生产过氧化氢的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用气态反应混合物中氢气与氧气的直接反应来连续生产过氧化氢的方法，所述气态反应混合物与保持在反应器（１）中的催化剂进行接触，其中包含氢气和氧气的气态反应混合物通过入口供应到反应器且富含过氧化氢的气体（３）通过出口离开反应器。按照该方法，在反应器刚入口之后的位置和反应器出口处的位置之间，与催化剂接触的气体反应混合物的温差保持低于约４０℃。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
生产过氧化氢的方法本专利技术涉及一种在催化剂的存在下，通过氢气与氧气之间直接反应形成过氧化氢气体来生产过氧化氢的方法；一种适用于该方法的新催化剂及其制备方法。利用氢气与氧气之间的直接反应生产过氧化氢可通过在含水反应介质的存在下，将氢气和氧气与催化剂进行接触来进行，例如描述于美国专利4681751、4772458、5180573、5128114和5338531以及J.R.Kosak(DuPont)，“一种用于H2和O2直接结合成H2O2的新型固定床催化剂”，Chem.Ind.(Dekker)，1995，62卷，有机反应的催化作用。但过氧化氢的形成相当慢，而且难以得到高浓度的过氧化氢。这些问题估计是由于仅少量的反应物可溶解在反应介质中，而且促进形成过氧化氢的同一催化剂也可将其催化分解成水和氧气。美国专利5500202公开了在反应器中生产过氧化氢，其中氢气和氧气在气态下，在固体催化剂的表面上进行反应，然后将所形成的过氧化氢溶解在滴淋通过反应器的液体中。但在该方法中，同样仅能得到低浓度和低纯度的过氧化氢溶液。德国专利558431公开了在低于凝固点的温度下，在至少100大气压的压力下，由氧气和氢气在气相中生成过氧化氢的方法。这些极为苛刻的条件使得该方法非常昂贵，商业上没有吸引力。瑞士专利140403公开了一种类似的方法，但没有提及任何合适的温度，而美国专利2368640则建议在400-650℃的温度下操作。W097/32812公开了在最高100℃的温度和最高100巴的压力下，将氢气和氧气在气相中与催化剂进行接触来生产过氧化氢的方法。尽管可以实现高反应速率，但已发现，该方法不能在稳定条件下操作，特别是在需要得到高浓度的过氧化氢时。本专利技术的目的是提供一种由氢气和氧气生产过氧化氢的方法，它能-->够在稳定条件下操作，而且还优选形成高浓度的过氧化氢。已经发现，氢气和氧气之间的反应高度放热，且反应速率随着温度迅速升高。因此，非常难以在稳定条件下操作和避免非受控的反应波动，特别是在要得到高浓度过氧化氢时。按照本专利技术，已经发现，如果反应器的流入气体与流出气体之间的温差被最小化，可以实现稳定操作。因此，本专利技术涉及一种利用气态反应混合物中氢气与氧气的直接反应来连续生产过氧化氢的方法，所述气态反应混合物与保持在反应器中的催化剂进行接触，其中包含氢气和氧气的气态反应混合物通过入口供应到反应器且富含过氧化氢的气体通过出口离开反应器。在反应器刚入口之后的位置以及反应器出口处的位置之间，与催化剂接触的气体反应混合物的温差保持低于约40℃、优选低于25℃、最优选低于15℃。通常，尽管可在基本上等温的条件下进行操作，但优选保持出口处的反应混合物的温度高于反应器入口处的温度至少约2℃，最优选至少约5℃。合适的是，将反应混合物的温度保持在其中任何组分的凝固点之上，最优选高于-10℃。压力适合保持在100巴以下，优选约3-70巴，最优选约6-50巴。按照本专利技术，已经发现，除非温度特别高，否则只有甚低浓度的过氧化氢可溶解在气流中，因此需要设计用于甚高气流的装置。尽管该工艺可以在与催化剂接触的反应混合物的低温下，例如在约0-100℃或约20-80℃下进行操作，但已发现，保持温度高于105℃，优选高于110℃，特别是高于115℃，最优选高于120℃是有利的。还已惊人地发现，反应的选择性在高于105℃的温度下同样完全令人满意。由于安全缘故，温度适合保持在约200℃以下，优选约160℃以下。一般无需外部加热仅利用氢气与氧气之间反应所产生的热量就可操作。该方法适合通过将氢气和氧气连续加料到流过包含催化剂的反应器的气态反应混合物中，然后在反应器出口处得到富含过氧化氢的气体来进行。氧气可以以基本上纯净的气体或含氧气体的形式，例如空气供应。该反应混合物优选包含约2-97％摩尔，最优选约4-70％摩尔的氧气。已经发现，如果氧气浓度保持在5％摩尔以下，该方法的安全性可得到提高。-->高氢气浓度有利于生产过氧化氢，但也会带来安全问题。因此，在操作时，反应混合物中的氢气浓度优选低于约15％摩尔的爆炸极限，最优选低于约5％摩尔的爆炸极限。在反应器中，氢气在反应混合物中的最低浓度合适地为约1％摩尔，优选约2％摩尔。如果反应混合物没有氢气，催化剂可能会被氧化和钝化。如果氢气浓度和氧气浓度都低于约5％摩尔，那么该方法就特别安全。优选操作得到包含超过0.2％摩尔，优选超过0.3％摩尔，最优选超过0.4％摩尔过氧化氢的富含过氧化氢的气体。由于安全缘故，过氧化氢在气体中优选不超过约5％摩尔。