WO2003022737A1 - Method for the preparation of an aqueous hydrogen peroxide solution from a direct synthesis - Google Patents

Method for the preparation of an aqueous hydrogen peroxide solution from a direct synthesis Download PDF

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WO2003022737A1
WO2003022737A1 PCT/EP2002/009998 EP0209998W WO03022737A1 WO 2003022737 A1 WO2003022737 A1 WO 2003022737A1 EP 0209998 W EP0209998 W EP 0209998W WO 03022737 A1 WO03022737 A1 WO 03022737A1
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WO
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hydrogen peroxide
vapors
peroxide solution
evaporator
weight
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PCT/EP2002/009998
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Achim Stammer
Martin Fischer
Stefan Quaiser
Karin Pickenäcker
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Basf Aktiengesellschaft
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
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    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/029Preparation from hydrogen and oxygen

Definitions

  • the present invention relates to a process for working up an aqueous hydrogen peroxide solution, which was obtained by a direct synthesis process from hydrogen and oxygen.
  • Hydrogen peroxide has many technical areas, such as. B. in chemical synthesis, for the bleaching of paper and pulp, for the treatment of waste water and as a component of chemical polishing fluids found a wide application.
  • the correspondingly large market need is currently mainly covered by hydrogen peroxide from the so-called anthraquinone process.
  • an anthraquinone derivative is reduced in an organic solvent mixture on a hydrogenation catalyst to the corresponding anthrahydroquinone.
  • hydrogen peroxide results in recovery of the anthraquinone derivative originally used.
  • a crude solution results which has a large number of inorganic and organic impurities.
  • the aqueous hydrogen peroxide solutions must therefore be subjected to various cleaning and / or concentration steps.
  • the quality of the hydrogen peroxide solutions obtained in this way is generally only sufficient for technical applications which do not place high demands on the removal of inorganic and / or organic contaminants.
  • Some of the disadvantages inherent in the anthraquinone process can be avoided by the direct synthesis of hydrogen peroxide by reacting hydrogen with oxygen.
  • the reaction is usually carried out in purely aqueous reaction media, to which a strong acid, such as H 2 SO 4 , H 3 PO 4 and / or HC1, is added for the purpose of inhibiting the decomposition of hydrogen peroxide formed.
  • a strong acid such as H 2 SO 4 , H 3 PO 4 and / or HC1
  • promoters for example chlorides or bromides, can also be used to increase the selectivity.
  • noble metal catalysts based on palladium and / or platinum are used as catalysts for the direct synthesis of hydrogen peroxide, and these are preferably heterogeneous catalysts.
  • the after Hydrogen peroxide solutions obtained in direct synthesis processes usually contain a sufficiently low content of organic impurities. In order to meet the requirements of the market, however, it is generally necessary to increase the hydrogen peroxide content by concentrating and to reduce the content of inorganic contaminants which have been introduced in the form of the aforementioned stabilizers and / or promoters.
  • US Pat. No. 5,296,104 describes a process for the purification of aqueous hydrogen peroxide solutions, in which a crude hydrogen peroxide solution which contains organic and / or inorganic impurities is evaporated, a vapor being obtained which comprises a mixture of water, hydrogen peroxide and volatile and contains cracked contaminants.
  • This steam is fed into a distillation column with a washing zone and rectification zone and worked up, a purified hydrogen peroxide solution being obtained.
  • a disadvantage of this process is that only a maximum of 90% by weight of the hydrogen peroxide contained in the raw hydrogen peroxide solution is converted into the vapor phase by the evaporation.
  • the US 5,705,040 describes a method for purifying an aqueous hydrogen peroxide solution by partial evaporation to form an H 2 0 2 containing steam and a H 2 0 2 and impurity-containing liquid phase and subsequent single- or multistage partial condensation of the steam to give an H 2 0 2 -enriched condensate and an H 2 0 2 -enriched residual steam.
  • a disadvantage of this process is that the partial evaporation and condensation steps always leave some of the hydrogen peroxide behind and the yield of the product of value is thus reduced.
  • EP 0 419 406 describes a distillation plant for concentrating hydrogen peroxide. The problem of the purification of aqueous H 2 0 2 solutions is not mentioned in this document.
  • DE-A-198 17 794 describes a method for producing highly pure aqueous hydrogen peroxide solutions for the electronics industry. In addition to the production of these special solutions, suitable measures for their cleaning and / or concentration are also described. Thus, according to embodiment 3, a hydrogen peroxide solution can be subjected to continuous evaporation in a falling film evaporator, the evaporation achieved being described as being almost complete without specifying a degree of evaporation.
  • the hydrogen peroxide contained in the aqueous solution used is essentially completely (ie at least 95% by weight) and without losses due to decomposition into the vapor phase to convict.
  • the present invention is based on the object of specifying a process for working up an aqueous hydrogen peroxide solution from direct synthesis which allows the hydrogen peroxide to be isolated as completely as possible.
  • the invention therefore relates to a process for working up an aqueous hydrogen peroxide solution from a direct synthesis, in which
  • a) feeds the hydrogen peroxide solution to remove the low-volatile inorganic impurities contained therein into an n-stage evaporator cascade and thermally separates vapors containing hydrogen peroxide and a residue containing the impurities, where n is an integer of at least 2 and at least in the n -th stage a continuous evaporator is used.
  • the inventors have found that the mineral acids contained in aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis as stabilizers and / or promoters, such as phosphoric acid, sulfuric acid and hydrohalic acids, eg. As hydrogen chloride and hydrogen bromide, surprisingly lead to decomposition of the hydrogen peroxide contained in highly concentrated solutions.
  • Processes known from the prior art in which an aqueous hydrogen peroxide solution from direct synthesis are subjected to a one-stage evaporation step for processing, thus necessarily lead to a loss of valuable material, since either high evaporation rates are avoided to avoid H 2 0 2 decomposition or a decomposition in the increasingly concentrated solution has to be accepted.
  • aqueous hydrogen peroxide solutions obtained by a conventional direct synthesis process can be used as the starting material for the work-up process according to the invention. They contain e.g. B. 2.5 to
  • low-volatile inorganic impurities includes such contaminations
  • cleanings that do not essentially pass into the vapor phase under the conditions used for the evaporation of H 2 0 2 / water mixtures.
  • These include, for example, the non-volatile inorganic acids, such as sulfuric acid, used to stabilize the hydrogen peroxide in direct synthesis.
  • aqueous hydrogen peroxide solution used as the starting material for the process according to the invention can furthermore contain up to 0.1% by weight, for example 0.0001 to 0.1% by weight, of volatile inorganic impurities.
  • volatile inorganic impurities encompasses those impurities which essentially pass into the gas phase under the conditions used for the evaporation of H 2 0 2 / water mixtures. These include, for example, those in aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis as stabilized
  • hydrohalic acids and / or their salts such as.
  • B hydrogen chloride, hydrogen bromide, chlorides and bromides.
  • a hydrogen peroxide solution from direct synthesis is preferably used as the starting material
  • n-stage evaporator cascade is used in step a), n preferably representing an integer of at least 2, particularly preferably 3 to 6, in particular 3 or 4. In a preferred embodiment, n is 3.
  • the evaporator cascade used according to the invention can be constructed from the same or different evaporator types. If several evaporators of one type are used, they can differ both in terms of their dimensions and the operating parameters under which they are operated. Suitable evaporators are described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry, Volume 1, pp. 532-542, 3rd edition (1951) and in Perry's, Chemical Engineers' Handbook, 11-107 to 11-118, 7th edition (1997) , In the present invention, a distinction is made between the evaporator types of the circulation evaporator and the continuous evaporator. Circulation evaporators are characterized by a circulation of the solution to be evaporated, which is repeatedly guided past a heating means for heating. They generally have effective heat transfer. The evaporated solution only flows once through the evaporator. They generally have shorter residence times for the solution to be evaporated than circulation evaporators.
  • Both circulation evaporators with natural circulation and forced circulation evaporators are suitable for the process according to the invention.
  • Suitable evaporators with natural circulation are, for example, tube evaporators with natural circulation, etc.
  • Suitable forced circulation evaporators are, for example, those in which the liquid circulation is brought about by a pump switched into the circulation line.
  • Film evaporators, such as falling film evaporators and wiper blade evaporators, are preferably used for the process according to the invention.
  • Suitable continuous evaporators are, for example, tube evaporators.
  • a circulation evaporator is used in the first to (nl) -th stage of the evaporator cascade and in the n-th Stage a continuous evaporator.
  • long residence times of the solution concentrated in inorganic impurities and hydrogen peroxide can be avoided in the nth stage.
  • a series connection of the individual evaporators is advantageous, a liquid phase enriched with low-volatile inorganic impurities and vapors containing hydrogen peroxide being obtained at each stage.
  • a liquid discharge is taken from the liquid phase of the first to (n-1) -th stage and fed to the next evaporator stage.
  • the nth stage results in a highly concentrated aqueous solution of inorganic components of the hydrogen peroxide solution used, which, if appropriate after working up, can be used again in the direct hydrogen peroxide synthesis.
  • the vapors containing hydrogen peroxide are passed on for further processing, preferably after being combined.
  • the total degree of evaporation is understood as the percentage by weight of the volatile (volatile) components (water, H 2 0 2 , optionally volatile inorganic compounds) contained in the aqueous hydrogen peroxide solution used, which is converted into the vapor phase (vapors).
  • the degree of evaporation of an evaporator stage means the percentage by weight of the evaporable components contained in the feed supplied to the stage, which is converted into the vapor phase in this stage.
  • the degree of evaporation of a stage depends on reactor-specific parameters such as the volume and the specific heating output. It can be set to a desired value by suitable selection of the operating parameters, especially the pressure, the temperature and the flow rate.
  • the degree of evaporation per stage is preferably in a range from about 30 to 85%, particularly preferably 40 to 80%.
  • the degrees of evaporation of the individual stages can in each case be the same or different for the first to (nl) th stage.
  • the degrees of evaporation of the first to (nl) -th stage preferably have a gradient with decreasing values from the first to the (nl) -th stage.
