170486. lajstromszámú szabadalom • Eljárás hidrogénperoxid előállítására
3 170486 4 Ennek következtében a reakciókeverékben 0,5 súly%-nyi mennyiségű sav is összegyűlhet. A reakciókeverékben levő nagymennyiségű sav a hidrogénperoxid leválasztását és tisztítását megnehezíti, ennek következtében nő az előállítási költség, azonkívül a technológiai folyamat és a gépi berendezés is bonyolult. Más esetben az alkohol, különösen izopropilalkohol oxidációját enyhébb körülmények között végezték, ugyanis alacsonyabb hőmérsékletet alkalmaztak, ennek következtében az oxidáció sebessége lecsökkent, a hidrogénperoxidkoncentráció a reakciókeverékben szintén. Ha oxidálószerként nem levegőt, hanem oxigént alkalmaztak, a hidrogénperoxid hozam nagyobb volt, mint az ismert eljárásoknál, a folyamat azonban gazdaságtalan, a biztonsági feltételek pedig elégtelenek. Ezért az eljárás nagyüzemi termelésnél nem volt alkalmazható. Az oxidációs folyamatot célszerűen peroxidvegyületekkel vagy nehézfém-, mint vas-, kobalt-, mangán-ionokkal intenzifikálták vagy az alkoholt ibolyántúli sugarakkal titándioxid jelenlétében besugárzással intenzifikálták. Az ismert szabadalmi leírásokban az oxidációs folyamat körülményei, azaz a kiindulási komponensek (alkohol és oxidáló gáz) beadagolásának módja, a levegő oxigéntartalmának kihasználási foka, a reakció katalitikus fémion-adalékokkal való intenzifjkálása és a besugárzás alkalmazása nem optimális. A felsorolt körülmények mellett nem biztosíthatók a folyamatra jellemző jó értékek, különösen a hidrogénperoxid képződési sebessége, magas hidrogénperoxidkoncentráció a reakciókeverékben, és egyidejűleg nagy, csaknem quantitativ hozam, továbbá a reakciókeverék kis savtartalma. Az oxidációs folyamatra jellemző értékek csökkenésének fő oka az oxigénnek a reakciózónába való elégtelen bevezetési sebessége, továbbá az, hogy az a sebesség nem felel meg a kialakuló folyamat sebességének. Ez az állapot akkor alakul ki, ha az oxidáló gáz oxigéntartalma túlságosan elhasználódik. Az utóbbi tényező, különösen 5-12súly% hidrogénperoxid esetén az alkohol oxidációját nagymértékben iniciálja, és ezáltal a reakció már a második és a következő oxidációszónákban felgyorsul, amelyhez a szükséges oxigén az oxidáló gázból az oxigéncsere sebességének — amely az oxigén kihasználási fokától függ — csökkenése miatt nem biztosítható. Ezért az oxigén nagymértékű pl. 7 térfogat%-ig, történő kihasználása miatt a második és az azután következő zónákban oxigénhiány jön létre. Ennek következtében a hidrogénperoxid képződése lelassul majd teljesen megszakad és egy kevésbé oxigénigényes reakció indul meg, azaz egy olyan folyamat, amelynek során az alkoholból keton és víz képződik. Ezenkívül a reakciókeverékben levő hidrogénperoxid az oxigénszegény körülmények között az acetont savvá vagy korommá oxidálja. Olyan körülmények keletkeznek, melyek a hidrogénperoxid hozamát és képződési sebességét csökkentik, a mellékfolyamatot pedig, aceton, savak és korom képződését előnyösen befolyásolják. Az ismert eljárás tartalmazza a reakciókeverék elválasztásának módját és a főtermék, a hidrogénperoxid, keton, reagálatlan alkohol leválasztását, azonban nem tartalmaz intézkedéseket a sav leválasz-5 tásával kapcsolatban. A reakciókeverékben felhalmozódott savmennyiséget, amely az alkohol oxidációjánál képződik, csupán mint tényt említik, és utalnak a hidrogénperoxid tartalmú oldatból a sav gőzzel történő ledesztillálására és kondenzátummá való 10 átalakítására. A sav leválasztásával' kapcsolatos kérdéseknek a fentiekre szorítkozó megoldása kevésnek bizonyul, mivel a kondenzátum 1%-nyi mennyiségben is tartalmazhat savat, amely az egészségügyi előírásokat 15 meghaladja. Így, mint szennyvizet nem vezethetik közvetlenül a víztárolóba vagy biológiai tisztításhoz. Ezért a kapott hidrogénperoxid-oldat savmentesítése és a sav értékesítése megoldatlan feladat. 20 A találmány célja az említett hátrányok kiküszöbölése. A találmány feladatául tűztük ki szekunder alkohol egy oxigén tartalmú gázzal való új oxidálási technológiájának kifejlesztését, amellyel a végtermékek hozama növelhető, a melléktermékek képződése 25 csökkenthető és a folyamat biztonságosan kivitelezhető. A kitűzött feladatot hidrogénperoxid előállítására úgy oldottuk meg, hogy szekunder alkohololdatot levegővel vagy egy oxigéntartalmú gázzal 70—160 C° 30 közötti hőmérsékleten és 1—70 at nyomáson, hidrogénperoxidot stabilizáló anyagok és az oxidációs folyamatot aktiváló szerek jelenlétében oxidálunk, mimellett a folyamatot legalább két egymás mellett elrendezett oxidációs zónában végezzük. 35 Az oxidáló gázt a találmány szerint úgy vezetjük az oxidációs zónákon keresztül, hogy az oxidálógázt az első zónából kiindulva az oxidálandó szekunder alkohollal ellenáramban érintkeztetjük, mimellett a 40 mindenkori zónából kilépő gáz oxigénkoncentrációjának (Ko2 ) ugyanebben a zónában képződött hidrogénper oxid koncentrációjához (KH2 O 2 ) való arányát 1,3-ra állítjuk be. Az oxigénkoncentrációnak (K0 ) a hidrogénperoxid koncentrációhoz (K H2 o 2 ^ 45 való találmány szerinti aránya azt jelent, hogy a mindenkori zónából kilépő gáz oxigénkoncentrációjához meghatározott hidrogénperoxid koncentráció tartozik. Ha pl. az oxidációszónából kilépő gáz oxigénkoncentrációja 13—15,6 térfogat%, akkor eb-50 ben a zónában levő reakciókeverék hidrogénperoxid koncentrációjának 10-12 súly%-nak kell lenni, amely a fent megadott 1,3-aránynak felel meg. Ez az érték az oxigénkoncentráció (KQ2 ) és a hidrogén peroxidkoncentráció (KH2 o 2 ) hányadosa. Az oxigén és a 55 hidrogénperoxid koncentráció minden zónában különböző, de állandó érték. A hidrogénperoxid koncentrációja az egymást követő zónákban az oxidáló gáz áramlási irányának megfelelően csökken. 60 Ha pl. az 5 zónából álló oxidáció-rendszerben az oxidáló gáz áramlási irányának megfelelően az első zónában a hidrogénperoxid koncentráció 10—12 súly%, úgy az ötödik zónában 1 -2 súly%-nyi mennyiségű. A megadott, legkevesebb 1,3 arány 65 betartása mellett a hidrogénperoxid hozam megkö-2
