超重力技術(shù)在蒽醌法制備雙氧水上應(yīng)用的初步探索

呂昀祖，周紅軍，徐 泉

中國石油大學(xué)(北京)新能源研究院，北京 102249

超重力技術(shù)在蒽醌法制備雙氧水上應(yīng)用的初步探索

呂昀祖，周紅軍，徐 泉*

中國石油大學(xué)(北京)新能源研究院，北京 102249

自主設(shè)計并搭建了一套超重力反應(yīng)裝置以研究超重力技術(shù)在蒽醌法生產(chǎn)雙氧水上的應(yīng)用。實驗分別考察蒽醌加氫在超重力單程加氫操作和循環(huán)加氫操作下的氫效以及時空收率。實驗結(jié)果表明在超重力反應(yīng)系統(tǒng)中，當轉(zhuǎn)速在350～400 r/min時加氫效率最高；在40～60 ℃，0.1～0.3 MPa的條件下，隨溫度和壓力升高氫效有所提高。同時實驗發(fā)現(xiàn)在相同反應(yīng)條件下，循環(huán)加氫的操作方法雖然可以得到較高的氫效但同時極大地降低了時空收率。用超重力技術(shù)單程加氫的操作方法可以得到的產(chǎn)品時空收率為27.9 g(H2O2)/L(cat.)·h，遠高于同條件下的采用固定床加氫的產(chǎn)品時空收率(12.7～16.5 g(H2O2)/L(cat.)·h)。因此本文認為采用連續(xù)的單程加氫的超重力技術(shù)在蒽醌法制備雙氧水上更具經(jīng)濟性。

超重力技術(shù)； 循環(huán)加氫；單程加氫；蒽醌法； 雙氧水制備

0 引言

雙氧水是重要的石油化工原料和精細化工產(chǎn)品，作為綠色氧化劑、漂白劑、消毒劑，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于造紙[1]、醫(yī)藥[2]、化學(xué)品合成[3]、電子[4]、食品加工[5]、紡織[6]、環(huán)境保護[7]等諸多領(lǐng)域。工業(yè)上有多種生產(chǎn)雙氧水的工藝[8]，在經(jīng)歷多次技術(shù)更迭之后，目前蒽醌法生產(chǎn)雙氧水工藝被應(yīng)用于工業(yè)實際生產(chǎn)中[9]。我國大規(guī)模生產(chǎn)雙氧水起步較晚，但生產(chǎn)能力增長迅速，從1984年產(chǎn)量只有2.8萬t/a到2014年產(chǎn)量達900萬t/a，尤其在2009年，我國雙氧水生產(chǎn)的產(chǎn)量和產(chǎn)能一躍超越美國，穩(wěn)居世界第一[10]。

近些年來由于雙氧水生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，國內(nèi)對雙氧水生產(chǎn)方面的研究，更多側(cè)重于解決工業(yè)實際生產(chǎn)中所面臨的一些問題和生產(chǎn)流程上的優(yōu)化[11-14]，并沒有在生產(chǎn)技術(shù)上做創(chuàng)新性研究。國外近些年熱衷于用氫氧直接合成法生產(chǎn)雙氧水[15-16]。以H2和O2為原料在催化劑作用下直接合成過氧化氫，這一方法看上去最直接、最環(huán)保、最經(jīng)濟，十分符合化學(xué)工業(yè)中崇尚的原子經(jīng)濟原則。但由于實際反應(yīng)過程中存在一些平行副反應(yīng)與連續(xù)副反應(yīng)，而且這些副反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)程度很難控制，過氧化氫濃度和收率一直比較低。另外氫氧直接合成法的最主要問題還是有極大的安全隱患，加之生產(chǎn)工藝以及設(shè)備的要求苛刻、昂貴生產(chǎn)成本，使得此法目前還無法實現(xiàn)工業(yè)化。雖然氫氧直接合成法存在一些缺點，但經(jīng)過了多年的不斷改進，反應(yīng)過程已經(jīng)逐漸可控，Degussa-Headwaters的相關(guān)報道認為[17]在氫氧直接合成方法中使用活性炭表面負載的納米鈀顆粒催化劑，溶劑采用醇一類的物質(zhì)以及控制可燃限值以外的氫氣濃度是有可能實現(xiàn)工業(yè)化氫氧直接合成過氧化氫的。此外這種方法在環(huán)保和生產(chǎn)成本上具有的獨特優(yōu)勢，用該方法替代現(xiàn)有過氧化氫生產(chǎn)方法十分可能。

