CN117839564A - 固定床反应器及应用、蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法、蒽醌法制备过氧化氢的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及过氧化氢技术领域，具体涉及一种固定床反应器及应用、一种蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法、一种蒽醌法制备过氧化氢的装置及方法。该固定床反应器包括：反应器筒体，由下到上依次设置在所述反应器筒体上的液相进口、N个气相进口、液相出口和气相出口，以及由下到上依次设置在所述反应器筒体内的N段催化剂床层和气液分离部件；N为自然数且N≥2；每段所述催化剂床层的下方设置有气体分布器，所述气体分布器与所述气相进口连接；所述气液分离部件分为两相区、液相区和气相区；所述液相区设置有所述液相出口；所述气相区设置有所述气相出口。该固定床反应器通过强化气液传质，提高催化剂床层利用率，降低床层温升，进而提高反应选择性。
Description
技术领域
本发明涉及过氧化氢技术领域，具体涉及一种固定床反应器及应用、一种蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法、一种蒽醌法制备过氧化氢的装置及方法。
背景技术
蒽醌法是工业过氧化氢生产的主流方法，全球工业过氧化氢以产量计99％以上是由蒽醌法生产的。蒽醌法包括氢化、氧化、萃取及循环工作液后处理等步骤。蒽醌加氢的效率直接影响整个生产装置的效率和产品浓度。通常采用“氢效”来表征蒽醌加氢效率，即每升加氢反应液(称为“氢化液”)中过氧化氢的克数。国内的过氧化氢生产技术采用滴流床加氢工艺，一般氢效只有6-7g/L，装置生产效率低。究其原因主要由于在滴流床反应器内氢气作为连续相，反应液(称为“工作液”)作为分散相，使得床层内容易产生偏流或沟流，从而使床层内存在局部过度加氢和局部热点，而且床层存在较高的温升。主要产生以下后果：
(1)催化剂容易失活，必须定期再生或更换，不仅消耗蒸汽，还造成工作液及催化剂贵金属流失；目前国内固定床氢化工艺中，催化剂需要3-6个月用蒸汽再生一次；
(2)为了防止过度加氢，通常将蒽醌转化率控制在比较低的水平(30-40％)，氢效受限，装置效率低；相比高氢效的相同规模装置，循环工作液量则更大，机泵的电耗更大；
(3)工作液容易降解，工业上采用大量活性氧化铝对循环工作液进行连续再生，活性氧化铝需要频繁更换，产生大量固体危废，造成工作液损失；例如，生产1吨双氧水产品要消耗5kg活性氧化铝，会造成3kg工作液损失；
(4)装置安全性差，需要采用碳酸钾干燥塔，脱除循环工作液中的饱和水分，强化工作液再生；由于过氧化氢遇碱分解，具有严重的安全隐患；过氧化氢装置每年都有安全事故发生，80％安全事故是由于系统串碱至氧化、萃取单元导致。
CN104843648A公开了一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床加氢反应系统，氢化塔顶部设有喷头作为工作液进口，氢气也从反应器顶部经分布器进入。为了提高反应器内气液分布均匀性和降低反应器床层温升，该加氢反应系统在催化剂层之间设置换热器层和气液分布器。但该反应器结构复杂，且内置的取热器有泄漏导致催化剂失活的风险。
CN1480390A公开了一种过氧化氢生产中蒽醌工作液氢化用固定床反应器，该反应器也在反应器壳体顶部设置了工作液喷淋器；为了提高反应器内气液接触混合效果，该反应器内由上至下依次相间装填填料层和催化剂层。但该反应器由于设置多层填料，需要增加反应器高度和增大机泵能耗；同时，该反应器压降也会显著增加，而且催化剂及催化剂细粉很容易造成填料堵塞从而进一步增大反应器压降。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有过氧化氢工艺中由于反应器床层内局部过度加氢和局部热点引起装置效率低、氢化效率低、催化剂易失活、安全性差、结构复杂、经济性差等问题，提供一种固定床反应器及应用、一种蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法、一种蒽醌法制备过氧化氢的装置及方法，该固定床反应器基本消除催化剂床层内局部过度加氢和局部热点，进而延长催化剂寿命，提高装置效率；同时，将该固定床反应器用于蒽醌法制备过氧化氢，能够有效提高氢化反应选择性和氢化效率。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种固定床反应器，所述固定床反应器包括：反应器筒体，由下到上依次设置在所述反应器筒体上的液相进口、N个气相进口、液相出口和气相出口，以及由下到上依次设置在所述反应器筒体内的N段催化剂床层和气液分离部件；其中，N为自然数且N≥2；
其中，每段所述催化剂床层的下方设置有气体分布器，所述气体分布器与所述气相进口连接；
其中，所述气液分离部件分为两相区、液相区和气相区；其中，所述液相区设置有所述液相出口；所述气相区设置有所述气相出口。
优选地，所述气液分离部件包括分离部件筒体，以及设置在所述分离部件筒体内的隔板、溢流管和防冲挡板。
优选地，所述溢流管和防冲挡板形成的区域为所述两相区；所述隔板和分离器筒体的内壁形成的区域为所述液相区；所述防冲挡板和分离器筒体的内壁形成的区域为所述气相区。
优选地，所述固定床反应器还包括：连接所述液相出口的(N-1)个循环液相进口，且所述循环液相进口各自独立地设置在所述反应器筒体上。
优选地，由下到上，第2段…第N段，每段所述催化剂床层的下方各自独立地设置有所述循环液相进口。
本发明第二方面提供一种第一方面提供的固定床反应器在加氢反应中的应用，优选在蒽醌法制备过氧化氢的氢化反应中的应用。
本发明第三方面提供一种蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法，所述氢化方法在第一方面提供的固定床反应器中进行；
其中，所述氢化方法包括：经N个气相进口进入反应器筒体内的含氢气体，再经N个气体分布器被分散成含氢气体气泡，与经液相进口进入反应器筒体内的工作液进行接触后，在N段催化剂床层中各自独立地进行氢化反应，得到的反应产物向上流动进入气液分离部件进行气液分离，得到的氢化液经液相出口流出，得到的含氢尾气经气相出口外排。
优选地，所述氢化反应的过程包括：
1)经第1个气相进口和第1个气体分布器的所述含氢气体气泡，与所述工作液进行第一接触后，进入第1段催化剂床层进行第一氢化反应，得到第一反应产物；
2)经第2个气相进口和第2个气体分布器的所述含氢气体气泡，与所述第一反应产物进行第二接触后，进入第2段催化剂床层进行第二氢化反应，得到第二反应产物；
3)经第N个气相进口和第N个气体分布器的所述含氢气体气泡，与第(N-1)反应产物进行第N接触后，进入第N段催化剂床层进行第N氢化反应，得到所述反应产物。
本发明第四方面提供一种蒽醌法制备过氧化氢的装置，所述装置包括：依次连接的第一方面提供的所述固定床反应器、氧化反应器和萃取塔；
其中，所述固定床反应器用于将工作液和含氢气体进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液和含氢尾气；
所述氧化反应器连接所述固定床反应器的液相出口，用于将所述氢化液进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液；
