專利名稱：一種制備丙酮肟的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備丙酮肟的裝置及方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
丙酮肟別名二甲基酮肟，是一種性能優(yōu)良的抗氧化劑、具有低毒性、環(huán)境友好及高還原性等特點(diǎn)，可作為一類重要的添加劑用于火力發(fā)電廠鍋爐酸洗后鈍化液及運(yùn)行水中， 可替代具有強(qiáng)毒性的KH4用作鍋爐的除氧劑和緩蝕劑，也可作為有機(jī)合成中間體，是一種重要的化工原料。其傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝一般采用羥胺(硫酸羥胺或鹽酸羥胺)、丙酮和氨水反應(yīng)合成丙酮肟，這些工藝一般采用漿態(tài)床反應(yīng)器，該方法存在工藝復(fù)雜、副產(chǎn)品多、生產(chǎn)效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。而目前研究的TS-I分子篩催化丙酮氨氧化生成丙酮肟的反應(yīng)是一種環(huán)境友好的催化過程，具有工藝流程短、生產(chǎn)效率高、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)南京工業(yè)，大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，31(4)，74-78報(bào)道，采用了逐級(jí)優(yōu)化的單因素實(shí)驗(yàn)研究了鈦硅分子篩催化丙酮氨氧化反應(yīng)條件優(yōu)化，丙酮轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%，丙酮肟選擇性為98%。而化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2011,9(2), 67-69報(bào)道，以鈦硅分子篩為催化劑，過氧化氫和丙酮為原料，催化氨氧化合成丙酮肟，丙酮肟產(chǎn)率> 80 %，若采用氮?dú)鈱?duì)反應(yīng)釜進(jìn)行氣體置換， 可以提高丙酮肟產(chǎn)率，產(chǎn)率可達(dá)85%以上。CN1556096A公開了一種丙酮或丁酮氧化生產(chǎn)丙酮肟或丁酮肟的工藝，將丙酮或丁酮溶于異丙醇或叔丁醇中，再加入TS-I催化劑及氨水， 反應(yīng)制得丙酮肟或丁酮肟，丙酮或丁酮轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上，丙酮肟或丁酮肟的選擇性可達(dá) 96%以上。在上述已公開的報(bào)道與專利中，TS-I分子篩催化丙酮氨氧化合成丙酮肟的反應(yīng)都是采用傳統(tǒng)的粉末TS-I分子篩在漿態(tài)床中進(jìn)行，雖然有較好的催化活性，但存在催化劑難以分離回收的問題，使得床層壓降較高，這些問題在大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用中會(huì)堵塞催化劑活性位甚至堵塞反應(yīng)器，會(huì)嚴(yán)重影響催化劑的活性和壽命。而整體式TS-I催化劑可以有效解決這些問題，目前在肟化反應(yīng)中還沒有涉及到這種TS-I催化劑及反應(yīng)裝置。本專利在上述文獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上，介紹了一種整體式TS-I催化劑制備丙酮肟的反應(yīng)裝置及工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前粉末TS-I分子篩催化丙酮氨氧化合成丙酮肟研究中催化劑難以分離回收的問題而提供一種制備丙酮肟的裝置及方法，它具有工藝流程短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種制備丙酮肟的裝置，它包括冷凝器、整體反應(yīng)器、外循環(huán)泵，所述整體反應(yīng)器的上端與冷凝器的下端連接，所述整體反應(yīng)器的下端分兩個(gè)支路，一個(gè)支路與取樣口相連， 一個(gè)支路與外循環(huán)泵入口相連。