CN105439918B

CN105439918B - 一种硫醚氧化方法

Info

Publication number: CN105439918B
Application number: CN201410426071.8A
Authority: CN
Inventors: 史春风; 林民; 朱斌
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: CN105439918A

Abstract

本发明公开了一种硫醚氧化方法，包括在氧化反应条件下，使一种液体混合物依次流过第一催化剂床层和第二催化剂床层，所述液体混合物含有硫醚、至少一种氧化剂以及可选的至少一种溶剂，所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层各自装填有至少一种钛硅分子筛，液体混合物流过第一催化剂床层的表观速度为v₁，流过第二催化剂床层的表观速度为v₂，其中，v₁<v₂。根据本发明的方法，即使长时间连续运转，也能将催化剂活性维持在较高的范围内，获得较高的目标氧化产物选择性，从而有效地延长作为催化剂的钛硅分子筛的单程使用寿命，降低再生频率，提高装置的生产效率，降低装置的运行成本。并且，本发明的方法简便易行，利于工业化生产应用。

Description

一种硫醚氧化方法

技术领域

本发明涉及一种硫醚氧化方法。

背景技术

亚砜类物质是重要的含硫化合物，如二甲基亚砜(DMSO)是一种含硫有机化合物，常温下为无色透明液体，具有高极性、高吸湿性、可燃和高沸点非质子等特性。二甲基亚砜溶于水、乙醇、丙酮、乙醚和氯仿，是极性强的惰性溶剂，广泛用作溶剂和反应试剂。并且，二甲基亚砜具有很高的选择性抽提能力，可用作烷烃与芳香烃分离的提取溶剂，例如：二甲基亚砜可用于芳烃或丁二烯的抽提，在丙烯腈聚合反应中作为加工溶剂和抽丝溶剂，作为聚氨酯的合成溶剂及抽丝溶剂，作为聚酰胺、氟氯苯胺、聚酰亚胺和聚砜的合成溶剂。同时，在医药工业中，二甲基亚砜不仅可以直接作为某些药物的原料及载体，而且还能起到消炎止痛、利尿、镇静等作用，因此常作为止痛药物的活性组分添加于药物中。另外，二甲基亚砜也可作为电容介质、防冻剂、刹车油、稀有金属提取剂等。

目前，二甲基亚砜一般采用二甲基硫醚氧化法制得，一般采用以下几种生产工艺。

1、甲醇二硫化碳法：以甲醇和二硫化碳为原料，以γ-Al₂O₃作为催化剂，首先合成二甲基硫醚，再用二氧化氮(或硝酸)氧化得到二甲基亚砜。

2、二氧化氮法：以甲醇和硫化氢为原料，在γ-氧化铝作用下生成二甲基硫醚；将硫酸与亚硝酸钠反应制得二氧化氮；生成的二甲基硫醚与二氧化氮在60-80℃进行氧化反应生成粗二甲基亚砜，也有直接用氧气进行氧化，同样生成粗二甲基亚砜；粗二甲基亚砜经减压蒸馏，得到精制二甲基亚砜。

3、硫酸二甲酯法：将硫酸二甲酯与硫化钠反应，制得二甲基硫醚；硫酸与亚硝酸钠反应生成二氧化氮；二甲基硫醚与二氧化氮进行氧化反应，得到粗二甲基亚砜，经中和处理，蒸馏后得到精制二甲基亚砜。

发明内容

在采用氧化剂将硫醚氧化时，如果使用钛硅分子筛作为催化剂，能够提高氧化剂转化率和目标氧化产物选择性。但是随反应时间的延长，钛硅分子筛的催化活性呈下降趋势，导致目标氧化产物选择性明显降低。当反应在固定床反应器中进行时，由于钛硅分子筛催化活性降低，需要将钛硅分子筛在反应器内或反应器外进行再生，导致反应器停工，从而影响生产效率并提高装置的运行成本。

经再生的催化剂重新投入运行时，特别是经反应器内再生后重新投入运行时，催化剂的活性波动较大，需要很长时间才能稳定，导致目标氧化产物选择性降低，这不仅会降低装置的运转效率，而且还需要后续分离纯化工序对操作条件进行调整，增加了操作的复杂性；同时，还需要结合提高反应温度等操作来实现反应的平稳运行，但这些措施往往会加速催化剂失活。

本发明旨在解决以钛硅分子筛作为催化剂的硫醚氧化反应存在的上述不足，提供一种硫醚氧化方法，该方法能够有效地延长作为催化剂的钛硅分子筛的单程使用寿命，在长周期连续运转过程中能将目标氧化产物选择性稳定在较高水平。

本发明提供了一种硫醚氧化方法，该方法包括在氧化反应条件下，使一种液体混合物依次流过第一催化剂床层和第二催化剂床层，所述液体混合物含有硫醚、至少一种氧化剂以及可选的至少一种溶剂，所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层各自装填有至少一种钛硅分子筛，液体混合物流过第一催化剂床层的表观速度为v₁，流过第二催化剂床层的表观速度为v₂，其中，v₁<v₂。

根据本发明的方法，即使长时间连续运转，也能将催化剂活性维持在较高的范围内，获得较高的目标氧化产物选择性，从而有效地延长作为催化剂的钛硅分子筛的单程使用寿命，降低再生频率，提高装置的生产效率，降低装置的运行成本。并且，本发明的方法简便易行，利于工业化生产应用。

