CN104549065B - 一种浆态床环流反应器及应用和一种生产过氧化氢的方法 - Google Patents

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Abstract

一种浆态床环流反应器及应用和一种生产过氧化氢的方法，所述的浆态床环流反应器包括上升管、上升管上部管径扩大的扩大段和固液分离器，所述的扩大段连通固液分离器上部，所述的固液分离器底部与上升管底部连通；所述的扩大段内设置双套筒结构的三相分离器，所述的上升管底部设有原料入口，所述的扩大段顶部设有气体出口，所述的固液分离器内设置过滤组件，所述的固液分离器上部经过滤组件设置清液出口。采用该浆态床环流反应器作为加氢反应器生产过氧化氢的方法中气液固三相分离效率高，避免了催化剂局部过度加氢，降低了过度加氢的可能性，氢效高，可以得到较高浓度的过氧化氢产品。

Description

一种浆态床环流反应器及应用和一种生产过氧化氢的方法
技术领域
本发明涉及一种浆态床环流反应器及其应用方法，更具体地说，涉及一种适用于蒽醌法生产过氧化氢工艺中氢化过程的浆态床反应器和一种生产过氧化氢的方法。
背景技术
过氧化氢是一种重要的无机化工原料，它广泛应用于造纸、纺织、化学品合成、军工、电子、食品加工、医药、化妆品、环境保护、冶金等诸多领域。过氧化氢分解后产生水和氧气，对环境无二次污染，是一种绿色化学品。目前国内外普遍采用蒽醌法进行过氧化氢的生产。蒽醌法生产过氧化氢是以蒽醌衍生物作为工作载体，在催化剂的作用下，用氢气将溶解在有机溶剂中的蒽醌衍生物氢化，生成相应的氢蒽醌。然后，氢蒽醌氧化生成过氧化氢和蒽醌衍生物。最后，用水萃取有机溶剂中的过氧化氢得到一定浓度的过氧化氢水溶液作为产品，含有蒽醌衍生物和有机溶剂的工作液则被循环使用。其中，蒽醌氢化过程的效率直接决定过氧化氢的产量和浓度，对整个过氧化氢的生产具有决定意义。目前国内在蒽醌氢化过程中最常用的是下流式固定床反应器，即滴流床反应器，但是固定床反应器存在催化剂利用效率低、反应选择性低、床层内温度分布不均匀、催化剂局部持液量大和工作液降解严重的问题。采用固定床反应器进行氢化过程，氢效一般仅为6～7g/L氢化液。而采用气液并流向上运动的反应器是进行蒽醌衍生物氢化过程的最佳选择。此类反应器包括管式悬浮床反应器、鼓泡床反应器和浆态床反应器。在气液两相并流向上流动的过程中，工作液和氢蒽醌混合溶液作为连续相，而氢气（或氢气与惰性气体混合气）作为分散相，既可以提高工作液的处理量和催化剂的利用率，增加蒽醌转化率，又克服了固定床催化剂床层局部持液量大，温度分布不均造成的工作液降解的问题。国外新建的大型过氧化氢生产装置一般采用上流式流化床进行氢化反应，氢效一般可达12g/L氢化液以上。
US4428923公开了一种蒽醌法生产过氧化氢的管式悬浮床氢化反应器系统，反应器成迂回管体系,水平管和垂直管之间由弯头连接,各段管具有相同的通称直径。管外有套管供加热和冷却用,氢化过程就在该反应器中进行。工作液与氢气进入氢化器之前,先经一文丘里混合器预混,催化剂随着工作液一起连续流动,工作液与氢气进行反应,在反应后经过一分离器,将催化剂与氢化液进行初步的分离;分离后还得使用一专用的氢化液过滤器将氢化液与催化剂再次分离,氢化效率为12g/L氢化液。
CN1298369A提供了一种鼓泡床反应器。反应器优选为立式鼓泡塔，反应器中至少部分的包含水力直径介于1至10mm的通孔或流道构件，通常为床层、针织物、开孔泡沫体或填料，通常为与Sulzer BX填料类似的结构，以供工作液或氢气通过。保证流道构件的侧壁粗糙度为催化剂平均粒径的0.5至5倍，工作液和气相由反应器下部一起进入反应器，在催化剂作用下进行加氢反应，反应后进入固液分离装置进行氢化液与催化剂的分离。该反应系统可以进行间歇和连续两种方式的操作，氢化效率可达15g/L氢化液以上。
