一種催化蒸餾塔盤的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種催化蒸餾塔盤，是由一個具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的底面和該底面上開口的至少2個并列均勻分布的條形氣體通道及通道上方的導(dǎo)液板構(gòu)成，氣體通道外側(cè)的網(wǎng)孔塔盤底面上放置催化劑，導(dǎo)液板的結(jié)構(gòu)為人字形篩板或呈倒立碟形剖面的無孔條形板，塔盤固定在催化蒸餾塔壁上。本實用新型的催化蒸餾塔盤可使反應(yīng)物液體完全流進入催化劑床層，不會出現(xiàn)反應(yīng)物分流問題，反應(yīng)物分子與催化劑接觸時間均勻一致，并且可依靠自上而下的液體流動功將生成物及時推出催化劑床層，解決了現(xiàn)有催化蒸餾技術(shù)中液體反應(yīng)物在進入催化劑床層時發(fā)生分流或短路而導(dǎo)致部分反應(yīng)物與催化劑接觸時間不足的問題，并且阻力小，催化劑床層壓降低，還具有分布器的作用，可省去分布器。
【專利說明】一種催化蒸餾塔盤

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種催化蒸餾塔盤，屬于化工設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 催化蒸餾塔是一種同時具有反應(yīng)功能和分離功能的化工設(shè)備，其中催化劑顆粒在 反應(yīng)區(qū)的裝填方式直接影響到催化反應(yīng)和蒸餾過程的效率，尤其當(dāng)采用離子交換樹脂催化 劑時，由于顆粒直徑很小，在工業(yè)裝置中均采用編織布袋包裹(捆扎包式)。US4242530和 US4302356報道的將催化劑裝入玻璃纖維袋子或者毛氈袋子，再將裝有催化劑的袋子附在 絲網(wǎng)彈性體上卷成卷，以此作為催化蒸餾構(gòu)件。對于發(fā)生在液相中的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物進入 布袋和生成物移出布袋都需要推動力，而這種結(jié)構(gòu)的催化劑裝填方式不能產(chǎn)生所需要的傳 質(zhì)推動力，因為流體進入布袋的流動阻力大于沿著布袋包裹外表面流動的阻力，所以多數(shù) 反應(yīng)物更容易沿著催化劑包裹布袋的外表面流動而不易穿入布袋，同時還會在袋子的表面 形成一層液膜使傳質(zhì)過程受阻，致使反應(yīng)物與催化劑的接觸不充分，導(dǎo)致催化劑利用率下 降。另外，生成物也不易及時移出布袋，容易造成過度反應(yīng)，尤其是含有不飽和鍵的組分與 酸性催化劑接觸時間過久易形成膠質(zhì)，附著在催化劑表面降低了催化劑的壽命。
[0003] 除上述的布袋包催化構(gòu)件以外，有關(guān)催化蒸餾塔內(nèi)構(gòu)件還有如下報道：
[0004] US5073236、US5413749和CN1065412公開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。但是樹脂催化劑 顆粒容易從這種網(wǎng)板泄露，落入塔釜中導(dǎo)致過度反應(yīng)而降低塔底流出液的品質(zhì)。
[0005] US4443559公開了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)部向外擴散，因此阻礙了正反應(yīng)的進行。
[0006] 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，試圖在催化蒸餾塔內(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反應(yīng)物 短路現(xiàn)象。CN1048987公開了一種催化反應(yīng)蒸餾塔，其催化劑構(gòu)件是用多個裝有催化劑顆粒 的圓柱容器固定在篩板上，并借助溢流堰維持篩板上一定的液層高度，圓柱容器完全被液 體浸沒，液體在塔盤上水平流動時更容易從圓柱容器側(cè)表面繞流，只有少部分反應(yīng)物能進 入催化劑容器。
