CN112495313A - 一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统及工艺，包括：反应器、微界面发生器和回流管。本发明通过破碎丙烯气体使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与原料液混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果；同时，微米级气泡能够与原料液充分混合形成气液乳化物，通过将气液两相充分混合，能够保证系统中的氧源溶液能够与丙烯气体充分接触，从而防止副产物的生成，进一步提高了所述系统的反应效率。
Description
技术领域
本发明涉及丙烯环氧化技术领域，尤其涉及一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统及工艺。
背景技术
环氧丙烷(PO)是重要的基础化工原料，位列全球产量最大的50种化学品之中，是丙烯衍生物中产量仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大有机化工产品。PO因其具有张力很大的含氧三员环，化学性质十分活泼，用途广泛，主要用于生产聚醚、丙二醇、异丙醇胺、丙烯醇、非聚醚多元醇等，进而生产不饱和聚酯树脂、聚氨酯、表面活性剂(油田破乳剂、农药乳化剂及润湿剂)等，广泛应用于化工、轻工、医药、食品、纺织等行业，对化学工业及国民经济的发展具有深远的影响。随着PO用途的扩大和下游产物用量的不断增长，特别是汽车、建筑家居等行业的兴旺，对聚氨酯以及非离子表面活性剂需求量大幅度增加，导致PO的市场需求旺盛。
国内的PO生产全部采用氯醇法，生产腐蚀污染严重、成本高，转化率低、选择性差，且需求量在逐年增长，随着环保要求的日益提高现有工艺也面临巨大生存挑战，因此寻找一种环境友好的绿色生产工艺生产PO迫在眉睫。以过氧化氢为氧化剂，钛硅分子筛可以以较高的转化率和选择性催化丙烯环氧化反应合成PO，为PO的合成开辟了一条新途径。该工艺简便，产品转化率高、选择性好，不污染环境，是极具竞争力的环氧丙烷生产工艺过程，符合当代绿色化学和原子经济发展理念的要求，而被认为是生产PO的绿色新工艺。
中国专利公开号：CN207632812U公开了一种丙烯环氧化的方法，通过采用一种在均相或水/油两相反应介质中，在20℃～80℃，0.5～1.5MPa条件下氧源与丙烯在含TS-2分子筛的复合材料催化剂溶液的催化下反应3～8小时生成产物，其中丙烯与氧源的摩尔比为0.5～20，丙烯与催化剂溶液的摩尔比为1～10的技术方案较好地解决了该问题，可用丙烯环氧化工业生产中。由此可见，所述方法存在以下问题：
第一，所述方法中仅通过搅拌的方式对物料进行混合，丙烯在搅拌后形成大气泡，然而由于气泡体积过大，无法与物料充分混合，降低了所述系统的反应效率。
第二，所述方法在物料与丙烯接触不均匀的情况下，会使甲醇与甲醇之间发生反应生成二甲醚，系统还需对生成的二甲醚进行后续处理，增加了所述系统的能耗。
发明内容
为此，本发明提供一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统及工艺，用以克服现有技术中物料间混合不均匀产生副产物导致的系统反应效率低的问题。
一方面，本发明提供一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统，包括：
反应器，用以为丙烯气体和氧源溶液提供反应场所，所述反应器包括：设置在下方，用以装载丙烯气体、氧源溶液和催化剂溶液并为丙烯气体和氧源溶液提供反应空间的全混流反应区以及设置在上方，用以对反应完成后物料进行输送和气液分离的活塞流反应区；
微界面发生器，其设置在所述全混流反应区内的指定位置，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给丙烯气体，使丙烯气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高氧源溶液与丙烯气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将氧源溶液与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化氧源溶液与丙烯气体间的传质效率和反应效率；