CN1817838A公开了一种适用于蒽醌工作液氢化的流化床反应器。该反应器主体分为上下两部分，下部为氢化反应主体区域，上部具有扩大段结构利于气液分离，反应器内部为空塔，氢化效率可达9.9g/L氢化液。
对比上述反应器，浆态床反应器由于催化剂颗粒直径很小（一般为几十微米或者更小），消除了催化剂内扩散的影响，具有很高的反应比表面和活性，可以大大减少催化剂的用量，同时反应器内部具有更均匀的流动状态，因此具有良好的技术发展前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种浆态床环流反应器，该浆态床环流反应器适用于气液固三相浆态床反应。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种蒽醌法制过氧化氢方法，加氢效率高，从而提高过氧化氢的收率和浓度。
本发明提供的一种浆态床环流反应器，包括上升管、上升管上部管径扩大的扩大段和固液分离器，所述的扩大段连通固液分离器上部，所述的固液分离器底部与上升管底部连通；所述的扩大段内设置双套筒结构的三相分离器，所述的上升管底部设有原料入口，扩大段顶部设有气体出口，所述的固液分离器内设置过滤组件，所述的固液分离器上部经过滤组件设置清液出口。
上述浆态床环流反应器的应用方法，液相原料和/或气相原料进入浆态床环流反应器的上升管底部，与上升管内的含有催化剂颗粒的浆液混合并向上运动，同时反应得到反应产物，在上升管上部的扩大段，经三相分离器强化气液固三相分离，气体由气体出口排出，含催化剂颗粒的浆液进入固液分离器中经过滤分离其中的催化剂颗粒，分离出的清液经固液分离器上部的清液出口引出反应器，得到反应产品；未穿过过滤介质的含催化剂颗粒的浆液返回上升管底部继续反应。
本发明提供的浆态床环流反应器及其应用的有益效果为：
本发明提供的浆态床环流反应器扩大段内设置三相分离器，三相分离器的内筒和外筒使流体在扩大段内形成绕流，强化反应液体、催化剂和气体的三相分离。浆液在三相分离器和扩大段的共同作用下形成内环流，浆液中气体能充分脱除，反应器内的大部分固相留在反应器内，减轻了后续工艺的操作负担，降低了催化剂磨损的几率。经固液分离器过滤的液体产品中固体颗粒含量较低。经过固液分离器分离后的含有较多催化剂的浊液返回反应器上升管的底部，浆液在反应器内形成的主体外环流使使大部分催化剂在反应器内循环流动，提高了上升管底部催化剂的浓度，使浆液的浓度和温度分布更均匀，催化剂和气体分布更均匀，提高了催化剂的利用率，提高反应效率。本发明提供的浆态床环流反应器可避免反应器内存在流动死区和热点，降低催化剂磨损几率，有效延长操作周期。作为蒽醌法制备过氧化氢的加氢反应器，可有效降低工作液过度氢化的几率。
一种制备过氧化氢的方法，采用上述的浆态床环流反应器，工作液和含氢气体进入浆态床环流反应器的上升管底部，与上升管内的浆液混合并向上运动，在加氢催化剂存在下，工作液中的蒽醌衍生物加氢反应得到氢蒽醌，在反应器上部的扩大段，经三相分离器改变流体流动方向进行内循环流动，强化三相分离，气体由气体出口排出，浆液进入固液分离器内进一步过滤分离其中的加氢催化剂颗粒，分离出的液相经固液分离器的清液出口排出作为氢化液；氢化液在氧化反应器中与氧气反应得到含有过氧化氢的氧化液；氧化液经萃取分离得到过氧化氢溶液和工作液。
本发明提供的方法中，所述的浆态床环流反应器中的反应温度为35～80℃、优选55～75℃；反应压力为0.1～0.5MPa、优选0.2～0.3MPa。