[0007] CN1266736公開了一種催化蒸餾塔結(jié)構(gòu)，是由多個規(guī)整填料塊和孔板催化劑方盒 交錯堆放構(gòu)成，這種裝填結(jié)構(gòu)的催化精餾塔的問題是操作彈性比較小，容易在催化劑網(wǎng)盒 的平面層發(fā)生液泛。
[0008] US5914011和CN101306256公開的催化劑裝填結(jié)構(gòu)是將固體顆粒裝填在具有固定 高度的金屬盒子里，盒子的上面和下面都有網(wǎng)孔，液體可以依靠重力通過催化劑，但是所報 道的構(gòu)件裝填結(jié)構(gòu)不能有效控制反應(yīng)液全部進入下一級催化劑的網(wǎng)盒，總會發(fā)生反應(yīng)物的 分流，僅有一部分液體反應(yīng)物能夠落在盛有催化劑的網(wǎng)盒里，結(jié)果會導(dǎo)致反應(yīng)物與催化劑 的接觸時間長短有很大的隨機性，使反應(yīng)精餾產(chǎn)物的組成不穩(wěn)定和不可控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本實用新型的目的在于提供一種催化蒸餾塔盤，適用于發(fā)生液相反應(yīng)或者液固反 應(yīng)的催化蒸餾過程，具有對全部液體反應(yīng)物的流動導(dǎo)向控制功能，確保催化蒸餾塔反應(yīng)區(qū) 的反應(yīng)物在催化劑表面停留時間相同。
[0010] 本實用新型是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的：
[0011] 本實用新型一種催化蒸餾塔盤，包括底面、條形氣體通道和導(dǎo)液板；底面上開口至 少2個并列均勻排布的條形氣體通道，氣體通道上方設(shè)置有導(dǎo)液板；氣體通道的寬度小于 相鄰的兩通道之間的距離，通道的長度依賴于塔盤直徑的大小，保持其兩端距塔盤內(nèi)側(cè)壁 的距離為5?100mm ;氣體通道外側(cè)的網(wǎng)孔塔盤底面上放置固體催化劑顆粒，構(gòu)成催化劑床 層，其高度小于氣體通道側(cè)壁的高度；導(dǎo)液板的垂直映射尺寸大于相應(yīng)氣體通道的開口尺 寸，使上方落下的液體完全進入塔盤內(nèi)的催化劑床層；導(dǎo)液板的形狀為人字形篩板或呈倒 立碟形剖面的無孔條形板；導(dǎo)液板與氣體通道上邊沿搭接或用導(dǎo)液板支架支撐在氣體通道 上。
[0012] 所述的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)底面為不銹鋼絲網(wǎng)或者纖維編織布或者高分子編織材料。
[0013] 所述的氣體通道的開口總截面積為催化蒸餾塔盤面積的10?40%，氣體通道的側(cè) 壁高度為20?300mm。優(yōu)選的氣體通道（3)，通道寬度為5?30mm，側(cè)壁高度為50?150mm， 總開口截面積為催化蒸餾塔盤面積的15?25%。
[0014] 所述的人字形篩板（6)，篩板孔徑1?15mm，開孔率10?60%，人字形篩板頂端夾 角10?90度，篩板與氣體通道上邊沿的接觸縫隙為0?20mm。優(yōu)選的人字形篩孔導(dǎo)液板 (6)的篩板孔徑為2?6mm，開孔率30?60%，篩板頂端夾角30?80度，與氣體通道上邊沿 的接觸縫隙優(yōu)選為〇?1〇_。篩板與氣體通道上邊沿可以搭接或用導(dǎo)液板支架支撐在氣體 通道上。
[0015] 所述的倒立碟形剖面的無孔條形板（9)，高度2?100mm，與氣體通道上邊沿的夾 縫高度為5?50mm ;倒立碟形剖面的無孔條形板（9)由導(dǎo)液板支架支撐在氣體通道。優(yōu)選 的倒立碟形剖面的無孔條形板（9)，高度5?20mm。
