CN114797702A - 一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法 - Google Patents

一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114797702A
CN114797702A CN202110059957.3A CN202110059957A CN114797702A CN 114797702 A CN114797702 A CN 114797702A CN 202110059957 A CN202110059957 A CN 202110059957A CN 114797702 A CN114797702 A CN 114797702A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction
channel
micro
oil bath
microchannel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110059957.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114797702B (zh
Inventor
初晓东
赵晶
王漭
牟通
李俊平
安丽艳
黎源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wanhua Chemical Group Co Ltd
Original Assignee
Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wanhua Chemical Group Co Ltd filed Critical Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority to CN202110059957.3A priority Critical patent/CN114797702B/zh
Publication of CN114797702A publication Critical patent/CN114797702A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114797702B publication Critical patent/CN114797702B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/08Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles
    • B01J8/087Heating or cooling the reactor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00Preparation of oxiranes
    • C07D301/02Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/19Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with organic hydroperoxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D303/00Compounds containing three-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D303/02Compounds containing oxirane rings
    • C07D303/04Compounds containing oxirane rings containing only hydrogen and carbon atoms in addition to the ring oxygen atoms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Epoxy Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法,在三级反应通道外,还设计了反应老化通道,促进过氧化物的转化,在该反应器中进行烯烃环氧化反应,能够通过快速移走环氧化反应产生的热量,维持体系温度恒定,同时在该微通道内进行烯烃环氧化时采用二烷基二硫代磷酸氧钼、烷基水杨酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼为催化剂,提高环氧化反应的选择性。

Description

一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环 氧化反应方法
技术领域
本发明涉及一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器,以及一种将其用于烯烃环氧化反应的方法,属于有机化工技术领域。
背景技术
烯烃的环氧化反应是一类常见且非常重要的反应,其生成的环氧化合物,例如环氧丙烷、环氧乙烷等都广泛应用于精细化工的各个领域。
