專利名稱：一種催化反應蒸餾塔的制作方法
技術領域：
本發明屬于催化反應蒸餾裝置的改進，特別是涉及催化反應蒸餾塔內接觸構件的改進。
催化反應蒸餾是近幾年發展起來的應用廣泛的一種化工技術，采用這種技術使反應器和分餾塔合而為一成為催化反應蒸餾塔，因此具有投資低、操作費用少、所需設備少、流程簡化、操作控制方便、熱能利用率高、原料適應性強等優點。特別適用于異丁烯與甲醇醚化生產甲基叔丁基醚的工藝，也可用于催化反應速率高、反應與蒸餾可在同一條件下實現的體系。
眾所周知，催化反應蒸餾塔一般包括三個部分，即精餾段、反應蒸餾段、提餾段。接觸構件是催化反應蒸餾塔反應蒸餾段內的關鍵部件，構件的形式及排列方式對催化蒸餾有著決定性的影響。美國專利U.S.4235011，4302356，4280926，4443559中大都采用填充式的接觸構件，其中有的將固體顆粒催化劑卷包在不銹鋼絲網或玻璃絲網中，制成螺旋狀的卷包裝填于塔內，此種形式的構件受構件形狀及其所處的位置，液體噴淋密度的影響，難以維持構件最佳受液狀態，致使反應效率降低。
另外，美國專利US4439350、4536373公開的催化蒸餾系統的接觸構件，是由多孔金屬或塑料板制成長方形的多孔封閉容器和一個固定、支撐該容器的夾具所組成，催化劑裝填在長方形多孔封閉容器內。該接觸構件平行安置于蒸餾塔篩板上，篩板上裝有溢流堰，使板上的液面維持一定的高度，以便完全浸沒接觸容器。當進入塔內的物料在塔板上通過對流、擴散，與容器內的催化劑接觸反應，又與通過篩板篩孔上升的蒸汽進行相際傳質，借助于此結構形式，達到反應和蒸餾在同一塔內完成的目的。
但是，上述長方形催化反應蒸餾接觸構件的形狀及其排列方式還存在以下缺點由于接觸構件為長方形結構而不可能布滿整個篩板，尤其在靠近塔壁處容易形成盲區。構件的平行排列使物料順著構件流動時會產生不可避免的溝流，導致反應效率降低。而且長方形容器的高度較低，裝填的催化劑量較少，既不適宜在深液層中操作也難以提高反應效率。
本發明針對上述問題公開了一種催化反應蒸餾塔，由精餾段、反應蒸餾段和提餾段組成，特別是對反應蒸餾段的接觸構件進行了改進使之更適用于催化反應蒸餾工藝，其特征是采用了有中心對流管的圓柱體容器裝填催化劑，并以交叉三角形方式垂直排列在篩板上。這種結構和排列方式，可有效地消除篩板上的盲區，充分利用篩板上的有效面積，并克服了溝流的產生，改善了物料流向，提高了反應效率，又不會產生液泛。另外由于本發明接觸構件的催化劑容器設有中心對流管而成為環柱體，使其傳質傳熱性能大為改善，催化劑內外層的溫差甚小，利于物料與容器內催化劑充分接觸使其反應完善。
采用本發明的接觸構件，還可以在大空速下增加清液層的高度，更適于在深液層中操作。同時還能提高催化劑單位體積的裝載量，又不降低篩板上開孔區的面積，因而在不降低分離效率的情況下，提高了設備的生產能力。下面就本發明的關鍵部分反應蒸餾段的接觸構件結合附圖作進一步說明其結構如圖2、圖3、圖4、圖5所示。其中圖2為本發明接觸構件的正視圖，圖3為本發明接觸構件的透視圖，圖4為本發明接觸構件夾具的正視圖，圖5為本發明接觸構件的催化劑容器的頂蓋與底蓋的正視圖。
