CH334904A - Process for the production of hydrogen peroxide - Google Patents

Process for the production of hydrogen peroxide

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CH334904A
CH334904A CH334904DA CH334904A CH 334904 A CH334904 A CH 334904A CH 334904D A CH334904D A CH 334904DA CH 334904 A CH334904 A CH 334904A
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hydrogen peroxide
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Inventor
Rudd Skinner John
Edward Steinle Shelton
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Bataafsche Petroleum
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/022Preparation from organic compounds
    • C01B15/026Preparation from organic compounds from alcohols

Description

  

  Verfahren zur     Herstellung    von Wasserstoffperoxyd         Die    Erfindung betrifft ein Verfahren     zur     Herstellung von Wasserstoffperoxyd     dureb.     Oxydation von sekundären Alkoholen, insbe  sondere von     Isopropylalkohol,    in flüssiger  Phase mit molekularem Sauerstoff bei Tem  peraturen     von    70-160      C    in Abwesenheit     von          Isatalysatoren    unter gleichzeitiger Bildung       \-oii        Carhonylverbindungen.     



  Im Hauptpatent ist ein Verfahren     be-          schrieben    zur Herstellung von Wasserstoffper  oxyd durch nichtkatalytische Oxydation von  sekundären Alkoholen, wie     Isopropylalkohol,     in flüssiger Phase, wobei der Alkohol mit  einem molekularen Sauerstoff enthaltenden       Gas    bei Temperaturen von 70 bis l60 ,     vor-          zitgs -cise    zwischen 90 und     140 ,        behandelt          Wird.    Man     liUt        voi#ziijsweise    die Reaktion so       Voll    sieh gehen,

   dass man den sekundären     AI-          !Whol    in flüssiger Phase in     CTegenwai-t"        von          lieaktionsinitiatoren    mit     freieniRadikal,    wie       I'ei-oxydverbindungen,    durchlüftet, das heisst,       (htss        nian    die Durchlüftung bei erhöhter Tem  peratur durchführt,

   wobei man das     Reaktions-          gemiscli        sorgfältig        von    einer Berührung mit  die     Zersetzung    von Wasserstoffperoxyd     för-           < lernden    Stoffen frei hält und die     Gesamt-          fIüssif,-keit,    die der Durchlüftung     unterwor-          fen        wird,        finit    molekularem Sauerstoff im     we-          setitliehen    sättigt.  



  Als     hauptsäehliclies        Nebenprodukt    ent  steht bei diesem Verfahren das     Keton,        clas       bezüglich Anzahl und     Anordnung    der     Koh-          lenstoffatome    dem als Ausgangsmaterial be  nutzten sekundären Alkohol entspricht.  



  Gleichzeitig mit dieser Reaktion verlaufen  dabei noch eine oder mehrere Nebenreaktio  nen, die zu organischen Säuren führen, ins  besondere, falls der sekundäre Alkohol der       Isopropilalkohol    ist, zu Essigsäure. Die  Menge der entstehenden Säuren hängt dabei  von den Reaktionsbedingungen ab und beträgt  im     all-eineinen    ungefähr 3-5  /o, berechnet  auf den umgesetzten     sekundären    Alkohol. Es  zeigte sich, dass diese Säuren den Verlauf der  Oxydationsreaktion recht empfindlich stören,  so dass schon verhältnismässig kleine Schwan  kungen in den Mengen an organischer Säure  die genaue Steuerung der Oxydationsreaktion  schwierig machen können.

   Unter Umständen  führt die Anwesenheit von organischen Säu  ren zu einer derartigen Beschleunigung der       Oxydationsreaktion,    dass man mit der Gefahr  rechnen muss, vollständig die Kontrolle dar  über zu verlieren.  



  Eine zweite     Sehwierigkeit    besteht darin,  dass die organischen Säuren zum Schluss von       dein    Wasserstoffperoxyd getrennt werden  müssen.  



  Es wurde nun gefunden, dass die Menge  an organischer Säure mit Vorteil wesentlich       lierabgedrüekt    werden kann, wenn man einen       Fliissigkeitsstroiu,    der den sekundären Alko-      hol enthält, in aufeinanderfolgenden Reak  tionsgefässen oder     -gefässabschnitten    mit einem  molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas  strom durchbläst.  



  Bei einer beispielsweisen Durchführung  des Verfahrens nach der Erfindung wird ein       zu    Anfang im wesentlichen aus     einem-sekun-          dären    Alkohol bestehenden Flüssigkeitsstrom  durch eine Folge von Reaktionsgefässen oder  Gefässabschnitten geführt, die jeweils auf  Reaktionstemperatur gehalten werden und in  denen der Flüssigkeitsstrom mit einem mole  kularen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom  durchblasen wird.     Vorzugsweise    enthalten die  aufeinanderfolgenden Gefässe oder Abschnitte       Wasserstoffperoxyd    in einer im wesentlichen  konstanten und von Gefäss zu Gefäss oder Ab  schnitt zu Abschnitt fortlaufend ansteigenden  Konzentration.

   Aus dem letzten der     aufeinan-          derfolgenden    Gefässe oder Abschnitte wird  das flüssige Produkt abgezogen und daraus  das Wasserstoffperoxyd gewonnen.  