所述萃取塔连接所述氧化反应器的出口，用于将所述富含过氧化氢的氧化液进行萃取，得到过氧化氢溶液和萃余液。
本发明第五方面提供一种蒽醌法制备过氧化氢的方法，所述方法在第四方面提供的装置中进行；其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将工作液和含氢气体进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液和含氢尾气；
(2)将所述氢化液进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液；
(3)将所述富含过氧化氢的氧化液进行萃取，得到过氧化氢溶液和萃余液。
相比现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明提供的固定床反应器为气液并流上行式反应器，N段(N为自然数且N≥2)催化剂床层装填的催化剂浸泡在液相内，每段催化剂床层下设置的气体分布器可以将气相分散成微小的气泡，使气液两相可以在催化剂床层内均匀接触，强化气液传质，并提高催化剂床层利用率，基本消除床层内的沟流偏流，以及由此导致的局部过度加氢和局部热点；
(2)本发明提供的固定床反应器内设置N段催化剂床层，每段催化剂床层的下方设有气体分布器，气相根据所设催化剂床层的段数分多股进入反应器筒体内，可以防止已经形成的微小气泡在催化剂内聚并降低气液传质效果；尤其是，由下到上，第2段…第N段，每段催化剂床层的下方设置有循环液相进口，用于取走反应热，降低床层温升；
(3)本发明提供的固定床反应器，集反应、气液传质、气液分离、取热等多个功能于一体，且结构简单紧凑，容易操作，占地面积小，降低物耗、能耗和生产成本，提高装置本质安全性；
(4)本发明提供的固定床反应器在传质、传热方面具有更优异的效果，可用于加氢反应，尤其是用于蒽醌法制备过氧化氢的氢化反应中，可以提高氢化反应选择性、氢效和装置效率，尤其是氢效可以提高至8.0-10g/L，甚至在10g/L以上，降低循环工作液量，降低能耗；延长加氢催化剂寿命，降低催化剂再生造成的消耗；可以减少再生工作液的量，降低工作液再生造成的消耗和产生的固体废物的产生量；可以取消碱塔工作液再生，提高装置本质安全性。
附图说明
图1是本发明提供的一种固定床反应器的结构示意图；
图2是本发明提供的一种蒽醌法制备过氧化氢的装置示意图；
附图标记说明
I、固定床反应器 II、压缩机 III、循环液冷却器 IV、气体流量控制器
V、液体流量控制器 VI、压力控制器 VII、液位控制器
VIII、氧化反应器 IX、萃取塔 X、气体流量调节阀 XI、液体流量调节阀
XII、压力调节阀 XIII、液位调节阀
1、反应器筒体 2、液相进口 3、气相进口 4、气相出口
5、液相出口 6、催化剂床层 7、气体分布器 8、分离部件筒体
9、隔板 10、溢流管 11、防冲挡板 12、循环液相进口
13、液体分布器
01、含氢气体 02、工作液 03、氢化液 04、含氢尾气
05、增压含氢尾气 06、部分氢化液 07、冷却氢化液 08、氧化液
09、过氧化氢溶液 010、萃余液
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，没有特殊情况说明下，塔体的顶部是指塔体由上到下的0-10％的位置；塔体的上部是指塔体由上到下的10-40％的位置；塔体的中部是指塔体由上到下的40-60％的位置；塔体的下部是指塔体由上到下的60-90％的位置，塔体的底部是指塔体由上到下的90-100％的位置。
在本发明中，没有特殊情况说明下，“第一”、“第二”、“第N”既不表示先后次序，也不表示对各个物料或步骤起限定作用，仅是用于区分或表示这不是同一物料或步骤。例如，“第一接触”、“第二接触”、“第N接触”中的“第一”、“第二”、“第N”仅用于表示这不是同一接触。
本发明第一方面提供一种固定床反应器，所述固定床反应器包括：反应器筒体，由下到上依次设置在所述反应器筒体上的液相进口、N个气相进口、液相出口和气相出口，以及由下到上依次设置在所述反应器筒体内的N段催化剂床层和气液分离部件；其中，N为自然数且N≥2；
其中，每段所述催化剂床层的下方设置有气体分布器，所述气体分布器与所述气相进口连接；
其中，所述气液分离部件分为两相区、液相区和气相区；其中，所述液相区设置有所述液相出口；所述气相区设置有所述气相出口。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述固定床反应器中具体部件的数量，除了明确限定数量的部件外，其余部件的数量均为1个；例如，液相进口的数量为1个；同理，气液分离部件的数量也为1个。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述由下到上依次设置在所述反应器筒体上的液相进口、N个气相进口、液相出口和气相出口是指沿所述反应器筒体的高度，由下到上，所述反应器筒体上依次设置有液相进口、第1个气相进口、第2个气相进口、……第(N-1)个气相进口、第N个气相进口、液相出口和气相出口。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述由下到上依次设置在所述反应器筒体内的N段催化剂床层和气液分离部件是指所述反应器筒体内，由下到上，依次设置有第1段催化剂床层、第2段催化剂床层……第(N-1)段催化剂床层、第N段催化剂床层和气液分离部件。
在本发明中，所述催化剂床层的段数不少于2段。优选地，所述催化剂床层的段数为2-8段，优选为3-5段，例如，3段、4段、5段。在本发明中，对所述催化剂床层装填的催化剂的种类具有较宽的选择范围，可以为常规的固定床催化剂，例如，球形或条形等颗粒状的负载型催化剂，本发明对此不作限定。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述催化剂床层的高径比为1：0.5-5，例如，1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为1：0.8-3。以避免气体出现偏流或气泡聚并影响反应效果和选择性。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述反应器筒体的高径比为3-30：1，例如，3:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为5-20：1。其中，高径比为反应器筒体的高度和反应器筒体的内径比。
在本发明的一些实施方式中，优选地，每段所述催化剂床层和反应器筒体的高度比为1：3-20，例如，1:3、1:4、1:5、1:8、1:10、1:12、1:15、1:20，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为1：4-15。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述气液分离部件和反应器筒体的高度比为1：3-30，例如，1:3、1:4、1:5、1:8、1:10、1:12、1:15、1:20、1:25、1:30，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为1：4-15。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述催化剂床层的段数、气体分布器的数量和气相进口的数量相同。即，N段催化剂床层对应有N个气体分布器和N个气相进口，其中，N为自然数且N≥2。
