一種漿態(tài)床環(huán)流反應器及應用和一種生產(chǎn)過氧化氫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種漿態(tài)床環(huán)流反應器及其應用方法，更具體地說，涉及一種適用于 蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工藝中氫化過程的漿態(tài)床反應器和一種生產(chǎn)過氧化氫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過氧化氫是一種重要的無機化工原料，它廣泛應用于造紙、紡織、化學品合成、軍 工、電子、食品加工、醫(yī)藥、化妝品、環(huán)境保護、冶金等諸多領(lǐng)域。過氧化氫分解后產(chǎn)生水和氧 氣，對環(huán)境無二次污染，是一種綠色化學品。目前國內(nèi)外普遍采用蒽醌法進行過氧化氫的生 產(chǎn)。蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫是以蒽醌衍生物作為工作載體，在催化劑的作用下，用氫氣將溶解 在有機溶劑中的蒽醌衍生物氫化，生成相應的氫蒽醌。然后，氫蒽醌氧化生成過氧化氫和蒽 醌衍生物。最后，用水萃取有機溶劑中的過氧化氫得到一定濃度的過氧化氫水溶液作為產(chǎn) 品，含有蒽醌衍生物和有機溶劑的工作液則被循環(huán)使用。其中，蒽醌氫化過程的效率直接決 定過氧化氫的產(chǎn)量和濃度，對整個過氧化氫的生產(chǎn)具有決定意義。目前國內(nèi)在蒽醌氫化過 程中最常用的是下流式固定床反應器，即滴流床反應器，但是固定床反應器存在催化劑利 用效率低、反應選擇性低、床層內(nèi)溫度分布不均勻、催化劑局部持液量大和工作液降解嚴重 的問題。采用固定床反應器進行氫化過程，氫效一般僅為6?7g/L Sfta。而采用氣液并流 向上運動的反應器是進行蒽醌衍生物氫化過程的最佳選擇。此類反應器包括管式懸浮床反 應器、鼓泡床反應器和漿態(tài)床反應器。在氣液兩相并流向上流動的過程中，工作液和氫蒽醌 混合溶液作為連續(xù)相，而氫氣(或氫氣與惰性氣體混合氣）作為分散相，既可以提高工作液 的處理量和催化劑的利用率，增加蒽醌轉(zhuǎn)化率，又克服了固定床催化劑床層局部持液量大， 溫度分布不均造成的工作液降解的問題。國外新建的大型過氧化氫生產(chǎn)裝置一般采用上流 式流化床進行氫化反應，氫效一般可達12g/L Sfta以上。
[0003] US4428923公開了一種蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫的管式懸浮床氫化反應器系統(tǒng)，反應 器成迂回管體系，水平管和垂直管之間由彎頭連接，各段管具有相同的通稱直徑。管外有 套管供加熱和冷卻用，氫化過程就在該反應器中進行。工作液與氫氣進入氫化器之前，先 經(jīng)一文丘里混合器預混，催化劑隨著工作液一起連續(xù)流動，工作液與氫氣進行反應，在反 應后經(jīng)過一分離器，將催化劑與氫化液進行初步的分離；分離后還得使用一專用的氫化液 過濾器將氫化液與催化劑再次分離，氫化效率為12g/L Sfta。
[0004] CN1298369A提供了一種鼓泡床反應器。反應器優(yōu)選為立式鼓泡塔，反應器中至少 部分的包含水力直徑介于1至1〇_的通孔或流道構(gòu)件，通常為床層、針織物、開孔泡沫體或 填料，通常為與Sulzer BX填料類似的結(jié)構(gòu)，以供工作液或氫氣通過。保證流道構(gòu)件的側(cè)壁 粗糙度為催化劑平均粒徑的〇. 5至5倍，工作液和氣相由反應器下部一起進入反應器，在催 化劑作用下進行加氫反應，反應后進入固液分離裝置進行氫化液與催化劑的分離。該反應 系統(tǒng)可以進行間歇和連續(xù)兩種方式的操作，氫化效率可達15g/L Sfta以上。
[0005] CN1817838A公開了一種適用于蒽醌工作液氫化的流化床反應器。該反應器主體分 為上下兩部分，下部為氫化反應主體區(qū)域，上部具有擴大段結(jié)構(gòu)利于氣液分離，反應器內(nèi)部 為空塔，氫化效率可達9. 9g/LSfta。
[0006] 對比上述反應器，漿態(tài)床反應器由于催化劑顆粒直徑很小(一般為幾十微米或者 更小)，消除了催化劑內(nèi)擴散的影響，具有很高的反應比表面和活性，可以大大減少催化劑 的用量，同時反應器內(nèi)部具有更均勻的流動狀態(tài)，因此具有良好的技術(shù)發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種漿態(tài)床環(huán)流反應器，該漿態(tài)床環(huán)流反應器適 用于氣液固三相楽態(tài)床反應。
[0008]本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種蒽醌法制過氧化氫方法，加氫效率高， 從而提高過氧化氫的收率和濃度。