  • the degree of evaporation of the first stage can be in a range of approximately 70 to 80% and the degree of evaporation of the second stage can be in a range of approximately 45 to 55%.
  • the total degree of evaporation, based on the nth to (nl) th stage, is preferably 75 to 92%, particularly preferably 80 to 90% and especially 85 to 90%. With these total degrees of evaporation, it is advantageous essentially no decomposition of the hydrogen peroxide was observed at the nth to (nl) th stage.
  • the degree of evaporation of the nth stage is preferably in a range from approximately 90 to 99%, particularly preferably 95 to 98%.
  • the total degree of evaporation of the evaporator cascade used according to the invention is preferably at least 95%, particularly preferably at least 97% and especially at least 98%. In general, even higher levels of total evaporation of 99% and beyond can be achieved.
  • the temperature during the evaporation is preferably in a range from about 20 to 150 ° C., preferably 40 to 100 ° C., for all evaporator stages.
  • a temperature gradient with increasing values from the first to the nth stage is preferred.
  • the pressure during evaporation is preferably in a range from approximately 10 mbar to ambient pressure, particularly preferably 20 to 500 mbar, in particular 30 to 100 mbar.
  • a pressure gradient with decreasing values from the first to the nth evaporator is possible.
  • the vapors obtained in step a) preferably contain at least 95% by weight, particularly preferably at least 97% by weight, in particular about 99% by weight of the hydrogen peroxide and the water of the hydrogen peroxide solution used.
  • the vapors obtained in step a) can be subjected to thermal fractionation by condensation and / or distillation.
  • the vapors obtained in the individual evaporator stages are expediently combined beforehand.
  • the vapors are concentrated by distillation.
  • the distillation can be carried out continuously or batchwise, preference being given to continuous distillation.
  • Suitable distillation apparatuses for concentrating aqueous hydrogen peroxide solutions are known from the prior art. They comprise one or more distillation columns with a sufficient number of plates. Distillation columns with 1 to 30 plates, particularly preferably 2 to 10 plates, are preferred for concentration. Columns made of stainless steel, aluminum or coated columns are preferably used which have a coating with inert materials, such as polyvinylidene fluoride or perfluoroalkoxy polymers (PFA), on the surfaces which come into contact with H 2 O 2 .
  • PFA perfluoroalkoxy polymers
  • the columns used for concentration can have column internals, such as fixed, adjustable or movable column trays, packing, liquid distributors, ordered packings, for example made of wire mesh, reflux distributors, supporting gratings, etc. Structured packings, eg. B. from sheet metal or expanded metal as well as fabric and packing.
  • the internals preferably have a geometric surface area of 50 m 2 / m 3 to 5000 m 2 / m 3 . Particularly high yields are achieved when using column evaporators with short residence times. These include falling film evaporators, thin film evaporators and climbing film evaporators.
  • the vapors obtained in step a) are preferably used without prior condensation for concentration by distillation.
  • the feed into the distillation column is preferably carried out at the side of the column base, ie. H. z. B. on the zero to third separation stage of a distillation column comprising at least 2 to 10 separation stages.
  • a concentration process is preferred in which the vapors are fed laterally into a column for thermal fractionation, separation into a gaseous top product depleted of hydrogen peroxide and a liquid bottom product enriched with hydrogen peroxide.
  • the temperature at the foot of the distillation column is preferably 20 to 100 ° C., preferably 30 to 80 ° C.
  • the pressure used for the distillation is preferably in a range from about 30 to 150 mbar.
  • a suitable distillation plant for the production of concentrated hydrogen peroxide is that described in EP-A-0 419 406.
  • heat is withdrawn from the gaseous top product by contacting it with a heat exchanger, and the extracted heat is used in a heat-consuming step of the work-up process or another process.
  • the temperature of the gaseous top product can be raised in a conventional vapor compressor before contacting the heat exchanger in order to ensure better heat recovery.
  • Suitable vapor compressors are, for example, mechanical compressors and propellant jet compressors, with only a part of the vapors possibly being used in the latter for compression.
  • the temperature of the top product which is usually in a range from about 30 to 100 ° C, are increased to values from about 150 to 250 ° C.
  • the temperature of the compacted head product can be reduced to temperatures of about 70 to 120 ° C. by so-called quenching.
  • the gaseous top product of the working up by distillation is condensed, optionally after compression and / or quenching.
  • the condensation is preferably carried out by bringing it into contact with a heat exchanger.
  • the heat is removed, for example, by bringing it into contact with a cooling medium, such as water.
  • a cooling medium such as water.
  • Suitable heat exchangers are the usual heat transfer devices in which heat is transported from one place or medium to another. You can be carried out in conventional designs, such as. B. plate and tube bundle exchanger.
  • the heat extracted from the gaseous overhead is used in a heat consuming step of the work-up process or other process. This includes in particular heating the evaporators in step a).
  • the hydrogen peroxide content in the top product of the working up by distillation and the condensate is preferably at most 1% by weight, particularly preferably at most 0.5% by weight and in particular at most 0.1% by weight.
  • the hydrogen peroxide concentration in the bottom product of the working up by distillation is preferably 30 to 70% by weight.
  • the vapors can be concentrated in step b) by fractional condensation.
  • the combined vapors can be subjected to a one- or multi-stage partial condensation, with a separation into a condensate, which essentially contains the hydrogen peroxide contained in the vapors, and a vapor, which essentially consists of water, takes place.
  • the vapors obtained in step a) of the work-up process according to the invention can contain volatile inorganic compounds. As described above, these are essentially additives from the direct synthesis of the hydrogen peroxide solution to be worked up, for example hydrohalic acids and / or their salts.
  • the vapors obtained in step a) are preferably used to remove at least some of them Before the concentration in step b), impurities are washed with a suitable washing liquid (vapor wash).
  • Suitable washing liquids for separating hydrohalic acids are, for example, aqueous solutions of nonvolatile inorganic bases. Suitable bases are alkaline earth or alkali metal hydroxides, e.g. B. NaOH, KOH, Ca (OH) 2 .
  • the vapors containing water / hydrogen peroxide vapor are brought into contact with the washing solution in customary apparatuses known to those skilled in the art, for example in a washing column.
  • the pressure in the vapor washing is preferably in a range from 0.03 bar to 0.2 bar, particularly preferably 0.05 bar to 0.15 bar.
  • the liquid load is preferably in the range of 0.1 m 3 m -2 h _1 and 60 m 3 m -2 h -1 , particularly preferably between 1 and 50 m 3 m -2 h _1 .
  • the gas load (F factor) is preferably 0.2 to 30, particularly preferably 0.3 to 6 Pa 0 ' 5 .
  • the content of volatile inorganic impurities in the resulting hydrogen peroxide is at most 10 ppm by weight, particularly preferably at most 1 ppm by weight.
  • the aqueous hydrogen peroxide solutions used can be contained before they are fed into the evaporator cascade (step a)) and / or the hydrogen peroxide solutions obtained after the concentration (step b)) to remove at least some of them volatile inorganic contaminants are brought into contact with an ion exchanger.
  • Suitable ion exchangers for removing hydrohalic acids and their salts are, for example, Amberlite® IRA 92 from Rohm & Haas. Since hydrogen peroxide tends to decompose when it comes into contact with basic components, it is advantageous to pre-charge the ion exchanger with an acid whose acid strength is lower than that of the hydrohalic acid to be removed. For example, to remove chloride or bromide, the ion exchanger can be preloaded with phosphoric acid.
  • the aqueous hydrogen peroxide solutions obtained by the process according to the invention preferably have a hydrogen peroxide content of at least 30% by weight, particularly preferably at least 35% by weight.
  • Aqueous hydrogen peroxide solutions with concentrations of up to about 70% by weight, such as 30 to 55% by weight, can be obtained by the process according to the invention.
  • the hydrogen peroxide solution obtained after concentration can be a stabilizer, e.g. B. an aqueous sodium pyrophosphate solution can be added.
  • the aqueous hydrogen peroxide solutions obtained by the process according to the invention preferably have an inorganic impurity content of at most 0.001% by weight, particularly preferably at most 0.0001% by weight.
  • the process according to the invention is generally suitable for working up aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis.
  • the invention thus also relates to a process for the preparation of aqueous hydrogen peroxide solutions which contain at most 0.001% by weight of inorganic impurities, in which
  • step ii) subjecting the reaction mixture obtained in step i) to working up as described above.
  • stage i) Suitable direct synthesis methods of stage i) are those described and referred to at the beginning.
  • the process according to the invention is advantageously suitable for working up aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis.
  • a valuable substance is avoided by incomplete evaporation of the hydrogen peroxide contained in the raw solution.
  • decomposition of the hydrogen peroxide as occurs with prolonged contact with highly concentrated inorganic impurities, especially with high acid concentrations, can also be advantageously avoided.
  • a 10% aqueous hydrogen peroxide solution containing 0.5% by weight phosphate and 100 ppm bromide was subjected to continuous evaporation in a falling film evaporator made of metal (diameter 30 mm, length 1000 mm) with liquid circulation (100 - 150 1 / h) subjected.
  • a falling film evaporator made of metal (diameter 30 mm, length 1000 mm) with liquid circulation (100 - 150 1 / h) subjected.
  • 95% by weight of the evaporable components water, hydrogen peroxide, bromide contained in the hydrogen peroxide solution used were evaporated.
  • a hydrogen peroxide decomposition of about 40% by weight, based on the hydrogen peroxide content of the solution used, was observed.
  • the hydrogen peroxide solution also used in Comparative Example 1 was subjected to continuous evaporation in a cascade of two falling-film evaporators and one continuous evaporator.
  • the two falling film evaporators metal, diameter 30 mm, length 1000 mm
  • liquid circulation 100-150 l / h
  • the degree of evaporation in the first falling film evaporator was 75%
  • the degree of evaporation in the second evaporator was 50%.
  • the continuous evaporator was operated at a temperature of 90 ° C and a pressure of 75 mbar, the degree of evaporation was 97%.
