[发明专利]催化精馏反应器

说明书

本发明涉及一种催化精馏反应器，属于化工设备技术领域。

在工业应用领域，存在许多气液通量大、固体颗粒为催化剂的气液固三相反应过程，如催化精馏、反应物为低浓度气体和液体的催化反应等。该类反应的典型装置如图1所示，图1中，a是精馏段，b是反应段，c是提馏段，d是塔顶冷却回流和轻组份出料系统，e是塔釜再沸器和重组份出料系统。本发明催化精馏反应器的核心部分在反应段b。该类反应过程要求是催化剂床层孔隙率大，以满足气液通量大、气液通过催化剂床层进行充分接触的需要。为了实现上述的操作过程，通常的措施是在反应装置中添加内构件或是将催化剂与惰性填料混装等，以增加催化剂床层的孔隙率。现有的这些办法带来了催化剂装卸不便、反应装置复杂或增加操作费用等问题。

本发明的目的是设计一种上述催化精馏装置中的反应器。在催化精馏反应器中设置多个多孔气液通道，以实现催化剂床层孔隙率大、气液通过催化剂床层能进行充分接触、反应装置结构简单、操作成本低、催化剂装卸方便的目的。

本发明设计的催化精馏反应器，由多孔气液通道和通道固定框架组成，多孔气液通道垂直、均匀地置于反应器筒体中，通过固定框架连成一体；多孔气液通道中设有隔板，相邻通道之间隔板的位置互相错开。

本发明设计的催化精馏反应器中的多孔气液通道可为柱状，多孔通道的开口为垂直条形切口；也可为水平条形切口；或在多孔通道的管壁开出圆形小孔；或使相互同心串联的弹簧成为多孔气液通道。

由本发明设计的催化精馏反应器，上下端各有一开口，用于装卸催化剂，催化剂放置在多孔气液通道之间。对于催化精馏过程，液体通过催化剂床层和多孔气液通道，沿轴向向下和沿径向流动，最终从反应器下端排出；气体通过催化剂床层和多孔气液通道，沿轴向向上和沿径向流动，最终从反应器上端排出。气液通过催化剂床层时进行气液传质和化学反应，通过多孔气液通道时进行气液传质。此外，本发明设计的催化精馏反应器还可用于其它固体为催化剂或惰性填料，气气、气液或液液并流或逆流等操作过程的装置中。

附图说明：

图1为一般通用的催化精馏装置的结构示意图。

图2为本发明设计的催化精馏反应装置中催化精馏反应器的结构示意图。

图3为本发明设计的催化精馏反应器的操作示意图。

图4、图5和图6分别为本发明设计的催化精馏反应器的另三种结构示意图。

下面结合附图，详细介绍本发明的内容。

图2～图6中，1是多孔气液通道，2是多孔气液通道隔板，3是催化剂，4是催化精馏反应段筒体，5是固定多孔气液通道的框架，6是催化剂进料口，7是催化剂出料口，8是液体，9是气体。

图2、图4～图6为本发明设计的催化精馏反应器结构示意图。它由数个多孔气液通道1和固定框架5组成。这些通道垂直均匀放置在筒体4中，由多孔气液通道的框架5固定。每个多孔气液通道由隔板2分割成若干节，相邻通道隔板的位置互相错开。多孔气液通道为柱状，外壁可以是管壁开口的管道或丝网等，通道的中间可以是空心的，也可以填充高效填料。催化剂放置在通道之间，气液可以通过多孔气液通道，催化剂不能进入多孔气液通道中。多孔通道的开口可采用不同的类型，第一个实例如图2所示，在通道管壁开有垂直条形切口，第二个实例如图4所示，在通道管壁开有水平条形切口，第三个实例如图5所示，在通道管壁开有圆形小孔，第四个实例如图6所示，为相互串联的弹簧。催化剂3置于多孔通道之间，分别由上开孔6和下开孔7装卸催化剂。

图3为本发明设计的催化精馏反应器操作示意图。液体8(如图中实心箭头所示)从反应段上端沿轴向和径向穿过多孔气液通道和催化剂床层向下流动。气体9(如图中空心箭头所示)从反应段下端沿轴向和径向穿过多孔气液通道和催化剂床层向上流动，如图3中的粗实心箭头所示。通常情况下，液体主要从反应段上端沿轴向穿过催化剂床层向下流动。气液通过催化剂床层时进行气液传质和化学反应，通过多孔气液通道时进行气液传质。