WO2024089347A1 - Procede de production de peroxyde d'hydrogene - Google Patents

Procede de production de peroxyde d'hydrogene Download PDF

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WO2024089347A1
WO2024089347A1 PCT/FR2023/051647 FR2023051647W WO2024089347A1 WO 2024089347 A1 WO2024089347 A1 WO 2024089347A1 FR 2023051647 W FR2023051647 W FR 2023051647W WO 2024089347 A1 WO2024089347 A1 WO 2024089347A1
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WO
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organic solvent
equal
working solution
solvent
quinone
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051647
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Inventor
Abdelatif BABA-AHMED
David Andre
Laurent Wendlinger
Original Assignee
Arkema France
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00—Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01—Hydrogen peroxide
    • C01B15/022—Preparation from organic compounds
    • C01B15/023—Preparation from organic compounds by the alkyl-anthraquinone process

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing hydrogen peroxide from a quinone using, as organic solvent, a lactone as described below.
  • the invention also relates to the use of at least one organic solvent, as defined below, to dissolve a quinone, for the production of hydrogen peroxide.
  • the most common process for producing hydrogen peroxide is the anthraquinone process.
  • a quinone is dissolved in a suitable mixture of organic solvents, a so-called working solution, and is hydrogenated to form the corresponding hydroquinone.
  • Hydroquinone is then reoxidized to quinone with oxygen (usually air) with simultaneous formation of hydrogen peroxide, which can then be extracted with water while the quinone is returned with the working solution at the hydrogenation stage.
  • the solvent mixture in the working solution generally includes one or more quinone solvents and one or more hydroquinone solvents. Quinones dissolve easily in nonpolar aromatic solvents, while hydroquinones dissolve well in polar solvents.
  • organic solvents also have the disadvantage of being synthesized from raw materials that are often expensive and/or not environmentally friendly.
  • one of the aims of the present invention is to notably improve the performance of a process for producing hydrogen peroxide.
  • the present invention therefore particularly relates to a process for producing hydrogen peroxide comprising at least the two alternating steps of: hydrogenation of a working solution in the presence of one or more catalysts, said working solution comprising at least one quinone dissolved in at least one organic solvent, to obtain at least one corresponding hydroquinone; and oxidation of at least said hydroquinone; said organic solvent being a lactone corresponding to the following formula (I):
  • n is an integer greater than or equal to 8.
  • the present invention thus makes it possible to achieve the objectives as described above thanks to the use of a solvent of formula (I) having the advantage of being biosourced and renewable and whose implementation in a process of Hydrogen production leads to improving its performance, particularly in terms of safety and efficiency, while effectively reducing its costs.
  • the organic solvent of formula (I) makes it possible to improve the safety and productivity of a hydrogen peroxide production unit.
  • the organic solvent also has the advantage of easily separating from the water during the step of extracting hydrogen peroxide from the working solution.
  • the process according to the invention can advantageously lead to a hydrogen peroxide solution having high purity.
  • hydroquinones have increased solubility in such a solvent, which makes it possible to carry out the process at a lower temperature, therefore reducing the costs linked to the production of hydrogen peroxide and the risks linked to the flammability of the solvent.
  • reaction rates can increase thereby increasing process productivity.
  • the present invention further relates to the use of at least one organic solvent for dissolving a quinone in a working solution for the production of hydrogen peroxide, in which the organic solvent is a lactone corresponding to formula (I) as as described previously.
  • the invention relates to the use of at least one organic solvent of formula (I) to improve the solubility of a hydroquinone.
  • C n or Cn compound or group denotes a compound or group containing n carbon atoms in its chemical structure.
  • the working solution comprises at least one organic solvent corresponding to a lactone of formula (I):
  • lactone is meant a class of compounds having at least one ester function in a ring.
  • n varies from 8 to 14, preferably from 9 to 13, even more preferably from 10 to 13, in particular from 10 to 12.
  • the organic solvent is a 5-membered ring lactone, substituted or not ( ⁇ -lactone), or 6-membered, substituted or not ( ⁇ -lactone), or 7-membered, substituted. or not (s-lactone).
  • the organic solvent is a 5-membered ring lactone, substituted or not, or a 6-membered ring lactone, substituted or not.
  • substituents chosen from the group consisting of an alkyl group, linear or branched, comprising from 1 to 10 carbon atoms, preferably from 1 to 8 carbon atoms, in particular methyl, ethyl, butyl and heptyl, a hydroxy group, an amine, a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine and iodine, or combinations thereof.
  • the substituent(s) may be one or more alkyl groups, linear or branched, comprising from 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 8 carbon atoms, for example example methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl or decyl, and combinations thereof.
  • the organic solvent has a flash point greater than or equal to 60°C, which advantageously makes it possible to limit the fire risks linked to the flammability of the solvent.
  • the organic solvent has a flash point greater than or equal to 62.5°C and even more preferably greater than or equal to 65°C.
  • the flash point can be determined by a closed cup apparatus according to ASTM-D3278.
  • n varies from 8 to 14, preferably from 10 to 12, and the organic solvent has a flash point greater than or equal to 60°C.
  • n varies from 10 to 12 and the organic solvent has a flash point greater than or equal to 65°C.
  • the organic solvent has a vapor pressure less than or equal to 450 Pa measured at a temperature of 20°C, which makes it possible to maintain the vapors in the reactors at all times below the explosive limits even when the reaction is carried out. at high temperatures.
  • the organic solvent has a vapor pressure less than or equal to 400 Pa, even more preferably less than or equal to 350 Pa measured at a temperature of 20°C.
  • the solvent of formula (I) may have a vapor pressure less than or equal to 450 Pa, or less than or equal to 400 Pa, or less than or equal to 350 Pa, or less than or equal to 300 Pa, or less than or equal to 250 Pa, or less than or equal to 200 Pa, or less than or equal to 250 Pa, or less than or equal to 200 Pa, or less than or equal to 150 Pa, or less than or equal to 100 Pa, at 20°C.
  • Vapor pressure can be determined by ebulliometry according to ASTM-E1719.
  • n varies from 8 to 14, preferably from 10 to 14, and the organic solvent has a vapor pressure less than or equal to 450 Pa measured at a temperature of 20°C.
  • the organic solvent has a solubility in water less than or equal to 2000 mg/kg at a temperature of 25°C.
  • Such reduced water solubility for the organic solvent makes it possible to reduce the loss of solvent particularly during the extraction stage of the process (in which the oxidized working solution is treated with water to extract the peroxide from 'hydrogen). Additionally, such reduced water solubility for the organic solvent helps provide a higher purity crude hydrogen peroxide solution.
  • the organic solvent is insoluble (or essentially insoluble) in water, and preferably has a solubility less than or equal to 1500 mg/kg, preferably less than or equal to 1200 mg/kg, measured at a temperature of 25°C.
  • Water solubility can be determined by coulometric Karl Fischer titration according to ASTM-D6304.
  • n varies from 8 to 14, preferably from 10 to 14, and the organic solvent has a solubility less than or equal to 1500 mg/kg, preferably less than or equal to 1200 mg/kg, measured at 25°C.
  • the organic solvent has a specific density strictly less than 1, which facilitates the separation of the solvent from the water during the step of extracting the hydrogen peroxide from the working solution.
  • the organic solvent has a specific density less than or equal to 0.97, preferably varying from 0.89 to 0.97.
  • Specific gravity can be determined using a hydrometer in accordance with ASTMD891.
