一种催化蒸馏组件及使用该组件的催化蒸馏方法技术

一种催化蒸馏组件，它包括催化剂颗粒、丝网容器和规整填料，其特征在于：　　　　所述的催化剂颗粒或者催化剂颗粒和其它惰性颗粒混合后一起装填到所述的丝网容器的中，再将所述的丝网容器逐一或者间隔地放置到所述的规整填料中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种化学工程和催化反应工程的设备及方法，特别是涉及一种催化蒸馏塔的新组件及其在液—固二相或者气—液—固三相催化蒸馏反应中使用该组件的催化蒸馏方法。
技术介绍
在化工、石油化工、精细化工、冶金和环境工程等领域，存在着许多既要进行催化反应，同时又要进行产品精制的蒸馏操作的液—固二相或气—液—固三相体系。这种液—固二相或气—液—固三相催化反应体系特别适合于采用催化蒸馏的方法进行。催化蒸馏技术是近年来发展起来的一种化学工程和催化反应工程技术，它将催化反应过程和蒸馏精制技术相结合，在一台塔内同时完成催化反应过程和蒸馏精制过程。该过程可以将反应活性点上的生成的产物及时、快速地转移离开反应区，同时催化反应热可作为蒸馏过程中的汽化热。因此，催化蒸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。催化蒸馏技术首先在甲基叔丁基醚(MTBE)的工业生产中应用成功，并已应用于许多领域。催化蒸馏技术的关键在于催化蒸馏塔中的催化蒸馏构件的构成方式。所谓的催化蒸馏构件的构成方式，包括催化蒸馏构件中所用的催化剂和/或其构型、填料的构型、催化剂与填料的装填方式等多种因素。现有技术对催化蒸馏构件的构成方式已开展了许多工作，其中涉及液—固二相或气—液—固三相催化蒸馏的构件构成方式的文献主包括1.美国专利4471154提出将催化剂安置在板式塔的塔板上，构成催化蒸馏构件。在塔板上的催化剂层呈流化状态。这种构成方式使催化剂在整个反应区分布均匀，气液固接触良好，催化剂的利用率高。它的缺点和不足一是催化剂层的孔隙率小，阻力大，成为催化蒸馏过程中提高负荷的一大瓶径，二是催化剂之间的磨损严重。2.美国专利4443559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蒸馏构件。这种构件的优点是催化剂分布均匀，气液固的接触好，此构件已成功应用于合成MTBE的催化蒸馏的工业生产中。但是，由于催化蒸馏塔反应段的上述结构特征，这种方案只适应于其空隙率较一般填料塔小的特殊填料塔，并且整个催化蒸馏塔的设计、制造比较复杂、技术要求高、且填料装卸很麻烦，安装时圆柱体之间有较大空隙，明显影响了气液分布，降低了催化精馏的效果。3.美国专利5262012提出将催化剂按散装填料的形式装填。例如，将粒状催化剂与惰性填充介质瓷球、玻璃珠、中空多孔球体或柱体等混合装入塔中直立的桶式容器内，形成反应区内的催化蒸馏构件。这种构件的不足是催化剂是实心的，故粒度不能太大，否则不能充分利用催化剂，但催化剂粒度太小又易于与填料分层，损害了该构件发挥其催化反应—蒸馏分离的协同功能，另外这种构件也易于在床层中产生沟流，影响了其传质与反应效果。4.中国专利1042664提出将催化蒸馏塔反应段分成若干个催化剂层，每个床层由多个相互平行地垂直排列、由两片波纹板平行夹持催化剂而形成的三明治型组件对构成。其相邻组件对之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。这种催化蒸馏构件具有催化剂装卸方便，反应物料与催化剂能直接接触，可减小扩散对反应速率的影响。但由于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，故它不适宜于气、液均是反应物料的气—液—固三相体系。5.中国专利1299703提出了一种将催化剂制成具有中心孔道的颗粒，用连接件将催化剂颗粒连接成串，将它均匀地放入规整填料的气液规整填料中用于容纳丝网容器的空间中形成催化蒸馏构件。这种构件具有催化剂在反应段分布均匀、床层空隙率大、塔压降小和催化剂利用率高的特点。