一種漿態(tài)床反應(yīng)器及其在生產(chǎn)過氧化氫中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種漿態(tài)床反應(yīng)器及其在生產(chǎn)過氧化氫中的應(yīng)用，特別是涉及蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工藝中氫化過程的漿態(tài)床反應(yīng)器及其在生產(chǎn)過氧化氫中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]過氧化氫是一種重要的無機化工原料，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、冶金等諸多領(lǐng)域。過氧化氫分解后產(chǎn)生水和氧氣，對環(huán)境無二次污染，是一種綠色化學(xué)品。目前國內(nèi)外普遍采用蒽醌法進行過氧化氫的生產(chǎn)。蒽醌法生產(chǎn)過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，氫蒽醌氧化生成過氧化氫和蒽醌衍生物。最后，用水萃取有機溶劑中的過氧化氫得到一定濃度的過氧化氫水溶液作為產(chǎn)品，含有蒽醌衍生物和有機溶劑的工作液則被循環(huán)使用。其中，蒽醌氫化過程的效率直接決定過氧化氫的產(chǎn)量和濃度，對整個過氧化氫的生產(chǎn)具有決定意義。目前國內(nèi)在蒽醌氫化過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重的問題。采用固定床反應(yīng)器進行氫化過程，氫效一般僅為6?7g/L氫化液。而采用氣液并流向上運動的反應(yīng)器是進行蒽醌衍生物氫化過程的最佳選擇。此類反應(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的過程中，工作液和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題。國外新建的大型過氧化氫生產(chǎn)裝置一般采用上流式流化床進行氫化反應(yīng)，氫效一般可達12g/L氫化液以上。
[0003]US4428923公開了一種蒽醌法生產(chǎn)過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直徑。管外有套管供加熱和冷卻用，氫化過程就在該反應(yīng)器中進行。工作液與氫氣進入氫化器之前，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，工作液與氫氣進行反應(yīng)，在反應(yīng)后經(jīng)過一分離器，將催化劑與氫化液進行初步的分離；分離后還得使用一專用的氫化液過濾器將氫化液與催化劑再次分離，氫化效率為12g/L氫化液。
[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I至10_的通孔或流道構(gòu)件，通常為床層、針織物、開孔泡沫體或填料，通常為與Sulzer BX填料類似的結(jié)構(gòu)，以供工作液或氫氣通過。保證流道構(gòu)件的側(cè)壁粗糙度為催化劑平均粒徑的0.5至5倍，工作液和氣相由反應(yīng)器下部一起進入反應(yīng)器，在催化劑作用下進行加氫反應(yīng)，反應(yīng)后進入固液分離裝置進行氫化液與催化劑的分離。該反應(yīng)系統(tǒng)可以進行間歇和連續(xù)兩種方式的操作，氫化效率可達15g/L氫化液以上。
[0005]CN1817838A公開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9.9g/L氫化液。
[0006]CN104549065提供了一種楽態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器及應(yīng)用和一種生產(chǎn)過氧化氫的方法，所述的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器包括上升管、上升管上部管徑擴大的擴大段和固液分離器，所述的擴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，所述的擴大段頂部設(shè)有氣體出口，所述的固液分離器內(nèi)設(shè)置過濾組件，所述的固液分離器上部經(jīng)過濾組件設(shè)置清液出口。采用該漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器作為加氫反應(yīng)器生產(chǎn)過氧化氫的方法中氣液固三相分離效率高，避免了催化劑局部過度加氫，降低了過度加氫的可能性，氫效高，可以得到較高濃度的過氧化氫產(chǎn)品。
[0007]對比上述反應(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，同時反應(yīng)器內(nèi)部具有更均勻的流動狀態(tài)，因此具有良好的技術(shù)發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的在于提供一種漿態(tài)床反應(yīng)器，該反應(yīng)器選用于氣液固三相漿態(tài)床反應(yīng)與分離，特別適用于蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工藝中氫化反應(yīng)過程。
[0009]為達到此目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為:
