丙烯直接环氧化以制备环氧丙烷的方法技术

本发明专利技术涉及环氧丙烷制备领域，公开了一种丙烯直接环氧化以制备环氧丙烷的方法。该方法包括：在丙烯环氧化反应条件下，将反应原料气和稀释气的混合气体与催化剂进行接触反应，以得到环氧丙烷；其中，所述反应原料气包括丙烯、氧气和氢气，所述稀释气为丙烷。本发明专利技术以丙烷作为稀释气进行丙烯环氧化反应，在显著延长了催化剂的使用寿命的同时，还提高了反应选择性和丙烯转化率。和丙烯转化率。和丙烯转化率。

【技术实现步骤摘要】
丙烯直接环氧化以制备环氧丙烷的方法


[0001]本专利技术涉及环氧丙烷制备领域，具体涉及一种丙烯直接环氧化以制备环氧丙烷的方法。

技术介绍

[0002]环氧丙烷，又名氧化丙烯、甲基环氧乙烷，是非常重要的有机化合物原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物。环氧丙烷为无色醚味液体，低沸点、易燃。有手性，工业品一般为两种对映体的外消旋混合物。与水部分混溶，与乙醇、乙醚混溶。与戊烷、戊烯、环戊烷、环戊烯、二氯甲烷形成二元共沸混合物。
[0003]环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂等，其中聚醚多元醇是生产聚氨酯泡沫、保温材料、弹性体、胶粘剂和涂料等的重要原料，各类非离子型表面活性剂在石油、化工、农药、纺织、日化等行业得到广泛应用。同时，环氧丙烷也是重要的基础化工原料。
[0004]目前工业上较新颖的环氧丙烷生产方法是HPPO法，是以钛硅分子筛为催化剂，过氧化氢为氧化剂的直接氧化法。HPPO法的产物中只有环氧丙烷和水，产品选择性高，副产物少，且工艺流程简单无污染。但是，该法存在催化剂寿命短、能耗高、溶剂量大、H2O2利用率低等问题。近年来，丙烯直接氧化制备环氧丙烷的方法由于其选择性高、反应过程简单等优点受到研究者越来越多的关注。该方法也没有解决催化剂寿命短(催化剂寿命都在100小时以下)的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有丙烯环氧化技术中存在的催化剂使用寿命短的问题，提供一种丙烯直接环氧化以制备环氧丙烷的方法。本专利技术以丙烷作为稀释气进行丙烯环氧化反应，在显著延长了催化剂的使用寿命的同时，还提高了反应选择性和丙烯转化率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种丙烯直接环氧化的方法，该方法包括：在丙烯环氧化反应条件下，将反应原料气和稀释气的混合气体与催化剂进行接触反应，以得到环氧丙烷；其中，所述反应原料气包括丙烯、氧气和氢气，所述稀释气为丙烷。
[0007]优选的，所述环氧化反应在微通道反应器中进行。
[0008]优选的，所述催化剂与惰性填充物以分层堆积的方式填充于反应器中。
[0009]优选的，所述丙烯环氧化反应的空速为500-30000ml g
cat-1
h-1
。
[0010]优选的，以0.1-10℃min-1
的速率将反应体系的温度升温至丙烯环氧化反应所需温度。
[0011]优选地，该方法还包括对所述混合气体进行预混合和/或预热。
[0012]通过上述技术方案，本专利技术可取得如下的有益效果：
[0013]1.本专利技术以丙烷作为丙烯直接环氧化反应的稀释气，显著延长了催化剂的使用寿命，以在管式反应器中为例，可由常规的100小时延长至至少600小时，在微通道反应器中，
所述催化剂的寿命还能够进一步延长。
[0014]2.本专利技术以丙烷作为丙烯直接环氧化反应的稀释气，有效降低了稀释气的用量，例如，管式反应器中，采用本专利技术的方案可降低至62.5体积％以下，而在微通道中，可以进一步降低稀释气的用量，甚至可以降低至接近0的水平。此外，稀释气用量的降低还降低了后续产物分离困难，降低了能耗。
[0015]3.爆轰管燃爆实验显示，相比于N2作为稀释气，在丙烷为稀释气的情况下，体系可容忍极限氧含量更高，原料气比例可操作范围更广，因而可以更加安全而无燃爆风险，进一步实现了反应流程的本质安全化。
[0016]4.本专利技术以丙烷作为丙烯直接环氧化反应的稀释气，丙烷能够抑制副反应的产生。因此，进一步提高了环氧丙烷的选择性和丙烯的转化率。
[0017]5.在所述稀释气为丙烷时，丙烷的比热容较大，相比于氮气来说，丙烷作为稀释气可以迅速的吸收环氧化过程中释放出来的反应热，保证丙烯气相直接环氧化反应安全高效进行。
附图说明
[0018]图1是本专利技术使用的一种心形结构的微通道反应器；
[0019]图2是本专利技术使用的一种菱形结构的微通道反应器；
[0020]图3是本专利技术使用的一种S形结构的微通道反应器；
[0021]图4是本专利技术使用的一种螺旋形反应器；
[0022]图5是本专利技术提供的催化剂的填充方式。
具体实施方式
