SE504578C2 - Tubular static mixer and its use in a process for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone process - Google Patents
Tubular static mixer and its use in a process for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone processInfo
- Publication number
- SE504578C2 SE504578C2 SE9000227A SE9000227A SE504578C2 SE 504578 C2 SE504578 C2 SE 504578C2 SE 9000227 A SE9000227 A SE 9000227A SE 9000227 A SE9000227 A SE 9000227A SE 504578 C2 SE504578 C2 SE 504578C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- hydrogen
- static mixer
- catalyst
- reaction mixture
- working solution
- Prior art date
Links
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- PYKYMHQGRFAEBM-UHFFFAOYSA-N anthraquinone Natural products CCC(=O)c1c(O)c2C(=O)C3C(C=CC=C3O)C(=O)c2cc1CC(=O)OC PYKYMHQGRFAEBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 150000004056 anthraquinones Chemical class 0.000 title claims abstract description 8
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000012224 working solution Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 claims abstract description 4
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 claims 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 24
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- SJEBAWHUJDUKQK-UHFFFAOYSA-N 2-ethylanthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC(CC)=CC=C3C(=O)C2=C1 SJEBAWHUJDUKQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007868 Raney catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910000564 Raney nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000002903 organophosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2415—Tubular reactors
- B01J19/2435—Loop-type reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
- B01J2219/00094—Jackets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00761—Details of the reactor
- B01J2219/00763—Baffles
- B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/18—Details relating to the spatial orientation of the reactor
- B01J2219/182—Details relating to the spatial orientation of the reactor horizontal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
- B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
- B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
- B01J2219/1943—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped cylindrical
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
- B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
- B01J2219/32466—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Description
15 20 25 30 504 578 2 OH O R R ÛÛQ + 02 ___) ÛÛÛ + Hzoz. 15 20 25 30 504 578 2 OH O R R ÛÛQ + 02 ___) ÛÛÛ + Hzoz.
OH 0 Arbetslösningen som innehåller väteperoxid matas till extrak- tionssteget, i vilket väteperoxiden genom extraktion bringas att passera från arbetslösningen till en vattenhaltig lösning.OH 0 The working solution containing hydrogen peroxide is fed to the extraction step, in which the hydrogen peroxide is caused by extraction to pass from the working solution to an aqueous solution.
Den extraherade arbetslösningen torkas genom avlägsnande av överskott av vatten och återcirkuleras till början av den cykliska processen, dvs. till hydrering. Den vattenhaltiga lösningen av väteperoxid, erhållen genom extrahering, renas och koncentreras.The extracted working solution is dried by removing excess water and recycled to the beginning of the cyclic process, i.e. to hydration. The aqueous solution of hydrogen peroxide obtained by extraction is purified and concentrated.
Den ovan beskrivna hydreringen är ett krävande steg i antra- kinonprocessen. Hög aktivitet och hög selektivitet krävs av hydreringskatalysatorn. Omvandlingen och selektiviteten hos reaktionen i hydreringssteget är beroende på partialtrycket för väte, temperaturen, koncentraktionerna av reaktionskompo- nenterna, katalysatorn och strömningsförhållandena i reaktions- anordningen. Sekundära reaktioner kan sänka kvantiteten av de antrakinonderivat som bildar väteperoxid. Både suspensionsreak- torer och reaktionsanordningar av typ fast bädd har använts för hydreringen.The hydrogenation described above is a demanding step in the anthraquinone process. High activity and high selectivity are required by the hydrogenation catalyst. The conversion and selectivity of the reaction in the hydrogenation step depend on the partial pressure of hydrogen, the temperature, the concentrations of the reactants, the catalyst and the flow conditions of the reaction apparatus. Secondary reactions can lower the quantity of the anthraquinone derivatives that form hydrogen peroxide. Both suspension reactors and fixed bed reaction devices have been used for the hydrogenation.
De suspenderade katalysatorer som använts har inkluderat poröst s.k. palladiumsvart, palladium absorberat i en bärare (t.ex. aluminiumoxid, aktivt kol) och Raney-nickel. Den porösa kataly- satorn suspenderas och vätet dispergeras i arbetslösningen i, t.ex. en blandningstank-reaktor eller en rörformig reaktor. I en rörformig reaktor åstadkommes blandningen genom den höga linjära hastigheten på arbetslösningen. Vanligtvis är de linjära hastigheterna över 3 m/s och under 10 m/s i ett öppet rör (US patentet 4 428 923). Blandning har också förbättrats genom användning som reaktorrör av ett alternerande konverge- 10 15 20 25 30 35 3 504 578 rande och expanderande rör (US patentet 3 423 176, Kabisch et al.).The suspended catalysts used have included porous so-called palladium black, palladium absorbed in a support (eg alumina, activated carbon) and Raney nickel. The porous catalyst is suspended and the hydrogen is dispersed in the working solution in, e.g. a mixing tank reactor or a tubular reactor. In a tubular reactor, the mixing is accomplished by the high linear velocity of the working solution. Typically, linear velocities are above 3 m / s and below 10 m / s in an open tube (U.S. Patent 4,428,923). Mixing has also been improved by the use as a reactor tube of an alternating converging and expanding tube (U.S. Patent 3,423,176, Kabisch et al.).
