專利名稱：催化蒸餾元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種元件，這種元件可用于各種反應(yīng)，其中使用這種元件作反應(yīng)的催化劑和蒸餾元件，使反應(yīng)體系的反應(yīng)和蒸餾同時進行。
最近，開發(fā)了一種進行催化反應(yīng)的新方法，其中使用催化劑元件作為蒸餾元件通過蒸餾的方法可同時分離反應(yīng)體系的各組分。這一方法現(xiàn)在通常稱為催化蒸餾，因此此處有關(guān)催化蒸餾的任何參考資料都指這一方法。在美國專利4215011、4232177、4242530、4302356、4307254、4336407、4439350、4443559和4482775中描述了各種這樣的體系。美國專利4447668公開了在催化蒸餾塔中進行的醚類分解。此外，美國專利4443559和4250052公開了用于這一目的的各種催化劑元件。
蘇爾澤歐洲專利(Sulzer Eurpean pat.No.)0396650公開了一種有半剛性網(wǎng)狀壁的催化蒸餾元件，它裝有催化劑材料，并形成許多分層結(jié)合在一起的通道，以致通道物流相互交叉。Sulzer美國專利4731229公開了一種類似的填料。在美國專利4455339、4497751、4497752、4744929和4497735、英國專利1471441、1569828和1186647中描述了其他蘇爾澤蒸餾用填料。
本發(fā)明提供了一種用于各種反應(yīng)的催化蒸餾元件，它可用作蒸餾元件。為了起到這兩種作用，業(yè)已發(fā)現(xiàn)該元件必須滿足三個要求。首先，該元件必須在反應(yīng)蒸餾塔中均勻地空間分散。也就是說，該催化元件必須按一定的幾何排列放置在塔中，起到所希望的反應(yīng)作用并成為蒸餾場所。為了實現(xiàn)這一目的，該元件必須在塔中十分均勻地空間分布。
第二個要求是，催化劑床層中必須有足夠的供液相表面接觸和汽相蒸餾的自由空間，塔中的物質(zhì)通過蒸餾同時分離成液相和汽相。已觀測到，在催化劑床層中，為了達到切實可行的分餾，大約50％(體)的自由空間是適合的。
第三個要求是，在使用過程中，催化劑床層必須能膨脹和壓縮，催化劑又不會過分的磨損。
本發(fā)明的元件滿足所有這些要求。
概括地說，本發(fā)明涉及至少有一種復雜柔軟的半剛性開式網(wǎng)管狀元件的催化蒸餾元件，管狀元件裝有顆粒狀催化材料(催化劑組分)，其兩端封閉并相互連接，并用金屬絲網(wǎng)卷制成有縱向軸的螺旋狀物支撐，所述的管狀元件與螺旋狀物的縱向軸成一定角度，因此形成一個捆扎包。
這一裝有顆粒狀催化材料的柔軟的半剛性開式網(wǎng)管狀元件沿其管長每隔1—12英寸最好有一緊固件，構(gòu)成一多鏈節(jié)狀催化蒸餾元件。由緊固件形成的鏈節(jié)可均勻地隔開或不規(guī)則地隔開。
通過以下方式構(gòu)成捆扎包狀催化蒸餾元件將至少一種管狀元件按一定角度排列放在金屬絲網(wǎng)(如除沫器絲)上，以致在絲網(wǎng)卷起來時，卷制的元件得到一新的改進的催化蒸餾元件。另一實施方案包括交替的金屬絲網(wǎng)和管狀元件的多次重疊排列物，它們被卷制成新的捆扎包狀催化蒸餾元件。在交替層上的管狀元件最好按相反方向排列在金屬絲網(wǎng)上，以致它們的通道相互交叉。每一管狀元件在捆扎包內(nèi)成一螺旋狀物。
催化劑組分可有幾種形狀。在顆粒狀催化材料的情況下，催化材料通常從60毫米到約1毫米直至粉末，被封在一多孔容器中，如金屬絲網(wǎng)或聚合物網(wǎng)中。用來制作容器的材料在反應(yīng)體系中必須對反應(yīng)物和反應(yīng)條件是惰性的。金屬絲網(wǎng)可為鋁、鋼、不銹鋼等。聚合物網(wǎng)可為尼龍、四氟乙烯等。用來制作容器的每英寸材料的網(wǎng)數(shù)是這樣確定的，以致催化劑被保留在其中，而不會穿過這一材料的開孔。雖然可使用大約0.15毫米的催化劑顆?；蚍勰谶@一容器中也可用直徑大到約四分之一英寸的顆粒。
每一裝有固體催化材料的催化蒸餾元件都有催化劑組分，最好由有至少70％(體)空隙直到約95％(體)空隙的彈性材料構(gòu)成。催化蒸餾元件的總空隙應(yīng)至少為10％(體)，優(yōu)選至少20％(體)直到約65％(體)。例如，所希望的彈性材料應(yīng)有約30至70％(體)的總空隙。一種適用的材料是開式網(wǎng)編織不銹鋼金屬絲，通常稱為除沫器金屬絲或延展金屬絲或延展鋁。其他彈性組件可為類似的尼龍、四氟乙烯等的開式網(wǎng)編織聚合物細絲。
本管狀容器可由金屬絲網(wǎng)管組成，其一端已用緊固件(如卡釘)或其他適宜的方法(如壓接、焊接或縫合金屬等)封閉。該管狀容器然后裝入適宜的催化劑材料。金屬絲網(wǎng)管的另一端用與第一端相同的方法封閉，以致第二封閉端的軸與第一封閉端在相同面內(nèi)?？墒惯@一方法重復幾次，得到裝有催化劑材料的多管狀鏈節(jié)。


