本發明涉及一種加氫反應與分離工藝，特別是一種蒽醌法流化床鈀催化加氫反應生產雙氧水的反應與分離工藝，屬于化工清潔生產技術。

背景技術：

雙氧水又稱為過氧化氫（Hydrogen peroxide），是一種無色透明的液體強氧化劑，其水溶液為無色透明液體，溶于水、醇、乙醚，不溶于苯、石油醚；純過氧化氫是淡藍色的粘稠液體。過氧化氫有物體表面消毒、化工生產、除去異味等功能，水溶液適用于傷口消毒及環境、食品消毒。工業上生產雙氧水的方法主要有兩種：電解法和蒽醌法。電解法所得產品較純，但能耗很高，且消耗鉑金，生產成本高，同時由于單個電解槽的生產能力有限，因此該方法受到嚴重制約，逐漸退出市場。目前工業上常用的雙氧水生產方法為固定床蒽醌法，其生產工藝是：在固定床反應器內，在鈀觸媒存在下，將溶于有機溶劑中的烷基蒽醌氫化，得到相應的烷基氫蒽醌，再經氧化, 即生成H₂O₂，同時烷基氫蒽醌又變回烷基蒽醌。生成的H₂O₂用純水萃取, 即得產品， 萃余的烷基蒽醌溶液經處理后，可循環使用。該法主要反應如下：

蒽醌法的優點是能耗低、環保、安全性好，同時適合于大規模生產。但在固定床催化加氫反應過程中，由于催化劑處于固定不動狀態，反應物料與催化劑的接觸面積受到限制，氫化反應效率低，產品收率低；還存在偏流溝流等現象而導致反應不均衡，副反應和副產物多，雙氧水產品品質受到影響，催化劑的有效利用率低，運行成本高，且一次性投放催化劑量大，催化劑不能隨時更換。鑒于此，對蒽醌法進行工藝改進，具有重要意義。

技術實現要素：

本發明的目的是針對蒽醌法固定床生產雙氧水工藝存在的不足，提供一種蒽醌法生產雙氧水的流化床加氫反應與分離工藝。

本發明的目的還在于提供一種蒽醌法生產雙氧水的流化床加氫反應與分離裝置。

本發明解決其技術問題采取的方案是這樣的，一種蒽醌法生產雙氧水的流化床加氫反應與分離工藝，包括以下步驟：

（1）加氫反應

向裝有鈀催化劑的流化床反應器內連續加入工作液和氫氣，鈀觸媒催化劑根據生產情況通過催化劑加料口在線補加加入，在催化劑的作用下，發生加氫反應得到氫化液與催化劑的混合溶液；

其中，工作液是由反應物質和溶劑組成的混合溶液，反應物質為烷基蒽醌，通常為2-乙基蒽醌EAQ或2-戊基蒽醌PAQ；溶劑為極性溶劑和非極性溶劑的混合溶液，非極性溶劑通常為重芳烴（C9）、重芳烴（C10）的混合物或者其中的一種溶劑；極性溶劑通常為磷酸三辛酯TOP、醋酸甲基環己酯MCA、四丁基脲TBU、二異丁基甲醇DIBC的混合物或其中一種或幾種物質的混合溶劑；

（2）氫氣與工作液分離

在加氫反應過程中，一部分夾帶著少量工作液的未反應的氫氣從流化床反應器上部溢出，經循環氣分離器分離出夾帶的工作液后，在循環壓縮機的作用下，返回流化床反應器內參與加氫反應；分離出的工作液送入流化床反應器內；

（3）氫化液與催化劑分離

在流化床反應器內，反應后得到的氫化液與催化劑的混合溶液通過內置膜分離器進行過濾，過濾后的氫化清液流出流化床反應器進入氫化清液儲罐，催化劑被截留在流化床反應器內繼續參與反應；

