CN104843648A

CN104843648A - 蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统

Info

Publication number: CN104843648A
Application number: CN201510294547.1A
Authority: CN
Inventors: 傅骐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2015-08-19

Abstract

本发明为一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，其特征在于：所述的加氢反应系统包括竖直连接或平行连接的氢化塔，所述的氢化塔装设置有一段催化剂层或二段催化剂层，催化剂层每段下部均设有换热器层，氢化塔的底部设有管道连接氢化液贮槽，氢化塔顶部空间设有喷头，喷头为液体工作液的进料口，距离催化剂层上部的瓷球层为0.5～1m；采用二段催化剂层时，两催化剂层之间还设有气液分布器，气液分布器距离下段催化剂层上方设置的瓷球层也为0.5～1m；喷头喷出的液体来自工作液贮槽和氢化液贮槽，采用离心泵加压进入喷头，喷头上部空间还设有氢气管道，向氢化塔内通入氢气，氢气管道环绕在喷头周围，氢气管道上开有小孔，孔口向上。

Description

蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统

技术领域

本发明涉及一种制H₂O₂的固定床加氢体系，特别是公开一种蒽醌法制取过氧化氢（H₂O₂）的固定床加氢反应系统，包括反应系统的组成、液体工作液的进料方式、H₂进料方式、催化剂装填及内置的换热器及上、下节固定床之间的连接等，实现充分利用反应系统中的催化剂，提高产能的目的。

背景技术

随着造纸、印染漂白、化学合成、环境保护和其它行业对过氧化氢需求量的不断增长，中国国内这些年的过氧化氢产量一直以极大的速度增长，每年都有多套新的生产装置建成投产。为了提高产能（即氢化效率），技术人员不断对生产装置的“硬件”（包括设备、氢化塔，氧化塔、萃取塔等）和“软件”（包括工作液，氢化催化剂，工艺条件等）进行改进，采取了使用高活性、高选择性的催化剂提高氢化效率（即氢化速度和深度）并同时降低对工作液的降解等手段。但是如何进一步提高单位生产过氧化氢工作液的生产能力，使设备在放大不多的情况下达到需要的生产能力，同时大量节省化工原材料的投资及生产中的能耗，基本上没有可实用的突破性成果。并且，随着H₂O₂生产装置规模的扩大，对于生产装置关键部位加氢反应系统的要求也越来越高。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，设计一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，使反应系统中的催化剂得到充分利用，副反应减少，使用寿命更长，提高生产装置的产能。

本发明是这样实现的：一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，其特征在于：所述的加氢反应系统包括竖直连接或平行连接的氢化塔，所述的氢化塔装设置有一段催化剂层或二段催化剂层，所述的催化剂层每段下部均设有换热器层，氢化塔的底部设有管道连接氢化液贮槽，氢化塔顶部空间设有喷头，喷头为液体工作液的进料口，距离催化剂层上部的瓷球层为0.5～1m；采用二段催化剂层时，两催化剂层之间还设有气液分布器，气液分布器距离下段催化剂层上方设置的瓷球层也为0.5～1m；所述喷头喷出的液体来自工作液贮槽和氢化液贮槽，采用离心泵加压进入喷头，喷头上部空间还设有氢气管道，向氢化塔内通入氢气，所述的氢气管道环绕在喷头周围，氢气管道上开有小孔，孔口向上。

所述的氢化塔的催化剂层装填高度为1.0～3.0m，氢化塔根据产能设置两个或两个以上，氢化塔直径小于2.75m时，设置一个喷头，氢化塔直径大于或等于2.75m时，设置两个或两个以上的喷头。

所述的换热器层采用换热效果好的格栅形，使催化剂使用温度均匀，延长催化剂使用寿命。

所述的氢气由单向阀控制进入下一节氢化塔的氢气管道，避免下一节氢气单独进气压力大于上一节时氢气压力反冲回上一节氢化塔。

氢化反应是气液固三相放热反应，在反应中三相分布均匀，反应热及时转移，有利于充分利用反应系统中的催化剂。

本发明具有如下特点：

1、一段或二段中上段的催化剂层的液体进料是通过喷头，喷头由一个或多个组成，视氢化床层（即氢化塔）的平面积而定，氢气从另外氢气管道进入；

2、每段催化剂层的下部均装有换热器，换热器面积根据液体工作液的流量和反应热而定，采用二段催化剂层时，经过换热器后的物料入下层催化剂层时候的温度与从喷头进上层催化剂层的温度接近；换热器设计为格栅形式，既能作为物料支撑，又能换热；

