CN107519824B - 一种复合式高通量催化蒸馏塔构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，由塔体，床层支撑，分离填料层，催化剂组合层、床层压板和液体分布器组成。催化蒸馏区由分离填料层和催化剂组合层交替填充构成；所述的催化剂组合层是以一个规整框架为填充催化剂的支撑骨架、四周采用金属丝网完全包覆、内部填充催化剂的催化剂单元和另一个间隔规整框架交替排列，填充满整个塔截面；所述的规整框架和间隔规整框架是采用金属薄板冲制均匀分布的V形、半圆形、W形、方形或梯形凸起构成的骨架结构。本发明提供的复合式高通量构件，具有较低的操作压降和更高的气液通量，结构简单、易于实施，具有广阔应用前景。

Description

一种复合式高通量催化蒸馏塔构件

技术领域

本发明涉及一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，适用于各种催化反应精馏塔。

背景技术

催化反应精馏技术是将催化反应和蒸馏操作耦合在一起的一种化工技术，将反应和精馏两个步骤有机地融合为一个步骤，对石油化工行业的成本降低、效率提升有着重要作用，已经被广泛应用于加氢、酯化和醚化等众多催化反应。

催化反应精馏的原理是在精馏塔的精馏段和提馏段之间设置了反应精馏段，反应精馏段装入了既能起催化作用的催化蒸馏构件、又具有分离作用的精馏构件，使得反应产物连续地被移出反应区域，从而打破了化学平衡，使化学反应始终正向进行，催化蒸馏技术的应用大大提高了反应转化率和选择性。

中国专利CN105920867A公开了一种新型催化蒸馏组件，包括：催化剂颗粒填料、波纹丝网包、波纹板条和板条拉筋；采用两片相同的径向呈水平的波纹丝网片并以波峰对应的底边为镜像面进行镜像扣合焊接形成的排管作为催化剂包，以具有相同波峰中心距的波纹板条夹在两个波纹丝网包之间，使两个波纹丝网包之间形成了固定的波纹状间隙作为气相通道。

CN206152383U是采用两片相同的径向呈水平的波纹丝网片并以波峰对应的底边为镜像面进行镜像扣合焊接形成的排管作为催化剂包，以直板条夹在两个波纹丝网包之间，使两个波纹丝网包之间形成了固定的波纹状间隙作为气相通道。

CN206454654U公开了一种长方形催化剂包与整填料片平行紧密叠放，并卷曲呈盘式螺旋结构，然后用箍紧片固定，形成催化精馏填料。CN2631602Y是将催化剂颗粒装入一种网袋中，网袋置于规整填料波谷内。

CN1217731C公开了元件包括装有催化剂的催化剂筐、填料和起固定作用的筐架，所述的催化剂筐与填料交错排列在所述的筐架内；该催化剂装填结构由至少一个这种催化蒸馏元件码放在催化蒸馏塔内的隔栅上构成。

CN102824890A中的填料层内有两种组件A、B，组件A是将开窗导流填料的填料片组装在一起，外面包裹一层丝网，内填充催化剂，将丝网缝合起来。组件B是规整填料，可为开窗导流填料、板波纹填料、丝网波纹填料、孔板波纹填料、压延孔板波纹填料、蜂窝填料等规整填料，与组件A分别交替、竖直放置，形成本发明的高效催化精馏填料。

上述CN105920867A和CN206152383U属同一种结构的催化蒸馏构件，结构复杂、加工难度较大，并且催化剂装填量较小、通量较小，波纹丝网包强度低，容易变形，导致局部、甚至总体通量受阻。CN206454654U提供的催化蒸馏构件结构简单，适用于较小直径的实验设备，不利于大直径的催化蒸馏塔的实施。CN2631602Y提供的催化蒸馏构件结构简单，对任意形状的塔都能适用，缺点是需要制作大量的催化剂网袋，对于大型催化蒸馏塔生产工作量较大，催化剂装填量受限。

CN1217731C和CN102824890A属同一种类型的催化蒸馏构件，都是催化剂单元和规整填料平行组装的催化蒸馏构件。CN1217731C中催化剂装填在用玻璃丝布或尼龙布制成的袋子中，再装填在所述的催化剂筐内，由于装填催化剂单元本身无强度支撑构件，必须依赖催化剂筐提供强度支撑。能为细小催化剂颗粒提供较高强度的催化剂筐必然导致催化剂与填料之间形成较大传质阻隔，导致反应效果不佳。

