專利名稱：用90%低純度氫氣生產35%過氧化氫的改進裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化學化工領域，特別是涉及用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的改進裝置及方法。
背景技術：
目前，蒽醌法生產過氧化氫一般采用固定床反應器，氫氣與工作液中的蒽醌(或烷基蒽醌)反應生成氫蒽醌，然后氫蒽醌再與空氣中的氧反應生成過氧化氫，工作液循環(huán)使用。生產中對原料氫氣的要求很高，由于雙氧水生產使用的是鈀觸媒，而鈀觸媒的操作條件比較苛刻，如果物料中含有SO2、CO、NH3等雜質超標，將使觸媒中毒。通常生產裝置使用純氫氣源，純度≥98％，N2含量≤1.6％，方能具有高的氫化效率，才能生產出濃度35％的過氧化氫的產品，H2的純度越低，氫化效率也越低。目前利用合成氨或尿素裝置的大量剩余氫氣生產過氧化氫的裝置，因為氫氣的純度為90-92％，氫化效率平均為6.35g/l，而氧化效率平均為5.7g/l，萃余在0.3g/l左右，僅能生產27.5％濃度的過氧化氫，鈀催化劑使用壽命較短，如何利用現(xiàn)有條件(H2純度低)的現(xiàn)有裝置生產出35％濃度過氧化氫，滿足市場需要，改造勢在必行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，經發(fā)明人長期從事過氧化氫的生產實踐與開發(fā)研究，開發(fā)提供既能充分利用90％低純度氫氣，又能直接生產35％濃度的過氧化氫，鈀觸媒壽命長，安全的用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的改進裝置及生產方法。
本發(fā)明提供的用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的改進裝置，包括固定床(氫化)反應器1，氧化塔2，萃取塔3，凈化塔4以及萃余液處理循環(huán)系統(tǒng)(5-9)，其特征在于所述氧化塔2是一個塔，分上下兩節(jié)2-1、2-2，塔徑為2-2.5米，優(yōu)選為2.2米，塔高各為12-15米；分配盤2-3各為2-5塊，分配盤為篩板，分配盤直徑等于上下塔體內徑，等距離設置在上下塔體內中心軸線上，由支架或焊接固定在塔體內，分配盤為分片拆裝式4塊小篩板組成，通過中間梁2-5固定(如圖2)，盤上面均勻分布篩孔2-6，篩孔直徑為3-10mm，優(yōu)選為4mm，篩孔呈棱形排列，如兩邊各為46mm，一夾角60度，開孔區(qū)中心直徑為1.8米，開孔率為20-40％，空氣進入口2-7和氫化液進料口2-8分別設在兩節(jié)塔的底部兩側，氫化液進料口在空氣進入口上方。
所述萃取塔為混合填料篩板塔，塔體內等距或不等距設多塊(層)篩板，上14塊篩板的每塊向下設一降液管，下40塊篩板的每塊向下設2個降液管(改造前每塊篩板上有4個或6個降液管)，在最上面篩板上設不銹鋼波紋填料，波紋填料高度為1500-2000mm，填料距最上層篩板400mm，(波紋填料結構示意圖如圖5)。
本發(fā)明提供的用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的方法，包括下列步驟(1)氫化在裝有鈀催化劑的固定床反應器內，固定床反應器分為兩節(jié)，每節(jié)裝有5噸鈀催化劑，工作液與90％氫氣(體積比)進行氫化反應生成氫化蒽醌氫化液，工作液流量為103-105m3，反應溫度50-75℃，反應壓力0.3至0.5Mpa，其中工作液是由芳烴、磷酸三辛酯和蒽醌或烷基蒽醌配制成，芳烴與磷酸三辛酯體積比為75∶25，蒽醌或烷基蒽醌加入量為130公斤/M3；芳烴是三甲苯異構體，可能還含有少量二甲苯與C10餾份；鈀催化劑為市售產品，一般為pd-Al2O3顆粒狀形式，其中鈀含量為0.3％(重量)。
