CN208032533U - 管式混合反应器和由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种管式混合反应器和由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统，该管式混合反应器能够同时完成气、液两相反应物料的混合和化学反应，该反应器内的混合区设有通过微孔连通的第一通道和第二通道，气相反应物可以通过该微孔以微气泡的形式进入液相反应物中，使得气液两相反应物能够充分接触混合均匀，得到近似均相乳化状的气液混合物，气液混合物再进入反应区的反应管内进行氧化反应，可以有效促进气液两相间的化学反应，提高了氧化反应速率和产率，减少副反应发生。本公开的烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统采用管式混合反应器，能够同时完成气液物料的高度均匀混合和反应，能够提高氧化反应速率和产率，提高过氧化氢产品质量。

Description

管式混合反应器和由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统

技术领域

本公开涉及化工生产技术领域，具体地，涉及一种管式混合反应器和由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统。

背景技术

过氧化氢的工业化生产一般通过蒽醌法工艺来实现。蒽醌法工艺是在催化剂的存在下，将溶于有机溶剂中烷基蒽醌氢化，得到相应的烷基蒽氢醌，后者再经过氧气或空气氧化，即生成过氧化氢，同时烷基蒽氢醌又变回烷基蒽醌，生成的过氧化氢用去离子水萃取，即得不同规格的过氧化氢产品，萃取过的烷基蒽醌溶液经除水、净化或再生处理后，可循环使用。该法主要反应如下式1所示：

蒽醌法的优点是能耗低、成本低、安全性能较好，适合大规模生产。对蒽醌法的工艺改进主要体现在采用触媒的工艺改进，同时，在氢化、氧化、萃取部分也有很大的技术改进空间。目前国外国内最先进的装置均采用蒽醌法钯触媒工艺，国内一般采用固定床氢化工艺。其中的氧化工序一般采用塔式反应器，多采用多塔串联气液并流氧化工艺，多塔串联气液并流氧化反应器虽然也能满足生产需要，但存在氧化反应速率慢、生产效率低、工作液降解严重、产品质量差、单位产品生产消耗高等问题。同时，由于氧化反应是放热反应，且氧化塔工作液存量大，热量移出困难，现有技术多采用塔内内置式换热器，生产设备体积大、投资成本高，也不便于对换热器进行生产和维修；内置式换热器还容易发生内漏，不利于氧化塔安全操作。

实用新型内容

本公开的目的是解决现有的蒽醌法制备过氧化氢的装置存在的氧化反应速率慢、生产效率低的问题，提供一种管式混合反应器和由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统。

为了实现上述目的，本公开的第一方面提供一种管式混合反应器，该反应器包括气体入口、液体入口、产物出口、混合区和反应区；所述反应区包括反应管，所述反应管的入口和出口分别与所述混合区和所述产物出口连通；所述混合区包括第一通道和第二通道，所述第一通道与所述气体入口连通，所述第二通道分别与所述液体入口和所述反应管的入口连通；所述第一通道和第二通道仅通过微孔连通，以使所述第一通道内的气体在压力作用下通过所述微孔进入所述第二通道内，并在所述第二通道的液体内形成微气泡，所述微孔的平均孔径为1nm～100μm。

可选地，所述混合区包括混合区壳体和置于所述混合区壳体内的至少一个微孔膜管，所述微孔膜管的管壁上含有所述微孔，以使所述混合区的壳程和管程仅通过所述微孔连通，所有所述微孔膜管的管程形成为所述第二通道，所述微孔膜管外壁与所述混合区壳体内的空间形成为所述第一通道。

可选地，所述混合区包括垂直于轴向设置的第一密封板和第二密封板，所述第一密封板、第二密封板和反应器内壁围成所述混合区壳体，所述微孔膜管轴向贯穿所述混合区壳体，以使所述第一密封板的外侧仅通过所述微孔膜管于所述第二密封板的外侧连通，所述液体入口与所述第一密封板的外侧空间连通，所述气体入口与所述混合区壳体内部连通。