3、设有气液分离器，气液分离器有外置式或内置式两种，分离出的气体经单向阀与进下一节的H₂混合进入下一节的催化剂层；

4、固定床的催化剂层可设置成一段或二段，只装填一段催化剂层时液体工作液进料采用喷头形式，在采用串联成二段催化剂层的结构时，上层物料通过气液分离进入氢化液贮槽，H₂由单向阀控制和新鲜H₂共同进料至下层，液体再通过泵进喷头进固定床催化剂层；

5、本发明使用的催化剂为负载型颗粒状催化剂，催化剂主要活性成份为Pd、Pt、Ni等贵金属，载体为Al₂O₃、SiO₂、Si-Al、活性C等，催化剂形为球形、条形、异形（如三叶草、四叶草、瓷球等）。

本发明的有益效果是：本发明中气液分开进入氢化塔的催化剂层，还可根据产能需要设置多节氢化塔，每节氢化塔之间可竖直连接，也可平行连接。每个氢化塔也可只采用单段催化剂层，单段催化剂床层液体工作液的进料采用喷头进料。本发明设计的蒽醌法制H₂O₂固定床氢化体系，使催化剂可以充分利用，副反应减少，使用寿命更长，生产装置效率更高。

附图说明

图1 是本发明采用两节二段催化剂层的结构示意图。

图中：1、氢化塔； 2、催化剂层； 3、换热器层； 4、氢化液贮槽； 5、喷头； 6、瓷球层； 7、气液分布器； 8、氢气管道； 9、单向阀； 10、丝网； 11、上段出料口； 12、下段出料口； 13、人孔； 14、离心泵； 15、内置式气液分离器； 16、外置式气液分离器。

具体实施方式

根据附图，本发明一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，加氢反应系统包括竖直连接或平行连接的氢化塔1，氢化塔1装设置有一段催化剂层或二段催化剂层。

催化剂层2每段下部均设有换热器层。氢化塔1的底部设有管道连接氢化液贮槽4。氢化塔1顶部空间设有喷头5，喷头5为液体工作液的进料口，距离催化剂层2上部的瓷球层6为0.5～1m。采用二段催化剂层时，两催化剂层之间还设有气液分布器7，气液分布器7距离下段催化剂层上方设置的瓷球层也为0.5～1m。在气液固三相反应中，气液固三相均匀接触对反应性能有重要作用，这一方式正是为了达到这一目的。

喷头5喷出的液体来自工作液贮槽和氢化液贮槽4，采用离心泵14加压泵入喷头5。喷头5上部空间还设有氢气管道8，向氢化塔内通入氢气，氢气管道8环绕在喷头5周围，氢气管道8上开有小孔，孔口向上。

氢化塔1的催化剂层2装填高度为1.0～3.0m，氢化塔1根据产能设置两个或两个以上，氢化塔直径视装置生产能力及催化剂堆积密度而定，喷头数量视氢化塔直径而定，氢化塔1直径小于2.75m时，设置一个喷头5，氢化塔直径大于或等于2.75m时，设置两个或两个以上的喷头。

每段催化剂层下部的换热器面积应根据上端的催化剂层与物料反应产生的热量及所需降低的温度而定，催化剂使用是从低温到高温，前期催化剂活性高，反应温度低，末期活性低，反应温度高。而反应产生大量热量，不及时换热，使新鲜催化剂的中下段在反应初期就处于高温状态下，不利于催化剂活性的充分发挥。换热器层3采用换热效果好的格栅形，使催化剂使用温度均匀，根据需要始终在一个较窄的温度范围内，可大大延长催化剂再生周期，从而延长催化剂使用寿命。

设有气液分离器，气液分离器有外置式或内置式两种，分离出的气体经单向阀与进下一节的H₂混合进入下一节的催化剂层，即分离出的氢气与正常进下一节的氢气混合并由单向阀9控制进入下一节氢化塔的氢气管道8，再进入下一节氢化塔，避免下一节氢气单独进气压力大于上一节时氢气压力反冲回上一节氢化塔。