(2)在改進氧化塔內，步驟(1)的含氫蒽醌的氫化液與空氣中的氧氣進行氧化反應，生成過氧化氫的氧化液，氧化反應溫度為50-65℃，壓力0.25至0.45Mpa，氧化效率為6.1-6.3g/L，氧化收率大于95％；(3)在改進的萃取塔內，步驟(2)的氧化液與水逆流接觸，過氧化氫被(軟)水萃取出得粗過氧化氫從塔底出，進入凈化塔，萃余液從塔頂部進入后處理循環(huán)系統(tǒng)；(4)由步驟(3)的粗過氧化氫進入凈化塔與塔內凈芳烴接觸，該凈芳烴與氫化步驟中工作液的芳烴相同，但經過蒸餾后的凈芳烴，將粗過氧化氫中的有機雜質除去，得35％濃度的過氧化氫產品，萃余小于0.1g/L。
按照本發(fā)明提供的用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的改進裝置及方法中，所述90％低純度氫氣來自合成氨或尿素裝置大量剩余氫氣，純度為90％(體積)，該大量的剩余氫氣是合成氨或尿素生產企業(yè)必須要加以利用，綜合利用資源，提高經濟效益，降低成本。目前與合成氨或尿素生產裝置相配套的萬噸級過氧化氫生產裝置原設計要求氫氣純度≥98％，才能生產出35％濃度的過氧化氫，但這些萬噸級過氧化氫生產裝置只能生產27.5％濃度的過氧化氫，且萃余在0.3g/L左右，遠遠滿足不了市場需求。如果要使用合成氨或尿素裝置這部分大量剩余氫氣，由于氫氣純度低，不可能有過高的氫化收(效)率，只有對原萬噸級過氧化氫生產裝置中的氧化塔與萃取塔進行徹底改進或更新，優(yōu)化工藝條件，通過改造與開發(fā)研究，收到意想不到效果，在使用90％低純度氫氣前提下，使氧化收率大于95％，氧化效率由原來的平均5.7g/L增到6.1-6.3g/L，穩(wěn)定生產35％濃度的過氧化氫，萃余小于0.1g/L，同時使鈀催化劑使用壽命更長，噸位鈀催化劑及氫耗量分別為0.06kg/T及220m3/T。將原氧化塔為空塔改為篩板塔，分兩節(jié)塔體，在兩節(jié)塔體內各設2-5塊(層)分配盤，優(yōu)選各為3塊分配盤(篩板)，分配盤結構設計成分片拆裝式4塊小篩板組成，通過中間梁固定，便于組裝，拆裝及維修，塔盤上面均勻分布呈規(guī)律排列，如棱形排列(如夾角60；每邊長為46mm)的篩孔，篩孔開孔區(qū)在中心直徑1∶8米園面上，篩孔直徑為3-10mm，優(yōu)選為4mm，開孔率為20-40％，氫化液與空氣從二節(jié)塔底部入，經過該結構的篩板時(見圖2-4)順流上升，大大增加了空氣與氫化液接觸面積，氣液分布充分均勻，克服原空塔內軸向和徑向氣液分布不均，不利于接觸，易造成溝流及大氣泡等現(xiàn)象，促進了氧化反應進行，提高了氧化收率，大于95％，氧化效率由原來的5.7g/L，平均增到6.1-6.3g/L。
將原萃取塔改為混合填料篩板塔，在原萃取塔內篩板上設有4個或6個降液管改為上14塊篩板上每層(塊)僅設一個降液管，下40塊篩板上每塊設2個降液管，并在最上面篩板上添加高度為1500-2000mm的不銹鋼波紋填料(如圖5)，填料距最上層篩板400m，增加了液液萃取的接觸面，使接觸更充分均勻，同時增加工作液與水在萃取塔頂?shù)姆蛛x時間，提高了萃取效果，從而穩(wěn)定生產35％濃度的過氧化氫，萃余小于0.1g/L。
本發(fā)明提供的裝置和方法中，萃余液的后處理循環(huán)系統(tǒng)包括水滴沉淀5、堿塔6、白土塔7、工作液貯槽8、循環(huán)工作液泵13，是原裝置已有的設備。