Genom FI patentansökningen 864 971 är dessutom känt ett för- farande av den i ingressen nämnda typen, i vilket en reaktions- blandning som innehåller väte, arbetslösning och en fast sus- penderad katalysator cirkuleras i ett rörformigt reaktorsystem, som är utrustat med en statisk blandare, vilken är kontinuerlig eller sammansatt av flera delar. Trycket som råder i rörsyste- met är under 15 bar och temperaturen under 100°C. I detta förfarande cirkuleras arbetslösningen i det rörformiga reak- tionssystemet vid en flödeshastighet som är lägre än špm/s.In addition, FI patent application 864 971 discloses a process of the type mentioned in the preamble, in which a reaction mixture containing hydrogen, working solution and a solid suspended catalyst is circulated in a tubular reactor system equipped with a static mixer. , which is continuous or composed of several parts. The pressure prevailing in the pipe system is below 15 bar and the temperature below 100 ° C. In this process, the working solution is circulated in the tubular reaction system at a flow rate lower than špm / s.
Kontaktytorna-och kontaktperioderna för katalysatorn, arbets- lösningen och vätgasen är viktiga för hydreringsreaktionen.The contact and contact periods of the catalyst, working solution and hydrogen are important for the hydrogenation reaction.
Genom att använda en stationär, fast katalysator i hydreringen kan kontaktperioden i katalysatorreaktionen kortas, varigenom omfattningen av sekundära reaktioner minskas. Frånvaron av det dyra filtreringssteget är en betydande fördel med att använda en fast katalysatorbädd i stället för en suspenderad katalysa- tor. Filtreringen kan vara problematisk också tekniskt, efter- som katalysatorpartiklarna är små.By using a stationary solid catalyst in the hydrogenation, the contact period in the catalyst reaction can be shortened, thereby reducing the extent of secondary reactions. The absence of the expensive filtration step is a significant advantage of using a fixed catalyst bed instead of a suspended catalyst. Filtration can also be problematic technically, since the catalyst particles are small.
En suspenderad katalysator lämnas delvis outnyttjad i hydre- ringsreaktionen, eftersom den under en stor del av tiden är i en vätefri del av processcykeln, t.ex. i cirkulationstanken, eller kan den hålla sig till processcykeln. En suspenderad katalysator är också mera känslig för sintring och mekanisk nötning.A suspended catalyst is left partially unused in the hydrogenation reaction, since it is in a hydrogen-free part of the process cycle for a large part of the time, e.g. in the circulation tank, or it can stick to the process cycle. A suspended catalyst is also more sensitive to sintering and mechanical abrasion.
I reaktorer av typ fast bädd har bärare-pellets och s.k. bi- kakskatalysatorer använts (ßerglin et al., US patentet 4 552 748). Den använda bäraren har vanligtvis varit aktiv aluminiumoxid, men också andra porösa bärare som har en stor specifik yta kan användas, t.ex. Sfih eller aktivt kol. En ädelmetall, vanligtvis palladium, har absorberats som den aktiva komponenten i bäraren. Endast något slag av efterfiltre- ring för avskiljningen, från arbetslösningen, av partiklar som 10 15 20 25 30 35 504 578 4 avlägsnats från bädden, används i reaktorn med fast bädd innan oxidationssteget.In fixed bed reactors, carrier pellets and so-called honeycomb catalysts have been used (ßerglin et al., U.S. Patent 4,552,748). The support used has usually been active alumina, but other porous supports having a large specific surface area can also be used, e.g. Soy or activated carbon. A precious metal, usually palladium, has been absorbed as the active ingredient in the carrier. Only some kind of post-filtration for the separation, from the working solution, of particles removed from the bed is used in the fixed bed reactor before the oxidation step.
