一种在常压下利用氢气参与有机反应的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在常压下利用氢气参与有机反应的方法，该方法通过在厌氧反应器中设置氢气活化导体，促使氢气参与的有机化学反应的进行，实现在常压条件下利用氢气进行有机反应，从而降低生产作业难度和安全管理难度、减少工艺设备投资。本发明专利技术还公开了一种在常压下利用氢气参与有机反应的装置。利用氢气参与有机反应的装置。利用氢气参与有机反应的装置。

【技术实现步骤摘要】
一种在常压下利用氢气参与有机反应的方法及装置


[0001]本专利技术属于有机反应的
，具体涉及一种在常压下利用氢气参与有机反应的方法及装置。

技术介绍

[0002]制造业中常见需要氢气或者氢离子参与的有机化学反应，这类反应在化学制药、食品制造、油脂加氢、重质油加氢裂解、苯加氢制环己烷以及使烯烃和芳烃饱和处理、脱除油品中存在的含氧硫氮等杂质、还原无机盐中的部分金属等工艺有着广泛的用途。
[0003]但现有技术中，加氢反应需要在高压条件下进行，通常是高温高压，且普遍需要采用催化剂才能发生反应，这些反应条件会增大操作难度和安全管理难度，以及设备成本。由于加氢反应一般是强放热反应，控制不当容易使系统超压发生事故；而且所使用的催化剂活性很高，在高温高压的反应条件下容易遇空气自燃，导致事故发生。
[0004]例如，石油中所含的硫元素会在炼制、使用油品过程中转变成大量含硫物质，对石油化工设备及石油使用设备有较大的损害，且令燃烧产物中含有硫氧化物，污染环境，生成酸雨等等。故我国对燃油中所含的硫有严格控制指示的要求，也因此有效脱除石油产品中的硫元素成为了石油化工企业迫在眉睫的任务和科研领域研究热点。加氢脱硫技术是目前主要采用的石油脱硫途径，但现有技术必须在高温高压下实行加氢催化以令石油中的硫成分以H2S气体的形式脱去，工艺进行条件难度高。而且加氢反应器长期处于高温高压临氢条件(温度＞250℃，氢分压＞1.4MPa)、高温硫和硫化氢环境，使用条件十分恶劣，导致其设计和制造难度大、造价高。加上现在加氢反应器的使用条件越来越趋向更高温高压化和大型化，更是进一步提高了设备制造和管理成本。
[0005]另外，现有技术中常见的有机酸性水解反应，由于需要采用较高的酸度，容易导致有害副产物生成。
[0006]例如，酱油行业曾采用浓盐酸水解动/植物蛋白质和淀粉来进行氨基酸生产，主要用于配制酱油的生产。但由于现有技术中将动、植物蛋白中的甘油类脂质在浓盐酸中发生水解的过程中伴生有含致癌性的氯丙醇，令配制酱油成品对人体健康不利，我国2021年已明令禁止配制酱油的出品。
[0007]除此之外，很多行业的生产制造过程中都会有大量的有机废液产出；而在已发现的致癌化学物中，80％为有机污染物；所以这些有机废液若排放到公共水域会污染环境，对生物和人类都可能造成致癌、致畸、致突变等毒害作用，对人类健康构成严重威胁。因此，我国要求企业对有机废液必须进行有效的处理才能排放到公共水域中。
[0008]可是，现有技术对有机废液采用高温燃烧处理方法，其工程规模大、成本过高，令生产企业难以承受；而目前还未有其他采用简单普通的化学方法来处理有机废液并在短时间内处理达标的工艺。若采用生化降解工艺对有机废液进行处理，由于进入生化池的废液COD含量通常不得超过1500mg/L，而工业有机废液的COD数值常达上万甚至数十万mg/L，所需生化池的占地面积大、产生的生化污泥量多，甚至需要增加昂贵的膜过滤装置来处理生
化污泥。因此，绝大部分企业采用折中的方式，支付较高的价格成本将有机废液转交给有资质的环保公司进行处理。也因此，有机废液的处理一直以来都是业界难题。
[0009]针对上述的工艺问题，业界急需更安全有效、成本更低的解决办法来作工艺改进。

