一種漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器及應(yīng)用和一種生產(chǎn)過(guò)氧化氫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器及其應(yīng)用方法，更具體地說(shuō)，涉及一種適用于 蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫工藝中氫化過(guò)程的漿態(tài)床反應(yīng)器和一種生產(chǎn)過(guò)氧化氫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)氧化氫是一種重要的無(wú)機(jī)化工原料，它廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、化學(xué)品合成、軍 工、電子、食品加工、醫(yī)藥、化妝品、環(huán)境保護(hù)、冶金等諸多領(lǐng)域。過(guò)氧化氫分解后產(chǎn)生水和氧 氣，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，是一種綠色化學(xué)品。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用蒽醌法進(jìn)行過(guò)氧化氫的生 產(chǎn)。蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫是以蒽醌衍生物作為工作載體，在催化劑的作用下，用氫氣將溶解 在有機(jī)溶劑中的蒽醌衍生物氫化，生成相應(yīng)的氫蒽醌。然后，氫蒽醌氧化生成過(guò)氧化氫和蒽 醌衍生物。最后，用水萃取有機(jī)溶劑中的過(guò)氧化氫得到一定濃度的過(guò)氧化氫水溶液作為產(chǎn) 品，含有蒽醌衍生物和有機(jī)溶劑的工作液則被循環(huán)使用。其中，蒽醌氫化過(guò)程的效率直接決 定過(guò)氧化氫的產(chǎn)量和濃度，對(duì)整個(gè)過(guò)氧化氫的生產(chǎn)具有決定意義。目前國(guó)內(nèi)在蒽醌氫化過(guò) 程中最常用的是下流式固定床反應(yīng)器，即滴流床反應(yīng)器，但是固定床反應(yīng)器存在催化劑利 用效率低、反應(yīng)選擇性低、床層內(nèi)溫度分布不均勻、催化劑局部持液量大和工作液降解嚴(yán)重 的問(wèn)題。采用固定床反應(yīng)器進(jìn)行氫化過(guò)程，氫效一般僅為6?7g/L Sfta。而采用氣液并流 向上運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)器是進(jìn)行蒽醌衍生物氫化過(guò)程的最佳選擇。此類(lèi)反應(yīng)器包括管式懸浮床反 應(yīng)器、鼓泡床反應(yīng)器和漿態(tài)床反應(yīng)器。在氣液兩相并流向上流動(dòng)的過(guò)程中，工作液和氫蒽醌 混合溶液作為連續(xù)相，而氫氣(或氫氣與惰性氣體混合氣）作為分散相，既可以提高工作液 的處理量和催化劑的利用率，增加蒽醌轉(zhuǎn)化率，又克服了固定床催化劑床層局部持液量大， 溫度分布不均造成的工作液降解的問(wèn)題。國(guó)外新建的大型過(guò)氧化氫生產(chǎn)裝置一般采用上流 式流化床進(jìn)行氫化反應(yīng)，氫效一般可達(dá)12g/L Sfta以上。
[0003] US4428923公開(kāi)了一種蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的管式懸浮床氫化反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng) 器成迂回管體系，水平管和垂直管之間由彎頭連接，各段管具有相同的通稱(chēng)直徑。管外有 套管供加熱和冷卻用，氫化過(guò)程就在該反應(yīng)器中進(jìn)行。工作液與氫氣進(jìn)入氫化器之前，先 經(jīng)一文丘里混合器預(yù)混，催化劑隨著工作液一起連續(xù)流動(dòng)，工作液與氫氣進(jìn)行反應(yīng)，在反 應(yīng)后經(jīng)過(guò)一分離器，將催化劑與氫化液進(jìn)行初步的分離；分離后還得使用一專(zhuān)用的氫化液 過(guò)濾器將氫化液與催化劑再次分離，氫化效率為12g/L Sfta。