I reaktorer med fast bädd används vanligtvis pellets (diameter vanligtvis 0,2 - 10 mm) anordnade mellan siktdukar eller nät. I pellets av denna storlek är överföringen av material in i de djupaste porerna och ut ur dessa långsam, av vilken orsak den aktiva metallen i de inre delarna av dessa pellets förblir outnyttjade i reaktionen. Likaså ökar tryckförlusten till en hög nivå och kanalisering av strömningarna inträffar i dessa fritt packade katalysatorbäddar. Reduktionsgasen tenderar också att avskilja sig i form av en egen fas, varpå hydreringshastig- heten sjunker. Särskild uppmärksamhet måste iakttagas, så att inga katalytiska gifter kommer att passera in i arbetslösningen eller in i reduktionsgasen.In fixed bed reactors, pellets (diameter usually 0.2 - 10 mm) arranged between screen cloths or nets are usually used. In pellets of this size, the transfer of material into and out of the deepest pores is slow, for which reason the active metal in the inner parts of these pellets remains unused in the reaction. Likewise, the pressure loss increases to a high level and channeling of the flows occurs in these freely packed catalyst beds. The reduction gas also tends to separate in the form of a separate phase, whereupon the hydrogenation rate decreases. Particular attention must be paid so that no catalytic toxins will pass into the working solution or into the reducing gas.
Den s.k. bikakskatalysatorn är tillverkad av en cellulär stöd- struktur som har parallella kanaler. Den porösa bäraren är fixerad i form av ett tunt skikt på stödstrukturen och dessutom är en ädelmetall absorberad däri. En reaktor arbetande enligt en princip sådan som denna har nackdelen av dålig blandning av vätet med arbetslösningen och eventuellt utskiljning av gas- bubblorna i form av en egen fas. Värmeövergång från de inre delarna av bikaksmaterialet förblir dålig, i vilket fall tempe- raturen däri kan stiga alltför högt, en situation som ökar mängden av icke önskvärda biprodukter.The s.k. The honeycomb catalyst is made of a cellular support structure that has parallel channels. The porous support is fixed in the form of a thin layer on the support structure and in addition a precious metal is absorbed therein. A reactor operating according to a principle such as this has the disadvantage of poor mixing of the hydrogen with the working solution and possible separation of the gas bubbles in the form of its own phase. Heat transfer from the inner parts of the honeycomb material remains poor, in which case the temperature therein may rise too high, a situation which increases the amount of undesirable by-products.
Ett steg som begränsar hydrering i reaktorer med fast bädd är passagen av väte från en gasbubbla in i arbetslösningen. Om- fattningen av passagen av väte beror på storleken av vätebubb- lorna i arbetslösningen. Ju mindre bubblorna är, i vilka vätet befinner sig i lösningen, ju större är den totala ytarean på gränsytan mellan arbetslösningen och gasfasen. Blandningen av väte med arbetslösningen har förbättrats genom användning av statiska blandare på en plats före reaktorn med fast bädd (US patentet 4 428 922). På detta sätt är vätet i små bubblor i arbetslösningen då det inkommer i reaktorn, men som ett resul- tat av kanaliseringen i reaktorn försvagas fördelningen av gasen. 10 15 20 25 30 35 s 504 578 En förblandningsreaktor i vilken arbetslösningen är mättad med avseende på väte har också använts på ett ställe före hydre- ringen (US patentet 2 837 411). Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att åstadkomma ett förfarande och en anordning för framställning av väteper- oxid genom antrakinonprocessen, där nackdelarna med tidigare förfaranden och anordningar eliminerats. Huvudkännetecknen för uppfinningen definieras i de tillhörande patentkraven.One step that limits hydrogenation in fixed bed reactors is the passage of hydrogen from a gas bubble into the working solution. The extent of the passage of hydrogen depends on the size of the hydrogen bubbles in the working solution. The smaller the bubbles in which the hydrogen is in the solution, the larger the total surface area at the interface between the working solution and the gas phase. The mixing of hydrogen with the working solution has been improved by using static mixers at a location before the fixed bed reactor (U.S. Patent 4,428,922). In this way, the hydrogen is in small bubbles in the working solution when it enters the reactor, but as a result of the channeling in the reactor, the distribution of the gas is weakened. 504 578 A premix reactor in which the working solution is saturated with respect to hydrogen has also been used at a site before the hydrogenation (U.S. Patent 2,837,411). The object of the present invention is thus to provide a method and an apparatus for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone process, in which the disadvantages of previous methods and devices have been eliminated. The main features of the invention are defined in the appended claims.
