一种催化蒸馏工艺制造技术

一种悬浮床催化蒸馏工艺，是将固体催化剂与第一种液体反应物料经超细均化后由反应段的顶部进入反应蒸馏塔，与从反应段底部进入的第二种反应物料逆流接触进行反应，催化剂和液相产物经催化剂分离器进行分离后直接循环使用或再生。该工艺可在普通蒸馏塔内实现，无需使用催化剂构件，几乎完全消除了催化剂内外扩散的影响，可用于一切适合于采用普通反应蒸馏技术的反应体系。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种反应蒸馏工艺，更具体地说，是一种采用固体酸或固体碱非均相催化剂的催化蒸馏工艺。化学反应过程和蒸馏分离过程的结合产生了反应蒸馏技术。在反应蒸馏过程中，若采用均相催化剂则称为均相反应蒸馏，若采用固体非均相催化剂则称为催化蒸馏。它们共同的特点是催化反应过程和蒸馏分离过程在同一塔中同时进行并相互促进，因而都表现出反应的转化率高，选择性好，容易操作，节省能耗和投资等优点。目前反应蒸馏技术已在多种反应过程和分离过程中获得应用，其中催化蒸馏合成MTBE和异丙苯的过程已成功地工业化。均相反应蒸馏和催化蒸馏各有优缺点。均相反应蒸馏采用液体酸催化剂，其反应蒸馏塔与普通蒸馏塔的操作接近，过程简单，但采用液体酸催化剂(如AlCl3，H2SO4，HF等)具有腐蚀性，会引起设备腐蚀、污染环境等问题，而且催化剂与产物分离困难。催化蒸馏采用固体酸催化剂并将其固定于反应蒸馏塔中，避免了液体酸催化剂所存在的腐蚀性和分离困难等问题，但需要将催化剂与填充材料一起进行特殊包装制成“催化剂构件”，才能以特定的方式将催化剂装填在反应塔中。这种装填方式带来了许多问题首先，催化剂构件的制作、装卸均不便，费时费力。其次，催化剂固定在塔中，而催化剂存在寿命问题，因此催化剂失活后需停车再生。最后，构件中催化剂组分很难分布均匀，不可避免地存在扩散和沟流等传质问题。上述问题的存在影响了催化蒸馏技术的推广应用。尽管近年来国内外许多石油化工公司和研究机构都曾致力于新型催化剂构件的开发工作，并已有数十种新型催化剂构件专利问世，如USP4,215,011；USP4,443,559；USP5,266,546；USP5,308,451；USP5,431,890；EP466,954；EP476,938；EP547,939；CN1048987；CN1051869；CN1076397；CN1116132；CN1127480等，但至今尚未找到满意的解决问题的办法。为了避免传统的催化蒸馏技术所带来的上述问题，USP5,019,669和USP5,118,872中提出了一种用于苯和烯烃进行烷基化的称为ReactionDistillation TM的新工艺。此工艺将蒸馏塔反应器分为两部分，其间串联一催化剂分离器，蒸馏塔反应器中装填的仅是惰性的蒸馏构件(即填料)，催化剂则和原料苯预先制成浆液，随苯进入反应器，并在苯的夹带下通过装填有惰性蒸馏构件的反应段，最后进入催化剂分离器与液体分离后循环使用或再生。此工艺从根本上避免了催化剂构件所带来的问题，而且催化剂可在器外连续再生。但将催化剂与反应原料苯制成浆液，由于催化剂(专利中选用的是分子筛和离子交换树脂)颗粒较大(＜10μm～0.5cm)，不但在塔中很难分布均匀，而且容易沉积于填料上而造成压降过大甚至出现堵塔现象。由于专利中未给出具体实例，该过程能否稳定实施无从得知。另外，该过程将反应器分成两部分，中间串联一催化剂分离装置，这使得过程的操作显得较为复杂。本专利技术的目的即在上述现有技术的基础上提供一种既不需催化构件，又可排除催化剂堵塔以及扩散对反应影响的催化蒸馏工艺。本专利技术提供的是一种介于普通均相反应蒸馏和非均相催化蒸馏之间的悬浮床催化蒸馏工艺。本专利技术提供的悬浮床催化蒸馏工艺是将固体催化剂与第一种液体反应物料经超细均化后由反应段的顶部进入反应蒸馏塔，与从反应段底部进入的第二种反应物料逆流接触进行反应，催化剂和液相产物经催化剂分离器进行分离后直接循环使用或再生。结合附图，本专利技术提供的工艺是这样实施的将固体催化剂与第一种液体反应物料(A)在超细均化器(1)中超细均化后由反应蒸馏塔(2)的反应段(3)的顶部进入塔内，汇同从塔顶回流下来的物料沿塔而下，并与从反应段底部进入的第二种反应物料(B)逆流接触进行反应。