一种浆态床内环流反应装置及应用和生产过氧化氢的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种浆态床环流反应器及其应用方法，更具体地说，涉及一种适用于 蒽醌法生产过氧化氢工艺中氢化过程的浆态床反应器和一种生产过氧化氢的方法。
【背景技术】
[0002] 过氧化氢是一种重要的无机化工原料，它广泛应用于造纸、纺织、化学品合成、军 工、电子、食品加工、医药、化妆品、环境保护、冶金等诸多领域。过氧化氢分解后产生水和氧 气，对环境无二次污染，是一种绿色化学品。目前国内外普遍采用蒽醌法进行过氧化氢的生 产。蒽醌法生产过氧化氢是以蒽醌衍生物作为工作载体，在催化剂的作用下，用氢气将溶解 在有机溶剂中的蒽醌衍生物氢化，生成相应的氢蒽醌。然后，氢蒽醌氧化生成过氧化氢和蒽 醌衍生物。最后，用水萃取有机溶剂中的过氧化氢得到一定浓度的过氧化氢水溶液作为产 品，含有蒽醌衍生物和有机溶剂的工作液则被循环使用。其中，蒽醌氢化过程的效率直接决 定过氧化氢的产量和浓度，对整个过氧化氢的生产具有决定意义。目前国内在蒽醌氢化过 程中最常用的是下流式固定床反应器，即滴流床反应器，但是固定床反应器存在催化剂利 用效率低、反应选择性低、床层内温度分布不均匀、催化剂局部持液量大和工作液降解严重 的问题。采用固定床反应器进行氢化过程，氢效一般仅为6?7g/L Sfta。而采用气液并流 向上运动的反应器是进行蒽醌衍生物氢化过程的最佳选择。此类反应器包括管式悬浮床 反应器、鼓泡床反应器和浆态床反应器。在气液两相并流向上流动的过程中，工作液和氢蒽 醌混合溶液作为连续相，而氢气（或氢气与惰性气体混合气）作为分散相，既可以提高工作 液的处理量和催化剂的利用率，增加蒽醌转化率，又克服了固定床催化剂床层局部持液量 大，温度分布不均造成的工作液降解的问题。国外新建的大型过氧化氢生产装置一般采用 上流式流化床进行氢化反应，氢效一般可达12g/L 以上。
[0003] US4428923公开了一种蒽醌法生产过氧化氢的管式悬浮床氢化反应器系统，反应 器成迂回管体系，水平管和垂直管之间由弯头连接，各段管具有相同的通称直径。管外有 套管供加热和冷却用，氢化过程就在该反应器中进行。工作液与氢气进入氢化器之前，先 经一文丘里混合器预混，催化剂随着工作液一起连续流动，工作液与氢气进行反应，在反 应后经过一分离器，将催化剂与氢化液进行初步的分离；分离后还得使用一专用的氢化液 过滤器将氢化液与催化剂再次分离，氢化效率为12g/L Sfta。
[0004] CN1298369A提供了一种鼓泡床反应器。反应器优选为立式鼓泡塔，反应器中至少 部分的包含水力直径介于1至1〇_的通孔或流道构件，通常为床层、针织物、开孔泡沫体或 填料，通常为与Sulzer BX填料类似的结构，以供工作液或氢气通过。保证流道构件的侧壁 粗糙度为催化剂平均粒径的〇. 5至5倍，工作液和气相由反应器下部一起进入反应器，在催 化剂作用下进行加氢反应，反应后进入固液分离装置进行氢化液与催化剂的分离。该反应 系统可以进行间歇和连续两种方式的操作，氢化效率可达15g/L Sfta以上。
[0005] CN1817838A公开了一种适用于蒽醌工作液氢化的流化床反应器。该反应器主体分 为上下两部分，下部为氢化反应主体区域，上部具有扩大段结构利于气液分离，反应器内部 为空塔，氢化效率可达9. 9g/LSfta。
[0006] 对比上述反应器，浆态床反应器由于催化剂颗粒直径很小(一般为几十微米或者 更小)，消除了催化剂内扩散的影响，具有很高的反应比表面和活性，可以大大减少催化剂 的用量，同时反应器内部具有更均匀的流动状态，因此具有良好的技术发展前景。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种浆态床内环流反应装置及其应用，该浆态床 内环流反应装置适用于气液固三相反应。
[0008] 本发明要解决的另一技术问题是提供一种生产过氧化氢方法，加氢单元采用浆态 床内环流反应器，加氢效率高，可提高过氧化氢的收率和浓度。
