[发明专利]一种用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器。

背景技术

烃类液相氧化是化学工业中常用的生产方法，在石油化学工业中有着重要的地位。烃类氧化反应是典型的自氧化的自由基链式反应，这种缓慢发展的不稳定链式反应，及其发展过程的不稳定自动加速特性使得烃类液相氧化反应普遍存在反应诱导期长、速度慢、原料转化率低、目标产物选择性不高、氧化产物易于过度氧化生成一系列的副产物等缺陷，其目标产物的分离大都采用萃取、精馏、蒸馏等传统的单元操作，耗能大，且反应过程与产物的分离是分开的，使得原料循环量大。目前，对烃类液相氧化的改进主要的方向是研发新型有效的催化剂和设计更加合理高效的反应器。

举例来说，环己烷液相氧化生成环己醇和环己酮(KA油)，其目标产物KA油是重要的有机中间体和化工原料，广泛应用与纤维、合成橡胶、工业涂料、医药、有机溶剂等工业，此外环己酮是制备己内酰胺和己二酸进而制得尼龙-6和尼龙-66的主要中间体。工业上大都采用空气或氧气氧化环己烷来制备，由于分子氧的动力学惰性，环己烷分子中强共价C-H键键能大，部分氧化困难，而环己醇(酮)化学性质较环己烷更加活泼，很容易被深度氧化，生成二氧化碳和水等副产物；另一方面有研究表明，环己烷氧化的选择性强烈地依赖反应的转化率，所以要同时获得较为理想的环己烷转化率和环己醇(酮)选择性难以实现，使得该工艺中环己醇、环己酮收率低。目前，国内外环己烷氧化工业生产中，大多将环己烷单程转化率控制在4～6％以获得75～85％的环己醇(酮)的选择性，反应产物经过碱洗、环己烷精馏、皂化、萃取以及蒸馏的复杂工艺制得目标产物环己醇(酮)，因此现有环己烷液相氧化制环己醇(酮)工艺普遍存在环己烷转化率低，醇酮选择性不高，三废严重，能量消耗大等问题。针对上述问题现有技术的改进都集中在开发更加高效的催化剂，提高反应效率；设计新型的反应器，开发更加合理的生产工艺。因此如若能构建一种高效低耗的反应-分离耦合过程和设备，将环己烷氧化反应系统与环己烷/环己醇(酮)分离系统结合起来，在氧化反应同时及时移走环己醇(酮)，防止其进一步氧化，这样在保持高的转化率的同时也能获得较高的选择性，减少副产物的生成，提高了原料的利用率，同时对环境的污染也少。这种方法打开了通过寻找新型的催化剂来提高反应的转化率这一常用的思路，同时也能简化传统的工艺操作，具有可比性。

膜分离技术是新型化工分离技术，渗透汽化是膜分离技术的一种。渗透汽化是一种利用液体混合物中各组分在致密膜内的溶解、扩散性能差异而使之分离的新型膜过程。与传统的环己烷氧化产物多次精馏分离工艺相比，它具有分离效率高、设备简单、操作方便、能耗低、不污染环境、便于与反应过程耦合-集成等优点。若能将环己烷氧化反应系统与渗透汽化膜分离系统结合起来，利用理论和实验手段设计和筛选高分子膜材料，构造一种新型的渗透汽化膜反应器，就可以实现在较高转化率的同时将产物环己醇(酮)分离，从而避免发生环己醇(酮)被继续氧化的连串副反应，这样可以实现高环己烷转化率下高选择性地获得产物环己醇(酮)。

发明内容

本发明提供一种新的用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器。这种膜反应器克服了传统烃类氧化反应设备原料转化率低、目标产物选择性不高、氧化产物易于过度氧化生成一系列的副产物等缺陷的不足，在氧化反应的同时及时将氧化产物分离出来，提高了反应的选择性，减少副产物的生成，相比传统精馏也降低了能耗。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器，包括壳体、膜管、支撑板，其中壳体内两端装有支撑板，壳体内至少有一根膜管，膜管两端固定在支撑板上。

上述的用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器，其中所述的膜管为无机陶瓷微滤膜管。

上述的用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器，其中所述的支撑板由多孔的聚四氟乙烯制成。

上述的用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器，其中支撑板与壳体结合部位以及与膜管的结合部位采用树脂浇注密封。

上述的用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器，其中所述的无机陶瓷微滤膜管，微孔内填充具有选择性分离环己烷/环己醇(酮)混合物性能的聚合物膜材料，管内堆填环己烷氧化反应的催化剂。

上述的用于烃类氧化反应-分离耦合过程的膜反应器，其中所述的聚合物膜材料采用如下步骤制备：