CN210796287U - 一种制备环己醇和环己酮的装置 - Google Patents

Abstract

一种制备环己醇和环己酮的装置，当使用水溶性催化剂时，所述装置包括单级或多级串联的微通道反应器和油水分离器；微通道反应器上设有环己烷氧化液进料口、碱液进料口和分解液出料口；微通道反应器的分解液出料口与设于油水分离器中部的进料口连接；油水分离器的上部设有溢流口；油水分离器的底部设有碱液排放口，与一级微通道反应器的碱液进料口连接；油水分离器的顶部设有气体排放口；或者，微通道反应器和油水分离器之间还设有分解釜。本实用新型还公开了使用油溶性催化剂时的装置。本实用新型装置设备简单，易操作，成本低，能显著改善分解釜内液液传质效率。

Description

一种制备环己醇和环己酮的装置

技术领域

本实用新型具体涉及一种制备环己醇和环己酮的装置。

背景技术

环己酮、环己醇是制备己内酰胺、己二酸的重要中间体，环己酮还是生产己内酯等化学品的化工原料和一种优良的溶剂，制备环己酮和环己醇是环己烷化工应用的主要途径。环己烷空气氧化工艺仍是国内外主流工艺，包括无催化与有催化氧化工艺。

CN1105970A公开了一种环己烷的氧化方法，是在用过渡金属盐分解含环己基过氧化氢的氧化混合物时，分为两步，第一步是在中性或酸性条件下进行，第二步是在强碱性条件下进行。虽然该方法使环己醇和环己酮的收率大为提高，减少消耗，降低了成本，但是，该方法并没有解决分解过程中液液传质不充分的问题。

CN1253938A公开了一种环己烷的氧化方法，是在用过渡金属盐分解含环己基过氧化氢的氧化混合物同时，采用碱液外循环和静态混合器，并控制碱液外循环的流量为氧化混合物流量的0.2～1.0倍，物料通过静态混合器后分散相液滴粒度为1～100微米，从而使环己烷氧化液中的环己基过氧化氢高选择性的分解得到环己醇和环己酮。虽然该方法使环己基过氧化氢分解收率达到94%以上，但是，该方法只是将液相粒度稍微变小，同样没有解决分解过程中液液传质不充分的问题。

CN107759453A公开了一种环己烷氧化分解液精制装置，包括通过管道依次相连的进料混合器、皂化塔、分离器、洗涤塔、预处理塔、回流罐；该装置还包括碱液混合器，循环泵通过管道分别与分离器和碱液混合器相连；洗水泵通过管道分别与洗涤塔和碱液混合器相连。该装置应用于环己酮生产中分解液精制预处理过程，可减少副产物，精制提浓粗醇酮，降低装置原材料消耗的同时节省能耗、保护环境。但是，该装置仅对分解液在精馏前进行预处理，没有解决前工序氧化液分解阶段传质效率低、分解效率不高的问题。

CN107778133A公开了一种制备环己醇和环己酮的方法，该方法首先用含氧气体氧化环己烷生成含环己基过氧化氢的氧化液，然后用强碱溶液萃取氧化液得到含环己基过氧化氢的碱性水相和环己烷有机相，含环己基过氧化氢的碱性水相在高沸点溶剂存在下进行分解反应，分解液沉降分离后，蒸馏有机相得到环己醇和环己酮的混合物，萃取后的环己烷溶液返回至环己烷氧化反应过程。虽然该方法能大大提高环己烷的氧化选择性，降低环己烷蒸馏能耗，但该方法仍然没有解决氧化液分解阶段传质效率低、分解效率不高的问题。

CN106946678A公开了一种制备环己醇和环己酮的方法，该方法采用油溶性催化剂铬酸异辛酯，突破了传统的非均相分解使用含碱水溶液的传统思路，通过改变催化剂体系和反应条件，环己基过氧化氢分解率达99.8%以上，分解后得到的环己酮与环己醇收率达98%以上，且酮醇比在1.3:1以上。但是，由于该方法使用油溶性催化剂后，系统设备和管道结垢严重，经常需要停车清洗；同时，由于该方法使用了六价重金属铬，不仅对人体有很大伤害，还对环境有污染。

