專利名稱：用于生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于采用蒽醌衍生物自氧化技術(shù)生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備，其中包括通入了氫的催化氫化器、加入了含有氧流體，尤其是空氣的氧化器、加入了水的提取器和用于將在至少一種有機溶劑的溶液中含有至少一種蒽醌衍生物的工作溶液連續(xù)地加入到氫化器、氧化器和提取器中，最后再循環(huán)到氫化器的裝置。
下面所給的壓力是相對壓力(或者超大氣壓)。
上述設(shè)備通常用于生產(chǎn)過氧化氫的市售溶液。這種設(shè)備的實例被載于Kirk Othmer的“Encyclopedia of Chemical Technology”，第3版，第17卷。
主要出于與運輸和貯存費用有關(guān)的經(jīng)濟上的原因(參見ProcessEconomic Report No.68B，Hydrogen Peroxide，March 1992，Chapter VI，SRIinternationa1)，這些溶液的過氧化氫濃度必需盡可能的高，即濃度大于35％，更常見地濃度是60％或者70重量％。
為了制備這些濃縮的市售過氧化氫溶液，進行本方法以便在提取器的出口回收其中過氧化氫濃度盡可能地高，同時保持在工作溶液/過氧化氫水溶液的混合物的爆炸范圍之外的溶液。在這方面，專利申請FR-A-2228717指出從提取器出來的所述水溶液中過氧化氫濃度不能高于600g/l，即50重量％的過氧化氫。高于此值的過氧化氫濃度據(jù)記載可能會引起爆炸反應(yīng)。
為了獲得高度濃縮的過氧化氫水溶液，可采用上述自氧化設(shè)備的操作參數(shù)，以便采用整個設(shè)備中過氧化氫等同量盡可能高，例如過氧化氫等同量高于11g/l，或者甚至更高的工作溶液。因此，專利申請FR-A-2086166推薦采用能夠在氧化反應(yīng)之后生產(chǎn)出每升約含16g過氧化氫的工作溶液。因此在氧化器的進口處過氧化氫等同量至少是16g/l。但是，采用過氧化氫等同量高的常規(guī)設(shè)備存在許多缺點。它們通常需要采用高的氧化溫度。這些溫度是防止具有高等同量過氧化氫的工作溶液發(fā)生結(jié)晶所必需的。與此有關(guān)的參考見“Techniques de l′Ingenieur”chapter“Peroxyded′hydrogene”，J.6020，該文指出氧化溫度必需在60和80℃之間。
在這些設(shè)備中存在的另一個缺點是工作溶液快速分解。
另外，這些常規(guī)設(shè)備對即使是非常小量水的存在都非常敏感，這些水會被偶然地加入到氧化器或者加入到連接氧化器和提取器的管道中。在此，水與被氧化的工作溶液反應(yīng)，可能引起爆炸反應(yīng)。
另外，為了降低在氧化器中爆炸的危險，必需采用“堆積的”無規(guī)則填充物(例如拉西圈)。這些填充物在與氣-液接觸有關(guān)的范圍內(nèi)具有良好的特性，但是它們使用費用昂貴，而且在氧化器中占據(jù)很大的空間。進-步說，這些填充物有留存固體雜質(zhì)的趨勢。因此，當(dāng)再次起動時，該設(shè)備極易受到相當(dāng)大量的雜質(zhì)，特別是金屬雜質(zhì)突然進入提取器所造成的影響，這對于該設(shè)備的這個部分是危險的。
本發(fā)明的目的在于防止上述不利情況的發(fā)生。
更具體的說，本發(fā)明的目的在于提供一種用于采用自氧化技術(shù)生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備，其從在實際工業(yè)條件下的資金、操作費用和安全性方面考慮是極其適用的。特別是，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使在被特定設(shè)備如紙漿生產(chǎn)設(shè)備所采用的地點直接生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備。
為此，本發(fā)明的主題是一種用于采用蒽醌衍生物的自氧化技術(shù)生產(chǎn)過氧化氫的上述類型的設(shè)備，其特征在于為稀釋從氫化器產(chǎn)生的工作溶液而設(shè)置了裝置。
