构示意图；
29.附图中，各标号所代表的结构列表如下：1-不锈钢单元箱体、2-催化单元、11-箱体波纹、21-不锈钢刺孔板、22-不锈钢丝网、211-不锈钢刺孔板波纹。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例
32.一种顺酐酯化催化精馏模块，包括不锈钢单元箱体1和若干个催化单元2；
33.其中，若干个催化单元2规则排列于不锈钢单元箱体1中。
34.催化单元2包括不锈钢刺孔板21和不锈钢丝网22，不锈钢丝网22包裹在不锈钢刺孔板21的外表面。
35.在一个实施例中，不锈钢刺孔板21至少设有两个，且任意两个不锈钢刺孔板21相互平行。
36.在另一个实施例中，相邻两个不锈钢刺孔板21之间装有催化剂。
37.在一个实施例中，催化剂为大孔阳离子交换树脂。
38.在另一个实施例中，催化剂的装填量占顺酐酯化催化精馏模块总体积的20-40％
39.在一个实施例中，不锈钢刺孔板21上设有若干条波纹211；
40.波纹211与不锈钢刺孔板21的任意一条边呈45-60
°
角。
41.在一个实施例中，不锈钢刺孔板21上的刺孔位于波纹的波峰或波谷处。
42.在另一个实施例中，不锈钢板刺孔板21的开孔率为10-25％。
43.在一个实施例中，不锈钢丝网22的孔径为80-120目。
44.在一个实施例中，不锈钢单元箱体1上设有与不锈钢刺孔板21相同的波纹11。
45.实施例1
46.将本发明顺酐酯化催化精馏模块应用于顺酐催化精馏酯化生产马来酸二甲酯工业装置。催化精馏塔装置直径2400mm，其中精馏段10块塔板；催化精馏塔内装填10段反应段，每段反应段装填1600mm高的酯化催化精馏模块，酯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15块塔板；催化精馏模块装填大孔阳离子交换树脂。催化剂层的填料片为2层不锈钢波纹刺孔板，催化剂外层使用80目不锈钢丝网包裹。催化单元的不锈钢波纹刺孔板组和催化剂层内的不锈钢波纹刺孔板填料片，相邻片间的波纹槽夹角为45
°
。不锈钢波纹板刺孔板的开孔率为10％。马来酸二甲酯溶解顺酐，顺酐含量为10％，从催化蒸馏塔反应段上部引入，甲醇从催化蒸馏塔反应段下部引入，甲醇与顺酐的摩尔比为3:1。催化精馏塔塔顶压力为常压，反应段温度为75℃，。经对液相进行检测结果表明，塔釜顺酐含量153ppm，甲醇小于32ppm。顺酐转化率为99.96％。
47.实施例2
48.将本发明顺酐酯化催化精馏模块应用于顺酐催化精馏酯化生产马来酸二甲酯工业装置。催化精馏塔装置直径2400mm，其中精馏段10块塔板；催化精馏塔内装填10段反应段，每段反应段装填1600mm高的酯化催化精馏模块，酯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15块塔板；催化精馏模块装填大孔阳离子交换树脂。催化剂层的填料片为3层不锈钢波纹刺孔板，催化剂外层使用120目不锈钢丝网包裹。催化单元的不锈钢波纹刺孔板组和催化剂层内的不锈钢波纹刺孔板填料片，相邻片间的波纹槽夹角为60
°
。不锈钢波纹板刺孔板的开孔率为25％。马来酸二甲酯溶解顺酐，顺酐含量为10％，从催化蒸馏塔反应段上部引入，甲醇从催化蒸馏塔反应段下部引入，甲醇与顺酐的摩尔比为3:1。催化精馏塔塔顶压力为常压，反应段温度为80℃，。经对液相进行检测结果表明，塔釜顺酐含量113ppm，甲醇小于46ppm。顺酐转化率为99.92％。
49.实施例3
50.将本发明顺酐酯化催化精馏模块应用于顺酐催化精馏酯化生产马来酸二甲酯工业装置。催化精馏塔装置直径2400mm，其中精馏段10块塔板；催化精馏塔内装填10段反应段，每段反应段装填1600mm高的酯化催化精馏模块，酯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15块塔板；催化精馏模块装填大孔阳离子交换树脂。催化剂层的填料片为4层不锈钢波纹刺孔板，催化剂外层使用100目不锈钢丝网包裹。催化单元的不锈钢波纹刺孔板组和催化剂层内的不锈钢波纹刺孔板填料片，相邻片间的波纹槽夹角为45
°
。不锈钢波纹板刺孔板的开孔率为20％。马来酸二甲酯溶解顺酐，顺酐含量为10％，从催化蒸馏塔反应段上部引入，甲醇从催化蒸馏塔反应段下部引入，甲醇与顺酐的摩尔比为3:1。催化精馏塔塔顶压力为常压，反应段温度为65℃。经对液相进行检测结果表明，塔釜顺酐含量92ppm，甲醇小于49ppm。顺酐转化率为99.95％。
51.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。