一種漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于:包括上升管、冷卻器、沉降室與冷卻器連接管、上部筒體及封頭；上升管的中上部連接上部筒體及封頭構(gòu)成封閉的分離區(qū)筒體；上升管上部接有殼徑縮小的內(nèi)筒、內(nèi)筒上部外接分離區(qū)；分離區(qū)上部為氣液分離室，下部為液固分離區(qū)；氣液分離室頂部設(shè)有反應(yīng)氣體出口 ；液固分離區(qū)中上部設(shè)有豎向擋板，將其分為導(dǎo)流通道和漿液分離區(qū)；漿液分離區(qū)下部為催化劑沉降室、中上部為過濾室，在過濾室中裝有過濾組件，過濾組件設(shè)有清液出口 ；催化劑沉降室底部通過連接管與冷卻器連接，在連接管的上部設(shè)有催化劑卸出口，下部設(shè)有催化劑加入口 ；冷卻器與上升管是一體式的，與上升管底部相連、上升管下部設(shè)有液相原料入口和氣相原料入口 ；上升管內(nèi)部為反應(yīng)室，反應(yīng)室底部設(shè)有液體進料分布器和氣體進料分布器。
[0010]本發(fā)明在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有具有冷卻功能的流體再分布器。
[0011]本發(fā)明中上升管高徑比為4/1~20/1。
[0012]所述的內(nèi)筒的高徑比為0.5/1~5/1。
[0013]所述的內(nèi)筒與上升管的殼徑比為0.5/1-0.95/1。
[0014]所述的內(nèi)筒與上升管的高度比為0.1/1-0.3/1。
[0015]所述的分離區(qū)筒體內(nèi)徑與上升管內(nèi)徑比為1.2/1~2/1。
[0016]所述的分離區(qū)筒體高度與上升管高度比為0.1/1-0.5/1。
[0017]所述的導(dǎo)流通道與漿液分離區(qū)是連通的。
[0018]本發(fā)明的過濾組件為兩組或多組。
[0019]本發(fā)明催化劑沉降室底部與冷卻器連接管上設(shè)有控制閥控制催化劑漿液循環(huán)量。
[0020]本發(fā)明所述漿態(tài)床反應(yīng)器在生產(chǎn)過氧化氫的應(yīng)用中，工作液通過液相原料進料入口進入液體進料分布器，含氫氣體通過氣相原料進料入口進入氣體進料分布器，與上升管內(nèi)的漿液混合并向上運動，在加氫催化劑作用下，工作液中的蒽醌衍生物在上升管內(nèi)進行加氫反應(yīng)得到氫蒽醌；加氫反應(yīng)后物料經(jīng)過內(nèi)筒上升后，分離氣相的液固相進入導(dǎo)流通道，液固相在流速、流向和重力作用下進入催化劑沉降室；物料在催化劑劑沉降室加速進行分層，輕相物料上升到漿液分離區(qū)上部，通過過濾組件過濾，清液從清液出口排出作為氫化液；含有催化劑的漿液通過連接管進入冷卻器，通過冷卻后再次進入上升管進行反應(yīng)；經(jīng)過內(nèi)筒后氣相進入氣液分離室進行分離，氣體經(jīng)過反應(yīng)氣體出口排出反應(yīng)器；氫化液在后續(xù)氧化反應(yīng)器中與氧氣反應(yīng)得到含有過氧化氫的氧化液；氧化液經(jīng)萃取分離得到過氧化氫溶液和工作液。
[0021]加氫催化劑的卸出口設(shè)在連接管上部，加入口設(shè)在連接管下部。
[0022]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。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明在上升管上部接有殼徑縮小的內(nèi)筒，這樣縮少了內(nèi)筒的大小，提高了氫化反應(yīng)漿液在內(nèi)筒內(nèi)的流動速率；同時由于內(nèi)筒殼徑的縮小，反應(yīng)器的擴大段的殼徑同時得以縮小，這樣可節(jié)省投資。冷卻器與上升管為一體式，并且為波紋管式冷卻器，這樣既冷卻了含催化劑的循環(huán)工作液，又對含催化劑的循環(huán)工作液進行了分布作用，使循環(huán)液能均勻進入反應(yīng)室；波紋管式冷卻器的采用，克服了催化劑在冷卻器內(nèi)粘結(jié)或堵塞，可實現(xiàn)反應(yīng)器長周期運行；在反應(yīng)區(qū)設(shè)置了具有冷卻功能的再分布器，提高了流體的傳質(zhì)性能，控制反應(yīng)液溫度變化，實現(xiàn)反應(yīng)液流動均勻。這些技術(shù)方案的實施，提高了氫化效率，氫化效率達到14-16g/L氫化液。
[0024]本發(fā)明提供的制備過氧化氫的方法的氫化單元采用漿態(tài)床反應(yīng)器，連接反應(yīng)器上升管上部的內(nèi)筒將反應(yīng)液溢流到導(dǎo)流通道，反應(yīng)器上部為直徑擴大的分離區(qū)，分離區(qū)上部為氣液分離區(qū)，下部為漿液分離區(qū)，漿液分離區(qū)下部為催化劑沉降室，在中上部設(shè)有過濾組件，反應(yīng)液中大部分催化劑先在沉降室內(nèi)有效地沉降分離，大大降低過濾組件的過濾負荷，延長過濾組件的運行時間，與直接過濾相比，過濾組件運行時間可延長200-300%，降低反沖洗時間50%_70% ;同時由于將過濾組件內(nèi)置于反應(yīng)器內(nèi)，與過濾器外置相比，減少設(shè)備占地面積，同時降低了投資。
[0025]附圖說圖
圖1漿態(tài)床反應(yīng)器示意圖。
[0026]圖中:1_上升管；2_內(nèi)筒；3_擋板；4_過濾組件；5_冷卻器；6_液體進料分布器；
7-氣體進料分布器；8_沉降室與冷卻器連接管；9_上部筒體及封頭；10_反應(yīng)室；11_氣液分離室；12_導(dǎo)流通道與分離過渡室；13_催化劑沉降室；14_過濾室；15_液相原料入口 ；16-氣相原料入口 ； 17-