CN102627542A公开了一种以环己烷为原料制备环己醇和环己酮的工艺，包括以下步骤：（1）将环己烷用分子氧进行无催化氧化，生成含环己基过氧化氢为主要产物的氧化混合液；（2）用油溶性过渡金属化合物做催化剂进行均相催化分解，用 1-羟基乙叉-1,1－二膦酸（二）辛酯或者1-羟基乙叉-1,1-二膦酸（二）辛酯与磷酸辛酯的组合物做阻垢剂，使氧化混合液中的环己基过氧化氢分解生成环己醇和环己酮；（3）通过精馏得到环己醇和环己酮产品。虽然该方法解决了系统设备和管道结垢严重的问题，但是，该方法对氧化液与催化剂混合的问题没有彻底解决，传质和分解效率有待进一步提高。

CN109134217A公开了一种环己烷氧化法生产环己酮过程中氧化装置及氧化工艺改进方法，主要由一个或多个尾气洗涤塔、氧化反应器、调节阀和管道组成，并配置相应的管道和阀门；尾气洗涤塔与氧化反应器相连，自环己烷氧化反应器排出的氧化尾气从尾气洗涤塔底部进入塔内，从管道来的中温环己烷从尾气洗涤塔顶部进入塔内，氧化尾气中部分环己醇、环己酮、环己基过氧化氢被冷凝而进入环己烷液相中，并从尾气洗涤塔底部自流至氧化反应器或分解反应器，从尾气洗涤塔顶部排出氧化尾气汇总后，排入本装置氧化尾气回收单元。虽然该方法可降低环己烷氧化法中氧化反应进料中的环己醇、环己酮和环己基过氧化氢的含量，提高反应收率，减少烷精馏的蒸汽、冷却水等能量消耗，但是，该方法仅仅从外围对反应收率进行了改善，未对反应和分解气液和液液传质上做出根本性的改变。

综上，亟待找到一种简单，易操作，可在原有设备上改装，成本低，能显著改善分解反应器液液传质效率，显著提高环己烷氧化液分解效率，适宜于工业化生产的制备环己醇和环己酮的装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种设备简单，易操作，可在原有设备上改装，成本低，能显著改善分解釜内液液传质效率，显著提高环己烷氧化液分解效率，适宜于工业化生产的制备环己醇和环己酮的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种制备环己醇和环己酮的装置，当使用水溶性催化剂时，所述装置包括单级或多级串联的微通道反应器和油水分离器；所述微通道反应器上设有环己烷氧化液进料口、碱液进料口和分解液出料口；所述微通道反应器的分解液出料口与设于油水分离器中部的进料口连接；所述油水分离器的上部设有溢流口；所述油水分离器的底部设有碱液排放口，与一级微通道反应器的碱液进料口连接；所述油水分离器的顶部设有气体排放口；或者，所述微通道反应器和油水分离器之间还设有分解釜；所述微通道反应器的分解液出料口与分解釜下部的进料口连接；所述分解釜上部的溢流口与油水分离器中部的进料口连接；

当使用油溶性催化剂时，所述装置包括单级或多级串联的微通道反应器，所述微通道反应器上设有环己烷氧化液进料口、催化剂进料口和分解液出料口；或者，所述各级微通道反应器后还设有分解釜；所述微通道反应器的分解液出料口与分解釜下部的进料口连接；所述分解釜上部设有溢流口。

当使用水溶性催化剂时，所述油水分离器上部的溢流口与下一级微通道反应器的环己烷氧化液进料口或下一工序连接。当使用油溶性催化剂时，所述微通道反应器的分解液出料口或所述分解釜上部的溢流口与下一级微通道反应器的环己烷氧化液进料口或下一工序连接。

本实用新型装置的工艺过程为：

当使用水溶性催化剂时：

将环己烷氧化液和含有催化剂的碱液同时注入微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入油水分离器，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入下一级微通道反应器或下一工序，位于下层的含有催化剂的碱液小部分排出，大部分返回一级微通道反应器。比如，当所述装置为二级串联的微通道反应器和油水分离器时，一级油水分离器位于上层的含环己醇和环己酮的混合液与新鲜碱液注入二级微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入二级油水分离器，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入下一工序，位于下层的碱液全部返回一级微通道反应器循环使用。