在本发明中，在每段催化剂床层中，所述气相进口连接所述气体分布器，且所述气体分布器设置在所述催化剂床层的下方，那么，所述气相进口也位于所述催化剂床层的下方。优选地，所述气相进口距离所述催化剂床层的下表面的最短距离d1为0.1-1.5m，例如，0.1、0.2、0.3、0.5、0.6、0.8、1、1.2、1.5，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.2-0.8m。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述气体分布器选自开孔管或微孔元件；进一步优选地，所述开孔管的孔径为0.5-12mm，例如，0.5、1、2、3、5、6、8、10、12，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为1-8mm；所述微孔元件的孔径为0.2-500μm，例如，0.2、0.5、1、10、20、30、50、60、80、100、120、150、180、200、300、400、500，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.5-200μm。通过将气相分散成微小的气泡，使气液两相在催化剂床层内均匀接触，强化气液传质，提高装置效率。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述微孔元件选自烧结膜管、烧结膜板、金属烧结网管和金属烧结网板中的至少一种。
在本发明中，为进一步强化气液传质，提高装置效率。优选地，每段所述催化剂床层的下方设置有液体分布器，且所述液体分布器设置在所述气体分布器的下方。在本发明中，对所述液体分布器的种类不作限定，所述液体分布器包括并不限于管式分布器。
在本发明的一种优选实施方式中，所述液体分布器可以与气体分布器共用。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述气液分离部件包括分离部件筒体，以及设置在所述分离部件筒体内的隔板、溢流管和防冲挡板；进一步优选地，所述溢流管和防冲挡板形成的区域为所述两相区；所述隔板和分离器筒体的内壁形成的区域为所述液相区；所述防冲挡板和分离器筒体的内壁形成的区域为所述气相区。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述分离部件筒体和反应器筒体的内径之比为0.2-1.5：1，例如，0.2:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.2:1、1.5:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.5-1：1。
在本发明中，没有特殊情况说明下，1:1＜当所述分离部件筒体和反应器筒体的内径之比≤1.5:1，即，相对于所述反应器筒体的直筒段，所述分离部件筒体为扩径段；0.2:1≤当所述分离部件筒体和反应器筒体的内径之比＜1:1，即，相对于所述反应器筒体的直筒段，所述分离部件筒体为缩径段；当所述分离部件筒体和反应器筒体的内径之比为1:1，所述分离部件筒体和反应器筒体为等内径的直筒段。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述隔板和分离部件筒体的夹角α为45°-90°，所述隔板和溢流管的夹角β为90°-145°。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述溢流管和分离部件筒体的内径比为0.15-0.75：1，例如，0.15:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.75:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意，优选为0.2-0.6：1。这样设置，通过调控两相区和液相区的范围，更有利于促进气液分离，得到加氢反应产物，即，氢化液。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述溢流管和分离部件筒体的高度比为0.2-0.95：1，例如，0.2:1、0.3:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.95:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意，优选为0.5-0.8：1。这样设置，通过调控两相区和气相区的范围，更有利于促进气液分离，得到含氢尾气。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述溢流管的横截面为规则形状，优选选自四边形、梯形、弧形和圆形中的至少一种，优选为圆形。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述防冲挡板设置在所述溢流管的上方；进一步优选地，所述防冲挡板的下沿距离所述溢流管的上端的最短距离0.3-1.2m，例如，0.3、0.5、0.6、0.8、1、1.2，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.3-0.8m。
在本发明中，对所述防冲挡板的结构不作限定，优选地，所述防冲挡板为圆锥结构；进一步优选地，所述防冲挡板为圆锥结构，优选夹角γ为110°-145°。这样设置，可以有效避免两相区气液两相喷溅，提高气液分离效果。
根据本发明，优选地，所述液相进口设置在所述反应器筒体的底部，所述气相出口设置在所述反应器筒体的顶部。
在本发明的一些实施方式中，优选地，连接所述液相进口的管道上设置有液体流量控制器和液体流量调节阀。
根据本发明，优选地，所述气相出口连接N个所述气相进口；进一步优选地，连接所述气相出口和气相进口的管道上设置有压缩机。
根据本发明，优选地，每个所述气相进口的管道上设置有气体流量控制器；进一步优选地，连接所述气相进口和气体流量控制器的管道上设置有气体流量调节阀，且所述气体流量调节阀设置在所述气相进口和气体流量控制器之间。这样设置可以根据反应需要通过调控每个气相进口的气相流量，进而调控气液在催化剂床层内均匀接触，强化液化传质，并消除催化剂床层内的沟流偏流，以及由此导致的局部过度加氢和局部热点。
根据本发明，优选地，所述固定床反应器还包括：连接所述液相出口的(N-1)个循环液相进口，且所述循环液相进口各自独立地设置在所述反应器筒体上。
根据本发明，进一步优选地，由下到上，第2段…第N段，每段所述催化剂床层的下方各自独立地设置有所述循环液相进口。
在本发明的一些实施方式中，优选地，由下到上，第(N-1)个所述循环液相进口设置在第N个所述气相进口的下方。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述循环液相进口距离所述催化剂床层的下方的最短距离d2为0.2-1.2m，例如，0.2、0.3、0.5、0.6、0.8、1、1.2，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.3-0.8m。