圖1說明本發(fā)明的一個實施方案，它有排列在金屬絲網(wǎng)上的多鏈節(jié)催化蒸餾元件。
圖2為沿2—2線的圖1所示催化蒸餾元件的側(cè)視圖。
圖3說明本發(fā)明的另一實施方案，它有重疊排列物。
圖4為沿4—4線圖3所示催化蒸餾元件的側(cè)視圖。
圖5為用于本發(fā)明的編織絲網(wǎng)板的近視圖。
圖6說明一管狀元件。
圖7為圖1所示元件的頂視圖，它已卷制形成一捆扎包狀催化蒸餾元件。
圖8為圖7所示催化蒸餾元件的透視圖。
現(xiàn)參見圖6，金屬絲網(wǎng)管10在A處用緊固件12封閉，緊固件12也可為金屬絲、壓接、焊接或縫合金屬。金屬絲網(wǎng)管10然后裝入催化劑組分14，并用緊固件12封閉第二處B。第一裝填步驟重復幾次，一直到得到所希望的鏈節(jié)數(shù)目。
在圖1中，將帶鏈節(jié)的元件24放在除沫器金屬絲板16的上面。除沫器金屬絲板16可為得到有效的催化蒸餾所希望的任何尺寸、厚度或設(shè)計。圖5表示有相互連接金屬絲18形成金屬絲網(wǎng)的典型除沫器絲16的近視圖?，F(xiàn)參見圖1，將帶鏈節(jié)的元件24沿除沫器絲板16長度按對角放在矩形的除沫器絲板16的上面。連續(xù)的管狀元件和帶鏈節(jié)的管狀元件可混排或者在一層或在催化蒸餾元件中所有的管可為兩種管中的一種。本發(fā)明優(yōu)選用帶鏈節(jié)的管，但是連續(xù)管(雖然這里沒有具體示出)與去掉緊固件12的管狀元件22和24是完全相同的。然后將除沫器絲板16縱向卷起，并用卡釘釘住，或用卡釘26沿自由邊28連接在篩網(wǎng)的相鄰部分，形成如圖7和8所示的捆扎包狀催化元件。雖然沒有示出，但為了便于制造和確保使用中管狀元件固定，它可例如用卡釘連接到絲網(wǎng)上。
在圖7中，每一排管狀元件24的末端都可看見。在圖8中，在透視圖中示出完整的捆扎包。
圖3說明本發(fā)明另一供選擇的實施方案。將第二塊除沫器絲板20放在圖1中見到的元件上面，將多鏈節(jié)管狀元件22放在第一塊除沫器絲板20上面，與除沫器絲板16見到的管狀元件24成相反的對角排列。
然后將兩個除沫器絲板16、20沿縱向向內(nèi)卷在一起，得到與圖7和8所示相同類型的捆扎包狀催化元件。多鏈節(jié)元件的內(nèi)部放置使其在捆扎包中形成螺旋形物。有不同構(gòu)形的多層重疊物可卷制成任何所需的捆扎包構(gòu)形。
可用連續(xù)管狀催化蒸餾元件替換，以多鏈節(jié)狀元件相同的方式得到新的捆扎包狀催化蒸餾元件。
圖7和8中的捆扎包狀元件隨時可裝入適用于催化蒸餾的塔中。
捆扎包狀催化蒸餾元件可按任何次序在催化蒸餾塔內(nèi)放置成一定形狀，以得到所希望的結(jié)果。
可以使用由聚合物制作的等效材料代替金屬絲網(wǎng)?？梢杂谜澈蟿┐婵ㄡ敾蚩p合，只要所用的材料能經(jīng)受住反應(yīng)蒸餾塔內(nèi)的物質(zhì)和條件的作用。
催化劑組分的尺寸以及與催化劑組分結(jié)合的彈性組件或催化劑組分周圍的彈性組件的相對數(shù)量決定床層中的空隙，其空隙應(yīng)至少為約10％(體)，優(yōu)選至少20％(體)。在較長的床層的情況下，有較大的空隙可能是希望的，因此相對催化劑組分來說可使用較大體積的彈性材料。
雖然本催化蒸餾元件特別適用于同時進行反應(yīng)和蒸餾的方法，但它也很適用于汽相反應(yīng)，因為由本元件得到的催化劑床層有很低的壓降。
催化材料可為適合于要進行的反應(yīng)的任何材料，也就是說它可以是適合各種催化反應(yīng)的酸性催化劑或堿性催化劑或其他催化劑，如具有催化活性的金屬及其氧化物或鹵化物，當然它與體系中的反應(yīng)流體或其他流體是非均相的。一些具體的反應(yīng)是催化劑反 應(yīng)酸性陽離子交換樹脂 二聚、聚合、醚化、酯化異構(gòu)化、烷基化氧化鎂、氧化鉻、水鎂石 異構(gòu)化分子篩(合成硅鋁酸鹽) 二聚、聚合、烷基化、異構(gòu)化選擇性加氫、脫氫氧化釷鈷 費托合成鉬酸鈷加氫精制構(gòu)成管狀容器的材料可為金屬絲網(wǎng)材料，如不銹鋼、延展鋁等。適用的粘合劑如環(huán)氧樹脂或各種熱熔體粘合劑可用于連接聚合材料和金屬絲，得到適宜的構(gòu)形。這些粘合劑在使用的溫度下不軟化或者經(jīng)受得住反應(yīng)物或產(chǎn)物的作用。也可使用類似卡釘、無頭釘或其他緊固設(shè)備。金屬絲可用焊接的方法封接。在類似的方法中，可在可熔融材料上用激光焊接進行封接。
催化蒸餾元件可逐一地或不規(guī)律地裝入反應(yīng)蒸餾塔中或者按特定的型式或組合排列。而且，任何催化劑床層都可為各種形狀和尺寸的本催化蒸餾元件的混合物。
