论文总字数：15725字

摘 要

本论文主要摸索利用微通道技术进行对环氧丙烷的实验室合成，以双氧水为氧化剂，TS-1分子筛为催化剂进行丙烯环氧化反应并进行适当的条件优化。目前，合成环氧丙烷的常规生产工艺有明显缺陷，而微反应器自身所具有的密闭的反应环境，超高效率的传质传热性能完全符合目前的生产需要。前期以液态丙烯为反应物在1.5MPa的压力（实验室微反应器所能容许最大压力）下合成环氧丙烷，因反应器内压力仍是过低的原因，结果并不理想。后采用气态丙烯为反应物，产率得到显著升高。随后研究了该体系下反应温度、压力、停留时间等因素对产物产率的影响，得到在60℃、压力0.8MPa、停留时间10分钟的情况下环氧丙烷的产率最高，可以达到36.76%，最后研究了催化剂经酸碱改性、四丙基氢氧化铵溶液改性、沉积银改性等对催化剂催化效率的影响。

实验结果表明，TS-1分子筛经除碳酸钠浸渍法外的其他改性方法改性后，催化效率都有明显降低。

关键词：微反应器 TS-1 丙烯环氧化 改性

Propylene epoxidation based on microchannel

Abstract

In this paper, the micro-channel technology was used to synthesize propylene oxide, hydrogen peroxide was used as the oxidant and TS-1 molecular sieve as the catalyst to carry out the epoxidation of propylene and the appropriate conditions were optimized. At present, the conventional production process of synthetic propylene oxide has obvious defects, and microreactor itself has a closed reaction environment, ultra-efficient mass transfer heat transfer performance in full compliance with the current production needs. Propylene oxide was synthesized at a pressure of 1.5 MPa (the maximum allowable pressure in the laboratory microreactor) with liquid propylene as the reactant, and the results were not satisfactory because the reactor pressure was still too low. After the use of gaseous propylene as reactants, the yield was significantly increased. The effects of reaction temperature, pressure and residence time on the yield of the product were studied. The yield of propylene oxide was 36.76% at 60 ℃, pressure of 0.8 MPa and residence time of 10 minutes. The effect of the catalyst on the catalytic efficiency of the catalyst was modified by acid-base modification, tetrapropylammonium hydroxide solution modification and sedimentary silver modification.

The experimental results show that the catalytic efficiency of TS-1 zeolite is obviously reduced after modification by other methods except sodium carbonate impregnation.

Key Words: microreactor; TS-1; propylene epoxidation; modification

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 环氧丙烷的介绍 1

1.2 微反应器的概要 2

1.3 微反应器的优势 3

1.3.1 对反应时间的精确控制 3

1.3.2 精确的物料比 4

1.3.3 对反应温度的精确控制 4

1.3.4 无放大效应 4

1.3.5 结构保证安全 4

1.3.6 反应液快速混合 4

1.3.7 能够连续化生产 5

1.3.8 提高产率 5

1.5 微反应器的发展 5

1.6 本论文研究意义 6

第二章 实验准备 7

2.1 实验试剂 7

2.2 实验仪器 7

2.3 装置图 8

第三章 实验方法 10

3.1 微反应器中合成环氧丙烷 10

3.1.1 实验设计 10

3.1.2 实际操作 10

3.2 催化剂的改性 12

3.2.1 Na 浸渍改性 12

3.2.2 HNO3酸改性 12

3.2.3 NaOH碱改性 12

3.2.4 TPAOH改性 12

3.2.5 Ag改性 12

第四章 实验结果与讨论 13

4.1 停留时间对合成环氧丙烷的影响 13

4.2 反应温度对合成环氧丙烷的影响 13

4.3 反应压力对合成环氧丙烷的影响 14

4.4 催化剂的改性对合成环氧丙烷的影响 15

第五章 结论与展望 17

参考文献 18

致 谢 20

第一章 文献综述

1.1 环氧丙烷的介绍

图1.1 环氧丙烷的结构式

环氧丙烷（PO），又叫甲基环氧乙烷、氧化丙烯，是一种低沸点、易燃的无色醚味有毒液体。工业品一般为两种对映体的外消旋混合物，能与水部分混溶，与乙醇、乙醚混溶。它是非常重要的有机化合物原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物，在我国的市场需求也是每年不断地扩大^[1]。19世纪，法国人在实验室中以丙二醇与干燥氯化氢反应得到氯丙醇，然后将其再与氢氧化钾水溶液反应而首次制得环氧丙烷。在此基础上, 美国联合碳化物公司于1931年在查尔斯顿建成第一座氯醇法生产环氧丙烷的工厂^[2]。目前, 工业生产环氧丙烷的方法主要是以氯醇法和共氧化法(又称联产法或哈康法)为主, 这两种方法约占世界总生产能力的90%以上^[3]。但最近几年, 过氧化氢与丙烯直接反应合成环氧丙烷的技术开始崛起, 并且正在向工业化大步迈进。总的来说, 当前环氧丙烷生产技术开发的发展动向主要是传统环氧丙烷生产技术的改进和丙烯氧化新工艺研究开发等两个方面^[4]。

工业上丙烯环氧化生产PO采用的氯醇法对设备腐蚀严重，生产过程中有大量的废水产生，严重的污染环境。共氧化法又工艺复杂，设备投资大，而且联产物较多，其中以苯乙烯环氧丙烷工艺（SMPO）为典型。TS-1分子筛的发现为丙烯环氧化开辟了一条新的途径，该方法以H₂O₂为氧化剂，副产物为水，具有反应条件温和、无腐蚀、无污染、原子利用率较高的优点，很符合当代绿色化学的要求^[5]。但是这个反应还有一个急需解决的问题，环氧丙烷会与溶剂发生反应。

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