RU2099278C1 - Method of producing hydrogen peroxide, catalyst, and method of preparation thereof - Google Patents

Method of producing hydrogen peroxide, catalyst, and method of preparation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2099278C1
RU2099278C1 RU9494038248A RU94038248A RU2099278C1 RU 2099278 C1 RU2099278 C1 RU 2099278C1 RU 9494038248 A RU9494038248 A RU 9494038248A RU 94038248 A RU94038248 A RU 94038248A RU 2099278 C1 RU2099278 C1 RU 2099278C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
carbon
hydrogen
hydrogen peroxide
group viii
Prior art date
Application number
RU9494038248A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94038248A (en
Inventor
Т.Чуанг Карл
Жоу Бинг
Original Assignee
Ека Нобель Актиеболаг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/823,688 external-priority patent/US5338531A/en
Application filed by Ека Нобель Актиеболаг filed Critical Ека Нобель Актиеболаг
Publication of RU94038248A publication Critical patent/RU94038248A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2099278C1 publication Critical patent/RU2099278C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hydrogen peroxide production. SUBSTANCE: hydrogen peroxide is prepared via direct catalytic oxidation of hydrogen by oxygen in acidic aqueous medium in presence of Na+,F-,Cl- provided by adding NaCl and NaF in quantities 3-30 and 2-10% based on catalyst weight, respectively. Catalyst contains at least one VIII group metal, preferably 0.1-10 wt % Pd, applied on carbon-containing carrier: fluoridated carbon with fluoridation rate 10-65% or partly wettable carbon. Process is carried out in autoclave under stirring at temperature from freezing point of aqueous medium to 60 C, pressure 2.5-20 MPa, and partial pressure of hydrogen below detonation limit. Catalyst is prepared by adding sodium citrate solution to VIII group metal chloride, e.g. PdCl2, heating resulting mixture, adding metal and fluoridated or partly wettable carbon, evaporation, and reducing solid residue in hydrogen atmosphere at elevated temperature to produce 5-6% hydrogen peroxide. Selectivity of reaction is close to 100% and productivity of catalytic oxidation 5 to 11 g/l-g H2O2. EFFECT: improved efficiency of process. 11 cl, 4 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения пероксида водорода прямым каталитическим окислением водорода кислородом. Изобретение также относится к катализатору для такого способа и способу получения катализатора. The present invention relates to a method for producing hydrogen peroxide by direct catalytic oxidation of hydrogen by oxygen. The invention also relates to a catalyst for such a method and a method for producing a catalyst.

Пероксид водорода коммерчески получают с использованием известного способа Riedl-Pfleiderer. В соответствии с этим двухстадийным способом антрахинон в растворителе-носителе, названном "рабочий раствор", циркулирует между реактором окисления и реактором гидрирования для превращения водорода и кислорода в пероксид водорода. Все изменения этого способа были сконцентрированы на изменении вида антрахинона, состава рабочего раствора и вида используемого катализатора. Hydrogen peroxide is commercially prepared using the known Riedl-Pfleiderer process. According to this two-step process, anthraquinone in a carrier solvent called a “working solution” is circulated between the oxidation reactor and the hydrogenation reactor to convert hydrogen and oxygen to hydrogen peroxide. All changes to this method were concentrated on changing the type of anthraquinone, the composition of the working solution, and the type of catalyst used.

Обычным катализатором является палладий, скелетный никелевый катализатор гидрирования или борид никеля на инертном носителе. Катализатор может быть в виде суспензии или неподвижного слоя. Наличие водорода в этой реакции при высоких парциальных давлениях способствует возникновению взрыва. Способ характеризуется как сложный и требующий больших капитальных затрат. A common catalyst is palladium, a skeletal nickel hydrogenation catalyst or an inert support of nickel boride. The catalyst may be in the form of a suspension or a fixed bed. The presence of hydrogen in this reaction at high partial pressures contributes to the explosion. The method is characterized as complex and requiring large capital expenditures.

Способы прямого окисления водорода и кислорода в пероксид водорода дают благоприятную возможность для создания менее дорогостоящего способа. Способы этого рода предлагались и ранее, но знание изобретателей не превращали в источник прибыли. Трудности, с которыми сталкивались в ранее предложенных способах, включают низкую концентрацию продукта, низкую селективность (что приводит к большому расходу водорода), низкую скорость реакции, опасные рабочие условия (в особенности требования к парциальному давлению водорода в области взрыва) и высокое содержание кислоты. Methods for the direct oxidation of hydrogen and oxygen to hydrogen peroxide provide an opportunity to create a less expensive method. Methods of this kind have been proposed before, but they did not turn the knowledge of inventors into a source of profit. Difficulties encountered in the previously proposed methods include a low concentration of the product, low selectivity (which leads to a large consumption of hydrogen), low reaction rate, dangerous working conditions (especially the requirements for the partial pressure of hydrogen in the explosion region) and a high acid content.

Известен способ получения пероксида водорода прямым окислением водорода кислородом в кислой водной среде в присутствии ионов Cl- и катализатора, содержащего по крайней мере один металл YIII группы, нанесенный на углеродсодержащий носитель, в автоклаве при перемешивании [1]
Недостатками известного способа являются невысокая концентрация получаемого пероксида водорода, невысокие селективность процесса и скорость реакции, что не позволяет проводить процесс при низких концентрациях кислоты и ниже области взрыва водорода.
A known method of producing hydrogen peroxide by direct oxidation of hydrogen by oxygen in an acidic aqueous medium in the presence of Cl - ions and a catalyst containing at least one group YIII metal supported on a carbon-containing support in an autoclave with stirring [1]
The disadvantages of this method are the low concentration of the resulting hydrogen peroxide, the low selectivity of the process and the reaction rate, which does not allow the process to be carried out at low acid concentrations and below the hydrogen explosion region.

