專利名稱：：一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件，屬于化工設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：催化蒸餾塔是一種既有反應(yīng)功能又有分離功能的化工設(shè)備，其反應(yīng)區(qū)的內(nèi)構(gòu)件必須同時具有催化作用和汽液接觸傳質(zhì)作用的雙功能，這種塔內(nèi)件也稱為催化蒸餾塔填料，其結(jié)構(gòu)性能直接影響催化蒸餾過程的效率，需要即保持反應(yīng)區(qū)的汽液兩相充分接觸，又能夠使反應(yīng)物與固體催化劑的接觸時間易于控制，但是目前的催化蒸餾塔填料結(jié)構(gòu)尚不能滿足這種要求。有關(guān)催化蒸餾填料結(jié)構(gòu)的專利和文獻(xiàn)報道如下US5275790和US5262012分別提出將多孔惰性小球與催化劑均勻混合后裝入不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀或者多孔壁金屬箱中，由金屬箱構(gòu)成催化蒸餾塔內(nèi)件，試鹵在催化蒸餾塔內(nèi)件中形成一定的自由空間，作為汽液兩相流動的通道，但這類塔填料難以避免溝流和短路現(xiàn)象。US4443559提出一種由催化劑元件和彈性元件構(gòu)成的催化蒸餾塔內(nèi)件，將固體催化劑封裝于金屬網(wǎng)套內(nèi)構(gòu)成催化劑元件，彈性元件與催化劑元件緊密相連或者圍繞在催化劑元件四周。由于催化劑在封套內(nèi)，反應(yīng)物需要經(jīng)過較長的擴(kuò)散過程才能到達(dá)催化劑表面，而且生成物也不容易由催化劑包內(nèi)部向外擴(kuò)散，因此阻礙了正反應(yīng)的進(jìn)行。US4242530和US4302356提出的方法是將催化劑裝入玻璃纖維袋子或者樹脂毛氈袋子，再將裝有催化劑的袋子附在絲網(wǎng)彈性體上巻成巻，以此作為催化蒸餾塔填料。由于反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳遞均需要通過袋子，而液體在袋子的表面形成一層液膜使傳質(zhì)過程受阻，嚴(yán)重影響反應(yīng)過程的進(jìn)行，導(dǎo)致催化劑利用率下降，并且加工費昂貴。US5073236、US5413749和CN1065412的方法是將固體催化劑顆粒裝填在金屬波紋網(wǎng)板或者多孔波紋板之間，試圖增加汽液兩相的接觸和減小塔壓降。但是由于塔內(nèi)件的空隙率大，存在嚴(yán)重的氣體短路現(xiàn)象，當(dāng)以有效組分含量很低的氣體為催化蒸餾的體系時，反應(yīng)效率甚低。采用現(xiàn)有技術(shù)制成的催化精餾塔內(nèi)件在使用中存在的一個嚴(yán)重的問題是當(dāng)液體流經(jīng)催化蒸餾塔內(nèi)件時，容易在其表面的網(wǎng)孔處形成液膜而封住通往催化劑的孔，構(gòu)件表面的反應(yīng)物遇到液膜阻力而不能由網(wǎng)孔易進(jìn)入構(gòu)件內(nèi)與催化劑接觸，內(nèi)部的反應(yīng)產(chǎn)物也不易流出，從而減小了構(gòu)件內(nèi)外之間的傳質(zhì)速率，使得反應(yīng)和分離難以耦合，降低了催化蒸餾的效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件，這種塔內(nèi)件能夠借助催化劑顆粒上方液體自身的重力迫使反應(yīng)物以可控制的流速穿過催化劑層，在催化劑表面保持一定的停留時間，促進(jìn)反應(yīng)物與催化劑充分接觸。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種便于安裝和拆卸的催化蒸餾塔內(nèi)件，通過螺母將塔內(nèi)件分別固定在支架的不同位置，更換催化劑時只要用新的塔內(nèi)件替換即可，舊的塔內(nèi)件件可回收利用，而且更換某個塔內(nèi)件對其它的塔內(nèi)件不會產(chǎn)生影響。