專利名稱：液體連續(xù)塔蒸餾的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及液體連續(xù)蒸餾塔、特別是鼓泡塔的操作。
相關(guān)參考在其最寬廣的意義上，鼓泡塔可以是氣泡物流向上通過(guò)液體的液體塔。因此，這些系統(tǒng)(除塔以外)由至少二種組分即液體和氣體組成。在這些系統(tǒng)中，除非它是美學(xué)的顯示物品比如熔巖燈，在液體和氣體之間存在相互作用。例如，在魚尾槽中，向上通過(guò)水塔的空氣冒泡部分吸收進(jìn)入該水中。在其他系統(tǒng)中，例如混合的氣態(tài)混合物可以通過(guò)液體洗滌以除去雜質(zhì)或者使希望的組份進(jìn)入該液體，比如從用適當(dāng)?shù)腣OC溶劑逆流洗滌的空氣中捕獲揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)。
本發(fā)明特別用于其中存在液體、氣體和固體三相的更加專用型的鼓泡塔。通常的固體組件由可以是惰性或者催化的粒子組成。該固體組件可以是塔中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比如熱交換器管、擋板、塔盤或者板。所述的塔可以是相對(duì)空心或者可以是填料塔。填料可以是惰性或者催化的。該填料可以是流化、淤漿化的固體或者可能包含漿料和充填結(jié)構(gòu)。因此，鼓泡系統(tǒng)可以用于萃取和/或反應(yīng)和萃取。
可以進(jìn)行提取蒸餾以分餾混合物，同時(shí)對(duì)于物料或者雜質(zhì)的高沸點(diǎn)溶劑在接近塔頂處引入以在該蒸餾期間有選擇地提取物料或者雜質(zhì)。然而，在塔內(nèi)的液位不能超過(guò)釜體，因此蒸氣連續(xù)而非鼓泡塔。
以前的鼓泡塔在促進(jìn)總體逆向混合的蒸氣流速下在完全的液態(tài)下操作。有時(shí)使用內(nèi)部結(jié)構(gòu)以促進(jìn)蒸氣相的活塞式流動(dòng)，但是液相的逆向混合引起很少或沒(méi)有分餾發(fā)生的條件。標(biāo)準(zhǔn)推薦的蒸汽速度顯著地低于50％的噴射液泛點(diǎn)。事實(shí)上，術(shù)語(yǔ)“液泛點(diǎn)”通常不用于鼓泡塔操作中，必須通過(guò)普通的蒸餾塔操作進(jìn)行定義。鼓泡塔主要的工業(yè)用途是Fischer-Tropsch合成。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)操作條件可使鼓泡塔在接近蒸餾塔效率的蒸氣-液體傳質(zhì)效率下進(jìn)行分餾。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蒸汽速度大于50％的噴射液泛到小于100％的噴射液泛促進(jìn)鼓泡塔的分餾。優(yōu)選，如果蒸汽速度被壓到超過(guò)約70％的噴射液泛，對(duì)于液體連續(xù)操作(鼓泡塔模式)和蒸氣連續(xù)操作(普通的蒸餾塔模式)，那么給定塔填料的蒸餾性能變得類似。
通過(guò)控制液位超過(guò)填料或者低于填料(通常在蒸餾塔的再沸器中)以使填料或者以液體連續(xù)方式或者蒸氣連續(xù)方式，可簡(jiǎn)單地使相同的塔或者作為鼓泡塔操作，或者作為蒸餾塔操作。該“液泛點(diǎn)”(100％的噴射液泛)定義為這樣的點(diǎn)，其中蒸汽速度非常大以致于回流不能足夠快回到再沸器以保持再沸器液面。超過(guò)該點(diǎn)，再沸器將變干，不能保持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。流線圖用于定義在回流比范圍內(nèi)的噴射液泛點(diǎn)。塔填料或者其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)(包括塔盤或者熱交換器束)不會(huì)顯著地改變這里公開的由于在表示為％噴射液泛的高蒸氣速率下操作得到的性能改善。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是說(shuō)明對(duì)于填料A的HETP的％噴射液泛圖表。
圖2是說(shuō)明對(duì)于填料A的在％噴射液泛下的泡沫密度的圖表。
圖3是說(shuō)明對(duì)于填料B的HETP的％噴射液泛圖表。
圖4是說(shuō)明對(duì)于填料B的在％噴射液泛下的泡沫密度的圖表。
圖5是說(shuō)明對(duì)于填料C的HETP的％噴射液泛圖表。
圖6是說(shuō)明對(duì)于填料C的在％噴射液泛下的泡沫密度的圖表。
圖7是使用本發(fā)明的甲醇工藝的流程圖。
詳細(xì)說(shuō)明在實(shí)施本發(fā)明中，通常存在三相，盡管在超過(guò)50％的噴射液泛時(shí)進(jìn)行充液塔蒸餾不需要固相，但大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合有固相。簡(jiǎn)單蒸餾結(jié)構(gòu)比如環(huán)形物、球狀物、多葉形、馬鞍或者纖維型結(jié)構(gòu)、塔盤(鼓泡、篩子等)，或者如本領(lǐng)域已知的其他蒸餾結(jié)構(gòu)，包括描述在US5,266,546、5,431,890、5,073,236、5,431,890和5,730,843中類型的催化蒸餾結(jié)構(gòu)，其在此引入作為參考。固相可以是顆粒材料，所述的顆粒材料是惰性或者催化的，例如在F-T合成中，顆粒材料可以是流化的或者漿料(通常在該系統(tǒng)中循環(huán))。