  Bei Durchführung der Oxydation des se  kundären Alkohols gemäss dem Verfahren  nach der Erfindung geht die     Bildung    von  organischer Säure sehr stark zurück. Die Re  aktion lässt sieh empfindlicher steuern, als  wenn sie     chargenweise    oder in einer einzigen  Oxydationsstufe kontinuierlich bis zu den glei  chen Konzentrationen an Wasserstoffperoxyd  durchgeführt     wird.    Ausserdem können wesent  lich höhere Reaktionsumsätze und bessere  Ausbeuten an Wasserstoffperoxyd erzielt wer  den.  



  Zweckmässig werden die verschiedenen       aufeinanderfolgenden    Stufen des Verfahrens  jeweils in einem Reaktionsgefäss durchge  führt, indem man eine Flüssigkeitsmasse  mit einem molekularen Sauerstoff enthal  tenden Gasstrom in innige Berührung brin  gen kann. Das Gefäss ist. mit Ein- und       Auslasseinrichtungen    zur kontinuierlichen     Zu-          bzw.    Abführung einer Flüssigkeit versehen.

    Ferner ist an oder nahe dem Gefässboden ein  Einlass für den     molekularen    Sauerstoff ent  haltenden Gasstrom vorgesehen, der vorzugs  weise eine Einrichtung zur Feinverteilung des  Gasstromes aufweist, den man in die in dem    Gefäss enthaltene Flüssigkeit hinein- und     nac'1     oben     hindurchsehiekt.    Das entweichende Gas  wird am oder nahe dem     obern    Ende des Reak  tors durch einen     Auslass    abgezogen.

       Vorzu-s-          weise    ist ein Kondensator, beispielsweise ein  wassergekühlter     Abseheider,    vorgesehen, in  dem sieh etwa verflüchtigte Alkohol- und/  oder     Ketonanteile    aus dem entweichenden       Casstrom    kondensieren, die     dann    als Konden  sat in die der Oxydation unterworfene Flüs  sigkeit zurückfliessen. Die benutzten Gefässe  und zugehörigen Leitungen, Pumpen usw.  müssen aus einem Material, das mit Wasser  stoffperoxyd nicht reagiert, wie Glas, Porzel  lan,     Aluminium,    Zinn, einem     nichtrostenden     Stahl oder einem Kunstharz gefertigt oder  mindestens damit. ausgekleidet sein.  



  Da die Bildung von     organischer    Säure so  weitgehend wie möglich     lrerabgedrüekt    wer  den soll, lässt man vorzugsweise die Tempera  tur in den     verschiedenen    Reaktionsgefässen  oder Gefässabschnitten     fortschreitend    von Ge  fäss zu Gefäss oder Abschnitt zu Abschnitt in  Richtung des Flüssigkeitsstromes fallen.

   Wer  den     beispielsweise    drei Gefässe oder Abschnitte  angewandt, deren     Temperaturen    zwischen 120  und 160  liegen sollen, so hält man     zweck-          mässigerweise    die Temperatur im ersten auf  140 bis 160 , im zweiten auf 130 bis     1-10     und  im dritten auf     1.20    bis 130 .

   Bei Anwendung  von zwei bis vier Gefässen oder Abschnitten  ist es     zweckrrrässi@@,    die Temperaturdifferenz       zwischen    zwei in 1 der     Richtung-    des     Flü        ssig-          keitsstromes        aufeinanderfolgenden    Gefässen  oder Abschnitten auf etwa. 5 bis 15      zrr    halten.  Bei Anwendung einer grösseren Gefäss- oder  Abschnittzahl als vier können kleinere     Tem-          peraturrnindestdifferenzen    zwischen den ein  zelnen Gefässen oder Abschnitten gewählt.  werden.  



  Die Temperaturen der     verschiedenen    Re  aktionsgefässe und damit. im     Zusammenhang     die     Verweilzeiten    werden am besten so einge  stellt, dass ein bestimmter Anteil des     sekLrn-          dären    Alkohols in jedem Gefäss umgesetzt  wird.  



  Die     Verweilzeit    oder,     tongekehrt    ausge  drückt, die     Zuflussgeschwindigkeit,    kann 7wi-      sehen einem     LHSV-Wert    von 0,1     Std.-1    und  etwa 2     Std.-i    liegen.

   (Die Abkürzung      LIISV      [ liquid     hourly    spare     velocity     ] bedeutet da  bei     die    relative     Zuflussgesehwindigkeit,    das  heisst die stündliche     Zuflussmenge    an Volu  meneinheiten je Volumen der in der Reaktions  zone durchlüfteten Flüssigkeit;

   die     LHSV-          Einheiten    sind also  reziproke Stunden , das  heisst, sie enthalten den Zeitfaktor im     Neu-          ner.)     Bei konstantem Umsatz und     gleiehförmi-          ;;en    übrigen Bedingungen     wächst    der     LIISV-          Wert,    das heisst die notwendige relative     Zu-          fuhrgesehwindigkeit    zum Reaktionsgefäss,     un-          "efähr    logarithmisch mit. der Temperatur im  betreffenden Gefäss.  



