[发明专利]多层反应器和它的用途以及制备过氧化氢的方法

说明书

本发明涉及一种其中的气体组分在悬浮于液相中的固体的存在下发生反应的方法。本发明还涉及实施该方法的装置。更具体地说，本发明涉及利用悬浮于液相中的催化剂由氧气和氢气直接制备过氧化氢的装置和方法。

国际专利申请WO 96/05138和WO 92/04277披露，氢气和氧气可以在管状反应器中发生反应，其中存在高速循环的含水反应介质，包括悬浮的催化剂。这样，氢气和氧气以超过氢气可燃性极限的比例，即氢气对氧气的摩尔浓度比大于0.0416的比例分散在反应介质中(Enclopédie des Gaz[气体百科全书]-Air Liquide，909页)。只要氢气和氧气保持小气泡的形式，这种方法就是安全的。另外，为了获得合理的气体反应物转化，管状反应器的长度必须相当长，而且不得不包括很多弯管。在这些条件下，确保不形成气囊是困难的。此外，含水反应介质循环的任何中断都会导致爆炸性的连续的气相出现。

欧洲专利申请EP 579109公开了氢气和氧气可以在“喷淋床(tricklebed)”式反应器中进行反应，该反应器中装填了催化剂固体颗粒，通过该催化剂，可以使含水反应介质与包含氢气和氧气的气相同向流动。然而还是难于确保这类方法是安全的，因为部分喷淋床可能有干透的危险，而且分散该反应所产生的大量的热是困难的。

此外，US 4009252，US 4279883，US 4681751和US 4772458公开了直接制备过氧化氢的方法，其中氢气和氧气在悬浮于含水反应介质中的催化剂的存在下于搅拌反应器中进行反应。但是，使用搅拌反应器的缺点在于导致低的转化率或不合适的产率。

文献一般性地指出，绝对的操作安全需要牺牲产率，反之，增加过氧化氢的产率就要以安全为代价。

因此，本发明的主题是提供一种方法，包括使气体组分在悬浮于液相中的固体的存在下发生反应的步骤，特别是在绝对安全的情况下以最佳产率直接制备过氧化氢的方法，以及实施上述方法的装置。

本发明的装置包括圆柱形立式搅拌反应器，其底部安装了注入气体反应物的设备，其顶部安装了移除气体反应物的排放设备，而且安装了沿单一纵向搅拌轴排列的，优选规则地排列的离心涡轮。该纵向轴一般由齿轮连接的电动机单元来驱动，所述的电动机单元经常位于反应器的上面或下面。依据轴的长度，可以由一个或多个轴承来支撑。

反应器上还可以安装反向挡板和/或热交换器。

完整的搅拌反应器是由单一空间组成的，不存在任何固定的水平隔板。反应器的高度通常为其直径的1.5～10倍，优选为其直径的2～4倍。反应器的底部还安装了盖子，该盖子可以是扁平状的或半球形的。

图1为本发明具体装置的简图。

该装置包括安装了离心涡轮(a)的搅拌反应器(V)，所述的离心涡轮(a)沿马达(M)驱动的搅拌轴排列。所述的反应器还安装了反向挡板(c)和热交换器(R)。注入气体反应物的设备(1，2)安装在反应器的底部，而排放设备(3)位于反应器的顶部，用来排出气体反应物。

根据图1，能够将液体、气泡和悬浮的固体的混合物拉向反应器的中心轴，而且能够在水平面上沿径向抛出该混合物，以循环液体、气泡和悬浮的固体的混合物的任何离心涡轮均适用于本发明。

优选具有1个或2个中央开口的凸缘径流式涡轮。特别优选类似于抽吸孔向下的离心水泵中所使用的凸缘涡轮。

涡轮上可以装有径向排列或以一定角度排列或形成螺旋状的叶片。

涡轮的数目取决于反应器高度与反应器直径的比例，并且通常为2～20个，优选3～8个。

两个涡轮之间的距离优选为涡轮外径的0.5～1.5倍；后者优选为反应器直径的0.2～0.5倍。

涡轮的厚度优选为涡轮直径的0.07～0.25倍。该厚度是指涡轮的两个凸缘之间的距离。

本发明的装置还可以包括安装于反应器内部或外部的过滤器。

在运行中，反应器的下部被包含悬浮的固体催化剂和很多气相反应物的小气泡的液相所占据，而上部则为连续的气相所占据。连续的气相所占据的体积为反应器总体积的10～30％，优选为20～25％。

涡轮沿搅拌轴排列，以便搅拌停止时它们浸没在液相中，优选完全浸没液相中。

涡轮的旋转速度如此选择，以便每单位体积液相的可能气泡数目最大化和气泡直径最小化。

为了防止整个液相旋转，反应器装有反向档板，优选由排列于涡轮四周的纵向矩形板组成。该反向挡板通常位于反应器的圆柱形器壁与涡轮之间。

这些金属板的高度一般接近于反应器的圆柱形部分的高度。其宽度通常为反应器直径的0.05～0.2倍。