或者，将环己烷氧化液和含有催化剂的碱液同时注入微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入分解釜中，进一步进行分解反应，分解液送入油水分离器，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入下一级微通道反应器或下一工序，位于下层的含有催化剂的碱液小部分排出，大部分返回一级微通道反应器。比如，当所述装置为二级串联的微通道反应器和油水分离器时，一级油水分离器位于上层的含环己醇和环己酮的混合液与新鲜碱液注入二级微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入二级分解釜中，进一步进行分解反应，分解液送入二级油水分离器，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入下一工序，位于下层的碱液全部返回一级微通道反应器循环使用。

含有催化剂的碱液只需要加入一级微通道反应器，二级及之后的微通道反应器只需要加入新鲜碱液。

当使用油溶性催化剂时：

将环己烷氧化液和催化剂同时注入微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入下一级微通道反应器或下一工序。比如，当所述装置为二级串联的微通道反应器时，一级微通道反应器产生的分解液注入二级微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入下一工序。

或者，将环己烷氧化液和催化剂同时注入微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入分解釜中，进一步进行分解反应，分解液送入下一级微通道反应器或下一工序。比如，当所述装置为二级串联的微通道反应器时，一级分解釜产生的分解液注入二级微通道反应器中，进行分解反应，分解液送入二级分解釜中，进一步进行分解反应，分解液送入下一工序。

催化剂只需要加入一级微通道反应器，二级及之后的微通道反应器不需要加入催化剂。

微通道反应器是利用精密加工技术制造的流道尺寸在0.3mm到3mm之间的微型反应器，是一种连续流动的管道式反应器。由于将反应物质控制在极其微小的空间内，反应通道的平均尺寸一般为微米甚至纳米。微通道反应器中包含有成百上千万的微型通道，不仅可实现流体间的均匀、快速混合，克服传质阻力，且具有较高的传热、传质、混合和反应速率，可实现很高的产量。

优选地，所述微通道反应器由混合腔、扰流部和混合流道组成，所述混合腔的纵截面呈心形、圆形、长方形或椭圆形，横截面呈圆形或方形，所述扰流部为月牙形、菱形、长方形、圆形或椭圆形。

优选地，所述混合流道的横截面为圆形，内径为0.3～3.0mm（更优选0.5～1.5mm）。

优选地，所述混合流道的横截面积由进料端向出料端逐渐增大，出料端的横截面积是进料端横截面积的1.2～1.8倍。

优选地，所述混合腔的平均截面面积为混合流道平均截面面积的10～50倍。

优选地，所述油水分离器的气体排放口上设有冷凝器。

优选地，所述分解釜中设有搅拌装置。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型环己烷氧化液分解装置设备简单，易操作，可在原有设备上改装，成本低，通过微通道混合器将环己烷氧化液或还有含有催化剂的碱液分散成微纳米液滴，让反应体系呈近似均相，能显著改善微通道反应器内液液传质效率，减少返混；

（2）本实用新型装置的环己烷氧化液分解率可达100%，选择性可达98%，相较于现有普遍84%的醇酮摩尔总收率可提高14%以上，显著提高环己烷氧化液分解效率和收率，适宜于工业化生产。

