[发明专利]一种催化反应精馏过程的节能工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域中催化反应精馏技术领域，特别是涉及一种适合反应比精馏压力高的条件下进行的催化反应精馏过程的节能方法及设备。 

背景技术

催化反应精馏是化工行业中应用日渐广泛的一种将反应与分离耦合在同一设备中同时进行的过程强化技术。催化反应精馏塔的结构如图1所示，主要包括有上精馏分离段4、反应段3以及下精馏分离段14，反应物料在反应段3中同时发生反应与分离两种操作，反应后的产物再通过上精馏分离段4和下精馏分离段14进行分离，从而达到节省设备投资、提高反应转化率以及降低系统整体能耗等目的。与传统的反应和分离分开进行的过程相比，催化反应精馏过程已经具有降低整个工艺流程能耗的优势，但提高催化反应精馏过程的能量利用率仍然是这一领域的研究热点。 

对于提高催化反应精馏过程能量利用率的研究，目前研究热点主要集中在开发新型催化反应精馏塔内件上，通过高效的塔内件来提高催化反应精馏塔的效率从而提高工艺整体能量利用率。还有通过对催化反应精馏过程设计方面入手，通过设计工艺中进料方式，精馏段、反应段以及提馏段高度等参数来提高催化反应精馏塔效率从而达到节能的目的。此外，通过增加预反应器，调节预反应器与催化反应精馏中反应量的比例，使整个反应分离体系得到最佳的催化反应精馏效果来达到节能降耗的目的。 

近年来，将分隔壁塔(DWC)用来处理催化反应精馏过程从而达到节能目的的研究也越来越多。分隔壁塔是在普通塔内部设一垂直隔板，分成上段、下段、由隔板分开的精馏进料段及中间采出段四部分。在处理催化反应精馏过程时，精馏进料段采用催化填料作为反应段，如图2所示，塔顶气相物料5经过冷凝器7后，配冷去的物料8进入回流储罐9，从回流储罐9流出的物料一部分作为塔顶产品12采出，一部分作为塔顶回流液11回流入公共精馏段4的顶部，从公共精馏段4流出的物料大部分进入反应段3，少部分进入提馏段23，反应物在反应区3中发生反应的同时与提馏段23中的物料进行换热，达到提高整个体系的能量利用率的目的。达到相同的反应分离效果，采用图2所示的DWC与采用图1所示的传统催化反应精馏塔相比，所需的塔底再沸器能耗与塔顶冷凝器能耗都有较大幅度的降低，但仍然需要受到塔顶冷凝器与塔底再沸器同时使用的限制，不能够达到完全热耦合节能的效果。 

发明内容

催化反应精馏过程是在一个塔内同时反应和分离两个过程，一般来说压力越低对于精馏分离效率越低，可是反应通常有温度和压力的限制，对于反应要求温度或压力高于精馏分离的时候，需要提高全塔的压力满足要求，使得传统催化反应精馏塔内的精馏分离段也在压力 提高后进行，这样的结果会造成因为精馏分离压力提高使得分离效率下降，分离难度与分离负荷升高，且需提高塔釜再沸器加热介质的温位要求。 

本发明的目的是提出一种适用于催化反应精馏过程的节能新方法及装置，该技术可大幅度提高催化反应精馏过程的整体系统能量利用率，可以省略塔顶冷凝器或塔底再沸器中的一个；如冷、热负荷能够达到完全匹配甚至可以将再沸器与冷凝器全部省略，此时仅需要一个无任何外加能量的换热器使反应段顶部气相与精馏分离段底部液相之间进行换热即可。 

本发明的技术方案如下： 

一种催化反应精馏过程的节能方法，将包含有反应段与精馏分离段的催化反应精馏塔分成两个部分，其中反应段的操作压力高于精馏分离段，实现两个部分之间的热量匹配换热。 

本发明的一种催化反应精馏过程的节能装置：包括有反应段3、精馏分离段4、气体压缩机1、回流储罐、主换热器20；其精馏分离段底部的液相物料出口管与主换热器上的冷介质进口相连，主换热器上的冷介质出口与精馏分离段底部气相进口相连；精馏分离段的气相出料管路连接到气体压缩机进口，气体压缩机出口管与反应段底部的气相进料管相连；反应段顶部的汽相物料出口管与主换热器热介质进口相连，热介质出口与回流罐进口相连；反应段底部液相出口与精馏分离段顶部的液相进口相连。 

所述的反应段之上增加上精馏分离段。