具体实施方式

本发明提供了一种硫醚氧化方法，该方法包括在氧化反应条件下，使一种液体混合物依次流过第一催化剂床层和第二催化剂床层，所述液体混合物含有硫醚、至少一种氧化剂以及可选的至少一种溶剂，所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层各自装填有至少一种钛硅分子筛。

本文中，“至少一种”表示一种或两种以上；“可选的”表示含或不含。

根据本发明的方法，液体混合物流过第一催化剂床层的表观速度为v₁，流过第二催化剂床层的表观速度为v₂，其中，v₁<v₂，这样能够有效地延缓钛硅分子筛的失活速度，延长钛硅分子筛的单程使用寿命。更优选地，v₂/v₁＝1.5-10。进一步优选地，v₂/v₁＝2-5。

本发明中，所述表观速度(流速)是指单位时间内通过催化剂床层全程的液体混合物的质量流量(以kg/s计)与催化剂床层的某一横截面的面积(以m²计)的比值。可以将单位时间内送入固定床反应器的液体混合物的质量作为“单位时间内通过全部催化剂床层的液体混合物的质量流量”。本发明中，对于液体混合物在第一催化剂床层中的表观速度没有特殊要求，一般可以在0.001-200kg/(m²·s)的范围内。

可以采用各种方法来调节所述液体混合物在第一催化剂床层和第二催化剂床层中的表观速度。例如，可以通过选择催化剂床层的横截面积来调节液体混合物的表观速度。具体地，可以使所述第一催化剂床层的横截面积大于所述第二催化剂床层的横截面积，从而使得v₁<v₂，优选使得v₂/v₁为1.5-10，更优选使得v₂/v₁为2-5。根据预期的表观速度来确定催化剂床层的横截面积的方法是本领域技术人员所公知的，本文不再详述。

根据本发明的方法，所述液体混合物在第一催化剂床层中的停留时间为T₁，在催化剂床层中的总停留时间为T，优选地，T₁/T＝0.2-0.9，这样能够获得进一步延长的催化剂单程使用寿命，同时还能获得更好的反应效果。更优选地，T₁/T＝0.35-0.85。

根据本发明的方法，根据具体情况可以在第一催化剂床层和第二催化剂床层之间补充新鲜物料，在第一催化剂床层和/或第二催化剂床层为多个催化剂床层时，根据具体情况可以在第一催化剂床层之间和/或第二催化剂床层之间向所述液体混合物中补充新鲜物料。例如：在第一催化剂床层和第二催化剂床层之间、第一催化剂床层之间和/或第二催化剂床层之间补充硫醚、氧化剂和/或溶剂。但是，需要说明的是，所述液体混合物流过第一催化剂床层的全部床层(即，第一催化剂床层的全程)和第二催化剂床层的全部床层(即，第二催化剂床层的全程)，所述液体混合物并不包括在第一催化剂床层之间、第二催化剂床层之间以及第一催化剂床层和第二催化剂床层之间引入的新鲜物料，前文所述的表观速度由所述液体混合物确定，不受是否引入新鲜物料的影响。

根据本发明的方法，所述第一催化剂床层和第二催化剂床层各自可以含有一个或多个催化剂床层。在第一催化剂床层和/或第二催化剂床层含有多个催化剂床层时，多个催化剂床层之间可以为串联连接，也可以为并联连接，还可以为串联与并联的组合，例如：将多个催化剂床层分为多组，每组内的催化剂床层为串联连接和/或并联连接，各组之间为串联连接和/或并联连接。所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层可以设置在同一反应器的不同区域，也可以设置在不同的反应器中。

根据本发明的方法，以重量计，所述第一催化剂床层中装填的钛硅分子筛的量为w₁，所述第二催化剂床层中装填的钛硅分子筛的量为w₂，w₁/w₂为0.1-20，优选为2-10。

所述钛硅分子筛是钛原子取代晶格骨架中一部分硅原子的一类沸石的总称，可以用化学式xTiO₂·SiO₂表示。本发明对于钛硅分子筛中钛原子的含量没有特别限定，可以为本领域的常规选择。具体地，x可以为0.0001-0.05，优选为0.01-0.03，更优选为0.015-0.025。

所述钛硅分子筛可以为常见的具有各种拓扑结构的钛硅分子筛，例如：所述钛硅分子筛可以选自MFI结构的钛硅分子筛(如TS-1)、MEL结构的钛硅分子筛(如TS-2)、BEA结构的钛硅分子筛(如Ti-Beta)、MWW结构的钛硅分子筛(如Ti-MCM-22)、MOR结构的钛硅分子筛(如Ti-MOR)、TUN结构的钛硅分子筛(如Ti-TUN)、二维六方结构的钛硅分子筛(如Ti-MCM-41、Ti-SBA-15)和其它结构的钛硅分子筛(如Ti-ZSM-48)等。所述钛硅分子筛优选选自MFI结构的钛硅分子筛、MEL结构的钛硅分子筛和BEA结构的钛硅分子筛，更优选为MFI结构的钛硅分子筛。