  • n varies from 8 to 14, preferably from 10 to 14, and the organic solvent has a specific density strictly less than 1, preferably a specific density less than or equal to 0.97.
  • the organic solvent is preferably chosen from the group consisting of ⁇ -octalactone, ⁇ -octalactone, ⁇ -nonalactone, ⁇ -nonalactone, 3-methyl-y-octalactone, ⁇ -decalactone, ⁇ -decalactone , s-decalactone, 4-methyl-y-nonalactone, 4-ethyl-y-octalactone, 4-methyl-7-isopropyl-s-heptalactone, y-undecalactone, ô-undecalactone, 3-methyl- ⁇ -decalactone, ⁇ -dodecalactone, ⁇ -dodecalactone, ⁇ -dodecalactone, ⁇ -tridecalactone, ⁇ -tridecalactone, ⁇ -tetradecalactone, ⁇ -tetradecalactone, and mixtures thereof.
  • the organic solvent is ⁇ -octalactone, ⁇ -dodecalactone, and mixtures thereof.
  • the organic solvent is ⁇ -dodecalactone.
  • the organic solvent of formula (I) may be present in the working solution in an amount of 70 to 99.9% by weight, and preferably 80 to 99% by weight, relative to the total weight of the working solution. .
  • the organic solvent of formula (I) may be present in the working solution in an amount of 70 to 75% by weight; or 75 to 80% by weight; or 80 to 85% by weight; or 85 to 90% by weight; or 90 to 95% by weight; or 95 to 99.9% by weight, based on the total weight of the working solution.
  • the working solution may comprise a single organic solvent of formula (I).
  • the working solution may comprise a mixture of organic solvents of formula (I), for example two or three or four organic solvents of formula (I).
  • the working solution implemented in the process according to the invention further comprises a quinone which is preferably an anthraquinone and more preferably chosen from an alkylanthraquinone or a tetrahydroalkylanthraquinone which is solubilized in the organic solvent of formula (I).
  • a quinone which is preferably an anthraquinone and more preferably chosen from an alkylanthraquinone or a tetrahydroalkylanthraquinone which is solubilized in the organic solvent of formula (I).
  • quinone or “quinone derivatives” is meant a class of organic compounds having a benzene ring on which two hydrogen atoms are replaced by two oxygen atoms forming two carbonyl bonds.
  • alkylanthraquinone used in the description below will include both alkylanthraquinones and tetrahydroalkylanthraquinones.
  • alkyl substituents for alkylanthraquinones include amyl groups such as 2-tert-amyl or 2-iso-sec-amyl, ethyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl and 2-hexenyl, and it is particularly preferred to include at least ethyl-substituted anthraquinones and/or tetrahydroanthraquinones.
  • preferred alkylanthraquinones include 2-ethylanthraquinone, 2-isopropylanthraquinone, 2-n-butylanthraquinone, 2-sec-butylanthraquinone, 2-tert-butylanthraquinone, 2-amylanthraquinone, 2-sec-amylanthraquinone, 2- tert-amylanthraquinone or mixtures thereof, as well as 2-alkyl-5, 6,7,8-tetrahydroanthraquinones and their mixtures with the corresponding 2-alkylanthraquinones.
  • the alkylanthraquinone may be 2-ethylanthraquinone.
  • the quinone may be present in the working solution in an amount of 0.1 to 30% by weight, and preferably 1 to 20% by weight, relative to the total weight of the working solution.
  • quinone may be present in the working solution in an amount of 0.1 to 1% by weight; or 1 to 5% by weight; or 5 to 10% by weight; or 10 to 15% by weight; or 15 to 20% by weight; or 20 to 25% by weight; or 25 to 30% by weight.
  • the working solution includes a unique quinone.
  • the working solution includes a mixture of quinones, for example two or three or four quinones.
  • the working solution according to the invention may also comprise an additional solvent different from the organic solvent of formula (I).
  • the additional solvent may be a solvent for the solubilization of quinone or a solvent for the solubilization of hydroquinone (formed after the hydrogenation of quinone).
  • One or more additional solvents may be present in the working solution.
  • an additional first solvent for quinone solubilization and an additional second solvent for hydroquinone solubilization may be present in the working solution.
  • the additional solvent may be present in the working solution in a mass ratio relative to the organic solvent of formula (I) in the range from 0:1 to 3:1, preferably in the range from 0:1 to 2 :1 and more preferably in the range from 0:1 to 1:1.
  • this solvent may be a non-polar hydrocarbon preferably chosen from aromatic, aliphatic or naphthenic hydrocarbons, among which aromatic hydrocarbons are most preferred.
  • Preferred solvents of this type include benzene, alkylated or polyalkylated benzenes such as tert-butylbenzene or trimethylbenzene, alkylated toluenes or naphthalenes such as tert-butyltoluene or methylnaphthalene.
  • Aromatic Solvent 150 also called CIO solvent
  • Aromatic Solvent 150 has CAS number 64742-94-5 and is manufactured by distillation of aromatic streams derived from petroleum products. It is also known by other brand names such as Solvent Naphtha 150, Solvesso 150, Caromax 150, Shellsol A150 and Heavy Aromatic Solvent Naphtha 150.
  • this solvent may be a polar organic solvent preferably not soluble in water.
  • a solvent may be chosen from alcohols, ureas, amides, caprolactams, esters, phosphorus-containing substances and pyrrolidones, and may include alkyl phosphates (e.g. example trioctyl phosphate), alkyl phosphonates, alkylcyclohexanol esters (e.g. 2-methyl-cyclohexyl acetate), N,N-dialkylcarbonamides, tetraalkyl ureas (e.g.
  • tetrabutylurea N -alkyl-2-pyrrolidones and high-boiling alcohols, preferably with 8 to 9 carbon atoms (e.g. diisobutylcarbinol).
  • Preferred hydroquinone solvents are selected from alkyl phosphates, tetraalkyl ureas, alkylcyclohexanol esters and high boiling point alcohols.
  • the working solution according to the invention is devoid of any additional solvent.
  • the working solution may consist of (or essentially consist of) the organic solvent of formula (I) and quinone.
  • the invention relates to a process for producing hydrogen peroxide, in particular by the AO process.
  • a process for producing hydrogen peroxide includes alternating stages of hydrogenation and oxidation of the working solution described above.
  • the invention relates to a process for producing hydrogen peroxide by the AO process comprising at least the two alternating steps of: hydrogenation of a working solution in the presence of one or more catalysts, said working solution comprising at least one quinone dissolved in at least one organic solvent, to obtain at least one corresponding hydroquinone; and oxidation of said at least hydroquinone; the organic solvent being a lactone corresponding to the following formula (I): [Chem 3] working solution in contact with hydrogen gas.
  • the quinone is hydrogenated to form a corresponding hydroquinone.
  • This step is carried out in the presence of a catalyst.
  • Such a catalyst may, for example, be a metal chosen from nickel, palladium, platinum, rhodium, ruthenium, gold, silver or mixtures of these.
  • the preferred metals are palladium, platinum and gold, among which palladium or mixtures comprising at least 50% by weight of palladium are particularly preferred.
  • the catalyst can be either in a free form, for example palladium black suspended in the working solution, or deposited on a solid support such as particles used in the form of a suspension or of a fixed bed.
  • the catalyst can be in the form of an active metal on a monolithic support, for example, as described in US patents 4,552748 and 5,063,043.
  • the preferred support materials can be chosen from alumina, silica, aluminosilicates (silica-alumina), activated magnesia, titanium dioxide, carbon black, activated carbon, zeolites, heat exchange resins. ions, polymeric substrates, metallic substrates, alkaline earth metal carbonate or the like or combinations thereof.
  • the percent concentration of the metal in the supported catalysts may range from 0.1 to 50 wt.% but is preferably in the range from 0.2 to 5 wt.%.
  • the hydrogenation step can be carried out at a temperature of 20 to 120°C, and preferably 30 to 90°C.
  • Such a step can be carried out at an absolute pressure of 100 to 1200 kPa, and preferably of 150 to approximately 600 kPa.
  • the hydrogenation step can be carried out either in a suspension reactor or in a fixed bed reactor.
  • the working solution (now comprising F hydroquinone) is subjected to an oxidation step.
  • hydroquinone is transformed into quinone while hydrogen peroxide is produced.
  • oxygen As a source of oxygen, molecular oxygen, an oxygen-enriched gas, air or any other suitable oxygenated compound capable of producing hydrogen peroxide and oxidizing hydroquinone can be used.
  • This step can be carried out, for example, in a bubble reactor, in which the oxygen source and the working solution can pass in co-current or counter-current.
  • the bubble reactor may be free of internal devices or contain preferably internal devices in the form of packing plates or sieves.
  • the oxidation step can be carried out at a temperature of 20 to 100°C, and preferably 40 to 75°C.
  • Such a step can be carried out at an absolute pressure of 50 to 1500 kPa, and preferably of 100 to approximately 700 kPa.
  • the oxidation step is preferably carried out with an excess of oxygen, so that preferably more than 90%, in particular more than 95%, of the hydroquinone contained in the working solution is converted into the quinone form .
  • the working solution can have a hydrogen peroxide concentration of 0.5 to 2.5% by weight and preferably of 0.8 to 1.9% by weight.
  • the working solution may have a hydrogen peroxide concentration of 0.5 to 1% by weight; or 1 to 1.5% by weight; or 1.5 to 2% by weight; or 2 to 2.5% by weight.
  • the process according to the present invention may comprise a step of recovering the hydrogen peroxide in a crude hydrogen peroxide solution.
  • This step can be carried out by extracting the working solution resulting from the oxidation step with water.
  • This step can be carried out in extraction columns with perforated plates, packed columns, pulsed packed columns and liquid-liquid centrifugal extractors.
  • Extraction efficiency is strongly influenced by the distribution coefficient, which depends on the composition of the working solution (e.g., type and concentration of solvents and accumulation of degraded compounds). Effective extraction can take more than 95% of its hydrogen peroxide from the working solution.
  • the raw hydrogen peroxide solution may have a hydrogen peroxide concentration of 25 to 55% by weight and preferably 30 to 50% by weight.
  • the solution resulting from the recovery of the hydrogen peroxide (and comprising the organic solvent of formula (I) and the quinone) can then be reused in the hydrogenation step.
  • the working solution can also be dried using the exhaust gas (exhaust gas) from the oxidation stage.
  • the working solution leaving the extraction column may be initially stripped of entrained water in a water separator and then passed through an aqueous potassium carbonate solution for drying.
  • the organic solvent according to the invention preferably has a solubility in water equal to or less than 2000 mg/kg makes it possible to reduce the loss of organic solvent during extraction. Additionally, such reduced water solubility for the organic solvent helps provide a higher purity crude hydrogen peroxide solution.
  • the raw hydrogen peroxide solution can be processed (washed) to remove impurities such as entrained droplets of working solution and dissolved organic matter.
  • This treatment may include, for example, coalescence, liquid-liquid extraction, treatment with resins or any other treatment well known in the chemical industry.
  • the purified crude product can then be fed to a distillation unit, where it can be further purified and concentrated to the usual commercial concentration (e.g. 50-70% by weight hydrogen peroxide).
  • the working solution after the extraction step can be recycled into the hydrogenation step in order to continue the hydrogen peroxide production cycle.
  • the working solution should preferably be treated/regenerated to avoid deterioration in process performance.
  • Many methods have been suggested to purify the working solution and regenerate active quinone from quinone degradation products. For example, treatment with alkaline substances (aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia or amines), treatment with aluminum and sodium silicates and extraction with l active aluminum oxide.
  • the process according to the invention is a process for producing hydrogen peroxide by the process (AO) comprising at least the two alternating steps of: hydrogenation of a working solution in the presence of one or more catalysts, said working solution comprising at least 2-ethylanthraquinone dissolved in at least one organic solvent, to obtain at least one corresponding hydroquinone; and oxidation of at least said hydroquinone; said organic solvent being a 5-membered ring lactone, substituted or not, or a 6-membered ring lactone, substituted or not, preferably a lactone chosen from the group consisting of ⁇ -octalactone, ⁇ -dodecalactone, and their mixtures.
  • the present invention further relates to the use of at least one organic solvent for dissolving a quinone in a working solution for the production of hydrogen peroxide, in which the organic solvent is a lactone corresponding to formula (I) as as described previously.
  • the organic solvent as described above is used to dissolve a quinone in a working solution for the production of hydrogen peroxide.
  • the present invention relates to the use of an organic solvent to dissolve a quinone in a working solution for the production of hydrogen peroxide, in which the organic solvent is a lactone corresponding to formula (I) such that described previously.
  • the invention relates to the use of at least one organic solvent as described above to improve the solubility of a hydroquinone, preferably 2-ethyltetrahydroanthrahydroquinone.
  • Hydroquinone is notably formed after hydrogenation of the corresponding quinone.
  • solubilities were determined by dissolving a weighed amount of the parent quinone in the tested solvent. After adding a Pd catalyst to the solution, the mixture was hydrogenated until hydrogen absorption ceased and then cooled until precipitation occurred.
  • solubilities of 2-ethyltetrahydroanthrahydroquinone (2- THEAHQ) are greater in a working solution comprising at least one organic solvent according to the invention (belonging to formula (I) according to the invention) than in a working solution comprising at least one organic solvent, belonging to the same class of compounds but not corresponding to formula (I) according to the invention, under the same conditions.
  • solubilities of 2-ethyltetrahydroanthrahydroquinone (2-THEAHQ) are greater in a working solution comprising at least one organic solvent according to the invention (belonging to formula (I) according to the invention) than in a working solution comprising at least one organic solvent of different structure commonly used in the literature.
  • Table 3 compares the different properties of an organic solvent according to the invention and lactones of formula (C) whose n is strictly less than 8 and solvents commonly used in the literature.
  • the flash point can be determined by a closed cup apparatus according to ASTM-D3278.
  • Vapor pressure can be determined by ebulliometry according to ASTM-E1719.
  • Specific gravity can be determined using a hydrometer in accordance with ASTM-D891.
  • Water solubility can be determined by coulometric Karl Eischer titration according to ASTM-D6304.
  • a low specific gravity (as less than 1 as possible) makes it easier to separate the solvent from the water. This is useful during the step of extracting hydrogen peroxide from the working solution.
  • Low water solubility of the solvent is considered a very important property in this application. It makes it possible to reduce the loss of solvent, particularly during the extraction stage of the process (in which the oxidized working solution is treated with water in order to extract the hydrogen peroxide). Furthermore, this reduction in the water solubility of the organic solvent makes it possible to obtain a crude hydrogen peroxide solution of greater purity.

