生产氢过氧化枯烯的高剪切方法

专利名称：生产氢过氧化枯烯的高剪切方法
技术领域：
本发明总地涉及通过异丙基苯氧化生产氢过氧化枯烯，更特别地涉及用于通过异丙基苯的空气氧化来生产氢过氧化枯烯的装置和方法。更具体地，本发明涉及在枯烯氧化形成氢过氧化枯烯的装置和方法中减少了物质传递限制。
背景技术：
枯烯方法涉及从苯和丙烯生产重要的工业产品丙酮和酚。枯烯方法所需的反应物包括气态氧和少量的引发剂，氢过氧化枯烯。氢过氧
化枯烯(在下文中称为CHP)是在枯烯方法中用于产生酚的前体。
枯烯在苯与丙烯进行气相弗瑞德-克来福特垸基化反应(Friedel-Crafts alkylation)时被形成。枯烯用于通过液相氧化反应形成氢过氧化枯烯。氢过氧化枯烯的分解产生相对于每摩尔酚为一摩尔的丙酮。CHP具有其它的商业用途，诸如自由基的引发剂，其产生具有高选择性的氢过氧化枯烯。在这些应用中，高选择性使副产物的形成最小化，所述副产物将妨碍其作为自由基引发剂的应用。
自由基枯烯氧化反应通常在水相存在下通过"非均相湿法氧化"进行。或者，自由基枯烯氧化在无水条件下通过"干法氧化"进行。美国专利申请2006/0014985描述了用于合成氢过氧化枯烯的无水方法，通过在不溶于反应环境中的碱性介质例如吡啶树脂(pyridinicresin)存在下用氧来氧化枯烯进行。水的存在改善了放热反应的安全性和控
5制性，并且可降低资本投资。
按照惯例，在商业应用中的非均相湿法氧化是连续法，该方法使用至少两个具有可变温度模式的喷气反应器的级联。主要的氧化反应产物是CHP, 二甲苯甲基醇和苯乙酮。痕量的酸性副产物诸如甲酸、乙酸和酚抑制了氧化反应，导致反应速率和收率都下降并且不利地影
响CHP选择性。美国专利3,187,055; 3,523,977; 3,687,055; 6,043,399和3,907,901教导了碱金属碱诸如氢氧化钠(NaOH)和碱金属的碳酸氢盐诸如碳酸钠(Na2C03)可用作添加剂以除去痕量的酸杂质。
用于生产氢过氧化枯烯的方法在美国专利6,043,399中有述，该专利公开了在至少一种选自碱金属和/或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐的存在下进行枯烯的液相氧化。
因此，在工业中仍然需要改进的氢过氧化枯烯生产方法，凭借其，增加生产速率，改善反应速率，并且反应条件诸如较低的温度和压力在商业上是可行的。
发明概述
本文公开了用于增强氢过氧化枯烯的生产的高剪切系统和方法。所述高剪切方法降低了传质限制，从而增加了有效反应速率并使得反应器可在降低的温度和压力下操作，减少接触时间和/或增加产品收率。根据本发明的某些实施方案，提供了一种方法，该方法使得有可能通过提供与常规所用相比的最佳的时间、温度和压力条件增加氢过氧化枯烯的液相生产方法的速率。
在本发明所述的实施方案中，所述方法采用高剪切装置以增强时间、温度和压力反应条件，导致在多相反应物之间的化学反应被加速。另外，在本文所述的实施方案中所公开的方法包括使用高剪切装置用来生产CHP，而无需使用非均相湿法氧化反应器。
6这些和其它的实施方案、特征和优点在下文的详细说明和附图中 变得显而易见。


为了更详细说明本发明的优选方案，现在将参见附图，其中 图1是用于生产氢过氧化枯烯的高剪切装置的截面图；和 图2是本发明的包括用于生产氢过氧化枯烯的高剪切方法的实施 方案的流程图。
优选方案详述 综述
用于生产氢过氧化枯烯的改进的方法和系统采用外部或串连的高 剪切装置。该高剪切装置是机械反应器、混合器或磨，以提供化学反 应物在该装置中在受控环境下的快速接触和混合。高剪切装置减少了 对反应的传质限制，从而增加总反应速率。
