HPPO法环氧丙烷反应器及环氧丙烷生产方法技术

本发明专利技术涉及一种HPPO法环氧丙烷反应器及环氧丙烷生产方法，反应器由下至上依次为原料区、反应区以及产物区，所述反应区内设置有若干中空管和若干个超声波换能器，在所述中空管内填充有催化剂，所述中空管将所述原料区和所述产物区连通，所述原料区连通有进料管，在所述进料管上连通有丙烯管路和醇水管路，在所述反应区设置有冷源入口和冷源出口，在所述产物区连通有出料管。本发明专利技术降低了反应器内初始反应剧烈程度，反应温度易于控制，减少双氧水分解，提高环氧丙烷选择性。反应热可及时被移取，降低催化剂表面积碳情况，提高了催化剂的催化效率，延长催化剂的使用寿命，且通过超声波能够直接进行催化剂表面积碳的去除。够直接进行催化剂表面积碳的去除。够直接进行催化剂表面积碳的去除。

【技术实现步骤摘要】
HPPO法环氧丙烷反应器及环氧丙烷生产方法


[0001]本专利技术涉及一种环氧丙烷生产设备，具体地说是一种HPPO法环氧丙烷反应器及环氧丙烷生产方法。

技术介绍

[0002]环氧丙烷（简称PO），又名甲基环氧乙烷或氧化丙烯，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。是重要的有机化工合成原料和合成中间体。其化学性质活泼，易开环聚合，可与水、氨、醇、二氧化碳等反应，生成相应的化合物或聚合物。是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物，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，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，而各类非离子型表面活性剂则在石油、化工、农药、纺织、日化等行业有着广泛用途。基于环氧丙烷广泛的用途，近几年来其逐渐成为行业发展的热点产品。
[0003]当前，生产环氧丙烷的主流生产工艺主要有氯醇法、乙苯共氧化法和双氧水直接氧化法（Hydrogene peroxide propylene oxide, 简称“HPPO”）三大类。
[0004]由于氯醇法工艺腐蚀性强、“三废”排放量大，环境污染严重，综合治理难度大，早在《产业结构调整指导目录（2011年）》中就被列入限制发展之列。
[0005]乙苯共氧化法需要同时具备乙烯和丙烯资源，工艺投资高、工艺复杂、对原料资源依赖性强所以一般只有大型乙烯项目下才能配置，且每产出1 t环氧丙烷能联产约2.2 t苯乙烯。
[0006]而 HPPO工艺所需的主要原料为丙烯，丙烯原料较乙烯更加具有可获得性，且无联产品，工艺过程“三废”排放最少，为最绿色的工艺，生产流程相对简单，投资要低于共氧化法，且无联产品制约。 HPPO工艺是目前环氧丙烷研发人员研究的热点。
[0007]现有的HPPO法环氧丙烷生产多数采用固定床反应器，在一定的压力下，以甲醇为溶剂，丙烯与双氧水在催化剂的作用下反应生成环氧丙烷和水。原料丙烯、双氧水和甲醇从固定床反应器上部加入反应器内，催化剂装填在固定床反应器的中部，在原料从上至下的流动过程中，经过催化剂表面时发生反应生成环氧丙烷和水，由于该反应为强放热反应，为了控制局部飞温，控制原料的加入的流量和流速，在反应过程中，需要在催化剂装填管外部通入冷源，将反应热及时移取。在反应器底部得到环氧丙烷和水溶液，送去后续精制过程。
[0008]在反应过程中，由于该反应为强放热反应，在上部催化剂表面，反应较为剧烈，温度较高，催化剂表面积碳严重，堵塞催化剂孔道，影响催化效率，催化剂的寿命短，在中部催化剂表面，由于原料已反应一部分，反应相较上部催化剂表面剧烈程度降低，温度略低，在下部催化剂表面，此时大部分原料已完成反应，催化剂表面反应较温和，反应产生的反应热相对较少，综上，在催化剂的上中下不同位置，产生的反应热不同，导致各处的反应温度不同。反应一段时间后，由于上部催化剂的催化效率低，主要反应集中在中部催化剂和下部催
化剂处，此时中部反应温度高、上部和下部反应温度相对较低，总之，在现有的固定床反应器内，各处的反应温度不同，温度波动范围较大，反应温度难以控制均衡。
[0009]由于反应温度较高，导致催化剂表面积碳严重，催化剂的寿命较低，需要频繁对催化剂进行再生处理，催化剂的再生需要停止生产进行在线再生将催化剂表面的积碳去除，频繁的再生限制了环氧丙烷生产效率。
[0010]而且由于高温还会产生各种副产物，造成后续精制压力大；不可避免的双氧水会分解出少量的氧气，为了避免氧气在反应器内的聚集从而发生危险，需从上部通入氮气，利用氮气将氧气从下侧部带出，同时保持反应器内压力的稳定。在反应器底部，为了将轻相丙烯与重相环氧丙烷的水溶液分离，还设置了分相器。导致设备结构复杂，增加了反应的复杂性和危险性。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的就是提供一种HPPO法环氧丙烷反应器及环氧丙烷生产方法，以解决现有HPPO法环氧丙烷反应器反应温度难以控制、催化剂寿命短、副产物较多后续精制压力大的问题。
[0012]本专利技术是这样实现的：一种HPPO法环氧丙烷反应器，包括反应器，所述反应器由下至上依次为原料区、反应区以及产物区，所述反应区内设置有若干中空管和若干个超声波换能器，在所述中空管内填充有催化剂，所述中空管将所述原料区和所述产物区连通，所述原料区连通有进料管，在所述进料管上连通有丙烯管路和醇水管路，在所述反应区设置有冷源入口和冷源出口，在所述产物区连通有出料管。