本發(fā)明的第三個目的在于提供一種可靈活排列組合的催化蒸餾塔內(nèi)件，內(nèi)件之間的空隙大小可調(diào)，以提供適宜的反應(yīng)區(qū)壓力降，上下兩層塔內(nèi)件的排列采用交錯式或者同軸式，還可以在上下兩層塔內(nèi)件之間安裝波紋規(guī)整填料，波紋規(guī)整填料同時具有汽液接觸傳質(zhì)作用和液體再分布作用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的本發(fā)明的一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件，其中塔內(nèi)件l是由一個多孔容器和其內(nèi)部具有催化性能的填充物5所組成，容器的側(cè)壁與下底面固定，下底面的中部有至少一個縱向滑桿7，上底面可沿著縱向滑桿上下移動，并可通過螺栓8固定于滑桿的任意高度，容器的側(cè)壁2不通透，容器的上底面4、下底面3均為絲網(wǎng)板或者多孔板，塔內(nèi)件通過螺母9固定在網(wǎng)格支架10上，網(wǎng)格支架固定在催化蒸餾塔壁13上。所述的容器內(nèi)部的填充物為具有相近尺寸并且均勻混合的催化劑顆粒5和惰性填料6，其空隙率為2070%,填充物的裝填高度為5500mm。優(yōu)選所述的填充物的裝填高度為20200mm。所述的容器的側(cè)壁高度為20800mra，容器上底面高度低于塔內(nèi)件側(cè)壁上部邊沿10mm以上，容器的上、下底面開孔率不小于20%，容器的橫截面形狀為圓形、矩形或者多邊形。優(yōu)選容器的側(cè)壁高度為50500mm。所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架10上，每層支架上塔內(nèi)件的總截面積為催化蒸餾塔橫截面積的7095%，所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在催化蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架上，上下相鄰支架上的塔內(nèi)件交錯排列。所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架上，上下相鄰固定塔內(nèi)件的支架之間或者若干層支架之間設(shè)置有波紋規(guī)整填料ll，波紋規(guī)整填料的裝填高度為20800ram。優(yōu)選波紋規(guī)整填料裝填高度為50200mra。所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架上，上下相鄰固定塔內(nèi)件的支架之間設(shè)置有液體分布器12。本發(fā)明的優(yōu)點是催化蒸餾塔內(nèi)件的上底面高度低于側(cè)壁，從而形成溢流堰結(jié)構(gòu)，使催化劑上方積累一定高度的液體，借助液體的重力作用促進(jìn)反應(yīng)物進(jìn)入催化劑床層，使液體反應(yīng)物與催化劑表面充分接觸，同時也迫使反應(yīng)產(chǎn)物及時移出催化劑床層，避免過度反應(yīng)，有效控制反應(yīng)物在催化劑表面的停留時間。圖l高效傳質(zhì)催化蒸餾塔內(nèi)件縱向斷面結(jié)構(gòu)圖；圖2橫截面為圓形的高效傳質(zhì)催化蒸餾塔內(nèi)件俯視圖；圖3橫截面為圓形的塔內(nèi)件在催化蒸餾塔內(nèi)的排列方式俯視圖；圖4橫截面為長方形的塔內(nèi)件在催化蒸餾塔內(nèi)的排列方式俯視圖；圖5實施例1的塔內(nèi)件在催化蒸餾塔內(nèi)的排列方式側(cè)視圖；圖6實施例2的塔內(nèi)件在催化蒸餾塔內(nèi)的排列方式側(cè)視圖；圖7實施例3的塔內(nèi)件在催化蒸餾塔內(nèi)的排列方式側(cè)視圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和通過具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但是并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例l將具有圓形橫截面的高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件1用于合成甲基叔丁基醚(MTBE)的催化蒸餾餾裝置，塔內(nèi)件的縱向斷面結(jié)構(gòu)如圖l所示，塔內(nèi)件的橫截面如圖2所示，塔內(nèi)件由螺母9固定在網(wǎng)格支架10的每個十字交叉點，其排列方式如圖3所示，相鄰的上下兩層塔內(nèi)件交錯排列，網(wǎng)格支架固定在催化蒸餾塔壁13上，每層支架上催化蒸餾塔內(nèi)件的總截面積為催化蒸餾塔橫截面積的70%，每兩層塔內(nèi)件的下面設