根據(jù)特定的實施方案，該設(shè)備可以包括一個或者多個下列特征-稀釋裝置，包括用于使一部分從提取器出來的工作溶液不通過氫化器而旁路進入氧化器的裝置；-裝配旁路裝置以便從提取器出來的工作溶液的15-45％體積旁路進入氧化器；-裝配旁路裝置以便從提取器出來的工作溶液的1/3體積旁路進入氧化器；-裝配氫化器以便在出口產(chǎn)生其中過氧化氫等同量為8-15的工作溶液；
-在氫化器出口處過氧化氫的等同量為9-12；-用于混合從氫化器出來的被還原的工作溶液和直接從提取器出來的被氧化的工作溶液，作為直接將所得的混合物輸送到氧化器的裝置；-設(shè)置旁路裝置和混合裝置以便在氧化器的進口得到其中過氧化氫等同量為7-9的工作溶液；-旁路裝置，包括在連接提取器出口和氫化器進口的用于循環(huán)被氧化的工作溶液的管道和連接氫化器出口和氧化器進口的用于將工作溶液加入到氧化器中的管道之間設(shè)置的旁路管道；-在用于循環(huán)被氧化的工作溶液的管道和用于將工作溶液加入到氧化器中的管道之間設(shè)置熱交換器，并且其中所說的旁路管道與交換器的循環(huán)管道上游和交換器的進料管道下游連接；-氧化器包括裝有用于氣-液接觸的裝置的外殼，其至少部分地由單孔盤或者類似于蒸餾塔板的盤，或者組織化的填充物，特別是交叉波紋狀的填充物組成。
通過閱讀下面僅僅作為實施例給出并參考附圖的說明，能夠更好地理解本發(fā)明，其中-

圖1圖示本發(fā)明用于生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備；-圖2以透視的形式圖示裝配了交叉波紋狀填充物的氧化器一部分的總體布置；和-圖3以放大透視的形式表示圖2的填充物組件的結(jié)構(gòu)。
示于圖1的設(shè)備包括三個主要的塔狀的裝置單元催化氫化器1、逆流氧化器2和水提取器3。它也可包括許多與這三個單元相關(guān)的裝置的零件，其中只有部分被表示出來。用于再循環(huán)含氫氣體混合物的增壓器-冷凝器單元4與氫化器相連。過濾器6、泵7、熱交換器8、混合器9和水冷凝器10在用于往氧化器2中加入工作溶液的連接氫化器1的出口12和氧化器2的上進口13的管道11上串聯(lián)在一起。該設(shè)備還可另外包括與氧化器相連的塔頂冷凝器14和空氣壓縮機15、將氧化器2的底部與提取器3的底部相連的盡可能短的管道16、和聚結(jié)器18以及用于循環(huán)工作溶液的泵19。
圖1還表示了用于往氫化器中加入補充氫的管道20、用于往壓縮機15中加入空氣的管道21、用于往提取器13中加入軟化水的管道22、從提取器3的底部開始到消耗同樣濃度的過氧化氫的設(shè)備24結(jié)束的用于導(dǎo)出過氧化氫的管道23、以及帶有泵19并將聚結(jié)器18的出口與氫化器1的底部通過熱交換器8相連的用于循環(huán)工作溶液的管道25。
在循環(huán)管道25和混合器9之間設(shè)置旁路管道26。將交換器8的上游配裝在循環(huán)管道25上。
與過氧化氫生產(chǎn)設(shè)備處在同一場所的設(shè)備24尤其可以是用于漂白紙漿的設(shè)備。
用于生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備包括多臺其它本領(lǐng)域公知但沒有表示出的裝置，例如用于再生工作溶液分解產(chǎn)物的、用于添加催化劑的、用于回收溶劑的裝置等。
在操作中，將由至少一種蒽醌衍生物和至少一種有機溶劑組成的被氧化的工作溶液的一部分通過與泵19的輸出相連的循環(huán)管道25加入到氫化器1的底部，并且將含氫的氣流也通到該氫化器的底部。該氣流一方面包括從氫化器的頂部抽出的和通過增壓器-冷凝器單元4再循環(huán)的氣流，另一方面還包括經(jīng)管道20輸送的補充氫氣。
這部分被氧化的工作溶液因此而被部分的還原。將由泵7經(jīng)過濾器6從氫化器的底部抽出的被還原的溶液含有氫醌衍生物(例如80％的四氫化蒽氫醌和20％的蒽氫醌)。
