專利名稱：進行蒸餾和異相催化反應設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種進行蒸餾和異相催化反應的設備。
反應蒸餾是一種方法的變體，在其中蒸餾塔里同時發(fā)生化學反應和物質的熱分離，該塔分離出生成的反應產物并將未松化的原料循環(huán)到反應區(qū)，近年來，通過應用反應蒸餾已改進了許多有關制備重要的關鍵產物和中間體的方法。其實例有醋酸甲酯的制備和含氧物的生產，含氧物作為提高燃料辛烷值的四乙基鉛使用。
通常，化學反應是平衡反應，在其中僅能獲得有限的原料轉化。因而形成一種產物和原料的混合物和在其后的步驟中被分離。在常規(guī)方法中，將原料循環(huán)到反應區(qū)。在反應蒸餾中沒有外部循環(huán)，可直接在反應蒸餾塔中進行。在工業(yè)實踐中，反應蒸餾在異相和均相催化劑下使用。均相的方式通常在板式塔中進行，催化劑存在于液相中。而在異相方式的情況，催化劑是被固定的，例如以催化劑填料，或以傳質單元形式存在。進行異相反應蒸餾還有一種可能性是固定床反應器和蒸餾塔板的組合。在塔的里面或外面提供催化劑床原則上是可能的。在反應器被置于外面的場合，在幾個位點側面取出在塔中往下流的液相，通過置于外面的反應器并從此循環(huán)到塔的下一個較低塔板中，在置于外面的反應器中，直接加入起始化合物也是可能的。這種安排的缺點是需要額外的裝置和反應熱沒有積累到蒸餾塔中。
下述實施方案涉及異相催化的反應/蒸餾。
在反應蒸餾中，蒸餾和反應原則上能在同一塔板上發(fā)生。另一種可能性是對反應和蒸餾使用分離的塔板。在這種情況下，使用反應塔板和蒸餾塔板術語。
異相催化劑可以直接安裝在普通蒸餾塔板上。于是蒸氣和液相流過催化劑床。篩孔或窄縫或類似裝置防止催化劑物質的損失。這種安排的缺陷是高壓降和由于磨耗使催化劑不斷的損失。對于技術上的實現(xiàn)，需要能取出和引入催化劑以防止由于拆卸使設備長期停機。
許多反應蒸餾的常見缺點起因于寬的停留時間分布。通常，通過塔板的物流是不均一，例如存在催化劑接觸時間短的支流。因此，得到明顯較低的轉化率。
按在EP-A-0 461 855中提出的物流可獲得通過催化劑床的均勻物流。催化劑床完全被浸沒并且液流從底部到頂部通過床并在液體堰上溢出。例如通過金屬絲織物阻止催化劑顆粒離開塔板。這種設備的缺點是不拆卸整個裝置不可能從塔中取出催化劑。
本發(fā)明的一個目的是提供一種進行蒸餾和異相催化反應的設備，它包含反應塔板和蒸餾塔板。應呈現(xiàn)窄的停留時間分布-液體應很均勻地流過異相催化劑床，而不出現(xiàn)死區(qū)或支流。而且在沒有必須拆卸整個設備的情況下應容易地從塔中取出異相催化劑。這也是非常重要的，即觀察到設備內沒有過大的壓力降出現(xiàn)和僅相對小量的催化劑磨耗(例如由于顆粒的流化作用)。催化床的高度反應可變的，允許使用具體反應所需要的催化劑量。也打算盡可能克服在反應塔板中產生過度的壓力和其后在蒸餾塔板之上液體的回返(backup)。
我們已發(fā)現(xiàn)通過進行蒸餾和異相催化反應的設備可達到該目的，該設備至少包含一段有一個安排在另一個之上交替的蒸餾塔板和反應塔板。
a)一個或多個有反應區(qū)的反應塔板，它含有異物催化劑和液體并這樣安排以使液體在蒸餾期間從底部到頂部流過反應區(qū)，b)在a)中所述的反應塔板裝有用于裝填和排空異相催化劑的裝置，c)在每種情況中至少一個液體流出口是安排在a)中所述的反應塔板和下一個較低的蒸餾塔板之間。
在一個優(yōu)選的實施方案中，在a)中所述的反應塔板含有氣體支管。在此處，氣體從底部到頂部流過反應塔板(例如以管子)-因子上行氣不需要與反應塔板中的催化劑或液體相接觸。其優(yōu)點是一方面不會造成很大的壓力降，另一方面由于催化劑顆粒沒有被流化而使催化劑的磨耗大大地減少。上面稱作為段的新穎設備的那部分一般是塔或是塔的一部分。該段含有一個安排在另一個之上的交替的蒸餾塔板和反應塔板-因此它們是交替地安排并且一個位于另一個之上(一個在另一個之上也可意味著傾斜地安排蒸餾塔板和反應塔板一個在另一個之上，即不是必須以垂直的方式一個在另一個之上)。一般講，在這段中存在向下方向流的液流和向上方向流的蒸氣流。