（4）膜分離器的反沖

在流化床反應器內，在氫化液與催化劑分離過程中，利用氫化清液儲罐中的部分氫化清液經反沖泵間隔一段時間對內置膜分離器進行反沖，以保障膜分離的連續運行；

當內置膜分離器經過反沖膜通量經過長時間生產運行后不能達到工藝要求時，可取出進行再生，反應漿液切換至外置膜分離器進行過濾，氫化清液經外置膜分離器清液管路至氫化清液儲罐，催化劑漿液經催化劑進口循環回流化床反應器內繼續參與反應。

本發明的工藝，步驟（1）中控制反應器內溫度38℃～60℃，壓力0.1～0.4Mpa。

本發明的工藝，步驟（2）中，循環壓縮機的操作壓力為0.20～0.35MPa，氣體被壓縮冷卻至25℃～45℃，進入流化床反應器

本發明的工藝，步驟（3）中，膜分離器的過濾壓力為0.1～0.4MPa；膜分離器中的膜元件為金屬膜，金屬膜的過濾精度為0.1～5μm。

本發明的工藝，步驟（4）中，每間隔10～30min對膜分離器反沖一次，反沖時間為10～30s，反沖壓力為0.40～0.50Mpa；外置膜分離器的反沖條件與內置膜分離器相同。

本發明給出的一種蒽醌法生產雙氧水的流化床加氫反應與分離裝置，由流化床加氫反應器和外部管路組成，反應器頂端設有氣體出口，中部設有氫化清液出口和外置膜分離器漿液出口，下部設有催化劑加料口，底部設有氫氣進口和工作液進口，反應器內頂部設有除霧器，中部設有導流筒和膜分離器，膜分離器以膜堆形式均布在導流筒四周外側，膜堆通過支架與罐體內壁固定連接，膜堆上端高度位于導流筒頂端以下，膜堆下端位于導流筒底端以上，導流筒內下部設有氣液分布器，為環形管形狀，環形管底側設有斜向下的小孔，氣液分布器外緣直徑小于導流筒內徑。外部管路包括未反應的氫氣循環管路、外置膜分離器分離管路和反沖管路，未反應的氫氣循環管路上設有循環氣分離器和循環壓縮機，外置膜分離器分離管路漿液循環包括外置膜分離器，通過管路與流化床反應器上的外置膜分離器漿液出口和催化劑加料口連通；反沖管路上設有反沖泵，通過管路與氫化清液儲罐、內置膜分離器清液管路和外置膜分離器清液管路相連。

流化床反應器內上部為氣液分離區，中下部為反應分離區，可以確保大量的工作液不隨未反應的氫氣溢出。

氣液分布器為環形管狀，環形管下側壁設有孔口斜向下的小孔。

本發明取得的有益效果如下：

本發明采用流化床反應器，反應物料與催化劑混合均勻，催化劑、工作液的有效利用率高，氫化效率9～18g/L；物料混合均勻，反應均一性好，副反應少，產品品質高；未反應的氫氣可循環再利用，氫氣消耗低，利用率高，降低生產成本；催化劑一次投放量小，資金占用小；催化劑可在不影響生產的情況下通過在線連續補加來調滿足生產要求。流化床加氫反應器內置膜分離器，通過原料的連續加入及反應產物的連續采出，可實現反應和分離的連續穩定運行；反應與分離裝置結構簡單，容易制作。

附圖說明

圖1是流化床加氫反應器的結構示意圖。

圖2是蒽醌法生產雙氧水的流化床加氫反應與分離裝置的安裝示意圖。

圖3是膜分離器在流化床加氫反應器內的分布示意圖。

圖中各標號代表的含義如下：

1、流化床加氫反應器 2、內置膜分離器 3、清液出口 4、膜分離器漿液出口 5、除霧器 6、氣體出口 7、導流筒 8、工作液進口 9、氫氣進口 10、氣液分布器 11、催化劑加料口 21、氫化清液儲罐 22、外置膜分離器清液管路 23、外置膜分離器 24、循環氣分離器 25、循環壓縮機 26、內置膜分離器清液管路 27、反沖泵。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明的工藝和裝置做進一步說明。

