用氢气和氧气的等离子体进行丙烯环氧化的装置和方法制造方法及图纸

一种用氢气和氧气的等离子体进行丙烯环氧化的装置和方法，由位于上段的属于介质阻挡放电的自冷式等离子体发生段和位于下段的属于固定床的环氧化反应段构成，其壳体是用玻璃制成的同轴套筒结构，上段的内外筒环隙中是用作冷却和接地极目的的循环水，下段的内外筒环隙中是用作加热目的的循环水，上段内筒的顶端用绝缘封头封口，通过该绝缘封头的中心向上段内筒中插入一根金属线，该金属线伸出绝缘封头的部分与交流升压变压器的高电压端连接作为放电电极，在上段的外筒下部侧壁上烧结固定一根金属电流导出线，该电流导出线一端伸入内外筒环隙与循环水接触，另一端伸出外筒与地线连接，在上段的内筒上端长出外筒部分的侧壁上设氢氧混合气进气口，上段底端与下段的丙烯环氧化反应固定床烧结在一起，两段之间通过设在水平玻璃隔板中心上的气孔连通。下段的侧壁上部设丙烯进气口，底部居中设排气口，其特征在于，所说的玻璃壳体用氧化物玻璃制成，玻璃中可含有氧化硅，氧化硼，氧化磷，氧化砷，氧化锗，氧化铝，氧化铋，氧化镓，氧化钨，氧化钒，氧化钛，氧化锑，氧化钼和氧化硒中的一种或几种，上段的内筒长径比在１－１００之间，内外筒环隙距离与内筒直径之比在０．５－５．０之间，放电电极为表面洁净的金属线，其直径与上段内筒直径之比在１∶２０－１∶１０之间，金属电流导出线直径与放电电极直径之比在１－５之间，下段的内筒长径比在１－５０之间，两段之间的通气孔的孔径最好等于下段侧壁上丙烯进料口管径的１∶３－１∶１０，放电电极和金属电流导出线的材质包括钨、铼、钌、铑、铱、钯、铂、铜、金以及含镍和钛的不锈钢。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于等离子体合成化学品
，涉及到一种。
技术介绍
目前生产环氧丙烷的两种工业方法中，氯醇法因大量使用氯气而存在严重的设备腐蚀和环境污染问题，共氧化法(亦即哈康法)则因为使用乙苯或异丁烷作氧载体而存在联产品产量过大，工艺复杂，投资大，市场风险大等问题。因此，现有工业方法难以满足环氧丙烷生产发展的需要。近年来，人们发现在含钛沸石和甲醇溶剂存在下，氧化剂过氧化氢与丙烯能在略高于室温的加压液固相反应条件下进行环氧化反应，副产物主要是水，过氧化氢在反应条件下几乎全部转化，生成环氧丙烷的选择性高达95％以上，有望被开发成为对环境友好且工艺简单的新一代环氧丙烷生产技术。但是，以市售的过氧化氢稀溶液为丙烯环氧化原料存在成本高等问题，而采用现有蒽醌法工艺为丙烯环氧化装置就近建设一个过氧化氢生产厂则存在投资过大等问题。因而，最近有关丙烯环氧化的研发工作主要集中在寻求获得氧化剂过氧化氢的新方法方面。如公开文献Catal.Today 41(1998)351-364提出用分子氧为起始氧源，用贵金属钯催化剂和氢化蒽醌/蒽醌氧载体，为在钛硅沸石上进行的丙烯环氧化反应提供‘原位’过氧化氢。公开文献石油化工29(2000)140-143提出将钛硅沸石丙烯环氧化反应器与现行双氧水工业生产装置进行耦合的热虹吸反应器及工艺。公开文献Catal.Lett.59(1999)161-163提出在负载钯的钛硅沸石上(Pd/TS-1)直接用氢气和氧气原料原位产生过氧化氢，进行丙烯环氧化。公开文献J.Catal.178(1998)566-575则提出在双功能Au/TiO2催化剂上用氢气和氧气原位产生过氧化氢，进行丙烯环氧化。以上方法的共同问题是，氧化剂都要通过化学催化过程得到，工艺复杂，催化剂造价增高且制备难度加大，难以工业化使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。其基本原理是，利用一种介质阻挡放电方法把氢气和氧气转化成气体等离子体活性状态，然后使之在含钛沸石上与丙烯接触发生环氧化反应。本专利技术是通过下述技术方案实现的用氢气和氧气的等离子体进行丙烯环氧化的装置，由位于上段的属于介质阻挡放电的自冷式等离子体发生段和位于下段的属于固定床的环氧化反应段构成，其壳体是用玻璃制成的同轴套筒结构。上段的内外筒环隙中是用作冷却和接地极目的的循环水，下段的内外筒环隙中是用作加热目的的循环水。上段内筒的顶端用绝缘封头封口，通过该绝缘封头的中心向上段内筒中插入一根金属线，该金属线伸出绝缘封头的部分与交流升压变压器的高电压端连接作为放电电极。在上段的外筒下部侧壁上烧结固定一根金属电流导出线，该电流导出线一端伸入内外筒环隙与循环水接触，另一端伸出外筒与地线连接。在上段的内筒上端长出外筒部分的侧壁上设氢氧混合气进气口，上段的底端与下段的丙烯环氧化反应固定床烧结在一起。