CN102500284B - 一种制备丙酮肟的装置及方法 - Google Patents

一种制备丙酮肟的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属化工技术领域，涉及一种制备丙酮肟的装置及方法，它以丙酮、叔丁醇、水、氨水和过氧化氢为原料，以整体式TS-1分子筛为催化剂(整体式钛硅分子筛为催化剂)，以液固相丙酮氨氧化反应合成丙酮肟。本发明装置包括包括冷凝器、整体反应器、外循环泵；在整体反应器中装载有圆台状堇青石为载体合成的整体式TS-1催化剂(整体式钛硅分子筛为催化剂)来制备丙酮肟，该装置中使用的圆台状堇青石载体，可有效的避免壁流现象，从而大大提高催化剂的活性和反应器的催化效率，本发明还可以解决传统粉末催化剂难以回收的问题，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种制备丙酮肟的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种制备丙酮肟的装置及方法，属于化工技术领域。
背景技术
丙酮肟别名二甲基酮肟，是一种性能优良的抗氧化剂、具有低毒性、环境友好及高还原性等特点，可作为一类重要的添加剂用于火力发电厂锅炉酸洗后钝化液及运行水中，可替代具有强毒性的N2H4用作锅炉的除氧剂和缓蚀剂，也可作为有机合成中间体，是一种重要的化工原料。
其传统的生产工艺一般采用羟胺(硫酸羟胺或盐酸羟胺)、丙酮和氨水反应合成丙酮肟，这些工艺一般采用浆态床反应器，该方法存在工艺复杂、副产品多、生产效率低、环境污染严重等缺点。而目前研究的TS-1分子筛催化丙酮氨氧化生成丙酮肟的反应是一种环境友好的催化过程，具有工艺流程短、生产效率高、反应条件温和等优点。据南京工业，大学学报(自然科学版)，2009，31(4)，74-78报道，采用了逐级优化的单因素实验研究了钛硅分子筛催化丙酮氨氧化反应条件优化，丙酮转化率可达95％，丙酮肟选择性为98％。而化学推进剂与高分子材料，2011，9(2)，67-69报道，以钛硅分子筛为催化剂，过氧化氢和丙酮为原料，催化氨氧化合成丙酮肟，丙酮肟产率＞80％，若采用氮气对反应釜进行气体置换，可以提高丙酮肟产率，产率可达85％以上。CN1556096A公开了一种丙酮或丁酮氧化生产丙酮肟或丁酮肟的工艺，将丙酮或丁酮溶于异丙醇或叔丁醇中，再加入TS-1催化剂及氨水，反应制得丙酮肟或丁酮肟，丙酮或丁酮转化率达99％以上，丙酮肟或丁酮肟的选择性可达96％以上。
在上述已公开的报道与专利中，TS-1分子筛催化丙酮氨氧化合成丙酮肟的反应都是采用传统的粉末TS-1分子筛在浆态床中进行，虽然有较好的催化活性，但存在催化剂难以分离回收的问题，使得床层压降较高，这些问题在大规模的实际应用中会堵塞催化剂活性位甚至堵塞反应器，会严重影响催化剂的活性和寿命。而整体式TS-1催化剂可以有效解决这些问题，目前在肟化反应中还没有涉及到这种TS-1催化剂及反应装置。本专利在上述文献报道的基础上，介绍了一种整体式TS-1催化剂制备丙酮肟的反应装置及工艺。
发明内容
本发明针对目前粉末TS-1分子筛催化丙酮氨氧化合成丙酮肟研究中催化剂难以分离回收的问题而提供一种制备丙酮肟的装置及方法，它具有工艺流程短、结构简单、易于安装、实用性强等特点。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种制备丙酮肟的装置，它包括：冷凝器、整体反应器、外循环泵，所述整体反应器的上端与冷凝器的下端连接，所述整体反应器的下端分两个支路，一个支路与取样口相连，一个支路与外循环泵入口相连。