环氧化属强放热反应类型,如果热量不能够及时移走,造成体系局部温度过高,则会加剧副反应,使得主反应选择性降低。
专利CN1282328A公开了一种采用连续连接的固定床反应器级联的环氧化方法,该方法虽然可以在环氧化设备上实现连续生产而不中断用于催化剂更新,从而延长催化剂的使用寿命,但对环氧化的强放热特点未能给出理想的解决方案。
在现有的环氧化工业化釜式反应案例中,针对体系强放热的特点,采取强制外循环的方式进行移热,由于体量大,并增加事故罐等诸多保护层,不仅增加了设备投资成本,其安全性问题也是一个巨大挑战。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,本发明的目的在于提供一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器,在三级反应通道外,还设计了反应老化通道,促进过氧化物的转化,避免因反应液中过氧化物浓度过高而对产品后处理带来不利因素。
本发明目的还在于提供在该反应器中进行烯烃环氧化反应的方法,该方法能够通过快速移走环氧化反应产生的热量,维持体系温度恒定,同时在该微通道内进行烯烃环氧化时采用二烷基二硫代磷酸氧钼、烷基水杨酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼为催化剂,提高环氧化反应的选择性。
为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案是:
本发明提供一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器,由微反应系统和换热系统两部分组成;
所述微反应系统由依次串联连接的一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道以及反应老化微通道组成;
所述换热系统包括一级循环油浴通道、二级循环油浴通道、三级循环油浴通道以及老化循环油浴通道;所述一级循环油浴通道、二级循环油浴通道、三级循环油浴通道、老化反应油浴通道各自独立,且分别对应一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道、反应老化微通道,与其进行换热。
优选地,所述微反应系统和换热系统二者同轴设置,循环油浴通道包覆在相对应级数的反应微通道的外部表面。
优选地,所述一级反应微通道内径为100~1000um,优选300~600um;所述二级反应微通道内径为20~5000um,优选200~2000um;所述三级反应微通道内径为100~5000um,优选1000~3000um;所述反应老化微通道内径为500~5000um,优选1000~3000um。
优选地,所述换热系统的传热通道形式为螺旋缠绕式换热管,换热管即循环油浴通道,其一级循环油浴通道内径为500~2000um,优选1000~1500um,持液量为500~1000ml;二级循环油浴通道内径为100~1500um,优选500~1000um,持液量为300~600ml;三级循环油浴通道内径为10~1000um,优选100~500um,持液量为150~300ml;老化反应级循环油浴通道内径为10~500um,优选50~100um,持液量为50~100ml。
优选地,所用微通道反应器材质为不锈钢中加入锰、铬、钼、镍元素中的一种或几种。
优选地,所述连续微通道反应器,还包括高压输液泵,所述高压输液泵设置在微反应系统入口前端;物料经高压输液泵加压后进入微反应系统中,更优选地,不同物料分别经高压输液泵加压,然后进入到微反应系统中;
优选地,所述连续微通道反应器,还包括静态混合器,所述静态混合器设置在高压输液泵与微反应系统入口之间;不同物料分别经高压输液泵加压,再经静态混合器混合,然后进入到微反应系统中。
本发明所述用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器,适用于含有2~20个碳原子烯烃的均相环氧化反应。
本发明提供一种烯烃环氧化反应方法,该方法采用上述连续微通道反应器,将烯烃作为反应底物一,均相催化剂与有机过氧化物混合均匀作为反应底物二,分别通过高压输液泵加压后同时进入静态混合器混合,然后依次经一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道发生一~三级环氧化反应,最后进入反应老化微通道发生老化反应,得到环氧化反应产物。
本发明方法,所述环氧化反应和老化反应过程,通过一级循环油浴通道、二级循环油浴通道、三级循环油浴通道、老化反应油浴通道分别与一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道、反应老化微通道进行换热,控制反应温度;优选地,所述一~三级环氧化反应反应温度逐级提高。
优选地,所述一级环氧化反应温度为10~120℃,优选15~85℃;所述二级环氧化反应温度为20~150℃,优选50~90℃;所述三级环氧化反应温度为40~180℃,优选65~105℃;所述老化反应温度为40~180℃,优选65~105℃。
优选地,所述一~三级环氧化反应以及老化反应停留时间均为3~50s,优选10~20s。