本發(fā)明提供的用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的改進裝置特點為(1)本發(fā)明由于采用合成氨或尿素裝置大量剩余的90％低純度的氫氣，既不影響合成氨或尿素產量，又得到了資源充分利用，提高了綜合經濟效益。
(2)由于氫源純度低，相對于采用≥98％的氫氣氫效相對低，有利于鈀催化劑使用周期延長，使鈀催化劑消耗為0.06g/T，消耗氫氣為220m3/T，降低成本。
(3)對原裝置特別氧化塔與萃取塔更新改造及工藝最佳化，提高了氧化效率，由原來的氧化效率提高到95％以上(5.7g/L增加到6.3g/L)，達到較低的萃余濃度＜0.1g/L，減少了安全隱患，提高了產量，使本發(fā)明既能使用90％低純度氧氣源，又能穩(wěn)定生產35％濃度的過氧化氫，各種消耗指標均居同行業(yè)先進水平，將被廣泛應用于合成氨或尿素裝置的聯(lián)產中。


圖1為用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的工藝流程簡圖，其中圖示說明1固定床反應器，2氧化塔，3萃取塔，4凈化塔，5水滴沉降，6堿塔，7白土床，8工作液貯槽，10氫化液貯槽，11成品槽，12氫化液泵，13循環(huán)工作液泵，14氫源，15工作液，16空氣，17(軟)水。
圖2為氧化塔結構示意3為篩板結構示意4為篩孔排列示意5為波紋填料示意圖具體實施方式
本發(fā)明提供下列實施例結合附圖來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列實施例本發(fā)明提供的為萬噸使用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的生產裝置及工藝流程(圖1所示)。由三甲苯異構體組成的芳烴，磷酸三辛酯及烷基蒽醌配制工作液15，其中芳烴與磷酸三辛酯體積比75∶25，烷基蒽醌加入量為130Kg/m3，與來自尿素的剩余氫氣14，氫純度為90％(體積)，氫氣流量為430m3/h，混合后由固定床反應器1上部加入，固定床反應器分二節(jié)各裝有5噸pd-Al2O3鈀催化劑，鈀含量為0.3％(質量)，反應溫度65℃，壓力0.3-0.5Mpa，經氫化后生成含氫蒽醌的氫化液10，氫化效率平均為6.35g/l。氫化液經泵12與空氣16分別進入氧化塔2的底部，其中氧化塔2分為兩節(jié)的上下兩塔，塔徑2.2米，塔高15米，上下兩塔各設三塊(層)分配盤2-3，分配盤間距3米，上塔最下層分配盤距空氣入口為3米，下塔最下層分配盤距空氣入口為2.5米，上下兩塔氫化液入口2-8，位于空氣入口2-7上方(圖2所示)，每塊分配盤(篩板)由4小塊篩板組成(圖3)，固定在中間梁2-5上，通過支架固定于塔體內，每塊篩板上均設篩孔2-6，篩孔直徑4mm，呈棱形規(guī)則排列(圖4)，其一夾角為60°，兩邊為46mm，開孔率35％，反應溫度50-65℃，壓力為0.25-0.45Mpa，氧化收率大于95％，氧化效率為6.1g/L，來自氧化塔的氧化液由塔2-2頂部進入萃取塔3的底部，軟化水17由塔頂進入進行萃取，該萃取塔為混合填料篩板塔，在最上面篩板上設高度為1.5米的不銹鋼波紋填料，(填料結構如圖5所示)，上14塊篩板向下每層設一個降液管，下40塊篩板上向下每層設2個降液管。經萃取的粗過氧化氫由塔底部進入凈化塔4頂部入與塔內凈芳烴接觸，除去粗過氧化氫中的有機雜質得35％濃度的過氧化氫產品11，萃取塔塔頂部萃余液經萃余液處理循環(huán)系統(tǒng)(5-8)處理后經泵13再循環(huán)使用去固定床反應器。
