全酸性環(huán)境下蒽醌法生產(chǎn)雙氧水降酸耗措施

摘要：本文利用蒽醌法來(lái)制造過(guò)氧化氫產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比后，在主要的技術(shù)指標(biāo)上得出以全酸性工藝生產(chǎn)的過(guò)氧化氫質(zhì)量達(dá)到了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等品質(zhì)。全酸性工藝具有催化劑的活性高、氫化的效率快、萃余含量低和生產(chǎn)裝置能量消耗低的特點(diǎn)。同時(shí)為未來(lái)過(guò)氧化氫生產(chǎn)技術(shù)提供了方向。本文改進(jìn)了蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫酸的耗量過(guò)大的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：全酸性環(huán)境；蒽醌法生產(chǎn)雙氧水；降酸耗；措施

前言

過(guò)氧化氫加熱后分解為水和氧氣，是一種綠色無(wú)污染的化學(xué)物質(zhì)，它是氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氧劑、聚合物引發(fā)劑和交聯(lián)劑。正因?yàn)樗麖V泛的用途，所以它可應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如化工工業(yè)、造紙行業(yè)、環(huán)境保護(hù)、電子產(chǎn)業(yè)，食品、礦業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)廢料加工等方面。由于國(guó)家提倡可持續(xù)發(fā)展和人民對(duì)美好生活質(zhì)量的向往以及生態(tài)問(wèn)題的正視，使得過(guò)氧化氫的的發(fā)展具有無(wú)限的潛力。

1.蒽醌法生產(chǎn)雙氧水簡(jiǎn)介

目前在過(guò)氧化氫生產(chǎn)行業(yè)最為成熟的方法之一是過(guò)氧化氫的蒽醌法生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)外的大型生產(chǎn)廠家?guī)缀醵际褂幂祯▉?lái)制造過(guò)氧化氫。在上世紀(jì)80年代之前的中國(guó)，生產(chǎn)過(guò)氧化氫的主要工藝是以鎳催化劑攪拌釜?dú)浠祯ǎS著過(guò)氧化氫的不斷生產(chǎn)，對(duì)比了以鎳為催化劑的攪拌釜工藝與以鈀為催化劑的固定床工藝。發(fā)現(xiàn)以鈀為催化劑的固定床工藝的諸多優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)為過(guò)氧化氫生產(chǎn)指明了方向。固定床工藝在生產(chǎn)過(guò)氧化氫的途中不用經(jīng)常補(bǔ)加催化劑、氫化設(shè)備操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、危險(xiǎn)性低、裝置能大批量生產(chǎn)等，通過(guò)DCS（計(jì)算機(jī)集散控制技術(shù)）、能進(jìn)一步的降低裝置的危險(xiǎn)性。近期多數(shù)的的新建裝置和老廠的工藝方法都改造成為蒽醌法，一部分則改造為鎳-鈀混合床或固定床。

現(xiàn)在，通過(guò)對(duì)過(guò)氧化氫生產(chǎn)氫化途中的催化劑、工作液、氫氣和氧氣、蒽醌加氫工藝等多個(gè)方面來(lái)探究蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫。

1.1 氫化催化劑

蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫最主要的技術(shù)之一是氫化催化劑。國(guó)內(nèi)外研究過(guò)氧化氫生產(chǎn)的主要對(duì)象是氫化催化劑。現(xiàn)在主要使用鎳催化劑和鈀催化劑兩類(lèi)催化劑作為氫化催化劑用作過(guò)氧化氫的蒽醌法生產(chǎn)。將經(jīng)堿液處理和用芳烴脫水所制得的鋁鎳合金粉，被稱(chēng)為鎳系催化劑，它具有很高的選擇性和催化活性。雖然鎳催化劑具有高的活性和選擇性，但是它卻只能用于小規(guī)模的生產(chǎn)裝置，甚至慢慢消失。主要是鎳系催化劑有很大的缺點(diǎn)，鎳的燃點(diǎn)較低，會(huì)自燃、氫化器結(jié)構(gòu)不簡(jiǎn)單、不能循環(huán)使用、對(duì)工作液中的氧氣和過(guò)氧化氫及其敏感、容易中毒等。蒽醌氫化反應(yīng)中應(yīng)用的最為廣泛的還是鈀催化劑，鈀系催化劑又分為懸浮床和固定床催化劑，應(yīng)用中為了使鈀金屬與工作液和氫氣充分反應(yīng)，通常把鈀金屬均勻沉積在載體上。

1.2工作液

工作載體和溶解工作載體的溶劑是組成工作液的重要成分。主要使用蒽醌類(lèi)的物質(zhì)作為工作載體，蒽醌類(lèi)物質(zhì)不僅在氧化、氫化的循環(huán)途中擁有優(yōu)良的穩(wěn)定性，而且蒽醌和它的氫化物能很好的溶解在溶質(zhì)中。現(xiàn)在使用的蒽醌類(lèi)物質(zhì)有2-烷基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-戊基蒽醌、2-特丁基蒽醌等。使用的最廣泛的是2-乙基蒽醌（EAQ）。

