一种用于氢蒽醌制备的反应器及氢蒽醌制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于氢蒽醌制备的反应器及氢蒽醌制备方法。该反应器包括反应釜、循环泵、热交换器和文丘里喷射器；文丘里喷射器包括依次相通的进口段、喷嘴、混合段和扩散段；进口段和喷嘴为渐缩管式；文丘里喷射器的进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为34：（2～5）：（3～6）：（30～60）：（600～1000）；扩散段开口角度为10～25

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢蒽醌制备的反应器及氢蒽醌制备方法


[0001]本专利技术属于蒽醌法制备双氧水领域，具体的涉及一种采用新型反应器设备——回路反应器将2
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乙基蒽醌(EAQ)催化加氢生成2
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乙基氢蒽醌(EAQH2)的方法。

技术介绍

[0002]蒽醌法制备双氧水的工艺主要由以下几步组成，首先将2
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乙基蒽醌(EAQ)，溶解在特定的溶剂中形成工作液，溶解在溶剂中的EAQ在压力0.3Mpa，温度40
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70℃，加氢催化剂存在的条件下发生加氢反应得到氢蒽醌(EAQH2)，向氢化后的工作液中通入含氧气体可将氢蒽醌(EAQH2)重新氧化成蒽醌(EAQ)。同时，在加氢反应过程中EAQH2会被继续加氢生成H4EAQH2(氢化四氢蒽醌)往H4EAQH2中通入氧气可生成双氧水，同时H4EAQH2转变为四氢蒽醌(H4EAQ)；H4EAQ与EAQ一样，可以被还原成H4EAQH2，说明H4EAQ也能够参与循环氧化还原反应，并在循环过程中产生双氧水，虽然在加氢过程中少量H4EAQ的存在可以加快速反应速度，实际生产工艺中也有在配制工作液时加入少许H4EAQ的做法，但H4EAQ的形成会造成原料H2的无谓消耗；并且H4EAQ在溶剂中的溶解度比EAQ低，H4EAQ在溶液中的大量形成会导致溶液粘度变大，甚至析出固体，且H4EAQH2氧化速度比EAQH2慢，所有这些因素都将造成双氧水生产能力的降低和成本的提高。所以，尽管H4EAQ在循环法制备双氧水中仍然是有效蒽醌，但我们还是要尽量控制H4EAQ的生成。
[0003]H4EAQH2在加氢催化剂存在的条件下可以继续加氢生成H8EAQH2(氢化八氢蒽醌)并可进一步发生氢解反应生成蒽酮和蒽烯。所有这些物质一旦生成，则无法循环利用形成双氧水，因此统称为降解产物。为提高双氧水的产率，必须严格控制加氢深度，防止降解产物的生成。
[0004]蒽醌法生产双氧水的生产技术已日趋成熟，国内对双氧水生产方面的研究，更多侧重于解决工业实际生产中所面临的一些问题和生产流程上的优化，并没有在生产技术上做创新性研究，创新的研究多集中于催化剂开发与利用,反应形式多为固定床加氢.蒽醌氢化过程存在内扩散和外扩散阻力。搅拌情况下，外扩散阻力随搅拌速度的增加而逐渐减小，而外扩散阻力的减少有利于工作液充分反应，加快氢化速率从而提高加氢效率。
[0005]现有的固定床加氢反应工艺存在着一定缺陷。通常加氢反应发生在气液固三相的界面上，负载型钯催化剂是一种类似于蛋壳的结构，一部分钯侵入载体孔道中而得不到充分利用，仅有载体表面的钯能得到利用，且固定床形式的加氢反应受制于重力影响，液体经流床层速度慢、催化剂液膜较厚，这不利于气液固三相充分接触反应，固定床装填催化剂涉及催化剂成型与装填形式，易于形成间隙流，这种滴流形式的固定床加氢，气液固传质效率低下，需要富氢环境，这极易引发蒽醌深度加氢，导致蒽醌降解严重，收率降低；而增加空速又必将导致单程转化率偏低，这就决定了固定床形式的加氢反应在蒽醌法生产双氧水中的两大缺点：
[0006]1.需要富氢环境以维持加氢效率，但易导致蒽醌过度加氢收率降低，较难控制加氢深度；
[0007]2.生成的氢蒽醌易导致工作液粘度增加，催化剂液膜厚，气液固三相传质效果更差，导致催化剂利用率低(单位时间内单位催化剂转化蒽醌的质量以g EAQ/(g
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h)计)。
[0008]回路反应器是一种新型多相反应器，具体由反应釜、循环泵、热交换器和文丘里喷射器(混合器)组成。物料由反应釜进入循环管路，依次经由循环泵、热交换器和文丘里喷射器返回反应釜中。文丘里喷射器短时间内可以形成微米级的气泡散布到液相，射流冲击反应釜引起局部很高的气液固传质速率，减少了外扩散的阻力，气液固三相传质效率理论上可达传统固定床的10
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100倍，提高催化剂对有效氢蒽醌的选择性以及利用率的。
