CN1176630A - 在造纸厂生产过氧化氢的设备 - Google Patents

Abstract

用于在造纸厂现场生产过氧化氢的设备,包括至少一种蒽醌衍生物在有机溶剂混合物中以溶液形式催化加氢的第一段(2),通过将含氧气体混合物如空气加入工作溶液以得到氧化的工作溶液而使得到的氢化后的工作溶液氧化的第二段(3)和通过将水逆流加入氧化的工作溶液中从氧化的工作溶液中萃取过氧化氢的第三段(5),用于将含氢气的气体引入所述第一段并将应急空气引入第二段的装置;所述用于引入含氢气体的装置包括一个由缩颈多支管构成的喷射器(21),所述喷射器连接一个用于引入氢气的导管(24)和用于为该喷射器提供来自造纸厂(1)的带压蒸汽的装置(23),使得蒸汽携带含氢气体到第一段,同时气体在经过缩颈之后压力减小。

Description

在造纸厂生产过氧化氢的设备

本发明的主题是一种在造纸厂生产过氧化氢的设备，所述生产包括的第一步是溶解在适当的有机溶剂的混合物中的至少一种蒽醌衍生物的催化加氢，第二步是所得到的加氢后的工作溶液的氧化，所述氧化是通过向该工作溶液中注入含有氧的气体混合物如空气以得到一种氧化的工作溶液而进行的，  第三步是从氧化的工作溶液中萃取出过氧化氢，所述萃取是通过将水逆流注入氧化的工作溶液中进行的，提供用于在所述第一步中注入一种含有氢气的气体和在第二步中注入备用空气的装置。

这样一种设备被称为“现场制造”设备，也就是说，过氧化氢在其使用地点制造，在这种情况下，其使用地点是制造化学纸浆的工厂，所述制造是按照含有至少一种蒽醌衍生物的工作溶液的自氧化方法进行的。

工作溶液的蒽醌衍生物成分优选选自有1至5个碳原子的烷基取代基如甲基、乙基、仲丁基、叔丁基、叔戊基和异戊基的2-烷基-9，10-蒽醌，和相应的5、6、7、-四氢化或选自二烷基-9，10-蒽醌，其中的烷基取代基可以相同或不同，含有1-5个碳原子，例如甲基、乙基和叔丁基如1，3-二甲基、1，4-二甲基、2，3-二甲基、2，7-二甲基、1，3-二乙基、2，7-二-叔丁基或2-乙基-6-叔丁基，和相应的5，6，7，8-四氢衍生物。工作溶液的有机溶剂成分优选为一种非极性化合物和一种极性化合物的混合物。非极性化合物优选选自沸点高于140℃的石油馏分，该馏分主要含有有至少9个碳原子的芳烃例如三甲苯的异构体、四甲苯的异构体、叔丁基苯、甲基萘的异构体或二甲基萘的异构体。极性化合物优选选自饱和醇类，该醇类优选含有7-11个碳原子如二异丁基甲醇、3，5，5-三甲基己醇或异庚醇，羧酸酯类如商品名为“Sextate”的乙酸环己基甲酯、乙酸庚酯、苯甲酸丁酯或庚酸乙酯，磷酸酯类如磷酸三丁酯、磷酸三(2-乙基丁基)酯、磷酸三(2-乙基己基)酯或磷酸三(正辛基)酯，或者四元取代的尿素，如四(正丁基)尿素。

加氢反应一般在50-70℃下进行，控制氢气流速的容器中液面上空间气体的压力为0.5-4巴，优选0.8-1.5巴(相对)。在氢化器的出口得到5-15g/l，优选7-10g/l的当量产物。

应理解“过氧化氢当量数”是指以克表示的过氧化氢的量，所述量是如果该氧化器中氧化步骤的产率是100％的话，一升工作溶液在氧化步骤结束时能提供的过氧化氢的量。以过氧化物的质量表示的实得浓度相当于摩尔浓度，所述摩尔浓度等于在工作溶液中混合的可再次氧化的蒽氢醌的摩尔浓度。

有利的作法是经过由穿有直径0.5-3mm，优选1-2mm的孔的管或板构成的分布器以20-100m/sec，优选40-50m/sec的注入速度导入氢气。

所得到的加氢后的溶液首先被冷却，然后被加入构成第二步的氧化器的上端，而含氧气体如压缩空气被注入氧化器的底部。空气在氧化器中与工作溶液逆流地上升，所述工作溶液下降经过适当的填料或多孔板。

最后，氧化后的工作溶液被冷却，然后被引入构成第三步的过氧化氢萃取器的底部。用水逆流萃取工作溶液，所述水优选为软化水，该水在萃取器的上部被引入。在萃取器的出口处回收过氧化氢，而工作溶液被循环回氢化器。在萃取塔的出口处，水溶液的过氧化氢检定值小于45％。