I förfarandet enligt uppfinningen bringas sålunda en'Éeaktions- blandning, innehållande väte eller en väte-innehållande gas och arbetslösningen, att cirkulera i ett rörformigt reaktorsystem med konstant diameter eller alternerande konvergerande och expanderande, som är installerat horisontellt eller vertikalt och är utrustat med en statisk blandare, som är kontinuerlig eller sammansatt av flera delar, och är belagd med en kataly- tisk substans, varvid reaktionsblandningen samtidigt blandas och katalyseras i blandaren. Den rörformiga reaktorn kan på enkelt sätt dimensioneras för att vara så lång så att väte har tid att reagera innan det når änden på den rörformiga reaktorn.Thus, in the process of the invention, an reaction mixture containing hydrogen or a hydrogen-containing gas and the working solution is circulated in a constant diameter tubular reactor system or alternating converging and expanding, which is installed horizontally or vertically and is equipped with a static mixer, which is continuous or composed of several parts, and is coated with a catalytic substance, the reaction mixture being simultaneously mixed and catalyzed in the mixer. The tubular reactor can be easily dimensioned to be so long that hydrogen has time to react before it reaches the end of the tubular reactor.
På så sätt behöver reduktionsgas inte cirkuleras i reaktorn.In this way, reducing gas does not have to be circulated in the reactor.
Den statiska blandaren enligt uppfinningen innefattar en stöd- struktur av ett metalliskt, keramiskt, polymert eller annat motsvarande material, på vars yta en porös bärare fixerats.The static mixer according to the invention comprises a support structure of a metallic, ceramic, polymeric or other corresponding material, on the surface of which a porous support is fixed.
Bäraren innehåller t.ex. aluminiumoxid, SiO,, silikater eller aktivt kol. En metall, aktiv i hydrering, t.ex. palladium, platina, rodium, nickel eller en blandning av dessa, har absor- berats i bäraren.The carrier contains e.g. alumina, SiO 2, silicates or activated carbon. A metal, active in hydrogenation, e.g. palladium, platinum, rhodium, nickel or a mixture thereof, have been absorbed into the support.
I reaktorn enligt uppfinningen uppnås en tillräcklig överföring av material mellan gasen och vätskan och en tillräcklig över- föring av värme från reaktorblandningen till rörväggen med hjälp av statiska blandare, som har beskrivits i följande publikationer, t.ex.: Chem.-Ing.-Tech. 52 (1980), 4, sid. 285- 291; Chem. Eng. Prog. 82 (juli 1986), 7, sid. 42-48 och 20 (maj-juni 1986), 3, sid. 147-154; Perry, R.H. och Chilton, 10 15 20 25 30 35 504 578 6 C.H., Chemical Engineer's Handbook, 5, New York: McGraw-Hill (1973) Sektion 19, sid. 22. Likaså minimeras axiell blandning och temperatur- och koncentrationsprofilerna i rörets tvärsek- tionsarea görs lika.In the reactor according to the invention a sufficient transfer of material between the gas and the liquid is achieved and a sufficient transfer of heat from the reactor mixture to the pipe wall by means of static mixers, which have been described in the following publications, for example: Chem.-Ing.- Tech. 52 (1980), 4, p. 285- 291; Chem. Eng. Prog. 82 (July 1986), 7, p. 42-48 and 20 (May-June 1986), 3, p. 147-154; Perry, R.H. and Chilton, C. H., Chemical Engineer's Handbook, 5, New York: McGraw-Hill (1973) Section 19, p. 22. Axial mixing is also minimized and the temperature and concentration profiles in the cross-sectional area of the pipe are made equal.
Reaktionen inträffar i ett tunt katalysatorskikt om 5-300 um på ytan av blandaren. Eftersom skiktet är tunt kommer andelen av utbytessänkande sekundära reaktioner att förbli liten, eftersom uppehållstiderna för reagens och reaktionsprodukter i porerna är korta. Likaså kommer den katalytiskt aktiva metallen att användas effektivt i det tunna katalysatorskiktet. På_grund härav är katalysatorskiktet enligt uppfinningen fördelaktigare än en fast bädd av pellets.The reaction occurs in a thin catalyst layer of 5-300 μm on the surface of the mixer. Because the layer is thin, the proportion of yield-lowering secondary reactions will remain small, because the residence times of reagents and reaction products in the pores are short. Likewise, the catalytically active metal will be used effectively in the thin catalyst layer. Due to this, the catalyst layer according to the invention is more advantageous than a fixed bed of pellets.
