一種盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有兩種間隔排列的催化劑組件；組件A是填料片外包裹絲網(wǎng)、內(nèi)填充催化劑，形狀為長方體、拱形或多邊形，要求是多個組件A形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的周向排布；組件B是外包絲網(wǎng)內(nèi)置催化劑顆粒的長方體催化劑包，并扭轉(zhuǎn)成螺旋狀，催化劑包外需放置帶孔的隔板，多個組件B形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的周向排布。本發(fā)明組件B的催化劑包中的隔板帶孔，呈螺旋狀造型，增長了氣相的流動通道，增加了氣液兩相接觸面積，從而提高的填料的傳質(zhì)效率。組件A及組件B中都含催化劑顆粒，且交替放置，控制反應物與催化劑的接觸時間的同時，保證了氣液兩相的均勻分布，使反應物與生成物不斷被分離至塔頂和塔底，推動反應的進行。
【專利說明】一種盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)，屬于化工行業(yè)催化精餾技術(shù)范疇，特別涉及催化精餾塔塔內(nèi)的過程優(yōu)化與強化。
【背景技術(shù)】
[0002]催化精餾過程是反應與分離兩個過程的耦合，所以塔內(nèi)填料必須同時具備催化及氣液傳質(zhì)功能，原料在塔內(nèi)經(jīng)催化反應后的生成物及時得到分離，推動反應繼續(xù)進行。催化精餾填料的結(jié)構(gòu)直接影響了催化精餾過程的效率，要求填料在保證塔內(nèi)氣液兩相充分混合接觸的同時，還要使反應物與催化劑的接觸時間區(qū)間范圍大且可控。工業(yè)上普遍使用小顆粒的樹脂催化劑，增大反應表面積，而催化劑粒度較小時，直接放置在塔內(nèi)會增大塔內(nèi)壓降甚至堵塞填料層。由于技術(shù)限制，樹脂催化劑也不易制成其他形狀，大多屬于球形或橢球形。因此，增強塔內(nèi)傳質(zhì)效率、使反應物與催化劑接觸時間可控、減小塔內(nèi)壓降等問題成為高效催化精餾填料的重要研究方向。
[0003]為了強化催化精餾過程，中外學者研發(fā)了許多催化精餾裝置。US3634534中，Chevron Research Company將催化劑裝填在板式塔降液管處，可通過催化劑的裝填量來決定反應物與催化劑的平均接觸時間。中國專利102423680A，西北大學開發(fā)的一種催化劑散堆填料，它由筒形填料殼和放置在該填料殼中的催化劑包構(gòu)成，由于填料具有散堆性質(zhì)，能客服規(guī)整捆扎包催化劑填料的氣體短路現(xiàn)象。US4242530中，ChemicalResearch&Licensing Company開發(fā)的催化精懼結(jié)構(gòu),將催化劑放置在纖維袋中，將纖維袋縫合并卷曲，將其裝填于催化精餾塔中，該發(fā)明節(jié)省成本、氣液混合均勻，但徑向分布較差。中國專利03149505.2，中國石油化工股份有限公司北京化工研究院開發(fā)的催化精餾裝置，將催化劑裝填于絲網(wǎng)制成的催化劑包內(nèi)，并將催化劑包置于填料片間，該發(fā)明傳質(zhì)性能良好，但塔內(nèi)壓降較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高效的催化精餾結(jié)構(gòu)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的催化精餾填料盤。螺旋結(jié)構(gòu)可加長氣相流道，從而增強氣液傳質(zhì)效率強化催化精餾過程。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有兩種間隔排列的催化劑組件；組件A是填料片外包裹絲網(wǎng)、內(nèi)填充催化劑，形狀為長方體、拱形或多邊形，要求是多個組件A形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的周向排布；組件B是外包絲網(wǎng)內(nèi)置催化劑顆粒的長方體催化劑包，并扭轉(zhuǎn)成螺旋狀，催化劑包外需放置帶孔的隔板，多個組件B形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的周向排布。
[0007]所述的組件B隔板的尺寸與催化劑包的最大側(cè)面一致；開孔大小催化劑顆粒直徑的 50% ?95%。
[0008]所述的填料片為開窗導流填料、板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、孔板波紋填料、壓延孔板波紋填料或蜂窩填料的規(guī)整填料。[0009]所述的催化精餾結(jié)構(gòu)中的組件A和組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)緊密排列，形成本盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)。該催化精餾結(jié)構(gòu)分為中心位置為組件B或中心位置為組件A兩種排布方式。組件A與組件B等高等厚，且與該催化精餾結(jié)構(gòu)等高。
[0010]所述的組件A或組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)厚度為塔半徑的I / 2?I / 200。每一個催化精餾結(jié)構(gòu)內(nèi)含組件A或組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)為I?100個。
[0011]本發(fā)明專利的優(yōu)點有:
[0012]1.組件B的催化劑包中的隔板帶孔，可保證氣液兩相順利通過。
[0013]2.組件B的螺旋狀造型，增長了氣相的流動通道，增加了氣液兩相接觸面積，從而提高的填料的傳質(zhì)效率。
[0014]3.組件A及組件B中都含催化劑顆粒，調(diào)整其催化劑含量，可以控制反應物與催化劑的接觸時間。
[0015]4.組件A與組件B交替放置，保證了氣液兩相的均勻分布，使反應物與生成物不斷被分離至塔頂和塔底，推動反應的進行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是B組件為中心位置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是A組件為中心位置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是A組件為拱形時中心位置為組件B的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是A組件為拱形時中心位置為組件A的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明結(jié)構(gòu)組件B的上下二等角軸測圖；
[0021]圖6是本發(fā)明結(jié)構(gòu)組件B的側(cè)視圖；
[0022]其中:1 一催化劑顆粒；2—帶孔隔板；3—絲網(wǎng)。
【具體實施方式】
[0023]結(jié)合圖1-圖6對本發(fā)明說明:
[0024]本發(fā)明為一種盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)，采用催化劑與規(guī)整填料結(jié)合的組裝方式，催化劑包外包絲網(wǎng)，既能防止催化劑外露，也能起到良好的液體潤濕作用。螺旋自分布結(jié)構(gòu)延長了氣體通道的長度，從而增加了氣液兩相的接觸面積，增強了該催化精餾結(jié)構(gòu)的傳質(zhì)效率。
[0025]催化精餾結(jié)構(gòu)內(nèi)有兩種組件A、B。組件A是填料片外包裹絲網(wǎng)、內(nèi)填充催化劑，并將絲網(wǎng)縫合起來，其中填料片可為開窗導流填料、板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、孔板波紋填料、壓延孔板波紋填料、蜂窩填料等規(guī)整填料。組件B是外包絲網(wǎng)內(nèi)置催化劑顆粒的長方體催化劑包，扭轉(zhuǎn)成螺旋狀(如附圖5、6所示)，為方便成型，催化劑包外需放置帶孔的隔板；其中，隔板的尺寸與催化劑包的最大側(cè)面一致。開孔大小約為工藝所需催化劑顆粒直徑的50% ?95%。
[0026]組件A可以加工成長方體、拱形或多邊形，周向排布，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。組件B亦需周向排布，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。組件A和組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)環(huán)相扣，緊密排列，形成成本發(fā)明的高效催化精餾結(jié)構(gòu)。
[0027]該催化精餾結(jié)構(gòu)根據(jù)組件A、B放置位置的不同，可以分為中心位置為組件B和中心位置為組件A兩種排布方式。為保證氣液兩相的均勻分布，兩種排布方式的催化精餾結(jié)構(gòu)在安裝時需交替排布。
[0028]組件A與組件B等高等厚，且均與催化精餾結(jié)構(gòu)等高；所形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)厚度為塔半徑的I / 2?I / 200，即每一個該催化精餾結(jié)構(gòu)內(nèi)含組件A、組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)均為I?100個。組件中的催化劑裝填量可依據(jù)具體工藝要求的不同進行調(diào)節(jié)。為了保證氣液兩相的順利通過，組件B中的隔板上必須帶孔，開孔直徑的大小約為工藝所需催化劑顆粒直徑的50%?95%。
[0029]圖圖1是A組件為長方形時中心位置為組件B的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是A組件為拱形時中心位置為組件B的結(jié)構(gòu)示意圖。本催化精餾結(jié)構(gòu)有組件A在中心位置和組件B在中心位置兩種排布方式。為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部液膜表面的不斷更新，和氣液兩相的均勻分布，兩種結(jié)構(gòu)在塔內(nèi)需交替安裝。
[0030]組件A的形狀可以有多種，圖1、圖2是加工成長方體呈平行排列的情況，適用于一般的工況；圖3、圖4是加工成拱形呈輻射狀排列的情況，尤其適用于對液相徑向分布要求較高的工況。組件B是常規(guī)的催化劑包扭轉(zhuǎn)成型，借鑒了自分部器的結(jié)構(gòu)，有利于氣相的均勻分布；另外，由于其螺旋狀的造型，增加了氣體流道的長度，有利于提高催化精餾結(jié)構(gòu)的傳質(zhì)效率。
[0031]以下結(jié)合具體實施例進一步說明:
[0032]具體實施例1:
[0033]在乙酸甲酯水解工藝中，組件A為長方形和多邊形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝填板波紋填料。塔徑DN4000，中心位置為組件A和中心位置為組件B兩種催化精餾結(jié)構(gòu)交替安裝。組件A及組件B的厚度為10m，即每一個催化精餾結(jié)構(gòu)中含組件A及組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)各100個。使用本發(fā)明催化精餾結(jié)構(gòu)與使用普通捆包型催化精餾填料對比，節(jié)省催化劑用量15%，乙酸甲酯水解率提高8.5%-12.3%，產(chǎn)物收率提高約7.8%。
[0034]具體實施例2:
