МЕТОД ПРОИЗВОДСТВА ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА
PRODUCTION OF HYDROGEN PEROXIDE

Данная заявка испрашивает приоритет европейской заявки № 11184575.6, поданной 11 октября 2011 г., полное содержание которой включено в настоящий документ в качестве ссылки.
В том случае, если раскрытие любых патентов, патентных заявок и публикаций, которые включены в настоящий документ путем ссылки, противоречит описанию настоящей заявки настолько, что может придавать термину неопределенное значение, настоящее описание следует считать приоритетным.
Настоящее изобретение относится к способу производства пероксида водорода, в частности, к способу производства водных растворов пероксида водорода для непосредственного промышленного применения и к устройству для его осуществления.
Производство пероксида водорода, как такового, хорошо известно. Пероксид водорода можно производить различными способами, например, путем непосредственного гидрирования кислорода или в более широком смысле с помощью так называемого способа антрахинонового автоокисления (AO-способ). Настоящее изобретение, в частности, относится к более известному, с точки зрения промышленного производства, AO-способу.
2
2
Пероксид водорода является одним из наиболее важных неорганических химических соединений, производимых в мировом масштабе. В 2009 г. мировое производство пероксида водорода выросло до 3,2 миллионов тонн (100% HO). Область его промышленного применения включает в себя беление текстиля, древесной массы и бумаги, рециклинг бумаги, органический синтез (пропиленоксид), производство неорганических химических соединений и детергентов, экологические и другие области применения. В контексте настоящего изобретения область промышленного применения, связанная с белением древесной массы и бумаги, применением в горнодобывающей промышленности или экологических областях применения, представляет особый интерес.
Производство пероксида водорода осуществляется немногими химическими компаниями, которые производят его на крупномасштабных установках в виде 50-70 масс.% водного концентрата. Из-за его высоких окислительных характеристик для безопасного обращения и транспортировки уровень концентрации пероксида водорода обычно доводят до 50% концентрации, а 70% концентраты обычно применяют только для транспортировки на сверхбольшое расстояние из соображений экономии. Для соблюдения условий техники безопасности полученный пероксид водорода обычно разбавляют перед применением, по меньшей мере, до 50%, однако в большинстве областей применения он будет применяться в концентрации ниже 15%. Чтобы свести к минимуму число операций, разбавление до эффективной концентрации обычно происходит во время самого применения путем добавления подходящего количества более высоко концентрированного раствора, обычно не более чем 50%-го раствора пероксида водорода. В конечном счете, пероксид водорода применяется в различных концентрациях в зависимости от области применения, например, в ряде областей применения пероксид водорода применяется в концентрации приблизительно 1-15%. Некоторые конкретные примеры таких концентраций пероксида водорода в зависимости от типа промышленного применения: беление древесной массы - 2-10%; окисление сточных вод - 1-5%; очистка поверхности потребительских товаров - 1-8%. В других областях применения, таких как дезинфекция, концентрация пероксида водорода может быть более высокой, например, в асептической упаковке типичные концентрации могут составлять 35% или 25%.
Промышленный синтез пероксида водорода в основном осуществляется с применением способа Риделя-Пфляйдерера (первоначально описан в патентах США №№ 2158525 и 2215883). При таком хорошо известном крупномасштабном циклическом способе производства пероксида водорода применяют автоокисление 2-алкилантрагидрохинонового соединения до соответствующего 2-алкилантрахинона, которое приводит к образованию пероксида водорода.
Уровень техники (прототип)
Таким образом, пероксид водорода обычно производят с применением двухстадийного циклического антрахинонового способа (AO-способ), включающего в себя гидрирование антрахинона в рабочем растворе в каталитическом реакторе и окисление гидрированного антрахинона в рабочем растворе воздухом в многоступенчатой колонне с псевдоожиженным слоем или ситчатыми тарелками с одновременным получением пероксида водорода в потоке органического растворителя с последующей экстракцией пероксида водорода из антрахинонового рабочего раствора водой с применением способа многоступенчатой противоточной экстракционной колонны. Предпочтительный органический растворитель обычно представляет собой смесь двух типов растворителей, причем один из них является хорошим растворителем хинонового производного (обычно смесь ароматических соединений), а другой является хорошим растворителем гидроксихинонового производного (обычно длинноцепочечный спирт или сложный циклический эфир). Наряду с упомянутыми основными стадиями AO-способа могут быть предусмотрены другие дополнительные стадии способа, такие как выделение катализатора гидрирования из рабочего раствора; извлечение и окончательная очистка антрахинонового рабочего раствора, сопутствующих растворителей и их возвращение в автоклав для гидрирования; и извлечение, окончательная очистка и стабилизация полученного пероксида водорода.
В таком AO-способе используются алкилантрахиноновые соединения, такие как 2-этилантрахинон, 2-амилантрахинон и их 5,6,7,8-тетрагидропроизводные в виде рабочих соединений, растворенных в подходящем органическом растворителе или смеси органических растворителей. Такие растворы алкилантрахинонов упоминаются как рабочие растворы. На первой стадии антрахинонового способа (стадия гидрирования) рабочий раствор подвергают гидрированию, чтобы восстановить рабочие соединения до их гидрированной формы в виде алкилгидроантрахинонов. Гидрирование рабочих соединений осуществляют путем смешивания газообразного водорода с рабочим раствором и контактирования полученного раствора с подходящим катализатором гидрирования. На второй стадии двухстадийного AO-способа (стадии окисления) гидрированные рабочие соединения, то есть алкилгидроантрахиноны, подвергают окислению с применением кислорода, воздуха или подходящего кислородсодержащего соединения, чтобы получить пероксид водорода и восстановить рабочее соединение до его исходной формы. Затем пероксид водорода, полученный на стадии окисления, удаляют из рабочего раствора обычно с помощью экстракции водой, а оставшийся рабочий раствор, содержащий алкилантрахиноны, возвращают на стадию гидрирования, чтобы снова начать процесс. Стадию гидрирования можно осуществлять в присутствии псевдоожиженного катализатора или стационарного катализатора. Известно, что оба способа имеют свои особые преимущества и недостатки.
В реакторе гидрирования с псевдоожиженным катализатором получают хороший контакт между находящимися в нем тремя фазами, и поэтому производительность и селективность обычно высокие. Однако частицы катализатора могут разрушаться при трении и засорять фильтры, необходимые для разделения суспендированного катализатора и гидрированного рабочего раствора. Такой тип реактора также подвержен обратному смешению. И поэтому применение суспендированного катализатора часто требует применения более крупного реактора гидрирования и требующего больших затрат участка фильтрования для получения полностью гидрированной формы.
