氢－氧混合器－分布器制造技术

本发明专利技术披露了一种用于产生过氧化氢的设备。所述设备通过产生承载气泡云的液体而实现过氧化氢的大规模生产。对于所产生的气泡而言，其在流过反应床而产生过氧化氢之前具有微小的体积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及过氧化氢的生产，且更特别地，本专利技术涉及过氧化氢 的大规模生产。
技术介绍
目前，大多数广泛实施的工业规模的生产过氧化氢的方法是在使用烷基蒽醌(alkylanthraquinone)作为工作材料的情况下使氢与氧 产生间接反应。在笫一催化氢化步骤中，溶解在包括有机溶剂(例如 二-异丁基甲醇(di-isobutylcarbinol )和甲基萘)的工作溶液中的 烷基蒽醌被转化成烷基蒽氢載。在独立的自动氧化步骤中，该被还原 的化合物被氧化从而再次产生烷基蒽醌并产生了过氧化氢。随后，通 过水萃、精炼和浓缩操作实施分离，从而产生商用级产物。总体上而言，这种间接形成H202的生产方案增加了复杂性且需要 较高的安装成本和运行成本，在这种方案中，担载体介质被还原并随 后被氧化。值得注意的一个缺点是烷基蒽醌在用于分离过氧化氢产 物的水萃介质中具有较高的溶解性。这加剧了工作溶液的损失并导致过氧化氢产物受到了有机物质的污染，当过氧化氢被浓缩至适于运输 的水平时，该有机物质会与该过氧化物产生反应。第二个问题涉及水萃溶液在烷基蒽載工作溶液中的溶解性。当湿工作溶液从水相中被分 离出来从而再循环至间接氧化阶段时，处在有机溶液内的残余的水相 "空穴(aqueous phase "pockets")"提供了这样的区域，过氧化氢 产物在该区域中会浓缩到变得有害的程度。第三个问题涉及当需要少 量过氧化氢时，如何在不会导致水溶液物质流中出现有机污染的情况 下，对有机化合物加以^使用和回收。与这种烷基蒽釅的方案相比，由气态氢供给物质流和气态氧供给 物质流直接合成过氧化氢的方案要简单得多，也经济得多。尽管在US 4,832, 938 Bl和其它参考文献中披露了这样的工艺，但这种商业化尝 试导致出现了工业事故，这是由于这种工艺固有的爆炸危险性造成的。 即，在常温常压下，氧-氢气态混合物中的氢的爆炸性浓度为4.7-93.9%，该百分比为体积百分比。可见，该范围是一个极宽的范围。 通过惰性气体如氮等对该气态混合物进行稀释几乎不会改变这两 种气体基于无惰性气体的浓度下限，这一点也是已公知的。在正常的 压力变化范围(0. l-20MPa)和温度变化范围(0-100。C)内，爆炸性 范围已公知地几乎不会产生变化。此外，即使这些反应剂以在均质状 态下处于易燃性范围以外的比例被置于一起，但在从纯组分建立起这 种均质性的过程中仍不可避免地至少要暂时经过该易燃性范围。这些 原因导致不易于降低与氢氧直接接触相关的爆炸风险。在氢氧直接接触的领域中，已经做出了一些努力以便在液相中包 含它们的反应。例如，US 5， 925， 588 Bl披露了以下内容使用具有被性能。此;卜，US6， 042， 804 Bl披露了以下内i::、将氢和氧的微气泡分 散在包含催化剂的快速流动的酸性水溶液液体介质中。然而，遗憾的 是氢反应剂和氧反应剂仅略溶于这些参考文献所披露的水溶液反应 溶剂中。其它参考文献，即US 4, 336, 240 Bl和US 4, 347, 231 Bl,披露 了两相反应体系，该体系具有溶解在有机相中的均质催化剂。正如这 两个参考文献的前一个文献中所提到地，均质催化剂体系通常存在妨 碍其商用化的缺点。不利的性质包括反应条件下的催化剂稳定性较 差、催化剂在反应介质中的溶解性有限、以及生产过氧化氢的反应率 较低。此外，位于两相液体反应体系上方的包含气态&/02的环境保持 了溶解在液相中的这些反应剂的平衡浓度。因此，位于反应液体上方 的该气态气氛必须处在可燃性范围之外，因此大大限制了液相中的潜 在反应剂摩尔比的范围。目前存在两种类型的在水中制造过氧化氢的反应器。笫一种是浆 料反应器，在这种反应器中，气泡和催化剂被分散在流动的液相中。 尽管这对于混合是有利的且提供了良好的传热和质量传递，但除了催 化剂回收和再循环方法以外，该方法还需要大量昂贵的催化剂。第二 反应器是滴流床反应器，在这种反应器中，气体和液体在催化剂的填 充床上流过。滴流床反应器的主要缺点是气体是连续相的且因此需 要较小的通道尺寸，且因此需要较小的颗粒尺寸，才能防止氢和氧进 入危险状态。5基于需要而提供一种制造大量过氧化氢的装置和工艺，同时不需 要过多的化学物质而确保环境更安全的方法，且不会产生废产物物质 流，将会是有用的。
