CN110227393A - 一种基于w催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置及其使用方法，所述逆流吸附反应装置包括反应原料进料装置、双氧水进料装置、微观混合装置、第一固定床反应器以及第二固定床反应器，第一固定床反应器内部填充有W催化剂和用于吸附W催化剂的吸附剂，所述第二固定床反应器内部填充有所述吸附剂。本发明利用W催化剂在双氧水中溶解的特性，将W催化剂与吸附剂相结合，通过“吸附与解吸”路径，并耦合两个串联的固定床反应器及“逆流吸附”操作方式，设计逆流吸附反应装置，将催化反应与催化剂的分离回收相结合，可实现催化剂的重复利用和催化反应的连续化。

Description

一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置 及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置及其使用方法。

背景技术

近年来，以双氧水为氧源，使用过渡金属催化剂氧化裂解烯烃、环烯烃、不饱和脂肪酸及其衍生物的方法得到越来越多的关注。其中，钨催化剂因价格便宜、毒性小、副反应少等优点成为研究的热点，常用钨催化剂有磷钨酸盐、钨金属杂多酸盐、三氧化钨等，而此类催化剂大都为均相催化剂（三氧化钨催化剂在反应过程中会被双氧水溶解），存在催化剂分离回收困难等缺点。

目前，上述采用钨催化剂氧化裂解烯烃、环烯烃、不饱和脂肪酸及其衍生物的方法，大都需要添加有机溶剂，为液相反应，多采用机械搅拌釜式反应器，该类反应器主要依靠搅拌浆实现物料的混合，而搅拌过程中液体局部易形成小循环，导致催化剂与反应底物接触不充分，从而反应效率偏低。另外，机械搅拌釜式反应器为间歇式反应器，操作时需要一釜一釜间歇进行化学反应，只适用于小批量的生产制造，对于大规模的工业生产，具有很大的局限性。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置及其使用方法，通过本发明的方法，实现W催化剂+双氧水均相催化体系的连续化反应和催化剂的重复利用。

所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于包括反应原料进料装置、双氧水进料装置、微观混合装置、第一固定床反应器以及第二固定床反应器，所述第一固定床反应器内部填充有W催化剂和用于吸附W催化剂的吸附剂，所述第二固定床反应器内部填充有所述吸附剂；所述反应原料进料装置与双氧水进料装置均与微观混合装置的进液口由管路连接，所述微观混合装置的出液口分为两路，一路通过截止阀与第一固定床反应器的左端开口由管路连接，另一路通过截止阀与第二固定床反应器的右端开口由管路连接，所述第一固定床反应器的右端开口通过管道与第二固定床反应器的左端开口连接；所述第一固定床反应器的左端开口还通接有第一出液管，第一出液管上设置有第一闸阀，所述第二固定床反应器的右端开口还通接有第二出液管，第二出液管上设置有第二闸阀。

所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述反应原料进料装置包括原料储罐、第一流量计和原料输送泵，所述原料储罐通过第一流量计和原料输送泵与微观混合装置的进液口由管路连接。

所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述双氧水进料装置包括双氧水储罐、第二流量计和双氧水输送泵，所述双氧水储罐通过第二流量计和双氧水输送泵与微观混合装置的进液口由管路连接。

所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述微观混合装置包括三通管、三向旋塞阀、第一空化器和第二空化器，所述三向旋塞阀包括一个进口和两个出口；所述三通管的其中两个开口分别通过管道与反应原料进料装置及双氧水进料装置连接，三通管的第三个开口与三向旋塞阀的进口由管路连接，三向旋塞阀的其中一个出口通过第一空化器和截止阀与第一固定床反应器的左端开口由管路连接，三向旋塞阀的另一个出口通过第二空化器和截止阀与第二固定床反应器的右端开口由管路连接。

所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述第一空化器和第二空化器均为水力空化器；所述第一固定床反应器与第二固定床反应器的形状、大小相同，且第一固定床反应器与第二固定床反应器均由反应管和套设在反应管外侧的电加热套组成。

所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述第一空化器与第一固定床反应器的左端开口之间的管路上以及第二空化器与第二固定床反应器的右端开口之间的管路上均设置有压力检测器。