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Abstract

Procédé de production de peroxyde d'hydrogène La présente invention concerne un procédé de producti n de peroxyde d'hydrogène par le procédé AO comprenant les deux étapes alternées de : hydrogénation d'une solution de travail en présence d'un catalyseur, ladite solution de travail contenant au moins une quinone dissoute dans au moins un solvant organique, pour obtenir au moins une hydroquinone correspondante; et oxydation de ladite au moins une hydroquinone; le solvant répondant à la formule (I) suivante : [Chem 6] dans laquelle n est un nombre entier supérieur ou égal à 8.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de production de peroxyde d’hydrogène
La présente invention concerne un procédé de production de peroxyde d’hydrogène à partir d’une quinone mettant en œuvre, en tant que solvant organique, une lactone telle que décrite ci-après.
L’invention est également relative à l’utilisation d’au moins un solvant organique, tel que défini ci-après, pour dissoudre une quinone, pour la production de peroxyde d’hydrogène.
Le procédé le plus courant pour la production de peroxyde d’hydrogène est le procédé à F anthraquinone. Au cours d’un tel procédé, également appelé un procédé d’auto-oxydation (AO) cyclique, une quinone est dissoute dans un mélange de solvants organiques approprié, une solution dite de travail, et est hydrogénée pour former l’hydroquinone correspondante. L’ hydroquinone est ensuite réoxydée en quinone avec de l’oxygène (généralement de l’air) avec formation simultanée de peroxyde d’hydrogène, qui peut alors être extrait avec de l’eau alors que la quinone est renvoyée avec la solution de travail à l’étape d’hydrogénation.
Le procédé à F anthraquinone est largement décrit dans la littérature, par exemple dans Kirk-Othmer, « Encyclopedia of Chemical Technology », 49 Ed., 1993, Vol. 13, pp. 961-995.
Afin que le procédé fonctionne correctement, il est nécessaire d’utiliser un mélange de solvants pour la solution de travail dans lequel à la fois les quinones et les hydroquinones sont solubles. Par conséquent, le mélange de solvants dans la solution de travail comprend généralement un ou plusieurs solvants pour quinones et un ou plusieurs solvants pour hydroquinones. Les quinones se dissolvent facilement dans les solvants aromatiques non polaires, tandis que les hydroquinones se dissolvent bien dans les solvants polaires.
Pour les quinones, divers solvants aromatiques sont proposés dans la littérature tels que le benzène, le xylène (US 2 158 525), le triméthylbenzène (GB 747 190), le tétraméthylbenzène (WO 2001/098204) et les mélanges de benzènes polyalkylés (US 3 328 128, EP 3 342750, FR 1 406 409).
De plus, certains composés azotés sont également connus comme solvants pour les hydroquinones. Les utilisations d’amides d’acides carboxyliques (US 4 046 868), d’urées substituées (US 3 767 778), de pyrrolidones à substitution alkyle (US 4 394 369) et de caprolactames à substitution alkyle (EP 0 286 610) sont décrites dans la littérature.
Néanmoins, les solvants aromatiques déjà proposés dans la littérature sont la plupart du temps inflammables et produisent des vapeurs explosives lorsqu’ils sont mélangés avec de l’oxygène ou de l’air (impliquant de graves risques d’incendie et d’explosion dans une usine commerciale à grande échelle).
Par ailleurs, de tels solvants organiques présentent également le désavantage d’être synthétisés à partir de matières premières souvent coûteuses et/ou non respectueuses de l’environnement.
Au vu de ce qui précède, il existe donc un réel besoin de mettre en œuvre un solvant approprié, notamment un solvant biosourcé et renouvelable, pour la production de peroxyde d’hydrogène, afin de réduire les coûts du procédé et d’améliorer ses performances en termes de sécurité et de productivité.
En d’autres termes, l’un des buts de la présente invention est de notamment améliorer les performances d’un procédé de production de peroxyde d’hydrogène.
La présente invention a donc notamment pour objet un procédé de production de peroxyde d’hydrogène comprenant au moins les deux étapes alternées de : hydrogénation d’une solution de travail en présence d’un ou plusieurs catalyseurs, ladite solution de travail comprenant au moins une quinone dissoute dans au moins un solvant organique, pour obtenir au moins une hydroquinone correspondante ; et oxydation au moins de ladite hydroquinone ; ledit solvant organique étant une lactone répondant à la formule (I) suivante :
[Chem 1]
GB O (I) dans laquelle n est un nombre entier supérieur ou égal à 8.
La présente invention permet ainsi d’atteindre les objectifs tels que décrits ci- avant grâce à l’utilisation d’un solvant de formule (I) ayant l’avantage d’être biosourcé et renouvelable et dont la mise en œuvre dans un procédé de production d’hydrogène conduit à améliorer ses performances, notamment en termes de sécurité et de rendement, tout en réduisant efficacement ses coûts. Ainsi le solvant organique de formule (I) permet d’améliorer la sécurité et la productivité d’une unité de production de peroxyde d’hydrogène.
Le solvant organique présente en outre l’avantage de se séparer facilement de l’eau au cours de l’étape d’extraction du peroxyde d’hydrogène de la solution de travail.
Le procédé selon l’invention peut conduire avantageusement à une solution de peroxyde d’hydrogène ayant une pureté élevée.
En particulier, les hydroquinones présentent une solubilité accrue dans un tel solvant, ce qui permet de mettre en œuvre le procédé à une température plus basse, donc de réduire les coûts liés à la production de peroxyde d'hydrogène et les risques liés à l'inflammabilité du solvant.
De plus, à une solubilité accrue, les vitesses de réaction peuvent augmenter ce qui permet d'augmenter la productivité du procédé.
La présente invention concerne en outre l’utilisation d’au moins un solvant organique pour dissoudre une quinone dans une solution de travail pour la production de peroxyde d’hydrogène, dans laquelle le solvant organique est une lactone répondant à la formule (I) telle que décrite précédemment.
En particulier, l’invention porte sur l’utilisation d’au moins un solvant organique de formule (I) pour améliorer la solubilité d’une hydroquinone.
D'autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de l'invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description et de l’exemple qui suit.
Dans ce qui va suivre, et à moins d’une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans les expressions « compris entre » et « allant de ... à ... ».
Par ailleurs, l’expression « au moins un » utilisée dans la présente description est équivalente à l’expression « un ou plusieurs ».
En outre, l’expression « au moins » utilisée dans la présente description est équivalente à l’expression « supérieur ou égal ».
Enfin, de manière connue en soi, on désigne par composé ou groupe en Cn ou en Cn un composé ou un groupe contenant dans sa structure chimique n atomes de carbone.
Solution de travail Comme indiqué ci-avant, la solution de travail comprend au moins un solvant organique correspondant à une lactone de formule (I) :
[Chem 2]
CnH(^-2)O (I) dans laquelle n est un nombre entier supérieur ou égal à 8
Conformément à la présente invention, par « lactone », on entend une classe de composés ayant au moins une fonction ester dans un cycle.
Selon une caractéristique générale préférée de l’invention, dans la formule (I), n varie de 8 à 14, de préférence de 9 à 13, encore plus préférentiellement de 10 à 13, en particulier de 10 à 12.
Selon encore une caractéristique générale préférée de l’invention, le solvant organique est une lactone à cycle à 5 chaînons, substitué ou non (y-lactone), ou 6 chaînons, substitué ou non (ô-lactone), ou 7 chaînons, substitué ou non (s-lactone).
De préférence, le solvant organique est une lactone à cycle à 5 chaînons, substitué ou non, ou une lactone à cycle à 6 chaînons, substitué ou non.
