本發(fā)明涉及一種蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工作液中的溶劑體系及其應(yīng)用。
背景技術(shù):
過氧化氫是一種重要的化工產(chǎn)品,在造紙、化工、食品、環(huán)保等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。從過氧化氫出發(fā)可以制備很多有價值的化工產(chǎn)品,如無機(jī)過氧酸及其鹽、環(huán)氧化物、有機(jī)過氧化物以及有意義的化學(xué)反應(yīng)中間產(chǎn)物。過氧化氫作為一種較弱的氧化劑,在有機(jī)合成中具有比其他氧化劑高得多的選擇性。過氧化氫在紡織業(yè)和造紙業(yè)中用作漂白劑,在化工合成中用作氧化劑,在食品和醫(yī)藥工業(yè)中用作消毒劑和殺菌劑,在環(huán)保方面可用于處理有毒廢水,其中處理最多和最有效的是硫化物、氰化物和酚類化合物。過氧化氫還可用于處理有毒廢氣,如SO2、NO和H2S等。也被用于將水體中的有機(jī)污染物氧化降解。過氧化氫本身最終反應(yīng)產(chǎn)物是水,不產(chǎn)生二次污染,是一種優(yōu)良的綠色工業(yè)原料和消毒劑。近年來,隨著過氧化氫在環(huán)保和其它方面新應(yīng)用的開發(fā),過氧化氫的需求量日益增加。
過氧化氫制備方法主要有:電解法、空氣陰極法、蒽醌法、氫氧直接合成法、甲基芐基醇氧化法、異丙醇氧化法、燃料電池法以及水溶液中用一氧化碳生產(chǎn)過氧化氫法等。其中,蒽醌法由于其工藝技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)規(guī)模大、自動化程度高、成本和能耗低、三廢易于治理等優(yōu)點(diǎn),相對其它方法具有較大優(yōu)勢。
蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工藝中,工作液主要是由工作載體和溶解工作載體的溶劑組成。溶劑的性質(zhì)不僅直接決定裝置的生產(chǎn)能力,而且對氫化、氧化和萃取操作過程的效率,有效蒽醌的降解都有較大影響。因此,對于溶劑的選擇,一般要求其具有對工作載體溶解能力強(qiáng),化學(xué)穩(wěn)定性好,在水和過氧化氫中的溶解度小,與水分層明顯,粘度小,毒性低等優(yōu)點(diǎn)。在通常情況下,溶劑一般都是由兩種有機(jī)溶劑混合配制而成,一種主要作為蒽醌的溶劑,另一種主要作為氫蒽醌的溶劑。國內(nèi)過氧化氫裝置中蒽醌溶劑主要使用的是C9重芳烴,其中含三甲苯、甲乙苯、丙苯和茚的異構(gòu)體等;氫蒽醌溶劑多采用高級脂肪醇、有機(jī)酸或無機(jī)酸的酯類,已工業(yè)化應(yīng)用的有磷酸三辛酯、二異丁基甲醇、醋酸甲基環(huán)己酯等。目前比較常見溶劑體系是重芳烴與磷酸三辛酯。
為了提高蒽醌的溶解度,也有采用三溶劑體系的工作。CN1552618A公開了一種過氧化氫生產(chǎn)過程中的有機(jī)溶劑體系,其采用C9~C10的芳烴、磷酸三辛酯和2-甲基環(huán)己基醋酸酯為工作液體系,提高了蒽醌溶解度,提高了氫化效率。CN103588177A公開了一種雙氧水工作液及其在雙氧水制備中的應(yīng)用,其中溶劑組成為:C9~C10芳烴70%~80%,磷酸三辛酯14%~20%,2-甲基環(huán)己基醋酸酯4%~10%和叔胺0.4~0.9%。能極大地提高2-乙基蒽醌的氫化效率和氧化效率,且生產(chǎn)成本較低,無異味,提高了產(chǎn)品的收率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)中蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫的氫化效率和氧化效率不夠理想的問題,本發(fā)明提供了一種蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工作液的溶劑體系及其應(yīng)用。本發(fā)明的溶劑體系組分原料易得,將溶劑體系應(yīng)用于工作液中,提高了蒽醌的溶解度,提高了氫化效率,在過氧化氫生產(chǎn)過程中有著廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的技術(shù)目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工作液中的溶劑體系,按體積百分比,所述溶劑體系包括以下組分:
重芳烴 65%~80%
磷酸三辛酯 5%~15%
2-甲基環(huán)己基醋酸酯 5%~15%
2-苯乙醇 5%~15%。
進(jìn)一步的,所述溶劑體系中各組分和體積分?jǐn)?shù)優(yōu)選為:
重芳烴 70%~75%
磷酸三辛酯 8%~12%
2-甲基環(huán)己基醋酸酯 8%~12%