液體離開蒸餾塔板通過流出口進入反應區(qū)。典型地，蒸餾塔板在這種情況下通過流出口被連接到固定床反應器(反應區(qū))因此流出口從下一個較高蒸餾塔板導出液體優(yōu)選地進入下一個較低反應塔板的較低區(qū)位，一般在反應塔板的反應區(qū)之下。通常，用于以空間均勻方式引導液體進入反應區(qū)的一個或多個分配器單元是在反應區(qū)之下方。分配器單元，例如可以是分配環(huán)的形式。流出液體必然地必定流過整個反應區(qū)，反應區(qū)優(yōu)選被液體完全充滿，流出液通過與下一個蒸餾塔板連接的流出口離開所述反應區(qū)。因此，一般講既無支流流過反應區(qū)又無死區(qū)形成。液體從底部到頂部流過反應區(qū)-即一般講從底部到頂部是線性流動，但液體也可以非線性方式流過，但在這種情況下，那里必定有一向上(即與萬有引力相反方向)方向流的合成矢量。
催化劑在反應區(qū)域可以顆粒形式，作為一個床或流化床而存在，在反應區(qū)中催化劑也可以填料固定存在或固定到載體上而存在，催化劑的形式原則上是變化的。因此，任何類型的催化反應都是可能的，新穎設備尤其能用于在液相中發(fā)生的那些反應，例如，用于酯化、醚化、酯基轉移、烷基化等反應。所用催化劑的實例是離子交換樹脂，在這種情況下它的顆粒大小優(yōu)選是從0.3mm到1.5mm。
一般講，反應區(qū)在上端和下端用可滲透液體和不滲透催化劑的過濾片所界定。過濾片可以是任何能執(zhí)行過濾功能的所要求的元件。它們優(yōu)選地是金屬絲織物。
一般講，該段中含有許多個反應塔板。但在特殊的情況下，該段中也可只含有單個反應塔板。如上面所述反應區(qū)(例如包含催化劑床)是經常被浸沒的，因此對反應能提供足夠的停留時間，用于這種目的不需要額外的設備。通過排空設備能夠在沒有必須拆卸設備情況下替換催化劑。這優(yōu)選是用直接的連接管來實施，通過連接管能從固定床反應器中以簡單的方式取出催化劑。因此，在任何時候置換催化劑，當懷疑失活時測定催化劑容量和完全取出催化劑都是可能的，該設備適宜于，例如試驗各種催化劑物質在特定反應體系中的選擇性(催化劑篩選)。當使用催化劑床時，床高度是可變的。因為在催化劑床中的床高度能從外面精確測量，所以能取決于反應使用恰當量的催化劑。于是，這也可能使催化劑量適應反應或適應沒有轉化的組分分布。實際是將反應塔的反應區(qū)分成三個區(qū)位；分成負區(qū)、中性區(qū)和正區(qū)。在特定的塔部分中，次級反應物或逆向反應物被催化劑更強地催化，以使降低了產量和產物純度。這些部分稱作為負區(qū)。有效的是從塔的負區(qū)取出催化劑并在那兒僅提供蒸餾。一旦反應混合物的組成接近于平衡的組成，由于沒有發(fā)生反應(產物濃度不改變)也就沒有必要在這點上安放催化劑。但是如在這部位安放催化劑也不會遇到問題。這種塔的部位被稱作中性部位，正部位是發(fā)生所要求反應的那些部位。用本發(fā)明的設備，可能適應這些不同的區(qū)域而不用拆卸裝置-取決于各種不同區(qū)域，塔能用蒸餾塔板(蒸餾填料)或反應塔板(異相催化劑)安裝。
一般講，至少一個氣體流出口被安排在反應塔板和相應的下一個較高蒸餾塔板之間作為連接。這種氣體流出口通常由以氣體空間形式的下區(qū)位和上區(qū)位所組成，下區(qū)一般存在于反應塔板里面而上區(qū)一般在蒸餾塔板里面。在異相催化反應中產生的氣體產物或由汽化形成的氣體(一般在反應區(qū)中形成的氣體)能往上通過氣體流出口逸出。這樣克服了在反應塔板中產生過度壓力并從而避免了位于上面蒸餾塔板上液體的回返。如果在反應區(qū)域形成氣體，氣體和液體一般在反應塔板里從底部并流到頂部。
一般講，這種新穎設備包含每個都裝有清洗裝置的反應塔板。優(yōu)選以對反應區(qū)域沖洗設備的形式并一般講包含安在反應塔板的頂部區(qū)位的第一個沖洗連接管和安在反應塔板底部區(qū)位的第二個沖洗連接管。因此能通過清洗純化催化劑。能將催化劑沖入和沖出和清潔過濾單元。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案中，可以在反應區(qū)域安裝冷卻和加熱單元(例如冷卻和加熱盤管)。當存在高放熱反應(需要冷卻)時或當出現(xiàn)很弱的放熱反應或吸熱反應(在這種情況加熱是有益的)時，這特別重要。
