[发明专利]一种催化剂装填构件及其装填方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于催化精馏塔的催化剂装填构件及其装填方法，国际专利分类号拟为Int.Cl.B01J 19/00(2006.01)。 

背景技术

将化学反应与精馏分离结合起来同时进行的单元操作过程称为反应精馏过程。该过程可以不断地从系统中移出反应产物，反应放出的热量可同时被利用作为精馏所需的部分汽化潜热，因此与传统的化工过程相比，具有反应转化率高，选择性好，固定投资少，操作费用低等优点。自上世纪七十年代以来，使用非均相催化剂的催化精馏作为反应精馏的一个分支逐渐被确立起来。在这一过程中，经过一定加工的固体催化剂构成塔内填料，既起了催化作用，又有分离反应产物的作用。 

催化精馏设备一般是由反应段和精馏段构成。反应段通常是把装有催化剂颗粒的“催化剂构件”搁置在塔内，使反应和分离同时进行。塔的类型可以是填料塔，也可以是板式塔。填料塔的催化剂构件除具有催化反应功能外，同时应具有一定的分离功能，而板式塔的催化剂构件只需具有催化反应的能力，分离则靠筛孔塔盘来完成。 

可用于催化精馏塔的催化剂填料形式有很多。催化剂填料装入塔内时的基本要求是不但要有均匀的空间分布，保证气液相都能与催化剂充分接触并有足够的流动通道，还要防止气液相在流动过程中短路。从反应的角度来说，催化剂比表面积越大，对反应越有利，因而希望用细颗粒的催化剂，但细颗粒的催化剂堆放在塔内会导致压降增大，影响精馏操作。反之增大催化剂颗粒则又可能降低催化的效果。因此将二者统一起来，一直是人们研究目标。 

美国专利US4471154提出一种将催化剂安置在板式塔的塔板上，构成催化精馏构件，在塔板上的催化剂层呈流化状态的催化剂填料的装填方法。这种装填方法理论上使催化剂在整个反应区分布均匀，气-液-固三相接触良好，催化剂的利用率高，但它对催化剂的要求高，即每粒催化剂的大小、重量均需相同，否则容易造成局部阻力过大，引起偏流；另外，其催化剂层的空隙率小，阻力大，成为催化精馏过程中提高负荷的一大瓶径，且催化剂之间的磨损严重。 

美国专利US4443559提出一种将催化剂颗粒装入用玻璃纤维缝制的袋里，用有一定开口率的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层不锈钢丝网，一层装有催化剂的小口袋的捆束型圆柱体催化精馏构件的催化剂填料的装填方法。这种装填方法或构件由于横截面上的空隙率相差较大，即催化剂部分的空隙率比丝网部分的要小很多，而丝网本身对流体的再分布能力很差，因此容易造成沟流，影响精馏塔的传质交换与催化效果。 

美国专利US5262012提出一种将催化剂按散装填料形式的装填方法，该方法将粒状催化剂与惰性填充介质瓷球、玻璃珠、中空多孔球体或柱体等混合装入塔中直立的桶式容器内，形成反应区内的催化精馏构件。这种方法或构件的不足是：催化剂是实心的，故粒度不能太大，否则不能充分利用催化剂，但催化剂粒度太小又易于与填料分层，损害了该构件发挥其催化反应-分离的协同功能；另外，这种构件也易于在精馏塔的床层中产生沟流，影响了其传质交换与反应效果。 

中国专利CN1042664提出一种将催化精馏塔反应段分成若干个催化剂层，每个床层由多个相互平行地垂直排列、由两片波纹板平行夹持催化剂而形成的三明治型组件构成，相邻组件对之间的床层空间留作气相通道，使上行的气体穿过床层和分离塔盘的装填方法。这种催化精馏构件的催化剂装卸方便，反应物料与催化剂能直接接触，可减小扩散对反应速率的影响。但由于气、液两相分别穿过反应段中各自的通道，不易发生气液两相 间的传质，故它不适宜于气、液均是反应物料的气-液-固三相体系，应用具有局限性。 

中国专利CN1299703提出了一种将催化剂制成具有中心孔道的颗粒，用连接件将催化剂颗粒连接成串，将它均匀地放入规整填料的气液自由通道中形成催化精馏构件的装填方法。这种构件或装填方法具有催化剂在反应段分布均匀、床层空隙率大、塔压降小和催化剂利用率高的特点。但由于催化剂需要制成中心通道孔，制作麻烦，且所形成的连接件在填料通道中的固定也很困难，成本较高，使用不方便。 

中国专利CN1299704提出了一种将尺寸、构型和堆积密度均相似的催化剂和精馏填料混堆在金属规整填料中形成催化精馏构件的装填方法。这种方法或构件传质效率高、催化剂利用率较好、产物选择性好，但对催化剂的强度要求较高，对催化剂和填料的制作技术要求高，成本加大，且在操作过程中催化剂和填料易分层，从而造成局部阻力大而影响气液的通量。