可选地，所述微孔膜管为选自陶瓷微孔膜管、金属微孔膜管、玻璃纤维微孔膜管、氧化铝微孔膜管、MFI型分子筛膜管和有机微孔膜管中的一种。

可选地，所述微孔的平均孔径为5～500nm

可选地，所述反应管外设有换热夹套；所述反应管为选自U型反应管、盘式反应管和串联多管式反应管中的一种。

本公开的第二方面提供一种由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统，该系统包括含氧气体入口、氢化液入口、氧化液出口和本公开第一方面的管式混合反应器；所述含氧气体入口与所述管式混合反应器的气体入口连通，所述氢化液入口与所述管式混合反应器的液体入口连通，所述氧化液出口与所述管式混合反应器的产物出口连通。

可选地，该系统还包括气液分离器，所述气液分离器包括混合物入口、气体出口和液体出口，所述混合物入口与所述管式混合反应器的产物出口连通，所述气液分离器的液体出口与所述氧化液出口连通。

可选地，该系统还包括氧化液过滤器，所述氧化液过滤器的入口与所述气液分离器的液体出口连通，所述氧化液过滤器的出口与所述氧化液出口连通。

可选地，该系统还包括氧化液储存槽，所述氧化液储存槽的入口与所述管式混合反应器的产物出口连通，所述氧化液储存槽的出口与所述氧化液出口连通。

本公开的管式混合反应器能够同时完成气、液两相反应物料的混合和反应，该反应器内的混合区设有通过微孔连通的第一通道和第二通道，气相反应物可以通过该微孔以微气泡的形式进入液相反应物中，使得气液两相反应物能够充分接触混合均匀，得到近似均相的乳化状气液混合物，气液混合物再进入反应区的反应管内进行氧化反应，可以有效促进气液两相接触反应，提高了氧化反应速率和产率，减少副反应发生。本公开的烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统采用管式混合反应器，能够同时完成气液物料的高度均匀混合和反应，能够提高氧化反应速率和产率，提高过氧化氢产品质量。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的管式混合反应器的一种具体实施方式的结构示意图。

图2是本公开的烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统的一种具体实施方式的示意图。

附图标记说明

1 氢化液入口 2 含氧气体入口

3 管式混合反应器 31 液体入口

32 气体入口 33 产物出口

34 反应管 35 微孔膜管

36 第一密封板 37 第二密封板

4 气液分离器 5 氧化液储存槽

6 氧化液出口

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下，具体可以参考图1的图面方向，“内、外”是相对于装置本身的轮廓而言的。

如图1所示，本公开的第一方面提供一种管式混合反应器，该反应器包括气体入口32、液体入口31、产物出口33、混合区和反应区；反应区包括反应管34，反应管34的入口和出口分别与混合区和产物出口33连通；混合区包括第一通道和第二通道，第一通道与气体入口32连通，第二通道分别与液体入口31和反应管34的入口连通；第一通道和第二通道仅通过微孔连通，以使第一通道内的气体在压力作用下通过微孔进入第二通道内，并在第二通道的液体内形成微气泡，微孔的平均孔径为1nm～100μm。

本公开的管式混合反应器能够同时完成气、液两相反应物料的混合和反应，该反应器内的混合区设有通过微孔连通的第一通道和第二通道，气相反应物可以通过该微孔以微气泡形式进入液相反应物中，使得气液两相反应物能够充分接触混合均匀，得到近似均相的乳化状气液混合物，气液混合物再进入反应区的反应管内进行氧化反应，可以有效促进气液两相接触反应，提高了氧化反应速率和产率，减少副反应发生。

根据本公开，氢化液、氧化液和工作液的含义为本领域技术人员所熟知的，具体地，工作液是指含有烷基蒽醌的用于生产过氧化氢的溶液，氢化液是指工作液经氢化反应后得到的，含有烷基蒽氢醌的溶液，氧化液是指氢化液经氧化反应后得到的，含有过氧化氢和工作液的混合溶液。

根据本公开，微孔材料可以为具有微孔的任何载体，例如微孔膜、微孔筛板或微通道等，优选为具有上述微孔尺寸的微孔膜。含氧气体通过微孔膜两侧的压力差进入含有烷基蒽氢醌的氢化液中。