[0016] 所述的催化劑床層（5)的空隙率為10?70%，催化劑裝填高度優(yōu)選為20?150mm。
[0017] 所述的催化蒸餾塔盤在催化蒸餾塔內(nèi)的分布形式為，上下兩個塔盤的氣體通道在 水平方向互成夾角，其中小夾角的角度范圍10?90度，優(yōu)選的角度范圍45?80度，每兩個 塔盤之間設(shè)置有塔填料（10)，填料的裝填高度為50?1000mm。優(yōu)選填料裝填高度為100? 300mm〇
[0018] 本實用新型的優(yōu)點是：氣體通道上方設(shè)置的導(dǎo)液板結(jié)構(gòu)使反應(yīng)物液體完全被定向 導(dǎo)流進入催化劑床層，不會出現(xiàn)反應(yīng)物分流問題，反應(yīng)物分子與催化劑接觸時間均勻一致， 并且可依靠自上而下的液體流動功將生成物及時推出催化劑床層，解決了現(xiàn)有催化蒸餾技 術(shù)中液體反應(yīng)物在進入催化劑床層時發(fā)生分流或短路而導(dǎo)致部分反應(yīng)物與催化劑接觸時 間不足的問題；采用本實用新型的催化蒸餾塔盤可以達(dá)到通過調(diào)節(jié)回流比精確控制反應(yīng)物 及催化劑接觸停留時間的目的；并且阻力小，催化劑床層壓降低，還具有分布器的作用，可 省去分布器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖Ι-a具有人字形篩孔導(dǎo)液板的催化蒸餾塔盤；
[0020] 圖Ι-b圖Ι-a塔盤A-A剖面圖；
[0021] 圖2人字形篩孔導(dǎo)液板與氣體通道結(jié)構(gòu)；
[0022] 圖3倒立碟形剖面的無孔條形板的導(dǎo)液板與氣體通道結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖4_a具有倒立碟形剖面的無孔條形板的導(dǎo)液板的催化蒸餾塔盤；
[0024] 圖4_b圖4_a塔盤B-B剖面圖；
[0025] 圖5具有人字形篩板導(dǎo)液板的催化蒸餾塔盤和塔填料在塔內(nèi)的排列方式；
[0026] 圖6具有倒立碟形剖面的無孔條形板的導(dǎo)液板的催化蒸餾塔盤和塔填料在塔內(nèi) 的排列方式。
[0027] 其中：1_催化蒸餾塔盤、2-底面、3-氣體通道、4-導(dǎo)液板支架、5-催化劑顆粒、 6_人字形篩板導(dǎo)液板、7-塔盤固定架、8-塔壁、9-倒立碟形剖面的無孔條形板的導(dǎo)液板、 10-塔填料。

【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和通過具體實施例對本實用新型做進一步說明，但是并不限制本實 用新型的保護范圍。
[0029] 本實用新型涉及一種催化蒸餾塔盤，如圖1?圖6所示：
[0030] 塔盤（1)是由一個具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的底面（2 )和該底面上開口的至少2個并列均勻 分布的條形氣體通道（3)及通道上方的導(dǎo)液板構(gòu)成，所述的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)底面可選擇不銹鋼絲 網(wǎng)或者纖維編織布或者高分子編織材料，所述的氣體通道的寬度小于相鄰的兩通道之間的 距離，通道的長度依賴于塔盤直徑的大小，保持其兩端距塔盤內(nèi)側(cè)壁的距離為5?100mm， 氣體通道的開口總截面積為催化蒸餾塔盤面積的10?40%，氣體通道的側(cè)壁高度為20? 300mm，氣體通道外側(cè)的網(wǎng)孔塔盤底面上放置具有催化性能的固體顆粒，構(gòu)成催化劑床層 (5)，其高度小于氣體通道側(cè)壁的高度，所述的導(dǎo)液板的垂直映射尺寸大于相應(yīng)氣體通道的 開口尺寸，以保證從其上方落下的液體完全進入所述的塔盤內(nèi)的催化劑床層；導(dǎo)液板與氣 體通道上邊沿搭接或用導(dǎo)液板支架支撐在氣體通道上。所述的塔盤的外沿側(cè)壁與氣體通道 高度相同，塔盤通過固定架（7)固定在催化蒸餾塔壁（8)上。
