本发明是一种催化反应精馏塔及其用途，它属于有机化合物催化反应和分离，它由塔体、塔板和催化剂组成。 通常，在化工生产中，反应和分离两个单之操作是在两类单独的设备中完成的;反应过程在各种形式的反应器中进行，而未反应的反应物、产物和副产物则在分离设备中得到分离。为了提高产品是收率，降低设备的投资和能耗，研制一种将反应与分离过程结合在一起的设备是人们一直在努力实现的。其中，催化反应精馏塔就是适用于伴有化学反应的精馏过程的专用设备。由于在催化反应精馏塔中可同时完成催化反应和精馏分离两个过程，简化了流程，降低了设备投资;由于反应物和生成物的及时分离，破坏了化学平衡，使反应趋于完全，提高了反应的转化率和选择性;因为产物随时可从反应区蒸出，提高了反应物的浓度，从而增加了反应速度，提高了生产能力;对于放热反应由于反应热被物料汽化所吸收，从而节约了热能而且省去了取热设备;同时在一个设备中获得了较纯的产品。因此催化反应精馏装置的研制越来越受到国内外化学工作者的重视。在US3，634，534中公开了一种催化精馏装置，它的目的是将催化剂装在精馏塔中，实现催化反应与精馏操作同时进行。它的构成是将催化剂置于板式塔盘的降液管中，作为一个固定床。它的不足之处是因降液管地尺寸受精馏工艺过程的限制，所以使催化剂的装填量很少，影响了整个反应精馏塔的生产能力。在US4，215，011中，透露了一种从C4馏中分离异丁烯的催化剂系统。它的目的是将催化剂装入催化反应塔，又使催化剂层留有一定空隙，减少阻力。它的内容是将催化剂包在用玻璃丝布做成的小包中，外加不锈钢网，置于支撑板上，小包之间留有空隙，使汽液两相能对流穿过反应床层。它的不足之处是结构复杂，成本高，而且装填及卸出都很麻烦，扩散过程受阻，反应速度慢。在CN申请号8810905.5中公开了一种催化蒸馏新型设备和催化剂系统，它的目的是催化剂不用任何特殊的包装，而直接装入反应段的催化剂床层中，从而简化催化剂的装璜操作。它的内容是将催化剂直接散装在支撑塔板上，每段床层相当于一个固定床，床层之间装有起分馏作用的塔板。其缺点是虽然物流能直接与催化剂接触，但不能真正起到反应和分馏同时进行的作用，因为汽相和液相不能在催化剂床层中对流接触，实际上分馏过程是在床层之间的塔板上进行的，此外，在气流通道中，既不能反应，也不起分馏作用，降低了设备的有效利用空间。以上看来制造一种尽于完美的催化反应精馏塔是人们所希望的。
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种催化剂不需要任何包装、装填方式同常规精馏塔完全一样、装填数量可按催化反应塔的生产能力设计而不受精馏设备条件的限制、有足够的空隙率、类似于一般精馏塔的传质传热效果、塔板既催化剂载体又是精馏分离塔板。既能满足催化剂反应要求又能满足精馏操作条件的理想的催化反应精馏塔。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：催化反应精馏塔的部分或全部塔板是用含有催化剂的活性材料加工成型装于塔中。这样塔板既能起到催化剂载体的作用，又能起到精馏分离作用。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到：
本发明的催化反应精馏塔可以是填料塔，也可以是板式塔、泡罩塔、浮伐塔或者其任意组合。
其中用于填料塔的拉西环、包尔环、车轮状、矩鞍环、球状、柱状等乱堆填料或波纹板状、蜂窝状规整填料都可以用含有催化剂的活性材料加工成型。
同样板式塔的筛板、波纹板、泡罩塔板、浮伐塔板也可以用含有催化剂的活性材料加工成型。
本发明的催化反应精馏塔的塔板可以全部用含有催化剂活性材料加工成型的塔板。对于那些对分离要求较高的工艺过程，也可以在催化反应塔板上面或下面增设只起分离作用的普通塔板。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到：
本发明的催化反应精馏塔的塔板是由催化剂活性材料、增强材料、致孔剂、粘合剂、助剂混合后加工而成。
本发明的催化反应精馏塔用于伴有催化反应的精馏过程。
伴有催化反应精馏过程的具体反应包括酯化反应、酯交换反应、皂化反应、水解反应、水合反应、烷基化反应、异构化反应、卤化反应、胺化反应、乙酰化反应、硝化反应、脱水反应、氧化反应、醚化反应等。
