一種利用催化精餾規(guī)整填料進(jìn)行叔丁醇脫水制高純異丁烯的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于異丁烯制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用催化精餾規(guī)整填料進(jìn)行叔丁醇 脫水制高純異丁烯的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 異丁烯是一種應(yīng)用比較廣泛的化工原料，可用于合成甲基叔丁基醚、丁基橡膠、聚 異丁烯和甲基丙烯酸甲酯等應(yīng)用廣泛的化工產(chǎn)品。
[0003] C4餾分富含大量的異丁烯和正丁烯，是異丁烯的主要來源之一。工業(yè)上直接從C4 中獲得異丁烯的方法主要為硫酸吸收法，該法主要是利用硫酸對(duì)異丁烯、正丁烯的吸收速 率的差異，從餾分中選擇性吸收異丁烯。但是該工藝對(duì)設(shè)備的腐蝕性較大，對(duì)環(huán)境的污染也 較為嚴(yán)重，現(xiàn)已被淘汰。分子篩法分離C4餾分是一種比較清潔的分離技術(shù)，使用該技術(shù)可 分別得到純度高達(dá)99%的異丁烯和99. 2%以上的正丁烯，但該方法目前難以工業(yè)化。工業(yè) 上比較成熟的異丁烯生產(chǎn)工藝主要有以下3種：甲基叔丁基醚裂解法、異丁烷脫氫法和叔 丁醇脫水法。
[0004] 叔丁醇催化反應(yīng)精餾脫水工藝是目前研究比較多的異丁烯生產(chǎn)工藝，其具有原料 易得，工藝流程簡單，產(chǎn)品易分離，能耗低的優(yōu)點(diǎn)。該工藝通過將反應(yīng)和分離耦合在同一個(gè) 塔中，在脫水反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)通過精餾實(shí)現(xiàn)塔中的異丁烯和水的分離，打破反應(yīng)的平衡從 而提高叔丁醇的轉(zhuǎn)化率。
[0005] Huels公司采用反應(yīng)精餾工藝，進(jìn)行叔丁醇液相脫水反應(yīng)。催化劑裝填在塔中而非 塔釜，叔丁醇進(jìn)料位置位于催化劑裝填區(qū)（反應(yīng)板）的下方。最優(yōu)操作壓力為3.Obar，反應(yīng) 溫度為120°C，在此溫度下離子交換樹脂上的磺酸不會(huì)脫落，仍有較高的活性。該工藝在反 應(yīng)精餾塔塔頂增加了一個(gè)分餾塔，將塔頂產(chǎn)品流股部分冷凝得到純度為97wt. %的異丁烯 產(chǎn)品，避免了傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)叔丁醇-異丁烯-水液液分相的問題，從而提高了反應(yīng)精餾塔 的效率。
[0006] 中國專利CN104478630544A，公開了一種由低濃度叔丁醇水溶液制備高純度異丁 烯的方法，將精餾塔分成三段，催化反應(yīng)段為中間段；將叔丁醇水溶液和去離子水通入催化 蒸餾塔，通過蒸餾，使叔丁醇-水形成共沸物，在催化劑層脫水生成異丁烯，未反應(yīng)的叔丁 醇通過去離子水吸收，到達(dá)催化劑層繼續(xù)脫水生成異丁烯。該發(fā)明叔丁醇的轉(zhuǎn)化率有了一 定的提高，異丁烯的純度較高，但其塔內(nèi)填料使用9環(huán)填料，將催化劑分段并向每段催化 劑段中裝填催化劑，傳質(zhì)效果尚有待提高，且催化劑的固定性難以保證。
[0007] 中國專利CN102485305B，公開了一種用于叔丁醇催化精餾脫水制異丁烯的催化劑 裝填結(jié)構(gòu)及工藝，其催化劑層由垂直均勻置于反應(yīng)段筒體內(nèi)的多個(gè)反應(yīng)器、蒸汽擋板和液 體發(fā)布器組件構(gòu)成，催化劑散裝填在反應(yīng)器中，蒸汽擋板搭在塔內(nèi)壁焊接的支架上，反應(yīng)器 固定在蒸汽擋板上，雖然該發(fā)明能增大液體在催化劑上的停留時(shí)間，減少催化劑裝填量，但 是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆卸難度大，難以用于工業(yè)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用催化精餾規(guī)整填 料進(jìn)行叔丁醇脫水制備高純異丁烯的裝置，有效提高了叔丁醇的轉(zhuǎn)化率，結(jié)構(gòu)簡單，減少催 化劑消耗量，穩(wěn)定性強(qiáng)；
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用該裝置進(jìn)行叔丁醇脫水制備高純異丁烯的 方法。
[0010] 技術(shù)方案：本發(fā)明所述利用催化精餾規(guī)整填料進(jìn)行叔丁醇脫水制備高純異丁烯的 裝置，包括催化反應(yīng)精餾塔，所述催化反應(yīng)精餾塔上設(shè)置有叔丁醇溶液進(jìn)料口和補(bǔ)給水進(jìn) 料口，所述催化反應(yīng)精餾塔內(nèi)由上而下設(shè)置有催化精餾段和提餾段，所述催化精餾段內(nèi)裝 填有若干層帶催化劑的填料，所述提餾段內(nèi)裝填有若干層未帶催化劑的填料，各層填料層 均包括兩種組件，分別為第一組件和第二組件，其中，第一組件為開窗導(dǎo)流填料片，第二組 件為規(guī)整填料片，所述第一組件和第二組件豎直堆疊組成所述填料層；