所述钛硅分子筛优选为空心钛硅分子筛，这样能够获得更好的催化效果。所述空心钛硅分子筛为MFI结构的钛硅分子筛，该钛硅分子筛的晶粒为空心结构，该空心结构的空腔部分的径向长度为5-300纳米，且该钛硅分子筛在25℃、P/P₀＝0.10、吸附时间为1小时的条件下测得的苯吸附量为至少70毫克/克，该钛硅分子筛的低温氮吸附的吸附等温线和脱附等温线之间存在滞后环。所述空心钛硅分子筛可以商购得到(例如商购自中国石化湖南建长石化股份有限公司的牌号为HTS的分子筛)，也可以根据CN1132699C中公开的方法制备得到。

根据本发明的方法，所述第一催化剂床层与所述第二催化剂床层中装填的钛硅分子筛的种类可以为相同，也可以为不同。优选地，所述第一催化剂床层装填的钛硅分子筛为空心钛硅分子筛。更优选地，所述第一催化剂床层装填的钛硅分子筛为空心钛硅分子筛，所述第二催化剂床层装填的钛硅分子筛为钛硅分子筛TS-1，这样不仅能够进一步延缓钛硅分子筛的失活速度，延长钛硅分子筛的单程使用寿命，而且还能进一步提高目标氧化产物选择性。

根据本发明的方法，所述钛硅分子筛可以为钛硅分子筛原粉，也可以为成型钛硅分子筛，优选为成型钛硅分子筛。成型钛硅分子筛一般含有作为活性成分的钛硅分子筛和作为粘结剂的载体，其中，钛硅分子筛的含量可以为常规选择。一般地，以所述成型钛硅分子筛的总量为基准，钛硅分子筛的含量可以为5-95重量％，优选为10-95重量％，更优选为70-95重量％；所述载体的含量可以为5-95重量％，优选为5-90重量％，更优选为5-30重量％。所述成型钛硅分子筛的载体可以为常规选择，如氧化铝和/或氧化硅。制备所述成型钛硅分子筛的方法是本领域所公知的，本文不再详述。所述成型钛硅分子筛的颗粒大小也没有特别限定，可以根据具体形状进行适当的选择。一般地，所述成型钛硅分子筛的平均粒径可以为4-10000微米，优选为5-5000微米，更优选为40-4000微米，如100-2000微米。所述平均粒径为体积平均粒径，可以采用激光粒度仪测定。

根据本发明的方法，所述催化剂床层可以仅装填钛硅分子筛，也可以含有钛硅分子筛和非活性填料。在催化剂床层中装填非活性填料能够对催化剂床层中钛硅分子筛的量进行调整，从而对反应的速度进行调节。在所述催化剂床层含有钛硅分子筛和非活性填料时，催化剂床层中非活性填料的含量可以为5-95重量％。所述非活性填料是指对氧化反应没有或基本没有催化活性的填料，其具体实例可以包括但不限于：石英砂、陶瓷环和陶瓷碎片中的一种或多种。

在采用钛硅分子筛作为催化剂的各种反应(一般指非硫醚氧化反应)装置中，如氨肟化反应、羟基化反应和环氧化反应装置中，通常在装置运行一段时间之后，催化剂的催化活性下降，需要进行器内或器外再生，当即使进行再生也很难获得满意的活性时，需要将催化剂从装置中卸出(即，更换催化剂)，而卸出的催化剂(即，卸出剂或废催化剂)目前的处理方法通常是堆积掩埋，一方面占用了宝贵的土地资源和库存空间，另一方面钛硅分子筛生产成本较高，直接废弃不用也造成了极大的浪费。

本发明的发明人在研究过程中发现，如果将这些卸出剂进行再生，将得到的再生剂作为本发明方法中使用的催化剂，仍然能够获得高的催化活性。

根据本发明的方法，至少部分钛硅分子筛优选为经再生的以钛硅分子筛作为催化剂的反应装置的卸出剂。所述卸出剂可以为从各种使用钛硅分子筛作为催化剂的装置中卸出的卸出剂，例如可以为从氧化反应装置中卸出的卸出剂。所述氧化反应可以为各种氧化反应，例如所述卸出剂可以为氨肟化反应装置的卸出剂、羟基化反应装置的卸出剂和环氧化反应装置的卸出剂中的一种或两种以上，具体可以为环己酮氨肟化反应装置的卸出剂、苯酚羟基化反应装置的卸出剂和丙烯环氧化反应装置的卸出剂中的一种或两种以上。

将卸出剂进行再生的条件没有特别限定，可以根据卸出剂的来源进行适当的选择，例如：高温焙烧和/或溶剂洗涤。

经再生的卸出剂的活性根据其来源而有所不同。一般地，经再生的卸出剂的活性可以为其在新鲜时的活性(即，新鲜剂的活性)的5-95％。优选地，经再生的卸出剂的活性可以为其在新鲜时的活性的10-90％，进一步优选为其在新鲜时的活性的10-60％。在经再生的卸出剂的活性为其在新鲜时的活性的10-60％时，不仅能够获得令人满意的目标氧化产物选择性，而且能够获得进一步提高的氧化剂有效利用率。从进一步提高氧化剂有效利用率的角度出发，经再生的卸出剂的活性为其在新鲜时的活性的30-55％。所述新鲜钛硅分子筛的活性一般为95％以上。