在本发明的一些实施方式中，优选地，连接所述循环液相进口和液相出口的管道上设置有循环液冷却器。用于取走反应热，降低催化剂床层的温升，提高反应选择性，进而提高反应转化率和装置效率。
在本发明中，为调控循环液相的流量。优选地，连接所述循环液相进口和液相出口的管道上还设置有液体流量控制器，且所述液体流量控制器设置在所述循环液冷却器之前。
在本发明的一些实施方式中，优选地，连接所述循环液相进口和液相出口的管道上还设置有液体流量调节阀，且所述液体流量调节阀设置在所述液体流量控制器和循环冷却器之间。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述液体流量控制器设置在所述循环液冷却器之前是指按照循环液相流动方向，在所述液相出口和循环液相进口的管道上依次设置有液体流量控制器、液体流量调节阀和循环液冷却器。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述反应器筒体的顶部设置有压力控制器；进一步优选地，连接所述气相出口和气相进口的管道上设置有压力调节阀。在本发明中，所述压力调节阀调控所述压力控制器。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述液相区设置有液位控制器，连接所述液相出口的管道上设有液位调节阀。在本发明中，所述液位调节阀调控所述液位控制器。
本发明提供的一种固定床反应器的结构示意图如图1所示，由图1可知，固定床反应器I包括：反应器筒体1，设置在反应器筒体1上的液相进口2、N个气相进口3(N＝3)、气相出口4、液相出口5和(N-1)个循环液相进口12，以及在反应器筒体1内由下到上依次设置有N段催化剂床层6和气液分离部件；
其中，每段催化剂床层6的下方依次设置有气体分布器7和液体分布器13，气体分布器7与气相进口3连接；
其中，气液分离部件包括分离部件筒体8，以及设置在分离部件筒体8内的隔板9、溢流管10和防冲挡板11，使得气液分离部件分为两相区、液相区和气相区；其中，液相区设置有液相出口5；气相区设置有气相出口4；
其中，隔板9和分离部件筒体8的夹角α为45-90°；隔板9和溢流管10的夹角β为90-145°；防冲挡板11设置在溢流管10的上方，夹角γ为110-145°；
其中，气相出口4连接N个气相进口3，连接气相出口4和气相进口3的管道上设置有压缩机II；每个气相进口3的管道上设置有气体流量控制器IV和气体流量调节阀X；
其中，由下到上，第2段…第N段，每段催化剂床层6的下方各自独立地设置有循环液相进口12；第(N-1)个循环液相进口12设置在第N个气相进口3的下方；连接循环液相进口12和液相出口5的管道上依次设置有液体流量控制器V、液体流量调节阀XI和循环液冷却器III；
其中，所述反应器筒体1的顶部设置有压力控制器VI，连接气相出口4、气相进口3和压力控制器VI的管道上设置有压力调节阀XII；
其中，所述液相区设置有液位控制器VII，连接所述液相出口5的管道上设有液位调节阀XIII。
本发明第二方面提供一种第一方面提供的固定床反应器在加氢反应中的应用，优选在蒽醌法制备过氧化氢的氢化反应中的应用。
本发明第三方面提供一种蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法，所述氢化方法在第一方面提供的固定床反应器中进行；
其中，所述氢化方法包括：经N个气相进口进入反应器筒体内的含氢气体，再经N个气体分布器被分散成含氢气体气泡，与经液相进口进入反应器筒体内的工作液进行接触后，在N段催化剂床层中各自独立地进行氢化反应，得到的反应产物向上流动进入气液分离部件进行气液分离，得到的氢化液经液相出口流出，得到的含氢尾气经气相出口外排。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氢化反应的过程包括：
1)经第1个气相进口和第1个气体分布器的所述含氢气体气泡，与所述工作液进行第一接触后，进入第1段催化剂床层进行第一氢化反应，得到第一反应产物；
2)经第2个气相进口和第2个气体分布器的所述含氢气体气泡，与所述第一反应产物进行第二接触后，进入第2段催化剂床层进行第二氢化反应，得到第二反应产物；
3)经第N个气相进口和第N个气体分布器的所述含氢气体气泡，与第(N-1)反应产物进行第N接触后，进入第N段催化剂床层进行第N氢化反应，得到所述反应产物。
在本发明中，没有特殊情况下，所述氢效是指过氧化氢的量，用g/L来表示，即，如果在氧化反应器中氧化步骤的收率为100％，在氧化步骤完成时1L工作液所能提供的过氧化氢的量(g)。
在本发明中，所述含氢气体可以为纯氢，或，纯氢和惰性气体的混合气体；其中，惰性气体优选氮气；优选地，所述含氢气体中氢气的体积含量为40-100体积％。待系统稳定后，根据反应消耗的氢气量，连续向反应器补入纯氢；随着惰性气体的损失，间隙向氢化反应器补入惰性气体。
通常地，所述工作液为烷基蒽醌化合物溶于有机溶剂配制而成的溶液，优选地，所述烷基蒽醌化合物选自2-烷基-9,10-蒽醌(即，2-烷基蒽醌)、9,10-二烷基蒽醌(即，二烷基蒽醌)及其各自的5,6,7,8-四氢衍生物中的至少一种。其中，所述2-烷基-9,10-蒽醌中，烷基可以为C1-C5的烷基，其非限制性实例包括：甲基、乙基、仲丁基、叔丁基、叔戊基和异戊基。所述9,10-二烷基蒽醌中，两个烷基可以相同或不同，可以分别选自C1-C5的烷基，例如选自甲基、乙基和叔丁基。所述9,10-二烷基蒽醌上的二烷基例如为1,3-二甲基、1,4-二甲基、2,7-二甲基、1,3-二乙基、2,7-二(叔丁基)、2-乙基-6-叔丁基。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述有机溶剂为非极性化合物和极性化合物的混合物。所述非极性化合物可以为自沸点高于140℃的石油馏分，其主要组分为C9以上的芳香烃(重芳烃)，例如为三甲基苯的异构体、四甲基苯的异构体、叔丁基苯、甲基萘的异构体和二甲基萘的异构体。所述极性化合物优选为饱和醇、羧酸酯、磷酸酯和四取代的脲中的至少一种。所述饱和醇通常为C7-C11的饱和醇，其非限制性实例包括：二异丁基甲醇、3,5,5-三甲基己醇、异庚醇。所述羧酸酯例如为乙酸甲基环己酯、乙酸庚酯、苯甲酸丁酯和庚酸乙酯中的至少一种。所述磷酸酯例如磷酸三辛酯、磷酸三-2-乙基丁酯、磷酸三-2-乙基己酯和磷酸三-正辛酯中的至少一种。所述四取代的脲例如为四-正丁基脲。
在本发明的一些实施方式中，当催化剂床层的段数N＝3段时，由下到上，第1个所述气相进口、第2个气相进口和第3个气相进口的含氢气体的流量比为0.6-0.3：0.5-0.2：0.4-0.1。可以根据反应特点和实际需要，分配含氢气体的流量，在高转化率区可以采取低空速来强化反应。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述第一氢化反应、第二氢化反应……和第N氢化反应的条件各自独立地包括：压力为0.03-0.35MPa，优选为0.05-0.25MPa；温度为40-80℃，优选为45-65℃。
