一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，包括：反应器、环氧乙烷发生器和微界面发生器等。本实用新型专利技术通过微界面发生器破碎含有环氧乙烷的气体使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与去离子水混合形成气液混合物，以增大气液两相的相界面积，并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果；同时，微米级气泡能够与去离子水充分混合形成气液混合物，通过将气液两相充分混合，能够保证系统中的去离子水能够与含有环氧乙烷的气体充分接触，有效提高了系统的反应效率同时提高乙二醇转化率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统
本技术涉及乙二醇制备
，尤其涉及一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统。
技术介绍
乙二醇，是一种重要的化工原料，自被发现与对苯二甲酸反应生成聚对苯二甲酸二甲酯，可作为聚酯纤维和聚酯塑料的原料后，乙二醇的用量大大增加。目前乙二醇主要用于制造聚酯纤维，其用量占乙二醇总用量的40％以上；其次是作为防冻剂的主要原料，用量占总用量的35％；其他方面，如作为化学试剂，乙二醇主要用于气相色谱的固定液，用于分析低沸点含氧化合物、胺类化合物、氧和氮杂环化合物等，除上述用途外，乙二醇在燃料、涂料、粘合剂、溶剂、润滑剂、软化剂、增稠剂和炸药等方面应用也非常广泛，乙二醇的生产技术也不断被改进。据文献报道，合成乙二醇的工艺大致可分为乙烯直接水合法、乙烯水合法、甲醛合成法、碳酸乙烯酯法、合成气合成法、氧化偶联法等，其中乙烯水合法又称环氧乙烷水合法，为当前生产乙二醇所用的主要方法，其原理包括首先，在银催化剂存在下使用氧通过蒸汽相催化氧化作用将乙烯转化成环氧乙烷。含有环氧乙烷的气体与大量水接触，在反应条件为150-200℃、压强为1.5-2.5Mpa，含有环氧乙烷的气体与大量水接触生成乙二醇稀溶液；其次，将乙二醇稀溶液通过热交换器，经热交换器后被冷却，进入至膨胀器，在膨胀器中吹出乙醛、巴豆醛等易挥发组分，然后乙二醇稀溶液流入储存槽内；最后，通过泵体将储存槽内的乙二醇稀溶液注入蒸发器提浓，经多次蒸发后的乙二醇稀溶液最后进入脱水塔脱除水分，制得纯乙二醇。在上述现有生产乙二醇的方法中，含有环氧乙烷的气体与水接触过程中，常通过加压和升高温度来实现乙二醇的转化率。基于上述乙烯水合法制备乙二醇的工艺原理，现有乙烯水合法制备乙二醇系统及工艺存在下述问题：第一，含有环氧乙烷的气体与水接触过程中，气液两项混合，产生较大较多气泡，由于气泡较多较大，致使气液两项无法充分混合，降低乙二醇转化率同时整个气液系统的反应速率降低。第二，含有环氧乙烷的气体与水接触过程中，需在高温高压条件下进行，对能源造成浪费。
技术实现思路
为此，本技术提供一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，用以提高现有技术中制备乙二醇的转化率和效率。本技术提供一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，包括：反应器，用以为含有环氧乙烷的气体和去离子水提供反应场所制备乙二醇稀溶液；环氧乙烷发生器，其设置在所述反应器的一侧，用以为乙烯气体和氧气提供反应场所制备环氧乙烷，所述环氧乙烷发生器和所述反应器之间设置有热交换器，用以降低含有环氧乙烷气体的温度；微界面发生器，其设置在所述反应器内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给含有环氧乙烷的气体，使含有环氧乙烷的气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高去离子水与含有环氧乙烷的气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将去离子水与含有环氧乙烷的气体微米级气泡混合形成气液混合物，以在预设操作条件范围内强化去离子水与含有环氧乙烷的气体间的传质效率和反应效率；除杂单元，其设置在所述反应器的一侧，用以去除乙二醇稀溶液中的易挥发组分；浓缩单元，其设置在所述除杂单元的一侧，用以对乙二醇稀溶液进行浓缩处理。进一步的，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述反应器内，用以将含有环氧乙烷的气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内与所述反应器内的去离子水混合形成气液混合物。进一步的，所述反应器的侧壁上部连通设置有第一进液管，所述第一进液管用以向所述反应器内传输去离子水。进一步的，所述环氧乙烷发生器的侧壁上连通设置有乙烯进气管和氧气进气管，所述乙烯进气管和所述氧气进气管分别用于向所述环氧乙烷发生器内传输乙烯气体和氧气，所述环氧乙烷发生器的内部设置有催化剂，所述催化剂用以对乙烯气体和氧气进行催化。进一步的，所述除杂单元包括：第一冷却器，其与所述反应器相连通，所述第一冷却器用以冷却乙二醇稀溶液；膨胀器，其与所述第一冷却器相连通，所述膨胀器用以去除冷却后的乙二醇稀溶液中的易挥发组分，所述膨胀器的上端设置有气体出口，用以排出易挥发组分，所述膨胀器的下端与所述反应器相连通，用以将所述其内部部分乙二醇稀溶液传输回所述反应器进行重复反应；乙二醇稀溶液储存罐，其与所述膨胀器相连通，所述乙二醇稀溶液储存罐用以接收所述膨胀器内除去易挥发组分后的乙二醇稀溶液。