CN105565276A - 一种双氧水生产的高效氧化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双氧水生产的高效氧化方法，包括如下内容：首先将氢化液与含氧气体一起/分别引入高压溶气系统，将大部分含氧气体溶解在氢化液中；再将物料引入雾化器，将工作液/氢气充分雾化为微米级的液滴；雾化后的液滴于氧化反应器内发生高效氧化反应；氧化完全后的物料进行气液分离，氧化液引入下一工序。本发明的双氧水氧化过程是由高压溶气系统—微米级雾化系统—快速反应系统三部分组成，工艺技术先进，物料在反应器内达到完全氧化的停留时间短，仅为现有技术的1/5，使得氧化副反应少，双氧水分解少，氧化效率达到≥98%，氧化收率达到≥98%。

Description

一种双氧水生产的高效氧化方法
技术领域
本发明涉及一种双氧水生产的氧化方法，特别是蒽醌法生产双氧水的高效氧化方法。
背景技术
蒽醌法为当前生产双氧水的主要方法，是以2-乙基蒽醌（EAQ）为工作载体，以重芳烃（Ar）、磷酸三辛酯（TOP）或其它组分为工作溶剂配成工作液，经过蒽醌氢化、氢蒽醌氧化、纯水萃取和工作液后处理等工序，得到双氧水产品。氢蒽醌氧化过程为含有氢蒽醌的工作液与含氧气体于氧化塔内发生的自动氧化反应，反应过程为大量的空气与氢化液之间进行的，气液两相界面阻力较大，因此导致反应速率低、反应时间长、双氧水分解、氧化收率低、副反应严重等不利后果。
为了保证氧化完全以及充分利用空气中的氧，现有的双氧水生产技术中的氧化塔一般分为上、下二节塔，两节塔之间为表观串联流程，上塔为新鲜的氧化液和下塔反应过的空气反应，下塔为新鲜空气和上塔反应过的氧化液反应，每节塔内都是氢化液与空气自塔底进入并流向上运动而逐渐发生氧化反应的过程。当前氧化过程在运行时普遍存在几个问题：（1）氧化反应为自动氧化反应，所需完全氧化反应时间较长，造成双氧水分解及副反应多等后果；（2）氧化反应过程中，空气气泡会逐渐长大及物料的重力作用而返混会引起空气和氢化液接触不充分，氧化收率偏低。
CN102009961A提出了一种蒽醌法生产过氧化氢的氧化方法，该方法是将含氧气的气相分散到含油氢化蒽醌衍生物的工作液中，得到含微米级气泡的气-液混合流体，进而在气液混合液体流过延迟管道的过程中完成氧化反应。该方法的目的一方面是提高氧化效率，另一方面缩小氧化时间，减小氧化塔体积。
但实际上，随着氧化反应的进行，微米级气泡会很快长大为大气泡，一方面大幅度降低氧化速率，另一方面尾氧含量高，存在安全隐患；涉及的微米级气泡的形成过程所用的微孔膜、微孔筛板、微米级通道等投资高，不适宜大规模工业应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种双氧水生产的高效氧化方法，该方法具有氧化速率快、完全氧化时间短、氧化收率高以及尾氧含量低等优点。
本发明双氧水生产的高效氧化方法，包括如下内容：（1）首先将氢化液与含氧气体引入高压溶气设备，将部分含氧气体溶解在氢化液中；（2）将步骤（1）的物料引入到雾化器进行雾化；（3）雾化后的气液混合物在氧化反应器内进行氧化反应；（4）氧化完全后的物料进行气液分离，氧化液引入下一工序。
本发明方法中，所述的氢化液为蒽醌法生产双氧水的工作液发生氢化后的产物，其中工作液中的溶质可以为2-乙基蒽醌、戊基蒽醌及其同分异构体中的一种或多种，溶剂为本领域技术人员常用的有机溶剂，如重芳烃、磷酸三辛酯、2-甲基环己基醋酸酯、4-丁基脲或2-异丁基甲醇等有机溶剂中的一种或多种。
本发明方法中，所述的含氧气体为纯氧气、氧气与氮气的混合物或氧气与惰性气体的混合物中的一种，氧气在气相中的体积分数为10%~50%。
本发明方法中，高压溶气设备可以为高压溶气泵、高压射流泵及管道溶气泵中的一种或多种组合。高压溶气设备可以是单级别的或者多级串联或者并联组合使用。
本发明方法中，氢化液与含氧气体的体积流量（Nm3/h）比为1：6～1：35，优选1：10~1:18。
本发明方法中，氢化液中溶解的含氧气体的体积百分比为10%～85%，优选21%~50%，含氧气体的溶解量与操作压力和温度有关，可以根据需要实际操作需要进行调整，其中高压溶气设备操作压力为0.5～30MPa，优选15～25MPa，操作温度为45～55℃。
本发明方法中，所述的雾化器可以为雾化喷嘴、高速离心雾化器或超声雾化器等中的一种或几种组合，优选为雾化喷嘴；雾化反应器可以内置于氧化反应器底部；也可以雾化器主体设置于反应器外，出料口（雾化产物出口）内置与氧化反应器底部。
本发明方法中，雾化器的进料口与气液混合物进口管连接，雾化产物由出料口排出自下而上进行氧化反应。
本发明方法中，所述的雾化喷嘴的操作压力为0.15～0.5MPa，操作温度为50～55℃。
本发明方法中，所述的雾化器雾化后的液滴尺寸为1～50微米。
本发明方法中，氧化反应器可采用一个或多个氧化反应器，当采用多个氧化反应器时，优选各氧化反应器之间并联。
本发明方法中，氧化反应温度50～55℃，反应压力0.15～0.5MPa。
本发明方法中，反应物料在氧化反应器内的停留时间为0.5～5分钟。
本发明双氧水生产的高效氧化方法中，由于氧气与工作液之间的反应为自动氧化反应，反应速率受气液界面传质控制，因此需要提供给气液两相足够大的接触表面积，才能获得最够高的反应速率。而在现有技术中，由于空气与工作液从氧化塔底部进入时，只进行简单的分布，使气液接触面积小，反应速率低，而且在气液由下而上运动过程中，气泡会逐渐长大聚丙进一步降低了气液两相的接触面积。本发明首先将含氧气体溶解在氢化液中，使气液充分的混合溶解，以减少降低相界面阻力，然后引入到雾化器内将物料迅速雾化，将气液混合物雾化为微米级的液滴，瞬间获得较大的气液表面积，这样可以在极短的时间内达到气液两相的完全氧化反应，就可以大幅度提高气液反应速率、降低氧化时间、减少双氧水分解及氧化副反应的发生，而且可以充分吸收气相中的氧气，确保氧化完全和尾气中较低的氧含量达到安全指标。
附图说明
图1是本发明工艺方法流程示意图。
其中1为含氧气体，2为氢化液，3为高压溶气设备，4气液混合物，5为雾化器，6为氧化反应器，7为氧化尾气，10为氧化液。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本技术发明方案进行详细说明，但本发明不受下述实施例的限制。
对比例1
一普通氧化塔，分为上、下两节，氢化液自上节塔反应后、进入下节塔继续反应，而空气则自下节塔进入反应后、经上节塔流出，塔径1000mm，高度9372mm，氧化塔总体积为19.91m3，氧化反应温度50～55℃、压力0.2～0.25MPa，氢化液量62.5m3/h，空气加入量2008Nm3/h，反应物料在塔内的停留时间为20～25分钟时，经氧化反应后的氧化收率为85%～90%，尾氧含量为5%～10%。
实施例1
一节氧化塔，塔径1200mm，高度2500mm，氧化塔总体积为3.37m3。氢化液60m3/h，空气加入量2000Nm3/h。首先将空气与氢化液与管道混合后于50～55℃、15～16MPa条件下引入高压溶气泵，将40%空气溶解在氢化液中，然后将氢化液引入雾化器，雾化器内装有雾化喷嘴，使气液混合物在氧化塔内瞬间雾化，雾化后的物料发生氧化反应后在塔顶进行气液分离。结果表明，反应物料在塔内的停留时间为2.5～2.8分钟时，经氧化反应后的氧化收率为95%～97%，尾氧含量为3%～5%。
实施例2
三节相同氧化塔并联，塔径600mm，高度3400mm，单节氧化塔体积均为1.01m3。氢化液3.1m3/h，空气加入量100Nm3/h。首先将空气与氢化液分别分为三股物料，分别进行气液混合后于50～55℃、8～10MPa条件下引入三个高压溶气泵，将32%空气溶解在氢化液中，然后将气液混合物引入雾化器，雾化器内装有雾化喷嘴，使气液混合物在氧化塔内瞬间雾化，雾化后的物料发生氧化反应后在塔顶进行气液分离。结果表明，反应物料在塔内的停留时间分别为2.2～2.4分钟时，经氧化反应后的氧化收率为97%～98%，尾氧含量为2%～4%。