在本发明的一些实施方式中，优选地，以m3计的所述工作液和以t计的加氢催化剂的用量比为1-50：1，例如，1:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、40:1、50:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为5-30：1；其中，所述催化剂床层中装填有所述加氢催化剂。在本发明中，相对于1t的加氢催化剂，所述工作液的用量为1-50m3，优选为5-30m3。
在本发明中，没有特殊情况说明下，以m3计的所述工作液和以t计的加氢催化剂的用量比是指工作液和N段所述催化剂床层中装填的加氢催化剂之和的用量比。
本发明对所述加氢催化剂的种类不作限定。优选地，所述加氢催化剂选自负载型催化剂和/或非负载型催化剂，优选为负载型催化剂。进一步优选地，所述负载型催化剂包括载体和活性金属，所述活性金属选自第VIII族金属、第IB族金属和第IIB族金属中的至少一种，优选选自铂、铑、钯、钴、镍、钌、铜和铼中的至少一种；所述载体选自活性炭、碳化硅、氧化铝、氧化硅、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种，优选为氧化铝和/氧化硅。
在本发明的一些实施方式中，优选地，以所述加氢催化剂的总重量为基准，所述活性金属的含量为0.01-10wt％，优选为0.01-5wt％，更优选为0.1-2wt％。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述加氢催化剂的颗粒直径为0.1-10mm，优选1-10mm，更优选2-6mm。
在本发明的一些实施方式中，优选地，该方法还包括：将所述含氢尾气作为循环气体返回并混入所述含氢气体；进一步优选地，将所述含氢尾气进行增压，得到的增压含氢尾气作为所述循环气体。
在本发明的一些实施方式中，优选地，该方法还包括：将部分所述氢化液作为循环氢化液经(N-1)个循环液相进口返回所述反应器筒体；进一步优选地，将部分所述氢化液进行第一冷却，得到的冷却氢化液作为所述循环氢化液。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述冷却氢化液的温度为15-70℃，优选为20-50℃，更优选35-45℃。这样设置通过降低循环氢化液的温度，进而降低催化剂床层的温升。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述循环氢化液和氢化液的重量比为10-80：100，例如，10:100、15:100、20:100、30:100、40:100、50:100、60:100、80:100，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为15-60：100，更优选为15-50：100。这样设置，在降低催化剂床层温升和保证固定床反应器取热效果的同时尽量降低循环氢化液量，降低能耗。一方面可以使催化剂寿命延长，降低催化剂再生造成的消耗；可以减少工作液再生负荷，降低工作液再生造成的消耗和产生的固体废物的产生量；可以取消碱塔工作液再生，提高装置本质安全性。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述氢化液包括：部分氢化液和剩余部分氢化液，即，所述氢化液包括循环氢化液和剩余部分氢化液。
在本发明的一些实施方式中，当催化剂床层的段数N＝3段时，循环液相进口的数量为2个，由下到上，第1个循环液相进口和第2个循环液相进口的循环液相的流量比为0.3-0.8：0.2-0.7。利于降低各催化剂床层的反应温升。
本发明第四方面提供一种蒽醌法制备过氧化氢的装置，所述装置包括：依次连接的第一方面提供的所述固定床反应器、氧化反应器和萃取塔；
其中，所述固定床反应器用于将工作液和含氢气体进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液和含氢尾气；
所述氧化反应器连接所述固定床反应器的液相出口，用于将所述氢化液进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液；
所述萃取塔连接所述氧化反应器的出口，用于将所述富含过氧化氢的氧化液进行萃取，得到过氧化氢溶液和萃余液。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述固定床反应器均依照上述限定。本发明在此不作赘述。
在本发明中，对所述氧化反应器的种类具有较宽的选择范围，只要所述氧化反应器能够实现将氢化液转化为富含过氧化氢的氧化液即可。
在本发明中，所述萃取塔可以是任何已知形式的塔器，如填料塔、筛板塔、喷射塔、脉冲填料塔等。优选情况下，所述萃取塔内可以安装液体分布器，所述氧化液和萃取剂在萃取塔内逆流接触。
根据本发明，优选地，所述萃取塔的萃余液出口连接所述固定床反应器的液相进口，用于将所述萃余液作为循环工作液返回并混入所述工作液。
本发明提供的一种蒽醌法制备过氧化氢的装置示意图如图2所示，由图2可知，装置包括：依次连接的固定床反应器I、氧化反应器VIII和萃取塔IX；
其中，固定床反应器I，用于将工作液02和含氢气体01进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液03和含氢尾气04；
氧化反应器VIII连接固定床反应器I的液相出口，用于将氢化液03进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液08；
萃取塔IX连接氧化反应器VIII的出口，用于将富含过氧化氢的氧化液08进行萃取，得到过氧化氢溶液09和萃余液010；
萃取塔IX的萃余液出口连接固定床反应器I的液相进口，用于将萃余液作010为循环工作液返回并混入工作液02。
本发明第五方面提供一种蒽醌法制备过氧化氢的方法，所述方法在第四方面提供的装置中进行；其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将工作液和含氢气体进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液和含氢尾气；
(2)将所述氢化液进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液；
(3)将所述富含过氧化氢的氧化液进行萃取，得到过氧化氢溶液和萃余液。
在本发明中，步骤(2)中，所述氧化反应的过程包括将由固定床加氢反应器流出的氢化液与含氧气体中氧气接触并进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液和含氧尾气，其中，所述含氧尾气是指经氧化反应剩余的含氧气体。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化反应的条件包括：温度为30-60℃，优选为40-55℃；压力为0.1-0.5MPa，优选为0.2-0.5MPa。采用优选的条件，更有利于氢化液进行氧化反应，提高氧化效率。
在本发明中，步骤(3)中，所述萃取的过程包括将所述富含过氧化氢的氧化液与萃取剂进行萃取，得到过氧化氢溶液和萃余液，其中，所述过氧化氢溶液是指过氧化氢的水溶液；所述萃取剂包括并不局限于水。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述方法还包括：将所述含氢尾气作为循环气体返回并混入所述含氢气体。