牵涉液体、气体、固体和催化剂的化学反应依赖于涉及时间、温 度和压力的动力学规则来决定反应速率。如果希望两种或更多种不同 相的原材料(例如固体和液体；液体和气体；固体、液体和气体)发 生反应，控制反应速率的限制因素之一牵涉反应物的接触时间。在非 均相催化反应的情况下，存在另外的速率限制因素从催化剂表面除 去已反应的产物从而使得该催化剂能够催化另外的反应物。
在常规的反应器中，反应物和/或催化剂的接触时间通常通过混合 得以控制，所述混合操作提供在化学反应中所牵涉的两种或更多种反 应物之间的接触。包括高剪切装置的反应器组件使得有可能降低传质 限制，从而使得反应更密切地接近固有的动力学速率。当有效反应速 率被加速时，停留时间可被减少，从而增加可被系统获得的处理量。 或者，如果现有的收率是可接受的话，那么减少所需的停留时间使得可使用不如传统方法那么严格的温度和/或压力。作为替代，或者另外，借助于高剪切系统和方法，可增加产品收率。
高剪切装置
高剪切装置(HSD)诸如高剪切混合器或高剪切磨， 一般地基于它们混合流体的能力进行分类。混合是使流体内的非均相物质或粒子的尺寸减小的过程。对于混合的程度或充分性的一个量度是混合装置产生的、使流体粒子碎裂的每单位体积的能量密度。基于被递送的能量密度对这些装置进行分类。存在三类具有足够的能量密度从而一致性地产生具有在0至50微米范围内的粒子、液滴或气泡的尺寸的混合物或乳液的工业混合器。
匀化阀系统一般地被分在高能量装置类别内。待处理的流体在极高压下被泵送通过狭隙阀进入具有更低压力的环境中。跨阀压差以及所得的涡流和空化作用将流体内的任何粒子进行破碎。这些阀系统最常被用在乳的均化中并且可获得在约0.01微米到约1微米范围内的平均粒子尺寸。位于该分类的另一端的是被分在低能量装置类别内的高剪切混合器系统。这些系统通常具有在待处理流体的储期中以高速旋转的桨或流体转子，所述流体在许多更常见的应用中是食品。当在被处理流体中的粒子或气泡的尺寸大于20微米可被接受时，这些低能量系统通常被使用。
就被递送至流体的混合能量密度而言，介于低能量高剪切混合器和均质阀系统之间的是胶体磨，其被分在中间能量装置类别内。典型的胶体磨构造包括锥形的或碟形的转子，该转子以被密切控制的转子-
定子缝隙与互补的液冷式定子分隔开，该转子-定子缝隙大概为0.025毫米到10.0毫米。转子通常由电动马达通过直接传动或带机构进行驱动。许多经过适当调节的胶体磨在被处理流体中实现约0.01微米到约25微米的平均的粒子或气泡尺寸。这些能力使得胶体磨适合于许多应用，所述应用包括胶体和油/水基乳化处理，诸如化妆品、蛋黄酱，硅氧烷/银汞齐形成所需的乳化处理，或屋顶焦油混合。
通过测量马达能量(kW)和流体输出(L/min)可获得进入流体的能量输入近似值(kW/L/min)。在一些实施方案中，高剪切装置的能量消耗大于1000 W/m3。在实施方案中，能量消耗为约3000 W/m3到约7500W/m3。在高剪切装置产生的剪切速率可大于20,000 s'1。在实施方案中，由HSD 40中产生的剪切速率为20,000 s"至100,000 s"。
尖端速度是与正产生被施加于反应物上的能量的一个或多个旋转件的末端有关的速度(m/sec)。对于旋转部件而言，尖端速度是转子尖端在每单位时间内运行的圆周距离，并且一般地由以下方程式来定义V (m/sec) = 7C'D 'n，其中V是尖端速度，D是转子的直径(单位是米)，和n是转子的转速(单位是转数/秒)。因此，尖端速度是转子直径和转速的函数。尖端速度可如下计算由转子尖端记录的圆周距离2;rR
(其中R是转子的半径(例如，单位是米))乘以旋转频率(例如，单位是转数/分钟即rpm)。
