一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统的制作方法

1.本实用新型涉及过氧化氢生产技术领域，具体为一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统。


背景技术：

2.蒽醌法生产过氧化氢工艺主要分为氢化系统、氧化系统、萃取系统及后处理系统。在氢化系统内以工作液中蒽醌为载体完成蒽醌的加氢反应，生成蒽氢醌，然后进入氧化系统，完成蒽氢醌与氧气反应，生成过氧化氢。氢化系统的效率是整个装置生产能力与消耗控制的关键。原有工艺中，工作液与氢气分别进入氢化塔内，氢化塔中的气液两相(氢气和工作液)在钯催化剂的作用下进行蒽醌加氢的传质反应，但由于反应受气液固三相接触面积与传质效果影响，导致氢化系统效率偏低，由于氢化效率偏低直接导致整个装置生产能力不足。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，包括一级氢化塔和二级氢化塔，所述一级氢化塔的进口与一级前置微纳米气泡预混器相连，一级氢化塔的出口通过二级前置微纳米气泡预混器与二级氢化塔的进口相连。
6.本实用新型的有益效果为：本实用新型中通过在一级氢化塔和二级氢化塔的前部分别设置有前置微纳米气泡预混器，以实现氢气与工作液的预混合；当氢气与工作液预混合成为混合物后进入相应的氢化塔中，混合物在重力的作用下在氢化塔内由上至下流动，从而接触催化剂床层进行传质反应，以达到提高氢化系统效率的特点。
7.优选的，所述一级前置微纳米气泡预混器和二级前置微纳米气泡预混器的结构相同；前置微纳米气泡预混器包括壳体，壳体的下部设有氢气管道以及工作液管道，壳体的上部设有气液混合出口管道，氢气管道为若干个，若干个氢气管道的末端入口沿壳体外壁切线方向设置，氢气管道的末端入口处设置有金属微孔板。本实用新型通过使氢气管道的末端入口沿壳体外壁切线方向设置以及金属微孔板，以实现氢气在经过金属微孔板后被分散形成微气泡，并使微气泡沿着壳体内壁的方向移动，以达到降低微气泡破碎和满足工作液与氢气更好融合的目的。
8.优选的，所述金属微孔板上均布有微孔，微孔的孔径为10nm～20μm。通过设置微孔以及限定微孔的孔径，能够实现对气泡直径范围的限定，使气泡直径范围为10nm～20μm，以达到将气泡分割为微纳米气泡，便于后期充分混合的目的。
9.优选的，所述壳体的顶部设有搅拌电机，搅拌电机的搅拌轴延伸至壳体内部，搅拌轴的末端设有搅拌叶片。本实用新型中设置的搅拌装置主要用于与氢气管道的末端入口沿
壳体外壁切线方向设置以及金属微孔板相配合，使微纳米气泡内内部高速旋流的工作液剪切带走并进入液相中，并实现工作液与微纳米气泡在壳体内实现充分混合。
10.优选的，所述壳体内部底部设有超声波发生器。通过在前置微纳米气泡预混器内设置超声波发生器，能够协助壳体内部高速旋转的搅拌叶片并将氢气分散为微纳米级气泡，以提高工作液与微纳米气泡的混合效率。
11.优选的，所述若干个氢气管道均布与壳体的外圆周上。
12.优选的，所述一级氢化塔和二级氢化塔的结构相同；
13.氢化塔包括氢化塔壳体，氢化塔壳体的下部设有工作液出口，氢化塔壳体的上部设有工作液进口，氢化塔壳体的顶部设有气相出口，氢化塔壳体的内部设有两个催化剂床层。
14.优选的，所述一级前置微纳米气泡预混器的气液混合出口管道与一级氢化塔的工作液进口相连，一级氢化塔的工作液出口通过中间氢化液泵和中间氢化液冷却器与二级前置微纳米气泡预混器的工作液管道相连，二级前置微纳米气泡预混器的气液混合出口管道与二级氢化塔的工作液进口相连；二级氢化塔的工作液出口通过氢化泵与后续工段相连。
15.优选的，所述二级氢化塔的气相出口通过管道与一级氢化塔的气相进口相连，一级氢化塔的气相出口与大气相连通。通过上述设置能够使二级氢化塔中多余的氢气进入一级氢化塔中，不仅实现了氢气的再利用，还能够提高一级氢化塔内的氢化效率。
16.优选的，所述一级氢化塔的气相进口设置在两个催化剂床层之间相对应的氢化塔壳体外壁上。