本发明提供的制备过氧化氢的方法的有益效果为：
本发明提供的制备过氧化氢的方法的氢化单元采用带有三相分离器的浆态床环流反应器，在反应器上部的扩大段形成了浆液的内环流，强化了三相分离，避免了浆液中夹带的气泡给后续操作带来不良影响。同时大部分催化剂颗粒从扩大段返回到上升管内，降低了进入固液分离器过滤组件中催化剂颗粒的量，降低了固液分离器的负荷。经过固液分离器分离后的含有较多催化剂的浊液返回反应器上升管的底部，使浆液在反应器内形成稳定的外循环流动，反应器内催化剂浓度、工作液浓度和温度分布均匀，抑制工作液局部过度加氢，有效的提高了氢效，进而提高了再经氧化、萃取操作后过氧化氢产品的浓度。本发明提供的方法可有效延长浆态床氢化反应器的操作周期，降低催化剂磨损几率，减轻后续工艺设备压力，提高固液分离通量和精度，最终提高工作液的加氢效率。
附图说明
图1为本发明提供的浆态床反应装置的流程示意图。
图2为本发明提供的浆态床反应装置另一种实施方式流程示意图。
图3为水力离心器的结构示意图。
图4、水力离心器的另一种实施方式的结构示意图。
其中：1-上升管；2-扩大段；3-固液分离器与上升管底部连接管；4-三相分离器内筒；5-三相分离器外筒；6-水力离心器；7、8-流体分布器；9-固体催化剂颗粒；10-固液分离器；11-过滤组件；12-二级过滤器；13-气泡；14-液相原料入口；15-气体出口；16-清液出口；17-催化剂加入口；18-催化剂卸出口；19、20-管线；21-水力离心器与三相分离器连接管；22-水力离心器流体导流通道；13-气相原料入口。
具体实施方式
以下详细说明本发明的具体实施方式：
本发明提供的一种浆态床环流反应器，包括上升管、上升管上部管径扩大的扩大段和固液分离器，所述的扩大段连通固液分离器上部，所述的固液分离器底部与上升管底部连通；所述的扩大段内设置双套筒结构的三相分离器，所述的上升管底部设有原料入口，所述的扩大段顶部设有气体出口，所述的固液分离器内设置过滤组件，所述的固液分离器上部经过滤组件设置清液出口。
优选地，所述的三相分离器为双套筒结构，其中，外筒与上升管的直径比为1.2～5：1、更优选2～4：1；所述的内筒与上升管的直径之比为0.5～1：1。
优选地，所述的扩大段与上升管下部的直径比为1～6：1、优选2～3：1；所述的扩大段与上升管的高度比为：0.1～0.5：1、优选0.2～0.3：1。
优选地，所述的固液分离器与上升管的直径比为1～20：1、更优选4～8。所述的固液分离器为1个或多个。
本发明提供的浆态床环流反应器中，所述上升管的底部设有原料入口，所述原料入口可以是一个，也可以分别设置气相进料口和液相进料口。优选地，所述的上升管底部设置流体分布器，与原料入口连通。所述的流体分布器可以是一个，气相进料和液相进料可以经混合后共用一个流体分布器。也可以分别设置气相流体分布器和液相流体分布器。当所述的原料入口分别为气相进料口和液相进料口时，在气相进料口和液相进料口处分别设置气体流体分布器和液体流体分布器。气相进料和液相进料通过独立的气相分布器和液相分布器分别进入反应器。
优选地，所述流体分布器位置低于上升管下部与固液分离器下部连接处。更优选所述的流体分布器的开孔方向朝向上升管底部，以借助流体的冲刷作用防止固体颗粒沉积在反应器底部。
优选地，所述的浆态床反应器还包括二级过滤器，所述的固液分离器清液出口连通二级过滤器，所述的固液分离器清液出口连通二级过滤器。