其中酯化反应的例子是顺丁烯二酸酐与乙醇反应生成顺丁烯二酸二乙酯;醋酸与乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇的酯化反应;丙烯酸和乙醇酯化反应;硼酸和甲醇酯化反应。
酯交换反应的典型实例是醋酸丁酯与乙醇反应;苯二甲酸二甲酯与乙二醇反应。
皂化反应的例子是二氯丙醇皂化生成环氧氯丙烷;氯丙醇皂化生成环氧丙烷;甲酸甲酯皂化生成甲酸。
水解反应的例子是醋酸酐水解生成醋酸;甲醛及其水合物的精馏。
水合反应的例子是催化裂化C4烃中的异丁烯与水反应合成叔丁醇。
烷基化反应的例子是用乙烯与苯反应合成乙基苯;用丁苯或叔丁苯分离间二甲苯和对二甲苯的混合物。
异构化反应的例子是β甲代烯丙基异构成β，β′-二甲基氯乙烯。
卤化反应的例子是溴化钠与硫酸及乙醇反应生成溴乙烷。
乙酰化反应的例子是苯胺的乙酰化。
硝化反应的例子是苯与硝酸制造硝基苯。
脱水反应的例子是叔丁醇催化脱水生成异丁烯;三甲基甲醇脱水生成异丁烯。
醚化反应的例子是催化裂化C4烃中的异丁烯与甲醇反应合成甲基叔丁基醚;催化裂化C5馏分中的2-甲基丁烯与甲醇反应生成甲基叔戊基醚。
附图的图面说明如下：
图1：
（Ⅰ）精馏段
（Ⅱ）反应段
（Ⅲ）提馏段
（1）原料管线
（2）液体再分布器
（3）管线
（4）冷凝器
（5）管线
（6）回流罐
（7）管线
（8）管线
（9）管线
（10）再沸器
（11）管线
（12）管线
（13）催化剂塔板
本发明下面将结合（附图）实施例作进一步详述
实施例1
催化裂化C4烃中的异丁烯与甲醇反应合成甲基叔丁基醚（MTBE）。
含异丁烯5%～80%的催化裂化C4烃与甲醇按一定配比混合后的物料经管线（1）进入装有10×10×3的拉西环阳离子交换树脂填料的催化反应精馏塔，在反应段（Ⅰ）反应压力0.6～1.0MPa，反应温度40～100℃条件下，经过连续不断地进行反应精馏过程后，未反应的C4烃汽相上升进入精馏段（Ⅱ）与回流液逆流接触经多次热质交换，使塔顶产物达到分离要求后，经塔顶出口管线（3）进入冷凝器（4）冷凝却后经管线（5）进入回流罐（6），回流罐中的液体C4，一部分经管线（7）回流至塔顶由上而下经液体再分布器（2）进入反应段（Ⅱ）重新参加反应精馏，另一部分经管线（8）出装置。反应生成的产品MTBE，经提馏段（Ⅲ）进入塔再沸器（10），汽化后经管线（11）返回塔底，塔底产物MBE经管线（12）出装置。异丁烯的转化率90%～99.5%。
实施例2
催化裂化C4烃中的异丁烯与水反应合成叔丁醇（TBA）。
将醋酸性阳离子交换树脂与增强材料、致孔剂、粘合剂、其他助剂混合后加工而成波纹板规整塔板装成催化反应精馏塔;用乙二醇单甲醚作为反应溶剂，流程同实施例1。
反应段温度℃ 40～100
体积空速h-11～5
回流W 1～5
异丁烯转化率% 90～95
实施例3
顺丁烯二酸酐与乙醇反应生成顺丁烯二酸二乙酯。
将固体酸催化剂加工成泡罩塔板装成催化反应精馏塔。在常压下操作，流程同实施例1。
反应段温度℃ 50～115
体积空速h-10.5～4
醇酸M mol 2～6
回流W 1～10
顺酐转化率% 90～99.3
实施例4
乙烯与苯反应合成乙基苯的烷基化反应。
将分子筛催化剂加工成浮伐塔板装成催化反应精馏塔。流程同实施例1。
反应温度℃ 110～250
苯烯比 mol 4～8
液相体积空速h-13～8
乙烯转化率% 95～98
乙基苯选择性% 80～86
全回流操作，乙烯气从反应段底部进入。
实施例5
叔丁醇催化脱水生成异丁烯。
将阳离子交换树脂催化剂加工成车轮状规整填料装成催化反应精馏塔。流程同实施例1。
反应温度℃ 45～100
体积空速h-11～5
回流W 1～5
叔丁醇转化率% 90～99
异丁烯纯度% 95～99.9
实施例6
催化裂化C5馏分中的2-甲基丁烯与甲醇反应生成甲基叔戊基醚。
将大孔磺酸性离子交换树脂加工成波纹板状规整填料，装成催化反应精馏塔。流程同实施例1。
反应温度℃ 40～100
反应压力MPa 0.5～1
醇烯比 0.6～1.1
体积空速h-11～8
2-甲基丁烯的总转化率% ≥91.2
本发明相比现在技术具有如下优点
1、实现了催化反应与精馏过程同步进行。
2、催化剂塔板空隙满足汽液两相对流穿过的要求。
3、解除了催化精馏中催化剂的包装、装填的烦恼。
4、床层温度分布均匀、恒定、提高了转化率，延长了催化剂寿命。
5、用途广泛，对伴有催化反应的精馏过程均能使用。对有串联副反应的反应过程亦可使用。