工業(yè)上在不同階段曾出現(xiàn)過多種雙氧水生產(chǎn)工藝，隨著科學(xué)的進步，綠色化工的不斷發(fā)展，雙氧水制備方法由電解法[18]，異丙醇法[19-20]逐漸演變?yōu)檩祯āｋ娊夥姾母?、鉑電極因損耗需要補充，設(shè)備單元生產(chǎn)能力低；異丙醇法在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生副產(chǎn)品丙酮，需要對丙酮和過氧化氫進行分離。而蒽醌法完美克服了上述兩種方法的缺點，具有電耗低、工作液可循環(huán)使用、設(shè)備安全、無副產(chǎn)品生成等優(yōu)點，直到現(xiàn)在，蒽醌法仍然是全球過氧化氫廠商最主要的生產(chǎn)方法[21]。

蒽醌法固定床生產(chǎn)工藝一般分為氫化、氧化、萃取、后處理等4個主要步驟。其中氫化是整個工藝的核心，氫化效率的提高會直接使得產(chǎn)能和經(jīng)濟效益提高。解決氫化過程中氫化液降解和降解物在催化劑表面堆積兩大問題，有利于實現(xiàn)現(xiàn)行雙氧水生產(chǎn)工藝的擴大再生產(chǎn)[9]。

國內(nèi)現(xiàn)行的雙氧水生產(chǎn)工藝大多以固定床為主，而固定床受制于重力影響，導(dǎo)致液體經(jīng)流床層速度慢、催化劑液膜較厚，這不利于氣液固三相充分接觸反應(yīng)。由蒽醌加氫動力學(xué)可知，蒽醌(EAQ)和四氫蒽醌(H4EAQ)的氫化反應(yīng)對蒽醌濃度均為0級反應(yīng)，對氫氣分壓均為1級反應(yīng)[9,22-24]。蒽醌氫化過程中有明顯的內(nèi)擴散和外擴散阻力[25]，在存在攪拌的情況下，外擴散阻力隨攪拌速度的增加而逐漸減小[25-26]，而外擴散阻力的減少有利于工作液充分反應(yīng)，加快氫化速率從而提高氫效。因此本文考慮通過外場強化的方式來加強反應(yīng)體系中的傳質(zhì)過程，以提高實際生產(chǎn)的時空收率。

超重力技術(shù)是外場強化技術(shù)的一種。超重力技術(shù)通過創(chuàng)造高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來增大加速度，模擬超重力環(huán)境，實現(xiàn)微觀混合和傳質(zhì)過程的強化。該技術(shù)通過轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，使附著在催化劑表面上的液膜在反應(yīng)器中受到較大的離心力。液膜由于受到離心力作用變薄，有利于氣相通過液膜，使得氣液固三相可以充分接觸完成化學(xué)反應(yīng)，加強反應(yīng)傳質(zhì)傳熱。在超重力環(huán)境下，不同分子間的擴散和相間傳遞過程均比普通重力環(huán)境下要迅速得多，氣液、液液、液固、氣液固多相在超重力條件下的多孔介質(zhì)或填料孔道中產(chǎn)生逆流、錯流或并流接觸，超重力產(chǎn)生的巨大剪切力和快速更新的相界面，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的塔器高出1～2個數(shù)量級，微觀混合和傳遞過程得到了巨大強化[27-28]。超重力技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于分離工業(yè)[29-30]、納米材料制備[31]、快速反應(yīng)[29,32-33]和多相催化反應(yīng)[33-36]等方面。本文首次探討了超重力技術(shù)在生產(chǎn)雙氧水工藝上的可行性，通過多組實驗對比，發(fā)現(xiàn)利用超重力技術(shù)可以明顯提高雙氧水生產(chǎn)工藝的時空收率，而且超重力反應(yīng)器具有設(shè)備體積小、投資低，維修方便，設(shè)備成本與傳統(tǒng)的傳質(zhì)塔設(shè)備相比大大減少等特點。因此，超重力技術(shù)有利于提高現(xiàn)有雙氧水生產(chǎn)工藝的產(chǎn)能同時降低投資以及運行成本。

1 超重力反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計

超重力旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器是整個系統(tǒng)的核心，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，氣相和液相物料通過中心管1中的狹縫噴淋進入超重力旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)由高速旋轉(zhuǎn)的承載有催化劑的轉(zhuǎn)子3內(nèi)緣壁上的狹縫進入催化劑填料層，氣液兩相在高速旋轉(zhuǎn)的催化床層中強烈混合、湍動，與固體催化劑間進行傳質(zhì)與反應(yīng)，反應(yīng)后的氣液兩相再流經(jīng)轉(zhuǎn)子外緣壁上的狹縫由離心力甩至反應(yīng)器外腔，液體甩至殼體壁上匯集到殼體底部和氣體共同經(jīng)由反應(yīng)器出口9流出，后接氣液分離灌，實現(xiàn)氣液分離。

反應(yīng)器轉(zhuǎn)子由開孔金屬圓筒與金屬絲網(wǎng)包裹組成，反應(yīng)器轉(zhuǎn)子中心貫穿焊接支撐軸，腔層為催化劑填料床層，大孔金屬絲網(wǎng)為氣液流入與流出的通道，轉(zhuǎn)子上部密封，底部端蓋通過螺母、襯套、螺栓與轉(zhuǎn)子連接密封，可拆卸，便于裝填催化劑。轉(zhuǎn)子下端蓋中部是通過限位銷和花鍵與傳動軸固定，轉(zhuǎn)子與傳動軸聯(lián)接十分牢固，在轉(zhuǎn)動過程中可保持平衡。支撐軸上部與機械密封裝置嵌套，機械密封支撐圓盤與反應(yīng)器外殼通過12個螺栓拉緊。

圖1 超重力反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Rotating Packed Bed (RPB) structure diagram

液體分布管在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)是靜止不動的，結(jié)構(gòu)見圖2。它位于旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器支撐軸內(nèi)部，是旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的重要部件。它的結(jié)構(gòu)直接影響液體在催化劑床層的分布情況。由于開縫液體分布管具有不易堵塞，易加工等優(yōu)點，結(jié)合成本及加工難易程度的考慮，本設(shè)計中采用直管式橫向開縫分布管。

圖2 液體分布管結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the liquid distribution pipe

本文超重力實驗裝置如圖3所示。本套超重力裝置共由原料罐、工作泵、水浴槽、超重力反應(yīng)器和儲液罐等共5部分組成。其中包含兩個循環(huán)系統(tǒng)，即原料加熱循環(huán)系統(tǒng)和工作液連續(xù)反應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)。原料加熱循環(huán)系統(tǒng)由原料罐、工作泵和水浴槽3部分組成，工作液由工作泵從原料罐中抽出，經(jīng)水浴槽重新流回原料罐，實現(xiàn)對工作液的循環(huán)快速加熱；工作液連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)由原料罐、工作泵、水浴槽、超重力反應(yīng)器和儲液罐組成，工作液由工作泵從原料罐中抽出，經(jīng)水浴槽、超重力反應(yīng)器和儲液罐重新流回原料罐，實現(xiàn)工作液連續(xù)反應(yīng)。實驗操作分為單程實驗操作和循環(huán)實驗操作兩種。單程實驗操作即不開啟工作液連續(xù)反應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)，一次走樣采集樣品，得到的數(shù)據(jù)。循環(huán)操作即開啟工作液連續(xù)反應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)多次循環(huán)采集樣品，得到數(shù)據(jù)。

圖3 超重力反應(yīng)器蒽醌法制雙氧水流程圖Fig. 3 The fowchart of RPB reactor prepared hydrogen peroxide by anthraquinone process

2 實驗部分

2.1 單程加氫實驗操作

先將催化劑放置于旋轉(zhuǎn)填料床中，然后蓋緊法蘭盤，通氮氣檢驗裝置氣密性。隨后通入氫氣，持續(xù)8 h，使催化劑還原激活。關(guān)閉反應(yīng)器前工作液進料閥，開啟原料加熱循環(huán)系統(tǒng)，將工作液預(yù)熱至設(shè)定溫度，然后使反應(yīng)器內(nèi)壓力與鋼瓶出口壓力保持平衡。待裝置穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)變頻器頻率，設(shè)定轉(zhuǎn)速，打開反應(yīng)器前進料閥門，反應(yīng)開始，從儲液罐中取樣分析。