實施例2實施例2與實施例1的設備結構及工藝條件基本相同，生產步驟相同，規(guī)模為千噸級，其結果如下萬噸級


千噸級

權利要求
1.用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的改進裝置，包括固定床反應器(1)，氧化塔(2)，萃取塔(3)，凈化塔(4)，萃余液處理循環(huán)系統(tǒng)(5-9)，其特征在于所述氧化塔(2)為一個塔，分上下兩節(jié)(2-1，2-2)，塔徑為2至2.5米，塔高各為12-15米；分配盤(2-3)各為2至5塊，為分片拆裝式4塊小篩板組成，通過中間梁(2-5)固定，分配盤直徑等于塔體內徑，等距離設置在上下塔體內中心軸線上，由支架或焊接固定，分配盤上面均勻分布著篩孔(2-6)，呈棱形排列，為20-40％，空氣進入口(2-7)和氫化液進料口(2-8)分別設在兩節(jié)塔的底部兩側，氫化液進料口在空氣進入口上方；所述萃取塔(3)為混合填料篩板塔，塔體內等距或不等距設置多層篩板，通過支架或焊接固定在塔體內，上14塊篩板的每一塊向下設一個降液管，下40塊篩板的每一塊向下設2個降液管，在最上面篩板上設不銹鋼波紋填料，波紋填料高度為1500-2000mm，距離最上層篩板400mm。
2.一種在權利要求1改進裝置中用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的方法，包括下列步驟(1)在裝有鈀催化劑的固定床反應器內，工作液與90％純度氫氣進行氫化反應生成氫蒽醌氫化液，反應溫度50-75℃，反應壓力0.3-0.5Mpa，所述工作液山芳烴、磷酸三辛酯和蒽醌或烷基蒽醌配制成，芳烴與磷酸三辛酯體積比為75∶25，芳烴為三甲苯異構體；(2)在改進氧化塔內，步驟(1)氫化液與空氣中的氧氣進行反應，生成過氧化氫的氧化液，反應溫度為50-65℃，壓力為0.25-0.45Mpa，氧化效率平均為6.1-6.3g/L，氧化收率大于95％；(3)在改進萃取塔內，步驟(2)的氧化液與水逆流接觸，過氧化氫被水萃取出得到粗過氧化氫從塔底出進入凈化塔，萃余液從塔頂部進入后處理循環(huán)系統(tǒng)；(4)由步驟(3)的粗過氧化氫在凈化塔內與塔內凈芳烴接觸，除去有機雜質，產生35％濃度的過氧化氫產品，萃余小于0.1g/L。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于所述鈀催化劑為pd-AL2O3，其中鈀含量為0.3(重量)％。
全文摘要
本發(fā)明涉及用90％低純度氫氣生產35％濃度過氧化氫的改進裝置及方法，其特征在于將原氧化塔為空塔改成內設2至5塊分配盤的篩板塔，分配盤為分片拆裝式4塊小篩板組成，固定在中間梁上，分配盤上均勻分布呈棱形排列的篩孔，其直徑為3－10mm，開孔率30－40％；在萃取塔內改原每塊設4－6個降液管為上14塊篩板上每塊為一降液管，下40塊為每塊2個降液管，并在最上面設1500－2000mm高波紋填料，填料距最上層篩板為400mm高度以及優(yōu)化工藝條件，使氧化效率由原來的5.7g/L升至6.1－6.3g/L，氧化收率大于95％，萃余率由原來0.3g/L降至0.1g/L、能直接用90％低純度的合成氨或尿素裝置剩余氫源生產35％濃度的H
文檔編號C01B15/023GK101037189SQ20071007999
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月6日 優(yōu)先權日2007年3月6日
發(fā)明者閻樹忠, 朱勛績, 張學發(fā), 岳守成, 鄭青吾, 欒友, 于洪艷, 楊洪政, 張玉石, 潘為森 申請人:黑龍江黑化集團有限公司