CN117295684A - 用于ao方法的优化蒸汽网络 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用蒽醌方法制备过氧化氢的方法和设施，其中至少一个蒸汽涡轮机驱动至少一个旋转设备，并且向蒸发器提供压力范围为‑0.8barg至3barg并且温度范围为60至185℃的蒸汽流，所述蒸发器在蒸馏单元中使用用于浓缩含水过氧化氢提取物。
Description
技术领域
本发明涉及使用蒽醌方法制备过氧化氢的方法和设施，其中至少一个蒸汽涡轮机驱动至少一个旋转设备，并且向蒸发器提供压力范围为-0.8barg至3barg并且温度范围为60至185℃的蒸汽流，所述蒸发器在蒸馏单元中使用用于浓缩含水过氧化氢提取物。
背景技术
以工业规模生产过氧化氢的最常用方法是蒽醌方法(AO方法)，其通过使烷基蒽醌或烷基四氢蒽醌在与水不混溶的溶剂中的工作溶液氢化并且用分子氧(O2)，通常用空气氧化该经氢化的溶液而产生过氧化氢。然后用水从工作溶液中提取过氧化氢，并且将该工作溶液再用于产生过氧化氢。蒽醌方法的概述见Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry,在线版本,Vol.A18,第397-409页,DOI 0.1002/14356007.a13_443.pub2，特别是第401页的图5。
通常通过蒸馏单元来实现所获得的含水过氧化氢提取物的浓度。蒸馏单元需要大量的能量诸如热量来蒸发含水过氧化氢提取物。热量通常通过由蒸汽产生器产生的蒸汽提供。此外，在用于生产过氧化氢的蒽醌方法中使用的进料泵和压缩机另外需要大量的能量，特别是对环境不友好的电能。
因此，本发明的目的是提供一种在蒽醌方法中生产过氧化氢的新方法和设施，其减少CO2排放并消耗较少的能量。
本发明提供了一种在蒽醌方法中生产过氧化氢的新的创造性方法以及设施。至少一个蒸汽涡轮机用于为蒽醌方法的蒸馏单元中的蒸发器提供所需的蒸汽压力。同时，至少一个蒸汽涡轮机驱动在蒽醌方法中使用的至少一个旋转设备，诸如压缩机或进料泵。因此，新的方法和设施减少了蒽醌方法的总电力输入，并导致较少的CO2排放。此外，通过在更宽的操作范围下使用至少一个蒸汽涡轮机，由该至少一个蒸汽涡轮机获得的在低温下的低压导致较少的过氧化氢分解。
发明内容
特别地，上述目的可以通过制备过氧化氢，优选循环的工作流体的方法来实现，该方法特别地在如说明书中所定义的设施中进行，该方法包括：步骤(a)使工作溶液氢化，所述工作溶液包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者，在氢化器(110)中使所述工作溶液与经压缩的氢气接触以提供包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液；步骤(b)在氧化反应器(111)中用经压缩的含氧气体诸如经压缩的空气或经压缩的富含氧空气使步骤a)中获得的所述经氢化的工作溶液氧化，以提供包含过氧化氢以及烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的经氧化的工作溶液；步骤(c)从步骤b)中获得的经氧化的工作溶液中提取过氧化氢，以提供含水过氧化氢提取物；和步骤d)将步骤c)中获得的含水过氧化氢提取物在至少一个包括蒸发器(113)和蒸馏塔(114)的蒸馏单元(103)中浓缩，以提供经浓缩的过氧化氢水溶液，所述蒸馏塔(114)接收来自所述蒸发器(113)的蒸气，其特征在于，至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)，至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)向蒸发器(113)提供压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流。
本发明还涉及一种通过蒽醌方法，特别是通过说明书中所定义的方法生产过氧化氢的设施，该设施包括：包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作流体，优选循环的工作流体；使工作溶液氢化以提供经氢化的工作溶液的氢化器(110)；用含氧气体使经氢化的工作溶液氧化以提供经氧化的工作溶液的氧化器，所述氧化器包括氧化反应器(111)和用于将经压缩的所述含氧气体引入氧化反应器(111)中的气体压缩机(127)；从经氧化的工作溶液中提取过氧化氢以提供含水过氧化氢提取物的提取器(112)；和将含水过氧化氢提取物浓缩以提供经浓缩的过氧化氢溶液的蒸馏单元(103)，所述蒸馏单元(103)包括蒸馏塔(114)和蒸发器(113)，其特征在于，所述设施包括至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，其中蒸汽涡轮机(120、121、122、123)能承受蒸汽，至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)能通过至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动，蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的蒸汽出口利用管道(141)连接至蒸发器(113)的蒸汽入口。
在从属权利要求和方面中阐述了本发明的方法或设施的具体或优选的变体。本发明还涉及在通过蒽醌方法、特别是通过说明书中所定义的方法生产过氧化氢的方法中驱动至少一个旋转设备的至少一个蒸汽涡轮机的用途，其中所述至少一个蒸汽涡轮机向蒸发器(113)提供压力范围为-0.8barg至3barg并且温度范围为60至185℃的蒸汽流，所述蒸发器(113)在包括所述蒸发器(113)的至少一个蒸馏单元(103)中用于浓缩含水过氧化氢提取物以获得经浓缩的过氧化氢水溶液。
在以下描述、方面和附图中更详细地描述了本发明的这些和其他任选特征和优点。
附图说明
图1(图1)显示了用于制备过氧化氢的方法和设施。
具体实施方式
使用蒽醌方法制备过氧化氢的方法包括步骤(a)使工作溶液氢化，所述工作溶液包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者，在氢化器中使所述工作溶液与经压缩的氢气接触，以提供包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液。
在本发明的方法的步骤a)中，在氢化反应器(或氢化器)中用氢气使含有烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液氢化，以提供包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液。工作溶液优选包含一或多种2-烷基蒽醌、2-烷基四氢蒽醌、或2-烷基蒽醌与2-烷基四氢蒽醌二者的混合物，下文中称为醌。2-烷基蒽醌优选为2-乙基蒽醌(EAQ)、2-戊基蒽醌(AAQ)或2-(4-甲基戊基)-蒽醌(IHAQ)，并且更优选EAQ与AAQ和/或IHAQ的混合物，其中带有乙基的醌的摩尔分数为0.05至0.95。工作溶液优选包含2-烷基蒽醌和相应的2-烷基四氢蒽醌二者，并且通过调整蒽醌方法中使用的氢化步骤和再生步骤的条件，而使2-烷基四氢蒽醌加2-烷基四氢蒽氢醌与2-烷基蒽醌加2-烷基蒽氢醌的比率优选地维持在1至20的范围内。工作溶液也可以包含至少一种用于溶解醌和氢醌的溶剂。工作溶液优选包含作为蒽醌的溶剂的具有9或10个碳原子的烷基苯与作为蒽氢醌的溶剂的至少一种极性溶剂的混合物，所述极性溶剂选自二异丁基甲醇(DiBC)、甲基环己基乙酸酯(MCA)、磷酸三辛酯(TOP)、四丁脲(TBU)和N-辛基己内酰胺。DiBC、MCA、TOP和TBU是优选的，并且TOP是最优选的。优选的是，工作溶液循环通过所述设施或方法。换言之，在从过氧化氢中提取后，工作溶液应被重新供应(优选地通过缓冲罐并由工作溶液泵泵送)至氢化器。