所述活性通过以下方法测定：分别将经再生的卸出剂和新鲜剂用作环己酮氨肟化反应的催化剂，该氨肟化反应的条件为：催化剂(以钛硅分子筛计)、36重量％的氨水(以NH₃计)、30重量％的双氧水(以H₂O₂计)、叔丁醇和环己酮按质量比1：7.5：10：7.5：10，在大气压力下于80℃反应2h。分别计算以经再生的卸出剂和新鲜剂为催化剂时环己酮的转化率，并将其作为经再生的卸出剂和新鲜剂的活性，其中，环己酮的转化率＝[(加入的环己酮的摩尔量－未反应的环己酮的摩尔量)/加入的环己酮的摩尔量]×100％。

在至少部分催化剂为经再生的反应装置卸出剂时，以所述催化剂的总量为基准，经再生的反应装置卸出剂的含量优选为5重量％以上，这样能够获得更高的氧化剂有效利用率。根据本发明的方法，即使全部催化剂为经再生的反应装置卸出剂时，仍然能够获得较高的催化活性。

根据本发明的方法，钛硅分子筛作为催化剂，其用量以能够实现催化功能为准。若从硫醚的重时空速角度来衡量催化剂的用量，一般地，硫醚的重时空速可以为0.1-20h^-1。本发明中，硫醚的重时空速以全部催化剂床层中钛硅分子筛的总量为基准。

根据本发明的方法，所述氧化剂可以为常见的各种能够将硫醚氧化的物质。本发明的方法特别适用于以过氧化物作为氧化剂来氧化硫醚的场合，这样能够显著提高过氧化物的有效利用率。所述过氧化物是指分子结构中含有-O-O-键的化合物，可以选自过氧化氢、有机过氧化物和过酸。所述有机过氧化物是指过氧化氢分子中的一个或两个氢原子被有机基团取代而得到的物质。所述过酸是指分子结构中含有-O-O-键的有机含氧酸。本发明中，所述氧化剂的具体实例可以包括但不限于：过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化异丙苯、环己基过氧化氢、过氧乙酸和过氧丙酸。优选地，所述氧化剂为过氧化氢，这样能够进一步降低分离成本。

所述过氧化氢可以为本领域常用的以各种形式存在的过氧化氢。从进一步提高根据本发明的方法的安全性的角度出发，根据本发明的方法优选使用以水溶液形式存在的过氧化氢。根据本发明的方法，在所述过氧化氢以水溶液形式提供时，所述过氧化氢水溶液的浓度可以为本领域的常规浓度，例如：20-80重量％。浓度满足上述要求的过氧化氢的水溶液可以采用常规方法配制，也可以商购得到，例如：可以为能够商购得到的30重量％的双氧水、50重量％的双氧水或70重量％的双氧水。

所述氧化剂的用量可以为常规选择，没有特别限定。一般地，硫醚与氧化剂的摩尔比可以为1：0.1-10。在目标氧化产物为亚砜(如二甲基亚砜)时，硫醚(如二甲基硫醚)与氧化剂的摩尔比可以为1：0.1-5，优选为1：0.1-2，如1：0.2-1。

根据本发明的方法，所述硫醚可以为各种含有-S-键的化合物，优选所述硫醚选自碳原子数为2-18的硫醚，更优选为二甲基硫醚和/或苯甲硫醚。

根据本发明的方法，所述液体混合物含或不含溶剂，优选含有溶剂，这样通过调节液体混合物中溶剂的含量，能够对反应的速度进行调整，使反应更为平稳。所述溶剂可以为各种既能够溶解硫醚和氧化剂或促进二者混合，又能够溶解目标氧化产物的液体物质。一般地，所述溶剂可以选自水、C₁-C₆的醇、C₃-C₈的酮和C₂-C₆的腈。所述溶剂的具体实例可以包括但不限于：水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇、异丁醇、丙酮、丁酮和乙腈。优选地，所述溶剂选自水和C₁-C₆的醇。更优选地，所述溶剂为甲醇和/或水。

所述溶剂的用量可以根据硫醚和氧化剂的用量进行适当的选择。一般地，所述溶剂与所述硫醚的摩尔比可以为0.1-100：1，优选为0.2-80：1。

根据本发明的方法，在目标氧化产物为亚砜(例如：二甲基亚砜)时，优选还包括向所述液体混合物中送入至少一种碱性物质，所述碱性物质的添加量使得该液体混合物pH值处于6.5-9的范围内，这样能够获得更好的反应效果。更优选地，所述碱性物质的添加量使得所述液体混合物的pH值处于7-8.5的范围内。在与钛硅分子筛接触的液体混合物的pH值在6.5以上(或者为7以上)时，如果使用碱，进一步提高该液体混合物的pH值，仍然能够获得上述效果。所述液体混合物的pH值是指在25℃且1标准大气压下，测定的该液体混合物的pH值。

本文中，所述碱性物质是指其水溶液的pH值为大于7的物质。所述碱性物质的具体实例可以包括但不限于：氨(即，NH₃)、胺、季铵碱和M¹(OH)_n(其中，M¹为碱金属或碱土金属，n为与M¹的化合价相同的整数)。