所述的一种逆流吸附反应装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将第一固定床反应器加热到反应温度，第二固定床反应器保持室温（保持室温，可增大第二固定床反应器内吸附剂对W催化剂的吸附作用，且室温下也能催化反应，但反应速率较慢），关闭第一闸阀且打开第二闸阀，调整三向旋塞阀，运行原料输送泵和双氧水输送泵，使反应原料和双氧水的混合液流入第一固定床反应器进行反应，W催化剂溶解并在反应液的流动作用下逐渐从第一固定床反应器内的吸附剂上脱附，溶解有W催化剂的反应液再进入第二固定床反应器，反应液中的W催化剂逐渐被第二固定床反应器内的吸附剂吸附，脱除W催化剂的反应液经第二闸阀流出；

2）当监测从第二闸阀流出的反应液中出现W催化剂时，关闭原料输送泵和双氧水输送泵，关闭第二闸阀，停止进出料；将第二固定床反应器加热至反应温度，同时将第一固定床反应器降至室温，再打开第一闸阀，调整三向旋塞阀，运行原料输送泵和双氧水输送泵，使反应原料和双氧水的混合液依次流过第二固定床反应器和第一固定床反应器，反应液最终经第一闸阀流出，实现W催化剂的持续重复利用。

所述的一种逆流吸附反应装置的使用方法，其特征在于步骤1）中，反应温度为50~90℃；所述反应原料为烯烃、环烯烃、不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸衍生物，所述W催化剂为三氧化钨或钨酸。

所述的一种逆流吸附反应装置的使用方法，其特征在于第一固定床反应器内的吸附剂和第二固定床反应器内的吸附剂相同，所述吸附剂为二氧化锡或硅铝酸盐。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

（1）本发明通过在固定床反应器（第一固定床反应器、第二固定床反应器）前设置水利空化器（第一空化器、第二空化器），在反应底物和双氧水进入固定床反应器之前，实现反应底物和双氧水的微观混合，增大反应底物间的相界面，增强传质，从而提高反应效率；

（2）本发明利用W催化剂在双氧水中溶解的特性，将催化剂与吸附剂相结合，通过“吸附与解吸”路径，并耦合两个串联的固定床反应器及“逆流吸附”操作方式，设计逆流吸附反应装置，将催化反应与催化剂的分离回收相结合，避免传统均相催化剂复杂的分离过程，如精馏、萃取、层析等，可实现催化剂的重复利用和催化反应的连续化。

（3）在使用本发明的逆流吸附反应装置，进行W催化剂+双氧水均相催化体系的反应时，首先调整反应液流向，反应液依次从两个串联的固定床反应器内流过，第一个固定床反应器内的W催化剂溶解，并在反应液的流动作用下，W催化剂逐渐从第一个固定床反应器内的吸附剂上脱附（由于W催化剂在第一个固定床反应器内逐渐流出，反应的目标产物的收率是慢慢下降的），W催化剂随反应液流入第二个固定床反应器内，溶解在反应液中的W催化剂逐渐被第二个固定床反应器内的吸附剂吸附（这个过程实现了W催化剂的回收），当第二个固定床反应器内的吸附剂对W催化剂吸附达到饱和后，从第二个固定床反应器内流出的反应液中就会检测到W催化剂，此时第一个固定床反应器内的W催化剂含量减少且基本集中在其后半段，此时逆转反应液流向继续进行反应。

附图说明

图1为本发明的逆流吸附反应装置的结构示意图；

图中，1-第一闸阀，2-第二闸阀，3-第一空化器，4-第二空化器，5-三向旋塞阀，6-第一流量计，7-原料输送泵，8-三通管，9-双氧水输送泵，10-第二流量计，11-第一固定床反应器，11a-第一出液管，12-第二固定床反应器，12a-第二出液管，13-原料储罐，14-双氧水储罐。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例（对照图1）：

一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，包括反应原料进料装置、双氧水进料装置、微观混合装置、第一固定床反应器11以及第二固定床反应器12，所述第一固定床反应器11内部填充有W催化剂和用于吸附W催化剂的吸附剂，所述第二固定床反应器12内部填充有所述吸附剂；所述反应原料进料装置与双氧水进料装置均与微观混合装置的进液口由管路连接，所述微观混合装置的出液口分为两路，一路通过截止阀与第一固定床反应器11的左端开口由管路连接，另一路通过截止阀与第二固定床反应器12的右端开口由管路连接，所述第一固定床反应器11的右端开口通过管道与第二固定床反应器12的左端开口连接（对照图1）。

