一種漿態(tài)床反應(yīng)器及其在生產(chǎn)過氧化氫中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種漿態(tài)床反應(yīng)器及其在生產(chǎn)過氧化氫中的應(yīng)用，特別是涉及蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工藝中氫化過程的漿態(tài)床反應(yīng)器及其在生產(chǎn)過氧化氫中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]過氧化氫是一種重要的無機(jī)化工原料，它廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、化學(xué)品合成、軍工、電子、食品加工、醫(yī)藥、化妝品、環(huán)境保護(hù)、冶金等諸多領(lǐng)域。過氧化氫分解后產(chǎn)生水和氧氣，對環(huán)境無二次污染，是一種綠色化學(xué)品。目前國內(nèi)外普遍采用蒽醌法進(jìn)行過氧化氫的生產(chǎn)。蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫是以蒽醌衍生物作為工作載體，在催化劑的作用下，用氫氣將溶解在有機(jī)溶劑中的蒽醌衍生物氫化，生成相應(yīng)的氫蒽醌。然后，氫蒽醌氧化生成過氧化氫和蒽醌衍生物。最后，用水萃取有機(jī)溶劑中的過氧化氫得到一定濃度的過氧化氫水溶液作為產(chǎn)品，含有蒽醌衍生物和有機(jī)溶劑的工作液則被循環(huán)使用。其中，蒽醌氫化過程的效率直接決定過氧化氫的產(chǎn)量和濃度，對整個過氧化氫的生產(chǎn)具有決定意義。目前國內(nèi)在蒽醌氫化過程中最常用的是下流式固定床反應(yīng)器，即滴流床反應(yīng)器，但是固定床反應(yīng)器存在催化劑利用效率低、反應(yīng)選擇性低、床層內(nèi)溫度分布不均勻、催化劑局部持液量大和工作液降解嚴(yán)重的問題。采用固定床反應(yīng)器進(jìn)行氫化過程，氫效一般僅為6?7g/L氫化液。而采用氣液并流向上運(yùn)動的反應(yīng)器是進(jìn)行蒽醌衍生物氫化過程的最佳選擇。此類反應(yīng)器包括管式懸浮床反應(yīng)器、鼓泡床反應(yīng)器和漿態(tài)床反應(yīng)器。在氣液兩相并流向上流動的過程中，工作液和蒽醌混合溶液作為連續(xù)相，而氫氣(或氫氣與惰性氣體混合氣)作為分散相，既可以提高工作液的處理量和催化劑的利用率，增加蒽醌轉(zhuǎn)化率，又克服了固定床催化劑床層局部持液量大，溫度分布不均造成的工作液降解的問題。國外新建的大型過氧化氫生產(chǎn)裝置一般采用上流式流化床進(jìn)行氫化反應(yīng)，氫效一般可達(dá)12g/L氫化液以上。
[0003]US4428923公開了一種蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫的管式懸浮床氫化反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器成迂回管體系，水平管和垂直管之間由彎頭連接，各段管具有相同的通稱直徑。管外有套管供加熱和冷卻用，氫化過程就在該反應(yīng)器中進(jìn)行。工作液與氫氣進(jìn)入氫化器之前，先經(jīng)一文丘里混合器預(yù)混，催化劑隨著工作液一起連續(xù)流動，工作液與氫氣進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)后經(jīng)過一分離器，將催化劑與氫化液進(jìn)行初步的分離；分離后還得使用一專用的氫化液過濾器將氫化液與催化劑再次分離，氫化效率為12g/L氫化液。
[0004]CN1298369A提供了一種鼓泡床反應(yīng)器。反應(yīng)器優(yōu)選為立式鼓泡塔，反應(yīng)器中至少部分的包含水力直徑介于I至10_的通孔或流道構(gòu)件，通常為床層、針織物、開孔泡沫體或填料，通常為與Sulzer BX填料類似的結(jié)構(gòu)，以供工作液或氫氣通過。保證流道構(gòu)件的側(cè)壁粗糙度為催化劑平均粒徑的0.5至5倍，工作液和氣相由反應(yīng)器下部一起進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)后進(jìn)入固液分離裝置進(jìn)行氫化液與催化劑的分離。該反應(yīng)系統(tǒng)可以進(jìn)行間歇和連續(xù)兩種方式的操作，氫化效率可達(dá)15g/L氫化液以上。