A titre de substituants, on peut notamment citer les substituants choisis dans le groupe constitué par un groupement alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 8 atomes de carbone, en particulier le méthyle, l’éthyle, le butyle et l’heptyle, un groupement hydroxy, une amine, un atome d’halogène tel que l’atome de fluor, de chlore, de brome et d’iode, ou leurs combinaisons.
Préférentiellement, lorsque le solvant organique est une lactone substituée alors le ou les substituants peu(ven)t être un ou plusieurs groupements alkyles, linéaires ou ramifiés, comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence 1 à 8 atomes de carbone, par exemple méthyle, éthyle, propyle, butyle, pentyle, hexyle, heptyle, octyle, nonyle ou décyle, et leurs combinaisons.
De préférence, le solvant organique présente un point d’éclair supérieur ou égal à 60°C, ce qui permet avantageusement de limiter les risques d’incendie liés à l’inflammabilité du solvant.
Plus préférentiellement, le solvant organique présente un point d’éclair supérieur ou égal à 62,5°C et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 65°C. Le point d’éclair peut être déterminé par un appareil à vase clos selon la norme ASTM-D3278.
De préférence, n varie de 8 à 14, de préférence de 10 à 12, et le solvant organique présente un point d’éclair supérieur ou égal à 60°C.
Plus préférentiellement, n varie de 10 à 12 et le solvant organique présente un point d’éclair supérieur ou égal à 65°C.
De préférence, le solvant organique a une pression de vapeur inférieure ou égale à 450 Pa mesurée à une température de 20°C, ce qui permet de maintenir les vapeurs dans les réacteurs tout le temps en dessous des limites explosives même lorsque la réaction est réalisée à des températures élevées.
Plus préférentiellement, le solvant organique a une pression de vapeur inférieure ou égale à 400 Pa, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 350 Pa mesurée à une température de 20°C. Par exemple, le solvant de formule (I) peut avoir une pression de vapeur inférieure ou égale à 450 Pa, ou inférieure ou égale à 400 Pa, ou inférieure ou égale à 350 Pa, ou inférieure ou égale à 300 Pa, ou inférieure ou égale à 250 Pa, ou inférieure ou égale à 200 Pa, ou inférieure ou égale à 250 Pa, ou inférieure ou égale à 200 Pa, ou inférieure ou égale à 150 Pa, ou inférieure ou égale à 100 Pa, à 20°C.
La pression de vapeur peut être déterminée par ébulliométrie selon la norme ASTM-E1719.
De préférence, n varie de 8 à 14, de préférence de 10 à 14, et le solvant organique a une pression de vapeur inférieure ou égale à 450 Pa mesurée à une température de 20°C.
Avantageusement, le solvant organique a une solubilité dans l’eau inférieure ou égale à 2000 mg/kg à une température de 25°C.
Une telle solubilité dans l’eau réduite pour le solvant organique permet de réduire la perte de solvant notamment lors de l’étape d’extraction du procédé (dans laquelle la solution de travail oxydée est traitée avec de l’eau pour extraire le peroxyde d’hydrogène). De plus, une telle solubilité dans l’eau réduite pour le solvant organique permet de fournir une solution de peroxyde d’hydrogène brute de pureté plus élevée.
De préférence, le solvant organique est non soluble (ou essentiellement non soluble) dans l’eau, et a de préférence une solubilité inférieure ou égale à 1500 mg/kg, de préférence inférieure ou égale à 1200 mg/kg, mesurée à une température de 25°C. La solubilité dans l’eau peut être déterminée par titrage coulométrique de Karl Fischer selon la norme ASTM-D6304.
De préférence, n varie de 8 à 14, de préférence de 10 à 14, et le solvant organique a une solubilité inférieure ou égale à 1500 mg/kg, de préférence inférieure ou égale à 1200 mg/kg, mesurée à 25 °C.
Avantageusement, le solvant organique présente une densité spécifique strictement inférieure à 1 ce qui facilite la séparation du solvant de l’eau lors de l’étape d’extraction du peroxyde d’hydrogène de la solution de travail.
De préférence, le solvant organique présente une densité spécifique inférieure ou égale à 0,97, de préférence variant de 0,89 à 0,97.
La densité spécifique peut être déterminée au moyen d'un hydromètre conformément à la norme ASTMD891.
De préférence, n varie de 8 à 14, de préférence de 10 à 14, et le solvant organique a une densité spécifique strictement inférieure à 1, de préférence une densité spécifique inférieure ou égale à 0,97.
Le solvant organique est de préférence choisi dans le groupe constitué par la y-octalactone, la ô-octalactone, la y-nonalactone, la ô-nonalactone, la 3-methyl-y- octalactone, la y-décalactone, la ô-décalactone, la s-décalactone, la 4-methyl-y- nonalactone, la 4-ethyl-y-octalactone, la 4-methyl-7-isopropyl-s-heptalactone, y- undécalactone, ô-undécalactone, la 3-methyl-y-décalactone, la y-dodécalactone, la ô- dodécalactone, la s-dodécalactone, la y-tridécalactone, la ô-tridécalactone, la y- tétradécalactone, ô-tétradécalactone, et leurs mélanges.
De préférence, le solvant organique est la y-octalactone, la ô-dodécalactone, et leurs mélanges.
Plus préférentiellement, le solvant organique est la ô-dodécalactone.
Le solvant organique de formule (I) peut être présent dans la solution de travail en une quantité de 70 à 99,9 % en poids, et de préférence de 80 à 99 % en poids, par rapport au poids total de la solution de travail.
Par exemple, le solvant organique de formule (I) peut être présent dans la solution de travail en une quantité de 70 à 75 % en poids ; ou de 75 à 80 % en poids ; ou de 80 à 85 % en poids ; ou de 85 à 90 % en poids ; ou de 90 à 95 % en poids ; ou de 95 à 99,9 % en poids, par rapport au poids total de la solution de travail.
La solution de travail peut comprendre un solvant organique de formule (I) unique. Alternativement, la solution de travail peut comprendre un mélange de solvants organiques de formule (I), par exemple deux ou trois ou quatre solvants organiques de formule (I).
La solution de travail mise en œuvre dans le procédé selon l’invention comprend en outre une quinone qui est de préférence une anthraquinone et plus préférentiellement choisie parmi une alkylanthraquinone ou une tétrahydroalkylanthraquinone qui est solubilisée dans le solvant organique de formule (I).
Par « quinone » ou « dérivés de quinone », on entend une classe de composés organiques ayant un noyau benzénique sur lequel deux atomes d’hydrogène sont remplacés par deux atomes d’oxygène formant deux liaisons carbonyle.
Par souci de simplicité, le terme « alkylanthraquinone » utilisé dans la description ci-dessous inclura à la fois les alkylanthraquinones et les tétrahydroalkylanthraquinones .
Les substituants alkyle préférés pour les alkylanthraquinones comprennent les groupes amyle comme le 2-tert-amyle ou 2-iso-sec-amyle, éthyle, isopropyle, n-butyle, sec-butyle, tert-butyle et 2-hexényle, et il est particulièrement préféré d’inclure les anthraquinones et/ou les tétrahydroanthraquinones au moins à substitution éthyle. Ainsi, les alkylanthraquinones préférées comprennent la 2-éthylanthraquinone, la 2- isopropylanthraquinone, la 2-n-butylanthraquinone, la 2-sec-butylanthraquinone, la 2- tert-butylanthraquinone, la 2-amylanthraquinone, la 2-sec-amylanthraquinone, la 2- tert-amylanthraquinone ou des mélanges de celles-ci, ainsi que les 2-alkyl-5, 6,7,8- tétrahydroanthraquinones et leurs mélanges avec les 2-alkylanthraquinones correspondantes.