I motsats till bikaksreaktorn enligt US patentet 4 552 748, i vilken katalysatorbitarna bildar inbördes parallella, lika långa kanaler utan någon blandningseffekt, tjänar i reaktorn enligt uppfinningen dess strukturer inte endast som fixerande ytor för katalysatorn utan också som blandare, varvid den statiska blandaren har katalysatorbelagda strömningskolvar inbördes i olika riktningar, vilka effektivt fördelar flödet över hela tvärsektionsarean på reaktorn. Någon sådan effekt förekommer inte i reaktorn enligt US patentet 4 552 748, som erfordrar separata blandare för fördelning och upplösning av vätet i arbetslösningen.In contrast to the honeycomb reactor according to US patent 4,552,748, in which the catalyst pieces form mutually parallel, equally long channels without any mixing effect, the structures according to the invention serve not only as fixing surfaces for the catalyst but also as mixers, the static mixer having catalyst coated flow pistons with each other in different directions, which effectively distribute the flow over the entire cross-sectional area of the reactor. No such effect occurs in the reactor of U.S. Patent 4,552,748, which requires separate mixers for distribution and dissolution of the hydrogen in the working solution.
I föreliggande uppfinning är det helt väsentligt att reaktions- lösningen blandas medan den katalyseras, eftersom det har observerats att hydreringsreaktionen inte är lika effektiv om katalyseringen och blandningen utförs i olika steg, såsom i US patentet 4 552 748.In the present invention, it is absolutely essential that the reaction solution be mixed while it is being catalyzed, since it has been observed that the hydrogenation reaction is not as effective if the catalysis and mixing are carried out in different steps, as in U.S. Patent 4,552,748.
Som en följd av blandningen sker överföringen av värme och material mellan vätskan och katalysatorytan snabbare än i bikaksstrukturer bestående av raka, parallella kanaler- Med hjälp av katalysatorn kan de linjära hastigheterna i reaktorn sänkas till under 3 m/s, eftersom de statiska blandarna förde- lar vätet i arbetslösningen även vid lägre linjära hastigheter, 10 15 20 25 30 35 v 504 578 t.ex. inom området 0,1 - 1,5 m/s. Vid dessa hastigheter är tryckförlusten och den mekaniska nötningen på katalysatorbe- läggningen ringa.As a result of the mixing, the transfer of heat and material between the liquid and the catalyst surface takes place faster than in honeycomb structures consisting of straight, parallel channels. With the help of the catalyst, the linear velocities in the reactor can be reduced to below 3 m / s, because the static mixers distribute the hydrogen in the working solution even at lower linear velocities, 10 15 20 25 30 35 v 504 578 e.g. within the range 0.1 - 1.5 m / s. At these speeds, the pressure loss and the mechanical wear on the catalyst coating are small.
Katalysatoraktiviteterna i den statiska blandaren enligt före- liggande uppfinning förblir så gott som oförändrade även under långa perioder. Detta beror delvis på en relativt öppen ström- ning, i vilket fall överdrivna mängder av föroreningar inte kan häfta fast till katalysatorytan, flödet sköljer kanalväggarna rena. Likaså befrämjar den nästan vattenfria vätskeformiga fasen och den syrefria gasfasen bibehållandet av metallens aktivitet. '__ Längden på reaktorn beror på den använda blandartypen. Då kanalerna i den statiska blandaren är mindre, är den geomet- riska ytarean för blandaren större, varpå mera katalysatorskikt per volymenhet kan bindas, men på samma gång komer den dyna- miska tryckförlusten i blandaren att vara större. På så sätt kan en optimal storlek för kanalerna i blandaren framtagas.The catalyst activities in the static mixer according to the present invention remain virtually unchanged even for long periods. This is partly due to a relatively open flow, in which case excessive amounts of contaminants can not adhere to the catalyst surface, the flow rinses the channel walls clean. Likewise, the almost anhydrous liquid phase and the oxygen-free gas phase promote the maintenance of the activity of the metal. '__ The length of the reactor depends on the type of mixer used. As the channels in the static mixer are smaller, the geometric surface area of the mixer is larger, whereupon more catalyst layers per unit volume can be bonded, but at the same time the dynamic pressure loss in the mixer will be larger. In this way, an optimal size for the channels in the mixer can be produced.
Med hjälp av uppfinningen erhålles ett högt väteperoxid-utbyte, beräknat i proportion till den aktiva metallen. Detta beror, för det första, på det faktum, att all katalysator är i den del av reaktorsystemet i vilken hydreringsreaktionen äger rum. För det andra är det tunna katalysatorskiktet fördelaktigt för utnyttjandet av den aktiva metallen.By means of the invention a high hydrogen peroxide yield is obtained, calculated in proportion to the active metal. This is due, firstly, to the fact that all the catalyst is in the part of the reactor system in which the hydrogenation reaction takes place. Second, the thin catalyst layer is advantageous for the utilization of the active metal.