在本发明的一些实施方式中，优选地，该方法还包括：将部分所述氢化液作为循环氢化液返回并进行所述氢化反应；进一步优选地，将部分所述氢化液进行第一冷却，得到的冷却氢化液作为所述循环氢化液。在本发明中，所述冷却氢化液的温度为15-70℃，优选为20-50℃，更优选35-45℃。
在本发明的一些实施方式中，优选地，在进行所述氧化反应之前，将所述氢化液进行第二冷却，得到温度为40-50℃的氢化液。
在本发明的一种实施方式中，在进行所述氧化反应之前，将剩余部分氢化液进行第二冷却，得到温度为40-50℃的氢化液。
在本发明的一些实施方式中，优选地，该方法还包括：将所述萃余液作为循环工作液返回并混入所述工作液；进一步优选地，将所述萃余液进行第三冷却，得到的冷却萃余液作为循环工作液。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述冷却萃余液的温度为15-70℃，优选为20-50℃，更优选35-45℃。
本发明提供一种蒽醌法制备过氧化氢的具体实施方法，该方法在图1-2所示的蒽醌法制备过氧化氢的装置中进行；
该装置包括：依次连接的固定床反应I、氧化反应器VIII和萃取塔IX；萃取塔IX的萃余液出口连接固定床反应器I的液相进口2；
其中，固定床反应器I包括：反应器筒体1，设置在反应器筒体1上的液相进口2、N个气相进口3(N为自然数且N≥2)、气相出口4、液相出口5和(N-1)个循环液相进口12，以及在反应器筒体1内由下到上依次设置有N段催化剂床层6和气液分离部件；每段催化剂床层6的下方依次设置有气体分布器7和液体分布器13，气体分布器7与气相进口3连接；其中，气液分离部件包括分离部件筒体8，设置在分离部件筒体8内的隔板9、溢流管10和防冲挡板11，使得气液分离部件分为两相区、液相区和气相区；其中，液相区设置有液相出口5；气相区设置有气相出口4；
其中，隔板9和分离部件筒体8的夹角α为45-90°；隔板9和溢流管10的夹角β为90-145°；防冲挡板11设置在溢流管10的上方，夹角γ为110-145°；
其中，气相出口4连接N个气相进口3，连接气相出口4和气相进口3的管道上设置有压缩机II；每个气相进口3的管道上设置有气体流量控制器IV和气体流量调节阀X；
其中，由下到上，第2段…第N段，每段催化剂床层6的下方各自独立地设置有循环液相进口12；第(N-1)个循环液相进口12设置在第N个气相进口3的下方；连接循环液相进口12和液相出口5的管道上依次设置有液体流量控制器V、液体流量调节阀XI和循环液冷却器III；
其中，所述反应器筒体1的顶部设置有压力控制器VI，连接气相出口4、气相进口3和压力控制器VI的管道上设置有压力调节阀XII；
其中，所述液相区设置有液位控制器VII，连接所述液相出口5的管道上设有液位调节阀XIII；
该方法包括以下步骤：
(1)将工作液02和含氢气体01进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液03和含氢尾气04；其中，氢化液03包括：部分氢化液06和剩余部分氢化液；
(2)将经第二冷却后的剩余部分氢化液进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液08；
(3)将富含过氧化氢的氧化液08进行萃取，得到过氧化氢溶液09和萃余010；
其中，将含氢尾气04经增压后，得到的增压含氢尾气05作为循环气体返回并混入含氢气体01；
其中，将部分氢化液06进行第一冷却，得到的冷却氢化液07作为循环氢化液返回并混入固定床反应器I；
其中，将萃余液010进行第三冷却，得到的冷却萃余液作为循环工作液返回并混入工作液02。
根据本发明一种特别优选的实施方式，一种用于蒽醌法制备过氧化氢的氢化反应的固定床反应器，所述固定床反应器包括：反应器筒体，设置在所述反应器筒体上的液相进口、N个气相进口、液相出口、(N-1)个循环液相进口和气相出口，以及由下到上依次设置在所述反应器筒体内的N段催化剂床层和气液分离部件；其中，N为自然数且N≥2；
其中，每段所述催化剂床层的下方设置有气体分布器，所述气体分布器与所述气相进口连接；
其中，所述气液分离部件包括分离部件筒体，以及设置在所述分离部件筒体内的隔板、溢流管和防冲挡板；所述溢流管和防冲挡板形成的区域为两相区；所述隔板和分离器筒体的内壁形成的区域为液相区；所述防冲挡板和分离器筒体的内壁形成的区域为气相区；所述液相区设置有所述液相出口；
其中，所述液相进口设置在所述反应器筒体的底部；所述气相出口设置在所述反应器筒体的顶部；所述气相出口连接N个所述气相进口；
其中，(N-1)个所述循环液相进口连接所述液相出口；
其中，由下到上，第2段…第N段，每段所述催化剂床层的下方各自独立地设置有所述循环液相进口，且第(N-1)个所述循环液相进口设置在第N个所述气相进口的下方。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
加氢催化剂为负载型催化剂，平均粒径为3-5mm；其中，加氢催化剂的载体为氧化铝，活性金属为钯或铂，以加氢催化剂的总重量为基准，活性金属的含量为0.3wt％。
工作液为烷基蒽醌化合物(2-烷基-9,10-蒽醌)溶于有机溶剂(沸点高于140℃的石油馏分，C7-C11的饱和醇)配制而成的溶液。
氢效测定方法：取5mL氢化液于分液漏斗中，再加入10mL的重芳烃和20mL的1+4H2SO4溶液(H2SO4与水的体积比为1:4)；向上述混合溶液中通O2，鼓泡氧化至亮黄色或橘黄色为止(约10-15min)；用纯水洗涤萃取反应液4-5次，每次约20mL水；向萃取液中用浓度0.1mol/L的KMnO4标准溶液滴定至微红色，30s不褪色为终点；
氢效(g·H2O2/L)＝标准溶液浓度(0.1mol/L)×标准溶液体积(mL)×17.01/5。
实施例1
蒽醌法制备过氧化氢的固定床反应器结构示意图，如图1所示，由图1可知，固定床反应器I包括：反应器筒体1，液相进口2、3个气相进口3、气相出口4、液相出口5和2个循环液相进口12，以及在反应器筒体1内由下到上依次设置有3段催化剂床层6和气液分离部件；每段催化剂床层6的下方依次设置有气体分布器7和液体分布器13，气体分布器7与气相进口3连接；其中，气液分离部件包括分离部件筒体8，设置在分离部件筒体8内的隔板9、溢流管10和防冲挡板11，使得气液分离部件分为两相区、液相区和气相区；其中，液相区设置有液相出口5；气相区设置有气相出口4；
其中，反应器筒体1的内径为550mm，高度为6000mm；每段催化剂床层6的高度为820mm；气液分离部件的高度为800mm；
其中，气相进口3距离催化剂床层6的下表面的最短距离d1为0.2m；气体分布器7选自孔径为10-100μm的微孔元件；
其中，分离部件筒体8和反应器筒体1的内径比为1:1；溢流管10和分离部件筒体8的高度比为0.5:1；溢流管10的横截面为圆形，溢流管10和分离部件筒体1的内径比为0.5:1；防冲挡板11设置在溢流管10的上方，防冲挡板11距离溢流管10的最短距离为0.3m；防冲挡板11的夹角γ为120°；
其中，气相出口4连接3个气相进口3，连接气相出口4和气相进口3的管道上设置有压缩机II；每个气相进口3的管道上设置有气体流量控制器IV和气体流量调节阀X；