權(quán)利要求
1.一種催化蒸餾元件，它包括第一組裝有顆粒狀催化材料的柔軟的半剛性開式網(wǎng)管狀元件，其兩端封閉并相互連接，并用金屬絲網(wǎng)卷制成有縱向軸的螺旋狀物支撐，所述的管狀元件與螺旋狀物的縱向軸成一定角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾元件，其中沿管狀元件的軸還有多處縫合，形成多鏈節(jié)催化蒸餾元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾元件，其中所述的管狀元件有至多約9.5％(體)空隙的彈性組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾元件，其中所述的彈性組件占所述催化蒸餾元件的30—70％(體)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾元件，其中所述的管狀元件由聚合物網(wǎng)、金屬絲網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)絲或鋁網(wǎng)絲制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的催化蒸餾元件，其中所述的催化材料顆粒尺寸在約0.15毫米至約1/4英寸范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的催化蒸餾元件，其中顆粒尺寸在約0.25毫米至1毫米范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾元件，其中它有約10至65％(體)空隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾元件，其中所述管狀元件的網(wǎng)孔小于催化劑顆粒的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾元件，其中第二組裝有顆粒狀催化材料的柔軟的半剛性開式網(wǎng)管狀元件，其兩端封閉并相互連接，并用位于第一個管狀元件上的第二個金屬絲網(wǎng)支撐，所述的第二種管狀元件與縱向軸成一定角度并與第一組管狀元件相反排列。
11.一種催化蒸餾元件，它包括一塊金屬絲網(wǎng)，并在所述的絲網(wǎng)上面放有至少一種多鏈節(jié)管狀元件形成重疊物，并將所述的重疊物卷制成一捆扎包。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的催化蒸餾元件，其中它有至少一種卷成捆扎包的重疊物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的催化蒸餾元件，其中它有兩種重疊物，第一種重疊物有對角放置的多鏈節(jié)管狀元件，而第二種重疊物有與所述的第一種重疊物中的多鏈節(jié)管狀元件呈90度的對角放置的多鏈節(jié)管狀元件，將所述的第一種和第二種重疊物卷制成一捆扎包。
14.一種催化蒸餾元件，它有一塊金屬絲網(wǎng)板，在所述的絲網(wǎng)上面放置至少一種連續(xù)管狀元件形成重疊物，并將所述的重疊物卷制成一捆扎包。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的催化蒸餾元件，其中它還有至少一種卷制成捆扎包的重疊物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的催化蒸餾元件，其中它有兩種重疊物，第一種重疊物在對角放置的連續(xù)管狀元件，而第二種重疊物有與所述第一種重疊物中的連續(xù)管狀元件呈90度的對角放置的連續(xù)管狀元件，將所述的第一種和第二種重疊物卷制成一捆扎包。
全文摘要
用以下方法制成一種捆扎包狀催化蒸餾元件；將多鏈節(jié)的或連續(xù)的管狀元件放置在金屬絲網(wǎng)上面，如除沫器絲網(wǎng)上面，與捆扎包的縱向軸成一定的角度排列，以便在絲網(wǎng)卷起時，卷制的元件提供了一種新的改進的催化蒸餾元件。所述的管子由裝有顆粒狀催化材料的柔軟的半剛性開式網(wǎng)管狀元件組成，管狀元件每1-12英寸長度有一緊固件形成多鏈節(jié)。
文檔編號B01D3/16GK1116132SQ95101420
公開日1996年2月7日 申請日期1995年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月31日
發(fā)明者C·S·克羅斯蘭德, G·R·吉爾德特, D·赫爾恩 申請人:化學研究及許可公司