專利名稱：催化蒸餾結(jié)構(gòu)物的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及一種結(jié)構(gòu)物，該結(jié)構(gòu)物起反應(yīng)催化劑和蒸餾傳質(zhì)表面的雙重作用。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種裝有固體顆粒催化劑的固定蒸餾結(jié)構(gòu)物。相關(guān)領(lǐng)域同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)和產(chǎn)物與反應(yīng)物分離已采用了一段時(shí)間，大家已公認(rèn)了它的優(yōu)點(diǎn)。在U.S.4232177、4307254、4336407、4504687、4918243和4978807(醚化)；4242530(二聚)；4982022(水合)；4447668(分解)和4950834、5019669(芳烴烷基化)中公開(kāi)了同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)和蒸餾的一些應(yīng)用實(shí)施例。
已提出了幾種不同的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物。例如參見(jiàn)U.S.4302356和4443559，其中將顆粒催化劑裝在用去霧器金屬絲繞制的織物帶制作的小袋中，構(gòu)成催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，U.S.4731229公開(kāi)了用波紋元件和帶的填料構(gòu)成催化劑構(gòu)件。最近改進(jìn)了高效填料用來(lái)裝填催化劑，如U.S.5073236公開(kāi)的那樣。在后一專利中，將中間裝有催化劑的兩塊平行的氣體滲透板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物豎直安裝在塔內(nèi)，與裝有催化劑的另一對(duì)板直接相鄰。裝有催化劑的填料板當(dāng)裝入塔內(nèi)時(shí)，在某些情況下可能得到太致密的催化劑床層，從而使停留時(shí)間增加，超過(guò)對(duì)于一定反應(yīng)所需的的停留時(shí)間。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在某些實(shí)施方案中流體可在塔內(nèi)得到更大的流動(dòng)性。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，該催化蒸餾結(jié)構(gòu)物比背景技術(shù)的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物有更好的蒸餾特性。本發(fā)明的特征在于，用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)物時(shí)可使用較少的催化劑。
發(fā)明綜述本發(fā)明通過(guò)用含有惰性元件的間隔元件將至少一對(duì)裝有催化劑的相鄰元件分開(kāi)，得到一種更通用的體系。例如，間隔元件可為一種平板(氣體可滲透的或?qū)嵭牡?，一種裝有惰性顆粒的元件(類似于裝催化劑的元件)或一種空的類似于裝催化劑的元件。通過(guò)改變間隔元件的數(shù)目，可在塔內(nèi)裝入所需數(shù)量的催化劑，同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)的裝催化劑的元件。在一實(shí)施方案中，可將催化元件間隔開(kāi)，在一些結(jié)構(gòu)物之間或在所有結(jié)構(gòu)物之間留下空隙。
如果希望沿塔徑有連貫流動(dòng)特性，間隔元件可與用類似大小和形狀的惰性填料代替顆粒催化材料的裝催化劑的元件相同。另外，為了得到另外的流動(dòng)特性可簡(jiǎn)單的去掉催化劑或其他填料。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明裝催化劑的元件和間隔元件的結(jié)構(gòu)物的部分橫截面俯視圖。
圖2是圖1的一個(gè)催化元件的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明一個(gè)包裝元件的橫截面圖。
圖4是本發(fā)明的裝有顆粒材料的包裝元件。
圖5是有許多間隔開(kāi)的催化元件的結(jié)構(gòu)物。
圖6是僅有一對(duì)相鄰間隔的許多催化元件。
圖7是相鄰包裝單元彼此接觸和相連的許多包裝物。
圖8是其中裝有本發(fā)明的結(jié)構(gòu)物的反應(yīng)蒸餾塔的部分側(cè)視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述在本發(fā)明中，催化結(jié)構(gòu)物由用一種或多種以下布置的至少兩個(gè)催化元件組成。
A.間隔物B.與選自以下的惰性元件連接1.包裝元件2.非催化元件3.平板(氣體滲透的或不滲透的)優(yōu)選的是，催化結(jié)構(gòu)物在上述布置中含有許多催化元件。例如，在如圖6所示的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，催化結(jié)構(gòu)物由兩組用間隔物分離的連接的催化元件組成。在圖5所示的另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，在結(jié)構(gòu)物中有許多催化元件，彼此用間隔物分開(kāi)，以致沒(méi)有連接的催化元件以及相鄰的催化元件不相互接觸。這兩種布置都優(yōu)于US5073236中所示的結(jié)構(gòu)物，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖呋Y(jié)構(gòu)物內(nèi)有更大的間隙。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，有連接催化元件的致密結(jié)構(gòu)物有一屏障，實(shí)際效果很象顆粒催化材料的填料床層，其結(jié)果有高的填料塔壓降。
但是，圖7所示的催化結(jié)構(gòu)物提供了一種更緊密的裝填，但它與背景技術(shù)有重大的區(qū)別。所示的一些包裝物沒(méi)有任何顆粒材料和/或裝有惰性顆粒材料?？盏奶盍喜恢旅?，由于有許多空隙和表面，因此有極好的蒸餾特性。惰性元件是裝有惰性顆粒材料的包裝物，惰性顆粒材料的大小可與催化顆粒材料相同，或小于或大于催化顆粒材料。惰性元件具有催化元件所有相同的水力學(xué)特性，但降低了催化反應(yīng)。在催化蒸餾，也稱為反應(yīng)蒸餾中(U.S.5019669)，催化反應(yīng)常常是可逆反應(yīng)。因此，通過(guò)減少反應(yīng)元件而保持蒸餾元件，可得到催化蒸餾更高程度的分離。換句話說(shuō)，通過(guò)將惰性元件分散在催化元件之間，得到突出分餾作用的結(jié)構(gòu)物，而在該體系中，作為一個(gè)整體來(lái)說(shuō)，由于有許多催化結(jié)構(gòu)物裝在塔內(nèi)，它仍保持了反應(yīng)的推動(dòng)力。
在任一給定的塔中催化劑量的減少可能對(duì)于催化蒸餾的動(dòng)力學(xué)特性和上述改進(jìn)的蒸餾特性的影響不大。
通常用塑料帶或金屬帶，在每組元件的上下兩端將催化元件和非催化元件結(jié)合在一起，構(gòu)成結(jié)構(gòu)物。在希望有間隔的場(chǎng)合下，將有框架性質(zhì)的間隔物放在要分開(kāi)的元件之間。
術(shù)語(yǔ)包裝物用來(lái)說(shuō)明連接構(gòu)成裝顆粒催化材料和顆粒惰性材料的容器的波紋板。波紋板可編織連接、卷邊連接和彎曲連接。波紋板以平行于一共同軸的方式安裝，并在板之間有空的通道，用于流體流的分布和分餾。
在每一板上的波紋和通道以及顆粒材料的小袋以與共同軸有一傾斜的取向排列，而與相鄰板的波紋成相反方向。
為了詳細(xì)說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施方案，讀者可參考附圖，在附圖中，為了便于參考，同樣的元件有相同的編號(hào)。
在圖1中，給出本發(fā)明的催化結(jié)構(gòu)物10的俯視圖，該結(jié)構(gòu)物由許多沿一共同軸排列的催化元件12組成，每一催化元件用非催化的板14分開(kāi)，該板可為可滲透的或不滲透的。這些元件用帶16固定在一起。在圖2中，表示催化元件有兩層氣體可滲透的金屬絲網(wǎng)，它們按有規(guī)則的間隔連接形成小袋22，顆粒催化劑可裝在小袋中，或者可用空的小袋，如下文所述的。這一連接可通過(guò)將兩層在連接點(diǎn)13處交織在一起的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的實(shí)施方案涉及雙層編織法，在該法中絲網(wǎng)被編織為有用編織構(gòu)成整體的小袋的雙層編織型式。另外，如圖3所示，小袋斜著穿過(guò)元件表面編織。元件的外觀呈波紋人字形(見(jiàn)圖3和4)。
在圖7中，表示了幾個(gè)用間隔物24分開(kāi)的裝催化劑的元件12的視圖。在這一優(yōu)選實(shí)施方案中，每一催化元件12都有非催化蒸餾結(jié)構(gòu)物24分開(kāi)，非催化蒸餾結(jié)構(gòu)物24或是圖3的空的小袋結(jié)構(gòu)物，或是裝有顆粒材料26的小袋，如圖4。裝顆粒材料的小袋元件可裝有催化顆粒材料或惰性顆粒材料。這些元件看上去是相同的，僅僅顆粒材料的性質(zhì)不同。圖6表示一結(jié)構(gòu)物類似的視圖，其中所有的小袋元件都是催化元件12，兩部分連接的催化元件用間隔物28分開(kāi)，以致貫穿整個(gè)催化結(jié)構(gòu)物，催化元件是不連接的。
在圖5中，表示一組催化蒸餾結(jié)構(gòu)物已放置在蒸餾塔反應(yīng)器中。催化元件10被間隔元件28分開(kāi)，并用帶16將整個(gè)元件結(jié)合成一組。用帶結(jié)合的所有元件豎直排放在塔中。
現(xiàn)在參看圖8，表示裝有一組圖7所示類型的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物10的蒸餾塔反應(yīng)器100。優(yōu)選的是，水平的小袋狀裝催化劑的元件這樣排放在一起，一元件的小袋與下一相鄰元件的小袋呈90°，這些元件無(wú)論是空的(沒(méi)有顆粒材料)、還是用顆粒催化劑裝填的或是用惰性材料裝填的，以致流體流沿通道與塔的豎直軸成一定角度流動(dòng)。這一特征在圖8中說(shuō)明，在那里上下塔段的斜線表示波紋板的背。
對(duì)于流體流的分餾來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)物10起規(guī)整填料的作用，同時(shí)用于流體流的催化反應(yīng)。在典型的安裝中，許多結(jié)構(gòu)物10在塔內(nèi)重疊在另一結(jié)構(gòu)物的頂部，并支撐在適合的支持結(jié)構(gòu)物上。每一豎行結(jié)構(gòu)物這樣排放，在同行中其板18和20平行于其他的板，而在相鄰豎行中，相對(duì)于板面成90°。在圖8中說(shuō)明了三個(gè)豎直間隔行的板的相對(duì)取向。結(jié)構(gòu)物10特別適用于產(chǎn)物可用蒸餾分離的液相反應(yīng)，并且在液相非均相催化劑體系中氣/液逆流接觸。在操作中，一股或多股流體流送入塔100，其液體通過(guò)結(jié)構(gòu)物10下降，而蒸汽通過(guò)結(jié)構(gòu)物上升。液體流在通道32中沿板18和20表面流動(dòng)，并通過(guò)催化劑床層30和元件24中的惰性床層。在結(jié)構(gòu)物10頂端可使用液體分配器，使液體物按需要優(yōu)選進(jìn)入通道32或催化劑床層30。
催化劑床層30構(gòu)成催化反應(yīng)段，用于下降的液體流催化反應(yīng)。同時(shí)，通過(guò)流體流的分餾形成蒸汽相，它優(yōu)選通過(guò)通道32向上流動(dòng)，以便與下降的液體流混合。液相與蒸汽相之間的傳質(zhì)主要發(fā)生在板18和20的表面上以及在催化劑的表面上。
當(dāng)上升的蒸汽與下降的液體接觸時(shí)，液相和蒸汽相在通道32中發(fā)生混合。液相通過(guò)可滲透元件18和20，從通道進(jìn)入催化劑床層22進(jìn)行催化反應(yīng)，或進(jìn)入元件24的惰性床層進(jìn)一步進(jìn)行分離。反應(yīng)產(chǎn)物同樣從催化劑床層流進(jìn)通道，在那樣進(jìn)行初步蒸餾。
應(yīng)當(dāng)理解，一組以上催化蒸餾結(jié)構(gòu)物可按需要的不同高度排放在塔中。另外，可將一組或多組催化蒸餾結(jié)構(gòu)物以任何有效的方式支撐在塔內(nèi)。例如，可用惰性的蒸餾填料如拉西環(huán)等支撐和分開(kāi)多組催化蒸餾結(jié)構(gòu)物。
權(quán)利要求
1.一種放置在蒸餾塔反應(yīng)器中的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，它包括(a)多個(gè)沿共同軸排列的催化元件，并且每一催化元件包括(i)每隔一定距離連接在一起的第一層和第二層氣體可滲透材料，構(gòu)成有多個(gè)小袋布置在其上的板；以及(ii)放置在所述小袋中的顆粒催化劑；以及(b)放置在所述的許多催化元件的至少兩個(gè)相鄰的催化元件之間的惰性間隔元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的惰性間隔元件有間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的惰性間隔元件包括一平板狀構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的平板狀構(gòu)件是氣體可滲透的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的平板狀構(gòu)件是氣體不滲透的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的惰性間隔元件有含第三和第四層每隔一定距離連接在一起的氣體可滲透材料的波紋板，構(gòu)成許多分布在所述的板上空的小袋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的可滲透材料色括金屬絲網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的小袋的一部分有放置在其中的惰性顆粒物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的小袋斜向穿過(guò)所述的板分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的氣體可滲透材料是一種編織的金屬絲網(wǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的惰性間隔元件包括一個(gè)金屬絲網(wǎng)的單板。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的惰性間隔元件放置在所述的多個(gè)催化元件的兩兩之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述惰性間隔元件有間隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的惰性間隔元件包括一種平板狀構(gòu)件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的平板狀構(gòu)件是氣體可滲透的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述的平板狀構(gòu)件是氣體不可滲透的。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述惰性間隔元件包括一塊板，該板包括每隔一定距離連在一起的第三和第四層氣體可滲透材料從而形成布置在所述板上的多個(gè)小袋。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述小袋的一部分是空的。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，其中所述小袋的一部分有放置在其中的惰性顆粒物。
20.一種用來(lái)同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)和從反應(yīng)物中分離產(chǎn)品的蒸餾塔反應(yīng)器，包括(a)一個(gè)垂直放置的容器；(b)一種布置在其中的催化蒸餾結(jié)構(gòu)物，包括(i)多個(gè)沿共同軸排列的催化元件且每個(gè)元件包括(A)每隔一定距離連在一起的第一層和第二層氣體可滲透材料，形成有多個(gè)小袋布置在其上的板；(B)放置在所述小袋中的顆粒催化劑；和(ii)布置在所述多個(gè)的催化劑元件的至少兩個(gè)相鄰的催化元件之間的惰性間隔元件。
全文摘要
公開(kāi)了一種催化蒸餾結(jié)構(gòu)物(10)，經(jīng)有許多用惰性間隔元件(24)分開(kāi)的、豎直分布的裝催化劑的元件(12)。每一裝催化劑的元件(12)有兩層氣體可滲透材料(18、20)如金屬絲網(wǎng)，并在有規(guī)則的間隔處(13)連接在一起，構(gòu)成有許多小袋(22)分布在表面的單板(12)。顆粒催化劑(26)分布在小袋(22)中。小袋(22)內(nèi)的催化劑(26)提供了一個(gè)進(jìn)行催化反應(yīng)的反應(yīng)區(qū)，而氣體可滲透板(18、20)提供了進(jìn)行分餾的傳質(zhì)表面。間隔元件(14)用來(lái)改變催化劑的密度和裝量。
文檔編號(hào)B01J35/04GK1127480SQ94192878
公開(kāi)日1996年7月24日 申請(qǐng)日期1994年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月11日
發(fā)明者K·H·約翰遜, A·B·達(dá)拉斯 申請(qǐng)人:化學(xué)研究及許可公司