В реакторе гидрирования со стационарным слоем катализатор не разрушается из-за трения настолько сильно, как в реакторе с псевдоожиженным слоем, и если реактор работает в прямоточном режиме, не происходит обратного смешивания. Однако скорость реакции в реакторе гидрирования со стационарным катализатором ограничена относительно низкой скоростью растворения водорода газовой фазы в рабочем растворе, и также пропорционально пониженной поверхностью Pd на единицу массы стационарного катализатора по сравнению с псевдоожиженным катализатором. Следовательно, для растворения требуемого количества водорода, необходимого для полного восстановления всех рабочих соединений, рабочий раствор обычно должен подвергаться рециклу несколько раз. Поэтому требуется очень большой рециркулируемый поток и соответственно большой реактор гидрирования, при этом капитальные затраты процесса увеличиваются. Кроме того, рециклинг гидрированного раствора приводит к сверхгидрированию рабочих соединений, поэтому они становятся малоэффективными для процесса в целом.
Особым типом реакторов со стационарным катализатором являются так называемые реакторы с орошаемым слоем катализатора, которые широко известны в литературе (см., например, публикацию NG K.M. и CHU C.F. Chemical Engineering Progress, 1987, 83 (11), стр. 55-63). Несмотря на то, что реакторы с орошаемым слоем катализатора в основном применяются в нефтеперерабатывающей промышленности для гидрокрекинга, гидродесульфуризации и гидродеазотирования и в нефтехимической промышленности для гидрирования и окисления органических соединений, однако реактор гидрирования с орошаемым слоем катализатора также встречается в некоторых вариантах AO-способа производства пероксида водорода. Применяемый здесь термин "реактор с орошаемым слоем" означает реактор, в котором жидкая фаза и газовая фаза текут параллельно сверху вниз через стационарный слой частиц катализатора, в то время как происходит реакция. Существующая практика эксплуатации реактора с орошаемым слоем все еще основывается главным образом на корреляциях данных экспериментов и очевидных параметрах, таких как перепад давления, коэффициенты дисперсии и коэффициенты теплопередачи и массопереноса, зависящих от скоростей потоков, как газа, так и жидкости. Из литературы также известна эксплуатация реакторов с орошаемым слоем при разных характерах движения потока, таких как "орошение", "импульсное движение", "распыление", "барботирование" и "рассредоточенное барботирование". Одной из важных проблем при использовании орошаемого слоя, особенно в режиме капельного потока, является возможность образования каналов в реакторе гидрирования со стационарным слоем.
В издании Chemical Abstracts № 19167 f-h, том 55 (патент Японии № 604121) описан способ производства пероксида водорода, в котором смесь раствора алкилантрахинона с большим избытком водорода или водородсодержащего газа вспенивают при прохождении данной смеси через пористый диффузор в верхней части колонны, содержащей гранулированный катализатор гидрирования. Затем вспененную смесь незамедлительно пропускают через слой катализатора для гидрирования. В нижней части колонны размещен слой, состоящий из стекловаты, минеральной ваты, металлической сетки или фильтровальной ткани для пеногашения, и обеспененный рабочий раствор выводится из нижней части, а большой избыток освобожденного от жидкости газа возвращается в колонну. Несмотря на то, что при таком способе возможность образования каналов в реакторе гидрирования со стационарным катализатором в режиме капельного потока исключается, согласно ссылке, сделанной на патент Японии в патенте США № 4428922 (колонка 1, строки 55-68), все еще остаются некоторые недостатки, типа высокого перепада давления, связанного с ним увеличения энергопотребления, большого рециркулируемого потока водорода, возвращаемого в реактор гидрирования, и применения дополнительного оборудования, необходимого для вспенивания и пеногашения рабочего раствора. Кроме того, пропускная способность или производительность реактора гидрирования радикально уменьшается из-за большого объема, занимаемого избыточным газообразным водородом.
Публикация WO 99/40024 направлена на преодоление недостатков описанных выше способов и обеспечивает более простой и эффективный способ производства пероксида водорода с помощью AO-способа с применением стационарного слоя частиц катализатора на стадии гидрирования с высокими производительностями.
Это осуществляется с помощью способа производства пероксида водорода по AO-способу, включающему в себя чередующиеся стадии гидрирования и окисления рабочего раствора, содержащего, по меньшей мере, один алкилантрахинон, растворенный, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, и экстракцию пероксида водорода, образующегося на стадии окисления, в котором процесс на стадии гидрирования осуществляется в реакторе гидрирования, содержащем стационарный слой частиц катализатора гидрирования, путем подачи прямоточного потока рабочего раствора и водородсодержащего газа в верхнюю часть реактора и путем регулирования соотношения подаваемых потоков жидкости и газа и давления водородсодержащего газа, чтобы обеспечить самовспенивание смеси рабочего раствора и водородсодержащего газа при отсутствии какого-либо устройства или диффузора или распыляющего сопла для образования пены, и путем прохождения вспененной смеси сверху вниз через стационарный слой частиц катализатора. Способ согласно публикации WO 99/40024 необязательно можно осуществлять периодическим или непрерывным образом. Кроме того, стадию гидрирования согласно способу необязательно можно осуществлять в импульсном режиме подачи вспененного потока рабочего раствора через стационарный слой катализатора. Согласно публикации WO 99/40024 стадию гидрирования AO-способа можно осуществлять непосредственно в реакторе гидрирования с орошаемым слоем катализатора традиционного типа в условиях вспенивания рабочего раствора и водородсодержащего газа без какого-либо дополнительного специального оборудования для образования пены. Таким образом, рабочий раствор и водородсодержащий газ можно непосредственно подавать в реактор гидрирования, а именно с помощью традиционного подводящего трубопровода, и затем осуществлять вспенивание путем регулирования подаваемых потоков жидкости и газа и давления водородсодержащего газа. Кроме того, нет необходимости обеспечивать какое-либо специальное оборудование для пеногашения в нижней части реактора гидрирования. Реактор гидрирования, содержащий применяемый в нем стационарный орошаемый слой, представляет собой реактор традиционного типа и может иметь все формы и размеры, обычно встречающиеся при производстве реакторов гидрирования такого типа. Предпочтительно, реактор гидрирования представляет собой трубчатый реактор (колонну).