反應蒸餾段所用的塔板為篩板，接觸構件是由裝填催化劑的多個容器5和將容器5固定于蒸餾篩板7上的夾具所組成，催化劑容器5包括沿軸向開設中心對流管的環柱形圓筒10，可裝拆的具有圓孔，柵孔或圓孔與柵孔結合的頂蓋8，底蓋9。其中環柱形圓筒10的直徑為80-150mm，高度為50-500xm。其筒體由5-10目的粗目絲網，或者是孔徑為6-12mm的多孔板或柵板卷制而成，材料可選用不銹鋼。多孔板厚度為0.2-1mm，柵板條寬為6-10mm，兩條間間隔8-12mm，厚度為0.2-1mm。沿著環柱形圓筒筒壁襯以60-100目的細目絲網。細目絲網可以是不銹鋼絲網或尼龍絲網或玻璃絲網。容器5內裝固體顆粒催化劑。容器筒體所選用的材料要求有足夠的開孔率，使液流易于滲入催化劑內層，并具備一定的強度與硬度以能經受液流的沖擊，因此可以選用鋁、銅、不銹鋼等。考慮到反應物料與產物的腐蝕性因素，以選用不銹鋼為佳。筒壁所襯的細目絲網可以是不銹鋼絲網、尼龍絲網或玻璃絲網。細目絲網目徑與所用催化劑粒徑相適應，應略小于催化劑的粒徑。所用的夾具由底蓋9下端至少有三個頂腳向上的支座11，位于支座11中心固定用的螺栓12，與篩板7上置有的螺帽18所組成。容器5以交叉三角形方式垂直排列并旋緊在篩板7的螺帽18上，其中支座11的作用是加固與支承容器。
圖1是塔內反應蒸餾段裝有接觸構件的篩板平面圖。圖6為本發明的反應蒸餾段部分的透視圖。其中篩板7由外堰1、內堰2、孔區3、催化劑裝填區4、進口受液盤6組成。其中內堰2的高度應略高于催化劑容器5的實際高度，其作用是保證催化劑容器被液體所浸沒。外堰1的作用是防止上升蒸汽直接進入上一個降液管而走短路。進口受液盤6的作用是使塔內從上一塊篩板來的液體經降液管注入篩板上無催化劑容器和篩孔的部分。從圖6中可看出篩板7安裝在催化反應蒸餾塔13的反應蒸餾段中。在實際操作中，液體從上一塊塔板的降液管14流入進口受液盤6，流過外堰1，在流經篩板上的接觸構件時，與催化劑容器5內的固體顆粒催化劑相接觸，同時也與由下向上通過篩板7的篩孔上升的汽體進行接觸，液固、液汽充分接觸的結果達到在同一塔內進行催化反應與蒸餾的目的。然后物料溢過內堰2流入降液管14。需要說明的是反應蒸餾段的篩板數以及每塊篩板上催化劑接觸構件的數目，可視反應的需要，結合技術經濟因素綜合考慮而定。篩板7上接觸構件之間保持一定間隔以交叉三角形方式排列。當反應液體流經篩板時，以兩種不同方式流過接觸構件，一種為沿著構件順流，另一種為垂直流過構件。通常液體以沿著構件順流為主，這是由于在此時液體流動的阻力較小之故。該段的板間距要比普通蒸餾塔板間距稍高。另外，本發明的精餾段和提餾段可采用一般的精餾塔板，例如篩板、浮閥、泡罩等塔板。其中精餾段的板數為10-18塊，提餾段的板數為20-30塊。
總之，本發明在反應蒸餾段中采用的接觸構件與篩板結構的結合形式，能促使液固、液汽充分接觸，使反應與分離同時在塔內迅速進行。經分餾作用，從塔頂回收反應混合物中的低沸餾份，從塔釜回收高沸餾分。
本發明接觸構件的催化劑容器5內裝填的固體顆粒催化劑，可以選用各種適合于催化反應蒸餾的酸性陽離子、堿性陰離子、金屬陽離子交換樹脂，以及金屬氧化物，鹵化物等多種催化劑，它的一般粒度為1-100目。
本發明適用于以甲醇與碳四或碳五混合物為原料進行催化反應蒸餾制備醚系列的產品，同樣可用于以多種烯烴與芳烴烷基化制取烷基化系列的產品。其中反應蒸餾段接觸構件的容器所裝填的催化劑，以由苯乙烯與二乙基苯交聯磺化而成的大孔徑磺酸陽離子交換樹脂(交聯度10-20%，酸當量＞4，粒度20-80目，樹脂溶脹后適用于烴類介質)為最佳。使用本發明的接觸構件能有效地促使醚化反應與蒸餾在同一塔內進行。
最典型的實例是本發明用于以不同異丁烯組成的碳四混合物與甲醇醚化反應蒸餾制取甲基叔丁基醚的工藝。如圖6所示，過程中碳四烴和甲醇混合物由反應蒸餾段中間偏下通過管道15送入塔13，部分甲醇也可由反應蒸餾段上部送入塔13，生成的甲基叔丁基醚由塔底經管道17蒸出，未反應物與甲醇從塔頂通過管道16蒸出，其反應速率隨反應溫度升高而提高，系統溫度取決于系統壓力，因此反應速率可以通過改變系統壓力加以調節，其產率可以通過改變處理量來調節。對于異丁烯與甲醇醚化的平衡反應來說，在系統壓力下，反應物的組成受平衡的限制，而催化反應蒸餾的特點在于反應產物一旦生成，隨即由塔底蒸出，因而十分有利于反應平衡向產物方向移動，這是我們所希望的。而且反應所放出的熱量可用于蒸餾反應混合物，如果催化反應蒸餾段足夠高，催化劑量足夠多，則異丁烯轉化率可達99%以上。塔頂蒸出的剩余碳四混合中幾乎不含異丁烯。