在根据本公开的一个优选的具体实施方式中，如图1所示，混合区可以包括混合区壳体和置于混合区壳体内的至少一个微孔膜管35，微孔膜管35的管壁上可以含有微孔，以使混合区的壳程和管程仅通过微孔连通，所有微孔膜管35的管程可以形成为第二通道，微孔膜管35外壁可以与混合区壳体内的空间形成为第一通道。其中，混合区的壳程是指混合区壳体与微孔膜管外壁之间形成的空间，混合区的管程是指所有微孔膜管的管内的空间。在这种实施方式中，可以使液相反应物通过反应器的液体入口进入微孔膜管的管程，气相反应物可以从气体入口32进入混合区壳体内部空间，并在适当压力作用下通过微孔进入管程的液相反应物中，形成含有微气泡的气液混合物。在上述优选的实施方式中，气相反应物与液相反应物的混合更均匀接触更充分，可以极大地促进反应速率和转化率的提高，提高反应产物质量。

为了进一步简化反应器结构、提高物料混合和接触反应的效率，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，混合区可以包括垂直于轴向设置的第一密封板36和第二密封板，第一密封板36、第二密封板37和反应器内壁可以围成混合区壳体，微孔膜管35可以轴向贯穿混合区壳体，以使第一密封板36的外侧仅通过微孔膜管35于第二密封板37的外侧连通，液体入口31可以与第一密封板36的外侧空间连通，气体入口32可以与混合区壳体内部连通。其中，第一密封板36的外侧是指相对于混合区壳体轮廓而言的外侧，即图1中第一密封板36的左侧，第二密封板37的外侧是指相对于混合区壳体轮廓而言的外侧，即图1中第二密封板37的右侧。

根据本公开，微孔可以为具有纳米级孔径的孔，为了进一步促进含氢气体与工作液混合接触，形成均匀的气液混合物，上述微孔的平均孔径优选为5～500nm，更优选为20～350nm。微孔的平均孔径可以采用扫描电镜法测定。

根据本公开，微孔膜管的材质可以为本领域常规的，例如微孔膜管35可以为选自陶瓷微孔膜管、金属微孔膜管、玻璃纤维微孔膜管、氧化铝微孔膜管、MFI型分子筛膜管和有机微孔膜管中的一种。

根据本公开，反应管34可以为本领域的常规种类，优选为选自U型反应管、盘式反应管和串联多管式反应管中的一种；上述优选种类的反应管有利于乳化状的气液混合物在反应管内以湍流状态进行反应，以便于移除反应热量。为了进一步移除反应热量，反应管34外可以设有换热夹套。

如图2所示，本公开的第二方面提供一种由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统，该系统包括含氧气体入口2、氢化液入口1、氧化液出口6和本公开第一方面的管式混合反应器3；含氧气体入口2与管式混合反应器的气体入口32连通，氢化液入口1与管式混合反应器的液体入口31连通，氧化液出口6与管式混合反应器的产物出口33连通。

本公开的烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统采用本公开第一方面的管式混合反应器，能够同时完成气液物料的高度均匀混合和反应，能够提高氧化反应速率和产率，提高过氧化氢产品质量。

为了进一步提高产物质量，在本公开的一种具体实施方式中，该系统还可以包括气液分离器4，气液分离器4可以包括混合物入口、气体出口和液体出口，混合物入口可以与管式混合反应器的产物出口33连通，气液分离器4的液体出口可以与氧化液出口6连通。

进一步地，该系统还可以包括氧化液过滤器，氧化液过滤器的入口可以与气液分离器4的液体出口连通，氧化液过滤器的出口可以与氧化液出口6连通。

为了进一步提高产物质量，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，该系统还可以包括氧化液储存槽5，氧化液储存槽5的入口可以与管式混合反应器的产物出口33连通，氧化液储存槽5的出口可以与氧化液出口6连通。在本公开的系统包括气液分离器4和氧化液过滤器的实施方式中，氧化液储存槽5的入口可以与化液过滤器的出口连通，氧化液储存槽5的出口可以与氧化液出口6连通。