上段底端与下段的丙烯环氧化反应固定床烧结在一起，两段之间通过设在水平玻璃隔板中心上的气孔连通。下段的侧壁上部设丙烯进气口，底部居中设排气口。在上述丙烯环氧化装置中，所说的玻璃壳体用氧化物玻璃制成，玻璃中可含有氧化硅，氧化硼，氧化磷，氧化砷，氧化锗，氧化铝，氧化铋，氧化镓，氧化钨，氧化钒，氧化钛，氧化锑，氧化钼和氧化硒中的一种或几种。在上述丙烯环氧化装置中，放电电极和金属电流导出线的材质包括钨、铼、钌、铑、铱、钯、铂、铜、金以及含镍和钛的不锈钢。在上述丙烯环氧化装置中，上段的内外筒环隙中同时起冷却和接地极作用的循环水包括二次蒸馏水、蒸馏水、普通自来水和专门配置的强电解质水溶液，所使用的循环水的电导率最好在0.01-10毫西门子/厘米之间。电导率小的循环水中离子含量少，对于与之接触的金属电流导出线腐蚀小，因此使用电导率较小的循环水时，金属电流导出线的选择余地大。但另一方面，当需要适当降低反应装置的放电电压时，则要使用专门配制的电导率较大的强电解质水溶液。用于配制所说的强电解质水溶液的水溶性盐最好选第一主族和第二主族的盐酸盐和硝酸盐。此外，为了确保放电电极位于内筒的轴心线，放电电极上每间隔适当距离要用圆形聚四氟薄板加以固定。为了方便放电电极更换，聚四氟薄板的直径应比内筒的内径略小，可以随放电电极整体移出。此外，为了有利于内筒中气体自上而下流通，每一个圆形聚四氟乙烯薄板都被做成筛板。为了利用上述装置进行丙烯环氧化反应，在等离子体发生段，用内外筒环隙中的冷却循环水撤出放电产生的电热，从而将放电区的温度维持在室温程度上。上述冷却循环水兼作介质阻挡放电的接地极，使放电电极通过内筒筒壁的玻璃介质对循环冷却水接地极呈细丝状脉冲微放电状态，从而使流过放电区的氢气和氧气变成等离子体气体活性物种，作为丙烯环氧化反应的氧化剂。在环氧化反应段，固定床中装填经过机械成型的含钛沸石催化剂，用内外筒环隙中的加热循环水使催化剂床层达到反应温度。来自上段的等离子体气体进入环氧化反应段后先与丙烯原料气混合，然后在催化剂床层中进行环氧化反应。环氧化反应在常压气固相条件下进行，反应温度最好在20℃-100℃之间。另外，在利用上述装置实施丙烯环氧化反应时，为了防止爆炸，含有氢气和氧气的混合气进料中氢气和氧气的相对含量被限制在两个指定范围内，在一个范围中，氧气含量在0-6％之间，相应地氢气的含量在94-100％之间，在另一个范围中，氧气含量在94-100％之间，相应地氢气的含量在0-6％之间。用作丙烯环氧化反应催化剂的含钛沸石最好选含钛的Pentasil(五员环)型高硅沸石如TS-1、TS-2等或者选择含钛的β沸石。含钛沸石的合成原粉在使用之前，要进行以脱除模板剂为目的的干燥和焙烧处理。干燥采用常压和空气气氛，干燥温度为100℃～120℃，持续时间3～12小时。焙烧也采用常压和空气气氛，焙烧升温程序为从室温以1℃/min的升温速率升至300℃，在300℃下恒温1小时；再以同样的升温速率升温至400℃，在400℃下恒温1小时；再以同样的升温速率升温至500℃，在500℃下恒温1小时；再以同样的升温速率升温至550℃，在550℃下恒温过夜。特别是，为了适合本专利技术的固定床反应器使用，上述脱除模板剂的含钛沸石在使用之前还需要进行机械成型处理。机械成型可以采用本领域惯用的挤条机挤方法或流化喷涂造粒方法。为了方便成型，采用硅溶胶为粘结剂，硅溶胶中的氧化硅浓度最好在20-40％之间。本专利技术的效果和益处是，利用所设计的装置，首次通过将氢气和氧气原位转化为气体等离子体活性形式，实现了丙烯的环氧化反应。在本专利技术中，丙烯环氧化反应在常压气固相状态下进行，无需使用任何溶剂，因此设备和工艺简单，易于实现。附图说明附图是本专利技术的自冷式介质阻挡等离子体反应装置结构示意图。图中1玻璃内筒/放电介质，2玻璃外筒，3上段进水口，4上段出水口，5放电电极，6冷却循环水/接地极，7金属电流导出线，8聚四氟乙烯筛板，9等离子体发生室，10绝缘封头，11密封材料，12下段进水口，13下段出水口，14氢氧混合气进气口，15通气孔，16丙烯进气口，17催化剂床层，18排气口，19加热循环水。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案和实施例进行详细说明。第一步，将经过适当成型的含钛沸石催化剂通过装置下段的丙烯进气口装填固定床中。催化剂装填量应使床层上平面低于丙烯进气口10-20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪臣，周军成，王祥生，郭明星，赵剑利，宫为民，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：