  • a total degree of evaporation of 99% was achieved, with no hydrogen peroxide decomposition being observed.

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Abstract

The invention relates to a method for the preparation of an aqueous hydrogen peroxide solution obtained according to a direct synthesis method from hydrogen and oxygen. Difficultly volatile inorganic impurities are separated into an n-stage evaporator cascade. The vapors are concentrated in order to increase the hydrogen peroxide content.

Description

Verfahren zur Aufarbeitung einer wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösung aus einer DirektsyntheseProcess for working up an aqueous hydrogen peroxide solution from a direct synthesis
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung einer wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösung, die nach einem Direktsyntheseverfahren aus Wasserstoff und Sauerstoff erhalten wurde.The present invention relates to a process for working up an aqueous hydrogen peroxide solution, which was obtained by a direct synthesis process from hydrogen and oxygen.
Wasserstoffperoxid hat in vielen technischen Bereichen, wie z. B. in der chemischen Synthese, zum Bleichen von Papier und Zellstoff, zur Behandlung von Abwässern und als Bestandteil von chemischen Polierflüssigkeiten eine breite Anwendung gefunden. Der dementsprechend große Marktbedarf wird derzeit noch überwiegend durch Wasserstoffperoxid aus dem sogenannten Anthrachinonverfah- ren gedeckt. Nach diesem Verfahren wird ein Anthrachinonderivat in einem organischen Lösungsmittelgemisch an einem Hydrierkatalysator zum entsprechenden Anthrahydrochinon reduziert. Bei der an- schließenden Oxidation dieser Hydrochinonlösung mit Luft oder Sauerstoff resultiert Wasserstoffperoxid unter Rückgewinnung des ursprünglich eingesetzten Anthrachinonderivats. Nach Extraktion mit Wasser resultiert eine Rohlösung, die eine Vielzahl von anorganischen und organischen Verunreinigungen aufweist. Die wässri- gen Wasserstoffperoxid-Lösungen müssen je nach Verwendungszweck daher diversen Reinigungs- und/oder Aufkonzentrationsschritten unterzogen werden. Die Qualität der so erhaltenen Wasserstoffperoxid-Lösungen reicht jedoch in der Regel nur für technische Anwendungen, die keine hohen Ansprüche an die Entfernung anorga- nischer und/oder organischer Verunreinigungen stellen.Hydrogen peroxide has many technical areas, such as. B. in chemical synthesis, for the bleaching of paper and pulp, for the treatment of waste water and as a component of chemical polishing fluids found a wide application. The correspondingly large market need is currently mainly covered by hydrogen peroxide from the so-called anthraquinone process. According to this process, an anthraquinone derivative is reduced in an organic solvent mixture on a hydrogenation catalyst to the corresponding anthrahydroquinone. In the subsequent oxidation of this hydroquinone solution with air or oxygen, hydrogen peroxide results in recovery of the anthraquinone derivative originally used. After extraction with water, a crude solution results which has a large number of inorganic and organic impurities. Depending on the intended use, the aqueous hydrogen peroxide solutions must therefore be subjected to various cleaning and / or concentration steps. However, the quality of the hydrogen peroxide solutions obtained in this way is generally only sufficient for technical applications which do not place high demands on the removal of inorganic and / or organic contaminants.
Ein Teil der dem Anthrachinonverfahren anhaftenden Nachteile kann durch die Direktsynthese von Wasserstoffperoxid durch Umsetzung von Wasserstoff mit Sauerstoff vermieden werden. Die Umsetzung erfolgt dabei in der Regel in rein wassrigen Reaktionsmedien, denen zum Zweck der Inhibierung der Zersetzung von gebildetem Wasserstoffperoxid eine starke Säure, wie H2S04, H3PO4 und/oder HC1, zugesetzt wird. Zur Erhöhung der Selektivität können zudem sogenannte Promotoren, beispielsweise Chloride oder Bromide, einge- setzt werden. Als Katalysatoren für die direkte Synthese von Wasserstoffperoxid werden beispielsweise Edelmetallkatalysatoren auf Basis von Palladium und/oder Platin eingesetzt, wobei es sich vorzugsweise um heterogene Katalysatoren handelt. Die nach dem Direktsyntheseverfahren erhaltenen Wasserstoffperoxid-Lösungen enthalten in der Regel einen ausreichend geringen Gehalt an organischen Verunreinigungen. Um den Anforderungen des Markts zu genügen, ist es jedoch in der Regel erforderlich, den Wasserstoff- peroxid-Gehalt durch Aufkonzentrieren zu erhöhen und den Gehalt an anorganischen Verunreinigungen, die in Form der zuvor genannten Stabilisatoren und/oder Promotoren eingetragen wurden, zu verringern.Some of the disadvantages inherent in the anthraquinone process can be avoided by the direct synthesis of hydrogen peroxide by reacting hydrogen with oxygen. The reaction is usually carried out in purely aqueous reaction media, to which a strong acid, such as H 2 SO 4 , H 3 PO 4 and / or HC1, is added for the purpose of inhibiting the decomposition of hydrogen peroxide formed. So-called promoters, for example chlorides or bromides, can also be used to increase the selectivity. For example, noble metal catalysts based on palladium and / or platinum are used as catalysts for the direct synthesis of hydrogen peroxide, and these are preferably heterogeneous catalysts. The after Hydrogen peroxide solutions obtained in direct synthesis processes usually contain a sufficiently low content of organic impurities. In order to meet the requirements of the market, however, it is generally necessary to increase the hydrogen peroxide content by concentrating and to reduce the content of inorganic contaminants which have been introduced in the form of the aforementioned stabilizers and / or promoters.
Die US 5,296,104 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung wassriger Wasserstoffperoxid-Lösungen, bei dem man eine Wasserstoffperoxid- Rohlösung, die organische und/oder anorganische Verunreinigungen enthält, verdampft, wobei ein Dampf erhalten wird, der ein Gemisch aus Wasser, Wasserstoffperoxid sowie flüchtigen und mitge- rissenen Verunreinigungen enthält. Dieser Dampf wird in eine Destillationskolonne mit Waschzone und Rektifizierzone eingespeist und aufgearbeitet, wobei eine gereinigte Wasserstoffperoxid-Lösung erhalten wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass durch die Verdampfung nur maximal 90 Gew.-% des in der Wasser- stoffperoxid-Rohlösung enthaltenen Wasserstoffperoxids in die Dampfphase überführt wird.US Pat. No. 5,296,104 describes a process for the purification of aqueous hydrogen peroxide solutions, in which a crude hydrogen peroxide solution which contains organic and / or inorganic impurities is evaporated, a vapor being obtained which comprises a mixture of water, hydrogen peroxide and volatile and contains cracked contaminants. This steam is fed into a distillation column with a washing zone and rectification zone and worked up, a purified hydrogen peroxide solution being obtained. A disadvantage of this process is that only a maximum of 90% by weight of the hydrogen peroxide contained in the raw hydrogen peroxide solution is converted into the vapor phase by the evaporation.
Die US 5,705,040 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung einer wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösung durch teilweises Verdampfen unter Bildung eines H202-haltigen Dampfs und einer H202 und Verunreinigungen enthaltenden flüssigen Phase und anschließende ein- oder mehrstufige Partialkondensation des Dampfs unter Erhalt eines H202-angereicherten Kondensats und eines H202-abgereicherten Restdampfs. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass durch die teilweisen Verdampfungs- und Kondensationsschritte auch immer ein Teil des Wasserstoffperoxids zurückbleibt und somit die Ausbeute an Wertprodukt verringert wird.The US 5,705,040 describes a method for purifying an aqueous hydrogen peroxide solution by partial evaporation to form an H 2 0 2 containing steam and a H 2 0 2 and impurity-containing liquid phase and subsequent single- or multistage partial condensation of the steam to give an H 2 0 2 -enriched condensate and an H 2 0 2 -enriched residual steam. A disadvantage of this process is that the partial evaporation and condensation steps always leave some of the hydrogen peroxide behind and the yield of the product of value is thus reduced.
Die EP 0 419 406 beschreibt eine Destillationsanlage zur Aufkon- Zentrierung von Wasserstoffperoxid. Das Problem der Aufreinigung von wassrigen H202-Lösungen wird in diesem Dokument nicht erwähnt.EP 0 419 406 describes a distillation plant for concentrating hydrogen peroxide. The problem of the purification of aqueous H 2 0 2 solutions is not mentioned in this document.
Die DE-A-198 17 794 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung hoch reiner wassriger Wasserstoffperoxid-Lösungen für die Elektronik- industrie. Neben der Herstellung dieser speziellen Lösungen werden auch geeignete Maßnahmen zu ihrer Reinigung und/oder Aufkonzentrierung beschrieben. So kann nach dem Ausführungsbeispiel 3 eine Wasserstoffperoxid-Lösung einer kontinuierlichen Verdampfung in einem Fallfilmverdampfer unterzogen werden, wobei die dabei erzielte Verdampfung ohne Angabe eines Abdampfgrads als nahezu vollständig beschrieben wird. Da die Verdampfung einstufig in einem Verdampfer vom Umlauftyp und in Gegenwart von Schwefelsäure und Phosphorsäure erfolgt, gelingt es bei dieser Art der Aufarbeitung, wie im Folgenden näher ausgeführt wird, nicht, das in der eingesetzten wassrigen Lösung enthaltene Wasserstoffperoxid im Wesentlichen vollständig (d. h. zu mindestens 95 Gew.-%) und ohne Verluste durch Zersetzung in die Dampfphase zu überführen.DE-A-198 17 794 describes a method for producing highly pure aqueous hydrogen peroxide solutions for the electronics industry. In addition to the production of these special solutions, suitable measures for their cleaning and / or concentration are also described. Thus, according to embodiment 3, a hydrogen peroxide solution can be subjected to continuous evaporation in a falling film evaporator, the evaporation achieved being described as being almost complete without specifying a degree of evaporation. Because the evaporation is single-stage in a circulation type evaporator and in the presence of sulfuric acid and phosphoric acid takes place, if this type of work-up, as will be explained in more detail below, does not succeed, the hydrogen peroxide contained in the aqueous solution used is essentially completely (ie at least 95% by weight) and without losses due to decomposition into the vapor phase to convict.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Aufarbeitung einer wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösung aus der Direktsynthese anzugeben, das eine möglichst vollständige Isolierung des Wasserstoffperoxids erlaubt.The present invention is based on the object of specifying a process for working up an aqueous hydrogen peroxide solution from direct synthesis which allows the hydrogen peroxide to be isolated as completely as possible.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass eine mehrstufige Verdampferkaskade vorteilhaft zur Aufarbeitung wassriger Wasserstoffperoxid-Lösungen aus der DirektSynthese eingesetzt werden kann.Surprisingly, it has now been found that a multi-stage evaporator cascade can advantageously be used for working up aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Aufarbeitung einer wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösung aus einer Direktsynthese, bei dem manThe invention therefore relates to a process for working up an aqueous hydrogen peroxide solution from a direct synthesis, in which
a) die Wasserstoffperoxid-Lösung zur Entfernung darin enthaltener schwerflüchtiger anorganischer Verunreinigungen in eine n-stufige Verdampferkaskade einspeist und thermisch in Wasserstoffperoxid-haltige Brüden und einen die Verunreinigungen enthaltenden Rückstand trennt, wobei n für eine ganze Zahl von mindestens 2 steht und zumindest in der n-ten Stufe ein Durchlaufverdampfer eingesetzt wird.a) feeds the hydrogen peroxide solution to remove the low-volatile inorganic impurities contained therein into an n-stage evaporator cascade and thermally separates vapors containing hydrogen peroxide and a residue containing the impurities, where n is an integer of at least 2 and at least in the n -th stage a continuous evaporator is used.
b) die Brüden zur Erhöhung des Wasserstoffperoxidgehalts einer Aufkonzentration unterzieht.b) subjecting the vapors to a concentration to increase the hydrogen peroxide content.
Die Erfinder haben gefunden, dass die in wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen aus der Direktsynthese als Stabilisatoren und/oder Promotoren enthaltenen Mineralsäuren, wie Phosphorsäure, Schwe- feisäure und Halogenwasserstoffsäuren, z. B. Chlorwasserstoff und Bromwasserstoff, überraschenderweise in hochkonzentrierten Lösungen zu einer Zersetzung des enthaltenen Wasserstoffperoxids führen. Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, bei denen eine wassrige Wasserstoffperoxid-Lösung aus der DirektSynthese zur Aufarbeitung einem einstufigen Verdampfungsschritt unterzogen werden, führen somit zwingend zu einem Verlust an Wertstoff, da entweder zur Vermeidung einer H202-Zersetzung auf hohe Verdampfungsraten verzichtet werden oder aber eine Zersetzung in der zunehmend konzentrierteren Lösung in Kauf genommen werden muss. Be- nachteiligt sind insbesondere Verfahren, bei denen zur Verdampfung ein nach dem Umlaufprinzip arbeitender Verdampfer eingesetzt wird, da hierbei lange Verweilzeiten der Wasserstoffperoxid-Lö- sungen auftreten. Somit lassen sich mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren in der Regel nicht mehr als 90 Gew.-% des in einem Syntheseaustrag aus der Direktsynthese enthaltenen Wasserstoffperoxids und Wassers in Dampf überführen. 5The inventors have found that the mineral acids contained in aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis as stabilizers and / or promoters, such as phosphoric acid, sulfuric acid and hydrohalic acids, eg. As hydrogen chloride and hydrogen bromide, surprisingly lead to decomposition of the hydrogen peroxide contained in highly concentrated solutions. Processes known from the prior art, in which an aqueous hydrogen peroxide solution from direct synthesis are subjected to a one-stage evaporation step for processing, thus necessarily lead to a loss of valuable material, since either high evaporation rates are avoided to avoid H 2 0 2 decomposition or a decomposition in the increasingly concentrated solution has to be accepted. Processes are particularly disadvantageous in which an evaporator operating according to the recirculation principle is used for evaporation, since long residence times of the hydrogen peroxide solution solutions occur. Thus, methods known from the prior art generally cannot convert more than 90% by weight of the hydrogen peroxide and water contained in a synthesis discharge from the direct synthesis into steam. 5
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Aufarbeitungsverfahren können ganz allgemein wässrige Wasserstoffperoxid-Lösungen, die nach einem herkömmlichen Direktsyntheseverfahren erhalten wurden, eingesetzt werden. Sie enthalten z. B. 2,5 bisIn general, aqueous hydrogen peroxide solutions obtained by a conventional direct synthesis process can be used as the starting material for the work-up process according to the invention. They contain e.g. B. 2.5 to
10 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, Wasserstoffperoxid. Sie enthalten weiterhin in der Regel 0,001 bis 1 Gew.-%, beispielsweise 0,01 bis 0,05 Gew.-%, schwerflüchtige anorganische Verunreinigungen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung umfasst der Begriff schwerflüchtige anorganische Verunreinigungen solche Verun-10 25 wt .-%, preferably 5 to 20 wt .-%, hydrogen peroxide. They also generally contain 0.001 to 1% by weight, for example 0.01 to 0.05% by weight, of low-volatile inorganic impurities. In the context of the present application, the term low-volatile inorganic impurities includes such contaminations
15 reinigungen, die unter den zur Verdampfung von H202/Wasser-Gemischen eingesetzten Bedingungen im Wesentlichen nicht in die Dampfphase übergehen. Dazu zählen beispielsweise die zur Stabilisierung des Wasserstoffperoxids in der Direktsynthese eingesetzten schwerflüchtigen anorganischen Säuren, wie Schwefelsäure,15 cleanings that do not essentially pass into the vapor phase under the conditions used for the evaporation of H 2 0 2 / water mixtures. These include, for example, the non-volatile inorganic acids, such as sulfuric acid, used to stabilize the hydrogen peroxide in direct synthesis.
20 Phosphorsäure und die Salze davon. Die als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung kann weiterhin bis zu 0,1 Gew.-%, beispielsweise 0,0001 bis 0,1 Gew.-%, an leichtflüchtigen anorganischen Verunreinigungen enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung um-20 phosphoric acid and the salts thereof. The aqueous hydrogen peroxide solution used as the starting material for the process according to the invention can furthermore contain up to 0.1% by weight, for example 0.0001 to 0.1% by weight, of volatile inorganic impurities. Within the scope of the present invention
25 fasst der Begriff leichtflüchtige anorganische Verunreinigungen solche Verunreinigungen, die unter den zur Verdampfung von H202/Wasser-Gemischen eingesetzten Bedingungen im Wesentlichen in die Gasphase übergehen. Dazu zählen beispielsweise die in wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen aus der Direktsynthese als Stabi-25 the term volatile inorganic impurities encompasses those impurities which essentially pass into the gas phase under the conditions used for the evaporation of H 2 0 2 / water mixtures. These include, for example, those in aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis as stabilized
30 lisatoren und/oder Promotoren eingesetzten Halogenwasserstoffsäuren und/oder deren Salze, wie z. B. Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Chloride und Bromide.30 lisators and / or promoters used hydrohalic acids and / or their salts, such as. B. hydrogen chloride, hydrogen bromide, chlorides and bromides.
Bevorzugt wird als Ausgangsmaterial eine Wasserstoffperoxid-Lö- 35 sung aus der Direktsynthese eingesetzt, dieA hydrogen peroxide solution from direct synthesis is preferably used as the starting material
2,5 bis 25 Gew.-% Wasserstoffperoxid,2.5 to 25% by weight of hydrogen peroxide,
0,01 bis 1 Gew.-% schwerflüchtige anorganische Verunreinigun- 40 gen,0.01 to 1% by weight of low volatile inorganic impurities,
0 bis 0,1 Gew.-% leichtflüchtige anorganische Verunreinigungen und0 to 0.1% by weight of volatile inorganic impurities and
45 - Wasser ad 100 Gew.-% enthält.45 - water ad 100% by weight contains.
Geeignete Direktsyntheseverfahren sind ohne Anspruch auf Vollständigkeit beispielsweise in der US 5,500,202 beschrieben, wo- rauf hier Bezug genommen wird. Bevorzugte Katalysatoren sind die in der deutschen Patentanmeldung P 100 48 844.7 beschriebenen, worauf hier Bezug genommen wird.Suitable direct synthesis methods are described without claim to completeness, for example in US 5,500,202, to which reference is made here. Preferred catalysts are those described in German patent application P 100 48 844.7, to which reference is made here.
Erfindungsgemäß wird in Schritt a) eine n-stufige Verdampferkas- kade eingesetzt, wobei n vorzugsweise für eine ganze Zahl von mindestens 2, besonders bevorzugt von 3 bis 6, insbesondere 3 oder 4, steht. In einer bevorzugten Ausführungsform steht n für 3.According to the invention, an n-stage evaporator cascade is used in step a), n preferably representing an integer of at least 2, particularly preferably 3 to 6, in particular 3 or 4. In a preferred embodiment, n is 3.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Verdampferkaskade kann aus gleichen oder verschiedenen Verdampfertypen aufgebaut sein. Werden mehrere Verdampfer eines Typs eingesetzt, so können sich diese sowohl hinsichtlich ihrer Dimensionierung als auch der Betriebsparameter, unter denen sie betrieben werden, unterscheiden. Geeignete Verdampfer sind beispielsweise in Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, Band 1, S. 532-542, 3. Auflage (1951) sowie in Perry's, Chemical Engineers' Handbook, 11-107 bis 11-118, 7. Auflage (1997) beschrieben. Bei der vorliegenden Erfindung wird zwischen den Verdampfertypen der Umlaufverdampfer und der Durchlaufverdampfer unterschieden. Umlaufverdampfer sind gekennzeichnet durch eine Zirkulation der einzudampfenden Lösung, wobei diese zur Erwärmung wiederholt an einem Beheizungsmittel vorbeigeführt wird. Sie weisen im Allgemeinen eine effektive Wärmeübertragung auf. Durchlaufverdampfer werden von der einzudampfenden Lösung nur einmal durchströmt. Sie weisen im Allgemeinen geringere Verweilzeiten der einzudampfenden Lösung als Umlaufverdampfer auf.The evaporator cascade used according to the invention can be constructed from the same or different evaporator types. If several evaporators of one type are used, they can differ both in terms of their dimensions and the operating parameters under which they are operated. Suitable evaporators are described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry, Volume 1, pp. 532-542, 3rd edition (1951) and in Perry's, Chemical Engineers' Handbook, 11-107 to 11-118, 7th edition (1997) , In the present invention, a distinction is made between the evaporator types of the circulation evaporator and the continuous evaporator. Circulation evaporators are characterized by a circulation of the solution to be evaporated, which is repeatedly guided past a heating means for heating. They generally have effective heat transfer. The evaporated solution only flows once through the evaporator. They generally have shorter residence times for the solution to be evaporated than circulation evaporators.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich sowohl Umlaufver- dampfer mit natürlichem Umlauf als auch Zwangsumlaufverdampfer. Geeignete Verdampfer mit natürlichem Umlauf sind beispielsweise Röhrenverdampfer mit natürlichem Umlauf, etc. Geeignete Zwangsumlaufverdampfer sind beispielsweise solche, bei denen der Flüssigkeitsumlauf durch eine in die Umlaufleitung eingeschaltete Pumpe bewirkt wird. Bevorzugt werden für das erfindungsgemäße Verfahren Filmverdampfer, wie Fallfilmverdampfer und Wischblattverdampfer, eingesetzt. Geeignete Durchlaufverdampfer sind beispielsweise Röhrenverdampfer.Both circulation evaporators with natural circulation and forced circulation evaporators are suitable for the process according to the invention. Suitable evaporators with natural circulation are, for example, tube evaporators with natural circulation, etc. Suitable forced circulation evaporators are, for example, those in which the liquid circulation is brought about by a pump switched into the circulation line. Film evaporators, such as falling film evaporators and wiper blade evaporators, are preferably used for the process according to the invention. Suitable continuous evaporators are, for example, tube evaporators.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man in der ersten bis (n-l)-ten Stufe der Verdampferkaskade einen Umlaufverdampfer und in der n-ten Stufe einen Durchlaufverdampfer ein. Vorteilhafterweise können so in der n-ten Stufe lange Verweilzeiten der an anorganischen Verunreinigungen und Wasserstoffperoxid aufkonzentrierten Lösung vermieden werden.According to a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, a circulation evaporator is used in the first to (nl) -th stage of the evaporator cascade and in the n-th Stage a continuous evaporator. Advantageously, long residence times of the solution concentrated in inorganic impurities and hydrogen peroxide can be avoided in the nth stage.
Vorteilhaft ist eine Reihenschaltung der einzelnen Verdampfer, wobei auf jeder Stufe eine an schwerflüchtigen anorganischen Verunreinigungen angereicherte flüssige Phase und Wasserstoffperoxid-haltige Brüden anfallen. Der flüssigen Phase der ersten bis (n-l)-ten Stufe wird jeweils ein flüssiger Austrag entnommen und der nächsten Verdampferstufe zugeführt. In der n-ten Stufe resultiert dabei eine hochkonzentrierte wässrige Lösung von anorganischen Komponenten der eingesetzten Wasserstoffperoxid-Lösung, die, gegebenenfalls nach einer Aufarbeitung, wieder in der Was- serstoffperoxid-Direktsynthese eingesetzt werden kann. Die Wasserstoffperoxid-haltigen Brüden werden, vorzugsweise nach Vereinigung, der weiteren Aufarbeitung zugeführt.A series connection of the individual evaporators is advantageous, a liquid phase enriched with low-volatile inorganic impurities and vapors containing hydrogen peroxide being obtained at each stage. A liquid discharge is taken from the liquid phase of the first to (n-1) -th stage and fed to the next evaporator stage. The nth stage results in a highly concentrated aqueous solution of inorganic components of the hydrogen peroxide solution used, which, if appropriate after working up, can be used again in the direct hydrogen peroxide synthesis. The vapors containing hydrogen peroxide are passed on for further processing, preferably after being combined.
Als Gesamtverdampfungsgrad wird der prozentuale Gewichtsmengenan- teil, der in der eingesetzten wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösung enthaltenen verdampfbaren (leichtflüchtigen) Komponenten (Wasser, H202, gegebenenfalls leichtflüchtige anorganische Verbindungen) verstanden, der in die Dampfphase (Brüden) überführt wird. Als Verdampfungsgrad einer Verdampferstufe wird der prozentuale Ge- wichtsmengenanteil der in dem der Stufe zugeführten Feed enthaltenen verdampfbaren Komponenten verstanden, der in dieser Stufe in die Dampfphase überführt wird. Der Verdampfungsgrad einer Stufe (und somit auch der Gesamtverdampfungsgrad) ist abhängig von Reaktor-spezifischen Kenngrößen wie dem Volumen und der spe- zifischen Heizleistung. Er lässt sich durch geeignete Wahl der Betriebsparameter, speziell dem Druck, der Temperatur und der Durchflussmenge, auf einen gewünschten Wert einstellen.The total degree of evaporation is understood as the percentage by weight of the volatile (volatile) components (water, H 2 0 2 , optionally volatile inorganic compounds) contained in the aqueous hydrogen peroxide solution used, which is converted into the vapor phase (vapors). The degree of evaporation of an evaporator stage means the percentage by weight of the evaporable components contained in the feed supplied to the stage, which is converted into the vapor phase in this stage. The degree of evaporation of a stage (and thus also the total degree of evaporation) depends on reactor-specific parameters such as the volume and the specific heating output. It can be set to a desired value by suitable selection of the operating parameters, especially the pressure, the temperature and the flow rate.
Auf der ersten bis (n-l)-ten Verdampfungsstufe liegt der Verdamp- fungsgrad pro Stufe vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30 bis 85 %, besonders bevorzugt 40 bis 80 %. Die Verdampfungsgrade der einzelnen Stufen können für die erste bis (n-l)-te Stufe jeweils gleich oder verschieden sein. Vorzugsweise weisen die Verdampfungsgrade der ersten bis (n-l)-ten Stufe einen Gradienten mit abnehmenden Werten von der ersten bis zur (n-l)-ten Stufe auf. Beispielsweise kann bei einer dreistufigen Verdampferkaskade der Verdampfungsgrad der ersten Stufe in einem Bereich von etwa 70 bis 80 % und der Verdampfungsgrad der zweiten Stufe in einem Bereich von etwa 45 bis 55 % liegen. Vorzugsweise beträgt der Ge- samtverdampfungsgrad, bezogen auf die n-te bis (n-l)-te Stufe 75 bis 92 %, besonders bevorzugt 80 bis 90 % und speziell 85 bis 90 %. Bei diesen Gesamtverdampfungsgraden wird vorteilhafterweise im Wesentlichen keine Zersetzung des Wasserstoffperoxids auf der n-ten bis (n-l)-ten Stufe beobachtet. Der Verdampfungsgrad der n- ten Stufe liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 90 bis 99 %, besonders bevorzugt 95 bis 98 %. Der Gesamtverdampfungsgrad der erfindungsgemäß eingesetzten Verdampferkaskade beträgt vorzugsweise mindestens 95 %, besonders bevorzugt mindestens 97 % und speziell mindestens 98 %. Im Allgemeinen können auch noch höhere Gesamtverdampfungsgrade von 99 % und darüber hinaus erzielt werden.In the first to (nl) -th evaporation stage, the degree of evaporation per stage is preferably in a range from about 30 to 85%, particularly preferably 40 to 80%. The degrees of evaporation of the individual stages can in each case be the same or different for the first to (nl) th stage. The degrees of evaporation of the first to (nl) -th stage preferably have a gradient with decreasing values from the first to the (nl) -th stage. For example, in a three-stage evaporator cascade, the degree of evaporation of the first stage can be in a range of approximately 70 to 80% and the degree of evaporation of the second stage can be in a range of approximately 45 to 55%. The total degree of evaporation, based on the nth to (nl) th stage, is preferably 75 to 92%, particularly preferably 80 to 90% and especially 85 to 90%. With these total degrees of evaporation, it is advantageous essentially no decomposition of the hydrogen peroxide was observed at the nth to (nl) th stage. The degree of evaporation of the nth stage is preferably in a range from approximately 90 to 99%, particularly preferably 95 to 98%. The total degree of evaporation of the evaporator cascade used according to the invention is preferably at least 95%, particularly preferably at least 97% and especially at least 98%. In general, even higher levels of total evaporation of 99% and beyond can be achieved.
Die Temperatur bei der Verdampfung liegt für alle Verdampferstufen vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20 bis 150 °C, bevorzugt 40 bis 100 °C. Bevorzugt ist ein Temperaturgradient mit zunehmenden Werten von der ersten bis zur n-ten Stufe.The temperature during the evaporation is preferably in a range from about 20 to 150 ° C., preferably 40 to 100 ° C., for all evaporator stages. A temperature gradient with increasing values from the first to the nth stage is preferred.
Der Druck bei der Verdampfung liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 10 mbar bis Umgebungsdruck, besonders bevorzugt 20 bis 500 mbar, insbesondere 30 bis 100 mbar. Möglich ist ein Druckgradient mit abnehmenden Werten vom ersten bis zum n-ten Verdampfer.The pressure during evaporation is preferably in a range from approximately 10 mbar to ambient pressure, particularly preferably 20 to 500 mbar, in particular 30 to 100 mbar. A pressure gradient with decreasing values from the first to the nth evaporator is possible.
Bevorzugt enthalten die in Schritt a) erhaltenen Brüden wenigstens 95 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 97 Gew.-%, insbesondere etwa 99 Gew.-% des Wasserstoffperoxids und des Wassers der eingesetzten Wasserstoffperoxid-Lösung.The vapors obtained in step a) preferably contain at least 95% by weight, particularly preferably at least 97% by weight, in particular about 99% by weight of the hydrogen peroxide and the water of the hydrogen peroxide solution used.