2-苯乙醇 8%~12%。
進(jìn)一步的,所述重芳烴為C9~C10的重芳烴,是蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫中常用的溶劑。
本發(fā)明的溶劑體系可應(yīng)用于蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫中作為烷基蒽醌溶劑,配制成工作液,烷基蒽醌作為工作液載體,工作液配制方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知,其中有效蒽醌(2-乙基蒽醌和2-乙基四氫蒽醌)在工作液中的溶解度為150~180克/升,工作液的氫效為10克/升以上。
采用上述的工作液,在催化劑的存在下,用氫氣將工作液中的蒽醌烷基衍生物氫化還原,生成氫蒽醌,然后在氧化反應(yīng)器中經(jīng)空氣氧化后,得到過氧化氫,同時氫蒽醌還原為蒽醌衍生物。
本發(fā)明工作液應(yīng)用于蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫過程中,氫化過程工藝條件為:氫化溫度為30~80℃,氫化壓力為0.2~0.5MPa,空速為1~30h-1,氫液比為1:1~30:1。氧化過程工藝條件為:氧化溫度為30~70℃,氧化壓力為0.05~0.5MPa。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):
以本發(fā)明的溶劑體系配制成工作液,在生產(chǎn)雙氧水的過程中,在氧化階段,2-苯乙醇其自身可被氧化為2-苯乙酮,并在此過程中產(chǎn)生雙氧水,而2-苯乙酮在氫化過程中還原為2-苯乙醇,循環(huán)利用。在工作液中加入2-苯乙醇,選擇合適的組分含量,使其與烷基蒽醌的共同溶解度達(dá)到最優(yōu),從而能獲得最高的氫效,提高生產(chǎn)能力;與現(xiàn)有技術(shù)中重芳烴、磷酸三辛酯和2-甲基環(huán)己基醋酸酯三組分的溶劑體系相比,在本發(fā)明的生產(chǎn)條件下,具有更好的氫效;另外工作液與水密度差大、表面張力大,有利于萃取等后續(xù)操作。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的作用和效果,但并不局限于以下實(shí)施例。
本發(fā)明的評價實(shí)驗(yàn)中,是采用10mL固定床微型反應(yīng)器進(jìn)行氫化反應(yīng),氫化之后將所得樣品采用空氣50℃進(jìn)行氧化1小時,再用分液漏斗萃取四次,檢測其中過氧化氫的含量。過氧化氫含量檢測采用高錳酸鉀滴定法。催化劑采用常規(guī)制備的Pd/Al2O3催化劑。催化劑粒徑0.4mm-0.5mm,孔容0.6cm3/g-0.7cm3/g,比表面積150m2/g-180m2/g,Pd含量為0.25%-0.35%。
實(shí)施例1
以重芳烴:磷酸三辛酯:2-甲基環(huán)己基醋酸酯:2-苯乙醇=70:10:10:10(體積比)為工作液介質(zhì),有效蒽醌(2-乙基蒽醌和2-乙基四氫蒽醌)溶解度為165克/升。氫化溫度為50℃,氫化壓力為0.25MPa,空速為10h-1,氫液比為6:1,氧化溫度為50℃,氧化壓力為0.20MPa。氫效為10.38克/升。
實(shí)施例2
以重芳烴:磷酸三辛酯:2-甲基環(huán)己基醋酸酯:2-苯乙醇=70:12:10:8(體積比)為工作液介質(zhì),有效蒽醌(2-乙基蒽醌和2-乙基四氫蒽醌)溶解度為180克/升。氫化溫度為55℃,氫化壓力為0.30MPa,空速為15h-1,氫液比為6:1,氧化溫度為50℃,氧化壓力為0.20MPa。氫效為11.65克/升。
比較例1
以重芳烴:磷酸三辛酯=75:25(體積比)為工作液介質(zhì),有效蒽醌(2-乙基蒽醌和2-乙基四氫蒽醌)溶解度為129克/升。氫化溫度為55℃,氫化壓力為0.25 MPa,空速為10h-1,氫液比為12:1。氧化溫度為50℃,氧化壓力為0.20MPa。氫效為6.43克/升。
比較例2
以重芳烴:磷酸三辛酯=50:50(體積比)為工作液介質(zhì),有效蒽醌(2-乙基蒽醌和2-乙基四氫蒽醌)溶解度為105克/升。氫化溫度為55℃,氫化壓力為0.25 MPa,空速為10h-1,氫液比為6:1。氧化溫度為50℃,氧化壓力為0.15 MPa。氫效為5.39克/升。
比較例3
按照CN1552618A中實(shí)施例3配制工作液,2-乙基蒽醌溶解度為154克/升。氫化溫度為55℃,氫化壓力為0.25 MPa,空速為5h-1,氫液比為12:1。氧化溫度為50℃,氧化壓力為0.20 MPa。氫效為8.32克/升。
比較例4
按照CN103588177A中實(shí)施例1配制工作液,2-乙基蒽醌溶解度為168克/升。氫化溫度為50℃,氫化壓力為0.25MPa,空速為10h-1,氫液比為6:1。氧化溫度為50℃,氧化壓力為0.20MPa。氫效為9.35克/升。