Согласно публикации WO 99/40024 существует несколько преимуществ, связанных с применением вспенивания рабочего раствора на стадии гидрирования AO-способа производства пероксида водорода. Массоперенос газа/жидкости значительно повышается из-за природы пены, которая состоит из концентрированной дисперсии водородсодержащего газа в жидком рабочем растворе. Хорошее распределение рабочего раствора и водородсодержащего газа сохраняется на всей протяженности реактора гидрирования. Следовательно, например, поверхностная скорость жидкости вспененного рабочего раствора, необходимая для достижения хорошей контактной эффективности, приблизительно в 2-3 раза ниже, чем поверхностная скорость жидкости, необходимая для невспененного рабочего раствора. Поэтому для вспенивания смеси рабочего раствора и водородсодержащего газа в реакторе гидрирования устанавливают условия, касающиеся подаваемых потоков жидкости и газа и давления водородсодержащего газа, чтобы обеспечить значительное взаимодействие жидкости (L) и водородсодержащего газа (G); в таких условиях режим течения пены можно устанавливать между капельным режимом потока и импульсным режимом потока. Соответственно, в способе согласно изобретению давление водородсодержащего газа находится в диапазоне от 1,1 до 15 бар (абсолютное давление), предпочтительно в диапазоне от 1,8 до 5 бар (абсолютное давление). Входная линейная скорость водорода в пространстве над жидкостью обычно составляет, по меньшей мере, 2,5 см/с, предпочтительно, по меньшей мере, 3 см/с. Входная линейная скорость водорода в пространстве над жидкостью обычно не превышает 25 см/с, предпочтительно не превышает 10 см/с. Входная поверхностная скорость жидкости в реакторе обычно составляет, по меньшей мере, 0,25 см/с, предпочтительно, по меньшей мере, 0,3 см/с. Входная поверхностная скорость жидкости обычно не превышает 2,5 см/с, предпочтительно не превышает 1,5 см/с, и более предпочтительно не превышает 1 см/с.
Описанные выше AO-способы, основанные на оригинальной концепции Риделя-Пфляйдерера и многочисленных предлагаемых улучшениях существующего уровня в данной области техники, показывают, что AO-способ представляет собой многостадийный способ с очень сложными, непрерывными и циклическими химическими процессами гидрирования, окисления и экстракции пероксида водорода, при которых такой AO-способ включает в себя достаточное число химических соединений типа газов (например, водород, кислород), органических растворителей, воды, катализаторов и рабочих соединений, и при которых упомянутый AO-способ приводит к продукту, а именно пероксиду водорода, который из-за своей окислительной способности сам по себе требует соответствующего к нему отношения. Таким образом, при эксплуатации и регулировании параметров AO-способа требуется не только регулирование физических параметров, типа температуры, давления, течения газа и/или жидкости, но также важным является оперативное регулирование циклических химических процессов в целом, например, с точки зрения сохранения каталитической активности, характеристик циркулирующего рабочего раствора, в частности, характеристик хиноновых рабочих соединений, и минимизации или подавления образования нежелательных побочных продуктов и/или их накопления при осуществлении циклического AO-способа. Поэтому традиционные установки для осуществления AO-способа согласно уровню техники в данной области служат для крупномасштабного промышленного производства пероксида водорода и даже для мегамасштабного промышленного производства. При этом традиционные способы производства пероксида водорода обычно осуществляют на крупномасштабных-мегамасштабных установках для производства пероксида водорода с производительностью приблизительно от 40000 до 330000 (метрических) тонн пероксида водорода в год. Таким образом, в настоящее время в промышленной эксплуатации находятся установки с минимальной производительностью, например, от 40 до 50 кт/год (тысяч тонн в год), с производительностью до 160 кт/год, и самые крупные в мире мегаустановки обеспечивают производительность 230 кт/год (Антверпен) и 330 кт/год (Таиланд). Обычно при таких способах в случае стационарных слоев производительность ограничена 50 кт/год, и обычно в установках с производительностью выше 50 кт/год применяются реакторы с псевдоожиженным слоем.
Такие традиционные AO-способы и соответствующие производственные установки являются сложными и требуют многочисленных и крупных партий оборудования, большого числа компетентного персонала для технического ремонта и эксплуатации оборудования на основных и дополнительных стадиях процесса, и специальных мер по обеспечению безопасности при обращении с пероксидом водорода, получаемым в обычно высоких его концентрациях 40%, и при дополнительном концентрировании до 50%, до 70%. Следовательно, требуется много внимания со стороны менеджмента и проведение частого текущего ремонта. В дополнение, к сложности таких способов крупномасштабного-мегамасштабного производства, следует отметить, что значительная часть произведенного пероксида водорода, предназначенная для применения потребителями по своему усмотрению в областях промышленного применения, нуждается в транспортировке, например, в железнодорожных или автоцистернах. Такие транспортировки в железнодорожных или автоцистернах требуют специальных мер предосторожности, принимая во внимание связанную с этим технику безопасности и вопросы обеспечения защиты.
С другой стороны, в ряде потребительских промышленных областей применения пероксида водорода не требуется высококонцентрированных растворов пероксида водорода для их применения, и, следовательно, как уже объяснялось выше, растворы пероксида водорода, которые с целью экономичной транспортировки обычно концентрируют до концентрации пероксида водорода приблизительно 50%, по месту нахождения потребителя применяются только в более низкой концентрации, например, от 1 до 15%, для их конкретного локального применения, например, для применения при производстве древесной массы и в бумажной промышленности или текстильной промышленности, или для применения в горнодобывающей промышленности или в экологических областях применения.
Более того, современные крупномасштабные AO-способы производства пероксида водорода согласно концепции Риделя-Пфляйдерера обычно являются высоко капиталоемкими и энергоемкими способами, и связанные с ними затраты перекладываются на конечных пользователей и мелкосерийные производства. Такие конечные пользователи могли бы получать выгоду от более экономически выгодных способов производства пероксида водорода без сопутствующих капитальных затрат и проблем с управляемостью, связанных с современными производственными циклами, в более мелких локальных условиях производства, находящихся рядом с местом нахождения конечного пользователя.
В патенте США № 5662878 (поданном 2 сентября 1997 г. и переданном университету Чикаго) уже обсуждалась потребность в способе, который мог бы обеспечить эффективное производство пероксида водорода в условиях производства небольшого размера на заводской территории "хозяина". Короче говоря, в патенте США № 5662878 описан способ производства пероксида водорода, включающий в себя обеспечение антрахинонсодержащего раствора; обработку раствора водородом для гидрирования антрахинона; смешивание воздуха с раствором, содержащим гидрированный антрахинон, для окисления раствора; контактирование окисленного раствора с гидрофильной мембраной с получением фильтрата, образующегося при осмосе; и извлечение пероксида водорода из фильтрата, образующегося при осмосе. В предлагаемом способе производства пероксида водорода в качестве признака заявлено использование мембранных технологий для выделения пероксида водорода из технологической жидкости, полученной в результате реакции. Идея патента США № 5662878 сосредоточена на использовании мембранной технологии для производства пероксида водорода, который практически не содержит органических веществ, и возможности сохранять дорогостоящие органические растворители в реакционных растворах для повторного использования.
В патенте США № 5662878 AO-способы согласно Риделю-Пфляйдереру в условиях существующего массового производства считаются неподходящими для мелкомасштабного производства и среднемасштабного производства. Причина состоит в том, что применяемая для окисления колонна с насадочным материалом и колонна для экстракции пероксида водорода являются очень большими и нелегко воспроизводятся при увеличении или уменьшении модульной конструкции и универсальности применения. Также типичные экстракционные колонны являются многоступенчатыми, очень большими по объему; считается, что их трудно воспроизводить в уменьшенном масштабе, при этом они, как правило, высоко нестабильны и поэтому требуют высокой степени оперативного регулирования.
Хотя можно предположить, что AO-способ можно осуществлять на мелкомасштабном-среднемасштабном уровне, чтобы всего лишь удовлетворять местные потребности, согласно уровню техники по-прежнему считается, что такие очень сложные AO-способы, особенно, как объяснялось выше в отношении химических процессов AO-способа, требуют применения значительного количества устройств, много внимания со стороны менеджмента и частого текущего ремонта, и что их трудно воспроизводить в уменьшенном масштабе и трудно сделать такие способы рентабельными. Во всяком случае, вопреки предлагаемому в патенте США № 5662878 способу с применением мембранной технологии, промышленное производство пероксида водорода по-прежнему основывается на крупномасштабном заводском оборудовании и связанных с этим средствах оптимизации технологического процесса. Таким образом, до настоящего времени в эксплуатации нет оборудования для мелкомасштабного производства (500-5000 метрических тонн в год) или оборудования для среднемасштабного производства (5000-20000 метрических тонн в год). Получается, что промышленность либо игнорировала промышленный потенциал оборудования для мелкомасштабного-среднемасштабного производства пероксида водорода, либо предполагала технические и/или экономические препятствия, обусловленные очень высокой сложностью многостадийного AO-способа и его оперативного регулирования, которое наряду с регулированием физических параметров процесса также включает в себя регулирование сложных химических процессов. Следовательно, оборудование для более мелкомасштабного и децентрализованного промышленного производства пероксида водорода, например, на территории потребителя, препятствует применению таких мелкомасштабных-среднемасштабных способов производства пероксида водорода, по сравнению с традиционным крупномасштабным промышленным производством и соответствующей организацией перевозок для транспортировки пероксида водорода; и это происходит, даже несмотря на необходимость потенциально опасного концентрирования пероксида водорода путем дистилляции и получения конечной концентрации пероксида водорода с целью транспортировки и, наконец, несмотря на необходимость разбавления при применении на территории потребителя.
Следовательно, уже сегодня в данной области техники существует очень высокая потребность в получении пероксида водорода без сопутствующих капитальных затрат и проблем с управляемостью, связанных с современными крупномасштабными-мегамасштабными производственными циклами; и потребность в разработке новых способов, которые могли бы обеспечить эффективное производство пероксида водорода в условиях производства небольшого-среднего размера, в частности, на заводской территории потребителя, на территории мелкосерийных конечных пользователей или других подходящих заводских территориях "хозяина". Теоретически, такое производство пероксида водорода в условиях производства небольшого-среднего размера, которое должно подходить для дистанционной эксплуатации и регулирования, например, из находящегося на расстоянии места нахождения крупномасштабного производства пероксида водорода или из любого другого места, где находится штатный сотрудник, оптимально обученный и обладающий опытом в отношении производства пероксида водорода по АО-способу, особенно в отношении химических процессов AO-способа и участвующих в них определенных химических соединений, включая оперативное регулирование и сохранение характеристик и/или активности упомянутых определенных химических соединений, можно сделать централизованным, и таким образом регулирование производства пероксида водорода можно оптимизировать и поддерживать неопасным и более удобным и экономичным образом. Кроме того, такие дистанционно управляемые и эксплуатируемые способы небольшого-среднего производства пероксида водорода ("дистанционно управляемые AO-мини-способы") должны быть модульными, насколько возможно, с возможностью быстрого запуска производства, закрытия производства и капитального ремонта, а также должны обеспечивать вариабельность объемов выпуска продукции, простоту и повышенную надежность, насколько возможно, чтобы обеспечивать удобное для конечного пользователя место производства пероксида водорода, которое может легко дистанционно эксплуатироваться и регулироваться, например, из другой, находящейся на расстоянии установки для крупномасштабного производства пероксида водорода, и которое стабильно осуществляется в непрерывном режиме, и которое можно легко содержать и поддерживать с минимальной необходимостью локального (например, на территории потребителя), технического, например, химического и/или физического вмешательства на месте.
Следовательно, особенно с точки зрения экономической значимости пероксида водорода, по-прежнему существует отчетливая потребность в установках для мелкомасштабного-среднемасштабного производства пероксида водорода, которые могут производить водные растворы пероксида водорода непосредственно для местного использования путем применения традиционной AO-технологии согласно способу Риделя-Пфляйдерера, но которые также являются более затратоэффективными способами производства пероксида водорода.
Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении промышленного, технически, эксплуатационно и экономически целесообразного способа, который является дистанционно регулируемым, и который автоматизирован до такой степени, что может легко и надежно эксплуатироваться с помощью дистанционного регулирования, и требует очень незначительного локального обслуживания и уровня поддержки, например, с точки зрения химического/или физического взаимодействия. Такой аспект изобретения будет упоминаться в дальнейшем как "дистанционное регулирование". В частности, способ должен подходить для легкой и надежной эксплуатации и быть дистанционно регулируемым таким образом, чтобы он стабильно осуществлялся в непрерывном режиме близко к территории или на территории конечного пользователя или в месте промышленного применения пероксида водорода потребителем, и чтобы его можно было легко содержать и поддерживать с минимальной необходимостью локального (например, на территории потребителя), технического, например, химического и/или физического вмешательства.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства для осуществления дистанционно эксплуатируемого и регулируемого AO-способа согласно настоящему изобретению, где устройство автоматизировано до такой степени, что в упомянутом устройстве можно осуществлять AO-процесс в непрерывном режиме близко к территории или на территории конечного пользователя или в месте промышленного применения пероксида водорода потребителем, и которое можно легко содержать и поддерживать с минимальной необходимостью локального (например, на территории потребителя), технического, например, химического и/или физического, вмешательства. Такой аспект изобретения будет упоминаться в дальнейшем как "сателлитная установка" и/или "главная установка".
Подробное описание изобретения
Изобретение определяется формулой изобретения и далее должно быть описано более подробно. В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает промышленный, технически, эксплуатационно и экономически целесообразный способ, который является дистанционно регулируемым и который автоматизирован до такой степени, что может легко и надежно эксплуатироваться с помощью дистанционного регулирования, и требует очень незначительного локального обслуживания и уровня поддержки. Такой аспект изобретения будет упоминаться в дальнейшем как "дистанционное регулирование".
