一种基于TS-1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置与工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于TS

A reaction device and process for epoxidation of propylene to propylene oxide based on TS-1 structured catalyst

【技术实现步骤摘要】
一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置与工艺


[0001]本专利技术属于固定床反应器
，涉及一种基于TS
‑
1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置与工艺。

技术介绍

[0002]环氧丙烷是一种重要的化工原料中间体，是丙烯的重要衍生物，是聚醚多元醇、丙二醇、丙二醇醚、碳酸二甲酯、全生物可降解树脂聚碳酸丙烯酯、非离子表面活性剂等合成原料，是聚氨酯工业的必需原料。在化学工业中占有重要的地位。
[0003]环氧丙烷的需求量逐年增加，特别是随着我国经济技术的快速发展，对环氧丙烷生产技术的安全性、清洁性、高效性提出了更高的要求。多年来我国环氧丙烷生产方法是以高污染的氯醇法为主，对环境带来很大的压力，氯醇法在欧洲、美国等发达国家和地区已严格禁止使用。近年来我国已禁止氯醇法生产环氧丙烷新增产能。共氧化法虽然技术先进，但也存在联产产品比例高、有机污水处理量大和能耗高、投资成本高等不足。丙烯一步直接氧化法制备环氧丙烷是清洁、经济的工艺技术路线，我国也将其列入重点发展的新兴绿色技术。一步直接氧化法所使用的催化剂主要为TS
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1分子筛，经过科学工作者的长期研究，TS
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1催化剂制备技术、相关的科学理论取得了重要的进展，活性和选择性都达到了较好的水平，但是TS
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1是具有纳米孔道的极微小粒子，工业化过程中，粒径越小、活性和选择性越高，但带来的TS
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1粉末与液相产物分离的瓶颈问题。虽然已有很多的文献报道TS
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1成型增效的方法，如喷雾干燥造粒法、挤出成型造粒法、载体表面涂膜法、中空微球法等，但都存在活性、选择性下降明显、副反应增多的问题，特别是造粒后，粒径增大，内扩散问题凸显，强放热导致催化剂内部温升加剧，深度氧化副反应增多，减缓了TS
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1催化反应技术的工业化进程。虽然针对这些成型增效后的催化剂也采用了相匹配的反应器及其操作方式来弥补催化剂的不足，如半连续搅拌釜式反应器、连续搅拌釜式反应器、固定床反应器等，但不能从根本上解决问题。特别是经过造粒后的TS
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1粒径约2mm～5mm颗粒，堆积放在固定床反应器中，进行丙烯环氧化操作时，催化剂粒径小、堆积密度高，导致床层压降高，传热效率低，出现深度氧化副产物，不仅降低了选择性，产物中副产物影响后续分离效率，提高分离成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置与工艺，以解决现有的TS
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1催化剂用于丙烯环氧化制备环氧丙烷过程中的诸多问题，以使TS
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1催化性能得到最大程度发挥，有效消除内扩散，降低副产物的生成，大幅度提高主产物环氧丙烷的选择性，大幅度提高生产效率，降低生产成本。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的技术方案之一提供了一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，其包括从上到下依次连通的若干段床层，且自上而下的第一段床层上方装填
有均布填料，最后一段床层上方堆填有双氧水分解催化剂，其余中间段床层则填放TS
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1整构催化剂。
[0007]进一步的，所述均布填料为直径2～3mm的玻璃微珠。
[0008]进一步的，该装置的顶部还安装有气液混合器，并用于将气体丙烯与液体甲醇、双氧水混合后，送入反应装置的床层中反应。
[0009]进一步的，该反应装置的底部出口还连接有接液槽，且接液槽的顶部设有气相出口，该气相出口还连接有冷凝器后，再返回连接所述接液槽，以将气相产物冷凝回流。
[0010]进一步的，该反应装置的外侧还设有夹套，该夹套内通换热介质。此催化反应过程由于是放热的，因此，需要调整夹套热介质温度和流量移除反应器内热量，控制反应器温度稳定在反应温度。
[0011]本专利技术中，由于TS
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1以极微细的颗粒固载于高比表面积的B掺杂CNT表面，由于BCNT被固载于具有三维互通的100um～1mm孔道骨架表面，反应物流体可以在三维通道内顺畅流动，固载的TS
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1晶粒小于100nm，TS
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1厚度约100um，TS