回流管，其设置在所述反应器侧壁，用以对反应器输出的物料进行预热并在预热后回流至反应器内以使物料中氧源溶液充分反应并对反应器内物料温度进行调节。
进一步地，所述微界面发生器包括：
第一微界面发生器，其为一气动式微界面发生器，所述第一微界面发生器设置在所述全混流反应区内并位于反应区底部，用以将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至反应器与反应器内的氧源溶液混合形成气液乳化物；
第二微界面发生器，其为液动式或气液联动式微界面发生器，所述第二微界面发生器设置在所述全混流反应区内，用以接收所述回流管输出的物料，使用物料卷吸所述活塞流反应区内未反应的丙烯气体并将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡，将微米级气泡与物料混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至全混流生化反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲，从而延长微米级气泡在全混流生化反应区内的停留时间并使丙烯气体进行二次反应。
进一步地，所述全混流反应区包括：
第一进料管，其设置在所述反应器侧壁且与所述第一微界面发生器相连，用以将丙烯气体输送至第一微界面发生器以使第一微界面发生器对丙烯气体进行破碎；
氧源进料口，其设置在所述反应器侧壁并位于所述第一进料管上方，用以将氧源溶液输送至反应器内部；
催化剂进料口，其设置在所述反应器侧壁并位于所述氧源进料口上方，用以将催化剂溶液输送至反应器内部；
残渣出口，其设置在所述反应器底部，用以将反应器内物料在反应过程中生成的残渣排出。
进一步地，所述活塞流反应区包括：
第二进料管，其设置在所述反应器内，且所述第二进料管底端与所述第二微界面发生器相连，第二进料管顶端位于反应器内液面上方，用以将反应器顶部未反应的丙烯气体卷吸至第二微界面发生器以使第二微界面发生器对丙烯气体进行破碎；
出料口，其设置在所述反应器侧壁，用以将含有环氧丙烷的物料输出反应器；
回流出口，其设置在所述反应器侧壁，用以将反应完成的含有环氧丙烷的混合物输出至所述回流管；
回流进料管，其设置在所述反应器侧壁且所述回流进料管两端分别与第二微界面发生器和回流管相连，用以将回流管中预热完成的混合物输出至第二微界面发生器；
尾气出口，其设置在所述反应器顶端，用以将反应器内物料反应后产生的尾气排出。
进一步地，所述回流管包括：
循环泵，其与所述反应器相连，用以输出反应器中反应完成的混合物；
换热器，其与所述循环泵相连，用以对循环泵输出的混合物进行换热以使混合物维持在预设温度范围内。
进一步地，所述换热器出口与所述第二微界面发生器相连，用以将预热后混合物输出至第二微界面发生器。
另一方面，本发明提供一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的工艺，包括：
步骤1：通过所述氧源进料口向反应器内输送氧源溶液，并通过所述催化剂进料口向反应器内输送催化剂溶液；
步骤2：通过所述第一进料管向反应器内输送丙烯气体，第一进料管会将丙烯气体输送至所述第一微界面发生器，第一微界面发生器对丙烯气体进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，第一微界面发生器将微米级气泡输出至反应器内并与氧源溶液在所述全混流反应区混合形成气液乳化物；
步骤3：气液乳化物在催化剂溶液的作用下发生反应，生成含有环氧丙烷的混合物，反应完成后，混合物向上流动进入所述活塞流反应区；
步骤4：混合物进入所述活塞流反应区后，通过所述回流出口进入所述回流管，所述换热器会将管路中的混合物换热至指定温度，
步骤5：混合物在预热后经回流进料管进入所述第二微界面发生器，第二微界面发生器会使用喷射混合物产生的高压将所述反应器顶部未反应的丙烯气体卷吸至第二微界面发生器内、并将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡；
