專利名稱：催化劑與分餾元件混裝的催化蒸餾設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化蒸餾設(shè)備。
催化蒸餾技術(shù)是反應(yīng)與產(chǎn)品分離在同一催化蒸餾設(shè)備中進行，在反應(yīng)進行的同時把生成的產(chǎn)品分離出去，反應(yīng)的平衡被打破，因而使反應(yīng)趨向完全，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；另外反應(yīng)熱可被反應(yīng)物料的汽化所吸收，因而不僅反應(yīng)溫度可保持恒定，能耗可大為降低，工藝流程簡化，投資也大為降低。催化蒸餾塔一般由三段組成上部為精餾段，中部為催化反應(yīng)段，下部為汽提段。在此催化蒸餾塔中，向下流動的液相物料與向上流動的汽相物料必須能對流通過中部催化反應(yīng)段并在其中同時進行反應(yīng)與產(chǎn)品分餾作用，然而一般催化劑粒度比較小，催化劑床層對流體的阻力大，使向上流動的汽相物料與向下流動的液相物料難以對流通過中部反應(yīng)段，因而使其無法正常操作，反應(yīng)與分餾作用無法進行。
為解決上述問題文獻報導(dǎo)開發(fā)了許多反應(yīng)段特殊結(jié)構(gòu)，如US.3,434,534是把催化劑裝填在中部反應(yīng)段分餾塔盤的降液管中作為附設(shè)反應(yīng)器進行反應(yīng)，分餾作用在塔盤上進行，這種方法催化劑的裝填量受到限制，催化劑裝填也比較復(fù)雜。US.4,439,350發(fā)明一種結(jié)構(gòu)把催化劑裝在催化劑小筐中，把許多這種小筐安裝在中部反應(yīng)段的分離塔盤上，液相反應(yīng)物料流經(jīng)塔盤進行分餾作用的同時，擴散進催化劑小筐中進行反應(yīng)，這種結(jié)構(gòu)所需裝設(shè)的催化劑的小筐子的數(shù)目很多，安裝也很復(fù)雜，造價高。US.4,215,011發(fā)明了一種催化劑裝填方法，把小顆粒狀催化劑裝在一排用玻璃絲布片縫制的條型小袋中，并鋪設(shè)上一層可以撐開空間的不銹鋼絲網(wǎng)，然后卷成螺旋卷裝填在反應(yīng)段中，螺旋卷中有自由空間可使液相物料與汽相物料對流通過中部反應(yīng)段，反應(yīng)物擴散進入小袋中與催化劑接觸進行反應(yīng)，這種結(jié)構(gòu)制造、裝填復(fù)雜，反應(yīng)物須擴散進入袋中才能進行反應(yīng)，影響反應(yīng)效率。US.5,057,468公開了一種催化劑與分餾元件混裝的催化蒸餾技術(shù)，其所用的分餾元件是中空的，分餾元件表面小，因而分餾效果差，分餾元件還要加上兩端的蓋，使制作復(fù)雜。
上述這些結(jié)構(gòu)及其它類似結(jié)構(gòu)的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費用高，裝卸催化劑時工人需進入塔中操作，操作困難，反應(yīng)效率亦不高。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種催化劑與分餾元件混裝的催化蒸餾設(shè)備，分餾元件面積大，反應(yīng)效率高，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易。
本發(fā)明的催化蒸餾設(shè)備，是對反應(yīng)段進行改進，反應(yīng)段催化劑床層的支撐孔板上混合裝填催化劑和分餾元件，催化劑位于各分餾元件之間，主要技術(shù)特點是分餾元件是由側(cè)壁開孔，外包鋼絲網(wǎng)的元件構(gòu)成。
上述分餾元件還可以是在上述元件的基礎(chǔ)上內(nèi)填裝能夠增大分餾元件面積的材料。
分餾元件內(nèi)填裝的材料最好是具有網(wǎng)狀或多孔狀、波紋狀的材料。本發(fā)明的分餾元件也包括常規(guī)分餾填料外加鋼絲網(wǎng)的形式。增大了常規(guī)分餾填料的表面積。
本發(fā)明催化劑與分餾元件混裝，分餾元件具有更大的表面，從而提高分餾與反應(yīng)效率。外部鋼絲網(wǎng)的孔眼大小要易于使汽、液物料穿過，而不使催化劑顆粒穿過，催化劑與分餾元件的裝填比及分餾元件的大小要能夠在反應(yīng)段形成足夠的自由空間，以使向上流動的汽相物料與向下流動的液相物料對流通過催化劑床層，并使其與催化劑及分餾元件充分接觸，進行反應(yīng)與分餾作用。