[0004] CN1298369A提供了一種鼓泡床反應(yīng)器。反應(yīng)器優(yōu)選為立式鼓泡塔，反應(yīng)器中至少 部分的包含水力直徑介于1至1〇_的通孔或流道構(gòu)件，通常為床層、針織物、開(kāi)孔泡沫體或 填料，通常為與Sulzer BX填料類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，以供工作液或氫氣通過(guò)。保證流道構(gòu)件的側(cè)壁 粗糙度為催化劑平均粒徑的〇. 5至5倍，工作液和氣相由反應(yīng)器下部一起進(jìn)入反應(yīng)器，在催 化劑作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)后進(jìn)入固液分離裝置進(jìn)行氫化液與催化劑的分離。該反應(yīng) 系統(tǒng)可以進(jìn)行間歇和連續(xù)兩種方式的操作，氫化效率可達(dá)15g/L Sfta以上。
[0005] CN1817838A公開(kāi)了一種適用于蒽醌工作液氫化的流化床反應(yīng)器。該反應(yīng)器主體分 為上下兩部分，下部為氫化反應(yīng)主體區(qū)域，上部具有擴(kuò)大段結(jié)構(gòu)利于氣液分離，反應(yīng)器內(nèi)部 為空塔，氫化效率可達(dá)9. 9g/LSfta。
[0006] 對(duì)比上述反應(yīng)器，漿態(tài)床反應(yīng)器由于催化劑顆粒直徑很小(一般為幾十微米或者 更小)，消除了催化劑內(nèi)擴(kuò)散的影響，具有很高的反應(yīng)比表面和活性，可以大大減少催化劑 的用量，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)部具有更均勻的流動(dòng)狀態(tài)，因此具有良好的技術(shù)發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器，該漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器適 用于氣液固三相楽態(tài)床反應(yīng)。
[0008]本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種蒽醌法制過(guò)氧化氫方法，加氫效率高， 從而提高過(guò)氧化氫的收率和濃度。
[0009]本發(fā)明提供的一種漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器，包括上升管、上升管上部管徑擴(kuò)大的擴(kuò)大 段和固液分離器，所述的擴(kuò)大段連通固液分離器上部，所述的固液分離器底部與上升管底 部連通；所述的擴(kuò)大段內(nèi)設(shè)置雙套筒結(jié)構(gòu)的三相分離器，所述的上升管底部設(shè)有原料入口， 擴(kuò)大段頂部設(shè)有氣體出口，所述的固液分離器內(nèi)設(shè)置過(guò)濾組件，所述的固液分離器上部經(jīng) 過(guò)濾組件設(shè)置清液出口。
[0010] 上述漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器的應(yīng)用方法，液相原料和/或氣相原料進(jìn)入漿態(tài)床環(huán)流反 應(yīng)器的上升管底部，與上升管內(nèi)的含有催化劑顆粒的漿液混合并向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)反應(yīng)得到 反應(yīng)產(chǎn)物，在上升管上部的擴(kuò)大段，經(jīng)三相分離器強(qiáng)化氣液固三相分離，氣體由氣體出口排 出，含催化劑顆粒的漿液進(jìn)入固液分離器中經(jīng)過(guò)濾分離其中的催化劑顆粒，分離出的清液 經(jīng)固液分離器上部的清液出口引出反應(yīng)器，得到反應(yīng)產(chǎn)品；未穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的含催化劑顆 粒的漿液返回上升管底部繼續(xù)反應(yīng)。
[0011] 本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器及其應(yīng)用的有益效果為：