步骤6：第二微界面发生器在破碎完成后将微米级气泡与混合物混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述全混流生化反应区以使气液乳化物中充分反应；
步骤7：反应完成后，环氧丙烷向上流动至所述活塞流反应区，在活塞流反应区内，环氧丙烷中含有的少量尾气向上运动并通过所述尾气出口排出，排出尾气后的环氧丙烷通过所述出料口输出反应器。
进一步地，所述步骤3中气液乳化物在反应后剩余的残渣会沉降至所述反应器底部并通过所述残渣出口排出所述反应器。
进一步地，所述工艺中反应器内的反应温度为20-70℃，反应压强为0.1-0.8MPa。
进一步地，所述第一微界面发生器内的气液比为1000-1500：1，所述第二微界面发生器内的气液比为400-600：1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过破碎丙烯气体使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与原料液混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果；同时，本发明所述系统反应器内设有回流进料管，通过将反应后物料回流至反应器，使反应后物料中的丙烯气体再次发生反应，延长了丙烯气体与物料的接触时间从而提高了丙烯气体的转化率。此外，可以根据不同的产品要求或不同的催化剂，而对预设操作条件的范围进行灵活调整，进一步确保了反应的充分有效进行，进而保证了反应速率，达到了强化反应的目的。
此外，可以根据不同的产品要求或不同的催化剂，而对预设操作条件的范围进行灵活调整，进一步确保了反应的充分有效进行，进而保证了反应速率，达到了强化反应的目的。
尤其，本发明在反应器中设置全混流反应区，通过将微界面发生器设置在全混流反应区内，使全混流反应区内部更加接近全混流模型，保证了反应区内物料温度及浓度的统一，且当物料进入反应区内能够迅速混合均匀，从而防止反应区内部分氧源溶液与丙烯气体混合不均匀从而生成副产物，进一步提高了所述系统的反应效率。
尤其，本发明还在反应器中设置活塞流反应区，通过设置活塞流反应区，使物料能够沿指定方向匀速运动，有效防止物料在输送过程中产生返流，且活塞流反应区还能够进一步促进全混流生化反应区中物料的反应速率，从而进一步提高了所述系统的反应效率。
进一步地，本发明所述反应器中分别设有气动式微界面发生器和气液联动式微界面发生器，通过使用不同种类的微界面发生器，使微米级气泡与物料混合更加均匀，从而提高反应器内物料与微米级气泡的混合效率，以进一步提高所述系统的反应效率。
进一步地，所述系统中还设有回流管，通过对反应完成的物料进行回流以充分使用物料中的未反应原料液，从而提高物料的利用率，从而进一步提高了所述系统的反应效率。
尤其，所述回流管中设有换热器，在对反应完成的物料进行回流时，能够通过换热器对物料进行换热以使物料维持在预设温度范围内，以此对反应器中的物料温度进行调节，以进一步提高所述系统的反应效率。
进一步地，所述反应器顶部设有尾气出口，当反应器内物料反应完成后，物料内的尾气会悬浮至反应器顶部，并通过尾气出口排出反应器，降低了反应器的反应能耗。
进一步地，所述反应器底部设有残渣出口，当反应器内物料反应完成后物料内的固相残渣会沉降至反应器底部，并通过残渣出口排出反应器，进一步降低了所述反应器的反应能耗。
附图说明
图1为本发明所述基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明所述基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统的结构示意图，包括反应器1、微界面发生器2(图中未标出)和回流管3。所述微界面发生器2设置在所述反应器内部，用以将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并将微米级气泡与反应器内的物料混合形成气液乳化物。所述回流管3与所述反应器1相连，用以对反应器1内反应完成的含有环氧丙烷的混合物进行预热并在预热后将混合物回流至反应器1。
当所述系统运行时，先向反应器1内输送氧源溶液和催化剂溶液，同时向反应器1内输送丙烯气体，丙烯气体会进入所述微界面发生器2，微界面发生器2将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并使微米级气泡与氧源溶液混合形成气液乳化物，气液乳化物在催化剂溶液作用下进行环氧化反应生成含有环氧丙烷的混合物，反应器1会将反应过程中产生的气体和残渣分别排出系统，并将反应后的混合物输出至回流管3，回流管3对混合物进行预热后将混合物回流至反应器1，在重复使用混合物中氧源的同时，调节反应器内温度。本领域的技术人员可以理解的是，本发明所述微界面发生器2还可用于其它多相反应中，如通过微界面、微纳界面、超微界面、微泡生化反应器或微泡生物反应器等设备，使用微混合、微流化、超微流化、微泡发酵、微泡鼓泡、微泡传质、微泡传递、微泡反应、微泡吸收、微泡增氧、微泡接触等工艺或方法，以使物料形成多相微混流、多相微纳流、多相乳化流、多相微结构流、气液固微混流、气液固微纳流、气液固乳化流、气液固微结构流、微米级气泡、微米级气泡流、微泡沫、微泡沫流、微气液流、气液微纳乳化流、超微流、微分散流、两项微混流、微湍流、微泡流、微鼓泡、微鼓泡流、微纳鼓泡以及微纳鼓泡流等由微米尺度颗粒形成的多相流体、或由微纳尺度颗粒形成的多相流体(简称微界面流体)，从而有效地增大了反应过程中所述气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积。
请继续参阅图1所示，本发明所述反应器1包括全混流反应区11和活塞流反应区12。其中所述全混流反应区11位于所述反应器1的下部，用以将氧源溶液与微米级气泡充分混合。所述活塞流反应区12位于所述反应器1的上部，用以在促进反应器1中反应速度的同时，将反应后混合物沿指定方向输送。当反应器1运行时，所述全混流反应区11会分别接收氧源溶液、催化剂溶液和微米级气泡并将三者充分混合以使丙烯气体进行环氧化反应，反应完成后，全混流反应区11将反应完成的混合物输送至活塞流反应区12，活塞流反应区12将混合物向指定方向运输。可以理解的是，所述活塞流反应区12的长径比本实施例不作具体限制，只要满足所述活塞流反应区12的长度能够使物料保持连续稳定的流动即可。
请继续参阅图1所示，本发明所述全混流生化反应区11包括
第一进料管111、氧源进料口112、催化剂进料口113、格栅114和残渣出口115。其中，所述第一进料管111设置在所述反应器1侧壁并与所述微界面发生器2相连，用以输送丙烯气体。所述氧源进料口112设置在所述反应器1侧壁，用以向反应器1输送氧源溶液。所述催化剂进料口113设置在所述反应器1侧壁并位于所述氧源进料口112上方，用以向反应器1输送指定种类的催化剂溶液。所述格栅114设置在所述反应器1内部，用以滤除反应器1在反应过程中产生的残渣。所述残渣出口115设置在所述反应器1底部，用以将反应后产生的残渣排出反应器1。
当所述全混流反应区11运行时，所述氧源进料口112会向所述反应器1内部输送氧源溶液，所述第一进料管111会将丙烯气体输送至所述微界面发生器2，微界面发生器2将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡，并使微米级气泡与氧源溶液混合形成气液乳化物，气液乳化物与催化剂溶液混合后在催化剂的作用下开始发生环氧化反应，反应完成后，全混流反应区11会将反应后的混合物输送至所述活塞流反应区12，在输送过程中，格栅114会滤除混合物中的残渣，残渣在滤除后开始沉降并通过所述残渣出口115排出反应器1。
具体而言，所述第一进料管111设置在所述反应器侧壁且第一进料管111的出口与所述微界面发生器2相连，用以将丙烯气体输送至微界面发生器2。当全混流反应区11运行时，第一进料管111会将丙烯气体输送至所述微界面发生器2，微界面发生器2会将丙烯气体破碎形成微米级气泡，将微米级气泡输出至反应器1内部并与氧源溶液进行混合。可以理解的是，所述第一进料管111的材质和尺寸本实施例均不做具体限制，只要满足所述第一进料管111能够在指定时间内输送指定体积的丙烯气体即可。
具体而言，所述格栅114为一筛板，其设置在所述反应器1内部，用以对反应后混合物进行过滤。当全混流反应区11反应完成后，反应后混合物会流经所述格栅114，格栅114会将混合物中的残渣滤除。可以理解的是，所述格栅114的种类和通孔尺寸本实施例不做具体限制，只要满足所述格栅114能够将混合物中的固相残渣滤除即可。
请继续参阅图1所示，本发明所述活塞流反应区12位于所述反应器1上部，用以将反应后混合物沿指定方向进行输送，包括第二进料管121、尾气出口122、回流出口123、回流进料管124和出料口125。其中，所述第二进料管121设置在所述反应器1顶部并与所述微界面发生器2相连，用以输送反应器顶部未反应的丙烯气体。所述尾气出口122设置在所述反应器1顶部，用以排出反应过程中产生的气体。所述回流出口123位于所述反应器侧壁，用以将反应后生成的混合物输出至所述回流管3。所述回流进料管124设置在所述反应器1侧壁并位于所述回流出口123上方，用以将所述回流管3预热完成的混合物输送至所述反应器1。所述出料口125设置在所述反应器1侧壁并位于所述回流进料管124上方，用以输出反应后含有环氧丙烷的物料。
当所述活塞流反应区12运行时，混合物会在反应区内匀速向上输送，当混合物到达反应器1顶部后，混合物中的气体经所述尾气出口122输出反应器1，液相物料经回流出口123输出至所述回流管3，混合物经回流管3预热后，经所述回流进料管124回流至反应器1内，回流后，所述第二进料管121向所述微界面发生器2输送反应器顶部未反应的丙烯气体，丙烯气体在破碎后与回流后混合物混合并被输送至所述全混流反应区11以进行重复使用。
具体而言，所述第二进料管121设置在所述反应器顶部且第二进料管121的出口与所述微界面发生器2相连，用以将反应器顶部未反应的丙烯气体输送至微界面发生器2。当活塞流反应区12运行时，第二进料管121会将丙烯气体输送至所述微界面发生器2，微界面发生器2会将反应器顶部未反应的丙烯气体破碎形成微米级气泡，将微米级气泡输出至反应器1内部并与混合物进行混合。可以理解的是，所述第二进料管121的材质和尺寸本实施例均不做具体限制，只要满足所述第二进料管121能够在指定时间内输送指定体积的丙烯气体即可。
具体而言，所述回流进料管124设置在所述反应器1侧壁上且回流进料管124出口与所述微界面发生器2相连，用以将回流的物料输送至微界面发生器2。当平推流生化反应区在运行时，所述回流管3会将回流的物料输送至所述回流进料管124，回流进料管124会将物料输送至所述微界面发生器2以使物料与微米级气泡进行混合。可以理解的是，所述回流进料管124的材质和尺寸本实施例均不做具体限制，只要满足所述回流进料管124能够在指定时间内输送指定流量的丙烯气体即可。
请继续参阅图1所示，本发明所述微界面发生器2包括第一微界面发生器21和第二微界面发生器22。其中所述第一微界面发生器21设置在所述全混流反应区11底部，用以破碎丙烯气体以形成微米级气泡。所述第二微界面发生器22设置在所述全混流反应区11顶部并与所述格栅114相连，用以将丙烯气体破碎形成微米级气泡并将微米级气泡与回流混合物混合。当反应器1运行时，所述第一微界面发生器21会对丙烯气体进行破碎以形成微米级气泡，并将微米级气泡与氧源溶液混合形成气液乳化物，所述第二微界面发生器22分别接收回流混合物和丙烯气体，将丙烯气体破碎成微米级气泡后与混合物混合形成气液乳化物。
具体而言，本发明所述第一微界面发生器21为气动式微界面发生器，其与所述第一进料管111相连，用以对第一进料管111输送的丙烯气体进行破碎并形成微米尺度的微米级气泡。当所述反应器1在运行时，所述第一进料管111会将丙烯气体输送至所述第一微界面发生器21，第一微界面发生器21会将丙烯气体破碎并形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，第一微界面发生器21会将微米级气泡输出至反应器1内部并与氧源溶液混合形成气液乳化物以充分反应。
具体而言，本发明所述第二微界面发生器22为气液联动式微界面发生器，其分别与所述第二进料管121和回流进料管124相连，用以分别接收丙烯气体和回流混合物，并通过回流混合物的压力能将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡。当所述第二微界面发生器22运行时，其会分别接收丙烯气体和回流混合物，利用回流混合物的压力能将丙烯气体破碎形成微米级气泡，并通过将微米级气泡与回流混合物混合形成气液乳化物并输出至所述全混流生化反应区11以进行重复反应。
请继续参阅图1所示，本发明所述回流管3包括循环泵31和换热器32。其中所述循环泵31与所述回流出口123相连，用以将所述反应器1中反应完成的混合物抽出。所述换热器32与所述循环泵31相连，用以对循环泵31输出的物料进行预热。当所述反应器1中物料发酵完成后，所述循环泵31开始运作并将物料经所述回流出口123抽出，并将物料输送至所述换热器32，换热器32会对物料进行换热并在换热后将混合物回流至所述回流进料管124可以理解的是，所述循环泵31的型号及功率本实施例均不作具体限制，只要满足循环泵31能够达到其指定的工作状态即可。
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的工艺，包括以下步骤：
步骤1：通过所述氧源进料口向反应器内输送氧源溶液，并通过所述催化剂进料口向反应器内输送催化剂溶液；
步骤2：通过所述第一进料管向反应器内输送丙烯气体，第一进料管会将丙烯气体输送至所述第一微界面发生器，第一微界面发生器对丙烯气体进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，第一微界面发生器将微米级气泡输出至反应器内并与氧源溶液在所述全混流反应区混合形成气液乳化物；
步骤3：气液乳化物在催化剂的作用下发生反应，生成含有环氧丙烷的混合物，反应完成后，混合物向上流动进入所述活塞流反应区；
步骤4：混合物进入所述活塞流反应区后，通过所述回流出口进入所述回流管，所述换热器会将管路中的混合物换热至指定温度，
步骤5：混合物在预热后经回流进料管进入所述第二微界面发生器，第二微界面发生器会使用喷射混合物产生的高压将所述反应器顶部未反应的丙烯气体卷吸至第二微界面发生器内、并将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡；
步骤6：第二微界面发生器在破碎完成后将微米级气泡与混合物混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述全混流生化反应区以使气液乳化物中的氧源溶液充分反应；
步骤7：反应完成后，环氧丙烷向上流动至所述活塞流反应区，在活塞流反应区内，环氧丙烷中含有的少量尾气向上运动并通过所述尾气出口排出，排出尾气后的环氧丙烷通过所述出料口输出反应器。
其中，所述氧源溶液选用过氧化氢溶液，催化剂选用Ts-1钛硅分子筛。可以理解的是，可以根据不同的产品要求或不同的催化剂，而灵活地进行预设操作条件的范围调整，以确保反应的充分有效进行，进而保证反应速率，达到了强化反应的目的。同时，本实施例中不具体限定催化剂的种类，只要能够确保强化反应顺利进行即可。
实施例1
使用上述系统及工艺进行丙烯环氧化制备环氧丙烷，其中：
所述工艺中反应器内的反应温度为20℃，反应压强为0.1MPa，丙烯气体与氧源溶液的摩尔比为1.2：1，催化剂空速为1.20h-1。
所述第一微界面发生器内的气液比为1000：1，所述第二微界面发生器内的气液比为400：1。
经检测，使用所述系统及工艺后，H2O2的转化率为97.2％，丙烯气体的转化率为7.5％，PO的选择性为95.3％。
实施例2
使用上述系统及工艺进行丙烯环氧化制备环氧丙烷，其中：
所述工艺中反应器内的反应温度为35℃，反应压强为0.2MPa，丙烯气体与氧源溶液的摩尔比为1.5：1，催化剂空速为1.05h-1。
所述第一微界面发生器内的气液比为1150：1，所述第二微界面发生器内的气液比为420：1。
经检测，使用所述系统及工艺后，H2O2的转化率为97.8％，丙烯气体的转化率为7.7％，PO的选择性为95.6％。
实施例3
使用上述系统及工艺进行丙烯环氧化制备环氧丙烷，其中：
所述工艺中反应器内的反应温度为42℃，反应压强为0.5MPa，丙烯气体与氧源溶液的摩尔比为1.9：1，催化剂空速为0.68h-1。
所述第一微界面发生器内的气液比为1280：1，所述第二微界面发生器内的气液比为490：1。
经检测，使用所述系统及工艺后，H2O2的转化率为98.1％，丙烯气体的转化率为8.1％，PO的选择性为96.1％。