在氢化步骤a)中，使全部或一部分的醌转化成相应的氢醌。氢化通常在异相氢化催化剂的存在下进行。从现有技术得知的用于蒽醌循环方法的所有氢化催化剂均可用作氢化步骤中的催化剂。含有钯作为主要组分的贵金属催化剂是优选的。催化剂可以用作固定床催化剂或用作悬浮催化剂，并且悬浮催化剂可以是非负载型催化剂诸如钯黑，或负载型催化剂，其中悬浮负载型催化剂是优选的。SiO2、TiO2、Al2O3及其混合氧化物，以及沸石、BaSO4或聚硅氧烷可用作固定床催化剂或负载型悬浮催化剂的负载材料，其中Al2O3和硅酸铝钠是优选的。也可使用其表面涂覆有贵金属的呈单块或蜂巢状模制品形式的催化剂。氢化可以在泡罩塔反应器、搅拌釜反应器、管式反应器、固定床反应器、环管反应器或气升反应器中进行，它们可以配备有将氢气分布在工作溶液中的装置，诸如静态混合器或喷嘴。优选地，使用在塔底部具有氢气的再循环和注入的泡罩塔，诸如在WO 2010/139728和Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,在线版本,条目“HydrogenPeroxide”,DOI:10.1002/14356007.a13_443.pub3，第13-14页和图8中所述的。氢化优选在20至100℃、更优选45至75℃的温度，和0.1MPa至1MPa、更优选0.2MPa至0.5MPa的压力下进行。氢化优选以使大部分、优选超过90重量％、诸如超过95重量％、80至90重量％、80至95重量％(基于氢气的总重量)的引入氢化反应器的氢气在单程通过该反应器中被消耗的方式进行。进料至氢化反应器的氢气与工作溶液之间的比率优选选择为使30至80％的醌转化成相应的氢醌。如果使用2-烷基蒽醌与2-烷基四氢蒽醌的混合物，则氢气与工作溶液之间的比率优选选择为以便仅2-烷基四氢蒽醌转化成氢醌，而2-烷基蒽醌保持醌形式。
本发明的设施的氢化器被配置用于使用氢气(诸如经压缩的氢气)使含有烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液氢化。本发明的设施的氢化器可以为从现有技术得知的用于使包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液氢化的任何类型。氢化器可包括用于进行氢化反应的泡罩塔反应器、搅拌釜反应器、管式反应器、固定床反应器、环管反应器或气升反应器，这取决于是否应使用悬浮氢化催化剂或固定床氢化催化剂。氢化器优选包括在塔底部具有氢气的再循环和注入以与悬浮催化剂一起使用的泡罩塔，如从WO 2010/139728和Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,在线版本,条目“HydrogenPeroxide”,DOI:10.1002/14356007.a13_443.pub3，第13-14页和图8得知的。氢化器优选包括用于从工作溶液移除反应热的热交换器，优选是布置在氢化反应器内部的热交换器。在应使用悬浮氢化催化剂时，氢化器通常也包括用于从工作溶液中分离催化剂并且使其返回至氢化反应器的分离器，诸如过滤器，其可通过交叉流过滤或死端式过滤而操作。氢化器也可包括用于在高于由氢气进料源所提供的压力的压力下进行氢化的氢气压缩机。氢化器可进一步包括用于从经氢化的工作溶液中分离未反应的氢气并将其再循环至氢化反应器的分离器。如果存在这样的分离器，则氢化器优选也包括用于再循环未反应的氢气的再循环压缩机。
在本发明的方法的步骤b)中，在氧化反应器中用含氧气体使步骤a)中获得的经氢化的工作溶液氧化，以提供包含过氧化氢以及烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的经氧化的工作溶液。含氧气体优选为空气或富氧气的空气。从现有技术得知的用于蒽醌方法的所有氧化反应器均可用于氧化，以逆流操作的泡罩塔是优选的。泡罩塔可以不含内部装置，但优选含有呈填料或筛板形式的分布装置，最优选与内部冷却器结合的筛板。氧化优选在30至70℃、更优选40至60℃的温度下进行。氧化优选用过量氧气进行以使超过90％、优选超过95％的氢醌转化成醌形式。
本发明的设施的氧化反应器被配置用于用含氧气体使经氢化的工作溶液氧化。氧化反应器包括可以是从现有技术得知的用于使包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液氧化的任何类型的氧化反应器。优选地，使用泡罩塔(其优选地以逆流操作)作为氧化反应器。泡罩塔可以不含内部装置，但优选含有呈填料或筛板形式的分布装置，最优选与内部热交换器结合的筛板。氧化反应器优选包括用于分离夹带在离开氧化反应器的排气中的液滴的除雾器。
在本发明的方法的步骤c)中，从步骤b)中获得的经氧化的工作溶液中提取过氧化氢以提供过氧化氢提取物的水溶液。用含水提取剂提取含有溶解的过氧化氢的步骤b)的经氧化的工作溶液以提供过氧化氢水溶液和基本上不含过氧化氢的经提取的经氧化的工作溶液(诸如工作溶液)。优选使用去离子水来提取过氧化氢，该去离子水可任选地含有用于稳定过氧化氢、用于调整pH和/或用于防腐蚀的添加剂。优选地，添加磷酸以调整pH和防腐蚀。提取优选在逆流连续提取塔中进行，筛板塔是最优选的。通过提取获得的过氧化氢水溶液也可被纯化以去除工作溶液组分，优选通过用溶剂洗涤进行，该溶剂优选是工作溶液中所含的溶剂。
经提取的经氧化的工作溶液(即，工作溶液)通常再循环至步骤a)以操作循环蒽醌方法。因此，步骤(c)中的提取进一步包括提供在步骤(c)中提取的工作溶液和优选经由缓冲罐和工作溶液泵将包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液转移到氢化器中，在氢化器中使工作溶液氢化以提供根据步骤(a)的经氢化的工作溶液。在步骤c)的经提取的工作溶液优选经由缓冲罐和工作溶液泵再循环至氢化步骤a)之前，优选将其在干燥器中干燥。经提取的工作溶液的干燥优选通过在30至110℃、优选40至75℃的温度和10至300mbar、优选20至100mbar的压力下从工作溶液蒸发水来进行。这种在减压下对经提取的工作溶液的干燥优选如WO 03/070632的第8页第24行至第8页第3行所述进行。用于生产过氧化氢的单元优选进一步包括用于在将经提取的工作溶液再循环至氢化器之前降低其水含量的干燥器。可使用从现有技术得知的适合于从蒽醌方法的工作溶液中去除水的任何类型的干燥器。优选地，干燥器包括加热器，并且该加热器承受如下所述的中压蒸汽。
本发明的设施的提取塔被配置用于从经氧化的工作溶液中提取过氧化氢。可以使用从现有技术得知的用于用含水提取剂从含有溶解的过氧化氢的经氧化的工作溶液中提取过氧化氢的任何类型的提取塔。提取塔优选为逆流连续提取塔，筛板塔是最优选的。本发明的设施(或装置)可另外包括用于通过去除工作溶液组分来纯化经提取的过氧化氢水溶液的过氧化氢纯化单元，优选用于用溶剂洗涤过氧化氢水溶液的单元。
在本发明的方法的步骤d)中，将步骤c)中获得的含水过氧化氢提取物在至少一个包括蒸发器和蒸馏塔的蒸馏单元中浓缩，以提供经浓缩的过氧化氢水溶液，所述蒸馏塔接收来自所述蒸发器的蒸气。
过氧化氢的水溶液可以浓缩至基于经浓缩的过氧化氢水溶液的总重量的45至90重量％，诸如50至80重量％、50至75重量％、65至70重量％、或60至75重量％的过氧化氢的浓度。过氧化氢可以在减压下、优选在6000至13000Pa(符合60至130mbar)的压力下浓缩，以防止蒸馏中形成爆炸性过氧化氢蒸气。