  Das Verfahren nach der Erfindung kann  in n Gefässen oder Gefässabschnitten     durch-          "reführt    werden, wobei n eine ganze Zahl, z. B.  zwei bis fünf, bedeutet. Obwohl der genaue       -Umsetzungsgrad    in jedem Gefäss oder Ab  schnitt nicht allzu ausschlaggebend ist, ist es  von besonderem Vorteil, wenn bei einem     n-stu-          figen    Verfahren auf jeder einzelnen Stufe ein       ungefährer    Anteil von     I    des prozentualen  n       i        esamtumsatzes    an sekundärem Alkohol um  gesetzt wird.  



  Die Konzentration des Wasserstoffper  oxyds in der der Oxydation unterworfenen  Flüssigkeit in jedem einzelnen Gefäss oder  Abschnitt hängt. ab von dem gesamten prozen  tualen Umsatz an sekundärem Alkohol bis zu  und im betreffenden Gefäss oder Abschnitt  und sollte im wesentlichen konstant gehalten  werden, indem man den     -Umsetzungsgrad    im  jeweiligen Gefäss oder Abschnitt im wesent  lichen konstant hält. Sobald stetige Arbeits  bedingungen erreicht sind, kann man die not  wendige Steuerung so durchführen, dass man  in jeder einzelnen Reaktionszone die Tempera  tur durch geringe Abänderungen entspre  chend einstellt.  



  Bildet der zu oxydierende sekundäre Alko  hol mit. Wasser ein     azeotropes    Gemisch, so  kann es zweckdienlich sein, dieses     azeotrope     Gemisch in das Verfahren einzuführen, um  seine umständliche Entwässerung zu vermei-    den. Es ist unter allen Umständen darauf zu  achten, dass keine     Schwermetallionen    anwe  send sind, die die Zersetzung des -Wasserstoff  peroxyds beschleunigen. Der sekundäre     Alko-          hol    wird vor seiner Einführung in das Ver  fahren vorzugsweise destilliert.

   In der ersten  Stufe des Verfahrens kann eine geringe  Menge, das heisst weniger als 100 Teile je  Million eines     Wasserstoffperoxydstabilisators.     in den oder mit dem sekundären Alkohol ein  geführt werden. Irgendeiner oder mehrere  der verschiedenen bekannten Stabilisatoren  für Wasserstoffperoxyd, wie     Kaliumpyrophos-          phat,        können    hierzu benutzt werden.  



  Als sekundärer Alkohol kann ein niedriger       aliphatischer    sekundärer Alkohol mit drei bis  etwa 10 bis 12, vorzugsweise mit 8 Kohlen  wasserstoffatomen, benutzt werden wie der       Isopropylalkohol.     



  Das molekularen Sauerstoff enthaltende  Gas kann Luft oder ein künstliches Gas mit  einem Gehalt an molekularem Sauerstoff sein,  z. B. an Sauerstoff angereicherte Luft, destil  lierter Sauerstoff oder Gemische aus Sauer  stoff und     inerten    Gasen,     wie    Helium,     Kohlen-          stoffmonoxyd    oder Methan.  



  Zweckmässig wird zu Beginn des konti  nuierlichen Verfahrens nach der Erfindung  das System mit einer gewissen Menge sekun  dären Alkohols gefüllt. Es wird dann hinsicht  lich Temperatur, Druck und     Durchleitungs-          geschwindigkeit    des sauerstoffhaltigen Gases  auf die richtigen Arbeitsbedingungen ge  bracht, worauf die     Durchlüftung    des sekun  dären Alkohols fortgesetzt wird. Die ersten  gebildeten     Peroxydverbindungen    bringen die  gewünschte Reaktion in Gang. Wenn die Was  serstoffperoxydbildung im gewünschten Um  fang eingesetzt hat, beginnt man mit der kon  tinuierlichen Aufgabe von sekundärem Alko  hol, und das Verfahren kann dann auf kon  tinuierliche Weise weitergeführt werden.

   Der  Beginn der Reaktion kann eingeleitet werden,  indem man zu der Anfangscharge an sekun  därem     Alkohol    eine kleine Menge, gewöhnlich  etwa 1 bis 15     G-ew.o/o,    eines organischen oder  anorganischen     Peroxydes    zugibt.      Ans dein im letzten     Reaktionsgefäss    oder       Abschnitt    anfallenden Rohprodukt kann man  Wasserstoffperoxyd auf irgendeine     geeignete     Art, z.

   B. durch Destillation oder durch     Aus-          sclieidung,    als unlösliches Metallperoxyd, wie       Caleiumperoxyd,    gewinnen, wobei man es im  letzteren Fall durch nachfolgende Regenera  tion unter Behandeln einer     wässrigen        Auf-          schlämmung    des gewaschenen     Niederschlages     mit. einer Säure rein darstellt.         Beispiel   <I>1</I>    Es wurde mit einem dreistufigen     System     gearbeitet.

   Die einzelnen Oxydationen wurden  jeweils     durchgeführt.    in einem druckfesten  Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl     von    etwa  10 cm Durchmesser und 152     ein    Länge, das  mit der langen Achse senkrecht aufgestellt  war.