优选地，所述的固液分离器下部或固液分离器与上升管底部的连接管线上设置催化剂卸出口。所述的固液分离器与上升管底部的连接管线上或上升管底部设置催化剂加入口。所述的催化剂入口设置在催化剂卸出口下游。由于反应过程不可避免的会造成一部分催化剂的磨损和失活，本发明提供的浆态床反应器能比较容易的引入新鲜催化剂，取出失活的催化剂，而不需要停工，大大延长了整个装置的操作周期。
本发明提供的方法中，三相分离器中，所述的外筒可以是直径均一的，也可以是一段或多段由上至下直径缩小的圆筒组成。优选地，所述的三相分离器的外筒为由上至下直径缩小的一段或多段圆筒组成，当采用多段圆筒组合结构时，两段圆筒之间通过倒锥形结构连接。更优选，所述的外筒为由上至下直径比为1.2～3：1的两段圆筒组成，两段圆筒之间通过倒锥形结构连接。
优选地，所述的三相分离器上部还设置水力离心器。水力离心器包括与三相分离器内筒相连的连接管和流体导流通道。所述的流体导流通道至少2个，可以采用涡轮状或直管管道，可以是圆管，也可以是方管或其他异形管道，流体导流通道管径与三相分离器内筒的管径比为0.1～0.5：1。
本发明提供的浆态床环流反应器可用于气液固三相反应过程，例如：费托合成过程、环己酮胺肟化过程、蒽醌法制过氧化氢氢化过程等。优选地，上述的浆态床环流反应器作为蒽醌法制备过氧化氢的加氢反应反应器。
一种浆态床环流反应器的应用方法，液相原料和/或气相原料进入浆态床环流反应器的上升管底部，与上升管内的含有催化剂颗粒的浆液混合并向上运动，同时反应得到反应产物，在上升管上部的扩大段，经三相分离器强化气液固三相分离，气体由气体出口排出，含催化剂颗粒的浆液进入固液分离器中经过滤分离其中的催化剂颗粒，分离出的清液经固液分离器上部的清液出口引出反应器，得到反应产品；未穿过过滤介质的含催化剂颗粒的浆液返回上升管底部继续反应。
本发明提供的浆态床反应器及其应用的优选方案的有益效果为：扩大段内三相分离器上部设置水力离心器提高了气泡从浆相中脱除速度，改变了浆液流动方向，延长了流动路径，使气相脱除更充分。固液相分离器的清液出口之后设置二级过滤器。可实现固液相的精细分离，进一步提高分离效率。
一种制备过氧化氢的方法，采用上述的浆态床环流反应器，工作液和含氢气体进入浆态床环流反应器的上升管底部，与上升管内的浆液混合并向上运动，在加氢催化剂存在下，工作液中的蒽醌衍生物加氢反应得到氢蒽醌，在反应器上部的扩大段，经三相分离器改变流体流动方向进行内循环流动，强化三相分离，气体由气体出口排出，浆液进入固液分离器内进一步过滤分离其中的加氢催化剂颗粒，分离出的液相经固液分离器的清液出口排出作为氢化液；氢化液在氧化反应器中与氧气反应得到含有过氧化氢的氧化液；氧化液经萃取分离得到过氧化氢溶液和工作液。
本发明提供的制备过氧化氢的方法中，所述的上升管内的反应温度为35～80℃、优选55～75℃；反应压力为0.1～0.5MPa、优选0.2～0.3MPa。
本发明提供的制备过氧化氢的方法中，所述的工作液为烷基蒽醌溶于有机溶剂配制而成。可以采用现有技术中公开的工作液，一般由蒽醌衍生物、重芳烃、磷酸三辛酯等组分按一定比例混合组成。
本发明提供的制备过氧化氢的方法中，采用的催化剂为耐热无机氧化物上负载第VIII族金属的载体型催化剂。可以采用现有技术中具有加氢/脱氢性能的催化剂，优选负载第VIII族贵金属的催化剂，比如钯，催化剂平均粒径为10～500μm、优选30～100μm。
本发明提供的制备过氧化氢的方法中，所述的浆态床反应器上升管内的空塔气速为0.01～0.2m/s，优选为0.03～0.1m/s。
优选清液进入二级过滤器中过滤，所述的二级过滤器中，催化剂颗粒被过滤部件阻挡，形成滤饼，定期排出二级过滤器；经二级过滤设备过滤得到的清液为氢化液。二级过滤器可以实现固液相的精细分离，确保后续氧化操作的安全性。所述的氢化液在进入氧化反应器之前也可再经三级或四级过滤。确保进入氧化操作前，氢化液中催化剂质量分数低于5ppm。