Соответственно, в таком первом аспекте настоящее изобретение относится к способу производства пероксида водорода по AO-способу, включающему в себя две чередующиеся, обязательные стадии:
(a) гидрирования рабочего раствора в блоке гидрирования (автоклаве для гидрирования) в присутствии катализатора, при котором упомянутый рабочий раствор содержит, по меньшей мере, один алкилантрахинон, растворенный, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, для получения, по меньшей мере, одного соответствующего алкилантрагидрохинонового соединения; и
(b) окисления упомянутого, по меньшей мере, одного алкилантрагидрохинонового соединения для получения пероксида водорода в блоке окисления; и
дополнительно включающему в себя стадию
(c) экстракции пероксида водорода, образующегося на стадии окисления, в блоке экстракции, где блоки, соответствующие стадиям (a)-(c), необязательно вместе с дополнительными вспомогательными блоками при необходимости формируют участок по производству пероксида водорода, на котором один или несколько упомянутых блоков оборудованы одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров AO-способа, необязательно с использованием, по меньшей мере, одного химического параметра AO-способа на участке по производству пероксида водорода, причем упомянутые датчики связаны с одним или несколькими первыми компьютерами на участке по производству пероксида водорода, при этом упомянутые первые компьютеры соединены посредством коммуникационной сети с одним или несколькими вторыми компьютерами на пульте регулирования, находящемся в отдалении от участка по производству пероксида водорода, и где упомянутый пульт управления предназначен для дистанционного регулирования, в частности, дистанционной эксплуатации/или регулирования упомянутого участка по производству пероксида водорода.
В общем случае из уровня техники известны способы регулирования, включая химические процессы, с помощью компьютеров и подходящего программного обеспечения. Также, в более общем случае и при теоретическом понимании, описаны способы дистанционного регулирования в определенных областях применения, осуществляемые через Интернет, в отношении простых физических параметров, а именно температуры, уровня жидкости, давления сжатого воздуха и расхода жидкости (например, K. Balasubramanian и A. Cellatoglu, International Conference on Control, Automation, Communication and Energy Conservation, 2009, XP002665408). Однако пока еще нет химического процесса, в частности, нет сложного химического процесса типа AO-способа производства пероксида водорода, который был бы описан как дистанционно регулируемый; и в частности, такой AO-способ не описан как дистанционно эксплуатируемый и/или регулируемый или, другими словами, как способ с дистанционной эксплуатацией и регулированием.
К настоящему времени известны способы дистанционного регулирования, применяемые только к несложным, легким в эксплуатации способам. Таким образом, в настоящем изобретении к сложному химическому процессу типа сложного многостадийного циклического AO-способа применяются новые способы дистанционного регулирования, которые наряду с регулированием физических параметров процесса также охватывают регулирование сложных химических процессов AO-способа и участвующих в них определенных химических соединений, например, включая оперативное регулирование и сохранение характеристик и/или активности упомянутых определенных химических соединений. Как объяснялось ранее, AO-способ является многостадийным способом с очень сложными, непрерывными и циклическими химическими процессами гидрирования и окисления, и экстракцией пероксида водорода, где такой AO-способ включает в себя достаточное число химических соединений типа газов (например, водород, кислород), органических растворителей, воды, катализаторов и рабочих соединений, и где упомянутый AO-способ приводит к продукту, а именно пероксиду водорода, который из-за своей окислительной способности сам по себе требует должной осторожности. Таким образом, эксплуатация и регулирование AO-способа требуют не только регулирования физических параметров, типа температуры, давления, расхода газа и/или жидкости, но также важным является оперативное регулирование циклических химических процессов в целом, например, с точки зрения сохранения каталитической активности, характеристик циркулирующего рабочего раствора, в частности, характеристик рабочих хиноновых соединений и минимизации и/или подавления образования нежелательных, например, неактивных и/или потенциально опасных побочных продуктов и/или их накопления в циклическом AO-способе. Поддержание и регулирование каталитической активности и/или стабильности катализатора, с одной стороны, и поддержание характеристик рабочего раствора, например, состава и концентрации применяемых компонентов и степени чистоты, в частности, хиноновых и/или гидрохиноновых форм рабочих соединений и минимизации и/или подавления и/или возможного обратного превращения неактивных или потенциально опасных хиноновых побочных продуктов, образующихся во время циклического AO-способа из применяемых хинонов и/или гидрохинонов, очень важно для поддержания безопасности AO-способа при регулировании и эксплуатации в непрерывном режиме и для обеспечения экономически эффективного осуществления AO-способа производства пероксида водорода.
Термин "дистанционное регулирование" в предпочтительном смысле изобретения означает, что AO-способ "надежно автоматически эксплуатируется в отдаленном месте", например, "надежный" относится, например, к автоматической эксплуатации безопасным и потенциально неопасным образом только с минимальной необходимостью регулирования химических процессов AO-способа и поддержания осуществления и производительности AO-способа. Таким образом, термин "дистанционное регулирование" в контексте настоящего изобретения не ограничивается пониманием под ним простого дистанционного регулирования только физических параметров, но значение термина "дистанционное регулирование" в настоящем изобретении также включает в себя дистанционное оперативное регулирование химических процессов AO-способа. Следовательно, значение термина "дистанционное регулирование" в равной степени включает в себя термины типа "дистанционная эксплуатация и регулирование", "дистанционное оперативное регулирование", "дистанционная эксплуатация и регулирование химических процессов", "дистанционная эксплуатация и регулирование параметров химических и/или физических процессов", "дистанционная эксплуатация и регулирование химических и/или физических параметров процесса", "дистанционная эксплуатация и/или регулирование состояния"; и подобные термины и/или любое видоизменение упомянутых терминов. В частности, термин "дистанционное регулирование" в значении изобретения охватывает "дистанционную эксплуатацию и регулирование удаленного AO-способа в зависимости от главного AO-способа", в частности, когда зависимость касается рабочего раствора, катализатора и оперативного регулирования, "дистанционная эксплуатация и регулирование сателлитной установки, работающей по AO-способу, в зависимости