Zur Aufkonzentrierung in Schritt b) können die in Schritt a) erhaltenen Brüden einer thermischen Fraktionierung durch Kondensation und/oder Destillation unterzogen werden. Zweckmäßigerweise werden die in den einzelnen Verdampferstufen erhaltenen Brüden dazu zuvor vereinigt. Es ist jedoch auch möglich, Brüden aus einer oder mehreren Verdampferstufen einer separaten Aufbereitung zuzuführen.To concentrate in step b), the vapors obtained in step a) can be subjected to thermal fractionation by condensation and / or distillation. For this purpose, the vapors obtained in the individual evaporator stages are expediently combined beforehand. However, it is also possible to feed vapors from one or more evaporator stages to a separate preparation.
Nach einer ersten geeigneten Verfahrensvariante erfolgt die Auf- konzentration der Brüden durch Destillation. Die Destillation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen, bevorzugt ist eine kontinuierliche Destillation. Geeignete Destillationsapparaturen zur Aufkonzentrierung von wassrigen Wasserstoffperoxid- Lösungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen eine oder mehrere Destillationskolonnen mit ausreichender Trennstufenzahl. Bevorzugt zur Aufkonzentration sind Destillationskolonnen mit 1 bis 30 Trennstufen, besonders bevorzugt 2 bis 10 Trennstufen. Bevorzugt werden Kolonnen aus Edelstahl, Aluminium oder beschichtete Kolonnen eingesetzt, die an den mit H202 in Be- rührung kommenden Flächen eine Beschichtung mit inerten Werkstoffen, wie Polyvinylidenfluorid oder Perfluor-Alkoxy-Polymeren (PFA) aufweisen. Die zur Aufkonzentration eingesetzten Kolonnen können Kolonneneinbauten, wie feste, verstellbare oder bewegliche Kolonnenböden, Füllkörper, Flüssigkeitsverteiler, geordnete Packungen, beispielsweise aus Drahtgeweben, Rückflussverteiler, Tragroste, etc. aufweisen. Als Einbauten bevorzugt sind struktu- rierte Packungen, z. B. aus Blech oder Streckmetall sowie Gewebe und Füllkörper. Die Einbauten haben vorzugsweise eine geometrische Oberfläche von 50 m2/m3 bis 5000 m2/m3. Besonders hohe Ausbeuten werden beim Einsatz von Kolonnenverdampfern mit kurzen Verweilzeiten erzielt. Dazu zählen beispielsweise Fallfilmver- dampfer, Dünnschichtverdampfer und Kletterfilmverdampfer.According to a first suitable process variant, the vapors are concentrated by distillation. The distillation can be carried out continuously or batchwise, preference being given to continuous distillation. Suitable distillation apparatuses for concentrating aqueous hydrogen peroxide solutions are known from the prior art. They comprise one or more distillation columns with a sufficient number of plates. Distillation columns with 1 to 30 plates, particularly preferably 2 to 10 plates, are preferred for concentration. Columns made of stainless steel, aluminum or coated columns are preferably used which have a coating with inert materials, such as polyvinylidene fluoride or perfluoroalkoxy polymers (PFA), on the surfaces which come into contact with H 2 O 2 . The columns used for concentration can have column internals, such as fixed, adjustable or movable column trays, packing, liquid distributors, ordered packings, for example made of wire mesh, reflux distributors, supporting gratings, etc. Structured packings, eg. B. from sheet metal or expanded metal as well as fabric and packing. The internals preferably have a geometric surface area of 50 m 2 / m 3 to 5000 m 2 / m 3 . Particularly high yields are achieved when using column evaporators with short residence times. These include falling film evaporators, thin film evaporators and climbing film evaporators.
Die in Schritt a) erhaltenen Brüden werden vorzugsweise ohne vorherige Kondensation zur destillativen Aufkonzentration eingesetzt. Die Einspeisung in die Destillationskolonne erfolgt vor- zugsweise seitlich am Kolonnenfuß, d. h. z. B. auf der nullten bis dritten Trennstufe einer mindestens 2 bis 10 Trennstufen umfassenden Destillationskolonne.The vapors obtained in step a) are preferably used without prior condensation for concentration by distillation. The feed into the distillation column is preferably carried out at the side of the column base, ie. H. z. B. on the zero to third separation stage of a distillation column comprising at least 2 to 10 separation stages.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Aufkonzentrierung, bei dem man die Brüden zur thermischen Fraktionierung seitlich in eine Kolonne einspeist, wobei eine Auftrennung in ein an Wasserstoffperoxid abgereichertes gasförmiges Kopfprodukt und ein an Wasserstoffperoxid angereichertes flüssiges Sumpfprodukt erfolgt.A concentration process is preferred in which the vapors are fed laterally into a column for thermal fractionation, separation into a gaseous top product depleted of hydrogen peroxide and a liquid bottom product enriched with hydrogen peroxide.
Bei der Aufkonzentration durch Destillation beträgt die Temperatur am Fuß der Destillationskolonne vorzugsweise 20 bis 100 °C, bevorzugt 30 bis 80 °C. Der zur Destillation eingesetzte Druck liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30 bis 150 mbar.In the case of concentration by distillation, the temperature at the foot of the distillation column is preferably 20 to 100 ° C., preferably 30 to 80 ° C. The pressure used for the distillation is preferably in a range from about 30 to 150 mbar.
Eine geeignete Destillationsanlage zur Herstellung von konzentriertem Wasserstoffperoxid ist die in der EP-A-0 419 406 beschriebene.A suitable distillation plant for the production of concentrated hydrogen peroxide is that described in EP-A-0 419 406.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der destillativen Aufkonzen- tration der Brüden wird dem gasförmigen Kopfprodukt Wärme durch Inkontaktbringen mit einem Wärmeaustauscher entzogen und die entzogene Wärme in einem Wärme verbrauchenden Schritt des Aufarbeitungsverfahrens oder eines anderen Verfahrens eingesetzt.In a preferred embodiment of the distillative concentration of the vapors, heat is withdrawn from the gaseous top product by contacting it with a heat exchanger, and the extracted heat is used in a heat-consuming step of the work-up process or another process.
Die Temperatur des gasförmigen Kopfprodukts kann vor dem Inkontaktbringen mit dem Wärmeaustauscher in einem üblichen Brüdenverdichter erhöht werden, um eine bessere Wärmerückgewinnung zu gewährleisten. Geeignete Brüdenverdichter sind beispielsweise mechanische Verdichter und Treibstrahlverdichter, wobei im Letzte- ren gegebenenfalls nur ein Teil der Brüden zur Verdichtung genutzt wird. Beispielsweise kann die Temperatur des Kopfprodukts, die üblicherweise in einem Bereich von etwa 30 bis 100 °C liegt, auf Werte von etwa 150 bis 250 °C erhöht werden.The temperature of the gaseous top product can be raised in a conventional vapor compressor before contacting the heat exchanger in order to ensure better heat recovery. Suitable vapor compressors are, for example, mechanical compressors and propellant jet compressors, with only a part of the vapors possibly being used in the latter for compression. For example, the temperature of the top product, which is usually in a range from about 30 to 100 ° C, are increased to values from about 150 to 250 ° C.
Gewünschtenfalls kann die Temperatur des verdichteten Kopfpro- dukts durch sogenanntes Abschrecken (Abspritzen) auf Temperaturen von etwa 70 bis 120 °C verringert werden.If desired, the temperature of the compacted head product can be reduced to temperatures of about 70 to 120 ° C. by so-called quenching.
Das gasförmige Kopfprodukt der destillativen Aufarbeitung wird, gegebenenfalls nach Verdichten und/oder Abschrecken, kondensiert. Um die dabei anfallende Wärmemenge nutzbringend einzusetzen, erfolgt die Kondensation vorzugsweise durch Inkontaktbringen mit einem Wärmeaustauscher. Der Entzug der Wärme erfolgt beispielsweise durch Inkontaktbringen mit einem Kühlmedium, wie Wasser. Besonders zweckmäßig ist es, keinen Sekundärwärmeüberträger ein- zusetzen, sondern das gasförmige Kopfprodukt direkt einem wärmeverbrauchenden Schritt zuzuführen. Geeignete Wärmeaustauscher sind die üblichen, zur Wärmeübertragung bestimmten Apparaturen, in welchen Wärme von einem Ort oder Medium zu einem anderen transportiert wird. Sie können in üblichen Bauarten ausgeführt sein, wie z. B. Platten- und Rohrbündelaus auscher. Die dem gasförmigen Kopfprodukt entzogene Wärme wird in einem Wärme verbrauchenden Schritt des Aufarbeitungsverfahrens oder eines anderen Verfahrens eingesetzt. Dazu zählt insbesondere die Erwärmung der Verdampfer in Schritt a) .The gaseous top product of the working up by distillation is condensed, optionally after compression and / or quenching. In order to make use of the amount of heat generated, the condensation is preferably carried out by bringing it into contact with a heat exchanger. The heat is removed, for example, by bringing it into contact with a cooling medium, such as water. It is particularly expedient not to use a secondary heat exchanger, but rather to feed the gaseous top product directly to a heat-consuming step. Suitable heat exchangers are the usual heat transfer devices in which heat is transported from one place or medium to another. You can be carried out in conventional designs, such as. B. plate and tube bundle exchanger. The heat extracted from the gaseous overhead is used in a heat consuming step of the work-up process or other process. This includes in particular heating the evaporators in step a).