CN102824890A利用超低压降开窗导流规整填料片作为催化剂填充单元的支撑构件，虽然具有较好的支撑强度，但这种支撑构件具有以下“先天”缺陷，如图8所示的超低压降开窗导流规整填料片为例，右下“B”区域内，由于被波纹填料片本身的阻挡，很难像左边区域“A”内的由上向下方便地填充催化剂。

以上各种公开的催化蒸馏构件，普遍存在的问题为，若想提高单位塔截面积的生产能力，就必需增加催化剂装填量，相应塔截面上催化剂所占填充面积增大，进而直接影响到塔内气液流通面积，导致操作压降增加、气液传质效果变差。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，可以克服上述各种催化蒸馏构件的缺陷。本发明具有较低的操作压降和更高的气液通量，结构简单、易于实施，具有广阔应用前景。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件主要包括：塔体，床层支撑，分离填料层，催化剂组合层、床层压板和液体分布器。

所述的分离填料层和催化剂组合层交替填充构成催化蒸馏区；

所述的催化剂组合层的典型结构是一个催化剂单元和另一个间隔规整框架交替排列，填充满整个塔截面；

所述的催化剂单元的典型结构为：以规整框架为填充催化剂的支撑骨架，四周采用金属丝网完全包覆，丝网包覆的规整框架内部填充催化剂；

所述的规整框架和间隔规整框架是采用金属薄板冲制均匀分布的V形、半圆形、W形、方形或梯形凸起构成的骨架结构。

所述的骨架结构上冲制的各种形状凸起，例如V形、半圆形、W形、方形（正方形或长方形）或梯形凸起仅仅是本发明的某种具体结构型式，所述的各种形状凸起并不是对本发明精神的限制。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，所述的规整框架、间隔规整框架可以是同一种型式的骨架结构，也可以是不同型式的骨架结构的各种排列组合。规整框架的宽度与间隔规整框架的宽度之比范围是0.2～5，优选0.5～2。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，典型地，所述的分离填料层为一盘填充满整个塔截面的常规规整填料，分离填料层也可以是2～4盘填充满整个塔截面的常规规整填料。分离填料层的设置既提供了足够的催化蒸馏产物移出效率，也为催化蒸馏区内的气液相均匀扩散提供了有效空间，经过每一个催化剂组合层后，气液两相在分离填料层内实现径向扩散和混合，使得催化蒸馏区内始终保持良好的气液分布，更有利于提高催化反应的转化率。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，所述的催化剂组合层中规整框架表面冲制的凸起的中心线与塔中心线成零度角；所述的催化剂组合层中间隔规整框架表面冲制的凸起的中心线与塔中心线成0～45度角，优选0～30度角。

所述的催化剂组合层中规整框架冲制的凸起采用与塔中心线成零度角的特殊结构，有效避免了专利CN1217731C和CN102824890A存在的局部催化剂装填困难的缺陷，所有填充区域内，催化剂颗粒都能非常容易地从所述的催化剂单元上端面装入。

根据催化蒸馏区气液负荷大小，选择适宜的冲制凸起的中心线与塔中心线角度，负荷越高选用夹角越小，以确保催化剂组合层具有极低的操作压降和较高的气液通量。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，一般地，规整框架的波纹宽度范围是2～50mm，优选6～25mm。可根据催化剂填充量需求和气液负荷大小，选择适宜的规整框架的波纹宽度，选用不同规整框架的波纹宽度不构成对本发明的任何限制。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，所述的规整框架还可以是一种通长、连续波纹的常规填料片（规整填料片），并且波纹倾角与塔中心线成零度角；所述的间隔规整框架还可以是一种通长、连续波纹的常规填料片（间隔规整填料片），并且波纹倾角与塔中心线成0～45度角，优选0～30度角；所述的规整框架和间隔规整框架还可以是格栅填料，还可以是钢板网制成的填料。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，所述的分离填料层填料片波纹倾角与塔中心线成0～60度角，优选10～45度角。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，所述的包覆规整框架采用4～60目的金属丝网，优选20～40目丝网。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，所述的规整填料片、间隔整填料片表面开设直径2～10mm的透气孔，利于气液两相在塔截面内均匀扩散。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，一般地，催化剂组合层为一个催化剂单元和另一个间隔规整框架交替排列，填充满整个塔截面；所述的催化剂单元采用一个规整框架包覆丝网组成；也可以是一个催化剂单元采用两个规整框架包覆丝网组成，然后再与两个间隔规整框架交替排列，填充满整个塔截面。

