專利名稱：催化反應(yīng)精餾塔及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種催化反應(yīng)精餾塔及其用途，它屬于有機(jī)化合物催化反應(yīng)和分離，它由塔體、塔板和催化劑組成。
通常，在化工生產(chǎn)中，反應(yīng)和分離兩個(gè)單之操作是在兩類單獨(dú)的設(shè)備中完成的;反應(yīng)過程在各種形式的反應(yīng)器中進(jìn)行，而未反應(yīng)的反應(yīng)物、產(chǎn)物和副產(chǎn)物則在分離設(shè)備中得到分離。為了提高產(chǎn)品是收率，降低設(shè)備的投資和能耗，研制一種將反應(yīng)與分離過程結(jié)合在一起的設(shè)備是人們一直在努力實(shí)現(xiàn)的。其中，催化反應(yīng)精餾塔就是適用于伴有化學(xué)反應(yīng)的精餾過程的專用設(shè)備。由于在催化反應(yīng)精餾塔中可同時(shí)完成催化反應(yīng)和精餾分離兩個(gè)過程，簡化了流程，降低了設(shè)備投資;由于反應(yīng)物和生成物的及時(shí)分離，破壞了化學(xué)平衡，使反應(yīng)趨于完全，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性;因?yàn)楫a(chǎn)物隨時(shí)可從反應(yīng)區(qū)蒸出，提高了反應(yīng)物的濃度，從而增加了反應(yīng)速度，提高了生產(chǎn)能力;對于放熱反應(yīng)由于反應(yīng)熱被物料汽化所吸收，從而節(jié)約了熱能而且省去了取熱設(shè)備;同時(shí)在一個(gè)設(shè)備中獲得了較純的產(chǎn)品。因此催化反應(yīng)精餾裝置的研制越來越受到國內(nèi)外化學(xué)工作者的重視。在US3，634，534中公開了一種催化精餾裝置，它的目的是將催化劑裝在精餾塔中，實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)與精餾操作同時(shí)進(jìn)行。它的構(gòu)成是將催化劑置于板式塔盤的降液管中，作為一個(gè)固定床。它的不足之處是因降液管的尺寸受精餾工藝過程的限制，所以使催化劑的裝填量很少，影響了整個(gè)反應(yīng)精餾塔的生產(chǎn)能力。在US4，215，011中，透露了一種從C4餾中分離異丁烯的催化劑系統(tǒng)。它的目的是將催化劑裝入催化反應(yīng)塔，又使催化劑層留有一定空隙，減少阻力。它的內(nèi)容是將催化劑包在用玻璃絲布做成的小包中，外加不銹鋼網(wǎng)，置于支撐板上，小包之間留有空隙，使汽液兩相能對流穿過反應(yīng)床層。它的不足之處是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，而且裝填及卸出都很麻煩，擴(kuò)散過程受阻，反應(yīng)速度慢。在CN申請?zhí)?810905.5中公開了一種催化蒸餾新型設(shè)備和催化劑系統(tǒng)，它的目的是催化劑不用任何特殊的包裝，而直接裝入反應(yīng)段的催化劑床層中，從而簡化催化劑的裝璜操作。它的內(nèi)容是將催化劑直接散裝在支撐塔板上，每段床層相當(dāng)于一個(gè)固定床，床層之間裝有起分餾作用的塔板。其缺點(diǎn)是雖然物流能直接與催化劑接觸，但不能真正起到反應(yīng)和分餾同時(shí)進(jìn)行的作用，因?yàn)槠嗪鸵合嗖荒茉诖呋瘎┐矊又袑α鹘佑|，實(shí)際上分餾過程是在床層之間的塔板上進(jìn)行的，此外，在氣流通道中，既不能反應(yīng)，也不起分餾作用，降低了設(shè)備的有效利用空間。以上看來制造一種盡于完美的催化反應(yīng)精餾塔是人們所希望的。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種催化劑不需要任何包裝、裝填方式同常規(guī)精餾塔完全一樣、裝填數(shù)量可按催化反應(yīng)塔的生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)而不受精餾設(shè)備條件的限制、有足夠的空隙率、類似于一般精餾塔的傳質(zhì)傳熱效果、塔板既催化劑載體又是精餾分離塔板。