其中，由下到上，第2段和第3段的催化剂床层6的下方各自独立地设置有循环液相进口12；第1个循环液相进口12设置在第2个气相进口3的下方，第2个循环液相进口12设置在第3个气相进口3的下方；连接循环液相进口12和液相出口5的管道上依次设置有液体流量控制器V、液体流量调节阀XI和循环液冷却器III；连接液相进口2的管道上设置有液体流量控制器V和液体流量调节阀XI；
其中，连接气相出口4和反应器筒体1的顶部的管道上设置有压力控制器VI；连接气相出口4、气相进口3和压力控制器VI的管道上设置有压力调节阀XII；液相区设置有液位控制器VII，连接所述液相出口5的管道上设有液位调节阀XIII；
蒽醌法制备过氧化氢的装置示意图，如图2所示，由图2可知，该装置包括：依次连接的上述固定床反应器I、氧化反应器VIII和萃取塔IX；萃取塔IX的萃余液出口连接固定床反应器I的液相进口2；
蒽醌法制备过氧化氢的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将工作液02(4.8m3/h，温度为40℃)和含氢气体01(纯氢，30Nm3/h)体进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液03(温度为50℃)和含氢尾气04；
其中，氢化反应的过程包括：1)经第1个气相进口和第1个气体分布器的含氢气体气泡，与工作液进行第一接触后，进入第1段催化剂床层进行第一氢化反应，得到第一反应产物；2)经第2个气相进口和第2个气体分布器的所述含氢气体气泡，与上述第一反应产物、第一股循环氢化液进行第二接触后，进入第2段催化剂床层进行第二氢化反应，得到第二反应产物；
3)经第3个气相进口和第3个气体分布器的所述含氢气体气泡，与上述第二反应产物和第二股循环氢化液进行第三接触后，进入第3段催化剂床层进行第三氢化反应，得到反应产物；
其中，3个气相进口的含氢气体的流量比为0.5:0.3:0.2；第一氢化反应、第二氢化反应和第三氢化反应的条件各自独立地包括：压力为0.25MPa，温度为45℃；
其中，每段催化剂床层装填的催化剂用量为100kg；
其中，将含氢尾气04经增压后，得到的增压含氢尾气05作为循环气体返回并混入含氢气体01；将部分氢化液06进行第一冷却，得到的冷却氢化液07(温度为40℃)作为循环氢化液返回并进行氢化反应，其中，部分氢化液06和氢化液03的重量比为50:100；第一股循环氢化液和第二股循环氢化液的流量比为0.6:0.4；
(2)将经第二冷却后的剩余部分氢化液(温度为50℃)和177Nm3/h空气进行氧化反应(温度为50℃，压力为0.3MPa)，得到富含过氧化氢的氧化液08；
(3)将富含过氧化氢的氧化液08和水进行萃取，得到过氧化氢溶液09和萃余液010；其中，将萃余液010进行第三冷却，得到的冷却萃余液(温度为40℃)作为循环工作液返回并混入工作液02。
其中，过氧化氢溶液中过氧化氢的含量为27.5wt％；氢化液的氢效为9.3-9.4g/L，加氢选择性98％-99％；其中，装置运行2100h，反应器催化剂活性、选择性稳定，未出现失活迹象，工作液中有效蒽醌含量降低5％。
实施例2
按照实施例1的固定床反应器，不同的是，固定床反应器I不设置有2个循环液相进口12，液体流量控制器V、液体流量调节阀XI和循环液冷却器III；
按照实施例1的装置，不同的是，该装置含有上述的固定床反应器；
按照实施例1的方法，不同的是，部分氢化液不作为循环氢化液，即，步骤(1)中，氢化液03的温度为60℃，其余条件相同，得到过氧化氢溶液；
其中，过氧化氢溶液中过氧化氢的含量为27.5wt％；氢化液的氢效为8.9-9.1g/L，加氢选择性94-96％；其中，装置运行2100h，反应器催化剂活性和选择性有所下降，未出现明显失活迹象，工作液中有效蒽醌含量降低10％。
实施例3
按照实施例1的固定床反应器；
按照实施例1的装置；
按照实施例1的方法，不同的是，部分氢化液和氢化液的重量比为10：100，其余条件相同，得到过氧化氢溶液；
其中，过氧化氢溶液中过氧化氢的含量为27.5wt％；氢化液的氢效为9.0-9.15g/L，加氢选择性95-97％；其中，装置运行2100h，反应器催化剂活性和选择性有所下降，未出现明显失活迹象，工作液中有效蒽醌含量降低8％。
对比例1
固定床反应器(直径550mm，高4000mm)，内装催化剂床层(高度为2500mm，装填有加氢催化剂)，催化剂床层不分段；即，只有1段催化剂床层，30Nm3/h纯氢和4.8m3/h工作液分别从底部气相进口和液相进口进入并经过分布器分配；
按照实施例1的装置，不同的是，该装置含有上述的固定床反应器；
按照实施例1的方法，不同的是，部分氢化液不作为循环氢化液，即，步骤(1)中，氢化液03的温度为60℃，其余条件相同，得到过氧化氢溶液；
其中，过氧化氢溶液中过氧化氢的含量为27.5wt％；氢化液的氢效为8.4-8.9g/L，加氢选择性89-94％；其中，装置运行1800h，反应器催化剂活性和选择性下降明显，有失活迹象，工作液中有效蒽醌含量降低15％。
对比例2
按照对比例1的固定床反应器，不同的是，30Nm3/h纯氢和4.8m3/h工作液由反应器顶部进口分别进入反应器，工作液进料温度40℃；反应器顶部压力0.3MPa，反应器底部温度60℃；反应产物由反应器底部流出进入气液分离罐，得到的含氢尾气排出系统，氢化液输送至氧化反应器；
在氧化反应器内，与177Nm3/h空气发生反应，得到含有过氧化氢的氧化液；在萃取塔内，将氧化液与水在萃取塔中进行萃取，得到过氧化氢溶液；萃余液作为循环工作液返回并混入工作液。
其中，过氧化氢溶液中过氧化氢的含量为27.5wt％；氢化液的氢效为7.6-8.7g/L，加氢选择性80-92％；其中，装置运行800h，反应器催化剂活性和选择性下降明显，失活现象明显，工作液中有效蒽醌含量降低18％。
通过比较实施例1-2和对比例1-2可知，采用本发明提供的方法制备过氧化氢，尤其是通过调控固定床反应器的设置，可显著提高固定床烷基蒽醌加氢的氢效，加氢选择性可提高至98％，有效提高氢化反应选择性、装置效率，并延长催化剂的使用寿命，具有很好的经济效益和社会效益。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种固定床反应器，其特征在于，所述固定床反应器包括：反应器筒体，由下到上依次设置在所述反应器筒体上的液相进口、N个气相进口、液相出口和气相出口，以及由下到上依次设置在所述反应器筒体内的N段催化剂床层和气液分离部件；其中，N为自然数且N≥2；
其中，每段所述催化剂床层的下方设置有气体分布器，所述气体分布器与所述气相进口连接；
其中，所述气液分离部件分为两相区、液相区和气相区；其中，所述液相区设置有所述液相出口；所述气相区设置有所述气相出口。
2.根据权利要求1所述的固定床反应器，其中，所述催化剂床层的段数为2-8段，优选为3-5段；
优选地，所述催化剂床层的高径比为1：0.5-5，优选为1：0.8-3；
优选地，所述气相进口距离所述催化剂床层的下表面的最短距离d1为0.1-1.5m，优选为0.2-0.8m。
3.根据权利要求1或2所述的固定床反应器，其中，所述气体分布器选自开孔管或微孔元件；
优选地，所述开孔管的孔径为0.5-12mm，优选为1-8mm；所述微孔元件的孔径为0.2-500μm，优选为0.5-200μm；
优选地，每段所述催化剂床层的下方设置有液体分布器，且所述液体分布器设置在所述气体分布器的下方。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的固定床反应器，其中，所述气液分离部件包括分离部件筒体，以及设置在所述分离部件筒体内的隔板、溢流管和防冲挡板；