进一步的，所述浓缩单元包括：蒸发器，其与所述除杂单元相连通，所述蒸发器用以将乙二醇稀溶液进行蒸发浓缩，所述蒸发器的侧壁中部连通设置有第二进液管，所述第二进液管用以接收所述除杂单元传输来的乙二醇稀溶液，并将乙二醇稀溶液传输至所述蒸发器内，所述蒸发器的上端连通设置有气体排出管，所述气体排出管用以将蒸发气体排出，所述蒸发器的下端连通设置有液体排出管，所述液体排出管用以将浓缩的乙二醇稀溶液排出；第二冷却器，其与所述蒸发器相连通，所述第二冷却器用以将所述蒸发器内排出的蒸发气体进行冷却成液体并传输回所述蒸发器进行再蒸发；脱水塔，其与所述蒸发器相连通，所述脱水塔用以将浓缩的乙二醇溶液进行脱水处理。进一步的，所述蒸发器为中央循环管蒸发器。进一步的，所述催化剂为银。进一步的，所述反应器内的温度为60-90℃，压力为常压1-1.2atm。进一步的，所述脱水塔为板式塔。与现有技术相比，本技术的有益效果在于，本技术通过破碎含有环氧乙烷的气体使其形成微米尺度的微米级气泡，微米级气泡具备常规气泡所不具备的理化性质，由球体体积及表面积的计算公式可知，在总体积不变的情况下，气泡的总表面积与单个气泡直径成反比，由此可知微米级气泡的总表面积巨大，使微米级气泡与去离子水混合形成气液混合物，以增大气液两相的接触面积，并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果，有效提高制备乙二醇的转化率和效率。进一步的，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述反应器内，用以将含有环氧乙烷的气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内与所述反应器内的去离子水混合形成气液混合物，有效提高制备乙二醇的转化率和效率。进一步的，所述反应器的侧壁上部连通设置有第一进液管，所述第一进液管用以向所述反应器内传输去离子水，通过第一进液管向所述反应器内加入去离子水，通过泵体将所述环氧乙烷发生器中生成的含有环氧乙烷的气体通过传输至所述微界面发生器内，所述微界面发生器将含有环氧乙烷的气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内与所述反应器内的去离子水混合形成气液混合物，气体中的环氧乙烷与去离子水发生反应，生成乙二醇稀溶液。进一步的，所述环氧乙烷发生器的侧壁上连通设置有乙烯进气管和氧气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，其特征在于，包括：/n反应器，用以为含有环氧乙烷的气体和去离子水提供反应场所制备乙二醇稀溶液；/n环氧乙烷发生器，其设置在所述反应器的一侧；/n微界面发生器，其设置在所述反应器内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给含有环氧乙烷的气体，使含有环氧乙烷的气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高去离子水与含有环氧乙烷的气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将去离子水与含有环氧乙烷的气体微米级气泡混合形成气液混合物，以在预设操作条件范围内强化去离子水与含有环氧乙烷的气体间的传质效率和反应效率；/n除杂单元，其设置在所述反应器的一侧；/n浓缩单元，其设置在所述除杂单元的一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，其特征在于，包括：
反应器，用以为含有环氧乙烷的气体和去离子水提供反应场所制备乙二醇稀溶液；
环氧乙烷发生器，其设置在所述反应器的一侧；
微界面发生器，其设置在所述反应器内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给含有环氧乙烷的气体，使含有环氧乙烷的气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高去离子水与含有环氧乙烷的气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将去离子水与含有环氧乙烷的气体微米级气泡混合形成气液混合物，以在预设操作条件范围内强化去离子水与含有环氧乙烷的气体间的传质效率和反应效率；
除杂单元，其设置在所述反应器的一侧；
浓缩单元，其设置在所述除杂单元的一侧。


2.根据权利要求1所述的一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，其特征在于，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述反应器内，用以将含有环氧乙烷的气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内与所述反应器内的去离子水混合形成气液混合物。


3.根据权利要求1所述的一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，其特征在于，所述反应器的侧壁上部连通设置有第一进液管，所述第一进液管用以向所述反应器内传输去离子水。


4.根据权利要求1所述的一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，其特征在于，所述环氧乙烷发生器的侧壁上连通设置有乙烯进气管和氧气进气管，所述乙烯进气管和所述氧气进气管分别用于向所述环氧乙烷发生器内传输乙烯气体和氧气，所述环氧乙烷发生器的内部设置有催化剂，所述催化剂用以对乙烯气体和氧气进行催化。


5.根据权利要求1所述的一种基于乙烯水合法制备乙二醇的微界面强化反应系统，其特征在于，所述除杂单元包括：
第一冷却器，其与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志炳，孟为民，周政，王宝荣，杨高东，罗华勋，张锋，李磊，杨国强，田洪舟，曹宇，
申请(专利权)人：南京延长反应技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32