[0031] 一種導(dǎo)液板的結(jié)構(gòu)為人字形篩板（6)，采用導(dǎo)液板支架（4)支撐在氣體通道上，篩 板孔徑1?15mm，開孔率10?60%，人字形篩板頂端夾角10?90度，篩板與氣體通道上邊 沿的接觸縫隙為〇?20mm，優(yōu)選篩板孔徑為2?6mm，開孔率30?60%，篩板頂端夾角30? 80度，與氣體通道上邊沿的接觸縫隙優(yōu)選為0?l〇mm。
[0032] 另一種導(dǎo)液板的結(jié)構(gòu)為呈倒立碟形剖面的無孔條形板（9)，高度2?100mm，優(yōu)選 高度5?20mm，與氣體通道上邊沿的夾縫高度為5?50mm。導(dǎo)液板與氣體通道上邊沿用導(dǎo) 液板支架（4)支撐在氣體通道上。
[0033] 所述的氣體通道（3)，優(yōu)選寬度為5?30mm，側(cè)壁高度為50?150mm，總開口截面 積為催化蒸餾塔盤面積的15?25%。
[0034] 所述的催化劑床層（5)的空隙率為10?70%，優(yōu)選裝填高度為20?150mm。
[0035] 實施例1
[0036] 催化蒸餾塔盤直徑為200_，底面為用10目不銹鋼網(wǎng)支撐的纖維織布，設(shè)置5個 氣體通道，氣體通道寬8mm，高70mm，通道開口占塔盤面積19. 3%，通道上的導(dǎo)液板采用人字 形篩板，導(dǎo)液板與氣體通道上邊沿的接觸無縫隙，結(jié)構(gòu)如圖Ι-a和圖Ι-b所示，篩板頂端夾 角為50度，篩板孔徑2mm，開孔率36%，將所述的塔盤同700y填料上下交替固定在直徑為 200mm的催化蒸饋塔反應(yīng)段塔節(jié)內(nèi)，每節(jié)填料高度為100mm，如圖5所示，反應(yīng)區(qū)共裝7個所 述的催化蒸餾塔盤，每個塔盤裝填D006磺酸樹脂催化劑的高度為60mm，以合成甲基叔丁基 醚為物系實施催化蒸餾，將甲醇與含有40wt%異丁烯的正丁烯與異丁烯的混合物以甲醇： 異丁烯：正丁烯摩爾比1. 1:1:2的比例和2000g/h的速度加入管式預(yù)反應(yīng)器，預(yù)反應(yīng)器出 口混合物接近反應(yīng)平衡組成，再繼續(xù)進入上述的催化蒸餾塔提餾段上部的進料口，塔的操 作壓力〇. 7MPa，回流比3,于塔頂54. 5°C下采出甲醇和C4烯烴的共沸物，于塔釜130°C下采 出MTBE，異丁烯轉(zhuǎn)化率為99%。
[0037] 實施例2
[0038] 催化蒸餾塔盤直徑為600mm，底面為60目不銹鋼網(wǎng)，設(shè)置7個氣體通道，氣體通 道寬20mm，高150mm，通道開口占塔盤面積27. 5%，通道上的導(dǎo)液板采用倒立碟形剖面的無 孔條形板，導(dǎo)液板高出氣體通道上邊沿l〇mm，結(jié)構(gòu)如圖4-a和圖4-b所示，將所述的塔盤 同700y填料上下交替固定在直徑為600mm的催化蒸餾塔反應(yīng)段塔節(jié)內(nèi)，每節(jié)填料高度為 150mm，如圖6所示，反應(yīng)區(qū)共裝5個所述的催化蒸餾塔盤，每個塔盤裝填D006磺酸樹脂催 化劑的高度為1 l〇mm，以甲醇與異戊烯反應(yīng)為物系實施催化蒸餾，將甲醇與含有20wt%異戊 烯的異戊烯與異戊烷的混合物以甲醇：異戊烯：異戊烷摩爾比2. 2:1:4的比例和15000g/ h的速度加入管式預(yù)反應(yīng)器，預(yù)反應(yīng)器出口混合物接近反應(yīng)平衡組成，再將其引入催化蒸餾 塔提餾段上部的進料口，塔的操作壓力〇. 3MPa，回流比2,于塔頂55. 6°C下采出甲醇和C5烴 的共沸物，于塔釜96. 8°C下采出TAME，異戊烯轉(zhuǎn)化率為93%。