如图2所示，采用本公开的由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统制备过氧化氢的方法可以包括：使含有烷基蒽氢醌的氢化液从氢化液入口1进入氢化液过滤器，滤除夹带的杂质后由管式混合反应器的液体入口31进入微孔膜管的管程，含氧气体经调节流量后由管式混合反应器3的气体入口进入管式混合反应器的微孔膜管的壳程。含氧气体在压力的作用下透过膜管壁的微孔，被分散成细小的气泡，与管程中的氢化液充分混合，形成乳化状的气液混合物进入反应区的反应管内，以层流或湍流状态流动并进行氧化反应，氢化液被氧化成含有烷基蒽醌的工作液，同时生成过氧化氢。管式混合反应器的出料进入到气液分离器4中，分离得到的液相为含有工作液和过氧化氢的氧化液，气相为含氧气体中的惰性气体和未反应的氧气。气相部分经调节阀调节控制气液分离器4压力后进入尾气处理系统，液相(工作液和双氧水)经氧化液冷却器控制到所需的温度后，进入氧化液储存槽5，经氧化液出口6送至过氧化氢萃取分离单元，分离得到过氧化氢产品。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种管式混合反应器，其特征在于，该反应器包括气体入口(32)、液体入口(31)、产物出口(33)、混合区和反应区；

所述反应区包括反应管(34)，所述反应管(34)的入口和出口分别与所述混合区和所述产物出口(33)连通；所述混合区包括第一通道和第二通道，所述第一通道与所述气体入口(32)连通，所述第二通道分别与所述液体入口(31)和所述反应管(34)的入口连通；

所述第一通道和第二通道仅通过微孔连通，以使所述第一通道内的气体在压力作用下通过所述微孔进入所述第二通道内，并在所述第二通道的液体内形成微气泡，所述微孔的平均孔径为1nm～100μm。

2.根据权利要求1所述的管式混合反应器，其特征在于，所述混合区包括混合区壳体和置于所述混合区壳体内的至少一个微孔膜管(35)，所述微孔膜管(35)的管壁上含有所述微孔，以使所述混合区的壳程和管程仅通过所述微孔连通，所有所述微孔膜管(35)的管程形成为所述第二通道，所述微孔膜管(35)外壁与所述混合区壳体内的空间形成为所述第一通道。

3.根据权利要求2所述的管式混合反应器，其特征在于，所述混合区包括垂直于轴向设置的第一密封板(36)和第二密封板(37)，所述第一密封板(36)、第二密封板(37)和反应器内壁围成所述混合区壳体，所述微孔膜管(35)轴向贯穿所述混合区壳体，以使所述第一密封板(36)的外侧仅通过所述微孔膜管(35)与所述第二密封板(37)的外侧连通，所述液体入口(31)与所述第一密封板(36)的外侧空间连通，所述气体入口(32)与所述混合区壳体内部连通。

4.根据权利要求2所述的管式混合反应器，其特征在于，所述微孔膜管(35)为选自陶瓷微孔膜管、金属微孔膜管、玻璃纤维微孔膜管、氧化铝微孔膜管、MFI型分子筛膜管和有机微孔膜管中的一种。

5.根据权利要求1所述管式混合反应器，其特征在于，所述微孔的平均孔径为5～500nm。

6.根据权利要求1所述的管式混合反应器，其特征在于，所述反应管(34)外设有换热夹套；所述反应管(34)为选自U型反应管、盘式反应管和串联多管式反应管中的一种。

7.一种由烷基蒽氢醌氧化制备过氧化氢的系统，其特征在于，该系统包括含氧气体入口(2)、氢化液入口(1)、氧化液出口(6)和权利要求1～6中任意一项所述的管式混合反应器(3)；

所述含氧气体入口(2)与所述管式混合反应器的气体入口(32)连通，所述氢化液入口(1)与所述管式混合反应器的液体入口(31)连通，所述氧化液出口(6)与所述管式混合反应器的产物出口(33)连通。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括气液分离器(4)，所述气液分离器(4)包括混合物入口、气体出口和液体出口，所述混合物入口与所述管式混合反应器的产物出口(33)连通，所述气液分离器(4)的液体出口与所述氧化液出口(6)连通。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统还包括氧化液过滤器，所述氧化液过滤器的入口与所述气液分离器(4)的液体出口连通，所述氧化液过滤器的出口与所述氧化液出口(6)连通。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括氧化液储存槽(5)，所述氧化液储存槽(5)的入口与所述管式混合反应器的产物出口(33)连通，所述氧化液储存槽(5)的出口与所述氧化液出口(6)连通。