催化剂与分馏元件混装的催化蒸馏设备 本发明涉及一种催化蒸馏设备。
催化蒸馏技术是反应与产品分离在同一催化蒸馏设备中进行，在反应进行的同时把生成的产品分离出去，反应的平衡被打破，因而使反应趋向完全，提高反应物的转化率；另外反应热可被反应物料的汽化所吸收，因而不仅反应温度可保持恒定，能耗可大为降低，工艺流程简化，投资也大为降低。催化蒸馏塔一般由三段组成：上部为精馏段，中部为催化反应段，下部为汽提段。在此催化蒸馏塔中，向下流动的液相物料与向上流动的汽相物料必须能对流通过中部催化反应段并在其中同时进行反应与产品分馏作用，然而一般催化剂粒度比较小，催化剂床层对流体的阻力大，使向上流动的汽相物料与向下流动的液相物料难以对流通过中部反应段，因而使其无法正常操作，反应与分馏作用无法进行。
为解决上述问题文献报导开发了许多反应段特殊结构，如US.3,434,534是把催化剂装填在中部反应段分馏塔盘的降液管中作为附设反应器进行反应，分馏作用在塔盘上进行，这种方法催化剂的装填量受到限制，催化剂装填也比较复杂。US.4,439,350发明一种结构把催化剂装在催化剂小筐中，把许多这种小筐安装在中部反应段的分离塔盘上，液相反应物料流经塔盘进行分馏作用的同时，扩散进催化剂小筐中进行反应，这种结构所需装设的催化剂的小筐子的数目很多，安装也很复杂，造价高。US.4,215,011发明了一种催化剂装填方法，把小颗粒状催化剂装在一排用玻璃丝布片缝制的条型小袋中，并铺设上一层可以撑开空间的不锈钢丝网，然后卷成螺旋卷装填在反应段中，螺旋卷中有自由空间可使液相物料与汽相物料对流通过中部反应段，反应物扩散进入小袋中与催化剂接触进行反应，这种结构制造、装填复杂，反应物须扩散进入袋中才能进行反应，影响反应效率。US.5,057,468公开了一种催化剂与分馏元件混装的催化蒸馏技术，其所用的分馏元件是中空地，分馏元件表面小，因而分馏效果差，分馏元件还要加上两端的盖，使制作复杂。
上述这些结构及其它类似结构的缺点是结构复杂，制造费用高，装卸催化剂时工人需进入塔中操作，操作困难，反应效率亦不高。
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种催化剂与分馏元件混装的催化蒸馏设备，分馏元件面积大，反应效率高，结构简单，制作容易。
本发明的催化蒸馏设备，是对反应段进行改进，反应段催化剂床层的支撑孔板上混合装填催化剂和分馏元件，催化剂位于各分馏元件之间，主要技术特点是分馏元件是由侧壁开孔，外包钢丝网的元件构成。
上述分馏元件还可以是在上述元件的基础上内填装能够增大分馏元件面积的材料。
分馏元件内填装的材料最好是具有网状或多孔状、波纹状的材料。本发明的分馏元件也包括常规分馏填料外加钢丝网的形式。增大了常规分馏填料的表面积。
本发明催化剂与分馏元件混装，分馏元件具有更大的表面，从而提高分馏与反应效率。外部钢丝网的孔眼大小要易于使汽、液物料穿过，而不使催化剂颗粒穿过，催化剂与分馏元件的装填比及分馏元件的大小要能够在反应段形成足够的自由空间，以使向上流动的汽相物料与向下流动的液相物料对流通过催化剂床层，并使其与催化剂及分馏元件充分接触，进行反应与分馏作用。
分馏元件与催化剂的体积比为：10～90∶90～10，最好为40～60∶60～40，分馏元件的当量直径为5～60mm，最好为10～25mm。分馏元件的形状可以是螺旋状分馏填料。也可以是由侧壁开孔，内装波纹填料，外包钢丝网(15)构成的圆柱型；由侧壁开孔，内装不锈钢θ网环填料，外包钢丝网构成的圆柱型；由内壁有条状舌型开口的填料，外包钢丝网构成的圆柱型。分别如图2～5所示。以及类似形状的具有大表面的分馏元件。上述这些圆柱形分馏元件的高径比最好是0.5～3∶1，优选比是1∶1～1.5∶1。分馏元件可以用钢、瓷、塑料制作而成。催化剂可以是条状、球状或其他形状。