Der Wasserstoffperoxid-Gehalt im Kopfprodukt der destillativen Aufarbeitung und des Kondensats beträgt vorzugsweise höchstens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-% und insbesondere höchstens 0,1 Gew.-%. Die Wasserstoffperoxid-Konzentration im Sumpfprodukt der destillativen Aufarbeitung beträgt vorzugsweise 30 bis 70 Gew.-%.The hydrogen peroxide content in the top product of the working up by distillation and the condensate is preferably at most 1% by weight, particularly preferably at most 0.5% by weight and in particular at most 0.1% by weight. The hydrogen peroxide concentration in the bottom product of the working up by distillation is preferably 30 to 70% by weight.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Aufkonzentration der Brüden in Schritt b) durch fraktionierte Kondensa- tion erfolgen. Dazu können die vereinigten Brüden einer ein- oder mehrstufigen Partialkondensation unterzogen werden, wobei eine Auftrennung in ein Kondensat, das im Wesentlichen das in den Brüden enthaltene Wasserstoffperoxid enthält, und einen Dampf, der im Wesentlichen aus Wasser besteht, erfolgt.According to a further preferred embodiment, the vapors can be concentrated in step b) by fractional condensation. For this purpose, the combined vapors can be subjected to a one- or multi-stage partial condensation, with a separation into a condensate, which essentially contains the hydrogen peroxide contained in the vapors, and a vapor, which essentially consists of water, takes place.
Die in Schritt a) des erfindungsgemäßen Aufarbeitungsverfahrens erhaltenen Brüden können leichtflüchtige anorganische Verbindungen enthalten. Dabei handelt es sich im Wesentlichen, wie zuvor beschrieben, um Zusätze aus der Direktsynthese der aufzuarbeiten- den Wasserstoffperoxid-Lösung, beispielsweise Halogenwasserstoff- säuren und/oder deren Salze. Vorzugsweise werden die in Schritt a) erhaltenen Brüden zur Entfernung wenigstens eines Teils dieser Verunreinigungen vor der Aufkonzentrierung in Schritt b) einer Wäsche mit einer geeigneten Waschflüssigkeit unterzogen (Brüdenwäsche) . Geeignete Waschflüssigkeiten zur Abtrennung von Halogen- wasserstoffsäuren sind beispielsweise wässrige Lösungen schwer- flüchtiger anorganischer Basen. Geeignete Basen sind dabei Erdalkali- oder Alkalihydroxide, z. B. NaOH, KOH, Ca(OH)2. Das Inkontaktbringen der Wasser/Wasserstoffperoxid-Dampf-haltigen Brüden mit der Waschlösung erfolgt in üblichen, dem Fachmann bekannten Apparaturen, beispielsweise in einer Waschkolonne. Der Druck bei der Brüdenwäsche liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,03 bar bis 0,2 bar, besonders bevorzugt 0,05 bar bis 0,15 bar. Die Flüssigkeitsbelastung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 m3 m-2 h_1 und 60 m3 m-2 h-1, besonders bevorzugt zwischen 1 und 50 m3 m-2 h_1. Die Gasbelastung (F-Faktor) beträgt vorzugsweise 0,2 bis 30, be- sonders bevorzugt 0,3 bis 6 Pa0'5.The vapors obtained in step a) of the work-up process according to the invention can contain volatile inorganic compounds. As described above, these are essentially additives from the direct synthesis of the hydrogen peroxide solution to be worked up, for example hydrohalic acids and / or their salts. The vapors obtained in step a) are preferably used to remove at least some of them Before the concentration in step b), impurities are washed with a suitable washing liquid (vapor wash). Suitable washing liquids for separating hydrohalic acids are, for example, aqueous solutions of nonvolatile inorganic bases. Suitable bases are alkaline earth or alkali metal hydroxides, e.g. B. NaOH, KOH, Ca (OH) 2 . The vapors containing water / hydrogen peroxide vapor are brought into contact with the washing solution in customary apparatuses known to those skilled in the art, for example in a washing column. The pressure in the vapor washing is preferably in a range from 0.03 bar to 0.2 bar, particularly preferably 0.05 bar to 0.15 bar. The liquid load is preferably in the range of 0.1 m 3 m -2 h _1 and 60 m 3 m -2 h -1 , particularly preferably between 1 and 50 m 3 m -2 h _1 . The gas load (F factor) is preferably 0.2 to 30, particularly preferably 0.3 to 6 Pa 0 ' 5 .
Nach der Brüdenwäsche beträgt der Gehalt an leichtflüchtigen anorganischen Verunreinigungen des resultierenden Wasserstoffperoxids höchstens 10 Gew.-ppm, besonders bevorzugt höchstens 1 Gew.- ppm.After the vapor wash, the content of volatile inorganic impurities in the resulting hydrogen peroxide is at most 10 ppm by weight, particularly preferably at most 1 ppm by weight.
Alternativ zu einer Brüdenwäsche oder in Kombination damit können die eingesetzten wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen vor ihrer Einspeisung in die Verdampferkaskade (Schritt a) ) und/oder die nach der Aufkonzentrierung (Schritt b) ) erhaltenen Wasserstoffperoxid-Lösungen zur Entfernung wenigstens eines Teils von darin enthaltenen leichtflüchtigen anorganischen Verunreinigungen mit einem Ionenaustauscher in Kontakt gebracht werden. Geeignete Ionenaustauscher zur Entfernung von Halogenwasserstoffsäuren und deren Salzen sind beispielsweise Amberlite® IRA 92 der Fa. Rohm & Haas. Da Wasserstoffperoxid beim Inkontaktbringen mit basischen Komponenten zur Zersetzung neigt, ist es vorteilhaft, den Ionenaustauscher mit einer Säure vorzubelegen, deren Säurestärke geringer ist als die der zu entfernenden Halogenwasserstoffsäure . So kann beispielsweise zur Entfernung von Chlorid oder Bromid der Ionenaustauscher mit Phosphorsäure vorbeladen werden.As an alternative to a vapor wash or in combination therewith, the aqueous hydrogen peroxide solutions used can be contained before they are fed into the evaporator cascade (step a)) and / or the hydrogen peroxide solutions obtained after the concentration (step b)) to remove at least some of them volatile inorganic contaminants are brought into contact with an ion exchanger. Suitable ion exchangers for removing hydrohalic acids and their salts are, for example, Amberlite® IRA 92 from Rohm & Haas. Since hydrogen peroxide tends to decompose when it comes into contact with basic components, it is advantageous to pre-charge the ion exchanger with an acid whose acid strength is lower than that of the hydrohalic acid to be removed. For example, to remove chloride or bromide, the ion exchanger can be preloaded with phosphoric acid.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen weisen vorzugsweise einen Wasser- stoffperoxid-Gehalt von mindestens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 35 Gew.-% auf. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich wässrige Wasserstoffperoxid-Lösungen mit Konzentrationen bis etwa 70 Gew.-%, wie beispielsweise 30 bis 55 Gew.-%, erhalten. Gewünschtenfalls kann der nach Aufkonzentration erhaltenen Wasserstoffperoxid-Lösung ein Stabilisator, z. B. eine wässrige Na- triumpyrophosphat-Lösung, zugesetzt werden.The aqueous hydrogen peroxide solutions obtained by the process according to the invention preferably have a hydrogen peroxide content of at least 30% by weight, particularly preferably at least 35% by weight. Aqueous hydrogen peroxide solutions with concentrations of up to about 70% by weight, such as 30 to 55% by weight, can be obtained by the process according to the invention. If desired, the hydrogen peroxide solution obtained after concentration can be a stabilizer, e.g. B. an aqueous sodium pyrophosphate solution can be added.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen weisen vorzugsweise einen Gehalt an anorganischen Verunreinigungen von höchstens 0,001 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,0001 Gew.-%, auf.The aqueous hydrogen peroxide solutions obtained by the process according to the invention preferably have an inorganic impurity content of at most 0.001% by weight, particularly preferably at most 0.0001% by weight.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ganz allgemein zur Aufarbeitung von wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen aus der Direktsynthese. Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen, die höchstens 0,001 Gew.-% an anorganischen Verunreinigungen ent- halten, bei dem manThe process according to the invention is generally suitable for working up aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis. The invention thus also relates to a process for the preparation of aqueous hydrogen peroxide solutions which contain at most 0.001% by weight of inorganic impurities, in which
i) Wasserstoff und Sauerstoff in Gegenwart wenigstens eines Katalysators und wenigstens einer anorganischen Protonensäure in wässrigem Medium zur Reaktion bringt undi) hydrogen and oxygen in the presence of at least one catalyst and at least one inorganic protonic acid in an aqueous medium and
ii) das in Schritt i) erhaltene Reaktionsgemisch einer Aufarbeitung wie zuvor beschrieben unterzieht.ii) subjecting the reaction mixture obtained in step i) to working up as described above.
Geeignete Direktsyntheseverfahren der Stufe i) sind die eingangs beschriebenen und in Bezug genommenen.Suitable direct synthesis methods of stage i) are those described and referred to at the beginning.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in vorteilhafter Weise zur Aufarbeitung von wassrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen aus der Direktsynthese. Dabei wird ein Wertstoff erlust durch unvoll- ständiges Verdampfen des in der Rohlösung enthaltenen Wasserstoffperoxids vermieden. Des Weiteren kann auch eine Zersetzung des Wasserstoffperoxids, wie sie bei längerem Kontakt mit hochkonzentrierten anorganischen Verunreinigungen, speziell bei hohen Säurekonzentrationen, auftritt, in vorteilhafter Weise vermieden werden.The process according to the invention is advantageously suitable for working up aqueous hydrogen peroxide solutions from direct synthesis. In this case, a valuable substance is avoided by incomplete evaporation of the hydrogen peroxide contained in the raw solution. Furthermore, decomposition of the hydrogen peroxide, as occurs with prolonged contact with highly concentrated inorganic impurities, especially with high acid concentrations, can also be advantageously avoided.
Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the following, non-limiting examples.