2.2 循環(huán)加氫實驗操作

先將催化劑放置于旋轉(zhuǎn)填料床中，蓋緊法蘭盤。隨后通入氫氣，持續(xù)8 h，使催化劑還原激活。關(guān)閉反應(yīng)器前工作液進料閥，開啟原料加熱循環(huán)系統(tǒng)，將工作液預(yù)熱至設(shè)定溫度，然后使反應(yīng)器內(nèi)壓力與鋼瓶出口壓力保持平衡，待裝置穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)變頻器頻率，設(shè)定轉(zhuǎn)速，打開反應(yīng)器前進料閥門，并開啟工作液連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)開始。從儲液罐中取樣分析，每隔5分鐘取一次樣。

3 結(jié)果與討論

3.1 單程實驗

3.1.1 轉(zhuǎn)速對單程反應(yīng)效果的影響

在壓力0.2 MPa，溫度60 ℃，工作液流量870 mL/min的條件下，首先考察了轉(zhuǎn)速對結(jié)果的影響，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)速對單程蒽醌加氫的影響Fig. 4 The infuence of rotate speed on one-way anthraquinone hydrogenation

當反應(yīng)器靜止時(此時可看成是固定床反應(yīng)器)，氫化效率為1.85 g/L，隨轉(zhuǎn)速提高，蒽醌的氫效(氫化效率)也隨之增大，并在390 r/min時達到最大，當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，氫效有降低的趨勢。這是因為隨著轉(zhuǎn)速增大，超重力旋轉(zhuǎn)填料層內(nèi)催化劑表面的液膜厚度和液滴都大大減小，增加了氣液間的接觸面積，減小了氫氣向工作液和催化劑孔道內(nèi)的傳質(zhì)阻力，提高了氫氣的傳質(zhì)速率。同時旋轉(zhuǎn)使得工作液液滴獲得了周向速度，使得工作液不僅僅在徑向流通，實際的流通路徑更為復(fù)雜，有助于工作液在催化劑層的分散，催化劑的利用率進一步增大，促使氫效提高。在轉(zhuǎn)速增大到560 r/min以上，蒽醌加氫效率開始降低。分析可能是轉(zhuǎn)速過高導(dǎo)致工作液周向速度過快，流道發(fā)生短路致使工作液停留時間太短，催化劑利用率降低。

3.1.2 溫度對單程反應(yīng)效果的影響

在壓力0.2 MPa，轉(zhuǎn)速390 r/min，流量870 mL/min的條件下考察了溫度對加氫效果的影響，結(jié)果見圖5。隨著溫度升高氫效逐漸增加，且在60 ℃時氫效值達到最高，之后隨溫度增大，氫效開始降低。這和固定床的變化趨勢相近。升高溫度可使物質(zhì)分子獲得更大的動能，很大程度上增加了氫氣分子、蒽醌分子與催化劑活性中心三者之間相互的碰撞機會，從而加快了反應(yīng)速率，提高了催化劑活性，氫化效率因此提高。但是隨著反應(yīng)溫度的繼續(xù)上升，副反應(yīng)的生成速率也增大，加氫選擇性開始降低，不利于目標產(chǎn)物的生成，使得氫化效率反而降低。這主要還是由反應(yīng)自身的特點所決定的。

圖5 溫度對單程蒽醌加氫的影響Fig. 5 The infuence of temperature on one-way anthraquinone hydrogenation

3.1.3 壓力對單程反應(yīng)效果的影響

在溫度60 ℃，轉(zhuǎn)速390 r/min，流量870 mL/min條件下考察了壓力對加氫效果的影響，結(jié)果見圖6。在0.10～0.30 MPa壓力范圍內(nèi)，氫效隨壓力的增大而增加。反應(yīng)動力學(xué)表明，2-乙基蒽醌及2-乙基四氫蒽醌的氫化反應(yīng)對氫氣分壓均為一級，提高氫氣壓力，氫化反應(yīng)速度也會相應(yīng)提高。同時隨著氫氣壓力的增大，其在蒽醌工作液中的溶解度也進一步增加，可以增大氫氣分子同催化劑活性中心的接觸概率，從而提高氫化效率。

圖6 壓力對單程蒽醌加氫的影響Fig. 6 The infuence of pressure on one-way anthraquinone hydrogenation