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1催化双氧水氧化丙烯生成环氧丙烷所产生的热可以快速移除进入孔道内物流中，并随主体流移出反应器，因此，双氧水的转化率、有机氧利用率、生成环氧丙烷的选择性更高。本专利技术中所用的TS
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1催化剂为圆柱形整构式TS
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1/BCNT@NF催化剂，其体的直径依反应器内径而定，反应器的内径则决定于环氧丙烷的产能。
[0012]本专利技术的技术方案之二提供了一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应工艺，其基于如上所述的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，该工艺包括以下步骤：
[0013](1)将TS
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1整构催化剂装填于丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置中；
[0014](2)溶剂甲醇预热后从装置顶部加入，当装置加热至反应温度后，再从其顶部通入丙烯，接着继续加热双氧水，开始催化反应，所得反应混合物从装置底部流出，分离，即完成。
[0015]进一步的，步骤(2)中，溶剂甲醇被预热至反应温度再送入反应装置中。
[0016]进一步的，步骤(3)中，催化反应的反应温度控制为35℃～50℃。
[0017]进一步的，反应装置中，以甲醇流量为2mL/min～50mL/min计，对应的丙烯流量为50mL/min～500mL/min，双氧水的流量范围为0.3mL/min～25mL/L。
[0018]进一步的，步骤(3)中分离前，所得反应混合物送入接液槽中，所得气相送入冷凝器中在
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15℃～
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10℃温度下冷凝回流，然后，未冷凝的丙烯和氧气流向分离单元回收丙烯，接液槽中的液相则流向下游分离单元分离得到包括产物环氧丙烷在内的各组分。
[0019]丙烯环氧化工业化过程中的关键瓶颈问题在于可堆填的TS
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1粒度为2～3mm，不仅床层压降大，而且强放热反应导致催化剂内部温升高，副反应多。为从根本上解决这一问题，本专利技术从本质上解决工业TS
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1催化剂颗粒内传热和传质问题，使反应热从催化剂内孔道快速移出至主体流，让催化剂内孔道温升接近0。同时，进一步减小TS
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1至纳米尺度，将纳米TS
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1固载于化学惰性高导热载体表面，纳米TS
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1内反应热将快速传递给高导热载体，再传给液相主体流，有望从根本上抑制TS
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1孔道内副反应。碳纳米管(CNT)具有很强的导热能力，导热系数为2000W/(m2·
K)，远高于TS
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1导热系数0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，其特征在于，其包括从上到下依次连通的若干段床层，且自上而下的第一段床层上方装填有均布填料，最后一段床层上方堆填有双氧水分解催化剂，其余中间段床层则填放TS
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1整构催化剂。2.根据权利要求1所述的一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，其特征在于，所述均布填料为直径2～3mm的玻璃微珠。3.根据权利要求1所述的一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，其特征在于，该装置的顶部还安装有气液混合器，并用于将气体丙烯与液体甲醇、双氧水混合后，送入反应装置的床层中反应。4.根据权利要求1所述的一种基于TS
‑
1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，其特征在于，该反应装置的底部出口还连接有接液槽，且接液槽的顶部设有气相出口，该气相出口还连接有冷凝器后，再返回连接所述接液槽，以将气相产物冷凝回流。5.根据权利要求1所述的一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，其特征在于，该反应装置的外侧还设有夹套，该夹套内通换热介质。6.一种基于TS
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1整构催化剂的丙烯环氧化制环氧丙烷反应工艺，其基于如权利要求1
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5任一所述的丙烯环氧化制环氧丙烷反应装置，其特征在于，该工艺包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹贵平，孙予罕，吕慧，王慧，纪爽，陈佳煜，施润铭，刘东松，刘洪胜，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：