от находящейся на расстоянии главной установки, работающей по AO-способу", в частности, такая "дистанционная эксплуатация и регулирование удаленного AO-способа в зависимости от главного AO-способа, где дистанционная эксплуатация и регулирование рабочего раствора упомянутого удаленного AO-способа зависит от находящегося на расстоянии главного AO-способа"; и подобное и/или любое другое видоизменение упомянутых терминов. Пульт управления для дистанционного регулирования участка по производству пероксида водорода может находиться на любом другом подходящем участке, который отличается от упомянутого дистанционно регулируемого участка по производству пероксида водорода и находится на расстоянии от него. Обычно такой пульт управления будет находиться или сосредотачиваться там, где можно устанавливать подходящее компьютерное оборудование и присоединять его к коммуникационной сети, и где дистанционное регулирование производства пероксида водорода можно оптимизировать и поддерживать более удобным и экономичным образом, чем на производственном участке как таковом. На таком участке имеется в наличии штатный сотрудник, который оптимально обучен и обладает опытом в отношении производства пероксида водорода по AO-способу и способен к дистанционному регулированию упомянутого, находящемся на расстоянии участка по производству (пероксида) водорода, и способен либо к дистанционному вмешательству, например, с помощью коммуникационной сети или с помощью телефонного звонка или электронной почты и т.п., либо к организации подходящего локального вмешательства, например, с помощью местного оператора или с помощью отправки уполномоченного штатного сотрудника, обладающего опытом технической поддержки, или специалистов по обслуживанию на дистанционно регулируемый участок по производству пероксида водорода в случае необходимости. Согласно настоящему изобретению такое дистанционное регулирование применяется впервые к эксплуатации особо сложного и циклического химического процесса, иными словами, к эксплуатации сложного циклического AO-способа производства пероксида водорода с использованием нескольких взаимосвязанных стадий циклического способа: стадий гидрирования, окисления и экстракции, и также включающего в себя дистанционное оперативное регулирование химических процессов AO-способа, что, в частности, означает дистанционное оперативное регулирование химических процессов AO-способа, связанных с применяемым циркулирующим рабочим раствором, в частности, с одним или несколькими рабочими соединениями (хиноновые и гидрохиноновые соединения; более подробно дополнительно см. ниже), находящимися в нем, и любым побочным продуктом, образующимся из него. Как указано ранее, наряду с активностью и стабильностью катализатора гидрирования для надежного осуществления AO-способа определяющими являются характеристики рабочего раствора, циркулирующего в AO-способе. Таким образом, в традиционном AO-способе обязательным является регулярный мониторинг состава рабочего раствора для обеспечения производительности способа, который обычно осуществляют на традиционном заводском оборудовании путем регулярного, качественного и/или количественного анализа образцов рабочего раствора, отбираемых из AO-способа, для выявления любого ухудшения и/или изменений концентрации и/или состава рабочего раствора. Неожиданно авторы настоящего изобретения обнаружили, что вопреки сложности AO-способа производства пероксида водорода, особенно вопреки сложности, обусловленной постоянно циркулирующим рабочим раствором, все же возможно дистанционно регулировать такой AO-способ, в частности, дистанционно эксплуатировать и регулировать AO-способ.
В одном из вариантов изобретения пульт управления для дистанционного регулирования участка по производству пероксида водорода находится на другой установке для производства пероксида водорода, отличающейся от упомянутого дистанционно регулируемого участка по производству пероксида водорода. Теоретически такая другая установка для производства пероксида водорода представляет собой установку с более крупномасштабной производительностью по пероксиду водорода, чем на упомянутом дистанционно регулируемом участке по производству пероксида водорода. Предпочтительно такая другая установка для производства пероксида водорода обеспечивает производительность по пероксиду водорода, по меньшей мере, 30 тысяч тонн в год, и более предпочтительно, по меньшей мере, 40 тысяч тонн в год.
По сравнению с традиционным крупномасштабным производством пероксида водорода способ согласно изобретению является более простым и автоматизирован настолько, насколько возможно, чтобы обеспечить легкую и надежную эксплуатацию и дистанционное регулирование таким образом, чтобы способ стабильно осуществлялся в непрерывном режиме близко к территории или на территории конечного пользователя или места промышленного применения пероксида водорода потребителем, и таким образом, чтобы его можно было легко содержать и поддерживать с минимальной необходимостью локального (например, на территории потребителя) технического и/или физического вмешательства. Неожиданно было обнаружено, что такой дистанционно регулируемый способ производства пероксида водорода близко к территории потребителя или на территории потребителя, применяющего пероксид водорода (на территории "хозяина"), можно осуществлять, если установлен размер способа, подлежащего осуществлению, в виде мелкомасштабного-среднемасштабного способа производства пероксида водорода.
Таким образом, способ согласно изобретению особенно подходит для производства пероксида водорода по AO-способу, где упомянутый способ представляет собой мелкомасштабный-среднемасштабный AO-способ с производительностью по пероксиду водорода до 20 кт/год. Предпочтительно, упомянутый способ эксплуатируется с производительностью по пероксиду водорода до 15 кт/год, и более предпочтительно с производительностью по пероксиду водорода до 10 кт/год и, в частности, с производительностью по пероксиду водорода до 5 кт/год. Размерность кт/год (тысяч тонн в год) относится к метрическим тоннам. Кроме того, упомянутый масштаб мелкомасштабного-среднемасштабного производства пероксида водорода в дальнейшем будет упоминаться как "АО-мини-способ" и "АО-миниустановка", соответственно.
Согласно одному из вариантов изобретения предлагается промышленный, технически, эксплуатационно и экономически целесообразный, дистанционно регулируемый мелкомасштабный-среднемасштабный способ производства пероксида водорода ("AO-мини-способ с дистанционным регулированием") и, как дополнительно описано ниже, соответствующее устройство с дистанционным регулированием для производства пероксида водорода ("AO-миниустановка с дистанционным регулированием"). "AO-мини-способ с дистанционным регулированием" может эксплуатироваться с максимальной производительностью до 20 кт/год. Предпочтительно, чтобы такой АО-мини-способ имел еще более низкую максимальную производительность до 15 кт/год (тысяч тонн в год). Обычно АО-мини-способ согласно изобретению эксплуатируется с производительностью в диапазоне от 2 до 15 кт/год.