參照圖1、圖2、圖3，本發明工藝過程包括如下步驟：

實施例1

（1）加氫反應

向流化床加氫反應器1內，以2-乙基蒽醌EAQ、重芳烴AR（C9/C10）以及四丁基脲TBU配制成的工作液以15m3/h的流速經工作液進口10連續加入，純度為99.99%的氫氣以110Nm3/h的流速經氫氣進口9連續加入，反應器內，氫氣和工作液經氣液分布器10混勻后沿導流筒7內向上移動，鈀觸媒催化劑經催化劑加料口11加入，控制催化劑的濃度為3.5～4.5%，控制流化床加氫反應器1內的溫度為38℃～60℃，壓力為0.1～0.4MPa，氫氣和工作液在向上移動過程中與催化劑接觸，在催化劑的作用下發生加氫反應得到氫化液和催化劑的混合溶液；

（2）氫氣與工作液分離

在加氫反應過程中，在反應器上部，氣液混合物進行氣液分離后，夾帶少量工作液的未反應的氫氣經除霧器5從氣體出口6經循環氣分離器24分離出夾帶的工作液后在循環壓縮機25的作用下返回流化床加氫反應器1內參與加氫反應，分離出的工作液送入反應器內；

循環壓縮機25的操作壓力為0.20～0.35MPa，氣體被壓縮冷卻至25℃～45℃后進入流化床加氫反應器1內；

（3）氫化液與催化劑分離

在流化床加氫反應器1內，反應后的氫化液和催化劑的混合溶液在導流筒7外側通過內置膜分離器2進行過濾，過濾后的氫化清液以18m3/h的流速經清液出口3流出流化床加氫反應器1進入氫化清液儲罐21，催化劑被截留在流化床加氫反應器1內繼續參與反應；

其中，膜分離器2的過濾壓力為0.1～0.4Mpa，膜分離器2中的膜元件為金屬膜，金屬膜的過濾精度為0.1～5μm；

（4）膜分離器的反沖

在流化床加氫反應器1內，在膜分離器2的過濾過程中，利用氫化清液儲罐21中的部分氫化清液以3m3/h的流速經反沖泵27每隔10～30min對膜分離器2反沖一次，反沖時間為10～30s，反沖壓力為0.40～0.50MPa，從而保障膜分離器的連續運行。

當內置膜分離器2經過反沖膜通量也不能達到工藝要求時，可取出進行再生，反應漿液切換至外置膜分離器23進行過濾，氫化清液經外置膜分離器清液管路22至氫化清液儲罐21，催化劑漿液經催化劑進口11循環回流化床反應器內1繼續參與反應；外置膜分離器的膜元件與內置膜分離器相同，其反應條件也相同。

見圖1，2，3給出的一種蒽醌法生產雙氧水的流化床加氫反應與分離裝置，由流化床加氫反應器1和外部管路組成，反應器頂端設有氣體出口6，中部設有氫化清液出口3和外置膜分離器漿液出口4，下部設有催化劑加料口11，底部設有氫氣進口9和工作液進口8，反應器內頂部設有除霧器5，中部設有導流筒7和膜分離器2，膜分離器以膜堆形式均布在導流筒7四周外側，膜堆通過支架與罐體內壁固定連接，膜堆上端高度位于導流筒頂端以下，膜堆下端位于導流筒底端以上，導流筒內下部設有氣液分布器10，為環形管形狀，環形管底側設有斜向下的小孔，氣液分布器10外緣直徑小于導流筒7內徑；外部管路包括未反應的氫氣循環管路、外置膜分離器分離管路和反沖管路，未反應的氫氣循環管路上設有循環氣分離器12和循環壓縮機13，外置膜分離器分離管路漿液循環包括外置膜分離器23，通過管路與流化床反應器上的外置膜分離器漿液出口4和催化劑加料口11連通；反沖管路上設有反沖泵14，通過管路與氫化清液儲罐11、內置膜分離器清液管路26和外置膜分離器清液管路22相連。