Selon un mode de réalisation préféré, F alkylanthraquinone peut être la 2- éthylanthraquinone .
La quinone peut être présente dans la solution de travail en une quantité de 0,1 à 30 % en poids, et de préférence de 1 à 20 % en poids, par rapport au poids total de la solution de travail.
Par exemple, la quinone peut être présente dans la solution de travail en une quantité de 0,1 à 1 % en poids ; ou de 1 à 5 % en poids ; ou de 5 à 10 % en poids ; ou de 10 à 15 % en poids ; ou de 15 à 20 % en poids ; ou de 20 à 25 % en poids ; ou de 25 à 30 % en poids. Selon certains modes de réalisation, la solution de travail comprend une quinone unique.
Alternativement, la solution de travail comprend un mélange de quinones, par exemple deux ou trois ou quatre quinones.
La solution de travail selon l’invention peut comprendre en outre un solvant supplémentaire différent du solvant organique de formule (I).
Le solvant supplémentaire peut être un solvant pour la solubilisation de la quinone ou un solvant pour la solubilisation de l’hydroquinone (formée après l’hydrogénation de la quinone). Un ou plusieurs solvants supplémentaires peuvent être présents dans la solution de travail. Par exemple, un premier solvant supplémentaire pour la solubilisation de la quinone et un second solvant supplémentaire pour la solubilisation de l’hydroquinone peuvent être présents dans la solution de travail.
Le solvant supplémentaire peut être présent dans la solution de travail selon un rapport massique par rapport au solvant organique de formule (I) dans la plage allant de 0:1 à 3:1, de préférence dans la plage allant de 0:1 à 2:1 et plus préférentiellement dans la plage allant de 0: 1 à 1:1.
Dans le cas où le solvant supplémentaire est destiné à la solubilisation de la quinone (solvant pour quinone), ce solvant peut être un hydrocarbure non polaire choisi de préférence parmi les hydrocarbures aromatiques, aliphatiques ou naphténiques, parmi lesquels les hydrocarbures aromatiques sont préférés entre tous. Les solvants préférés de ce type comprennent le benzène, les benzènes alkylés ou polyalkylés tels que le tert-butylbenzène ou le triméthylbenzène, les toluènes ou naphtalènes alkylés tels que le tert-butyltoluène ou le méthylnaphtalène. L’utilisation d’un mélange commercial de composés aromatiques commercialisé sous le nom de Aromatic Solvent 150 (également appelé solvant CIO) est possible. Aromatic Solvent 150 porte le numéro CAS 64742-94-5 et est fabriqué par distillation de flux aromatiques dérivés de produits pétroliers. Il est également connu sous d’autres noms de marque tels que Solvent Naphtha 150, Solvesso 150, Caromax 150, Shellsol A150 et Heavy Aromatic Solvent Naphtha 150.
Dans le cas où le solvant supplémentaire est destiné à la solubilisation de l’hydroquinone (solvant pour hydroquinone), ce solvant peut être un solvant organique polaire de préférence non soluble dans l’eau. Un tel solvant peut être choisi parmi les alcools, les urées, les amides, les caprolactames, les esters, les substances contenant du phosphore et les pyrrolidones, et peut comprendre les phosphates d’alkyle (par exemple le phosphate de trioctyle), les phosphonates d’alkyle, les esters d’alkylcyclohexanol (par exemple l’acétate de 2-méthyl-cyclohexyle), les N,N- dialkylcarbonamides, les tétraalkylurées (par exemple la tétrabutylurée), les N-alkyl- 2-pyrrolidones et les alcools à haut point d’ébullition, de préférence avec de 8 à 9 atomes de carbone (par exemple le diisobutylcarbinol). Les solvants pour hydroquinones préférés sont choisis parmi les phosphates d’alkyle, les tétraalkylurées, les esters d’alkylcyclohexanol et les alcools à haut point d’ébullition
Alternativement, la solution de travail selon l’invention est dépourvue de tout solvant supplémentaire.
De préférence, la solution de travail peut consister en (ou essentiellement consister en) le solvant organique de formule (I) et la quinone.
Procédé de production du peroxyde d’hydrogène
Comme indiqué ci-avant, l’invention concerne un procédé de production de peroxyde d’hydrogène, en particulier par le procédé AO. Un tel procédé comprend des étapes alternées d’hydrogénation et d’oxydation de la solution de travail décrite ci- dessus.
En d’autres termes, de préférence, l’invention porte sur un procédé de production de peroxyde d’hydrogène par le procédé AO comprenant au moins les deux étapes alternées de: hydrogénation d’une solution de travail en présence d’un ou plusieurs catalyseurs, ladite solution de travail comprenant au moins une quinone dissoute dans au moins un solvant organique, pour obtenir au moins une hydroquinone correspondante ; et oxydation de ladite au moins hydroquinone ; le solvant organique étant une lactone répondant à la formule (I) suivante : [Chem 3]
Figure imgf000010_0001
lution de travail en contact avec de l’hydrogène gazeux. Au cours de cette étape, la quinone est hydrogénée pour former une hydroquinone correspondante. Cette étape est réalisée en présence d’un catalyseur. Un tel catalyseur peut, par exemple, être un métal choisi parmi le nickel, le palladium, le platine, le rhodium, le ruthénium, l’or, l’argent ou des mélanges de ceux-ci. Les métaux préférés sont le palladium, le platine et l’or, parmi lesquels le palladium ou des mélanges comprenant au moins 50 % en poids de palladium sont particulièrement préférés.
Selon un mode de réalisation préféré, le catalyseur peut être soit sous une forme libre, par exemple du noir de palladium en suspension dans la solution de travail, soit déposé sur un support solide tel que des particules utilisées sous la forme d’une suspension ou d’un lit fixe.
Selon un autre mode de réalisation préféré, le catalyseur peut se présenter sous la forme d’un métal actif sur un support monolithique, par exemple, comme décrit dans les brevets US 4 552748 et 5 063 043.
Les matériaux de support préférés peuvent être choisis parmi l’alumine, la silice, les aluminosilicates (silice- alumine), la magnésie activée, le dioxyde de titane, le noir de carbone, le charbon actif, les zéolites, les résines échangeuses d’ions, les substrats polymères, les substrats métalliques, un carbonate de métal alcalino-terreux ou analogues ou des combinaisons de ceux-ci. La concentration en pourcentage du métal dans les catalyseurs supportés peut être comprise dans la plage allant de 0,1 à 50 % en poids mais est de préférence dans la plage allant de 0,2 à 5 % en poids.
L’étape d’hydrogénation peut être réalisée à une température de 20 à 120°C, et de préférence de 30 à 90°C.
De plus, une telle étape peut être réalisée à une pression absolue de 100 à 1 200 kPa, et de préférence de 150 à environ 600 kPa.
De préférence, l’étape d’hydrogénation peut être réalisée soit dans un réacteur à suspension, soit dans un réacteur à lit fixe.
