[发明专利]一种用于苯制苯酚的透氧透氢集成催化膜微反应器

说明书

一种用于苯制苯酚的透氧透氢集成催化膜微反应器，包括反应箱体、透氢反应器和透氧反应器，透氢反应器位于反应箱体内的上部，透氧反应器位于反应箱体内的下部，反应箱体的上壁与透氢反应器之间形成氢气腔体，反应箱体的下壁与透氧反应器之间形成空气腔体，所述透氢反应器和透氧反应器之间形成反应腔体，所述反应箱体的上壁设有氢气入口管和氢气出口管，所述反应箱体的下壁设有空气入口管和空气出口管，所述反应箱体的前壁和后壁分别设有苯入口管和苯酚出口管。本发明的效果和益处是将透氢膜、透氧膜和钛硅分子筛组装成催化膜微反应器用于苯一步氧化制备苯酚，提高物料的界面接触，提高原料利用率，提高苯的转化率和苯酚的收率，降低成本。

技术领域

本发明属于膜催化反应技术领域，涉及到一种用于苯制苯酚的透氧透氢集成催化膜微反应器。

背景技术

苯酚是重要的化工原料，生产方法主要是异丙苯法，该工艺流程长、能耗大、污染严重、副产大量低价值丙酮。因此，人们开始研究将苯直接氧化合成苯酚的工艺路线，即通过活化C-H键直接将-OH引入苯环，是合成化学中最难解决的问题之一。按氧化剂不同，分为N₂O、H₂O₂和O₂氧化法。

N₂O、H₂O₂氧化法可获得较高的苯酚收率，但N₂O的生产、储存和使用很不方便；H₂O₂易分解，有效利用率低，导致成本高，限制了工业化应用。O₂氧化法是以纯氧或空气中的氧对苯氧化制取苯酚。O₂来源充足、价格低廉、无污染，特别是H₂-O₂“原位”产生H₂O₂氧化苯一步合成苯酚，不易产生难分离和污染的副产物，是一条最受人们欢迎的绿色合成路线。它通常以Pd-Cu或Pt-VO_X为催化剂，苯酚选择性高（＞90%），但转化率太低（＜2%），离工业应用较远。另外，H₂-O₂混合进料，存在严重的爆炸危险和安全隐患。

Pd膜催化技术，突破了H₂-O₂一步氧化苯制苯酚存在的难题。苯+O₂与H₂分别从Pd膜两侧分开进料，氢气通过钯膜变成活性氢原子，然后与氧气结合生成HOO *、H₂O₂等活性氧物种，进而与苯反应生成苯酚，避免了H₂-O₂直接混合进料带来的爆炸危险。但钯膜在较低的反应温度下（＜300℃）运行，存在脱落和热点现象，稳定性较差。钯膜反应器的关键问题是如何提高催化活性和原料利用率；避免Pd膜脱落和热点现象、提高使用寿命；进一步降低成本；如何稳定“原位”形成的H₂O₂等物种，避免其快速分解，促使其与苯反应形成苯酚。