本发明采用物料通过气液分离的进料方式，氢气由单向阀控制进入下一节氢气管道，使下一节进去的氢气即使压力大于上一节气体的压力也不会反冲回到上一节。而液体则进入氢化液贮槽再通过离心泵打入下一节进料的喷头进入下一节上段催化剂层。由于蒽醌加氢反应是O级动力学反应，催化剂外表面越大，表面活性组份利用率越大。小颗粒催化剂外表面大，有利于活性的提高，但小颗粒催化剂物料通过产生的床阻大，现有的采用二段或二段以上催化剂层串联会产生过高阻力不利于物料的流通，所以通过本发明的设置，阻力只会产生于单段催化剂层，可使小颗粒催化剂的使用得以有效进行。

实施例1：

8万27.5%/Y装置，氢效以10g计，催化剂活性以8.88 kgH₂O₂/kg cat·d计，收率以94%计，催化剂堆积密度以0.41kg/L计。氢化系统设计如下：

氢化塔直径2.6m，催化剂层装填高度为1.8m，采用两节串联、单段催化剂层设计。单段催化剂层装填量为3.9吨。催化剂层上方安装16目丝网，丝网上装厚度为0.3m的瓷球层，瓷球层距喷头距离0.5m，喷头位于催化剂层中心轴线上，流量为295～480m³/hr，氢气进气的氢气管道在喷头上部5～10cm处，出气孔向上，进气量为1000～1400m³/hr。催化剂层下部也装有16目丝网，丝网上装有厚度为0.2m瓷球层，瓷球层下装也有16目丝网，丝网在格栅式的换热器上。设外置式气液分离器，分离出的气体经单向阀与进下一节的H₂混合进入下一节的催化剂层，液体工作液由离心泵加压泵入喷头喷出，进入下一节，下一节结构与上一节相同。

实施例2：

年产20万吨50%H₂O₂，设置条件和实施例1一致。则氢化系统设计如下：

氢化塔直径3.5m，催化剂层装填高度为1.8m，采用两节平行放置、二段催化剂层设计。单段催化剂层装填量为7.5吨。单节上段进料方式和催化剂层、辅料瓷球的放置和实施例1相同。气体及单节上段反应后通过换热器进入中部的气液分布器到单节下段催化剂层继续反应，反应物料经单节下段催化剂层后通过内置式气液分离器分离，之后与实施例1相同。再进入下一节氢化塔，物料流向与上一节相同。

其中液体流量均为875～1050m³，每节氢气量为2500～6500 m³之间可调，喷头采用两个或两个以上。

实施例3：

年产23万吨100%H₂O₂，氢效以15g计，催化剂活性以11 kgH₂O₂/Kg cat·d计，收率以95%，催化剂堆积密度以0.45kg/l计。氢化系统设计如下：

氢化塔直径4.8m，催化剂层装填高度为2m，采用两节串联、二段催化剂层设计，如附图1所示，在氢化液贮槽处设置外置式气液分离器16，在第二节氢化塔下部设置内置式气液分离器15。单段催化剂层装填量为16.5吨。设置4个喷头，位于催化剂层中心上方，进料方式与实施例2相同。

其中液体流量1950m³，每个喷头约为500m³，每节氢气进气量为1000m³～1400m³间可调。

Claims

1.一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，其特征在于：所述的加氢反应系统包括竖直连接或平行连接的氢化塔，所述的氢化塔装设置有一段催化剂层或二段催化剂层，所述的催化剂层每段下部均设有换热器层，氢化塔的底部设有管道连接氢化液贮槽，氢化塔顶部空间设有喷头，喷头为液体工作液的进料口，距离催化剂层上部的瓷球层为0.5～1m；采用二段催化剂层时，两催化剂层之间还设有气液分布器，气液分布器距离下段催化剂层上方设置的瓷球层也为0.5～1m；所述喷头喷出的液体来自工作液贮槽和氢化液贮槽，采用离心泵加压进入喷头，喷头上部空间还设有氢气管道，向氢化塔内通入氢气，所述的氢气管道环绕在喷头周围，氢气管道上开有小孔，孔口向上。

2.根据权利要求 1 所述的蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，其特征在于：所述的氢化塔的催化剂层装填高度为1.0～3.0m，氢化塔根据产能设置两个或两个以上，氢化塔直径小于2.75m时，设置一个喷头，氢化塔直径大于或等于2.75m时，设置两个或两个以上的喷头。

3.根据权利要求 1 所述的蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，其特征在于：所述的换热器层采用换热效果好的格栅形，使催化剂使用温度均匀，延长催化剂使用寿命。

4.根据权利要求 1 所述的蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，其特征在于：所述的氢气由单向阀控制进入下一节氢化塔的氢气管道，避免下一节氢气单独进气压力大于上一节时氢气压力反冲回上一节氢化塔。