分餾元件與催化劑的體積比為10～90∶90～10，最好為40～60∶60～40，分餾元件的當量直徑為5～60mm，最好為10～25mm。分餾元件的形狀可以是螺旋狀分餾填料。也可以是由側(cè)壁開孔，內(nèi)裝波紋填料，外包鋼絲網(wǎng)(15)構(gòu)成的圓柱型；由側(cè)壁開孔，內(nèi)裝不銹鋼θ網(wǎng)環(huán)填料，外包鋼絲網(wǎng)構(gòu)成的圓柱型；由內(nèi)壁有條狀舌型開口的填料，外包鋼絲網(wǎng)構(gòu)成的圓柱型。分別如圖2～5所示。以及類似形狀的具有大表面的分餾元件。上述這些圓柱形分餾元件的高徑比最好是0.5～3∶1，優(yōu)選比是1∶1～1.5∶1。分餾元件可以用鋼、瓷、塑料制作而成。催化劑可以是條狀、球狀或其他形狀。


圖1為催化蒸餾設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，此設(shè)備1由上部精餾段2，中部反應(yīng)段3，下部汽提段4組成。反應(yīng)段由若干個床層組成，床層底部為多孔催化劑支撐板5，其開孔大小要能使向下流動的液相與向上流動的汽相通過，而不使催化劑7與分餾元件6漏出。支撐板5上裝填催化劑7與分餾元件6。上部精餾段及下部汽提段可使用常規(guī)分餾塔盤或分餾填料，各床層頂部可設(shè)催化劑及分餾元件裝入口8、底部設(shè)卸出口9用以裝卸催化劑與分餾元件。催化劑失活后可把催化劑與分餾元件一起卸出，篩去失活催化劑后的分餾元件可與新催化劑混合重新裝入。原料12根據(jù)原料的性質(zhì)及反應(yīng)的需要由塔的反應(yīng)段的上部、下部或床層之間加到塔內(nèi)，來自精餾段最下層塔盤的液相物料向下流動通過中部反應(yīng)段的催化劑床層；來自汽提段最上面塔盤的汽相物料則向上流動通過反應(yīng)段的催化劑床層，液相物料與汽相物料在床層上同時進行反應(yīng)及分餾作用，達到反應(yīng)完全或達到要求的轉(zhuǎn)化率為止。反應(yīng)后向上流動的汽相物料由塔頂出來經(jīng)冷凝器10冷卻后，一部分作為回流返回催化精餾塔頂，一部分作為低沸點產(chǎn)品13出裝置；反應(yīng)后向下流動的液相物料由塔底出裝置，一部分經(jīng)再沸器11汽化后返回塔底，一部分作為產(chǎn)品14出裝置。在對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量沒有要求或要求不高時，也可不設(shè)精餾段。反應(yīng)段中催化劑裝量根據(jù)原料的進料量、組成與轉(zhuǎn)化率的要求計算確定，床層數(shù)根據(jù)催化劑的量確定。分餾元件的數(shù)量須要足以把反應(yīng)產(chǎn)物分離出來以使反應(yīng)進行完全。
本發(fā)明的催化劑可以是用于醚化、酯化、烷基化等反應(yīng)的酸性催化劑，也可以是用于加氫反應(yīng)的載體型金屬、金屬氧化物、金屬硫化物催化劑或用于其他反應(yīng)的相應(yīng)催化劑。如進行醇與叔烯烴的醚化反應(yīng)，醇與有機酸的酯化反應(yīng)等酸催化反應(yīng)可使用磺酸樹脂催化劑；烯烴與烷烴、芳烴與烯烴的烷基化反應(yīng)可使用分子篩催化劑、固體酸催化劑；進行烴餾分選擇加氫脫雙烯烴、炔烴時可使用Pd-Al2O3催化劑，芳烴加氫飽和時可使用Ni-Al2O3或Pt-Al2O3催化劑，加氫精制時可使用Ni-Mo/Ni-W-Al2O3催化劑等。催化劑的形狀可以是球形，條形或三葉草條形。
本發(fā)明的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，裝卸催化劑操作容易，分餾元件具有更大的面積，側(cè)壁的孔可以開的稍大，兩端不須帶蓋，制作容易，反應(yīng)效率高。
實施例1用氫氧化鋁粉加入助劑擠壓成Φ1.5×3～15mm三葉草型載體，焙燒后用PdCl2溶液浸漬使其含鈀量為0.3～0.35％，用氫氣還原后用于C3、C4、C5餾分選擇加氫脫除雙烯烴催化劑。
用本發(fā)明的催化蒸餾設(shè)備進行蒸汽裂解C4餾分選擇加氫脫除雙烯烴反應(yīng)，催化劑與螺旋型分餾填料按體積比1∶1混裝在反應(yīng)段。試驗結(jié)果如下
