一種製備丙酮肟的裝置及方法

2023-06-12 00:58:41

專利名稱：一種製備丙酮肟的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種製備丙酮肟的裝置及方法，屬於化工技術領域。
背景技術：
丙酮肟別名二甲基酮肟，是一種性能優良的抗氧化劑、具有低毒性、環境友好及高還原性等特點，可作為一類重要的添加劑用於火力發電廠鍋爐酸洗後鈍化液及運行水中， 可替代具有強毒性的KH4用作鍋爐的除氧劑和緩蝕劑，也可作為有機合成中間體，是一種重要的化工原料。其傳統的生產工藝一般採用羥胺(硫酸羥胺或鹽酸羥胺)、丙酮和氨水反應合成丙酮肟，這些工藝一般採用漿態床反應器，該方法存在工藝複雜、副產品多、生產效率低、環境汙染嚴重等缺點。而目前研究的TS-I分子篩催化丙酮氨氧化生成丙酮肟的反應是一種環境友好的催化過程，具有工藝流程短、生產效率高、反應條件溫和等優點。據南京工業，大學學報(自然科學版)，2009，31(4)，74-78報導，採用了逐級優化的單因素實驗研究了鈦矽分子篩催化丙酮氨氧化反應條件優化，丙酮轉化率可達95%，丙酮肟選擇性為98%。而化學推進劑與高分子材料，2011,9(2), 67-69報導，以鈦矽分子篩為催化劑，過氧化氫和丙酮為原料，催化氨氧化合成丙酮肟，丙酮肟產率> 80 %，若採用氮氣對反應釜進行氣體置換， 可以提高丙酮肟產率，產率可達85%以上。CN1556096A公開了一種丙酮或丁酮氧化生產丙酮肟或丁酮肟的工藝，將丙酮或丁酮溶於異丙醇或叔丁醇中，再加入TS-I催化劑及氨水， 反應製得丙酮肟或丁酮肟，丙酮或丁酮轉化率達99%以上，丙酮肟或丁酮肟的選擇性可達 96%以上。在上述已公開的報導與專利中，TS-I分子篩催化丙酮氨氧化合成丙酮肟的反應都是採用傳統的粉末TS-I分子篩在漿態床中進行，雖然有較好的催化活性，但存在催化劑難以分離回收的問題，使得床層壓降較高，這些問題在大規模的實際應用中會堵塞催化劑活性位甚至堵塞反應器，會嚴重影響催化劑的活性和壽命。而整體式TS-I催化劑可以有效解決這些問題，目前在肟化反應中還沒有涉及到這種TS-I催化劑及反應裝置。本專利在上述文獻報導的基礎上，介紹了一種整體式TS-I催化劑製備丙酮肟的反應裝置及工藝。

發明內容
本發明針對目前粉末TS-I分子篩催化丙酮氨氧化合成丙酮肟研究中催化劑難以分離回收的問題而提供一種製備丙酮肟的裝置及方法，它具有工藝流程短、結構簡單、易於安裝、實用性強等特點。為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案予以實現—種製備丙酮肟的裝置，它包括冷凝器、整體反應器、外循環泵，所述整體反應器的上端與冷凝器的下端連接，所述整體反應器的下端分兩個支路，一個支路與取樣口相連， 一個支路與外循環泵入口相連。所述冷凝器，在冷凝器的左下側設有冷卻水入口，在冷凝器的頂部設有排氣口，在冷凝器的右上側設有冷卻水出口，所述冷凝器的下端與整體反應器的上端相連。所述整體反應器，其外殼為圓筒狀，由不鏽鋼材質製成，所述整體反應器內部從上到下依次設有噴頭、填料層、第一篩板、反應段、第二篩板和儲液區；在整體反應器的外部設有加熱裝置和原料入口，所述原料入口在加熱裝置的下方和儲液區的上側部；所述加熱裝置位於反應段的外部。所述噴頭位於整體反應器的上中部，其另一端固定於整體反應器的左上側，並與外循環泵的出口相連。所述填料層位於噴頭與第一篩板中間，由拉西環或球形填料構成。所述第一篩板位於填料層和反應段之間；所述第二篩板位於反應段和儲液區之間。