借助一个电力压缩机引入氢气。实际上，这些压缩机有运动构件，这些构件需要维护并且会引起安全问题，特别是在密封程度方面，密封不好会形成氢气通道泄漏或者空气进入通道。

在设备停工时，将惰性的氮气引入氢化器中，并使从氢化器顶部流出的气态流体循环通过该压缩机并重新引入氢化器底部，以便使催化剂保持悬浮状态。

另外，按照现有技术，使氢气经过一个扩散器进入氢化器，所述扩散器一般由多孔板构成，该板的孔有非常小的直径，所述直径在几十微米的数量级。这导致工作溶液由于蒸发效应该冷表面上的工作溶液在孔中结晶。因此，需要事先再加热含氢气体并用溶剂混合物使之饱和，这需要附加的投资。

最后，在造纸厂制造化学纸浆的方法与连续产生大量压缩蒸汽有关，到目前为止所述蒸汽一直是部分回收。

本发明的目的是提供一种在造纸厂现场生产过氧化氢的设备，其中借助能够增加设备的可靠性及其安全性，特别是在停止向设备供电的情况下的可靠性和安全性的方法确保氢气或惰性氮气的引入。

按照本发明，引入含氢气体的装置包括一个喷射器，该喷射器由一个缩颈多支管构成，所述喷射器与一个用于引入氢气的导管和用于为该喷射器提供加压蒸汽的装置相连，所述蒸汽来自造纸厂，使该蒸汽携带氢气到第一段。

在本发明的上下文中，“含氢气体”表示一个由纯氢气组成的气流或含有氢气和一种相对工作溶液来说是惰性的气体例如氮气的气体混合物。

造纸厂产生的蒸汽的平均压力为10-15巴，并且总是可以在现场得到的。为此，万一设备由于停电而突然停工，借助于喷射器惰性氮气的再循环得以实现。

本发明的其它具体特征和优点将在下面的描述过程中变得更清楚，下面的描述是结合附图进行的，其中用非限定性的实施例的方式来阐述一种实施方案。

图1是本发明用于在使用现场制造过氧化氢的设备的流程简图。

图2是一个喷射器的纵向剖面正视图，图1的设备可安有该喷射器。

图1所示的设备被设计用于在造纸厂1现场生产过氧化氢(“现场”制造)。

该设备包括工作溶液加氢的第一段2，所述工作溶液含有在有机溶剂混合物中的至少一种蒽醌衍生物，和所得到的加氢后的工作溶液的氧化的第二段3，该氧化通过借助压缩器4在构成氧化器3的塔的底部引入空气(箭头F)来进行，从而得到氧化的工作溶液。最后，该制造设备包含过氧化氢萃取的第三段5，所述萃取是通过将水逆流加入工作溶液来进行的，所述工作溶液从底部向上通过萃取塔5。在萃取器5的下部(箭头H)收集过氧化氢，回收的浓度小于45％，优选小于20％。在经过一个聚结器6后，萃取后的工作溶液经泵39再循环，在换热器13中再加热并在氢化器的底部引入。

新鲜的过量氢在氢化器2的底部(箭头K)引入并在管7中与再循环的气态流体混合，所述流体含有氢，是在氢化器2的上部回收的，它们构成一个封闭的循环回路8。加氢后的工作溶液在氢化器2的底部收集，经过一个过滤系统11，然后经泵12输送至换热器13和冷却器14，然后引入氧化器3的上部。后者含有气液接触装置15，如乱堆填料如拉西环，或多孔板。废空气在氧化器3的上部排出，经过一个冷凝系统16被排入大气，还可在进一步净化后排放。工作溶液在氧化器3的底部经管17收集，经泵18引入冷却器19，然后在萃取塔5的下部引入，它向上与经上部引入(箭头G)的软化水逆流接触。

提供用于将氢引入第一段2的装置，这些装置包括一个喷射器21，例如Bertin公司出售的种类。该喷射器21由缩颈多支管构成，其室22(图2)与管23相通，以引入来自造纸厂1的加压蒸汽，并与一个供给来自氢化器2顶部的再循环氢气的导管24相通。可在造纸厂现场得到的蒸汽来自锅炉，用于回收黑液中的气味，并且正如已指出的那样，通常平均压力为10至15巴之间。室22止于其端部，该端部与管23相对，并带有缩颈22a，该缩颈连有一扩张型喷嘴25，该喷嘴经管26连到一个冷凝器27如水冷凝器上。后者自身经一导管28连于一个冷凝液分离器29，含氢流体从此处排出，以便经管7在氢化器2的底部引入。

