复合多孔金属催化蒸馏构件及其制备方法技术

一种催化蒸馏构件，其特征在于，该构件由基体、改性层和活性层构成，其中以多孔金属规整填料为基体，以对基体进行表面处理后形成的涂层为改性层，以覆附于改性层之上的催化剂活性组份为活性层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于石油化工领域中的催化蒸馏构件，具体地说，涉及一种催化蒸馏工艺中的催化蒸馏塔内构件的结构及其制备方法。
技术介绍
催化蒸馏技术是近年来发展起来的一种新的化学工程方法，该技术集催化过程和蒸馏过程为一体，使反应和分离的操作过程在同一个塔器中同时进行。该过程可以不断地从每个反应单元分离移走反应产物，也可以同时利用反应热作为蒸馏过程所需的汽化热。催化蒸馏技术具有转化率高、选择性好、能耗低、产品纯度高、易操作、投资省等一系列优点，所以在80年代便得到了广泛的研究和迅速的发展。催化蒸馏技术首先在甲基叔丁基醚(MTBE)的生产上应用成功，并已应用于其它许多领域。催化蒸馏技术的关键在于催化蒸馏塔中反应段催化剂的装填方式。催化剂的装填有很多形式，通常可以分为两类一类是催化剂与蒸馏填料分别加工制造，即将催化剂直接做成各种形状大小的颗粒，并采用不同的方式与蒸馏填料组合在一起，然后装填于催化蒸馏塔内；另一类是催化剂与蒸馏填料做成一体，形成均匀统一的元件后再放于催化蒸馏塔。US4443559公开了一种将催化剂颗粒装填在用玻璃布缝制的布袋上的小口袋里，用有一定开口空间的不锈钢丝网覆盖支撑，再卷成具有一层钢丝网、一层布袋的捆束状圆柱体催化剂构件。将这种构件装入塔内，并使其空间分布均匀，使液相能够与催化剂充分接触，并留有足够的气液相流动通道和接触面积。为了防止上升蒸气短路，相邻两层构件丝网还应交错放置。该专利技术已为合成MTBE的催化蒸馏所采用，实现了工业化。这种方案把催化蒸馏塔反应段改成空隙率较一般填料塔小的特殊填料塔，而反应段上方和下方仍是普通的填料或塔板。因此，采用该装填方式时催化剂在床层中的分布不均匀，压降局部过大，气液流动状况较差，而且构件的设计、制造比较复杂，技术要求较高，填料装卸也比较麻烦。CN1060228描述了一种催化反应精馏塔，其中的塔板或填料是用含有催化剂的活性材料加工成型的，解决了催化反应精馏塔催化剂的包装和装填问题。该催化反应精馏塔可以是填料塔，也可以是板式塔、泡罩塔或其任意组合，其中用于填料塔的拉西环、包尔环、车轮状、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、浮阀塔板也可以用含有催化剂的活性材料加工成型。该专利只提出了塔板或填料用含有催化剂的活性材料加工成型的设想，而未给出具体实现方法。事实上该设想实施起来非常困难，因为含有催化剂的活性材料本身就存在强度问题，而且在加工成塔板或填料时往往因高温等各种因素而使催化剂活性丧失，从而起不到催化反应的作用。CN1167009制备了一种丝光沸石/金属或陶瓷复合材料，由丝光沸石分子筛和负载该分子筛的预先设计好的具有散装填料、规整填料、静态混合器、异形催化剂以及整体式催化剂的形状和大小或与此类似的形状和大小的金属或陶瓷基材所组成。它在催化性能上保持了丝光沸石分子筛的特性，并可通过改性满足不同反应的需要；在工程性质上可通过改变金属或陶瓷基材的形状、大小来满足不同工艺的要求，可用作催化蒸馏元件，也可用作异型催化剂。然而该复合材料仅限于将丝光沸石分子筛复合在金属或陶瓷基材上，仅对丝光沸石可用作催化剂的反应有效，可适用的反应领域比较有限，而且复合的方法仅采用了沉浸晶化法，复合的手段也很有限。CN1228032描述了一种在催化蒸馏工艺中使用的催化剂填料，它是将至少一种作为催化剂和/或促进剂的活性物质通过汽相沉积和/或喷射到作为基体的纺织物、针织品或薄片填料上制成。该专利选用的催化剂基体为纺织物、针织品或薄片填料，但这些物质并不适用于所有的化学反应过程，若作为精馏填料，受分离要求限制也未必完全适用。