CN103450116B - 生产环氧丙烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产环氧丙烷的方法，主要解决现有技术中反应器存在的传热效果差、催化剂层局部易发生“飞温”现象、导致催化剂使用寿命缩短的问题。本发明通过采用一种生产环氧丙烷的方法，使用板式催化反应器，该反应器内部以固定的间隔并列地排列多块传热板，相邻两块传热板的波形板凹面与凸面对置排列，形成一组传热板，该组传热板形成的内部空间作为催化剂填充空间，所述该组传热板与相邻的另一组传热板之间形成的空隙通道作为传热介质流通空间，且相邻两组传热板交错布置，每块传热板的凸面结构为多边形，边数为2~8的技术方案较好地解决了上述问题，可用于环氧丙烷的生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产环氧丙烷的方法。
技术背景
化学工业是属于知识和资金密集型的行业。随着科学技术的发展，逐步发展为一个多行业、多品种的生产部门，出现了一大批综合利用资源和规模大型化的化工企业；化学工业也是国民经济中的重要支柱产业之一。化学反应器是化工厂的核心部分，目前95%以上的化学反应是通过催化反应器来完成的。如：双氧水法制环氧丙烷（简称HPPO法）工艺属近几年国际上刚刚进入工业化应用的节能环保型工艺技术；该技术中的双氧水与丙烯在催化剂作用下的合成反应是环氧丙烷生产过程中的核心工艺，目前该工艺的反应过程是在列管内装有钛硅分子筛催化剂列管式固定床反应器中进行的。
CN 201220569603.X涉及了一种新型焊接式板式换热器，它通过设置在正方形四角均有对称凹进缺口的波纹板片，将相邻两板片互为旋转90°，由于板束与边框弯板直接焊接，减少了内部空间，具有结构简单紧凑、节能降耗等优点；但此专利只涉及到换热器的板式结构，无法在换热板与换热板之间填充催化剂，故不能在反应器方面得到应用。
CN 200380100785.X涉及一种新型板式催化反应器，通过高效率地控制催化剂层内的温度分布，提供可期待提高反应效果及延长催化剂寿命的板式催化反应器，但此专利采用圆弧或椭圆弧的波形板结构，虽然比列管式反应器有所进步，但是仍然存在化学反应过程中的传热困难，催化剂局部易发生“飞温”现象，从而导致催化剂使用寿命缩短等问题。
本发明有针对性的解决了该问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中采用固定床列管式反应器或圆弧/椭圆弧的波形板结构反应器存在的传热效果差、催化剂层局部易发生“飞温”现象、导致催化剂使用寿命缩短的问题，提供一种新的生产环氧丙烷的方法。该方法用于环氧丙烷的生产中，具有传热效果好、“飞温”现象少、催化剂使用寿命长的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种生产环氧丙烷的方法丙烯、甲醇与助剂和双氧水充分混合后进入板式催化反应器，与钛硅分子筛催化剂接触，在反应压力以表压计为0.5～4.0MPa、反应温度为10～120℃下反应生成包括环氧丙烷的产品；其中，所述反应器内部以固定的间隔并列地排列多块传热板，相邻两块传热板的波形板凹面与凸面对置排列，形成一组传热板，该组传热板形成的内部空间作为催化剂填充空间，所述该组传热板与相邻的另一组传热板之间形成的空隙通道作为传热介质流通空间，且相邻两组传热板交错布置，每块传热板的凸面结构为多边形，边数为2~8。
上述技术方案中，优选地，所述传热板通过焊接的方式固定在反应器壁上。
上述技术方案中，优选地，所述传热介质流动方向与原料流动方向形成逆流。
上述技术方案中，优选地，所述每块传热板的凸面或凹面结构为三角形、梯形、矩形、五边形、六边形中的一种，更优选地为梯形或矩形。
上述技术方案中，优选地，所述每块传热板除了在反应器壁焊接处接触外，其它位置互不接触。
上述技术方案中，优选地，所述催化剂填充空间与传热介质流通空间通过换热板实现隔离，传热介质为水。
上述技术方案中，优选地所述助剂选自氯化锂、硝酸钠、硫酸钾、磷酸二氢铵中的至少一种；所述催化剂的TiO2：SiO2为1：7～99。
上述技术方案中，优选地所述板式催化反应器的反应压力以表压计为1.0～3.0MPa、反应温度为30～80℃。
上述技术方案中，优选地所述丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为1.5~2.5：1：1.5~2.5：8~12。
本发明涉及的高传热效率的板式催化反应器能够有效提高化学反应的传热效率，其设备传热阻力小、传热速率快，传热系数K值从现有技术的300～500 w/m2k提高1000～2000 w/m2k之间，减少“飞温”现象，防止催化剂局部过热损伤，从而将现有技术催化剂的平均使用寿命从3.0年延长到4.0年，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图。
图1中1为双氧水进料管线；2为丙烯进料管线；3为甲醇进料管线；4为助剂进料管线；5为传热介质入口管线；6为传热介质出口管线；7为环氧丙烷产品管线；8为混合器；9为静态混合器；10为板式催化反应器；11为板式催化反应器原料入口；12为板式催化反应器产物出口；13为副产物管线。
图2为本发明所述板式催化反应器的内部横向剖面结构示意图。
图2中1、2为传热板；3、4为催化剂填充空间；5为传热介质流通空间；6为传热板组。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
