[發(fā)明專利]一種催化精餾塔塔內(nèi)規(guī)整催化填料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510034722.3
• 申請日: 2015-01-24
• 公開（公告）號: CN104587945A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃智賢;姜海明;王清蓮;王紅星;葉長燊;楊臣;李玲;邱挺
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: B01J19/32
• 分類號: B01J19/32;B01D3/14;B01J8/02
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化精餾技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種催化精餾塔塔內(nèi)規(guī)整催化填料及其制備方法，還涉及傳質(zhì)與分離過程的優(yōu)化與強(qiáng)化。

背景技術(shù)

催化精餾塔是一種將反應(yīng)和分離耦合在一起的化工設(shè)備，所以塔內(nèi)反應(yīng)段填料必須同時(shí)具備催化反應(yīng)功能和汽液兩相傳質(zhì)功能。反應(yīng)物在反應(yīng)段經(jīng)催化劑催化反應(yīng)后，生成的產(chǎn)物及時(shí)從反應(yīng)體系分離出來，打破反應(yīng)平衡限制，推動反應(yīng)向正方向進(jìn)行，顯著提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。催化精餾塔內(nèi)反應(yīng)段填料的結(jié)構(gòu)對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、分離效果起到至關(guān)重要的作用，其要求催化填料在保證汽液兩相充分混合接觸的同時(shí)，還能確保反應(yīng)物與催化劑之間有反應(yīng)必要的接觸時(shí)間及空間，且可人為調(diào)控。理論上接觸時(shí)間與空間較大有利用反應(yīng)的進(jìn)行。目前工業(yè)生產(chǎn)中固體催化劑大都使用小顆粒狀的離子交換樹脂、分子篩或固體超強(qiáng)酸，該類型催化劑具有比表面積大、回收再生容易等優(yōu)點(diǎn)。但固體催化劑顆粒較小，若直接放置在塔盤上，會造成塔內(nèi)壓降大，容易液泛。另外，受固體催化劑自身?xiàng)l件的影響，無法制成規(guī)整形狀以降低流體在其表面上的流動阻力。因此，如何強(qiáng)化反應(yīng)段內(nèi)汽液傳質(zhì)，使催化劑與反應(yīng)物接觸時(shí)間及空間可控，降低塔內(nèi)壓降，簡便操作等問題已成為新型高效催化填料的研究熱點(diǎn)。

美國專利US4215011提出了將催化劑分裝入由合成專用布制成的長條形的小布袋中，并用不繡鋼波紋絲網(wǎng)裹住，卷成圓柱體。反應(yīng)過程中，反應(yīng)物進(jìn)入布袋與催化劑接觸從而使反應(yīng)發(fā)生。這種結(jié)構(gòu)增大了流體的湍動程度，而且為汽液傳質(zhì)提供了場所。但該方法卷曲層與層之間存在較大的縫隙，汽液兩相流動時(shí)難以避免溝流和短路現(xiàn)象，使催化劑利用率較低。

中國專利CN101024259A和CN102824890A均提出將催化劑捆扎包做成平板狀，與規(guī)整填料豎直交替放置的方法，但該法中催化劑捆扎包采用平板狀，接觸面積較小，不利于催化劑與反應(yīng)物之間的傳遞，催化劑利用率較低。催化劑與反應(yīng)物的接觸時(shí)間通過調(diào)整催化劑的量來調(diào)節(jié)，可控性較低，無法綜合催化劑用量與塔壓降等因素。專利CN103752253A中將催化劑填料片與規(guī)整填料片交替周向分布在填料盤內(nèi)，該法中波紋填料與催化劑裝填區(qū)域間隔面積較大，容易造成汽相流徑在邊緣區(qū)域的短路，使汽液相接觸不均勻。專利CN103691387A與CN103721666A及以上所述專利中，均為將催化劑捆扎包豎直放置。捆扎包內(nèi)的催化劑顆粒小，液體流動阻力大。如圖1所示，當(dāng)塔內(nèi)噴淋下來的液體流經(jīng)催化劑包表面時(shí)，大部分流體在重力的作用下沿布袋的表面向下流動，而實(shí)際進(jìn)入催化劑包內(nèi)的參與反應(yīng)的流體則比較少。另外，外表面上的流體會通過徑向擴(kuò)散向包內(nèi)傳質(zhì)。因?yàn)閺较驍U(kuò)散的傳質(zhì)推動力較小，包內(nèi)生成的反應(yīng)物向外擴(kuò)散的速率也比較慢，所以整個(gè)催化劑包的催化劑利用效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種應(yīng)用廣泛，成本低廉，制作簡單，高效的催化精餾塔塔內(nèi)規(guī)整催化填料及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種催化精餾塔塔內(nèi)規(guī)整催化填料，由催化填料單元構(gòu)成，每個(gè)催化填料單元由組件I和組件II構(gòu)成，組件I與組件II交替、反方向傾斜排放并束成筒狀而形成催化填料單元；組件I是由絹絲布或尼龍布或滌綸布或其他材質(zhì)縫合而成的催化劑布包，布包內(nèi)填充離子交換樹脂、分子篩、固體超強(qiáng)酸等固體顆粒催化劑，布包內(nèi)填充的固體催化劑占布包體積的70%~90%，布包尺寸為長45~100mm，寬9~16mm；組件II為規(guī)整波紋填料，可為：板波紋填料，絲網(wǎng)波紋填料、孔板波紋填料、壓延孔板波紋填料、蜂窩填料等規(guī)整填料。

催化填料單元中，催化劑布包的傾斜角度可綜合反應(yīng)接觸時(shí)間及塔內(nèi)壓降等因素調(diào)節(jié)；每個(gè)催化填料單元可根據(jù)不同塔徑加工為相應(yīng)大小的圓柱體形狀的催化填料；每一催化填料單元內(nèi)組件I與組件II之間交替排放，組件I的水平傾斜角度為45°至60°。

精餾塔內(nèi)放置多層或多塊催化填料單元時(shí)，上下兩個(gè)催化填料單元之間組件I與組件II均交錯(cuò)排列，且傾斜角度相反；或上下兩個(gè)催化填料單元之間沿催化劑包布置方向相互垂直排列，使汽液兩相在塔內(nèi)交錯(cuò)流動；總體形成在橫向和縱向上組件I、組件II均交替、交叉排放的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果在于：