实施例4
使用上述系统及工艺进行丙烯环氧化制备环氧丙烷，其中：
所述工艺中反应器内的反应温度为57℃，反应压强为0.6MPa，丙烯气体与氧源溶液的摩尔比为2.3：1，催化剂空速为0.41h-1。
所述第一微界面发生器内的气液比为1390：1，所述第二微界面发生器内的气液比为530：1。
经检测，使用所述系统及工艺后，H2O2的转化率为98.5％，丙烯气体的转化率为8.2％，PO的选择性为96.4％。
实施例5
使用上述系统及工艺进行丙烯环氧化制备环氧丙烷，其中：
所述工艺中反应器内的反应温度为70℃，反应压强为0.8MPa，丙烯气体与氧源溶液的摩尔比为2.5：1，催化剂空速为0.12h-1。
所述第一微界面发生器内的气液比为1500：1，所述第二微界面发生器内的气液比为600：1。
经检测，使用所述系统及工艺后，H2O2的转化率为98.8％，丙烯气体的转化率为8.5％，PO的选择性为96.7％。
对比例
使用现有技术进行丙烯环氧化制备环氧丙烷，其中，本实施例选用的工艺参数与所述实施例5中的工艺参数相同。
经检测，使用所述系统及工艺后，H2O2的转化率为95.9％，丙烯气体的转化率为7.5％，PO的选择性为95.0％。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统，其特征在于，包括：
反应器，用以为丙烯气体和氧源溶液提供反应场所，所述反应器包括：设置在下方，用以装载丙烯气体、氧源溶液和催化剂并为丙烯气体和氧源溶液提供反应空间的全混流反应区以及设置在上方，用以对反应完成后物料进行输送和气液分离的活塞流反应区；
微界面发生器，其设置在所述全混流反应区内的指定位置，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给丙烯气体，使丙烯气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高氧源溶液与丙烯气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将氧源溶液与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化氧源溶液与丙烯气体间的传质效率和反应效率；
回流管，其设置在所述反应器侧壁，用以对反应器输出的物料进行预热并在预热后回流至反应器内以使物料中氧源溶液充分反应并对反应器内物料温度进行调节。
2.根据权利要求1所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统，其特征在于，所述微界面发生器包括：
第一微界面发生器，其为一气动式微界面发生器，所述第一微界面发生器设置在所述全混流反应区内并位于反应区底部，用以将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至反应器、并与反应器内的氧源溶液混合形成气液乳化物；
第二微界面发生器，其为液动式或气液联动式微界面发生器，所述第二微界面发生器设置在所述全混流反应区内，用以接收所述回流管输出的物料，使用物料卷吸所述活塞流反应区内未反应的丙烯气体并将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡，将微米级气泡与物料混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至全混流生化反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲，从而延长微米级气泡在全混流生化反应区内的停留时间并使丙烯气体进行二次反应。
3.根据权利要求2所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统，其特征在于，所述全混流反应区包括：
第一进料管，其设置在所述反应器侧壁且与所述第一微界面发生器相连，用以将丙烯气体输送至第一微界面发生器以使第一微界面发生器对丙烯气体进行破碎；
氧源进料口，其设置在所述反应器侧壁并位于所述第一进料管上方，用以将氧源溶液输送至反应器内部；
