[发明专利]一种催化反应、精馏集成工艺及其专用设备

说明书

发明领域

本发明涉及一种新型催化反应精馏集成工艺，具体地说，它涉及催化反应和精馏分离两过程。

背景技术

甲酸乙酯、乙酸乙酯、醋酸丁酯、乳酸甲酯、甲基叔丁基醚等酯类、醚类物质是化学工业中的重要化工原料，酯类物质如乙酸乙酯、醋酸丁酯可用作涂料、香料、有机合成中间体原料和作为多种有机化合物的溶剂；还可在各种石油加工和制药过程中用作萃取剂，也可作调香剂的组分等。乳酸甲酯也是重要的有机化工原料和重要的精细化学品，广泛应用于食品、饮料、医药等行业。乳酸甲酯无毒、溶解性好、不易挥发，可生物降解，是极具开发价值的绿色溶剂，乳酸甲酯的水解也是得到高纯度聚乳酸的最佳途径。甲基叔丁基醚作为无铅汽油添加剂，具有优良的抗爆性，它与汽油的混溶性好，吸水少，对环境无污染。近十年由于环境保护的要求提高，限制了四乙基铅的使用，甲基叔丁基醚获得了广泛的应用。此外，石化工业中烯烃、烷烃的氧化和过氧化反应与产品分离过程，烯烃的水合反应和分离过程，以及多种加氢反应过程均需要进一步改进或强化相应的催化反应与分离技术，以提高劳动生产率，节能降耗和改善生产安全水平。

以目前工业上醋酸正丁酯的生产为例，其方法大多使用硫酸或磺酸型阳离子交换树脂作催化剂，采用间歇或固定床反应生产。这些生产方法的缺点很多：若采用间歇操作，生产效能低，硫酸催化剂对设备腐蚀严重，从产品中分离催化剂需用碱中和，催化剂不能重复使用等等；若采用固体酸催化剂固定床反应工艺，则不仅反应时间长，转化率低(通常为50％左右)，而且，原料丁醇需要过量较多，造成反应后丁醇分离困难，操作成本加大。由于这些原因，装置的一次性投资和维修费用都居高不下。因此，必须寻求新的生产工艺方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种亚音速或跨音速液体喷射搅拌反应装置与精馏塔有机结合形成的一种强化的催化反应精馏集成系统。该系统特别适用于通过酯化反应制备酯类、水合反应制备醇类、醇类脱水反应或烯醇加成反应制备醚类，也适用于石化物质的加氢反应与分离，以及烯烃、烷烃的氧化或过氧化反应和产品的分离等等。其中的催化剂可以是固体型或液体型。同时根据混合物的不同分离要求，可以采用一塔或多塔精馏流程。最终达到有效降低过程能耗，大幅提高反应和分离效率，明显节省建设投资，以及提高生产安全性的目的。

本发明的目的可通过以下技术解决方案来实现：

一种催化反应、精馏集成工艺，如图1所示，它包括以下步骤：

步骤1.从储罐G-01和储罐G-02将两种反应原料经预热器1和2分别预热、并与催化剂混合后从进料口进入催化反应、精馏集成塔T-01中部的喷射搅拌反应段6内，所述的喷射搅拌反应段6为催化反应、精馏集成塔T-01中部的一个反应釜似的反应器，

步骤2.喷射搅拌反应段6内的反应物料经过滤式的插底管和管道6-21进入离心泵21，经离心泵加压后，经换热器15加热或冷却，进入喷射搅拌反应段6内的亚音速或跨音速喷射搅拌器33，反应物料被高速喷射入喷射搅拌反应段6，对反应段6内的固液两相进行高效的混合，强化反应过程的传热和传质效率，可以大幅提高反应速度，转化率，甚至选择性，这是由于液体的循环速率相当于反应段液体实际体积的许多倍(一般为10-20倍)，故在反应段内外形成了高度强制湍流，固体颗粒状(或粉末状)催化剂在高度湍流的液流作用下悬浮于反应段液相内，并在液相内作高速的随机运动，这样，整个反应段就接近于一个全混反应釜。因此，从微观上讲，反应物分子与催化剂活性颗粒之间，反应物分子与反应物分子之间均保持有极为充分的接触。因此，无论是其中的传热还是传质，均可接近理想化状态，可以极大地提高分子间的扩散速率，从而有效提高反应速度和转化率。对于如上所述的大多数化学反应，可以有效地抑制副反应的进行，提高反应的选择性。

步骤3.反应段内设有过滤式溢流管7，反应液在达到一定高度后，可自由地经管道6-9进入催化反应、精馏集成塔T-01下部的液体分布器8，经良好分布后，进入集成塔T-01的提馏段填料层9中，

步骤4.进入催化反应、精馏集成塔T-01的提馏段9的物料在提馏段9中，得以分馏分离，从集成塔T-01底出来的液流一部分进入产品精馏塔T-03进一步的分离，一部分则经再沸器10加热成蒸汽后进入集成塔T-01的提馏段9，