Après l’étape d’hydrogénation, la solution de travail (comprenant maintenant F hydroquinone) est soumise à une étape d’oxydation. Au cours de cette étape, l’hydroquinone est transformée en quinone tandis que du peroxyde d’hydrogène est produit. Une telle étape est réalisée en présence d’oxygène. Comme source d’oxygène, on peut utiliser de l’oxygène moléculaire, un gaz enrichi en oxygène, de l’air ou tout autre composé oxygéné approprié permettant de produire du peroxyde d’hydrogène et d’oxyder l’hydroquinone.
Cette étape peut être réalisée, par exemple, dans un réacteur à bulles, dans lequel la source d’oxygène et la solution de travail peuvent passer à co-courant ou à contre-courant. Le réacteur à bulles peut être exempt de dispositifs internes ou contenir de préférence des dispositifs internes sous la forme de plaques de garnissage ou de tamis.
L’étape d’oxydation peut être réalisée à une température de 20 à 100°C, et de préférence de 40 à 75 °C.
De plus, une telle étape peut être réalisée à une pression absolue de 50 à 1 500 kPa, et de préférence de 100 à environ 700 kPa.
L’étape d’oxydation est de préférence réalisée avec un excès d’oxygène, de sorte que de préférence plus de 90 %, en particulier plus de 95 %, de l’hydroquinone contenue dans la solution de travail sont convertis en la forme quinone.
À l’issue de cette étape, la solution de travail peut avoir une concentration en peroxyde d’hydrogène de 0,5 à 2,5 % en poids et de préférence de 0,8 à 1,9 % en poids. Par exemple, la solution de travail peut avoir une concentration en peroxyde d’hydrogène de 0,5 à 1 % en poids ; ou de 1 à 1,5 % en poids ; ou de 1,5 à 2 % en poids ; ou de 2 à 2,5 % en poids.
Après cette étape, le procédé selon la présente invention peut comprendre une étape de récupération du peroxyde d’hydrogène dans une solution de peroxyde d’hydrogène brute. Cette étape peut être réalisée en extrayant la solution de travail résultant de l’étape d’oxydation avec de l’eau. Cette étape peut être réalisée dans des colonnes d’extraction à plateaux perforés, des colonnes garnies, des colonnes garnies pulsées et des extracteurs centrifuges liquide-liquide.
L’efficacité de l’extraction est fortement influencée par le coefficient de distribution, qui dépend de la composition de la solution de travail (par exemple, du type et de la concentration des solvants et de l’accumulation de composés dégradés). Une extraction efficace peut prendre à la solution de travail plus de 95 % de son peroxyde d’hydrogène.
À l’issue de cette étape, la solution de peroxyde d’hydrogène brute peut avoir une concentration en peroxyde d’hydrogène de 25 à 55 % en poids et de préférence de 30 à 50 % en poids.
La solution résultant de la récupération du peroxyde d’hydrogène (et comprenant le solvant organique de formule (I) et la quinone) peut ensuite être réutilisée dans l’étape d’hydrogénation. Cependant, il est préférable, avant de réutiliser ladite solution dans l’étape d’hydrogénation, d’ajuster sa teneur en eau. Étant donné que la solubilité de l’eau dans la solution de travail dépend de la température, sa teneur en humidité peut être ajustée en effectuant l’étape d’extraction à des températures compatibles avec les performances d’extraction, en séparant l’eau dispersée, puis en augmentant la température de la solution de travail avant qu’elle n’atteigne l’étape d’hydrogénation. La solution de travail peut également être séchée en utilisant le gaz d’échappement (gaz évacué) de l’étape d’oxydation. Alternativement, la solution de travail quittant la colonne d’extraction peut être initialement débarrassée de l’eau entraînée dans un séparateur d’eau puis passée à travers une solution aqueuse de carbonate de potassium pour le séchage.
Le fait que le solvant organique selon l’invention ait de préférence une solubilité dans l’eau égale ou inférieure à 2000 mg/kg permet de réduire la perte de solvant organique lors de l’extraction. De plus, une telle solubilité dans l’eau réduite pour le solvant organique permet de fournir une solution de peroxyde d’hydrogène brute de pureté plus élevée.
D’une part, après l’étape d’extraction, la solution de peroxyde d’hydrogène brute peut être traitée (lavée) pour éliminer les impuretés telles que les gouttelettes entraînées de solution de travail et des matières organiques dissoutes. Ce traitement peut comprendre, par exemple, en coalescence, une extraction liquide-liquide, un traitement avec des résines ou tout autre traitement bien connu dans l’industrie chimique. Le produit brut purifié peut ensuite être introduit dans une unité de distillation, où il peut être davantage purifié et concentré à la concentration commerciale habituelle (par exemple de 50 à 70 % en poids de peroxyde d’hydrogène).
D’autre part, la solution de travail après l’étape d’extraction peut être recyclée dans l’étape d’hydrogénation afin de poursuivre le cycle de production de peroxyde d’hydrogène. Au fur et à mesure que des produits de dégradation se forment (à partir des composés de quinone/hydroquinone et des solvants), la solution de travail doit de préférence être traitée/régénérée pour éviter une détérioration des performances du procédé. De nombreuses méthodes ont été suggérées pour purifier la solution de travail et régénérer la quinone active à partir des produits de dégradation de la quinone. Par exemple, un traitement avec des substances alcalines (solution aqueuse d’hydroxyde de sodium ou d’hydroxyde de potassium, hydroxyde de calcium, ammoniac ou amines), un traitement avec des silicates d’aluminium et de sodium et une extraction avec de l’oxyde d’aluminium actif.
La solution de travail doit également de préférence être lavée (habituellement avec de l’eau légèrement acide) avant d’être renvoyée dans le procédé. De préférence, le procédé selon l’invention est un procédé de production peroxyde d’hydrogène par le procédé (AO) comprenant au moins les deux étapes alternées de : hydrogénation d’une solution de travail en présence d’un ou plusieurs catalyseurs, ladite solution de travail comprenant au moins la 2- éthylanthraquinone dissoute dans au moins un solvant organique, pour obtenir au moins une hydroquinone correspondante ; et oxydation au moins de ladite hydroquinone ; ledit solvant organique étant une lactone à cycle à 5 chaînons, substitué ou non, ou une lactone à cycle à 6 chaînons, substitué ou non, de préférence une lactone choisie dans le groupe constitué par la y-octalactone, la ô-dodécalactone, et leurs mélanges.
Utilisations
La présente invention concerne en outre l’utilisation d’au moins un solvant organique pour dissoudre une quinone dans une solution de travail pour la production de peroxyde d’hydrogène, dans laquelle le solvant organique est une lactone répondant à la formule (I) telle que décrite précédemment.
Autrement dit, le solvant organique tel que décrit précédemment est utilisé pour dissoudre une quinone dans une solution de travail pour la production de peroxyde d’hydrogène.
De préférence, la présente invention concerne l’utilisation d’un solvant organique pour dissoudre une quinone dans une solution de travail pour la production de peroxyde d’hydrogène, dans laquelle le solvant organique est une lactone répondant à la formule (I) telle que décrite précédemment.
En particulier, l’invention porte sur l’utilisation d’au moins un solvant organique tel que décrit précédemment pour améliorer la solubilité d’une hydroquinone, de préférence la 2-éthyltétrahydroanthrahydroquinone.
L’ hydroquinone est notamment formée après hydrogénation de la quinone correspondante.
L’invention est illustrée plus en détail dans les exemples suivants non limitatifs. Exemples
Les exemples suivants illustrent l’invention sans la limiter.
Tests de solubilité des quinones et hydroquinones dans différents solvants
Dans les exemples suivants, les solubilités de la 2- éthyltétrahydroanthrahydroquinone (2-THEAHQ) ont été testées dans différents solvants conformément aux protocoles détaillés ci-après.