所述冷凝器，在冷凝器的左下側(cè)設(shè)有冷卻水入口，在冷凝器的頂部設(shè)有排氣口，在冷凝器的右上側(cè)設(shè)有冷卻水出口，所述冷凝器的下端與整體反應(yīng)器的上端相連。所述整體反應(yīng)器，其外殼為圓筒狀，由不銹鋼材質(zhì)制成，所述整體反應(yīng)器內(nèi)部從上到下依次設(shè)有噴頭、填料層、第一篩板、反應(yīng)段、第二篩板和儲(chǔ)液區(qū)；在整體反應(yīng)器的外部設(shè)有加熱裝置和原料入口，所述原料入口在加熱裝置的下方和儲(chǔ)液區(qū)的上側(cè)部；所述加熱裝置位于反應(yīng)段的外部。所述噴頭位于整體反應(yīng)器的上中部，其另一端固定于整體反應(yīng)器的左上側(cè)，并與外循環(huán)泵的出口相連。所述填料層位于噴頭與第一篩板中間，由拉西環(huán)或球形填料構(gòu)成。所述第一篩板位于填料層和反應(yīng)段之間；所述第二篩板位于反應(yīng)段和儲(chǔ)液區(qū)之間。所述反應(yīng)段位于第一篩板和第二篩板之間，所述反應(yīng)段內(nèi)填充有3 10塊圓臺(tái)狀堇青石蜂窩陶瓷；所述堇青石蜂窩陶瓷以縱向疊加方式放置；所述堇青石蜂窩陶瓷的上底半徑為r，下底半徑為R，高為H，其r R H為1 1. 33 1 2. 5 3，單位m ；所述堇青石蜂窩陶瓷由若干正三角形或圓形直通孔道構(gòu)成，正三角形邊長(zhǎng)或圓孔直徑為0. 5-2mm ； 在所述的堇青石蜂窩陶瓷的多通道壁上或內(nèi)部涂覆活性組分TS-I分子篩后構(gòu)成整體式 TS-I催化劑，即在所述的堇青石蜂窩陶瓷上，涂覆活性組分鈦硅分子篩后構(gòu)成整體式鈦硅分子篩催化劑，活性組分TS-I分子篩的涂敷量為載體堇青石蜂窩陶瓷質(zhì)量的10 15%。所述外循環(huán)泵的入口與儲(chǔ)液區(qū)的出口相連，外循環(huán)泵的出口與噴頭相連。所述裝置制備丙酮肟的方法，它包括如下步驟首先用蠕動(dòng)泵將原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 (1 3) (1 5) (1 2.4) (0.8 1.6)的比例由原料入口輸送至儲(chǔ)液區(qū)，之后，開啟外循環(huán)泵，用外循環(huán)泵將原料液輸送至整體反應(yīng)器的噴頭，其液體空速為ο. ar1 ο. ητ1，開啟加熱裝置加熱至60 80°C，使原料液經(jīng)填料層、反應(yīng)段，并在反應(yīng)段合成目的產(chǎn)物丙酮肟，丙酮肟和未反應(yīng)的原料液再流入儲(chǔ)液區(qū)，如此循環(huán)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中形成的蒸氣在冷凝器中冷卻回流到整體反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)所生成的氫氣由冷凝器的排氣口排出，反應(yīng)0. 5 4h后，打開閥門一，由取樣口取樣進(jìn)行分析。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果為①本發(fā)明可采用間歇循環(huán)操作，可以有效的提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。②本發(fā)明適用于整體式催化劑，可以有效利用催化活性組分，減少催化劑的磨損及流失，提高反應(yīng)的催化效率，也可解決催化劑難以回收的問題。