   Die     Reaktionsgefässe    wurden sorgfältig  reit heisser     Alkalilauge    gereinigt, gründlich     -          naelrgewaschen        und        dann        mit        50%        iger        wäss-          riger        Wasser;stoffperoxydlösung    vorbehandelt,  ehe die Oxydation darin in Gang     gesetzt     wurde. Die einzelnen Gefässe wurden bei  einem     Flüssigkeitsstand    von 11,3 Litern be  trieben.

   Dem ersten Reaktionsgefäss wurde  kontinuierlich unter Druck ein dauernd im       Sieden    gehaltenes Gemisch aus     Isopropy        lalko-          hol        und        etwa        12,1        Gew:%        Wasser        zugeführt;     nach Verlassen des ersten Reaktors wurde  die Füllung erst. in das zweite und dann in  das dritte Gefäss übergeführt. Durch einen       Verteiler    im. untern     Ende    jedes Reaktions  gefässes     wurde    jeweils ein Luftstrom einge  blasen.

   Das wieder     abgegebene    Gas     wurde    am  Kopf der einzelnen Reaktionsgefässe abgeführt       und    durch den wassergekühlten     Kondenser          gesehiekt,    aus dem das Kondensat. in das       Gefäss    zurücklief; das     gekühlte    Restgas     wurde     über ein     Reduzierventil        abgeführt,    das zur       Aufreehterhalt.ung    eines     Nornialdruekes    von  35     Atrn    eingestellt war.

   Die     Geschwindigkeit     der     Luftzufuhr        wurde    so     reguliert,        da.ss    in  dem     gekühlten        Abgas    ein Sauerstoffgehalt     von     etwa 7     Vol        fl/o    aufrechterhalten wurde.

   Der  dem System zugeführte Alkohol enthielt. je  Million etwa 1..5 Teile     Kaliumpyrophosphat.       Die     Reaktion    wurde     eingeleitet    durch     Zti-          fügen    einer geringen     Menge    (etwa 2     Gew     /o )       Wasserstoffperoxyd    zu den     zuerst    aufgege  benen Anteilen;

   wenn die Reaktion in befrie  digendem     3lasse    in (Tang gekommen war,  wurde kein Initiator mehr     zugegeben.            Naehdeni    das     System    durch     entspreellende          Einstellung    der     Zufuhrgesehwindigkeit    für       Isopr        opy        lalkohol    und Luft. und der Gefäss  temperaturen zum stetigen     hontinuierlic#hen     Laufen gebracht worden  -ar, wurde es durch  mechanische Regelung der     Zuflussgesehwin-          digkeiten    und Temperaturen auf diesem  Stand gehalten.

   Unter den beschriebenen Ver  hältnissen entsprach einem stetigen Lauf des  Systems eine     Zufuhrgesehwindigkeit,    deren       LHSV-Wert    (Definition siehe oben) relativ       zli    dem Inhalt der einzelnen Reaktionsgefässe       ungefähr    0,5     Std.-1    betrug.

   Die Temperatur  im ersten     Reaktionsgefäss,    lag bei     1.42 ,    das  zweite     wurde    auf 1:33 und das dritte auf I     2T,          gehalten.    Die     Wasserstoffpei-oxydkonzeilti-a-          tion    in den drei Reaktionsgefässen. blieb     ini     wesentlichen konstant. bei etwa 2,6     Gew.

   /o    im  ersten, 5,6     Crew     /o im zweiten und     8,.1(Tew.O!o     im dritten Gefäss,     was    einem     durebschnitt-          liehen        Umsatz    des Alkohols von etwa 22      ,''o          entspraeli.    Die Ausbeute an Wasserstoffper  oxyd, berechnet auf der Basis der anfallen  den     Aeetonmenge,

          wurde    durch     Destillation          des        aus        dein        dritten        Reaktor          ge-          sammelten        flüssigen        Produktes        mit        86        %        be-          stinrnrt.    Organische Säuren     wurden    in     einer          Menge    von 0,9     31o10/0,

          bereelrnet    auf die     er-          zeugteWasserstoffperoxydmenge.        (gebildet.     



  Bei     einem        Ver-leiebscersuell    der     t)x@-da-          tion    von     Isopropylallkohol    (zugeführt als     azeo-          tropes        Geiniseh    mit Wasser) in einem     einzigen          Gefäss    in     (-,'egenwart    von 15     Teilen/Millioll          Kalinnlpyropltospliat    bei einer Reaktionstem  peratur von     144     und einer     Zuflussgesellwili-          di < gkeit    von 0,

  49     Std.--1    betrug im     stetigen     Reaktionsstadium die     Konzentration    an. Was  serstoff     peroxyc1    im Reaktionsgefäss     8;5        Ge@i:0/0,     die     Umsetzung    des     zugeführten    Alkohols       23,5        %        und        die        Ausbeute        an        'Wasserstoffper-          oxyd,        berechnet    auf gebildetes Aceton. 83 0/0.

        Die     -ebildete        Säuremenge    war jedoch     Unge-          I < iIii-@doppelt    so     gross    wie die bei dem drei  stufigen Arbeitsgang anfallende.  