既能滿足催化劑反應(yīng)要求又能滿足精餾操作條件的理想的催化反應(yīng)精餾塔。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到催化反應(yīng)精餾塔的部分或全部塔板是用含有催化劑的活性材料加工成型裝于塔中。這樣塔板既能起到催化劑載體的作用，又能起到精餾分離作用。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達(dá)到本發(fā)明的催化反應(yīng)精餾塔可以是填料塔，也可以是板式塔、泡罩塔、浮伐塔或者其任意組合。
其中用于填料塔的拉西環(huán)、包爾環(huán)、車輪狀、矩鞍環(huán)、球狀、柱狀等亂堆填料或波紋板狀、蜂窩狀規(guī)整填料都可以用含有催化劑的活性材料加工成型。
同樣板式塔的篩板、波紋板、泡罩塔板、浮伐塔板也可以用含有催化劑的活性材料加工成型。
本發(fā)明的催化反應(yīng)精餾塔的塔板可以全部用含有催化劑活性材料加工成型的塔板。對于那些對分離要求較高的工藝過程，也可以在催化反應(yīng)塔板上面或下面增設(shè)只起分離作用的普通塔板。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達(dá)到本發(fā)明的催化反應(yīng)精餾塔的塔板是由催化劑活性材料、增強(qiáng)材料、致孔劑、粘合劑、助劑混合后加工而成。
本發(fā)明的催化反應(yīng)精餾塔用于伴有催化反應(yīng)的精餾過程。
伴有催化反應(yīng)精餾過程的具體反應(yīng)包括酯化反應(yīng)、酯交換反應(yīng)、皂化反應(yīng)、水解反應(yīng)、水合反應(yīng)、烷基化反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)、胺化反應(yīng)、乙酰化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、脫水反應(yīng)、氧化反應(yīng)、醚化反應(yīng)等。
其中酯化反應(yīng)的例子是順丁烯二酸酐與乙醇反應(yīng)生成順丁烯二酸二乙酯;醋酸與乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇的酯化反應(yīng);丙烯酸和乙醇酯化反應(yīng);硼酸和甲醇酯化反應(yīng)。
酯交換反應(yīng)的典型實(shí)例是醋酸丁酯與乙醇反應(yīng);苯二甲酸二甲酯與乙二醇反應(yīng)。
皂化反應(yīng)的例子是二氯丙醇皂化生成環(huán)氧氯丙烷;氯丙醇皂化生成環(huán)氧丙烷;甲酸甲酯皂化生成甲酸。
水解反應(yīng)的例子是醋酸酐水解生成醋酸;甲醛及其水合物的精餾。
水合反應(yīng)的例子是催化裂化C4烴中的異丁烯與水反應(yīng)合成叔丁醇。
烷基化反應(yīng)的例子是用乙烯與苯反應(yīng)合成乙基苯;用丁苯或叔丁苯分離間二甲苯和對二甲苯的混合物。
異構(gòu)化反應(yīng)的例子是β甲代烯丙基異構(gòu)成β，β′-二甲基氯乙烯。
鹵化反應(yīng)的例子是溴化鈉與硫酸及乙醇反應(yīng)生成溴乙烷。
乙?；磻?yīng)的例子是苯胺的乙?；?。
硝化反應(yīng)的例子是苯與硝酸制造硝基苯。
脫水反應(yīng)的例子是叔丁醇催化脫水生成異丁烯;三甲基甲醇脫水生成異丁烯。
醚化反應(yīng)的例子是催化裂化C4烴中的異丁烯與甲醇反應(yīng)合成甲基叔丁基醚;催化裂化C5餾分中的2-甲基丁烯與甲醇反應(yīng)生成甲基叔戊基醚。
附圖的圖面說明如下

圖1(Ⅰ)精餾段(Ⅱ)反應(yīng)段(Ⅲ)提餾段(1)原料管線(2)液體再分布器(3)管線(4)冷凝器(5)管線(6)回流罐
(7)管線(8)管線(9)管線(10)再沸器(11)管線(12)管線(13)催化劑塔板本發(fā)明下面將結(jié)合(附圖)實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1催化裂化C4烴中的異丁烯與甲醇反應(yīng)合成甲基叔丁基醚(MTBE)。