蒸馏单元包括蒸发器和接收来自蒸发器的蒸气的蒸馏塔。可以使用从现有技术得知的用于浓缩过氧化氢水溶液的任何类型的蒸发器和蒸馏塔。蒸发器可以为蒸馏底部物蒸发器，其可以与蒸馏塔分开布置或可整合到蒸馏塔中，例如如EP 0 419 406 A1的图4或EP0 835 680 A1的图1和2中所公开的。可以使用将蒸气和液体的两相混合物传送至蒸馏塔的独立的热虹吸蒸发器作为蒸馏底部物蒸发器。蒸馏单元还可包括过氧化氢进料蒸发器和蒸馏底部物蒸发器二者，其中将经压缩的蒸气传送至过氧化氢进料蒸发器，例如如WO 2012/025333的图1和2中所公开的，或传送至蒸馏底部物蒸发器或传送至过氧化氢进料蒸发器和蒸馏底部物蒸发器二者。根据本发明，过氧化氢进料蒸发器承受低压蒸汽，即压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流。此外，根据本发明，预热器也可以承受低压蒸汽，即压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流。蒸馏塔可包括塔板或填料或二者的组合，优选包括规整填料以使塔中的压降最小化。蒸馏单元也可包括蒸气压缩机，该蒸气压缩机接收来自蒸馏塔的塔顶蒸气并将压缩蒸气作为加热介质传送至蒸发器。蒸气压缩机可以是机械压缩机，优选单级机械压缩机，并且最优选是水环泵。蒸气压缩机可替代地为气体喷射泵，并且优选为蒸汽驱动的喷射器。蒸气压缩机可以由至少一个蒸汽涡轮机驱动。蒸发器可以是降膜蒸发器、单级蒸发器，优选单级循环蒸发器、升膜蒸发器、升膜/降膜蒸发器或再沸器。降膜蒸发器是特别优选的，因为传热效率允许在低于大气压力(诸如-0.6barg或-0.8至0barg)下使用蒸汽。因此，特别优选使用降膜蒸发器，该降膜蒸发器承受来源于至少一个蒸汽涡轮机的蒸汽，其中蒸汽具有-0.8barg至0barg的压力范围和60至185℃的温度范围。
用于生产过氧化氢的单元通常还包括至少一个用于储存由所述单元产生的过氧化氢水溶液的缓冲罐和至少一个用于存储循环工作溶液的缓冲罐。
所述方法以及所述设施进一步包括至少一个蒸汽涡轮机，其中该至少一个蒸汽涡轮机驱动至少一个旋转设备。特别地，涡轮机的轴功率用于驱动旋转设备。因此，蒸汽涡轮机经由蒸汽涡轮机的驱动轴和旋转设备直接连接到旋转设备。意图是大多数或所有旋转设备由至少一个蒸汽涡轮机在没有电驱动的情况下运行。旋转设备可以是AO方法中的任何旋转设备，特别是如说明书中所述的。例如，旋转设备可以是压缩机、进料泵(诸如氧化器进料泵)或氢气进料泵、工作溶液泵、干燥器、或发电机(诸如起电机)。所述至少一个蒸汽涡轮机可以是背压蒸汽涡轮机。
所述至少一个蒸汽涡轮机向蒸馏单元的蒸发器提供压力范围为-0.8barg至3barg、优选-0.8至2barg、-0.7至1barg、-0.6至1barg、-0.5至0.5barg、或-0.6至0barg，并且温度范围为60至185℃、优选60至185℃、60至185℃、80至170℃、或100至150℃的蒸汽流(低压蒸汽)。特别地，该蒸汽用于向蒸发器供热。压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的所述蒸汽流可视为低压蒸汽。符号barg或bar(g)表示表压，即高于环境压力或大气压的以巴表示的压力。表压相对于环境空气压力是零基准的。负号表示负压，并且因此低于环境空气压力。因此，-0.8barg表示低于环境空气压力的真空。通常，环境空气压力为1.013巴(1个大气压)。零barg压力意味着所测系统的压力等于环境空气压力。
所述至少一个蒸汽涡轮机可以是提供上述蒸汽流的一个或多个蒸汽涡轮机。优选的是，多于一个，诸如2、3、4、5或6个蒸汽涡轮机存在于所述设施中并且用于所述方法中。还可能的是，至少一个蒸汽涡轮机供应两个不同的蒸汽流，诸如低压和中压蒸汽。具有中压蒸汽的蒸汽流是指压力范围为1至5barg且温度范围为100至250℃的蒸汽。中压蒸汽可以在AO方法中经受需要所述中压蒸汽的其他蒸汽消耗器，诸如加热器或干燥器。因此，本发明可以包括至少一个蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机提供至少两个蒸汽流，第一蒸汽流向蒸发器提供压力范围为-0.8barg至3barg、优选-0.8至2barg、-0.7至1barg、-0.6至1barg、-0.5至0.5barg，-0.8至低于0barg、-0.8至0barg、或-0.6至0barg，且温度范围为60至185℃、优选60至185℃、60至185℃、80至170℃、或100至150℃的蒸汽(低压或真空压力蒸汽)，并且第二蒸汽流向其他AO中压蒸汽消耗器诸如加热器或干燥器提供压力范围为1至5barg(诸如1至4barg、或1至2barg)且温度范围为100至250℃(诸如100至220℃、110至200℃)的蒸汽(中压蒸汽)。提供蒸汽的第二蒸汽流的压力应当高于提供蒸汽的第一蒸汽流的压力。由于蒸汽涡轮机提供两个蒸汽流，因此至少一个蒸汽涡轮机具有一个蒸汽入口和两个蒸汽出口。
此外，期望的是，至少一个蒸汽涡轮机包括：第一蒸汽涡轮机，该第一蒸汽涡轮机提供包含压力范围为-0.8至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽的第一蒸汽流，其中第一蒸汽流的出口连接到蒸发器；和第二蒸汽涡轮机，该第二蒸汽涡轮机向其他AO蒸汽消耗器(如加热器或干燥器)提供包含压力范围为1至5barg且温度范围为100至250℃的蒸汽的第二蒸汽流，其中第二蒸汽流的出口连接至AO蒸汽消耗器诸如加热器或干燥器。期望的是，第二蒸汽流的蒸汽压力高于第一蒸汽的蒸汽压力。
如上所述，可以为干燥器供应中压蒸汽，以在重新供应到氢化器之前从工作溶液中去除残留的水。来源于蒸汽流并经受干燥器的冷凝物可在腔室中闪蒸，以产生压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流(低压蒸汽)，该蒸汽流被供应至蒸发器或供应至连接至蒸发器的管道。因此，承受来源于中压蒸汽的冷凝物的闪蒸室可以产生低压蒸汽，从而进一步降低AO方法的能耗。
压力范围为10至120barg且温度范围为185至500℃的蒸汽流(高压蒸汽)可驱动至少一个蒸汽涡轮机，优选所有蒸汽涡轮机。优选的是，过热或饱和蒸汽源优选提供压力范围为10至120barg且温度范围为185至500℃的蒸汽流，该蒸汽流驱动至少一个蒸汽涡轮机，优选所有蒸汽涡轮机。过热或饱和蒸汽源可以是燃气涡轮机热回收蒸汽产生器。由燃气涡轮机热回收蒸汽产生器提供的蒸汽流可以驱动发电机。至少一个蒸汽涡轮机的蒸汽入口可以与来自燃气涡轮机热回收蒸汽产生器的蒸汽出口的管道相连。
本发明可以包括用于从天然气(诸如甲烷)生产氢气的蒸汽重整单元，该蒸汽重整单元包括蒸汽重整器和作为过热或饱和蒸汽源的蒸汽产生器，该蒸汽产生器被离开蒸汽重整器的产物气体加热。蒸汽重整单元通常还包括通过水煤气变换反应将一氧化碳转化成二氧化碳的反应器，和将氢气与二氧化碳分离的氢气分离单元。蒸汽重整单元的氢气出口通过管道与用于生产过氧化氢的氢化器的入口相连，并且蒸汽产生器的蒸汽出口通过管道与至少一个蒸汽涡轮机的入口相连。这允许使用在蒸汽重整器中产生的能量来加热蒸汽产生器，从而降低所述设施和方法的能耗。
如上所述，至少一个蒸汽涡轮机经由低压蒸汽管道系统向蒸发器提供压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流(低压蒸汽)。一个以上的涡轮机可以连接到低压蒸汽管道系统，该低压蒸汽管道系统将低压蒸汽分配到期望的部件，诸如如上所述的蒸发器。提供中压蒸汽(即压力范围为1至5barg且温度范围为100至250℃的蒸汽)的涡轮机可以连接至中压蒸汽管道系统，该中压蒸汽管道系统将中压蒸汽分配到期望的部件，诸如干燥器或加热器。例如，中压蒸汽可用于加热固体颗粒，特别是活性炭或氧化铝。因此，至少一个蒸汽涡轮机的至少一个蒸汽出口可以利用管道连接至含有固体颗粒，特别是活性炭或氧化铝的容器的蒸汽入口。
离开至少一个蒸汽涡轮机(诸如背压蒸汽涡轮机)的蒸汽用于向一个或多个蒸馏单元供热，其中所述蒸汽至少被提供给存在于所述蒸馏单元中的蒸发器。离开蒸汽涡轮机的蒸汽用于向蒸馏单元供热，该蒸馏单元包括蒸发器，该蒸发器分离作为塔顶产物的包含水的溶剂。因此，离开至少一个蒸汽涡轮机的蒸汽用于向蒸馏单元供热，以浓缩经提取的过氧化氢。
旋转设备可以是压缩机诸如空气压缩机，其中经压缩的空气可以被供应到氧化反应器。在压缩之后，含氧气体诸如空气可以经过空气分离单元，该空气分离单元提供富氮气流和富氧气流。富氮气流可以被收集或用于防止形成可燃气体混合物的过程中。富氧气流(富含氧气体)然后被供应到氧化反应器。因此，蒸汽涡轮机在AO方法中向蒸发器提供期望的加压蒸汽，并且蒸汽涡轮机的驱动轴能够向压缩机提供动力，该压缩机用于在AO方法中将空气压缩用于氧化反应器(111)。因此，AO方法的能耗可以显著降低。
空气压缩机可以是已知适合于将空气从环境压力压缩至0.11至1.6MPa的压力的任何类型。空气压缩机可以为往复式压缩机、旋转螺杆式压缩机、离心式压缩机或轴流式压缩机，并且优选为离心式压缩机。优选地，将多级压缩机与级之间的冷却器一起使用。空气压缩机可以由至少一个蒸汽涡轮机驱动，该蒸汽涡轮机优选直接连接至空气压缩机的驱动轴。也可将另外的电力驱动连接至该驱动轴。该设施可含有一或多个另外的空气压缩机，该空气压缩机具有连接至氧化反应器用于供应压缩空气的出口，并且这些另外的空气压缩机可电力地或通过另外的蒸汽涡轮机或通过二者的组合驱动。优选将空气压缩至0.11至1.6MPa、更优选0.30至0.60MPa的压力。在将经压缩的空气引入氧化反应器之前优选将其冷却至20℃至60℃的范围内的温度。与使用用电力驱动的空气压缩机压缩的空气的典型蒽醌方法相比，使用由蒸汽涡轮机驱动的空气压缩机来将空气提供至蒽醌方法的氧化步骤显著减少本发明方法中的电能消耗。
至少一个蒸汽涡轮机可以驱动如上所述的AO方法中使用的任何旋转设备。特别期望的是，至少一个蒸汽涡轮机驱动AO方法中的进料泵，诸如氢气进料泵、氧化器进料泵和用于将含水过氧化氢提取物输送到蒸馏塔的进料泵，或者用于各个工作溶液的进料泵诸如工作溶液泵。使用由蒽醌方法的蒸汽涡轮机驱动的旋转设备显著降低了电能消耗。
氧化反应器的排气可用于至少一个膨胀涡轮机，该膨胀涡轮机也驱动旋转设备。通常，氧化反应器提供压力范围为1至6barg且温度范围为30至250℃的氧化器排气，并且该排气可驱动至少一个膨胀涡轮机。因此，氧化反应器的排气出口利用管道连接至膨胀涡轮机的排气入口。
特别优选的是，至少一个旋转设备可由至少一个膨胀涡轮机和至少一个蒸汽涡轮机驱动。因此，至少一个蒸汽涡轮机承受来源于过热或饱和蒸汽源的高压蒸汽，即压力范围为10至120barg且温度范围为185至500℃的蒸汽流，并且膨胀涡轮机承受氧化反应器的排气，其中两个涡轮机驱动同一旋转设备。因此，两个涡轮机都利用驱动轴连接到至少一个旋转设备。因此，压缩机可以由至少一个蒸汽涡轮机经由驱动轴驱动，以节省电能并导致较少的CO2排放。
该设施优选地包括用于调节通过至少一个蒸汽涡轮机获得的低压和/或中压蒸汽的压力的压力控制阀，优选地在接收来自背压蒸汽涡轮机的蒸汽出口的蒸汽的热交换器上游的控制阀，该控制阀布置在绕过蒸汽涡轮机的蒸气管道中。该设施优选还包括在接收来自至少一个蒸汽涡轮机的蒸汽出口的蒸汽的热交换器上游的流量控制阀。
附图
现在将参照附图描述本发明，附图不限制本发明的范围和范围。所提供的描述纯粹是为了举例和说明。然而，附图中举例说明的特定特征可以用于进一步限制本发明和权利要求的范围。
图1涉及一种用于制备过氧化氢的方法和设施(100)。根据权利要求1所述的系统包括用于生产过氧化氢的单元(101)和用于生产干蒸汽的单元(102)。
循环蒽醌方法(AO方法)用于在生产过氧化氢的单元(101)中生产过氧化氢。AO方法包括氢化器(110)、氧化反应器(111)、提取器(112)和蒸馏单元(103)。蒸馏单元(103)包括蒸发器(113)和蒸馏塔(114)。
氢化器(110)包括用于供应压缩氢气的入口以及用于供应包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液的入口。然后使包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液氢化，以获得包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液。氢化器(110)进一步包括出口，该出口用于优选通过工作溶液泵(117a-d)将包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液优选经由缓冲罐(118a-d)供应到氧化反应器(111)。氢化器(110)和氧化反应器(111)优选经由管道连接。
因此，氧化反应器(111)包括用于包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液的入口，以及用于压缩的含氧气体(诸如经压缩的空气、经压缩的富含氧气体或经压缩的富含氧空气)的入口。然后使用经压缩的含氧气体使包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液在氧化反应器(111)中氧化，以获得包含过氧化氢以及烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的经氧化的工作溶液。氧化反应器(111)进一步包括用于然后优选经由工作溶液泵(117d)和缓冲罐(118b)供应至提取器(112)的经氧化的工作溶液的出口，和用于氧化器排气的出口。氧化器排气是经氢化的工作溶液氧化之后的经压缩的含氧气体。氧化器排气优选被压缩。
提取器(112)包括用于接收包含过氧化氢以及烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的经氧化的工作溶液的入口，以及用于接收水的入口(130)。因此，将来自经氧化的工作溶液的过氧化氢从该经氧化的工作溶液中提取(或分离)，以提供含水过氧化氢提取物。因此，获得包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液，该工作溶液可直接被重新供应到氢化器(110)。还可能的是，在将包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液优选经由工作溶液泵(117d)使用缓冲罐(118d)供应到氢化器(110)之前，将包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液优选经由工作溶液泵(117c)使用缓冲罐(118c)供应到干燥器(115)。此外，提取器(112)包括用于将含水过氧化氢提取物供应到蒸馏单元(103)，特别是蒸馏塔(114)的出口。基于含水过氧化氢提取物的总重量百分比，含水过氧化氢提取物通常包含20至60重量％，诸如25至55重量％、20至40重量％或30至50重量％的过氧化氢。
可以为干燥器(115)供应压力范围为1至5barg，诸如1至4barg、或1至2barg且温度范围为100至250℃，诸如100至220℃、110至200℃的第二蒸汽流(中压蒸汽)。
工作溶液泵(117a、117b、117c和117d)可以由至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123、124)驱动。至少一个工作溶液泵可用于使工作溶液经由缓冲罐(118a、118b、118c、118d)从氢化器(110)循环到氧化反应器(111)，从氧化反应器(111)循环到提取器(112)，并且从提取器(112)直接循环回氢化器(110)，或优选从提取器(112)循环到干燥器(115)并从干燥器(115)循环回氢化器(110)。
图1中的蒸馏单元(103)包括蒸馏塔(114)和布置为底部蒸发器的蒸发器(113)。含水过氧化氢提取物(进料)被转移到蒸馏塔(114)。通常，含水过氧化氢提取物在进入蒸馏塔(114)之前被预热。预热可以通过本领域已知的任何方式进行，诸如如上所述的热交换器、蒸发器或降膜蒸发器。预热器可由压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流加热，该蒸汽流由根据本发明的至少一个蒸汽涡轮机产生。蒸气在冷凝器(119)中冷凝(顶部产物)。不可冷凝的产物可以被排放。将顶部产物的一部分作为回流重新供应至蒸馏塔，并且可以收集剩余部分的顶部产物或馏出物(131)并将其再供应至提取器(112)。将底部产物转移到蒸发器(113)，并且收集一部分底部产物作为经浓缩的过氧化氢水溶液(132)。经浓缩的过氧化氢水溶液(132)通常包含基于经浓缩的过氧化氢水溶液的总重量的45至90重量％，诸如50至80重量％、50至75重量％、65至70重量％、或60至75重量％的过氧化氢。
蒸发器(113)包括用于接收经浓缩的过氧化氢水溶液的入口和用于接收蒸汽流的入口，所述蒸汽流的压力范围为-0.8barg至3barg、优选-0.8至2barg、-0.7至1barg、-0.6至1barg、-0.5至0.5barg、或-0.6至0barg，并且温度范围为60至185℃、优选60至185℃、60至185℃、80至170℃、或100至150℃。供应到蒸发器的蒸汽流也指第一蒸汽流和/或低压流。优选的是，提供蒸汽的第二蒸汽流的压力高于提供蒸汽的第一蒸汽流的压力。期望的是，蒸汽流是干蒸汽流或过热或饱和蒸汽流。然而，蒸汽流可能含有液体部分。蒸发器(113)可以是降膜蒸发器、单级蒸发器，优选单级循环蒸发器、升膜蒸发器、升膜/降膜蒸发器或再沸器。降膜蒸发器是特别优选的，因为传热效率允许在低于大气压力，诸如-0.6barg或-0.8至0barg(低压，诸如真空压力)下使用蒸汽。经浓缩的过氧化氢水溶液被蒸汽流加热，以便蒸气被重新供应到蒸馏塔(114)，并且收集剩余的且未蒸发的经浓缩的过氧化氢水溶液(132)。
用于产生干蒸汽的单元(102)包括蒸汽产生单元(108)。蒸汽产生单元(108)包括过热或饱和蒸汽源(116)，诸如蒸汽产生器，优选燃气涡轮机热回收蒸汽产生器、干蒸汽锅炉或废热锅炉，其由离开过热或饱和蒸气源的产物气体加热。过热或饱和蒸汽源(116)与高压管道系统(140)相连。
水(133)和/或冷凝物被转移到过热或饱和蒸汽源(116)以产生高压蒸汽。所产生的高压蒸汽流具有在10至120barg、优选20至50barg范围内的压力，和在185至500℃、优选200至400℃范围内的温度。
高压管道系统(140)向至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，诸如背压蒸汽涡轮机(120、121、122、123)提供高压蒸汽。至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)能够降低由过热或饱和蒸汽源(116)提供的高压蒸汽流的压力和/或温度，以获得包含蒸汽的期望蒸汽流。根据本发明，至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)提供压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流(低压)，该蒸汽流经由管道传输到蒸发器(113)。至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动至少一个旋转设备，诸如压缩机、发电机、氢化器进料泵、氧化器进料泵或其他工作溶液泵(125、126、127、128、117a-d)。特别地，涡轮机(120、121、122、123)的轴功率用于驱动旋转设备(125、126、127、128、117a-d)。这允许使用从涡轮机获得的能量以及高压蒸汽和低压蒸汽的压差，以驱动上述旋转设备。在现有技术中，AO方法的旋转设备由电动机驱动。因此，可以减少根据本发明的方法和设施的能耗和CO2排放。此外，可以通过使用由至少一个蒸汽涡轮机提供给蒸发器的低压来降低过氧化氢的分解。令人惊讶地，我们发现，通过使用压力为-0.8barg至0barg且温度为60至185℃的降膜蒸发器，过氧化氢的分解可以甚至更多地减少。
至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)可以提供包括第一蒸汽流和第二蒸汽流的至少两个蒸汽流。第一蒸汽流提供具有低压(即-0.8至3barg)和60至185℃的温度范围的蒸汽，该蒸汽被输送至蒸发器(113)。第二蒸汽流提供具有中压(即1至5barg)和100至250℃的温度范围的蒸汽，该蒸汽可输送至其他AO方法的蒸汽消耗器，诸如加热器或干燥器(115)。
用于产生中压和/或低压蒸汽的不同单元(104、105、106、107)可以存在。可以根据需要选择产生所需加压蒸汽的单元的数量。用于产生中压蒸汽的单元(104)包括驱动第一旋转设备(125)的蒸汽涡轮机(120)。蒸汽涡轮机(120)包括用于由过热或饱和蒸汽源(116)提供的高压蒸汽的入口，和用于中压蒸汽的出口。中压蒸汽被分配到中压蒸汽管道系统(143)，该系统为其它AO方法的蒸汽消耗器(优选干燥器(115))供应中压蒸汽。干燥器(115)进一步包括用于来源于所供应的中压蒸汽的冷凝物的出口。冷凝物可以直接重新供应到蒸汽产生单元(108)或在腔室(150)中闪蒸，以获得可以供应到低压蒸汽管道系统(141)中的低压蒸汽。剩余的冷凝物可以被重新供应到蒸汽产生单元(108)。
然而，中压蒸汽也可以被供应到其他部件，诸如加热器。中压蒸汽管道系统(143)中的压力可以通过较低的压力源来平衡或从高压节流。例如，所述管道系统(143)可以包括连接到高压蒸汽管道系统(140)的节流阀。
用于产生低压蒸汽的单元(106)包括驱动压缩机(127)的蒸汽涡轮机(122)。蒸汽涡轮机(122)还可以驱动另一个旋转设备。蒸汽涡轮机(122)包括用于由过热或饱和蒸汽源(116)提供的高压蒸汽的入口，和用于低压蒸汽的出口。低压蒸汽被分配到为蒸发器(113)供应低压蒸汽的低压蒸汽管道系统(141)。如上所述，低压蒸汽具有在-0.8至3barg范围内的压力和60至185℃的温度范围。如果蒸发器的所需压力低，诸如-0.8至0barg(真空压力)，则蒸汽涡轮机(122)将向压缩机(127)提供更多的能量。AO方法中的降膜蒸发器或升膜/降膜蒸发器是特别优选的，因为可以为蒸发器供应低压蒸汽，其中压力为-0.8至0barg。压缩机(127)用于压缩含氧气体(144)，诸如空气(144)或富含氧空气(144)，并且将经压缩的气体输送到氧化反应器(111)。低压蒸汽管道系统(141)中的压力可以通过较低的压力源来平衡或从高压节流。例如，所述管道系统(143)可以包括连接到高压蒸汽管道系统(140)的节流阀。
用于产生中压和低压蒸汽的单元(105)包括蒸汽涡轮机(121)，该蒸汽涡轮机驱动氢气进料泵或压缩机(126)或工作溶液泵(117a、117b、117c、117d)。蒸汽涡轮机(121)还可以驱动另一个旋转设备。蒸汽涡轮机(121)包括用于由过热或饱和蒸汽源(116)提供的高压蒸汽的入口、用于低压蒸汽的出口和用于中压蒸汽的出口，所述出口分别连接到中压蒸汽管道系统(143)和低压蒸汽管道系统(141)。氢气进料泵或压缩机(126)存在于氢气进料管道(142)内，并将氢气(134)输送到氢化器(110)。工作溶液泵(117a、117b、117c、117d)存在于生产过氧化氢(101)的单元中，优选经由缓冲罐(118a、118b、118c、118d)将工作溶液从氢化器(110)循环到氧化反应器(111)，从氧化反应器(111)循环到提取器(112)，从提取器(112)循环到干燥器(115)，并从干燥器(115)循环回氢化器(110)。
使用氧化器排气产生低压的单元(107)包括蒸汽涡轮机(123)、膨胀涡轮机(124)和旋转设备(128)，诸如压缩机、发电机、氢化器进料泵、氧化剂进料泵或其它工作溶液泵。蒸汽涡轮机(123)包括用于由过热或饱和蒸汽源(116)提供的高压蒸汽的入口，和用于连接到低压蒸汽管道系统(141)的低压蒸汽的出口。膨胀涡轮机(124)包括用于氧化器排气的排气入口。管道连接膨胀涡轮机(124)的排气入口和氧化反应器(111)的排气出口。因此，氧化反应器可以提供氧化器排气，该氧化器排气可以被转移到膨胀涡轮机(124)。压力范围为1至6barg且温度范围为30至250℃的氧化器排气可驱动至少一个膨胀涡轮机(124)。至少一个膨胀涡轮机(124)和至少一个蒸汽涡轮机(123)可以驱动至少一个旋转设备(128)。因此，使用氧化器的排气的膨胀涡轮机(124)以及蒸汽涡轮机的组合进一步允许在AO方法中运行额外的泵，以便可以进一步减少能量输入，例如电力输入和CO2排放。
附图标记列表：
100 制备过氧化氢的方法和设施
101 用于生产过氧化氢的单元
102 用于生产干蒸汽的单元
103 用于浓缩过氧化氢水溶液的蒸馏单元
104 用于产生中压的单元
105 用于产生中压和低压的单元
106 用于产生低压的单元
107 使用氧化器排气产生低压的单元
108 蒸汽产生单元
110 氢化器
111 氧化反应器
112 提取器