本发明提供的方法中，二级过滤器中氢化液的空速为0.01～10hr-1，优选（0.1～1）hr-1，二级过滤器过滤压差控制在0.1～20MPa，优选0.5～10MPa。
本发明提供的制备过氧化氢的方法的优选方案的有益效果为：
过滤后的清液进入氧化塔氧化生成过氧化氢和蒽醌衍生物的混合物，经过水萃取后得到过氧化氢产品，蒽醌衍生物通过干燥和净化返回浆态床氢化反应器循环利用，过滤后的滤饼被定期排出过滤器。反应器上设置催化剂细粉和失活催化剂取出口和新鲜催化剂补充口，可以在不停工的情况下，定期向反应器内补充催化剂，延长反应器的操作周期。反应物料在反应器内的定向环流，提高了反应器内气液固各相的流动均匀性，是浓度和温度分布更均匀，避免了过度加氢的几率，大大提高了氢效，进而提高了萃取后过氧化氢产品的浓度。
三相分离器内的水力离心器改变了流体的流动方向，延长了流体的流动路径，使气相脱除更充分，也强化了固液相的分离。
以下结合附图详细说明本发明提供的浆态床环流反应器及应用和一种制备过氧化氢的方法的具体实施方式，但本发明的范围并不因此而受到任何限制。
附图1和2为本发明提供的浆态床环流反应器的流程示意图，如图1可见，浆态床环流反应器由上升管1、上升管上部管径扩大的扩大段2和固液分离器10，所述的扩大段2的上部连通固液分离器10，优选与固液分离器10中部连通，所述的固液分离器10底部与上升管1底部连通；所述的扩大段2内设置双套筒结构的三相分离器4、5，所述的上升管1底部设有原料入口14，所述的扩大段2顶部设有气体出口15，所述的固液分离器10内设置过滤组件11，所述的固液分离器10上部经过滤组件设置清液出口16。在实际应用中，本发明提供的浆态床环流反应器的高度可在3～100m范围内、一般在5～30m、优选8～20m。
所述的扩大段2内设置三相分离器，三相分离器为同轴的内筒4和外筒5组成的套筒结构。所述的外筒5顶部与扩大段2顶部有一定的间隙，间隙高度在10～500mm范围内。如附图1所示，外筒5优选为由上至下直径缩小的两段圆筒组成，两段圆筒之间通过倒锥形结构连接。所述的内筒4伸入到上升管下部的反应段中，伸入部分的长度与内筒高度比为0～0.8：1。三相分离器的内筒4顶部位置和外筒5顶部位置可以根据实际情况进行调整，优选内筒4的顶部低于外筒5的顶部，外筒5底部位置应高于内筒4底部。优选地，三相分离器上部还设置水力离心器6，所述的水力离心器6与内筒4连接，高度应低于外筒5顶部。水力离心器的最大直径一般小于外筒直径，其与内筒直径之比在1～5范围内，优选2～4范围内。
所述的固液分离器10中，过滤组件11将固液分离器10内部空间分隔为浆液区和滤液区，固液分离器10浆液区底部与上升管1底部连通，所述的固液分离器10的清液区设置清液出口16。固液分离器10的底部经连接管3与上升管1的底部连通，所述的连接管3上设有催化剂排出口18，用于排出磨损的催化剂细粉和失活的催化剂；所述的固液分离器底部连接管3上还设有催化剂加入口17，为了保证反应器内催化剂的活性，定期进行新鲜催化剂的补充。所述的催化剂加入口17设置在催化剂卸出口18下游。固液分离器清液区的清液出口16连通二级过滤器12。二级过滤器中设置过滤组件，对来自浆态床反应器的清液进一步过滤。
附图2为本发明提供的浆态床环流反应器的另一种实施方式流程示意图，与附图1不同的是，所述的外筒5为直径均一的圆筒。所述的内筒4与上升管的直径相同，内筒4下部开口可以位于扩大段内。上升管底部分别设置液相原料入口14和液体分布器8，以及气体原料入口23和气体分布器7。另外催化剂加入口设置在上升管底部。