АО-мини-способ согласно изобретению можно проектировать гибким образом для любых других различных диапазонов производительности в пределах упомянутого объема производительности, например, обеспечивать производительность, которая лучше всего подходит для местных потребностей, где эксплуатируется способ. Таким образом, в качестве примера и без ограничения, возможные диапазоны производительности могут составлять 2-5 кт/год, 2-6 кт/год, 2-7 кт/год, 2-8 кт/год, 2-9 кт/год, 2-10 кт/год, 2-11 кт/год, 2-12 кт/год, 2-13 кт/год, 2-14 кт/год, 2-15 кт/год; 3-6 кт/год, 3-7 кт/год, 3-8 кт/год, 3-9 кт/год, 3-10 кт/год, 3-11 кт/год, 3-12 кт/год, 3-13 кт/год, 3-14 кт/год, 3-15 кт/год; 4-6 кт/год, 4-7 кт/год, 4-8 кт/год, 4-9 кт/год, 4-10 кт/год, 4-11 кт/год, 4-12 кт/год, 4-13 кт/год, 4-14 кт/год, 4-15 кт/год; 5-6 кт/год, 5-7 кт/год, 5-8 кт/год, 5-9 кт/год, 5-10 кт/год, 5-11 кт/год, 5-12 кт/год, 5-13 кт/год, 5-14 кт/год, 5-15 кт/год; 6-7 кт/год, 6-8 кт/год, 6-9 кт/год, 6-10 кт/год, 6-11 кт/год, 6-12 кт/год, 6-13 кт/год, 6-14 кт/год, 6-15 кт/год; 7-8 кт/год, 7-9 кт/год, 7-10 кт/год, 7-11 кт/год, 7-12 кт/год, 7-13 кт/год, 7-14 кт/год, 7-15 кт/год; 8-9 кт/год, 8-10 кт/год, 8-11 кт/год, 8-12 кт/год, 8-13 кт/год, 8-14 кт/год, 8-15 кт/год; 9-10 кт/год, 9-11 кт/год, 9-12 кт/год, 9-13 кт/год, 9-14 кт/год, 9-15 кт/год; 10-11 кт/год, 10-12 кт/год, 10-13 кт/год, 10-14 кт/год, 10-15 кт/год; 11-12 кт/год, 11-13 кт/год, 11-14 кт/год, 11-15 кт/год; 12-13 кт/год, 12-14 кт/год, 12-15 кт/год; 13-14 кт/год, 13-15 кт/год; 14-15 кт/год.
В предпочтительном способе производства пероксида водорода по AO-способу согласно изобретению способ имеет производительность по пероксиду водорода от 2000 до 10000 метрических тонн в год) или более предпочтительно - в диапазоне от 2000 до 5000 метрических тонн в год (2-5 кт/год). Обычно размер установки для производства пероксида водорода зависит от производительности. Например, в предпочтительном диапазоне воплощений от 2 до 10 кт/год установка с производительностью 3 кт/год будет более мелкая, чем установка с производительностью 10 кт/год. Следовательно, в более предпочтительном варианте осуществления изобретения, например по экономическим причинам, воплощение АО-мини-способа относится к производству пероксида водорода по AO-способу или к AO-миниустановкам с более узкими диапазонами производительности как, например, 2-3 кт/год, 3-5 кт/год, 5-7,5 кт/год или 7,5-10 кт/год. Аналогично, также для более высоких производительностей предпочтительными являются более узкие диапазоны производительности, как, например, 10-12,5 кт/год, 12,5-15 кт/год.
Блоки, оборудованные одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров AO-способа, представляют собой блоки основного AO-способа, такие как блок гидрирования (автоклав для гидрирования), блок окисления (установка окисления) и блок экстракции (экстракционная колонна), или любой другой обязательный или необязательный блок основного AO-способа. Блоки, оборудованные одним или несколькими датчиками, также могут представлять собой любой блок любой вспомогательной технологической установки, которая здесь описана. Оборудование и/или средства, участвующие в производстве пероксида водорода по AO-способу, например, но без ограничения, могут представлять собой одно или несколько устройств, выбранных из насосных систем, клапанов, трубопроводов, резервуаров, компрессоров, системы нагревания и охлаждения, штуцеров, средств подачи питания (мощности) и средств измерения давления, температуры, количества, расхода (газа, жидкости), плотности, вязкости, активности катализатора, кислотности, степени чистоты, концентрации, производительности пероксида водорода или других параметров способа, имеющих отношение к производству пероксида водорода по АО-способу. Также при необходимости могут присутствовать средства для мониторинга силы тока, напряжения и т.п.
Один или несколько датчиков для мониторинга параметров АО-способа могут быть любого подходящего типа и, в частности, могут представлять собой датчики, уже широко используемые в AO-способах, для регулирования полного рабочего цикла производства пероксида водорода или любых отдельных или объединенных стадий АО-способа. В одном из вариантов изобретения такие датчики могут представлять собой датчики, которые широко используются в крупномасштабных-мегамасштабных установках или способах производства (пероксида) водорода. Или в еще одном варианте датчики могут быть модифицированы или особым образом адаптированы к мелкомасштабной-среднемасштабной установке или способам производства пероксида водорода. В еще одном варианте АО-мини-способа и АО-миниустановки согласно изобретению может применяться подходящая комбинация датчиков, широко используемых в применяемом крупномасштабном-мегамасштабном производстве (пероксида) водорода, и датчиков, модифицированных или особым образом адаптированных для мелкомасштабного-среднемасштабного производства пероксида водорода.
Один или несколько датчиков могут удовлетворять требованиям и применяться для мониторинга параметров AO-способа, например, но без ограничения, таких как давление, температура, количество, расход (газа, жидкости), плотность, вязкость, активность катализатора, кислотность, степень чистоты, концентрация, производительность по пероксиду водорода или другие параметры способа, имеющие отношение к производству пероксида водорода по АО-способу. Датчик или комбинация датчиков может подбираться непосредственно для мониторинга или измеряемого параметра, имеющего отношение к производству пероксида водорода по АО-способу, или датчик или комбинация датчиков может подбираться для косвенного мониторинга или измерения других данных или ряда других данных, и затем параметр, имеющий отношение к регулированию производства пероксида водорода по АО-способу, рассчитывается из упомянутых данных мониторинга или измеренных данных. Кроме того, для измерения оптических эффектов может применяться камера или ряд камер или другое оптическое средство дополнительно к мониторингу, системе измерений и/или съемки AO-способа, его оборудования и средств или параметров, соответственно.
При мониторинге AO-мини-способа и/или регулировании способа важными для мониторинга и/или регулирования считаются следующие параметры, но без ограничения:
(a) расходы (газа, жидкости) в процессе: водорода, кислорода и деминерализованной воды для экстракции;
(b) расход рабочего раствора: в автоклаве для гидрирования и в установке окисления; и расход рециркулируемого рабочего раствора в автоклаве для гидрирования и установке окисления;
(c) расходы (газа, жидкости) вспомогательных теплоносителей типа пара и охлаждающей воды; где диапазон упомянутых расходов (пара, воды) может варьироваться согласно производительности AO-миниустановки для производства пероксида водорода;
(d) давление: в дегазаторе автоклава для гидрирования (то есть от 0,5 бар и.д. до приблизительно 5 бар и.д.); в дегазаторе установки окисления (то есть от 0,5 до приблизительно 5 бар и.д.);
(e) температура: на выходе автоклава для гидрирования (40~65°C), на выходе установки окисления (40~55°C);
(f) уровень раздела фаз: в экстракционной колонне, в коагуляторе; и их соответствующая функция и/или эксплуатационные характеристики;
(g) разность давлений: фильтрование при гидрировании (то есть от 0 до приблизительно 1 бар и.д.); в колонне гидрирования (то есть от 0 до приблизительно 2 бар и.д.); в колонне окисления (то есть от 0 до приблизительно 0,5 бар и.д.).