反应所生成的产物、剩余的反应物料及催化剂继续沿塔而下离开反应段经提馏段(4)进入塔釜(5)。在提馏段中大部分反应物料被提馏回反应段。由于塔釜相当于一块理论板，因而进入塔釜中的产物、催化剂以及少量的剩余反应物料的混合物还可经再次提馏并进行进一步地相互间的反应(如在烷基化过程中苯与多烷基化物的烷基转移反应)。由塔釜流出的物料进入催化剂分离器(6)，分离出的催化剂可循环使用或送去再生，液相产物可采用普通的蒸馏分离方法进行分离。为了给提馏段提供所需热量，可设置塔釜再沸器(7)。当反应所生成的产物沸点较低或有轻组分的付产物生成时，这些产物和轻组分离开反应段便会大部分沿塔上行而进入蒸馏段(8)，经过塔项冷凝器(9)的冷凝，进入塔顶贮罐(10)。贮罐中的冷凝液体既可回流返回蒸馏段，也可以产物形式去进行蒸馏分离。对于分解反应、齐聚反应，可以没有第二种反应物(B)，只有第一种反应物(A)进行反应。用于本专利技术工艺的催化剂，可以是能够有效地催化反应进行的各种固体催化剂，只要催化剂不溶于反应体系(包括反应物、中间产物、产物、付产物等)即可。通常采用的固体催化剂包括固体酸催化剂和固体碱催化剂。固体酸催化剂是各种阳离子交换树脂、无机氧化物、粘土、杂多酸或其盐、各种固体超强酸催化剂以及分子筛如ZSM-5、Y、β等。本专利技术优选的固体酸催化剂为杂多酸类催化剂，包括负载或不负载的杂多酸或其盐。固体碱催化剂包括各种阴离子交换树脂、水滑石。催化剂进入反应蒸馏塔之前进行超细均化操作的目的是使催化剂颗粒变细，使其在适当的扰动下就能均匀地分散在反应物料中，在塔中能连续流动而不会堵塔，催化剂的粒度细还可以消除内外扩散的影响，提高催化剂的效率。但催化剂的粒度也不能过细，过细的催化剂会增加催化剂与产物分离的难度。合适的催化剂粒度为0.01～10μm，最好为0.01μ～1μm。超细均化设备可采用各种高压超细均化器(德国AKW公司和丹麦APVRANNIE A/S公司均有此类产品)或各种剪切乳化机。用于本专利技术工艺的反应蒸馏塔的各个部份与普通蒸馏塔完全相同，无需特殊设计、制造和操作。反应蒸馏塔根据塔中所进行的反应类型、产物与付产物情况除按常规设置反应段和提馏段外，可根据需要设置蒸馏段(例如乙酸与乙醇的酯化反应中塔顶出产物的情况下)，也可以不设置蒸馏段(例如苯与丙烯的烷基化反应中塔顶不出产物的情况下)。各段既可安装各种塔板也可装填蒸馏填料，还可混装塔板和蒸馏填料。为了防止堵塞，最为合适的板式塔为筛板塔和喷射塔。如采用填料塔，填料与催化剂粒径比应大于1000，填料的空隙率应＞70％。蒸馏段、反应段和提馏段的塔板数或填料高度随反应的体系、催化剂活性高低、对转化率和分离的要求而变。通常蒸馏段应有0～10块理论板，反应段应有1～30块理论板，提馏段应有1～20块理论板。本专利技术工艺中所涉及的操作变量包括塔的操作压力、温度，催化剂的浓度，原料A与B的进料比，塔顶回流量等。通常使用的塔压为常压～30atm，相应此压，塔釜温度为100～300℃，反应段温度为85～250℃，提馏段和蒸馏段的温度为反应条件下的泡点温度，塔顶温度为80～200℃。原料A与B的进料比为1∶0～1，最好为1∶0.05～1，进料比为1∶0的情况下适用于分解反应、齐聚反应。塔顶回流比为1∶1至全回流，如塔顶不出产品，最好采用全回流操作。塔底物料与催化剂的分离，可采用各种液固分离技术，如过滤、沉降、蒸发、旋风分离、膜分离等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化蒸馏工艺，其特征是将固体催化剂与第一种液体反应物料经超细均化后由反应段的顶部进入反应蒸馏塔，与从反应段底部进入的第二种反应物料逆流接触进行反应，催化剂和液相产物经催化剂分离器进行分离后直接循环使用或再生。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闵恩泽，温朗友，庞桂赐，于文友，
申请(专利权)人：中国石油化工总公司，中国石油化工总公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]