用于催化蒸馏的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了使第一组分与自身或与第二组分反应生产第三组分的方法，其中将包括第一组分或包括所述第一组分和第二组分的第一物料进料到间壁式塔内，所述间壁式塔在间壁式塔的至少一个隔离垂直工段中具有催化蒸馏结构，在所述间壁式塔内同时进行（１）和（２）：（１）在蒸馏反应区使单独的第一组分或第一组分和第二组分一起与催化蒸馏结构接触，从而使至少一部分的所述第一组分与自身或与第二组分发生催化反应，形成产物，和（２）分馏第一混合物，其包括所述第一组分和所述产物或包括所述第一组分、所述第二组分和所述产物；从蒸馏塔反应器中排出产物；其中同时在塔内进行催化反应和分馏，在平行分离的蒸馏非反应区内使包含第一组分和产物或包含第一和第二组分（如果存在第二组分）和产物的第二混合物分馏，分馏产物并从所述蒸馏非反应区排出产物。例如，可通过利用蒸馏塔反应器使甲醇与Ｃ↓［５］物流中的异戊烯反应制备叔戊基甲基醚，其中所述蒸馏塔反应器包括间壁式塔的一侧。在一侧，产物即叔戊基甲基醚被从未反应的甲醇和Ｃ↓［５］烃中分离，而在另一侧，实现了使剩余的异戊烯与甲醇反应并从甲醇／Ｃ↓［５］共沸物中分离叔戊基甲基醚和Ｃ↓［５］烃。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及使用间壁式塔(divided wall column)进行催化蒸馏的装置和方法，例如进行异烯烃特别是C5异烯烃与甲醇的醚化，生产相应的三级醚(tertiary ether)，其中在间壁式催化蒸馏反应器中使用催化蒸馏，以同时分离叔戊基甲基醚(TAME)，并且基本上使全部甲醇反应以避免使用单独的甲醇回收系统。
技术介绍
间壁式蒸馏塔或间壁式塔是在容器的部分高度或全部高度具有纵向间壁，使容器的一侧与另一侧分离的蒸馏器。间壁式塔可具有共用精馏段、共用汽提段或两者都有。这种间壁式塔在美国专利4,230,533、4,582,569、4,826,574、5,339,648、和5,755,933中有多种描述。认为使用工程设计方法保证了上升蒸汽适当地分布到间壁式塔的交替两侧。这种控制蒸汽分流的方法可以是主动的或被动的。同时，认为工程设计方法保证了对液体分流到间壁式装置两侧的适当控制。这种分流是故意设置的以实现特定的设计目的，所述特定的设计目的是根据对预定操作的严格的模拟分析确定的。被称为催化蒸馏的蒸馏塔的专业化应用已经用于醚化、氢化、加氢脱硫过程、异构化、硫醚化、低聚等。催化蒸馏方法使用催化剂系统(参见美国专利4,215,011和4,302,356)，其在相同的反应器中、至少部分地在催化剂系统内用于同时进行反应和蒸馏。涉及的方法简要描述为在多个美国专利中所述的反应器-蒸馏结构的组合中共同发生反应和蒸馏的方法，所述美国专利为4,242,530、4,250,052、4,232,177、4,302,356、4,307,254、和4,336,407。醇和烯烃反应并同时通过分馏从反应产物中分离反应物已经实践了一段时间。该方法分别在前面引用的专利以及美国专利4,504,687、4,987,807、和5,118,873中有多种描述。例如，在催化蒸馏醚化系统中，将醇和异烯烃进料到蒸馏塔反应器中，所述蒸馏塔反应器具有包含适当的催化剂如酸性阳离子交换树脂的蒸馏反应区，所述催化剂优选为催化蒸馏结构的形式，还优选所述蒸馏塔反应器具有包含惰性蒸馏结构如塔板、鞍形填料等的蒸馏区。如异C4烯、异C5烯的醚化中所体现的，首先可将烯烃和过量的甲醇进料到直通式反应器(straight-pass reactor)中，在其中大部分烯烃反应形成相应的醚—甲基叔丁基醚(MTBE)或叔戊基甲基醚(TAME)。物料可包含正烯烃和异烯烃。该反应对异烯烃具有高度选择性。优选直通式反应器在给定压力下操作，以使反应混合物处于沸点，从而通过由反应放出的热使混合物部分蒸发而限制反应器的温度升高。直通式反应器和方法在美国专利4,950,803有更完全的描述，所述文献被引入本文作为参考。然后将第一反应器的流出物进料到蒸馏塔反应器中，在蒸馏塔反应器中未反应的异烯烃转化为醚，过量的甲醇和未反应的烃作为塔顶馏出物排出，而醚作为塔底部产物排出。如上所述，在烯烃与醇的醚化中，优选存在过量的醇。过量的醇典型地在后续单元中从塔顶馏出物流回收。在C5烃系统中，塔顶馏出物会包含约12重量％的共沸水平的MeOH。如果加入到塔内的甲醇的净流量(考虑到在塔内反应)低于馏出物中的共沸物浓度，则反应蒸馏区的甲醇浓度会相对很低，为约1％。如果加入到塔内的甲醇的净流量高于共沸物，则甲醇浓度会升高(测量到为60％)，直到甲醇与TAME塔底部产物一起排除。上述两种情况都是不希望有的，因为在低浓度下，异戊烯转化为TAME的转化率低，而在高浓度下，TAME纯度受到存在的过量甲醇的影响。因此最好控制甲醇进料，以在催化剂床内产生最高的甲醇浓度而又防止甲醇与塔底部产物一起流出。