技术实现思路
本专利技术所提供的方法克服了目前的过氧化氢生产方法的缺点，该 方法是产生以分散于液体中的小气泡的分散相存在的大量氢和氧气体 混合物。本专利技术提供了一种产生氢和氧的混合物作为微小气泡的设备。 本专利技术包括一对板，其中第一板具有主通道和在所述第一板中限定出 的用于载运第一气体的多条更小的通道，且笫二板具有主通道和在所 述第二板中限定出的用于载运第二气体的多条更小的通道。所述板在 被叠置在一起时，使得所述第一气体物质流和所述第二气体物质流在 所述第二板的所述更小的通道中产生混合，且在所述更小的通道处，所述气体混合物作为小气泡被排出而进入液体物质流内。在另一实施例中，所述设备包括冷却板，所述冷却板还提供了用于承载被排出所述更小的通道的所述气泡的液体物质流。所述冷却板与第一气体分配板和第二气体分配板以第一板、第二板、冷却板的重复方式叠置在一起。在又一实施例中，所述设备包括用于由液体和包含氢和氧的气泡产生过氧化氢的反应器。该设计使得承载气泡云的液体流过该反应器，且其中所述气泡云无法在该反应器处聚结成更大的气泡，从而确保了该反应器的安全运行。所属领域技术人员通过以下具体实施例和附图将易于理解本专利技术的其它目的、优点和应用。通过本专利技术的以下具体实施例可获得本专利技术的附加目的、实施例和细节。附图说明图1是该混合器的第一板的设计； 图2是该混合器的第二板的设计；图3是第一板和第二板的示意图，且示意性地示出了流动通过该 混合器的该板的情况；图4是该混合器的冷却板的设计；图5是组装好的分布器(sparger)的示图，且气体和液体在该分 布器中流动；图6A和图6B是具有环形构型的混合器的笫一板的设计，其中图 6A是顶视图且图6B是剖视图7A和图7B是具有环形构型的混合器的第二板的设计，其中图 7A是顶视图且图7B是剖视图8是第一板和第二板的示意图，且示意性地示出了流动通过该 混合器的该板的情况；图9A和图9B是具有环形构型的混合器的冷却板的设计，其中图 9A是顶视图且图9B是剖视图IO是使用图5的分布器设计的径向反应器的设计；图ll是用于产生过氧化氢的分布器和反应器的各级的示意图12是利用对流的过氧化氢反应器的各级的示意图；和图13是过氧化氢反应器的混合设计的示意图。具体实施例方式本专利技术包括一种用于使氢和氧在水中进行大规模混合以便进行反 应从而产生过氧化氢(H202 )的设备。扩大过氧化氢生产规模的问题在 于所产生的大量过氧化氢将会形成大量体积的氢和氧的混合物。这 是一种存在潜在危险的情况。因此，所希望的是产生大量混合的氢和 氧，但使该氢和氧处在分散于水中的小气泡的分散相存在，以使它们 迅速溶于水中并产生反应从而生产出过氧化氢。本专利技术提出了一种适 于大规模使用的混合器的新设计。在一个实施例中，所述设备包括板的阵列，其中每块板具有在所 述板内形成的通道，且所述板被联接在一起。用于形成通道的手本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于混合两种气体的设备，所述设备包括：　　　　至少一块第一板（１０），其中所述第一板限定出第一气体主通道（１４），所述第一气体主通道具有入口（１４）和多个出口（１６），且所述第一板限定出多条第一气体次级通道（１８），其中每条第一气体次级通道具有与相应的第一气体主通道出口流体连通的入口和第一气体次级通道出口（２０）；和　　　　至少一块第二板（３０），其中所述第二板限定出第二气体主通道（３２），所述第二气体主通道具有入口（３４）和多个出口（３６），且所述第二板限定出多条第二气体次级通道（３８），其中每条第二气体次级通道具有与相应的第二气体主通道出口流体连通的入口和第二气体次级通道出口（４０）；　　　　其中每条第一气体次级通道出口（２０）与第二气体次级通道出口（４０）流体连通，且其中所述第一板（１０）和第二板（２０）以交替的顺序被叠置并且被保持在一起以便形成具有第一气体入口、第二气体入口和混合气体出口的气体分布器（６２）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：GP托勒，KM范登布谢，
申请(专利权)人：环球油品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]