技术实现思路

[0010]本专利技术的第一个目的在于提供一种在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其能在常压条件下促使有机化学反应的进行，降低反应成本和安全管理难度。
[0011]本专利技术的第二个目的在于提供一种在常压下利用氢气参与有机反应的装置。
[0012]本专利技术的第一个目的通过以下方案实现：
[0013]一种在常压下利用氢气参与有机反应的方法，包括以下步骤：
[0014]⑴
将反应液加入到设有氢气活化导体的厌氧反应器中，
[0015]所述的厌氧反应器为设有尾气出口或者同时设有氢气入口和尾气出口的常压封闭容器，
[0016]所述的氢气活化导体，为一个导电体，或者由两个或者两组独立的导电体通过导电桥架连接而成的导电装置；
[0017]⑵
在厌氧反应器中输入氢气和/或输入氢气与反应液的混合物和/或直接在反应液中生成氢气，使反应液与氢气混合发生反应，其中氢气在氢气活化导体上失去电子转为氢离子并在常压下与反应液发生化学反应，直至反应结束或者达到所需的产物要求。
[0018]本专利技术所述的反应液是在反应前含有至少一种除了无支链饱和烃以外的有机化合物。
[0019]所述的导电桥架可以浸泡在反应液中，也可以部分或者全部在反应液面之上。
[0020]本专利技术所述的常压即为一个大气压。
[0021]本专利技术的工作原理是利用设有氢气活化导体的厌氧反应器实现氢气在常压下参与有机反应：所述氢气活化导体接近氢气富集区域的一端为氢气活化阳极，另一端为反应阴极。在反应过程中，与氢气混合的反应液在所述的厌氧反应器内与所述的氢气活化导体接触，由于所述氢气活化导体接近氢气富集区域的一端更容易发生氢气失去电子成为氢离子的现象，因此所述氢气活化导体接近氢气入口处和/或氢气与反应液的混合物的入口处和/或氢气生成处的一端即为氢气活化阳极；由于有机物上的吸电子基团和供电子基团以及有机物反应期间的过渡状态都影响着该有机物不同部位的电子云密度，故所生成的氢离子能够作为亲电试剂攻击有机化合物上电子云密度较高的部位，并作反应结合；而电子则从所述的氢气活化阳极传导至反应阴极，攻击有机化合物上电子云密度较低的部位，并作化学反应。因此，所述反应液中参与反应的有机物得以在所述反应阴极得到电子，并与所述氢气活化阳极上所生成的氢离子共同完成化学反应，在反应结束后，未参与反应的氢气尾气会从厌氧反应器的尾气出口离开，排入大气中和/或进入下一级的厌氧反应器参与化学反应，也可以引入到现有的氢气处理器进行处理。
[0022]综上所述，本专利技术通过氢气活化导体作用促使氢气不断参与有机物的反应，从而达到常压反应的效果。
[0023]为了提高反应效率，本专利技术在反应过程中需尽可能避免外来氧化性气体和外来氧化剂进入到所述的厌氧反应器中。
[0024]本专利技术的方法适用于有机化合物的不饱和键加氢反应、还原反应、官能团的脱除反应，以及酸性水解反应，下面列举部分常见例子。
[0025]作为用本专利技术方法进行有机化合物不饱和键加氢反应的例子之一，将碳碳多键转为碳碳单键：
[0026][0027]作为用本专利技术方法进行有机化合物还原反应的例子之一，将有机酸还原为醛，将醛还原为醇：
[0028][0029]作为用本专利技术方法进行有机化合物官能团脱除反应的例子之一，石油脱硫：
[0030][0031][0032]作为用本专利技术方法进行有机化合物酸性水解反应的例子，蛋白质水解：
[0033][0034]利用本专利技术方法，上述的反应还可多种结合，例如在酸性环境下有机酸脱羧产烷：
[0035][0036]将本专利技术方法用于有机废液处理时，能将所述反应液中的有机物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴
将反应液加入到设有氢气活化导体的厌氧反应器中，所述的厌氧反应器为设有尾气出口或者同时设有氢气入口和尾气出口的常压封闭容器，所述的氢气活化导体，为一个导电体，或者由两个或者两组独立的导电体通过导电桥架连接而成的导电装置；
⑵