附图3、4为水力离心器的结构示意图，如附图3、4所示，水力离心器6由与内筒的连接管21和流体导流通道22组成，流体导流通道22至少有两个，可以是多个，流体导流通道22可以是涡轮状管道（见附图3），也可以是直管（见附图4），管道可以是圆管，也可以是方管或其他异形管道。
以下参照附图1，说明本发明提供的浆态床环流反应器作为蒽醌法生产过氧化氢工艺的加氢反应器的应用方法。由图1可见，氢气和氮气的混合气和蒽醌衍生物工作液在反应器外完成预混和后经流体分布器7进入上升管1，反应物流先向下流动冲刷上升管1的底部，随后改变流动方向沿上升管1向上流动，与来自固液分离器的富含加氢催化剂颗粒9的循环氢化液混和，含有气泡8的混合浆液沿上升管1向上流动，工作液中的蒽醌衍生物与氢气反应生成氢蒽醌，反应操作条件为：反应温度35～80℃，优选55～75℃；反应压力0.1～0.5MPa，优选0.2～0.3MPa。反应物流在上升管内进行反应之后，进入扩大段2内。
浆液经过三相分离器的内筒4进入水力离心器6，并从水力离心器流体导流通道流出，流体的流动方向由竖直向上改变为水平切向运动。由于密度的不同，大量混合气泡8继续向反应器顶部流动，并最终排出反应器。由于三相分离器外筒5的直径大于反应器上升管1的直径，含少量气泡8的浆液在改变流动方向后在三相分离器外筒5内的流速下降，所含气泡8脱离浆液向上运动至反应器顶部排出。脱气后的浆相沿内筒4与外筒5之间的环隙向下运动，流经外筒5底部，由于浆相的运动速度很低，大量催化剂颗粒9沉降后，沿三相分离器内筒4与反应器上升管1之间的环隙流回反应器上升管1。含有少量催化剂9的浆液沿三相分离器外筒5与反应器扩大段2之间的环隙向上流动。由于此时浆相的流动速度较低，沉降作用显著，催化剂颗粒9和反应得到蒽醌氢化液进一步发生分离，催化剂颗粒9返回三相分离器外筒5底部，蒽醌氢化液进入固液分离器10。
在固液分离器10中，含微量催化剂颗粒的清液穿过过滤介质经顶部的清液出口16引出装置，富集催化剂颗粒的浆液向下流动由固液分离器10底部返回上升管1底部，继续参与加氢反应。
优选情况下，来自清液出口16的含有微量催化剂9的蒽醌氢化液清液进入二级过滤器12中进一步过滤。
由于反应过程不可避免的会造成催化剂的破碎和失活，可经固液分离器与上升管底部的连接管线上的催化剂排出口和新鲜催化剂补充口定期向取出细粉和失活催化剂，并向反应中补充新鲜催化剂，延长操作周期。
本发明供的制备过氧化氢的方法中，经二级过滤设备14过滤得到的清液为氢化液；氢化液在氧化反应器中与氧气反应得到含有过氧化氢的氧化液；氧化液在萃取塔中萃取分离得到过氧化氢溶液和工作液。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
以下通过实施例进一步说明本发明提供的浆态床环流反应器和应用方法，但并不因此而限制本发明。
实施例中的氢效测定方法：取5mL氢化液于分液漏斗中，再加入10mL的重芳烃和20mL的H2SO4溶液（H2SO4与水的体积比为1:4）；向上述混合溶液中通O2，鼓泡氧化至亮黄色或橘黄色为止（约10～15min）；用纯水洗涤萃取反应液4～5次，每次约20mL水；向萃取液中用浓度0.1mol/L的KMnO4标准溶液滴定至微红色，30s不褪色为终点。则氢效（gH2O2/L）=标准溶液浓度(0.1mol/L)×标准溶液体积(mL)×17.01/5。
所采用的催化剂为：宇瑞化学有限公司生产的钯碳催化剂Pd110，具体参数如下：贵金属含量10％±0.2％，比表面积≥950m2/g，金属表面积85～105m2/g，载体平均粒径100μm。。
