專利名稱：一種催化精餾塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種催化精餾塔，尤其涉及一種催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件。
催化精餾塔是一種重要的化工設(shè)備，其內(nèi)構(gòu)件則是催化精餾塔的核心部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響催化精餾過程的效率，為此，許多專利和文獻(xiàn)公開或報道了各種類型的內(nèi)構(gòu)件，如美國專利USP4443599、USP4242530和日本專利昭5912749分別提出了將催化劑放入玻璃纖維或離子交換樹脂毛氈做成的套袋作為催化劑元件，再與絲網(wǎng)彈性體一起卷成捆束組成催化精餾塔的填料內(nèi)構(gòu)件，置于催化精餾塔內(nèi)。由于反應(yīng)物和生成物的傳遞均需通過套袋，傳質(zhì)擴(kuò)散過程受阻，嚴(yán)重影響反應(yīng)過程的進(jìn)行，總體反應(yīng)效率不高而且構(gòu)件制造復(fù)雜，加工費(fèi)用昂貴。
中國專利921038.8和歐洲專利0428265力圖克服上述專利的缺陷，分別提出了另一種類型的催化精餾塔的填料內(nèi)構(gòu)件，在波紋網(wǎng)板之間填充催化劑，其氣液兩相的接觸充分，與規(guī)整填料相似有較高的空隙率，液固充分接觸，傳遞阻力小，但該構(gòu)件空隙率大，存在氣體直通通道，會有嚴(yán)重的氣體短路，當(dāng)以有效組分含量很低的非純組分氣體反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行催化精餾，其反應(yīng)效率甚低。
歐洲專利0448884和0476938分別提出將中心有空腔和較大表面積的惰性顆粒用絲網(wǎng)捆包后與催化劑均勻混合放置于催化精餾塔內(nèi)構(gòu)成催化精餾塔的填料內(nèi)構(gòu)件以及催化劑放置于金屬網(wǎng)箱空間中，有金屬網(wǎng)箱構(gòu)成催化精餾塔的填料內(nèi)構(gòu)件，總之這兩種構(gòu)件的意圖是在催化精餾塔的填料內(nèi)構(gòu)件中形成一定的自由空間，用作氣液兩相流動的通道，但這類構(gòu)件難以避免氣液兩相的溝流和短路現(xiàn)象而影響反應(yīng)精餾的效率。
本發(fā)明的目的在于提供一種其內(nèi)構(gòu)件具有相間傳遞阻力小，又能避免汽(氣)液兩相溝流與短路，又充分考慮催化精餾過程特點(diǎn)的新型催化精餾塔。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的對于催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件，一般應(yīng)滿足如下基本要求首先，催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件應(yīng)留有足夠的汽(氣)液兩相的流通通道，下降液相能順利自上而下流動接觸催化劑進(jìn)行反應(yīng)，上升汽相(氣相)能通過催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件而不造成液泛，當(dāng)反應(yīng)物料為惰性組分含量很高而有效組分含量很低的氣體介質(zhì)時，催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件具有足夠的流通通道顯得尤為重要；其次，催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件須具有充足的傳質(zhì)表面，以利于精餾之傳質(zhì)過程的進(jìn)行，當(dāng)一反應(yīng)介質(zhì)為有效組分含量很低的非純組分氣體介質(zhì)時，吸收過程也有重要影響，充足的吸收表面更顯重要；第三，催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件須便于制造，便于安裝和拆卸；另外，價格也是不可忽略的因素。