En viktigare fördel jämfört med de närmast jämförbara uppfin- ningarna är metoden att blanda vätet och arbetslösningen, fördelaktig vad gäller överföringen av material och värme.A more important advantage compared with the closest comparable inventions is the method of mixing the hydrogen and the working solution, advantageous in terms of the transfer of material and heat.
Sålunda skapas likformiga betingelser, vilka är fördelaktiga för selektiviteten och hastigheten hos hydreringsreaktionen.Thus, uniform conditions are created, which are advantageous for the selectivity and speed of the hydrogenation reaction.
Genom användning av ett tunt katalysatorskikt kan den aktiva metallen användas effektivt i hydreringen och vad mera är, kontaktperioden mellan reagensen och katalysatorn förblir kort, en faktor som minskar mängden av biprodukter.By using a thin catalyst layer, the active metal can be used efficiently in the hydrogenation and, moreover, the contact period between the reagents and the catalyst remains short, a factor which reduces the amount of by-products.
Hydreringsprocessen enligt uppfinningen kan användas i industriell skala, så att reduktionen utförs i sin helhet inom 10 15 20 25 30 504 578 8 ett fördelaktigt tryckområde. Trycket i reaktorn bibehålls inom området 1-15 bar, företrädesvis 2-5 bar. Temperaturen på arbetslösningen upprätthålles inom det fördelaktiga temperatur- området 40-60%L t.ex. vid hydrering i liten skala genom kylning av reaktorn med kylmantel.The hydrogenation process according to the invention can be used on an industrial scale, so that the reduction is carried out in its entirety within a favorable pressure range. The pressure in the reactor is maintained in the range 1-15 bar, preferably 2-5 bar. The temperature of the working solution is maintained within the advantageous temperature range 40-60% L e.g. during small-scale hydrogenation by cooling the reactor with a cooling jacket.
Uppfinningen beskrivs nedan mera i detalj med hänvisning till den tillhörande ritningsfiguren, som schematiskt visar hydre- ringsprocessen enligt uppfinningen.The invention is described below in more detail with reference to the associated drawing figure, which schematically shows the hydrogenation process according to the invention.
Hydreringssteget innefattar en cirkulationstank 1, in i vilken arbetslösningen 14 som skall hydreras matas med hjälpmav en pump 4. Arbetslösningen återcirkuleras till cirkulationstanken 1 med hjälp av en pump 3 i rörsystemet 8 via en hydrerings- reaktor 2, utrustad med en eller flera statiska blandare 9, belagda med ett katalytiskt material. Hydreringsreaktorn 2 är försedd med en kylmantel 6, men det står klart att kylningen också kan ske på annat sätt. Arbetslösningen 14 som skall hydreras kan också matas direkt in i cirkulationsrörsystemet 8.The hydrogenation step comprises a circulation tank 1, into which the working solution 14 to be hydrogenated is fed by means of a pump 4. The working solution is recirculated to the circulation tank 1 by means of a pump 3 in the pipe system 8 via a hydrogenation reactor 2, equipped with one or more static mixers 9 , coated with a catalytic material. The hydrogenation reactor 2 is provided with a cooling jacket 6, but it is clear that the cooling can also take place in another way. The working solution 14 to be hydrogenated can also be fed directly into the circulation pipe system 8.
Väte inleds från röret 12 i hydreringscirkulationsrörsystemet på en plats något före hydreringsreaktorn 2 och avgaserna avlägsnas genom ett rör 11, som är i den övre delen av cirkula- tionstanken 1. Hydrerad arbetslösning avlägsnas genom ett rör 13, anslutet till den undre delen av cirkulationstanken 1, och matas via en pump 5 och ett efterfilter 7 till oxygenering.Hydrogen is introduced from the pipe 12 into the hydrogenation circulation pipe system at a location slightly before the hydrogenation reactor 2 and the exhaust gases are removed through a pipe 11, which is in the upper part of the circulation tank 1. Hydrogenated working solution is removed through a pipe 13, connected to the lower part of the circulation tank 1 , and fed via a pump 5 and a post-filter 7 to oxygenation.
Hydreringsomvandlingen kan genomföras genom justering av mat- ningshastigheten för väte 12, trycket i reaktorn och vätske- strömningen 8 därigenom.The hydrogenation conversion can be carried out by adjusting the feed rate of hydrogen 12, the pressure in the reactor and the liquid flow 8 thereby.