工作液为：2-乙基蒽醌和溶剂按体积比1:1比例混合，溶剂由C10芳烃和磷酸三辛酯组成，二者按体积比3:1比例混合。
实施例1
实施例1说明本发明提供的浆态床反应器应用于蒽醌法制备过氧化氢的效果。
采用附图1所示的浆态床反应器，其中，反应上升管尺寸为Φ150×5000mm，扩大段尺寸为Φ450×1500mm，内筒尺寸为Φ120×2000mm，内筒伸入上升管下部长度为1000mm，外筒由两段组成，上段尺寸为Φ400×500mm，下段尺寸为Φ300×500mm。内筒顶部与水力离心器连接。在外套筒和反应器间隙处设置流体导出管线，连接固液分离器。固液分离器尺寸为Φ150×1500mm，内部装有两组高度为500mm的陶瓷膜过滤组件，设定每个过滤器压差达到0.06MPa时进行自动反冲，反冲液为过滤后反应清液。过滤后的清液进入二级过滤器，二级过滤器中安装的过滤介质为无纺布袋。
采用的水力离心器如图3所示，水力离心器流体导流通道为3个涡轮状圆管，管径为40mm，水力离心器外沿直径为200mm。
含氢气体与工作液经过预混和后，由上升管底部的流体分布器进入上升管内，与含催化剂颗粒的工作液混和后向上流动，同时氢化液中的蒽醌衍生物与氢气反应，在扩大段内气液固三相初步分离，含氢气体由反应器顶部的气体出口排出。浆液进入固液分离器中，穿过滤介质后得到的清液由清液出口排出，再引入二级过滤器，未穿过过滤介质的富含固体颗粒的氢化液经固液分离器底部返回上升管底部继续参与反应。二级过滤器中的氢化液的空速为0.3hr-1，过滤压差为0.8MPa左右，经二级过滤器过滤后，清液中的固含量小于5ppm。二级过滤器得到的氢化液进入氧化反应器，与含氧气体反应得到过氧化氢和工作液，并经萃取塔萃取后得到过氧化氢溶液。氧化反应器的操作条件为：温度为50℃，压力为0.2MPa。萃取塔的操作条件为：温度为55℃，纯水流量为12m3/h。稳定运行后的反应条件及结果见表1。
实施例2
实施例2说明本发明提供的浆态床反应器应用于蒽醌法制备过氧化氢的效果。
采用附图2所示的浆态床反应器，其中，反应上升管尺寸为Φ150×5000mm，扩大段尺寸为Φ450×2000mm，内筒尺寸为Φ150×1000mm，内筒与上升管底部连接，并开有8个孔径为10mm的圆孔，外筒尺寸为Φ400×1500mm。在外套筒和反应器间隙处设置流体导出管线，连接固液分离器。内筒顶部与水力离心器连接。固液分离器尺寸为Φ150×1500mm，内部装有两组高度为500mm的陶瓷膜过滤组件，设定每个过滤器压差达到0.06MPa时进行自动反冲，反冲液为过滤后反应清液。过滤后的清液进入二级过滤器，二级过滤器中安装的过滤介质为无纺布袋。
采用的水力离心器如图4所示，水力离心器流体导流通道为4个直方管，管径为30mm，水力离心器外沿直径为300mm。
实验方法与实施例1相同，不同的是二级过滤器中的氢化液的空速为0.5hr-1，过滤压差为0.6MPa左右，经二级过滤器过滤后，清液中的固含量为小于5ppm。稳定运行后的反应条件及结果见表1。
表1合成过氧化氢反应条件及结果
项目 实施例1 实施例2
反应温度，℃ 50 50
反应压力，Mpa 0.2 0.2
工作液进料量，m3/h 1 1
H2进料量，Nm3/h 4 4
气体表观气速，m/s 0.64 0.64
液体在固液分离器内速度，m/s 0.04 0.04
氢效，gH2O2/l 14 13.5

Claims (17)