[0009] -种浆态床内环流反应装置，包括浆态床反应器和固液分离器，浆态床反应器上 部与固液分离器上部连通，浆态床反应器底部与固液分离器底部连通；所述的浆态床反应 器内设置同轴的内套筒，所述的浆态床反应器上部，在内套筒与浆态床反应器外壁之间设 置外套筒；所述的内套筒内、底部设置原料入口和流体分布器，所述的浆态床反应器顶部设 置气体出口，所述的固液分离器内设置过滤组件，并经过滤组件在固液分离器壁设置清液 出口。
[0010] 本发明提供的浆态床反应装置的有益效果为：
[0011] 本发明提供的浆态床反应装置的浆态床反应器主题内设置内套筒，使反应物流在 内套筒内外形成内循环流动，从而使反应物流内的催化剂和气体分布和温度分布更均匀， 提高了催化剂的利用率。在反应器顶部浆液与气体分离快，通过流体的内循环，大部分催化 剂颗粒留在浆态床反应器内，减轻了进入固液分离器中的催化剂颗粒浓度及后续分离的操 作负担，降低了催化剂磨损的几率。从反应器顶部循环回到反应器底部的浆液与新鲜反应 物混合，提高了反应器底部催化剂的浓度，有利于新鲜反应物的快速反应，反应器上设置催 化剂细粉和失活催化剂取出口和新鲜催化剂补充口，可以在不停工的情况下，定期向反应 器内补充催化剂，延长反应器的操作周期。本发明提供的浆态床反应装置适用于蒽醌法生 产过氧化氢的工作液氢化过程。
[0012] 一种制备过氧化氢的方法，采用上述的浆态床反应装置，工作液和含氢气体由底 部进入浆态床反应器的内套筒底部，与内套筒内的浆液混合沿内套筒向上流动，在加氢催 化剂存在下，工作液与氢气反应，经内套筒顶部进入浆态床反应器上部，由于流速降低进行 气液分离，气体由气体出口排出，脱气后的浆液沿内套筒之外的空隙向下流动，富含催化剂 的氢化液在反应器底部重新回到内套筒内进行反应，部分浆液在浆态床反应器上部进入分 离器内经过滤组件进行固液分离，分离出的液相经清液出口出装置为氢化液；氢化液在氧 化反应器中与氧气反应得到含有过氧化氢的氧化液；氧化液在萃取塔中萃取分离得到过氧 化氢溶液和工作液。
[0013] 本发明提供的方法中，所述的浆态床反应器内的反应温度为35-80°C、优选 55-75°C ;压力为 0? 1-0. 5MPa、优选 0? 2-0. 3MPa。
[0014] 本发明提供的制备过氧化氢的方法的有益效果为：
[0015] 在本发明提供的浆态床反应器内，工作液中的蒽醌衍生物在反应器内套筒内进行 加氢反应，得到氢蒽醌。流体从反应器顶部经内套筒与浆态床反应器之间的空隙向下流动， 重新进入内套筒的内循环定向流动，可消除流动死区。使反应器内流体实现完全混合，使反 应器内工作液浓度和温度分布更均匀，避免了催化剂局部持液量过大，降低了过度加氢的 可能性，从而有效的提高了氢效，进而能提高萃取操作后过氧化氢产品的浓度。采用内设过 滤组件的固液分离器，提高固液分离通量和精度。为了提高过滤精度，还可以设置二级或三 级固液分离器，以确保后续氧化操作的安全性。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明提供的内循环浆态床反应装置的结构示意图。
[0017] 图2为水力离心器的结构示意图。
[0018] 图3为水力离心器的另一种实施方式的结构示意图。
[0019] 其中：1_浆态床反应器；2-内套筒；3-外套筒；4-水力离心器；5、6_流体分布器； 7-气泡；8-催化剂；9-固液分离器；10-过滤组件；11-二级过滤器；12-气体原料入口； 13-液体原料入口； 14-气体出口； 15-清液出口； 16-滤饼卸出口； 17-二级过滤器清液出 口；18-催化剂卸出口；19-催化剂加入口；20-水力离心器与内套筒连接管；21-水力离心 器流体导流通道。
【具体实施方式】
[0020] 以下详细说明本发明的【具体实施方式】，其中，说明书中提到的容器的"上部"是指 由上至下容器的0-50%的位置，容器的"下部"是指由上至下容器的50%_100%的位置，容器 的"底部"是指由上至下容器的90%_100%的位置，容器的"顶部"是指由上至下容器的0-10% 的位置。
[0021] 本发明提供的一种浆态床内环流反应装置，包括浆态床反应器和固液分离器，浆 态床反应器上部与固液分离器上部连通，浆态床反应器底部与固液分离器底部连通；所述 的浆态床反应器内设置同轴的内套筒，所述的浆态床反应器上部，在内套筒与浆态床反应 器外壁之间设置外套筒，所述的内套筒内，在底部设置原料入口和流体分布器，所述的浆态 床反应器顶部设置气体出口，所述的固液分离器内