作为所述碱性物质，氨可以以液氨的形式引入，也可以以水溶液形式引入，还可以以气体的形式引入。作为水溶液形式的氨(即，氨水)的浓度没有特别限定，可以为常规选择，例如1-36重量％。

作为所述碱性物质，胺是指氨上的氢部分或全部被烃基取代形成的物质，包括一级胺、二级胺和三级胺。所述胺具体可以为式I所示的物质和/或C₃-C₁₁的杂环胺，

(式I)

式I中，R₁、R₂和R₃各自可以为H或C₁-C₆的烃基(如C₁-C₆的烷基)，且R₁、R₂和R₃不同时为H。本文中，C₁-C₆的烷基包括C₁-C₆的直链烷基和C₃-C₆的支链烷基，其具体实例可以包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基和正己基。

胺的具体实例可以包括但不限于：甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、正丙胺、二正丙胺、三正丙胺、异丙胺、二异丙胺、正丁基胺、二正丁基胺、三正丁基胺、仲丁基胺、二异丁基胺、三异丁基胺、叔丁基胺、正戊胺、二正戊胺、三正戊胺、新戊胺、异戊胺、二异戊胺、三异戊胺、叔戊胺、正己胺和正辛胺。

所述杂环胺是指环上具有氮原子且该氮原子上具有孤对电子的化合物。所述杂环胺例如可以为取代或未取代的吡咯、取代或未取代的四氢吡咯、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的六氢吡啶、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的二氢喹啉、取代或未取代的四氢喹啉、取代或未取代的十氢喹啉、取代或未取代的异喹啉以及取代或未取代的嘧啶中的一种或多种。

作为所述碱性物质，季铵碱具体可以为式II所示的物质，

(式II)

式II中，R₄、R₅、R₆和R₇各自可以为C₁-C₆的烃基(如C₁-C₆的烷基)。所述C₁-C₆的烷基包括C₁-C₆的直链烷基和C₃-C₆的支链烷基，其具体实例可以包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、新戊基、异戊基、叔戊基和正己基。

所述季铵碱的具体实例可以包括但不限于：四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵(包括四正丙基氢氧化铵和四异丙基氢氧化铵)、四丁基氢氧化铵(包括四正丁基氢氧化铵、四仲丁基氢氧化铵、四异丁基氢氧化铵和四叔丁基氢氧化铵)和四戊基氢氧化铵。

作为所述碱性物质，M¹(OH)_n为碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物，例如可以为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钡和氢氧化钙。

根据本发明的方法，所述碱性物质可以直接使用，也可以将所述碱性物质配制成溶液后使用。可以将碱性物质与氧化剂以及任选地溶剂混合后送入固定床反应器中，所述混合可以在反应器外进行，也可以在反应器内进行，没有特别限定。

根据本发明的方法，所述氧化反应条件可以根据预期的目标氧化产物进行选择。一般地，所述液体混合物流过所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层的条件各自包括：温度可以为0-120℃，优选为20-80℃；以表压计，压力可以为0-5MPa，优选为0.1-3.5MPa。其中，所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层的反应条件可以相同也可以不同。从操作简洁性的角度出发，所述第一催化剂床层与所述第二催化剂床层的反应条件相同。从进一步提高钛硅分子筛的单程使用寿命并进一步提高目标氧化产物的选择性的角度出发，所述第一催化剂床层的温度高于所述第二催化剂床层5-30℃(如10-20℃)。

根据本发明的方法还可以包括将从固定床反应器中输出的反应混合物进行分离，以得到目标氧化产物(如亚砜)以及未反应的反应物。将反应混合物进行分离的方法可以为本领域的常规选择，没有特别限定。分离出的未反应的反应物可以循环使用。

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

以下实施例和对比例中，所用试剂均为市售的分析纯试剂。

以下实施例和对比例中，压力均为表压。

以下实施例和对比例中，所用的钛硅分子筛TS-1按照Zeolites，1992，Vol.12：943-950中描述的方法制备，其氧化钛含量为2.5重量％。

以下实施例和对比例中，所用的空心钛硅分子筛为购自湖南建长石化股份有限公司的牌号为HTS的空心钛硅分子筛，其氧化钛含量为2.5重量％。

以下实施例和对比例中，采用气相色谱来分析得到的反应液中各成分的含量，在此基础上分别采用以下公式来计算氧化剂转化率、氧化剂有效利用率以及亚砜选择性。

X_氧化剂＝[(m^o _氧化剂－m_氧化剂)/m^o _氧化剂]×100％ (式III)

式III中，X_氧化剂表示氧化剂转化率；

m^o _氧化剂表示加入的氧化剂的质量；

m_氧化剂表示未反应的氧化剂的质量。

S_亚砜＝[n_亚砜/(n^o _硫醚－n_硫醚)]×100％ (式IV)

式IV中，S_亚砜表示亚砜选择性；

n^o _硫醚表示加入的硫醚的摩尔量；

n_硫醚表示未反应的硫醚的摩尔量；

n_亚砜表示得到的亚砜的摩尔量。

U_氧化剂＝[n_亚砜/(n^o _氧化剂－n_氧化剂)]×100％ (式V)

