專利名稱：一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方 法。
背景技術(shù)：
過(guò)氧化氫是一種重要的工業(yè)原料，可以廣泛應(yīng)用于化學(xué)合成、環(huán)境保護(hù)、造 紙、紡織、國(guó)防軍事、電子、醫(yī)藥、食品和農(nóng)業(yè)等行業(yè)中，充當(dāng)氧化劑、漂白劑、消毒 劑、聚合物引發(fā)劑和交聯(lián)劑、推進(jìn)劑等。蒽醌衍是當(dāng)今工業(yè)上生產(chǎn)過(guò)氧化氫的主要方 法，目前世界上98%以上的過(guò)氧化氫是采用該方法生產(chǎn)。含氫化蒽醌衍生物工作液的氧 化過(guò)程是蒽醌法中的重要步驟。該過(guò)程對(duì)蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的經(jīng)濟(jì)性和安全性，都有 重大影響。目前，工業(yè)上常用的氧化過(guò)程通常用塔式設(shè)備實(shí)現(xiàn)。在塔式設(shè)備中所進(jìn)行的氧 化過(guò)程中，氣泡分散尺寸大，氣液兩相接觸面積小，氣相和液相分布不均勻，導(dǎo)致氧化 過(guò)程緩慢，物料在設(shè)備中的停留時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)而造成設(shè)備體積大，選擇性低。所以，發(fā)展 高效的蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，具有重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法。該方法可以提高 氫化蒽醌衍生物的氧化效率，縮短氧化反應(yīng)時(shí)間，減少氧化工作液在反應(yīng)系統(tǒng)中的滯存 量，提高氧化過(guò)程的安全性。一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行(a)首先在30 80°C溫度和0 IMPa(表壓)壓力下，將含氧氣的氣相分散到 含氫化蒽醌衍生物的工作液中，得到含微小氣泡的氣_液混合流體；(b)其次在30 80°C溫度和0 lMPa(表壓)壓力下，將氣_液混合流體以 0.01 10米/秒的速度流過(guò)延遲管道以提供0.01秒 10分鐘的接觸反應(yīng)時(shí)間；(c)最后將延遲管道中流出的氣_液混合流體經(jīng)氣_液分相設(shè)備分離，得到含過(guò) 氧化氫的蒽醌衍生物工作液。所述含氧氣的氣相為純氧、空氣或氧氣和惰性氣體的混合物，惰性氣體包括氮 氣、氦氣，氧氣在氣相中的體積分?jǐn)?shù)為10% 100%。所述的含氫化蒽醌類衍生物工作液，溶質(zhì)為氫化蒽醌類衍生物，主要是氫化 2-烷基蒽醌及氫化四氫2-烷基蒽醌，如氫化2-乙基蒽醌或氫化四氫2-乙基蒽醌；溶劑 為蒽醌溶劑和氫蒽醌溶劑的混合物，蒽醌溶劑為C9 Cn的高沸點(diǎn)混合芳烴或甲基萘，氫 蒽醌溶劑為磷酸三辛酯或二異丁基甲醇。所述含氫化蒽醌衍生物工作液中，氫化蒽醌類衍生物的濃度為O.Olmol/L lmol/L0所述微小氣泡的平均直徑為10 1000微米。
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所述分散過(guò)程包括攪拌分散過(guò)程以及以微孔膜、微孔篩板、微米級(jí)通道為分散 介質(zhì)的分散過(guò)程。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所提供的方法中，將含氧氣的氣相分散在含氫化蒽醌衍生物的工作液 中，氣相的分散狀態(tài)為微米級(jí)尺寸的氣泡，在這種分散狀態(tài)下，與傳統(tǒng)氣-液傳質(zhì)設(shè)備 中毫米或厘米級(jí)氣泡的分散狀態(tài)相比，比表面積要增加100 1000倍，同時(shí)氣相和液相 分別具有更均一的分布狀態(tài)，有利于氣液非均相氧化過(guò)程以可控的方式快速進(jìn)行。本發(fā)明通過(guò)上述方法在進(jìn)行含氫化蒽醌衍生物的工作液的氧化過(guò)程中，氣-液 兩相接觸面積大，反應(yīng)時(shí)間短，可減小設(shè)備體積。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳述實(shí)施例1 首先，將甲基萘和二異丁基甲醇混合配制溶液，其中，二異丁基甲醇體積分?jǐn)?shù) 為35%，得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌及氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合，配 制溶液，得到工作液，其中氫化2-乙基蒽醌濃度為0.05mol/L，氫化四氫2-乙基蒽醌濃 度為0.05mol/L。在溫度為60°C，壓力為200kPa(表壓)的條件下，使總量為0.5mol的 空氣以微孔膜為分散介質(zhì)通入800mL的工作液中，到氣泡平均直徑為200微米的氣-液 混合流體。然后，在溫度為60°C，壓力為200kPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混 合流體以2.1米/秒的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng)24秒，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。 最后，在氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后的氣-液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作 液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.04mol/L。實(shí)施例2:首先，將鄰三甲苯和二異丁基甲醇混合配制溶液，其中，二異丁基甲醇體積分 數(shù)為32%，得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌及氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合， 配制溶液，得到工作液，其中氫化2-乙基蒽醌濃度為O.lmol/L，氫化四氫2-乙基蒽醌濃 度為0.4mol/L。在溫度為40°C，壓力為300kPa(表壓)的條件下，使總量為0.02mol的 氧氣通過(guò)攪拌分散在40mL的工作液中，到氣泡平均直徑為1000微米的氣-液混合流體。 然后，在溫度為40°C，壓力為300kPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合流體以1.2 米/秒的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng)0.01秒，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在 氣_液分相裝置中，將反應(yīng)后的氣_液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.08mol/L。實(shí)施例3 首先，將甲基萘和二異丁基甲醇混合配制溶液，其中，二異丁基甲醇體積分?jǐn)?shù) 為31%，得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合，配制溶液，得到工作液， 其中氫化2-乙基蒽醌濃度為0.3mol/L。在溫度為40°C，壓力為600kPa(表壓)的條件 下，使總量為0.05mol的氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w以微米級(jí)通道為分散介質(zhì)通入10mL的工 作液中，到氣泡平均直徑為1000微米的氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為10%。
