[发明专利]催化反应精馏塔及其用途

说明书

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的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填操作。它的内容是将催化剂直接散张在支撑塔板上，每段床层相当于一个固定床，床层之间装有分馏作用的塔板。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是进行的作用，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由催化活性材料、增强材料、致孔剂、粘合剂、助剂混合后加工成型的。可以采用常规的灌注成型、模压成型、切割拼接成型等等，为了成型需要亦可以采用铆焊、铅、切割、粘接等机械加工方法；可以先活化再成型也可以先成型再活化。

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、车轮环、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材料加工成型。

本发明的催化反应精馏的塔塔板可以全部用含有催化剂的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、鞍化反应、异酰化反应、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。