一种催化蒸馏塔构件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种催化蒸馏塔构件及其制备方法。本发明专利技术的催化蒸馏塔构件由基体、改性层和活性层构成，其特征在于以具有微孔结构的多孔陶瓷规整填料为基体，以经α－氧化铝对基体进行表面处理后形成的涂层为改性层，以覆附于改性层之上的催化剂活性组份为活性层。本发明专利技术的催化蒸馏塔构件集蒸馏填料与催化剂于一体，可以充分发挥催化剂的效率，提供足够的气液接触面积，有利于气液两相间的传质，反应和分离效果俱佳，而且装卸方便，易于工业应用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于石油化工领域中的催化蒸馏塔构件，具体地说，涉及一种催化蒸馏工艺中的催化蒸馏塔内构件的结构及其制备方法。催化蒸馏技术的关键在于催化蒸馏塔中反应段催化剂的装填方式。催化剂的装填有很多形式，通常可以分为两类一类是催化剂与蒸馏填料分别加工制造，即将催化剂直接做成各种形状大小的颗粒，并采用不同的方式与蒸馏填料组合在一起，然后装填于催化蒸馏塔内；另一类是催化剂与蒸馏填料做成一体，形成均匀统一的元件后再放于催化蒸馏塔。US4443559公开了一种将催化剂颗粒装填在用玻璃布缝制的布袋上的小口袋里，用有一定开口空间的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层钢丝网、一层布袋的捆束状圆柱体催化剂构件。将这种构件装入塔内，并使其空间分布均匀，使液相能够与催化剂充分接触，并留有足够的气液相流动通道和接触面积。为了防止上升蒸气短路，相邻两层构件丝网交错放置。该专利技术已为合成MTBE的催化蒸馏所采用，实现了工业化。这种方案把催化蒸馏塔反应段改成空隙率较一般填料塔小的特殊填料塔，而反应段的上方和下方则仍是普通的填料或塔板。因而整个催化蒸馏塔的设计、制造就比较复杂，技术要求较高，而且填料装卸比较麻烦。US5262012提出将催化剂按散装填料形式装填。例如，将粒状催化剂与惰性填充介质如瓷球、玻璃珠、中空多孔球体或柱体等混合装入塔中。但此种结构塔内空隙率不高，操作弹性差，而且不便于工业上装卸，因此未见应用报导。CN1060228描述了一种催化反应精馏塔，其中的塔板或填料是用含有催化剂的活性材料加工成型的，解决了催化反应精馏塔催化剂的包装和装填问题。催化反应精馏塔可以是填料塔，也可以是板式塔、泡罩塔或其任意组合，其中用于填料塔的拉西环、包尔环、车轮状、矩鞍环、球状、柱状等乱堆填料或波纹板状、蜂窝状规整填料都可以用含有催化剂的活性材料加工成型。同样板式塔的筛板、波纹板、泡罩塔板、浮阀塔板也可以用含有催化剂的活性材料加工成型。该专利只提出了塔板或填料用含有催化剂的活性材料加工成型的设想，而未给出具体实现方法。实事上该设想实施起来非常困难，因为含有催化剂的活性材料本身就存在强度问题，而且在加工成塔板或填料时往往因高温等各种因素而使催化剂活性丧失，从而起不到催化反应的作用。CN1167009制备了一种丝光沸石/金属或陶瓷复合材料，是由丝光沸石分子筛和负载该分子筛的预先设计好的具有散装填料、规整填料、静态混合器、异形催化剂以及整体式催化剂的形状和大小或与此类似的形状和大小的金属或陶瓷基材所组成。它在催化性能上保持了丝光沸石分子筛的特性，并可通过改性满足不同反应的需要；在工程性质上可通过改变金属或陶瓷基材的形状、大小来满足不同工艺的要求，可用作催化蒸馏元件，也可用作异型催化剂。然而该复合材料仅限于将丝光沸石分子筛复合在金属或陶瓷基材上，仅对丝光沸石可用作催化剂的反应有效，可适用的反应领域比较有限，而且复合的方法仅采用了沉浸晶化法，复合的手段也很有限。US5780688描述了一种具有散堆填料形状的负载型催化剂，该催化剂由多孔材料制成，采用机械或化学方法将大孔离子交换树脂粘附于多孔材料的内外表面上。该催化剂只涉及用离子交换树脂作为活性成份，其粘附方法只叙述了沉浸法，且该催化剂只适用于散装填料，应用领域和制备方法有限。CN1228032描述了一种在催化蒸馏工艺中使用的催化剂填料，它是将至少一种作为催化剂和/或促进剂的活性物质通过汽相沉积和/或喷射到作为基体的纺织物、针织品或薄片填料上制成。