       Beispiel   <I>2</I>  In einem zweistufigen System aus     Reak-          tionsgefässen        naeli        Beispiel    1 wurde ein kon  stant siedendes     Isopropylalkohol-Wasser-Cie-          misch        kontinuierlich    oxydiert     bei    einer Tem  peratur für das stetige     Reaktionsstadium    von       1-I3     im ersten und     1.32     im zweiten Gefäss.

   Die       7ufuhrgesehw        indigkeit    entsprach dabei einem       LIISV-Wert    von 0,21     Std.-i    relativ zum     Ge-          samtvolumen    der beiden     Reaktionsgefässe,    und  es     wurde    unter eurem     Druek    von etwa 3.5     Atir,     gearbeitet, wobei der     zugeführten        Flüssio>-keit          etwa        17)        Teile/liilliori        -Natriumpyropliospliat     beigefügt wurden.

   Die Oxydation verlief mild  und war leicht zu steuern. Die     Unisetzung          des        Isopropylalkoliols    betrug im stetigen     Re-          aktionsstadium        3'-),5%,        und        die        -\,Nasserstoff-          pei-oxyd-hon7entratiori        ini        Endprodukt.    lag  bei etwa 11,1.

       Gew /o.    Der Gehalt an organi  scher     Säure    in dein aus dem zweiten     Gefäss       abgeführten Produkt betrug etwa 6,8     MÜH-          m01/100    g.  



  Bei der Durchführung der Oxydation in       einem    einzigen Gefäss bis zu einer Wasser  stoffperoxydkonzentration von 9,9     Gew. /o     bei     stetigem    Verlauf beträgt der Gehalt an  organischer Säure in der bereits der Oxy  dation     unterworfenen    Flüssigkeit. 10     1lilli-          mol/100    g; dies bedeutet einen Säuregehalt,  der unter den eingehaltenen Reaktionsbedin  gungen genügt, um die Reaktion schwierig  steuerbar und gefährlich zu machen, da die  Reaktion dazu neigt, sieh auf Grund von  Autokatalyse der Kontrolle zu entziehen, was  eine bemerkenswerte Gefahr für die Anlage  und das Bedienungspersonal mit. sieh bringt.

    <I>Beispiel 3</I>  Eine     Druekanlage,    die in den Einzelheiten  der in Beispiel 1 benutzten entsprach, wurde  zur fünfstufigen Oxydation von     Isoprop@-1-          alkohol    benutzt. Die in den fünf Reaktions  gefässen herrschenden Bedingungen gehen aus  folgender Tabelle hervor:

    
EMI0005.0060     
  
    Gefäss <SEP> OC <SEP> LHSV <SEP> H202-Konzentration <SEP> Gesamtumsatz;
<tb>  Std. <SEP> -i <SEP> Gew. <SEP> % <SEP> des <SEP> Isopropylalkohols
<tb>  in
<tb>  1@ins <SEP> 110 <SEP> 0,38 <SEP> 1,2 <SEP> 9,0
<tb>  Zwei <SEP> 135 <SEP> 0,91 <SEP> 6,4 <SEP> 15,7
<tb>  Drei <SEP> 133 <SEP> 0,92 <SEP> 9,0 <SEP> 23,3
<tb>  Vier <SEP> 1.27 <SEP> 0,95 <SEP> 10,7 <SEP> 30,2
<tb>  Fünf <SEP> 128 <SEP> 0,93 <SEP> 12,7 <SEP> 41,9       Die den fünf Reaktionsgefässen gemeinsa  inen Bedingungen waren: Druck von 35     Atin     beim     Lufteinlass    und 15 Teile/Million     Kaliinn-          pyrophosphat    in der zu oxydierenden Flüs  sigkeit.  



  Die Säurekonzentration in dem. aus dem  fünften Reaktionsgefäss abgezogenen Produkt  betrug, nachdem ein stetiger     Lauf    des Sy  stems erreicht war,     7,481lillimol    je 100 g End  produkt, eine Konzentration, bei welcher man  trotz     dein    hohen Umsetzungsgrad für den Al  kohol die Reaktion in der Hand behält und    ohne irgendwelche     Schwierigkeiten    steuern  kann.



  Process for the production of hydrogen peroxide The invention relates to a process for the production of hydrogen peroxide. Oxidation of secondary alcohols, in particular isopropyl alcohol, in the liquid phase with molecular oxygen at temperatures of 70-160 C in the absence of isatalysts with simultaneous formation of carbonyl compounds.



  The main patent describes a process for the production of hydrogen peroxide by non-catalytic oxidation of secondary alcohols, such as isopropyl alcohol, in the liquid phase, the alcohol being mixed with a molecular oxygen-containing gas at temperatures of 70 to 160, preferably between 90 and 140, is treated. One can see the reaction as full as possible,

   that one ventilates the secondary AI-! Whol in the liquid phase in CTegenwai-t "of reaction initiators with free radicals, such as I-oxide compounds, that is, (htss nian the aeration is carried out at a higher temperature,

   The reaction mixture is carefully kept free from contact with the decomposition of hydrogen peroxide-promoting substances, and the total fluidity which is subjected to aeration is finely saturated with molecular oxygen in the vitreous.



  The main by-product of this process is the ketone, which in terms of number and arrangement of carbon atoms corresponds to the secondary alcohol used as the starting material.