依據(jù)以上原則，發(fā)明人認(rèn)為可以采用如下結(jié)構(gòu)的催化精餾塔的內(nèi)構(gòu)件1催化精餾構(gòu)件采用規(guī)整填料和催化劑元件相間組合的方式構(gòu)成，利用規(guī)整填料的高空隙率為上升蒸汽和氣相反應(yīng)介質(zhì)提供足夠的流通通道；2相鄰兩層催化精餾構(gòu)件，若上層為規(guī)整填料，則下層對應(yīng)為催化劑元件；若上層為催化劑元件則下層對應(yīng)為規(guī)整填料，而且總是催化劑元件的徑向尺度大于規(guī)整填料的尺度，這種形式保證了所有的反應(yīng)物料均必接觸催化劑，避免汽相(氣相)介質(zhì)的溝流和短路，從而保證了反應(yīng)效果；3在相鄰兩層或多層催化精餾構(gòu)件的上端放置一層規(guī)整填料，如此構(gòu)成為一個完整的催化精餾單元，此層規(guī)整填料既提供了傳質(zhì)表面，同時有利于液相的徑向混合，也有助于塔內(nèi)液體的均勻分布，放置規(guī)整填料對于大直徑塔更有效；4催化劑元件采用多孔的盒式結(jié)構(gòu)，汽(氣)液相傳遞過程阻力低，使得催化劑裝卸方便，操作簡單。
根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明提出如下所述的技術(shù)方案本發(fā)明所說的催化精餾塔包括塔體、精餾段構(gòu)件和提餾段構(gòu)件。
所說的精餾段構(gòu)件由多個精餾構(gòu)件單元重疊堆積組成；所說的精餾構(gòu)件單元包括兩個上下“互補(bǔ)”的小單元；所說的小單元包括一個或一個以上的規(guī)整填料元件和一個或一個以上的催化劑元件，兩種元件相間組合，在該小單元中，規(guī)整填料元件和催化劑元件的總數(shù)以奇數(shù)為佳；所說的“互補(bǔ)”，即如果上層是催化劑元件，則下層相對應(yīng)是規(guī)整填料元件；如果上層是規(guī)整填料元件，則下層相對應(yīng)為催化劑元件，而且催化劑元件的寬度應(yīng)略大于對應(yīng)的規(guī)整填料元件的寬度。
在催化精餾操作中，在同一塔橫截面上，下降液體的分布基本是均勻的，從而使得液體接觸“互補(bǔ)”的精餾構(gòu)件單元后有基本相同的反應(yīng)程度，防止了液相的返混和汽相(氣相)的溝流；大空隙率的規(guī)整填料元件為上升氣體提供了足夠大的氣體通道，在催化劑裝填區(qū)域由于催化劑的粒徑一般較小，催化劑層空隙率不高，允許通過氣速受限制，此區(qū)域中可在臨近泛點(diǎn)下操作，使得此區(qū)域保持較大的持液量，有利于催化劑的充分潤濕，以延長催化劑的使用壽命。
上述多個上下互補(bǔ)的精餾構(gòu)件單元相互重疊堆積在一起，直接安裝于塔體內(nèi)的支撐件上，即為所說的催化精餾塔的催化精餾段構(gòu)件。
以方便裝卸操作為原則，對于大直徑的精餾塔，可將塔截面劃分成數(shù)個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)規(guī)整填料元件和催化劑元件的組合方式與上述相同。
催化劑元件和規(guī)整填料元件的寬度以20-400mm為佳，高度也在20-400mm范圍內(nèi)，催化劑元件所占盤面的比例應(yīng)大于50％，以50％～80％為最好。
為了便于安裝和檢修，可以將催化劑元件制成一多孔盒，以便于從塔入孔中裝卸。
為了提供較大傳質(zhì)面積，使內(nèi)構(gòu)件所具有的反應(yīng)能力與氣相反應(yīng)介質(zhì)吸收以及精餾分離能力相適應(yīng)，可以在上述兩個或多個具有互補(bǔ)的精餾構(gòu)件單元上下設(shè)置規(guī)整填料層。該設(shè)置了規(guī)整填料層的精餾構(gòu)件單元相互重疊組合在一起，即可構(gòu)成另一種形式的催化精餾塔的催化精餾段。由于規(guī)整填料的傳質(zhì)能力隨著其所處塔高度位置的不同而變化，較高的一層規(guī)整填料的高度和比表面積之乘積是其下層的1至5倍。該規(guī)整填料層也能為氣液兩相整流，獲得較理想的流速分布，從而提高催化精餾的效率。
以下將通過附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。


圖1催化精餾塔結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2精餾構(gòu)件單元示意圖。
圖3圖2中A---A向示意圖。
圖4大直徑催化精餾塔橫截面示意圖。
圖5多孔盒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6多孔板示意圖。
