[发明专利]磁分离催化氧化方法及磁分离反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化氧化方法及装置，特别是永磁场存在条件下的催化氧化方法以及集反应和分离为一体的磁分离反应装置。

背景技术

悬浮态催化剂广泛应用于化学合成、化学工业、石油工业和环境工程等领域。通常，悬浮态催化剂被制成细小颗粒，以增大颗粒比表面积，促进反应进度。当反应完成后，需要将悬浮态催化剂与反应产物进行固液分离。一般的固液分离方法采用沉降、过滤工序完成。因为催化剂颗粒过于细小，细小的颗粒易穿透滤布，造成无法很好的将催化剂与反应产物分离。另外，细小催化剂颗粒形成的滤饼阻力很大，过滤的速度慢，给催化剂的回收造成困难。

基于上述问题，通常将催化剂负载于大颗粒载体，也有将催化剂制成含有磁性物质的颗粒，其催化活性不受影响，可以利用外加磁场的作用，将磁载催化剂与反应产物分离。磁场的产生可以利用亥姆霍兹线圈电磁场，当电流通过铜线绕的线圈时，产生了磁场，当将电流切断时，磁场立即消失。亥姆霍兹线圈电磁铁的缺点是消耗电能，同时在放大磁场时，就必须把亥姆霍兹线圈变大，此时电流流动在线圈周围产生涡流，时间持续过长，线圈会发热，无法稳定操作。永磁铁钕铁硼磁场强度高、体积小、不耗能，而且永久含有磁性。磁载催化剂具有超顺磁性，在外加磁场条件下，磁载催化剂被磁化，磁载催化剂在外加磁场条件下聚集而实现固液分离。当移开永磁体后，磁场消失，磁载催化剂的磁性也褪去，可以重新分散于液体再使用。

目前，关于研究磁分离装置的报道多集于冶金和废水处理领域。CN1433839公开了用于催化加氢脱硫装置中的规模化旋流磁分离集成分离装置，该装置由旋流器与磁分离器进行组装，使旋流器与磁分离一体化，先采用旋流器进行固液分离，磁性颗粒因旋流离心作用团聚为大的颗粒而自动向下旋流聚集，未被分离的小部分细颗粒随液体上升到缩小段而后进行磁分离。该装置结构简单，易于放大。但是，该装置的旋流器对纳米级的磁载催化剂聚集较差，后序内置的磁分离装置在高流速状态下对磁载催化剂的磁回收效率低，从而导致大量磁载催化剂流失。

CN100427414公开了磁分离耦合的气升式悬浮光催化水处理方法及其装置，采用具有磁性的光催化剂颗粒与待处理水的混合形成悬浮光催化剂的混合液，在气体作用下于光催化反应区内进行循环，增强反应区床层内各相混合效果；将光源直接置入光催化反应内，其产生的光可被光催化剂有效利用；在光催化反应区出口设置磁分离区。该装置使经处理后的水与光催化剂颗粒分离后被排出该水处理装置，光催化剂从磁分离区底部返回光催化反应区内循环使用。但是，该装置处理大流量时，为保障催化剂的回收效果，设置外加磁场的体积也将增大。

CN200710176861公开了一种磁性催化剂颗粒连续原位分离装置及操作方法，在反应器的侧壁安装有螺旋推进器，由螺旋推进器的叶片对凝併在螺旋推进器的筒体壁上的磁性颗粒层产生推力，使磁性颗粒形成的颗粒层作与反应产物的溶液反向的移动，颗粒层逐渐的通过螺旋推进器的筒体壁上的小孔被推回反应器中，由侧管收集不带磁性颗粒催化剂的反应物液体，从而达到磁性颗粒与反应产物的分离。但是，该装置结构相对复杂，磁性催化剂在螺旋推进器摩擦磨损下性能变差，影响重复使用效果。

由于纳米级磁载催化剂的单颗粒质量轻，相对于常规粒径的磁性催化剂，其在磁分离器进行固液分离时极易受到宏观流动的影响，如CN1433839提及的旋流器与磁分离器集成装置，进入旋流体的流体速率较高，部分磁载催化剂来不及磁化而被带走导致流失。CN100427414提及的磁分离耦合的气升式悬浮光催化水处理装置在装置外侧设置磁场，靠近装置内侧的流体中磁载催化剂较容易磁化而聚集，但是离磁场较远的中心区域可能随着流速增大而来不及磁化而流失，这种情况随着装置的放大而更加突出。CN200710176861提及的磁性催化剂颗粒连续原位分离装置，在反应器的侧壁安装有螺旋推进器，这种磁分离装置只是对凝并的磁载催化剂进行回收，来不及磁化的催化剂也会流失，同时磁载催化剂在螺旋推进器的多次摩擦磨损下活性组分极易脱落与磁核分离或者粉化。

发明内容

本发明的目的是提供一种集催化反应和磁回收为一体的催化氧化方法以及专用于该方法的磁分离反应器，所述的方法和反应器适用于石油化工、煤化工和环境工程领域的烯烃环氧化、烷烃和环烷烃部分氧化、醇类氧化、苯酚羟基化、环己酮氨氧化、柴油及汽油中硫醚、硫醇和苯并噻吩类有机物硫脱除或者有机废水催化氧化降解处理有机废水。