[0009]本發(fā)明提供的一種漿態(tài)床環(huán)流反應器，包括上升管、上升管上部管徑擴大的擴大 段和固液分離器，所述的擴大段連通固液分離器上部，所述的固液分離器底部與上升管底 部連通；所述的擴大段內(nèi)設置雙套筒結(jié)構(gòu)的三相分離器，所述的上升管底部設有原料入口， 擴大段頂部設有氣體出口，所述的固液分離器內(nèi)設置過濾組件，所述的固液分離器上部經(jīng) 過濾組件設置清液出口。
[0010] 上述漿態(tài)床環(huán)流反應器的應用方法，液相原料和/或氣相原料進入漿態(tài)床環(huán)流反 應器的上升管底部，與上升管內(nèi)的含有催化劑顆粒的漿液混合并向上運動，同時反應得到 反應產(chǎn)物，在上升管上部的擴大段，經(jīng)三相分離器強化氣液固三相分離，氣體由氣體出口排 出，含催化劑顆粒的漿液進入固液分離器中經(jīng)過濾分離其中的催化劑顆粒，分離出的清液 經(jīng)固液分離器上部的清液出口引出反應器，得到反應產(chǎn)品；未穿過過濾介質(zhì)的含催化劑顆 粒的漿液返回上升管底部繼續(xù)反應。
[0011] 本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應器及其應用的有益效果為：
[0012] 本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應器擴大段內(nèi)設置三相分離器，三相分離器的內(nèi)筒和 外筒使流體在擴大段內(nèi)形成繞流，強化反應液體、催化劑和氣體的三相分離。漿液在三相分 離器和擴大段的共同作用下形成內(nèi)環(huán)流，漿液中氣體能充分脫除，反應器內(nèi)的大部分固相 留在反應器內(nèi)，減輕了后續(xù)工藝的操作負擔，降低了催化劑磨損的幾率。經(jīng)固液分離器過濾 的液體產(chǎn)品中固體顆粒含量較低。經(jīng)過固液分離器分離后的含有較多催化劑的濁液返回反 應器上升管的底部，漿液在反應器內(nèi)形成的主體外環(huán)流使使大部分催化劑在反應器內(nèi)循環(huán) 流動，提高了上升管底部催化劑的濃度，使?jié){液的濃度和溫度分布更均勻，催化劑和氣體分 布更均勻，提高了催化劑的利用率，提高反應效率。本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應器可避免 反應器內(nèi)存在流動死區(qū)和熱點，降低催化劑磨損幾率，有效延長操作周期。作為蒽醌法制備 過氧化氫的加氫反應器，可有效降低工作液過度氫化的幾率。
[0013] 一種制備過氧化氫的方法，采用上述的漿態(tài)床環(huán)流反應器，工作液和含氫氣體進 入漿態(tài)床環(huán)流反應器的上升管底部，與上升管內(nèi)的漿液混合并向上運動，在加氫催化劑存 在下，工作液中的蒽醌衍生物加氫反應得到氫蒽醌，在反應器上部的擴大段，經(jīng)三相分離器 改變流體流動方向進行內(nèi)循環(huán)流動，強化三相分離，氣體由氣體出口排出，漿液進入固液分 離器內(nèi)進一步過濾分離其中的加氫催化劑顆粒，分離出的液相經(jīng)固液分離器的清液出口排 出作為氫化液；氫化液在氧化反應器中與氧氣反應得到含有過氧化氫的氧化液；氧化液經(jīng) 萃取分離得到過氧化氫溶液和工作液。
[0014] 本發(fā)明提供的方法中，所述的漿態(tài)床環(huán)流反應器中的反應溫度為35?80°C、優(yōu)選 55?75°C ;反應壓力為0? 1?0? 5MPa、優(yōu)選0? 2?0? 3MPa。
[0015] 本發(fā)明提供的制備過氧化氫的方法的有益效果為：
[0016] 本發(fā)明提供的制備過氧化氫的方法的氫化單元采用帶有三相分離器的漿態(tài)床環(huán) 流反應器，在反應器上部的擴大段形成了漿液的內(nèi)環(huán)流，強化了三相分離，避免了漿液中夾 帶的氣泡給后續(xù)操作帶來不良影響。同時大部分催化劑顆粒從擴大段返回到上升管內(nèi)，降 低了進入固液分離器過濾組件中催化劑顆粒的量，降低了固液分離器的負荷。經(jīng)過固液分 離器分離后的含有較多催化劑的濁液返回反應器上升管的底部，使?jié){液在反應器內(nèi)形成穩(wěn) 定的外循環(huán)流動，反應器內(nèi)催化劑濃度、工作液濃度和溫度分布均勻，抑制工作液局部過度 加氫，有效的提高了氫效，進而提高了再經(jīng)氧化、萃取操作后過氧化氫產(chǎn)品的濃度。本發(fā)明 提供的方法可有效延長漿態(tài)床氫化反應器的操作周期，降低催化劑磨損幾率，減輕后續(xù)工 藝設備壓力，提高固液分離通量和精度，最終提高工作液的加氫效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明提供的漿態(tài)床反應裝置的流程示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明提供的漿態(tài)床反應裝置另一種實施方式流程示意圖。
[0019] 圖3為水力離心器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4、水力離心器的另一種實施方式的結(jié)