CN102009961A - 一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法 - Google Patents

一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于化工反应技术领域的一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法。该方法将含氧气的气相分散到含氢化蒽醌衍生物的工作液中，得到含微米级气泡的气-液混合流体，进而在气液混合液体流过延迟管道的过程中完成氧化反应。该方法可以提高氢化蒽醌衍生物的氧化效率，缩短氧化反应时间，减少氧化工作液在反应系统中的滞存量，提高氧化过程的安全性。

Description

一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法
技术领域
本发明属于化工反应技术领域，具体涉及一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法。
背景技术
过氧化氢是一种重要的工业原料，可以广泛应用于化学合成、环境保护、造纸、纺织、国防军事、电子、医药、食品和农业等行业中，充当氧化剂、漂白剂、消毒剂、聚合物引发剂和交联剂、推进剂等。蒽醌衍是当今工业上生产过氧化氢的主要方法，目前世界上98％以上的过氧化氢是采用该方法生产。含氢化蒽醌衍生物工作液的氧化过程是蒽醌法中的重要步骤。该过程对蒽醌法生产过氧化氢的经济性和安全性，都有重大影响。
目前，工业上常用的氧化过程通常用塔式设备实现。在塔式设备中所进行的氧化过程中，气泡分散尺寸大，气液两相接触面积小，气相和液相分布不均匀，导致氧化过程缓慢，物料在设备中的停留时间长，进而造成设备体积大，选择性低。所以，发展高效的蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，具有重要的经济技术价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法。该方法可以提高氢化蒽醌衍生物的氧化效率，缩短氧化反应时间，减少氧化工作液在反应系统中的滞存量，提高氧化过程的安全性。
一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(a)首先在30～80℃温度和0～1MPa(表压)压力下，将含氧气的气相分散到含氢化蒽醌衍生物的工作液中，得到含微小气泡的气-液混合流体；
(b)其次在30～80℃温度和0～1MPa(表压)压力下，将气-液混合流体以0.01～10米/秒的速度流过延迟管道以提供0.01秒～10分钟的接触反应时间；
(c)最后将延迟管道中流出的气-液混合流体经气-液分相设备分离，得到含过氧化氢的蒽醌衍生物工作液。
所述含氧气的气相为纯氧、空气或氧气和惰性气体的混合物，惰性气体包括氮气、氦气，氧气在气相中的体积分数为10％～100％。
所述的含氢化蒽醌类衍生物工作液，溶质为氢化蒽醌类衍生物，主要是氢化2-烷基蒽醌及氢化四氢2-烷基蒽醌，如氢化2-乙基蒽醌或氢化四氢2-乙基蒽醌；溶剂为蒽醌溶剂和氢蒽醌溶剂的混合物，蒽醌溶剂为C9～C11的高沸点混合芳烃或甲基萘，氢蒽醌溶剂为磷酸三辛酯或二异丁基甲醇。
所述含氢化蒽醌衍生物工作液中，氢化蒽醌类衍生物的浓度为0.01mol/L～1mol/L。
所述微小气泡的平均直径为10～1000微米。
所述分散过程包括搅拌分散过程以及以微孔膜、微孔筛板、微米级通道为分散介质的分散过程。
本发明的有益效果：
本发明所提供的方法中，将含氧气的气相分散在含氢化蒽醌衍生物的工作液中，气相的分散状态为微米级尺寸的气泡，在这种分散状态下，与传统气-液传质设备中毫米或厘米级气泡的分散状态相比，比表面积要增加100～1000倍，同时气相和液相分别具有更均一的分布状态，有利于气液非均相氧化过程以可控的方式快速进行。
本发明通过上述方法在进行含氢化蒽醌衍生物的工作液的氧化过程中，气-液两相接触面积大，反应时间短，可减小设备体积。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详述：
实施例1：
首先，将甲基萘和二异丁基甲醇混合配制溶液，其中，二异丁基甲醇体积分数为35％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌及氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.05mol/L，氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.05mol/L。在温度为60℃，压力为200kPa(表压)的条件下，使总量为0.5mol的空气以微孔膜为分散介质通入800mL的工作液中，到气泡平均直径为200微米的气-液混合流体。然后，在温度为60℃，压力为200kPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以2.1米/秒的流速在延迟管道中流动反应24秒，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.04mol/L。
实施例2：
首先，将邻三甲苯和二异丁基甲醇混合配制溶液，其中，二异丁基甲醇体积分数为32％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌及氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.1mol/L，氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.4mol/L。在温度为40℃，压力为300kPa(表压)的条件下，使总量为0.02mol的氧气通过搅拌分散在40mL的工作液中，到气泡平均直径为1000微米的气-液混合流体。然后，在温度为40℃，压力为300kPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以1.2米/秒的流速在延迟管道中流动反应0.01秒，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.08mol/L。
实施例3：
首先，将甲基萘和二异丁基甲醇混合配制溶液，其中，二异丁基甲醇体积分数为31％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.3mol/L。在温度为40℃，压力为600kPa(表压)的条件下，使总量为0.05mol的氧气和氮气的混合气体以微米级通道为分散介质通入10mL的工作液中，到气泡平均直径为1000微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为10％。然后，在温度为40℃，压力为600kPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以0.5米/秒的流速在延迟管道中流动反应40秒，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.12mol/L。
实施例4：
首先，将间三甲苯和二异丁基甲醇混合配制溶液，其中，二异丁基甲醇体积分数为29％，得到溶剂，将氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.4mol/L。在温度为30℃，压力为300kPa(表压)的条件下，使总量为0.05mol的氧气和氮气的混合气体以微孔筛板为分散介质通入50mL的工作液中，到气泡平均直径为200微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为50％。然后，在温度为30℃，压力为300kPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以10米/秒的流速在延迟管道中流动反应30秒，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.26mol/L。
实施例5：