US5235102公开了一种采用催化蒸馏的方法将气相或液相进料物流转化为所需产品的工艺，其中催化蒸馏塔采用刚性蜂窝块或涂覆有催化剂活性组分的刚性蜂窝块作为填料，优选陶瓷蜂窝块。但该工艺选用的陶瓷蜂窝块为具有若干相互平行的垂直孔的刚性蜂窝状结构，各孔道之间相互独立，不利于气液间的传质，催化蒸馏的效能得不到有效发挥。另外，该填料采用刚性蜂窝块，不易于涂覆催化剂活性组分。DE29609079 U1描述了一种用于废气处理的催化剂，该催化剂涂附于陶瓷体上，外包钢套。钢套可以开有侧孔，也可以由若干机械连接的部件所组成。此种结构易于拆卸，方便测试，可以回收贵金属并重新使用，可用于任何形状的催化剂，包括球型。但该催化剂外面包有钢套，结构过于复杂，不适宜于用做催化蒸馏塔填料，而且该结构只限用于废气处理，CN1235066公开了一种净化机动车排气的催化剂及其制备方法，该催化剂是由金属载体和催化剂活性组分所构成的，金属壁与催化层是一体化的。CN1226463提出了一种机动车尾气净化催化剂及其与金属载体结合的制作工艺，采用了镧系氧化物与非贵金属氧化物组成的催化剂，可降低点火温度。CN1226465描述了一种用于处理机动车尾气的带氧化铝层的催化剂金属载体，采用铬铝钢片作金属载体材料，其膨胀系数与活性氧化铝接近，同时与活性氧化铝的亲合性好，可保证金属载体与催化剂牢固结合。上述专利制备的金属载体催化剂只适用于处理机动车尾气，应用领域有限，且制备工艺复杂，不实用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制作简单、易于实现的新型催化蒸馏构件。这种新型结构可以充分发挥催化剂的效率，提供足够的气液接触面积，有利于气液两相间的传质，反应和分离效果俱佳，而且装卸方便，易于工业应用。本专利技术的复合多孔金属催化蒸馏构件由基体、改性层和活性层构成，其特征在于以具有微孔结构的多孔金属规整填料为基体，以对基体进行表面处理后形成的涂层为改性层，以覆附于改性层之上的催化剂活性组份为活性层，形成均一的具有反应和分离双重功效的催化蒸馏构件。所述的构成基体的多孔金属规整填料由多孔金属波纹板组成。多孔金属波纹板由多孔金属板制成，其中多孔金属板满足如下特征具有均匀的微孔结构，其孔径为5-20μm，孔隙率为30-40％。本专利技术采用的多孔金属板的基材为不锈钢，只要满足上述特征的不锈钢多孔材料均可用来制备多孔金属波纹板，优选使用复合烧结金属微孔材料。所述的多孔金属波纹板厚0.2～1.0mm，波纹倾角30°～45°，波峰高和波距为5～30mm。由若干片多孔金属波纹板组合而构成多孔金属规整填料。优选将所述的多孔金属规整填料在直径500mm以下制成整盘形，直径800mm以下制成六块拼制形，800mm以上呈九块或更多拼制形。优选所述的基体的比表面积一般应大于400m2/m3，可选取400～800m2/m3，空隙率一般应大于90％，理论板数大于4板/m。为使催化剂活性组份能够有效并牢固地覆附于多孔金属规整填料上，按上述方法制得的多孔金属规整填料需进行改性，即采用金属氧化物对基体进行表面处理，形成的陶瓷涂层作为改性层。优选所述的金属氧化物选自氧化铝、氧化硅或氧化钛。改性层的制备方法是采用热化学反应法将金属氧化物涂覆于基体表面，具体包括以下步骤(1)制备一种水基涂料，其中分散有超细氧化物微粒；(2)将步骤(1)得到的涂料涂覆于基体上，经过干燥和固化热处理后，在基体表面形成均匀稳定的陶瓷涂层。优选的改性层的制备方法，具体包括以下步骤 (1)制备水基涂料，选用超细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨元一，李东风，戴伟，陈硕，王国清，廖丽华，程建民，郭彦来，彭晖，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：