[0005]CN1817838A公開了一種適用于蒽醌工作液氫化的流化床反應(yīng)器。該反應(yīng)器主體分為上下兩部分，下部為氫化反應(yīng)主體區(qū)域，上部具有擴(kuò)大段結(jié)構(gòu)利于氣液分離，反應(yīng)器內(nèi)部為空塔，氫化效率可達(dá)9.9g/L氫化液。
[0006]CN104549065提供了一種楽態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器及應(yīng)用和一種生產(chǎn)過氧化氫的方法，所述的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器包括上升管、上升管上部管徑擴(kuò)大的擴(kuò)大段和固液分離器，所述的擴(kuò)大段連通固液分離器上部，所述的固液分離器底部與上升管底部連通；所述的擴(kuò)大段內(nèi)設(shè)置雙套筒結(jié)構(gòu)的三相分離器，所述的上升管底部設(shè)有原料入口，所述的擴(kuò)大段頂部設(shè)有氣體出口，所述的固液分離器內(nèi)設(shè)置過濾組件，所述的固液分離器上部經(jīng)過濾組件設(shè)置清液出口。采用該漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器作為加氫反應(yīng)器生產(chǎn)過氧化氫的方法中氣液固三相分離效率高，避免了催化劑局部過度加氫，降低了過度加氫的可能性，氫效高，可以得到較高濃度的過氧化氫產(chǎn)品。
[0007]對比上述反應(yīng)器，漿態(tài)床反應(yīng)器由于催化劑顆粒直徑很小(一般為幾十微米或者更小)，消除了催化劑內(nèi)擴(kuò)散的影響，具有很高的反應(yīng)比表面和活性，可以大大減少催化劑的用量，同時反應(yīng)器內(nèi)部具有更均勻的流動狀態(tài)，因此具有良好的技術(shù)發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的在于提供一種漿態(tài)床反應(yīng)器，該反應(yīng)器選用于氣液固三相漿態(tài)床反應(yīng)與分離，特別適用于蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工藝中氫化反應(yīng)過程。
[0009]為達(dá)到此目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為:
一種漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于:包括上升管、冷卻器、沉降室與冷卻器連接管、上部筒體及封頭；上升管的中上部連接上部筒體及封頭構(gòu)成封閉的分離區(qū)筒體；上升管上部接有殼徑縮小的內(nèi)筒、內(nèi)筒上部外接分離區(qū)；分離區(qū)上部為氣液分離室，下部為液固分離區(qū)；氣液分離室頂部設(shè)有反應(yīng)氣體出口 ；液固分離區(qū)中上部設(shè)有豎向擋板，將其分為導(dǎo)流通道和漿液分離區(qū)；漿液分離區(qū)下部為催化劑沉降室、中上部為過濾室，在過濾室中裝有過濾組件，過濾組件設(shè)有清液出口 ；催化劑沉降室底部通過連接管與冷卻器連接，在連接管的上部設(shè)有催化劑卸出口，下部設(shè)有催化劑加入口 ；冷卻器與上升管是一體式的，與上升管底部相連、上升管下部設(shè)有液相原料入口和氣相原料入口 ；上升管內(nèi)部為反應(yīng)室，反應(yīng)室底部設(shè)有液體進(jìn)料分布器和氣體進(jìn)料分布器。
[0010]本發(fā)明在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有具有冷卻功能的流體再分布器。
[0011]本發(fā)明中上升管高徑比為4/1~20/1。
[0012]所述的內(nèi)筒的高徑比為0.5/1~5/1。
[0013]所述的內(nèi)筒與上升管的殼徑比為0.5/1-0.95/1。
[0014]所述的內(nèi)筒與上升管的高度比為0.1/1-0.3/1。
[0015]所述的分離區(qū)筒體內(nèi)徑與上升管內(nèi)徑比為1.2/1~2/1。
[0016]所述的分離區(qū)筒體高度與上升管高度比為0.1/1-0.5/1。
[0017]所述的導(dǎo)流通道與漿液分離區(qū)是連通的。
[0018]本發(fā)明的過濾組件為兩組或多組。
[0019]本發(fā)明催化劑沉降室底部與冷卻器連接管上設(shè)有控制閥控制催化劑漿液循環(huán)量。
[0020]本發(fā)明所述漿態(tài)床反應(yīng)器在生產(chǎn)過氧化氫的應(yīng)用中，工作液通過液相原料進(jìn)料入口進(jìn)入液體進(jìn)料分布器，含氫氣體通過氣相原料進(jìn)料入口進(jìn)入氣體進(jìn)料分布器，與上升管內(nèi)的漿液混合并向上運(yùn)動，在加氫催化劑作用下，工作液中的蒽醌衍生物在上升管內(nèi)進(jìn)行加氫反應(yīng)得到氫蒽醌；加氫反應(yīng)后物料經(jīng)過內(nèi)筒上升后，分離氣相的液固相進(jìn)入導(dǎo)流通道，液固相在流速、流向和重力作用下進(jìn)入催化劑沉降室；物料在催化劑劑沉降室加速進(jìn)行分層，輕相物料上升到漿液分離區(qū)上部，通過過濾組件過濾，清液從清液出口排出作為氫化液；含有催化劑的漿液通過連接管進(jìn)入冷卻器，通過冷卻后再次進(jìn)入上升管進(jìn)行反應(yīng)；經(jīng)過內(nèi)筒后氣相進(jìn)入氣液分離室進(jìn)行分離，氣體經(jīng)過反應(yīng)氣體出口排出反應(yīng)器；氫化液在后續(xù)氧化反應(yīng)器中與氧氣反應(yīng)得到含有過氧化氫的氧化液；氧化液經(jīng)萃取分離得到過氧化氫溶液和工作液。
[0021]加氫催化劑的卸出口設(shè)在連接管上部，加入口設(shè)在連接管下部。
[0022]本發(fā)明提供的方法中，所述的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為35?80°C、優(yōu)選55?75°C ;反應(yīng)壓力為0.1?0.5MPa、優(yōu)選0.2?0.3MPa。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明在上升管上部接有殼徑縮小的內(nèi)筒，這樣縮少了內(nèi)筒的大小，提高了氫化反應(yīng)漿液在內(nèi)筒內(nèi)的流動速率；同時由于內(nèi)筒殼徑的縮小，反應(yīng)器的擴(kuò)大段的殼徑同時得以縮小，這樣可節(jié)省投資。冷卻器與上升管為一體式，并且為波紋管式冷卻器，這樣既冷卻了含催化劑的循環(huán)工作液，又對含催化劑的循環(huán)工作液進(jìn)行了分布作用，使循環(huán)液能均勻進(jìn)入反應(yīng)室；波紋管式冷卻器的采用，克服了催化劑在冷卻器內(nèi)粘結(jié)或堵塞，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器長周期運(yùn)行；在反應(yīng)區(qū)設(shè)置了具有冷卻功能的再分布器，提高了流體的傳質(zhì)性能，控制反應(yīng)液溫度變化，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)液流動均勻。這些技術(shù)方案的實(shí)施，提高了氫化效率，氫化效率達(dá)到14-16g/L氫化液。
[0024]本發(fā)明提供的制備過氧化氫的方法的氫化單元采用漿態(tài)床反應(yīng)器，連接反應(yīng)器上升管上部的內(nèi)筒將反應(yīng)液溢流到導(dǎo)流通道，反應(yīng)器上部為直徑擴(kuò)大的分離區(qū)，分離區(qū)上部為氣液分離區(qū)，下部為漿液分離區(qū)，漿液分離區(qū)下部為催化劑沉降室，在中上部設(shè)有過濾組件，反應(yīng)液中大部分催化劑先在沉降室內(nèi)有效地沉降分離，大大降低過濾組件的過濾負(fù)荷，延長過濾組件的運(yùn)行時間，與直接過濾相比，過濾組件運(yùn)行時間可延長200-300%，降低反沖洗時間50%_70% ;同時由于將過濾組件內(nèi)置于反應(yīng)器內(nèi)，與過濾器外置相比，減少設(shè)備占地面積，同時降低了投資。
[0025]附圖說圖
圖1漿態(tài)床反應(yīng)器示意圖。
[0026]圖中:1_上升管；2_內(nèi)筒；3_擋板；4_過濾組件；5_冷卻器；6_液體進(jìn)料分布器；
7-氣體進(jìn)料分布器；8_沉降室與冷卻器連接管；9_上部筒體及封頭；10_反應(yīng)室；11_氣液分離室；12_導(dǎo)流通道與分離過渡室；13_催化劑沉降室；14_過濾室；15_液相原料入口 ；16-氣相原料入口 ； 17-