在實(shí)施本發(fā)明液體連續(xù)蒸餾中，液體可以僅僅是通過(guò)分餾可分離的物料，或者可在該塔的上端加入較高沸點(diǎn)的液體，所述的較高沸點(diǎn)的液體是用來(lái)從該塔內(nèi)蒸氣中提取一種或多種組份，作為塔底產(chǎn)物引出。該塔內(nèi)的液體和蒸氣可以反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)物和進(jìn)料可以通過(guò)本發(fā)明蒸餾，而不是僅僅在小于50％的噴射液泛下的氣體的汽提作用，更加有效地進(jìn)行分離。
本發(fā)明蒸餾特別用于分離有機(jī)化合物的混合物，比如碳?xì)浠衔铩?br> 在一個(gè)實(shí)施方式中，改進(jìn)用于從合成氣(一氧化碳、二氧化碳和氫)生產(chǎn)甲醇。反應(yīng)的副產(chǎn)物是二甲醚(DME)。用于該CO、CO2和H2反應(yīng)的催化劑包括銅和鋅氧化物，可能包含其他改性劑比如在US4,766,155和4,780,481中的那些。一個(gè)適當(dāng)?shù)拇呋瘎┦荢ud-Chemie(以前的United catalyst Inc.)C-79，該催化劑描述為在1/4″擠出物上包括銅和鋅。因?yàn)榭磥?lái)好像金屬銅是活性的催化劑，因此使用以前希望還原催化劑。優(yōu)選，銅/鋅的摩爾比為1或者大于1，例如到10，鋁含量為10mol％或更低。氧化鋅有助于形成高銅金屬表面積，減緩銅粒子的聚集，捕獲Cu毒物，并與氧化鋁反應(yīng)阻止DME形成。
參考圖7，甲醇生產(chǎn)工藝使用溶劑中淤漿化的催化劑，通過(guò)流動(dòng)管線105加入塔10，所述的塔10在上部包含接觸構(gòu)造比如填料或者蒸餾塔板或者熱交換束的區(qū)14。通過(guò)流動(dòng)管線101在低于該接觸構(gòu)造處加入合成氣，鼓泡向上通過(guò)該催化劑漿料，其中甲醇和DME作為氣體產(chǎn)物產(chǎn)生。氣體產(chǎn)物在分離區(qū)12與催化劑漿料分離，并通過(guò)流動(dòng)管線102作為塔頂餾出物除去。在部分冷凝器20中冷凝溶劑，收集在接收器/分離器30中，其中甲醇和DME產(chǎn)品作為蒸氣通過(guò)流動(dòng)管線103除去。溶劑作為回流通過(guò)流動(dòng)管線104再循環(huán)到塔10。溶劑和催化劑作為塔底產(chǎn)物通過(guò)流動(dòng)管線107從塔10中除去。用過(guò)的溶劑和催化劑通過(guò)流動(dòng)管線108除去。殘余的催化劑和溶劑通過(guò)流動(dòng)管線105再循環(huán)到塔中，補(bǔ)給溶劑和催化劑通過(guò)流動(dòng)管線106加入。當(dāng)活塞式流動(dòng)反應(yīng)結(jié)果比混合更好時(shí)有益處。發(fā)生活塞式流動(dòng)的操作同樣促進(jìn)反應(yīng)化學(xué)作用。
溫度為350-650°F是優(yōu)選的。選擇溶劑以使其在希望壓力下低于反應(yīng)器溫度下沸騰。溶劑的沸點(diǎn)越高，對(duì)于給定溫度需要的壓力就越低。
實(shí)施例使用正庚烷和環(huán)己烷體系在16.8英寸直徑塔中24PSIA下進(jìn)行測(cè)試。附圖是不同填料數(shù)據(jù)的圖形。所述的填料是描述在US5,730,840中的那些，具有不同的微粒量。塔填料或者其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)(包括塔盤或者熱交換器束)將影響噴射液泛點(diǎn)，但是不會(huì)顯著地改變這里公開的由于在表示為％噴射液泛的高蒸氣速率下操作得到的性能改善。
如在圖1、3和5每一情況下可見，由HETP表示的蒸氣液體傳質(zhì)效率，當(dāng)蒸氣速率增加超過(guò)約50％的噴射液泛時(shí)得以改進(jìn)。無(wú)論以鼓泡塔模式(液體連續(xù))或者蒸餾塔模式(蒸氣連續(xù))，超過(guò)約70％的噴射液泛時(shí)，性能實(shí)際上相同。
當(dāng)液位從再沸器升高到填料的頂端時(shí)，存在無(wú)縫平靜無(wú)事的轉(zhuǎn)變。該體系沒(méi)有充滿液體，但是實(shí)際上充滿泡沫(蒸氣和液體的混合物)。蒸氣的存在提供大量的壓縮性以阻滯任何突然的移動(dòng)。泡沫密度可從以上的圖2、4和6顯示的DP可見。
標(biāo)準(zhǔn)鼓泡塔操作通常在小于30％的噴射液泛進(jìn)行。從以上HETP性能可知，初始觀察到的是當(dāng)蒸氣速度增加但是仍然低于50％時(shí)，HETP性能變得更差。令人驚訝的是超過(guò)50％的噴射液泛，HETP性能反向急劇改進(jìn)。更驚奇的是存在一種工作范圍(超過(guò)約70％的噴射液泛)，其中在液體和蒸氣連續(xù)操作中的HETP性能緊密地重疊。
權(quán)利要求