[0023]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0024]本专利技术提供了一种丙烯直接环氧化的方法，该方法包括：在丙烯环氧化反应条件下，将反应原料气和稀释气的混合气体与催化剂进行接触反应，以得到环氧丙烷；其中，所述反应原料气包括丙烯、氧气和氢气，所述稀释气为丙烷。
[0025]一般来讲，在丙烯直接环氧化反应中，通常会选用惰性气体，例如，氮气或氩气作为稀释气，如此会使得反应更为安全，燃爆风险更低。然而本专利技术的专利技术人在研究的过程中发现，在采用丙烷作为稀释气的情况下，除了能够提高催化剂的使用寿命，还能够降低稀释气的使用量，提高反应体系的氧气容忍度，因此，在降低反应产物后续分离压力的同时，降低了燃爆风险。同时由于稀释气用量的降低，反应气的浓度相对得到了提高，能够有效推进反应的正向进行，此外，丙烷也能够抑制副反应的产生，从而提高反应选择性和转化率。另外，由于稀释气用量的降低，稀释气的驱动和分离能耗也得到了降低。
[0026]根据本专利技术，通常情况下，为了确保反应的安全性，在所述混合气体中，氧气的浓度一般不得高于5体积％，然而根据本专利技术的方法，在所述混合气体中，氧气的比例可以大于12.5体积％，例如，氧气的比例可以为12.5体积％、13体积％、14体积％、15体积％、16体
积％、17体积％、18体积％、19体积％、20体积％、21体积％、22体积％、23体积％、24体积％、25体积％等等，优选大于14体积％，更优选大于20体积％。
[0027]根据本专利技术，所述氧气的浓度优选不高于45体积％。
[0028]根据本专利技术，通常情况下，为了确保反应的安全性，在所述混合气体中，稀释气的比例一般不得低于70体积％。然而根据本专利技术的方法，在所述混合气体中，所述稀释气的可以低于62.5体积％，例如，可以为25体积％、30体积％、35体积％、40体积％、45体积％、50体积％、55体积％、60体积％、62.5体积％；优选低于57.5体积％，更优选低于40体积％。
[0029]由以上可以看出，本专利技术的方法可以提高氧气的用量，提高反应气的浓度，可以促进反应的正向进行，并且可以降低稀释气的用量，可降低后续反应产物的分离工艺的压力。
[0030]根据本专利技术，所述丙烯环氧化反应可以在本领域常规的反应器中进行，只要选用本专利技术的丙烷作为稀释气，即可提高丙烯直接环氧化反应用催化剂的使用寿命，降低稀释气用量和提高反应气用量，提高反应选择性和转化率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丙烯直接环氧化的方法，其特征在于，该方法包括：在丙烯环氧化反应条件下，将反应原料气和稀释气的混合气体与催化剂进行接触反应，以得到环氧丙烷；其中，所述反应原料气包括丙烯、氧气和氢气，所述稀释气为丙烷。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述混合气体中，氧气的比例大于12.5体积％，优选大于14体积％，进一步优选大于20体积％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述混合气体中，所述稀释气的比例小于62.5体积％；优选小于57.5体积％，进一步优选小于40体积％。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述环氧化反应在管式反应器中进行。5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述环氧化反应在微通道反应器中进行。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述微通道反应器包括多个依次串联的不规则或规则结构；其中，所述不规则或规则结构选自心形、菱形、S形、三角形、长方形、正方形、圆形、交叉指形、螺旋形、V形、T形、C形；或者，所述微通道反应器为螺旋形微通道反应器。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述催化剂为负载型金属催化剂，其中，所述金属选自金、银、铜、钌、钯、铂、铑、钴、镍、钨、铋、钼及其氧化物中的至少一种，载体为炭黑、活性炭、二氧化硅、三氧化二铝、氧化铈、钛硅分子筛、沸石、树脂、聚合物和碱土金属碳酸盐中的至少一种，以重量计，催化剂中的金属浓度为0.01-50重量％；优选的，所述催化剂为负载金的钛硅分子筛。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述催化剂以与惰性填充物结合的形式填充于反应器中；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵辰阳，杨哲，孙冰，朱红伟，王浩志，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：