所述反應段位於第一篩板和第二篩板之間，所述反應段內填充有3 10塊圓臺狀堇青石蜂窩陶瓷；所述堇青石蜂窩陶瓷以縱向疊加方式放置；所述堇青石蜂窩陶瓷的上底半徑為r，下底半徑為R，高為H，其r R H為1 1. 33 1 2. 5 3，單位m ；所述堇青石蜂窩陶瓷由若干正三角形或圓形直通孔道構成，正三角形邊長或圓孔直徑為0. 5-2mm ； 在所述的堇青石蜂窩陶瓷的多通道壁上或內部塗覆活性組分TS-I分子篩後構成整體式 TS-I催化劑，即在所述的堇青石蜂窩陶瓷上，塗覆活性組分鈦矽分子篩後構成整體式鈦矽分子篩催化劑，活性組分TS-I分子篩的塗敷量為載體堇青石蜂窩陶瓷質量的10 15%。所述外循環泵的入口與儲液區的出口相連，外循環泵的出口與噴頭相連。所述裝置製備丙酮肟的方法，它包括如下步驟首先用蠕動泵將原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 (1 3) (1 5) (1 2.4) (0.8 1.6)的比例由原料入口輸送至儲液區，之後，開啟外循環泵，用外循環泵將原料液輸送至整體反應器的噴頭，其液體空速為ο. ar1 ο. ητ1，開啟加熱裝置加熱至60 80°C，使原料液經填料層、反應段，並在反應段合成目的產物丙酮肟，丙酮肟和未反應的原料液再流入儲液區，如此循環反應，在反應過程中形成的蒸氣在冷凝器中冷卻回流到整體反應器內繼續反應，反應所生成的氫氣由冷凝器的排氣口排出，反應0. 5 4h後，打開閥門一，由取樣口取樣進行分析。本發明與現有技術相比具有的有益效果為①本發明可採用間歇循環操作，可以有效的提高反應的轉化率和選擇性。②本發明適用於整體式催化劑，可以有效利用催化活性組分，減少催化劑的磨損及流失，提高反應的催化效率，也可解決催化劑難以回收的問題。③本發明採用整體式TS-I催化劑，用於丙酮氨氧化反應，反應液以平推流形式流經反應段，使液固相可以充分接觸，有利於反應的進行。本發明的反應裝置中使用圓臺裝的載體，可避免反應過程中的壁流問題。總之，本發明提供了一種工藝流程短、結構簡單、易於安裝、實用性強的裝置及工藝，該發明即可解決傳統粉末催化劑的分離回收問題，也可解決其他液固相整體裝置中的壁流問題，因此有很好應用價值。


圖1是本發明製備丙酮肟的裝置示意圖。
圖2是為堇青石蜂窩陶瓷的橫向俯視圖。圖3是為堇青石蜂窩陶瓷的縱向剖面圖。圖中各部件說明1冷凝器；2進水口 ；3排氣口 ；4排水口 ；5噴頭；6填料層；7第一篩板；8反應段； 9加熱裝置；10整體反應器；11原料入口 ； 12第二篩板；13儲液區；14取樣口； 15閥門一； 16循環泵
具體實施例方式下面對本發明作進一步的詳細說明。如圖1、圖2、圖3，一種製備丙酮肟的裝置，它包括冷凝器1、整體反應器10、外循環泵16，所述整體反應器10的上端與冷凝器1的下端連接，所述整體反應器10的下端分兩個支路，一個支路與取樣口 14相連，一個支路與外循環泵16入口相連。所述冷凝器1，在冷凝器1的左下側設有冷卻水入口 2，在冷凝器1的頂部設有排氣口 3，在冷凝器1的右上側設有冷卻水出口 4，所述冷凝器1的下端與整體反應器10的上端相連。所述整體反應器10，其外殼為圓筒狀，由不鏽鋼材質製成；所述整體反應器10內部從上到下依次設有噴頭5，填料層6，第一篩板7，反應段8，第二篩板12和儲液區13 ；在整體反應器10的外部設有加熱裝置9和原料入口 11，所述原料入口 11在加熱裝置9的下方、儲液區13的上側部；所述加熱裝置9位於反應段8的外部。所述噴頭5位於整體反應器10的上中部，其另一端固定於整體反應器10的左上側，並與外循環泵16的出口相連。所述填料層6位於噴頭5與第一篩板7中間，由拉西環或球形填料構成。