專利名稱：：催化劑網(wǎng)盒及催化劑填裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域中催化反應(yīng)精餾塔內(nèi)件，更確切地講是一種催化劑網(wǎng)盒及催化劑填裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：催化反應(yīng)精餾是化工工業(yè)中應(yīng)用日漸廣泛的一種將反應(yīng)與分離耦合在同一設(shè)備中的化工單元操作。在催化反應(yīng)精餾塔內(nèi)既要為催化反應(yīng)提供充足的催化活性，同時還要為傳質(zhì)分離提供充足的汽、液接觸表面積。目前，由于樹脂成型技術(shù)的限制，無法將樹脂制成任意形狀。工業(yè)上普遍使用的催化劑為粒度較小的球形催化劑顆粒，但將粒度較小的催化劑小球直接堆放在催化精餾塔內(nèi)會使塔的壓降過大，流體不能順利流過床層，從而使塔的能耗增加。為了有效地控制反應(yīng)區(qū)反應(yīng)物與產(chǎn)物的內(nèi)擴(kuò)散和床層阻力過大等問題，開發(fā)新型的催化填料己成為當(dāng)今研究催化反應(yīng)精餾技術(shù)的熱門課題。美國專利4215011提出將催化劑顆粒裝填于用玻璃布縫制的布袋中，再用絲網(wǎng)波紋片作為支撐架覆蓋在布袋上，將其巻成具有一層絲網(wǎng)、一層布袋的捆束狀圓柱體催化劑填裝構(gòu)件。這種構(gòu)件的優(yōu)點是催化劑在塔內(nèi)分布均勻，床層空隙率較大、阻力小，具有一定的分離能力。但這種構(gòu)件.中的布袋是垂直排布在催化精餾塔內(nèi)，所以液體只能通過橫向擴(kuò)散到達(dá)催化劑顆粒表面，然后再通過擴(kuò)散離開催化劑布袋到達(dá)氣、液傳質(zhì)界面，形成了"傳質(zhì)控制"。因此，該構(gòu)件對于催化劑的利用率較低，不能充分利用催化劑顆粒的表面積。中國專利1065412和歐洲專利0428265分別提出將催化劑顆粒裝填于兩塊相同絲網(wǎng)波紋片的中間，即用兩塊相同的絲網(wǎng)波紋片將催化劑顆粒夾在中間作為波紋板填料中的一塊板，然后再將這些夾有催化劑顆粒的波紋板組成波紋板規(guī)整填料。這種構(gòu)件的優(yōu)點是具有和板波紋絲網(wǎng)填料相當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)分離能力，但同樣也存在催化劑利用率低的問題。中國專利1234293提出將催化劑顆粒直接裝填于催化精餾塔中，該催化精餾塔由多孔氣液通道和通道固定框架組成，多孔氣液通道垂直、均勻地置于反應(yīng)精餾塔體內(nèi)，相鄰?fù)ǖ乐g隔板的位置互相錯開。這種催化劑填裝方式的優(yōu)點是氣液通過催化劑床層能進(jìn)行充分接觸，催化劑的利用率較高。但由于部分氣體要通過粒度較小的催化劑顆粒床層，所以存在床層阻力較大、催化精餾塔處理能力小的缺點。中國專利1266736提出催化精餾塔的催化劑填裝構(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)件的優(yōu)點是消除了液體溝流和短路現(xiàn)象，催化劑顆粒的利用率較高，但同樣也存在催化劑床層阻力大、催化精餾塔處理量小的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種裝填于催化精餾塔內(nèi)的大通量高效率的液體穿流式催化劑填裝構(gòu)件，它相對于現(xiàn)有的催化填料更具有優(yōu)勢。