该方法优选在反应器中，在有限的氢气转化度下操作，使得入口处反应混合物中的氢气百分数与反应器出口处的差值低于约0.7％摩尔，最优选低于约0.4％摩尔，但优选至少约0.01％摩尔，最优选至少约0.07％摩尔。例如，如果反应器入口处的氢气浓度为3.50％摩尔，那么出口处的浓度优选为2.8-3.49％摩尔，最优选3.1-3.43％摩尔。除了氢气、氧气和过氧化氢外，该反应混合物一般包含氮气和/或其它基本上呈惰性的气体。所述催化剂优选为固态且优选包含沉积在载体上的催化活性物质。它可以是例如平均粒径约0.1-10毫米，优选约0.3-5毫米的固定颗粒床；整体结构的型材；或例如平均粒径约0.02-1毫米，优选约0.1-0.5毫米的流化床。这些颗粒可以是球状或非球状的，且粒径定义为贯穿该颗粒的最小尺寸。还可使用网或箔形式的催化剂。该方法适合包括这样步骤，即，处理至少一部分来自反应器出口的富含过氧化氢的气体，这样可回收过氧化氢并优选冷却该气体，然后将其循环回到反应器。在该处理过程中，气体总压力与反应器中气体总压力的偏差应小于约25％，最优选小于约15％，这样可节约用于压缩富含过氧化氢的气体的能量和投资成本。该处理最优选在基本上与反应器中所保持的相同压力下进行。过氧化氢可通过冷凝和/或在任何合适溶剂如水或含水过氧化氢溶液中的吸收而从气体中回收。该液体可包含少量的常规添加剂，这样可防止过氧化氢的分解。优选使用含水介质处理该气体，其中过氧化氢的吸收和冷却同时进行。高度冷却可生产更浓的过氧化氢溶液，且已处理气体与未处理气体之间的温差优选为约20-12℃，最-->优选约40-100℃。通常，可得到包含最高约90％重量，优选约20-70％重量过氧化氢的水溶液，这样就无需通过蒸馏或其它的成本较高的步骤来进一步浓缩该产物。在就地形成过氧化氢时，可以省去上述回收步骤，将过氧化氢气体与任何合适的溶剂直接在欲使用它的介质中进行反应。已经发现，通过将氢气和氧气在反应时所产生的热能由反应器出口处的富含过氧化氢的气体导向要进入或刚进入反应器的反应混合物，可以在反应混合物内保持足够低的温差。这可通过以下描述的几种方式来实现。在一个优选实施方案中，无需使用特大尺寸的设备，可以稳定地操作该工艺并以高浓度生产出过氧化物，该方法包括这样步骤：即，将一部分来自反应器出口的富含过氧化氢的气体(优选约40-95％，最优选约60-90％)再循环回到反应器，而没有从中回收过氧化氢且优选没有将该气体冷却，这样可利用反应时所产生的热能来加热进入反应器的反应混合物。该再循环气体可根据需要由外冷却介质进行冷却，但一般优选将该气体与来自过氧化氢回收步骤的一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用气态反应混合物中氢气与氧气的直接反应来连续生产过氧化氢的方法，所述气态反应混合物与保持在反应器中的催化剂进行接触，其中包含氢气和氧气的气态反应混合物通过入口供应到反应器且富含过氧化氢的气体通过出口离开反应器，该方法的特征在于，在反应器刚入口之后的位置和反应器出口的位置之间，与催化剂接触的气体反应混合物的温差保持低于约４０℃。

【技术特征摘要】
US 1997-12-22 60/068,440;EP 1997-12-22 97850180.71．一种利用气态反应混合物中氢气与氧气的直接反应来连续生产过氧化氢的方法，所述气态反应混合物与保持在反应器中的催化剂进行接触，其中包含氢气和氧气的气态反应混合物通过入口供应到反应器且富含过氧化氢的气体通过出口离开反应器，该方法的特征在于，在反应器刚入口之后的位置和反应器出口的位置之间，与催化剂接触的气体反应混合物的温差保持低于约40℃。2．根据权利要求1的方法，其特征在于，在反应器刚入口之后的位置和反应器出口的位置之间，与催化剂接触的气体反应混合物的温差保持低于25℃。3．根据权利要求2的方法，其特征在于，在反应器刚入口之后的位置和反应器出口的位置之间，与催化剂接触的气体反应混合物的温差保持低于15℃。4．根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于该方法包括这样步骤，即，将氢气和氧气在反应时所产生的热能由反应器出口处的富含过氧化氢的气体导向要进入或刚进入反应器的反应混合物。5．根据权利要求1-4任一项的方法，其特征在于该方法包括这样步骤，即，处理至少一部分来自反应器出口的富含过氧化氢的气体以回收过氧化氢、冷却该气体，然后将其循环回反应器。6．根据权利要求4的方法，其特征在于，在处理回收过氧化氢时，气体的总压力与反应器中气体总压力的偏差低于约25％。7．根据权利要求1-6任一项的方法，其特征在于该方法包括这样步骤：即，将一部分来自反应器出口的富含过氧化氢的气体再循环回反应器而没有从中回收过氧化氢，从而将热能用来加热进入反应器的反应混合物。8．根据权利要求7的方法，其特征在于该方法包括这样步骤，即...

【专利技术属性】
技术研发人员：M尼斯特罗穆，J万加德，W赫曼，
申请(专利权)人：阿克佐诺贝尔公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]