3.2 循環(huán)實驗

3.2.1 轉(zhuǎn)速對循環(huán)反應(yīng)效果的影響

在壓力0.2 MPa，溫度55 ℃，工作液流量870 mL/min的條件下考察轉(zhuǎn)速對循環(huán)加氫效果的影響。從圖7中可以看出，當轉(zhuǎn)速達到336 r/min 時，其加氫效率達到最大，當繼續(xù)增大轉(zhuǎn)速后，加氫效率有明顯降低的趨勢。這是因為，一方面轉(zhuǎn)速增大時，液滴會受到更大的離心力，加快了液滴流出反應(yīng)器的速度，以致相同時間內(nèi)反應(yīng)相對不完全。另一方面，受表面張力的作用，與催化劑接觸的液滴會相對較慢地流出反應(yīng)器，而未與催化劑接觸的液滴則會相對較快地流出反應(yīng)器，從而造成工作液在相同時空內(nèi)生產(chǎn)能力降低。

圖7 轉(zhuǎn)速對循環(huán)蒽醌加氫的影響Fig. 7 The infuence of rotate speed on circulatory anthraquinone hydrogenation

3.2.2 溫度對循環(huán)反應(yīng)效果的影響

在壓力0.2 MPa，轉(zhuǎn)速336 r/min，流量870 mL/min條件下考察了溫度對于加氫效果的影響。從圖8中可以明顯地看出，蒽醌加氫效率隨溫度升高而升高，尤其在達到45 ℃后會有明顯的提升，當溫度達到55 ℃后，加氫效率便沒有明顯地提高。這可能由于在反應(yīng)伊始體系溫度的提高，使得活化分子增多，大大增加了有效碰撞的機率。但同時由于工作液液滴受到較大的離心力作用，在反應(yīng)器中駐留時間比較短，部分活化分子不能及時與氫氣、催化劑同時接觸就流出反應(yīng)體系，即不能發(fā)生有效反應(yīng)，所以在相對高溫條件下，雖然活化因子較多，但加氫效率的提高卻沒那么明顯。

圖8 溫度對循環(huán)蒽醌加氫的影響Fig. 8 The infuence of temperature on circulatory anthraquinone hydrogenation

3.2.3 壓力對循環(huán)反應(yīng)效果的影響

在溫度55 ℃，轉(zhuǎn)速336 r/min，流量870 mL/min條件下考察了壓力對于加氫效果的影響。從圖9中可以看出，蒽醌的加氫效率隨壓力升高而升高，尤其在0.15～0.25 MPa之間，壓力影響顯著。壓力的增加使得有更多的氫氣分子可以在反應(yīng)器中參與反應(yīng)，因而加氫效率隨壓力的增大而提高。但當壓力大于0.25 MPa后，加氫效率的提高沒有那么明顯。

3.3 超重力生產(chǎn)工藝與固定床生產(chǎn)工藝的比較

從圖10中可看出，就超重力反應(yīng)器而言，循環(huán)加氫雖然氫化效率高于單程加氫，但是由于延長反應(yīng)時間而損失了巨大的時空收率，降低了經(jīng)濟性，因此對于此反應(yīng)設(shè)備，連續(xù)的單程加氫較循環(huán)加氫是更為合適的操作方式。

圖9 壓力對循環(huán)蒽醌加氫的影響Fig. 9 The infuence of pressure on circulatory anthraquinone hydrogenation

圖10 不同循環(huán)時間的氫化液的氫化效率與時空收率Fig. 10 Hydrogenated liquid hydrogenation efficiency and the space-time yield under different cycle time

表1對比了本課題組自行設(shè)計的固定床單程加氫和超重力單程加氫的實驗結(jié)果。從表中可以看出，在相同反應(yīng)條件下，在單程加氫的操作方式下，超重力技術(shù)與傳統(tǒng)固定床相比，氫效由1.8 g/L提高至3.1 g/L，時空收率由12.7～16.5 g(H2O2)/L(cat.)·h提高至27.9 g(H2O2)/L(cat.)·h。盡管超重力反應(yīng)器徑向高度低于固定床的軸向高度，但由于超重力場的存在，使得反應(yīng)器內(nèi)工作液產(chǎn)生的湍動更劇烈，氣液固接觸效果更好，加氫效率更高。同時雖然超重力反應(yīng)器催化劑裝填量及工作液流量均較固定床多出很多，但其時空收率也比固定床高出很多。

表1 超重力生產(chǎn)工藝與固定床生產(chǎn)工藝的對比Table 1 Compare the production processes of rotating packed bed and fxed bed