与前述已公开的对比专利相比，本发明突破性的采用由催化剂组合层和分离填料层构成的复合型反应蒸馏区结构。零度角的规整框架作为催化剂支撑骨架，包覆金属丝网后作为催化剂填充容器，既具有足够的强度，也避免了专利CN1217731C和CN102824890A存在的局部催化剂装填困难的缺陷。分离填料层的设置既提供了足够的催化蒸馏产物移出效率，也为催化蒸馏区内的气液相均匀扩散提供了有效空间，经过每一个催化剂组合层后，气液两相在分离填料层内实现径向扩散和混合，使得催化蒸馏区内始终保持良好的气液分布。避免了专利CN105920867A、CN206152383U、CN1217731C和CN102824890A采用单一催化剂构件、由于催化剂单元阻隔气液分布而导致催化蒸馏区内气液分布逐步偏流的缺陷。本发明提供的复合式高通量构件，具有较低的操作压降和更高的气液通量，结构简单、易于实施，具有显著的实用性及经济效益，因此具有广阔应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件简图。规整框架的宽度与间隔规整框架的宽度之比是1。

图2中左图2(a)是本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件简图。规整框架的宽度与间隔规整框架的宽度之比是0.5。相邻两个催化剂组合层中间设置了一盘分离填料层3。

图2中右图2(b)是本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件简图。规整框架的宽度与间隔规整框架的宽度之比是2。相邻两个催化剂组合层中间设置了两盘分离填料层3。

图3是本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件局部结构简图。图3(a)规整框架5外包裹金属丝网9，规整框架5的宽度与间隔规整框架6的宽度之比是1。图3(b)规整框架5的宽度与间隔规整框架6的宽度之比是0.5。图3(c)规整框架5的宽度与间隔规整框架6的宽度之比是2。

图4是规整框架和（或）间隔规整框架的一种结构，采用金属薄板冲制均匀分布的V形凸起构成的骨架结构简图。

图5是图4所示规整框架的其它变形结构，采用金属薄板冲制均匀分布的半圆形5(a)、W形5(b)、方形5(c)、梯形5(d)凸起构成的骨架结构简图。

图6是图4所示规整框架的一种变形结构，具体地说是一种通长、连续波纹的常规填料片，并且波纹倾角与塔中心线成零度角。

图7是图6所示规整框架的一种变形结构，具体地说是一种通长、连续波纹的常规填料片，并且波纹倾角与塔中心线成20度角。

图8是一种超低压降开窗导流规整填料片。

具体实施方式

本发明参照附图详细说明如下，但仅作说明而不是限制本发明。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种用于催化蒸馏塔的复合式高通量构件，一个典型的催化蒸馏区（域）主要包含塔体1，床层支撑2，分离填料层3，催化剂组合层4、床层压板7和液体分布器8组成。

所述的催化剂组合层4的典型结构为：以规整框架5为支撑骨架、四周采用金属丝网9完全包覆、内部填充催化剂10的催化剂单元和另一个间隔规整框架6交替组合，填充满整个塔截面。

典型的催化剂填充方式为，采用图6所示的一种波纹倾角为零度角的规整框架5作为催化填充构件的骨架，先将其底面和四周包覆金属丝网。包覆丝网一般采用4～60目的金属丝网，优选20～40目丝网。采用点焊或电阻焊将各部丝网与规整框架5固定，留顶部丝网先不固定，待催化剂填充完毕后再采用点焊或电阻焊固定。

如图3(a)所示，规整框架5的宽度与间隔规整框架6的宽度之比是1。规整框架5的宽度为12mm。

间隔规整框架6也采用图6所示的零度角波纹填料。

一层催化剂组合层4与一层分离填料层3交替填充构成一个催化蒸馏段。

实施例2：

图2(a)提供了一种实施例1的变形结构，与实施例1不同之处在于所述的规整框架5的宽度与间隔规整框架6的宽度之比是0.5。规整框架5的宽度为6mm。

实施例3：

图2(b)提供了一种实施例1的变形结构，与实施例1不同之处在于所述的规整框架5的宽度与间隔规整框架6的宽度之比是2，并且相邻两个催化剂组合层4中间设置了两层分离填料层3。规整框架5的宽度为12mm。