Exempel I ett satsexperiment i liten skala som utfördes användes en arbetslösning som innehöll 2-etylantrakinon 100 g/l. Lösnings- medlet som användes var en blandning av aromatiska kolväten och en organisk fosforförening. 10 statiska blandare, belagda med ett katalytiskt material och med en längd av 40 mm, hade installerats i det rörformiga reaktorsystemet, vars längd var ca 400 mm och diameter 39 mm, i vilket fall reaktionsbland- ningen fördelades effektivt i relation till tvärsektionsarean på röret, blandades och på samma gång katalyserades. Ett skikt 10 9 504 578 om ca 50 um av porös gamma-aluminiumoxid-bärare hade fixerats till ytan på den metalliska statiska blandaren. Palladium, totalt ca 0,5 vikt%, hade absorberats i aluminiumoxidskiktet.Example In a small scale batch experiment performed a working solution containing 2-ethylanthraquinone 100 g / l was used. The solvent used was a mixture of aromatic hydrocarbons and an organic phosphorus compound. Static mixers, coated with a catalytic material and having a length of 40 mm, had been installed in the tubular reactor system, the length of which was about 400 mm and the diameter 39 mm, in which case the reaction mixture was efficiently distributed in relation to the cross-sectional area of the pipe, mixed and at the same time catalyzed. A layer of about 50 microns of about 50 microns of porous gamma alumina support had been fixed to the surface of the metallic static mixer. Palladium, a total of about 0.5% by weight, had been absorbed in the alumina layer.
Strömningshastigheten på arbetslösningen var ungefär 2000 l/h, som motsvarade en linjär hastighet av 0,5 m/s. Temperaturen var SOWI och trycket i början av reaktorn var 4,0 bar.The flow rate of the working solution was approximately 2000 l / h, which corresponded to a linear velocity of 0.5 m / s. The temperature was SOWI and the pressure at the beginning of the reactor was 4.0 bar.
Väte inmatades i reaktorn vid 55 l/h (NTP), av vilket endast en del förbrukades i reaktorn. Produktionen av väteperoxid i reaktorn var i genomsnitt 50 kg/(kg palladium) per timme.Hydrogen was fed into the reactor at 55 l / h (NTP), of which only a portion was consumed in the reactor. The production of hydrogen peroxide in the reactor averaged 50 kg / (kg palladium) per hour.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI890428A FI82669C (en) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV VAETEPEROXID. |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9000227D0 SE9000227D0 (en) | 1990-01-23 |
SE9000227L SE9000227L (en) | 1990-07-28 |
SE504578C2 true SE504578C2 (en) | 1997-03-10 |
Family
ID=8527797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9000227A SE504578C2 (en) | 1989-01-27 | 1990-01-23 | Tubular static mixer and its use in a process for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone process |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02275703A (en) |
AU (1) | AU620963B2 (en) |
BR (1) | BR9000347A (en) |
CA (1) | CA2008651A1 (en) |
DE (1) | DE4002335A1 (en) |
ES (1) | ES2019046A6 (en) |
FI (1) | FI82669C (en) |
FR (1) | FR2642412B1 (en) |
GB (1) | GB2229173B (en) |
IT (1) | IT1240869B (en) |
NZ (1) | NZ232216A (en) |
SE (1) | SE504578C2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4313393C2 (en) * | 1993-04-07 | 2003-06-26 | Siemens Ag | Static mixer |
FI95457C (en) * | 1994-03-15 | 1996-02-12 | Kemira Chemicals Oy | Process for the preparation of hydrogen peroxide and the reactor used therein |
WO2001094006A2 (en) * | 2000-06-07 | 2001-12-13 | Abb Lummus Global, Inc. | Heat exchanger/reactor apparatus |
EP3999233A4 (en) * | 2019-06-21 | 2023-08-30 | Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation | PROCESS FOR CATALYTIC COATING OF FRAMEWORKS |
CN111410176A (en) * | 2020-05-14 | 2020-07-14 | 福建永荣科技有限公司 | Hydrogenation tower tubular reactor for producing hydrogen peroxide |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL139013B (en) * | 1965-12-04 | 1973-06-15 | Degussa | PROCESS FOR PREPARING HYDROGEN PEROXIDE ACCORDING TO THE ANTRACHINO CIRCUIT PROCEDURE. |
US3565581A (en) * | 1968-05-16 | 1971-02-23 | Fmc Corp | Production of hydrogen peroxide in the anthraquinone process using a novel catalytic fixed bed |