參考下述優(yōu)選的實施方案補充敘述本發(fā)明。
相應的圖表示于附

圖1中。它表示包括二塊蒸餾塔板和一塊反應塔板的一段，蒸餾塔板是以鼓泡塔板形式。
在構成塔部分的段中，用于引入異相催化劑9(催化劑以固體顆粒床形式存在)的反應塔板被安在兩塊鼓泡塔板之間(底部鼓泡塔板1和頂部鼓泡塔板3)。整個液體從上面通過下流管4流入鼓泡塔板1并經流出堰5離開鼓泡塔板。流出液把催化劑床底下的分配器環(huán)10浸沒、催化劑床上安裝有用于清潔過濾片(金屬絲織物15)的沖洗連接管13。取樣也能在此進行。腔室元件液體均勻分配，以使通過催化劑床從底部均勻流到頂部(既沒有死區(qū)域也沒有如支流的短路流)?，F(xiàn)整個液體上升到在過濾片15上的催化劑床中。發(fā)生反應。氣體產物或在放熱反應中由汽化形成的氣體與液體在反應塔板中從底部并流到頂部。催化劑室有氣體流出(下部區(qū)域17；上部區(qū)位18)，通過它們氣體流入上面的鼓泡塔板1，在氣體流出的下區(qū)位17沒有產生過度的壓力，它是以氣體空間的形式并且在下流管19中沒有造成液體的回返。不管床的高度，反應塔板2被淹沒直到流出堰16(這是恒定地溢流)，通過堰液體角離開反應塔板，另一過濾片15阻止催化劑顆粒帶走。下流管14輸送液體到其后的鼓泡塔板3。然后液體通過流出口12離開這段。催化劑床的高度可按要求通過二根連接管7、11而變化。借助這些連接管，不用拆卸設備則有可能靈活的改變催化劑類型和數(shù)量(床高度)。通過二根附加的沖洗連接管6、13能清洗過濾片。在氣體支管8(以中心安裝的升氣管形式)中的上升氣直接從一個鼓泡塔板3加到下一個鼓泡塔板1。
權利要求
1.一種進行蒸餾和異相催化反應的設備，包括至少一段有一個安排在另一個之上交替的蒸餾塔板和反應塔板(2)，a)一個或多個有反應區(qū)的反應塔板(2)，它包含異相催化劑(9)和液體，并這樣安排以使液體在蒸餾期間從底部到頂部流過反應區(qū)，b)在a)中所述的反應塔板裝有用于裝填和排空異相催化劑的裝置，c)在每種情況下至少一個液體的流出口是安排在a)中所述的反應塔板(2)和相應的下一個較低蒸餾塔板之間。
2.如權利要求1的設備，其中在a)中所述的反應塔板包含一個氣體支管(8)。
3.如權利要求1的設備，其中在每種情況下至少一個氣體流出口(17，18)是安排在a)中所述的反應塔板(2)和相應的下一個較高蒸餾塔板之間作為連接。
4.如權利要求1的設備，其中在(a)中所述的反應塔板裝有清潔裝置。
5.如權利要求4的設備，其中清潔裝置足以對反應區(qū)沖洗裝置的形式。
6.如權利要求1或2的設備，其中異相催化劑(a)在反應區(qū)域中以顆粒形式存在，作為床或流化床。
7.如權利要求1或2的設備，其中異相催化劑(9)在反應區(qū)中被固定于填料或固定到載體上而存在。
8.如權利要求1或2的設備，其中在反應區(qū)的上下端用可滲透液體但不能滲透催化劑的過濾片(15)所界定。
9.如權利要求1或2的設備，其中用于以空間均勻方式引導液體進入反應區(qū)的一個或多個分配器單元是安排在反應區(qū)域的下方。
10.如權利要求1或2的設備，其中一段或多段僅包含一個反應塔板(2)。
全文摘要
一種進行蒸餾和異相催化反應的設備,包含至少一段有一個安在另一個之上交替的蒸餾塔板和反應塔板(2),a)一個或多個有反應區(qū)的反應塔板(2),它包含異相催化劑(9)和液體并這樣安排以使在蒸餾期間液體從底部到頂部流過反應區(qū),b)在a)中所述的反應塔板裝有用于裝填和排空,異相催化劑的裝置,和c)在每種情況下至少一個輸送液體的流出口是安排在a)中所述的反應塔板(2)和相應下一個較低蒸餾塔板之間,該設備優(yōu)選地用于反應蒸餾。
文檔編號B01J8/02GK1258559SQ9912459
公開日2000年7月5日 申請日期1999年12月29日 優(yōu)先權日1998年12月29日
發(fā)明者T·阿德里安, B·貝斯林, H·哈爾曼, J·尼克肯, V·斯平德勒, A·奧里格施萊格, M·林普夫 申請人:Basf公司