但这种结构存在如下缺点一是由于催化剂要制成中心通道孔，制作麻烦，特别是对于小颗粒的催化剂更加困难；二是形成的连接件在填料的通道中的固定也很困难；三是中心通道孔会降低催化剂颗粒的强度，四是使用时催化剂易磨损破碎，散落在规整填料的气液规整填料中用于容纳丝网容器的空间中，使得床层空隙率变小、塔压降增大。6.中国专利1299704提出了一种将尺寸、构型和堆积密度都相似的催化剂和蒸馏填料混堆在金属规整填料中形成催化蒸馏构件。这种构件传质效率高、催化剂利用率较好、产物选择性好。但这种构件对催化剂的强度要求较高，对催化剂和填料的制作技术要求亦较高，床层空隙率较小、塔压降大，气液通量小，并且在操作过程中催化剂和填料易分层，从而造成局部阻力大而影响气液的通量。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为了克服上述的现有技术的缺陷，提供一种催化蒸馏塔新组件。这种新构件克服了现有技术中催化蒸馏塔构件的缺陷，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；另外它既能使反应床层具有很大的空隙率，又能使催化剂均匀地分布在整个反应段中；此外它还具有装卸方便、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蒸馏过程易于控制催化剂的用量等优点。本专利技术的催化蒸馏新组件是这样实现的本专利技术的催化蒸馏组件包括催化剂颗粒、一种既能装填催化剂颗粒又能进行传质分离的丝网容器、和一种既能用于支撑装有催化剂的丝网容器又能进行传质的规整填料，其特征在于所述的催化剂颗粒或者催化剂颗粒和其它惰性颗粒一起装填到所述的丝网容器中，再将所述的丝网容器逐一或者间隔地放置到所述的规整填料中。此处所述的间隔包括规则的隔一间隔，也包括不规则的间隔。在具体实施本专利技术的时候上述的催化剂为任何可用于气—液—固三相催化反应的、任意形状的催化剂均可选择为本专利技术构件中的催化剂。其形状优选将其制成具有包括下列形状的颗粒，比如球型、多孔球型、圆柱型、多孔圆柱型、三叶草型、多面体型或者十字圆柱型。所述的催化剂颗粒尺寸大小随具体选用的催化剂颗粒构型而定，优选直径φ为1mm-10mm的颗粒尺寸。所述的催化剂颗粒和其它惰性颗粒的混合比为催化剂颗粒占混合颗粒的体积比为0.05～85％，优选1～70％，更优选10～40％。所述的催化剂颗粒的装填体积为所述的催化蒸馏组件总体积的0.5～85％，优选1～70％，更优选10～40％。上述的丝网容器的形状可以包括圆柱型、椭圆柱型、、多棱柱型。优选为圆柱型/或椭圆柱型/或三棱柱型。所述的丝网容器丝网表面可以为平面丝网和/或具有立体结构的波纹丝网。所述的丝网容器的当量直径优选为0.5mm-50mm，长度小于或等于规整填料中用于容纳丝网容器的空间的长度。上述的规整填料选择既能支撑装有催化剂的丝网容器又能进行传质的规整填料。它可以是任何构型的规整填料，只要能够满足下述条件1.它具有足够的强度支撑装填有催化剂的丝网容器；2.它能够提供合适的气液规整填料中用于容纳丝网容器的空间以便插入装有催化剂的丝网容器；3.与装有催化剂的丝网容器构成催化蒸馏构件后能够提供≥0.5块理论板/米测定塔高的分离效率。本专利技术规整填料的材质选择那些与所处理的物系呈惰性的材料，包括金属板波纹填料、非金属板波纹填料、丝网波纹填料、格栅填料、格里奇栅格填料、网孔栅格填料、脉冲填料、古德洛填料、英特洛克斯(Intalox)规整填料、淋水板型填料或翅片波纹填料。优选采用不锈钢压延波纹板。波纹板上可以开有一定数量的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨元一，李东风，李振虎，王国清，张吉瑞，程建民，廖丽华，戴伟，吴长江，郭彦来，彭晖，吴庆凤，潘学兰，
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：