所述冷凝器，在冷凝器的左下侧设有冷却水入口，在冷凝器的顶部设有排气口，在冷凝器的右上侧设有冷却水出口，所述冷凝器的下端与整体反应器的上端相连。
所述整体反应器，其外壳为圆筒状，由不锈钢材质制成，所述整体反应器内部从上到下依次设有喷头、填料层、第一筛板、反应段、第二筛板和储液区；在整体反应器的外部设有加热装置和原料入口，所述原料入口在加热装置的下方和储液区的上侧部；所述加热装置位于反应段的外部。
所述喷头位于整体反应器的上中部，其另一端固定于整体反应器的左上侧，并与外循环泵的出口相连。
所述填料层位于喷头与第一筛板中间，由拉西环或球形填料构成。
所述第一筛板位于填料层和反应段之间；所述第二筛板位于反应段和储液区之间。
所述反应段位于第一筛板和第二筛板之间，所述反应段内填充有3～10块圆台状堇青石蜂窝陶瓷；所述堇青石蜂窝陶瓷以纵向叠加方式放置；所述堇青石蜂窝陶瓷的上底半径为r，下底半径为R，高为H，其r∶R∶H为1～1.33∶1∶2.5～3，单位：m；所述堇青石蜂窝陶瓷由若干正三角形或圆形直通孔道构成，正三角形边长或圆孔直径为0.5-2mm；在所述的堇青石蜂窝陶瓷的多通道壁上或内部涂覆活性组分TS-1分子筛后构成整体式TS-1催化剂，即在所述的堇青石蜂窝陶瓷上，涂覆活性组分钛硅分子筛后构成整体式钛硅分子筛催化剂，活性组分TS-1分子筛的涂敷量为载体堇青石蜂窝陶瓷质量的10～15％。
所述外循环泵的入口与储液区的出口相连，外循环泵的出口与喷头相连。
所述装置制备丙酮肟的方法，它包括如下步骤：
首先用蠕动泵将原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和过氧化氢按摩尔比为1∶(1～3)∶(1～5)∶(1～2.4)∶(0.8～1.6)的比例由原料入口输送至储液区，之后，开启外循环泵，用外循环泵将原料液输送至整体反应器的喷头，其液体空速为0.2h-1～0.7h-1，开启加热装置加热至60～80℃，使原料液经填料层、反应段，并在反应段合成目的产物丙酮肟，丙酮肟和未反应的原料液再流入储液区，如此循环反应，在反应过程中形成的蒸气在冷凝器中冷却回流到整体反应器内继续反应，反应所生成的氢气由冷凝器的排气口排出，反应0.5～4h后，打开阀门一，由取样口取样进行分析。
本发明与现有技术相比具有的有益效果为：
①本发明可采用间歇循环操作，可以有效的提高反应的转化率和选择性。
②本发明适用于整体式催化剂，可以有效利用催化活性组分，减少催化剂的磨损及流失，提高反应的催化效率，也可解决催化剂难以回收的问题。
③本发明采用整体式TS-1催化剂，用于丙酮氨氧化反应，反应液以平推流形式流经反应段，使液固相可以充分接触，有利于反应的进行。
本发明的反应装置中使用圆台装的载体，可避免反应过程中的壁流问题。
总之，本发明提供了一种工艺流程短、结构简单、易于安装、实用性强的装置及工艺，该发明即可解决传统粉末催化剂的分离回收问题，也可解决其他液固相整体装置中的壁流问题，因此有很好应用价值。
附图说明
图1是本发明制备丙酮肟的装置示意图。
图2是为堇青石蜂窝陶瓷的横向俯视图。
图3是为堇青石蜂窝陶瓷的纵向剖面图。
图中各部件说明：
1冷凝器；2进水口；3排气口；4排水口；5喷头；6填料层；7第一筛板；8反应段；9加热装置；10整体反应器；11原料入口；12第二筛板；13储液区；14取样口；15阀门一；16循环泵
具体实施方式