它是根據(jù)一種無溢流液體穿流結(jié)構(gòu)的分離原理結(jié)合液相催化反應(yīng)原理制成的規(guī)整填料形式的帶有防止溢流擋板的催化劑網(wǎng)盒組合構(gòu)件。其最主要的特點是(1)合理有效地將催化劑分布于塔內(nèi)，配合催化劑網(wǎng)盒上方的防溢流擋板，利用液體本身的重力勢能使液體在催化劑床層至上而下均勻地穿過流動，避免了由于液體橫向擴(kuò)散到催化劑表面而使催化劑表面更新緩慢的問題；(2)催化劑網(wǎng)盒間存在一定的距離，即設(shè)置了大量的氣相通道，在氣相通道中放置傳質(zhì)元件(如分離塔板或分離填料等)，在保證催化劑效率不變的前提下正是由于氣相通道的存在，才使得床層壓降大幅度降低。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的催化劑網(wǎng)盒，是在絲網(wǎng)和平板制成的帶有防溢流擋板的封閉式網(wǎng)盒內(nèi)設(shè)置有催化劑顆粒；網(wǎng)盒的四周由平板圍成并且高于網(wǎng)盒的上截面，網(wǎng)盒的上下截面由絲網(wǎng)或帶孔的平板制成。-所述的催化劑網(wǎng)盒的寬度為0.010.5m，催化劑網(wǎng)盒的長度為0.0510m，催化劑網(wǎng)盒的厚度為0.0010.5nu所述的催化劑網(wǎng)盒上的防溢流擋板高度為催化劑網(wǎng)盒上下截面距離的0.110倍。所述的催化劑網(wǎng)盒所述的催化劑網(wǎng)盒的上下截面為10100目的不銹鋼絲網(wǎng)或開孔率為10%80%的帶孔鋼板、帶孔塑料板或多孔陶瓷、多孔碳化硅材料制成。由本發(fā)明的催化劑網(wǎng)盒構(gòu)成的催化劑填裝構(gòu)件，是由催化劑網(wǎng)盒按層排列為催化劑層，上下層交錯排列于塔內(nèi)，相鄰層的催化劑網(wǎng)盒排列方式為平行交錯式，使上下兩層的催化劑網(wǎng)盒不在同一軸線上重合。所述的催化劑層的層與層之間的距離為每個催化劑網(wǎng)盒厚度的0.110倍。所述的催化劑層的催化劑網(wǎng)盒之間的的距離為層與層間催化劑網(wǎng)盒距離的0.110倍。所述的催化劑層的每個催化劑網(wǎng)盒與塔壁接觸的兩端的形狀與塔內(nèi)壁的弧形曲線相吻合。，所述的催化劑層的層與層之間、同一層上網(wǎng)盒與網(wǎng)盒之間設(shè)置有精餾填料或精餾塔板。所述催化劑層由塔內(nèi)壁焊接的三角支架支撐。上述所有的限制條件和數(shù)據(jù)是由下面的因素決定的催化劑填裝構(gòu)件可以根據(jù)不同的操作要求，在塔內(nèi)采用不同填裝方式。包括每一層上催化劑網(wǎng)盒的數(shù)量不同、催化劑網(wǎng)盒的寬度不同、催化劑網(wǎng)盒的高度不同、溢流擋板的高度不同、同一層上催化劑網(wǎng)盒間的距離不同、層與層催化劑網(wǎng)盒之間的間距不同。催化劑網(wǎng)盒數(shù)由塔的內(nèi)徑和要求的催化劑填裝量共同決定。催化劑網(wǎng)盒的其寬度與厚度的具體距離由塔內(nèi)徑、塔的處理量和催化劑的填裝量共同決定；而長度由沿塔徑向截面園的弦長所決定，如果塔的直徑過大，可采用分塊組合的形式。所述的催化劑填裝構(gòu)件，其每個催化劑網(wǎng)盒與塔壁接觸的兩端的形狀由塔內(nèi)壁的弧形曲線所決定，每個催化劑網(wǎng)盒因其與塔內(nèi)壁接觸的位置不同，所以網(wǎng)盒兩端的弧形曲線有所不同。所述的催化劑填裝構(gòu)件，其層與層之間的距離的大小是壓降的決定性因素之一。如果操作條件要求氣相流量較大，可以通過增加氣相通道同時增加每層催化劑網(wǎng)盒間的高度來滿足對催化劑裝填量和工藝操作的要求。同一層上催化劑網(wǎng)盒之間的的距離的大小是壓降的另一決定性因素。