本发明方法,所述均相催化剂为二烷基二硫代磷酸氧钼、烷基水杨酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼中的一种或多种,优选二烷基二硫代氨基甲酸钼,且所述均相催化剂的酸值不大于3.5mgKOH/g。现有环氧化催化剂使用较多的是乙二醇钼、异辛酸钼、1,2-丙二醇钼等均相钼催化剂,但发明人实验发现这些催化剂当中存在的小分子醇或酸是导致环氧化合物发生开环反应,降低选择性的主要原因,为解决上述问题,本发明对均相钼催化剂结构进行了研究,采用特定结构的对环氧基团惰性的有机配体,能够使目标产物环氧烯烃的选择性提高到97%以上。
所述均相催化剂,其中的金属元素,除至少含有钼以外,还任选的含有铬、锰、铁中的一种或多种,优选含有铬,以及任选的锰和/或铁;所述铬、锰、铁各自以相应的可溶性金属形式加入到反应体系中,如乙酸锰、二茂铁、烟酸铬等。
优选地,以均相催化剂总质量为100%计,所述金属元素质量分数为6~15%,优选为7~9.5%,所述金属元素是指钼,以及任选的铬、锰、铁。
进一步优选地,以金属元素总质量为100%计,其中钼元素质量分数不小于65%,优选70~90%;铬元素质量分数1~30%,优选5~25%,锰和/或铁0.1~10%,优选1~5%。
本发明方法,所述有机过氧化物为叔丁基过氧化氢、乙苯过氧化氢、过氧化氢异丙苯、过氧乙酸、过氧丙酸中的一种或多种,优选过氧化氢异丙苯;且所述有机过氧化物含水量不高于0.3%;所述有机过氧化物原料通常以溶液形式存在如叔丁基过氧化氢(TBHP)的叔丁醇溶液,乙苯过氧化氢(EBHP)的乙苯溶液、异丙苯过氧化氢(CHP)的异丙苯溶液。
本发明方法,所述烯烃为2~20个碳原子的烯烃,选自乙烯、丙烯、1-丁烯、1,3-丁二烯、异丁烯、1-戊烯、环戊烯、环戊二烯、1-己烯、环己烯、1-庚烯、1-辛烯、苯乙烯、环十二碳三烯,优选为苯乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯。
本发明方法,所述有机过氧化物与烯烃摩尔比为1:1~5,优选1:1~3;
所述均相催化剂与有机过氧化物质量比为1:50~600,优选1:50~150。
本发明方法,反应底物一和反应底物二分别通过高压输液泵加压后同时进入静态混合器混合,反应底物一进入静态混合器的流速为0.1~30ml/min,优选2~15ml/min;所述反应底物二进入静态混合器的流速为0.1~18ml/min,优选1~10ml/min,通过改变进料流速来控制物料停留时间,以达到较优的反应效果。
本发明方法,所述反应底物一在常温下为气相烯烃时,优选溶于溶剂中使用,所述溶剂选自甲苯、环己烷、乙基环己烷等,用量为烯烃质量的2~3倍。与现有技术相比,本发明技术方案有益效果在于:
本发明根据环氧化反应的特点,设计了一种四段换热式微通道反应器,该反应器除了三级反应通道外,还设计了反应老化通道,为过氧化物的进一步转化提供了条件,避免因反应液中过氧化物浓度过高而对产品后处理带来不利因素,适用于含有2~20个碳原子烯烃的均相环氧化反应。
本发明反应原料烯烃与均相催化剂分别通过高压输液泵进入微通道反应器中反应,并根据其放热特点设计了不同的管道深宽比,环氧化反应前期剧烈放热,适当调大微通道的深宽比,使得热量及时散出,避免体系局部温度过高引发副反应;环氧化反应后期放热缓慢,调小微通道的深宽比,使得反应放出热量能够用来维持体系温度,这种设计不仅能够提高环氧化反应的选择性,也能够通过充分利用反应放热来维持体系温度,从而降低了反应的换热成本,具有良好的工业化前景。
本发明还对均相钼催化剂进行了特别设计,采用特定结构的对环氧基团惰性的有机配体,解决现有环氧化催化剂使用较多的乙二醇钼、异辛酸钼、1,2-丙二醇钼中存在的小分子醇或酸导致的环氧化合物开环反应,能够使目标产物环氧烯烃的选择性提高到97%以上。
附图说明
图1为本发明连续微通道反应器的结构示意图;
图中:1、原料储罐1,2、高压输液泵1,3、高压输液泵2,4、原料储罐2,5、静态混合器,6、一级循环油浴通道,7、一级反应微通道,8、二级循环油浴通道,9、二级反应微通道,10、三级循环油浴通道,11、三级反应微通道,12、老化反应油浴通道,13、反应老化微通道,14、反应液接收罐。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题及有益效果更加清楚明白,以下结合具体实施例,对本发明作进一步详细说明。另外,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一、实施例及对比例主要原料信息:
苯乙烯:济南晶昊化工有限公司;
环己烯:济南汇锦川化工有限公司;
己烯:山东安强化工有限公司;
环戊烯、1-辛烯、1-庚烯、乙酸锰、二茂铁:上海麦克林生化科技有限公司;
二烷基二硫代磷酸氧钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼:杭州施特安化工有限公司;
烟酸铬:山东西亚化工科技有限公司;
烷基水杨酸钼:广东翁江化学试剂有限公司;
叔丁基过氧化氢(TBHP):万华化学,质量分数48.5%的叔丁基过氧化氢(TBHP)的叔丁醇溶液,含水量0.12%;
异丙苯过氧化氢(CHP):万华化学,质量分数35.8%的异丙苯过氧化氢(CHP)的异丙苯溶液,含水量0.02%;
乙苯过氧化氢(EBHP):万华化学,质量分数37.6%的乙苯过氧化氢(EBHP)的乙苯溶液,含水量0.03%;