4 結(jié)論與展望

(1) 實驗結(jié)果表明，適當?shù)霓D(zhuǎn)速可以使生產(chǎn)效率有明顯提高，當轉(zhuǎn)速在350～400 r/min時生產(chǎn)效率最優(yōu)。當效率超過這一數(shù)值時，會導(dǎo)致工作液徑向速度過快，駐留反應(yīng)系統(tǒng)時間過短，催化劑利用率降低，反而不利于氫化效率的提高。

(2) 壓力和溫度對超重力反應(yīng)體系的影響和在固定床上類似，即加氫效率隨壓力和溫度的增高而增大。但由于超重力場的存在，會使得液滴在反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)時間大大減少，所以當壓力大于0.25 MPa，溫度高于55 ℃后，氫效便沒有明顯的提高。

(3) 雖然循環(huán)加氫的氫化效率高于單程加氫，但其時空收率卻明顯下降，不具有經(jīng)濟性，連續(xù)的單程加氫較循環(huán)加氫是更為合適的操作方式。

(4) 同固定床生產(chǎn)工藝相比，超重力反應(yīng)器由于超重力場的存在，使得氣液固接觸效果更好，加氫效率更高。超重力單程蒽醌加氫的時空收率比固定床高出很多，超重力反應(yīng)器對于提高蒽醌加氫效率和時空收率有一定借鑒意義，值得深入研究。

(5) 與傳統(tǒng)固定床相比，超重力技術(shù)在雙氧水生產(chǎn)上具有不可比擬的優(yōu)勢，具有設(shè)備造價更低廉，體積小，反應(yīng)流程快等優(yōu)點。但由于超重力技術(shù)對設(shè)備本身要求較高，如設(shè)備耐磨耐腐蝕性要好、設(shè)備需同軸等，這對設(shè)備的自身的制造提出更高的要求。同時，在超重力場內(nèi)，液滴駐留時間短，這就要求反應(yīng)速度應(yīng)更快，催化劑催化能力應(yīng)更高。

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The application of Higee technology in the anthraquinone process for producing hydrogen peroxide

LV Yunzu, ZHOU Hongjun, XU Quan
Institute of New Energy, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China

This paper describes Higee(High Gravity) technology which produces hydrogen peroxide with an independently designed and constructed Higee reaction system in the anthraquinone process. This Higee equipment consists of 5 parts: raw material tank, product tank, working pump, temperature-controlled water bath and the rotating packed bed (RPB) reactor. And it is also comprised of two circulatory systems, the raw material heat circulatory system and the working liquid continuous reaction circulatory system. The raw material heat circulatory system comprises a raw material tank, working pump and temperature-controlled water bath. Working fuid pumped from the raw material tank by the working pump fows back to the raw material tank through the temperature-controlled water bath achieving a rapid heating cycle of the working fuid. The working liquid continuous reaction circulatory system includes all those 5 parts. Working fuid is pumped from raw material tank, and then raw material fows back through temperature-controlled water bath, Higee reactor and product tank. This whole process iscalled the working fuid continuous reaction. The experimental results show that the appropriate rotation speed has improved the hydrogenation effciency signifcantly, and the optimum speed is 350～400 r/min. Simultaneously, the effect of temperature and pressure on the Higee reaction system is similar to that of a fxed bed reactor system. Circulatory hydrogenation operation can achieve a higher hydrogenation effciency, and in the meanwhile greatly reduce the space-time yield. Compared with the fxed bed production technology (12.7～16.5 g(H2O2)/L(cat.)·h), Higee production technology by one-way hydrogenation has a higher space-time yield (27.9 g(H2O2)/L(cat.)·h), and therefore successive one-way hydrogenation is more economical and has more research value.

Higee technology; cyclic hydrogenation; one-way hydrogenation; anthraquinone process; hydrogen peroxide preparation

2016-09-11

10.3969/j.issn.2096-1693.2016.03.047

(編輯 馬桂霞)

呂昀祖, 周紅軍, 徐泉. 超重力技術(shù)在蒽醌法制備雙氧水上應(yīng)用的初步探索. 石油科學(xué)通報, 2016, 03: 503-511

LV Yunzu, ZHOU Hongjun, XU Quan. The application of Higee technology in the anthraquinone process for producing hydrogen peroxide. Petroleum Science Bulletin, 2016, 03: 503-511. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2016.03.047

*通信作者, xuquan@cup.edu.cn