所述第一篩板7位於填料層6和反應段8之間；所述第二篩板12位於反應段8和儲液區13之間。所述反應段8位於第一篩板7和第二篩板12之間，填充有3 10塊圓臺狀堇青石蜂窩陶瓷；堇青石蜂窩陶瓷以縱向疊加方式放置；所述堇青石蜂窩陶瓷的上底半徑為r， 下底半徑為R，高為H，其中r R H為1 1.33 1 2. 5 3，單位m ；所述堇青石蜂窩陶瓷由大量的正三角形或圓形直通孔道構成，正三角形邊長或圓孔直徑為0. 5-2mm ；在所述的堇青石蜂窩陶瓷的多通道壁上或內部塗覆活性組分鈦矽分子篩後構成整體式鈦矽分子篩催化劑即整體式TS-I催化劑，活性組分TS-I分子篩的塗敷量為載體堇青石蜂窩陶瓷質量的10 15%。所述外循環泵16的入口與儲液區13的出口相連，外循環泵16的出口與噴頭5相連。所述裝置製備丙酮肟的方法，它包括如下步驟首先用蠕動泵將原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 (1 3) (1 5) (1 2.4) (0.8 1.6)的比例由原料入口 11輸送至儲液區13，之後， 開啟外循環泵16，用外循環泵16將原料液輸送至整體反應器10的噴頭5，其液體空速為 0. ar1 0. ^T1，開啟加熱裝置9加熱至60 80°C，使原料液經填料層6、反應段8，並在反應段8合成目的產物丙酮肟，丙酮肟和未反應的原料液再流入儲液區13，如此循環反應，在反應過程中形成的蒸氣在冷凝器1中冷卻回流到整體反應器10內繼續反應，反應所生成的氫氣由冷凝器1的排氣口 3排出，反應0. 5 4h後，打開閥門一 15，由取樣口 14取樣進行分析。實施例1在如圖1的裝置中製備丙酮肟，整體反應器10的反應段8中縱向疊放3塊整體式 TS-I催化劑；堇青石載體的特徵為上底半徑r 下底半徑R 高H為1.5 1 2. 5 ；每塊整體式TS-I催化劑其有效組分TS-I分子篩的塗敷量為載體質量的12% ；丙酮、叔丁醇、 水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 1.5 5 2 ^；液體空速為化日！^；反應溫度為 700C ；反應時間為池。丙酮轉化率為89%，丙酮肟的選擇性為79%。實施例2在如圖1的裝置中製備丙酮肟，整體反應器10的反應段8中縱向疊放4塊整體式 TS-I催化劑；堇青石載體的特徵為上底半徑r 下底半徑R 高H為1.5 1 2. 0 ；每塊整體式TS-I催化劑其有效組分TS-I分子篩的塗敷量為載體質量的12% ；丙酮、叔丁醇、 水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 1.5 5 2 ^；液體空速為化日！^；反應溫度為 700C ；反應時間為池。丙酮轉化率為92%，丙酮肟的選擇性為85%。實施例3在如圖1的裝置中製備丙酮肟，整體反應器10的反應段8中縱向疊放4塊整體式 TS-I催化劑；堇青石載體的特徵為上底半徑r 下底半徑R 高H為1.5 1 2. 0 ；每塊整體式TS-I催化劑其有效組分TS-I分子篩的塗敷量為載體質量的10% ；丙酮、叔丁醇、 水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 2 3 2.4 [日；液體空速為化日！^；反應溫度為 700C ；反應時間為池。丙酮轉化率為90%，丙酮肟的選擇性為82%。
權利要求