1.一种浆态床环流反应器，其特征在于，包括上升管、上升管上部管径扩大的扩大段和固液分离器，所述的扩大段连通固液分离器上部，所述的固液分离器底部与上升管底部连通；所述的扩大段内设置双套筒结构的三相分离器，所述的上升管底部设有原料入口，所述的扩大段顶部设有气体出口，所述的固液分离器内设置过滤组件，所述的固液分离器上部经过滤组件设置清液出口；所述的三相分离器由内筒和外筒组成，其中，外筒与上升管的直径比为2～4：1，所述的内筒与上升管的直径比为0.5～1：1；所述的三相分离器的外筒为由上至下直径比为1.2-3：1的两段圆筒组成；所述的三相分离器上部还设置水力离心器。
2.按照权利要求1的反应器，其特征在于，所述的扩大段与上升管的直径比为1～6：1；所述的扩大段与上升管的高度比为0.1～0.5：1。
3.按照权利要求2的反应器，其特征在于，所述的扩大段与上升管的直径比为2～4；所述的扩大段与上升管的高度比为0.2～0.3:1。
4.按照权利要求1的反应器，其特征在于，所述的固液分离器与上升管的直径比为1～20：1。
5.按照权利要求1～4的任一反应器，其特征在于，所述的上升管底部原料入口设置流体分布器，所述流体分布器位置低于上升管下部与固液分离器下部连接处。
6.按照权利要求5的反应器，其特征在于，所述的流体分布器的开孔方向朝向上升管底部。
7.按照权利要求1～4的任一反应器，其特征在于，所述的浆态床环流反应器还包括二级过滤器，所述的固液分离器清液出口连通二级过滤器。
8.按照权利要求1～4的任一反应器，其特征在于，所述的固液分离器下部、固液分离器与上升管底部的连接管线上设置催化剂卸出口；所述的固液分离器与上升管底部的连接管线上或上升管底部设置催化剂加入口。
9.一种蒽醌法制备过氧化氢的加氢反应器，其特征在于，采用权利要 求1-8的任一反应器作为蒽醌法制备过氧化氢的加氢反应器。
10.权利要求1-8的任一浆态床环流反应器的应用方法，其特征在于，液相原料和/或气相原料进入浆态床环流反应器的上升管底部，与上升管内的含有催化剂颗粒的浆液混合并向上运动，同时反应得到反应产物，在上升管上部的扩大段，经三相分离器强化气液固三相分离，气体由气体出口排出，含催化剂颗粒的浆液进入固液分离器中经过滤分离其中的催化剂颗粒，分离出的清液经固液分离器上部的清液出口引出反应器，得到反应产品；未穿过过滤介质的含催化剂颗粒的浆液返回上升管底部继续反应。
11.一种制备过氧化氢的方法，其特征在于，采用权利要求1～8的任一种浆态床环流反应器，工作液和含氢气体进入浆态床环流反应器的上升管底部，与上升管内的浆液混合并向上运动，在加氢催化剂存在下，工作液中的蒽醌衍生物加氢反应得到氢蒽醌，在反应器上部的扩大段，经三相分离器改变流体流动方向进行内循环流动，强化三相分离，气体由气体出口排出，浆液进入固液分离器内进一步过滤分离其中的加氢催化剂颗粒，分离出的液相经固液分离器的清液出口排出作为氢化液；氢化液在氧化反应器中与氧气反应得到含有过氧化氢的氧化液；氧化液经萃取分离得到过氧化氢溶液和工作液。
12.按照权利要求11的方法，其特征在于，所述的上升管内的反应温度为35～80℃，压力为0.1～0.5MPa。
13.按照权利要求11的方法，其特征在于，所述的工作液为烷基蒽醌溶于有机溶剂配制而成。
14.按照权利要求11的方法，其特征在于，所述的催化剂为耐热无机氧化物上负载第VIII族金属的载体型催化剂。
15.按照权利要求14的方法，其特征在于，所述的催化剂平均粒径为10～500μm。
16.按照权利要求11的方法，其特征在于，所述的浆态床环流反应器 上升管内的空塔气速为0.01～0.2m/s。
17.按照权利要求11的方法，其特征在于，来自清液出口的液相再经二级过滤设备过滤得到的清液为氢化液。
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