实施例4：

结构型式与实施例1相同，与实施例1不同之处在于所述的规整框架5的宽度为6mm。

实施例5：

结构型式与实施例1相同，与实施例1不同之处在于所述的间隔规整框架6采用图5所示的20度角波纹填料。

实施例6：

结构型式与实施例2相同，与实施例2不同之处在于所述的间隔规整框架6采用图5所示的20度角波纹填料。

实施例7：

结构型式与实施例3相同，与实施例3不同之处在于所述的间隔规整框架6采用图5所示的20度角波纹填料。

实施例8：

结构型式与实施例4相同，与实施例4不同之处在于所述的间隔规整框架6采用图5所示的20度角波纹填料。

按本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，试验气速-压降关联数据如下表所示（全部测试液体喷淋密度为10m³/h.m²）：

对比专利CN105920867A，由上表可以看出，本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件具有更低的操作压降和更高的泛点气速，是一种具有更高通量的优良催化蒸馏塔构件。

本发明提供的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，结构简单、易于实施，具有显著的实用性及经济效益。结合实施例加以具体说明，相关领域的人员完全可以根据本发明提供的方法进行适当改动或变更与组合，来实现该技术。需要特别说明的是，所有这些通过对本发明提供的技术特征进行相类似的改动或变更与重新组合，对本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为在本发明的精神、范围和内容中。

Claims (10)

1.一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，主要包括：塔体、床层支撑、分离填料层、催化剂组合层、床层压板和液体分布器，其特征在于：

所述的分离填料层和催化剂组合层交替填充构成催化蒸馏区；

所述的催化剂组合层是一个催化剂单元和另一个间隔规整框架交替排列，填充满整个塔截面；

所述的催化剂单元的结构是以规整框架为填充催化剂的支撑骨架，四周采用金属丝网完全包覆，丝网包覆的规整框架内部填充催化剂；

所述的规整框架、间隔规整框架是采用金属薄板冲制均匀分布的V形、半圆形、W形、方形或梯形凸起构成的骨架结构；

所述的规整框架、间隔规整框架是同一种型式的骨架结构，或是不同型式的骨架结构的各种排列组合；

规整框架的宽度与间隔规整框架的宽度之比范围是0.2～5；

所述的催化剂组合层中规整框架表面冲制的凸起的中心线与塔中心线成零度角；

所述的催化剂组合层中间隔规整框架表面冲制的凸起的中心线与塔中心线成0～45度角；

所述的规整框架是一种通长、连续波纹的规整填料片，并且波纹倾角与塔中心线成零度角；

所述的间隔规整框架是一种通长、连续波纹的间隔规整填料片，并且波纹倾角与塔中心线成0～45度角；

所述的规整框架的波纹宽度范围是2～50mm；

所述的分离填料层的填料片波纹倾角与塔中心线成0～60度角；

所述的包覆规整框架采用4～60目的金属丝网。

2.按照权利要求1所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于所述的规整框架的宽度与间隔规整框架的宽度之比范围0.5～2。

3.按照权利要求1所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于：所述的分离填料层为一盘填充满整个塔截面的常规规整填料，或是2～4盘填充满整个塔截面的常规规整填料。

4.按照权利要求1所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于所述的催化剂组合层中间隔规整框架表面冲制的凸起的中心线与塔中心线成0～30度角。

5.按照权利要求1所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于所述的间隔规整框架是一种通长、连续波纹的间隔规整填料片，并且波纹倾角与塔中心线成0～30度角；所述的规整框架、间隔规整框架是格栅填料或是钢板网制成的填料。

6.按照权利要求1所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于所述的规整框架的波纹宽度范围是6～25mm。

7.按照权利要求1所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于所述的分离填料层的填料片波纹倾角与塔中心线成10～45度角。

8.按照权利要求1所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于所述的包覆规整框架采用20～40目的金属丝网。

9.按照权利要求5所述的一种复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于所述的规整填料片、间隔规整填料片表面开设直径2～10mm的透气孔。

10.按照权利要求1或5所述的复合式高通量催化蒸馏塔构件，其特征在于：催化剂组合层为一个催化剂单元和另一个间隔规整框架交替排列，填充满整个塔截面；所述的催化剂单元采用一个规整框架包覆丝网组成；或是一个催化剂单元采用两个规整框架包覆丝网组成，然后再与两个间隔规整框架交替排列，填充满整个塔截面。