[发明专利]一种环己烷氧化反应器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种环己烷氧化反应器及其使用方法，反应器壳体内套设多层导流筒，每个导流筒的直径不同，将反应器壳体内分隔成多级环形区域，每个导流筒的底部与反应器壳体之间留有过水缝隙，并且导流筒的高度沿中心向外侧逐级降低，位于中心的导流筒连通进液口，每级环形区域以及中心的导流筒内均连通进气口，最外层的环形区域连通出液口，反应器壳体顶部设有出气口。本发明的反应器中，至少一半以上的液相环己烷从导流筒底部与反应器壳体之间的缝隙逐层流过，至多不超过一半的液相环己烷从导流筒顶部逐层溢流。本发明改善了反应器中环己烷的流动状况，提高了过程的选择性，与现有技术比可提高环己烷氧化选择性1.5％～3.0％。

技术领域

本发明涉及一种环己烷氧化反应器及其使用方法。

背景技术

制备环己醇和环己酮，通常是用含分子氧的气体氧化环己烷，首先生成含环己基过氧化氢、环己醇和环己酮的氧化混合物(环己烷氧化液)，然后处理这种氧化混合物，使其中的环己基过氧化氢分解生成环己醇和环己酮，反应产物经多次精馏得到环己醇和环己酮，环己烷则循环使用。

环己烷氧化反应器一般为鼓泡塔，可在塔中加导流筒等内构件来改善传质，也可加装搅拌。在鼓泡塔中，一般不需要对液相进行剧烈搅拌，气相可高度分散在液相中，有较大的持液量和相界接触表面，传质和传热效率较高，适用于缓慢化学反应和强放热情况，反应器结构简单、操作稳定、投资和维修费用低。带搅拌的鼓泡反应器能加速气液两相之间的传质和传热，更易于操控。

因为含氧气体氧化环己烷生成的中间产物环己基过氧化氢、环己醇和环己酮等都比环己烷更容易氧化，而这些中间产物又是所需要的目的产物，用单一的搅拌鼓泡反应器反应时，液相返混严重，而改用多釜串联之后，液相的流动接近平推流，与全混方式相比可以减少中间产物被进一步氧化，从而提高目的产物的收率。串联反应器的个数越多，液相混合物的流动就越接近平推流，反应产物的收率也越高。但考虑实际操作和成本，一般选择的串联反应器的个数为3～8个，更多的选择5～6个。但是，串联的反应器数量较多时设备数量庞大因而初期投资高，串联的反应器数量较少时实际效果与平推流反应器差距较大，使得最终的目的产物的选择性仍然偏低。

为提高目的产物选择性，氧化过程一般采用多釜串联，环己烷依次流经各反应器，环己烷氧化液中的环己醇和环己酮维持在一个较低的浓度内，环己烷的转化率一般控制在3％～5％之间。目前，国内由环己烷氧化生产环己酮的第一步——用空气氧化环己烷制备环己烷氧化液的工业装置由多个(一般3～8个)搅拌鼓泡反应器或气升式环流反应器串联组成，如中国专利ZL200610031689.X、ZL200610031809.6、ZL201120157789.3和CN103804161A所述。

ZL200510130561.4公开了一种用于环己烷氧化制环己酮的超重力反应器——旋转填充床，可以强化环己烷的氧化过程。超重力反应器能大幅提高传质和传热速度，但对于环己烷氧化制环己酮这样化学反应为控制步骤的慢反应过程， 提高传质速率对反应结果的影响有限。

ZL200710098839.3公开了一种用于环己烷氧化制环己酮的微通道或微管反应器，与鼓泡反应器相比，微通道或微管反应器比较复杂，初期投入较大，尚未有工业化生产的范例。

CN1834078A公开了一种环己烷液相氧化工艺——液相环己烷以平推流的方式通过鼓泡反应器，可以提高环己烷氧化的收率。然而，除非液相环己烷在反应器中的停留时间很短，使环己烷向上流动的速度接近气泡上升的速度，否则上升的气泡会造成液体的扰动，鼓泡塔内液体的流动形式会远离平推流，而更接近于全混流。在现有的工业装置上，环己烷氧化时液态物料的总停留时间一般为20～80分钟，折算到每级反应器内也有4～16分钟，而反应器内气泡从塔釜上升至塔顶只需几秒。因此，在直径较大的鼓泡塔内使液体呈平推流状态是难以实现的。

波兰塔尔努夫氮化物工厂在CN1172098中公开了一种一釜多室水平流氧化反应器，在反应器内设置挡板，将物料分隔成多个区域，达到在一级反应器内实现多釜串联的效果。但该专利未提及反应器的形状，也未提及相应的结构尺寸。