③本發(fā)明采用整體式TS-I催化劑，用于丙酮氨氧化反應(yīng)，反應(yīng)液以平推流形式流經(jīng)反應(yīng)段，使液固相可以充分接觸，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。本發(fā)明的反應(yīng)裝置中使用圓臺(tái)裝的載體，可避免反應(yīng)過程中的壁流問題?？傊景l(fā)明提供了一種工藝流程短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、實(shí)用性強(qiáng)的裝置及工藝，該發(fā)明即可解決傳統(tǒng)粉末催化劑的分離回收問題，也可解決其他液固相整體裝置中的壁流問題，因此有很好應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明制備丙酮肟的裝置示意圖。
圖2是為堇青石蜂窩陶瓷的橫向俯視圖。圖3是為堇青石蜂窩陶瓷的縱向剖面圖。圖中各部件說明1冷凝器；2進(jìn)水口 ；3排氣口 ；4排水口 ；5噴頭；6填料層；7第一篩板；8反應(yīng)段； 9加熱裝置；10整體反應(yīng)器；11原料入口 ； 12第二篩板；13儲(chǔ)液區(qū)；14取樣口； 15閥門一； 16循環(huán)泵
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1、圖2、圖3，一種制備丙酮肟的裝置，它包括冷凝器1、整體反應(yīng)器10、外循環(huán)泵16，所述整體反應(yīng)器10的上端與冷凝器1的下端連接，所述整體反應(yīng)器10的下端分兩個(gè)支路，一個(gè)支路與取樣口 14相連，一個(gè)支路與外循環(huán)泵16入口相連。所述冷凝器1，在冷凝器1的左下側(cè)設(shè)有冷卻水入口 2，在冷凝器1的頂部設(shè)有排氣口 3，在冷凝器1的右上側(cè)設(shè)有冷卻水出口 4，所述冷凝器1的下端與整體反應(yīng)器10的上端相連。所述整體反應(yīng)器10，其外殼為圓筒狀，由不銹鋼材質(zhì)制成；所述整體反應(yīng)器10內(nèi)部從上到下依次設(shè)有噴頭5，填料層6，第一篩板7，反應(yīng)段8，第二篩板12和儲(chǔ)液區(qū)13 ；在整體反應(yīng)器10的外部設(shè)有加熱裝置9和原料入口 11，所述原料入口 11在加熱裝置9的下方、儲(chǔ)液區(qū)13的上側(cè)部；所述加熱裝置9位于反應(yīng)段8的外部。所述噴頭5位于整體反應(yīng)器10的上中部，其另一端固定于整體反應(yīng)器10的左上側(cè)，并與外循環(huán)泵16的出口相連。所述填料層6位于噴頭5與第一篩板7中間，由拉西環(huán)或球形填料構(gòu)成。所述第一篩板7位于填料層6和反應(yīng)段8之間；所述第二篩板12位于反應(yīng)段8和儲(chǔ)液區(qū)13之間。所述反應(yīng)段8位于第一篩板7和第二篩板12之間，填充有3 10塊圓臺(tái)狀堇青石蜂窩陶瓷；堇青石蜂窩陶瓷以縱向疊加方式放置；所述堇青石蜂窩陶瓷的上底半徑為r， 下底半徑為R，高為H，其中r R H為1 1.33 1 2. 5 3，單位m ；所述堇青石蜂窩陶瓷由大量的正三角形或圓形直通孔道構(gòu)成，正三角形邊長(zhǎng)或圓孔直徑為0. 5-2mm ；在所述的堇青石蜂窩陶瓷的多通道壁上或內(nèi)部涂覆活性組分鈦硅分子篩后構(gòu)成整體式鈦硅分子篩催化劑即整體式TS-I催化劑，活性組分TS-I分子篩的涂敷量為載體堇青石蜂窩陶瓷質(zhì)量的10 15%。所述外循環(huán)泵16的入口與儲(chǔ)液區(qū)13的出口相連，外循環(huán)泵16的出口與噴頭5相連。