[发明专利]高效催化精馏装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化工工程领域，具体涉及一种高效催化精馏装置及其应用。

背景技术

催化精馏技术是将催化反应与分离两个过程耦合在同一设备中进行的化工技术，在反应 进行的同时使反应物与生成物分离，以破坏反应的平衡使反应完全，进而达到更高的反应转 化率。由于反应放出的热量用于产物分离，既简化了工艺流程，又达到了降低能耗的效果。

催化精馏装置包括起反应作用的催化剂和起分离作用的分离构件。按照催化剂与分离构 件的结合方式分为捆包式、散装固定床式、规整催化精馏填料式等多种不同形式。专利CN 88109705所述的催化精馏装置为散装固定床式，反应精馏部分由具有气升管的垂直重叠放置 的催化剂床层和普通分馏塔盘或分馏填料组成，催化剂不用任何包装，以散装形式直接装填 于催化剂床层中，具有结构简单、反应效率高、装卸方便、费用低、易于工业实施等优点， 自20世纪90年代初开始在工业上得以广泛应用至今。目前这种散装固定床式催化精馏装置 所用的催化剂都是直径为0.35～1.25mm的球状颗粒。催化剂粒径小容易泄漏，催化剂泄漏到 催化精馏塔塔釜，既造成催化剂损失，同时酸性催化剂又对设备造成腐蚀，还会使塔釜产品 分解，使产品纯度下降。为防止催化剂泄漏，需要采取特殊的、严密的密封方式，增加了费 用。同时，由于催化剂粒径小，床层空隙率低，只能为液相流通提供所需通道，不能为气相 流通提供所需通道，所以需要另外设置气相流通所需的气升管。

上述散装固定床式催化精馏装置中液相物料是以重力穿过催化剂床层，为了使液相物料 全部通过床层，不溢出床层外面，充分发挥催化剂的效率，必须研究催化剂颗粒直径对液体 流通能力进而对催化剂装填高度的影响。至今直径大于1.5mm的催化剂对装填高度的具体影 响及其在散装固定床式催化精馏装置中的反应活性未见研究报导，所以直径大于1.5mm的催 化剂未能应用于散装固定床式催化精馏装置。

中国专利CN201120234572提供了一种散装固定床式催化精馏设备，反应精馏部分由具 有气升管的垂直重叠放置的催化剂床层和普通分馏塔盘或分馏填料组成，为了防止粒度较小 的催化剂泄漏，采用了特殊的密封方式：催化剂反应床由催化剂支撑板、不锈钢多孔筛板和 不锈钢丝网构成，催化剂支撑板通过连接件固定在外壳上，不锈钢多孔筛板与催化剂支撑板 固定在一起，不锈钢多孔筛板上铺设有至少三层不锈钢丝网，丝网边缘塞入外壳与催化剂支 撑板间的缝隙内，最上层的不锈钢丝网上面铺设惰性填料，催化剂散装在惰性填料与液体分 布器之间。密封效果好，有效防止了催化剂的泄露。但密封方式复杂，操作难度大，费用高。

中国专利CN03154462公开了一种催化精馏组件及使用该组件的催化精馏方法，其催化 剂与分离构件的结合方式属于规整催化精馏填料式。催化精馏组件包括催化剂颗粒、丝网容 器和波纹板填料，丝网容器逐一或者间隔地放置到波纹板填料形成的自由通道中；在波纹板 的波谷上开任意形状的孔，将所述的波纹板上开孔处的部分去掉，或者将开孔处的部分沿波 纹方向一分为二，然后向上或向下搬起形成两个齿片；催化剂颗粒直径为Φ1～10mm。该组 件具有强制流体再分布能力，克服了沟流等使传质效果下降的缺陷；加长了流体的流动途径， 增大了反应区液体的持液量。但整个催化精馏组件结构复杂，催化剂装卸不便，费用较高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种高效催化精馏装置及其应用，克服了现有技术中催化精馏 装置的缺陷，反应及分离效率高，同时催化剂容易密封、不易泄漏；催化剂装填效率高，设 备直径小、投资低，设备占地面积小；结构简单，催化剂装卸方便。

本发明所述的高效催化精馏装置，包括反应精馏段，反应精馏段内部设置催化剂床层， 两个相邻的催化剂床层之间设置分馏塔盘或分馏填料，其中，催化剂床层中装填的催化剂颗 粒直径为2～60mm，催化剂的装填高度为400～3000mm；

当两个相邻的催化剂床层之间设置分馏塔盘时，分馏塔盘上设有降液管，在降液管上方 的催化剂床层上设置导流板，导流板将从催化剂床层流下来的液体全部收集到分馏塔盘上。

导流板防止部分液体经降液管直接向下流动，而不流经分馏塔盘，降低分离效率。导流 板的长度和角度只要满足将液体全部收集到塔盘上即可。

反应精馏段上部优选设置精馏段。反应精馏段下部优选设置提馏段。

催化剂床层中装填的催化剂颗粒直径优选2～20mm。