[发明专利]一种用列管式固定床反应器合成环氧丙烷的方法

说明书

本发明公开了一种用列管式固定床反应器合成环氧丙烷的方法，所述方法包括：(1)在列管式固定床反应器的管程中装填多层钛硅分子筛催化剂，所述多层钛硅分子筛催化剂沿骨架钛含量递增方向装填，第n‑1层钛硅分子筛催化剂与第n层钛硅分子筛催化剂的骨架钛含量的比值为1：1.5‑5；(2)将丙烯、双氧水、甲醇、助剂送入所述列管式固定床反应器，进料方向与所述多层钛硅分子筛催化剂的活性递增方向一致，反应结束后收集反应出料口物料。本发明反应放热均匀，管程内热点温升小、工艺安全性高、产品收率高、选择性好、催化剂使用寿命长。

技术领域

本发明属于石油化工的技术领域，涉及一种用列管式固定床反应器合成环氧丙烷的方法。

背景技术

环氧丙烷(PO)是一种重要的大宗有机化工原料，位列全球产量最大的50种化学品之中，已超越丙烯腈成为仅次于聚丙烯的第二大丙烯下游衍生物，主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇、碳酸二甲酯、丙二醇醚、异丙醇胺等。当前PO生产方法分为氯醇法、共氧化法和直接氧化法(HPPO)。2018年国内PO产能约350万吨/年，其中约50％采用高污染的氯醇法，该方法工艺成熟，但能耗高、污染严重。共氧化法污染低于氯醇法，但投资大，成本高，易受联产物市场制约，技术也被国外公司垄断。HPPO工艺原子利用率高，工艺简便，投资较低，反应条件温和，环境友好，是《环境保护综合名录(2017年版)》中唯一“非双高”的PO生产工艺，也是《关于调整加工贸易禁止类商品目录的公告》中唯一允许出口的PO生产工艺，代表着PO产业绿色发展的方向，但该工艺技术难度大。

目前，已实现工业化的HPPO工艺均是在固定床反应器中，以甲醇为溶剂，双氧水在钛硅分子筛作用下氧化丙烯合成环氧丙烷，该反应为强放热反应，单位反应热-220kJ/mol，工业生产条件下首先要满足反应的移热传热要求，否则容易热量积聚，发生燃爆风险，并引起产品收率低、选择性差和催化剂寿命短等问题。传统的解决方案是通过改进反应器结构、加快冷却介质流量，以强化换热的方式实现管程内温升和安全风险的控制。

中国专利(CN201720951093.5)公开了一种采用波纹板为传热板组，增加换热面积，通过板组间的换热介质，实现反应热的快速撤离，解决传统固定床反应器存在的传热效果差、催化剂寿命短的问题。

中国专利(CN201620219689.1)公开了一种内设有螺旋金属翅片的列管式固定床反应器，通过金属翅片和列管管体将反应热传导至管体外的换热介质中，螺旋设置的金属翅片增大了换热面积，翅片上的通孔可以使反应液之间形成对流和扰流，提高换热效率的同时，使得反应液中的温度均匀，产品质量稳定。

中国专利(CN201811190538.8)公开了一种原料分段注入的HPPO装置及方法，通过串联两个或多个反应单元，将原料分段进入每个反应单元，不仅解决了物料在反应器内分布不均的问题，还通过多级反应器分散了反应放热、强化了装置的整体换热效果，实现了高双氧水转化率、高环氧丙烷收率和低安全风险的效果。

现有技术中，均采用较为复杂的反应器结构或反应单元，通过强化换热的方法，将反应热移出反应器，虽然结构比传统列管式反应器有所进步，但仍然存在温度控制滞后、易造成局部过冷或过热等问题。此外，复杂的反应器或反应单元还存在设备投资高、催化剂装填或更换困难等问题。

因此，急需开发一种新型环氧丙烷生产方法，从源头解决反应放热高、管程内热点温升高的问题，提高产品收率、选择性，降低燃爆风险等安全隐患，延长催化剂使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种反应放热均匀，管程内热点温升小、工艺安全性高、产品收率高、选择性好、催化剂使用寿命长、工艺简单、设备投资少的用列管式固定床反应器合成环氧丙烷的方法。

本发明是以一定活性梯度装填钛硅分子筛催化剂于固定床反应器中，以双氧水为氧源，将丙烯直接环氧化制备环氧丙烷。

本发明的方法包括如下步骤：