其中一种多相催化反应是与催化剂填料上同时进行的蒸馏或精馏相结合。该专利选用的催化剂基体为纺织物、针织品或薄片填料，但这些物质并不适用于所有的化学反应过程，若作为精馏填料，受分离要求限制也未必完全适用。另外该专利通过汽相沉积和/或喷射将催化剂覆于基体上，而有些催化剂并不适用于采用汽相法，只能采用液相沉浸法完成覆附，因此该专利仍未能解决催化蒸馏过程中存在的实际问题。DE29609079 U1描述了一种用于废气处理的催化剂，该催化剂涂附于陶瓷体上，外包钢套。钢套可以开有侧孔，也可以由若干机械连接的部件所组成。此种结构易于拆卸，方便测试，可以回收贵金属并重新使用，可用于任何形状的催化剂，包括球型。但该结构只限用于废气处理，且陶瓷基质催化剂外面包有钢套，结构过于复杂，不适宜于用做催化蒸馏塔填料。CN1046473描述了一种汽车排气净化催化剂，该催化剂由蜂窝状陶瓷质材料和氧化铝涂层为复合载体，非贵金属元素和稀土金属元素的氧化物为活性组份组成，其中作为载体的氧化铝涂层是具有双涂层双层孔结构的改性氧化铝。但该催化剂不适宜用做催化蒸馏塔填料。US5235102叙述了一种采用催化蒸馏的方法将气相或液相进料物流转化为所需产品的工艺，该工艺催化蒸馏塔采用刚性蜂窝块或涂覆有催化剂活性组分的刚性蜂窝块作为填料，优选陶瓷蜂窝块。但该工艺选用的陶瓷蜂窝块为具有若干相互平行的垂直孔的刚性蜂窝状结构，各孔道之间相互独立，不利于气液间的传质，催化蒸馏的效能得不到有效发挥。另外，该填料采有刚性蜂窝块，不易于涂覆催化剂活性组分。本专利技术的催化蒸馏塔构件由基体、改性层和活性层构成，其特征在于以具有微孔结构的多孔陶瓷规整填料为基体，以经α-Al2O3对基体进行表面处理后形成的氧化铝层为改性层，以覆附于改性层之上的催化剂活性组份为活性层，形成均一的具有反应和分离双重功效的催化蒸馏塔规整填料。本专利技术所采用的规整填料由多孔陶瓷制成。多孔陶瓷选用的基材可以是各种类型的粘土，优选铝-硅酸盐、高镁质粘土或硅藻土等，可采用常规的制备方法得到，优选采用以下步骤制备(1)将60％～80％重量分率的基材与20％～40％重量分率的蒸馏水混合，外加10％～20％重量分率粘结剂及造孔剂，经混合球磨5～20小时后，得到均匀分散的泥浆，再调整其pH值至5.0～7.0；(2)在一定的模具下将步骤(1)所得浆状物挤压成型，对于优选的多孔陶瓷波纹板，模具应具有符合要求的波峰高、波距及倾角；将成型的坯件进行整型，使填料表面光滑无缺陷，然后在室温下干燥，并在坯件上开若干个小孔；(3)将干燥后的各片坯件进行组装，组装时相邻两片填料的波纹交叉90°，相邻两片填料的波峰间用粘结剂联结，各片组装后成盘；(4)将组装成盘的规整填料放入窖中焙烧，在800～1000℃下烧结得到多孔陶瓷规整填料。其中步骤(1)中优选使用淀粉作为粘结剂及造孔剂，优选使用盐酸或四甲基氢氧化铵调节泥浆的PH值；步骤(3)中优选使用水玻璃作粘结剂。优选将所述的多孔陶瓷规整填料在直径500mm以下制成整盘形，直径800mm以下制成六块拼制形，800mm以上呈九块或更多拼制形。所述的基体采用按上述方法制得的多孔陶瓷规整填料，为多孔陶瓷波纹板、多孔陶瓷丝网或多孔陶瓷翅片，优选为多孔陶瓷波纹板。所述的多孔陶瓷波纹板具有微孔结构，且其气孔率为30～60％，孔径为10～18μm；所述的波纹板壁厚0.8～1.2mm，波纹倾角30°～45°，波峰高和波距为5～30mm，波纹板壁上开有3～6mm的孔，目的是为了加强传质。所述的基体的比表面积一般应大于400m2/m3，可选取400～800m2/m3，空隙率一般应大于72％，可选取72～95％，理论板数大于4板/m。为使催化剂活性组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由基体、改性层和活性层构成的催化蒸馏塔构件，其特征在于以具有微孔结构的多孔陶瓷规整填料为基体，以经α－氧化铝对基体进行表面处理后形成的涂层为改性层，以覆附于改性层之上的催化剂活性组份为活性层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴伟，李东风，廖丽华，陈硕，程建民，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]