喷射器21的室22以已知方式包含一个中心套管31，该套管与引入导管23同轴，并且后者位于套管31之中。加压蒸汽引入导管23，并且套管31吸取套管31周围的氢气，两种气体在通过混合器32中的缩颈22a处之后混合。混合物在经过缩颈后压力降低并由扩张型喷嘴25喷入管26。

设在氢化器的第一段2的顶部的管34上安装有一个阀35，并使得能够引导惰性气体如氮气进入氢化器2的液面上气体空间。如果需要，该阀35可以开启，同时阀33关闭，所述阀33位于在管7的上游的额外氢气供给管上。这样，万一过氧化氢生产设备停工，能够保持设备的安全并能防止氢化器2中所装的催化剂沉积，这有助于它的重新起动。

氢气在第一段2的底部经过一个分布器36引入，所述分布器以公知的方法制造，还可经过一块板或经过一个管引入，它们穿有多个各自直径约0.5-3mm，优选1-2mm的孔，但是不经过与现有技术同样的多孔板引入。这些孔能使气体的喷射速率为20-100m/sec，优选40-50m/sec。

万一压缩机4出现机械故障或停止供电，空气不再被引入氧化器。万一故障时间延长，经过管37由未示出的空气源提供应急空气。实际上需要将应急空气引入氧化器3以氧化循环中存在的被还原的工作溶液，万一由于供电中断设备停工，用辅助发电机供电给空气压缩机在经济上是不大可能的。本发明的附加特点是为进行该应急空气的引入提供一种喷射装置，该装置由一个喷射器21’、一个冷凝器27’和一个冷凝液分离器如29’构成，所述冷凝液分离器与管37相连，其中蒸汽冷凝和该处的气体可被引入相关的段3。该装置可借助于使用加压蒸汽经管37提供应急空气，所述蒸汽从造纸厂1经过一连接段(未示出)通入喷射器21’。

经聚结器6回收的工作溶液经过泵39和冷却器13循环到氢化器2，如图1所示。

按照本发明的简化的实施方案，设备可以只配有氢气喷射器21，而没有提供应急空气的第二喷射器。

在正常操作时，阀35关闭。如果设备停工，通过开启阀35和关闭阀33用引入惰性氮气来代替引入氢气。

万一供电突然停止，两个氢气和应急空气喷射器改进了设备的安全性和可靠性，这是因为加压蒸汽总是可以在造纸厂1现场得到的，从而可以向氢化器2连续供给惰性氮气和向氧化器3供给应急空气。

另外，上述氢气分布器36的布置防止工作溶液由于蒸发效应在孔中结晶，这可以借助迄今为止所用的多孔扩散器实现。因此，这样能省却用溶剂饱和额外的氢气的系统，这种系统到目前为止对于常用的扩散器是需要的。这样节省了设备的建造。

最后，应注意用于向氢化器2提供氢气或提供惰性氮气可以使用相同的蒸汽喷射系统21。

本发明并不限于上述实施方案并可包括各种供选择的实施形式。

Claims (5)

1.用于在造纸厂现场生产过氧化氢的设备，其中包括至少一种蒽醌衍生物在有机溶剂混合物中以溶液形式催化加氢的第一段(2)，通过将含氧的气体混合物如空气加入工作溶液以得到氧化的工作溶液而使得到的氢化后的工作溶液氧化的第二段(3)和通过将水逆流加入氧化的工作溶液中从氧化的工作溶液中萃取过氧化氢的第三段(5)，用于将含氢气体引入所述第一段并将应急空气引入第二段的装置，其特征在于所述用于引入含氢气体的装置包括一个由缩颈多支管构成的喷射器(21)，所述喷射器连接一个用于引入氢气的导管(24)和用于为该喷射器提供来自造纸厂(1)的带压蒸汽的装置(23)，使得蒸汽携带含氢气体到第一段，同时气体在经过缩颈之后压力减小。

2.按照权利要求1的设备，其特征在于氢化第一段(2)在其顶部设有一管(34)，该管设有一连接惰性气体源的阀(35)，以便将惰性气体引入第一段(2)的液面上气体空间。

3.按照权利要求1或2的设备，其特征在于所述用于引入应急空气的装置包括一个第二喷射器(21’)，该喷射器连接一个用于将应急空气引入第二段(3)的导管(37)和用于为该喷射器提供来自造纸厂(1)的带压蒸汽的装置，使得如果需要该蒸汽可以携带应急空气到第二段(3)。

4.按照权利要求1-3中任一项的设备，其特征在于各喷射器(21，21’)的出口连接一冷凝器(27，27’)，所述冷凝器自身连接一个冷凝液分离器(29，29’)，在该分离器中蒸汽冷凝，而且气体从此处被引入有关段(2或3)。

5.按照权利要求1-4中任一项的设备，其特征在于第一段(2)设有一个氢气分布器，该分布器由一块穿有多孔的板或管36构成，所述孔的直径约为0.5-3mm。