如未特别说明,其它原料均为普通市售产品,试剂均为分析纯。二、实施例中采用的分析测试方法:
安捷伦气相色谱仪(色谱仪型号GC2010 Plus):色谱柱DB-5 30*0.32*0.25;检测器FID2;汽化室温度为260℃,检测器温度为300℃;程序升温:50℃,2min;5℃/min至80℃;再以15℃/min至280℃,保持10min。
实施例1
一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器,由微反应系统和换热系统两部分组成,微反应系统和换热系统二者同轴设置,循环油浴通道包覆在相对应级数的反应微通道的外部表面。
其中微反应系统由依次串联连接的一级反应微通道7、二级反应微通道9、三级反应微通道11以及反应老化微通道13组成,一级反应微通道内径为500um,二级反应微通道内径为1000um,三级反应微通道内径为1500um,反应老化微通道内径为1500um。
所述换热系统包括一级循环油浴通道6、二级循环油浴通道8、三级循环油浴通道11以及老化循环油浴通道13;所述一级循环油浴通道6、二级循环油浴通道8、三级循环油浴通道11、老化反应油浴通道13各自独立,且分别对应一级反应微通道7、二级反应微通道9、三级反应微通道11、反应老化微通道13,与其进行换热。
所用微通道反应器的传热通道管路形式为螺旋缠绕换热管,换热管即循环油浴通道,其一级循环油浴通道内径为1200um,持液量为600ml;二级循环油浴通道内径为800um,持液量为400ml;三级循环油浴通道内径为300um,持液量为200ml;老化反应级循环油浴通道内径为70um,持液量为80ml。
在微反应系统入口前端并联设置高压输液泵2、3,同时在并联设置的高压输液泵2、3与微反应系统入口之间设置静态混合器5;烯烃和催化剂物料分别经高压输液泵2、3加压,再经静态混合器5混合,然后进入到微反应系统中。
此外高压输液泵-1 2连接原料储罐-1 1,高压输液泵-2 3连接原料储罐-2 4,微反应系统出口连接反应液接收罐14。
微通道反应器材质为316L不锈钢,其中含铁(70%)、铬(16%)、镍(14%)元素。
实施例2
烯烃环氧化反应,采用实施例1结构的连续微通道反应器,步骤为:
将194g(1.86mol)苯乙烯作为反应底物一置于原料储罐1中,将120g含质量分数48.5%的叔丁基过氧化氢(TBHP 58.2g,0.65mol)的叔丁醇溶液置于原料储罐2中,向原料储罐2中加入二烷基二硫代磷酸氧钼(其中钼含量7.5wt%,酸值2.8mgKOH/g)催化剂0.56g,控制换热系统使一级、二级、三级以及老化反应温度分别为60℃停留时间18s、65℃停留时间18s、70℃停留时间18s和75℃停留时间18s。通过高压输液泵1控制苯乙烯进料速度为2.0ml/min,通过高压输液泵2控制TBHP溶液进料速度为1.3ml/min,同时进入静态混合器混合后开始进料。依次经一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道发生一~三级环氧化反应,最后进入反应老化微通道发生老化反应,得到环氧化反应产物,在反应老化微通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定TBHP转化率为99%,气相外标法测定环氧化合物选择性为98.5%。
实施例3
烯烃环氧化反应,采用实施例1结构的连续微通道反应器,步骤为:
将150g(1.83mol)环己烯置于原料储罐1中,将135g含质量分数48.5%的叔丁基过氧化氢(TBHP 65.48g,0.73mol)的叔丁醇溶液置于原料储罐2中,向原料储罐2中加入二烷基二硫代氨基甲酸钼(其中钼含量8wt%,酸值2mgKOH/g)催化剂0.48g和烟酸铬0.1g,控制换热系统使一级、二级、三级以及老化反应温度分别为57℃停留时间13s、63℃停留时间13s、68℃停留时间13s和73℃停留时间13s。通过高压输液泵1控制环己烯进料速度为2.4ml/min,通过高压输液泵2控制TBHP溶液进料速度为2.1ml/min,开始进料。在反应老化微通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定TBHP转化率为99.9%,气相外标法测定环氧化合物选择性为99.6%。
实施例4
烯烃环氧化反应,采用实施例1结构的连续微通道反应器,步骤为:
将200g己烯(2.37mol)置于原料储罐1中,将347.87g含质量分数37.6%的乙苯过氧化氢(EBHP 130.8g,0.95mol)的乙苯溶液置于原料储罐2中,向原料储罐2中加入烷基水杨酸钼(其中钼含量7wt%,酸值1.8mgKOH/g)催化剂0.9g、烟酸铬0.12g和乙酸锰0.02g,控制换热系统使一级、二级、三级以及老化反应温度分别为56℃停留时间15s、59℃停留时间15s、66℃停留时间15s和70℃停留时间15s。通过高压输液泵1控制己烯进料速度为1.5ml/min,通过高压输液泵2控制EBHP溶液进料速度为2.5ml/min,开始进料。在老化反应通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定EBHP转化率为99.9%,气相外标法测定环氧化合物选择性为97.8%。
