生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，主要解決現(xiàn)有技術中反應器存在的傳熱效果差、催化劑層局部易發(fā)生“飛溫”現(xiàn)象、導致催化劑使用壽命縮短的問題。本發(fā)明通過采用一種生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，使用板式催化反應器，該反應器內(nèi)部以固定的間隔并列地排列多塊傳熱板，相鄰兩塊傳熱板的波形板凹面與凸面對置排列，形成一組傳熱板，該組傳熱板形成的內(nèi)部空間作為催化劑填充空間，所述該組傳熱板與相鄰的另一組傳熱板之間形成的空隙通道作為傳熱介質(zhì)流通空間，且相鄰兩組傳熱板交錯布置，每塊傳熱板的凸面結構為多邊形，邊數(shù)為2~8的技術方案較好地解決了上述問題，可用于環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)中。
【專利說明】生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法。
技術背景
[0003]化學工業(yè)是屬于知識和資金密集型的行業(yè)。隨著科學技術的發(fā)展，逐步發(fā)展為一個多行業(yè)、多品種的生產(chǎn)部門，出現(xiàn)了一大批綜合利用資源和規(guī)模大型化的化工企業(yè)；化學工業(yè)也是國民經(jīng)濟中的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一?；瘜W反應器是化工廠的核心部分，目前95%以上的化學反應是通過催化反應器來完成的。如:雙氧水法制環(huán)氧丙烷(簡稱HPPO法)工藝屬近幾年國際上剛剛進入工業(yè)化應用的節(jié)能環(huán)保型工藝技術；該技術中的雙氧水與丙烯在催化劑作用下的合成反應是環(huán)氧丙烷生產(chǎn)過程中的核心工藝，目前該工藝的反應過程是在列管內(nèi)裝有鈦硅分子篩催化劑列管式固定床反應器中進行的。
[0004]CN 201220569603.X涉及了一種新型焊接式板式換熱器，它通過設置在正方形四角均有對稱凹進缺口的波紋板片，將相鄰兩板片互為旋轉90°，由于板束與邊框彎板直接焊接，減少了內(nèi)部空間，具有結構簡單緊湊、節(jié)能降耗等優(yōu)點；但此專利只涉及到換熱器的板式結構，無法在換熱板與換熱板之間填充催化劑，故不能在反應器方面得到應用。
[0005]CN 200380100785.X涉及一種新型板式催化反應器，通過高效率地控制催化劑層內(nèi)的溫度分布，提供可期待提高反應效果及延長催化劑壽命的板式催化反應器，但此專利采用圓弧或橢圓弧的波形板結構，雖然比列管式反應器有所進步，但是仍然存在化學反應過程中的傳熱困難，催化劑局部易發(fā)生“飛溫”現(xiàn)象，從而導致催化劑使用壽命縮短等問題。
`[0006]本發(fā)明有針對性的解決了該問題。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中采用固定床列管式反應器或圓弧/橢圓弧的波形板結構反應器存在的傳熱效果差、催化劑層局部易發(fā)生“飛溫”現(xiàn)象、導致催化劑使用壽命縮短的問題，提供一種新的生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法。該方法用于環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)中，具有傳熱效果好、“飛溫”現(xiàn)象少、催化劑使用壽命長的優(yōu)點。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:一種生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法丙烯、甲醇與助劑和雙氧水充分混合后進入板式催化反應器，與鈦硅分子篩催化劑接觸，在反應壓力以表壓計為0.5-4.0MPa、反應溫度為10-120°C下反應生成包括環(huán)氧丙烷的產(chǎn)品；其中，所述反應器內(nèi)部以固定的間隔并列地排列多塊傳熱板，相鄰兩塊傳熱板的波形板凹面與凸面對置排列，形成一組傳熱板，該組傳熱板形成的內(nèi)部空間作為催化劑填充空間，所述該組傳熱板與相鄰的另一組傳熱板之間形成的空隙通道作為傳熱介質(zhì)流通空間，且相鄰兩組傳熱板交錯布置，每塊傳熱板的凸面結構為多邊形，邊數(shù)為2-8。[0010]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述傳熱板通過焊接的方式固定在反應器壁上。