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料11，其高度為20鵬，如圖5所示，塔內(nèi)件的側(cè)壁2的高度為30腿，下底面3和上底面4的開孔率均為60%，其內(nèi)部填充的催化劑5為NKC-9磺酸樹脂，物性指標(biāo)見表l，惰性填充物6為直徑1隨的三角螺旋不銹鋼絲網(wǎng)填料，催化劑與惰性填充物的體積比為6，每個塔內(nèi)件中的填充物高度為20mm，其空隙率20%，上底面由螺栓8固定在滑桿7上，并與填充物緊密接觸，將甲醇加熱至6(TC后以150kg/h的流速從反應(yīng)段上部加入催化精餾塔，同時將含有50wtM異丁烯的正丁烯與異丁烯的混合物以300kg/h從反應(yīng)段下部加入催化精餾塔，操作壓力為0.6MPa，回流比為5，于塔頂56t:下采出C4烯烴混合物，于塔釜129。C下采出MTBE和甲醇的混合物，異丁烯轉(zhuǎn)化率為91%。實施例2將具有長方形橫截面的高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件1用于合成乙基叔丁基醚(ETBE)的催化蒸餾裝置，塔內(nèi)件的縱向斷面結(jié)構(gòu)如圖l所示，每個塔內(nèi)件至少有兩點用螺母9固定在網(wǎng)格支架10上，其排列方式如圖4所示，每層支架上催化蒸餾塔內(nèi)件的總截面積為催化蒸餾塔橫截面積的90%，網(wǎng)格支架固定在催化蒸餾塔壁13上，上層和下層塔內(nèi)件—.同軸對齊排列，上下兩層塔內(nèi)件之間設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料ll，其高度為200mm，在每層塔內(nèi)件的上方設(shè)置液體分布器12，如圖5所示，塔內(nèi)件的側(cè)壁2的高度200mm，下底面3和上底面4的開孔率均為50%，其內(nèi)部填充的催化劑5為D005-II磺酸樹脂，物性指標(biāo)見表l，惰性填充物6為直徑lmm的三角螺旋不銹鋼絲網(wǎng)填料，催化劑與惰性填充物的體積比為3，每個塔內(nèi)件的填充物高度為lOOmra，其空隙率為30%，上底面4由螺栓8固定在滑桿7上，上底面與下地面3之間的距離為100國。將乙醇加熱至70。C后以1000kg/h的流速從反應(yīng)段上部加入催化精餾塔，同時將含有50wtX異丁烯的正丁烯與異丁烯的混合物以2000kg/h從反應(yīng)段下部加入催化精餾塔，操作壓力為0.4MPa，回流比為5，于塔頂43'C下采出C4烯烴混合物，于塔釜13rC下采出ETBE和乙醇的混合物，異丁烯轉(zhuǎn)化率為85%。實施例3將具有長方形橫截面的高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件1用于合成甲基叔丁基醚(MTBE)的催化蒸餾裝置，塔內(nèi)件的縱向斷面結(jié)構(gòu)如圖l所示，每個塔內(nèi)件至少有兩點用螺母9固定在網(wǎng)格支架10上，其排列方式如圖4所示，每層支架上催化蒸餾塔內(nèi)件的總截面積為催化蒸餾塔橫截面積的95%，網(wǎng)格支架固定在催化蒸餾塔壁13上，各個相鄰的上下兩層塔內(nèi)件交錯排列，在每層塔內(nèi)件的上方設(shè)置液體分布器12，如圖7所示，塔內(nèi)件的側(cè)壁2的高度500mra，下底面3和上底面4的開孔率均為20%，其內(nèi)部填充的催化劑5為HP分子篩，物性指標(biāo)見表1，每個塔內(nèi)件的催化劑填充物高度為200mra，其空隙率為70%，上底面4由螺栓8固定在滑桿7上，上底面與下地面3之間的距離為300mm，。將甲醇加熱至6(TC后以1500kg/h的流速從反應(yīng)段上部加入催化精餾塔，同時將含有50wt。/。異丁烯的正丁烯與異丁烯的混合物以3000kg/h從反應(yīng)段下部加入催化精餾塔，操作壓力為0.7MPa，回流比為5，于塔頂56。C下采出C4烯烴混合物，于塔釜129。C下采出MTBE和甲醇的混合物，異丁烯轉(zhuǎn)化率為79%。表1催化劑的物性參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>孔容/cm2g—'0.270.40.98孔徑/nm205620500.7本發(fā)明提出的一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件，已通過較佳實施例子進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本