附图说明

图1是本实用新型实施例1一种制备环己醇和环己酮的装置（水溶性催化剂，无分解釜）的示意图；

图2是本实用新型实施例2一种制备环己醇和环己酮的装置（水溶性催化剂，有分解釜）的示意图；

图3是本实用新型实施例3一种制备环己醇和环己酮的装置（油溶性催化剂，无分解釜）的示意图；

图4是本实用新型实施例4一种制备环己醇和环己酮的装置（油溶性催化剂，有分解釜）的示意图；

图5是本实用新型实施例1、2中微通道反应器的微通道模块纵截面示意图；

图6是图5的A-A剖面示意图；

图7是本实用新型实施例3、4中微通道反应器的微通道模块纵截面示意图；

图8是图7的B-B剖面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

一种制备环己醇和环己酮的装置（水溶性催化剂，无分解釜）实施例1

如图1、5、6所示，所述装置包括二级串联的微通道反应器1和油水分离器2；所述微通道反应器1上设有环己烷氧化液进料口1-1、碱液进料口1-2和分解液出料口1-3；一级微通道反应器1的分解液出料口1-3与设于一级油水分离器2中部的进料口2-1连接；所述油水分离器2的上部设有溢流口2-2；一级油水分离器2的底部设有碱液排放口2-3，与一级微通道反应器1的碱液进料口1-2连接；所述油水分离器2的顶部设有气体排放口2-4；所述油水分离器2的气体排放口2-4上设有冷凝器2-5；一级油水分离器2上部的溢流口2-2与二级微通道反应器1的环己烷氧化液进料口1-1连接；二级微通道反应器1的分解液出料口1-3与设于二级油水分离器2中部的进料口2-1连接；二级油水分离器2的底部设有碱液排放口2-3，与一级微通道反应器1的碱液进料口1-2连接；所述微通道反应器1由混合腔1-5、扰流部1-6和混合流道1-7组成，所述混合腔1的纵截面呈长方形，横截面呈方形，所述扰流部1-6为长方形，所述混合流道1-7的横截面为圆形，内径为0.5mm；所述混合流道1-7的横截面积由进料端向出料端逐渐增大，出料端的横截面积是进料端横截面积的1.6倍，所述混合腔1-5的平均截面面积为混合流道1-7平均截面面积的50倍。

本实用新型装置的工艺过程为：

将环己烷氧化液和含有催化剂的碱液同时注入一级微通道反应器1中，进行分解反应，分解液送入一级油水分离器2，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入二级微通道反应器1，位于下层的含有催化剂的碱液小部分排出，大部分返回一级微通道反应器1，与此同时，新鲜碱液注入二级微通道反应器1中，进行分解反应，分解液送入二级油水分离器2，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入下一工序，位于下层的碱液全部返回一级微通道反应器1循环使用。

一种制备环己醇和环己酮的装置（水溶性催化剂，有分解釜）实施例2

如图2、5、6所示，所述装置包括二级串联的微通道反应器1、分解釜3和油水分离器2；所述微通道反应器1上设有环己烷氧化液进料口1-1、碱液进料口1-2和分解液出料口1-3；一级微通道反应器1的分解液出料口1-3与一级分解釜3下部的进料口3-1连接；一级分解釜3上部的溢流口3-2与一级油水分离器2中部的进料口2-1连接；所述油水分离器2的上部设有溢流口2-2；一级油水分离器2的底部设有碱液排放口2-3，与一级微通道反应器1的碱液进料口1-2连接；所述油水分离器2的顶部设有气体排放口2-4；所述油水分离器的气体排放口2-4上设有冷凝器2-5；所述分解釜3中设有搅拌装置3-3；一级油水分离器2上部的溢流口2-2与二级微通道反应器1的环己烷氧化液进料口1-1连接；二级微通道反应器1的分解液出料口1-3与二级分解釜3下部的进料口3-1连接；二级分解釜3上部的溢流口3-2与设于二级油水分离器2中部的进料口2-1连接；二级油水分离器2的底部设有碱液排放口2-3，与一级微通道反应器1的碱液进料口1-2连接；所述微通道反应器1由混合腔1-5、扰流部1-6和混合流道1-7组成，所述混合腔1的纵截面呈长方形，横截面呈方形，所述扰流部1-6为长方形，所述混合流道1-7的横截面为圆形，内径为0.8mm；所述混合流道1-7的横截面积由进料端向出料端逐渐增大，出料端的横截面积是进料端横截面积的1.2倍，所述混合腔1-5的平均截面面积为混合流道1-7平均截面面积的40倍。

本实用新型装置的工艺过程为：

将环己烷氧化液和含有催化剂的碱液同时注入一级微通道反应器1中，进行分解反应，分解液送入一级分解釜3中，进一步进行分解反应，分解液送入一级油水分离器2，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入二级微通道反应器1，位于下层的含有催化剂的碱液小部分排出，大部分返回一级微通道反应器1，与此同时，新鲜碱液注入二级微通道反应器1中，进行分解反应，分解液送入二级分解釜3中，进一步进行分解反应，分解液送入二级油水分离器2，加压分层，位于上层的含环己醇和环己酮的混合液送入下一工序，位于下层的碱液全部返回一级微通道反应器1循环使用。

