探究金属卟啉催化氧化环己烷工业应用研究

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1、湘潭大学硕士学位论文金属卟啉催化氧化环己烷工业应用研究姓名：李皓申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：罗和安20040901摘要本文以金属卟啉催化空气氧化环己烷生产环己酮的工业应用为目的，白行设计和安装了三个串联搅拌式反应釜试验装置，完成了连续性中试。建立了金属卟啉催化氧化环己烷反应的数学模型，并运用ASPENPLUS软件对反应过程进行了模拟。用过程模拟的结果做指导，在4．5万吨／年和7万吨／年环己酮生产装置上进行了金属卟啉催化氧化环己烷工业试验，提出了应用金属卟啉催化氧化技术进行12．4万吨／年环己酮的工业生产装置改造的技术方案。具体工作如下：l、设计并安装了金属卟啉催化氧化

2、环己烷三个串联搅拌式反应釜中试装置，通过中试研究，确定了多个搅拌式全混反应器串联为较佳的反应器组合形式，氧化反应的最佳温度为143～150。C，反应压力为0．85±0．05MPa(G)。确定适合的催化剂为钻卟啉，催化剂浓度为3mg／L。2、根据中试和相关文献，建立了金属卟啉催化氧化环己烷反应的数学模型并进行了过程模拟。3、在4．5万吨／年和7万吨／年环己烷无催化氧化制备环己酮工业装置上进行了金属卟啉催化氧化环己烷的工业试验，验证了中试的试验结果和反应数学模型的适应性。4、采用所建立的反应数学模型和ASPENPLUS计算软件进行了工业化方案设计研究。工业试验和工业化方案设计研究表明金

3、属卟啉催化氧化环己烷工艺可直接应用于现有环己烷氧化装置的扩能改造，只需要增加相应的热交换设备，解决氧化系统和环己烷循环系统的热平衡问题，即可大幅提高产量，降低消耗，减少三废排放。其投资回报率高，应用前景广阔。5、本课题第一次将金属卟啉催化剂应用于空气氧化环己烷工业制备环己酮。研究表明：在相对温和的条件下，金属卟啉催化空气氧化环己烷比现有工艺单程转化率提高1倍以上，同时环己酮收率提高5％mol以上，符合绿色化学的发展方向。金属卟啉催化氧化环己烷技术工业化开发的成功，首次实现了较温和条件下金属卟啉．T一催化空气氧化惰性C—H键的工业化过程，开创了烃类选择性氧化的新局面，对于相关重要工业

4、过程，如甲苯氧化合成苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸过程、对二甲苯氧化合成对苯二甲酸过程等，具有重要的指导和参考作用。通过新技术的应用和辐射，将推动行业的发展和技术进步。关键词：金属卟啉；催化氧化；环己烷；工业应用Abstract．Theindustrialprocessofcyclohexaneoxidationwithairinthepresenceofmetalloporphyrincatalysttoproducecyc]ohexanonehasbeenstudiedinthispaper．Thedesignandinstallationofthreestir—reactorsins

5、eriesaswellascontinuousexperimentsinmedium-sizedhavebeencarriedout．Themathematicmodelofeyclohexaneoxidationwithairinthepresenceofmetalloporphyrincatalysthasbeensetupandprocesssimulationhasbeenexecuted．Guidedbythesimulationresults，themetalloporphyrincatalyticoxidationexperimentontheplantwiththe

6、capacityof45kt／aand70kt／aofcyclohexanoneandthedesignoftheplantwiththecapacityof124kt／ahavebeencomp]eted．Themainresearchworksandresultsareasfollows：1．Themedium—sizedofthreestir—reactorsinseriesforcvclohexaneoxidationwithmetalloporphyrincatalyst。Theresearchresults甜e：thefullymixedstir—reactorisbe

7、tterthanothertypes。theoptimalreactiontemperatureis143～145℃andreactionpressureis0．85±0．05MPa(G)。thebestcatalystiscobaltoporphyrinanditsconcentrationis3mg／L．2．Themathematicreactionmodelforcyclohexaneoxidationwithmetalloporphyrincatalystis