專利名稱：一種催化精餾塔的催化劑填裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種催化精餾的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，具體涉及叔丁醇催化精餾脫水制異丁烯的催化劑填裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
叔丁醇脫水反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，該方法副反應(yīng)少，產(chǎn)品質(zhì)量高，投資省，是獲取高純度異丁烯的重要途徑。叔丁醇脫水制異丁烯的專利很多，US3665048采用固定床工藝，氧化鋁為催化劑，反應(yīng)在汽相中進(jìn)行，CN200710049954.1采用間歇釜式反應(yīng)器生產(chǎn)異丁烯，CN1609082A介紹了一種由叔丁醇制備異丁烯的方法，采用固定床反應(yīng)器，反應(yīng)在液相中進(jìn)行。US4208540介紹了由混合碳四水合生成叔丁醇，叔丁醇脫水生產(chǎn)異丁烯的方法，叔丁醇脫水采用釜式反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器。采用汽相工藝進(jìn)行叔丁醇脫水反應(yīng)，反應(yīng)溫度在2200C以上，能耗很高，且叔丁醇選擇性不好。采用固定床、釜式反應(yīng)器等的叔丁醇液相脫水反應(yīng)，叔丁醇的一次轉(zhuǎn)化率非常低，由于反應(yīng)受熱力學(xué)平衡控制，且存在液-液平衡，叔丁醇-水-異丁烯體系容易分成富含叔丁醇的有機(jī)相和低叔丁醇的水相，會(huì)導(dǎo)致傳質(zhì)效果進(jìn)一步下降。US5849971采用催化精餾工藝生產(chǎn)異丁烯，克服了反應(yīng)的熱力學(xué)平衡控制，叔丁醇轉(zhuǎn)化率大幅提高，該專利的另一特點(diǎn)是塔頂采用分凝器，汽相采出異丁烯產(chǎn)品，因此對(duì)塔內(nèi)的液相分層現(xiàn)象也有抑制，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。該專利對(duì)催化劑的填裝結(jié)構(gòu)沒有提及，但是由于采用異丁烯的汽相采出方式，汽相產(chǎn)物在后續(xù)的處理過程中需要深冷冷凝或需要一臺(tái)壓縮機(jī)加壓后用水冷凝，投資和能耗非常大。催化精餾的催化劑目前主要有兩大填裝結(jié)構(gòu)，一類是擬填料式填裝結(jié)構(gòu)，一類是擬固定床式填充結(jié)構(gòu)。擬填料式填裝結(jié)構(gòu)的典型代表是⑶Tech公司的專利US4302356，催化劑捆扎包結(jié)構(gòu)將催化劑顆粒裝入玻璃纖維制成的小袋中，袋口封住，用具有一定空間的不銹鋼波紋絲網(wǎng)覆蓋，再卷成螺旋狀。在安裝時(shí)相鄰兩層催化劑結(jié)構(gòu)的波紋絲網(wǎng)走向錯(cuò)開。這種填裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是塔內(nèi)床層空隙率大，壓降小，有利于精餾過程；缺點(diǎn)是催化劑填裝量少，催化劑利用率較低，不能充分利用催化劑的表面積。擬固定床填裝結(jié)構(gòu)又可分為把催化劑放在塔板上和降液管中兩種。催化劑放在塔板上的代表是專利EP0461855，提出了一種復(fù)合塔板填裝結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是催化精餾段分割為若干個(gè)催化反應(yīng)區(qū)和分餾區(qū)，且交錯(cuò)排列，在催化反應(yīng)區(qū)，催化劑粒子散裝在塔板上，裝催化劑的塔板中央留有氣相通道。缺點(diǎn)是氣相與催化劑直接接觸，導(dǎo)致塔板壓降大，催化精餾塔
處理量小。US5454913對(duì)催化劑放入降液管中的填裝模式進(jìn)行改進(jìn)，降液管的底端不再封死，而是用降液管同樣材料做的連接管接起來，并通過裝卸扣引出塔外，這樣催化劑裝卸方便。US5308451將整塊塔板設(shè)計(jì)成氣液傳質(zhì)區(qū)和降液管區(qū)，降液管為長(zhǎng)槽型，槽底部開孔并鋪上絲網(wǎng)后填裝催化劑，槽口覆以絲網(wǎng)防止催化劑流失。CN2314840Y也是屬于降液管式填裝結(jié)構(gòu)。催化劑填裝在降液管中，優(yōu)點(diǎn)是催化劑的填裝量大，裝卸方便，有利于反應(yīng)進(jìn)行，氣相不與催化劑接觸，有利于保護(hù)催化劑和降低壓降，但缺點(diǎn)是液體在降液管出來的液體進(jìn)入塔板，但在塔板上進(jìn)行傳質(zhì)分離，催化劑只對(duì)反應(yīng)有利，而對(duì)傳質(zhì)分離基本沒有起作用。目前幾乎所有的催化精餾裝置中從精餾段下來的液體都在從催化劑的上方進(jìn)入催化劑，通過重力作用流經(jīng)催化劑，這樣就使得液相在催化劑上的停留時(shí)間較短，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，因此需要填裝大量的催化劑，裝卸方便，投資較大。