[0011 ] 上述技術方案中,優(yōu)選地,所述傳熱介質(zhì)流動方向與原料流動方向形成逆流。
[0012]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述每塊傳熱板的凸面或凹面結構為三角形、梯形、矩形、五邊形、六邊形中的一種，更優(yōu)選地為梯形或矩形。
[0013]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述每塊傳熱板除了在反應器壁焊接處接觸外，其它位置互不接觸。
[0014]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述催化劑填充空間與傳熱介質(zhì)流通空間通過換熱板實現(xiàn)隔離，傳熱介質(zhì)為水。
[0015]上述技術方案中，優(yōu)選地所述助劑選自氯化鋰、硝酸鈉、硫酸鉀、磷酸二氫銨中的至少一種；所述催化劑的TiO2 =SiO2為1:7-99。
[0016]上述技術方案中，優(yōu)選地所述板式催化反應器的反應壓力以表壓計為1.0-
3.0MPa、反應溫度為30-80°C。
[0017]上述技術方案中，優(yōu)選地所述丙烯、雙氧水、助劑、甲醇的摩爾比為1.5-2.5:1:
1.5-2.5:8-12。
[0018]本發(fā)明涉及的高傳熱效率的板式催化反應器能夠有效提高化學反應的傳熱效率，其設備傳熱阻力小、傳熱速率快，傳熱系數(shù)K值從現(xiàn)有技術的300-500 w/m2k提高1000-2000 w/m2k之間，減少“飛溫”現(xiàn) 象，防止催化劑局部過熱損傷，從而將現(xiàn)有技術催化劑的平均使用壽命從3.0年延長到4.0年，取得了較好的技術效果。
[0019]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。
[0021]圖1中I為雙氧水進料管線；2為丙烯進料管線；3為甲醇進料管線；4為助劑進料管線；5為傳熱介質(zhì)入口管線；6為傳熱介質(zhì)出口管線；7為環(huán)氧丙烷產(chǎn)品管線；8為混合器；9為靜態(tài)混合器；10為板式催化反應器；11為板式催化反應器原料入口 ；12為板式催化反應器產(chǎn)物出口 ；13為副產(chǎn)物管線。
[0022]圖2為本發(fā)明所述板式催化反應器的內(nèi)部橫向剖面結構示意圖。
[0023]圖2中1、2為傳熱板；3、4為催化劑填充空間；5為傳熱介質(zhì)流通空間；6為傳熱板組。
[0024]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。
[0025]
【具體實施方式】
[0026]【實施例1】
HPPO生產(chǎn)規(guī)模為10萬噸/年，采用鈦硅分子篩催化劑，TiO2: SiO2S 1:7。在板式催化反應器中，丙烯、雙氧水、助劑、甲醇的摩爾比為2:1:2:10流經(jīng)填滿催化劑的板片間進行充分的反應。助劑為氯化鋰。反應器內(nèi)部以固定的間隔并列地排列多塊傳熱板，相鄰兩塊傳熱板的波形板凹面與凸面對置排列，形成一組傳熱板，該組傳熱板形成的內(nèi)部空間作為催化劑填充空間，該組傳熱板與相鄰的另一組傳熱板之間形成的空隙通道作為傳熱介質(zhì)流通空間，且相鄰兩組傳熱板交錯布置。每塊傳熱板的凸面或凹面結構為梯形。循環(huán)冷卻水在傳熱介質(zhì)流通空間中與工藝物流方向逆向流動，有效的控制了反應溫度，避免“飛溫”現(xiàn)象，防止催化劑局部過熱損傷。板式催化反應器的反應壓力以表壓計為1.8MPa，催化反應器的反應溫度為65°C，反應的總傳熱系數(shù)K從原來的300 w/m2k提高到1000 w/m2k,催化劑的平均使用壽命延長到的3.9年。
[0027]【實施例2】
按照實施例1的方法，HPPO生產(chǎn)規(guī)模為20萬噸/年，采用鈦硅分子篩催化劑，TiO2: SiO2S 1:10，助劑為硝酸鈉。丙烯、雙氧水、助劑、甲醇的摩爾比為2:1:2:10，板式催化反應器的反應壓力以表壓計為1.1MPa，催化反應器的反應溫度為55°C，反應的總傳熱系數(shù)K從原來的300 w/m2k提高到1200 w/m2k，催化劑的平均使用壽命延長到3.9年。
[0028]【實施例3】
按照實施例2的方法，鈦硅分子篩催化劑的TiO2: SiO2S 1:20，助劑為硫酸鉀。丙烯、雙氧水、助劑、甲醇的摩爾 比為2:1:2:10，板式催化反應器的反應壓力以表壓計為3.0MPa,催化反應器的反應溫度為80°C，反應的總傳熱系數(shù)K從原來的400 w/m2k提高到1500 w/m2k，催化劑的平均使用壽命延長到4.0年。
[0029]【實施例4】
按照實施例2的方法，鈦硅分子篩催化劑的TiO2: SiO2S 1:40，助劑為磷酸二氫銨。丙烯、雙氧水、助劑、甲醇的摩爾比為2:1:2:10，板式催化反應器的反應壓力以表壓計為
4.0MPa,催化反應器的反應溫度為120°C，反應的總傳熱系數(shù)K從原來的400 w/m2k提高到1600 w/m2k，催化劑的平均使用壽命延長到4.1年。
[0030]【實施例5】
按照實施例2的方法，鈦硅分子篩催化劑的TiO2: SiO2為1:80，助劑為氯化鋰、硝酸鈉。丙烯、雙氧水、助劑、甲醇的摩爾比為2.5:1:2.5:12，板式催化反應器的反應壓力以表壓計為0.5MPa，催化反應器的反應溫度為10°C，反應的總傳熱系數(shù)K從原來的500 w/m2k提高到1800 w/m2k，催化劑的平均使用壽命延長到4.1年。
[0031]【實施例6】
按照實施例2的方法，鈦硅分子篩催化劑的TiO2: SiO2為1:99，助劑為硫酸鉀、磷酸二氫銨。丙烯、雙氧水、助劑、甲醇的摩爾比為1.5:1:1.5:8，板式催化反應器的反應壓力以表壓計為1.0MPa,催化反應器的反應溫度為30°C，反應的總傳熱系數(shù)K從原來的500 w/m2k提高到2000 w/m2k，催化劑的平均使用壽命延長到4.1年。
[0032]【比較例I】
按照實施例1所述的條件，由于HPPO工業(yè)裝置對催化劑裝填的特殊要求，無法使用圓弧或橢圓弧的波形板結構反應器。HPPO裝置采用固定床列管式反應器，其催化劑的平均使用壽命為3.0年。
【權利要求】
1.一種生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，丙烯、甲醇與助劑和雙氧水充分混合后進入板式催化反應器，與鈦硅分子篩催化劑接觸，在反應壓力以表壓計為0.5-4.0MPa、反應溫度為10-120°C下反應生成包括環(huán)氧丙烷的產(chǎn)品；其中，所述反應器內(nèi)部以固定的間隔并列地排列多塊傳熱板，相鄰兩塊傳熱板的波形板凹面與凸面對置排列，形成一組傳熱板，該組傳熱板形成的內(nèi)部空間作為催化劑填充空間，所述該組傳熱板與相鄰的另一組傳熱板之間形成的空隙通道作為傳熱介質(zhì)流通空間，且相鄰兩組傳熱板交錯布置，每塊傳熱板的凸面結構為多邊形，邊數(shù)為2-8。
2.根據(jù)權利要求1所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述傳熱板通過焊接的方式固定在反應器壁上。
3.根據(jù)權利要求1所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述傳熱介質(zhì)流動方向與原料流動方向形成逆流。
4.根據(jù)權利要求1所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述每塊傳熱板的凸面結構或凹面為三角形、梯形、矩形、五邊形、六邊形中的一種。
5.根據(jù)權利要求4所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述每塊傳熱板的凸面或凹面結構為梯形或矩形。
6.根據(jù)權利要求1所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述每塊傳熱板除了在反應器壁焊接處接觸外，其它位置互不接觸。
7.根據(jù)權利要求1所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述催化劑填充空間與傳熱介質(zhì)流通空間通過換熱板實現(xiàn)隔離，傳熱介質(zhì)為水。
8.根據(jù)權利要求1所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述助劑選自氯化鋰、硝酸鈉、硫酸鉀、磷酸二氫銨中的至少一種；所述催化劑的TiO2 =SiO2為1:7-99。
9.根據(jù)權利要求1所 述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述板式催化反應器的反應壓力以表壓計為1.0-3.0MPa、反應溫度為30-80°C。
10.根據(jù)權利要求1所述板式生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于所述丙烯、雙氧水、助齊?、甲醇的摩爾比為1.5-2.5:1:1.5-2.5:8-12。
【文檔編號】C07D303/04GK103450116SQ201310411768
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】楊建平, 葉志一, 白玫, 何琨 申請人:中石化上海工程有限公司, 中石化煉化工程（集團）股份有限公司