[发明专利]用于戊基蒽醌法生产双氧水过程的整体催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石油化工过程领域，具体涉及一种用于戊基蒽醌法生产双氧水过程的整体催化剂及制备方法。

背景技术

双氧水是一种重要的无机化工产品，双氧水可以作为氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氧剂、聚合引发剂和交联剂等，广泛的应用于纺织、化工、造纸、军工、环保、电子、医药、食品、采矿、建筑等行业。由于双氧水分解的最终产物为水和氧气，不会对环境造成污染，因此被称为最为清洁的绿色化工产品。近年来，在新型的绿色化工领域中，如：己内酰胺，环己酮，对苯二酚，环氧丙烷等产品生产过程均以双氧水作为氧化剂，进一步开拓了双氧水新的应用领域。目前，全球的双氧水总生产能力达到了2200万吨/年，并且双氧水生成能力以年平均8%～11%的速度增长。与此同时，我国的双氧水发展同样迅速，从2004年开始，我国的双氧水产能达到了250万吨/年，超过了美国成为全球最大的双氧水生产国。我国的双氧水生产能力和产量以每年15%～20%左右的速度递增，目前我国的双氧水产能达到了620万吨/年(以27.5%浓度计)。

尽管双氧水的生产方法有电解法、蒽醌法、异丙醇法以及氢氧直接合成法，然而目前蒽醌法仍为当前世界上双氧水生产的主要方法，其工艺的产能占了全部的95%。而我国采用该法生产双氧水的企业所占比例超过了98%。采用蒽醌法生产双氧水的工艺过程主要是以蒽醌为反应的媒介进行，也就是采用合适的有机溶剂把蒽醌溶解形成所谓的工作液。这种有机溶剂可以是单一的有机溶剂或者是混合的有机溶剂，然而一般情况下采用两种有机溶剂的混合物。

蒽醌法生成双氧水，首先是工作液中的蒽醌在催化剂存在的情况下，和氢气进行加氢催化反应生成蒽氢醌。其次是氧化步骤，主要是蒽氢醌和氧气、空气或者含有氧气的混合气体发生氧化反应，蒽氢醌转化成为蒽醌，并且同时产生双氧水。最后是萃取过程，从工作液中反应生成的双氧水采用水进行萃取，从而使双氧水和工作液进行分离。另外，去除双氧水之后的工作液返回上述的加氢催化反应步骤，从而形成一个完整的循环过程。这个循环过程主要是借助于工作液，实现了双氧水从氢气和空气两种物质的合成，因而蒽醌法生产双氧水是一个高效的过程。

采用蒽醌法生产双氧水，其工作液的生产能力是此工艺过程的关键技术，它直接决定了双氧水工业化装置的规模、产品浓度和装置的运行能耗。然而目前工业中生产双氧水的工作液的载体主要是为2-乙基蒽醌(EAQ)以及四氢化物(四氢2-乙基蒽醌：H₄EAQ)。目前工业上由重芳烃和磷酸三辛酯组成的溶剂体系乙基蒽醌的溶解度比较低，常温下仅有120g/L，经过反应之后，部分的蒽醌转化为四氢乙基蒽醌，一般来说四氢蒽醌的浓度控制在50-80%，通过添加新的2-乙基蒽醌可以将总蒽醌质量提高到130-140g/L。如果继续提高2-乙基蒽醌的浓度，蒽醌很容易从工作液中析出，从而堵塞管道，影响装置的安全生产；当继续提高乙基蒽醌的氢化程度，提高工作液的氢化效率的时候；必定引起乙基蒽醌的副反应，生成不能生产过氧化氢的物质，这些物质的产生一方面会增加蒽醌的消耗，增加成本；另一个方面是改变工作液的性质，给氢化、氧化合萃取带来一定的困难，同时加重了催化剂再生的负担和消耗。因此，现有技术的蒽醌法生产的双氧水含量比较低，其双氧水的质量分数控制在27.5-35%之间。

为了提高单位工作液生产过氧化氢的能力，提高萃取得到产品的浓度和提高过氧化氢的产品质量。有必要提高工作载体在工作液的溶解性能，并且保证工作载体在氢化、氧化阶段化学反应的稳定性能。2-戊基蒽醌具有比2-乙基蒽醌的侧链长的特点，它具有溶解度高(在溶剂重芳烃和磷酸三辛酯体积比为3：1的溶剂中，温度为25度下，2-戊基蒽醌的溶解度达到584g/L)以及氢化速率高的特点。目前只有日本三菱瓦斯化学，比利时Solvay公司(Kirk-othmer Encyclopedia of Chemical Technology，Forth edition，volume13.)都推出了采用2-戊基蒽醌为工作载体的工作液生产工艺过程。戊基蒽醌的加氢，氧化反应过程如下：