  At the same time as this reaction, one or more secondary reactions proceeding that lead to organic acids, especially if the secondary alcohol is isopropyl alcohol, to acetic acid. The amount of acids formed depends on the reaction conditions and is generally about 3-5 / o, calculated on the converted secondary alcohol. It was found that these acids disturb the course of the oxidation reaction quite sensitively, so that even relatively small fluctuations in the amounts of organic acid can make the precise control of the oxidation reaction difficult.

   Under certain circumstances the presence of organic acids leads to such an acceleration of the oxidation reaction that one must reckon with the risk of completely losing control over them.



  A second difficulty is that the organic acids have to be separated from your hydrogen peroxide at the end.



  It has now been found that the amount of organic acid can advantageously be significantly reduced by blowing a flow of liquid containing the secondary alcohol into successive reaction vessels or vessel sections with a gas stream containing molecular oxygen.



  In an exemplary implementation of the method according to the invention, a liquid stream consisting essentially of a secondary alcohol at the beginning is passed through a sequence of reaction vessels or vessel sections, each of which is kept at the reaction temperature and in which the liquid stream is containing a molecular oxygen Gas stream is blown through. The successive vessels or sections preferably contain hydrogen peroxide in an essentially constant concentration that increases continuously from vessel to vessel or section to section.

   The liquid product is drawn off from the last of the successive vessels or sections and the hydrogen peroxide is extracted from it.



  When the secondary alcohol is oxidized according to the method according to the invention, the formation of organic acid is greatly reduced. The reaction can be controlled more sensitively than when it is carried out batchwise or in a single oxidation stage continuously up to the same concentrations of hydrogen peroxide. In addition, significantly higher reaction conversions and better yields of hydrogen peroxide can be achieved who the.



  The various successive stages of the process are expediently carried out in a reaction vessel in that a liquid mass can be brought into intimate contact with a gas stream containing molecular oxygen. The vessel is. provided with inlet and outlet devices for the continuous supply and discharge of a liquid.

    Furthermore, an inlet for the molecular oxygen-containing gas stream is provided at or near the bottom of the vessel, which preferably has a device for fine distribution of the gas stream that is seen into the liquid contained in the vessel and through it above. The escaping gas is drawn off through an outlet at or near the top of the reactor.

       A condenser, for example a water-cooled separator, is preferably provided in which any volatilized alcohol and / or ketone components from the escaping Casstrom condense, which then flow back as condensate into the liquid subjected to oxidation. The vessels used and the associated lines, pumps, etc. must be made of a material that does not react with hydrogen peroxide, such as glass, porcelain, aluminum, tin, stainless steel or synthetic resin, or at least with it. be lined.



  Since the formation of organic acid should be suppressed as much as possible, the temperature in the various reaction vessels or vessel sections is preferably allowed to fall progressively from vessel to vessel or section to section in the direction of the liquid flow.

   For example, if you use three vessels or sections whose temperatures should be between 120 and 160, it is advisable to keep the temperature in the first at 140 to 160, in the second at 130 to 1-10 and in the third at 1.20 to 130.

   When using two to four vessels or sections, it is advisable to reduce the temperature difference between two vessels or sections following one another in the direction of the liquid flow to approximately. Hold 5 to 15 zrr. If the number of vessels or sections is greater than four, you can choose smaller minimum temperature differences between the individual vessels or sections. will.



  The temperatures of the various reaction vessels and thus. In connection with this, the dwell times are best set so that a certain proportion of the secondary alcohol is converted into each vessel.



  The dwell time or, to put it the other way round, the flow rate, can be 7 with an LHSV value of 0.1 hrs-1 and about 2 hrs-i.

   (The abbreviation LIISV [liquid hourly spare velocity] means the relative inflow speed, that is, the hourly inflow amount of volume units per volume of the aerated liquid in the reaction zone;

   The LHSV units are reciprocal hours, i.e. they contain the time factor in the newer.) With constant conversion and uniform other conditions, the LIISV value increases, i.e. the necessary relative feed rate to the reaction vessel, approximately logarithmically with the temperature in the vessel in question.



  The method according to the invention can be carried out in n vessels or vessel sections, where n is an integer, e.g. two to five. Although the exact degree of conversion in each vessel or section is not too decisive It is of particular advantage if, in an n-stage process, an approximate proportion of I of the total percentage conversion of secondary alcohol is converted at each individual stage.



  The concentration of hydrogen peroxide in the liquid subjected to oxidation depends on each individual vessel or section. from the total percentage conversion of secondary alcohol up to and in the relevant vessel or section and should be kept essentially constant by keeping the degree of conversion in the respective vessel or section essentially constant. As soon as steady working conditions have been achieved, the necessary control can be carried out in such a way that the temperature in each individual reaction zone is set accordingly by making small changes.



  Forms the secondary alcohol to be oxidized. If water is an azeotropic mixture, it can be expedient to introduce this azeotropic mixture into the process in order to avoid its laborious drainage. It must be ensured under all circumstances that no heavy metal ions are present that would accelerate the decomposition of the hydrogen peroxide. The secondary alcohol is preferably distilled before being introduced into the process.