所述裝置制備丙酮肟的方法，它包括如下步驟首先用蠕動(dòng)泵將原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 (1 3) (1 5) (1 2.4) (0.8 1.6)的比例由原料入口 11輸送至儲(chǔ)液區(qū)13，之后， 開啟外循環(huán)泵16，用外循環(huán)泵16將原料液輸送至整體反應(yīng)器10的噴頭5，其液體空速為 0. ar1 0. ^T1，開啟加熱裝置9加熱至60 80°C，使原料液經(jīng)填料層6、反應(yīng)段8，并在反應(yīng)段8合成目的產(chǎn)物丙酮肟，丙酮肟和未反應(yīng)的原料液再流入儲(chǔ)液區(qū)13，如此循環(huán)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中形成的蒸氣在冷凝器1中冷卻回流到整體反應(yīng)器10內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)所生成的氫氣由冷凝器1的排氣口 3排出，反應(yīng)0. 5 4h后，打開閥門一 15，由取樣口 14取樣進(jìn)行分析。實(shí)施例1在如圖1的裝置中制備丙酮肟，整體反應(yīng)器10的反應(yīng)段8中縱向疊放3塊整體式 TS-I催化劑；堇青石載體的特征為上底半徑r 下底半徑R 高H為1.5 1 2. 5 ；每塊整體式TS-I催化劑其有效組分TS-I分子篩的涂敷量為載體質(zhì)量的12% ；丙酮、叔丁醇、 水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 1.5 5 2 ^；液體空速為化日！^；反應(yīng)溫度為 700C ；反應(yīng)時(shí)間為池。丙酮轉(zhuǎn)化率為89%，丙酮肟的選擇性為79%。實(shí)施例2在如圖1的裝置中制備丙酮肟，整體反應(yīng)器10的反應(yīng)段8中縱向疊放4塊整體式 TS-I催化劑；堇青石載體的特征為上底半徑r 下底半徑R 高H為1.5 1 2. 0 ；每塊整體式TS-I催化劑其有效組分TS-I分子篩的涂敷量為載體質(zhì)量的12% ；丙酮、叔丁醇、 水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 1.5 5 2 ^；液體空速為化日！^；反應(yīng)溫度為 700C ；反應(yīng)時(shí)間為池。丙酮轉(zhuǎn)化率為92%，丙酮肟的選擇性為85%。實(shí)施例3在如圖1的裝置中制備丙酮肟，整體反應(yīng)器10的反應(yīng)段8中縱向疊放4塊整體式 TS-I催化劑；堇青石載體的特征為上底半徑r 下底半徑R 高H為1.5 1 2. 0 ；每塊整體式TS-I催化劑其有效組分TS-I分子篩的涂敷量為載體質(zhì)量的10% ；丙酮、叔丁醇、 水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 2 3 2.4 [日；液體空速為化日！^；反應(yīng)溫度為 700C ；反應(yīng)時(shí)間為池。丙酮轉(zhuǎn)化率為90%，丙酮肟的選擇性為82%。
權(quán)利要求
1.一種制備丙酮肟的裝置，它包括冷凝器(1)、整體反應(yīng)器(10)、外循環(huán)泵(16)，所述整體反應(yīng)器(10)的上端與冷凝器(1)的下端連接，所述整體反應(yīng)器(10)的下端分兩個(gè)支路，一個(gè)支路與取樣口(14)相連，一個(gè)支路與外循環(huán)泵(16)入口相連；所述冷凝器(1)，在冷凝器(1)的左下側(cè)設(shè)有冷卻水入口 O)，在冷凝器(1)的頂部設(shè)有排氣口(3)，在冷凝器(1)的右上側(cè)設(shè)有冷卻水出口 G)，所述冷凝器(1)的下端與整體反應(yīng)器(10)的上端相連；所述整體反應(yīng)器(10)，其外殼為圓筒狀，由不銹鋼材質(zhì)制成，所述整體反應(yīng)器(10)內(nèi)部從上到下依次設(shè)有噴頭(5)、填料層(6)、第一篩板(7)、反應(yīng)段(8)、第二篩板(1 和儲(chǔ)液區(qū)(13)；在整體反應(yīng)器(10)的外部設(shè)有加熱裝置(9)和原料入口(11)，所述原料入口 (11)在加熱裝置(9)的下方和儲(chǔ)液區(qū)(1 