DE4002335A1 - METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN PEROXIDE - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid nach dem Anthrachinon-Verfahren und ins besondere ein Teilverfahren davon, nämlich die Hydrierung. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem eine Reaktionslösung im Kreislauf geführt wird, wobei in die Reaktionslösung Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthalten des Gas und eine Arbeitslösung, d. h. ein Anthrachinon-Deri vat in einem organischen Lösungsmittel, über eine röhrenför mige, statische Mischzone, die entweder kontinuierlich be schaffen ist oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, eingespeist wird, um das Anthrachinon-Derivat in Gegenwart eines festen Katalysators zu hydrieren. Dabei werden hy drierte Arbeitslösung und Gas aus dem im Kreislauf geführten Reaktionsgemisch entfernt. Ferner betrifft die Erfindung einen röhrenförmigen, statischen Mischer, der einen oder mehrere Teile (Teilbereiche) aufweist, sowie die Verwendung des Mischers im vorerwähnten Verfahren.The invention relates to a method for producing Hydrogen peroxide by the anthraquinone method and ins special one of them, namely hydrogenation. The invention particularly relates to a method in which a reaction solution is circulated, in which Reaction solution contain hydrogen or a hydrogen of gas and a working solution, d. H. an anthraquinone deri vat in an organic solvent, through a tube moderate, static mixing zone, which either continuously create or is composed of several parts, is fed to the anthraquinone derivative in the presence to hydrogenate a solid catalyst. Here hy third working solution and gas from the circulated Reaction mixture removed. The invention further relates to a tubular static mixer, the one or has several parts (sub-areas), and the use of the mixer in the aforementioned process.
Die Herstellung von Wasserstoffperoxid nach dem sogenannten Anthrachinon-Verfahren ist bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Anthrachinon-Derivat in einem Lösungsmittel, das einen oder mehrere Bestandteile enthält, gelöst. Die auf diese Weise hergestellte Lösung wird als Arbeitslösung be zeichnet. Bei der Herstellung von Wasserstoffperoxid wird die Arbeitslösung zunächst in die Hydrierungsstufe einge speist. Während dieser Stufe werden die Anthrachinon-Deri vate in Gegenwart eines Katalysators zu den entsprechenden Anthrahydrochinon-Derivaten hydriert. Anschließend wird die hydrierte Arbeitslösung einer Oxidation zugeführt, bei der Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Ar beitslösung eingeleitet wird, wobei in der Lösung Wasser stoffperoxid entsteht. Die Hauptreaktionen des Anthrachinon verfahrens sind nachstehend dargelegt:The production of hydrogen peroxide according to the so-called Anthraquinone method is known. With this procedure becomes an anthraquinone derivative in a solvent that contains one or more components. The on solution made in this way is used as a working solution draws. In the production of hydrogen peroxide the working solution is first introduced into the hydrogenation stage feeds. During this stage, the anthraquinone deri vate in the presence of a catalyst to the corresponding Anthrahydroquinone derivatives hydrogenated. Then the hydrated working solution fed to an oxidation in which Oxygen or a gas containing oxygen into the ar beit solution is introduced, with water in the solution fabric peroxide is formed. The main reactions of anthraquinone procedures are set out below:
Die Wasserstoffperoxid enthaltende Arbeitslösung wird in die Extraktionsstufe eingespeist, bei der das Wasserstoffperoxid einer Extraktionsbehandlung unterworfen wird, um es aus der Arbeitslösung in eine wäßrige Lösung überzuführen. Die ex trahierte Arbeitslösung wird durch Entfernen von überschüs sigem Wasser getrocknet und in den Anfang des Kreislaufver fahrens, d. h. in die Hydrierungsstufe, zurückgeleitet. Die durch die Extraktion erhaltene wäßrige Lösung von Wasser stoffperoxid wird gereinigt und eingeengt.The working solution containing hydrogen peroxide is in the Extraction stage fed in which the hydrogen peroxide is subjected to an extraction treatment to remove it from the Transfer working solution to an aqueous solution. The ex Tracted working solution is removed by removing excess dried water and in the beginning of the Kreislaufver driving, d. H. returned to the hydrogenation stage. The aqueous solution of water obtained by extraction cloth peroxide is cleaned and concentrated.