式V中，U_氧化剂表示氧化剂有效利用率；

n^o _氧化剂表示加入的氧化剂的摩尔量；

n_氧化剂表示未反应的氧化剂的摩尔量；

n_亚砜表示得到的亚砜的摩尔量。

以下实施例7-14采用以下方法测定催化剂的活性：

将催化剂、36重量％的氨水(以NH₃计)、30重量％的双氧水(以H₂O₂计)、叔丁醇和环己酮按质量比＝1：7.5：10：7.5：10混合后在大气压力下于80℃搅拌反应2h后，将反应物过滤，用气相色谱法对得到的液相的组成进行分析，采用以下公式计算环己酮的转化率并将其作为该催化剂的活性，

环己酮的转化率(％)＝[(加入的环己酮的摩尔量－未反应的环己酮的摩尔量)/加入的环己酮的摩尔量]×100％。

实施例1-14用于说明本发明的方法。

实施例1-7中涉及以下四种催化剂。

C1：成型空心钛硅分子筛，体积平均粒径为500微米，以成型空心钛硅分子筛的总量为基准，空心钛硅分子筛的含量为75重量％，作为粘结剂的氧化硅的含量为25重量％，密度为0.69g/cm³。

C2：成型钛硅分子筛TS-1，体积平均粒径为500微米，以成型钛硅分子筛TS-1的总量为基准，钛硅分子筛TS-1的含量为75重量％，作为粘结剂的氧化硅的含量为25重量％，密度为0.75g/cm³。

C3：将C1用作环己酮氨肟化反应装置的催化剂，运行一段时间后从反应装置中卸出，得到的卸出剂在550℃的温度下，于空气气氛中焙烧5小时，得到的再生剂作为催化剂C3，其活性为45％(C1的活性为96％)。

C4：将C2用作环己酮氨肟化反应装置的催化剂，运行一段时间后从反应装置中卸出，得到的卸出剂在550℃的温度下，于空气气氛中焙烧5小时，得到的再生剂作为催化剂C4，其活性为45％(C2的活性为96％)。

实施例1

本实施例采用变径固定床反应器，其中，变径固定床反应器具有两个不同内径的催化剂床层，两个催化剂床层之间为锥形的内径过渡区，其中不装填催化剂。以液体混合物在反应器中的流动方向为基准，将位于上游的催化剂床层称为第一催化剂床层，将位于下游的催化剂床层称为第二催化剂床层。第一催化剂床层与第二催化剂床层的内径的比值为2：1。

第一催化剂床层中装填催化剂C1，在第二催化剂床层中装填催化剂C2，其中，C1与C2的重量比为4：1。

将二甲基硫醚、过氧化氢(以30重量％的双氧水的形式提供)和作为溶剂的甲醇混合，形成液体混合物。向液体混合物中添加氨水(浓度为25重量％)，将液体混合物的pH值由5.3调节为6.8。将所述液体混合物从底部送入固定床反应器中，并依次流过第一催化剂床层和第二催化剂床层，进行氧化反应。其中，液体混合物中，二甲基硫醚与过氧化氢的摩尔比为4：1，二甲基硫醚与甲醇的摩尔比为1：15。二甲基硫醚的重时空速(以第一催化剂床层和第二催化剂床层中的钛硅分子筛的总量为基准，下同)为5.0h^-1。将第一催化剂床层和第二催化剂床层中的温度均控制为30℃，固定床反应器内的压力控制为0.5MPa。

连续进行反应，反应过程中监测从固定床反应器流出的流出物的组成，并计算氧化剂转化率、氧化剂有效利用率和亚砜选择性。反应2小时和580小时的结果在表1中列出。

对比例1

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，所使用的固定床反应器为等径固定床反应器，反应器中的两个催化剂床层的内径均与实施例1中的第一催化剂床层的内径相同。

反应2小时和360小时的结果在表1中列出。

对比例2

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，所使用的固定床反应器为变径固定床反应器，第一催化剂床层与第二催化剂床层的内径的比值为1：2(第二催化剂床层的内径与实施例1相同)，第一催化剂床层和第二催化剂床层中装填的钛硅分子筛的种类和装填量分别与实施例1相同。

反应2小时和280小时的结果在表1中列出。

实施例2

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，第一催化剂床层和第二催化剂床层的装填量不变的条件下，第一催化剂床层和第二催化剂床层中均装填催化剂C1。

反应2小时和460小时的结果在表1中列出。

实施例3

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，在催化剂C1和催化剂C2的装填量不变的条件下，第一催化剂床层中装填催化剂C2，第二催化剂床层装填催化剂C1。

反应2小时和440小时的结果在表1中列出。

实施例4

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，在催化剂总装填量不变的条件下，使C1与C2的重量比为1：1。

反应2小时和500小时的结果在表1中列出。

实施例5

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，在催化剂总装填量不变的条件下，使C1与C2的重量比为1：2。

反应2小时和480小时的结果在表1中列出。

实施例6

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，不使用氨水(即，不调节液体混合物的pH值)。

反应2小时和540小时的结果在表1中列出。

实施例7

采用与实施例1相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，C1用等量的C3代替，C2用等量的C4代替。