[0035]在生產(chǎn)MTBE (甲基叔丁基醚)裝置中，組件A為拱形，內(nèi)部裝填金屬孔板波紋填料，周向排列呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。塔徑DN800，中心位置為組件A和中心位置為組件B兩種催化精餾結(jié)構(gòu)交替安裝。組件A及組件B的厚度為20_，即每一個催化精餾結(jié)構(gòu)中含組件A及組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)各20個。使用本發(fā)明催化精餾結(jié)構(gòu)與使用普通捆包型催化精餾填料對比，甲醇含量減少12.8%，其他雜質(zhì)減少10.3%-46.9%，MTBE含量提高1.8個百分點，C4混合物減少17.0%，C5混合物減少15.8%。
[0036]具體實施例3:
[0037]在氯硅烷反歧化反應精餾裝置中，二氯二氫硅與四氯化硅發(fā)生反歧化反應生成三氯氫硅，組件A為拱形，內(nèi)部裝填開窗導流填料，周向排列呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。塔徑DN600，中心位置為組件A和中心位置為組件B兩種催化精餾結(jié)構(gòu)交替安裝。組件A及組件B的厚度為15_，即每一個催化精餾結(jié)構(gòu)中含組件A及組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)各10個。使用本發(fā)明催化精餾結(jié)構(gòu)與使用普通捆包型催化精餾填料對比，實驗表明，二氯二氫硅轉(zhuǎn)化率增加
11.5%，塔頂采出中三氯氫硅質(zhì)量分數(shù)增加7%-13.5%，塔釜采出二氯二氫硅質(zhì)量分數(shù)減少14%左右，催化劑使用量降低6.5%。
[0038]具體實施例4:[0039] 在生產(chǎn)MTBE (甲基叔丁基醚)裝置中，組件A為拱形，內(nèi)部裝填開窗導流填料，周向排列呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。塔徑為DN100，中心位置為組件A和中心位置為組件B兩種催化精餾結(jié)構(gòu)交替安裝。組件A及組件B的厚度為25_，即每一個催化精餾結(jié)構(gòu)中含組件A及組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)各I個。使用本發(fā)明催化精餾結(jié)構(gòu)與使用普通捆包型催化精餾填料對比，甲醇含量減少7.6%，丁二烯體積分數(shù)減少13%以上，二甲醚體積分數(shù)減少10%-17%，其他雜質(zhì)減少5%-20%，MTBE含量提高1.8個百分點。
【權(quán)利要求】
1.一種盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)，其特征是在結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有兩種間隔排列的催化劑組件；組件A是填料片外包裹絲網(wǎng)、內(nèi)填充催化劑，形狀為長方體、拱形或多邊形，要求是多個組件A形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的周向排布；組件B是外包絲網(wǎng)內(nèi)置催化劑顆粒的長方體催化劑包，并扭轉(zhuǎn)成螺旋狀，催化劑包外需放置帶孔的隔板，多個組件B形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的周向排布。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的組件B隔板的尺寸與催化劑包的最大側(cè)面一致；開孔大小催化劑顆粒直徑的50%?95%。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的組件A或組件B填料片為開窗導流填料、板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、孔板波紋填料、壓延孔板波紋填料或蜂窩填料的規(guī)整填料。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的催化精餾結(jié)構(gòu)中的組件A和組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)緊密排列，形成本盤式螺旋自分布催化精餾結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的催化精餾結(jié)構(gòu)分為中心位置為組件B或中心位置為組件A兩種排布方式。
6.如權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的催化精餾結(jié)構(gòu)組件A與組件B等高等厚，且與該結(jié)構(gòu)等聞。
7.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的組件A或組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)厚度為塔半徑的I / 2?I / 200。
8.如權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的每一個催化精餾結(jié)構(gòu)內(nèi)含組件A或組件B形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)為I?100個。
【文檔編號】B01D3/14GK103769035SQ201410049831
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月13日
【發(fā)明者】徐義明, 黃益平, 陳英才, 陸曉詠, 劉春江, 丁暉殿, 項文雨 申請人:中建安裝工程有限公司, 天津大學