基于上述的改進，本發明是一種反應與分離效率高的催化反應蒸餾塔。


1、外堰 10、環柱形圓筒2、內堰 11、支座3、孔區 12、螺栓4、催化劑裝填區 13、塔體5、催化劑容器 14、降液管6、進口受液盤 15、原料進口管7、篩板 16、塔頂出口管8、頂蓋 17、塔釜出口管9、底蓋 18、螺帽實例1使用本發明的接觸構件，催化劑容器尺寸為φ100×180mm，所用的催化劑、碳四原料、工藝條件及其試驗結果分列如下碳四原料組成組份 異丁烷 正丁烷 反丁烯-2 異丁烯 正丁烯-1 順丁烯-2組成(wt%) 0.55 2.50 9.92 25.81 54.56 6.66催化劑 S型強酸性陽離子交換樹脂系統壓力(表壓) 7.5Kg/cm2反應段溫度 61-62℃碳四混合物進料空速2克碳四/克催化劑·小時醇烯比 1.3∶1液層高 200mm試驗結果組份 塔頂組成(wt%) 塔釜組成(wt%)甲基叔丁基醚 0.003 97.58甲醇 2.84 2.42異丁烷 0.61正丁烷 3.15反丁烯-2 13.62異丁烯 2.12正丁烯-1 68.68順丁烯-2 8.72異丁烯轉化率93%ηR＝ (R實)/(R理) ＝1.16其中R實為在某一反應溫度和組成條件下，單位時間內構件中單位重量催化劑(樹脂催化劑)的異丁烯實際反應量，其單位是摩爾異丁烯/克催化劑·小時。
R理為與R實相同的條件下按樹脂催化劑的反應動力學數據計算所得異丁烯的反應量(理論反應量)，其單位同上。
R為反應效率(R實/R理之比)
實例2使用不同結構的接觸構件，裝載相同量的催化劑，在壓力為7.5公斤/厘米2，反應溫度60℃，原料異丁烯含量25%，催化劑為樹脂型的條件下，試驗結果如下表所示構件形狀 催化劑 高度 空速 異丁烯 反應效率 液層高度尺寸(mm) 裝載量 (mm) (小時-1) 轉化率 (η) (mm)(g) (%)環柱形 355 127 6.85 86 1.40 180(φ100×180)長條形 355 80 6.80 81 1.30 80(160×40×80)表1數據說明，在催化劑裝載量相同的情況下，使用本發明的接觸構件，異丁烯的轉化率較高，而且適于在深液層中進行反應。同時，用本發明提供的接觸構件其生產能力要比用長方形結構的構件的生產能力大為提高。
實例3相同厚度的接觸構件，催化劑容器內襯不同的包裝材質，在相同的工藝條件(壓力7.5公斤/厘米2、反應溫度60-61℃)下，所選用的內襯材質有80目不銹鋼絲網、60目尼龍絲網、玻璃絲網等，試驗結果如下表所示。
容器厚度 空速 內襯包裝材質 轉化率(mm) (小時-1) (異丁烯%)40 8.79 玻璃絲網 6740 8.79 80目不銹鋼絲網 7260 6.46 80目不銹鋼絲網 7760 6.46 60目尼龍絲網 69
實例4本發明作為2000噸/年甲基叔丁基醚試生產裝置，其接觸構件的催化劑容器尺寸為φ120×250mm，在以下所列的工藝條件下，得到的試驗數據(一)工藝條件1、原料組成

2、催化劑S型強酸性陽離子交換樹脂3、系統壓力塔頂壓力 8Kg/cm2塔釜壓力4、蒸餾塔溫度塔頂 72℃塔釜 138℃5、空速2.6噸碳四/噸催化劑小時6、醇烯比1.8∶17、液層高210mm(二)試驗結果組份 塔頂組成(wt%) 塔釜組成(wt%)甲基叔丁基醚 0.005 97.9甲醇 8.08 1.20碳三 3.63異丁烷 21.23正丁烯-1 14.26