对于胶体磨，典型的尖端速度大于23m/sec(4500 ft/min)，并且可大于40m/sec(7900 ft/min)。为了本公开的目的，术语"高剪切"是指能够达到超过5 m/sec (1000 ft/min)的尖端速度并且需要外部机械驱动的动力装置以驱动能量进入要起反应的产品的物流内的机械式转子定子装置(诸如磨或混合器)。高剪切装置将高尖端速度与极小剪切缝隙相结合以在被处理的材料上产生显著的摩擦。因此，在操作期间，在剪切混合器的尖端处产生约1000 MPa (约145,000 psi)到约1050 MPa(152,300 psi)的局部压力和高温。在某些实施方案中，局部压力为至少1034 MPa。局部压力另外取决于在操作期间的尖端速度、流体的粘滞性和转子-定子缝隙。
现在参见图l,提供了高剪切装置200的原理图。高剪切装置200包含至少一个转子-定子组合。转子-定子组合还可被非限制性地称为发
9生器220、 230、 240或级。高剪切装置200包含至少两个发生器，并且最优选地，该高剪切装置包含至少三个发生器。
第一发生器220包括转子222和定子227。第二发生器230包括转子223和定子228;第三发生器240包括转子224和定子229。对于每个发生器220、 230、 240,转子通过输入250进行可旋转式驱动。发生器220、 230、 240围绕轴260以旋转方向265进行旋转。定子227被固定接合至高剪切装置的壁255。
发生器包括位于转子和定子之间的缝隙缝。第一发生器220包括第一缝隙225;第二发生器230包括第二缝隙235;以及第三发生器240包括第三缝隙245。缝隙225、 235、 245的宽度为约0.025毫米(O.Ol英寸)到10.0毫米(0.4英寸)。或者，所述方法包括采用其中缝隙225、235、 245为约0.5毫米(0.02英寸)到约2.5毫米(O.I英寸)的高剪切装置200。在某些情况中，缝隙被保持在约1.5毫米(0.06英寸)。或者，缝隙225、 235、 245的宽度对于发生器220、 230、 240而言是不同的。在某些情况下，第一发生器220的缝隙225大于第二发生器230的缝隙235，第二发生器230的缝隙235又大于第三发生器240的缝隙245。
另外，缝隙225、 235、 245的宽度可包括粗糙、中等、细和超细的特征。转子222、 223和224以及定子227、 228和229可为有齿设计。每个发生器可包含两组或更多组转子-定子齿，如本领域已知的那样。转子222、 223和224可包括围绕每个转子的周边进行周边间隔的多个转子齿。定子227、 228和229可包括围绕每个定子的周边进行周边间隔的多个定子齿。在一些实施方案中，转子的内径为约11.8厘米。在实施方案中，定子的外径为约15.4厘米。在另外的实施方案中，转子和定子可为，转子的外径为约60mm和定子的外径为约64mm。或者，转子和定子还可具有交替的直径以便改变尖端速度和剪切压力。在某些实施方案中，三级中的每一级采用包括缝隙为约0.025毫米到约3毫
米的超细发生器进行操作。当包含固体粒子的物料物流205要被发送通过高剪切装置200时，首先选择合适的缝隙宽度用于适当地减小粒
子尺寸和增加粒子表面积。在实施方案中，这对于通过剪切和分散粒 子来增加催化剂表面积是有利的。
高剪切装置200被供应包括物料物流205的反应混合物。物料物 流205包含可分散相和连续相的乳液。乳液是指液化的混合物，该液 化混合物包含两个不容易混合和溶解在一起的可区分的物质(或相)。大 部分的乳液具有连续相(或基质)，连续相在其中保持另一个相或物质的 非连续的小滴、气泡和/或粒子。乳液可能非常粘，诸如浆料或糊状物， 或者可为具有被悬浮在液体中的微小气泡的泡沫。本文使用的术语"乳 液"涵盖了包含气泡的连续相，包含粒子(例如固体催化剂)的连续相， 包含液体小滴的连续相(该液体实质上不溶于连续相)，及其组合。