反应2小时和600小时的结果在表1中列出。

表1

表1的结果证实，采用本发明的方法能够延长作为催化剂的钛硅分子筛的单程使用寿命，降低催化剂的再生频率。

实施例8-12涉及以下两种催化剂。

C5：从丙烯环氧化反应过程卸出的成型空心钛硅分子筛(为体积平均粒径为200μm的球形催化剂，密度为0.67g/cm³)进行再生而得到的，该催化剂含有85重量％的空心钛硅分子筛和15重量％的氧化硅，再生条件为：在570℃下于空气气氛中焙烧4h。再生后催化剂的活性为30％(其在新鲜时的活性为96％)。

C6：从丙烯环氧化反应过程卸出的成型钛硅分子筛TS-1(为体积平均粒径为200μm的球形催化剂，密度为0.73g/cm³)进行再生而得到的，该催化剂含有85重量％的钛硅分子筛TS-1和15重量％的氧化硅，再生条件为：在570℃下于空气气氛中焙烧4h。再生后催化剂的活性为30％(其在新鲜时的活性为95％)。

实施例8

本实施例采用变径固定床反应器，其中，变径固定床反应器具有两个不同内径的催化剂床层，两个催化剂床层之间为锥形的内径过渡区，其中不装填催化剂。以液体混合物在反应器中的流动方向为基准，将位于上游的催化剂床层称为第一催化剂床层，将位于下游的催化剂床层称为第二催化剂床层。第一催化剂床层与第二催化剂床层的内径的比值为4：1。

第一催化剂床层中装填催化剂C5，在第二催化剂床层中装填催化剂C6，其中，C5与C6的重量比为10：1。

将二甲基硫醚、过氧化氢(以40重量％的双氧水的形式提供)和作为溶剂的丙酮混合，形成液体混合物。向液体混合物中添加氨水(浓度为25重量％)，将液体混合物的pH值由5.8调节为7.5。将所述液体混合物从底部送入固定床反应器中，并依次流过第一催化剂床层和第二催化剂床层，进行氧化反应。其中，液体混合物中，二甲基硫醚与过氧化氢的摩尔比为3：1，二甲基硫醚与丙酮的摩尔比为1：10。二甲基硫醚的重时空速为20h^-1。将第一催化剂床层和第二催化剂床层中的温度均控制为40℃，固定床反应器内的压力均控制为2.0MPa。

连续进行反应，反应过程中监测从固定床反应器流出的流出物的组成，并计算氧化剂转化率、氧化剂有效利用率和亚砜选择性。反应2小时和620小时的结果在表2中列出。

实施例9

采用与实施例8相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，第一催化剂床层的温度为40℃，第二催化剂床层的温度为30℃。

反应2小时和650小时的结果在表2中列出。

实施例10

采用与实施例8相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，第一催化剂床层的温度为30℃，第二催化剂床层的温度为40℃。

反应2小时和600小时的结果在表2中列出。

实施例11

采用与实施例8相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，在催化剂的总装填量不变的条件下，使得C5与C6的重量比为20：1。

反应2小时和580小时的结果在表2中列出。

实施例12

采用与实施例8相同的方法氧化硫醚，不同的是，用等量的苯甲硫醚替代二甲基硫醚。

反应2小时和580小时的结果在表2中列出。

表2

实施例13和实施例14涉及以下两种催化剂。

C7：从苯酚羟基化反应过程卸出的成型空心钛硅分子筛(为体积平均粒径为800μm的球形催化剂，密度为0.70g/cm³)进行再生而得到的，该催化剂含有75重量％的空心钛硅分子筛和25重量％的氧化硅，再生条件为：在570℃下于空气气氛中焙烧4h。再生后催化剂的活性为40％(其在新鲜时的活性为96％)。

C8：从苯酚羟基化反应过程卸出的成型钛硅分子筛TS-1(为体积平均粒径为800μm的球形催化剂，密度为0.79/cm³)进行再生而得到的，该催化剂含有75重量％的钛硅分子筛TS-1和25重量％的氧化硅，再生条件为：在570℃下于空气气氛中焙烧4h。再生后催化剂的活性为40％(其在新鲜时的活性为96％)。

实施例13

本实施例采用变径固定床反应器，其中，变径固定床反应器具有两个不同内径的催化剂床层，两个催化剂床层之间为锥形的内径过渡区，其中不装填催化剂。以液体混合物在反应器中的流动方向为基准，将位于上游的催化剂床层称为第一催化剂床层，将位于下游的催化剂床层称为第二催化剂床层。第一催化剂床层与第二催化剂床层的内径的比值为5：1。

第一催化剂床层中装填催化剂C7，在第二催化剂床层中装填催化剂C8，其中，C7与C8的重量比为10：1。

将二甲基硫醚、叔丁基过氧化氢和作为溶剂的乙腈混合，形成液体混合物。向液体混合物中添加吡啶，将液体混合物的pH值由6.2调节为8.5。将所述液体混合物从底部送固定床反应器中，并依次流过第一催化剂床层和第二催化剂床层，进行氧化反应。其中，液体混合物中，二甲基硫醚与叔丁基过氧化氢的摩尔比为1：1，二甲基硫醚与乙腈的摩尔比为1：5。二甲基硫醚的重时空速为1.0h^-1。将第一催化剂床层和第二催化剂床层中的温度均控制为55℃，固定床反应器内的压力控制为0.5MPa。