US3615207A (en) * | 1969-06-16 | 1971-10-26 | Fmc Corp | Production of hydrogen peroxide by anthraquinone process |
TR16751A (en) * | 1969-07-12 | 1973-05-01 | Degussa | HYDROGENPER OXIDE MANUFACTURED PROCEDURES USING PRECIOUS MINERAL CATALYZATOERS IN THE HYDROGENIZATION PHASE |
JPS4941040B1 (en) * | 1970-08-18 | 1974-11-06 | ||
DE2042523C3 (en) * | 1970-08-27 | 1979-09-13 | Deutsche Gold- Und Silber-Scheideanstalt Vormals Roessler, 6000 Frankfurt | Process for the regeneration of noble metal catalysts for hydrogen peroxide synthesis according to the anthraquinone process |
US3755552A (en) * | 1970-10-21 | 1973-08-28 | Fmc Corp | Process for producing hydrogen peroxide |
US4428922A (en) * | 1982-05-14 | 1984-01-31 | Fmc Corporation | Process for manufacturing hydrogen peroxide |
SE431532B (en) * | 1982-09-08 | 1984-02-13 | Eka Ab | METHOD OF PRODUCING WHEAT PEROXIDE |
FI77633B (en) * | 1986-12-05 | 1988-12-30 | Kemira Oy | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV VAETEPEROXID. |
-
1989
- 1989-01-27 FI FI890428A patent/FI82669C/en not_active IP Right Cessation
-
1990
- 1990-01-23 SE SE9000227A patent/SE504578C2/en unknown
- 1990-01-23 AU AU48660/90A patent/AU620963B2/en not_active Ceased
- 1990-01-24 NZ NZ232216A patent/NZ232216A/en unknown
- 1990-01-26 JP JP2015146A patent/JPH02275703A/en active Pending
- 1990-01-26 ES ES909000488A patent/ES2019046A6/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-26 CA CA002008651A patent/CA2008651A1/en not_active Abandoned
- 1990-01-26 DE DE4002335A patent/DE4002335A1/en not_active Withdrawn
- 1990-01-26 IT IT83314A patent/IT1240869B/en active IP Right Grant
- 1990-01-26 BR BR909000347A patent/BR9000347A/en not_active Application Discontinuation
- 1990-01-26 GB GB9001802A patent/GB2229173B/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-29 FR FR909000986A patent/FR2642412B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU4866090A (en) | 1990-08-02 |
FR2642412A1 (en) | 1990-08-03 |
GB2229173B (en) | 1993-03-03 |
DE4002335A1 (en) | 1990-09-06 |
JPH02275703A (en) | 1990-11-09 |
SE9000227L (en) | 1990-07-28 |
FI890428A (en) | 1990-07-28 |
IT9083314A0 (en) | 1990-01-26 |
FR2642412B1 (en) | 1992-11-13 |
FI82669C (en) | 1991-04-10 |
IT1240869B (en) | 1993-12-17 |
FI890428A0 (en) | 1989-01-27 |
AU620963B2 (en) | 1992-02-27 |
GB9001802D0 (en) | 1990-03-28 |
GB2229173A (en) | 1990-09-19 |
SE9000227D0 (en) | 1990-01-23 |
FI82669B (en) | 1990-12-31 |
CA2008651A1 (en) | 1990-07-27 |
BR9000347A (en) | 1990-12-04 |
ES2019046A6 (en) | 1991-05-16 |
NZ232216A (en) | 1991-10-25 |
IT9083314A1 (en) | 1990-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5071634A (en) | Process for the preparation of hydrogen peroxide (i) | |
FI70398C (en) | FOERFARANDE VID FRAMSTAELLNING AV VAETEPEROXID | |
KR100510233B1 (en) | Process for Preparing 1,4-Butanediol by Catalytic Hydrogenation of 1,4-Butynediol | |
KR100339285B1 (en) | Use of a monolith catalyst for the hydrogenation of dinitrotoluene to toluenediamine | |
JP4172831B2 (en) | Method and reactor for carrying out catalytic reactions | |
US20020197194A1 (en) | Retrofit reactor including gas/liquid ejector and monolith catalyst | |
US5637286A (en) | Process for producing hydrogen peroxide | |
US6521767B1 (en) | Method for suspension hydrogenation of an anthraquinone compound in a special reactor in order to produce hydrogen peroxide | |
US6150564A (en) | Selective liquid-phase hydrogenation of α,β-unsaturated carbonyl compounds | |
CA2389428C (en) | Method for producing hydrogen peroxide | |
SE504578C2 (en) | Tubular static mixer and its use in a process for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone process | |
CA2340232C (en) | Process for carrying out gas-liquid reactions and continuous flow reactor for this purpose | |
EP0596938B1 (en) | Process for the preparation of hydrogen peroxide | |
Bauer et al. | Intensification of heterogeneous catalytic gas-fluid interactions in reactors with a multichannel monolithic catalyst | |
EP1833779B1 (en) | Process for the preparation of 2-butene-1,4-diol | |
ZA200100949B (en) | Method for carrying out gas-liquid reactions and corresponding flow reactor. |