發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件，來實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。權(quán)利要求1.一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征在于塔內(nèi)件(1)是由一個多孔容器和其內(nèi)部具有催化性能的填充物(5)所組成，容器的側(cè)壁與下底面固定，下底面的中部有至少一個縱向滑桿(7)，上底面可沿著縱向滑桿上下移動，并可通過螺栓(8)固定于滑桿的任意高度，容器的側(cè)壁(2)不通透，容器的上底面(4)、下底面(3)均為絲網(wǎng)板或者多孔板，塔內(nèi)件通過螺母(9)固定在網(wǎng)格支架(10)上，網(wǎng)格支架固定在催化蒸餾塔壁(13)上。2.如權(quán)利要求1所述的一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的容器內(nèi)部的填充物為具有相近尺寸并且均勻混合的催化劑顆粒(5)和惰性填料(6)，其空隙率為2070%，填充物的裝填高度為5500mm。3.如權(quán)利要求2所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的填充物的裝填高度為20200mm。4.如權(quán)利要求1所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的容器的側(cè)壁高度為20800mm，容器上底面高度低于側(cè)壁上部邊沿10mm以上，容器的上、下底面開孔率不小于20%，容器的橫截面形狀為圓形、矩形或者多邊形。5.如權(quán)利要求4所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的容器的側(cè)壁高度為506.如權(quán)利要求1所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架(10)上，每層支架上塔內(nèi)件的總截面積為催化蒸餾塔橫截面積的7095%。7.如權(quán)利要求1所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架上，上下相鄰支架上的塔內(nèi)件交錯排列。8.如權(quán)利要求1所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架上，上下相鄰固定塔內(nèi)件的支架之間或者若干層支架之間設(shè)置有波紋規(guī)整填料(11)，波紋規(guī)整填料的裝填高度為20800mm。9.如權(quán)利要求8所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的波紋規(guī)整填料的裝填高度為50200纖。10.如權(quán)利要求1所述的一種催化蒸餾塔內(nèi)件，其特征是所述的催化蒸餾塔內(nèi)件固定在蒸餾塔內(nèi)網(wǎng)格支架上，上下相鄰固定塔內(nèi)件的支架之間設(shè)置有液體分布器(12)。全文摘要本發(fā)明涉及一種高效傳質(zhì)的催化蒸餾塔內(nèi)件。其中塔內(nèi)件1是由一個多孔容器和其內(nèi)部具有催化性能的填充物5所組成，容器的側(cè)壁與下底面固定，下底面的中部有至少一個縱向滑桿7，上底面可沿著縱向滑桿上下移動，并可通過螺栓8固定于滑桿的任意高度，容器的側(cè)壁2不通透，容器的上底面4、下底面3均為絲網(wǎng)板或者多孔板，塔內(nèi)件通過螺母9固定在網(wǎng)格支架10上，網(wǎng)格支架固定在催化蒸餾塔壁13上。本發(fā)明的催化蒸餾塔內(nèi)件的上底面高度低于側(cè)壁，使催化劑上方積累一定高度的液體，借助液體的重力促進(jìn)反應(yīng)物進(jìn)入催化劑床層，使反應(yīng)物與催化劑表面充分接觸，同時也促使產(chǎn)物及時移出催化劑床層，避免過度反應(yīng)，有效控制反應(yīng)物在催化劑表面的停留時間。文檔編號B01J19/30GK101306256SQ200810052269公開日2008年11月19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)