   In the first stage of the process, a small amount, i.e. less than 100 parts per million, of a hydrogen peroxide stabilizer can be used. be introduced into or with the secondary alcohol. Any one or more of the various known stabilizers for hydrogen peroxide, such as potassium pyrophosphate, can be used for this purpose.



  As the secondary alcohol, a lower aliphatic secondary alcohol with three to about 10 to 12, preferably with 8 carbon atoms, can be used, such as isopropyl alcohol.



  The gas containing molecular oxygen may be air or an artificial gas containing molecular oxygen, e.g. B. oxygen-enriched air, distilled oxygen or mixtures of oxygen and inert gases such as helium, carbon monoxide or methane.



  The system is expediently filled with a certain amount of secondary alcohol at the beginning of the continuous process according to the invention. The temperature, pressure and flow rate of the oxygen-containing gas are then brought to the correct working conditions, whereupon the ventilation of the secondary alcohol is continued. The first peroxide compounds formed initiate the desired reaction. When the hydrogen peroxide formation has started to the desired extent, one begins with the continuous task of secondary alcohol, and the process can then be continued in a continuous manner.

   The start of the reaction can be initiated by adding a small amount, usually about 1 to 15 parts by weight, of an organic or inorganic peroxide to the initial charge of secondary alcohol. Hydrogen peroxide can be added to your crude product obtained in the last reaction vessel or section in any suitable manner, e.g.

   B. by distillation or by excretion, as insoluble metal peroxide, such as Calei peroxide, win, in the latter case it is obtained by subsequent regeneration with treatment of an aqueous suspension of the washed precipitate. an acid represents pure. Example <I> 1 </I> A three-stage system was used.

   The individual oxidations were carried out in each case. in a pressure-tight stainless steel reaction vessel about 10 cm in diameter and 152 a length, which was set up with the long axis perpendicular.

   The reaction vessels were carefully cleaned with hot alkaline lye, thoroughly hand-washed, and then pretreated with 50% aqueous water peroxide solution before the oxidation was started in them. The individual vessels were operated at a liquid level of 11.3 liters.

   A mixture of isopropylene alcohol and about 12.1% by weight of water, which was kept constantly boiling, was continuously fed to the first reaction vessel under pressure; After leaving the first reactor, the filling was first transferred into the second and then into the third vessel. Through a distributor in. A stream of air was blown in at the end of each reaction vessel.

   The gas released again was discharged at the top of the individual reaction vessels and passed through the water-cooled condenser, from which the condensate emerged. ran back into the vessel; the cooled residual gas was discharged via a reducing valve which was set to maintain a normal pressure of 35 Atrn.

   The speed of the air supply was regulated so that an oxygen content of about 7 vol fl / o was maintained in the cooled exhaust gas.

   The alcohol added to the system contained. about 1..5 parts of potassium pyrophosphate per million. The reaction was initiated by adding a small amount (about 2% by weight) of hydrogen peroxide to the proportions initially given;

   When the reaction had reached a satisfactory level in (Tang, no more initiator was added. Naehdeni the system was made to run continuously by adjusting the feed rate for isopropyl alcohol and air and the vessel temperatures it was kept at this level by mechanical control of the inflow speeds and temperatures.

   Under the conditions described, a steady run of the system corresponded to a feed rate whose LHSV value (see above for definition) was approximately 0.5 hours-1 relative to the contents of the individual reaction vessels.

   The temperature in the first reaction vessel was 1.42, the second was kept at 1:33 and the third at I 2T. The hydrogen pei-oxide concentration in the three reaction vessels. remained essentially constant ini. at about 2.6 wt.

   / o in the first, 5.6 crew / o in the second and 8, .1 (Tew.O! o in the third vessel, which corresponds to an average conversion of the alcohol of about 22, "o. The yield of hydrogen peroxide , calculated on the basis of the amount of aeeton,

          was stopped at 86% by distillation of the liquid product collected from the third reactor. Organic acids were used in an amount of 0.9 31o10 / 0,

          calculated on the amount of hydrogen peroxide produced. (educated.



  If the t) x @ -da- tion of isopropyl alcohol (supplied as azeotrope with water) in a single vessel in (-, 'actually of 15 parts / millioll Kalinnlpyropltospliat at a reaction temperature of 144 and one Influx society of 0,

  The concentration was 49 hours - 1 in the steady reaction stage. What hydrogen peroxyc1 in the reaction vessel 8; 5 Ge @ i: 0/0, the conversion of the added alcohol 23.5% and the yield of hydrogen peroxide, calculated on the acetone formed. 83 0/0.

        The amount of acid formed, however, was about twice as large as that obtained in the three-stage operation.



       Example <I> 2 </I> In a two-stage system of reaction vessels as in Example 1, a constant-boiling isopropyl alcohol-water mixture was continuously oxidized at a temperature for the steady reaction stage of 1-13 in the first and 1.32 in the second vessel.

   The supply speed corresponded to a LIISV value of 0.21 hrs relative to the total volume of the two reaction vessels, and you worked under your pressure of about 3.5 Atir, with the supplied liquid about 17 parts / liilliori -sodium pyropliospliat were added.

   The oxidation was mild and easy to control. The decomposition of the isopropyl alcohol in the steady stage of reaction was 3 '-), 5%, and the - \, wet carbon pi-oxide-honey-concentration in the end product. was around 11.1.