连续进行反应，反应过程中监测从固定床反应器流出的流出物的组成，并计算氧化剂转化率、氧化剂有效利用率和亚砜选择性。反应2小时和620小时的结果在表3中列出。

实施例14

采用与实施例13相同的方法氧化二甲基硫醚，不同的是，第一催化剂床层的温度为55℃，第二催化剂床层的温度为35℃。

连续进行反应，反应过程中监测从固定床反应器流出的流出物的组成，并计算氧化剂转化率、氧化剂有效利用率和亚砜选择性。反应2小时和640小时的结果在表3中列出。

表3

实施例7-14的结果证实，即使使用卸出剂作为催化剂，本发明的方法也能够获得较好的反应效果，而且能够获得更高的氧化剂有效利用率，实现了废弃催化剂的有效再利用。

Claims

1.一种硫醚氧化方法，该方法包括在氧化反应条件下，使一种液体混合物依次流过第一催化剂床层和第二催化剂床层，所述液体混合物含有硫醚、至少一种氧化剂以及可选的至少一种溶剂，所述硫醚为二甲基硫醚和/或苯甲硫醚，所述氧化剂为过氧化物，所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层各自装填有至少一种钛硅分子筛，液体混合物流过第一催化剂床层的表观速度为v₁，流过第二催化剂床层的表观速度为v₂，其中，v₁<v₂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一催化剂床层中装填的钛硅分子筛为空心钛硅分子筛，所述空心钛硅分子筛为MFI结构的钛硅分子筛，该钛硅分子筛的晶粒为空心结构，该空心结构的空腔部分的径向长度为5-300纳米，且该钛硅分子筛在25℃、P/P₀＝0.10、吸附时间为1小时的条件下测得的苯吸附量为至少70毫克/克，该钛硅分子筛的低温氮吸附的吸附等温线和脱附等温线之间存在滞后环；所述第二催化剂床层中装填的钛硅分子筛为钛硅分子筛TS-1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以重量计，所述第一催化剂床层中装填的钛硅分子筛的量为w₁，所述第二催化剂床层中装填的钛硅分子筛的量为w₂，w₁/w₂为0.1-20。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，w₁/w₂为2-10。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述液体混合物在所述催化剂床层中的停留时间为T，在所述第一催化剂床层中的停留时间为T₁，T₁/T＝0.2-0.9。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述液体混合物在所述催化剂床层中的停留时间为T，在所述第一催化剂床层中的停留时间为T₁，T₁/T＝0.2-0.9。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，v₂/v₁＝1.5-10。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，v₂/v₁＝2-5。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，v₂/v₁＝1.5-10。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，v₂/v₁＝2-5。

11.根据权利要求5所述的方法，其中，v₂/v₁＝1.5-10。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，v₂/v₁＝2-5。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛和/或第二催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛各自来源于至少一种反应装置的卸出剂，所述卸出剂为氨肟化反应装置的卸出剂、羟基化反应装置的卸出剂和环氧化反应装置的卸出剂。

14.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛和/或第二催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛各自来源于至少一种反应装置的卸出剂，所述卸出剂为氨肟化反应装置的卸出剂、羟基化反应装置的卸出剂和环氧化反应装置的卸出剂。

15.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛和/或第二催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛各自来源于至少一种反应装置的卸出剂，所述卸出剂为氨肟化反应装置的卸出剂、羟基化反应装置的卸出剂和环氧化反应装置的卸出剂。

16.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛和/或第二催化剂床层中装填的至少部分钛硅分子筛各自来源于至少一种反应装置的卸出剂，所述卸出剂为氨肟化反应装置的卸出剂、羟基化反应装置的卸出剂和环氧化反应装置的卸出剂。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，硫醚与所述氧化剂的摩尔比为1：0.1-10。

18.根据权利要求1或17所述的方法，其中，所述氧化剂为过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化异丙苯、环己基过氧化氢、过氧乙酸和过氧丙酸中的一种或两种以上。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法还包括向所述液体混合物中送入至少一种碱性物质，所述碱性物质的送入量使得所述液体混合物的pH值处于6.5-9的范围内。

20.根据权利要求3所述的方法，其中，该方法还包括向所述液体混合物中送入至少一种碱性物质，所述碱性物质的送入量使得所述液体混合物的pH值处于6.5-9的范围内。

21.根据权利要求5所述的方法，其中，该方法还包括向所述液体混合物中送入至少一种碱性物质，所述碱性物质的送入量使得所述液体混合物的pH值处于6.5-9的范围内。

22.根据权利要求7所述的方法，其中，该方法还包括向所述液体混合物中送入至少一种碱性物质，所述碱性物质的送入量使得所述液体混合物的pH值处于6.5-9的范围内。

23.根据权利要求13所述的方法，其中，该方法还包括向所述液体混合物中送入至少一种碱性物质，所述碱性物质的送入量使得所述液体混合物的pH值处于6.5-9的范围内。

24.根据权利要求1所述的方法，所述第一催化剂床层和所述第二催化剂床层的温度各自在0-120℃的范围内；以表压计，反应器内的压力在0-5MPa的范围内；硫醚的重时空速为0.1-20h^-1。