催化剂进料口，其设置在所述反应器侧壁并位于所述氧源进料口上方，用以将催化剂溶液输送至反应器内部；
残渣出口，其设置在所述反应器底部，用以将反应器内物料在反应过程中生成的残渣排出。
4.根据权利要求2所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统，其特征在于，所述活塞流反应区包括：
第二进料管，其设置在所述反应器内，且所述第二进料管底端与所述第二微界面发生器相连，第二进料管顶端位于反应器内液面上方，用以将反应器顶部未反应的丙烯气体卷吸至第二微界面发生器以使第二微界面发生器对丙烯气体进行破碎；
出料口，其设置在所述反应器侧壁，用以将含有环氧丙烷的物料输出反应器；
回流出口，其设置在所述反应器侧壁，用以将反应完成的含有环氧丙烷的混合物输出至所述回流管；
回流进料管，其设置在所述反应器侧壁且所述回流进料管两端分别与第二微界面发生器和回流管相连，用以将回流管中预热完成的混合物输出至第二微界面发生器；
尾气出口，其设置在所述反应器顶端，用以将反应器内物料反应后产生的尾气排出。
5.根据权利要求2所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统，其特征在于，所述回流管包括：
循环泵，其与所述反应器相连，用以输出反应器中反应完成的混合物；
换热器，其与所述循环泵相连，用以对循环泵输出的混合物进行换热以使混合物维持在预设温度范围内。
6.根据权利要求5所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的系统，其特征在于，所述换热器出口与所述第二微界面发生器相连，用以将预热后混合物输出至第二微界面发生器。
7.一种基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的工艺，其特征在于，包括：
步骤1：通过所述氧源进料口向反应器内输送氧源溶液，并通过所述催化剂进料口向反应器内输送催化剂溶液；
步骤2：通过所述第一进料管向反应器内输送丙烯气体，第一进料管会将丙烯气体输送至所述第一微界面发生器，第一微界面发生器对丙烯气体进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，第一微界面发生器将微米级气泡输出至反应器内并与氧源溶液在所述全混流反应区混合形成气液乳化物；
步骤3：气液乳化物在催化剂溶液的作用下发生反应，生成含有环氧丙烷的混合物，反应完成后，混合物向上流动进入所述活塞流反应区；
步骤4：混合物进入所述活塞流反应区后，通过所述回流出口进入所述回流管，所述换热器会将管路中的混合物换热至指定温度，
步骤5：混合物在预热后经回流进料管进入所述第二微界面发生器，第二微界面发生器会使用喷射混合物产生的高压将所述反应器顶部未反应的丙烯气体卷吸至第二微界面发生器内、并将丙烯气体破碎形成微米尺度的微米级气泡；
步骤6：第二微界面发生器在破碎完成后将微米级气泡与混合物混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述全混流生化反应区以使气液乳化物中充分反应；
步骤7：反应完成后，环氧丙烷向上流动至所述活塞流反应区，在活塞流反应区内，环氧丙烷中含有的少量尾气向上运动并通过所述尾气出口排出，排出尾气后的环氧丙烷通过所述出料口输出反应器。
8.根据权利要求7所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的工艺，其特征在于，所述步骤3中气液乳化物在反应后剩余的残渣会沉降至所述反应器底部并通过所述残渣出口排出所述反应器。
9.根据权利要求7所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的工艺，其特征在于，所述工艺中反应器内的反应温度为20-70℃，反应压强为0.1-0.8MPa。
10.根据权利要求7所述的基于微界面强化丙烯环氧化制备环氧丙烷的工艺，其特征在于，所述第一微界面发生器内的气液比为1000-1500：1，所述第二微界面发生器内的气液比为400-600：1。
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