根據試驗數據推算，使用本發明的接觸構件，在上述工藝條件下，每噸碳四原料需耗用甲醇0.0934噸，可生產成品甲基叔丁基醚0.257噸。
實例5按實例4所提供的試生產裝置中，在以下所列的工藝條件下，得到一組試驗數據。
(一)工藝條件1、原料組成

2、催化劑S型強酸性陽離子交換樹脂3、系統壓力頂壓 10.2Kg/cm2釜壓 10.4Kg/cm24、蒸餾塔溫度塔頂 73℃塔釜 139℃5、空速3.8噸碳四/噸催化劑小時6、醇烯比1.33∶17、液層高210mm8、回流比1.23(二)試驗結果組 份 塔頂組成(wt%)塔釜組成(wt%)甲基叔丁基醚 ＜0.005 97.5甲 醇 4.05 1.3碳 三 1.98異丁烷 29.45正丁烯-1 15.88

26.81反丁烯－2 21.74異丁烯 0.084叔丁醇 0.4正丁醇 0.1異丁烯轉化率98.5%該組數據表明在相似工藝條件下，即使提高了空速，其異丁烯的轉化率仍未下降，說明使用本發明的接觸構件，確實具有生產能力大的優點。
實例6本發明的接觸構件選用不同結構，在相同原料組成，相同工藝條件(原料異丁烯25.84%，空速4小時-1，壓力7.5公斤/厘米2，反應溫度60℃)下，對反應的影響，試驗結果如下筒體結構材料 反應效率% 轉化率(異丁烯)%6-12mm的多孔不銹鋼板 1.3 98.3010目不銹鋼粗目絲網 1.4 97.50從以上數據看，筒體以使用6-12mm多孔不銹鋼板較好。
權利要求
1.一種催化反應蒸餾塔，由精餾段、反應蒸餾段和提餾段組成，其特征在于反應蒸餾段的接觸構件是由裝填催化劑的多個容器5和將容器5固定于蒸餾篩板7上的夾具所組成，催化劑容器5包括沿軸向開設中心對流管的環柱形圓筒10，可裝拆的具有圓孔，柵孔或圓孔與柵孔結合的頂蓋8，底蓋9，環柱形圓筒10直徑為80-150mm，高度為50-500mm，其筒體由5-10目粗目絲網或孔徑為6-12mm的多孔板或柵板卷制而成，沿筒壁襯以60-100目的細目絲網，容器5內裝固體顆粒催化劑，所用的夾具由底蓋9下端至少有三個頂腳向上的支座11，位于支座11中心固定用的螺栓12，與篩板7上置有的螺帽18所組成。容器5以交叉三角形方式垂直排列并旋緊在篩板7的螺帽18上。
2.按照權利要求1所述的催化反應蒸餾塔，其特征是環柱形圓筒10筒體所用的多孔板厚度為0.2-1mm的不銹鋼板。
3.按照權利要求1所述的催化反應蒸餾塔，其特征是環柱形圓筒10筒體所用的柵板是條寬為6-10mm，兩條間的間隔為8-12mm，厚度為0.2-1mm的不銹鋼材。
4.按照權利要求1所述的催化反應蒸餾塔，其特征是環柱形圓筒10筒壁所襯的細目絲網可以是不銹鋼絲網或尼龍絲網或玻璃絲網。
5.按照權利要求1所述的催化反應蒸餾塔，其特征是環柱形圓筒10筒體所用的粗目絲網是不銹鋼絲網。
全文摘要
本發明敘述了一種催化反應蒸餾塔，其反應蒸餾段的接觸構件是由沿軸向開設中心對流管的多個圓柱體容器與將容器固定于篩板上的夾具所組成，按交叉三角形方式垂直排列于篩板上，并在篩板上借溢流堰維持一定的反應液層高度，使裝填催化劑的容器被液體完全浸沒。它是一種反應與分離效率高的催化反應蒸餾塔，不僅適用于甲醇與C
文檔編號C07C41/01GK1048987SQ8910474
公開日1991年2月6日 申請日期1989年7月25日 優先權日1989年7月25日
發明者方永成, 江桂秀, 萬愛嬡, 徐龍星, 周皓 申請人:中國石油化工總公司, 上海石油化工研究所, 北京設計院, 洛陽煉油廠