Die vorstehend beschriebene Hydrierung stellt eine an spruchsvolle Stufe beim Anthrachinon-Verfahren dar. Der Hy drierungskatalysator muß eine hohe Aktivität und hohe Selek tivität aufweisen. Die Umsetzung und die Selektivität der Reaktion bei der Hydrierungsstufe hängen vom Partialdruck des Wasserstoffs, der Temperatur, den Konzentrationen der reagierenden Komponenten, dem Katalysator und den Strömungs bedingungen im Reaktor ab. Sekundärreaktionen können die Menge an Anthrachinon-Derivaten, die Wasserstoffperoxid bil den, vermindern. Für die Hydrierung sind bisher sowohl Sus pensionsreaktoren als auch Festbettreaktoren eingesetzt wor den.The hydrogenation described above does one challenging stage in the anthraquinone process. The Hy Dration catalyst must have high activity and high selec have activity. The implementation and selectivity of the Reaction at the hydrogenation stage depend on the partial pressure of hydrogen, temperature, concentrations of reacting components, the catalyst and the flow conditions in the reactor. Secondary reactions can Amount of anthraquinone derivatives that bil hydrogen peroxide reduce that. So far, both Sus pension reactors and fixed bed reactors used wor the.
Zu den suspendierten Katalysatoren gehören beispielsweise als poröse Katalysatoren sogenanntes Palladium-Mohr, an einem Träger (z. B. Aluminiumoxid und Aktivkohle) absorbier tes Palladium und Raney-Nickel. Der poröse Katalysator wird suspendiert, und der Wasserstoff wird in der Arbeitslösung, z. B. in einem Mischtankreaktor oder einem röhrenförmigen Re aktor, dispergiert. Im röhrenförmigen Reaktor wird der Mischvorgang durch die hohe lineare Geschwindigkeit der Ar beitslösung erreicht. Im allgemeinen betragen die linearen Geschwindigkeiten mehr als 3 m/s und weniger als 10 m/s in einem offenen Rohr (US-PS 44 28 923). Der Mischvorgang wurde auch verbessert, indem man als Reaktorrohr ein sich abwech selnd verengendes und erweiterndes Rohr einsetzte (US-PS 34 23 176, Kabisch et al.).Suspended catalysts include, for example as porous catalysts so-called palladium black a carrier (e.g. alumina and activated carbon) palladium and Raney nickel. The porous catalyst becomes suspended, and the hydrogen is in the working solution, e.g. B. in a mixing tank reactor or a tubular Re actuator, dispersed. The is in the tubular reactor Mixing process due to the high linear speed of the ar solution reached. In general, the linear Speeds in excess of 3 m / s and less than 10 m / s an open tube (US-PS 44 28 923). The mixing process was also improved by alternating as a reactor tube used a narrowing and expanding tube (US-PS 34 23 176, Kabisch et al.).
Aus der finnischen Patentanmeldung 8 64 971 ist zusätzlich ein Verfahren des im Oberbegriff erwähnten Typs bekannt, bei dem ein Reaktionsgemisch, das Wasserstoff, die Arbeitslösung und einen festen suspendierten Katalysator enthält, in einem röhrenförmigen Reaktorsystem im Kreislauf geführt wird, wo bei das Reaktorsystem mit einem statischen Mischer, der kon tinuierlich aufgebaut ist oder aus mehreren Teilbereichen besteht, ausgerüstet ist. Der im Röhrensystem herrschende Druck liegt unter 15 bar und die Temperatur unter 100°C. Bei diesem Verfahren wird die Arbeitslösung im Reaktionsrohr system mit einer Strömungsgeschwindigkeit unter 3 m/s im Kreislauf geführt.From Finnish patent application 8 64 971 is additional a method of the type mentioned in the preamble known which is a reaction mixture, the hydrogen, the working solution and contains a solid suspended catalyst in one tubular reactor system is recirculated where the reactor system with a static mixer, the con is built up continuously or from several sub-areas exists, is equipped. The one prevailing in the tube system Pressure is below 15 bar and the temperature below 100 ° C. At This process becomes the working solution in the reaction tube system with a flow velocity under 3 m / s in Cycle.
Die Kontaktflächen und Kontaktzeiten des Katalysators, der Arbeitslösung und des Wasserstoffgases sind für die Hydrie rungsreaktion wichtig. Bei Verwendung eines stationären, fe sten Katalysators bei der Hydrierung kann die Kontaktzeit bei der katalytischen Reaktion verkürzt werden, wodurch der Anteil an Nebenreaktionen verringert wird. Das Fehlen einer aufwendigen Filtrationsstufe stellt einen erheblichen Nach teil bei der Verwendung eines festen Katalysatorbetts an stelle eines suspendierten Katalysators dar. Die Filtration kann auch technisch Schwierigkeiten bereiten, da die Kataly satorteilchen klein sind.The contact areas and contact times of the catalyst, the Working solution and the hydrogen gas are for the hydrie reaction is important. When using a stationary, fe Most catalyst in the hydrogenation can be the contact time be shortened in the catalytic reaction, whereby the Share of side reactions is reduced. The lack of one elaborate filtration level represents a considerable after part when using a fixed catalyst bed represent a suspended catalyst. Filtration can also cause technical difficulties because the Kataly sator particles are small.
Ein suspendierter Katalysator wird bei der Hydrierungsreak tion teilweise nicht ausgenutzt, da er sich während eines großen Teils der Umsetzungszeit in einem wasserstofffreien Teil des Verfahrenszyklus, z. B. im Zirkulationstank befin det, oder da er im Verfahrenszyklus haften bleiben kann. Ein suspendierter Katalysator ist auch gegenüber Sinterung und mechanischem Abrieb empfindlicher.A suspended catalyst is used in the hydrogenation reaction tion partially not used because it much of the implementation time in a hydrogen-free Part of the process cycle, e.g. B. in the circulation tank det, or because it can remain in the process cycle. A suspended catalyst is also against sintering and mechanical abrasion more sensitive.
Bei Festbettreaktoren werden Trägerpellets und sogenannte Bienenwaben-Katalysatoren verwendet (Berglin et al., US-PS 45 52 748). Beim eingesetzten Träger handelt es sich übli cherweise um aktives Aluminiumoxid, jedoch können auch an dere poröse Träger mit einer großen spezifischen Oberfläche verwendet werden, z. B. SiO2 oder Aktivkohle. Ein Edelmetall, üblicherweise Palladium, ist als aktive Komponente am Träger absorbiert. Nur eine Art von Nachfiltration wird beim Ein satz eines Festbettreaktors vor der Oxidationsstufe ange wandt, um Teilchen, die sich aus dem Bett abgelöst haben, von der Arbeitslösung zu trennen.Carrier pellets and so-called honeycomb catalysts are used in fixed bed reactors (Berglin et al., US Pat. No. 4,552,748). The carrier used is usually active alumina, but porous supports with a large specific surface area can also be used, e.g. B. SiO 2 or activated carbon. A noble metal, usually palladium, is absorbed as an active component on the carrier. Only one type of post-filtration is used when using a fixed bed reactor before the oxidation stage in order to separate particles that have come off the bed from the working solution.
Bei Festbettreaktoren werden im allgemeinen Pellets (Durch messer üblicherweise 0,2 bis 10 mm) zwischen Siebplatten oder Netzen angeordnet. Bei Pellets dieser Größe ist die Übertragung von Material in die tiefsten Poren und aus die sen Poren heraus langsam, weswegen das aktive Metall in den inneren Teilen der Pellets bei der Reaktion unausgenutzt bleibt. In ähnlicher Weise ergibt sich ein hoher Druckver lust und es erfolgt eine Kanalisierung der Strömung in die sen frei gepackten Katalysatorbetten. Das Reduktionsgas ten diert ebenfalls dazu, sich in eine eigene Phase zurückzuzie hen, wodurch die Hydrierungsgeschwindigkeit abnimmt. Es muß speziell darauf geachtet werden, daß kein Katalysatorgift in die Arbeitslösung oder in das Reduktionsgas gelangt.In the case of fixed bed reactors, pellets (through knife usually 0.2 to 10 mm) between sieve plates or networks arranged. For pellets of this size it is Transfer of material to and from the deepest pores pores out slowly, which is why the active metal in the inner parts of the pellets unused during the reaction remains. Similarly, there is a high pressure ver lust and the flow is channeled into the free packed catalyst beds. The reducing gas also leads to withdrawing into its own phase hen, causing the rate of hydrogenation to decrease. It must special care should be taken that no catalyst poison in the working solution or gets into the reducing gas.
Der sogenannte Bienenwaben-Katalysator besteht aus einer zellulären Trägerstruktur mit parallelen Kanälen. Der poröse Träger ist als eine dünne Schicht auf der Trägerstruktur fi xiert. Ferner ist daran ein Edelmetall absorbiert. Ein Reak tor, der nach einem derartigen Prinzip arbeitet, hat den Nachteil einer geringen Vermischung des Wasserstoffs mit der Arbeitslösung und der möglichen Abtrennung der Gasblasen un ter Bildung einer eigenen Phase. Die Wärmeübertragung von den inneren Bereichen der Bienenwabe bleibt gering, weswegen die Temperatur darin zu hoch werden kann, eine Situation, die zur Bildung einer erhöhten Menge an unerwünschten Neben produkten führt.The so-called honeycomb catalyst consists of one cellular support structure with parallel channels. The porous Support is fi as a thin layer on the support structure xiert. Furthermore, a noble metal is absorbed on it. A reak gate that works on such a principle has the Disadvantage of a slight mixing of the hydrogen with the Working solution and the possible separation of the gas bubbles un ter formation of its own phase. The heat transfer from the inner areas of the honeycomb remains small, which is why the temperature in it can get too high, a situation which lead to the formation of an increased amount of unwanted side leads products.
Eine Stufe, die die Hydrierung bei Festbettreaktoren be schränkt, ist die Passage von Wasserstoffgas aus einer Gas blase in die Arbeitslösung. Die Geschwindigkeit der Passage des Wasserstoffs hängt von der Größe der Wasserstoffblasen in der Arbeitslösung ab. Je kleiner die Blasen sind, in denen sich der Wasserstoff in der Lösung befindet, desto größer ist die Gesamtfläche der Grenzfläche zwischen der Ar beitslösung und der Gasphase. Das Vermischen von Wasserstoff mit der Arbeitslösung wurde durch Verwendung von statischen Mischern an einer Stelle vor dem Festbettreaktor verbessert (US-PS 44 28 922). Auf diese Weise liegt der Wasserstoff in der Arbeitslösung beim Eintritt in den Reaktor in Form von kleinen Blasen vor, jedoch schwächt sich als Ergebnis der Kanalisierung im Reaktor die Dispersion des Gases ab. A stage that be the hydrogenation in fixed bed reactors limits, is the passage of hydrogen gas from a gas blow into the working solution. The speed of the passage of hydrogen depends on the size of the hydrogen bubbles in the working solution. The smaller the bubbles are, in where the hydrogen is in the solution, the more the total area of the interface between the ar is larger solution and the gas phase. Mixing hydrogen with the working solution was achieved by using static Mixers improved in one place in front of the fixed bed reactor (U.S. Patent 4,428,922). In this way the hydrogen is in of the working solution when entering the reactor in the form of small bubbles before, however, weakens as a result of Channeling in the reactor from the dispersion of the gas.
Ein Vormischreaktor, in dem die Arbeitslösung in bezug auf Wasserstoff gesättigt wird, wurde ebenfalls an einer Stelle vor der Hydrierung eingesetzt (US-PS 28 37 411).A premix reactor in which the working solution is related Hydrogen saturation was also at one point used before the hydrogenation (US-PS 28 37 411).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxid nach dem An thrachinon-Verfahren bereitzustellen, bei dem die Nachteile herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen entfallen. Die Hauptmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.The object of the invention is to provide a method and a Direction for the production of hydrogen peroxide after the to provide thrachinone method, which has the disadvantages conventional methods and devices are eliminated. The Main features of the invention result from the Claims.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Reaktionsgemisch, das Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas und die Arbeitslösung enthält, im Kreislauf in einem einen kon stanten Durchmesser aufweisenden oder abwechselnd sich ver engenden und erweiternden röhrenförmigen Reaktorsystem ge führt, wobei das Reaktorsystem horizontal oder vertikal an geordnet ist und mit einem statischen Mischer, der kontinu ierlich beschaffen ist oder mehrere Teile (Teilbereiche) um faßt und mit einer katalytischen Substanz beschichtet ist, ausgerüstet ist. Dabei wird das Reaktionsgemisch im Mischer gleichzeitig vermischt und der katalytischen Behandlung unterzogen. Der röhrenförmige Reaktor kann in einfacher Weise so bemessen sein, daß seine Länge ausreicht, daß für den Wasserstoff eine genügende Umsetzungszeit zur Verfügung steht, bevor er das Ende des röhrenförmigen Reaktors er reicht. Somit braucht das Reduktionsgas im Reaktor nicht im Kreislauf geführt zu werden.In the process according to the invention, a reaction mixture the hydrogen or a gas containing hydrogen and contains the working solution, in a cycle in a con constant diameter or alternating ver constricting and expanding tubular reactor system ge leads, with the reactor system on horizontally or vertically is arranged and with a static mixer, the continuous is procured or several parts (sub-areas) around summarizes and is coated with a catalytic substance, is equipped. The reaction mixture is in the mixer mixed at the same time and the catalytic treatment subjected. The tubular reactor can be in simpler Be dimensioned so that its length is sufficient for the hydrogen has a sufficient reaction time stands before the end of the tubular reactor enough. Thus, the reducing gas in the reactor does not need Cycle to be led.
Der erfindungsgemäße statische Mischer umfaßt eine Stütz struktur aus einem metallischen, keramischen, polymeren oder anderen entsprechenden Material, an dessen Oberfläche ein poröser Träger fixiert ist. Der Träger umfaßt beispielsweise Aluminiumoxid, SiO2, Silikate oder Aktivkohle. Ein bei der Hydrierung aktives Metall, z. B. Palladium, Platin, Rhodium, Nickel oder ein Gemisch aus diesen Metallen, ist am Träger absorbiert. The static mixer according to the invention comprises a support structure made of a metallic, ceramic, polymeric or other corresponding material, on the surface of which a porous carrier is fixed. The carrier comprises, for example, aluminum oxide, SiO 2 , silicates or activated carbon. A metal active in the hydrogenation, e.g. B. palladium, platinum, rhodium, nickel or a mixture of these metals is absorbed on the carrier.
Im erfindungsgemäßen Reaktor werden eine ausreichende Über tragung von Material zwischen dem Gas und der Flüssigkeit und eine ausreichende Wärmeübertragung vom Reaktorgemisch auf die Rohrwand durch statische Mischer erreicht, die bei spielsweise in folgenden Veröffentlichungen beschrieben sind: Chem.-Ing.-Tech., Bd. 52 (1980, Nr. 4, Seiten 285-291; Chem. Eng. Prog. Bd. 82 (Juli 1986), Nr. 7, Seiten 42-48 und Bd. 20 (Mai-Juni 1986), Nr. 3, Seiten 147 bis 154; R.H. Perry und C.H. Chilton, Chemical Engineer′s Handbook, 5, New York, McGraw-Hill (1973), Abschnitt 19, Seite 22. Ebenso wird die axiale Vermischung minimiert, und die Temperatur- und Konzentrationsprofile in der Querschnittfläche des Rohrs werden vereinheitlicht.In the reactor according to the invention, a sufficient excess carrying material between the gas and the liquid and sufficient heat transfer from the reactor mixture reached on the pipe wall by static mixers, which at described for example in the following publications are: Chem.-Ing.-Tech., Vol. 52 (1980, No. 4, pages 285-291; Chem. Eng. Prog. Vol. 82 (July 1986), No. 7, pages 42-48 and Vol. 20 (May-June 1986), No. 3, pages 147-154; R.H. Perry and C.H. Chilton, Chemical Engineer's Handbook, 5, New York, McGraw-Hill (1973), section 19, page 22. Likewise axial mixing is minimized and the temperature and concentration profiles in the cross-sectional area of the tube are standardized.
Die Umsetzung erfolgt in einer dünnen Katalysatorschicht von 5 bis 300 µm auf der Oberfläche des Mischers. Da die Schicht dünn ist, bleibt der Anteil an die Ausbeute verringernden Nebenreaktionen klein, was darauf zurückzuführen ist, daß die Retentionszeiten der Reagentien und der Reaktionspro dukte in den Poren kurz sind. Ferner wird das katalytisch aktive Metall in der dünnen Katalysatorschicht in wirksamer Weise ausgenutzt. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Katalysatorschicht gegenüber einem aus Pellets bestehenden Festbett vorteilhaft.The reaction takes place in a thin catalyst layer from 5 to 300 µm on the surface of the mixer. Because the layer is thin, the proportion of the yield-reducing remains Side reactions small, which is due to the fact that the retention times of the reagents and the reaction pro products in the pores are short. It also becomes catalytic active metal in the thin catalyst layer in effective Way exploited. For this reason, the invention Catalyst layer versus a pellet Fixed bed advantageous.
Im Gegensatz zum Bienenwaben-Reaktor gemäß US-PS 45 52 748, bei dem die Katalysatorstücke zueinander parallel verlau fende, gleich lange Kanäle ohne Mischwirkung bilden, dienen beim erfindungsgemäßen Reaktor die Strukturen nicht nur als Fixierungsflächen für den Katalysator sondern auch als Mi scher, da der statische Mischer mit Katalysator beschichtete Fließprallplatten aufweist, die zueinander in unterschiedli chen Richtungen angeordnet sind und die den Strom in wirksa mer Weise über die gesamte Querschnittsfläche des Reaktors verteilen. Eine derartige Wirkung ist beim Reaktor gemäß US- PS 45 52 748, der getrennte Mischer zum Dispergieren und Lö sen des Wasserstoffs in der Arbeitslösung erfordert, nicht gegeben. Erfindungsgemäß ist es wichtig, daß die Reaktions lösung während der katalytischen Behandlung vermischt wird, da festgestellt worden ist, daß die Hydrierungsreaktion nicht genau so wirksam abläuft, wenn die katalytische Be handlung und das Vermischen in unterschiedlichen Stufen durchgeführt werden, wie es in US-PS 45 52 748 der Fall ist.In contrast to the honeycomb reactor according to US Pat. No. 4,552,748, in which the catalyst pieces are parallel to one another forming channels of equal length without mixing effect the structures in the reactor according to the invention not only as Fixing surfaces for the catalyst but also as Mi shear because the static mixer coated with catalyst Flow baffle plates that each other in differ Chen directions are arranged and the current in effective mer way over the entire cross-sectional area of the reactor to distribute. Such an effect is in the reactor according to US PS 45 52 748, the separate mixer for dispersing and dissolving hydrogen in the working solution is not required given. According to the invention it is important that the reaction solution is mixed during the catalytic treatment, since it has been found that the hydrogenation reaction is not as effective when the catalytic loading action and mixing in different stages be performed as is the case in US Pat. No. 4,552,748.
Aufgrund des Mischvorgangs erfolgt die Übertragung von Wärme und Material zwischen der Flüssigkeit und der Katalysator oberfläche rascher als bei Bienenwaben-Strukturen, die aus geraden, parallelen Kanälen bestehen. Mittels des Katalysa tors können die linearen Geschwindigkeiten im Reaktor auf unter 3 m/s verringert werden, da die statischen Mischer den Wasserstoff auch bei niedrigen linearen Geschwindigkeiten, z. B. im Bereich von 0,1 bis 1,5 m/s, in der Arbeitslösung dispergieren. Bei diesen Geschwindigkeiten sind der Druck verlust und der mechanische Abrieb der Katalysatorbeschich tung gering.Due to the mixing process, heat is transferred and material between the liquid and the catalyst surface faster than that of honeycomb structures straight, parallel channels exist. By means of the cat tors the linear velocities in the reactor can be reduced below 3 m / s because the static mixers Hydrogen even at low linear velocities, e.g. B. in the range of 0.1 to 1.5 m / s in the working solution disperse. At these speeds there is pressure loss and the mechanical abrasion of the catalyst coating low.
Die Katalysatoraktivitäten im erfindungsgemäßen statischen Mischer bleiben auch über lange Zeiträume hinweg nahezu un verändert. Dies ist teilweise auf eine relativ offene Strö mung zurückzuführen, wobei keine umfangreichen Verunreini gungen an der Katalysatoroberfläche haften können und die Strömung die Kanalwände sauber hält. Ferner fördern die na hezu wasserfreie flüssige Phase und die sauerstofffreie Gas phase die Aufrechterhaltung der Aktivität des Metalls.The catalyst activities in the static according to the invention Mixers remain almost unaffected even over long periods of time changed. This is partly due to a relatively open flow attribution, with no extensive impurities conditions can adhere to the catalyst surface and the Current keeps the canal walls clean. Furthermore, the na so water-free liquid phase and the oxygen-free gas phase maintaining the activity of the metal.
Die Länge des Reaktors hängt vom verwendeten Mischertyp ab. Wenn die Kanäle des statischen Mischers kleiner sind, ergibt sich eine größere geometrische Oberfläche des Mischers, wo bei eine größere Katalysatorschicht pro Volumeneinheit ge bunden werden kann, sich aber gleichzeitig ein größerer dy namischer Druckverlust im Mischer ergibt. Somit läßt sich eine optimale Größe für die Mischerkanäle finden. The length of the reactor depends on the type of mixer used. If the channels of the static mixer are smaller, it gives a larger geometric surface of the mixer where with a larger catalyst layer per unit volume can be bound, but at the same time a larger dy Namely pressure loss in the mixer results. So you can find an optimal size for the mixer channels.
Erfindungsgemäß wird eine hohe Wasserstoffperoxidausbeute, berechnet im Verhältnis zum aktiven Metall, erzielt. Dies ist erstens auf die Tatsache zurückzuführen, daß der gesamte Katalysator sich in dem Teil des Reaktorsystems befindet, in dem die Hydrierungsreaktion stattfindet. Ferner ist die dünne Katalysatorschicht von Vorteil für die Ausnutzung des aktiven Metalls.According to the invention, a high hydrogen peroxide yield calculated in relation to the active metal. This is first of all due to the fact that the entire Catalyst is in the part of the reactor system in where the hydrogenation reaction takes place. Furthermore, the thin catalyst layer is advantageous for the utilization of the active metal.
Ein weiterer wichtiger Vorteil im Vergleich zu den nächst vergleichbaren Verfahren besteht im Verfahren der Mischung des Wasserstoffs und der Arbeitslösung, das in bezug auf Übertragung von Material und Wärme vorteilhaft ist. Somit entstehen gleichmäßige Bedingungen, die für die Selektivität und Geschwindigkeit der Hydrierungsreaktion vorteilhaft sind. Durch Verwendung einer dünnen Katalysatorschicht kann das aktive Metall in wirksamer Weise für die Hydrierung ver wendet werden. Ferner ist die Kontaktzeit zwischen den Re agentien und dem Katalysator kurz, ein Faktor, der zur Ver ringerung der Menge an Nebenprodukten beiträgt.Another important advantage compared to the next A comparable process consists in the process of mixing of the hydrogen and the working solution related to Transfer of material and heat is beneficial. Consequently uniform conditions arise for selectivity and rate of the hydrogenation reaction advantageous are. By using a thin layer of catalyst the active metal in an effective manner for the hydrogenation be applied. Furthermore, the contact time between the Re agents and the catalyst in short, a factor that leads to ver reducing the amount of by-products.
Das erfindungsgemäße Hydrierungsverfahren kann in großtech nischem Maßstab so durchgeführt werden, daß die Reduktion in ihrer Gesamtheit in einem vorteilhaften Druckbereich durch geführt wird. Der Druck im Reaktor wird im Bereich von 1 bis 15 bar, und vorzugsweise von 2 bis 5 bar, gehalten. Die Tem peratur der Arbeitslösung wird im vorteilhaften Temperatur bereich von 40 bis 60°C gehalten, beispielsweise bei einer Hydrierung im Kleinmaßstab durch Anbringen eines Kühlmantels am Reaktor.The hydrogenation process according to the invention can be carried out in large tech African scale are carried out so that the reduction in all of them in an advantageous pressure range to be led. The pressure in the reactor is in the range of 1 to 15 bar, and preferably from 2 to 5 bar. The tem temperature of the working solution is in the advantageous temperature range from 40 to 60 ° C, for example at a Small-scale hydrogenation by attaching a cooling jacket at the reactor.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Hydrierungsverfahren schematisch darge stellt.The invention will now be described with reference to FIG Drawing described in more detail. In the drawing is the hydrogenation process according to the invention schematically Darge poses.