組成工作溶液的蒽醌衍生物優(yōu)選自2-烷基-9，10-蒽醌，其中烷基取代基含1到5個碳原子，如甲基、乙基、仲丁基、叔丁基、叔戊基或者異戊基衍生物和相應(yīng)的5，6，7，8-四氫衍生物，或者選自二烷基-9，10-蒽醌，其中烷基取代基是相同的或不同的，它們含有1到5個碳原子，如甲基、乙基、叔丁基的基團，例如1，3-二甲基、1，4-二甲基、2，3-二甲基、2，7-二甲基、1，3-二乙基、2，7-二-叔丁基、2-乙基-6-叔丁基和相應(yīng)的5，6，7，8-四氫衍生物。組成工作溶液的有機溶劑優(yōu)選是非極性化合物和極性化合物的混合物。該非極性化合物優(yōu)選沸點高于140℃的主要含有至少有9個碳原子的芳香烴的石油餾份，如三甲基苯異構(gòu)體、四甲基苯異構(gòu)體、叔丁基苯、甲基萘異構(gòu)體和二甲基萘異構(gòu)體。該極性化合物優(yōu)選自優(yōu)選含有7到11個碳原子的飽和醇，如二異丁基甲醇、3，5，5-三甲基己醇、異庚醇、羧酸酯，如以商品名“ Sextate”市售的乙酸甲基環(huán)己酯、乙酸庚酯、苯甲酸丁酯、庚酸乙酯、磷酸酯如磷酸三丁酯、磷酸三(2-乙基丁基)酯、磷酸三(2-乙基己基)酯和磷酸三(正辛基)酯，以及四取代的脲如四-正丁基脲。
“過氧化氫等同量”是指如果該階段的產(chǎn)率是100％的活，則氧化器出口處一升工作溶液中所含的過氧化氫的量，以克表示。該過氧化氫的質(zhì)量濃度相當(dāng)于摩爾濃度，該摩爾濃度等于在工作溶液中所有可再次氧化的蒽氫醌類物質(zhì)的摩爾濃度的。它一方面取決于開始時工作溶液中蒽氫醌類物質(zhì)的濃度，另一方面取決于在氫化器1中的氫化反應(yīng)條件，以及被還原的工作溶液的視需要而進行的稀釋操作。
在目前情況下，氫化反應(yīng)是在50-70℃的溫度下、氫化器液面上氣體的壓力約為0.8-1.5巴(控制氫流速的壓力)的情況下完成，并且通過調(diào)節(jié)給定濃度的蒽醌類物質(zhì)在氫化器中的停留時間將在氫化器1的出口12的過氧化氫等同量調(diào)整到約8-15g/l，優(yōu)選約9-12g/l的值。
將從氫化器抽出的被還原的工作溶液在6過濾以除去所有痕量催化劑，再在8中冷卻。接著在混合器9中用另一部分從旁路管道26流出的并且其中過氧化氫等同量接近于0的部分被氧化的工作溶液稀釋。這部分工作溶液相當(dāng)于從提取器3出來的全部工作溶液的約15-45％體積，并優(yōu)選約1/3體積。將這部分被氧化的工作溶液不通過氫化器1直接送到氧化器2。調(diào)節(jié)旁路管道26中的流速以便使在混合器9出口處得到的工作溶液的過氧化氫等同量約為7-9。
在混合器9的出口得到的工作溶液是由例如約2/3在氫化器中被部分還原的溶液和約1/3從提取器3以被氧化的形式直接出來的溶液的混合物組成，將這種工作溶液接著在10中冷卻至約35-40℃。在氧化器的液面上將氣體的壓力保持在2-4巴。將由在9中混合產(chǎn)生的基本上被還原的工作溶液在2中氧化，將從氧化器中出來的頂部流體在14中部分地冷凝。
將通過氧化反應(yīng)形成的過氧化氫以每單位體積被氧化的工作溶液的量從氧化器的底部抽出，該量等于在氧化器進口13處過氧化氫等同量與氧化器效率的乘積。將該液體借助于推動壓差通過管道16直接輸送到在稍高于大氣壓的情況下操作的提取器3的底部。液-液提取是在提取器中通過在提取器的頂部加入軟化水來完成。
將過氧化氫水溶液從提取器的底部抽出，將其過氧化氫濃度調(diào)節(jié)到其可直接用于使用設(shè)備24所需的值。在所涉及的實施例中，當(dāng)設(shè)備24是用于漂白紙漿的設(shè)備時，將過氧化氫的濃度選擇為低于15重量％，例如為5-12重量％。
將從過氧化氫分離出來的工作溶液從提取器3的頂部抽出，其中已去除了在聚結(jié)器18中夾帶的液相液滴。將該溶液的一部分通過泵19輸送到熱交換器8中，它在其中被加熱并且由此循環(huán)到氫化器1的底部。將其它部分通過旁路管道26輸送到混合器9中。
氧化器2包括裝有組織化的填充物、或者單孔盤或者蒸餾塔板狀的盤的外殼，這就是說每個部分均帶有液封、用于使形成的氣泡通過該液封的孔和用于使液體從一個盤流到另一個盤的降液管裝置，要不就是組織化填充物和這類盤的結(jié)合體。
組織化填充物在其所在的位置優(yōu)選是所謂的“交叉波紋”狀的。
圖2表示裝有這種填充物的氧化器的標(biāo)準(zhǔn)部分的總體布置。該標(biāo)準(zhǔn)部分主要包括圓柱型外殼27，其中一般圓柱形的填充物組件28是相疊的。