[0009]采用回路反应器进行氢蒽醌的制备时，由于粉末催化剂的使用，催化剂密度和液流喷射速度等因素会影响催化剂在反应釜和循环管路的分配比例，从而影响对有效氢蒽醌的选择性和利用率。此外，循环管路中液体含有一定比例的催化剂，固体粉末的存在影响气液两相间分散过程，相比于现有回路反应器进行的单纯气液两相分散的反应，还需对回路反应器的设计尺寸以及催化加氢的反应参数进一步改进优化以满足氢蒽醌的制备要求。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效提高催化剂对有效氢蒽醌的选择性及利用率的反应器。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用于氢蒽醌制备的反应器，其中，反应器包括反应釜、循环泵、热交换器和文丘里喷射器；反应釜底部通过循环泵与热交换器相连通；热交换器通过设于反应釜顶端的文丘里喷射器与反应釜相连通；文丘里喷射器包括依次相通的进口段、喷嘴、混合段和扩散段；进口段和喷嘴为渐缩管式；进口段和喷嘴的外周设有渐缩式环状气室，气室与混合段连通；扩散段为渐扩管式；反应釜的顶部一侧还设有进气口，气室的侧面设有气体循环管，并与反应釜顶部的进气口相连；文丘里喷射器的进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为34：(2～5)：(3～6)：(30～60)：(600～1000)；扩散段开口角度为10～25
°
；当进行氢蒽醌制备反应时，文丘里喷射器下端位于反应液液面以下。
[0012]本专利技术针对特定的催化物(堆积密度为0.060～0.170g/cm3的粉末型Pd/SiO2)的具体粘度特性、堆积密度等，将文丘里喷射器的设计尺寸进行对应优化，保持整个反应过程中催化剂固体粉末、反应气相、反应工作液的固液气三相体系的均匀分散与传质，实现有效氢蒽醌的高效选择和转化。
[0013]在部分实施例中，优选的，文丘里喷射器的进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为34：(2.5～4.5)：(3.5～6)：(45～55)：(800～950)；扩散段开口角度为20～22
°
。
[0014]在部分实施例中，最为优选的，文丘里喷射器的进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为34：3.5：4.5：45：800；扩散段开口角度为20
°
。
[0015]本专利技术还提供了上述反应器进行的氢蒽醌制备方法，通过将2
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乙基蒽醌催化加氢生成2
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乙基氢蒽醌，该制备方法采用上述反应器，以粉末型Pd/SiO2为催化剂，进行氢蒽醌的制备；其中，粉末型Pd/SiO2通过以下方法制备：取气相法SiO2粉末，真空条件下加入氯化钯的盐酸溶液，搅拌浸渍吸附，采用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为9，水浴温度80℃下进行甲醛还原，还原结束后采用超纯水洗涤至洗涤液电阻率≥0.1MΩ
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CM，滤饼置于50℃
真空干燥箱中烘干，即得粉末型Pd/SiO2。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氢蒽醌制备的反应器，其特征在于，所述反应器包括反应釜、循环泵、热交换器和文丘里喷射器；所述反应釜底部通过循环泵与所述热交换器相连通；所述热交换器通过设于反应釜顶端的所述文丘里喷射器与反应釜相连通；所述文丘里喷射器包括依次相通的进口段、喷嘴、混合段和扩散段；进口段和喷嘴为渐缩管式；所述进口段和喷嘴的外周设有渐缩式环状气室，气室与混合段连通；扩散段为渐扩管式；所述反应釜的顶部一侧还设有进气口，所述气室的侧面设有气体循环管，并与反应釜顶部的进气口相连；所述文丘里喷射器的进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为34：(2～5)：(3～6)：(30～60)：(600～1000)；扩散段开口角度为10～25
°
；当进行氢蒽醌制备反应时，所述文丘里喷射器下端位于反应液液面以下。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述文丘里喷射器的进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为34：(2.5～4.5)：(3.5～6)：(45～55)：(800～950)；扩散段开口角度为20～22
°
。3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述文丘里喷射器的进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为34：3.5：4.5：45：800；扩散段开口角度为20
°
。4.一种采用权利要求1至3任一所述反应器进行的氢蒽醌制备方法，所述制备方法通过将2
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乙基蒽醌催化加氢生成2
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乙基氢蒽醌，其特征在于，所述制备方法采用所述反应器，以粉末型Pd/SiO2为催化剂，进行所述氢蒽醌的制备；所述粉末型Pd/SiO2通过以下方法制备：取气相法SiO2粉末作为载体，真空条件下加入氯化钯的盐酸溶液，搅拌浸渍吸附，采用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为9，水浴温度80℃下进行甲醛还原，还原结束后采用超纯水洗涤至洗涤液电阻率≥0.1MΩ
·
CM，滤饼置于50℃真空干燥箱中烘干，即得所...

【专利技术属性】
技术研发人员：於德伟，梅华，
申请(专利权)人：江苏诺盟化工有限公司，
类型：发明
国别省市：