17.按照上述方案制成的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，本实用新型的目的在于提高氢化系统的氢化效率以达到提高过氧化氢产量的目的；本实用新型使氢气和工作液的接触采用了先预混的形式，后期还可以利用二级氢化塔中外溢的氢气进入一级氢化塔再次混合的特点，以克服传统技术中直接使氢气与工作液在氢化塔中混合造成氢化效率低的问题；本实用新型中先预混的形式包含了以下技术手段，1、利用金属微孔板上均布的微孔对氢气进行分割成为微纳米气泡，并利用带压气体以及氢气管道的末端入口沿壳体外壁切线方向设置，以实现微纳米气泡进入工作液中进行分散；2、利用搅拌装置使搅拌叶片高速旋转，从而加速工作液与微纳米气泡的混合，3、利用超声波发生器助壳体内部高速旋转的搅拌叶片并将氢气分散为微纳米级气泡，以提高工作液与微纳米气泡的混合效率。上述设置能够有效提高工作液与氢气的混合效果，以实现其在进入氢化塔前充分混合提高氢化效率的目的；另外，本实用新型还将二级氢化塔中多余的氢气进入一级氢化塔中，不仅实现了氢气的再利用，还能够提高一级氢化塔内的氢化效率的特点；具有提高氢化系统效率，提高过氧化氢的生产能力以及降低氢气消耗量的优点。
附图说明
18.图1为本实用新型的结构示意图。
19.图2为本实用新型前置微纳米气泡预混器的结构示意图。
20.图3为本实用新型氢气管道末端入口与壳体放的结构示意图。
21.图4为本实用新型氢化塔的结构示意图。
22.图5为本实用新型金属微孔板的结构示意图。
23.图中：1、一级氢化塔；2、二级氢化塔；3、一级前置微纳米气泡预混器；4、二级前置微纳米气泡预混器；5、中间氢化液冷却器；6、中间氢化液泵；7、氢化泵；8、催化剂床层；9、搅拌叶片；10、氢气管道；11、壳体；12、工作液管道；13、气液混合出口管道；14、金属微孔板；15、搅拌电机；16、搅拌轴；17、超声波发生器；18、工作液出口；19、工作液进口；20、气相出口；21、后续工段；22、气相进口。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
25.参照图1所示，一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，包括一级氢化塔1和二级氢化塔2，所述一级氢化塔1的进口与一级前置微纳米气泡预混器3相连，一级氢化塔1的出口通过二级前置微纳米气泡预混器4与二级氢化塔2的进口相连。本实用新型中采用前置的微纳米气泡预混器4以实现氢气与工作液的混合，在上述混合的基础上使其进入相应的氢化塔中混合物在重力的作用下在氢化塔内由上至下流动，从而接触催化剂床层进行传质反应，以达到提高氢化系统效率的特点；该方式区别于传统技术中采用氢气直接进入氢化塔内部，使气相(氢气)、液相(工作液)以及固相(催化剂床层中的催化剂)三相接触从而发生传质反应的效率更高，从而达到提高氢化效率进而提高过氧化氢产量的特点。
26.进一步地，参照图2、3所示，所述一级前置微纳米气泡预混器3和二级前置微纳米气泡预混器4的结构相同；前置微纳米气泡预混器包括壳体11，壳体11的下部设有氢气管道10以及工作液管道12，壳体11的上部设有气液混合出口管道13，氢气管道10为若干个，若干个氢气管道10的末端入口沿壳体11外壁切线方向设置，氢气管道10的末端入口处设置有金属微孔板14。本实用新型中所述的氢气管道10的前端与氢气气源相连，该氢气气源可以包括氢气储罐，氢气管线、氢气发生装置等等，氢气在带压的前提下通过氢气管道10进入金属微孔板14，由金属微孔板14上的微孔切割成微纳米气泡，并沿着壳体11的内壁与工作液进行混合，上述设置能够在降低微纳米气泡破碎率的前提下实现两者的充分混合。
27.进一步地，参照图5所示，所述金属微孔板14上均布有微孔，微孔的孔径为10nm～20μm。本实用新型通过设置微孔的孔径来限定微纳米气泡的直径，通过限定微纳米气泡的直径不仅能够使其更好的分散在工作液中还能够降低氢气的损耗，并且实现两者充分融合的目的。
28.进一步地，参照图1、2所示，所述壳体11的顶部设有搅拌电机15，搅拌电机15的搅拌轴16延伸至壳体11内部，搅拌轴16的末端设有搅拌叶片9。本实用新型优选的，在开启上述搅拌装置的前提下，使搅拌叶片9带动工作液高速旋转，微纳米气泡在高速旋流工作液的剪切作用下进行分散和充分混合。