[0013]所述中空管由下至上依次为第一填充层、第二填充层以及第三填充层，在第一填充层、第二填充层以及第三填充层内填充有固体催化剂与固体催化剂替换物的混合物，且第二填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的比例大于第一填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的比例以及第三填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的比例。
[0014]所述第一填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的15
‑
30%，第二填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的45
‑
55%，第三填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的15
‑
25%。
[0015]在所述反应区的中空管间隙处设置有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板与所述第一填充层和第二填充层的交界处相对应，所述第二隔板与所述第二填充层和第三填充层的交界处相对应，第一隔板和第二隔板将所述反应区分隔为由下至上的第一反应区、第二反应区以及第三反应区，在所述第一反应区、第二反应区以及第三反应区上分别设置有冷源入口、冷源出口以及温度监测口。
[0016]在所述进料管上设置有静态混合器。
[0017]在所述产物区设有液位监测口、压力监测口以及安全阀安装口。
[0018]在所述丙烯管路和醇水管路上分别设置流量计和调节阀。
[0019]本专利技术还公开了一种环氧丙烷生产方法，基于上述的HPPO法环氧丙烷反应器实现，包括以下步骤。
[0020]a.向反应器的中空管内装填催化剂和固体催化剂替换物的混合物，向中空管的下部填充催化剂体积含量为15
‑
30%的混合物，形成第一填充层，向中空管的中部填充催化剂
体积含量为45
‑
55%的混合物，形成第二填充层，向中空管的上部填充催化剂体积含量为15
‑
25%混合物，形成第三填充层。
[0021]b.组装得到HPPO法环氧丙烷反应器。
[0022]c.通过丙烯管路输入原料丙烯溶液，通过醇水管路输入原料甲醇和双氧水溶液，原料丙烯溶液与原料甲醇和双氧水溶液混合后进入到反应器的原料区，同时通过各冷源入口向第一反应区、第二反应区、第三反应区内注入冷源。
[0023]d.原料区的混合溶液向上流动，从中空管的下端进入中空管，以甲醇为溶剂，在催化剂的作用下，丙烯和双氧水发生丙烯环氧化反应，生成环氧丙烷和水，从中空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种HPPO法环氧丙烷反应器，其特征在于，包括反应器，所述反应器由下至上依次为原料区、反应区以及产物区，所述反应区内设置有若干中空管和若干个超声波换能器，在所述中空管内填充有催化剂，所述中空管将所述原料区和所述产物区连通，所述原料区连通有进料管，在所述进料管上连通有丙烯管路和醇水管路，在所述反应区设置有冷源入口和冷源出口，在所述产物区连通有出料管。2.根据权利要求1所述的HPPO法环氧丙烷反应器，其特征在于，所述中空管由下至上依次为第一填充层、第二填充层以及第三填充层，在第一填充层、第二填充层以及第三填充层内填充有固体催化剂与固体催化剂替换物的混合物，且第二填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的比例大于第一填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的比例以及第三填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的比例。3.根据权利要求2所述的HPPO法环氧丙烷反应器，其特征在于，所述第一填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的15
‑
30%，第二填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的45
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55%，第三填充层中固体催化剂的含量占混合物体积的15
‑
25%。4.根据权利要求2所述的HPPO法环氧丙烷反应器，其特征在于，在所述反应区的中空管间隙处设置有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板与所述第一填充层和第二填充层的交界处相对应，所述第二隔板与所述第二填充层和第三填充层的交界处相对应，第一隔板和第二隔板将所述反应区分隔为由下至上的第一反应区、第二反应区以及第三反应区，在所述第一反应区、第二反应区以及第三反应区上分别设置有冷源入口、冷源出口以及温度监测口。5.根据权利要求1所述的HPPO法环氧丙烷反应器，其特征在于，在所述进料管上设置有静态混合器。6.根据权利要求1所述的HPPO法环氧丙烷反应器，其特征在于，在所述产物区设有液位监测口、压力监...

【专利技术属性】
技术研发人员：高子豪，王军成，吴迪，李双中，刘常青，王素霞，
申请(专利权)人：河北美邦工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：