[0012] 本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器擴(kuò)大段內(nèi)設(shè)置三相分離器，三相分離器的內(nèi)筒和 外筒使流體在擴(kuò)大段內(nèi)形成繞流，強(qiáng)化反應(yīng)液體、催化劑和氣體的三相分離。漿液在三相分 離器和擴(kuò)大段的共同作用下形成內(nèi)環(huán)流，漿液中氣體能充分脫除，反應(yīng)器內(nèi)的大部分固相 留在反應(yīng)器內(nèi)，減輕了后續(xù)工藝的操作負(fù)擔(dān)，降低了催化劑磨損的幾率。經(jīng)固液分離器過(guò)濾 的液體產(chǎn)品中固體顆粒含量較低。經(jīng)過(guò)固液分離器分離后的含有較多催化劑的濁液返回反 應(yīng)器上升管的底部，漿液在反應(yīng)器內(nèi)形成的主體外環(huán)流使使大部分催化劑在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán) 流動(dòng)，提高了上升管底部催化劑的濃度，使?jié){液的濃度和溫度分布更均勻，催化劑和氣體分 布更均勻，提高了催化劑的利用率，提高反應(yīng)效率。本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器可避免 反應(yīng)器內(nèi)存在流動(dòng)死區(qū)和熱點(diǎn)，降低催化劑磨損幾率，有效延長(zhǎng)操作周期。作為蒽醌法制備 過(guò)氧化氫的加氫反應(yīng)器，可有效降低工作液過(guò)度氫化的幾率。
[0013] 一種制備過(guò)氧化氫的方法，采用上述的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器，工作液和含氫氣體進(jìn) 入漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器的上升管底部，與上升管內(nèi)的漿液混合并向上運(yùn)動(dòng)，在加氫催化劑存 在下，工作液中的蒽醌衍生物加氫反應(yīng)得到氫蒽醌，在反應(yīng)器上部的擴(kuò)大段，經(jīng)三相分離器 改變流體流動(dòng)方向進(jìn)行內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，強(qiáng)化三相分離，氣體由氣體出口排出，漿液進(jìn)入固液分 離器內(nèi)進(jìn)一步過(guò)濾分離其中的加氫催化劑顆粒，分離出的液相經(jīng)固液分離器的清液出口排 出作為氫化液；氫化液在氧化反應(yīng)器中與氧氣反應(yīng)得到含有過(guò)氧化氫的氧化液；氧化液經(jīng) 萃取分離得到過(guò)氧化氫溶液和工作液。
[0014] 本發(fā)明提供的方法中，所述的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為35?80°C、優(yōu)選 55?75°C ;反應(yīng)壓力為0? 1?0? 5MPa、優(yōu)選0? 2?0? 3MPa。
[0015] 本發(fā)明提供的制備過(guò)氧化氫的方法的有益效果為：
[0016] 本發(fā)明提供的制備過(guò)氧化氫的方法的氫化單元采用帶有三相分離器的漿態(tài)床環(huán) 流反應(yīng)器，在反應(yīng)器上部的擴(kuò)大段形成了漿液的內(nèi)環(huán)流，強(qiáng)化了三相分離，避免了漿液中夾 帶的氣泡給后續(xù)操作帶來(lái)不良影響。同時(shí)大部分催化劑顆粒從擴(kuò)大段返回到上升管內(nèi)，降 低了進(jìn)入固液分離器過(guò)濾組件中催化劑顆粒的量，降低了固液分離器的負(fù)荷。經(jīng)過(guò)固液分 離器分離后的含有較多催化劑的濁液返回反應(yīng)器上升管的底部，使?jié){液在反應(yīng)器內(nèi)形成穩(wěn) 定的外循環(huán)流動(dòng)，反應(yīng)器內(nèi)催化劑濃度、工作液濃度和溫度分布均勻，抑制工作液局部過(guò)度 加氫，有效的提高了氫效，進(jìn)而提高了再經(jīng)氧化、萃取操作后過(guò)氧化氫產(chǎn)品的濃度。本發(fā)明 提供的方法可有效延長(zhǎng)漿態(tài)床氫化反應(yīng)器的操作周期，降低催化劑磨損幾率，減輕后續(xù)工 藝設(shè)備壓力，提高固液分離通量和精度，最終提高工作液的加氫效率。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明提供的漿態(tài)床反應(yīng)裝置的流程示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明提供的漿態(tài)床反應(yīng)裝置另一種實(shí)施方式流程示意圖。
[0019] 圖3為水力離心器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4、水力離心器的另一種實(shí)施方式的結(jié)