含異丁烯5%～80%的催化裂化C4烴與甲醇按一定配比混合后的物料經(jīng)管線(1)進(jìn)入裝有10×10×3的拉西環(huán)陽離子交換樹脂填料的催化反應(yīng)精餾塔，在反應(yīng)段(Ⅰ)反應(yīng)壓力0.6～1.0MPa，反應(yīng)溫度40～100℃條件下，經(jīng)過連續(xù)不斷地進(jìn)行反應(yīng)精餾過程后，未反應(yīng)的C4烴汽相上升進(jìn)入精餾段(Ⅱ)與回流液逆流接觸經(jīng)多次熱質(zhì)交換，使塔頂產(chǎn)物達(dá)到分離要求后，經(jīng)塔頂出口管線(3)進(jìn)入冷凝器(4)冷凝卻后經(jīng)管線(5)進(jìn)入回流罐(6)，回流罐中的液體C4，一部分經(jīng)管線(7)回流至塔頂由上而下經(jīng)液體再分布器(2)進(jìn)入反應(yīng)段(Ⅱ)重新參加反應(yīng)精餾，另一部分經(jīng)管線(8)出裝置。反應(yīng)生成的產(chǎn)品MTBE，經(jīng)提餾段(Ⅲ)進(jìn)入塔再沸器(10)，汽化后經(jīng)管線(11)返回塔底，塔底產(chǎn)物MBE經(jīng)管線(12)出裝置。異丁烯的轉(zhuǎn)化率90%～99.5%。
實(shí)施例2催化裂化C4烴中的異丁烯與水反應(yīng)合成叔丁醇(TBA)。
將醋酸性陽離子交換樹脂與增強(qiáng)材料、致孔劑、粘合劑、其他助劑混合后加工而成波紋板規(guī)整塔板裝成催化反應(yīng)精餾塔;用乙二醇單甲醚作為反應(yīng)溶劑，流程同實(shí)施例1。
反應(yīng)段溫度℃ 40～100體積空速h-11～5回流W 1～5異丁烯轉(zhuǎn)化率% 90～95實(shí)施例3順丁烯二酸酐與乙醇反應(yīng)生成順丁烯二酸二乙酯。
將固體酸催化劑加工成泡罩塔板裝成催化反應(yīng)精餾塔。在常壓下操作，流程同實(shí)施例1。
反應(yīng)段溫度℃ 50～115體積空速h-10.5～4醇酸M mol 2～6回流W 1～10順酐轉(zhuǎn)化率% 90～99.3實(shí)施例4乙烯與苯反應(yīng)合成乙基苯的烷基化反應(yīng)。
將分子篩催化劑加工成浮伐塔板裝成催化反應(yīng)精餾塔。流程同實(shí)施例1。
反應(yīng)溫度℃ 110～250苯烯比 mol 4～8液相體積空速h-13～8
乙烯轉(zhuǎn)化率% 95～98乙基苯選擇性% 80～86全回流操作，乙烯氣從反應(yīng)段底部進(jìn)入。
實(shí)施例5叔丁醇催化脫水生成異丁烯。
將陽離子交換樹脂催化劑加工成車輪狀規(guī)整填料裝成催化反應(yīng)精餾塔。流程同實(shí)施例1。
反應(yīng)溫度℃ 45～100體積空速h-11～5回流W 1～5叔丁醇轉(zhuǎn)化率% 90～99異丁烯純度% 95～99.9實(shí)施例6催化裂化C5餾分中的2-甲基丁烯與甲醇反應(yīng)生成甲基叔戊基醚。
將大孔磺酸性離子交換樹脂加工成波紋板狀規(guī)整填料，裝成催化反應(yīng)精餾塔。流程同實(shí)施例1。
反應(yīng)溫度℃ 40～100反應(yīng)壓力MPa 0.5～1醇烯比 0.6～1.1體積空速h-11～82-甲基丁烯的總轉(zhuǎn)化率% ≥91.2本發(fā)明相比現(xiàn)在技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)了催化反應(yīng)與精餾過程同步進(jìn)行。
2、催化劑塔板空隙滿足汽液兩相對流穿過的要求。
3、解除了催化精餾中催化劑的包裝、裝填的煩惱。
4、床層溫度分布均勻、恒定、提高了轉(zhuǎn)化率，延長了催化劑壽命。
5、用途廣泛，對伴有催化反應(yīng)的精餾過程均能使用。對有串聯(lián)副反應(yīng)的反應(yīng)過程亦可使用。
權(quán)利要求
1.一種催化反應(yīng)精餾塔，由塔體、塔板和催化劑組成，其特征在于部分或全部塔板是用含有催化劑的活性材料加工成型的。