每個“交叉波紋”狀的組件28包括呈傾斜波紋狀的普通長方形的薄片29的組合件，該波紋優(yōu)選斷面是三角形的。該波紋傾斜的方向是從一個薄片向另一個薄片逆轉(zhuǎn)，這在圖3中可清楚地看出。
所有單個組件的薄片均以平行豎直面的形式放置并且具有相同的高度。另一方面，它們的長度或者水平寬度從是最外層薄片時的最小值增大到是中間薄片時的最大值，再減小到是另一個最外層薄片時的同樣的最小值。因此，當(dāng)所有薄片相互擠壓時，就能夠得到普通圓柱狀的組件28，其輪廓在圖2表示。
在每個面上，每個薄片包括構(gòu)筑許多傾斜槽的波紋的波峰30和波紋的波谷31。
薄片的一個面的波峰接觸相鄰薄片相對面的波峰，形成多個相交點；這些相交點促使流體之間的擴散和接觸。另外，出于同樣的目的，每個組件28與下一個組件呈90°角傾斜，如圖2所示，并且每個薄片包括多個孔，其沒有表示出來。
此處描述的設(shè)備采用高效氫化器1。假定只有一部分的工作溶液(約為2/3體積)在氫化器中被處理，氫化器的大小可以相對于其中全部工作溶液在氫化器中進行加工的設(shè)備的氫化器相應(yīng)減小。進一步說，加入到氫化器中的工作溶液具有相當(dāng)高的所給濃度的蒽醌類物質(zhì)，這樣就容易進行氫化反應(yīng)。這就可能使過氧化氫等同量達(dá)到8-15。
在混合器9中完成混合的結(jié)果，是往氧化器2中加入其中過氧化氫等同量為7-9的工作溶液。這個與用于已知設(shè)備的值相比比較低的值限制了氧化器中的溫度而排除了溶液結(jié)晶的任何危險。進一步說，在氧化器中的低溫導(dǎo)致在氣體液面上的有機物蒸汽的分壓低(例如低于2600帕，優(yōu)選低于1300帕)。這樣在氧化器中所含的混合物就具有了充分地遠(yuǎn)離爆炸條件的特征。
同樣的優(yōu)點可適用于管道16和提取器3，在二者中限制了在水中能夠形成過氧化氫的物料的濃度，或者過氧化氫的濃度。
盡管上述“交叉波紋狀”填充物從將上升氣體分離成細(xì)微氣泡的角度說性能較差，但在所述的設(shè)備中從氣-液交換和從安全性的角度來看是合適的。實際上，由于氧化器在遠(yuǎn)低于在那些采用蒽醌衍生物的自氧化技術(shù)生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備中所用的普通溫度范圍的溫度范圍(在頂部約為35-40℃，在底部約為45-50℃)內(nèi)工作，在氧化器中爆炸的危險由于在氧和溶劑蒸汽之間的接觸而大大減小了，即使是在氧化器的底部也是如此。
由采用這種交叉波紋狀填充物而產(chǎn)生的主要優(yōu)點在于它明顯地傾向于比通常用于氧化器的“堆積的”無規(guī)填充物留存更少的固體雜質(zhì)的事實。
上述說明也適用于采用促使在氧化器2中進行氣-液接觸的盤。
應(yīng)進一步注意到的是在效率相同的基礎(chǔ)上，“交叉波紋狀”填充物與盤同樣地比堆積的無規(guī)填充物占據(jù)更小的空間，這就減小了氧化器的體積。另外，在采用盤的情況下，在氧化器每個高度的反應(yīng)可以通過明智選擇盤之間的距離而得以最佳化。
進一步說，由比較低的氧化反應(yīng)溫度帶來的另一個優(yōu)點是可以在氧化器中絕對安全地采用富氧空氣，甚至是純氧，來減少溶液在氧化器中的停留時間。實際上，當(dāng)停留時間較短時，該單元的大小就可進一步減小，并且工作溶液的分解產(chǎn)物的量也會較少。
在此所述的設(shè)備可采用用于稀釋從氫化器中出來的被還原的工作溶液的循環(huán)管道旁路。也可以采用其它合適的設(shè)備。
權(quán)利要求
1.用于采用蒽醌衍生物的自氧化技術(shù)生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備，其中包括通入了氫的催化氫化器(1)、加入了含有氧，尤其是空氣的流體的氧化器(2)、加入了水的提取器(3)和用于使在至少一種有機溶劑的溶液中含有至少一種蒽醌衍生物的工作溶液連續(xù)進入氫化器(1)、進入氧化器(2)、再進入提取器(3)，然后循環(huán)到氫化器(1)的裝置(7，16，19)，其特征在于設(shè)置裝置(9，26)來稀釋從氫化器(1)中出來的工作溶液。
2.權(quán)利要求1的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于用于稀釋的裝置包括用于使一部分從提取器(3)出來的工作溶液在不使該部分溶液通過氫化器(1)的條件下旁路進入氧化器(2)的裝置(26)。
3.權(quán)利要求2的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于用于旁路的裝置(26)用于使15％-45％體積的從提取器(3)出來的工作溶液旁路進入氧化器(2)。
4.權(quán)利要求2的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于用于旁路的裝置(26)用于使1/3體積的從提取器(3)出來的工作溶液旁路進入氧化器(2)。
5.前面任意一個權(quán)利要求的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于氫化器(1)是用于在出口生產(chǎn)過氧化氫等同量為8-15的工作溶液。
6.權(quán)利要求5的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于在氫化器(1)的出口過氧化氫等同量為9-12。
7.前面任意一個權(quán)利要求的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于裝置(9)是為了混合從氫化器(1)出來的被還原的工作溶液和直接從提取器(3)出來的被氧化的工作溶液而設(shè)置的，而裝置(11)是為了將形成的混合物直接輸送到氧化器(2)中而設(shè)置的。
8.權(quán)利要求7所說的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于其中旁路裝置(26)和混合裝置(9)是用于在氧化器(2)的入口(13)得到過氧化氫等同量為7-9的工作溶液。
9.權(quán)利要求2-8中任意一個的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于旁路裝置包括設(shè)置在用于循環(huán)被氧化的工作溶液、連接提取器(3)的出口和氫化器(1)的進口的管道(25)和用于往氧化器(2)中加入工作溶液的連接氫化器(1)的出口(12)和氧化器(2)的進口(13)的管道(11)之間設(shè)置的旁路管道(26)。
10.權(quán)利要求9的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于熱交換器(8)設(shè)置在用于循環(huán)被氧化的工作溶液的管道(25)和用于往氧化器(2)中加入工作溶液的管道(11)之間，并且所說的旁路管道(26)連接在交換器(8)的循環(huán)管道(25)上游，同時連接在交換器(8)的進料管道(11)的下游。
11.前面任意一個權(quán)利要求的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于氧化器(2)包括裝有用于氣-液接觸的裝置的外殼，至少部分是由單孔盤或者類似于蒸餾塔板的盤或者組織化的填充物，特別是交叉波紋狀填充物(28)組成。
全文摘要
一種用于采用蒽醌衍生物的自氧化反應(yīng)來生產(chǎn)過氧化氫的設(shè)備,包括通入了氫的催化氫化器(1)、加入了含有氧,尤其是空氣的流體的氧化器(2)、加入了水的提取器(3)和用于使在至少一種有機溶液的溶液中含有至少一種蒽醌衍生物的工作溶液連續(xù)進入氫化器(1)、進入氧化器(2)、再進入提取器(3),然后循環(huán)到氫化器(1)的裝置(7,16,19)。裝置(9,26)是為了將至少一部分來自提取器(3)的工作溶液輸送到氧化器(2)以便使其旁路經(jīng)過氫化器(1)而設(shè)置的。該設(shè)備適用于在紙漿漂白工廠就地生產(chǎn)過氧化氫。
文檔編號D21C9/16GK1176628SQ9619221
公開日1998年3月18日 申請日期1996年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月28日
發(fā)明者H·萊登 申請人:凱默夏爾公司