[0039] 本實用新型提出的一種催化蒸餾塔盤，已通過較佳實施例子進行了描述，相關(guān)技 術(shù)人員明顯能在不脫離本實用新型內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的催化蒸餾塔盤來實現(xiàn) 本實用新型技術(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實用新型精神、范圍和內(nèi)容中。
【權(quán)利要求】
1. 一種催化蒸餾塔盤，其特征在于：包括底面、條形氣體通道和導(dǎo)液板；底面上開口至 少2個并列均勻排布的條形氣體通道，氣體通道上方設(shè)置有導(dǎo)液板；氣體通道的寬度小于 相鄰的兩通道之間的距離，通道的長度依賴于塔盤直徑的大小，保持其兩端距塔盤內(nèi)側(cè)壁 的距離為5?100mm ;氣體通道外側(cè)的網(wǎng)孔塔盤底面上放置固體催化劑顆粒，構(gòu)成催化劑床 層，其高度小于氣體通道側(cè)壁的高度；導(dǎo)液板的垂直映射尺寸大于相應(yīng)氣體通道的開口尺 寸，使上方落下的液體完全進入塔盤內(nèi)的催化劑床層，導(dǎo)液板的形狀為人字形篩板或呈倒 立碟形剖面的無孔條形板；導(dǎo)液板與氣體通道上邊沿搭接或用導(dǎo)液板支架支撐在氣體通道 上。
2. 如權(quán)利要求1所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)底面為不銹鋼絲網(wǎng)或 者纖維編織布或者高分子編織材料。
3. 如權(quán)利要求1所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的氣體通道的開口總截面積為催 化蒸餾塔盤面積的10?40%，氣體通道的側(cè)壁高度為20?300mm。
4. 如權(quán)利要求1所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的氣體通道，通道寬度為5? 30mm，側(cè)壁高度為50?150mm，總開口截面積為催化蒸餾塔盤面積的15?25%。
5. 如權(quán)利要求1所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的人字形篩板，篩板孔徑1? 15mm，開孔率10?60%，人字形篩板頂端夾角10?90度，篩板與氣體通道上邊沿的接觸縫 隙為0?20mm，篩板與氣體通道上邊沿可以搭接或用導(dǎo)液板支架支撐在氣體通道上。
6. 如權(quán)利要求5所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的人字形篩孔導(dǎo)液板的篩板孔徑 為2?6mm，開孔率30?60%，篩板頂端夾角30?80度，與氣體通道上邊沿的接觸縫隙優(yōu) 選為〇?1 〇mm η
7. 如權(quán)利要求1所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的倒立碟形剖面的無孔條形板， 高度2?100mm，與氣體通道上邊沿的夾縫高度為5?50mm ;倒立碟形剖面的無孔條形板由 導(dǎo)液板支架支撐在氣體通道。
8. 如權(quán)利要求7所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的倒立碟形剖面的無孔條形板， 高度5?20臟。
9. 如權(quán)利要求1所述的催化蒸餾塔盤，其特征是所述的催化劑床層的空隙率為10? 70%，催化劑裝填高度為20?150mm。
10. 如權(quán)利要求1所述的催化蒸餾塔盤在催化蒸餾塔內(nèi)的分布形式為，上下兩個塔盤 的氣體通道在水平方向互成夾角，其中小夾角的角度范圍10?90度，每兩個塔盤之間設(shè)置 有塔填料，填料的裝填高度為50?1000mm。
【文檔編號】B01J8/04GK203886215SQ201420166815
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】李永紅, 李鑫鋼 申請人:天津大學(xué)