Известен катализатор для получения пероксида водорода, включающий углеродсодержащий носитель и нанесенный на него металл VIII группы [1]
Недостатками известного катализатора являются невозможность обеспечения с его помощью высокой селективности процесса и большой скорости реакции, что приводит к невысокой концентрации получаемого пероксида водорода.
A known catalyst for producing hydrogen peroxide, comprising a carbon-containing carrier and a Group VIII metal deposited on it [1]
The disadvantages of the known catalyst are the inability to ensure with it a high selectivity of the process and a high reaction rate, which leads to a low concentration of the resulting hydrogen peroxide.

Известен способ получения катализатора процесса получения пероксида водорода, включающий выпаривание суспензии, содержащей хлорид металла VIII группы и твердый углеродсодержащий носитель катализатора, с последующим получением твердого осадка в атмосфере водорода при повышенной температуре [2]
Недостатком известного способа является невозможность получения катализатора, свободного от вышеперечисленных недостатков.
A known method of producing a catalyst for the process of producing hydrogen peroxide, comprising evaporating a suspension containing a chloride of a metal of group VIII and a solid carbon-containing catalyst carrier, followed by obtaining a solid precipitate in an atmosphere of hydrogen at elevated temperature [2]
The disadvantage of this method is the inability to obtain a catalyst free from the above disadvantages.

Изобретение решает задачу разработки способа получения пероксида водорода прямым каталитическим окислением водорода кислородом, обеспечивающего значительную концентрацию получаемого пероксида водорода при высокой селективности и скорости реакции, а также катализатора для этого процесса и способа получения такого катализатора. The invention solves the problem of developing a method for producing hydrogen peroxide by direct catalytic oxidation of hydrogen by oxygen, which provides a significant concentration of the resulting hydrogen peroxide with high selectivity and reaction rate, as well as a catalyst for this process and a method for producing such a catalyst.

Настоящее изобретение основано на множестве удивительных открытий, сделанных при исследовании прямого каталитического окисления водорода кислородом в кислой водной среде и при использовании катализатора, содержащего металл VIII группы на носителе. Во-первых, изобретатели обнаружили, что природа используемого каталитического носителя является важной. Обычно носители, используемые в известных способах, были либо сильно гидрофобными, либо сильно гидрофильными. Изобретатели обнаружили, что является желательным гидрофильно-гидрофобное равновесие в каталитическом носителе (и, таким образом, в полученном катализаторе). Катализатор (и носитель катализатора) должен быть частично гидрофобным с тем, чтобы газообразные реагенты (водород и кислород) контактировали с каталитической поверхностью. Однако катализатор ( и носитель катализатора) должен быть также и частично гидрофильным или частично смачиваемым с тем, чтобы пероксид водорода, образованный на поверхности катализатора, продиффундировал в жидкую фазу. Если пероксид водорода остается связанным с поверхностью катализатора в течение некоторого времени, то образуется вода. The present invention is based on many surprising discoveries made by studying the direct catalytic oxidation of hydrogen by oxygen in an acidic aqueous medium and using a catalyst containing a Group VIII metal on a support. First, the inventors have found that the nature of the catalytic support used is important. Typically, the carriers used in the known methods were either highly hydrophobic or highly hydrophilic. The inventors have found that hydrophilic-hydrophobic equilibrium in a catalytic support (and thus in the resulting catalyst) is desired. The catalyst (and catalyst support) must be partially hydrophobic so that gaseous reactants (hydrogen and oxygen) come into contact with the catalytic surface. However, the catalyst (and the catalyst support) must also be partially hydrophilic or partially wettable so that hydrogen peroxide formed on the surface of the catalyst diffuses into the liquid phase. If hydrogen peroxide remains bound to the surface of the catalyst for some time, water is formed.

Изобретатели обнаружили, что гидрофобно-гидрофильное равновесие предпочтительно достигается при использовании фторированного или частично смачиваемого углерода. Степень фторирования составляет предпочтительно 10-65% более предпочтительно 20-50% F. The inventors have found that hydrophobic-hydrophilic equilibrium is preferably achieved using fluorinated or partially wettable carbon. The degree of fluorination is preferably 10-65%, more preferably 20-50% F.

Второе удивительное открытие состояло в том, что селективность реакции для пероксида водорода может быть увеличена при добавлении источника, содержащего ионы натрия и хлорид-ионы. Это может быть достигнуто на стадии получения катализатора, как будет описано в дальнейшем, или путем добавления источника этих ионов к водной кислой реакционной среде. В действительности, так как эти растворимые ионы постоянно удаляются с водной реакционной средой во время процесса, является предпочтительным подвод этих ионов в реакционную среду во время всего процесса или, по крайней мере, когда отмечается снижение каталитической активности. The second surprising discovery was that the selectivity of the reaction for hydrogen peroxide can be increased by adding a source containing sodium ions and chloride ions. This can be achieved at the stage of preparation of the catalyst, as will be described later, or by adding a source of these ions to the aqueous acidic reaction medium. In fact, since these soluble ions are constantly removed from the aqueous reaction medium during the process, it is preferable to supply these ions to the reaction medium during the entire process, or at least when a decrease in catalytic activity is noted.

Наиболее экономичным источником этих ионов является NaCl. Желательным является его количество от 3 до 30 мас. относительно катализатора. The most economical source of these ions is NaCl. A quantity of 3 to 30 wt.% Is desirable. relative to the catalyst.

Изобретатели заметили, что каталитическая активность катализатора (Pd на фторированном углеродном носителе) снижается по мере использования. Обнаружив, что степень фторирования является важной для катализатора, изобретатели пытались добавить к реакционной среде источник фторид-ионов. Это привело к важному третьему открытию, состоящему в том, что источник фторид-ионов в водной среде стабилизировал катализатор против снижения каталитической активности. Подходящим источником фторид-ионов является NaF, который можно включить в количестве от 2 до 10 мас. относительно катализатора. The inventors have noticed that the catalytic activity of the catalyst (Pd on a fluorinated carbon support) decreases as it is used. Having discovered that the degree of fluorination is important for the catalyst, the inventors tried to add a fluoride ion source to the reaction medium. This led to an important third discovery, consisting in the fact that a source of fluoride ions in an aqueous medium stabilized the catalyst against a decrease in catalytic activity. A suitable source of fluoride ions is NaF, which can be included in an amount of from 2 to 10 wt. relative to the catalyst.