4然后，在溫度為40°C，壓力為600kPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合流體以0.5 米/秒的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng)40秒，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在 氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后的氣-液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.12mol/L。實(shí)施例4 首先，將間三甲苯和二異丁基甲醇混合配制溶液，其中，二異丁基甲醇體積分 數(shù)為29%，得到溶劑，將氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合，配制溶液，得到工 作液，其中氫化四氫2-乙基蒽醌濃度為0.4mol/L。在溫度為30°C，壓力為300kPa(表 壓)的條件下，使總量為0.05mol的氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w以微孔篩板為分散介質(zhì)通入 50mL的工作液中，到氣泡平均直徑為200微米的氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù) 為50%。然后，在溫度為30°C，壓力為300kPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合 流體以10米/秒的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng)30秒，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最 后，在氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后的氣-液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.26mol/L。實(shí)施例5 首先，將鄰三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯體積分?jǐn)?shù)為 30%,得到溶劑，將氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合，配制溶液，得到工作 液，其中氫化四氫2-乙基蒽醌濃度為0.1mol/L。在溫度為30°C，壓力為500kPa(表壓) 的條件下，使總量為0.02mol的氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w以微孔膜為分散介質(zhì)通入20mL的 工作液中，到氣泡平均直徑為100微米的氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為75%。 然后，在溫度為30°C，壓力為500kPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合流體以0.01 米/秒的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng)10分鐘，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在 氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后的氣-液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.08mol/L。實(shí)施例6 首先，將間三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯體積分?jǐn)?shù)為 25%,得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合，配制溶液，得到工作液，其 中氫化2-乙基蒽醌濃度為0.01mol/L。在溫度為30°C，壓力為500kPa(表壓)的條件 下，使總量為O.Olmol的氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w以微孔膜為分散介質(zhì)通入40mL的工作液 中，到氣泡平均直徑為10微米的氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為80%。然后， 在溫度為30°C，壓力為500kPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合流體以0.1米/秒 的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng)15秒，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在氣-液分 相裝置中，將反應(yīng)后的氣-液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.008mol/L。實(shí)施例7 首先，將對(duì)三甲苯和二異丁基甲醇混合配制溶液，其中，二異丁基甲醇體積分 數(shù)為30%，得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌及氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合， 配制溶液，得到工作液，其中氫化2-乙基蒽醌濃度為0.5mol/L，氫化四氫2-乙基蒽醌 濃度為0.5mol/L。在溫度為80°C，壓力為IMPa(表壓)的條件下，使總量為0.07mol的氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w以微孔膜為分散介質(zhì)通入50mL的工作液中，到氣泡平均直徑為 120微米的氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為75%。然后，在溫度為80°C，壓力 為IMPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合流體以0.5米/秒的流速在延遲管道中流 動(dòng)反應(yīng)50秒，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后的 氣-液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.6mol/L。