113 底部物蒸发器
114 蒸馏单元
115 干燥器
116 过热或饱和蒸汽源
117a-d工作溶液泵
118a-d缓冲罐
119 冷凝器
120 单元104的蒸汽涡轮机
121 单元105的蒸汽涡轮机
122 单元106的蒸汽涡轮机
123 单元107的蒸汽涡轮机
124 膨胀涡轮机
125 第一旋转设备
126 氢气进料泵或压缩机
127 压缩机
128 第二旋转设备
130 进水口
131 至过热或饱和蒸汽源(117)的馏出物
132 浓缩的过氧化氢水溶液
133 至过热或饱和蒸汽源(117)的水
134 至氢化器的氢气
140 高压管道系统
141 低压蒸汽管道系统
142 氢气进料管道
143 中压蒸汽管道系统
144 至氧化反应器(111)的含氧气体
150 闪蒸室
可以理解，在不偏离本发明的原理的情况下，可以进行各种修改，并且可以在优选实施方案中进行许多改变。通过以下方面来进一步描述本发明。
实施例
对比例1
在没有蒸汽涡轮机的根据现有技术的AO蒽醌方法中，向作为蒸馏塔中的蒸发器的锅炉提供来自蒸汽源的压力为3barg且温度为144℃的蒸汽。
用于从天然气产生蒸汽和用于电动机的轴功率的总能耗为77.95MW。仅用于电动机的轴功率的电能消耗为19.35MW。总CO2排放量为207,669TCO2/年。
在蒸馏单元中，70重量％H2O2溶液的总产率为98重量％。
实施例2
在根据对比例1的AO蒽醌方法中，使用蒸汽涡轮机向作为蒸馏单元中的蒸发器的锅炉提供压力为3barg且温度为144℃的蒸汽。
用于从天然气产生蒸汽和用于电动机的轴功率的总能耗为77.31MW。仅用于电动机的轴功率的电能消耗为12.61MW。总CO2排放量为177,874TCO2/年。
在蒸馏单元中，70重量％H2O2溶液的产率为98重量％。电动机的轴功率的电能消耗节省了34.89％，总CO2排放量降低了14.35％。
令人惊讶地发现可以在不负面影响H2O2溶液的产率和浓度的情况下减少总能耗、电力消耗以及总CO2排放量。
实施例3
在根据实施例2的AO蒽醌方法中，使用蒸汽涡轮机向降膜蒸发器而不是蒸馏单元中的锅炉提供压力为-0.6barg且温度为80℃的蒸汽。
用于从天然气产生蒸汽和用于电动机的轴功率的总能耗为77.01MW。仅用于电动机的轴功率的电能消耗为8.91MW。总CO2排放量为161,508TCO2/年。
由于在AO蒽醌方法中提供由蒸汽涡轮机提供的压力为-0.6barg且温度为80℃的蒸汽，所以可以减少H2O2的分解，因此可以实现70重量％H2O2溶液的高于98％的产率。
因此，电动机的轴功率的电能消耗节省了53.95％，总CO2排放量降低了23％。
实施例4
除实施例3外，由连接至蒸汽涡轮机的膨胀涡轮机使用来自氧化反应器的排气，向降膜蒸发器提供压力为-0.6barg且温度为80℃的蒸汽。两个涡轮机都与驱动轴相连，以驱动空气压缩机。
用于从天然气产生蒸汽和用于电动机的轴功率的总能耗为73.51MW。仅用于电动机的轴功率的电能消耗为5.41MW。总CO2排放量为140,928TCO2/年。
由于在AO蒽醌方法中提供由蒸汽涡轮机提供的压力为-0.6barg且温度为80℃的蒸汽，所以可以减少H2O2的分解，因此可以实现70重量％H2O2溶液的高于98％的产率。
因此，电动机的轴功率的电能消耗节省了72.04％，总CO2排放量降低了32.14％。
本发明的方面
1.一种制备过氧化氢的方法，该方法特别地在根据方面21-36的设施中进行，该方法包括以下步骤：
(a)使工作溶液氢化，所述工作溶液包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者，在氢化器(110)中使所述工作溶液与经压缩的氢气接触以提供包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液，
(b)在氧化反应器(111)中用经压缩的含氧气体诸如经压缩的空气或经压缩的富含氧空气使步骤a)中获得的所述经氢化的工作溶液氧化，以提供包含过氧化氢以及烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的经氧化的工作溶液，
(c)从步骤b)中获得的经氧化的工作溶液中提取过氧化氢，以提供含水过氧化氢提取物，和
(d)将步骤c)中获得的含水过氧化氢提取物在至少一个包括蒸发器(113)和蒸馏塔(114)的蒸馏单元(103)中浓缩，以提供经浓缩的过氧化氢水溶液，所述蒸馏塔(114)接收来自所述蒸发器(113)的蒸气，
其特征在于，至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)，至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)向蒸发器(113)提供压力范围为-0.8barg至3barg、优选-0.8至2barg、-0.7至1barg、-0.6至1barg、-0.5至0.5barg、-0.8至低于0barg、-0.8至0barg、或-0.6至0barg且温度范围为60至185℃、优选60至185℃、60至185℃、80至170℃、或100至150℃的蒸汽流。
2.方面1的方法，其中使用压力范围为-0.8barg至0barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流向降膜蒸发器或升膜蒸发器和/或降膜/升膜蒸发器供热。
3.方面1的方法，其中使用压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流向蒸发器供热。
4.方面1至3中任一个的方法，其中压力范围为10至120barg且温度范围为185至500℃的蒸汽流驱动至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)、优选所有蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，优选地过热或饱和蒸汽源(116)、优选蒸汽产生器提供压力范围为10至120barg且温度范围为185至500℃的蒸汽流，所述蒸汽流驱动至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)、优选所有蒸汽涡轮机(120、121、122、123)。
5.前述方面中任一个的方法，其中燃气涡轮机热回收蒸汽产生器提供压力范围为10至120barg且温度范围为185至500℃的蒸汽流，所述蒸汽流驱动至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)、优选地所有蒸汽涡轮机(120、121、122、123)。
6.前述方面中任一个的方法，其中由燃气涡轮机热回收蒸汽产生器和/或过热或饱和蒸汽源提供的蒸汽流驱动发电机。
7.前述方面中任一个的方法，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)提供至少两个蒸汽流，第一蒸汽流向蒸发器提供压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽，并且第二蒸汽流向加热器或干燥器(115)提供压力范围为1至5barg、诸如1至4barg、或1至2barg且温度范围为100至250℃、诸如100至220℃、110至200℃的蒸汽。
8.方面7的方法，其中提供蒸汽的第二蒸汽流的压力高于提供蒸汽的第一蒸汽流的压力。
9.方面7或8中任一个的方法，其中所述第二蒸汽流提供蒸汽以加热固体颗粒，特别是活性炭或氧化铝。
10.前述方面中任一个的方法，其中氧化反应器提供氧化器排气，其中压力范围为1至6barg且温度范围为30至250℃的氧化器排气驱动至少一个膨胀涡轮机。
11.前述方面中任一个的方法，其中至少一个膨胀涡轮机和至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)。
12.前述方面中任一个的方法，其中第一蒸汽涡轮机(121、122、123)向蒸发器提供包含压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽的第一蒸汽流，并且第二蒸汽涡轮机(120、121)向加热器或干燥器(115)提供包含压力范围为1至5barg且温度范围为100至250℃的蒸汽的第二蒸汽流。
13.方面12的方法，其中第二蒸汽流的蒸汽压力高于第一蒸汽的蒸汽压力。
14.方面12或13中任一个的方法，其中第一蒸汽涡轮机(121、122、123)驱动用于含氧气体诸如空气或富含氧空气的压缩机，以获得经压缩的含氧气体，其中所述经压缩的含氧气被供应到氧化反应器(111)。
15.方面12至14中任一个的方法，其中第二蒸汽涡轮机(121、122、123)驱动工作溶液泵(117a-d)或用于经压缩的氢气的氢气进料泵或压缩机(126)，其中所述经压缩的氢气被供应到氢化器(110)。
16.前述方面中任一个的方法，其中旋转设备(125、126、127、128、117a-d)是压缩机、进料泵诸如氧化器进料泵或氢气进料泵、干燥器、或发电机、或工作溶液泵。
17.前述方面中任一个的方法，其中步骤(c)中的提取进一步包括提供在步骤(c)中提取的工作溶液和将包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作溶液转移到氢化器(110)中，在氢化器中使工作溶液氢化以提供根据步骤(a)的经氢化的工作溶液。
18.方面17的方法，其中所述转移包括所述工作溶液在进入氢化器(110)之前在干燥器(115)中的干燥。
19.方面18的方法，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)向干燥器(115)提供压力范围为1至5barg，诸如1至4barg、或1至2barg且温度范围为100至250℃，诸如100至220℃、110至200℃的蒸汽流，诸如第二蒸汽流。
20.方面19的方法，其中将来源于蒸汽流的经受干燥器的冷凝物在腔室(150)中闪蒸，以产生压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽流，所述蒸汽流被供应至蒸发器(113)。
21.前述方面中任一个的方法，其中将蒸汽流的冷凝物供应到过热或饱和蒸汽源。
22.一种通过蒽醌方法，特别是通过前述方面中任一个所定义的方法生产过氧化氢的设施，包括：
(a)包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作流体，优选循环的工作流体；
(b)使工作溶液氢化以提供经氢化的工作溶液的氢化器(110)；
(c)用含氧气体使经氢化的工作溶液氧化以提供经氧化的工作溶液的氧化器，所述氧化器包括氧化反应器(111)和用于将经压缩的所述含氧气体引入氧化反应器(111)中的气体压缩机(127)；
(d)从经氧化的工作溶液中提取过氧化氢，以提供含水过氧化氢提取物的提取器(112)；和
(e)将含水过氧化氢提取物浓缩以提供经浓缩的过氧化氢溶液的蒸馏单元(103)，所述蒸馏单元(103)包括蒸馏塔(114)和蒸发器(113)，
其特征在于，所述设施包括至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，其中蒸汽涡轮机(120、121、122、123)能承受蒸汽，至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)能通过至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动，蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的蒸汽出口利用管道(141)连接至蒸发器(113)的蒸汽入口。
23.根据方面22的设施，其中蒸汽涡轮机能够向蒸发器(113)提供压力范围为-0.8barg至3barg、优选-0.8至2barg、-0.7至1barg、-0.6至1barg、-0.5至0.5barg、-0.8至低于0barg、-0.8至0barg、或-0.6至0barg且温度范围为60至185℃、优选60至185℃、60至185℃、80至170℃、或100至150℃的蒸汽流。
24.根据方面22或23中任一个的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的蒸汽入口与来自过热或饱和蒸汽源(116)的蒸汽出口的管道(140)相连。
25.根据权利要求24的设施，其中过热或饱和蒸汽源(116)是燃气涡轮机热回收蒸汽产生器。
26.根据方面22至25中任一个的设施，其中发电机能由过热或饱和蒸汽源(116)驱动。
27.根据方面22至26中任一个的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(121)具有一个蒸汽入口和两个蒸汽出口。
28.根据方面22至27中任一个的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(121)能够提供至少两个蒸汽流，第一蒸汽流提供压力范围为-0.8barg至3barg、优选-0.8至2barg、-0.7至1barg、-0.6至1barg、-0.5至0.5barg，-0.8至低于0barg、-0.8至0barg、或-0.6至0barg，且温度范围为60至185℃、优选60至185℃、60至185℃、80至170℃、或100至150℃的蒸汽，其中用于第一蒸汽流的第一出口连接至蒸发器(113)，并且第二蒸汽流向加热器或干燥器(115)提供压力范围为1至5barg、诸如1至4barg、或1至2barg且温度范围为100至250℃、诸如100至220℃、110至200℃的蒸汽，其中第一蒸汽流的第二出口连接至加热器或干燥器(115)。
29.根据方面22至28中任一个的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的至少一个蒸汽出口利用管道(141、143)连接至加热器或干燥器(115)的蒸汽入口。
30.根据方面22至29中任一个的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的至少一个蒸汽出口利用管道连接至包含固体颗粒、特别是活性炭或氧化铝的容器的蒸汽入口。
31.根据方面22至30中任一个的设施，其中氧化反应器(111)的排气出口利用管道连接至膨胀涡轮机(124)的排气入口，至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)可由至少一个膨胀涡轮机(124)和至少一个蒸汽涡轮机(123)驱动。
32.根据方面22至31中任一个的设施，其中所述旋转设备是压缩机(127)。
33.根据方面22至31中任一个的设施，其中所述旋转设备是发电机。
34.根据方面22至31中任一个的设施，其中所述旋转设备是氢化器进料泵(126)。
35.根据方面22至31中任一个的设施，其中所述旋转设备是氧化器进料泵(127)。
36.根据方面22至31中任一个的设施，其中所述旋转设备是工作溶液泵(117a-d)。
37.根据方面22至36中任一个的设施，其中所述蒸发器(113)是降膜蒸发器(113)。
38.根据方面22至37中任一个的设施，其中所述蒸发器(113)是升膜蒸发器(113)，和/或升膜/降膜蒸发器(113)。
39.根据方面22至38中任一个的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)包括：第一蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，该第一蒸汽涡轮机提供包含压力范围为-0.8至3barg且温度范围为60至185℃的蒸汽的第一蒸汽流，其中第一蒸汽流的出口连接到蒸发器(113)；和第二蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，该第二蒸汽涡轮机向加热器或干燥器(115)提供包含压力范围为1至5barg且温度范围为100至250℃的蒸汽的第二蒸汽流，其中第二蒸汽流的出口连接至加热器或干燥器(115)。
40.至少一个蒸汽涡轮机在通过蒽醌方法、特别是通过如前述方法方面中任一个所定义的方法生产过氧化氢的方法中驱动至少一个旋转设备的用途，其中所述至少一个蒸汽涡轮机向蒸发器(113)提供压力范围为-0.8barg至3barg并且温度范围为60至185℃的蒸汽流，所述蒸发器(113)在包括所述蒸发器(113)的至少一个蒸馏单元(103)中用于浓缩含水过氧化氢提取物以获得经浓缩的过氧化氢水溶液。
Claims (15)
1.一种制备过氧化氢的方法，其包括以下步骤：
(a)使工作溶液氢化，所述工作溶液包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者，在氢化器(110)中使所述工作溶液与经压缩的氢气接触，以提供包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或二者的经氢化的工作溶液，
(b)在氧化反应器(111)中用经压缩的含氧气体诸如经压缩的空气或经压缩的富含氧气的空气氧化步骤a)中获得的所述经氢化的工作溶液，以提供包含过氧化氢以及烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的经氧化的工作溶液，
(c)从步骤b)中获得的经氧化的工作溶液中提取过氧化氢，以提供含水过氧化氢提取物，和
(d)将步骤c)中获得的所述含水过氧化氢提取物在至少一个包括蒸发器(113)和蒸馏塔(114)的蒸馏单元(103)中浓缩，以提供经浓缩的过氧化氢水溶液，所述蒸馏塔(114)接收来自所述蒸发器(113)的蒸气，
其特征在于，至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)，至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)向蒸发器(113)提供压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60℃至185℃的蒸汽流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用压力范围为-0.8barg至0barg且温度范围为60℃至185℃的蒸汽流向降膜蒸发器或升膜蒸发器和/或降膜/升膜蒸发器供热。
3.根据权利要求1所述的方法，其中压力范围为10至120barg且温度范围为185℃至500℃的蒸汽流驱动至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)、优选所有蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，优选过热或饱和蒸汽源(116)、优选蒸汽产生器提供压力范围为10至120barg且温度范围为185℃至500℃的蒸汽流，所述蒸汽流驱动至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)、优选所有蒸汽涡轮机(120、121、122、123)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)提供至少两个蒸汽流，第一蒸汽流向所述蒸发器提供压力范围为-0.8barg至3barg且温度范围为60℃至185℃的蒸汽，并且第二蒸汽流向加热器或干燥器(115)提供压力范围为1至5barg且温度范围为100℃至250℃的蒸汽。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二蒸汽流提供蒸汽以加热固体颗粒，特别是活性炭或氧化铝。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化反应器(111)提供氧化器排气，其中压力范围为1至6barg且温度范围为30℃至250℃的所述氧化器排气驱动至少一个膨胀涡轮机(124)，和/或其中至少一个膨胀涡轮机(124)和至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)。
7.一种通过蒽醌方法生产过氧化氢的设施，其包括：
(a)包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或二者的工作流体，优选循环的工作流体；
(b)使所述工作溶液氢化以提供经氢化的工作溶液的氢化器(110)；
(c)用含氧气体氧化经氢化的工作溶液以提供经氧化的工作溶液的氧化器，所述氧化器包括氧化反应器(111)和用于将经压缩的所述含氧气体引入氧化反应器(111)中的气体压缩机(127)；
(d)从所述经氧化的工作溶液中提取过氧化氢以提供含水过氧化氢提取物的提取器(112)；和
(e)将所述含水过氧化氢提取物浓缩以提供经浓缩的过氧化氢溶液的蒸馏单元(103)，所述蒸馏单元(103)包括蒸馏塔(114)和蒸发器(113)，
其特征在于，所述设施包括至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)，其中所述蒸汽涡轮机(120、121、122、123)能承受蒸汽，至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)能通过至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)驱动，所述蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的蒸汽出口利用管道(141)连接至所述蒸发器(113)的蒸汽入口。
8.根据权利要求7所述的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的蒸汽入口与来自过热或饱和蒸汽源(116)的蒸汽出口的管道(140)相连。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的设施，其中发电机能由所述过热或饱和蒸汽源(116)驱动。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(121)具有一个蒸汽入口和两个蒸汽出口。
11.根据权利要求10所述的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的至少一个蒸汽出口利用管道(141、143)连接至加热器或干燥器(115)的蒸汽入口。
12.根据权利要求10或11所述的设施，其中至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)的至少一个蒸汽出口利用管道连接至包含固体颗粒、特别是活性炭或氧化铝的容器的蒸汽入口。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的设施，其中所述氧化反应器(111)的排气出口利用管道连接至膨胀涡轮机(124)的排气入口，至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)能由至少一个膨胀涡轮机(124)和至少一个蒸汽涡轮机(123)驱动。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的设施，其中所述蒸发器(113)是降膜蒸发器(113)，或升膜蒸发器(113)，和/或升膜/降膜蒸发器(113)，优选降膜蒸发器(113)。
15.至少一个蒸汽涡轮机(120、121、122、123)在通过蒽醌方法生产过氧化氢的方法中驱动至少一个旋转设备(125、126、127、128、117a-d)的用途，其中所述至少一个蒸汽涡轮机向蒸发器(113)提供压力范围为-0.8barg至3barg并且温度范围为60℃至185℃的蒸汽流，所述蒸发器(113)在包括所述蒸发器(113)的至少一个蒸馏单元(103)中用于浓缩含水过氧化氢提取物以获得经浓缩的过氧化氢水溶液。
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