一种制备环己醇和环己酮的装置（油溶性催化剂，无分解釜）实施例3

如图3、7、8所示，所述装置包括二级串联的微通道反应器1，所述微通道反应器1上设有环己烷氧化液进料口1-1、催化剂进料口1-4和分解液出料口1-3；一级微通道反应器1的分解液出料口1-3与二级微通道反应器1的环己烷氧化液进料口1-1相连；所述微通道反应器1由混合腔1-5、扰流部1-6和混合流道1-7组成，所述混合腔1的纵截面呈心形，横截面呈圆形，所述扰流部1-6为月牙形，所述混合流道1-7的横截面为圆形，内径为1.5mm；所述混合流道1-7的横截面积由进料端向出料端逐渐增大，出料端的横截面积是进料端横截面积的1.4倍，所述混合腔1-5的平均截面面积为混合流道1-7平均截面面积的30倍。

本实用新型装置的工艺过程为：

将环己烷氧化液和催化剂同时注入一级微通道反应器1中，进行分解反应，分解液送入二级微通道反应器1，进行分解反应，分解液送入下一工序。

一种制备环己醇和环己酮的装置（油溶性催化剂，有分解釜）实施例4

如图4、7、8所示，所述装置包括二级串联的微通道反应器1和分解釜3，所述微通道反应器1上设有环己烷氧化液进料口1-1、催化剂进料口1-4和分解液出料口1-3；一级微通道反应器1的分解液出料口1-3与一级分解釜3下部的进料口3-1连接；所述分解釜3上部设有溢流口3-2；所述分解釜3中设有搅拌装置3-3；一级分解釜3的溢流口3-2与二级微通道反应器1的环己烷氧化液进料口1-1相连；二级微通道反应器1的分解液出料口1-3与二级分解釜3下部的进料口3-1连接；所述微通道反应器1由混合腔1-5、扰流部1-6和混合流道1-7组成，所述混合腔1的纵截面呈心形，横截面呈圆形，所述扰流部1-6为月牙形，所述混合流道1-7的横截面为圆形，内径为1.0mm；所述混合流道1-7的横截面积由进料端向出料端逐渐增大，出料端的横截面积是进料端横截面积的1.8倍，所述混合腔1-5的平均截面面积为混合流道1-7平均截面面积的20倍。

本实用新型装置的工艺过程为：

将环己烷氧化液和催化剂同时注入一级微通道反应器1中，进行分解反应，分解液送入一级分解釜3中，进一步进行分解反应，分解液送入二级微通道反应器1，进行分解反应，分解液送入二级分解釜3中，进一步进行分解反应，分解液送入下一工序。

Claims (2)

1.一种制备环己醇和环己酮的装置，其特征在于：

当使用水溶性催化剂时，所述装置包括单级或多级串联的微通道反应器和油水分离器；所述微通道反应器上设有环己烷氧化液进料口、碱液进料口和分解液出料口；所述微通道反应器的分解液出料口与设于油水分离器中部的进料口连接；所述油水分离器的上部设有溢流口；所述油水分离器的底部设有碱液排放口，与一级微通道反应器的碱液进料口连接；所述油水分离器的顶部设有气体排放口；或者，所述微通道反应器和油水分离器之间还设有分解釜；所述微通道反应器的分解液出料口与分解釜下部的进料口连接；所述分解釜上部的溢流口与油水分离器中部的进料口连接；

当使用油溶性催化剂时，所述装置包括单级或多级串联的微通道反应器，所述微通道反应器上设有环己烷氧化液进料口、催化剂进料口和分解液出料口；或者，所述各级微通道反应器后还设有分解釜；所述微通道反应器的分解液出料口与分解釜下部的进料口连接；所述分解釜上部设有溢流口。

2.根据权利要求1所述制备环己醇和环己酮的装置，其特征在于：所述微通道反应器由混合腔、扰流部和混合流道组成，所述混合腔的纵截面呈心形、圆形、长方形或椭圆形，横截面呈圆形或方形，所述扰流部为月牙形、菱形、长方形、圆形或椭圆形；所述混合流道的横截面为圆形，内径为0.3～3.0mm；所述混合流道的横截面积由进料端向出料端逐渐增大，出料端的横截面积是进料端横截面积的1.2～1.8倍；所述混合腔的平均截面面积为混合流道平均截面面积的10～50倍；所述油水分离器的气体排放口上设有冷凝器；所述分解釜中设有搅拌装置。

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