液体连续塔蒸馏 【发明背景】
【发明领域】
本发明涉及液体连续蒸馏塔、特别是鼓泡塔的操作。
相关参考
在其最宽广的意义上，鼓泡塔可以是气泡物流向上通过液体的液体塔。因此，这些系统(除塔以外)由至少二种组分即液体和气体组成。在这些系统中，除非它是美学的显示物品比如熔岩灯，在液体和气体之间存在相互作用。例如，在鱼尾槽中，向上通过水塔的空气冒泡部分吸收进入该水中。在其他系统中，例如混合的气态混合物可以通过液体洗涤以除去杂质或者使希望的组份进入该液体，比如从用适当的VOC溶剂逆流洗涤的空气中捕获挥发性有机物(VOC)。
本发明特别用于其中存在液体、气体和固体三相的更加专用型的鼓泡塔。通常的固体组件由可以是惰性或者催化的粒子组成。该固体组件可以是塔中的内部结构比如热交换器管、挡板、塔盘或者板。所述的塔可以是相对空心或者可以是填料塔。填料可以是惰性或者催化的。该填料可以是流化、淤浆化的固体或者可能包含浆料和充填结构。因此，鼓泡系统可以用于萃取和/或反应和萃取。
可以进行提取蒸馏以分馏混合物，同时对于物料或者杂质的高沸点溶剂在接近塔顶处引入以在该蒸馏期间有选择地提取物料或者杂质。然而，在塔内的液位不能超过釜体，因此蒸气连续而非鼓泡塔。
以前的鼓泡塔在促进总体逆向混合的蒸气流速下在完全的液态下操作。有时使用内部结构以促进蒸气相的活塞式流动，但是液相的逆向混合引起很少或没有分馏发生地条件。标准推荐的蒸汽速度显著地低于50％的喷射液泛点。事实上，术语“液泛点”通常不用于鼓泡塔操作中，必须通过普通的蒸馏塔操作进行定义。鼓泡塔主要的工业用途是Fischer-Tropsch合成。
【发明内容】
已经发现操作条件可使鼓泡塔在接近蒸馏塔效率的蒸气-液体传质效率下进行分馏。已经发现蒸汽速度大于50％的喷射液泛到小于100％的喷射液泛促进鼓泡塔的分馏。优选，如果蒸汽速度被压到超过约70％的喷射液泛，对于液体连续操作(鼓泡塔模式)和蒸气连续操作(普通的蒸馏塔模式)，那么给定塔填料的蒸馏性能变得类似。
通过控制液位超过填料或者低于填料(通常在蒸馏塔的再沸器中)以使填料或者以液体连续方式或者蒸气连续方式，可简单地使相同的塔或者作为鼓泡塔操作，或者作为蒸馏塔操作。该“液泛点”(100％的喷射液泛)定义为这样的点，其中蒸汽速度非常大以致于回流不能足够快回到再沸器以保持再沸器液面。超过该点，再沸器将变干，不能保持稳态运行。流线图用于定义在回流比范围内的喷射液泛点。塔填料或者其他内部结构(包括塔盘或者热交换器束)不会显著地改变这里公开的由于在表示为％喷射液泛的高蒸气速率下操作得到的性能改善。
附图简述
图1是说明对于填料A的HETP的％喷射液泛图表。
图2是说明对于填料A的在％喷射液泛下的泡沫密度的图表。
图3是说明对于填料B的HETP的％喷射液泛图表。
图4是说明对于填料B的在％喷射液泛下的泡沫密度的图表。
图5是说明对于填料C的HETP的％喷射液泛图表。
图6是说明对于填料C的在％喷射液泛下的泡沫密度的图表。
图7是使用本发明的甲醇工艺的流程图。
详细说明
在实施本发明中，通常存在三相，尽管在超过50％的喷射液泛时进行充液塔蒸馏不需要固相，但大多数的应用场合有固相。简单蒸馏结构比如环形物、球状物、多叶形、马鞍或者纤维型结构、塔盘(鼓泡、筛子等)，或者如本领域已知的其他蒸馏结构，包括描述在US5,266,546、5,431,890、5,073,236、5,431,890和5,730,843中类型的催化蒸馏结构，其在此引入作为参考。固相可以是颗粒材料，所述的颗粒材料是惰性或者催化的，例如在F-T合成中，颗粒材料可以是流化的或者浆料(通常在该系统中循环)。