BeispieleExamples
Vergleichsbeispiel (analog Beispiel 3 der DE-A-198 17 794)Comparative example (analogous to example 3 of DE-A-198 17 794)
Eine 10%ige wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einem Gehalt von 0,5 Gew.-% Phosphat und 100 ppm Bromid wurde einer kontinuierlichen Verdampfung in einem Fallfilmverdampfer aus Metall (Durchmesser 30 mm, Länge 1000 mm) mit Flüssigkeitsumlauf (100 - 150 1/h) unterzogen. Bei einer Verdampfertemperatur von 90 °C und einem Druck von 75 mbar wurden 95 Gew.-% der in der eingesetzten Wasserstoffperoxid-Lösung enthaltenen verdampfbaren Komponenten (Wasser, Wasserstoffperoxid, Bromid) abgedampft. Dabei wurde eine Wasserstoffperoxid-Zersetzung von etwa 40 Gew.-%, bezogen auf den Wasserstoffperoxid-Gehalt der eingesetzten Lösung, beobachtet.A 10% aqueous hydrogen peroxide solution containing 0.5% by weight phosphate and 100 ppm bromide was subjected to continuous evaporation in a falling film evaporator made of metal (diameter 30 mm, length 1000 mm) with liquid circulation (100 - 150 1 / h) subjected. At an evaporator temperature of 90 ° C. and a pressure of 75 mbar, 95% by weight of the evaporable components (water, hydrogen peroxide, bromide) contained in the hydrogen peroxide solution used were evaporated. A hydrogen peroxide decomposition of about 40% by weight, based on the hydrogen peroxide content of the solution used, was observed.
Beispiel 1 (erfindungsgemäß)Example 1
Die auch in Vergleichsbeispiel 1 eingesetzte Wasserstoffperoxid- Lösung wurde einer kontinuierlichen Verdampfung in einer Kaskade aus zwei Fallfilmverdampfern und einem Durchlaufverdampfer unterworfen. Die beiden Fallfilmverdampfer (Metall, Durchmesser 30 mm, Länge 1000 mm) mit Flüssigkeitsumlauf (100 - 150 1/h) wurden bei einer Temperatur von 90 °C und einem Druck von 75 mbar betrieben. Der Verdampfungsgrad im ersten Fallfilmverdampfer betrug 75 %, der Verdampfungsgrad im zweiten Verdampfer betrug 50 %. Der Durchlaufverdampfer wurde bei einer Temperatur von 90 °C und einem Druck von 75 mbar betrieben, der Verdampfungsgrad lag bei 97 %. Es wurde ein Gesamtverdampfungsgrad von 99 % erzielt, wobei keine Wasserstoffperoxid-Zersetzung beobachtet wurde. The hydrogen peroxide solution also used in Comparative Example 1 was subjected to continuous evaporation in a cascade of two falling-film evaporators and one continuous evaporator. The two falling film evaporators (metal, diameter 30 mm, length 1000 mm) with liquid circulation (100-150 l / h) were operated at a temperature of 90 ° C. and a pressure of 75 mbar. The degree of evaporation in the first falling film evaporator was 75%, the degree of evaporation in the second evaporator was 50%. The continuous evaporator was operated at a temperature of 90 ° C and a pressure of 75 mbar, the degree of evaporation was 97%. A total degree of evaporation of 99% was achieved, with no hydrogen peroxide decomposition being observed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Aufarbeitung einer wassrigen Wasserstoffpero- xid-Lösung aus einer Direktsynthese, bei dem man1. Process for working up an aqueous hydrogen peroxide solution from a direct synthesis, in which one
a) die Wasserstoffperoxid-Lösung zur Entfernung darin enthaltener schwerflüchtiger anorganischer Verunreinigungen in eine n-stufige Verdampferkaskade einspeist und ther- misch in Wasserstoffperoxid-haltige Brüden und einen die Verunreinigungen enthaltenden Rückstand trennt, wobei n für eine ganze Zahl von mindestens 2 steht und zumindest in der n-ten Stufe ein Durchlaufverdampfer eingesetzt wird.a) feeds the hydrogen peroxide solution to remove the low-volatile inorganic impurities contained therein into an n-stage evaporator cascade and thermally separates vapors containing hydrogen peroxide and a residue containing the impurities, where n is an integer of at least 2 and at least in a continuous evaporator is used in the nth stage.
b) die Brüden zur Erhöhung des Wasserstoffperoxidgehalts einer Aufkonzentration unterzieht.b) subjecting the vapors to a concentration to increase the hydrogen peroxide content.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei n für eine ganze Zahl von mindestens 3 steht.2. The method of claim 1, wherein n is an integer of at least 3.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die eingesetzte Wasserstoffperoxid-Lösung aus der Direktsynthese3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hydrogen peroxide solution used from the direct synthesis
- 2,5 bis 25 Gew.-% Wasserstoffperoxid,2.5 to 25% by weight of hydrogen peroxide,
0,01 bis 1 Gew.-% schwerflüchtige anorganische Verunreinigungen,0.01 to 1% by weight of low volatile inorganic impurities,
- 0 bis 0,1 Gew.-% leichtflüchtige anorganische Verunreinigungen und- 0 to 0.1% by weight of volatile inorganic impurities and
Wasser ad 100 Gew.-%Water ad 100% by weight
enthält.contains.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem die schwerflüchtigen anorganischen Verunreinigungen Schwefelsäure, Phosphorsäure und/ oder ein Salz davon umfassen.4. The method of claim 3, wherein the low volatility inorganic contaminants comprise sulfuric acid, phosphoric acid and / or a salt thereof.
5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die leichtflüchtigen anorganischen Verunreinigungen eine HalogenwasserStoffsäure und/ oder ein Salz davon umfassen. 5. The method of claim 3, wherein the volatile inorganic contaminants comprise a hydrohalic acid and / or a salt thereof.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man in der ersten bis (n-l)-ten Stufe der Verdampferkaskade einen Umlaufverdampfer und in der n-ten Stufe einen Durchlaufverdampfer einsetzt.6. The method according to any one of the preceding claims, in which a circulation evaporator is used in the first to (n-l) th stage of the evaporator cascade and a continuous evaporator in the nth stage.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die in Schritt a) erhaltenen Brüden wenigstens 95 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 97 Gew.-%, insbesondere 99 Gew.-% des Wasserstoffperoxids und des Wassers der eingesetzten Wasser- stoffperoxid-Lösung enthalten.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the vapors obtained in step a) at least 95 wt .-%, preferably at least 97 wt .-%, in particular 99 wt .-% of the hydrogen peroxide and the water of the hydrogen peroxide used Solution included.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die eingesetzte Wasserstoffperoxid-Lösung aus der Direktsynthese zusätzlich leichtflüchtige anorganische Verunreinigungen ent- hält und man zur Entfernung wenigstens eines Teils dieser8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the hydrogen peroxide solution used in the direct synthesis additionally contains volatile inorganic impurities and one removes at least a part of these
Verunreinigungen die in Schritt a) erhaltenen Brüden vor der Aufkonzentrierung in Schritt b) einer Wäsche mit einer Waschflüssigkeit unterzieht.Contaminates the vapors obtained in step a) before washing in step b) with a washing liquid.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die eingesetzte Wasserstoffperoxid-Lösung aus der Direktsynthese zusätzlich leichtflüchtige anorganische Verunreinigungen enthält und man zur Entfernung wenigstens eines Teils dieser Verunreinigungen die Wasserstoffperoxid-Lösung vor der Ein- speisung in die Verdampferkaskade und/oder nach der Aufkonzentrierung mit einem Ionenaustauscher in Kontakt bringt.9. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the hydrogen peroxide solution used from the direct synthesis additionally contains volatile inorganic impurities and to remove at least some of these impurities, the hydrogen peroxide solution before feeding into the evaporator cascade and / or in contact with an ion exchanger after concentration.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man in Schritt b) die Brüden einer thermischen Fraktionierung durch Kondensation und/oder Destillation unterzieht.10. The method according to any one of the preceding claims, in which the vapors are subjected to a thermal fractionation by condensation and / or distillation in step b).
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem man die Brüden zur thermischen Fraktionierung seitlich in eine Kolonne einspeist, wobei eine Auftrennung in ein gasförmiges Kopfprodukt, das im Wesentlichen aus Wasser besteht und ein flüssiges Sumpfprodukt, das im Wesentlichen das in den Brüden enthaltene Wasserstoffperoxid enthält, erfolgt.11. The method according to claim 10, in which the vapors are fed laterally into a column for thermal fractionation, wherein a separation into a gaseous top product consisting essentially of water and a liquid bottom product essentially containing the hydrogen peroxide contained in the vapors , he follows.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man dem gasförmigen Kopf- produkt Wärme durch Inkontaktbringen mit einem Wärmeaustauscher entzieht und die entzogene Wärme in einem wärmeverbrauchenden Schritt des Aufarbeitungsverfahrens oder eines anderen Verfahrens einsetzt. 12. The method according to claim 11, in which heat is withdrawn from the gaseous top product by contacting it with a heat exchanger and the extracted heat is used in a heat-consuming step of the work-up process or another process.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem man die Temperatur des Kopfprodukts vor dem Inkontaktbringen mit dem Wärmeaustauscher durch Verdichten erhöht.13. The method of claim 12, wherein the temperature of the top product is increased by contacting before contacting the heat exchanger.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einem Wasserstoffperoxidgehalt von mindestens 30 Gew.-% erhält.14. The method according to any one of the preceding claims, in which an aqueous hydrogen peroxide solution having a hydrogen peroxide content of at least 30 wt .-% is obtained.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einem Gehalt an anorganischen Verunreinigungen von höchstens 0,001 Gew.-% erhält.15. The method according to any one of the preceding claims, in which an aqueous hydrogen peroxide solution with an inorganic impurity content of at most 0.001 wt .-% is obtained.
16. Verfahren zur Herstellung von wassrigen Wasserstoffperoxid- Lösungen, die höchstens 0,001 Gew.-% an anorganischen Verunreinigungen enthalten, bei dem man16. A process for the preparation of aqueous hydrogen peroxide solutions which contain at most 0.001% by weight of inorganic impurities, in which
i) Wasserstoff und Sauerstoff in Gegenwart wenigstens eines Katalysators und wenigstens einer anorganischen Protonen- säure in wässrigem Medium zur Reaktion bringt undi) hydrogen and oxygen in the presence of at least one catalyst and at least one inorganic protonic acid in an aqueous medium and
ii) das in Schritt i) erhaltene Reaktionsgemisch einer Aufarbeitung wie in einem der Ansprüche 1 bis 15 beschrieben unterzieht. ii) subjecting the reaction mixture obtained in step i) to a workup as described in one of claims 1 to 15.
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