对照图1，所述第一固定床反应器11的左端开口还通接有第一出液管11a，第一出液管11a上设置有第一闸阀1，所述第二固定床反应器12的右端开口还通接有第二出液管12a，第二出液管12a上设置有第二闸阀2，通过第一闸阀1和第二闸阀2的设置，反应结束后的反应液可从第一固定床反应器11或第二固定床反应器12内流出，由此可逆转反应液流向。

反应原料进料装置包括原料储罐13、第一流量计6和原料输送泵7，所述原料储罐13通过第一流量计6和原料输送泵7与微观混合装置的进液口由管路连接。双氧水进料装置包括双氧水储罐14、第二流量计10和双氧水输送泵9，所述双氧水储罐14通过第二流量计10和双氧水输送泵9与微观混合装置的进液口由管路连接。

对照图1，微观混合装置包括三通管8、三向旋塞阀5、第一空化器3和第二空化器4，所述三向旋塞阀5包括一个进口和两个出口；所述三通管8的其中两个开口分别通过管道与原料输送泵7和双氧水输送泵9连接，三通管8的第三个开口与三向旋塞阀5的进口由管路连接，三向旋塞阀5的其中一个出口通过第一空化器3和截止阀与第一固定床反应器11的左端开口由管路连接，三向旋塞阀5的另一个出口通过第二空化器4和截止阀与第二固定床反应器12的右端开口由管路连接。通过三向旋塞阀5的设置，可改变反应原料与双氧水的混合液的流动路线，使得在反应中可以逆转反应物的进料方向。

在本实施例中，所述第一空化器3和第二空化器4均为水力空化器；所述第一固定床反应器11与第二固定床反应器12的形状、大小相同，且第一固定床反应器11与第二固定床反应器12均由反应管和套设在反应管外侧的电加热套组成，第一固定床反应器11与第二固定床反应器12上均设置有温度检测器。

在本实施例中，第一空化器3与第一固定床反应器11的左端开口之间的管路上以及第二空化器4与第二固定床反应器12的右端开口之间的管路上均设置有压力检测器。

上述逆流吸附反应装置用于W催化剂+双氧水均相催化体系的反应过程，包括以下步骤：

1）将第一固定床反应器11加热到反应温度50~90℃，第二固定床反应器12保持室温，关闭第一闸阀1且打开第二闸阀2，调整三向旋塞阀5，运行原料输送泵7（调整原料输送泵7输送流量为3.9~39 mL/min）和双氧水输送泵9（调整双氧水输送泵9输送流量为1.02~30.6mL/min），使反应原料和双氧水的混合液依次流过第一固定床反应器11和第二固定床反应器12，反应原料和双氧水的混合液首先进入第一固定床反应器11反应，W催化剂溶解并在反应液的流动作用下逐渐从第一固定床反应器11内的吸附剂上脱附（所述吸附剂可选用二氧化锡或硅铝酸盐），溶解有W催化剂的反应液再进入第二固定床反应器12，反应液中的W催化剂逐渐被第二固定床反应器12内的吸附剂吸附（第一固定床反应器11内的吸附剂和第二固定床反应器12内的吸附剂相同），脱除W催化剂的反应液经第二固定床反应器12和第二闸阀2流出；

2）当监测从第二闸阀2流出的反应液中出现W催化剂时，关闭原料输送泵7和双氧水输送泵9，关闭第二闸阀2，停止进出料；将第二固定床反应器12加热至反应温度50~90℃，同时将第一固定床反应器11降至室温，再打开第一闸阀1，调整三向旋塞阀5，运行原料输送泵7和双氧水输送泵9，使反应原料和双氧水的混合液依次流过第二固定床反应器12和第一固定床反应器11，反应液最终经第一闸阀1流出，实现W催化剂的持续重复利用（所述W催化剂可选用三氧化钨或钨酸）。

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (9)

1.一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于包括反应原料进料装置、双氧水进料装置、微观混合装置、第一固定床反应器（11）以及第二固定床反应器（12），所述第一固定床反应器（11）内部填充有W催化剂和用于吸附W催化剂的吸附剂，所述第二固定床反应器（12）内部填充有所述吸附剂；