这导致在馏出产物和反应蒸馏区接近于共沸浓度。必须从烃分离甲醇，使得烃能用于汽油调合和节省甲醇。分离通常通过用水洗烃/甲醇混合物实现。甲醇被选择性地吸附到水相中，其随后进行分馏，分离甲醇。甲醇的回收需要相当量的水、能量和相当量的理论阶段，这显著地增加了回收方法的操作和造价。本专利技术的优点在于，在其中形成醇的共沸物的醚化实施方案中不需要醇回收段。本专利技术另外的优点在于基本上在全部反应蒸馏区保持醇/烃共沸物，使反应性烯烃的转化率最大化。专利技术概述简要地，本专利技术为蒸馏塔和蒸馏方法，所述蒸馏塔具有至少两个垂直的蒸馏段，至少一个所述蒸馏段包含催化剂，优选催化剂为蒸馏结构的形式，至少一个所述蒸馏段不含催化剂，所述方法同时进行物料与自身或与其它物料的反应以生产其产物，并分级分离其中的产物和起始物料。所述工段由延伸穿过蒸馏塔垂直部分的壁分离，间壁的垂直部分小于塔的总高。垂直壁优选延伸穿过塔的水平范围并可纵向延伸到塔的顶部或底部，或既不延伸到顶部也不延伸到底部。工段在垂直壁的上端或底端或两端围绕垂直终端是液体流通的。因此，本专利技术的装置提供一体化的蒸馏和催化蒸馏系统。本专利技术装置的特征在于催化蒸馏塔具有三个内工段，至少一个所述工段包含催化剂，两个所述工段通过延伸穿过一部分所述催化蒸馏塔的垂直壁分离，所述平行工段在所述垂直壁的上方和/或下方是连通的。优选地，所述工段包括位于垂直壁上方的共用精馏段、和两个平行工段，其中一个工段为简单蒸馏段，另一个工段包含催化蒸馏区。在另外的实施方案中，在催化蒸馏塔内垂直壁的下方包括共用汽提段。本专利技术的方法可用于使第一组分与自身或与第二组分反应以生产产物，其包括(a)将包括第一组分或包括所述第一组分和第二组分的第一物料进料到蒸馏塔反应器中；(b)同时进行(1)使所述第一组分或第一组分和所述第二组分在蒸馏反应区内与催化蒸馏结构接触，从而使至少一部分的所述第一组分与自身或与第二组分发生催化反应形成产物，和(2)分馏第一混合物，其包括所述第一组分和所述产物或包括所述第一组分、所述第二组分和所述产物；和(c)从蒸馏塔反应器回收产物；其中改进措施包括同时在所述蒸馏反应塔内进行(a)和(b)使包括所述第一组分和所述产物或包括所述第一组分、所述第二组分和所述产物的第二混合物与平行分离的蒸馏非反应区的非催化蒸馏结构接触，分馏所述第三组分产物并从所述蒸馏非反应区回收所述第三组分产物。在C5醚化中，第一工段在使进料到塔内的任何醚分离和使烃分馏的温度和压力条件下操作，包括任何未反应的烯烃的塔顶馏出物与任何醇形成共沸物。醇在第二工段中被消耗或从塔顶馏出冷凝物中分离。对于本专利技术的目的，术语“催化蒸馏”包括在塔内同时进行反应和分馏的任何方法，而无论其使用的名称如何。已经公开了几种不同的设计方案以实现所需结果。例如，英国专利2,096,603和2,096,604公开了在蒸馏塔内将催化剂置于常规的塔板上。许多美国专利，特别包括美国专利4,443,559和4,215,011举例说明了使用催化剂作为填充塔内的部分填料。附图简述附图说明图1表示本专利技术用于合成TAME的本专利技术的装置的简图。图2为本专利技术装置的结构，其除了具有共用精馏段之外还具有共用汽提段。优选实施方案详述在催化蒸馏中使用间壁式蒸馏塔迄今为止在本领域没有描述。对本专利技术的间壁式催化蒸馏塔反应器的进料可得自其中使反应物未全部反应的现有反应器。将包含反应物和产物的进料物料进料到非反应蒸馏段，以分离产物和使反应物在催化蒸馏段内进一步反应以生产更多产物。根据需要可添加补充物料。本专利技术的间壁式催化蒸馏塔本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于使单独的第一组分或第一组分与第二组分反应生产产物的方法，其包括：（ａ）将包括第一组分或包括所述第一组分和第二组分的第一物料进料到蒸馏塔反应器中；（ｂ）同时进行以下的（１）和（２）：（１）在蒸馏反应区内使所述第一组 分或所述第一组分和所述第二组分与催化蒸馏结构接触，从而使至少一部分的所述第一组分与自身或与所述第二组分发生催化反应，形成产物，和（２）分馏包括所述第一组分和所述产物或包括所述第一组分、所述第二组分和所述产物的第一混合物；和（ ｃ）从所述蒸馏塔反应器排出产物；其中改进措施包括在所述蒸馏反应塔内同时进行（ａ）和（ｂ）：在平行分离的蒸馏非反应区内，使包括所述第一组分和所述产物或包括所述第一组分、所述第二组分和所述产物的第二混合物与非催化蒸馏结构接触，分 馏所述产物，和从所述蒸馏非反应区排出所述产物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威利布罗德A格罗腾，马里奥J马拉斯基诺，
申请(专利权)人：催化蒸馏技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]