Protocole de solubilité de la 2-éthyltétrahvdroanthrahvdroquinone
Pour la 2-éthyltétrahydroanthrahydroquinone, les solubilités ont été déterminées en dissolvant une quantité pesée de la quinone mère dans le solvant testé. Après l'addition d'un catalyseur à base de Pd à la solution, le mélange a été hydrogéné jusqu'à ce que l'absorption d'hydrogène cesse, puis refroidi jusqu'à ce qu'une précipitation se produise.
L'analyse des échantillons a été effectuée par chromatographie liquide. Des mélanges de référence ont été préparés pour l'étalonnage.
La solubilité de la 2-éthyltétrahydroanthrahydroquinone (2-THEAHQ) a été mesurée dans deux lactones de formule (I) selon l’invention, dans deux lactones hors invention répondant à la formule (C) CnH(2n-2)O, dans laquelle n représente nombre entier strictement inférieur à 8, et dans différents solvants de l’art antérieur.
Dans les solvants de l’art antérieur, la solubilité de la 2-éthyl- tétrahydroanthrahydroquinone a été mesurée, d’une part, conformément au protocole indiqué ci-avant et, d’autre part, comme indiqué dans le brevet canadien CA573780 (07.04.1959).
[Tableau 1]
Figure imgf000015_0001
[Tableau 2]
Figure imgf000016_0001
Il en résulte que les solubilités de la 2-éthyltétrahydroanthrahydroquinone (2- THEAHQ) sont plus importantes dans une solution de travail comprenant au moins un solvant organique selon l’invention (appartenant à la formule (I) selon l’invention) que dans une solution de travail comprenant au moins un solvant organique, appartenant à la même classe de composés mais ne répondant pas à la formule (I) selon l’invention, dans les mêmes conditions. De la même façon, les solubilités de la 2-éthyltétrahydroanthrahydroquinone (2-THEAHQ) sont plus importantes dans une solution de travail comprenant au moins un solvant organique selon l’invention (appartenant à la formule (I) selon l’invention) que dans une solution de travail comprenant au moins un solvant organique de structure différente couramment utilisé dans la littérature.
Le tableau 3 ci-dessous compare les différentes propriétés d’un solvant organique selon l’invention et des lactones de formule (C) dont n est strictement inférieur à 8 et des solvants couramment utilisés dans la littérature.
Le point d'éclair peut être déterminé par un appareil à coupelle fermée selon la norme ASTM-D3278.
La pression de vapeur peut être déterminée par ébulliométrie selon la norme ASTM-E1719.
La densité spécifique peut être déterminée au moyen d'un hydromètre conformément à la norme ASTM-D891.
La solubilité dans l'eau peut être déterminée par titrage coulométrique de Karl Eischer conformément à la norme ASTM-D6304.
Une densité spécifique faible (aussi inférieure à 1 que possible) facilite la séparation du solvant de l'eau. Ceci est utile lors de l'étape d'extraction du peroxyde d'hydrogène de la solution de travail.
Une faible solubilité dans l'eau du solvant est considérée comme une propriété très importante dans cette application. Elle permet de réduire la perte de solvant notamment lors de l'étape d'extraction du procédé (dans laquelle la solution de travail oxydée est traitée avec de l'eau afin d'extraire le peroxyde d'hydrogène). En outre, cette diminution de la solubilité dans l'eau du solvant organique permet d'obtenir une solution brute de peroxyde d'hydrogène d'une plus grande pureté.
[Tableau 3]
Figure imgf000017_0001
(*) hors invention Comme le montre le tableau 3, les composés selon l'invention ont également un certain nombre d'autres propriétés favorables permettant d’améliorer l’optimisation du procédé de production de peroxyde d’hydrogène.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production de peroxyde d’hydrogène comprenant au moins les deux étapes alternées de: hydrogénation d’une solution de travail en présence d’un ou plusieurs catalyseurs, ladite solution de travail comprenant au moins une quinone dissoute dans au moins un solvant organique, pour obtenir au moins une hydroquinone correspondante ; et oxydation de ladite au moins hydroquinone ; caractérisé en ce que le solvant organique est une lactone répondant à la formule (I) suivante :
[Chem 4]
CaH(2s!-2)O (I) dans laquelle n est un nombre entier supérieur ou égal à 8.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que n varie de 8 à 14, de préférence de 9 à 13.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le solvant organique est une lactone à cycle à 5 chaînons, substitué ou non, ou 6 chaînons, substitué ou non, ou 7 chaînons, substitué ou non.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solvant organique a un point d’éclair supérieur ou égal à 60°C, de préférence supérieur ou égal à 62,5°C et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 65°C.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solvant organique une pression de vapeur inférieure ou égale à 450 Pa, plus préférentiellement inférieure ou égale à 400 Pa, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 350 Pa, mesurée à une température de 20 °C.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solvant organique a une solubilité dans l’eau inférieure ou égale à 2000 mg/kg, de préférence inférieure ou égale à 1500 mg/kg, mesurée à une température de 25°C.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solvant organique a une densité spécifique strictement inférieure à 1, de préférence inférieure ou égale à 0,97.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solvant organique est choisi dans le groupe constitué par la y- octalactone, la ô-octalactone, la y-nonalactone, la ô-nonalactone, la 3-methyl-y- octalactone, la y-décalactone, la ô-décalactone, la s-décalactone, la 4-methyl-y- nonalactone, la 4-ethyl-y-octalactone, la 4-methyl-7-isopropyl-s-heptalactone, y- undécalactone, ô-undécalactone, la 3-methyl-y-décalactone, la y-dodécalactone, la ô- dodécalactone, la s-dodécalactone, la y-tridécalactone, la ô-tridécalactone, la y- tétradécalactone, ô-tétradécalactone, et leurs mélanges, de préférence par la y- octalactone et la ô-dodécalactone et leurs mélanges.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solvant organique est la ô-dodécalactone.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quinone est une anthraquinone, préférentiellement une alkylanthraquinone et/ou une tétrahydroalkylanthraquinone, de préférence choisie dans le groupe constitué par la 2-éthylanthraquinone, la 2-isoproylanthraquinone, la 2- isopropylanthraquinone, la 2-n-butylanthraquinone, la 2-sec-butylanthraquinone, la 2- tertbutylanthraquinone, la 2-amylanthraquinine, la 2-sec-amylanthraquinone, la 2-tert- amylanthraquinone, et leurs mélanges.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution de travail comprend en outre un solvant supplémentaire différent du solvant organique de formule (I), de préférence choisi dans le groupe constitué par les solvants organiques polaires, les solvants hydrocarbonés non-polaires, et leurs mélanges.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution de travail consiste en le solvant organique de formule (I) et la quinone.
13. Utilisation d’au moins un solvant organique pour dissoudre une quinone dans une solution de travail pour la production de peroxyde d’hydrogène, dans laquelle le solvant organique est une lactone répondant à la formule (I) suivante :
[Chem 5]
CnHfSfl-S)^) (I) dans laquelle n est un nombre entier supérieur ou égal à 8.
14. Utilisation selon la revendication 13, caractérisée en ce que n varie de 8 à 14 et/ou le solvant organique a un point éclair supérieur ou égal à 60°C.
15. Utilisation d’au moins un solvant organique de formule (I), tel que décrit selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, pour améliorer la solubilité d’une hydroquinone.
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