При получении катализатора на носителе изобретатели сделали четвертое важное открытие. Изобретатели обнаружили, что является предпочтительным суспендировать вместе с металлом VIII группы (предпочтительно Pd) цитрат натрия в растворе, например в водном. Полагают, что это приводит к образованию комплекса Pd-цитрат натрия или коллоида, при этом было сделано два важных заключения. Когда носитель катализатора пропитан комплексом Pd-цитрат натрия, металл крепко прикреплен к носителю и хорошо распределен на поверхности носителя. В предпочтительном варианте изобретения этот способ получения катализатора также обеспечивает желательные ионы натрия и хлорид-ионы в катализаторе, при этом ионы натрия подают от цитрата натрия, а хлорид-ионы - от хлорида металла VIII группы (например, PdCl2), который первоначально суспендирует с цитратом натрия.Upon receipt of the supported catalyst, the inventors made a fourth important discovery. The inventors have found that it is preferable to suspend together with a metal of group VIII (preferably Pd) sodium citrate in a solution, for example in aqueous. It is believed that this leads to the formation of a sodium Pd citrate or colloid complex, and two important conclusions have been made. When the catalyst support is impregnated with the sodium Pd-citrate complex, the metal is firmly attached to the support and is well distributed on the surface of the support. In a preferred embodiment of the invention, this catalyst preparation method also provides the desired sodium ions and chloride ions in the catalyst, with sodium ions being supplied from sodium citrate and chloride ions from group VIII metal chloride (e.g., PdCl 2 ), which is initially suspended with sodium citrate.

Сочетание вышеописанных открытий привело к способу получения пероксида водорода, который можно проводить с получением значительных концентраций H2O2 (5-6%) при высокой селективности (до 100% ) и хорошей скорости реакции (5-11 г/ч H2O2), что позволяет работать при давлениях водорода ниже предела детонации и при умеренной кислотности (например, 6 г/л H2SO4).The combination of the above findings led to a method for producing hydrogen peroxide, which can be carried out to obtain significant concentrations of H 2 O 2 (5-6%) with high selectivity (up to 100%) and a good reaction rate (5-11 g / h H 2 O 2 ), which makes it possible to work at hydrogen pressures below the detonation limit and at moderate acidity (for example, 6 g / l H 2 SO 4 ).

Говоря в общих чертах, изобретение обеспечивает способ получения пероксида водорода прямым окислением водорода кислородом в кислой водной среде в присутствии ионов Cl- и катализатора, содержащего по крайней мере один металл VIII группы, нанесенный на углеродсодержащий носитель, в автоклаве при перемешивании, причем в качестве носителя катализатора используют фторированный или частично смачиваемый углерод и процесс ведут при температуре от точки замерзания водной среды до 60oC, давлении в реакторе 2,5-20 МПа и парциальном давлении водорода ниже предела детонации.Generally speaking, the invention provides a method for producing hydrogen peroxide by direct oxidation of hydrogen by oxygen in an acidic aqueous medium in the presence of Cl - ions and a catalyst containing at least one Group VIII metal supported on a carbon-containing support in an autoclave with stirring, and as a support catalyst use fluorinated or partially wettable carbon and the process is carried out at a temperature from the freezing point of the aqueous medium to 60 o C, a pressure in the reactor of 2.5-20 MPa and a partial pressure of hydrogen n below the knock limit.

Процесс ведут в присутствии Na+, F- и обеспечивают его добавлением NaCl и NaF в количестве 3-30% и 2-10% от массы катализатора соответственно.The process is conducted in the presence of Na + , F - and is provided with the addition of NaCl and NaF in an amount of 3-30% and 2-10% by weight of the catalyst, respectively.

NaCl и NaF вводят в автоклав одновременно с катализатором или после снижения его каталитической активности. NaCl and NaF are introduced into the autoclave simultaneously with the catalyst or after a decrease in its catalytic activity.

Фторированный углерод используют со степенью фторирования 10-65% а в качестве металла VIII группы используют Pd. Fluorinated carbon is used with a fluorination degree of 10-65% and Pd is used as a group VIII metal.

Изобретение также обеспечивает катализатор для получения пероксида водорода, включающий углеродсодержащий носитель и нанесенный на него металл VIII группы, причем в качестве углеродсодержащего носителя он содержит фторированный углерод со степенью фторирования предпочтительно 10-65% или частично смачиваемый углерод, а в качестве металла VIII группы - предпочтительно Pd в количестве 0,1-10 мас. The invention also provides a catalyst for producing hydrogen peroxide, comprising a carbon-containing support and a Group VIII metal deposited thereon, moreover, it contains fluorinated carbon with a fluorination degree of preferably 10-65% or partially wettable carbon as a carbon-containing support, and preferably a Group VIII metal Pd in an amount of 0.1-10 wt.

Изобретение также обеспечивает способ получения катализатора, включающий выпаривание суспензии, содержащей хлорид металла VIII группы и твердый углеродсодержащий носитель, с последующим восстановлением полученного твердого осадка в атмосфере водорода при повышенной температуре, причем в раствор хлорида металла VIII группы сначала добавляют раствор цитрата натрия, затем нагревают полученную смесь и вводят в нее метанол и носитель катализатора, в качестве которого используют фторированный или частично смачиваемый углерод. The invention also provides a method for producing a catalyst, comprising evaporating a suspension containing a Group VIII metal chloride and a solid carbon-containing carrier, followed by reduction of the obtained solid precipitate in a hydrogen atmosphere at an elevated temperature, and a sodium citrate solution is first added to the Group VIII metal chloride solution, then the resulting solution is heated the mixture and methanol and a catalyst support are introduced into it, in which case fluorinated or partially wettable carbon is used.