在厌氧反应器中输入氢气和/或氢气与反应液的混合物和/或直接在反应液中生成氢气，使反应液与氢气混合发生反应，其中氢气在氢气活化导体上失去电子转为氢离子并在常压下与反应液发生化学反应，直至反应结束或者达到所需的产物要求。2.根据权利要求1所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，所述氢气活化导体接近氢气入口处和/或氢气与反应液的混合物的入口处和/或氢气生成处的一端为氢气活化阳极，另一端为反应阴极。3.根据权利要求2所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，所述的反应液在反应前含有至少一种除了无支链饱和烃以外的有机化合物；在反应过程中避免外来氧化性气体和外来氧化剂进入到所述的厌氧反应器中。4.根据权利要求3所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，增设制氢电解装置；在所述制氢电解装置中，通过电解反应，在阴极电解液中产生氢气，为所述步骤(2)提供氢气供给。5.根据权利要求4所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，所述的制氢电解装置中设有电解槽分隔物，将其分隔为阳极槽区和阴极槽区；且电解阳极放置阳极槽区并与电解电源正极连接，电解阴极放置于阴极槽区并与电解电源负极连接；所述的制氢电解装置中采用水或者电解质的水溶液作为电解液。6.根据权利要求5所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，所述电解槽分隔物用于分隔阳极槽区产生的氧化性气体和阴极槽区产生的氢气为阳离子交换膜、阴离子交换膜、双极膜、反渗透膜、中性膜、无离子选择性的过滤介质、其他能够有效防止氢气进入所述阳极槽区的材料中的至少一种；当所述阳极槽区的电解液中含有能在电解阴极上被电化学还原的高价态金属离子时，为防止其进入到所述的阴极槽区影响氢气产出，所述电解槽分隔物应选为阴离子交换膜和/或双极膜。7.根据权利要求6所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，将所述的阴极槽区与所述厌氧反应器中放置所述氢气活化阳极的空间连通；具体的连通方式是：(1)所述的阴极槽区与所述厌氧反应器中放置所述氢气活化阳极的空间通过管道连接，使厌氧反应器中的反应液能在阴极槽区和厌氧反应器中循环流动；或者(2)将所述制氢电解装置与本发明的厌氧反应器结合，使所述的阴极槽区和所述的厌氧反应器中放置所述氢气活化阳极的空间合并为一个整体空间。8.根据权利要求7所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，当所述的反应液中含有会影响后续处理工艺效果或者超出排放标准浓度的阴离子时，所述的电解槽分隔物为阴离子交换膜，或者阴离子交换膜与无离子选择性的过滤介质的组合，以在反应过程中同步对上述阴离子进行去除。9.根据权利要求8所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，采用气液
混合装置对所述反应液与氢气进行混合，所述的气液混合装置选自气液混合射流装置、液体喷淋吸收塔、氢气打气泵装置中的至少一种。10.根据权利要求9所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，所述气液混合装置的气液混合物出口或者氢气出气口设于靠近所述氢气活化阳极的位置，以便富含氢气的反应液与所述的氢气活化阳极充分接触来促进电化学反应。11.根据权利要求10所述在常压下利用氢气参与有机反应的方法，其特征在于，采用液流循环的方式将所述氢气活化阳极附近的反应液与所述反应阴极附近的反应液进...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶涛，叶旖婷，
申请(专利权)人：叶旖婷，
类型：发明
国别省市：