具體距離視實際操作要求而定。所述的的催化劑網(wǎng)盒，其上的防溢流擋板高度由催化劑網(wǎng)盒內(nèi)所填裝的催化劑的量和壓力降所決定。當(dāng)填裝的催化劑量和氣相壓力降增大時，要求防溢流擋板的高度要相應(yīng)增加，以提高通過催化劑網(wǎng)盒的流體流動的推動力。本發(fā)明的獨特優(yōu)勢如下-1、本發(fā)明的催化劑填裝構(gòu)件，為了避免讓氣相與催化劑顆粒接觸造成床層壓降過大，把氣液固三相分為液固反應(yīng)區(qū)與汽液分離區(qū)，使層與層之間、同一層上網(wǎng)盒與網(wǎng)盒之間具有一定的間隙，這些特點使得整個床層的壓降大幅度降低，有效地提高了催化精餾塔的處理能力。2、本發(fā)明的催化劑網(wǎng)盒的排列結(jié)構(gòu)為一種無溢流流體穿流的結(jié)構(gòu)，由于在催化劑網(wǎng)盒之間放置的傳質(zhì)元件，使其具有與其它同類催化填料相比具有較高的傳質(zhì)分離能力。3、本發(fā)明的催化劑網(wǎng)盒上方的溢流擋板把從上層催化劑網(wǎng)盒流下的液體收集在一起，利用液體自身的重力使液體均勻順利地通過催化劑網(wǎng)盒，使液體在催化劑顆粒中呈準(zhǔn)湍流的狀態(tài)，與其他依靠擴(kuò)散使液體到達(dá)催化劑顆粒表面的同類裝置相比，本發(fā)明能更充分地利用催化劑顆粒的表面積，提高了催化劑的利用率。4、本發(fā)明的催化劑填裝構(gòu)件，可以在其催化劑網(wǎng)盒的層與層之間、同一層上網(wǎng)盒與網(wǎng)盒之間加入精餾填料或精餾塔板來增加催化劑填裝構(gòu)件的傳質(zhì)分離能力。5、本發(fā)明的催化劑填裝構(gòu)件，其催化劑網(wǎng)盒對從該催化劑網(wǎng)盒上方穿流通過的液體有良好的分布作用，即催化劑網(wǎng)盒的下部具有和液體分布器一樣的功能。這使得下層的傳質(zhì)分離元件能更高效地發(fā)揮其傳質(zhì)分離的作用。圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A截面俯視圖。圖3為圖1的B-B截面俯視圖。圖4為圖1中單個催化劑網(wǎng)盒的C-C截面橫向示意圖。圖5為氣、液在裝有本發(fā)明的催化劑填裝構(gòu)件的塔內(nèi)的流動示意圖。圖6為在每層催化劑網(wǎng)盒間設(shè)置規(guī)整填料的示意圖。圖7為在每層催化劑網(wǎng)盒間設(shè)置分離塔板的示意圖。圖8為在同一層上催化劑網(wǎng)盒之間設(shè)置規(guī)整填料的示意圖。圖9為在同一層上催化劑網(wǎng)盒之間設(shè)置分離塔板的示意圖。圖IO為催化劑網(wǎng)盒分塊組合式填裝方式的示意圖。具體實施方式由附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明-由圖1可見，本發(fā)明所提及的催化劑填裝構(gòu)件按照液體無溢流且穿流通過催化劑的流動形式構(gòu)成的催化劑網(wǎng)盒2，在催化精餾塔的催化精餾段內(nèi)排列組成。催化劑網(wǎng)盒之間的具體距離由處理量和催化劑填裝量所決定。由圖2和圖3可見，本發(fā)明所提及的催化劑填裝構(gòu)件整體結(jié)構(gòu)，其相鄰層的催化劑網(wǎng)盒排列方式為平行交錯式，即每相鄰層之間的催化劑網(wǎng)盒交錯叉開且保證上下兩層的催化劑網(wǎng)盒不在同一軸線上完全重合。每個催化劑網(wǎng)盒因其與塔內(nèi)壁接觸的位置不同，所以網(wǎng)盒兩端的弧形曲線有所不同。-由圖4可見，本發(fā)明所提及的催化劑網(wǎng)盒的上、下截面4由10100目的不銹鋼絲網(wǎng)、開孔率為10%80%的帶孔鋼板、帶孔塑料板或多孔介質(zhì)(如陶瓷、多孔碳化硅)等材料制成，催化劑網(wǎng)盒的四周由平板制成，其中側(cè)面擋板可制成帶有不同形狀缺口6也可不帶缺口的防溢流擋板3，正是由于防溢流擋板的設(shè)計，由上至下流動的大量液體，被收集在催化劑網(wǎng)盒上截面上方，利用液體自身的重力，液體可以順利地穿流通過催化劑網(wǎng)盒，能夠充分的利用催化劑的表面。所說的不同形狀的缺口可以是倒三角型亦可以是半圓型等。網(wǎng)盒內(nèi)填裝催化劑顆粒5，其根據(jù)所處理的物系不同而選用不同的催化劑顆粒。由圖5可見，填裝了本發(fā)明所述的催化劑填裝構(gòu)件的催化精餾塔內(nèi)，氣、液流動的情況，在珞內(nèi)大量的液體7都是穿過催化劑網(wǎng)盒2而垂直向下流動的。在塔內(nèi)氣體8是沿著催化劑網(wǎng)盒之間的空隙向上流動，正是由于這些空隙的存在，上升的氣體才可以順利的通過催化精餾段，床層阻力小，不易液泛，操作彈性大。由圖6、圖7、圖8、圖9可見，為了增加本發(fā)明所述的催化劑填裝構(gòu)件的分離能力，在每層催化劑網(wǎng)盒之間增設(shè)規(guī)整填料9或分離塔板10，亦可以在同一層的催化劑網(wǎng)盒之間增設(shè)規(guī)整填料9或分離塔板10。規(guī)整填料包括波紋板填料、絲網(wǎng)波紋填料、多孔介質(zhì)規(guī)整填料等。分離塔板包括穿流塔板、浮閥塔板、篩板等。由圖10可見，為了使本發(fā)明所述的催化劑填裝構(gòu)件應(yīng)用于大塔徑的催化精餾塔，可采用分塊組合式的填裝方式。塔徑過大時，由于單個催化劑網(wǎng)盒的長度過長，導(dǎo)致安裝過程中不易將催化劑網(wǎng)盒裝入塔內(nèi)，可將過長的催化劑網(wǎng)盒分割制成幾個小的網(wǎng)盒，網(wǎng)盒兩端設(shè)有螺孔，將若干小網(wǎng)盒放入塔內(nèi)后再用螺栓將其連接成完整的催化劑網(wǎng)盒。本發(fā)明的催化劑填裝結(jié)構(gòu)廣泛適用于所有液相反應(yīng)的催化精餾過程，為了更好的說明本發(fā)明在催化精餾方面的優(yōu)勢，根據(jù)上面所敘述的裝置和結(jié)構(gòu)，僅僅選取其中三個應(yīng)用實例加以說明，但并不因此限制本催化劑填裝結(jié)構(gòu)的適用范圍。例1:本發(fā)明的催化劑填裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于處理生產(chǎn)PTA和PVA等流程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物醋酸甲酯的催化精餾水解過程。本過程采用的催化劑填裝結(jié)構(gòu)為如圖8所示，即在同一層的催化劑網(wǎng)盒之間設(shè)置精餾分離規(guī)整填料的形式。在內(nèi)徑為100mm的催化精餾塔內(nèi)填裝600mm高本發(fā)明所述的催化劑填裝構(gòu)件作為催化精餾塔的反應(yīng)精餾段，塔的下部填裝400mm高的規(guī)整填料作為催化精餾塔的提餾段。催化劑網(wǎng)盒內(nèi)填裝強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。流量為696g/h的醋酸甲酯和流量為702g/h的純水從催化劑填裝構(gòu)件的頂部加入，測得塔釜產(chǎn)物中醋酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為97%99%。該過程中采用的催化劑填裝結(jié)構(gòu)如表1。