[0011] 所述催化反應(yīng)精餾塔的叔丁醇溶液進(jìn)料口位于所述催化精餾段與所述提餾段之 間，所述補(bǔ)給水進(jìn)料口位于所述催化精餾段的上端。
[0012] 本發(fā)明具體的工作過程是：將叔丁醇水溶液引入催化反應(yīng)精餾塔中，補(bǔ)給水由補(bǔ) 給水進(jìn)料口進(jìn)入至催化反應(yīng)精餾塔內(nèi)，經(jīng)蒸餾，叔丁醇上升至催化精餾段進(jìn)行脫水反應(yīng)，反 應(yīng)產(chǎn)物異丁烯與未反應(yīng)完全的叔丁醇繼續(xù)上升，在上升過程中，未反應(yīng)完全的叔丁醇被補(bǔ) 給水吸收，再次到達(dá)催化精餾段繼續(xù)發(fā)生脫水反應(yīng)；經(jīng)過精餾作用，輕組分混合物從催化反 應(yīng)精餾塔塔頂出料口餾出，重組分從塔底產(chǎn)品出料口餾出。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選地技術(shù)方案為，所述催化反應(yīng)精餾塔的塔底還設(shè)置有塔釜產(chǎn)品 分離器，所述塔釜產(chǎn)品分離器的進(jìn)口與所述催化反應(yīng)精餾塔塔底的液相物料出口連接，第 一出口與所述補(bǔ)給水進(jìn)料口連接，第二出口排出廢水。
[0014] 優(yōu)選地，還包括異丁烯精制塔和壓力儲(chǔ)罐，所述催化反應(yīng)精餾塔的塔頂出料口與 所述壓力儲(chǔ)罐的進(jìn)料口連接，所述催化反應(yīng)精餾塔塔頂餾出的輕組分由塔頂冷凝換熱器冷 凝后通過管道進(jìn)入所述壓力儲(chǔ)罐，所述壓力儲(chǔ)罐的出料口與所述異丁烯精制塔的進(jìn)料口連 接。
[0015] 優(yōu)選地，所述異丁烯精制塔的塔底出料口通過管道與所述催化反應(yīng)精餾塔的催化 精餾段連接。
[0016] 優(yōu)選地，所述異丁烯精制塔的理論塔板數(shù)為8~20塊。
[0017] 優(yōu)選地，所述催化反應(yīng)精餾塔的催化精餾段理論塔板數(shù)為25~60塊，提餾段的理 論塔板數(shù)為10~30塊。
[0018] 本發(fā)明所述叔丁醇脫水制備高純異丁烯的方法，包括如下步驟：
[0019] (1)、在催化反應(yīng)精餾塔的催化精餾段裝填帶催化劑的填料，在提餾段裝填未帶催 化劑的填料；
[0020] (2)、將叔丁醇溶液由叔丁醇溶液進(jìn)料口引入所述催化反應(yīng)精餾塔內(nèi)，并將補(bǔ)給水 由補(bǔ)給水進(jìn)料口引入所述催化反應(yīng)精餾塔內(nèi)，經(jīng)過催化精餾反應(yīng)，由催化反應(yīng)精餾塔的塔 頂出料口餾出輕組分混合物，塔底餾出重組分混合物；
[0021] (3)、步驟（2)中塔頂?shù)妮p組分混合物由冷凝換熱器冷凝后進(jìn)入壓力儲(chǔ)罐內(nèi)；
[0022] (4)、將壓力儲(chǔ)罐內(nèi)混合后的溶液引入到異丁烯精制塔內(nèi)進(jìn)行蒸餾分離，由異丁烯 精制塔的塔頂出料口采出異丁烯，由塔底引出重組分叔丁醇水溶液并循環(huán)打入催化反應(yīng)精 餾塔內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行催化精餾反應(yīng)。
[0023] 優(yōu)選地，步驟（2)中催化反應(yīng)精餾塔塔底餾出的重組分混合物分為兩股，一股作 為補(bǔ)給水，由補(bǔ)給水進(jìn)料口再次引入催化反應(yīng)精餾塔內(nèi)循環(huán)使用，另一股作為廢水排水。 [0024] 優(yōu)選地，步驟（1)中所述催化劑為大孔磺酸型陽離子交換樹脂催化劑。
[0025] 優(yōu)選地，步驟（2)中催化反應(yīng)精餾塔的操作壓力為0? 35~0? 4MPa，步驟（4)中異 丁烯精制塔的操作壓力為〇? 1~〇? 2MPa。
[0026] 有益效果：（1)本發(fā)明的催化反應(yīng)精餾塔的填料采用開窗導(dǎo)流式規(guī)整填料，有效 增加氣液傳質(zhì)面積，提高了氣液傳質(zhì)速率，進(jìn)一步提高傳質(zhì)效率；同時(shí)將叔丁醇溶液進(jìn)料口 設(shè)置在催化反應(yīng)精餾塔的催化精餾段與提餾段之間，補(bǔ)給水進(jìn)料口設(shè)置在催化精餾段的上 端，使未反應(yīng)完全的叔丁醇進(jìn)一步反應(yīng)，大大提高了叔丁醇的轉(zhuǎn)化率和異丁烯的選擇性，其 發(fā)明方法簡單、效果好，產(chǎn)品純度高；
[0027] (2)本發(fā)明在催化反應(yīng)精餾塔的塔底設(shè)置了塔釜產(chǎn)品分離器，可將催化反應(yīng)精餾 塔餾出的重組分混合物分為兩股，一部分水可作為補(bǔ)給水循環(huán)使用，降低了工業(yè)廢水的排 水，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保；
[0028] (3)本發(fā)明還通過異丁烯精制塔和