一种催化氧化装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种催化反应，具体涉及一种催化氧化装置和方法，所述催化氧化装置，包括依次连通的存储单元、预混单元、微通道反应单元、气液分离单元、固液分离单元和产物纯化单元；所述产物纯化单元还通过循环管道连接至所述预混单元。本发明专利技术使用氧气进行氧化、气液相在微通道反应单元进行催化反应的方法将烷烃与氧气充分混合，催化生成氧化产物，不需要硝酸作为氧化剂，大大降低了生产成本，有效地避免了环境污染问题；利用微通道反应器的高效传质特点，极大提高反应效率；产物分离后将反应余液液体及催化剂分散液进行共循环，实现了原料与催化剂等的充分利用。与催化剂等的充分利用。与催化剂等的充分利用。

【技术实现步骤摘要】
一种催化氧化装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种催化反应，具体涉及一种催化氧化装置和方法。

技术介绍

[0002]现有技术中，烷烃氧化产物的制备工艺要么流程冗长、复杂，能耗巨大，要么氧化环节所使用的硝酸等强酸造成设备腐蚀并产生大量NO
x
废气、废液。
[0003]如己二酸的生产工艺主要为两种：(1)环己烷法，对纯苯进行催化加氢生成环己烷，在O2、0.8
‑
1.5MPa、125
‑
165℃条件下氧化生成环己酮及环己醇混合中间产物(KA油)，后在60
‑
80℃条件下使用50％
‑
65％HNO3对KA油氧化生成己二酸；(2)环己烯法，对纯苯进行部分加氢生成环己烯，在0.5MPa、120℃条件下水合反应生成环己醇，后使用HNO3对环己醇氧化生成己二酸。所述生产工艺冗长、能耗高、腐蚀设备、环境污染严重。
[0004]2,5
‑
己二酮的合成方法主要为两种：(1)2,5
‑
二甲基呋喃水解法，该法虽操作简单反应条件温和，但副反应多，产物分离困难。(2)乙酰乙酸乙酯钠与纯碘反应生成二乙酰琥珀酸二乙酯；再将其与10％氢氧化钠溶液进行水解，用无水碳酸钾使反应液饱和，析出丙酮基丙酮，用乙醚提取，从提取液蒸去乙醚后，蒸馏剩余物，收集192
‑
194℃馏分得无色产品；该法流程冗长，成本高，且环境污染严重，极大限制了相关技术在产业化方面的应用。
[0005]1‑
金刚烷醇的合成方法主要为四类：溴代物水解法、直接氧化法、金刚烷磺化物水解法、金刚烷硝酸酯水解法。专利CN101492348A中报道以溴素作为卤化剂，对金刚烷进行溴化，经水解得到1
‑
金刚烷醇。该法使用大量溴素，价格昂贵且运输不便。专利EP084428A中报道利用NHPI和钴离子催化金刚烷与氧气直接反应生成1
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金刚烷醇。该法选择性差，副产多，产品分离工艺复杂，且催化剂中的有毒金属对环境污染严重。专利CN101891570A中报道使用发烟硫酸及乙腈对金刚烷进行磺化，经水解得到1
‑
金刚烷醇。该法使用大量发烟硫酸，造成大量强酸性废水，处理极其困难，造成环境污染。专利CN102276375中报道使用硝酸与金刚烷反应生成硝酸酯，经水解得到1
‑
金刚烷醇，该法选择性差，硝酸的使用造成大量NO
x
排放，对环境污染严重。
[0006]综上，烷烃氧化产物的制备中存在的问题，大大地限制了其生产工艺效率与效益。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种催化氧化装置和方法，具有高效节能、无设备腐蚀、环境友好、产物高品质的优点。
[0008]按照本专利技术的技术方案，所述催化氧化装置，包括依次连通的存储单元、预混单元、微通道反应单元、气液分离单元、固液分离单元和产物纯化单元；所述存储单元用于独立存储含氧气体、原料和催化剂分散液，所述原料为单取代或双取代的苯、C4
‑
C6链烷烃或C6
‑
C12环烷烃，单取代或双取代的苯的取代基为C1
‑
C4烷烃；所述产物纯化单元还通过循环管道连接至所述预混单元。
[0009]具体的，预混单元用于原料(含氧气体、原料和催化剂分散液)的预混，微通道反应
单元用于预混后原料的催化反应，气液分离单元用于催化反应后原料的气液分离，固液分离单元用于气液分离所得液体的结晶。
[0010]本专利技术将反应后的富含催化剂分散液的溶液进行循环操作，极大地提高了原料、催化剂的利用率及产物产率，降低了生产成本。
[0011]进一步的，所述气液分离单元的出气口设有尾气处理单元，用于气液分离所得气体的处理。
[0012]进一步的，预混单元选自气液混合器、静态混合器、高剪切混合泵、预混器中的一种或多种。