29.进一步地，参照图1、2所示，所述壳体11内部底部设有超声波发生器17。通过在前置微纳米气泡预混器内设置超声波发生器，能够协助壳体11内部高速旋转的搅拌叶片9并将氢气分散为微纳米级气泡，以提高工作液与微纳米气泡的混合效率。
30.进一步地，参照图3所示，所述若干个氢气管道10均布与壳体11的外圆周上。优选的，本实用新型中所述的氢气管道10为四个，其均均布与壳体11的外圆周上。
31.进一步地，参照图1、4所示，所述一级氢化塔1和二级氢化塔2的结构相同；氢化塔
包括氢化塔壳体，氢化塔壳体的下部设有工作液出口18，氢化塔壳体的上部设有工作液进口19，氢化塔壳体的顶部设有气相出口20，氢化塔壳体的内部设有两个催化剂床层8。
32.进一步地，参照图1、4所示，所述一级前置微纳米气泡预混器的气液混合出口管道13与一级氢化塔的工作液进口19相连，一级氢化塔的工作液出口18通过中间氢化液泵6和中间氢化液冷却器5与二级前置微纳米气泡预混器的工作液管道12相连，二级前置微纳米气泡预混器的气液混合出口管道13与二级氢化塔的工作液进口19相连；二级氢化塔的工作液出口18通过氢化泵7与后续工段21相连。
33.进一步地，参照图1所示，所述二级氢化塔的气相出口20通过管道与一级氢化塔1的气相进口22相连，一级氢化塔的气相出口20与大气相连通。气体在氢化塔内积存到一定浓度会对氢化塔安全运行带来影响；本实用新型中所述的一级氢化塔1和二级氢化塔2的顶部均设有气体放空管线，正常生产中通过定期放空的方式避免上述风险；但上述方式会造成氢气的浪费，一般来说放空气中氢气含量要求在≥75％；而本实用新型的技术方案为将二级氢化塔的气相出口20通过管线引入一级氢化塔1内，实现对氢气的再利用以及提高一级氢化塔1的氢化效率，并对氢气进行同一由一级氢化塔1进行放空。
34.进一步地，参照图1所示，所述一级氢化塔1的气相进口22设置在两个催化剂床层8之间相对应的氢化塔壳体外壁上。
35.本实用新型的工作原理为：经后处理工序处理后的工作液通过工作液管道12进入一级前置微纳米气泡预混器3的壳体11中，搅拌电机15启动并通过搅拌轴16带动搅拌叶片9旋转，工作液在搅拌叶片9的作用下处于高速旋转状态；氢气气源来的0.5mpa氢气通过若干个氢气管道10以及金属微孔板14进入壳体11中，带压氢气穿过金属微孔板14后形成微气泡，并由旋流工作液流将气泡带走进入液相中形成微纳米气泡，气泡直径10nm～20μm，微纳米气泡过工作液的高速旋流、金属微孔管制气及水力剪切等方式，实现氢气与工作液的充分混合后通过气液混合出口管道13进入一级氢化塔1内，在重力的作用下与催化剂床层中的钯催化剂接触，并发生蒽醌加氢反应，反应后的物料经一级氢化塔的工作液出口18、中间氢化液泵6、中间氢化液冷却器5以及二级前置微纳米气泡预混器的工作液管道12进入二级前置微纳米气泡预混器2中，搅拌电机15启动并通过搅拌轴16带动搅拌叶片9旋转，工作液在搅拌叶片9的作用下处于高速旋转状态；氢气气源来的0.5mpa氢气通过若干个氢气管道10以及金属微孔板14进入壳体11中，带压氢气穿过金属微孔板14后形成微气泡，并由旋流工作液流将气泡带走进入液相中形成微纳米气泡，气泡直径10nm～20μm，微纳米气泡过工作液的高速旋流、金属微孔管制气及水力剪切等方式，实现氢气与工作液的充分混合后通过气液混合出口管道13进入二级氢化塔2内，在重力的作用下与催化剂床层中的钯催化剂接触，并发生蒽醌加氢反应，反应后的物料通过氢化泵进入后续工段21中，所述的后续工段21为后续氧化、萃取等系统；本实用新型在上述运行的过程中，可开启超声波发生器17，以促进氢气与工作液的分散混合；同时，本实用新型中前置微纳米气泡预混器能够将部分氢气带入氢化塔内，二级氢化塔的气相出口20通过管道与一级氢化塔1的气相进口22相连，一级氢化塔的气相出口20与大气相连通，一级氢化塔1的气相进口22设置在两个催化剂床层8之间相对应的氢化塔壳体外壁上；上述设置能够实现对氢气的回收再利用，在提高氢气利用率的同时提高一级氢化塔1的氢化效率；本实用新型中所述的高速旋转是指搅拌叶片9的转速为8000-10000转/分钟。
