[发明专利]一种反应蒸馏设备

说明书

本发明涉及一种反应蒸馏设备，特别是适合于在反应物料泡点温度下进行的液固催化反应的催化蒸馏塔。

传统的固体催化剂催化的化工生产过程，液相反应物料在反应器中固体催化剂的作用下进行催化反应，反应后的物料进入下游设备，进行产品分离，例如：反应产物进入精馏塔中，塔顶产物或塔底产物作为最终产品或作为进一步精制的原料。这样，不仅工艺流程长、设备投资大、操作费用高，而且常常因为化学平衡的限制或串联反应等，限制了反应产物的转化率和目标产物的收率。

为了克服传统的化工生产过程的不足，人们开发了反应器与分离装置结合在一个设备中同时进行的反应蒸馏技术。由于反应与产品分离在一个设备中同时进行，生成的产品不断移出反应区，破坏反应平衡，提高反应物的转化率；而且反应是在反应物的泡点温度下进行，反应热由反应物料汽化吸收，不仅控制了反应温度，而且反应热用于产品分离。反应蒸馏技术具有缩短工艺流程，减少设备投资，降低操作费用的优点。最初的反应蒸馏技术仅用于均相反应蒸馏过程，随后又开发成功了非均相反应蒸馏技术——催化蒸馏技术，使反应蒸馏技术的使用范围更广。但是，催化蒸馏技术的关键是催化蒸馏塔中催化剂的装填结构，不仅使塔内向上流动的汽相物料和向下流动的液相物料对流穿过反应段，而且能够满足反应和产品分离的要求。

文献报道了多种催化剂装填结构，如：USP3,434,534是把催化剂装填在反应段分离塔盘的降液管中，由于降液管中催化剂的装填量受到限制，工业化难以实施。USP4,471,154将催化剂装在一定形状的袋子中，然后置于反应段的分馏塔盘上，由于在塔盘上催化剂占了一定的空间，影响了分离，为了增加催化剂的装填量，该结构的塔盘溢流堰较高，因而塔盘的压力降较大，难以稳定操作；类似的结构如中国专利ZL89104742，ZL90103696。而USP4,215,011披露的催化剂的装填方法是把催化剂包装在玻璃丝布特制的袋子中，并卷成捆，然后装在塔的中部反应段，催化剂的包装结构复杂。

本发明的目的是提供一种新型的催化蒸馏塔，催化剂装在分馏塔盘上，液相物料错流流过装有催化剂的分馏塔盘，并在催化剂的作用下进行反应，同时在塔盘上

与汽相物料进行热质传递。

本发明催化蒸馏塔至少包括一个反应段，其特征在于反应段除了包括降液管、溢流堰和受液盘以外，在分馏塔盘上还设有汽升管，汽升管的顶部可以装有热、质传递元件，所述的汽升管与汽升管之间、汽升管与降液管、溢流堰或塔体之间围成的自由空间是催化剂装填区，液相反应物料向上或向下流动穿过催化剂床层，并在催化剂作用下进行反应，反应后的液相物料在汽升管顶部与汽相物料进行热、质传递。多次的反应、分离，直至达到要求的转化率为止。由于反应与分离同时进行，破坏反应平衡，提高反应物的转化率；同时反应是在泡点温度下进行的，反应热由部分反应物料汽化吸收，反应热用于产品的分离，节省了能耗。本发明克服了现有技术中催化反应蒸馏塔压力降大的缺点，增加了操作稳定性，而且不用将催化剂进行复杂的包装，便于装卸。

图1、4、5均为本发明蒸馏塔结构及流程示意图，图2、3为气升管分布示意图。

下面结合附图1，对本发明催化蒸馏塔的特征进一步说明。

催化反应蒸馏塔(1)分为三部分：上部的精馏段、下部的提馏段和中部的反应段。上部的精馏段至少设有一块分馏塔盘(2)，或至少相当于一块分馏塔盘的分离能力的一段填料；下部提馏段至少设有一块分馏塔盘(4)，或相当于一块分馏塔盘分离能力的一段填料；中部反应段的特点包括：至少两个重叠设置的装填催化剂的分馏塔盘(3、23)。该分馏塔盘(23)包括受液盘(11)、降液管(5、6)、汽升管(8)、分馏元件(9)、催化剂装填区(7)、溢流堰(12)和催化剂的支撑板(10)。

汽升管(8)数量依据塔内汽相负荷量确定，其面积为塔截面积的3～90％，汽升管的截面形状可以是圆形、长方形、正方形、三角形或其它加工的形状。汽升管的排列如附图2的三角形排列或如附图3的条形排列。排列方式取决于对反应与分离均有利。在图1所示汽升管(8)的顶部的分馏元件(9)为筛孔，也可以根据需要设为浮阀、帽、舌形喷射等结构，或装填一定高度的填料。

汽升管(8)高矮取决于催化剂的装填量，催化剂装填量越大，汽升管越高，一般为100～4000mm。

溢流堰(12)应高于汽升管(8)，使汽升管顶部有一定厚度的液层，以便进行热、质传递。一般情况下溢流堰(12)比汽升管(8)高出10～100mm。