圖7設(shè)置規(guī)整填料的精餾構(gòu)件單元示意圖。
由圖1可見，所說的精餾塔包括塔體1、精餾段構(gòu)件2和提餾段構(gòu)件7，所說的精餾段構(gòu)件2由多個精餾構(gòu)件單元4重疊堆積組成；由圖2和圖3可見，所說的精餾構(gòu)件單元4包括兩個上下兩層“互補(bǔ)”的小單元，該小單元包括一個或一個以上的規(guī)整填料元件10和一個或一個以上的催化劑元件9，兩種元件相間組合，在該小單元中，規(guī)整填料元件10和催化劑元件9的總數(shù)為奇數(shù)。所說的“互補(bǔ)”，即上層是催化劑元件9，下層相對應(yīng)是規(guī)整填料元件10；上層是規(guī)整填料元件10，則下層相對應(yīng)為催化劑元件9，而且催化劑元件9的寬度D略大于對應(yīng)的規(guī)整填料元件10的寬度L。
上述多個上下互補(bǔ)的精餾構(gòu)件單元4相互重疊堆積在一起，安裝在塔體內(nèi)的支撐件5上，即為催化精餾塔的催化精餾段構(gòu)件2。
催化劑元件9和規(guī)整填料元件10的寬度D和L以20-400mm為佳，高度H也在20-400mm范圍內(nèi)，催化劑元件9所占盤面的比例應(yīng)大于50％，以50％～80％為最好。
由圖4可見，對于大直徑的精餾塔，為了便于安裝和檢修，可將每個小單元分成若干區(qū)域，區(qū)域內(nèi)催化劑元件9和規(guī)整填料元件10均以上述的方式組合。
由圖5可見，可以將催化劑元件9制成一多孔盒11，以便于從塔入孔中裝卸。該多孔盒11可由多孔鋼板、金屬絲網(wǎng)或其他多孔材料構(gòu)成，要求此材料能在操作工況下長期穩(wěn)定的使用，此多孔盒11的高度和寬度為20～400mm。
如圖6所示，該多孔盒11與規(guī)整填料元件10相鄰的側(cè)面設(shè)有不開孔段12和開孔段13的多孔板，不開孔段12設(shè)置的目的在于防止催化劑長期使用而沉降所引起的局部溝流或短路，不開孔段12的高度為多孔板總高的10％至50％。
如圖7所示，為了提供較大傳質(zhì)面積，使內(nèi)構(gòu)件所具有的反應(yīng)能力與氣相反應(yīng)介質(zhì)吸收以及精餾分離能力相適應(yīng)，可以在上述兩個或多個具有互補(bǔ)的精餾構(gòu)件單元4上下設(shè)置規(guī)整填料層14。該設(shè)置了規(guī)整填料層14的精餾構(gòu)件單元4相互重疊組合在一起，即可構(gòu)成另一種形式的催化精餾塔的催化精餾段構(gòu)件。由于規(guī)整填料的傳質(zhì)能力隨著其所處塔高度位置的不同而變化，較高的一層規(guī)整填料14的高度和比表面積之乘積是其下層的1至5倍。該規(guī)整填料層14也能為氣液兩相整流，獲得較理想的流速分布，從而提高催化精餾的效率。
根據(jù)工藝要求，在精餾塔內(nèi)，所說的精餾段構(gòu)件2可以全部采用上述的精餾構(gòu)件單元4，也可以與其它類型的構(gòu)件相組合，如各種常規(guī)的填料等，這也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
所用的催化劑將根據(jù)不同的工藝確定，規(guī)整填料可以采用常規(guī)的規(guī)整填料。
提餾段構(gòu)件7可以采用上述形式的構(gòu)件，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中采用的其它類型的構(gòu)件。
本發(fā)明所說的催化精餾塔的操作與常規(guī)的催化精餾塔相同，物料在精餾塔的進(jìn)料口6進(jìn)入塔內(nèi)，催化精餾后的產(chǎn)物分別由塔頂出料口3和塔底出料口8流出精餾塔。
采用本發(fā)明提出的催化精餾塔內(nèi)構(gòu)件，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1.催化精餾塔內(nèi)構(gòu)件具有足夠的流通通道，普遍適用于反應(yīng)精餾，特別適用于反應(yīng)物料與惰性組分很高、有效組分低百分比的氣體介質(zhì)的催化精餾工藝；2.汽(氣)液兩相接觸充分，消除了流體溝流和短路現(xiàn)象，過程傳遞阻力小，反應(yīng)和分離效果好；3.保證催化劑充分潤濕，有利于延長催化劑使用壽命；4.催化精餾構(gòu)件制造簡單，裝卸方便。
