一种微通道反应器合成环氧丙烷的方法与流程

本发明属于石油化工技术领域，涉及一种通过微通道反应器合成环氧丙烷的方法。

背景技术：

有高活性的氧化基存在的环氧丙烷是仅次于聚丙烯的第二大类丙烯衍生物，在当今化学工业中受到广泛应用。环氧丙烷是生产聚醚多元醇、异丙醇胺和羟丙基纤维素醚等的活性中间体，也广泛用于增塑剂、阻燃剂、破乳剂、乳化剂、润滑油等的原料之一。目前国内生产环氧丙烷的工艺方法包括：氯醇法、共氧化法、和过氧化氢直接氧化法(hppo法)。

氯醇法生产过程中废水、废渣排放量大，废水具有“五高”特点，设备易被腐蚀，该技术已经被很多欧美国家淘汰。已实现工业化的hppo工艺为钛硅分子筛催化双氧水氧化丙烯得到环氧丙烷。主要副反应包括：双氧水分解成氧气和水，环氧丙烷水解生成丙二醇、环氧丙烷与甲醇反应生成丙二醇甲醚等等。丙烯在空气中的爆炸极限为2％～11％，双氧水氧化丙烯制环氧丙烷反应的燃爆危险非常高。生产上为降低燃爆危险，通常需向反应器内通入稀释气氮气，同时还需要增加除氧设备，增加了投资及运行成本。而且在hppo法制环氧丙烷的固定床反应器中大多存在传热效果差、温度不均匀、器内反应温度难以控制等问题。

微化工技术是近年来兴起的用于制备农药、医药等化工中间体的通过过程强化实现绿色合成的一门新技术，通过改变流体传质、传热和流动特性来强化反应过程。微反应器的性能在温度控制、时间控制、安全控制方面有极大优势。微反应器具有体积小、绿色安全、副反应少、数增放大等特点，即通过增加微反应单元来实现量产，基本没有放大效应。

中国专利cn107216296a公了开一种在微通道反应器内制备环氧丙烷的方法。将丙烯在微通道反应器内，在气相与氢、氧原位化合产生的过氧化氢接触，在催化剂的作用下直接生成环氧丙烷。在100℃，0.5mpa条件下，进入反应区的四种气体的流速比为h2:o2:c3h6:n2＝5:5:5:10(ml/min)，测得丙烯转化率8.2％，环氧丙烷选择性91.5％。该方法原料全部为为气相进料，但丙烯转化率低，氢气、丙烯与氧气直接接触易产生燃爆风险，且反应温度较高，造成运行成本高，能耗高。

因此，需要提供一种新的微通道反应器合成环氧丙烷的方法以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可解决现有技术合成环氧丙烷中存在的有燃爆危险、传热效果差、非均相进料、双氧水转化率低、环氧丙烷收率低的问题的方法。

本发明涉及一种通过填充式微通道装置，使丙烯、双氧水、甲醇溶液保持均相进料，通过微通道混合器、预热器、反应器制备环氧丙烷的方法。

一种微通道反应器合成环氧丙烷的方法，它包括如下步骤：

(1)将液态丙烯、双氧水溶液、甲醇溶液同时泵入微通道混合器中；

(2)通过步骤(1)混合后，将均相混合液送入微通道预热器；

(3)通过步骤(2)中微通道预热器预热后再将混合液送入微通道反应器反应；

(4)反应产物经产物冷却器冷却后送入产物分离罐，分离后气相放空，液相进入产物收集罐。

上述步骤(1)中双氧水：丙烯：甲醇摩尔比为1：(1～3)：(10～15)；

所述双氧水溶液的浓度为50％、所述甲醇溶液的浓度为99.5％～99.9％。

上述步骤(2)中的微通道预热器可控制混合液温度，所述微通道预热器的温度为25～80℃；

上述步骤(3)中的微通道中混合液的流速与微通道反应器中催化剂体积的比值为0.25～6min^-1；

上述步骤(3)中的微通道反应器中填充的催化剂为ts-1钛硅分子筛催化剂；

上述步骤(3)中所述反应的温度为25～80℃；

产物分离罐上通过背压阀控制反应压力，所述压力为1.0～4.0mpa。

所述的甲醇溶液还可以用乙醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇、异丁酮、丙酮、乙腈中的至少一种或几种混合物替代。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)反应原料为均相进料，接触充分，混合均匀，为丙烯环氧化提供良好环境，双氧水转化率高，环氧丙烷收率高；

(2)比表面积大，传质速率高，接触时间短，副产物少，降低了醇、醚类等副产物选择性。燃爆危险大大降低，本质安全度高；

(3)快速，直接放大。不需要对微反应器的尺度进行放大，只需要增加板块数量，占地小，投资省，效率高，可直接放大用于工业生产；

(4)操作性好，安全性高。微反应系统便携性好，可实现使用地分散建设；持液量小，大量热量可及时移走，最大程度减少发生事故的可能性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图中，1为丙烯，2为双氧水溶液，3为甲醇溶液，4为微通道混合器，5为微通道预热器，6为微通道反应器，7为产物冷却器，8为产物分离罐，9为背压阀，10为产物收集罐。

具体实施方式

本发明下述实施例中所用的双氧水溶液的浓度为50％、甲醇溶液的浓度为99.5％，催化剂为ts-1钛硅分子筛催化剂。

实施例1

将液态丙烯1、双氧水溶液2、甲醇溶液3同时泵入微通道混合器4中，控制双氧水：丙烯：甲醇摩尔比为1:2:12，混合后将均相混合液送入微通道预热器5中，控制预热器温度为60℃。在反应温度60℃，反应压力3.0mpa下(通过设置于产物分离罐10上的背压阀9控制反应压力)，将预热后的混合液送入微通道反应器6进行反应。其中混合液的流速为30ml/min，反应器中催化剂体积5ml。得到的反应产物经产物冷却器7冷却后送入产物分离罐8，分离后气相产物放空，液相产物收集进入产物收集罐10。分析结果为：双氧水转化率98.4％，环氧丙烷收率94.6％。

实施例2

将液态丙烯1、双氧水溶液2、甲醇溶液3同时泵入微通道混合器4中，控制双氧水：丙烯：甲醇摩尔比为1:2:12，混合后将均相混合液送入微通道预热器5中，控制预热器温度为80℃。在反应温度80℃，反应压力4.0mpa下，将预热后的混合液送入微通道反应器6进行反应。其中混合液的流速为30ml/min，，反应器中催化剂体积120ml。反应后收集反应液，分析结果为：双氧水转化率99.5％，环氧丙烷收率93.4％。

实施例3～8

反应流程参照实施例1所述，改变反应中双氧水-丙烯-甲醇摩尔比、预热器温度、反应温度、反应压力、混合液流速、催化剂体积，双氧水转化率及环氧丙烷的收率如下(下表中hp代表双氧水，p代表丙烯，ma代表甲醇，po代表环氧丙烷)：

对比例1

将液态丙烯1、双氧水溶液2、甲醇溶液3同时泵入微通道混合器4中，控制双氧水：丙烯：甲醇摩尔比为2:3:10，混合后将非均相混合液送入微通道预热器5中，控制预热器温度为30℃。在反应温度30℃，反应压力3.0mpa下，将预热后的混合液送入微通道反应器6进行反应。其中混合液的流速为60ml/min，反应器中催化剂体积60ml。反应后收集反应液，分析结果为：双氧水转化率97.5％，环氧丙烷收率90.8％。

对比例2

将液态丙烯1、双氧水溶液2、甲醇溶液3同时泵入微通道混合器4中，控制双氧水：丙烯：甲醇摩尔比为2:4:15，混合后将非均相混合液送入微通道预热器5中，控制预热器温度为30℃。在反应温度30℃，反应压力3.0mpa下，将预热后的混合液送入微通道反应器6进行反应。其中混合液的流速为60ml/min，反应器中催化剂体积60ml。反应后收集反应液，分析结果为：双氧水转化率97.3％，环氧丙烷收率91.4％。

本发明所述内容并不仅限于本发明所述实施例内容。

本文中应用了具体个例对本发明结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。