在实施本发明液体连续蒸馏中，液体可以仅仅是通过分馏可分离的物料，或者可在该塔的上端加入较高沸点的液体，所述的较高沸点的液体是用来从该塔内蒸气中提取一种或多种组份，作为塔底产物引出。该塔内的液体和蒸气可以反应，该反应产物和进料可以通过本发明蒸馏，而不是仅仅在小于50％的喷射液泛下的气体的汽提作用，更加有效地进行分离。
本发明蒸馏特别用于分离有机化合物的混合物，比如碳氢化合物。
在一个实施方式中，改进用于从合成气(一氧化碳、二氧化碳和氢)生产甲醇。反应的副产物是二甲醚(DME)。用于该CO、CO2和H2反应的催化剂包括铜和锌氧化物，可能包含其他改性剂比如在US4,766,155和4,780,481中的那些。一个适当的催化剂是Sud-Chemie(以前的United catalyst Inc.)C-79，该催化剂描述为在1/4″挤出物上包括铜和锌。因为看来好像金属铜是活性的催化剂，因此使用以前希望还原催化剂。优选，铜/锌的摩尔比为1或者大于1，例如到10，铝含量为10mol％或更低。氧化锌有助于形成高铜金属表面积，减缓铜粒子的聚集，捕获Cu毒物，并与氧化铝反应阻止DME形成。
参考图7，甲醇生产工艺使用溶剂中淤浆化的催化剂，通过流动管线105加入塔10，所述的塔10在上部包含接触构造比如填料或者蒸馏塔板或者热交换束的区14。通过流动管线101在低于该接触构造处加入合成气，鼓泡向上通过该催化剂浆料，其中甲醇和DME作为气体产物产生。气体产物在分离区12与催化剂浆料分离，并通过流动管线102作为塔顶馏出物除去。在部分冷凝器20中冷凝溶剂，收集在接收器/分离器30中，其中甲醇和DME产品作为蒸气通过流动管线103除去。溶剂作为回流通过流动管线104再循环到塔10。溶剂和催化剂作为塔底产物通过流动管线107从塔10中除去。用过的溶剂和催化剂通过流动管线108除去。残余的催化剂和溶剂通过流动管线105再循环到塔中，补给溶剂和催化剂通过流动管线106加入。当活塞式流动反应结果比混合更好时有益处。发生活塞式流动的操作同样促进反应化学作用。
温度为350-650°F是优选的。选择溶剂以使其在希望压力下低于反应器温度下沸腾。溶剂的沸点越高，对于给定温度需要的压力就越低。
实施例
使用正庚烷和环己烷体系在16.8英寸直径塔中24PSIA下进行测试。附图是不同填料数据的图形。所述的填料是描述在US5,730,840中的那些，具有不同的微粒量。塔填料或者其他内部结构(包括塔盘或者热交换器束)将影响喷射液泛点，但是不会显著地改变这里公开的由于在表示为％喷射液泛的高蒸气速率下操作得到的性能改善。
如在图1、3和5每一情况下可见，由HETP表示的蒸气液体传质效率，当蒸气速率增加超过约50％的喷射液泛时得以改进。无论以鼓泡塔模式(液体连续)或者蒸馏塔模式(蒸气连续)，超过约70％的喷射液泛时，性能实际上相同。
当液位从再沸器升高到填料的顶端时，存在无缝平静无事的转变。该体系没有充满液体，但是实际上充满泡沫(蒸气和液体的混合物)。蒸气的存在提供大量的压缩性以阻滞任何突然的移动。泡沫密度可从以上的图2、4和6显示的DP可见。
标准鼓泡塔操作通常在小于30％的喷射液泛进行。从以上HETP性能可知，初始观察到的是当蒸气速度增加但是仍然低于50％时，HETP性能变得更差。令人惊讶的是超过50％的喷射液泛，HETP性能反向急剧改进。更惊奇的是存在一种工作范围(超过约70％的喷射液泛)，其中在液体和蒸气连续操作中的HETP性能紧密地重叠。