36.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，包括一级氢化塔(1)和二级氢化塔(2)，其特征在于：所述一级氢化塔(1)的进口与一级前置微纳米气泡预混器(3)相连，一级氢化塔(1)的出口通过二级前置微纳米气泡预混器(4)与二级氢化塔(2)的进口相连。2.根据权利要求1所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述一级前置微纳米气泡预混器(3)和二级前置微纳米气泡预混器(4)的结构相同；前置微纳米气泡预混器包括壳体(11)，壳体(11)的下部设有氢气管道(10)以及工作液管道(12)，壳体(11)的上部设有气液混合出口管道(13)，氢气管道(10)为若干个，若干个氢气管道(10)的末端入口沿壳体(11)外壁切线方向设置，氢气管道(10)的末端入口处设置有金属微孔板(14)。3.根据权利要求2所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述金属微孔板(14)上均布有微孔，微孔的孔径为10nm～20μm。4.根据权利要求2或3所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述壳体(11)的顶部设有搅拌电机(15)，搅拌电机(15)的搅拌轴(16)延伸至壳体(11)内部，搅拌轴(16)的末端设有搅拌叶片(9)。5.根据权利要求4所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述壳体(11)内部底部设有超声波发生器(17)。6.根据权利要求2所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述若干个氢气管道(10)均布与壳体(11)的外圆周上。7.根据权利要求2所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述一级氢化塔(1)和二级氢化塔(2)的结构相同；氢化塔包括氢化塔壳体，氢化塔壳体的下部设有工作液出口(18)，氢化塔壳体的上部设有工作液进口(19)，氢化塔壳体的顶部设有气相出口(20)，氢化塔壳体的内部设有两个催化剂床层(8)。8.根据权利要求7所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述一级前置微纳米气泡预混器的气液混合出口管道(13)与一级氢化塔的工作液进口(19)相连，一级氢化塔的工作液出口(18)通过中间氢化液泵(6)和中间氢化液冷却器(5)与二级前置微纳米气泡预混器的工作液管道(12)相连，二级前置微纳米气泡预混器的气液混合出口管道(13)与二级氢化塔的工作液进口(19)相连；二级氢化塔的工作液出口(18)通过氢化泵(7)与后续工段(21)相连。9.根据权利要求7所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述二级氢化塔的气相出口(20)通过管道与一级氢化塔(1)的气相进口(22)相连，一级氢化塔的气相出口(20)与大气相连通。10.根据权利要求9所述的一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统，其特征在于：所述一级氢化塔(1)的气相进口(22)设置在两个催化剂床层(8)之间相对应的氢化塔壳体外壁上。

技术总结
本实用新型涉及一种用于蒽醌法过氧化氢生产的氢化系统；包括一级氢化塔和二级氢化塔，所述一级氢化塔的进口与一级前置微纳米气泡预混器相连，一级氢化塔的出口通过二级前置微纳米气泡预混器与二级氢化塔的进口相连；通过在一级氢化塔和二级氢化塔的前部分别设置有前置微纳米气泡预混器，以实现氢气与工作液的预混合；当氢气与工作液预混合成为混合物后进入相应的氢化塔中，混合物在重力的作用下在氢化塔内由上至下流动，从而接触催化剂床层进行传质反应，以达到提高氢化系统效率的特点。以达到提高氢化系统效率的特点。以达到提高氢化系统效率的特点。


技术研发人员：李娜 彭真 吕标星 赵建华 许世强 王松振
受保护的技术使用者：河南心连心化学工业集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.08
技术公布日：2023/9/16