В качестве хлорида металла предпочтительно используют PdCl2 в количестве, достаточном для обеспечения 0,1-10 мас. в катализаторе, а фторированный углерод используют предпочтительно со степенью фторирования 10-65%
Металл VIII группы используют в каталитически эффективном количестве в катализаторе этого изобретения. Хотя такие металлы, как Pt, Ru, Rh, Ir являются каталитически активными для получения пероксида водорода, предпочтительным металлом является Pd. Могут быть также использованы смеси металлов VIII группы. Металл обычно используют в виде соли, предпочтительно хлорида, например PdCl2.
As the metal chloride, PdCl 2 is preferably used in an amount sufficient to provide 0.1-10 wt. in the catalyst, and fluorinated carbon is used preferably with a degree of fluorination of 10-65%
Group VIII metal is used in a catalytically effective amount in the catalyst of this invention. Although metals such as Pt, Ru, Rh, Ir are catalytically active to produce hydrogen peroxide, Pd is the preferred metal. Mixtures of Group VIII metals may also be used. The metal is usually used in the form of a salt, preferably chloride, for example PdCl 2 .

Металл VIII группы используют в виде катализатора на носителе, при этом носитель катализатора является частично гидрофобным и частично гидрофильным, как будет описано в дальнейшем. Group VIII metal is used in the form of a supported catalyst, the catalyst support being partially hydrophobic and partially hydrophilic, as will be described later.

Носитель должен иметь площадь поверхности в диапазоне от 50 м2/г до 1500 м2/г. Было найдено, что подходящей является площадь поверхности около 130 м2/г. Предпочтительно носитель используют в виде отдельных частиц или гранул (подходящим является размер частиц меньше 1 мкм), но его можно также осадить на носителе из другого материала, например на керамических гранулах или кольцах, что является известным в данной области.The carrier must have a surface area in the range of 50 m 2 / g to 1500 m 2 / g. A surface area of about 130 m 2 / g was found to be suitable. Preferably, the carrier is used in the form of individual particles or granules (a particle size of less than 1 μm is suitable), but it can also be deposited on a carrier of another material, for example ceramic granules or rings, which is known in the art.

Как было изложено ранее, носитель катализатора (и образованный катализатор) должен иметь гидрофобно-гидрофильное равновесие, которое обеспечивает доступ реагентов (H2 + O2)к поверхности катализатора (в водной среде), что обеспечивает выделение образованной H2O2 в водную среду. Сильно гидрофобные носители катализатора, которые известны в данной области, являются неподходящими. Гидрофобность часто определяют посредством "краевого угла" в соответствии с теорией Юнга. Обычно приемлемым является носитель катализатора, имеющий краевой угол 90o, который является гидрофобным носителем катализатора. Носители катализатора в соответствии с настоящим изобретением имеют краевой угол менее 90o.As described above, the catalyst carrier (and the formed catalyst) must have a hydrophobic-hydrophilic equilibrium, which provides access of reagents (H 2 + O 2 ) to the surface of the catalyst (in the aquatic environment), which ensures the release of the formed H 2 O 2 into the aqueous . Highly hydrophobic catalyst supports that are known in the art are unsuitable. Hydrophobicity is often determined by the "corner angle" in accordance with Young's theory. Generally acceptable is a catalyst support having a contact angle of 90 ° , which is a hydrophobic catalyst support. The catalyst carriers in accordance with the present invention have a contact angle of less than 90 o .

Двумя предпочтительными носителями катализатора в соответствии с настоящим изобретением являются частично смачиваемый предварительно фторированный углерод и углерод Vulcan. Что касается первого материала, то необходимо учитывать, что степень фторирования влияет на гидрофобно-гидрофильную природу катализаторов. Предпочтительной является степень фторирования 10-65% F. Более предпочтительной является степень фторирования 20-50% F, при этом было найдено, что достаточной является степень фторирования 28% F. Частично смачиваемый углерод Vulcan является специально обработанным активированным углеродом, доступным от Cabot, США. Two preferred catalyst supports of the present invention are partially wettable pre-fluorinated carbon and Vulcan carbon. As for the first material, it must be borne in mind that the degree of fluorination affects the hydrophobic-hydrophilic nature of the catalysts. A degree of fluorination of 10-65% F is preferred. A degree of fluorination of 20-50% F is more preferred, and a degree of fluorination of 28% F is found to be sufficient. Partially Wettable Carbon Vulcan is a specially treated activated carbon available from Cabot, USA .

Катализатор предпочтительно приготавливают путем получения сначала комплекса или коллоида металла VIII группы с нитратом натрия. Это обеспечивает более прочное прикрепление металла к носителю катализатора и способствует лучшему распределению металла на поверхности катализатора. The catalyst is preferably prepared by first preparing a complex or colloid of a Group VIII metal with sodium nitrate. This provides a stronger attachment of the metal to the catalyst carrier and contributes to a better distribution of the metal on the surface of the catalyst.

С этой целью цитрат натрия и металл VIII группы суспендируют в растворе, например водном, и нагревают для образования коллоида. Нагревание производят до точки кипения в течение по крайней мере 6 ч. Количество используемого металла VIII группы должно быть достаточным для обеспечения его содержания 0,1-10 мас. в конечном катализаторе. Что касается Pd, его количество в катализаторе, равное 0,7 мас. является достаточным. To this end, sodium citrate and a Group VIII metal are suspended in a solution, for example aqueous, and heated to form a colloid. Heating is carried out to the boiling point for at least 6 hours. The amount of metal of group VIII used must be sufficient to ensure its content of 0.1-10 wt. in the final catalyst. As for Pd, its amount in the catalyst is 0.7 wt. is sufficient.

Носитель катализатора пропитывают металл-коллоидным раствором. Предпочтительно для снижения плотности суспензии и уменьшения склонности катализатора всплывать на поверхности к металл-коллоидной суспензии носителя катализатора добавляют реагент. Для этой цели является подходящим метанол. После суспендирования раствор выпаривают, а катализатор восстанавливают в атмосфере водорода (предпочтительно в течение 14 ч при 300oC).The catalyst carrier is impregnated with a metal-colloidal solution. Preferably, a reagent is added to reduce the density of the suspension and reduce the tendency of the catalyst to surface on the surface of the metal-colloidal suspension of the catalyst carrier. Methanol is suitable for this purpose. After suspension, the solution was evaporated and the catalyst was reduced under a hydrogen atmosphere (preferably for 14 hours at 300 ° C).

В соответствии с предпочтительным вариантом, описанным выше, катализатор неотъемлемо содержит желательные ионы натрия и хлорид-ионы, которые, как было обнаружено, усовершенствуют последующее получение H2O2. Ионы натрия обеспечивают посредством цитрата натрия, в то время как хлорид-ионы обеспечивают посредством соли PdCl2. Когда катализатор получают таким образом, его первоначально можно использовать без добавления NaCl к реакционной среде.According to the preferred embodiment described above, the catalyst inherently contains the desired sodium ions and chloride ions, which have been found to improve the subsequent production of H 2 O 2 . Sodium ions are provided via sodium citrate, while chloride ions are provided via the PdCl 2 salt. When the catalyst is prepared in this way, it can initially be used without adding NaCl to the reaction medium.

Способ получения пероксида водорода предпочтительно осуществляют в автоклаве с мешалкой, например проточном шламовом автоклаве, при температурах между температурой замерзания жидкой среды и 60oC, предпочтительно в диапазоне 0-25oC. Так как реакция является сильно экзотермической, обычно необходимо охлаждение до этих температур.The method of producing hydrogen peroxide is preferably carried out in an autoclave with a stirrer, for example a flowing slurry autoclave, at temperatures between the freezing point of the liquid medium and 60 o C, preferably in the range 0-25 o C. Since the reaction is highly exothermic, cooling to these temperatures is usually necessary .

Реактор предпочтительно загружают катализатором и добавками (если желательно NaCl и NaF) перед добавлением кислого водного раствора. Как предварительно указывалось, эти добавки можно добавить позднее во время реакции сразу же, как только начинает снижаться каталитическая активность. Добавку NaCl предпочтительно вводят в количестве 3-30 мас. (относительно катализатора), а добавку NaF предпочтительно добавляют в количестве 2-5 мас. относительно катализатора. The reactor is preferably charged with catalyst and additives (if desired NaCl and NaF) before adding an acidic aqueous solution. As previously indicated, these additives can be added later during the reaction as soon as the catalytic activity begins to decrease. Additive NaCl is preferably administered in an amount of 3-30 wt. (relative to the catalyst), and the NaF additive is preferably added in an amount of 2-5 wt. relative to the catalyst.

Кислым раствором предпочтительно является слабокислый раствор. Экономичным является раствор H2SO4. Подходящей является концентрация серной кислоты 0,5-1 мас.The acidic solution is preferably a slightly acidic solution. An economical solution is H 2 SO 4 . Suitable is a concentration of sulfuric acid of 0.5-1 wt.

Было обнаружено, что более высокие концентрации кислоты не способствуют усовершенствованию способа. It was found that higher concentrations of acid do not contribute to the improvement of the method.

Затем в реактор подают газообразный кислород и водород. Основным преимуществом способа этого изобретения является то, что его можно осуществлять при парциальном давлении водорода ниже предела детонации. Под таким пределом понимают самое высокое процентное содержание водорода в реакционной атмосфере, которое будет указывать на диапазон детонации, который измеряют с помощью стандартного прибора MSA. Then, gaseous oxygen and hydrogen are fed into the reactor. The main advantage of the method of this invention is that it can be carried out at a partial pressure of hydrogen below the knock limit. By such a limit is meant the highest percentage of hydrogen in the reaction atmosphere, which will indicate the range of detonation, which is measured using a standard MSA device.

Обычно используют парциальное давление H2 ниже 4 об. Общее давление в реакторе будет находиться в диапазоне от 500 фунтов/дюйм2 (3,5 MПa) до 3000 фунтов/дюйм2 (20 MПa), предпочтительным является диапазон от 1000 фунтов/дюйм2 (6,7MПa) до 1500 фунтов/дюйм2 (10 MПa). Кислород можно подавать в чистом виде или, более предпочтительно, в соединении с азотом. Может быть использовано такое низкое содержание кислорода, которое присутствует в воздухе. Предпочтительный исходный газ, подаваемый в реактор, состоит из 3,2% H2, 10% Na2 и 86,8% O2.Usually use a partial pressure of H 2 below 4 vol. The total pressure in the reactor will be in the range of 500 lbs / in2 (3.5 MPa) to 3000 lb / in2 (20 MPa), preferred is the range from 1000 lbs / in2 (6,7MPa) to 1500 lb / inch 2 (10 MPa). Oxygen can be supplied in pure form or, more preferably, in combination with nitrogen. Can be used such a low oxygen content, which is present in the air. The preferred feed gas to the reactor consists of 3.2% H 2 , 10% Na 2 and 86.8% O 2 .

Реакцию можно осуществлять непрерывно или периодически. Поскольку добавки NaCl и NaF являются водорастворимыми, эти добавки следует добавить непрерывно, так как они вымываются из системы. The reaction can be carried out continuously or intermittently. Since the additives NaCl and NaF are water soluble, these additives should be added continuously since they are washed out of the system.

Получение катализатора. Catalyst Preparation

Пример 1. Цитрат натрия (8,07 г) растворяли в 807 мл воды, к которой добавили 56 мл 6,7•10-7 M PdCl2. Затем эту смесь разбавили 403 мл воды. Смесь нагревали до кипения в течение 10 ч для образования коллоидного раствора Pd-цитрат натрия. К нему добавили 2 г фторированного углерода (содержание фтора 28% средний размер частицы менее одного микрометра, площадь поверхности 130 м2/г) вместе со 100 мл метанола. Раствор выпаривали, а твердый остаток восстанавливали в водороде в течение 14 ч при 300oC. Полученный катализатор содержал приблизительно 0,7% Pd. Катализатор представлял частично смачиваемый, черный, слегка липкий порошок.Example 1. Sodium citrate (8.07 g) was dissolved in 807 ml of water, to which 56 ml of 6.7 x 10 -7 M PdCl 2 was added. Then this mixture was diluted with 403 ml of water. The mixture was heated to boiling for 10 hours to form a colloidal solution of sodium Pd-citrate. To it was added 2 g of fluorinated carbon (fluorine content 28% average particle size less than one micrometer, surface area 130 m 2 / g) together with 100 ml of methanol. The solution was evaporated and the solid residue was reduced in hydrogen for 14 hours at 300 ° C. The resulting catalyst contained approximately 0.7% Pd. The catalyst was a partially wettable, black, slightly sticky powder.

Пример 2. Другие катализаторы получали в соответствии с методикой, изложенной в примере 1, при использовании фторированных углеродных носителей, аналогичных во всех других отношениях, но имеющих соответственно содержание фтора 10 и 65%
Пример 3. Приготавливали еще один катализатор в соответствии с методикой, изложенной в примере 1, но при использовании частично смачиваемого носителя из углерода Vulcan, доступного от Cabot, США (Vulcan 9A32CS-329).
Example 2. Other catalysts were obtained in accordance with the procedure described in example 1, using fluorinated carbon carriers, similar in all other respects, but with fluorine content of 10 and 65%, respectively
Example 3. Another catalyst was prepared in accordance with the procedure described in example 1, but using a partially wettable carbon carrier Vulcan, available from Cabot, USA (Vulcan 9A32CS-329).

Получение пероксида водорода. Obtaining hydrogen peroxide.

Пример 4. 450 мл проточный шламовый автоклав с мешалкой загрузили следующим образом: 0,3 г катализатора (пример 1), 0,03 г Pd, 50 мл 0,6 мас. H2SO4.Example 4. 450 ml flowing slurry autoclave with a stirrer was loaded as follows: 0.3 g of catalyst (example 1), 0.03 g of Pd, 50 ml of 0.6 wt. H 2 SO 4 .

Автоклав вставили в ледяную баню, поддерживаемую при 0oС. В автоклав подавали водород и кислород и давление возросло до 1000 фунтов/дюйм2 при общей скорости газового потока 300 мл/мин (3,2 об. H2, 10 об. N2 и 86,8 об. O2) и энергичном перемешивании. Анализировали степень превращения продукта и селективность через 1, 3, 6 и 10 ч. Газовую фазу анализировали газовой хроматографией с использованием детектора удельной теплопроводности. При анализе в качестве газа-носителя использовали аргон. H2, N2 и O2 в исходном газовом сырье разделяли с помощью колонны из нержавеющей стали диаметром 10 футов х 1/8 дюйма, заполненной Porapak QS 80-100 меш.The autoclave is inserted in an ice bath, maintained at 0 o C. To the autoclave was fed hydrogen and oxygen, and the pressure increased to 1000 lbs / in 2 at a total gas flow rate was 300 ml / min (about 3.2. H 2, 10 vol. N 2 and 86.8 vol. O 2 ) and vigorous stirring. The degree of product conversion and selectivity were analyzed after 1, 3, 6, and 10 hours. The gas phase was analyzed by gas chromatography using a thermal conductivity detector. In the analysis, argon was used as the carrier gas. H 2 , N 2 and O 2 in the feed gas were separated using a 10 ft x 1/8 inch diameter stainless steel column filled with a Porapak QS 80-100 mesh.

Жидкий продукт титрировали перманганатом калия для количественного определения образованной H2О2. Уравнение для титрирования следующее:
5H2O2+2KMnO4+3H2SO2--> 2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2.
The liquid product was titrated with potassium permanganate to quantify the formed H 2 O 2 . The equation for titration is as follows:
5H 2 O 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 2 -> 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O + 5O 2 .

Концентрацию H2O2 измеряли непосредственно при титрировании и подтверждали ультрафиолетовой спектроскопией. Степень превращения H2 рассчитывали в виде отношения
Начальное содержание водорода измеренное содержание

Figure 00000001
.The concentration of H 2 O 2 was measured directly by titration and confirmed by ultraviolet spectroscopy. The degree of conversion of H 2 was calculated as the ratio
Initial hydrogen content measured content
Figure 00000001
.

Селективность H2O2 рассчитывали на той основе, что если бы весь прореагировавший H2 превратился в H2O2, селективность была бы равна 100% Таким образом

Figure 00000002

где
Figure 00000003

где F поток газа,
t время реакции.The selectivity of H 2 O 2 was calculated on the basis that if all of the reacted H 2 turned into H 2 O 2 , the selectivity would be 100%. Thus
Figure 00000002

Where
Figure 00000003

where F is the gas flow,
t reaction time.

Результаты представлены в табл.1. The results are presented in table 1.

Пример 5. Этот пример включен для того, чтобы показать результаты получения H2O2 без добавки NaCl. Катализатор, полученный после нескольких опытов в соответствии с примером 4, тщательно промывали и фильтровали для удаления NaCl. Когда промытый катализатор затем использовали при получении H2O2 (те же самые условия, как в примере 4, без добавки NaCl), получили следующие результаты через 10 ч: 1,32 мас. H2O2, степень превращения H2 25,5% селективность H2O2 30%
Пример 6. В этом примере проиллюстрировано стабилизирующее влияние NaF. Для получения H2O2 повторяли методику, которая изложена в примере 4. После реакции в течение 8 дн без добавления NaF степень превращения водорода упала до 33% При добавлении к водной среде NaF в количестве 0,01 г степень превращения водорода через 8 дн составила 44%
Пример 7. В этом примере проиллюстрирована важность гидрофобно-гидрофильного равновесия в носителе катализатора. Катализаторы примера 2 (содержание фтора 10 и 65% ) подвергали реакционным условиям, подобным условиям примера 4, при этом через 10 ч получили результаты, представленные в табл.2.
Example 5. This example is included in order to show the results of obtaining H 2 O 2 without the addition of NaCl. The catalyst obtained after several experiments in accordance with example 4 was thoroughly washed and filtered to remove NaCl. When the washed catalyst was then used in the preparation of H 2 O 2 (the same conditions as in Example 4, without the addition of NaCl), the following results were obtained after 10 hours: 1.32 wt. H 2 O 2 , degree of conversion of H 2 25.5% selectivity of H 2 O 2 30%
Example 6. This example illustrates the stabilizing effect of NaF. To obtain H 2 O 2, the procedure described in Example 4 was repeated. After the reaction within 8 days without adding NaF, the degree of hydrogen conversion dropped to 33%. When NaF was added to the aqueous medium in an amount of 0.01 g, the degree of hydrogen conversion after 8 days was 44%
Example 7. This example illustrates the importance of hydrophobic-hydrophilic equilibrium in a catalyst support. The catalysts of example 2 (fluorine content of 10 and 65%) was subjected to reaction conditions similar to the conditions of example 4, and after 10 hours the results are shown in table.2.

Пример 8. В этом примере проиллюстрировано влияние различного количества NaCl, добавляемого к реакционной среде. Катализатор примера 1 (0,7 мас. Pd на фторированном углеродном носителе) реагировал при условиях, подобных условиям примера 4 (0,3 г катализатора, 50 мл мас. H2SO4, различные количества NaCl, 3,2 об. H2, 10 об. N2, уравновешенного кислородом, 0oC, 1000 фунтов/дюйм2, скорость газа 300 мл/мин, время реакции 10 ч). Результаты представлены в табл.3.Example 8. This example illustrates the effect of various amounts of NaCl added to the reaction medium. The catalyst of example 1 (0.7 wt. Pd on a fluorinated carbon support) reacted under conditions similar to the conditions of example 4 (0.3 g of catalyst, 50 ml wt. H 2 SO 4 , various amounts of NaCl, 3.2 vol. H 2 , 10 vol. N 2 balanced with oxygen, 0 o C, 1000 pounds / inch 2 , the gas velocity of 300 ml / min, reaction time 10 h). The results are presented in table.3.

Пример 9. В этом примере проиллюстрировано влияние различного количества NaF, добавляемого к реакционной среде. Повторяли методику примера 4, но при использовании 0,0261 г NaCl и 0,0054 г NaF. Через 6 ч получили 4 мас. H2O2, степень превращения водорода составила 61% а селективность H2O2 63% Эту процедуру повторили при использовании 0,0328 г NaCl и 0,078 г NaF. Через 6 ч получили 3,32 мас. H2O2, степень превращения водорода составила 58% а селективность H2O2 60% Эту процедуру повторили при использовании 0,03 г NaCl и 0,0290 г NaF. Через 10 ч концентрация H2O2 составила 2,16 мас. степень превращения составила 52% а селективность H2O2 23,6%
Пример 10. В этом примере проиллюстрировано, что NaBr и KBr не обеспечивают такую выгоду, которую обеспечивают добавки NaCl или NaF этого изобретения. Повторяли процедуру примера 4, используя вместо NaCl 0,0361 г KBr (кислым раствором был 1% -ный H2SO4). Через 10 ч получили 1,1% мас. H2O2, степень превращения водорода составила около 4% а селективность H2O2 100%
Эту процедуру повторили при использовании вместо NaCl 0,0308 г NaBr. Через 10 ч реакционного времени получили 1,1 мас. H2O2, степень превращения составила 3% (ниже пороговой чувствительности С), а селективность H2O2 составила около 100%
Пример 11. В этом примере проиллюстрировано получение H2O2 при использовании переменного носителя катализатора, частично смачиваемого углерода Vulcan. Катализатор примера 3 взаимодействовал при условиях примера 4, при этом получили результаты, представленные в табл.4.
Example 9. This example illustrates the effect of various amounts of NaF added to the reaction medium. The procedure of Example 4 was repeated, but using 0.0261 g of NaCl and 0.0054 g of NaF. After 6 hours, 4 wt. H 2 O 2 , the degree of hydrogen conversion was 61% and the selectivity of H 2 O 2 63%. This procedure was repeated using 0.0328 g of NaCl and 0.078 g of NaF. After 6 hours, 3.32 wt. H 2 O 2 , the degree of hydrogen conversion was 58% and the selectivity of H 2 O 2 60%. This procedure was repeated using 0.03 g of NaCl and 0.0290 g of NaF. After 10 hours, the concentration of H 2 O 2 was 2.16 wt. the degree of conversion was 52% and the selectivity of H 2 O 2 23.6%
Example 10. In this example, it is illustrated that NaBr and KBr do not provide the same benefits that the NaCl or NaF additives of this invention provide. The procedure of Example 4 was repeated using, instead of NaCl, 0.0361 g of KBr (the acidic solution was 1% H 2 SO 4 ). After 10 hours, 1.1% wt. H 2 O 2 , the degree of hydrogen conversion was about 4% and the selectivity of H 2 O 2 100%
This procedure was repeated using, instead of NaCl, 0.0308 g of NaBr. After 10 hours of reaction time, 1.1 wt. H 2 O 2 , the degree of conversion was 3% (below the threshold sensitivity C), and the selectivity of H 2 O 2 was about 100%
Example 11. This example illustrates the preparation of H 2 O 2 using a variable catalyst carrier, partially wettable carbon Vulcan. The catalyst of example 3 was reacted under the conditions of example 4, and the results presented in table 4 were obtained.

Из представленных примеров и таблиц следует, что изобретение позволяет получить пероксид водорода концентрацией 5-6% прямым каталитическим окислением водорода кислородом при высокой селективности реакции, близкой к 100% а также катализатор для этого процесса и способ получения такого катализатора. From the presented examples and tables it follows that the invention allows to obtain hydrogen peroxide with a concentration of 5-6% by direct catalytic oxidation of hydrogen with oxygen at high selectivity of the reaction close to 100%, as well as a catalyst for this process and a method for producing such a catalyst.

Claims (9)

1. Способ получения пероксида водорода прямым окислением водорода кислородом в кислой водной среде в присутствии ионов Cl- и катализатора, содержащего по крайней мере один металл VIII группы, нанесенный на углеродсодержащий носитель, в автоклаве при перемешивании, отличающийся тем, что в качестве носителя указанного катализатора используют фторированный или частично смачиваемый углерод и процесс ведут при температуре от точки замерзания водной среды до 60oС, давлении в реакторе 2,5 20,0 МПа и парциальном давлении водорода ниже предела детонации.1. A method of producing hydrogen peroxide by direct oxidation of hydrogen by oxygen in an acidic aqueous medium in the presence of Cl - ions and a catalyst containing at least one Group VIII metal supported on a carbon-containing support in an autoclave with stirring, characterized in that the support of said catalyst is use fluorinated or partially wettable carbon, and the process is conducted at a temperature of from the freezing point of the aqueous medium to 60 o C, a reactor pressure of 20.0 2.5 MPa and a hydrogen partial pressure lower limit Detoni ii. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии Na+, F- и обеспечивают его добавлением NaCl и NaF в количестве 3 30% и 2 10% от массы катализатора соответственно.2. The method according to claim 1, characterized in that the process is carried out in the presence of Na + , F - and provide it with the addition of NaCl and NaF in the amount of 3 30% and 2 10% by weight of the catalyst, respectively. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что NaCl и NaF вводят в автоклав одновременно с катализатором или после снижения его каталитической активности. 3. The method according to claim 2, characterized in that NaCl and NaF are introduced into the autoclave simultaneously with the catalyst or after reducing its catalytic activity. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют фторированный углерод со степенью фторирования 10 65%
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металла YIII группы используют Pd.
4. The method according to claim 1, characterized in that the use of fluorinated carbon with a degree of fluorination of 10 65%
5. The method according to claim 1, characterized in that Pd is used as the metal of group YIII.
6. Катализатор для получения пероксида водорода, включающий углеродсодержащий носитель и нанесенный на него металл VIII группы, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего носителя он содержит фторированный или частично смачиваемый углерод. 6. A catalyst for producing hydrogen peroxide, comprising a carbon-containing support and a Group VIII metal deposited on it, characterized in that it contains fluorinated or partially wettable carbon as a carbon-containing support. 7. Катализатор по п.6, отличающийся тем, что он содержит фторированный углерод со степенью фторирования 10 65%
8. Катализатор по п. 6, отличающийся тем, что в качестве металла VIII группы он содержит Pd в количестве 0,1 10,0 мас.
7. The catalyst according to claim 6, characterized in that it contains fluorinated carbon with a degree of fluorination of 10 65%
8. The catalyst according to claim 6, characterized in that as the metal of group VIII it contains Pd in an amount of 0.1 to 10.0 wt.
9. Способ получения катализатора процесса получения пероксида водорода, включающий выпаривание суспензии, содержащей хлорид металла VIII группы и твердый углеродсодержащий носитель катализатора, с последующим восстановлением полученного твердого осадка в атмосфере водорода при повышенной температуре, отличающийся тем, что в раствор хлорида металла VIII группы сначала добавляют раствор цитрата натрия, затем нагревают полученную смесь и вводят в нее метанол и носитель катализатора, в качестве которого используют фторированный или частично смачиваемый углерод. 9. A method of producing a catalyst for a hydrogen peroxide production process, comprising evaporating a suspension containing a Group VIII metal chloride and a solid carbon-containing catalyst carrier, followed by reducing the resulting solid precipitate in a hydrogen atmosphere at elevated temperature, characterized in that the Group VIII metal chloride solution is first added a solution of sodium citrate, then the resulting mixture is heated and methanol and a catalyst support are introduced into it, using fluorinated or partially o wettable carbon. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хлорида металла VIII группы используют PdCl2 в количестве, достаточном для обеспечения 0,1 - 10,0 мас. Pd в катализаторе.10. The method according to claim 1, characterized in that as the chloride of the metal of group VIII use PdCl 2 in an amount sufficient to provide 0.1 to 10.0 wt. Pd in the catalyst. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют фторированный углерод со степенью фторирования 10 65% 11. The method according to claim 9, characterized in that the use of fluorinated carbon with a degree of fluorination of 10 65%
RU9494038248A 1992-01-21 1993-01-21 Method of producing hydrogen peroxide, catalyst, and method of preparation thereof RU2099278C1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/823,688 US5338531A (en) 1992-01-21 1992-01-21 Production of hydrogen peroxide
US07/823,688 1992-01-21
PCT/CA1993/000027 WO1993014025A1 (en) 1992-01-21 1993-01-21 Production of hydrogen peroxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94038248A RU94038248A (en) 1996-07-27
RU2099278C1 true RU2099278C1 (en) 1997-12-20

Family

ID=25683036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9494038248A RU2099278C1 (en) 1992-01-21 1993-01-21 Method of producing hydrogen peroxide, catalyst, and method of preparation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2099278C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. ЕР, заявка, 0132294, кл. C 01 B 15/029, B 01 J 23/44, 1985. 2. GB, патент, 1056126, кл. C 01 B 15/02, 1967. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU94038248A (en) 1996-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3375628B2 (en) Production of hydrogen peroxide
US4772458A (en) Catalytic process for making hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen employing a bromide promoter
JP3335874B2 (en) Method for producing hydrogen peroxide
US6168775B1 (en) Catalyst and process for direct catalystic production of hydrogen peroxide, (H2O2)
JP4920616B2 (en) Hydrogenation catalyst
JPS60501104A (en) Gas phase hydrogenation of esters
AU764178B2 (en) Supported metal catalyst, preparation and applications for directly making hydrogen peroxide
JPH0272137A (en) Production of gluconic acid and alkali metal salt thereof
BE1004650A3 (en) Summary direct hydrogen peroxide catalyzed heterogeneous catalyst for synthesis thereof and method of preparation thereof catalyst.
CA1240481A (en) Catalytic process for making h.sub.2o.sub.2 from hydrogen and oxygen
US3700605A (en) Catalysts
RU2099278C1 (en) Method of producing hydrogen peroxide, catalyst, and method of preparation thereof
JP2812800B2 (en) Method for producing chloroform
JP2841410B2 (en) Ammonia decomposition catalyst
JPS6060902A (en) Methanol conversion
JPH0453585B2 (en)
JPH01133909A (en) Production of hydrogen peroxide
JPH06172248A (en) Production of formaldehyde
JPS6165852A (en) Synthesis of acrylamide
FR2796314A1 (en) Multistage reactor used for hydrogen peroxide preparation comprises cylindrical vertical stirred reactor with centrifugal turbines along single vertical agitating shaft

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090122