优选地，所述溢流管和防冲挡板形成的区域为所述两相区；所述隔板和分离器筒体的内壁形成的区域为所述液相区；所述防冲挡板和分离器筒体的内壁形成的区域为所述气相区；
优选地，所述分离部件筒体和反应器筒体的内径之比为0.2-1.5：1，优选为0.5-1：1；
优选地，所述隔板和分离部件筒体的夹角α为45°-90°，所述隔板和溢流管的夹角β为90°-145°；
优选地，所述溢流管和分离部件筒体的内径比为0.15-0.75：1，优选为0.2-0.6：1；
优选地，所述溢流管和分离部件筒体的高度比为0.2-0.95：1，优选为0.5-0.8：1；
优选地，所述防冲挡板设置在所述溢流管的上方，优选所述防冲挡板的下沿距离所述溢流管的上端的最短距离为0.3-1.2m，优选为0.3-0.8m；
优选地，所述防冲挡板为圆锥结构，优选夹角γ为110°-145°。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的固定床反应器，其中，所述液相进口设置在所述反应器筒体的底部；所述气相出口设置在所述反应器筒体的顶部；
优选地，所述气相出口连接N个所述气相进口，优选连接所述气相出口和气相进口的管道上设置有压缩机；
优选地，每个所述气相进口的管道上设置有气体流量控制器，优选连接所述气相进口和气体流量控制器的管道上设置有气体流量调节阀，且所述气体流量调节阀设置在所述气相进口和气体流量控制器之间。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的固定床反应器，其中，所述固定床反应器还包括：连接所述液相出口的(N-1)个循环液相进口，且所述循环液相进口各自独立地设置在所述反应器筒体上；
优选地，由下到上，第2段…第N段，每段所述催化剂床层的下方各自独立地设置有所述循环液相进口；
优选地，由下到上，第(N-1)个所述循环液相进口设置在第N个所述气相进口的下方；
优选地，所述循环液相进口距离所述催化剂床层的下方的最短距离d2为0.2-1.2m，优选为0.3-0.8m；
优选地，连接所述循环液相进口和液相出口的管道上设置有循环液冷却器；
优选地，连接所述循环液相进口和液相出口的管道上还设置有液体流量控制器，且所述液体流量控制器设置在所述循环液冷却器之前；
进一步优选地，连接所述循环液相进口和液相出口的管道上还设置有液体流量调节阀，且所述液体流量调节阀设置在所述液体流量控制器和循环冷却器之间。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的固定床反应器，其中，所述反应器筒体的顶部设置有压力控制器，优选连接所述气相出口和气相进口的管道上设置有压力调节阀；
优选地，所述气液分离部件的液相区设置有液位控制器，优选连接所述液相出口的管道上设有液位调节阀。
8.权利要求1-7中任意一项所述的固定床反应器在加氢反应中的应用，优选在蒽醌法制备过氧化氢的氢化反应中的应用。
9.一种蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法，其特征在于，所述氢化方法在权利要求1-7中任意一项所述的固定床反应器中进行；
其中，该方法包括：经N个气相进口进入反应器筒体内的含氢气体，再经N个气体分布器被分散成含氢气体气泡，与经液相进口进入反应器筒体内的工作液进行接触后，在N段催化剂床层中各自独立地进行氢化反应，得到的反应产物向上流动进入气液分离部件进行气液分离，得到的氢化液经液相出口流出，得到的含氢尾气经气相出口外排。
10.根据权利要求9所述的氢化方法，其中，所述氢化反应的过程包括：
1)经第1个气相进口和第1个气体分布器的所述含氢气体气泡，与所述工作液进行第一接触后，进入第1段催化剂床层进行第一氢化反应，得到第一反应产物；
2)经第2个气相进口和第2个气体分布器的所述含氢气体气泡，与所述第一反应产物进行第二接触后，进入第2段催化剂床层进行第二氢化反应，得到第二反应产物；
3)经第N个气相进口和第N个气体分布器的所述含氢气体气泡，与第(N-1)反应产物进行第N接触后，进入第N段催化剂床层进行第N氢化反应，得到所述反应产物；
优选地，所述第一氢化反应、第二氢化反应……和第N氢化反应的条件各自独立地包括：压力为0.03-0.35MPa，优选为0.05-0.25MPa；温度为40-80℃，优选为45-65℃；
优选地，以m3计的所述工作液和以t计的加氢催化剂的用量比为1-50：1，优选为5-30：1；其中，所述催化剂床层中装填有所述加氢催化剂。
11.根据权利要求9或10所述的氢化方法，其中，所述氢化方法还包括：将所述含氢尾气作为循环气体返回并混入所述含氢气体；
优选地，将所述含氢尾气进行增压，得到的增压含氢尾气作为所述循环气体；
优选地，所述氢化方法还包括：将部分所述氢化液作为循环氢化液经(N-1)个循环液相进口返回所述反应器筒体；
优选地，将部分所述氢化液进行第一冷却，得到的冷却氢化液作为所述循环氢化液；
优选地，所述冷却氢化液的温度为15-70℃，优选为20-50℃，更优选35-45℃；
优选地，所述循环氢化液和氢化液的重量比为10-80：100，优选为15-60：100，更优选为15-50：100。
12.一种蒽醌法制备过氧化氢的装置，其特征在于，所述装置包括：依次连接的选自权利要求1-7中任意一项所述的固定床反应器、氧化反应器和萃取塔；
其中，所述固定床反应器用于将工作液和含氢气体进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液和含氢尾气；
所述氧化反应器连接所述固定床反应器的液相出口，用于将所述氢化液进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液；
所述萃取塔连接所述氧化反应器的出口，用于将所述富含过氧化氢的氧化液进行萃取，得到过氧化氢溶液和萃余液。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述萃取塔的萃余液出口连接所述固定床反应器的液相进口，用于将所述萃余液作为循环工作液返回并混入所述工作液。
14.一种蒽醌法制备过氧化氢的方法，其特征在于，所述方法在权利要求12或13所述的装置中进行；其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将工作液和含氢气体进行氢化反应，得到的反应产物进行气液分离，得到氢化液和含氢尾气；
(2)将所述氢化液进行氧化反应，得到富含过氧化氢的氧化液；
(3)将所述富含过氧化氢的氧化液进行萃取，得到过氧化氢溶液和萃余液。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述含氢尾气作为循环气体返回并混入所述含氢气体；
优选地，所述方法还包括：将部分所述氢化液作为循环氢化液返回并进行所述氢化反应；优选将部分所述氢化液进行第一冷却，得到的冷却氢化液作为所述循环氢化液；
优选地，在进行所述氧化反应之前，将所述氢化液进行第二冷却；
优选地，所述方法还包括：将所述萃余液作为循环工作液返回并混入所述工作液；优选将所述萃余液进行第三冷却，得到的冷却萃余液作为所述循环工作液。
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