項目 指標C4原料中雙烯烴含量％m/m 1.0反應(yīng)體積空速 h-120氫氣與雙烯烴的比 mol/mol1.5反應(yīng)段溫度℃ 40～60反應(yīng)壓力 MPa0.5體積回流比 1.0加氫后丁烯-1收率(選擇性) ％m/m 98.49加氫后C4中雙烯烴含量 ppm＜20實施例2用苯乙烯與二乙烯苯及助劑共聚成球，然后干燥磺化成球狀高活性磺酸樹脂催化劑，用于C4餾分中的異丁烯與甲醇反應(yīng)生成MTBE(甲基叔丁基醚)的反應(yīng)。試驗結(jié)果如下用本發(fā)明的催化蒸餾設(shè)備，催化劑與外壁開口，內(nèi)裝波紋填料的分餾元件按體積比1∶1.2混裝在反應(yīng)段。試驗結(jié)果如下項目 指標原料中異丁烯含量 ％m/m 21.91反應(yīng)體積空速 h-13操作壓力 MPa0.75醇烯比 mol/mol1.1反應(yīng)段溫度 ℃ 60～70體積回流比1.0異丁烯轉(zhuǎn)化率 ％m/m 99.49MTBE ％m/m 99.10實施例3用實施例1制造的Pd/Al2O3三葉草條形催化劑與由Φ30×30mm條狀舌型開口外包40目不銹鋼絲網(wǎng)組成的分餾元件，按0.5∶1的體積比混合裝填在催化蒸餾塔的反應(yīng)蒸餾段，用于催化裂化C5餾分中二烯烴的選擇加氫?？刂品磻?yīng)蒸餾段的溫度100～130℃，反應(yīng)壓力1.0MPa，氫氣與二烯烴的摩爾比為1.5～10時，可使C5中的二烯烴含量從原料中的8000PPM降到小于100PPM，可醚化叔烯烴的收率大于104％，無醚化反應(yīng)活性的3-甲基-1-丁烯異構(gòu)化為可醚化組分的異構(gòu)化率達65％以上，從而可以作為生產(chǎn)汽油含氧添加組分TAME的優(yōu)質(zhì)原料。試驗結(jié)果如下項目 指標原料中雙烯烴含量 ％m/m 0.86反應(yīng)體積空速 h-13.0氫氣與雙烯烴的比 mol/mol 6.0反應(yīng)段平均溫度℃ 110～120反應(yīng)壓力 Mpa 1.0體積回流比1.0可醚化的叔烯烴收率(選擇性)％m/m ＞104反應(yīng)后原料中雙烯烴含量ppm ＜100
權(quán)利要求
1.一種催化蒸餾設(shè)備，反應(yīng)段催化劑床層的支撐孔板上混合裝填催化劑和分餾元件，催化劑位于各分餾元件之間，特征在于分餾元件是由側(cè)壁開孔，外包鋼絲網(wǎng)的元件構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化蒸餾設(shè)備，特征在于分餾元件是由側(cè)壁開孔，外包鋼絲網(wǎng)，內(nèi)填裝能夠增大分餾元件面積的材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化蒸餾設(shè)備，特征在于分餾元件內(nèi)填裝具有網(wǎng)狀或多孔狀、波紋狀的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的催化蒸餾設(shè)備，特征在于分餾元件可以是下列形狀中的任一種(1)螺旋狀分餾填料；(2)側(cè)壁開孔，內(nèi)裝波紋填料，外包鋼絲網(wǎng)構(gòu)成的圓柱型；(3)側(cè)壁開孔，內(nèi)裝不銹鋼θ網(wǎng)環(huán)填料，外包鋼絲網(wǎng)構(gòu)成的圓柱型；(4)內(nèi)壁有條狀舌型開口填料，外包鋼絲網(wǎng)構(gòu)成的圓柱型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化蒸餾設(shè)備，特征在于圓柱型的高徑比是0.5～3∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化蒸餾設(shè)備，特征在于圓柱型的高徑比最佳是1∶1～1.5∶1。
7.一種催化蒸餾設(shè)備，反應(yīng)段催化劑床層的支撐孔板上混合裝填催化劑和分餾元件，催化劑位于各分餾元件之間，特征在于分餾元件是由常規(guī)分餾填料外包鋼絲網(wǎng)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、7所述的催化蒸餾設(shè)備，特征在于分餾元件的當量直徑為5～60mm，最佳為10～25mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、7所述的催化蒸餾設(shè)備，特征在于分餾元件與催化劑的體積比為10～90∶90～10，最佳為40～60∶60～40。
全文摘要
本發(fā)明的催化蒸餾設(shè)備,反應(yīng)段由催化劑與特制分餾元件混裝而成,反應(yīng)物在催化劑的作用下進行反應(yīng),在反應(yīng)的同時在分餾元件的表面進行分餾作用直至反應(yīng)完全或達到一定要求為止。反應(yīng)段結(jié)構(gòu)簡單,制造費用低,操作簡便,反應(yīng)效率高。
文檔編號B01J8/02GK1208663SQ97106049
公開日1999年2月24日 申請日期1997年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月20日
發(fā)明者高步良, 王偉, 王進善, 郝興仁, 于在群 申請人:中國石化齊魯石油化工公司