文獻(xiàn)US5776320將液體因此催化劑的底部，然后從下自上穿過催化劑層，該文獻(xiàn)認(rèn)為這種做法的好處是對(duì)于放熱反應(yīng)來說，液體向上流經(jīng)催化劑層有利于反應(yīng)熱生成的氣相溢出，但是由于叔丁醇脫水反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，而且隨著叔丁醇的不斷轉(zhuǎn)化，水的生成，就會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，形成富含叔丁醇的有機(jī)相和低叔丁醇的水相，密度大的水相會(huì)逐漸占據(jù)整個(gè)反應(yīng)器，由于催化劑對(duì)水的吸附作用更強(qiáng)，大量水的存在會(huì)讓反應(yīng)停止。另外由于叔丁醇脫水是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)熱也不能及時(shí)的補(bǔ)充。因此，該專利公開的催化劑填裝結(jié)構(gòu)不適合叔丁醇脫水反應(yīng)。CN200810052269. 9提出了一種高效傳質(zhì)的催化劑蒸餾塔內(nèi)件，塔內(nèi)件是一個(gè)多孔容器，它的內(nèi)部裝有催化劑性能的填充物，塔內(nèi)件的上部高度低于側(cè)壁，使催化劑上方積累一定高度的液體，該構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)物與催化劑表面充分接觸，同時(shí)也能有效控制反應(yīng)物在催化劑表面上的停留時(shí)間，催化劑顆粒的利用率較高，但也存在催化劑床層阻力大、催化精餾塔處理量小的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于叔丁醇催化精餾脫水制異丁烯的催化劑填裝結(jié)構(gòu)及利用該催化劑填裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行的叔丁醇脫水制異丁烯的工藝，采用本實(shí)用新型所述催化劑填裝結(jié)構(gòu)及工藝，能夠有效地避免在塔內(nèi)形成液-液分層現(xiàn)象，增大液體在催化劑上的停留時(shí)間，反應(yīng)需要的熱能夠及時(shí)供給，促使反應(yīng)的進(jìn)行，提高叔丁醇轉(zhuǎn)化率，同時(shí)由于液相采出異丁烯產(chǎn)品，能夠有效降低能耗。本實(shí)用新型所述的催化精餾塔催化劑填裝結(jié)構(gòu)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種催化精餾塔的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)置于催化精餾塔內(nèi)，其特征在于該催化劑填裝結(jié)構(gòu)包括塔板1、隔板2、通氣管3和填裝于隔板2上的催化劑層4 ;塔板I上分布有浮閥5和篩孔6，隔板2位于相鄰兩塔板之間并與塔板平行，其邊緣與塔內(nèi)壁密封連接，隔板2與下方塔板上的浮閥之間留有空隙，通氣管3垂直豎立于隔板2之上穿過催化劑層4，通氣管3上端封閉，管側(cè)壁開有小孔7，其下端邊緣與隔板2密封連接，通氣管3高于催化劑層高度。塔板1上的浮閥5是用于氣相由下向上通過塔板上升，篩孔6用于液相由隔板自上而下流入催化劑內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)；所述的通氣管側(cè)壁開孔大小為直徑5 10mm，大約開孔8(Γ100個(gè)，有利于反應(yīng)產(chǎn)生的氣體由此逸出。所述的隔板2是由10 100目的不銹鋼絲或開孔率為10% 80%的帶孔鋼板、帶孔塑料板或多孔陶瓷、多孔的碳化硅材料制成。所述的通氣管為上端封閉，側(cè)壁開孔的圓柱形管。所述的通氣管長(zhǎng)度為500 800mm,直徑為30 50mm。所述的通氣管在每層隔板上排布f 6個(gè)。[0018]所述的隔板上填裝具有相近尺寸的催化劑顆粒。本實(shí)用新型所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型催化劑填裝結(jié)構(gòu)中，上層塔內(nèi)件流下的液體通過塔板上的篩孔均勻的通過催化劑層，能有效的利用催化劑顆粒的表面積，提高催化劑的利用率，產(chǎn)生的氣相可通過浮法和通氣管由下向上通過。2、填裝結(jié)構(gòu)分為氣相通道和催化劑填裝區(qū)，并且錯(cuò)列開，這樣在同一填裝構(gòu)件里分為液固反應(yīng)區(qū)和氣液分離區(qū)，使得床層壓降降低，填裝構(gòu)件的傳質(zhì)分離能力加強(qiáng)。

圖1本實(shí)用新型催化劑填裝結(jié)構(gòu)縱向斷面結(jié)構(gòu)圖；圖2本實(shí)用新型所述塔板俯視圖；圖3本實(shí)用新型催化劑填裝結(jié)構(gòu)另一實(shí)施方式的縱向斷面結(jié)構(gòu)圖；圖4圖1所示催化劑填裝結(jié)構(gòu)的工作示意圖。圖中部件標(biāo)注為1_塔板、2-隔板、3-通氣管、4-催化劑層、5-浮閥、6-篩孔、7-小孔。圖4中$表示氣相流動(dòng)方向,I表示液相流動(dòng)方向。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖和具體實(shí)施方式