HPPO生产规模为10万吨/年，采用钛硅分子筛催化剂，TiO2∶SiO2为1：7。在板式催化反应器中，丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为2：1：2：10流经填满催化剂的板片间进行充分的反应。助剂为氯化锂。反应器内部以固定的间隔并列地排列多块传热板，相邻两块传热板的波形板凹面与凸面对置排列，形成一组传热板，该组传热板形成的内部空间作为催化剂填充空间，该组传热板与相邻的另一组传热板之间形成的空隙通道作为传热介质流通空间，且相邻两组传热板交错布置。每块传热板的凸面或凹面结构为梯形。循环冷却水在传热介质流通空间中与工艺物流方向逆向流动，有效的控制了反应温度，避免“飞温”现象，防止催化剂局部过热损伤。板式催化反应器的反应压力以表压计为1.8MPa，催化反应器的反应温度为65℃，反应的总传热系数K从原来的300 w/m2k提高到1000 w/m2k，催化剂的平均使用寿命延长到的3.9年。
【实施例2】
按照实施例1的方法，HPPO生产规模为20万吨/年，采用钛硅分子筛催化剂，TiO2∶SiO2为1：10，助剂为硝酸钠。丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为2：1：2：10，板式催化反应器的反应压力以表压计为1.1MPa，催化反应器的反应温度为55℃，反应的总传热系数K从原来的300 w/m2k提高到1200 w/m2k，催化剂的平均使用寿命延长到3.9年。
【实施例3】
按照实施例2的方法，钛硅分子筛催化剂的TiO2∶SiO2为1：20，助剂为硫酸钾。丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为2：1：2：10，板式催化反应器的反应压力以表压计为3.0MPa，催化反应器的反应温度为80℃，反应的总传热系数K从原来的400 w/m2k提高到1500 w/m2k，催化剂的平均使用寿命延长到4.0年。
【实施例4】
按照实施例2的方法，钛硅分子筛催化剂的TiO2∶SiO2为1：40，助剂为磷酸二氢铵。丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为2：1：2：10，板式催化反应器的反应压力以表压计为4.0MPa，催化反应器的反应温度为120℃，反应的总传热系数K从原来的400 w/m2k提高到1600 w/m2k，催化剂的平均使用寿命延长到4.1年。
【实施例5】
按照实施例2的方法，钛硅分子筛催化剂的TiO2∶SiO2为1：80，助剂为氯化锂、硝酸钠。丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为2.5：1：2.5：12，板式催化反应器的反应压力以表压计为0.5MPa，催化反应器的反应温度为10℃，反应的总传热系数K从原来的500 w/m2k提高到1800 w/m2k，催化剂的平均使用寿命延长到4.1年。
【实施例6】
按照实施例2的方法，钛硅分子筛催化剂的TiO2∶SiO2为1：99，助剂为硫酸钾、磷酸二氢铵。丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为1.5：1：1.5：8，板式催化反应器的反应压力以表压计为1.0MPa，催化反应器的反应温度为30℃，反应的总传热系数K从原来的500 w/m2k提高到2000 w/m2k，催化剂的平均使用寿命延长到4.1年。
【比较例1】
按照实施例1所述的条件，由于HPPO工业装置对催化剂装填的特殊要求，无法使用圆弧或椭圆弧的波形板结构反应器。HPPO装置采用固定床列管式反应器，其催化剂的平均使用寿命为3.0年。
Claims (8)
1.一种生产环氧丙烷的方法，丙烯、甲醇与助剂和双氧水充分混合后进入板式催化反应器，与钛硅分子筛催化剂接触，在反应压力以表压计为0.5～4.0MPa、反应温度为10～120℃下反应生成包括环氧丙烷的产品；其中，所述反应器内部以固定的间隔并列地排列多块传热板，相邻两块传热板的波形板凹面与凸面对置排列，形成一组传热板，该组传热板形成的内部空间作为催化剂填充空间，所述该组传热板与相邻的另一组传热板之间形成的空隙通道作为传热介质流通空间，且相邻两组传热板交错布置，每块传热板的凸面结构为多边形，边数为2～8，每块传热板除了在反应器壁焊接处接触外，其它位置互不接触，所述每块传热板的凸面结构或凹面为三角形、梯形、矩形、五边形、六边形中的一种；所述助剂选自氯化锂、硝酸钠、硫酸钾、磷酸二氢铵中的至少一种。
2.根据权利要求1所述板式生产环氧丙烷的方法，其特征在于所述传热板通过焊接的方式固定在反应器壁上。
3.根据权利要求1所述板式生产环氧丙烷的方法，其特征在于所述传热介质流动方向与原料流动方向形成逆流。
4.根据权利要求1所述板式生产环氧丙烷的方法，其特征在于所述每块传热板的凸面或凹面结构为梯形或矩形。
5.根据权利要求1所述板式生产环氧丙烷的方法，其特征在于所述催化剂填充空间与传热介质流通空间通过换热板实现隔离，传热介质为水。
6.根据权利要求1所述板式生产环氧丙烷的方法，其特征在于所述催化剂的TiO2：SiO2为1：7～99。
7.根据权利要求1所述板式生产环氧丙烷的方法，其特征在于所述板式催化反应器的反应压力以表压计为1.0～3.0MPa、反应温度为30～80℃。
8.根据权利要求1所述板式生产环氧丙烷的方法，其特征在于所述丙烯、双氧水、助剂、甲醇的摩尔比为1.5～2.5：1：1.5～2.5：8～12。
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