实施例5
烯烃环氧化反应,采用实施例1结构的连续微通道反应器,步骤为:
将220g(3.23mol)环戊烯置于原料储罐1中,将422.07g含质量分数37.6%的乙苯过氧化氢(EBHP 158.7g,1.15mol)的乙苯溶液置于原料储罐2中,向原料储罐2中加入二烷基二硫代磷酸氧钼(其中钼含量9wt%,酸值1.8mgKOH/g)催化剂1.12g、烟酸铬0.14g以及乙酸锰0.02g,控制换热系统使一级、二级、三级以及老化反应温度分别为65℃停留时间14s、68℃停留时间14s、73℃停留时间14s和75℃停留时间14s。通过高压输液泵1控制环戊烯进料速度为1.4ml/min,通过高压输液泵2控制EBHP溶液进料速度为2.8ml/min,开始进料。在老化反应通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定EBHP转化率为99.9%,气相外标法测定环氧化合物选择性为98%。
实施例6
烯烃环氧化反应,采用实施例1结构的连续微通道反应器,步骤为:
将280g(2.49mol)1-辛烯置于原料储罐1中,将392.9g含质量分数35.8%的异丙苯过氧化氢(CHP 140.65g,0.92mol)的异丙苯溶液置于原料储罐2中,向原料储罐2中加入烷基水杨酸钼(其中钼含量9.5wt%,酸值1.6mgKOH/g)催化剂0.94g,控制换热系统使一级、二级、三级以及老化反应温度分别为78℃停留时间12s、82℃停留时间12s、86℃停留时间12s和88℃停留时间12s。通过高压输液泵1控制1-辛烯进料速度为2ml/min,通过高压输液泵2控制CHP溶液进料速度为2.8ml/min,开始进料。在老化反应通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定CHP转化率为99.9%,气相外标法测定环氧化合物选择性为99.5%。
实施例7
烯烃环氧化反应,采用实施例1结构的连续微通道反应器,步骤为:
将235g(2.39mol)1-庚烯置于原料储罐1中,将425.14g含质量分数35.8%的异丙苯过氧化氢(CHP 152.2g,1mol)的异丙苯溶液置于原料储罐2中,向原料储罐2中加入二烷基二硫代磷酸氧钼(其中钼含量8.5wt%,酸值1.6mgKOH/g)催化剂1.04g、烟酸铬0.16以及二茂铁0.02g,控制换热系统使一级、二级、三级以及老化反应温度分别为70℃停留时间12s、73℃停留时间12s、78℃停留时间12s和82℃停留时间12s。通过高压输液泵1控制1-庚烯进料速度为1.7ml/min,通过高压输液泵2控制CHP溶液进料速度为3.3ml/min,开始进料。在老化反应通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定CHP转化率为99.8%,气相外标法测定环氧化合物选择性为98.8%。
对比例1
采用实施例2的制备方法,不同之处仅在于采用无老化通道的微通道反应器。将194g(1.86mol)苯乙烯置于原料储罐1中,将120g含质量分数48.5%的叔丁基过氧化氢(TBHP 58.2g,0.65mol)的叔丁醇溶液置于原料储罐2中,向原料储罐2中加入二烷基二硫代磷酸氧钼(其中钼含量7.5wt%,酸值2.8mgKOH/g)催化剂0.56g,控制换热系统使一级、二级、三级反应温度分别为60℃停留时间18s、65℃停留时间18s、70℃停留时间18s。通过高压输液泵1控制苯乙烯进料速度为2.0ml/min,通过高压输液泵2控制TBHP溶液进料速度为1.3ml/min,开始进料。在三级反应通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定TBHP转化率为95.0%,气相外标法测定环氧化合物选择性为96.4%。
对比例2
采用实施例2的制备方法,不同之处仅在于将催化剂二烷基二硫代磷酸氧钼替换为同质量的乙二醇钼。在反应老化微通道出口接收反应液,经碘量法滴定测定TBHP转化率为96.7%,气相外标法测定环氧化合物选择性为94.3%。
对比例3
采用实施例2的制备方法,不同之处在于将所述用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器替换为500ml四口烧瓶。将194g(1.86mol)苯乙烯、120g含质量分数48.5%的叔丁基过氧化氢(TBHP 58.2g,0.65mol)的叔丁醇溶液混合,然后加入二烷基二硫代磷酸氧钼(其中钼含量7.5wt%,酸值2.8mgKOH/g)催化剂0.56g,控制温度分别为60℃反应0.5h,然后升温至65℃反应0.5h,继续升温至70℃反应0.5h,最后在75℃反应4.5h,反应结束后取反应液,经碘量法滴定测定TBHP转化率为92%,气相外标法测定环氧化合物选择性为89.5%。

Claims (10)

1.一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器,其特征在于,由微反应系统和换热系统两部分组成;
所述微反应系统由依次串联连接的一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道以及反应老化微通道组成;