所述反应原料进料装置与双氧水进料装置均与微观混合装置的进液口由管路连接，所述微观混合装置的出液口分为两路，一路通过截止阀与第一固定床反应器（11）的左端开口由管路连接，另一路通过截止阀与第二固定床反应器（12）的右端开口由管路连接，所述第一固定床反应器（11）的右端开口通过管道与第二固定床反应器（12）的左端开口连接；所述第一固定床反应器（11）的左端开口还通接有第一出液管（11a），第一出液管（11a）上设置有第一闸阀（1），所述第二固定床反应器（12）的右端开口还通接有第二出液管（12a），第二出液管（12a）上设置有第二闸阀（2）。

2.根据权利要求1所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述反应原料进料装置包括原料储罐（13）、第一流量计（6）和原料输送泵（7），所述原料储罐（13）通过第一流量计（6）和原料输送泵（7）与微观混合装置的进液口由管路连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述双氧水进料装置包括双氧水储罐（14）、第二流量计（10）和双氧水输送泵（9），所述双氧水储罐（14）通过第二流量计（10）和双氧水输送泵（9）与微观混合装置的进液口由管路连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述微观混合装置包括三通管（8）、三向旋塞阀（5）、第一空化器（3）和第二空化器（4），所述三向旋塞阀（5）包括一个进口和两个出口；所述三通管（8）的其中两个开口分别通过管道与反应原料进料装置及双氧水进料装置连接，三通管（8）的第三个开口与三向旋塞阀（5）的进口由管路连接，三向旋塞阀（5）的其中一个出口通过第一空化器（3）和截止阀与第一固定床反应器（11）的左端开口由管路连接，三向旋塞阀（5）的另一个出口通过第二空化器（4）和截止阀与第二固定床反应器（12）的右端开口由管路连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述第一空化器（3）和第二空化器（4）均为水力空化器；所述第一固定床反应器（11）与第二固定床反应器（12）的形状、大小相同，且第一固定床反应器（11）与第二固定床反应器（12）均由反应管和套设在反应管外侧的电加热套组成。

6.根据权利要求4所述的一种基于W催化剂+双氧水均相催化体系的逆流吸附反应装置，其特征在于所述第一空化器（3）与第一固定床反应器（11）的左端开口之间的管路上以及第二空化器（4）与第二固定床反应器（12）的右端开口之间的管路上均设置有压力检测器。

7.一种逆流吸附反应装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将第一固定床反应器（11）加热到反应温度，第二固定床反应器（12）保持室温，关闭第一闸阀（1）且打开第二闸阀（2），调整三向旋塞阀（5），运行原料输送泵（7）和双氧水输送泵（9），使反应原料和双氧水的混合液流入第一固定床反应器（11）进行反应，W催化剂溶解并在反应液的流动作用下逐渐从第一固定床反应器（11）内的吸附剂上脱附，溶解有W催化剂的反应液再进入第二固定床反应器（12），反应液中的W催化剂逐渐被第二固定床反应器（12）内的吸附剂吸附，脱除W催化剂的反应液经第二闸阀（2）流出；

2）当监测从第二闸阀（2）流出的反应液中出现W催化剂时，关闭原料输送泵（7）和双氧水输送泵（9），关闭第二闸阀（2），停止进出料；将第二固定床反应器（12）加热至反应温度，同时将第一固定床反应器（11）降至室温，再打开第一闸阀（1），调整三向旋塞阀（5），运行原料输送泵（7）和双氧水输送泵（9），使反应原料和双氧水的混合液依次流过第二固定床反应器（12）和第一固定床反应器（11），反应液最终经第一闸阀（1）流出，实现W催化剂的持续重复利用。

8.根据权利要求7所述的一种逆流吸附反应装置的使用方法，其特征在于步骤1）中，反应温度为50~90℃；所述反应原料为烯烃、环烯烃、不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸衍生物，所述W催化剂为三氧化钨或钨酸。

9.根据权利要求7所述的一种逆流吸附反应装置的使用方法，其特征在于第一固定床反应器（11）内的吸附剂和第二固定床反应器（12）内的吸附剂相同，所述吸附剂为二氧化锡或硅铝酸盐。