2.按照權(quán)利要求1，所述的催化反應(yīng)精餾塔其特征在于是填料塔、板式塔、泡罩塔、浮伐塔或者其任意組合。
3.按照權(quán)利要求1，所述之塔板其特征在于是用于填料塔的拉西環(huán)、包爾環(huán)、車輪狀、矩鞍環(huán)、球狀、柱狀等亂堆填料或波紋板狀、蜂窩狀規(guī)整填料。
4.按照權(quán)利要求1，所述之塔板其特征在于是篩板、波紋板、泡罩塔板、浮伐塔板。
5.按照權(quán)利要求1，所述之催化反應(yīng)精餾塔其特征在于全部塔板都是用含有催化劑的活性材料加工成型的。
6.按照權(quán)利要求1，所述之催化反應(yīng)精餾塔其特征在于在含有催化劑活性材料的塔板上面或下面增設(shè)只起分離作用的普通塔板。
7.按照權(quán)利要求1，所述之催化反應(yīng)精餾塔的塔板是由催化劑活性材料、增強(qiáng)材料、致孔劑、粘合劑、助劑混合后加工而成。
8.一種催化反應(yīng)精餾塔的用途，其特征在于用于伴有催化反應(yīng)的精餾過程。
9.按照權(quán)利要求8，所述之伴有催化反應(yīng)精餾過程是酯化、酯交換、皂化、水解、水合、烷基化、異構(gòu)化、鹵化、胺化、乙?；?、硝化、脫水、氧化、醚化。
10.按照權(quán)利要求9，所述之酯化反應(yīng)是順丁烯二酸酐與乙醇反應(yīng)生成順丁烯二酸二酯，醋酸與乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇的酯化反應(yīng)，丙烯酸和乙醇酯化反應(yīng)，硼酸和甲醇酯化反應(yīng)。
11.按照權(quán)利要求9，所述之酯交換反應(yīng)其特征在于是醋酸丁酯與乙醇反應(yīng)，苯二甲酸二甲酯與乙二醇反應(yīng)。
12.按照權(quán)利要求9，所述之皂化反應(yīng)是二氯丙醇皂化反應(yīng)生成環(huán)氧氯丙烷，氯丙醇皂化生成環(huán)氧丙烷，甲酸甲酯皂化生成甲酸。
13.按照權(quán)利要求9，所述之水解反應(yīng)其特征在于是醋酸酐水解生成醋酸，甲醛及其水合物的精餾。
14.按照權(quán)利要求9，所述之水合反應(yīng)其特征在于是催化裂化C4烴中的異丁烯與水反應(yīng)合成叔丁醇。
15.按照權(quán)利要求9，所述之烷基化反應(yīng)其特征在于是用乙烯與苯反應(yīng)合成乙基苯，用丁苯或叔丁苯分離間二甲苯和對二甲苯的混合物。
16.按照權(quán)利要求9，所述之異構(gòu)化反應(yīng)其特征在于是β甲代烯丙基異構(gòu)成β，β′-二甲基氯乙烯。
17.按照權(quán)利要求9，所述之鹵化反應(yīng)其特征在于是溴化鈉與硫酸及乙醇反應(yīng)生成溴乙烷。
18.按照權(quán)利要求9，所述之乙酰化反應(yīng)其特征在于是苯胺的乙?；?br> 19.按照權(quán)利要求9，所述之硝化反應(yīng)其特征在于是苯與硝酸制造硝基苯。
20.按照權(quán)利要求9，所述之脫水反應(yīng)其特征在于是叔丁醇催化脫水生成異丁烯，三甲基甲醇脫水生成異丁烯。
21.按照權(quán)利要求9，所述之醚化反應(yīng)其特征在于是催化裂化C4烴中的異丁烯與甲醇反應(yīng)合成甲基叔丁基醚，催化裂化C5餾分中的2-甲基丁烯與甲醇反應(yīng)生成甲基叔戊基醚。
全文摘要
一種催化反應(yīng)精餾塔及其用途。本發(fā)明的催化反應(yīng)精餾塔的塔板或填料是用含有催化劑的活性材料加工成型的。根本上解決了目前催化反應(yīng)精餾塔催化劑的包裝和裝填問題，由于催化劑的裝入造成的壓力降問題、催化反應(yīng)和精餾操作不平衡問題。本發(fā)明的催化反應(yīng)精餾塔適用于伴有化學(xué)反應(yīng)的精餾過程如酯化、酯交換、皂化、水解、水合、烷基化、異物化、鹵化、胺化、乙?；?、硝化、脫水、氧化、醚化等。
文檔編號B01J8/04GK1060228SQ9110658
公開日1992年4月15日 申請日期1991年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月15日
發(fā)明者王志亮, 葉明湯, 楊宗仁, 梅曼, 陶偉強(qiáng), 王偉 申請人:齊魯石化公司研究院