所述换热系统包括一级循环油浴通道、二级循环油浴通道、三级循环油浴通道以及老化循环油浴通道;所述一级循环油浴通道、二级循环油浴通道、三级循环油浴通道、老化反应油浴通道各自独立,且分别对应一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道、反应老化微通道,与其进行换热;
优选地,所述微反应系统和换热系统二者同轴设置,循环油浴通道包覆在相对应级数的反应微通道的外部表面。
2.根据权利要求1所述的连续微通道反应器,其特征在于,所述一级反应微通道内径为100~1000um,优选300~600um;所述二级反应微通道内径为20~5000um,优选200~2000um;所述三级反应微通道内径为100~5000um,优选1000~3000um;所述反应老化微通道内径为500~5000um,优选1000~3000um;
优选地,所述换热系统的传热通道形式为螺旋缠绕式换热管,换热管即循环油浴通道,其一级循环油浴通道内径为500~2000um,优选1000~1500um,持液量为500~1000ml;二级循环油浴通道内径为100~1500um,优选500~1000um,持液量为300~600ml;三级循环油浴通道内径为10~1000um,优选100~500um,持液量为150~300ml;老化反应级循环油浴通道内径为10~500um,优选50~100um,持液量为50~100ml。
3.根据权利要求1或2所述的连续微通道反应器,其特征在于,所述微通道反应器材质为不锈钢中加入锰、铬、钼、镍元素中的一种或几种;
优选地,所述连续微通道反应器,还包括高压输液泵,所述高压输液泵设置在微反应系统入口前端;物料经高压输液泵加压后进入微反应系统中,更优选地,不同物料分别经高压输液泵加压,然后进入到微反应系统中;
优选地,所述连续微通道反应器,还包括静态混合器,所述静态混合器设置在高压输液泵与微反应系统入口之间;不同物料分别经高压输液泵加压,再经静态混合器混合,然后进入到微反应系统中。
4.根据权利要求1-3任一项所述的连续微通道反应器,其特征在于,适用于含有2~20个碳原子烯烃的均相环氧化反应。
5.一种烯烃环氧化反应方法,其特征在于,采用权利要求1-4任一项所述的连续微通道反应器,将烯烃作为反应底物一,均相催化剂与有机过氧化物混合均匀作为反应底物二,分别通过高压输液泵加压后同时进入静态混合器混合,然后依次经一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道发生一~三级环氧化反应,最后进入反应老化微通道发生老化反应,得到环氧化反应产物。
6.根据权利要求5所述的烯烃环氧化反应方法,其特征在于,所述环氧化反应和老化反应过程,通过一级循环油浴通道、二级循环油浴通道、三级循环油浴通道、老化反应油浴通道分别与一级反应微通道、二级反应微通道、三级反应微通道、反应老化微通道进行换热,控制反应温度;优选地,所述一~三级环氧化反应反应温度逐级提高;
优选地,所述一级环氧化反应温度为10~120℃,优选15~85℃;所述二级环氧化反应温度为20~150℃,优选50~90℃;所述三级环氧化反应温度为40~180℃,优选65~105℃;所述老化反应温度为40~180℃,优选65~105℃;
优选地,所述一~三级环氧化反应以及老化反应停留时间均为3~50s,优选10~20s。
7.根据权利要求5或6所述的烯烃环氧化反应方法,其特征在于,所述均相催化剂为二烷基二硫代磷酸氧钼、烷基水杨酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼中的一种或多种,优选二烷基二硫代氨基甲酸钼,且所述均相催化剂的酸值不大于3.5mgKOH/g;
所述均相催化剂,其中的金属元素,除至少含有钼以外,还任选的含有铬、锰、铁中的一种或多种,优选含有铬,以及任选的锰和/或铁;所述铬、锰、铁各自以相应的可溶性金属形式如乙酸锰、二茂铁、烟酸铬加入到反应体系中;
优选地,以均相催化剂总质量为100%计,所述金属元素质量分数为6~15%,优选为7~9.5%,所述金属元素是指钼,以及任选的铬、锰、铁;
进一步优选地,以金属元素总质量为100%计,其中钼元素质量分数不小于65%,优选70~90%;铬元素质量分数1~30%,优选5~25%,锰和/或铁0.1~10%,优选1~5%。
8.根据权利要求5-7任一项所述的烯烃环氧化反应方法,其特征在于,所述有机过氧化物为叔丁基过氧化氢、乙苯过氧化氢、过氧化氢异丙苯、过氧乙酸、过氧丙酸中的一种或多种,优选过氧化氢异丙苯;且所述有机过氧化物含水量不高于0.3%;
所述烯烃为2~20个碳原子的烯烃,选自乙烯、丙烯、1-丁烯、1,3-丁二烯、异丁烯、1-戊烯、环戊烯、环戊二烯、1-己烯、环己烯、1-庚烯、1-辛烯、苯乙烯、环十二碳三烯,优选为苯乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯。
9.根据权利要求5-8任一项所述的烯烃环氧化反应方法,其特征在于,所述有机过氧化物与烯烃摩尔比为1:1~5,优选1:1~3;
所述均相催化剂与有机过氧化物混合质量比为1:50~600,优选1:50~150。
10.根据权利要求5-9任一项所述的烯烃环氧化反应方法,其特征在于,所述反应底物一和反应底物二分别通过高压输液泵加压后同时进入静态混合器混合,反应底物一进入静态混合器的流速为0.1~30ml/min,优选2~15ml/min;所述反应底物二进入静态混合器的流速为0.1~18ml/min,优选1~10ml/min,通过改变进料流速来控制物料停留时间;