實(shí)施例8 首先，將鄰三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯體積分?jǐn)?shù)為 24%,得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌及氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合，配制 溶液，得到工作液，其中氫化2-乙基蒽醌濃度為0.2mol/L，氫化四氫2-乙基蒽醌濃度為 0.1mol/L。在溫度為80°C，壓力為IMPa(表壓)的條件下，使總量為0.3mol的氧氣和氦 氣的混合氣體以微孔膜為分散介質(zhì)通入50mL的工作液中，到氣泡平均直徑為800微米的 氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為10%。然后，在溫度為80°C，壓力為IMPa(表 壓)的條件下，令得到的氣_液混合流體以3米/秒的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng)2分 鐘，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后的氣-液混 合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.14mol/L。實(shí)施例9 首先，將對(duì)三甲苯和二異丁基甲醇混合配制溶液，其中，二異丁基甲醇體積分 數(shù)為27%，得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌及氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合， 配制溶液，得到工作液，其中氫化2-乙基蒽醌濃度為0.2mol/L，氫化四氫2-乙基蒽醌 濃度為O.lmol/L。在溫度為50°C，壓力為0(表壓)的條件下，使總量為0.05mol的氧 氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w以微孔篩板為分散介質(zhì)通入lOOmL的工作液中，到氣泡平均直徑為 200微米的氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為60%。然后，在溫度為50°C，壓力 為0(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合流體以1米/秒的流速在延遲管道中流動(dòng)反應(yīng) 5分鐘，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后的氣-液 混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.17mol/L。實(shí)施例10 首先，將間三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯體積分?jǐn)?shù)為 22%,得到溶劑，將氫化2-乙基蒽醌及氫化四氫2-乙基蒽醌作為溶質(zhì)與溶劑混合，配 制溶液，得到工作液，其中氫化2-乙基蒽醌濃度為0.3mol/L，氫化四氫2-乙基蒽醌濃 度為0.3mol/L。在溫度為50°C，壓力為200kPa(表壓)的條件下，使總量為0.3mol的 氧氣和氬氣的混合氣體以微孔膜為分散介質(zhì)通入200mL的工作液中，到氣泡平均直徑為 130微米的氣-液混合流體，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為40%。然后，在溫度為50°C，壓力 為200kPa(表壓)的條件下，令得到的氣-液混合流體以5米/秒的流速在延遲管道中流 動(dòng)反應(yīng)1.5分鐘，得到反應(yīng)后的氣-液混合流體。最后，在氣-液分相裝置中，將反應(yīng)后 的氣-液混合流體分離，得到液相產(chǎn)物氧化工作液。氧化產(chǎn)物的總濃度為0.5mol/L。
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盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可 以理解在不脫離本發(fā)明的原理利精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、 替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行(a)首先在30 80°C溫度和0 IMPa(表壓)壓力下，將含氧氣的氣相分散到含氫 化蒽醌衍生物的工作液中，得到含微小氣泡的氣_液混合流體；(b)其次在30 80°C溫度和0 IMPa(表壓)壓力下，將氣-液混合流體以0.01 10米/秒的速度流過(guò)延遲管道以提供0.01秒 10分鐘的接觸反應(yīng)時(shí)間；(c)最后將延遲管道中流出的氣-液混合流體經(jīng)氣-液分相設(shè)備分離，得到含過(guò)氧化 氫的蒽醌衍生物工作液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于步驟 (a)所述含氧氣的氣相為純氧氣、空氣或氧氣和惰性氣體的混合物，惰性氣體包括氮?dú)狻?氦氣，氧氣在氣相中的體積分?jǐn)?shù)為10% 100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于步驟 (a)所述的含氫化蒽醌類衍生物工作液，溶質(zhì)為氫化蒽醌類衍生物，主要是氫化2-烷基 蒽醌及氫化四氫2-烷基蒽醌，如氫化2-乙基蒽醌、氫化四氫2-乙基蒽醌等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于步驟 (a)中所述含蒽醌衍生物工作液中，溶劑為蒽醌溶劑和氫蒽醌溶劑的混合物，蒽醌溶劑為 C9 C11的高沸點(diǎn)混合芳烴或甲基萘，氫蒽醌溶劑為磷酸三辛酯或二異丁基甲醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于步驟 (a)中所述含蒽醌衍生物工作液中，氫化蒽醌類衍生物的濃度為O.Olmol/L lmol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于步驟 (a)中所述的分散過(guò)程包括攪拌分散過(guò)程以及以微孔膜、微孔篩板、微米級(jí)通道為分散介 質(zhì)的分散過(guò)程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法，其特征在于步驟 (a)中所述微小氣泡的平均直徑為10 1000微米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于化工反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的氧化方法。該方法將含氧氣的氣相分散到含氫化蒽醌衍生物的工作液中，得到含微米級(jí)氣泡的氣-液混合流體，進(jìn)而在氣液混合液體流過(guò)延遲管道的過(guò)程中完成氧化反應(yīng)。該方法可以提高氫化蒽醌衍生物的氧化效率，縮短氧化反應(yīng)時(shí)間，減少氧化工作液在反應(yīng)系統(tǒng)中的滯存量，提高氧化過(guò)程的安全性。
文檔編號(hào)C01B15/023GK102009961SQ20101055121
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者呂陽(yáng)成, 譚璟, 駱廣生 申請(qǐng)人:清華大學(xué)