图1为催化蒸馏设备的结构示意图，此设备1由上部精馏段2，中部反应段3，下部汽提段4组成。反应段由若干个床层组成，床层底部为多孔催化剂支撑板5，其开孔大小要能使向下流动的液相与向上流动的汽相通过，而不使催化剂7与分馏元件6漏出。支撑板5上装填催化剂7与分馏元件6。上部精馏段及下部汽提段可使用常规分馏塔盘或分馏填料，各床层顶部可设催化剂及分馏元件装入口8、底部设卸出口9用以装卸催化剂与分馏元件。催化剂失活后可把催化剂与分馏元件一起卸出，筛去失活催化剂后的分馏元件可与新催化剂混合重新装入。原料12根据原料的性质及反应的需要由塔的反应段的上部、下部或床层之间加到塔内，来自精馏段最下层塔盘的液相物料向下流动通过中部反应段的催化剂床层；来自汽提段最上面塔盘的汽相物料则向上流动通过反应段的催化剂床层，液相物料与汽相物料在床层上同时进行反应及分馏作用，达到反应完全或达到要求的转化率为止。反应后向上流动的汽相物料由塔顶出来经冷凝器10冷却后，一部分作为回流返回催化精馏塔顶，一部分作为低沸点产品13出装置；反应后向下流动的液相物料由塔底出装置，一部分经再沸器11汽化后返回塔底，一部分作为产品14出装置。在对塔顶产品质量没有要求或要求不高时，也可不设精馏段。反应段中催化剂装量根据原料的进料量、组成与转化率的要求计算确定，床层数根据催化剂的量确定。分馏元件的数量须要足以把反应产物分离出来以使反应进行完全。
本发明的催化剂可以是用于醚化、酯化、烷基化等反应的酸性催化剂，也可以是用于加氢反应的载体型金属、金属氧化物、金属硫化物催化剂或用于其他反应的相应催化剂。如进行醇与叔烯烃的醚化反应，醇与有机酸的酯化反应等酸催化反应可使用磺酸树脂催化剂；烯烃与烷烃、芳烃与烯烃的烷基化反应可使用分子筛催化剂、固体酸催化剂；进行烃馏分选择加氢脱双烯烃、炔烃时可使用Pd-Al2O3催化剂，芳烃加氢饱和时可使用Ni-Al2O3或Pt-Al2O3催化剂，加氢精制时可使用Ni-Mo/Ni-W-Al2O3催化剂等。催化剂的形状可以是球形，条形或三叶草条形。
本发明的优点：结构简单，装卸催化剂操作容易，分馏元件具有更大的面积，侧壁的孔可以开的稍大，两端不须带盖，制作容易，反应效率高。
实施例1：
用氢氧化铝粉加入助剂挤压成Φ1.5×3～15mm三叶草型载体，焙烧后用PdCl2溶液浸渍使其含钯量为0.3～0.35％，用氢气还原后用于C3、C4、C5馏分选择加氢脱除双烯烃催化剂。
用本发明的催化蒸馏设备进行蒸汽裂解C4馏分选择加氢脱除双烯烃反应，催化剂与螺旋型分馏填料按体积比1∶1混装在反应段。试验结果如下：
项目 指标
C4原料中双烯烃含量 ％m/m 1.0
反应体积空速 h-1 20
氢气与双烯烃的比 mol/mol 1.5
反应段温度 ℃ 40～60
反应压力 MPa 0.5
体积回流比 1.0
加氢后丁烯-1收率(选择性) ％m/m 98.49
加氢后C4中双烯烃含量 ppm ＜20实施例2：
用苯乙烯与二乙烯苯及助剂共聚成球，然后干燥磺化成球状高活性磺酸树脂催化剂，用于C4馏分中的异丁烯与甲醇反应生成MTBE(甲基叔丁基醚)的反应。试验结果如下：
用本发明的催化蒸馏设备，催化剂与外壁开口，内装波纹填料的分馏元件按体积比：1∶1.2混装在反应段。试验结果如下：
项目 指标
原料中异丁烯含量 ％m/m 21.91
反应体积空速 h-1 3
操作压力 MPa 0.75
醇烯比 mol/mol 1.1
反应段温度 ℃ 60～70
体积回流比 1.0
异丁烯转化率 ％m/m 99.49
MTBE ％m/m 99.10实施例3：
用实施例1制造的Pd/Al2O3三叶草条形催化剂与由Φ30×30mm条状舌型开口外包40目不锈钢丝网组成的分馏元件，按0.5∶1的体积比混合装填在催化蒸馏塔的反应蒸馏段，用于催化裂化C5馏分中二烯烃的选择加氢。控制反应蒸馏段的温度100～130℃，反应压力1.0MPa，氢气与二烯烃的摩尔比为1.5～10时，可使C5中的二烯烃含量从原料中的8000PPM降到小于100PPM，可醚化叔烯烃的收率大于104％，无醚化反应活性的3-甲基-1-丁烯异构化为可醚化组分的异构化率达65％以上，从而可以作为生产汽油含氧添加组分TAME的优质原料。试验结果如下：
项目 指标
原料中双烯烃含量 ％m/m 0.86
反应体积空速 h-1 3.0
氢气与双烯烃的比 mol/mol 6.0
反应段平均温度 ℃ 110～120
反应压力 Mpa 1.0
体积回流比 1.0
可醚化的叔烯烃收率(选择性) ％m/m ＞104
反应后原料中双烯烃含量 ppm ＜100