所述反应底物一在常温下为气相烯烃时,优选溶于溶剂中使用,所述溶剂选自甲苯、环己烷、乙基环己烷,用量为烯烃质量的2~3倍。
CN202110059957.3A 2021-01-18 2021-01-18 一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法 Active CN114797702B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110059957.3A CN114797702B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110059957.3A CN114797702B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114797702A true CN114797702A (zh) 2022-07-29
CN114797702B CN114797702B (zh) 2024-05-03

Family

ID=82524565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110059957.3A Active CN114797702B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114797702B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1286687C (en) * 1985-08-13 1991-07-23 Michael Paul Habenschuss Process for manufacture of alkene oxide
US20050031507A1 (en) * 2003-05-30 2005-02-10 Fuji Photo Film Co., Ltd. Microreactor
JP2005161125A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Furukawa Electric Co Ltd:The マイクロ化学反応装置
CN102875493A (zh) * 2012-10-15 2013-01-16 常州大学 在连续流微通道反应器中制备环氧脂肪酸甲酯的方法
US20130233525A1 (en) * 2012-03-12 2013-09-12 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Multi-flow passage device
CN105817187A (zh) * 2016-01-05 2016-08-03 南京工业大学 适合极度放热反应的微通道反应装置和系统
CN207576361U (zh) * 2017-11-07 2018-07-06 菲立化学工程(上海)有限公司 一种微通道反应器
US20180326393A1 (en) * 2015-11-11 2018-11-15 Fluitec Invest Ag Device for Carrying Out a Chemical Reaction by a Continuous Method
US20190152896A1 (en) * 2016-07-27 2019-05-23 Shanghai Hybrid-Chem Technologies Continuous Flow Process For the Synthesis of Phenylhydrazine Salts and Substituted Phenylhydrazine Salts
US20200172478A1 (en) * 2017-08-12 2020-06-04 Shanghai Hybrid-Chem Technologies Online continuous flow process for the synthesis of organic peroxides using hydrogen peroxide as raw material

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1286687C (en) * 1985-08-13 1991-07-23 Michael Paul Habenschuss Process for manufacture of alkene oxide
US20050031507A1 (en) * 2003-05-30 2005-02-10 Fuji Photo Film Co., Ltd. Microreactor
JP2005161125A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Furukawa Electric Co Ltd:The マイクロ化学反応装置
US20130233525A1 (en) * 2012-03-12 2013-09-12 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Multi-flow passage device
