本发明涉及化工节能降耗,具体为一种膜混合技术制备环氧丙烷的方法。
背景技术:
1、膜混合技术以多孔膜材料为核心,通过微纳米孔道将气/液相反应物分散成大量微气泡或液滴,可以快速实现反应物之间的高效混合。膜混合是一项新型混合技术。在现阶段,膜混合技术多用于强化多相催化反应。
2、目前世界上环氧丙烷(po)工业化生产方法主要是氯醇法、共氧化法和过氧化氢直接氧化法(hppo法)和氧气直接氧化法等。前三种方法,已经成功进行了工业化。氯醇法存在设备腐蚀严重、消耗大量氯气、含氯废水对环境污染严重等缺点。共氧化法有流程长、投资大、联产品多的缺点。以双氧水为氧化剂,氧化丙烯制环氧丙烷的方法,耗能低,污染小,有很好的工业化前景。丙烯双氧水直接氧化法(hppo法)工艺以丙烯、双氧水为原料,以甲醇为溶剂生产环氧丙烷,产品质量好,仅副产少量丙二醇及丙二醇醚。与其他工艺相比,hppo法具有装置设计简单、环境友好、生产过程中只产生终端产品环氧丙烷和水、副产品只有少量丙二醇等优点。
3、hppo工艺环氧丙烷生产装置的核心环节是在溶剂甲醇和催化剂的作用下,使丙烯与双氧水发生环氧化反应,生成环氧丙烷。然而,在这一过程中,现有的技术难题在于双氧水与丙烯不互溶,反应效率受到两者混合效果的制约。传统的混合器在混合效果上存在局限,这成为了进一步提高反应效率的瓶颈。
4、为提高双氧水转化率、保证环氧化反应效率,现有hppo工艺中,一般采用大量甲醇作为溶剂,促使双氧水与丙烯混合,甲醇与双氧水质量比一般超过6:1。同时通过丙烯反应物过量的方式保证过氧化氢达到较高的转化率,hppo工艺中丙烯与双氧水质量比一般超过3.7:1,并利用大量的催化剂确保双氧水完全参与反应,必要时还需设置第二反应器。大量的甲醇及过量的丙烯需通过精馏等分离手段回收利用,极大的提高了hppo工艺能耗。
5、现有hppo工艺中双氧水与丙烯混合效果不佳,导致反应效率低,以及需要大量甲醇作为溶剂和过量的丙烯及催化剂来确保反应完全进行,从而增加能耗。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决现有hppo工艺中双氧水与丙烯混合效果不佳,导致反应效率低,以及需要大量甲醇作为溶剂和过量的丙烯及催化剂来确保反应完全进行,从而增加能耗的问题。
2、一种膜混合技术制备环氧丙烷的方法,其特征在于:包括以下步骤,
3、步骤一:膜材料选型;
4、步骤二:干燥定型;
5、步骤三:选择膜管;
6、步骤四:膜混合器设计;
7、步骤五:双氧水与丙烯混合;
8、步骤六:膜混合器连续相、分散相分别进料;
9、步骤七:膜混合器布置;
10、步骤八:环氧化反应。
11、优选的,步骤一:膜材料选型;
12、用于hppo工艺的膜材料,α-al2o3陶瓷管为载体,在其上涂覆mxene材料,以形成原始的湿mxene膜;
13、步骤二:干燥定型;
14、将步骤一制备的膜在55~60℃下持续干燥2~3小时,经冷却后制得膜混合材料;
15、步骤三:选择膜管;
16、用于hppo工艺的膜管,微孔孔径选择在200-500nm;
17、步骤四:膜混合器设计;
18、膜混合器整体呈管壳式结构,膜混合器包括内管、外管和密封垫,内管为设计制作的膜管,膜管内径8mm、外径12mm,外管为不锈钢材质;
19、步骤五:双氧水与丙烯混合;
20、内管和外管之间距离为4-6mm,以便分散相分布,外管与内管之间通过密封垫做密封处理,以强化混合过程;
21、步骤六:双氧水与丙烯混合;
22、首先甲醇与双氧水按2.9~5.8:1混合,混合液作为连续相进入膜管管内,其次,丙烯作为分散相由膜混合器侧向进料,进入膜混合器中,在膜的作用下实现甲醇与双氧水混合液和丙烯两者的混合;
23、步骤七:膜混合器布置;
24、膜混合器垂直布置,双氧水与甲醇连续相由下向上进料,丙烯分散相由膜混合器下部侧向进料;
25、步骤八:环氧化反应;
26、反应器采用hppo工艺列管式固定床反应器,反应压力3mpag,反应温度25-30℃,催化剂为钛硅分子筛催化剂;
27、反应过程中,双氧水进料空速控制0.18~0.45/h,丙烯进料空速控制0.44~1.33/h。
28、与现有技术相比,本发明的技术效果和优点是:
29、本发明通过引入新型膜混合技术,通过筛选合适的膜材料,设计一种能够有效促进双氧水与丙烯混合的膜混合装置,优化双氧水与丙烯的混合过程,提高双氧水与丙烯的接触面积和混合均匀度,从而提升环氧化反应的效率,减少甲醇溶剂和丙烯及催化剂的用量,进一步降低生产过程中的能耗和排放。旨在提高反应效率,降低能耗,实现更环保、更高效的环氧丙烷生产过程。
30、通过本发明的实施,期望能够解决现有技术中的关键问题,实现环氧丙烷生产的高效、环保和可持续发展,为相关行业的技术进步和产业升级提供有力支持。
1.一种膜混合技术制备环氧丙烷的方法,其特征在于:包括以下步骤,
2.根据权利要求1所述的一种膜混合技术制备环氧丙烷的方法,其特征在于: