WO2001034301A1 - Method and device for removal of salts from hydrogen peroxide solutions - Google Patents

Method and device for removal of salts from hydrogen peroxide solutions Download PDF

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WO2001034301A1
WO2001034301A1 PCT/EP2000/011045 EP0011045W WO0134301A1 WO 2001034301 A1 WO2001034301 A1 WO 2001034301A1 EP 0011045 W EP0011045 W EP 0011045W WO 0134301 A1 WO0134301 A1 WO 0134301A1
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WO
WIPO (PCT)
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hydrogen peroxide
ion exchange
peroxide solution
bed
beds
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/011045
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German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Berrsche
Sabine Gabel
Gabriele Iffland
Jürgen CIPRIAN
Anne Wenzel
Joaquim Henrique Teles
Alwin Rehfinger
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
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
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/013Separation; Purification; Concentration
    • C01B15/0135Purification by solid ion-exchangers or solid chelating agents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02Column or bed processes
    • B01J47/026Column or bed processes using columns or beds of different ion exchange materials in series
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00Preparation of oxiranes
    • C07D301/02Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/12Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with hydrogen peroxide or inorganic peroxides or peracids

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for removing at least one salt from a hydrogen peroxide solution by ion exchange.
  • Methods and devices for removing salts from liquids by ion exchange are known in the prior art, for example from wastewater technology.
  • the wastewater to be treated flows through a container that contains an ion exchange bed made of a solid bed of ion exchange particles.
  • hydrogen peroxide solution always contains salts in small amounts, the content of which for certain applications, e.g. B. in the implementation of organic compounds, such as the conversion to propylene oxide starting from propene, is preferably adapted (DE-A 19926725.1), with some salts also being added, as described, for example, in EP-A 0 230 949 or EP A 0 712 852.
  • Hydrogen peroxide solutions can decay according to the following reaction equation: 2 H 2 O 2 (hq) ⁇ 2 H 2 O (l ⁇ q ) + O 2 + 46.5 kcal
  • This decay can release large amounts of gas and energy.
  • An initial concentration of aqueous hydrogen peroxide solution of about 13% by weight is usually sufficient, because of the large amount of energy released, to heat the entire solution to boiling point by decomposition. At even higher initial concentrations, considerable amounts of water vapor can be released in addition to the oxygen formed.
  • the decomposition of a 50% by weight hydrogen peroxide solution can release up to 1000 liters of gas per liter of hydrogen peroxide solution. Additional energy is released by the oxidation of the ion exchanger by, for example, HO 2 or O.
  • the pressure can build up due to the filling of the bed, which can cause the apparatus to burst, even if it is provided with a pressure relief device, such as a safety valve or a rupture disc, above or below the bed is. This is exacerbated when ion exchange material in the form of small bulk particles is used.
  • WO 98/54086 discloses a method for producing high-purity hydrogen peroxide, the hydrogen peroxide solution to be purified being passed through at least two ion exchange beds, it being imperative that at least one cation exchange bed and at least one anion exchange bed be present. This document also discloses that, according to the invention, only those ion exchange devices are used in which the ratio of height to diameter is greater than or equal to 5.
  • DE-A 42 22 109 describes a process for the production of high-purity hydrogen peroxide for microelectronics, in which hydrogen peroxide is used
  • WO 92/06918 discloses a process for purifying hydrogen peroxide, in which an acidic ion-exchanging resin is used.
  • the results according to the invention were achieved here by carrying out a process in which the contact time of the solution to be cleaned with the ion exchange bed is short, i.e. is in the range up to a maximum of 75 seconds.
  • An object of the present invention was to provide an apparatus and a method for removing salts from hydrogen peroxide solutions by ion exchange, which offer a high degree of safety.
  • a device for removing at least one salt from a hydrogen peroxide solution by ion exchange which is characterized in that the device has at least one non-acidic ion exchange bed (I) with a flow cross-sectional area F and a height H, the height H of the ion exchange bed is less than or equal to 2.5 • F 1/2 .
  • Decomposition of hydrogen peroxide solution forming gas can be safely removed.
  • the danger associated with treating hydrogen peroxide solution in usual ion exchange beds can be reduced to a minimum.
  • the flow cross-sectional area F of an ion exchange bed relates to the empty flow cross-section.
  • the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that the height H of the at least one ion exchange bed (I) is less than or equal to 1.5 * F.
  • the height H of the ion exchange bed corresponds to at least one monolayer of ion exchange particles, that is to say at least the diameter of an ion exchange particle.
  • non-acidic ion exchanger beds with a cation exchanger and / or anion exchanger can be used within the scope of the present invention.
  • Cation and anion exchangers can also be used as so-called mixed beds within an ion exchange bed.
  • only one type of non-acidic ion exchanger is used.
  • a basic ion exchange particularly preferably that of a basic anion exchanger and further particularly preferably that of a weakly basic anion exchanger.
  • ion exchangers sequential treatment with at least one cation exchanger, followed by treatment with at least one anion exchanger, is preferred.
  • anion exchangers a weakly basic anion exchanger is preferred.
  • ion exchangers known to the person skilled in the art can be used in the context of the present invention, for example organic ion exchangers, for example based on polystyrene, or inorganic ion exchangers, for example hydrotalcites, and other phyllosilicates which can contain exchangeable carbonate, hydrogen carbonate or hydroxide groups.
  • weakly basic anion exchangers are polystyrene resins having tertiary amine groups, such as the commercially available anion exchanger Lewatit MP62 and Lewatit ® MP 63, and Dowex MWA ® / 1 and Dowex ® AMW-500.
  • strongly basic ion exchangers for example polystyrene resins containing quaternary ammonium groups (with hydroxide counterions), is also conceivable.
  • the commercially available exchanger Lewatit ® OC-1950 and Dowex ® 1, Dowex ® 2, Dowex ® 11, Dowex ® 21K and Dowex ® 550A may be mentioned.
  • a preferred embodiment of the present invention provides at least two spatially separate ion exchange beds, each ion exchange bed having its own pressure relief device.
  • This embodiment enables the treatment of hydrogen peroxide solutions that require a large volume of ion exchange material.
  • the possibility of dividing the required amount of ion exchange material into two or more ion exchange beds which are spatially separated from one another and provided with their own pressure relief devices further reduces the risk potential when hydrogen peroxide decomposition begins.
  • a large volume of ion exchange material may be required, for example, if the hydrogen peroxide solution to be treated is high Concentration of salts or if high demands are made on the maximum remaining salt amounts in the solution after the treatment.
  • the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that it comprises at least two spatially separate ion exchange beds (I), each ion exchange bed (I) having at least one pressure relief device (D) of its own.
  • Pressure relief devices that can be used in the context of the present invention can be selected, for example, from safety valves, rupture disks, pressure relief openings or a combination thereof.
  • the pressure relief openings can be designed such that gases formed are released directly into the atmosphere. It is also possible to interpose a collecting container between the ion exchange bed and the atmosphere.
  • the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that the at least one pressure relief device (D) is selected from the group consisting of safety valves, rupture disks, pressure relief openings and a combination of two or more thereof.
  • the ion exchange beds are preferably connected in series or cascade, so that the hydrogen peroxide solution which has been treated in a first ion exchange bed is introduced into a second ion exchange bed for further treatment and after this, if appropriate, into one or more further ion exchange beds .
  • the present invention therefore also relates to a device as described above, which is characterized in that the ion exchange beds (I) are connected in series.
  • the ion exchange beds preferably have a flow cross-sectional area F in the range from about 0.01 to about 50 m 2 , more preferably from about 0.1 to about 10 m 2 and particularly preferably from about 0.2 to about 4 m 2 .
  • the device according to the invention preferably has 2 to 200, more preferably 2 to 100, particularly preferably 5 to 50 ion exchange beds connected in series.
  • the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that it has 5 to 50 ion exchange beds connected in series, each of these ion exchange beds having a flow cross-sectional area in the range from 0.2 to 4 m 2 .
  • the ion exchange beds can be fixed beds or fluidized beds made of ion exchange particles. Fixed bed fillings of ion exchange particles are preferably used. Spheres with a diameter in the range from 0.01 to 5 mm, more preferably from 0.05 to 3 mm and particularly preferably from 0.1 to 1 mm are preferably used as ion exchange particles.
  • the ion exchange beds are preferably arranged in spatially separate containers. But it is also possible to provide a common shell for all ion exchange beds. Tubular or cylindrical containers are preferred.
  • the ion exchange beds preferably extend over the entire cross-sectional area of the container, so that the flow cross-sectional area F of the ion exchange bed corresponds to the cross-sectional area of the container.
  • the ion exchange beds can be arranged in the containers, for example, as a random bed of ion exchange particles.
  • the present invention also provides a method for removing salts from a hydrogen peroxide solution by ion exchange. Accordingly, the present invention also relates to a method which is characterized in that the hydrogen peroxide solution is passed continuously through a device as described above.
  • An embodiment of the method is preferred in which the hydrogen peroxide solution is passed in succession through at least two ion exchange beds, the ion exchange beds being connected in series, spatially separated from one another and each having at least one pressure relief device of its own.
  • reaction conditions in which the hydrogen peroxide solution is treated by means of ion exchange are preferably selected so that the hydrogen peroxide solution obtained contains the amount of salt which corresponds to the desired specification.
  • the setting of the further parameters of the method according to the invention is within the range of experience of the person skilled in the art, but is preferably chosen so that the lowest possible decomposition of the hydrogen peroxide solution takes place.
  • the process according to the invention is preferably carried out at normal pressure or at a slight negative pressure or a slight positive pressure, preferably up to 3 bar.
  • the process control at normal pressure is particularly preferred.
  • the temperature of the hydrogen peroxide solution is preferably in the range from 0 to 50 ° C. and particularly preferably from 5 to 20 ° C.
  • the flow rate of the HO 2 solution is preferably chosen so that the average residence time in each of the ion exchange beds is in the range from 5 minutes to one hour.
  • the present invention also relates to a process as described above, which is characterized in that the residence time of the hydrogen peroxide solution in each ion exchange bed (I) is in the range from 5 minutes to 1 hour.
  • a hydrogen peroxide solution which is treated in the process according to the invention and with the device according to the invention can have a hydrogen peroxide concentration in the range from 1 to 75% by weight. Even highly concentrated hydrogen peroxide solutions with a hydrogen peroxide concentration in the range from 40 to 75% by weight can be freed from salts with the present invention with a high degree of safety. These are preferably aqueous hydrogen peroxide solutions.
  • the hydrogen peroxide solution treated according to the present invention can advantageously be used for the oxidation of organic compounds, e.g. for the production of alkylene oxides (epoxides) from olefins, in particular for the production of propylene oxide starting from propylene.
  • organic compounds e.g. for the production of alkylene oxides (epoxides) from olefins, in particular for the production of propylene oxide starting from propylene.
  • the present invention therefore also relates to the use of a hydrogen peroxide solution, the salt concentration of which has been reduced in one of the methods according to the invention described above, for the oxidation of an organic compound.
  • the present invention relates to a use as described above, which is characterized in that the hydrogen peroxide solution is used to produce an alkylene oxide from an olefin.
  • the hydrogen peroxide solution treated according to the invention which can be used to convert an organic compound, in particular an olefin to an alkylene oxide, preferably has a concentration of dissolved anions or cations after treatment with the method according to the invention of in each case less than 100 ppm, particularly preferably of a maximum of 60 ppm phosphate, 30 ppm nitrate, 30 ppm sodium ions and 5 ppm potassium ions.
  • An aqueous hydrogen peroxide solution is preferably used for the reaction of the organic compounds.
  • the hydrogen peroxide concentration of the aqueous hydrogen peroxide solution preferably used is generally in the range from 1 to 70% by weight. %, more preferably in the range from 5 to 60% by weight and particularly preferably in the range from 10 to 50% by weight.
  • the reactions which can advantageously be carried out using the hydrogen peroxide solution treated according to the invention include the following: the epoxidation of olefins, such as the production of propylene oxide from propene and H 2 O; Hydroxylations such as the hydroxylation of mono-, bi- or polycyclic aromatics to mono-, di- or higher substituted hydroxyaromatics, for example the conversion of phenol and HO to hydroquinone; oxime formation from ketones in the presence of H 2 O and ammonia (ammonoximation), for example the preparation of cyclohexanone oxime from cyclohexanone; the Baeyer-Villiger oxidation.
  • olefins such as the production of propylene oxide from propene and H 2 O
  • Hydroxylations such as the hydroxylation of mono-, bi- or polycyclic aromatics to mono-, di- or higher substituted hydroxyaromatics, for example the conversion of phenol and HO to hydroquinone
  • the olefin used can be any organic compound which contains at least one ethylenically unsaturated double bond. It can be aliphatic, aromatic or cycloaliphatic in nature, it can consist of a linear or a branched structure.
  • the olefin preferably contains 2 to 30 carbon atoms. There may be more than one ethylenically unsaturated double bond, for example in dienes or trienes.
  • the olefin can contain additional functional groups such as halogen atoms, carboxyl groups, carboxylic ester functions, hydroxyl groups, ether bridges, sulfide bridges, carbonyl functions, cyano groups or nitro groups.
  • alkenes are mentioned as examples of such organic compounds with at least one C-C double bond:
  • Mixtures of the olefins mentioned can also advantageously be epoxidized with the hydrogen peroxide solution treated according to the invention.
  • Alkenes containing 2 to 8 carbon atoms, such as ethene, propene and butene, can be used particularly advantageously.
  • the hydrogen peroxide solution treated according to the invention is particularly suitable for the epoxidation of propene to propylene oxide.
  • Catalysts are preferably used which comprise a porous oxidic material such as a zeolite.
  • Catalysts are preferably used which comprise a zeolite containing titanium, vanadium, chromium, niobium or zirconium as the porous oxidic material.
  • Zeolites are known to be crystalline aluminosilicates with ordered channel and cage structures, the pore openings of which are smaller in the area of micropores
  • exchangeable cations can be found in zeolites; in particular, depending on the production process, they can be cations of sodium, potassium, lithium or cesium act. If these cations are replaced by protons, for example by ion exchange, then the correspondingly acidic solid with a zeolite structure, the so-called H form, is contained.
  • Elements such as As aluminum, zirconium, tin, iron, cobalt, nickel, gallium, boron or a small amount of fluorine. In the zeolite catalysts this can
  • Titanium of the zeolite can be partially or completely replaced by vanadium, zirconium, chromium or niobium or a mixture of two or more thereof.
  • the ratio of titanium and / or vanadium, zirconium, chromium or niobium to the sum of silicon and titanium and / or vanadium and / or zirconium, and / or chromium and / or niobium is generally in the range from 0.01: 1 to 0 , 1: 1.
  • Titanium ohms with an MFI structure are known to be identified by a certain pattern in the determination of their X-ray diffraction images and additionally by a framework vibration band in the infrared region (TR) at about 960 cm “1 .
  • Ti, Ge, Te, Ta, V, Cr, Nb, Zr zeolites and in particular Ti zeolites are preferably used.
  • the Ti-containing zeolite catalysts which are generally referred to as "TS-1", “TS-2”, “TS-3”, “ZSM-48” and “ZSM-12" are particularly preferred catalysts with Ti, TTM-1, Ti-RUT, Ti-MCM-35, titanium-containing zeolites of the type “UTD-1", “CIT-5" and “SSZ-24” as well as Ti zeolites with a zeolite beta-isomorphic To name scaffolding structure.
  • titanium zothes are used, as are known, for example, from US Pat. No. 3,329,481.
  • part of the Si (IV) originally present in the silicate lattice is replaced by titanium as Ti (IV).
  • titanium zeolites in particular those with a MFI-type crystal structure, and possibilities for their production are described, inter alia, in US Pat Content is fully included in the context of the present application.
  • Further easily usable titanium-containing zeolites which have a structure different from the MFI structure are described, for example, in EP-A 0 405 978.
  • Zeolites In addition to silicon and titanium, such Zeolites also contain additional elements such as aluminum (described inter alia in DE-A 31 41 283), gallium (EP-A 0 266 825), boron (US 4,666,692) or small amounts of fluorine (EP-A 0 292 363). With regard to the zeolites described there, the content of the publications described above is also included in full in the context of the present application.
  • zeolite catalysts which can be used to react an organic compound with a hydrogen peroxide solution treated according to the invention include a. in US-A 5,430,000 and WO 94/29408, the relevant content of which is incorporated by reference into the present application.
  • titanium-containing zeolites are those with the structure of ZSM-48, ZSM-12, ferrierite or ⁇ -zeolite and mordenite.
  • zeolite catalysts can also be used:
  • Catalysts with a zeolite structure as described in DE-A 196 23 611.8, which is hereby fully incorporated by reference into the context of the present application with respect to the catalysts described therein.
  • oxidation catalysts based on titanium or vanadium silicates with a zeolite structure, reference being made to the structures indicated above as preferred with regard to the zeolite structure. These catalysts are characterized in that, as described in detail in the above application, they are shaped by solidifying shaping processes.
  • noble metals from the group of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, rhenium, gold and silver, which are also characterized in that they have been formed by solidifying shaping processes.
  • Such catalysts are described in DE-A 196 23 609.6, which is hereby fully incorporated by reference into the context of the present application with respect to the catalysts described therein.
  • the oxidation catalyst described in DE-A 196 23 609.6 has a content of 0.01 to 30% by weight, in particular 0.05 to 15% by weight, especially 0.1 to 8% by weight, in each case based on the amount of titanium or vanadium zeolites, the precious metals mentioned. Palladium is particularly preferred.
  • the noble metals can be applied to the catalyst in the form of suitable base metal components, for example in the form of water-soluble salts, before, during or after the solidifying shaping step.
  • a molded article containing at least one porous oxidic material obtainable by a process comprising the following steps: (I) adding a mixture containing at least one alcohol and water to a mixture containing a porous oxidic material or a mixture of two or more thereof , and (II) Kneading, shaping, drying and calcining the mixture added in step (I).
  • Solids containing silicon dioxide can also be produced by a process which comprises the following step (A): (A) contacting at least one precursor of silicon dioxide with at least one structuring agent in a liquid medium, characterized in that the structuring agent is a polyethyleneimine or a Mixture of two or more of them is used.
  • catalysts which can be used are moldings which comprise an inert support and at least one silicate, preferably a crystalline silicate, applied thereon, obtainable by applying a mixture comprising at least one silicate and at least one metal acid ester or a hydrolyzate thereof or a combination of metal acid ester and hydrolyzate of which on the inert carrier as described in DE-A 197 54 924.1, the relevant content of this application also being incorporated into the present application by reference.
  • Shaped bodies comprising at least one silicate and at least one metal oxide can also be produced by a process which comprises the following step (i): (i) Mixing the at least one silicate with at least one metal oxide sol which has a low content of alkali and alkaline earth metal ions, as described in DE-A 198 15 879.3, can be used.
  • titanium silicalites with a RUT structure can also be produced by a process which comprises steps (a) and (b):
  • silicas described in DE-A 198 47 630.2 with mesopores and micropores can be used, which preferably have one or more of the following features (x) to (z):
  • (x) a sum of the specific surfaces of the meso and micro pores of at least 200 m 2 / g;
  • the reaction of the organic compound with the hydrogen peroxide solution treated in accordance with the invention can in principle be carried out using all customary reaction procedures and in all customary reactor types, for example in a suspension procedure or in a fixed bed arrangement. You can work continuously or discontinuously. However, the reaction is preferably carried out in a fixed bed apparatus. A pressure of 1 to 100 bar is preferred.
  • the reaction can be carried out with solvents such as water, alcohols, e.g. Methanol, ethanol, iso-propanol or tert-butanol, or mixtures thereof can be carried out. Mixtures of methanol and water are preferred as solvents, and methanol is particularly preferably used.
  • the reaction can be carried out at temperatures in the range from 0 to 100 ° C., preferably from 20 to 90 ° C. and particularly preferably from 25 to 60 ° C.
  • a finished, commercially available H 2 O 2 solution whose salt content has been reduced in accordance with the present invention can be used for the reaction of an organic compound described above.
  • the anthraquinone process by means of which practically the entire amount of hydrogen peroxide produced worldwide (> 2 million ta) is produced, is based on the catalytic hydrogenation of an anthraquinone compound corresponding anthrahydroquinone compound, subsequent reaction thereof with oxygen to form hydrogen peroxide and subsequent separation of the hydrogen peroxide formed by extraction with water.
  • the anthraquinone compounds used are usually dissolved in a mixture of several organic solvents. The resulting solution is called a working solution.
  • this working solution is generally passed continuously through the stages of the process described above, and after the hydrogen peroxide has been formed, it is extracted from the working solution with water.
  • the catalytic cycle is closed by renewed hydrogenation of the re-formed anthraquinone compound.
  • the water which receives the hydrogen peroxide in solution after the extraction can then be treated with the method according to the invention or the device according to the invention and thus the salt content can be reduced to a desired level.
  • the water used for the extraction preferably already has a phosphate, nitrate and sodium ion content before the extraction, which ensures extraction that is harmless from a safety point of view, i.e. usually about 100 ppm to a maximum of about 5000 ppm.
  • the present invention has numerous advantages. With the aid of the device according to the invention or the method according to the invention, hydrogen peroxide solutions can be freed of salts almost completely and in a continuous manner by ion exchange. The onset of HO decomposition, which is associated with a strong evolution of gas, does not pose any danger potential even with highly concentrated hydrogen peroxide solutions. Gases formed can quickly leave the ion exchange bed, so that no pressure can build up in the ion exchange bed, which can lead to the device bursting.
  • the present invention offers the possibility of freeing hydrogen peroxide solutions from salts, for example, directly after their manufacture in the manufacturer's plant on an industrial scale. This is possible because the process according to the invention is a continuous process which offers a high degree of security. With the method according to the invention or the device according to the invention, large amounts of hydrogen peroxide solutions can be processed per unit of time.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first preferred
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first preferred embodiment of the present invention.
  • the device according to the invention for removing salts from hydrogen peroxide solutions by ion exchange has a number N of containers B.
  • the containers B are connected in series or cascade.
  • An ion exchange bed I is arranged in each of the containers B. It is a fixed bed from particulate ion exchange material.
  • the containers B have a circular flow cross section.
  • the ion exchange beds I have a flow cross-sectional area F and a height H.
  • the flow cross-sectional area F is based on the empty flow cross-section.
  • the flow cross-sectional area F accordingly corresponds to the cross-sectional area of the container B.
  • the first container in the cascade of containers B is denoted by B ls, the last container by the reference number B.
  • Each container B has a pressure relief device D, for example in the form of a safety valve, a rupture disk or a simple pressure relief opening.
  • the hydrogen peroxide solution to be treated is fed along the line 1 from above into the container ⁇ .
  • the hydrogen peroxide solution treated in the first ion exchange bed Ij leaves the container Bj below the container B-. through line 2.
  • Line 2 connects the lower end of the tank Bj . with the upper end of the subsequent, second container B. Via this line, the hydrogen peroxide solution treated in the container Bi with the ion exchange bed Ij is fed into the second container B from above.
  • the round bracket with the index N-2 is intended to indicate that further containers with further ion exchange beds can be arranged in this cascade.
  • the solution to be treated is fed into all containers B in the manner described above, namely the supply of the hydrogen peroxide solution to be treated from above into container B and the removal of the treated hydrogen peroxide solution at the lower end of the respective container B or respective ion exchange beds I. Also in the last container B N , the hydrogen peroxide solution is introduced into the container from above and the finished hydrogen peroxide solution is discharged at the lower end through line N + 1.
  • the height H of the ion exchange bed is less than or equal to 2.5 • F, where F represents the flow cross-sectional area of the ion exchange bed.
  • F represents the flow cross-sectional area of the ion exchange bed.
  • the flow cross-sectional area F is calculated according to the following formula:
  • r corresponds to the radius of the ion exchange bed and d to the diameter.
  • the height H of the ion exchange bed is preferably less than or equal to 1.5 - F 1/2
  • FIG. 2 shows a second preferred embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals in FIGS. 2 and 1 designate the same parts. In this respect, reference is made to the comments on FIG. 1.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the containers B are kept open to relieve pressure and the hydrogen peroxide solution is fed into the containers B from below. Through a lateral overflow on each container B, the hydrogen peroxide solution treated in the containers leaves the containers and is fed to the subsequent container at its lower end.
  • the lateral overflow is designed in such a way that the hydrogen peroxide solution is in contact with the entire ion exchange surface of the ion exchange beds. The overflow is accordingly above the upper end of the ion exchange beds.
  • the hydrogen peroxide solution to be freed from salt loads is introduced via line 1 from below into the container Bi, in which the ion exchanger bed I- . is arranged.
  • the in the ion exchange bed Ij. treated solution leaves the container B ⁇ via the overflow of the container B ⁇ and is fed into the subsequent container B from below by means of a line 2.
  • the solution treated in the second container can be further treated in a third, fourth, etc. container.
  • the finished container B leaves the finished H 2 O 2 solution via the overflow of the container B N and is discharged via line N + 1.
  • FIG. 3 shows a third preferred embodiment of the present invention, in which the containers B, as in the embodiment in FIG. 2, are open at the top.
  • the hydrogen peroxide solution to be treated is fed into the container Bj from above and flows through the ion exchanger bed 1 from top to bottom. At the lower end of the tank Bj, the hydrogen peroxide solution changes direction by 180 ° and flows through the side siphon from bottom to top and leaves the tank Bi via the overflow.
  • a line 2 leads the solution treated in the container B ⁇ to the second container B 2 via the line 2.
  • the hydrogen peroxide solution is added to the ion exchanger bed I 2 from above, flows through it from top to bottom, and leaves the container B 2 via the side siphon and the overflow. Further treatment steps can be carried out in a third, fourth, etc. container.
  • the finished hydrogen peroxide solution leaves the last container B N via line N + 1.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above. Rather, further embodiments of the present invention are conceivable, in particular also embodiments that consist of a combination of the embodiments described above; this applies in particular to the embodiments shown in FIGS. 1 to 3. a combination of the above-described embodiments; this applies in particular to the embodiments shown in FIGS. 1 to 3.
  • Comparative examples 1 and 2 illustrate the dangers of handling mixtures of hydrogen peroxide and basic ion exchangers.
  • Comparative Example 1 decomposition of H 2 O 2 in the presence of Lewatit ® MP62 in a closed autoclave adiabatic
  • the jacket space was then connected to the cooling circuit of a thermostat and the column thermostated to approx. 10 ° C. 400 g / h of a 40% strength hydrogen peroxide solution were then metered in from below through the column and metering was continued for two days. On average, 97% of the anions present in the hydrogen peroxide solution (mainly phosphate and nitrate) were removed. As expected, the concentration of the cations remained constant. The hydrogen peroxide decomposition remained below the detection limit. The hydrogen peroxide concentration was determined by titration with permanganate solution in the inlet and outlet. In order to check the behavior of the column in the event of a malfunction, the feed and cooling were switched off. After an induction time of approximately 1 hour, an explosive decomposition of the hydrogen peroxide in the lower half of the column caused the column to burst, even though the column was open at the top and the entire cross section was thus available for relief.
  • Example 1 Decomposition of H 2 O 2 in the presence of Lewatit MP62 in a container according to the invention
  • the container was filled with preconditioned Lewatit ® MP62 ion exchanger to a height of 10 cm (to precondition the ion exchanger, it was stirred for 24 hours with a 30% hydrogen peroxide solution at room temperature, then regenerated with 5% sodium hydroxide solution and lye-free with deionized water washed) and covered with water.
  • the ratio H: F 2 of the ion exchange bed was approximately 1.13.
  • the jacket space was connected to the cooling circuit of a thermostat and the container thermostatted to approx. 10 ° C. 400 g / h of a 40% strength hydrogen peroxide solution, which had been precooled to 10 ° C., were then metered in from above through the ion exchange bed, and the metering was continued for four hours. After this time, the water was completely replaced by hydrogen peroxide. In the running hydrogen peroxide solution, 85% of the anions present in the feed (mainly phosphate and nitrate) had been removed. As expected, the concentration of the cations remained constant. The hydrogen peroxide decomposition remained below the detection limit. The hydrogen peroxide concentration was determined by titration with permanganate solution in the inlet and outlet.
  • the hydrogen peroxide conversion achieved was 98.4%.
  • the PO selectivity for hydrogen peroxide was 80.3%.
  • the separated low boilers were analyzed online in a gas chromatograph.
  • the liquid reaction product was collected, weighed and also analyzed by gas chromatography.
  • the hydrogen peroxide conversion achieved was 98%.
  • the PO selectivity for hydrogen peroxide was 96%. This example shows that by using an H 2 O 2 solution with a reduced concentration of dissolved salts, a significantly better propylene oxide selectivity can be achieved.

Abstract

A device for removal of at least one salt from a hydrogen peroxide solution, by ion exchange, is characterised in that the device comprises at least one ion exchange bed (I) with a flow area F and height H, whereby the height H of the ion exchange bed is less than or equal to 2, 5.F1/2.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von Salzen aus Wasserstoffperoxid-Lösungen Device and method for removing salts from hydrogen peroxide solutions
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung mindestens eines Salzes aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung durch Ionenaustausch.The present invention relates to an apparatus and a method for removing at least one salt from a hydrogen peroxide solution by ion exchange.
Verfahren und Vorrichtungen zur Entfernung von Salzen aus Flüssigkeiten durch Ionenaustausch sind im Stand der Technik beispielsweise aus der Abwassertechnik bekannt. Hierbei durchströmt das zu behandelnde Abwasser einen Behälter, der ein Ionenaustauscherbett aus einer festen Schüttung von Ionenaustauscherpartikeln enthält.Methods and devices for removing salts from liquids by ion exchange are known in the prior art, for example from wastewater technology. Here, the wastewater to be treated flows through a container that contains an ion exchange bed made of a solid bed of ion exchange particles.
Das Entfernen von Salz bzw. die Einstellung eines bestimmten Salzgehalts spielt jedoch auch nicht selten eine Rolle bei der Modifizierung bzw. Reinigung von chemischen Reagenzien.However, the removal of salt or the setting of a certain salt content often plays a role in the modification or cleaning of chemical reagents.
So enthält beispielsweise kommerziell erhältliche Wasserstoffperoxid-Lösung stets Salze in geringen Mengen, deren Gehalt für bestimmte Anwendungen, z. B. bei der Umsetzung von organischen Verbindungen, wie der Umsetzung zu Propylenoxid ausgehend von Propen, vorzugsweise angepaßt wird (DE-A 19926725.1), wobei teilweise auch Salze zugegeben werden, wie dies beispielsweise in der EP-A 0 230 949 oder der EP-A 0 712 852 beschrieben ist.For example, commercially available hydrogen peroxide solution always contains salts in small amounts, the content of which for certain applications, e.g. B. in the implementation of organic compounds, such as the conversion to propylene oxide starting from propene, is preferably adapted (DE-A 19926725.1), with some salts also being added, as described, for example, in EP-A 0 230 949 or EP A 0 712 852.
Wasserstoffperoxid-Lösungen können nach folgender Reaktionsgleichung zerfallen: 2 H2O2 (hq ) → 2 H2O (lιq ) + O2 + 46,5 kcalHydrogen peroxide solutions can decay according to the following reaction equation: 2 H 2 O 2 (hq) → 2 H 2 O (lιq ) + O 2 + 46.5 kcal
Bei diesem Zerfall können große Mengen an Gas und Energie frei werden. Eine Anfangskonzentration wäßrigen Wasserstoffperoxid-Lösung von etwa 13 Gew.-% reicht in der Regel wegen der großen frei werdenden Energiemenge aus, um durch Zersetzung die gesamte Lösung auf Siedetemperatur zu erhitzen. Bei noch höheren Anfangskonzentrationen können neben dem gebildeten Sauerstoff erhebliche Mengen an Wasserdampf frei werden. Zum Beispiel können bei der Zersetzung einer 50 gew.-%igen Wasserstoffperoxid-Lösung bis zu 1000 Liter Gas pro Liter Wasserstoffperoxid-Lösung freigesetzt werden. Zusätzliche Energie wird durch die Oxidation des Ionentauschers durch beispielsweise H O2 oder O freigesetzt. Bei einer schnellen Zersetzung der Wasserstoffperoxid-Lösung in einem Ionenaustauscherbett kann sich durch Verdammung der Schüttung ein Druck aufbauen, der den Apparat zum Zerbersten bringen kann, auch wenn dieser oberhalb oder unterhalb der Schüttung mit einer D ckentlasümgseinrichtung, wie einem Sicherheitsventil oder einer Berstscheibe, versehen ist. Dies wird noch verstärkt, wenn Ionenaustauschermaterial in Form von kleinen Schüttgutpartikeln eingesetzt wird.This decay can release large amounts of gas and energy. An initial concentration of aqueous hydrogen peroxide solution of about 13% by weight is usually sufficient, because of the large amount of energy released, to heat the entire solution to boiling point by decomposition. At even higher initial concentrations, considerable amounts of water vapor can be released in addition to the oxygen formed. For example, the decomposition of a 50% by weight hydrogen peroxide solution can release up to 1000 liters of gas per liter of hydrogen peroxide solution. Additional energy is released by the oxidation of the ion exchanger by, for example, HO 2 or O. If the hydrogen peroxide solution decomposes rapidly in an ion exchange bed, the pressure can build up due to the filling of the bed, which can cause the apparatus to burst, even if it is provided with a pressure relief device, such as a safety valve or a rupture disc, above or below the bed is. This is exacerbated when ion exchange material in the form of small bulk particles is used.
Die WO 98/54086 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Wasserstoffperoxid, wobei die zu reinigende Wasserstoffperoxid-Lösung durch mindestens zwei Ionenaustauscherbetten geleitet wird, wobei zwingend erforderlich ist, daß mindestens ein Kationenaustauscherbett und mindestens ein Anionenaustauscherbett vorhanden ist. Weiter offenbart diese Schrift, daß erfindungsgemäß nur solche Ionenaustauscher- Vorrichtungen verwendet werden, in denen das Verhältnis Höhe zu Durchmesser größer oder gleich 5 ist.WO 98/54086 discloses a method for producing high-purity hydrogen peroxide, the hydrogen peroxide solution to be purified being passed through at least two ion exchange beds, it being imperative that at least one cation exchange bed and at least one anion exchange bed be present. This document also discloses that, according to the invention, only those ion exchange devices are used in which the ratio of height to diameter is greater than or equal to 5.
Die DE-A 42 22 109 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Wasserstoffperoxid für die Mikroelektronik, in dem Wasserstoffperoxid unterDE-A 42 22 109 describes a process for the production of high-purity hydrogen peroxide for microelectronics, in which hydrogen peroxide is used
Verwendung einer ionenaustauschenden Membran gereinigt wird, wobei es essentiell für das Verfahren ist, daß die eingesetzte Wasserstoffperoxid-Lösung bereits destillativ vorgereinigt ist, bevor sie mit der ionenaustauschenden Membran in Kontakt gebracht wird. Diese Vorbehandlung stellt einen apparativen Aufwand dar, der im Hinblick auf die Prozeßökonomie unerwünscht ist. Weiter stellt die Herstellung der ionenaustauschenden Membran, bei der Partikel eines ionenaustauschenden Harzes in ein Polymer eingebettet sind, das keine ionenaustauschenden funktioneilen Gruppen aufweist, ebenfalls einen nicht zu unterschätzenden Aufwand dar.Use an ion exchange membrane to clean it It is essential for the process that the hydrogen peroxide solution used is already pre-purified by distillation before it is brought into contact with the ion-exchanging membrane. This pretreatment represents an outlay on equipment that is undesirable in terms of process economy. Furthermore, the production of the ion-exchanging membrane, in which particles of an ion-exchanging resin are embedded in a polymer which does not have any ion-exchanging functional groups, likewise represents an effort which should not be underestimated.
Die WO 92/06918 offenbart ein Verfahren zur Reinigung von Wasserstoffperoxid, in dem ein saueres ionenaustauschendes Harz eingesetzt wird. Die erfindungsgemäßen Resultate wurden hierbei durch eine Verfahrensführung erzielt, in der die Kontaktzeit der zu reinigenden Lösung mit dem Ionenaustauscherbett kurz ist, d.h. im Bereich bis maximal 75 Sekunden liegt.WO 92/06918 discloses a process for purifying hydrogen peroxide, in which an acidic ion-exchanging resin is used. The results according to the invention were achieved here by carrying out a process in which the contact time of the solution to be cleaned with the ion exchange bed is short, i.e. is in the range up to a maximum of 75 seconds.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung von Salzen aus Wasserstoffperoxid-Lösungen durch Ionenaustausch zur Verfügung zu stellen, die ein hohes Maß an Sicherheit bieten.An object of the present invention was to provide an apparatus and a method for removing salts from hydrogen peroxide solutions by ion exchange, which offer a high degree of safety.
Diese Aufgabe wurde gelöst durch eine Vorrichtung zur Entfernung mindestens eines Salzes aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung durch Ionenaustausch, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung mindestens ein nicht-saures Ionenaustauscherbett (I) mit einer Strömungsquerschnittsfläche F und einer Höhe H aufweist, wobei die Höhe H des Ionenaustauscherbettes kleiner oder gleich 2,5 • F1/2 ist.This object was achieved by a device for removing at least one salt from a hydrogen peroxide solution by ion exchange, which is characterized in that the device has at least one non-acidic ion exchange bed (I) with a flow cross-sectional area F and a height H, the height H of the ion exchange bed is less than or equal to 2.5 • F 1/2 .
Durch die Limitierung der Höhe des Ionenaustauscherbettes kann sich durch dieBy limiting the height of the ion exchange bed, the
Zersetzung von Wasserstoffperoxid-Lösung bildendes Gas sicher abgeführt werden. Die Gefahr, die mit der Behandlung von Wasserstoffperoxid-Lösung in üblichen Ionenaustauscherbetten verbunden ist, kann somit auf ein Minimum reduziert werden.Decomposition of hydrogen peroxide solution forming gas can be safely removed. The danger associated with treating hydrogen peroxide solution in usual ion exchange beds can be reduced to a minimum.
Die Strömungsquerschnittsfläche F eines Ionenaustauscherbettes bezieht sich auf den leeren Strömungsquerschnitt.The flow cross-sectional area F of an ion exchange bed relates to the empty flow cross-section.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaftIn the context of the present invention, it has proven to be particularly advantageous
1/9 erwiesen, die Höhe H des Ionenaustauscherbettes kleiner oder gleich 1 ,5 • F zu wählen. Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, wie oben beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Höhe H des mindestens einen Ionenaustauscherbettes (I) kleiner oder gleich 1 ,5 • F ist.1/9 proved to choose the height H of the ion exchange bed less than or equal to 1, 5 • F. Accordingly, the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that the height H of the at least one ion exchange bed (I) is less than or equal to 1.5 * F.
Im Regelfall entspricht die Höhe H des Ionenaustauscherbettes hierbei mindestens einer Monolage von Ionenaustauscherpartikeln, also mindestens dem Durchmesser eines Ionenaustauscherpartikels.As a rule, the height H of the ion exchange bed corresponds to at least one monolayer of ion exchange particles, that is to say at least the diameter of an ion exchange particle.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können prinzipiell alle nicht-sauren Ionenaustauscherbetten mit Kationenaustauscher und/oder Anionenaustauscher eingesetzt werden. Auch innerhalb eines Ionenaustauscherbettes können Kationen- und Anionenaustauscher als sogenannte Mischbetten verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nur ein Typ von nicht-saueren Ionenaustauschern eingesetzt.In principle, all non-acidic ion exchanger beds with a cation exchanger and / or anion exchanger can be used within the scope of the present invention. Cation and anion exchangers can also be used as so-called mixed beds within an ion exchange bed. In a preferred embodiment of the present invention, only one type of non-acidic ion exchanger is used.
Weiter bevorzugt ist der Einsatz eines basischen Ionentausches, besonders bevorzugt der eines basischen Anionentauschers und weiter besonders bevorzugt der eines schwach basischen Anionentauschers.It is further preferred to use a basic ion exchange, particularly preferably that of a basic anion exchanger and further particularly preferably that of a weakly basic anion exchanger.
Werden verschiedene Typen von Ionenaustauschern verwendet, so ist eine sequentielle Behandlung mit mindestens einem Kationenaustauscher, gefolgt von einer Behandlung mit mindestens einem Anionenaustauscher bevorzugt. Als Anionenaustauscher wird wiederum ein schwach basischer Anionenaustauscher bevorzugt.If different types of ion exchangers are used, sequential treatment with at least one cation exchanger, followed by treatment with at least one anion exchanger, is preferred. As For anion exchangers, a weakly basic anion exchanger is preferred.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung lassen sich grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Ionenaustauscher einsetzen, beispielsweise organische Ionenaustauscher, etwa auf Polystyrolbasis, oder anorganische Ionenaustauscher, etwa Hydrotalcite, sowie andere Schichtsilikate, die austauschbare Carbonat-, Hydrogencarbonat- oder Hydroxidgruppen enthalten können.In principle, all ion exchangers known to the person skilled in the art can be used in the context of the present invention, for example organic ion exchangers, for example based on polystyrene, or inorganic ion exchangers, for example hydrotalcites, and other phyllosilicates which can contain exchangeable carbonate, hydrogen carbonate or hydroxide groups.
Beispiele für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugten schwach basischen Anionenaustauscher sind Polystyrolharze mit tertiären Amingruppen, etwa die kommerziell erhältlichen Anionenaustauscher Lewatit MP62 und Lewatit® MP 63 sowie Dowex® MWA/1 und Dowex® AMW-500. Darüber hinaus ist auch die Verwendung stark basischer Ionenaustauscher, etwa quartäre Ammoniumgruppen enthaltender Polystyrolharze (mit Hydroxid- Gegenionen), denkbar. Beispielhaft seien hierbei die kommerziell erhältlichen Austauscher Lewatit® OC-1950 sowie Dowex® 1, Dowex® 2, Dowex® 11, Dowex® 21K und Dowex® 550A genannt.Examples of the particularly preferred in the present invention, weakly basic anion exchangers are polystyrene resins having tertiary amine groups, such as the commercially available anion exchanger Lewatit MP62 and Lewatit ® MP 63, and Dowex MWA ® / 1 and Dowex ® AMW-500. In addition, the use of strongly basic ion exchangers, for example polystyrene resins containing quaternary ammonium groups (with hydroxide counterions), is also conceivable. By way of example here is the commercially available exchanger Lewatit ® OC-1950 and Dowex ® 1, Dowex ® 2, Dowex ® 11, Dowex ® 21K and Dowex ® 550A may be mentioned.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht mindestens zwei räumlich voneinander getrennte Ionenaustauscherbetten vor, wobei jedes Ionenaustauscherbett eine eigene Druckentlastungseinrichtung aufweist. Diese Ausführungsform ermöglicht die Behandlung von Wasserstoffperoxid-Lösungen, die ein großes Volumen an Ionenaustauschermaterial benötigen. Durch die Möglichkeit der Aufteilung der benötigten Menge an Ionenaustauschermaterial auf zwei oder mehr, räumlich voneinander getrennte und mit eigenen Druckentlastungseinrichtungen versehene Ionenaustauscherbetten wird das Gefahrenpotential bei einer einsetzenden Wasserstoffperoxidzersetzung weiter verringert. Ein großes Volumen an Ionenaustauschermaterial kann beispielsweise benötigt werden, wenn die zu behandelnde Wasserstoffperoxid-Lösung eine hohe Konzentration an Salzen aufweist oder wenn hohe Anforderungen an die maximal verbleibenden Salzmengen in der Lösung nach der Behandlung gestellt werden.A preferred embodiment of the present invention provides at least two spatially separate ion exchange beds, each ion exchange bed having its own pressure relief device. This embodiment enables the treatment of hydrogen peroxide solutions that require a large volume of ion exchange material. The possibility of dividing the required amount of ion exchange material into two or more ion exchange beds which are spatially separated from one another and provided with their own pressure relief devices further reduces the risk potential when hydrogen peroxide decomposition begins. A large volume of ion exchange material may be required, for example, if the hydrogen peroxide solution to be treated is high Concentration of salts or if high demands are made on the maximum remaining salt amounts in the solution after the treatment.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, wie oben beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mindestens zwei räumlich voneinander getrennte Ionenaustauscherbetten (I) umfaßt, wobei jedes Ionenaustauscherbett (I) mindestens eine eigene Druckentlastungseinrichtung (D) aufweist.Accordingly, the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that it comprises at least two spatially separate ion exchange beds (I), each ion exchange bed (I) having at least one pressure relief device (D) of its own.
Druckentlastungseinrichtungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, können beispielsweise ausgewählt werden aus Sicherheitsventilen, Berstscheiben, Druckentlastungsöffnungen oder einer Kombination derselben. Die Druckentlastungsöffnungen können derart gestaltet sein, daß gebildete Gase direkt an die Atmosphäre abgegeben werden. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Auffangbehälter zwischen dem Ionenaustauscherbett und der Atmosphäre zwischenzuschalten.Pressure relief devices that can be used in the context of the present invention can be selected, for example, from safety valves, rupture disks, pressure relief openings or a combination thereof. The pressure relief openings can be designed such that gases formed are released directly into the atmosphere. It is also possible to interpose a collecting container between the ion exchange bed and the atmosphere.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, wie oben beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die mindestens eine Druckentlastungseinrichtung (D) ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Sicherheitsventilen, Berstscheiben, Druckentlastungsöffnungen und einer Kombination aus zwei oder mehr davon.Accordingly, the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that the at least one pressure relief device (D) is selected from the group consisting of safety valves, rupture disks, pressure relief openings and a combination of two or more thereof.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die Ionenaustauscherbetten bevorzugt in Reihe bzw. Kaskade geschaltet, so daß die Wasserstoffperoxid- Lösung, die in einem ersten Ionenaustauscherbett behandelt wurde, in ein zweites Ionenaustauscherbett zur weiteren Behandlung eingeleitet wird und nach diesem gegebenenfalls in ein oder mehrere weitere Ionenaustauscherbetten. Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, wie oben beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die lonenaustauscherbetten (I) in Reihe geschaltet sind.In the context of the present invention, the ion exchange beds are preferably connected in series or cascade, so that the hydrogen peroxide solution which has been treated in a first ion exchange bed is introduced into a second ion exchange bed for further treatment and after this, if appropriate, into one or more further ion exchange beds , The present invention therefore also relates to a device as described above, which is characterized in that the ion exchange beds (I) are connected in series.
Die lonenaustauscherbetten weisen vorzugsweise eine Strömungsquerschnittsfläche F im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 50 m2, weiter bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 10 m2 und besonders bevorzugt von etwa 0,2 bis etwa 4 m2 auf.The ion exchange beds preferably have a flow cross-sectional area F in the range from about 0.01 to about 50 m 2 , more preferably from about 0.1 to about 10 m 2 and particularly preferably from about 0.2 to about 4 m 2 .
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 bis 200, weiter bevorzugt 2 bis 100, besonders bevorzugt 5 bis 50 in Reihe geschaltete lonenaustauscherbetten auf.The device according to the invention preferably has 2 to 200, more preferably 2 to 100, particularly preferably 5 to 50 ion exchange beds connected in series.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, wie oben beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie 5 bis 50 in Reihe geschaltete lonenaustauscherbetten aufweist, wobei jedes dieser lonenaustauscherbetten eine Strömungsquerschnittsfläche im Bereich von 0,2 bis 4 m2 aufweist.Accordingly, the present invention also relates to a device as described above, which is characterized in that it has 5 to 50 ion exchange beds connected in series, each of these ion exchange beds having a flow cross-sectional area in the range from 0.2 to 4 m 2 .
Die lonenaustauscherbetten können Festbetten oder Wirbelbetten aus Ionenaustauscherpartikeln sein. Bevorzugt werden Festbettschüttungen von Ionenaustauscherpartikeln eingesetzt. Als Ionenaustauscherpartikel werden vorzugsweise Kugeln mit einem Durchmesser im Bereich von 0,01 bis 5 mm, weiter bevorzugt von 0,05 bis 3 mm und besonders bevorzugt von 0,1 bis 1 mm eingesetzt.The ion exchange beds can be fixed beds or fluidized beds made of ion exchange particles. Fixed bed fillings of ion exchange particles are preferably used. Spheres with a diameter in the range from 0.01 to 5 mm, more preferably from 0.05 to 3 mm and particularly preferably from 0.1 to 1 mm are preferably used as ion exchange particles.
Die lonenaustauscherbetten sind vorzugsweise in räumlich voneinander getrennten Behältern angeordnet. Es ist aber auch möglich, eine gemeinsame Hülle für alle lonenaustauscherbetten vorzusehen. Bevorzugt sind rohrförmige oder zylinderförmige Behälter. Die lonenaustauscherbetten erstrecken sich bevorzugt über die gesamte Querschnittsfläche des Behälters, so daß die Strömungsquerschnittsfläche F des Ionenaustauscherbettes mit der Querschnittsfläche des Behälters übereinstimmt. Die lonenaustauscherbetten können in den Behältern beispielsweise als regellose Schüttung von Ionenaustauscherpartikeln angeordnet werden.The ion exchange beds are preferably arranged in spatially separate containers. But it is also possible to provide a common shell for all ion exchange beds. Tubular or cylindrical containers are preferred. The ion exchange beds preferably extend over the entire cross-sectional area of the container, so that the flow cross-sectional area F of the ion exchange bed corresponds to the cross-sectional area of the container. The ion exchange beds can be arranged in the containers, for example, as a random bed of ion exchange particles.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur Entfernung von Salzen aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung durch Ionenaustausch bereitgestellt. Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wasserstoffperoxid- Lösung kontinuierlich durch eine wie oben beschriebene Vorrichtung geleitet wird.The present invention also provides a method for removing salts from a hydrogen peroxide solution by ion exchange. Accordingly, the present invention also relates to a method which is characterized in that the hydrogen peroxide solution is passed continuously through a device as described above.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher die Wasserstoffperoxid-Lösung nacheinander durch mindestens zwei lonenaustauscherbetten geleitet wird, wobei die lonenaustauscherbetten in Reihe geschaltet, räumlich voneinander getrennt sind und jeweils mindestens eine eigene Druckentlasungseinrichtungen aufweisen. Durch die Aufteilung der benötigten Mengen an Ionenaustauscher auf mehrere Ionenenaustauscherbetten begrenzter Höhe wird das Gefahrenpotential bei einer einsetzenden H2O -Zersetzung weiter minimiert.An embodiment of the method is preferred in which the hydrogen peroxide solution is passed in succession through at least two ion exchange beds, the ion exchange beds being connected in series, spatially separated from one another and each having at least one pressure relief device of its own. By dividing the required amounts of ion exchanger over several ion exchanger beds of limited height, the risk potential with the onset of H 2 O decomposition is further minimized.
Die Reaktionsbedingungen, bei denen die Wasserstoffperoxid-Lösung mittels Ionenaustausch behandelt wird, werden bevorzugt so gewählt, daß die erhaltene Wasserstoffperoxid-Lösung diejenige Menge an Salz enthält, die der gewünschten Spezifikation entspricht.The reaction conditions in which the hydrogen peroxide solution is treated by means of ion exchange are preferably selected so that the hydrogen peroxide solution obtained contains the amount of salt which corresponds to the desired specification.
Die Einstellung der weiteren Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise im Hinblick auf Temperatur, Druck oder Fließgeschwindigkeit liegt innerhalb des Erfahrungsbereichs des Fachmanns, wird aber bevorzugt so gewählt, daß eine möglichst geringe Zersetzung der Wasserstoffperoxid-Lösung stattfindet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Normaldruck oder bei leichtem Unterdruck oder leichtem Überdruck, bevorzugt bis zu 3 bar, durchgeführt. Besonders bevorzugt ist die Verfahrensführung bei Normaldruck. Die Temperatur der Wasserstoffperoxid-Lösung liegt bevorzugt im Bereich von 0 bis 50 °C und besonders bevorzugt von 5 bis 20 °C. Die Strömungsgeschwindigkeit der H O2-Lösung wird vorzugsweise so gewählt, daß die mittlere Verweilzeit in jedem der lonenaustauscherbetten im Bereich von 5 Minuten bis einer Stunde liegt.The setting of the further parameters of the method according to the invention, for example with regard to temperature, pressure or flow rate, is within the range of experience of the person skilled in the art, but is preferably chosen so that the lowest possible decomposition of the hydrogen peroxide solution takes place. The process according to the invention is preferably carried out at normal pressure or at a slight negative pressure or a slight positive pressure, preferably up to 3 bar. The process control at normal pressure is particularly preferred. The temperature of the hydrogen peroxide solution is preferably in the range from 0 to 50 ° C. and particularly preferably from 5 to 20 ° C. The flow rate of the HO 2 solution is preferably chosen so that the average residence time in each of the ion exchange beds is in the range from 5 minutes to one hour.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verweilzeit der Wasserstoffperoxid-Lösung in jedem Ionenaustauscherbett (I) im Bereich von 5 Minuten bis 1 Stunde liegt.Accordingly, the present invention also relates to a process as described above, which is characterized in that the residence time of the hydrogen peroxide solution in each ion exchange bed (I) is in the range from 5 minutes to 1 hour.
Eine Wasserstoffperoxid-Lösung, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandelt wird, kann eine Wasserstoffperoxid-Konzentration im Bereich von 1 bis 75 Gew.-% aufweisen. Selbst hochkonzentrierte Wasserstoffperoxid-Lösungen mit einer Wasserstoffperoxid-Konzentration im Bereich von 40 bis 75 Gew.-% können mit der vorliegenden Erfindung mit einem hohen Maß an Sicherheit von Salzen befreit werden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösungen.A hydrogen peroxide solution which is treated in the process according to the invention and with the device according to the invention can have a hydrogen peroxide concentration in the range from 1 to 75% by weight. Even highly concentrated hydrogen peroxide solutions with a hydrogen peroxide concentration in the range from 40 to 75% by weight can be freed from salts with the present invention with a high degree of safety. These are preferably aqueous hydrogen peroxide solutions.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung, deren Salzkonzentration mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert wurde, kann in vorteilhafter Weise zur Oxidation von organischen Verbindungen, z.B. zur Herstellung von Alkylenoxiden (Epoxiden) aus Olefinen, insbesondere zur Herstellung von Propylenoxid ausgehend von Propylen, verwendet werden.The hydrogen peroxide solution treated according to the present invention, the salt concentration of which has been reduced by the method according to the invention in the device according to the invention, can advantageously be used for the oxidation of organic compounds, e.g. for the production of alkylene oxides (epoxides) from olefins, in particular for the production of propylene oxide starting from propylene.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer Wasserstoffperoxid-Lösung, deren Salzkonzentration in einem der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren reduziert wurde, zur Oxidation einer organischen Verbindung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung, wie oben beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wasserstoffperoxid-Lösung zur Herstellung eines Alkylenoxids aus einem Olefin eingesetzt wird.The present invention therefore also relates to the use of a hydrogen peroxide solution, the salt concentration of which has been reduced in one of the methods according to the invention described above, for the oxidation of an organic compound. In particular, the present invention relates to a use as described above, which is characterized in that the hydrogen peroxide solution is used to produce an alkylene oxide from an olefin.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß durch eine Reduzierung der Menge an gelösten Salzen in einer Wasserstoffperoxid-Lösung die Umsetzung einer organischen Verbindung, insbesondere eines Olefins zu einem Alkylenoxid, mit dieser Wasserstoffperoxid-Lösung mit höherer Selektivität stattfindet als es mit Wasserstoffperoxid-Lösungen des Standes der Technik der Fall ist. Insbesondere gilt dies bei Verwendung eines Katalysators, der als Aktivmetall ein Nebengruppenmetall enthält. Die Umsetzung der organischen Verbindung kann mit hoher Selektivität ohne jegliche Vorbehandlung des Katalysators oder Zusätzen zum Reaktionsgemisch durchgeführt werden, wenn die Menge an gelösten Salzen in der Wasserstoffperoxid-Lösung reduziert wird. In diesem Zusammenhang wird auf die DE-A 199 26 725.1 verwiesen, deren diesbezüglicher Inhalt durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.It has surprisingly been found that by reducing the amount of dissolved salts in a hydrogen peroxide solution, the reaction of an organic compound, in particular an olefin to an alkylene oxide, with this hydrogen peroxide solution takes place with higher selectivity than it does with hydrogen peroxide solutions of the prior art Technology is the case. This applies in particular when using a catalyst which contains a subgroup metal as active metal. The reaction of the organic compound can be carried out with high selectivity without any pretreatment of the catalyst or addition to the reaction mixture if the amount of dissolved salts in the hydrogen peroxide solution is reduced. In this connection, reference is made to DE-A 199 26 725.1, the content of which in this regard is incorporated fully into the present application by reference.
Die erfindungsgemäß behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung, die zur Umsetzung einer organischen Verbindung, insbesondere eines Olefinen zu einem Alkylenoxid, verwendet werden kann, weist vorzugsweise eine Konzentration an gelösten Anionen oder Kationen nach der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von jeweils kleiner als 100 ppm, besonders bevorzugt von maximal 60 ppm Phosphat, 30 ppm Nitrat, 30 ppm Natriumionen und 5 ppm Kaliumionen auf. Bevorzugt wird für die Umsetzung der organischen Verbindungen eine wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung eingesetzt.The hydrogen peroxide solution treated according to the invention, which can be used to convert an organic compound, in particular an olefin to an alkylene oxide, preferably has a concentration of dissolved anions or cations after treatment with the method according to the invention of in each case less than 100 ppm, particularly preferably of a maximum of 60 ppm phosphate, 30 ppm nitrate, 30 ppm sodium ions and 5 ppm potassium ions. An aqueous hydrogen peroxide solution is preferably used for the reaction of the organic compounds.
Die Wasserstoffperoxid-Konzentration der bevorzugt eingesetzten wäßrigen Wasserstoffperoxid-Lösung liegt im allgemeinen im Bereich von 1 bis 70 Gew.- %, weiter bevorzugt im Bereich von 5 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 50 Gew.-%.The hydrogen peroxide concentration of the aqueous hydrogen peroxide solution preferably used is generally in the range from 1 to 70% by weight. %, more preferably in the range from 5 to 60% by weight and particularly preferably in the range from 10 to 50% by weight.
Unter den Reaktionen, die unter Verwendung der erfindungsgemäß behandelten Wasserstoffperoxid-Lösung vorteilhaft durchgeführt werden können, seien beispielhaft die folgenden genannt: die Epoxidation von Olefinen wie z.B. die Herstellung von Propylenoxid aus Propen und H2O ; Hydroxylierungen wie z.B die Hydroxylierung mono-, bi- oder polycyclischer Aromaten zu mono-, di- oder höher substituierten Hydroxyaromaten, beispielsweise die Umsetzung von Phenol und H O zu Hydrochinon; die Oximbildung aus Ketonen unter Anwesenheit von H2O und Ammoniak (Ammonoximierung), beispielsweise die Herstellung von Cyclohexanonoxim aus Cyclohexanon; die Baeyer-Villiger-Oxidation.The reactions which can advantageously be carried out using the hydrogen peroxide solution treated according to the invention include the following: the epoxidation of olefins, such as the production of propylene oxide from propene and H 2 O; Hydroxylations such as the hydroxylation of mono-, bi- or polycyclic aromatics to mono-, di- or higher substituted hydroxyaromatics, for example the conversion of phenol and HO to hydroquinone; oxime formation from ketones in the presence of H 2 O and ammonia (ammonoximation), for example the preparation of cyclohexanone oxime from cyclohexanone; the Baeyer-Villiger oxidation.
Das eingesetzte Olefin kann eine beliebige organische Verbindung sein, die mindestens eine ethylenisch ungesättigte Doppelbindung enthält. Sie kann aliphatischer, aromatischer oder cycloaliphatischer Natur sein, sie kann aus einer linearen oder einer verzweigten Struktur bestehen. Vorzugsweise enthält das Olefin 2 bis 30 C- Atome. Es kann mehr als eine ethylenisch ungesättigte Doppelbindung vorhanden sein, so etwa in Dienen oder Trienen. Das Olefin kann zusätzliche funktioneile Gruppen wie Halogenatome, Carboxylgruppen, Carbonesterfunktionen, Hydroxylgruppen, Etherbrücken, Sulfidbrücken, Carbonyl- funktionen, Cyanogruppen oder Nitrogruppen enthalten.The olefin used can be any organic compound which contains at least one ethylenically unsaturated double bond. It can be aliphatic, aromatic or cycloaliphatic in nature, it can consist of a linear or a branched structure. The olefin preferably contains 2 to 30 carbon atoms. There may be more than one ethylenically unsaturated double bond, for example in dienes or trienes. The olefin can contain additional functional groups such as halogen atoms, carboxyl groups, carboxylic ester functions, hydroxyl groups, ether bridges, sulfide bridges, carbonyl functions, cyano groups or nitro groups.
Als Beispiele für solche organischen Verbindungen mit mindestens einer C-C- Doppelbindung seien folgende Alkene genannt:The following alkenes are mentioned as examples of such organic compounds with at least one C-C double bond:
Ethen, Propen, 1 -Buten, 2-Buten, Isobuten, Butadien, Pentene, Piperylen, Hexene, Hexadiene, Heptene, Octene, Diisobuten, Trimethylpenten, Nonene, Decen, Undecene, Dodecene, Tridecene, Tetra- bis Eicosene, Tri- und Tetrapropen, Polybutadiene, Polyisobutene, Isoprene, Terpene, Geraniol, Linalool, Linalylacetat, Methylencyclopropan, Cyclopenten, Cyclohexen, Norbornen, Cyclohepten, Vinylcyclohexan, Vinyloxiran, Vinylcyclohexen, Styrol, Cycloocten, Cyclooctadien, Vinylnorbornen, Inden, Tetrahydroinden, Methylstyrol, Dicyclopentadien, Divinylbenzol, Cyclododecen, Cyclododecatrien, Stilben, Diphenylbutadien, Vitamin A, Betacarotin, Vinylidenfluorid, Allylhalogenide, Crotylchlorid, Methallylchlorid, Dichlorbuten, Allylalkohol, Methallylalkohol, Butenole, Butendiole, Cyclopentendiole, Pentenole, Octadienole, Tridecenole, ungesättigte Steroide, Ethoxyethen, Isoeugenol, Anethol, ungesättigte Carbonsäuren wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Vinylessigsäure, ungesättigte Fettsäuren, wie z.B. Ölsäure, Linolsäure, Palmitinsäure oder natürlich vorkommende Fette und Öle.Ethene, propene, 1-butene, 2-butene, isobutene, butadiene, pentene, piperylene, hexene, hexadiene, heptene, octene, diisobutene, trimethylpentene, nonene, decene, undecene, dodecene, tridecene, tetra- to eicosene, tri- and Tetrapropene, polybutadienes, polyisobutenes, isoprene, terpenes, geraniol, linalool, linalyl acetate, methylene cyclopropane, cyclopentene, cyclohexene, norbornene, cycloheptene, Vinylcyclohexane, vinyloxirane, vinylcyclohexene, styrene, cyclooctene, cyclooctadiene, vinylnorbornene, indene, tetrahydroindene, methylstyrene, dicyclopentadiene, divinylbenzene, cyclododecene, cyclododecatriene, stilbene, diphenylbutadiene, vitamin A, beta-carotene, vinylidene fluoride, allyl halides, crotyl chloride, methallyl chloride, dichlorobutene, allyl alcohol, methallyl alcohol , Butenols, butenediols, cyclopentenediols, pentenols, octadienols, tridecenols, unsaturated steroids, ethoxyethene, isoeugenol, anethole, unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, vinyl acetic acid, unsaturated fatty acids such as oleic acid, linoleic acid, naturally occurring, palatal acid and oils.
Auch Mischungen der genannten Olefine können in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäß behandelten Wasserstoffperoxid-Lösung epoxidiert werden. Besonders vorteilhaft können Alkene verwendet werden, die 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten, wie Ethen, Propen, und Buten. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäß behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung zur Epoxidierung von Propen zu Propylenoxid.Mixtures of the olefins mentioned can also advantageously be epoxidized with the hydrogen peroxide solution treated according to the invention. Alkenes containing 2 to 8 carbon atoms, such as ethene, propene and butene, can be used particularly advantageously. The hydrogen peroxide solution treated according to the invention is particularly suitable for the epoxidation of propene to propylene oxide.
Zur Umsetzung der organischen Verbindungen mit der erfindungsgemäß behandelten Wasserstoffperoxid-Lösung können prinzipiell alle heterogenen Katalysatoren eingesetzt werden, die für die Umsetzung einer organischen Verbindung mit einer Wasserstoffperoxid-Lösung geeignet sind.In principle, all heterogeneous catalysts which are suitable for reacting an organic compound with a hydrogen peroxide solution can be used to react the organic compounds with the hydrogen peroxide solution treated according to the invention.
Bevorzugt werden dabei Katalysatoren verwendet, die ein poröses oxidisches Material wie beispielsweise einen Zeolith umfassen. Vorzugsweise werden Katalysatoren eingesetzt, die als poröses oxidisches Material einen Titan-, Vanadium-, Chrom-, Niob- oder Zirkoniumhaitigen Zeolith umfassen.Catalysts are preferably used which comprise a porous oxidic material such as a zeolite. Catalysts are preferably used which comprise a zeolite containing titanium, vanadium, chromium, niobium or zirconium as the porous oxidic material.
Zeolithe sind bekanntermaßen kristalline Alumosilicate mit geordneten Kanal- und Käfigstrukturen, deren Porenöffnungen im Bereich von Mikroporen kleinerZeolites are known to be crystalline aluminosilicates with ordered channel and cage structures, the pore openings of which are smaller in the area of micropores
0,9 nm liegen. Das Netzwerk solcher Zolithe ist aufgebaut aus SiO4 " und AlO4 " - Tetraedern, die über die gemeinsamen Sauerstoffbrücken verbunden sind. Eine Übersicht der bekannten Strukturen findet sich beispielsweise bei M. W. Meier, D. H. Olson, Ch. Baerlocher „Atlas of Zeolite Structure Types" 4. Auflage, Elsevier, London, 1996.0.9 nm. The network of such Zolithe is made up of SiO 4 " and AlO 4 " - Tetrahedra connected by the common oxygen bridges. An overview of the known structures can be found, for example, in MW Meier, DH Olson, Ch. Baerlocher "Atlas of Zeolite Structure Types" 4th edition, Elsevier, London, 1996.
Zum Ausgleich der negativen Elektrovalenz, die durch den Einbau von Al(III) in das Si(IV)-Silicatgitter entsteht, findet man bei Zeolithen austauschfähige Kationen, insbesondere kann es sich dabei je nach Herstellverfahren um Kationen des Natriums, Kaliums, Lithiums oder Cäsiums handeln. Ersetzt man diese Kationen gegen Protonen, beispielsweise durch einen Ionenaustausch, so enthält man die entsprechend aziden Festkörper mit Zeolithstruktur, die sogenannte H- Form.To compensate for the negative electrovalence caused by the incorporation of Al (III) into the Si (IV) silicate lattice, exchangeable cations can be found in zeolites; in particular, depending on the production process, they can be cations of sodium, potassium, lithium or cesium act. If these cations are replaced by protons, for example by ion exchange, then the correspondingly acidic solid with a zeolite structure, the so-called H form, is contained.
Es sind nun auch Zeolithe bekannt, die kein Aluminium enthalten und bei denen im Silikatgitter an Stelle des Si(IV) teilweise Titan als Ti(IV) steht. Diese Titanzeohthe, insbesondere solche mit einer Kristallstruktur vom MFI-Typ, sowie Möglichkeiten zu Ihrer Herstellung sind beispielsweise in der EP-A 0 311 983 oder EP-A 405 978 beschrieben. Außer Silicium und Titan können solche Materialien auch zusätzlicheZeolites are now also known which do not contain aluminum and in which titanium (Ti) is partly substituted for Si (IV) in the silicate lattice. These titanium noethes, in particular those with an MFI-type crystal structure, and possibilities for their production are described, for example, in EP-A 0 311 983 or EP-A 405 978. In addition to silicon and titanium, such materials can also be additional
Elemente wie z. B. Aluminium, Zirkonium, Zinn, Eisen, Kobalt, Nickel, Gallium, Bor oder geringe Menge an Fluor enthalten. In den Zeolith-Katalysatoren kann dasElements such as As aluminum, zirconium, tin, iron, cobalt, nickel, gallium, boron or a small amount of fluorine. In the zeolite catalysts this can
Titan des Zeoliths teilweise oder vollständig durch Vanadium, Zirkonium, Chrom oder Niob oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon ersetzt sein. Das molareTitanium of the zeolite can be partially or completely replaced by vanadium, zirconium, chromium or niobium or a mixture of two or more thereof. The molar
Verhältnis von Titan und/oder Vanadium, Zirkonium, Chrom oder Niob zur Summe aus Silicium und Titan und/oder Vanadium und/oder Zirkonium, und/oder Chrom und/oder Niob liegt in der Regel im Bereich von 0,01 : 1 bis 0,1 : 1.The ratio of titanium and / or vanadium, zirconium, chromium or niobium to the sum of silicon and titanium and / or vanadium and / or zirconium, and / or chromium and / or niobium is generally in the range from 0.01: 1 to 0 , 1: 1.
Titanzeohthe mit MFI-Struktur sind dafür bekannt, daß sie über ein bestimmtes Muster bei der Bestimmung ihrer Röntgenbeugungsaufnahmen sowie zusätzlich über eine Gerüstschwingungsbande im Infrarotbereich (TR) bei etwa 960 cm"1 identifiziert werden können. Vorzugsweise werden Ti-, Ge-, Te-, Ta-, V-, Cr-, Nb-, Zr-Zeolithe und insbesondere Ti-Zeolithe, eingesetzt.Titanium ohms with an MFI structure are known to be identified by a certain pattern in the determination of their X-ray diffraction images and additionally by a framework vibration band in the infrared region (TR) at about 960 cm "1 . Ti, Ge, Te, Ta, V, Cr, Nb, Zr zeolites and in particular Ti zeolites are preferably used.
Dabei sind im einzelnen Ti-, Ge-, Te-, Ta-, V-, Cr-, Nb- oder Zr-Zeolithe des Strukturtyps MWW, MTN, RTH, FAU, LTA, BEA, MOR, TON, MTW, FER, MFI, MEL, CHA, ERI, RHO, GIS, BOG, NON, EMT, HEU, KFI, TAU, DDR, MTT, RUT, LTL, MAZ, GME, NES, OFF, SGT, EUO, MFS, MCM-22, MTF-, MFI/MEL-Mischstruktur sowie ITQ-4 oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon, wobei wiederum die mit MFI-Struktur, BEA-Struktur, MEL-Struktur, ITQ-4 bzw. MFI MEL-Mischstruktur als besonders bevorzugt anzusehen sind. Zeolithe dieses Typs sind beispielsweise in der oben erwähnten Literaturstelle von W M. Meier et al. beschrieben.Here, Ti, Ge, Te, Ta, V, Cr, Nb or Zr zeolites of the structure type MWW, MTN, RTH, FAU, LTA, BEA, MOR, TON, MTW, FER, MFI, MEL, CHA, ERI, RHO, GIS, BOG, NON, EMT, HEU, KFI, TAU, DDR, MTT, RUT, LTL, MAZ, GME, NES, OFF, SGT, EUO, MFS, MCM-22, MTF, MFI / MEL mixed structure and ITQ-4 or a mixture of two or more thereof, with those with MFI structure, BEA structure, MEL structure, ITQ-4 or MFI MEL mixed structure to be regarded as particularly preferred are. Zeolites of this type are described, for example, in the above-mentioned literature by W. M. Meier et al. described.
Als besonders bevorzugte Katalysatoren sind im einzelnen die Ti-enthaltenden Zeolith-Katalysatoren, die im allgemeinen als "TS-1", "TS-2", "TS-3", „ZSM-48" und „ZSM-12", jeweils mit Ti, TTM-1, Ti-RUT, Ti-MCM-35, titanhaltige Zeolithe des Typs „UTD-1", „CIT-5" und „SSZ-24" sowie Ti-Zeolithe mit einer zu Zeolith- beta-isomorphen Gerüststruktur zu nennen.In particular, the Ti-containing zeolite catalysts, which are generally referred to as "TS-1", "TS-2", "TS-3", "ZSM-48" and "ZSM-12", are particularly preferred catalysts with Ti, TTM-1, Ti-RUT, Ti-MCM-35, titanium-containing zeolites of the type "UTD-1", "CIT-5" and "SSZ-24" as well as Ti zeolites with a zeolite beta-isomorphic To name scaffolding structure.
Zum Beispiel werden Titanzeohthe eingesetzt, wie sie beispielsweise aus der US 3,329,481 bekannt sind. Bei derartigen Titanzeolithen wird ein Teil des ursprünglich im Silicatgitter vorhandenem Si(IV) durch Titan als Ti(IV) ersetzt. Weitere Titanzeolithe, insbesondere solche mit einer Kristallstruktur MFI-Typ sowie Möglichkeiten zu ihrer Herstellung sind u.a. in der US 4,410,501, EP-A 0 311 983, US 4,666,692, DE-A 3 047 798 oder in der BE 1 001 038 beschrieben, deren diesbezüglicher Inhalt vollumfanglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Weitere gut einsetzbare titanhaltige Zeolithe, die eine von der MFI-Struktur verschiedene Struktur aufweisen, sind beispielsweise in der EP-A 0 405 978 beschrieben. Außer Silicium und Titan können derartige Zeolithe auch zusätzliche Elemente wie Aluminium (beschrieben u.a. in der DE-A 31 41 283), Gallium (EP-A 0 266 825), Bor (US 4,666,692) oder geringe Mengen an Fluor (EP-A 0 292 363) enthalten. Bezüglich der dort beschriebenen Zeolithe wird auch der Inhalt der vorstehend beschriebenen Druckschriften vollumfänglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung einbezogen.For example, titanium zothes are used, as are known, for example, from US Pat. No. 3,329,481. In such titanium zeolites, part of the Si (IV) originally present in the silicate lattice is replaced by titanium as Ti (IV). Further titanium zeolites, in particular those with a MFI-type crystal structure, and possibilities for their production are described, inter alia, in US Pat Content is fully included in the context of the present application. Further easily usable titanium-containing zeolites which have a structure different from the MFI structure are described, for example, in EP-A 0 405 978. In addition to silicon and titanium, such Zeolites also contain additional elements such as aluminum (described inter alia in DE-A 31 41 283), gallium (EP-A 0 266 825), boron (US 4,666,692) or small amounts of fluorine (EP-A 0 292 363). With regard to the zeolites described there, the content of the publications described above is also included in full in the context of the present application.
Weitere zur Umsetzung einer organischen Verbindung mit einer erfindungsgemäß behandelten Wasserstoffperoxid-Lösung verwendbare Zeolith-Katalysatoren sind u. a. in US-A 5,430,000 und WO 94/29408 beschrieben, deren diesbezüglicher Inhalt unter Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.Other zeolite catalysts which can be used to react an organic compound with a hydrogen peroxide solution treated according to the invention include a. in US-A 5,430,000 and WO 94/29408, the relevant content of which is incorporated by reference into the present application.
Als weitere titanhaltige Zeolithe sind solche mit der Struktur des ZSM-48, ZSM-12, Ferrierit oder ß-Zeolith und des Mordenits zu nennen.Other titanium-containing zeolites are those with the structure of ZSM-48, ZSM-12, ferrierite or β-zeolite and mordenite.
Ferner lassen sich folgende Zeolith-Katalysatoren verwenden:The following zeolite catalysts can also be used:
Katalysatoren mit Zeolith-Struktur, wie sie in der DE-A 196 23 611.8 beschrieben sind, die hiermit bzgl. der darin beschriebenen Katalysatoren vollumfänghch in den Kontext der vorliegenden Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen wird.Catalysts with a zeolite structure, as described in DE-A 196 23 611.8, which is hereby fully incorporated by reference into the context of the present application with respect to the catalysts described therein.
Dabei handelt es sich um Oxidationskatalysatoren auf der Basis von Titan- oder Vanadiumsilikaten mit Zeolith-Struktur, wobei bzgl. der Zeolith-Struktur auf die vorstehend als bevorzugt angegebenen Strukturen verwiesen wird. Diese Katalysatoren sind dadurch gekennzeichnet, daß sie, wie in obiger Anmeldung detailliert beschrieben, durch verfestigende Formgebungsprozesse geformt werden.These are oxidation catalysts based on titanium or vanadium silicates with a zeolite structure, reference being made to the structures indicated above as preferred with regard to the zeolite structure. These catalysts are characterized in that, as described in detail in the above application, they are shaped by solidifying shaping processes.
Ferner können Oxidationskatalysatoren auf der Basis von Titan- oder Vanadiumsilikaten mit Zeolith-Struktur mit einem Gehalt von 0,01 bis 30 Gew.-% an einem oder mehreren Edelmetallen aus der Gruppe Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Rhenium, Gold und Silber, die ebenfalls dadurch gekennzeichnet sind, daß sie durch verfestigende Formgebungsprozesse geformt worden sind, verwendet werden. Derartige Katalysatoren sind in der DE-A 196 23 609.6 beschrieben, die hiermit bzgl. der darin beschriebenen Katalysatoren vollumfänglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen wird.Oxidation catalysts based on titanium or vanadium silicates with a zeolite structure with a content of 0.01 to 30 wt or several noble metals from the group of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, rhenium, gold and silver, which are also characterized in that they have been formed by solidifying shaping processes. Such catalysts are described in DE-A 196 23 609.6, which is hereby fully incorporated by reference into the context of the present application with respect to the catalysts described therein.
Bezüglich der verfestigenden Formgebungsprozesse, der Bindemittel sowie der Hilfsmittel und der Struktur der Oxidationskatalysatoren wird auf die DE-A 196 23 611.8 Bezug genommen.With regard to the solidifying shaping processes, the binders and the auxiliaries and the structure of the oxidation catalysts, reference is made to DE-A 196 23 611.8.
Der in der DE-A 196 23 609.6 beschriebene Oxidationskatalysator weist einen Gehalt von 0,01 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 15 Gew.-%, vor allem 0,1 bis 8 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Menge der Titan- oder Vanadium-Zeolithe, der genannten Edelmetallen auf. Hierbei wird Palladium besonders bevorzugt. Die Edelmetalle können auf den Katalysator in Form geeigneter Edeimetall- komponenten, beispielsweise in Form von wasserlöslichen Salzen, vor, während oder im Anschluß an den verfestigenden Formgebungsschritt aufgebracht werden.The oxidation catalyst described in DE-A 196 23 609.6 has a content of 0.01 to 30% by weight, in particular 0.05 to 15% by weight, especially 0.1 to 8% by weight, in each case based on the amount of titanium or vanadium zeolites, the precious metals mentioned. Palladium is particularly preferred. The noble metals can be applied to the catalyst in the form of suitable base metal components, for example in the form of water-soluble salts, before, during or after the solidifying shaping step.
Ferner können die folgenden Katalysatoren verwendet werden:The following catalysts can also be used:
Ein mindestens ein poröses oxidisches Material enthaltenden Formkörper, der erhältlich ist durch ein Verfahren, das die folgenden Stufen umfaßt: (I) Versetzen eines Gemischs enthaltend ein poröses oxidisches Material oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon mit einer Mischung enthaltend mindestens einen Alkohol und Wasser, und (II) Kneten, Verformen, Trocknen und Calcinieren des gemäß Stufe (I) versetzten Gemischs.A molded article containing at least one porous oxidic material, obtainable by a process comprising the following steps: (I) adding a mixture containing at least one alcohol and water to a mixture containing a porous oxidic material or a mixture of two or more thereof , and (II) Kneading, shaping, drying and calcining the mixture added in step (I).
Details bezüglich dieses Katalysators sind der DE-A 197 23 751.7 zu entnehmen, die hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.Details regarding this catalyst can be found in DE-A 197 23 751.7, which is hereby fully incorporated by reference into the context of the present application.
Ferner können erfmdungs gemäß Siliciumdioxid enthaltende Feststoffe, herstellbar durch ein Verfahren, das die folgende Stufe (A) umfaßt: (A) Inkontaktbringen mindestens eines Vorläufers von Siliciumdioxid mit mindestens einem Strukturbildner in einem flüssigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß der Strukturbildner ein Polyethylenimin oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon ist, eingesetzt werden.Solids containing silicon dioxide can also be produced by a process which comprises the following step (A): (A) contacting at least one precursor of silicon dioxide with at least one structuring agent in a liquid medium, characterized in that the structuring agent is a polyethyleneimine or a Mixture of two or more of them is used.
Details bezüglich dieses Feststoffs sind der DE-A 197 32 865.2, deren diesbezüglicher Kontext vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen wird, zu entnehmen.Details regarding this solid can be found in DE-A 197 32 865.2, the relevant context of which is fully incorporated in the present application by reference.
Weitere gut einsetzbare Katalysatoren stellen Formkörper dar, die einen inerten Träger und darauf aufgebracht mindestens ein Silicat, vorzugsweise ein kristallines Silicat, umfassen, erhältlich durch Aufbringen eines Gemischs enthaltend mindestens ein Silicat und mindestens einen Metallsäureester oder ein Hydrolysat davon oder eine Kombination aus Metallsäureester und Hydrolysat davon auf den inerten Träger, wie sie in der DE-A 197 54 924.1 beschrieben sind, wobei der diesbezügliche Inhalt dieser Anmeldung ebenfalls durch Bezugnahme in die vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.Other catalysts which can be used are moldings which comprise an inert support and at least one silicate, preferably a crystalline silicate, applied thereon, obtainable by applying a mixture comprising at least one silicate and at least one metal acid ester or a hydrolyzate thereof or a combination of metal acid ester and hydrolyzate of which on the inert carrier as described in DE-A 197 54 924.1, the relevant content of this application also being incorporated into the present application by reference.
Ferner können Formkörper, umfassend mindestens ein Silicat und mindestens ein Metalloxid, herstellbar durch ein Verfahren, das die folgende Stufe (i) umfaßt: (i) Vermischen des mindestens einen Silicats mit mindestens einem Metalloxidsol, das einen niedrigen Gehalt an Alkali- und Erdalkalimetallionen aufweist, wie sie in der DE-A 198 15 879.3 beschrieben sind, verwendet werden.Shaped bodies comprising at least one silicate and at least one metal oxide can also be produced by a process which comprises the following step (i): (i) Mixing the at least one silicate with at least one metal oxide sol which has a low content of alkali and alkaline earth metal ions, as described in DE-A 198 15 879.3, can be used.
Der diesbezügliche Inhalt dieser Anmeldung wird ebenfalls durch Bezugnahme in den Kontext der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.The relevant content of this application is also incorporated by reference into the context of the present application.
Ferner lassen sich erfindungsgemäß Titansilicalite mit RUT-Struktur, herstellbar durch ein Verfahren, das die Schritte (a) und (b) umfaßt:According to the invention, titanium silicalites with a RUT structure can also be produced by a process which comprises steps (a) and (b):
(a) Herstellen einer Mischung aus mindestens einer SiO2-Quelle und mindestens einer Titan-Quelle;(a) producing a mixture of at least one SiO 2 source and at least one titanium source;
(b) Kristallisation der Mischung aus (a) in einem Druckbehälter unter Zugabe mindestens einer Schablonenverbindung, wobei eine Suspension erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Schablonenverbindung Amine oder Ammoniumsalze eingesetzt werden, die zur Stabilisierung von Käfigen der Silicatstruktur [445462] und [44566581] geeignet sind, verwendet werden.(b) Crystallization of the mixture from (a) in a pressure vessel with addition of at least one template compound, whereby a suspension is obtained, characterized in that amine or ammonium salts are used as template compound, which are used to stabilize cages of the silicate structure [4 4 5 4 6 2 ] and [4 4 5 6 6 5 8 1 ] are used.
Details bezüglich dieser Katalysatoren lassen sich der DE-A 198 39 792.5 entnehmen.Details regarding these catalysts can be found in DE-A 198 39 792.5.
Darüber hinaus lassen sich die in der DE-A 198 47 630.2 beschriebenen Siliciumdioxide mit Meso- und Mikroporen verwenden, die vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Merkmale (x) bis (z) aufweisen:In addition, the silicas described in DE-A 198 47 630.2 with mesopores and micropores can be used, which preferably have one or more of the following features (x) to (z):
(x) Eine Summe der spezifischen Oberflächen der Meso- und Mikroporen von mindestens 200 m2/g;(x) a sum of the specific surfaces of the meso and micro pores of at least 200 m 2 / g;
(y) eine Summe der Porenvolumen der Meso- und Mikroporen von mindestens 0,2 ml/g; (z) ein Maximum der Porendurchmesserverteilung der Mesoporen bei mindestens 3 nm.(y) a sum of the pore volumes of the mesopores and micropores of at least 0.2 ml / g; (z) a maximum of the pore diameter distribution of the mesopores at at least 3 nm.
Weitere Details bezüglich dieser Katalysatoren lassen sich der oben erwähnten Anmeldung entnehmen, deren diesbezüglicher Kontext vollumfänglich durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.Further details regarding these catalysts can be found in the above-mentioned application, the relevant context of which is fully incorporated by reference into the present application.
Die Umsetzung der organischen Verbindung mit der erfindungsgemäß behandelten Wasserstoffperoxid-Lösung kann prinzipiell mit allen üblichen Umsetzungsfahrweisen und in allen üblichen Reaktortypen durchgeführt werden, beispielsweise in Suspensionsfahrweise oder in einer Festbettanordnung. Man kann kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten. Vorzugsweise wird die Umsetzung jedoch in einer Festbettapparatur durchgeführt. Ein Druck von 1 bis 100 bar ist hierbei bevorzugt. Die Umsetzung kann mit Lösungsmitteln wie Wasser, Alkoholen, z.B. Methanol, Ethanol, iso-Propanol oder tert.-Butanol, oder Mischungen hiervon durchgeführt werden. Bevorzugt werden als Lösungsmittel Mischungen aus Methanol und Wasser, besonders bevorzugt wird Methanol eingesetzt. Die Umsetzung kann bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 100 °C, bevorzugt von 20 bis 90°C und besonders bevorzugt von 25 bis 60°C durchgeführt werden.The reaction of the organic compound with the hydrogen peroxide solution treated in accordance with the invention can in principle be carried out using all customary reaction procedures and in all customary reactor types, for example in a suspension procedure or in a fixed bed arrangement. You can work continuously or discontinuously. However, the reaction is preferably carried out in a fixed bed apparatus. A pressure of 1 to 100 bar is preferred. The reaction can be carried out with solvents such as water, alcohols, e.g. Methanol, ethanol, iso-propanol or tert-butanol, or mixtures thereof can be carried out. Mixtures of methanol and water are preferred as solvents, and methanol is particularly preferably used. The reaction can be carried out at temperatures in the range from 0 to 100 ° C., preferably from 20 to 90 ° C. and particularly preferably from 25 to 60 ° C.
Für vorstehend beschriebene Umsetzung einer organischen Verbindung kann eine fertige, kommerziell erhältliche H2O2-Lösung eingesetzt werden, deren Salzgehalt gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert wurde.A finished, commercially available H 2 O 2 solution whose salt content has been reduced in accordance with the present invention can be used for the reaction of an organic compound described above.
Es besteht außerdem die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren in ein herkömmliches Anthrachinonverfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid zu integrieren, um eine Wasserstoffperoxid-Lösung mit reduziertem Salzgehalt zu erhalten. Das Anthrachinonverfahren, mittels dessen praktisch die gesamte Menge des weltweit produzierten Wasserstoffperoxids (> 2 Mio. t a) hergestellt wird, beruht auf der katalytischen Hydrierung einer Anthrachinon-Verbindung zur entsprechenden Anthrahydrochinon-Verbindung, nachfolgender Umsetzung derselben mit Sauerstoff unter Bildung von Wasserstoffperoxid und anschließender Abtrennung des gebildeten Wasserstoffperoxids durch Extraktion mit Wasser. Dabei werden die verwendeten Anthrachinon-Verbindungen in der Regel in einem Gemisch mehrerer organischer Lösungsmittel gelöst. Die resultierende Lösung wird als Arbeitslösung bezeichnet. Diese Arbeitslösung wird beim Anthrachinon-Verfahren in der Regel kontinuierlich durch die oben beschriebenen Stufen des Verfahrens geführt, wobei nach Bildung des Wasserstoffperoxids dieses mit Wasser von der Arbeitslösung extrahiert wird. Der Katalysezyklus wird durch erneute Hydrierung der rückgebildeten Anthrachinon- Verbindung geschlossen. Das Wasser, welches nach der Extraktion das Wasserstoffperoxid in Lösung erhält, kann dann mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandelt werden und damit der Salzgehalt auf ein gewünschtes Maß gesenkt.There is also the possibility of integrating the process according to the invention into a conventional anthraquinone process for the production of hydrogen peroxide in order to obtain a hydrogen peroxide solution with a reduced salt content. The anthraquinone process, by means of which practically the entire amount of hydrogen peroxide produced worldwide (> 2 million ta) is produced, is based on the catalytic hydrogenation of an anthraquinone compound corresponding anthrahydroquinone compound, subsequent reaction thereof with oxygen to form hydrogen peroxide and subsequent separation of the hydrogen peroxide formed by extraction with water. The anthraquinone compounds used are usually dissolved in a mixture of several organic solvents. The resulting solution is called a working solution. In the anthraquinone process, this working solution is generally passed continuously through the stages of the process described above, and after the hydrogen peroxide has been formed, it is extracted from the working solution with water. The catalytic cycle is closed by renewed hydrogenation of the re-formed anthraquinone compound. The water which receives the hydrogen peroxide in solution after the extraction can then be treated with the method according to the invention or the device according to the invention and thus the salt content can be reduced to a desired level.
Das zur Extraktion verwendete Wasser weist hierbei schon vor der Extraktion vorzugsweise einen Phosphat-, Nitrat- und Natriumionengehalt auf, der eine unter sicherheitstechnischen Aspekten unbedenkliche Extraktion gewährleistet, d.h. in der Regel jeweils etwa 100 ppm bis maximal etwa 5000 ppm.The water used for the extraction preferably already has a phosphate, nitrate and sodium ion content before the extraction, which ensures extraction that is harmless from a safety point of view, i.e. usually about 100 ppm to a maximum of about 5000 ppm.
Einen Überblick über das Anthrachinon-Verfahren gibt Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Bd. A13, S. 447-456.An overview of the anthraquinone process is given by Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Vol. A13, pp. 447-456.
Die vorliegende Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens können Wasserstoffperoxid-Lösungen durch Ionenaustausch nahezu vollständig und in kontinuierlicher Fahrweise von Salzen befreit werden. Eine einsetzende H O - Zersetzung, die mit einer starken Gasentwicklung verbunden ist, stellt selbst bei stark konzentrierten Wasserstoffperoxid-Lösungen kein Gefahrenpotential dar. Entstehende Gase können das Ionenaustauscherbett schnell verlassen, so daß sich in dem Ionenaustauscherbett kein Druck aufbauen kann, der zum Zerbersten der Vorrichtung fuhren kann. Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit Wasserstoffperoxid-Lösungen beispielsweise direkt nach ihrer Herstellung im Herstellerbetrieb in großtechnischem Maßstab von Salzen zu befreien. Dies ist dadurch möglich, daß es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Verfahren handelt, das ein hohes Maß an Sicherheit bietet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung können pro Zeiteinheit große Mengen an Wasserstoffperoxid-Lösungen aufbereitet werden.The present invention has numerous advantages. With the aid of the device according to the invention or the method according to the invention, hydrogen peroxide solutions can be freed of salts almost completely and in a continuous manner by ion exchange. The onset of HO decomposition, which is associated with a strong evolution of gas, does not pose any danger potential even with highly concentrated hydrogen peroxide solutions. Gases formed can quickly leave the ion exchange bed, so that no pressure can build up in the ion exchange bed, which can lead to the device bursting. The present invention offers the possibility of freeing hydrogen peroxide solutions from salts, for example, directly after their manufacture in the manufacturer's plant on an industrial scale. This is possible because the process according to the invention is a continuous process which offers a high degree of security. With the method according to the invention or the device according to the invention, large amounts of hydrogen peroxide solutions can be processed per unit of time.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen, der nachfolgenden, darauf bezogenen Beschreibung sowie Beispiel und Vergleichsbeispiel näher erläutert.The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, the following description relating thereto, as well as examples and comparative examples.
Die Zeichnungen zeigen inThe drawings show in
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste bevorzugteFig. 1 shows a schematic representation of a first preferred
Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, inEmbodiment of the present invention, in
Fig. 2 in schematischer Zeichnung eine zweite bevorzugteFig. 2 in a schematic drawing a second preferred
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und inEmbodiment of the present invention, and in
Fig. 3 in schematischer Zeichnung eine dritte bevorzugteFig. 3 in a schematic drawing a third preferred
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Embodiment of the present invention.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entfernung von Salzen aus Wasserstoffperoxid-Lösungen durch Ionenaustausch weist eine Anzahl N von Behältern B auf. Die Behälter B sind in Reihe bzw. Kaskade geschaltet. In jedem der Behälter B ist ein Ionenaustauscherbett I angeordnet. Es handelt sich hierbei um ein Festbett von partikelformigem Ionenaustauschermaterial. Die Behälter B weisen einen kreisförmigen Strömungsquerschnitt auf. Die lonenaustauscherbetten I besitzen eine Strömungsquerschnittsfläche F und eine Höhe H. Die Strömungsquerschnittsfläche F ist bezogen auf den leeren Strömungsquerschnitt. Die Strömungsquerschnittsfläche F stimmt demgemäß mit der Querschnittsfläche der Behälter B überein. Der erste Behälter in der Kaskade von Behältern B ist mit Bls der letzte Behälter mit der Bezugsziffer B bezeichnet. Jeder Behälter B weist eine Druckentlastungseinrichtung D, beispielsweise in Form eines Sicherheitsventils, einer Berstscheibe oder einer einfachen Druckentlastungsöffnung auf.Figure 1 shows a schematic representation of a first preferred embodiment of the present invention. The device according to the invention for removing salts from hydrogen peroxide solutions by ion exchange has a number N of containers B. The containers B are connected in series or cascade. An ion exchange bed I is arranged in each of the containers B. It is a fixed bed from particulate ion exchange material. The containers B have a circular flow cross section. The ion exchange beds I have a flow cross-sectional area F and a height H. The flow cross-sectional area F is based on the empty flow cross-section. The flow cross-sectional area F accordingly corresponds to the cross-sectional area of the container B. The first container in the cascade of containers B is denoted by B ls, the last container by the reference number B. Each container B has a pressure relief device D, for example in the form of a safety valve, a rupture disk or a simple pressure relief opening.
Die zu behandelnde Wasserstoffperoxid-Lösung wird entlang der Leitung 1 von oben in den Behälter \ eingespeist. Die in dem ersten Ionenaustauscherbett Ij behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung verläßt den Behälter Bj unterhalb des Behälters B-. durch die Leitung 2. Die Leitung 2 verbindet das untere Ende des Behälters Bj. mit dem oberen Ende des darauffolgenden, zweiten Behälters B. Über dieser Leitung wird die in dem Behälter Bi mit dem Ionenaustauscherbett Ij behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung von oben in den zweiten Behälter B eingespeist. In der Zeichnung soll mit der runden Klammer mit dem Index N-2 angedeutet werden, daß weitere Behälter mit weiteren lonenaustauscherbetten in dieser Kaskade angeordnet sein können. Die Einspeisung der zu behandelnden Lösung erfolgt bei allen Behältern B in der vorstehend beschriebenen Weise, nämlich der Zufuhrung der zu behandelnden Wasserstoffperoxid-Lösung von oben in den Behälter B und der Abführung der behandelten Wasserstoffperoxid- Lösung am unteren Ende der jeweiligen Behälter B bzw. der jeweiligen lonenaustauscherbetten I. Auch in dem letzten Behälter BN wird die Wasserstoffperoxid-Lösung von oben in den Behälter eingeleitet und die fertige Wasserstoffperoxid-Lösung am unteren Ende durch die Leitung N+l abgeführt.The hydrogen peroxide solution to be treated is fed along the line 1 from above into the container \ . The hydrogen peroxide solution treated in the first ion exchange bed Ij leaves the container Bj below the container B-. through line 2. Line 2 connects the lower end of the tank Bj . with the upper end of the subsequent, second container B. Via this line, the hydrogen peroxide solution treated in the container Bi with the ion exchange bed Ij is fed into the second container B from above. In the drawing, the round bracket with the index N-2 is intended to indicate that further containers with further ion exchange beds can be arranged in this cascade. The solution to be treated is fed into all containers B in the manner described above, namely the supply of the hydrogen peroxide solution to be treated from above into container B and the removal of the treated hydrogen peroxide solution at the lower end of the respective container B or respective ion exchange beds I. Also in the last container B N , the hydrogen peroxide solution is introduced into the container from above and the finished hydrogen peroxide solution is discharged at the lower end through line N + 1.
Die Höhe H des Ionenaustauscherbettes ist kleiner oder gleich 2,5 • F , wobei F die Strömungsquerschnittsfläche des Ionenaustauscherbettes darstellt. Bei einem kreisrunden Querschnitt des Ionenaustauscherbettes berechnet sich die Strömungsquerschnittsfläche F gemäß folgender Formel:The height H of the ion exchange bed is less than or equal to 2.5 • F, where F represents the flow cross-sectional area of the ion exchange bed. At a circular cross section of the ion exchanger bed, the flow cross-sectional area F is calculated according to the following formula:
F = π • r2 = (π/4) • d: 2F = π • r 2 = (π / 4) • d : 2
wobei r dem Radius des Ionenaustauscherbettes entspricht und d dem Durchmesser. Bevorzugt ist die Höhe H des Ionenaustauscherbettes kleiner oder gleich 1,5 - F1/2 where r corresponds to the radius of the ion exchange bed and d to the diameter. The height H of the ion exchange bed is preferably less than or equal to 1.5 - F 1/2
Figur 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausf hrungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugsziffern in den Figuren 2 und 1 bezeichnen gleiche Teile. Es wird insofern auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen. Figur 2 zeigt im Gegensatz zu Figur 1 eine Ausfuhrungsform, bei welcher die Behälter B zur Druckentlastung nach oben offen gehalten sind und die Wasserstoffperoxid- Lösung jeweils von unten in die Behälter B eingespeist wird. Durch einen seitlichen Überlauf an jedem Behälter B verläßt die in den Behältern behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung die Behälter und wird jeweils dem nachfolgenden Behälter an seinem unteren Ende zugeführt. Der seitliche Überlauf ist derart gestaltet, daß die Wasserstoffperoxid-Lösung jeweils mit der gesamten lonenaustauscherfläche der lonenaustauscherbetten in Kontakt steht. Der Überlauf befindet sich demgemäß oberhalb des oberen Endes der lonenaustauscherbetten. Die von Salzfrachten zu befreiende Wasserstoffperoxid-Lösung wird mittels Leitung 1 von unten in den Behälter Bi eingeleitet, in welchem das Ionenaustauscherbett I-. angeordnet ist. Die in dem Ionenaustauscherbett Ij. behandelte Lösung verläßt den Behälter B\ über den Überlauf des Behälters B\ und wird mittels einer Leitung 2 in den nachfolgenden Behälter B von unten eingespeist. Die in dem zweiten Behälter behandelte Lösung kann weiter in einem dritten, vierten usw.Behälter behandelt werden. Den letzten Behälter B verläßt die fertig behandelte H2O2-Lösung über den Überlauf des Behälters BN und wird über Leitung N+l abgeführt. Die Figur 3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Behälter B wie bei der Ausführungsform von Figur 2 nach oben offen sind. Gleiche Bezugsziffern in den Figuren 3, 2 und 1 bezeichnen die gleichen Teile; es wird insofern auf die Ausführungen zu den Figuren 1 und 2 verwiesen. Im Gegensatz zu Figur 2 wird bei der Ausfuhrungsform gemäß Figur 3 die zu behandelnde Lösung den einzelnen Behältern B nicht von unten, sondern von oben zugeführt. Die behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung verläßt die Behälter B wiederum wie in Figur 2 über einen seitlichen Überlauf. In den Behältern B sind die lonenaustauscherbetten I angeordnet. Die Behälter B weisen darüber hinaus einen seitlich angebrachten Siphon und ein Wehr auf.Figure 2 shows a second preferred embodiment of the present invention. The same reference numerals in FIGS. 2 and 1 designate the same parts. In this respect, reference is made to the comments on FIG. 1. In contrast to FIG. 1, FIG. 2 shows an embodiment in which the containers B are kept open to relieve pressure and the hydrogen peroxide solution is fed into the containers B from below. Through a lateral overflow on each container B, the hydrogen peroxide solution treated in the containers leaves the containers and is fed to the subsequent container at its lower end. The lateral overflow is designed in such a way that the hydrogen peroxide solution is in contact with the entire ion exchange surface of the ion exchange beds. The overflow is accordingly above the upper end of the ion exchange beds. The hydrogen peroxide solution to be freed from salt loads is introduced via line 1 from below into the container Bi, in which the ion exchanger bed I- . is arranged. The in the ion exchange bed Ij. treated solution leaves the container B \ via the overflow of the container B \ and is fed into the subsequent container B from below by means of a line 2. The solution treated in the second container can be further treated in a third, fourth, etc. container. The finished container B leaves the finished H 2 O 2 solution via the overflow of the container B N and is discharged via line N + 1. FIG. 3 shows a third preferred embodiment of the present invention, in which the containers B, as in the embodiment in FIG. 2, are open at the top. The same reference numerals in Figures 3, 2 and 1 denote the same parts; in this respect, reference is made to the explanations relating to FIGS. 1 and 2. In contrast to FIG. 2, in the embodiment according to FIG. 3 the solution to be treated is not supplied to the individual containers B from below but from above. The treated hydrogen peroxide solution again leaves the container B as in Figure 2 via a side overflow. The ion exchange beds I are arranged in the containers B. The containers B also have a siphon on the side and a weir.
Die zu behandelnde Wasserstoffperoxid-Lösung wird von oben in den Behälter Bj eingespeist und durchströmt das Ionenaustauscherbett l von oben nach unten. Am unteren Ende des Behälters Bj erfährt die Wasserstoffperoxid-Lösung eine Richtungsänderung um 180° und durchströmt den seitlichen Siphon von unten nach oben und verläßt den Behälter Bi über den Überlauf. Eine Leitung 2 führt die in dem Behälter B\ behandelte Lösung dem zweiten Behälter B2 über die Leitung 2 zu. Wiederum wird die Wasserstoffperoxid-Lösung von oben auf das Ionenaustauscherbett I2 aufgegeben durchströmt dieses von oben nach unten und verläßt den Behälter B2 über den seitlichen Siphon und den Überlauf. Es können weitere Behandlungsschritte in einem dritten, vierten usw. Behälter erfolgen. Die fertig behandelte Wasserstoffperoxid-Lösung verläßt den letzten Behälter BN über die Leitung N+l.The hydrogen peroxide solution to be treated is fed into the container Bj from above and flows through the ion exchanger bed 1 from top to bottom. At the lower end of the tank Bj, the hydrogen peroxide solution changes direction by 180 ° and flows through the side siphon from bottom to top and leaves the tank Bi via the overflow. A line 2 leads the solution treated in the container B \ to the second container B 2 via the line 2. Again, the hydrogen peroxide solution is added to the ion exchanger bed I 2 from above, flows through it from top to bottom, and leaves the container B 2 via the side siphon and the overflow. Further treatment steps can be carried out in a third, fourth, etc. container. The finished hydrogen peroxide solution leaves the last container B N via line N + 1.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsformen beschränkt. Vielmehr sind weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung denkbar, insbesondere auch Ausführungsformen, die aus einer Kombination der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bestehen; dies gilt insbesondere für die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen. einer Kombination der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bestehen; dies gilt insbesondere für die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen.The present invention is not limited to the embodiments described above. Rather, further embodiments of the present invention are conceivable, in particular also embodiments that consist of a combination of the embodiments described above; this applies in particular to the embodiments shown in FIGS. 1 to 3. a combination of the above-described embodiments; this applies in particular to the embodiments shown in FIGS. 1 to 3.
BeispieleExamples
Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 verdeutlichen die Gefahren bei der Handhabung von Gemischen aus Wasserstoffperoxid und basischen Ionentauschern.Comparative examples 1 and 2 illustrate the dangers of handling mixtures of hydrogen peroxide and basic ion exchangers.
Vergleichsbeispiel 1: Zersetzung von H2O2 in Anwesenheit von Lewatit® MP62 in einem geschlossenen adiabatischen AutoklavenComparative Example 1: decomposition of H 2 O 2 in the presence of Lewatit ® MP62 in a closed autoclave adiabatic
In einem dünnwandigen Glasgefäß (Volumen= 105 ml, mit Magnetrührer, Innen- temperaturmessung, Zulaufventil und Berstscheibe) wurden 12,3 g (ca. 20 ml) eines frisch regenerierten und mit Wasser gewaschenen Ionentauschers Lewatit® MP62 eingefüllt. Das Glasgefaß wurde in einem größeren Autoklaven mit automatischer Druck- und Temperatur-Nachfuhrung plaziert. Bei Raumtemperatur wurde solange gerührt, bis sich alle Temperaturen im Gleichgewicht befanden. Die Drucknachfuhrung verhinderte eine Zerstörung des Glasgefäßes. Die Temperaturnachführung sollte die Wärmeverluste minimieren und einen möglichst adiabatischen Betrieb gewährleisten.12.3 g (approx. 20 ml) of a freshly regenerated Lewatit ® MP62 ion exchanger were poured into a thin-walled glass vessel (volume = 105 ml, with magnetic stirrer, internal temperature measurement, inlet valve and rupture disc). The glass vessel was placed in a larger autoclave with automatic pressure and temperature tracking. The mixture was stirred at room temperature until all temperatures were in equilibrium. The pressure tracking prevented the glass vessel from being destroyed. Temperature tracking should minimize heat loss and ensure as adiabatic operation as possible.
Nach einer Zeit t = 25,5 min wurden dann durch das Zulaufventil 48 g einer kommerziellen 40 %igen Wasserstoffperoxid-Lösung schnell zugegeben. DieAfter a time t = 25.5 min, 48 g of a commercial 40% hydrogen peroxide solution were then quickly added through the feed valve. The
Ergebnisse sind in Figur 4 gezeigt. In Figur 4 bezeichnen Y) den Zeitpunkt der Zugabe,Results are shown in Figure 4. In FIG. 4, Y) denote the time of addition,
2) den Zeitpunkt der Notentlastung,2) the time of the emergency relief,
~^~ *— die Produkttemperatur, die Gefäßtemperatur, den Druck, T die Temperatur in °C, t die Zeit in min, p den Druck in bar abs..~ ^ ~ * - the product temperature, the vessel temperature, the pressure, T the temperature in ° C, t the time in min, p the pressure in bar abs ..
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA / EP Die Temperatur und der Druck stiegen zunächst nur langsam an. Nach einer Induktionszeit von ca. 10 min jedoch fand eine nicht beherrschbare thermische Explosion mit einem sehr schnellen Anstieg von Druck und Temperatur statt, die zum Ansprechen der Berstscheibe führte.CORRECTED SHEET (RULE 91) ISA / EP The temperature and pressure initially rose only slowly. After an induction time of approx. 10 min, however, there was an uncontrollable thermal explosion with a very rapid increase in pressure and temperature, which led to the rupture disc responding.
Vergleichsbeispiel 2: Zersetzung von H2O2 in Anwesenheit von Lewatit MP62 in einer lange Kolonne (Verhältnis Länge L zu Durchmesser D = 36)Comparative Example 2: Decomposition of H 2 O 2 in the presence of Lewatit MP62 in a long column (ratio length L to diameter D = 36)
In einer druckfesten, für maximal 3 bar zugelassenen Glassäule mit einem Durchmesser von 24 mm und einer Länge von 870 mm und mit Doppelmantel und nach oben zur Atmosphäre hin offenem Überlauf wurden 230 ml des frisch regenerierten, schwach basischen lonentauschers Lewatit MP62 eingefüllt und zunächst mit vollentsalztem Wasser (ca. 2000 ml, ca. 2 Bettvolumen/h) gewaschen.230 ml of the freshly regenerated, weakly basic Lewatit MP62 ion exchanger were filled into a pressure-resistant glass column with a diameter of 24 mm and a length of 870 mm and with a double jacket and an overflow open to the atmosphere, approved for a maximum of 3 bar, and initially with fully desalinated Washed water (approx. 2000 ml, approx. 2 bed volumes / h).
Der Mantelraum wurde dann an den Kühlkreislauf eines Thermostaten angeschlossen und die Kolonne auf ca. 10 °C thermostatisiert. Von unten wurden dann durch die Kolonne 400 g/h einer 40 %igen Wasserstoffperoxid-Lösung zudosiert und die Dosierung zwei Tage fortgesetzt. Im Mittel konnten 97 % der in der Wasserstoffperoxid-Lösung vorhandenen Anionen (hauptsächlich Phosphat und Nitrat) entfernt werden. Die Konzentration der Kationen blieb erwartungsgemäß konstant. Die Wasserstoffperoxid-Zersetzung blieb unterhalb der Nachweisgrenze. Die Bestimmung der Wasserstoffperoxid-Konzentration erfolgte durch Titration mit Permanganat-Lösung im Zulauf und Ablauf. Um das Verhalten der Kolonne im Falle einer Fehlfunktion zu überprüfen, wurden der Zulauf und die Kühlung abgeschaltet. Nach einer Induktionszeit von ca. 1 Stunde führte eine explosive Zersetzung des Wasserstoffperoxids in der unteren Hälfte der Säule zu einem Zerbersten derselben, und dies, obwohl die Kolonne nach oben offen war und somit der gesamte Querschnitt zur Entlastung zur Verfügung stand.The jacket space was then connected to the cooling circuit of a thermostat and the column thermostated to approx. 10 ° C. 400 g / h of a 40% strength hydrogen peroxide solution were then metered in from below through the column and metering was continued for two days. On average, 97% of the anions present in the hydrogen peroxide solution (mainly phosphate and nitrate) were removed. As expected, the concentration of the cations remained constant. The hydrogen peroxide decomposition remained below the detection limit. The hydrogen peroxide concentration was determined by titration with permanganate solution in the inlet and outlet. In order to check the behavior of the column in the event of a malfunction, the feed and cooling were switched off. After an induction time of approximately 1 hour, an explosive decomposition of the hydrogen peroxide in the lower half of the column caused the column to burst, even though the column was open at the top and the entire cross section was thus available for relief.
Beispiel 1: Zersetzung von H2O2 in Anwesenheit von Lewatit MP62 in einem erfindungsgemäßen BehälterExample 1: Decomposition of H 2 O 2 in the presence of Lewatit MP62 in a container according to the invention
Für den Versuch wurde ein zylindrischer, nach oben offener Glasbehälter (Höhe = 15,5 cm, Strömungsquerschnittsfläche = 62 cm2) mit Doppelmantel und Bodenablauf über einen belüfteten Siphon mit einem Ausgang, 120 mm oberhalb des Behälterbodens, verwendet, wie in Figur 5 schematisch gezeigt. In Figur 5 bezeichnenA cylindrical, upwardly open glass container (height = 15.5 cm, flow cross-sectional area = 62 cm 2 ) with a double jacket and bottom drain via a vented siphon with an outlet 120 mm above the bottom of the container was used for the experiment, as shown schematically in FIG. 5 shown. Designate in Figure 5
3) den Wasserstoffperoxid-Eingang,3) the hydrogen peroxide input,
4) den Wasserstoffperoxid-Überlauf,4) the hydrogen peroxide overflow,
5) den Kühlmittel-Eingang, 6) den Kühlmittel- Ausgang,5) the coolant inlet, 6) the coolant outlet,
7) das Ionentauscher-Bett,7) the ion exchange bed,
8) die Entlüftung,8) ventilation,
9) das Bodennetz und9) the ground network and
10) das Abdeckungsnetz. Zur Halterung des Ionentauscherbettes 7) wurde am Boden ein fest und etwas schräg montiertes Netz aus Metall 9) und ein auf dem Ionentauscherbett locker aufliegendes Kunststoffhetz 10) verwendet. Der Behälter wurde mit vorkonditioniertem Ionentauscher Lewatit® MP62 bis auf eine Höhe von 10 cm gefüllt (zur Vorkonditionierung des lonentauschers wurde dieser 24 Stunden mit einer 30 %igen Wasserstoffperoxid-Lösung bei Raumtemperatur gerührt, anschließend mit 5 %iger Natronlauge regeneriert und mit entsalztem Wasser laugenfrei gewaschen) und mit Wasser überdeckt. Das Verhältnis H : F 2 des Ionentauscherbettes betrugt ca. 1.13.10) the coverage network. To hold the ion exchanger bed 7), a fixed and somewhat diagonally mounted metal mesh 9) and a plastic mesh 10) loosely resting on the ion exchanger bed were used on the floor. The container was filled with preconditioned Lewatit ® MP62 ion exchanger to a height of 10 cm (to precondition the ion exchanger, it was stirred for 24 hours with a 30% hydrogen peroxide solution at room temperature, then regenerated with 5% sodium hydroxide solution and lye-free with deionized water washed) and covered with water. The ratio H: F 2 of the ion exchange bed was approximately 1.13.
Der Mantelraum wurde an den Kühlkreislauf eines Thermostaten angeschlossen und der Behälter auf ca. 10 °C thermostatisiert. Von oben wurden dann durch die Ionentauscherschüttung 400 g/h einer auf 10 °C vorgekühlten, 40 %igen Wasserstoffperoxid-Lösung zudosiert und die Dosierung vier Stunden fortgesetzt. Nach dieser Zeit war das Wasser vollständig durch Wasserstoffperoxid verdrängt. In der ablaufenden Wasserstoffperoxid-Lösung waren 85 % der im Zulauf vorhandenen Anionen (hauptsächlich Phosphat und Nitrat) entfernt worden. Die Konzentration der Kationen blieb erwartungsgemäß konstant. Die Wasserstoffperoxid- Zersetzung blieb unterhalb der Nachweisgrenze. Die Bestimmung der Wasserstoffperoxid-Konzentration erfolgte durch Titration mit Permanganat- Lösung im Zulauf und Ablauf.The jacket space was connected to the cooling circuit of a thermostat and the container thermostatted to approx. 10 ° C. 400 g / h of a 40% strength hydrogen peroxide solution, which had been precooled to 10 ° C., were then metered in from above through the ion exchange bed, and the metering was continued for four hours. After this time, the water was completely replaced by hydrogen peroxide. In the running hydrogen peroxide solution, 85% of the anions present in the feed (mainly phosphate and nitrate) had been removed. As expected, the concentration of the cations remained constant. The hydrogen peroxide decomposition remained below the detection limit. The hydrogen peroxide concentration was determined by titration with permanganate solution in the inlet and outlet.
Um das Verhalten des Behälters im Falle einer Fehlfunktion zu überprüfen, wurden Zulauf und Kühlung abgeschaltet. Nach einer Induktionszeit von ca. 90 min setzte eine merkliche Zersetzung des Wasserstoffperoxids ein. Es fand zwar eine heftige Entwicklung von Sauerstoff und Wasserdampf statt, diese konnten aber ungehindert entweichen, und es kam weder zu einer Explosion noch zu einer Beschädigung des Apparates. Vergleichsbeispiel 3: Epoxidation von Propen mit unbehandelter H2O2 In order to check the behavior of the tank in the event of a malfunction, the inlet and cooling were switched off. After an induction time of approx. 90 min, a noticeable decomposition of the hydrogen peroxide started. Although there was a violent evolution of oxygen and water vapor, these could escape unhindered, and there was no explosion or damage to the apparatus. Comparative Example 3: Epoxidation of propene with untreated H 2 O 2
Durch einen Rohrreaktor mit ca. 50 ml Reaktionsvolumen, gefüllt mit 20 g verstrangtem TS-1 -Katalysator (hergestellt gemäß WO 97/47386), wurden Flüsse von 8,3 g/h Wasserstoffperoxid (ca. 40 Gew.%, unbehandelt), 49 g/h Methanol und 7,8 g/h Propylen bei 40 °C Reaktionstemperatur und 20 bar Reaktionsdruck geleitet. Nach Verlassen des Reaktors wurde die Reaktionsmischung in einen Sambay- Verdampfer gegen Atmosphärendruck entspannt. Die abgetrennten Leichtsieder wurden online in einem Gaschromatographen analysiert. Der flüssige Reaktionsaustrag wurde gesammelt, gewogen und ebenfalls gaschromatographisch analysiert.Flows of 8.3 g / h of hydrogen peroxide (approx. 40% by weight, untreated) were passed through a tubular reactor with a reaction volume of approx. 50 ml, filled with 20 g of extruded TS-1 catalyst (produced according to WO 97/47386). 49 g / h of methanol and 7.8 g / h of propylene at 40 ° C reaction temperature and 20 bar reaction pressure passed. After leaving the reactor, the reaction mixture was let down in a Sambay evaporator against atmospheric pressure. The separated low boilers were analyzed online in a gas chromatograph. The liquid reaction product was collected, weighed and also analyzed by gas chromatography.
Der erreichte Wasserstoffperoxid-Umsatz betrug 98,4 %. Die PO-Selektivität bezüglich Wasserstoffperoxid betrug 80,3 %.The hydrogen peroxide conversion achieved was 98.4%. The PO selectivity for hydrogen peroxide was 80.3%.
Beispiel 2: Epoxidation von Propen mit erfindungsgemäß behandelter H2O2 Example 2: Epoxidation of propene with H 2 O 2 treated according to the invention
Durch einen Rohrreaktor mit ca. 50 ml Reaktionsvolumen, gefüllt mit 16 g verstrangtem TS-1 -Katalysator (hergestellt nach WO 97/47386), wurden Flüsse von 8,7 g/h Wasserstoffperoxid (ca. 40 Gew.%), 48,8 g/h Methanol und 8,3 g/h Propylen bei 40 °C Reaktionstemperatur und 20 bar Reaktionsdruck geleitet, wobei die Phosphat- und Nitrat-Konzentration des H2O durch Vorbehandlung mit dem Ionentauscher Lewatit® MP62 auf ca. 20 % der anfänglichen Werte reduziert worden waren. Nach Verlassen des Reaktors wurde die Reaktionsmischung in einen Sambay- Verdampfer gegen Atmosphärendruck entspannt. Die abgetrennten Leichtsieder wurden online in einem Gaschromatographen analysiert. Der flüssige Reaktionsaustrag wurde gesammelt, gewogen und ebenfalls gaschromatographisch analysiert. Der erreichte Wasserstoffperoxid-Umsatz betrug 98 %. Die PO-Selektivität bezüglich Wasserstoffperoxid betrug 96 %. Dieses Beispiel belegt, daß durch Verwendung einer H2O2-Lösung mit einer verminderten Konzentration an gelösten Salzen eine deutlich bessere Propylenoxid-Selektivität erreichbar ist. Flows of 8.7 g / h of hydrogen peroxide (approx. 40% by weight), 48, were passed through a tubular reactor with a reaction volume of approx. 50 ml, filled with 16 g of extruded TS-1 catalyst (produced according to WO 97/47386). 8 g / h methanol and 8.3 g / h propylene at 40 ° C reaction temperature and 20 bar reaction pressure, the phosphate and nitrate concentration of H 2 O by pretreatment with the ion exchanger Lewatit ® MP62 to about 20% of initial values had been reduced. After leaving the reactor, the reaction mixture was let down in a Sambay evaporator against atmospheric pressure. The separated low boilers were analyzed online in a gas chromatograph. The liquid reaction product was collected, weighed and also analyzed by gas chromatography. The hydrogen peroxide conversion achieved was 98%. The PO selectivity for hydrogen peroxide was 96%. This example shows that by using an H 2 O 2 solution with a reduced concentration of dissolved salts, a significantly better propylene oxide selectivity can be achieved.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Entfernung mindestens eines Salzes aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung durch Ionenaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens ein nicht-saures Ionenaustauscherbett (I) mit einer1. Device for removing at least one salt from a hydrogen peroxide solution by ion exchange, characterized in that the device has at least one non-acidic ion exchange bed (I) with a
Strömungsquerschnittsfläche F und einer Höhe H aufweist, wobei die HöheFlow cross-sectional area F and a height H, the height
1 py1 py
H des Ionenaustauscherbettes kleiner oder gleich 2,5 • F ist.H of the ion exchange bed is less than or equal to 2.5 • F.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe H des mindestens einen Ionenaustauscherbettes (I) kleiner oder gleich 1,5 • F1 2 ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the height H of the at least one ion exchanger bed (I) is less than or equal to 1.5 • F 1 2 .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei räumlich voneinander getrennte lonenaustauscherbetten (I) umfaßt, wobei jedes Ionenaustauscherbett (I) mindestens eine eigene Druck- entlastungseinrichtung (D) aufweist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises at least two spatially separate ion exchange beds (I), each ion exchange bed (I) having at least its own pressure relief device (D).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Druckentlastungseinrichtung (D) ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Sicherheitsventilen, Berstscheiben, Druckentlastungsöffnungen und einer Kombination aus zwei oder mehr davon.4. The device according to claim 3, characterized in that the at least one pressure relief device (D) is selected from the group consisting of safety valves, rupture disks, pressure relief openings and a combination of two or more thereof.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lonenaustauscherbetten (I) in Reihe geschaltet sind.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the ion exchange beds (I) are connected in series.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 50 in Reihe geschaltete lonenaustauscherbetten (I) aufweist, wobei jedes dieser lonenaustauscherbetten eine Strömungsquerschnittsfläche F im Bereich von 0,2 bis 4 m2 aufweist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has 5 to 50 ion exchange beds connected in series (I), each of these ion exchange beds has a flow cross-sectional area F in the range from 0.2 to 4 m 2 .
7. Verfahren zur Entfernung von Salzen aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung durch Ionenaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffperoxid-Lösung kontinuierlich durch eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 geleitet wird.7. A method for removing salts from a hydrogen peroxide solution by ion exchange, characterized in that the hydrogen peroxide solution is continuously passed through a device according to one of claims 1 to 6.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Wasserstoffperoxidlösung in jedem Ionenaustauscherbett (I) im Bereich von 5 Minuten bis 1 Stunde liegt.8. The method according to claim 7, characterized in that the residence time of the hydrogen peroxide solution in each ion exchange bed (I) is in the range of 5 minutes to 1 hour.
9. Verwendung einer Wasserstoffperoxid-Lösung, deren Salzkonzentration in einem Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8 reduziert wurde, zur Oxidation einer organischen Verbindung.9. Use of a hydrogen peroxide solution, the salt concentration of which has been reduced in a process according to claim 7 or 8, for the oxidation of an organic compound.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffperoxid-Lösung zur Herstellung eines Alkylenoxids aus einem Olefin eingesetzt wird. 10. Use according to claim 9, characterized in that the hydrogen peroxide solution is used to produce an alkylene oxide from an olefin.
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