CN102875493A (zh) * 2012-10-15 2013-01-16 常州大学 在连续流微通道反应器中制备环氧脂肪酸甲酯的方法
US20180326393A1 (en) * 2015-11-11 2018-11-15 Fluitec Invest Ag Device for Carrying Out a Chemical Reaction by a Continuous Method
CN105817187A (zh) * 2016-01-05 2016-08-03 南京工业大学 适合极度放热反应的微通道反应装置和系统
US20190152896A1 (en) * 2016-07-27 2019-05-23 Shanghai Hybrid-Chem Technologies Continuous Flow Process For the Synthesis of Phenylhydrazine Salts and Substituted Phenylhydrazine Salts
US20200172478A1 (en) * 2017-08-12 2020-06-04 Shanghai Hybrid-Chem Technologies Online continuous flow process for the synthesis of organic peroxides using hydrogen peroxide as raw material
CN207576361U (zh) * 2017-11-07 2018-07-06 菲立化学工程(上海)有限公司 一种微通道反应器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
穆金霞;殷学锋;: "微通道反应器在合成反应中的应用", 化学进展, no. 01 *
穆金霞;殷学锋;: "微通道反应器在合成反应中的应用", 化学进展, no. 01, 24 January 2008 (2008-01-24) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114797702B (zh) 2024-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106944156A (zh) 使催化剂成分减活的方法以及装置
CN103896740B (zh) 一种生产甲酚的方法
CN101462962A (zh) 一种硝酸异辛酯的合成方法及微通道反应器
US20050250972A1 (en) Isobutane alkylation
CN1360565A (zh) 通过乙烷或乙烯氧化生产乙酸乙烯酯单体的方法
CN101293810A (zh) 一种环己烷的液相氧化方法
CN1418200A (zh) 环氧乙烷化合物的制造方法
WO2019175731A1 (en) Mitigating oxygen, carbon dioxide and/or acetylene output from an odh process
US8546634B2 (en) Method for production of conjugated diolefin
US10076739B1 (en) Chemical reactor for use with overly reactive chemicals
CN100526279C (zh) 连续制备正戊醛的工艺过程
US20140044613A1 (en) Catalytic isobutane alkylation
CN114797702A (zh) 一种用于烯烃环氧化反应的连续微通道反应器及一种烯烃环氧化反应方法
CN106588734B (zh) 一种异丙苯氧化制备过氧化氢异丙苯的方法及装置
Trifiro et al. Oxidation of butenes to maleic anhydride on MnMoO4 based catalyst
US4508923A (en) Oxidation of hydrocarbons
CN101657257B (zh) 氧化脱金属方面的改进
US5043500A (en) Use of steam eductor to supply oxygen for oxidative reheating in dehydrogenation of C3 + hydrocarbons
CN109894127A (zh) 一种稀土磷酸盐催化剂的制备及其制备丙烯酸(甲酯)中的应用
US7550643B2 (en) Isobutane alkylation
EP3187480A1 (en) Oxidation reactor and production method for oxide
CN111434753B (zh) 一种合成聚α烯烃基础油的方法
CN1036915C (zh) 用钯/膦催化剂进行的羰基化方法
CN1216875C (zh) 氧化烯烃制造环氧化物的方法
CN104513122B (zh) 一种苯与环己烯液相烷基化合成环己基苯的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant