FI68603C - Foerfarande foer minskning av syrehalten i gasblandningar - Google Patents

Description

68603

Menetelmä happipitoisuuden vähentämiseksi kaasuseoksissa Förfarande för minskning av syrehalten i gasblandningar

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä happipitoisuuden vähentämiseksi kaasuseoksissa, joita voidaan käyttää suoja- tai inertteinä kaasuina.

5 Kemiallisessa prosessiteollisuudessa, missä käytetään tulenarkoja kaasuja ja nesteitä, happiköyhien suoja- ja inerttien kaasujen tarve on huomattava. Näin on asianlaita esimerkiksi valmistettaessa vetyperoksidia niin kutsutun antrakinoniprosessin mukaisesti, missä antrakinoni-johdannaisia hydrataan vetykaasun avulla antrahydrokinonijohdannaisik-10 si. Muodostunut antrahydrokinonijohdannainen hapetetaan sitten molekyy-lisen hapen kanssa takaisin antrakinonijohdannaiseksi, jolloin muodostuu vetyperoksidia. Eräs esimerkki tällaisesta reaktiokaavasta on seu-raava O OH ft + H2°2

O OH O

15 R = alkyyli, esimerkiksi Tähän prosessiin tarvittava inertti kaasu ei saa sisältää enempää kuin noin 1,5 til.-% happea.

20 Inertin kaasun tarpeet antakinoniprosessissa on tähän asti tyydytetty energiaintensiivisillä menetelmillä, esimerkiksi polttamalla vetyä suljetusti ilman kanssa vedeksi lähes stökiometrisessä vety-happi-suhteessa tai polttamalla hiilivetyjä ilman kanssa.

25 Yllä mainitussa antrakinoniprosessissa vetyperoksidin valmistamiseksi antrahydrokinonijohdannaisten hapetus suoritetaan siten, että vetype-roksidisaanto laskettuna alkuliuoksen antrahydrokinonipitoisuuden suhteen on mahdollisimman korkea, kun happilähteenä on ilma. Hapetus suo- 2 68603 ritetaan tästä syystä ilman ylimäärän kanssa siten, että poistokaasun happipitoisuus on 4-10 til.-%. Hapetusreaktorissa oleva paine pidetään tavallisesti 3-6 baarissa.

5 Tästä hapetusprosessista tulevaa poistokaasua voitaisiin käyttää suo-jakaasuna hydrausprosessissa, jos sen happitoisuutta voitaisiin alentaa korkeintaan 1,0-1,5 til.-%:in.

Nyt on yllättäen todettu, että hapetusta ei voida yksinkertaisesti 10 suorittaa antrahydrokinoni-happi-suhteella, joka tuottaa vähemmän kuin 1,5 til.-% happea poistokaasussa. Kun happipaine on alhaisempi kuin 80-100 millibaaria ja liuoksen vetyperoksidipitoisuus on samalla korkeampi kuin 50-100 millimoolia litraa kohden, muodostuu huomattavia määriä vettä, jolloin vetyperoksidin saanto ja siten tuotantokapasi-15 teetti vähenee. Yllä mainituissa reaktio-olosuhteissa myös reaktio-nopeus vähenee.

Toisaalta, jos liuoksen vetyperoksidipitoisuus on alhainen, reaktio-nopeus suhteellisesti katsottuna on melko korkea, myös alle 80-100 20 millibaarin happipaineissa, samalla kun samanaikaisesti veden muodostus on alhainen. Liuoksen vetyperoksidipitoisuuden vähenevä pitoisuus parantaa hapetuksen suorittamismahdollisuutta alhaisessa happipainees-sa, samalla kun ylläpidetään korkea vetyperoksidisaanto. Pitämällä tällä tavalla vetyperoksidipitoisuus tasolla, joka on n. alle 100 mil-25 limoolia litraa kohden, on mahdollista vähentää poistokaasun happipitoisuutta haluttuun tasoon, joka on korkeintaan 1,5 til.-%.

Esillä olevan keksinnön kohteena on siis menetelmä happipitoisuuden vähentämiseksi kaasuseoksissa 0,0-1,5 til.-%:in, missä menetelmässä 30 kaasu saatetaan kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää antra-hydrokinonijohdannaisia, jotka voidaan hapettaa molekyylisen hapen kanssa, jolloin muodostuu vetyperoksidia, ja mikä menetelmä on tunnettu siitä, että hapen syöttö säädetään siten, että syötetyn hapen määrä vetyperoksidin määrällisessä muodostuksessa stökiometrisesti 35 vastaa korkeintaan 90Z:a antrahydrokinonijohdannaisen syötetystä määrästä, ja että liuoksen vetyperoksidipitoisuus liuoksen ja kaasun välissä kosketuspinnoissa on korkeintaan 100 millimoolia litraa koh- 3 68603 den, kun happipaine on samanaikaisesti korkeintaan 100 millibaaria. Happi syötetään mieluummin määränä, joka vastaa stökiometrisesti korkeintaan 50%:a antrahydrokinonijohdannaisen syötetystä määrästä.

5 Oheinen kuvio esittää keksinnön mukaisen hapetusprosessin kaaviota.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan sopivasti suorittaa keskeytymättömäsi i minkä tahansa tyyppisessä hapetusreaktorissa, esimerkiksi put-kireaktorissa tai yhdessä tai useammassa kolonnissa. Jos käytetään 10 kolonnia, liuos ja kaasu voidaan johtaa yhdensuuntaisesti virtaavana virtana kolonnin yläosasta pohjaan tai päinvastoin. Myös vastasuun-taisesti virtaavaa virtaa voidaan käyttää, so. kaasu johdetaan sisään kolonnin pohjasta ja liuos yläosasta. Suuren kosketuspinnan aikaansaamiseksi kaasun ja nesteen välillä kolonnit varustetaan sopivasti si-15 säänrakennetuilla verkoilla tai rei'itetyillä pohjilla tai ne on täy tetty täytteillä.

Hapetuslämpötila voi olla 20-100°C, mieluummin 40-70°C. Hapetusreak-torin paine voi olla 0,8-10 baaria, mutta mieluummin se on rajoitettu 20 1-6 baariin. Antrahydrokinoniliuoksessa käytetyt liuottimet voidaan valita valinnaisesti sellaisista liuottimista, jotka sopivat antra-kinoniprosessiin.

Keksinnön mukainen menetelmä edellyttää liuoksen antrahydrokinonipi-25 toisuuden osittaisen hapetuksen. Siten liuos sisältää edelleen hapet-tumattoman andtrahydrokinonijohdannaisen, joka voidaan lopuksi hapettaa tunnetulla tavalla, jolloin vetyperoksidi voidaan ottaa talteen esimerkiksi uuttamalla veden kanssa.

30 Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää happipitoisuuden vähentämiseksi kaikentyyppisissä kaasuseoksissa edellyttäen, että ne eivät sisällä mitään kaasua, joka pystyy reagoimaan liuoksen liuottimien tai jäljellä olevien aineosien kanssa.

35 Poistokaasu, joka saadaan hapetusjärjestelmästä, jota tavallisesti käytetään vetyperoksidin valmistuksessa antrakinoniprosessilla, voidaan, kuten ilmaa, käyttää happiköyhien kaasuseosten tuottamiseksi 4 68603 keksinnön mukaisesti. Tuotekaasu voidaan puhdistaa liuotinhöyryistä tunnetulla tavalla, esimerkiksi jäädyttämällä ja/tai adsorboimalla aktiivihiilellä. Jos hapen hyvin alhainen pitoisuus tuotekaasussa on ehdottomasti olennaista, koko jäljellä oleva pitoisuus sen jälkeen, 5 kun keksinnön mukainen menetelmä on suoritettu, voidaan poistaa esimerkiksi katalyyttisen polttamisen avulla.

Keksinnön mukaisesta menetelmästä tulevat happiköyhät poistokaasut voidaan siten käyttää suojakaasuna mm. antrakinoniprosessi hydraus-10 vaiheessa. Sopivan puhdistuksen jälkeen niitä voidaan käyttää suoja-ja inertteinä kaasuina myös muilla sovellutusaloilla ja ne voivat muodostaa lähtömateriaalin esimerkiksi nestemäisen typen, jalokaasu-jen ja ammoniakin valmistamiseksi.

15 Esillä olevan keksinnön havainnollistamiseksi edelleen esitetään seu-raavat esimerkit, joita ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksintöä.

Esimerkki 1 20 200 ml liuosta, joka sisälsi 147 millimoolia tetrahydroetyyliantra- hydrokinonia (THEAHK) litraa kohden, lisättiin 500 ml:n litteäpohjai-seen lasipulloon. Liuos ei sisältänyt lisättäessä yhtään vetyperoksidia. Pullon kaasufaasi muodostui ilmasta ja sisälsi alkujaan 14 millimoolia happea satseittain mitatun THEAHK-liuoksen litraa kohden. Pullo 25 sijoitettiin vesikylpyyn, jonka lämpötila pidettiin vakiona 21°C:ssa. Kaasuillaan oli sijoitettu happielektrodi, joka oli kytketty rekiste-röintilaitteeseen, joka osoitti jatkuvasti ja tallensi kaasufaasin happipitoisuuden. Niin pian kuin pullon kaula oli suljettu kaasutii-viisti, magneettinen sekoitin käynnistettiin liuoksessa, ja kaasussa 30 olevan happipitoisuuden rekisteröinti aloitettiin. 75 minuutin kuluttua kaasun happipitoisuus oli laskenut 0,0 til.-%:in. Liuos sisälsi sitten 14 millimoolia vetyperoksidia ja 133 millimoolia THEAHK:a litraa kohden.

35 Esimerkki 2

Liian korkean liuoksessa olevan vetyperoksidipitoisuuden tärkeyden 5 68603 osoittamiseksi suoritettiin seuraavat testit.

Samoilla varusteilla ja samassa lämpötilassa saatettiin 200 ml THEAHK-liuosta reagoimaan ilman 300 ml:n kanssa. Liuos sisälsi alkujaan 15 5 millimoolia THEAKHta ja 111 millimoolia vetyperoksidia litraa kohden. Ilman happipitoisuutta vähennettiin 200 minuutin kuluttua 5,3 til.-%:in. Edelleen 40 minuutin kuluttua kaasun happipitoisuus oli vielä 5,3 til.-Z. Liuos sisälsi sitten 3 millimoolia THEAHK:a ja 117 millimoolia vetyperoksidia.

10

Vetyperoksidisaanto laskettuna hapetetun THEAHK:n määrästä oli 50%. Esimerkki 3 15 Sylinterimäisen kolonnin pohjalle, jonka kolonnin sisäläpimitta oli 52 millimetriä ja korkeus 10 metriä ja joka oli täytetty 6 millimetrin posliinista olevilla Intalox-satuloilla, johdettiin yhtäjaksoisesti 16,5 litraa/tunti liuosta, joka sisälsi 294 millimoolia THEAHK:a litraa kohden. Samanaikaisesti ilmaa johdettiin kolonnin 20 pohjalle vakiona virtana siten, että hapen syöttö oli 102 millimoolia syötetyn THEAHK-liuoksen litraa kohden. Sekä poistokaasu että osittain hapettunut THEAHK-liuos poistuivat kolonnin yläosasta. Paine oli kolonnin pohjalla 3,28 baaria ja yläosassa 2,45 baaria. Yhtäjaksoisessa vakaassa tilassa, kun kolonnin lämpötila oli keskimäärin 51,6°C, 25 poistokaasun happipitoisuus oli 0,6 til.-%. Vetyperoksidisaanto laskettuna hapetetun THEAHK:n määrästä oli 99%. Happiprosessi on esitetty kuviossa.

Esimerkki 4 30 11,5 litraa/tunti liuosta, joka sisälsi 270 millimoolia THEAHK:a litraa kohden, johdettiin keskeytymättä samaan kolonniin ja samalla tavalla kuin esimerkissä 3. Samanaikaisesti johdettiin kolonniin keskeytymättä kaasuseosta, joka sisälsi 5,2 til.-% happea ja 94,8 ti1.—% 35 typpeä. Kaasuseos johdettiin kolonniin vakiona virtana siten, että happisyöttö oli 313 millimoolia syötetyn THEAHK-liuoksen litraa kohden. Paine oli kolonnin pohjalla 1,92 baaria ja yläosassa 1,18 baaria.

6 68603

Yhtäjaksoisessa vakaassa tilassa kolonnin lämpötila oli keskimäärin 50,6°C ja poistokaasun happipitoisuus oli 3,4 til.-%.

Kolonnista poistuva liuos sisälsi 138 millimoolia THEAHK:a ja 105 mil-5 limoolia vetyperoksidia litraa kohden. Vetyperoksidisaanto laskettuna hapetetun THEAHK:n määrästä oli 79,5%.

Claims (4)

7 68603

1. Menetelmä happipitoisuuden vähentämiseksi kaasuseoksissa 0,0-1,5 5 til.-%:in, missä menetelmässä kaasu saatetaan kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää antrahydrokinonijohdannaisia, jotka voidaan hapettaa molekyylisen hapen kanssa, jolloin muodostuu vetyperoksidia, tunnettu siitä, että hapen syöttö säädetään siten, että syötetyn hapen määrä vetyperoksidin määrällisessä muodostuksessa stökiomet-10 risesti vastaa korkeintaan 90%: a antrahydrokinonijohdannaisen syötetystä määrästä, ja että liuoksen vetyperoksidipitoisuus liuoksen ja kaasun välisissä kosketuspinnoissa on korkeintaan 100 millimoolia litraa kohden happipaineen ollessa samanaikaisesti korkeintaan 100 millibaaria.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happisyöttö säädetään siten, että syötetyn hapen määrä vastaa stökiometrisesti korkeintaan 50%:a antrahydrokinonijohdannaisen syötetystä määrästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetus suoritetaan 0,8-10 baarin, edullisesti 1-6 baarin paineessa.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että hapetus suoritetaan 20-100°C:n, edullisesti 40-70°C:n lämpötilassa.