物料物流205可包含粒状固体催化剂组分。物料物流205被泵出 发生器220、 230、 240,从而使得形成了产品分散体210。在每个发生 器中，转子222、 223、 224相对于固定的定子227、 228、 229以高速 旋转。转子的旋转在转子222的外表面和定子227的内表面之间泵送 流体诸如物料物流205，产生局部化的高剪切条件。缝隙225、 235、 245产生高剪切力，其加工物料物流205。在转子和定子之间的高剪切 力起到的作用是加工物料物流205以产生产品分散体210。高剪切装置 200的每个发生器220、 230、 240具有可交换的转子-定子组合，如果 物料物流205包含气体则用于产生在产品分散体210中的所需气泡尺 寸的较窄分布，或者，如果物料物流205包含液体则产生在产品分散 体210中的液滴尺寸的较窄分布。
气体粒子或气泡在液体中的产品分散体210包括乳液。在实施方 案中，产品分散体210可包括先前不混溶的或不溶的气体、液体或固 体在连续相中的分散体。产品分散体210具有的平均气体粒子或气泡 的尺寸小于约1.5微米；优选气泡的直径为亚微米大小。在某些情况中， 平均气泡尺寸为约l.O微米至约0.1微米。或者，平均气泡尺寸小于约400纳米(0.4微米)，并最优选小于约IOO纳米(O.I微米)。
高剪切装置200产生在大气压力下能够保持被分散历时至少约15 分钟的气体乳液。为了本公开的目的，在产品分散体210的被分散相 中的、直径小于1.5微米的气体粒子或气泡的乳液可包括微泡沫。
不束缚于任何特定的理论，在乳液化学中已知的是，被分散在液 体中的亚微米粒子或气泡主要通过布朗运动效应进行运动。在由高剪 切装置200产生的产品分散体210的乳液中的气泡可具有更大的通过 固体催化剂粒子的界面层的移动性，从而通过反应物转运被增强而促 进和加速催化反应。
HSD 140的转子可被设定为在与如上所述的转子的直径和所需的 尖端速度相称的速度下旋转。由于并入高剪切装置200而降低了转运 阻力，从而使得反应速度增加至少约5%。或者，高剪切装置200包括 高剪切胶体磨，其充当速率加速反应器(ARR)。速率加速反应器包含单 级分散室。速率加速反应器包含多级串联的分散器，其含有至少两级。
高剪切装置的选择将根据处理量要求和在出口分散体210中的所 需的粒子或气泡尺寸的不同而异。在某些情况中，高剪切装置200包 括IKA Works, Inc. Wilmington, NC禾卩APV North America, Inc. Wilmington, MA的Dispax Reactor 。例如，IKA⑧型号DR 2000/4包括 皮带传动，4M发生器，PTFE密封圈，进口法兰l英寸清洁夹钳，出 口法兰3/4英寸清洁夹钳，2HP功率，7900 rpm的输出速度，约300-7001/h 的流量容力(水)(根据发生器的不同而异)，9.4-41m/sec(约1850 ft/min 到约8070 ft/min)的尖端速度。可获得具有不同的进口/出口接头、马力、 公称尖端速度、输出卬m和公称流量的可供选择的型号。
尽管不希望束缚于特定的理论，但是相信高剪切水平或程度足够 增加传质速率，并且还产生局部的非理想状态，这些状态使得基于吉
12布斯自由能理论预测时是不会发生的反应得以发生。局部的非理想条 件被认为在高剪切装置内发生，导致温度和压力增加，相信最显著增 加是局部压力。在高剪切装置内，压力和温度的增加是瞬间的和局部 的，并且当离开高剪切装置时迅速地恢复回到本体或平均系统条件。 在--些情况中，高剪切混合装置诱导具有足够强度的空化作用，从而 使反应物中一种或多种离解形成自由基，其可加强化学反应或使得反 应在比通常所需的严格程度更低的条件下发生。空化作用还通过产生 局部湍流度和液体微循环(声流)而增加输送过程的速率。关于在化学/
物理加工应用中采用空化现象的综述提供于Gogate等人的Cavitation: A technology on the horizon," Current Science 91 (No. 1): 35-46 (2006)。
本发明的系统和方法的某些实施方案的高剪切混合装置在被认为是空 化条件下操作，该空化状态有效地使枯烯裂解形成暴露于氧下的自由 基，用于形成氢过氧化枯烯产物。
氢过氧化枯烯的髙剪切生产的方法和系统
现在将参考图1所示的工艺流程图来描述本发明的高剪切氢过氧 化枯烯生产过程和系统。图2说明了用于生产氢过氧化枯烯(CHP)的代 表性高剪切系统(HSS) 100的基本组件。这些组件包括高剪切装置(HSD) 40、反应器10和泵5。图2中的虚线用于指出另外的可被并入到反应 器10、高剪切装置40和泵5之间的步骤。在某些实施方案中，虚线所 示步骤是任选的。
HSS 100可包含超过一个的高剪切装置40和超过一个的反应器 10。例如，HSS在每个反应器10的上游包含至少一个高剪切装置40。 枯烯可在多个反应器10中进行氧化。反应器10可被并联或串联布置。 在某些构造中，HSS 100包含约两个到约八个反应器10。 -
泵5用于提供贯穿整个高剪切系统100的受控流。泵5建立压力 并对高剪切装置40供料。泵5将泵进口液体物流21的压力增加到大 于约203 kPa，并且，作为替代，该压力大于约2025 kPa。泵进口物流
1321包含新鲜的枯烯25和被再循环的枯烯20，如下文所述的。在实施 方案中，从苯和丙烯反应生成新鲜的枯烯25，这是本领域技术人员已 知的。关于生产新鲜的枯烯物流25的合适的方法的描述可参见，例如， 美国专利申请2006/0281958,该文献作为参考被并入用于所有目的。
加压物流12离开泵5。增加的压力可用于加速反应。对于加压物 流12的限制因素是泵5和高剪切装置40的压力极限。优选泵5的所 有接触部分包括不锈钢。泵5可为任何合适的泵，例如，Roper 1型齿 轮泵，Roper Pump Company (Commerce Georgia)或Dayton Pressure Booster Pump型号2P372E, Dayton Electric Co (Niles， IL)。加压物流12 被供应给高剪切装置进口物流13。
可分散的气体物流22被注入加压物流12中用于生产CHP。枯烯 的氧化在含氧气体的存在下进行。为此目的，有可能使用任何纯的或 稀的氧源，诸如空气，任选地富含氧。在实施方案中，可分散的气体 物流22包括空气。或者，可分散的气体物流22包括氧气。在某些情 况中，可分散的气体物流22包括富氧空气。可分散的气体物流22和 加压物流12被单独地引入或混合以形成高剪切装置40的进口物料物 流13。可分散的气体物流22可被连续地供应到加压物流12中以形成 进口物料物流13。
如上详细讨论的，高剪切装置(HSD)40是这样一种机械装置，其 采用例如在定子和转子之间具有缝隙的转子-定子混合头。在实施方案 中，可串连使用若干个高剪切装置40。在HSD 40中，可分散的气体 物流22和加压物流12被高度分散以形成乳液，该乳液包含平均直径 小于约1.5微米的气体粒子或气泡；优选气泡直径为约亚微米大小。在 某些情况中，平均气泡直径为约l.O微米至约O.l微米。或者，平均气 泡直径小于约400纳米(0.4微米)，并最优选小于约100纳米(O.l微米)。
在某些情况中，高剪切装置40被并入到已确立的工艺中，从而使得产量增加(即处理量更大)。尽管不希望束缚于特定的理论，但是相信 高剪切水平或程度足够增加传质速率，并且还产生局部的非理想状态， 这些状态使得基于吉布斯自由能理论预测时是不会发生的反应得以发 生。局部的非理想条件被认为在高剪切装置内发生，导致温度和压力 增加，相信最显著增加是局部压力。在高剪切装置内，压力和温度的 增加是瞬间的和局部的，并且当离开高剪切装置时迅速地恢复回到本 体或平均系统条件。
乳液通过出口物流18离开HSD40。出口物流18被引入到反应器 进口物流19中。反应器进口物流19可经过加热或冷却以保持有效的 反应温度。反应器进口物流19进入反应器IO用于CHP的生产。在实 施方案中，CHP的生产在反应器10内继续进行。反应器IO可为本领 域技术人员已知的任何类型的被配置用于枯烯氧化的反应器，例如固 定床反应器。在实施方案中，枯烯氧化在无水条件下进行，并且反应 器10包含不溶性碱性介质例如吡啶树脂。
反应器IO可被配置用于保持高于约环境温度的温度。在某些情况 中，反应器压力可为约100kPa到约300 kPa。另外，反应器10被配置 为保持反应温度在约7(TC到12(TC温度。在一些实施方案中，温度为 约75'C到约90°C。注意到，反应温度在反应器10内可变化，并且在 某些情况中，当氢过氧化枯烯浓度增加时温度下降。可供选择的用于 保持反应器10内的反应温度的手段包括被布置在反应器10周围的热 夹套或盘管。、 .
为了保持有利的反应温度，HSS 100可包含换热器。合适的换热 器包括但不限于板式、盘管式以及壳式和管式设计。用于传热装置的 合适的位置为在反应器10和泵5之间；在泵5和HSD 40之间；在 HSD 40和反应器IO之间。
在某些情况中，HSS IOO包含第二进口物流15，其包含含水溶液。第二进口物流15可被直接注入或供给到反应器10中。在另外的情况 中，第二进口物流15可在可供选择的位置内被注入HSS 100内。第二 进口物流15包含选自碱金属和/或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐的中 和剂。优选地，中和剂选自碱金属的氢氧化物或碳酸盐，诸如，但不 限于，氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠，和碳酸钾。在第二进口物流15 中的中和剂的量为约lppb到约20ppb，优选为约2ppb到约10ppb。 例如，当中和剂包括氢氧化钠时，相对于被引入的枯烯的量而言，氢 氧化钠的量不超过约10ppb。在实施方案中，pH剂被注入，从而使得 反应混合物的pH保持在约pH 2到约pH 7，优选约pH 3到约pH 5。
在例如美国专利6,043,399 (其作为参考被全文并入本文用于所有 目的)中所述的中和剂可经由第二进口物流15被加入。或者，第二进 口物流15可包括氨，例如在美国专利6,620,974 (其全文被并入本文) 中所公开的。
反应器IO还包括气体进口 14用于引入含氧气体。从而，氧气增 强不混溶相的混合。 一般地，为了使相的混合最佳化，气体进口被布 置在反应器10的底部或附近。反应器IO还包括气体出口 17，其被配 置用于从反应器IO除去气体。从反应器经过气体出口 17被排出的气 体保持为低于约10%的氧气，优选2%到6.5%的氧气，以及最优选4.5% 到6.5%的氧气。气体出口 17连接至反应器IO用于排除含有未反应的 氧气、任何其它反应气体的气体和/或压力。气体出口 17可在反应器 IO的顶部空间开口。气体出口 17可包括压縮机，或本领域技术人员已 知其它的装置，以压縮从反应器IO被除去的气体。另外，气体出口 17 将气体再循环到高剪切装置40。再循环得自反应器10的未反应的气体 可用于进一步加速反应。
得自反应器10的产品物流16进入分离器30。分离器30包括过滤 装置，用于从产品物流16分离盐。分离器30除去先前在第二进口物 流15中被引入到反应器10内的痕量的碱金属盐。碱金属盐经由洗涤物流33从分离器30被除去，剩余的产物包括氧化物物流32。在其中 第二进口物流15包括氨的实施方案中，分离装置30可包括储槽，包 含洗漆物流33的含水化合物从包含氧化物32的有机化合物中被分离。 氧化物32可进行进--步的处理以便从氢过氧化枯烯中分离未反应的枯 烯，并且，如有必要，用于将枯烯过氧化物浓縮直到产品物流的含量 为约80到85%为止。氧化物32被注入汽化器35中用于在至少一个蒸 馏塔50中进行蒸馏。未反应的枯烯可从蒸馏塔50被回收，并且被回 收的枯烯可通过再循环物流20被再循环经过HSS 100。在再循环之前 可能有必要处理未反应的和被回收的枯烯20，以便除去任何杂质，特 别用于除去酸杂质。
CHP产品物流60包含浓度为约85%的CHP。经过浓縮的CHP产 品物流60可如本领域技术人员己知的那样被利用。例如，在实施方案 中，CHP产品物流60如本领域技术人员已知的那样被分解以生产酚和 丙酮。包含于CHP产品物流60中的CHP可被用于例如CHP与烷烃在 过渡金属卟啉催化剂存在下反应以制备清洁剂系列醇和/或酮的反应 中，如美国专利4,978,799和4,970,346所述。或者，CHP与垸烃在过 渡族金属催化剂存在下转化形成清洁剂系列醇和/或酮，如美国专利申 请2006/0094905所述。这些专利中的每一篇全文被并入本文用于所有 目的。
在实施方案中，不是所有的被引入到反应器10中的枯烯都转化为 CHP。一般地，枯烯的转化率为20wty。到40wtM，从而使得所形成的 CHP的裂解最小化。在气体出口上的冷凝器70被配置用于回收未反应 的枯烯，凭借其，被回收的枯烯可通过再循环物流20被再循环经过 HSS00。或者，未反应的枯烯可被注入包含氧的废气物流11中，以 从HSS100中除去。
在实施方案中，使用所公开的方法包括借助于高剪切装置40进行 反应物混合，使得通过枯烯氧化可更快地生产CHP。在实施方案中，
17所述方法包括在已确立的方法中并入高剪切装置40，从而使得与不使 用高剪切装置40进行操作的方法相比，前者通过更大的处理量能够增 加产量。由高剪切混合所提供的出色的溶解使得可降低操作压力，同 时保持或甚至增加反应速率。
在一些实施方案中，本文所述的系统和方法使得可进行比先前不 并入高剪切装置40的可能方法进行更小和/或更低的资本密集方法的 设计。在一些实施方案中，采用所公开的方法可能降低生产成本/增加 现有工艺的产出。或者，所公开的方法可降低新工艺设计的投资费用。
通过高剪切装置40施加的反应物的混合增强可能导致在所述方法 的一些实施方案中发生枯烯向氢过氧化枯烯的更大转化。另外，反应 物的混合被增强强化了高剪切系统100的工艺物流的处理量的增加。 在某些情况中，高剪切装置40被并入到已确立的工艺中，从而使得产 量增加(即处理量更大)。
尽管已经显示和描述了本发明的优选方案，但是可由本领域技术 人员对其进行修饰而不脱离本发明的精神和教导。本文所述的实施方 案只是示例性的，而非限制性的。本文所公开的本文的许多变体和修 饰是可能的并处于本发明的范围内。当清楚表明数值范围或限制时， 这些表述范围或限制应被理解为包括落入所明确表述的范围或限制内 的相同数量级的叠代范围和限制(例如约1至约10，包括2、 3、 4等； 大于0.10包括0.11、 0.12、 0.13等)。关于权利要求中任何要素使用 的术语"任选"是指题述要素是需要的或者是不需要的。二种选择意 在包含在权利要求书的范围内。使用更上位概念诸如包括、包含、具 有等，应被理解为对更狭义的术语诸如由…组成、基本上包含、实质 上包含等的支持。