并不限本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型的一種用于叔丁醇催化精餾脫水制異丁烯的催化劑填裝結(jié)構(gòu)及利用該催化劑填裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行的叔丁醇脫水制異丁烯的工藝，采用本實(shí)用新型所述催化劑填裝結(jié)構(gòu)及工藝，能夠有效地避免在塔內(nèi)形成液-液分層現(xiàn)象，增大液體在催化劑上的停留時(shí)間，反應(yīng)需要的熱能夠及時(shí)供給，促使反應(yīng)的進(jìn)行，提高叔丁醇轉(zhuǎn)化率，同時(shí)由于液相采出異丁烯產(chǎn)品，能夠有效降低能耗。本實(shí)用新型所述的催化精餾塔催化劑填裝結(jié)構(gòu)進(jìn)的工作過程為從精餾段下來的液體經(jīng)塔板I上的篩孔6進(jìn)行分布自上而下進(jìn)入催化劑層中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的液體由開孔或多孔材料制成的隔板2流下，氣體由通氣管側(cè)避小孔進(jìn)入到通氣管3中，再由上方塔板上的浮閥5進(jìn)入到精餾段。實(shí)施例本實(shí)施例的叔丁醇催化精餾脫水制異丁烯的過程在圖1、圖2和圖3所示的催化劑填裝結(jié)構(gòu)的催化精餾塔內(nèi)進(jìn)行。催化精餾塔內(nèi)徑為200_，塔的精餾段填裝1500_的規(guī)整填料，塔的提留段填裝1500mm的規(guī)整填料，反應(yīng)器內(nèi)填裝大孔強(qiáng)酸性陽離子樹脂作為催化齊U。所采用的催化劑填裝結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)見表1，流量為5kg/h的含水15%的叔丁醇原料從進(jìn)料口導(dǎo)入進(jìn)行脫水反應(yīng)，操作壓力1. 20MPa。叔丁醇的一次轉(zhuǎn)化率為95% 98%。表I
權(quán)利要求1.一種催化精餾塔的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)置于催化精餾塔內(nèi)，其特征在于該催化劑填裝結(jié)構(gòu)包括塔板(I)、隔板(2)、通氣管(3)和填裝于隔板(2)上的催化劑層(4);塔板(I)上分布有浮閥(5)和篩孔(6)，隔板(2)位于相鄰兩塔板之間并與塔板平行，其邊緣與塔內(nèi)壁密封連接，隔板(2)與下方塔板上的浮閥之間留有空隙，通氣管(3)垂直豎立于隔板(2)之上穿過催化劑層(4)，通氣管(3)上端封閉，管側(cè)壁開有小孔(7)，其下端邊緣與隔板(2)密封連接。
2.如權(quán)利要求1所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述通氣管(3)高于催化劑層高度。
3.如權(quán)利要求1所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述通氣管側(cè)壁開孔大小為直徑5 10_，開孔80 100個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述隔板2是由10 100目的不銹鋼絲或開孔率為10% 80%的帶孔鋼板、帶孔塑料板或多孔陶瓷、多孔的碳化硅材料制成。
5.如權(quán)利要求1所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的通氣管直徑為30 50mm。
6.如權(quán)利要求1所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述通氣管在每層隔板上排布I 6個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種催化精餾塔的催化劑填裝結(jié)構(gòu)，所述的催化劑填裝結(jié)構(gòu)置于催化精餾塔內(nèi)，其特征在于該催化劑填裝結(jié)構(gòu)包括塔板(1)、隔板(2)、通氣管(3)和填裝于隔板(2)上的催化劑層(4)；塔板(1)上分布有浮閥(5)和篩孔(6)，隔板(2)位于相鄰兩塔板之間并與塔板平行，其邊緣與塔內(nèi)壁密封連接，隔板(2)與下方塔板上的浮閥之間留有空隙，通氣管(3)垂直豎立于隔板(2)之上穿過催化劑層(4)，通氣管(3)上端封閉，管側(cè)壁開有小孔(7)，其下端邊緣與隔板(2)密封連接。上層塔內(nèi)件流下的液體通過塔板上的篩孔均勻的通過催化劑層，能有效的利用催化劑顆粒的表面積，提高催化劑的利用率，產(chǎn)生的氣相可通過浮法和通氣管由下向上通過，能夠有效地避免在塔內(nèi)形成液-液分層現(xiàn)象，增大液體在催化劑上的停留時(shí)間，反應(yīng)需要的熱能夠及時(shí)供給，促使反應(yīng)的進(jìn)行，提高叔丁醇轉(zhuǎn)化率。
文檔編號(hào)B01D3/32GK202893314SQ20122049986
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者王艷飛, 董炳利, 周金波, 李長(zhǎng)明, 李吉春, 曹鳳霞, 程中克, 茍文甲, 倪巖, 田亮, 任海鷗, 張松顯, 李秋穎, 許江, 程亮亮 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司