[发明专利]一种过氧化氢异丙苯分解制苯酚/丙酮的方法

说明书

技术领域

本发明属于过氧化物分解技术领域，具体的说是过氧化氢异丙苯催化分解制苯酚/丙酮的方法。

技术背景

目前，世界上近98%的苯酚是以异丙苯法生产的，以丙烯和苯为原料，苯和丙烯经烷基化反应生成异丙苯，异丙苯经空气或氧气氧化生成过氧化氢异丙苯（CHP），CHP再经分解得到苯酚和丙酮。在这过程中，CHP的分解反应对产品收率和品质具有直接影响，此反应目前主要采用釜式反应器，浓硫酸作为催化剂，采用硫酸做催化剂的优点是催化剂用量少，不需回收，分解迅速、收率高；但也存在着一系列的问题：一是催化剂硫酸腐蚀设备，并需要在后续工段加入有机碱进行中和；二是反应剧烈、放热量大，需要大量的物料循环以带走热量，以防飞温导致CHP急剧分解爆炸；三是由于硫酸的强酸性、氧化性及脱水性，使得分解选择性低，存在较多的焦油等副产物；四是采用硫酸作为催化剂，需要对CHP原料进行浓缩，以减少硫酸用量和腐蚀程度，这一过程也增加了操作危险。

研究结果表明，固体酸催化剂如沸石催化剂、杂多酸类固体酸催化剂、超强酸类固体酸催化剂、固载无机酸类催化剂、L酸类固体催化剂及离子交换树脂应用于CHP催化分解反应具有如下优点：具有反应条件温和、无腐蚀；产品容易分离、催化剂可回收循环使用、不必对原料进行浓缩；省去中和及以后的特殊处理过程、并且不产生含酚废水；异丙叉丙酮含量低，对提高苯酚质量有利；操作安全可靠，不易产生催化剂中毒后出现的爆炸事故。

但是大部分固体酸催化剂存在结构稳定性差、体系温升高、CHP浓度低及反应选择性难以控制等问题，降低了生产效率。例如，树脂催化剂在使用过程中因受到反应物和产物的浸泡而发生溶胀，强度降低，树脂易破碎，破碎成细小的颗粒，很容易从反应器中带出，不仅造成催化剂的损失，而且会引起后续加工设备的堵塞，给生产带来麻烦，无法扩大生产规模，尤其在釜式反应器中，搅拌进一步加剧了树脂催化剂的破碎。韩明汉等（韩明汉，黄大刚，王金福等. 三相循环床树脂催化过氧化氢异丙苯分解. 石油化工，2001，30（6）：433-436）采用三相循环流化床反应器代替釜式反应器，但树脂催化剂颗粒之间的碰撞摩擦也易使其破碎。

为了提高树脂催化剂在反应过程中的稳定性US4898995公开了一种AMBERLYST/XN-1010阳离子树脂装填固定床反应器分解CHP的方法，原料中CHP浓度为80%，进料前用三倍质量的丙酮/异丙苯/苯酚（质量比为6.4︰1.4︰9.2）稀释，进口CHP质量浓度为26.7%，液时空速为1h^-1时，反应初始温度为60℃，压力为2.07MPa，CHP基本完全转化。但此过程存在如下缺点：（1）CHP稀释倍数较高，增加了反应的能耗；（2）液时空速低，降低了反应的效率；（3）反应的压力过高；（4）由于CHP的分解是强放热反应，1mol的CHP裂解约产生251.2kJ的热量，所以反应的温升较高，给生产带来隐患。实际上，CHP分解反应速度很快，在3~5s内即完成，所以，若反应原料在床层内停留时间过长，就有可能导致反应器中局部过热，发生爆炸事故。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种CHP连续化分解制苯酚/丙酮的方法，本发明工艺流程简单，能够有效控制反应的温升，反应可以在常压下反应，反应的选择性高，实现了CHP分解反应的连续化，提高了生产效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种过氧化氢异丙苯分解制苯酚/丙酮的方法，按照下述步骤进行：

采用细粒径固体酸催化剂，反应器采用多级搅拌反应釜串联形式。一定浓度的CHP原料进入第一级反应釜后，与催化剂接触进行分解，随着反应的进行，依次进入各级反应釜。控制每一级的反应温度、平均停留时间及催化剂的用量以控制每级CHP的转化率，进而控制每级反应的温升，使反应平稳进行。最后一级反应接收物料中CHP浓度满足产品要求后，冷却分离产品。

串联反应釜的个数n=2~8，以n=3为例，每一级的反应条件如下：

第一级反应器：反应温度为40~90℃； CHP进料浓度为20~85%；停留时间为2~20min；

第二级反应器：反应温度为40~90℃；停留时间为5~30min；第三级反应器：反应温度为40~90℃；停留时间为5~40min；

上述反应工艺中，使用的催化剂固体酸催化剂，具体包括离子交换树脂、沸石催化剂、杂多酸类固体酸催化剂、超强酸类固体酸催化剂、固载无机酸类催化剂、L酸类固体催化剂，粒径≤0.1 mm，H⁺交换容量为0.1~5.0 mmol/g；