1.一種製備丙酮肟的裝置，它包括冷凝器(1)、整體反應器(10)、外循環泵(16)，所述整體反應器(10)的上端與冷凝器(1)的下端連接，所述整體反應器(10)的下端分兩個支路，一個支路與取樣口(14)相連，一個支路與外循環泵(16)入口相連；所述冷凝器(1)，在冷凝器(1)的左下側設有冷卻水入口 O)，在冷凝器(1)的頂部設有排氣口(3)，在冷凝器(1)的右上側設有冷卻水出口 G)，所述冷凝器(1)的下端與整體反應器(10)的上端相連；所述整體反應器(10)，其外殼為圓筒狀，由不鏽鋼材質製成，所述整體反應器(10)內部從上到下依次設有噴頭(5)、填料層(6)、第一篩板(7)、反應段(8)、第二篩板(1 和儲液區(13)；在整體反應器(10)的外部設有加熱裝置(9)和原料入口(11)，所述原料入口 (11)在加熱裝置(9)的下方和儲液區(1 的上側部；所述加熱裝置(9)位於反應段(8)的外部；所述噴頭(5)位於整體反應器(10)的上中部，其另一端固定於整體反應器(10)的左上側，並與外循環泵(16)的出口相連；所述填料層(6)位於噴頭(5)與第一篩板(7)中間，由拉西環或球形填料構成； 所述第一篩板(7)位於填料層(6)和反應段(8)之間；所述第二篩板(12)位於反應段 (8)和儲液區(13)之間；所述反應段(8)位於第一篩板(7)和第二篩板(12)之間，所述反應段(8)內填充有 3 10塊圓臺狀堇青石蜂窩陶瓷；所述堇青石蜂窩陶瓷以縱向疊加方式放置；所述堇青石蜂窩陶瓷的上底半徑為r，下底半徑為R，高為H，其r R H為1 1. 33 1 2. 5 3 ；所述堇青石蜂窩陶瓷由若干正三角形或圓形直通孔道構成，正三角形邊長或圓孔直徑為0. 5-2mm ；在所述的堇青石蜂窩陶瓷的多通道壁上或內部塗覆活性組分TS-I分子篩後構成整體式TS-I催化劑，所述活性組分TS-I分子篩的塗敷量為載體堇青石蜂窩陶瓷質量的 10 15% ；所述外循環泵(16)的入口與儲液區(13)的出口相連，外循環泵(16)的出口與噴頭 (5)相連。
2.一種使用權利要求1所述裝置製備丙酮肟的方法，其特徵是它包括如下步驟 首先用蠕動泵將原料液丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫按摩爾比為1 (1 3) (1 5) (1 2.4) (0.8 1.6)的比例由原料入口 11輸送至儲液區13，之後， 開啟外循環泵16，用外循環泵16將原料液輸送至整體反應器10的噴頭5，其液體空速為 0. 2h-l 0.幾-1，開啟加熱裝置9加熱至60 80°C，使原料液經填料層6、反應段8，並在反應段8合成目的產物丙酮肟，丙酮肟和未反應的原料液再流入儲液區13，如此循環反應， 在反應過程中形成的蒸氣在冷凝器1中冷卻回流到整體反應器10內繼續反應，反應所生成的氫氣由冷凝器1的排氣口 3排出，反應0. 5 4h後，打開閥門一 15，由取樣口 14取樣進行分析。
全文摘要
本發明屬化工技術領域，涉及一種製備丙酮肟的裝置及方法，它以丙酮、叔丁醇、水、氨水和過氧化氫為原料，以整體式TS-1分子篩為催化劑(整體式鈦矽分子篩為催化劑)，以液固相丙酮氨氧化反應合成丙酮肟。本發明裝置包括包括冷凝器、整體反應器、外循環泵；在整體反應器中裝載有圓臺狀堇青石為載體合成的整體式TS-1催化劑(整體式鈦矽分子篩為催化劑)來製備丙酮肟，該裝置中使用的圓臺狀堇青石載體，可有效的避免壁流現象，從而大大提高催化劑的活性和反應器的催化效率，本發明還可以解決傳統粉末催化劑難以回收的問題，具有廣闊的市場應用前景。
文檔編號B01J8/00GK102500284SQ20111037454
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者張雲, 張向京, 王媛媛, 郝叢, 馬瑞平 申請人:河北科技大學