Die Hydrierungsstufe umfaßt einen Zirkulationstank 1, in den die zu hydrierende Arbeitslösung 14 mittels einer Pumpe 4 eingespeist wird. Die Arbeitslösung wird mittels einer Pumpe 3 im Rohrsystem 8 über einen Hydrierungsreaktor 2, der mit einem oder mehreren, mit einem katalytischen Material be schichteten Mischern 9 ausgerüstet ist, im Kreislauf in den Zirkulationstank 1 zurückgeführt. Der Hydrierungsreaktor 2 ist mit einem Kühlmantel 6 ausgerüstet, es ist jedoch klar, daß die Kühlung auch auf andere Weise erreicht werden kann. Die zu hydrierende Arbeitslösung 14 kann auch direkt in das Zirkulationsrohrsystem 8 eingespeist werden. Wasserstoff wird aus einem Rohr 12 in das Hydrierungs-Zirkulationsrohr system an einer Stelle, die etwas vor dem Hydrierungsreaktor 2 liegt, eingeleitet. Abgase werden durch ein Rohr 11 ent fernt, das sich im oberen Bereich des Zirkulationstanks 1 befindet. Hydrierte Arbeitslösung wird durch ein Rohr 13, das mit dem unteren Abschnitt des Zirkulationstanks 1 ver bunden ist, entnommen und über eine Pumpe 5 und einen nach geordneten Filter 7 der Sauerstoffbehandlung zugeführt. Die Hydrierungsumsetzung kann beeinflußt werden, indem man die Zufuhrgeschwindigkeit von Wasserstoff 12, den Druck im Reak tor und den Flüssigkeitsstrom 8 durch den Reaktor einstellt.The hydrogenation stage comprises a circulation tank 1 , into which the working solution 14 to be hydrogenated is fed by means of a pump 4 . The working solution is recycled into the circulation tank 1 by means of a pump 3 in the pipe system 8 via a hydrogenation reactor 2 , which is equipped with one or more mixers 9 coated with a catalytic material. The hydrogenation reactor 2 is equipped with a cooling jacket 6 , but it is clear that the cooling can also be achieved in other ways. The working solution 14 to be hydrogenated can also be fed directly into the circulation pipe system 8 . Hydrogen is introduced from a tube 12 into the hydrogenation circulation tube system at a point slightly ahead of the hydrogenation reactor 2 . Exhaust gases are removed through a pipe 11 , which is located in the upper region of the circulation tank 1 . Hydrogenated working solution is removed through a tube 13 , which is connected to the lower portion of the circulation tank 1 , and fed via a pump 5 and an ordered filter 7 to the oxygen treatment. The hydrogenation reaction can be influenced by adjusting the feed rate of hydrogen 12 , the pressure in the reactor and the liquid flow 8 through the reactor.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail below using an example explained.
In einem Versuchsansatz in kleinem Maßstab wurde eine Ar beitslösung verwendet, die 100 g/Liter 2-Ethylanthrachinon enthielt. Beim Lösungsmittel handelte es sich um ein Gemisch aus aromatischen Kohlenwasserstoffen und einer organischen Phosphorverbindung. 10 statische Mischer, die mit einem ka talytischen Material beschichtet waren und eine Länge von 40 mm aufwiesen, waren im röhrenförmigen Reaktorsystem, dessen Länge etwa 400 mm und dessen Durchmesser 39 mm betrugen, angeordnet. Das Reaktionsgemisch wurde dabei in wirksamer Weise über die gesamte Querschnittfläche des Rohrs hinweg verteilt und so gleichzeitig vermischt und einer katalyti schen Behandlung unterworfen. Eine Schicht von etwa 50 µm aus porösem gamma-Aluminiumoxid-Träger war an der Oberfläche des metallischen statischen Mischers fixiert. Palladium war in einer Gesamtmenge von etwa 0,5 Gew.-% an der Aluminiumoxidschicht absorbiert.In an experimental approach on a small scale, an Ar beitsolution used, the 100 g / liter 2-ethylanthraquinone contained. The solvent was a mixture from aromatic hydrocarbons and an organic Phosphorus compound. 10 static mixers with a ca talytical material were coated and a length of 40 mm were in the tubular reactor system, the Length about 400 mm and its diameter was 39 mm, arranged. The reaction mixture became more effective Way across the entire cross-sectional area of the tube distributed and mixed at the same time and a catalytic subjected to treatment. A layer of approximately 50 µm porous gamma alumina support was on the surface of the metallic static mixer fixed. Was palladium in a total amount of about 0.5% by weight of the Alumina layer absorbed.
Die Strömungsgeschwindigkeit der Arbeitslösung betrug etwa 2000 Liter/h, was einer linearen Geschwindigkeit von 0,5 m/s entsprach. Die Temperatur betrug 50°C und der Druck am Be ginn des Reaktors 4,0 bar.The flow rate of the working solution was approximately 2000 liters / h, which is a linear speed of 0.5 m / s corresponded. The temperature was 50 ° C and the pressure at the loading start of the reactor 4.0 bar.
Wasserstoff wurde in den Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 55 Liter/h (NTP) eingespeist, wovon nur ein Teil im Re aktor verbraucht wurde. Die Wasserstoffperoxidbildung im Re aktor betrug durchschnittlich 50 kg/(kg Palladium) pro Stunde.Hydrogen was in the reactor at a rate of 55 liters / h (NTP), of which only a part in the Re actuator was consumed. The hydrogen peroxide formation in Re Actuator averaged 50 kg / (kg palladium) per Hour.
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