Claims (14)

1.一种双氧水生产的高效氧化方法，其特征在于包括如下内容：（1）首先将氢化液与含氧气体引入高压溶气设备，将部分含氧气体溶解在氢化液中；（2）将溶解含氧气体的氢化液引入到雾化器进行雾化；（3）雾化后的气液混合物在氧化反应器内进行氧化反应；（4）氧化完全后的物料进行气液分离，氧化液引入下一工序。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的含氧气体为纯氧气、氧气与氮气的混合物或氧气与惰性气体的混合物中的一种，氧气在气相中的体积分数为10%~50%。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的高压溶气设备为高压溶气泵、高压射流泵及管道溶气泵中的一种或多种组合。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：高压溶气设备操作压力为0.5～30MPa，操作温度为45～55℃。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的氢化液与含氧气体的体积流量比为1：6～1：35。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的氢化液中溶解的含氧气体的体积百分比为10%～85%。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的氢化液中溶解的含氧气体的体积百分比为21%~50%。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的雾化器为雾化喷嘴、高速离心雾化器或超声雾化器等中的一种或几种组合。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的雾化器内置于氧化反应器底部，或雾化器主体设置于反应器外，出料口内置与氧化反应器底部。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述雾化器的进料口与气液混合物进口管连接，雾化产物由出料口排出自下而上进行氧化反应。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的雾化喷嘴的操作压力为0.15～0.5MPa，操作温度为50～55℃。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的雾化器雾化后的液滴尺寸为1～50微米。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的氧化反应温度50～55℃，反应压力0.15～0.5MPa。
14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的反应物料在氧化反应器内的停留时间为0.5～5分钟。
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