表1催化劑填裝構(gòu)件的結(jié)構(gòu)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>例2:本發(fā)明的催化劑填裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于輕汽油醚化的研究。本過程采用的催化劑填裝結(jié)構(gòu)為如圖6所示，即在催化劑網(wǎng)盒之間設(shè)置精餾分離規(guī)整填料的形式。本研究在內(nèi)徑為50mm的催化精餾塔內(nèi)填裝1400mm高本發(fā)明所述的催化劑填裝構(gòu)件作為催化精餾塔的反應(yīng)精餾段，塔的下部填裝600mm高的規(guī)整填料作為催化精餾塔的提餾段。催化劑網(wǎng)盒內(nèi)填裝強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。流量為246g/h的輕汽油和流量為395g/h的甲醇分別從催化劑填裝構(gòu)件的上部和下部加入，測得醚化輕汽油中醚含量達(dá)到14.3%26.3%。該過程中采用的催化劑填裝結(jié)構(gòu)如表2。表2催化劑填裝構(gòu)件的結(jié)構(gòu)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>催化劑網(wǎng)盒的高度mm5規(guī)整填料的高度mm2.5防溢流擋板的高度mm2.5每層催化劑網(wǎng)盒間的高度mm2.5同層催化劑網(wǎng)盒間的距離mm10絲網(wǎng)的孔數(shù)目30例3:為了說明本發(fā)明在塔徑過大時的分塊組合式填裝形式，將本發(fā)明的催化劑填裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于內(nèi)徑為3000mm的催化精餾塔內(nèi)，該塔用于處理生產(chǎn)PTA和PVA等流程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物醋酸甲酯的催化精餾水解過程。本過程采用的催化劑填裝結(jié)構(gòu)為如圖8所示，為了便于安裝，將較長的催化劑網(wǎng)盒分成幾段制造，每段兩端設(shè)有安裝組合的螺孔，在塔內(nèi)用螺栓將每段催化劑網(wǎng)盒安裝組合在一起，如圖10所示，組合在一起后形狀與小塔徑內(nèi)的填裝結(jié)構(gòu)相同。在塔內(nèi)填裝高500mm高本發(fā)明所述的催化劑填裝構(gòu)件作為催化精餾塔的反應(yīng)精餾段，塔的下部填裝500mm高的規(guī)整填料作為催化精餾塔的提餾段。催化劑網(wǎng)盒內(nèi)填裝強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。流量為15794g/h的醋酸甲酯和流量為18294g/h的純水從催化劑填裝構(gòu)件的頂部加入，測得塔釜產(chǎn)物中醋酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為64%88%。該過程中采用的催化劑填裝結(jié)構(gòu)如表3。結(jié)構(gòu)名稱單位值1層催化劑網(wǎng)盒的數(shù)量個62層催化劑網(wǎng)盒的數(shù)量個1層每個催化劑網(wǎng)盒的長度mm2220/2730/2960/2960/2730/22202層每個催化劑網(wǎng)盒的長度mm1884/2829/3000/2829/1884催化劑網(wǎng)盒的寬度mm300催化劑網(wǎng)盒的高度mm80規(guī)整填料的高度mm180防溢流擋板的高度mm腦每層催化劑網(wǎng)盒間的高度mm25同層催化劑網(wǎng)盒間的距離mm85絲網(wǎng)的孔數(shù)百30權(quán)利要求1.