催化精馏技术研究及应用进展

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1、催化精馏技术研究及应用进展摘要：对催化蒸馏发展概况、原理以、工艺流程以及应用状况进行了综述，探讨了催化精馏目前存在的问题与今后的发展方向。关键词：催化精馏；精馏；催化剂；乙酸乙酯；精馏塔；催化活性Abstract：Thedevelopmentsituationofthecatalyticdistillation,princiles,technologicalprocessandapplicationconditionsarebrieflysummarized.Meanwhilewealsodisscusstheproblemsexsistingtemp

2、orarylyandthedevelopmentderectioninthefuture.keywords:catalyticdistillation;rectification;catalyst;ethylacetate;rectificationcolumn;catalyticactivity催化精馏是将固体催化剂以适当形式装填于精馏塔内，使催化反应和精馏分离在同一个塔中连续进行，是借助分离与反应的耦合来强化反应与分离的一种新工艺。由于催化剂固定在精馏塔中，所以它起到了催化和促进气液热质传递的作用。1催化精馏发展概况最早工业化的催化精馏工艺是甲基叔

3、丁基醚(MTBE)的合成，该工艺由美国ChemicalResearch＆Licensing(CR＆L)公司于1978年开发，1981年在美国休斯顿炼厂工业化应用。1985年CR&L公司开始研究将催化精馏用于芳烃的烷基化反应，如用丙烯使苯烷基化制异丙苯。日本旭化成公司也于1984年开发成功了甲醛和甲醇催化精馏合成甲缩醛的技术，建立了工业装置。由于催化精馏技术的诸多优势，国内外学者在该领域做了许多研究和创新，如宋少光等己成功地将该技术应用于丙二醇乙醚的合成；高纯度异丁烯的生产过程采用催化精馏技术已获成功。由于催化精馏技术的诸多优势，催化精馏技术已取得了长足

4、发展。主要研究方向可以分为以下三个方面。1.1烷基化过程目前，工业上另一重要的烷基化过程是异丁烷的烷基化。现有的两种流程(硫酸烷基化流程和氢氟酸烷基化流程),共同的缺点是能耗高，设备腐蚀严重，维修费用大，并且需要投资很高的冷冻设备。采用催化精馏技术基本上可以克服这些缺点。目前这一工艺已取得实验结果，且认为工业上可行，但催化剂活性和选择性尚有较大差距。1.2叠合过程第7页共7页采用催化精馏技术可以使烯烃分子有选择地叠合。因为精密的温度控制将减少二聚物、三聚物或高聚物等副产物的生成。丁烯叠合的催化精馏工艺已获得工业许可。烯烃选择性加氢催化精馏可以使不需要的

5、烯烃杂质选择加氢，使其失去化学活性或有利于精馏分离除去。如可用该工艺除去烷基化装置原料中的丁二烯，以延长催化剂的寿命，提高成品质量。双环戊二烯加氢生产环戊烯或环戊烷的技术也有报道.1.3酯化及酯水解醋化及酯水解反应一般为可逆反应，由于受化学平衡限制，转化率都不高，并且反应物和产物之间易形成二元或三元共沸物，使最后产品的纯化过程变得非常复杂。采用催化精馏技术，可以利用酯化反应体系中反应物与产物或与产物形成的低沸点共沸物的沸点差异，通过精馏作用将生成的产物及时连续分离出反应区域，使转化率得到大大提高，流程得到简化。比较典型的酯化反应为由Eastman—Ko

6、dak化学公司开发的反应精馏合成醋酸甲酯新工艺，该工艺以H2SO4为催化剂，工艺流程得到极大简化。由于以H2S04为催化剂存在着腐蚀设备、环境污染等问题，后来一些学者以固体酸为催化剂对各类酯化反应进行了研究，如醋酸甲酯，醋酸乙酯、醋酸己酯、邻苯二甲酸二辛酯等的合成。此外，催化精馏还可应用于二聚、水合、脱水、氧化、胺转化等领域。2催化精馏技术原理2.1催化精馏原理催化精馏原理实质上是指非均相催化反应精馏，集催化反应、精馏分离于一体，是将化学反应和精馏耦合在一个塔内同时进行的一种化工操作过程。催化精馏技术基于精馏原理，但与普通精馏又有显著区别。普通精馏是同

7、时进行多次部分气化和部分冷凝的多级分离过程，是汽液两相间的传质过程，其传质推动力是汽液两相间的组分浓度差。而催化精馏是汽液两相间传质和反应的复合过程，其传质推动力包括汽、液两相间组分浓度差和反应效应，而且由于化学反应对汽液平衡的影响和精馏对化学平衡的影响（反应精馏过程中打破了化学平衡），使催化精馏传质过程变得十分复杂。在精馏的分析中，应用相对挥发度来表示气液平衡函数关系更为简便。相对挥发度α第7页共7页值的大小可以用来判断某混合液是否能用蒸馏方法加以分离以及分离难易程度。若α>1，表示y>x，组分A较B容易挥发，可以用蒸馏分离，其中α>>1，挥发度差异

8、愈大，愈有利于蒸馏操作；若α=1，可知y=x，即气象组成等于液相组成，此时不能用普通精馏方法分