因此，本发明的保护范围不受上述说明书的限制，而是只受权利 要求书的限制，该保护范围包括权利要求所述主题的所有的等价体。每个权利要求作为本发明的实施方案被并入本说明书中。因此，权利 要求书是进一步的描述并且是本发明的优选方案的附加。在现有技术 说明中对文献的讨论不是对本发明现有技术的承认，特别是出版日期 在本申请优先权日之后的任何文献。本文引用的所有的专利、专利申 请和出版物的公开作为参考并入本文，并入程度为它们为本文所述的 那些提供了示例性的、程序上的或其它详细的补充。
19
权利要求
1.生产氢过氧化枯烯的方法，该方法包括获得具有至少一个转子/定子组的高剪切装置，其被配置用于产生至少5m/s的尖端速度；形成枯烯和空气的乳液，其中所述空气包含平均直径小于约5微米的气泡；和将所述乳液引入到其中生成氢过氧化枯烯的反应器中。
2. 权利要求1的方法，其中形成乳液包括将空气和枯烯引入到高 剪切装置中。
3. 权利要求1的方法，其中所述乳液包含平均直径小于约1.5微米的气泡。
4. 权利要求3的方法，其中气泡具有小于约100纳米的平均直径。
5. 权利要求1的方法，其中高剪切装置被配置为具有大于约23 m/s的公称尖端速度。
6. 权利要求1的方法，其中所述高剪切装置被配置为在尖端处产 生至少约1000 MPa的局部压力。
7. 权利要求1的方法，包括使所述枯烯和气泡经历大于约 20，000s'1的剪切速率。
8. 权利要求1的方法，其中所述高剪切装置被配置用于至少1000 W/n^的能量消耗。
9. 权利要求l的方法，包括将水相引入到含有乳液的反应器中。
10. 权利要求9的方法，其中水相包含副产物中和剂。
11. 权利要求10的方法，其中副产物中和剂选自碱金属或碱土金属的氢氧化物和碳酸盐。
12. 权利要求10的方法，其中中和剂保持pH为约pH 2到约pH 7。
13. 权利要求10的方法，其中水相包含氨。
14. 权利要求1的方法，包括保持反应器在至少约75'C的温度。
15. 从枯烯的空气氧化生产氢过氧化枯烯的系统，该系统包含 位于高剪切装置上游的泵，该泵流体连接至高剪切装置进口； 高剪切装置，其产生空气在枯烯中的乳液，该乳液具有平均直径小于约1.5微米的气泡；和反应器，其被配置用于在至少约75"C的温度下进行枯烯的氧化和 氢过氧化枯烯的生产，该反应器流体连接至高剪切装置的出口。
16. 权利要求15的系统，其中高剪切装置包含具有大于55 m/s的 公称尖端速度的高剪切磨。
17. 权利要求15的系统，其中高剪切装置具有大于23 m/s的公称 尖端速度。
18. 权利要求15的系统，其中高剪切装置被配置为在尖端处产生 至少约1000 MPa的局部压力。
19. 权利要求16的系统，其中高剪切装置被配置为产生大于约 20,000sl的剪切速率。
20. 权利要求16的系统，其中高剪切装置被配置用于至少1000W/i^的能量消耗。
21. 权利要求16的系统，其中反应器被配置为使副产物中和剂起反应。
22. 权利要求21的系统，其中副产物中和剂选自碱金属或碱土金属的氢氧化物和碳酸盐。
23. 权利要求16的系统，其中反应器被配置为保持pH为约pH2到约pH 7。
全文摘要
本发明公开了在氢过氧化枯烯的生产方法中并入高剪切机械装置，其作为混合器/反应器装置，能够降低物质传递限制，从而增将氢过氧化枯烯的生产过程。本发明公开了从枯烯氧化生产氢过氧化枯烯的系统，该系统包含反应器和高剪切混合器，高剪切混合器的出口流体连接至反应器的进口；高剪切混合器能够提供空气气泡在液体内的分散体，该气泡具有小于约100微米的平均气泡直径。
文档编号C07C39/16GK101687785SQ200880021660
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月27日
发明者易卜拉西姆·巴盖尔扎德, 格雷戈里·博尔西格, 阿巴斯·哈桑, 阿齐兹·哈桑, 雷福德·G·安东尼 申请人:Hrd有限公司