       Weight / o. The content of organic acid in the product discharged from the second vessel was about 6.8 MÜH- m01 / 100 g.



  When the oxidation is carried out in a single vessel up to a hydrogen peroxide concentration of 9.9 wt / o with a steady course, the content of organic acid in the liquid already subjected to the oxidation is. 10 lilli mol / 100 g; This means an acid content which is sufficient under the observed reaction conditions to make the reaction difficult to control and dangerous, since the reaction tends to get out of control due to autocatalysis, which is a notable danger for the plant and the operating personnel . see brings.

    <I> Example 3 </I> A printing unit, the details of which corresponded to that used in Example 1, was used for the five-stage oxidation of isoprop @ -1-alcohol. The conditions prevailing in the five reaction vessels are shown in the following table:

    
EMI0005.0060
  
    Vessel <SEP> OC <SEP> LHSV <SEP> H202 concentration <SEP> total turnover;
<tb> Std. <SEP> -i <SEP> Weight <SEP>% <SEP> of the <SEP> isopropyl alcohol
<tb> in
<tb> 1 @ ins <SEP> 110 <SEP> 0.38 <SEP> 1.2 <SEP> 9.0
<tb> Two <SEP> 135 <SEP> 0.91 <SEP> 6.4 <SEP> 15.7
<tb> Three <SEP> 133 <SEP> 0.92 <SEP> 9.0 <SEP> 23.3
<tb> Four <SEP> 1.27 <SEP> 0.95 <SEP> 10.7 <SEP> 30.2
<tb> Five <SEP> 128 <SEP> 0.93 <SEP> 12.7 <SEP> 41.9 The conditions common to the five reaction vessels were: pressure of 35 atoms at the air inlet and 15 parts / million potassium pyrophosphate in the liquid to be oxidized.



  The acid concentration in the. The product withdrawn from the fifth reaction vessel, after the system had run steadily, was 7.481lillimol per 100 g of end product, a concentration at which, despite the high degree of conversion for the alcohol, the reaction is kept in hand and without any difficulties can control.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Wasser stoffperoxyd durch Oxydation von sekundä ren Alkoholen in flüssiger Phase in Abwesen heit von Katalysatoren mit molekularem Sauerstoff bei Temperaturen von 70 bis 160 C unter gleichzeitiger Bildung von Carbonylv er bindungen, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Flüssigkeitsstrom, der den sekundären Alkohol enthält, in aufeinanderfolgenden Re aktionsgefässen oder -gefässabschnitten mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom durchbläst. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Process for the production of hydrogen peroxide by oxidation of secondary alcohols in the liquid phase in the absence of catalysts with molecular oxygen at temperatures of 70 to 160 C with the simultaneous formation of carbonyl compounds, characterized in that a liquid stream which the secondary Contains alcohol, blows through successive reaction vessels or vascular sections with a gas stream containing molecular oxygen. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Patentansprueh, da durch gekennzeichnet, dass die aufeinander folgenden Gefässe oder Gefässabschnitte Was serstoffperoxyd in einer innerhalb der ein zelnen Gefässe oder Gefässabschnitte praktisch konstanten und von Gefäss zu Gefäss oder Abschnitt zu Abschnitt ansteigenden Konzen tration enthalten. 2. Verfahren nach Patentansprueh, da durch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Temperaturen in den Gefässen oder Abschnit ten von Gefäss zu Gefäss oder Abschnitt zu Abschnitt in Richtung des Flüssigkeitsstro mes abfallen. 3. Method according to patent claim, characterized in that the successive vessels or vessel sections contain hydrogen peroxide in a concentration that is practically constant within the individual vessels or vessel sections and increases from vessel to vessel or section to section. 2. The method according to patent claim, characterized in that the respective temperatures in the vessels or sections drop from vessel to vessel or section to section in the direction of the liquid flow. 3. Verfahren nach Patentansprueli, da durch gekennzeiehnet, da.ss man die Oxyda- tion in n Gefässen oder Gefässabsehnitten durchführt, wobei 7a eine kleine Zahl, z. B. 2-5, bedeutet. Method according to patent claims, as marked by the fact that the oxidation is carried out in n vessels or vessel sections, where 7a is a small number, e.g. B. 2-5, means. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadureh gehennzeiehnet, da.ss in jedem, einzelnen der iz Gefässe oder Gefässabsehnitte ein ungefährer Anteil von. - n, des gesamten umgesetzten sekundären Alko hols umgesetzt wird. 5. Method according to patent claim and dependent claim 3, which means that in each and every one of the vessels or vessel sections an approximate proportion of. - n, of the total converted secondary alcohol is converted. 5. Verfahren naeh Patentansprueh. da durch gekennzeichnet, dass ein sekundärer Alkohol mit drei bis acht Kohlenstoffato- men, z. B. Isopropanol, oder ein einen solchen Alkohol enthaltendes azeotropes Gemisch mit Sauerstoff behandelt wird. Method according to patent claim. as characterized in that a secondary alcohol with three to eight carbon atoms, z. B. isopropanol, or an azeotropic mixture containing such an alcohol is treated with oxygen.
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