下面对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2、图3，一种制备丙酮肟的装置，它包括：冷凝器1、整体反应器10、外循环泵16，所述整体反应器10的上端与冷凝器1的下端连接，所述整体反应器10的下端分两个支路，一个支路与取样口14相连，一个支路与外循环泵16入口相连。
所述冷凝器1，在冷凝器1的左下侧设有冷却水入口2，在冷凝器1的顶部设有排气口3，在冷凝器1的右上侧设有冷却水出口4，所述冷凝器1的下端与整体反应器10的上端相连。
所述整体反应器10，其外壳为圆筒状，由不锈钢材质制成；所述整体反应器10内部从上到下依次设有喷头5，填料层6，第一筛板7，反应段8，第二筛板12和储液区13；在整体反应器10的外部设有加热装置9和原料入口11，所述原料入口11在加热装置9的下方、储液区13的上侧部；所述加热装置9位于反应段8的外部。
所述喷头5位于整体反应器10的上中部，其另一端固定于整体反应器10的左上侧，并与外循环泵16的出口相连。
所述填料层6位于喷头5与第一筛板7中间，由拉西环或球形填料构成。
所述第一筛板7位于填料层6和反应段8之间；所述第二筛板12位于反应段8和储液区13之间。
所述反应段8位于第一筛板7和第二筛板12之间，填充有3～10块圆台状堇青石蜂窝陶瓷；堇青石蜂窝陶瓷以纵向叠加方式放置；所述堇青石蜂窝陶瓷的上底半径为r，下底半径为R，高为H，其中r∶R∶H为1～1.33∶1∶2.5～3，单位：m；所述堇青石蜂窝陶瓷由大量的正三角形或圆形直通孔道构成，正三角形边长或圆孔直径为0.5-2mm；在所述的堇青石蜂窝陶瓷的多通道壁上或内部涂覆活性组分钛硅分子筛后构成整体式钛硅分子筛催化剂即整体式TS-1催化剂，活性组分TS-1分子筛的涂敷量为载体堇青石蜂窝陶瓷质量的10～15％。
所述外循环泵16的入口与储液区13的出口相连，外循环泵16的出口与喷头5相连。
所述装置制备丙酮肟的方法，它包括如下步骤：
首先用蠕动泵将原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和过氧化氢按摩尔比为1∶(1～3)∶(1～5)∶(1～2.4)∶(0.8～1.6)的比例由原料入口11输送至储液区13，之后，开启外循环泵16，用外循环泵16将原料液输送至整体反应器10的喷头5，其液体空速为0.2h-1～0.7h-1，开启加热装置9加热至60～80℃，使原料液经填料层6、反应段8，并在反应段8合成目的产物丙酮肟，丙酮肟和未反应的原料液再流入储液区13，如此循环反应，在反应过程中形成的蒸气在冷凝器1中冷却回流到整体反应器10内继续反应，反应所生成的氢气由冷凝器1的排气口3排出，反应0.5～4h后，打开阀门一15，由取样口14取样进行分析。
实施例1
在如图1的装置中制备丙酮肟，整体反应器10的反应段8中纵向叠放3块整体式TS-1催化剂；堇青石载体的特征为上底半径r∶下底半径R∶高H为1.5∶1∶2.5；每块整体式TS-1催化剂其有效组分TS-1分子筛的涂敷量为载体质量的12％；丙酮、叔丁醇、水、氨水和过氧化氢按摩尔比为1∶1.5∶5∶2∶1.2；液体空速为0.5h-1；反应温度为70℃；反应时间为2h。丙酮转化率为89％，丙酮肟的选择性为79％。
实施例2
在如图1的装置中制备丙酮肟，整体反应器10的反应段8中纵向叠放4块整体式TS-1催化剂；堇青石载体的特征为上底半径r∶下底半径R∶高H为1.5∶1∶2.0；每块整体式TS-1催化剂其有效组分TS-1分子筛的涂敷量为载体质量的12％；丙酮、叔丁醇、水、氨水和过氧化氢按摩尔比为1∶1.5∶5∶2∶1.2；液体空速为0.5h-1；反应温度为70℃；反应时间为2h。丙酮转化率为92％，丙酮肟的选择性为85％。
实施例3