實(shí)施例1用于直徑50mm的干氣制乙苯的催化精餾塔，催化劑采用改進(jìn)β沸石，規(guī)整填料采用波高2.3mm，高度25mm，催化精餾構(gòu)件高度25mm，兩互補(bǔ)催化精餾構(gòu)件高50mm，共裝填2m高。在乙烯進(jìn)料濃度16％，乙烯空速0.28，苯烯比2.5，催化精餾溫度160-180℃等條件下，轉(zhuǎn)化率大于95％，乙苯選擇性大于95％。
實(shí)施例2用于直徑30mm的純乙烯制乙苯的催化精餾塔，催化劑采用HY型分子篩催化劑，規(guī)整填料采用波高2.3mm，高度15mm，催化精餾構(gòu)件高度15mm，兩互補(bǔ)催化精餾構(gòu)件高30mm，共裝填1.2m高。在乙烯進(jìn)料濃度99.9％，苯烯比2至5，催化精餾溫度200℃等條件下，轉(zhuǎn)化率大于100％，乙苯和多乙苯選擇性大于99.7％。
權(quán)利要求
1.一種催化精餾塔，包括塔體(1)、精餾段構(gòu)件(2)和提餾段構(gòu)件(7)，其特征在于，所說的精餾段構(gòu)件(2)包括多個精餾構(gòu)件單元(4)重疊堆積組成；所說的精餾構(gòu)件單元(4)包括兩個上下兩層“互補(bǔ)”的小單元，該小單元包括一個或一個以上的規(guī)整填料元件(10)和一個或一個以上的催化劑元件(9)，兩種元件相間組合，催化劑元件(9)的寬度(D)大于對應(yīng)的規(guī)整填料元件(10)的寬度(L)；上述多個上下互補(bǔ)的精餾構(gòu)件單元(4)相互重疊堆積，安裝于塔體內(nèi)的支撐件(5)上。
2.如權(quán)利要求1所述的精餾塔，其特征在于，催化劑元件(9)和規(guī)整填料元件(10)的寬度(D)和(L)為20-400mm，高度(H)為20-400mm。
3.如權(quán)利要求1所述的精餾塔，其特征在于，在上述兩個或多個具有互補(bǔ)的精餾構(gòu)件單元(4)上下設(shè)置規(guī)整填料層(14)，較高的一層規(guī)整填料(14)的高度和比表面積之乘積是其下層的1至5倍。
4.如權(quán)利要求1所述的精餾塔，其特征在于，催化劑元件(9)為一多孔盒(11)，所說的多孔盒(11)與規(guī)整填料元件(10)相鄰的側(cè)面設(shè)有不開孔段(12)和開孔段(13)的多孔板，不開孔段(12)的高度為多孔板總高的10％至50％。
5.如權(quán)利要求2所述的精餾塔，其特征在于，催化劑元件(9)為一多孔盒(11)，所說的多孔盒(11)與規(guī)整填料元件(10)相鄰的側(cè)面設(shè)有不開孔段(12)和開孔段(13)的多孔板，不開孔段(12)的高度為多孔板總高的10％至50％。
6.如權(quán)利要求3所述的精餾塔，其特征在于，催化劑元件(9)為一多孔盒(11)，所說的多孔盒(11)與規(guī)整填料元件(10)相鄰的側(cè)面設(shè)有不開孔段(12)和開孔段(13)的多孔板，不開孔段(12)的高度為多孔板總高的10％至50％。
7.一種催化精餾塔，包括塔體(1)、精餾段構(gòu)件(2)和提餾段構(gòu)件(7)，其特征在于，所說的精餾段構(gòu)件(2)部分采用權(quán)利要求1-6任一所述的精餾塔中的精餾段構(gòu)件，部分采用現(xiàn)有技術(shù)中的其它類型的構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種催化精餾塔,該催化精餾塔的精餾段構(gòu)件由多個精餾構(gòu)件單元重疊堆積組成,精餾構(gòu)件單元包括兩個上下“互補(bǔ)”的小單元,小單元包括相間組合的一個或一個以上的規(guī)整填料元件和一個或一個以上的催化劑元件。該構(gòu)件流通通道大,特別適用于反應(yīng)物料與惰性組分高、有效組分低的氣體介質(zhì)的催化精餾工藝,汽(氣)液兩相接觸充分,消除了流體溝流和短路現(xiàn)象,阻力小,反應(yīng)和分離效果好,催化劑充分潤濕,使用壽命長,構(gòu)件制造簡單,裝卸方便。
文檔編號B01D3/14GK1266736SQ0011194
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月8日
發(fā)明者朱子彬, 徐志剛, 李瑞江, 張瑞生, 戴迎春, 童淮榮, 張成芳, 吳勇強(qiáng), 郭燏, 陸銘, 顧雄毅, 趙鈴, 沈瀛坪 申請人:華東理工大學(xué)