首先，将邻三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯体积分数为30％，得到溶剂，将氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.1mol/L。在温度为30℃，压力为500kPa(表压)的条件下，使总量为0.02mol的氧气和氮气的混合气体以微孔膜为分散介质通入20mL的工作液中，到气泡平均直径为100微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为75％。然后，在温度为30℃，压力为500kPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以0.01米/秒的流速在延迟管道中流动反应10分钟，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.08mol/L。
实施例6：
首先，将间三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯体积分数为25％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.01mol/L。在温度为30℃，压力为500kPa(表压)的条件下，使总量为0.01mol的氧气和氮气的混合气体以微孔膜为分散介质通入40mL的工作液中，到气泡平均直径为10微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为80％。然后，在温度为30℃，压力为500kPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以0.1米/秒的流速在延迟管道中流动反应15秒，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.008mol/L。
实施例7：
首先，将对三甲苯和二异丁基甲醇混合配制溶液，其中，二异丁基甲醇体积分数为30％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌及氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.5mol/L，氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.5mol/L。在温度为80℃，压力为1MPa(表压)的条件下，使总量为0.07mol的氧气和氮气的混合气体以微孔膜为分散介质通入50mL的工作液中，到气泡平均直径为120微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为75％。然后，在温度为80℃，压力为1MPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以0.5米/秒的流速在延迟管道中流动反应50秒，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.6mol/L。
实施例8：
首先，将邻三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯体积分数为24％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌及氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.2mol/L，氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.1mol/L。在温度为80℃，压力为1MPa(表压)的条件下，使总量为0.3mol的氧气和氦气的混合气体以微孔膜为分散介质通入50mL的工作液中，到气泡平均直径为800微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为10％。然后，在温度为80℃，压力为1MPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以3米/秒的流速在延迟管道中流动反应2分钟，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.14mol/L。
实施例9：
首先，将对三甲苯和二异丁基甲醇混合配制溶液，其中，二异丁基甲醇体积分数为27％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌及氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.2mol/L，氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.1mol/L。在温度为50℃，压力为0(表压)的条件下，使总量为0.05mol的氧气和氮气的混合气体以微孔筛板为分散介质通入100mL的工作液中，到气泡平均直径为200微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为60％。然后，在温度为50℃，压力为0(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以1米/秒的流速在延迟管道中流动反应5分钟，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.17mol/L。
实施例10：
首先，将间三甲苯和磷酸三辛酯混合配制溶液，其中，磷酸三辛酯体积分数为22％，得到溶剂，将氢化2-乙基蒽醌及氢化四氢2-乙基蒽醌作为溶质与溶剂混合，配制溶液，得到工作液，其中氢化2-乙基蒽醌浓度为0.3mol/L，氢化四氢2-乙基蒽醌浓度为0.3mol/L。在温度为50℃，压力为200kPa(表压)的条件下，使总量为0.3mol的氧气和氩气的混合气体以微孔膜为分散介质通入200mL的工作液中，到气泡平均直径为130微米的气-液混合流体，其中氧气的体积分数为40％。然后，在温度为50℃，压力为200kPa(表压)的条件下，令得到的气-液混合流体以5米/秒的流速在延迟管道中流动反应1.5分钟，得到反应后的气-液混合流体。最后，在气-液分相装置中，将反应后的气-液混合流体分离，得到液相产物氧化工作液。
氧化产物的总浓度为0.5mol/L。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理利精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于，按如下步骤进行：
(a)首先在30～80℃温度和0～1MPa(表压)压力下，将含氧气的气相分散到含氢化蒽醌衍生物的工作液中，得到含微小气泡的气-液混合流体；
(b)其次在30～80℃温度和0～1MPa(表压)压力下，将气-液混合流体以0.01～10米/秒的速度流过延迟管道以提供0.01秒～10分钟的接触反应时间；
(c)最后将延迟管道中流出的气-液混合流体经气-液分相设备分离，得到含过氧化氢的蒽醌衍生物工作液。
2.根据权利要求1所述的一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于：步骤(a)所述含氧气的气相为纯氧气、空气或氧气和惰性气体的混合物，惰性气体包括氮气、氦气，氧气在气相中的体积分数为10％～100％。
3.根据权利要求1所述的一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于：步骤(a)所述的含氢化蒽醌类衍生物工作液，溶质为氢化蒽醌类衍生物，主要是氢化2-烷基蒽醌及氢化四氢2-烷基蒽醌，如氢化2-乙基蒽醌、氢化四氢2-乙基蒽醌等。
4.根据权利要求1所述的一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于：步骤(a)中所述含蒽醌衍生物工作液中，溶剂为蒽醌溶剂和氢蒽醌溶剂的混合物，蒽醌溶剂为C9～C11的高沸点混合芳烃或甲基萘，氢蒽醌溶剂为磷酸三辛酯或二异丁基甲醇。
5.根据权利要求1所述的一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于：步骤(a)中所述含蒽醌衍生物工作液中，氢化蒽醌类衍生物的浓度为0.01mol/L～1mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于：步骤(a)中所述的分散过程包括搅拌分散过程以及以微孔膜、微孔筛板、微米级通道为分散介质的分散过程。
7.根据权利要求1所述的一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，其特征在于：步骤(a)中所述微小气泡的平均直径为10～1000微米。
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