2.全酸性環(huán)境下蒽醌法生產(chǎn)雙氧水工藝分析

用磷酸三辛酯、重芳烴與2-甲基環(huán)己烷醋酸酯為工作載體的溶劑，以2-乙基蒽醌為工作載體，制備出工作液。將制備出的工作液通入氫化塔內(nèi)與氫氣進(jìn)行氫化應(yīng)，從而得到與之相應(yīng)的氫化溶液。再將氫化液通入氧化塔，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，得到還原產(chǎn)物蒽醌，同時(shí)獲得過(guò)氧化氫。此時(shí)獲得的過(guò)氧化氫存在于工作液中，將工作液進(jìn)行萃取，獲得35%～42%濃度的過(guò)氧化氫溶液。把萃取后剩余的工作液通過(guò)高效聚結(jié)分離器進(jìn)行脫水，再將脫水后流出的液體的百分之二十到三十的溶液通入真空脫水器進(jìn)行脫水、余下的工作液跟再生后的活性氧化鋁交匯，流入系統(tǒng)被重復(fù)利用。部分的工作液是由真空脫水后，流經(jīng)白土床再生后回返氫化反應(yīng)，由于整個(gè)工藝環(huán)境都為酸性環(huán)境，所以稱(chēng)為全酸性工藝。

3.全酸性環(huán)境下蒽醌法生產(chǎn)雙氧水中問(wèn)題分析及改進(jìn)措施

3.1問(wèn)題分析

在全酸性蒽醌法生產(chǎn)過(guò)氧化氫的工藝中，在有氧氧化過(guò)程和萃取過(guò)程中需要加磷酸。經(jīng)氫化塔流出的氫化液與磷酸配制槽的磷酸溶液交融后流入氧化塔進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)的途中，在萃取出溶解在氧化液中的過(guò)氧化氫時(shí)，一部分的酸液會(huì)以殘液的形式沉積在上、下塔的塔底，在通過(guò)殘液槽排出地溝的途中會(huì)帶著部分工作液。造成了大量酸液的流失。在萃取塔萃取的過(guò)程中，為了防止過(guò)氧化氫的分解，需要維持萃取液的酸性，必須不斷地在純水中加入酸，將酸與水充分混勻后通過(guò)泵抽入萃取塔，此間不會(huì)損失酸含量。從氧化工序和萃取工序來(lái)分析，可以看出，氧化工序殘液的直接排出大量的浪費(fèi)了酸液，而且由于殘液的排出量每天約達(dá)到2t，殘液中損失的游離酸含量3.06g/L，過(guò)氧化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)38%上下，使得氧化液中過(guò)氧化氫的含量減少，影響了過(guò)氧化氫的產(chǎn)量。

3.2.改進(jìn)措施

管道內(nèi)氫化液的流動(dòng)屬于湍流。當(dāng)工作液的粘稠程度、密度、管道的直徑固定不變時(shí)，可以通過(guò)增大流量，提高流速來(lái)提高工作液的湍流速度，從而加快磷酸溶液與氫化液的混合速度與混合均勻度，降低酸溶液的沉積量。在氫化液泵的進(jìn)口過(guò)濾器添加一根細(xì)管，用以連接磷酸配制槽取樣球閥和轉(zhuǎn)子流量，通過(guò)流量計(jì)來(lái)決定酸液的補(bǔ)加或減少。這樣可以更為徹底的重復(fù)利用工作液，加大流速，提高湍流速度。如此，氧化塔中的酸液就難以沉積。圖1為氧化系統(tǒng)添加磷酸的前后改造流程圖。（改造后流程為虛線部分）

3.3改造效果

通過(guò)技術(shù)的改進(jìn)后，酸液的耗損與之前相比有了很大的降低，殘液的沉積量顯著的降低了，氧化更為徹底，氧化液的酸度趨于穩(wěn)定。增加了0.2g/L，氧化液平均酸度值為0.0024g/L，消耗的磷酸與設(shè)計(jì)的指標(biāo)值1.1kg/t非常靠近只有1.132kg/t。磷酸耗量的降低，過(guò)氧化氫的產(chǎn)量增加，使得了年利潤(rùn)增加了96萬(wàn)元。另一方面，由于排出的殘液較少，降低了環(huán)境的污染程度。當(dāng)前，某廠的過(guò)氧化氫生產(chǎn)裝置為本廠贏得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，生產(chǎn)裝置達(dá)到了低能耗、安全、穩(wěn)定、高產(chǎn)量、高品質(zhì)的良好運(yùn)行情況。

4.小結(jié)

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)使用的酸堿混合工藝生產(chǎn)過(guò)氧化氫技術(shù)開(kāi)始向全酸性工藝生產(chǎn)過(guò)氧化氫進(jìn)行過(guò)渡。在使用全酸性工藝生產(chǎn)過(guò)氧化氫時(shí)，通過(guò)研究改正催化劑活性或者流化床技術(shù)來(lái)縮減生產(chǎn)裝置的成本，增加過(guò)氧化氫的產(chǎn)量，由此減少?lài)?guó)內(nèi)外技術(shù)的距離。另一方面，減少酸液流失，能減少成本，使企業(yè)贏得更高的利益。

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作者簡(jiǎn)介：張劍（1989-），男，籍貫湖南省邵東縣，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，化學(xué)工程與工藝.