的上側(cè)部；所述加熱裝置(9)位于反應(yīng)段(8)的外部；所述噴頭(5)位于整體反應(yīng)器(10)的上中部，其另一端固定于整體反應(yīng)器(10)的左上側(cè)，并與外循環(huán)泵(16)的出口相連；所述填料層(6)位于噴頭(5)與第一篩板(7)中間，由拉西環(huán)或球形填料構(gòu)成； 所述第一篩板(7)位于填料層(6)和反應(yīng)段(8)之間；所述第二篩板(12)位于反應(yīng)段 (8)和儲(chǔ)液區(qū)(13)之間；所述反應(yīng)段(8)位于第一篩板(7)和第二篩板(12)之間，所述反應(yīng)段(8)內(nèi)填充有 3 10塊圓臺(tái)狀堇青石蜂窩陶瓷；所述堇青石蜂窩陶瓷以縱向疊加方式放置；所述堇青石蜂窩陶瓷的上底半徑為r，下底半徑為R，高為H，其r R H為1 1. 33 1 2. 5 3 ；所述堇青石蜂窩陶瓷由若干正三角形或圓形直通孔道構(gòu)成，正三角形邊長(zhǎng)或圓孔直徑為0. 5-2mm ；在所述的堇青石蜂窩陶瓷的多通道壁上或內(nèi)部涂覆活性組分TS-I分子篩后構(gòu)成整體式TS-I催化劑，所述活性組分TS-I分子篩的涂敷量為載體堇青石蜂窩陶瓷質(zhì)量的 10 15% ；所述外循環(huán)泵(16)的入口與儲(chǔ)液區(qū)(13)的出口相連，外循環(huán)泵(16)的出口與噴頭 (5)相連。
2.一種使用權(quán)利要求1所述裝置制備丙酮肟的方法，其特征是它包括如下步驟 首先用蠕動(dòng)泵將原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 (1 3) (1 5) (1 2.4) (0.8 1.6)的比例由原料入口 11輸送至儲(chǔ)液區(qū)13，之后， 開啟外循環(huán)泵16，用外循環(huán)泵16將原料液輸送至整體反應(yīng)器10的噴頭5，其液體空速為 0. 2h-l 0.幾-1，開啟加熱裝置9加熱至60 80°C，使原料液經(jīng)填料層6、反應(yīng)段8，并在反應(yīng)段8合成目的產(chǎn)物丙酮肟，丙酮肟和未反應(yīng)的原料液再流入儲(chǔ)液區(qū)13，如此循環(huán)反應(yīng)， 在反應(yīng)過程中形成的蒸氣在冷凝器1中冷卻回流到整體反應(yīng)器10內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)所生成的氫氣由冷凝器1的排氣口 3排出，反應(yīng)0. 5 4h后，打開閥門一 15，由取樣口 14取樣進(jìn)行分析。
全文摘要
本發(fā)明屬化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備丙酮肟的裝置及方法，它以丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫為原料，以整體式TS-1分子篩為催化劑(整體式鈦硅分子篩為催化劑)，以液固相丙酮氨氧化反應(yīng)合成丙酮肟。本發(fā)明裝置包括包括冷凝器、整體反應(yīng)器、外循環(huán)泵；在整體反應(yīng)器中裝載有圓臺(tái)狀堇青石為載體合成的整體式TS-1催化劑(整體式鈦硅分子篩為催化劑)來制備丙酮肟，該裝置中使用的圓臺(tái)狀堇青石載體，可有效的避免壁流現(xiàn)象，從而大大提高催化劑的活性和反應(yīng)器的催化效率，本發(fā)明還可以解決傳統(tǒng)粉末催化劑難以回收的問題，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J8/00GK102500284SQ20111037454
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者張?jiān)? 張向京, 王媛媛, 郝叢, 馬瑞平 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)