[0013]进一步的，微通道反应单元选自插层微通道反应器、星型微通道反应器、板式微通道反应器、微气泡反应器或气液强化反应器等反应器中的至少一种。
[0014]进一步的，气液分离单元选自静态气液分离器、离心式气液分离器、气液分离罐等分离器中的一种或多种。
[0015]进一步的，固液分离单元选自结晶器、自降温槽、固液分离机、板框式压滤机等中的一种或多种。
[0016]进一步的，产物纯化单元选自冷凝器、悬液分离器、蒸发罐、结晶器、板框过滤机及再沸器等纯化设备中的一种或多种。
[0017]进一步的，所述催化剂分散液为碳基材料分散液，所述碳基材料选自碳量子点、羟基改性碳量子点、羧基改性碳量子点、羰基改性碳量子点、石墨烯、碳纳米管、金属负载碳量子点和杂原子掺杂碳量子点中的一种或多种。
[0018]进一步的，所述催化剂分散液中的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、丁酮、二氯甲烷、三氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙醚、石油醚、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和水中的一种或多种。
[0019]优选的，所述原料为环己烷、正己烷、金刚烷或十氢萘。
[0020]本专利技术的另一方面提供了一种催化氧化方法，采用上述催化氧化装置，包括以下步骤，
[0021]S1：将存储单元存储的含氧气体、原料和催化剂分散液输送至预混单元进行预混；
[0022]S2：经预混的含氧气体、原料和催化剂分散液进入微通道反应单元进行反应；
[0023]S3：反应后所得气液混合物输送至气液分离单元进行分离；
[0024]S4：分离所得的液体进入固液分离单元进行结晶，得到产物晶体；
[0025]S5：所得产物晶体进入产物纯化单元提纯得到产物；固液分离单元内含催化剂的溶液沿循环管道返回预混单元进入生产循环。
[0026]所述催化氧化装置包括依次连通的存储单元、预混单元、微通道反应单元、气液分离单元、固液分离单元和产物纯化单元；所述产物纯化单元还通过循环管道连接至所述预混单元。
[0027]具体的，原料为环己烷时，产物为己二酸；原料为正己烷时，产物为2,5
‑
己二酮；原料为甲苯时，产物为苯甲醛及苯甲酸；原料为乙苯时，产物为苯乙酮；原料为金刚烷时，产物为1
‑
金刚烷醇；原料为十氢萘时，产物为9
‑
十氢萘醇。
[0028]进一步的，步骤S3分离所得气体经尾气处理单元处理后排空，步骤S4中结晶为低温(0
‑
8℃)结晶。
[0029]进一步的，所述预混单元和微通道反应单元内的压强为0.1
‑
10MPa。
[0030]具体的，原料为环己烷时，预混单元及微通道反应单元内的压强为0.1
‑
10MPa，优选为3MPa；原料为正己烷或金刚烷时，预混单元及微通道反应单元内的压强为0.1
‑
5MPa，优选为1.5MPa。
[0031]进一步的，微通道反应单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化氧化装置，其特征在于，包括依次连通的存储单元、预混单元、微通道反应单元、气液分离单元、固液分离单元和产物纯化单元；所述存储单元用于独立存储含氧气体、原料和催化剂分散液，所述原料为单取代或双取代的苯、C4
‑
C6链烷烃或C6
‑
C12环烷烃，单取代或双取代的苯的取代基为C1
‑
C4烷烃；所述产物纯化单元还通过循环管道连接至所述预混单元。2.如权利要求1所述的催化氧化装置，其特征在于，所述催化剂分散液为碳基材料分散液，所述碳基材料选自碳量子点、羟基改性碳量子点、羧基改性碳量子点、羰基改性碳量子点、石墨烯、碳纳米管、金属负载碳量子点和杂原子掺杂碳量子点中的一种或多种。3.如权利要求1或2所述的催化氧化装置，其特征在于，所述催化剂分散液中的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、丁酮、二氯甲烷、三氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙醚、石油醚、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和水中的一种或多种。4.如权利要求1所述的催化氧化装置，其特征在于，所述原料为正己烷、环己烷、甲苯、乙苯、金刚烷或十氢萘。5.一种催化氧化方法，其特征在于，采用如权利要求1
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：于吉红，唐康健，陈少昂，康振辉，王肖，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：