1.一種混合物蒸餾的改進(jìn)，包括在蒸餾區(qū)中在溫度與壓力條件下接觸可分餾的液體混合物以分餾所述的混合物蒸氣，其中改進(jìn)包括使所述的蒸餾區(qū)保持為液體連續(xù)，并保持所述的蒸氣速度大于50％的噴射液泛～小于100％的噴射液泛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸餾，其中所述的蒸氣速率至少為70％的噴射液泛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸餾，其中所述的混合物包括有機(jī)化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的蒸餾，其中所述的混合物包括碳?xì)浠衔铩?br> 5.一種分餾液體混合物的方法，包括在溫度與壓力條件下將液體混合物放置在分餾區(qū)中分餾所述的混合物，在所述的分餾區(qū)保持連續(xù)液相，并保持通過(guò)所述分餾區(qū)的蒸氣速率大于50％的噴射液泛～小于100％的噴射液泛。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中固體組分存在于所述的分餾區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的固體組分包括顆粒材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述的顆粒材料包括惰性物料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述的顆粒材料包括催化劑，所述混合物的組分單獨(dú)或者在所述蒸氣存在情況下具有反應(yīng)性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述的催化劑包括漿料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述的催化劑包括流化床。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述的催化劑包括蒸餾結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的固體組分包括多個(gè)蒸餾結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的固體組分包括多個(gè)塔盤。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述的催化劑包括結(jié)合有填料的漿料。
16.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的固體組分包括充填結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的充填結(jié)構(gòu)包括熱交換器束。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中存在漿料。
19.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述的蒸氣速率大于70％的噴射液泛。
20.根據(jù)權(quán)利要求9的蒸餾，其中所述的混合物包括有機(jī)化合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的蒸餾，其中所述的混合物包括碳?xì)浠衔铩?br> 22.一種生產(chǎn)甲醇的方法，包括如下步驟(a)將包含甲醇催化劑的溶劑加入到包含液體連續(xù)相的塔中；(b)在包含催化劑的溶劑進(jìn)料以下，將包含一氧化碳、二氧化碳和氫的氣體加入到所述的塔中，加入的速度要使氣體在所述的塔向上流動(dòng)的速度大于50％的噴射液泛～小于100％的噴射液泛；(c)從所述的塔提取作為塔頂餾出物的甲醇；和(d)從所述的塔提取作為塔底產(chǎn)物的包含催化劑的溶劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述的催化劑包括負(fù)載于氧化鋁上的銅和鋅。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中蒸發(fā)一部分所述的溶劑并作為塔頂餾出物除去。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中冷凝在所述塔頂餾出物中所有的所述蒸發(fā)的溶劑，并作為回流返回到所述的塔。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中在滑流中除去廢催化劑，根據(jù)需要加入補(bǔ)給催化劑。
全文摘要
當(dāng)蒸汽速度超過(guò)50％的噴射液泛時(shí)，使用具有接近蒸餾塔效率的蒸汽液體傳質(zhì)效率的鼓泡塔進(jìn)行分餾。如果蒸汽速度被壓到超過(guò)約70％的噴射液泛時(shí)，對(duì)于液體連續(xù)操作(鼓泡塔模式)和蒸氣連續(xù)操作(普通的蒸餾塔模式)，給定的塔填料的蒸餾性能變得類似。
文檔編號(hào)C07C29/80GK1747769SQ200480003398
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月3日
發(fā)明者小勞倫斯·A·史密斯, 米切爾·E·勒舍爾 申請(qǐng)人:催化蒸餾技術(shù)公司