一種催化劑網(wǎng)盒，其特征是在絲網(wǎng)和平板制成的帶有防溢流擋板的封閉式網(wǎng)盒內(nèi)設(shè)置有催化劑顆粒；網(wǎng)盒的四周由平板圍成并且高于網(wǎng)盒的上截面，網(wǎng)盒的上下截面由絲網(wǎng)或帶孔的平板制成。2.如權(quán)利要求1所述的催化劑網(wǎng)盒，其特征是所述的催化劑網(wǎng)盒的寬度為0.010.5m，催化劑網(wǎng)盒的長度為0.0510m，催化劑網(wǎng)盒的厚度為0.0010.5m.3.如權(quán)利要求1所述的催化劑網(wǎng)盒，其特征是所述的催化劑網(wǎng)盒上的防溢流擋板高度為催化劑網(wǎng)盒上下截面距離的(Xl10倍。4.如權(quán)利要求1所述的催化劑網(wǎng)盒，其特征是所述的催化劑網(wǎng)盒所述的催化劑網(wǎng)盒的上下截面為10100目的不銹鋼絲網(wǎng)或開孔率為10%80%的帶孔鋼板、帶孔塑料板或多孔陶瓷、多孔碳化硅材料制成。5.由權(quán)利要求1的催化劑網(wǎng)盒構(gòu)成的催化劑填裝構(gòu)件，其特征是催化劑網(wǎng)盒按層排列為催化劑層，上下層交錯排列于塔內(nèi)，相鄰層的催化劑網(wǎng)盒排列方式為平行交錯式，使上下兩層的催化劑網(wǎng)盒不在同一軸線上重合。6.如權(quán)利要求5所述的催化劑填裝構(gòu)件，其特征是所述的催化劑層的層與層之間的距離為每個催化劑網(wǎng)盒厚度的0.110倍。7.如權(quán)利要求5所述的催化劑填裝構(gòu)件，其特征是所述的催化劑層的催化劑網(wǎng)盒之間的的距離為層與層間催化劑網(wǎng)盒距離的0.110倍。8.如權(quán)利要求5所述的催化劑填裝構(gòu)件，其特征是所述的催化劑層的每個催化劑網(wǎng)盒與塔壁接觸的兩端的形狀與塔內(nèi)壁的弧形曲線相吻合。9.如權(quán)利要求5所述的催化劑填裝構(gòu)件，其特征是所述的催化劑層的層與層之間、同一層上網(wǎng)盒與網(wǎng)盒之間設(shè)置有精餾填料或精餾塔板。10.如權(quán)利要求5所述的催化劑填裝構(gòu)件，其特征是所述催化劑層由塔內(nèi)壁焊接的三角支架支撐。全文摘要本發(fā)明涉及一種催化劑網(wǎng)盒及催化劑填裝結(jié)構(gòu)。催化劑網(wǎng)盒是在絲網(wǎng)和平板制成的帶有防溢流擋板的封閉式網(wǎng)盒內(nèi)設(shè)置有催化劑顆粒；網(wǎng)盒的四周由平板圍成并且高于網(wǎng)盒的上截面，網(wǎng)盒的上下截面由絲網(wǎng)或帶孔的平板制成。催化劑填裝構(gòu)件是催化劑層上下層交錯排列于塔內(nèi)，相鄰層的催化劑網(wǎng)盒排列方式為平行交錯式，上下兩層的催化劑網(wǎng)盒不在同一軸線上重合。本發(fā)明合理有效地將催化劑分布于塔內(nèi)，利用液體本身的重力勢能使液體在催化劑床層至上而下均勻地穿過流動，由于液體橫向擴(kuò)散到催化劑表面而使催化劑表面更新緩慢的問題；與其他依靠擴(kuò)散使液體到達(dá)催化劑顆粒表面的同類裝置相比，能更充分地利用催化劑顆粒的表面積，提高了催化劑的利用率。文檔編號B01J35/02GK101219400SQ200810052268公開日2008年7月16日申請日期2008年2月3日優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日發(fā)明者翠廣,洪李,李永紅,李鑫鋼,鑫高申請人:天津大學(xué)