在如图1的装置中制备丙酮肟，整体反应器10的反应段8中纵向叠放4块整体式TS-1催化剂；堇青石载体的特征为上底半径r∶下底半径R∶高H为1.5∶1∶2.0；每块整体式TS-1催化剂其有效组分TS-1分子筛的涂敷量为载体质量的10％；丙酮、叔丁醇、水、氨水和过氧化氢按摩尔比为1∶2∶3∶2.4∶1.5；液体空速为0.5h-1；反应温度为70℃；反应时间为2h。丙酮转化率为90％，丙酮肟的选择性为82％。

Claims (2)

1.一种制备丙酮肟的装置，它包括：冷凝器(1)、整体反应器(10)、外循环泵(16)，所述整体反应器(10)的上端与冷凝器(1)的下端连接，所述整体反应器(10)的下端分两个支路，一个支路与取样口(14)相连，一个支路与外循环泵(16)入口相连；
所述冷凝器(1)，在冷凝器(1)的左下侧设有冷却水入口(2)，在冷凝器(1)的顶部设有排气口(3)，在冷凝器(1)的右上侧设有冷却水出口(4)，所述冷凝器(1)的下端与整体反应器(10)的上端相连；
所述整体反应器(10)，其外壳为圆筒状，由不锈钢材质制成，所述整体反应器(10)内部从上到下依次设有喷头(5)、填料层(6)、第一筛板(7)、反应段(8)、第二筛板(12)和储液区(13)；在整体反应器(10)的外部设有加热装置(9)和原料入口(11)，所述原料入口(11)在加热装置(9)的下方和储液区(13)的上侧部；所述加热装置(9)位于反应段(8)的外部；
所述喷头(5)位于整体反应器(10)的上中部，其另一端固定于整体反应器(10)的左上侧，并与外循环泵(16)的出口相连；
所述填料层(6)位于喷头(5)与第一筛板(7)中间，由拉西环或球形填料构成；
所述第一筛板(7)位于填料层(6)和反应段(8)之间；所述第二筛板(12)位于反应段(8)和储液区(13)之间；
所述反应段(8)位于第一筛板(7)和第二筛板(12)之间，所述反应段(8)内填充有3～10块圆台状堇青石蜂窝陶瓷；所述堇青石蜂窝陶瓷以纵向叠加方式放置；所述堇青石蜂窝陶瓷的上底半径为r，下底半径为R，高为H，其r∶R∶H为1～1.33∶1∶2.5～3；所述堇青石蜂窝陶瓷由若干正三角形或圆形直通孔道构成，正三角形边长或圆孔直径为0.5-2mm；在所述的堇青石蜂窝陶瓷的多 通道壁上或内部涂覆活性组分TS-1分子筛后构成整体式TS-1催化剂，所述活性组分TS-1分子筛的涂敷量为载体堇青石蜂窝陶瓷质量的10～15％；
所述外循环泵(16)的入口与储液区(13)的出口相连，外循环泵(16)的出口与喷头(5)相连。
2.一种使用权利要求1所述装置制备丙酮肟的方法，其特征是它包括如下步骤： 
首先用蠕动泵将原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和过氧化氢按摩尔比为1∶(1～3)∶(1～5)∶(1～2.4)∶(0.8～1.6)的比例由原料入口(11)输送至储液区(13)，之后，开启外循环泵(16)，用外循环泵(16)将原料液输送至整体反应器(10)的喷头(5)，其液体空速为0.2h-1～0.7h-1，开启加热装置(9)加热至60～80℃，使原料液经填料层(6)、反应段(8)，并在反应段(8)合成目的产物丙酮肟，丙酮肟和未反应的原料液再流入储液区(13)，如此循环反应，在反应过程中形成的蒸气在冷凝器(1)中冷却回流到整体反应器(10)内继续反应，反应所生成的氢气由冷凝器(1)的排气口(3)排出，反应0.5～4h后，打开阀门一(15)，由取样口(14)取样进行分析。 
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