Обычно, при регулярном мониторинге состава рабочего раствора в традиционном AO-способе, определяющим является обеспечение производительности способа. Таким образом, в традиционном AO-способе, например, на традиционном оборудовании для производства пероксида водорода по АО-способу, такой регулярный мониторинг состава рабочего раствора обычно осуществляют путем регулярного, качественного и/или количественного анализа образцов рабочего раствора, отбираемых из AO-способа для выявления любого ухудшения и/или изменений концентрации и/или состава рабочего раствора. Неожиданно авторы настоящего изобретения обнаружили, что вопреки такой сложности AO-способа производства пероксида водорода, особенно вопреки сложности, обусловленной постоянно циркулирующим рабочим раствором, все же возможно дистанционно регулировать такой AO-способ, в частности, дистанционно эксплуатировать и регулировать AO-способ. Неожиданно в настоящем изобретении было обнаружено, что нет насущной необходимости в постоянном регулировании рабочего раствора, например, с помощью таких средств, как аналитические средства, которые обычно предусматриваются в традиционных AO-способах. Согласно настоящему изобретению мониторинг рабочего раствора, иными словами, дистанционное регулирование, в частности, дистанционное оперативное регулирование (дистанционная эксплуатация и регулирование) рабочего раствора, можно осуществлять путем косвенного или непосредственного дистанционного регулирования. В случае мониторинга рабочего раствора, например, химических аспектов рабочего раствора, путем косвенного дистанционного регулирования его можно осуществлять только с помощью дистанционного регулирования одного или нескольких вышеупомянутых параметров AO-способа или любого другого подходящего параметра AO-способа, указывающего на производительность и/или характеристики рабочего раствора, иными словами, но без ограничения, например, только с помощью дистанционного регулирования одного или нескольких параметров, указывающих на производительность и/или потребление водорода и/или кислорода в AO-способе.
При непосредственном мониторинге рабочего раствора, например, путем непосредственного дистанционного регулирования химических аспектов рабочего раствора, его можно осуществлять путем дистанционного регулирования одного или нескольких физических и/или химических параметров, указывающих на производительность и/или характеристики рабочего раствора, иными словами, но без ограничения, например, путем дистанционного регулирования одного или нескольких параметров, указывающих на производительность и/или циклическое превращение одного или нескольких рабочих соединений из хиноновой формы в гидрохиноновую форму и наоборот, и/или одного или нескольких параметров, указывающих на образование нежелательных побочных хиноновых продуктов или их обратное превращение в хиноновую форму и/или в гидрохиноновую форму, принимающую, например, активное участие в AO-способе.
Обычно, согласно настоящему изобретению, AO-способ в целом и его параметры находятся под регулярным дистанционным регулированием, например, параметры, которые указаны выше в (a)-(g), измеряют в режиме реального времени, хотя, с другой стороны, необязательно регулярно, особенно необязательно непрерывно или постоянно дистанционно регулировать рабочий раствор. Термин "регулярно" в таком контексте означает, что строгому распорядку необходимо следовать, например, каждый день или неизменно, единообразно, постоянно и/или строго соблюдать распорядок, которому необходимо непрерывно или постоянно следовать. Следовательно, в течение некоторого периода времени AO-способ согласно изобретению можно осуществлять только с помощью дистанционного регулирования одного или нескольких вышеупомянутых параметров АО-способа, в то время как непосредственного дистанционного регулирования рабочего раствора в течение данного периода времени не требуется. Например, после любого непосредственного дистанционного регулирования, любая непосредственная дистанционная операция и регулировка рабочего раствора затем осуществляется, например, только время от времени и/или периодически. Специалисту по эксплуатации AO-способа известна интерпретация результатов измерений одного или нескольких дистанционно регулируемых параметров АО-способа, чтобы с ее помощью сделать косвенное заключение о производственном состоянии рабочего раствора, и, следовательно, специалист в данной области может по своему усмотрению выбирать любой интервал или период времени, который должен быть рекомендован и/или необходим для осуществляемого время от времени и/или периодического непосредственного дистанционного регулирования, например, непосредственного дистанционного оперативного регулирования рабочего раствора. При косвенной дистанционной эксплуатации и регулировании рабочего раствора такие решения, например, могут быть основаны на одном или нескольких заранее установленных и/или на одном или нескольких заранее заданных технологических условиях в контексте упомянутых параметров AO-способа или на любом их диапазоне, поскольку должны удовлетворяться требования технологического стандарта эксплуатации AO-способа, и эксплуатация AO-способа дистанционно регулируется, оставаясь в пределах такого технологического стандарта. Подходящие AO-технологические стандарты и также связанные с ними параметры, подходящие для непосредственного дистанционного регулирования, например, для непосредственного дистанционного оперативного регулирования рабочего раствора, известны специалисту в области AO-способа. Такие параметры могут быть связаны с помощью расчетных методов, чтобы сопоставляться с теми аналитическими параметрами аналитических систем, которые обычно приняты в традиционном AO-способе. Например, но без ограничения, они основаны на конкретной ВЭЖХ или полярографии, но также могут представлять собой любой другой хроматографический параметр (включая параметры и/или способы газовой хроматографии (ГХ); жидкостной хроматографии (ЖХ); различных типов ВЭЖХ и т.д.) или другой аналитический параметр и способ, известный специалисту в данной области и подходящий в контексте AO-способа для регулирования рабочего раствора. Кроме того, такие аналитические параметры или такая аналитическая система также могут непосредственно измеряться или применяться, соответственно, для непосредственного измерения, если такой аналитический параметр или аналитическая система адаптированы для измерения в онлайновом режиме, осуществляемом путем автоматического отбора проб и передачи результата измерения аналитического параметра, например, с помощью Интернета или любых других подходящих онлайновых средств связи. Однако в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения классические аналитические параметры AO-способа, связанные с рабочим раствором, дополняются или даже более предпочтительно заменяются подходящим автоматизированным оборудованием, обеспечивающим полностью автоматический, дистанционный анализ осуществляемого измерения, в частности, не зависимым от какого-либо оператора или штатного сотрудника на дистанционно эксплуатируемом и дистанционно регулируемом участке по производству пероксида водорода, и тогда измерение одного или нескольких аналитических параметров осуществляется непосредственно в онлайновом режиме, а результат автоматического измерения аналитического параметра передается, например, с помощью Интернета или других онлайновых средств связи. Например, но без ограничения, такие параметры могут быть такими, как плотность, вязкость, показатель преломления, цвет, включая длину волны и/или коэффициент поглощения, поверхностное натяжение воды, кислотность рабочего раствора и/или экстрагированного водного раствора пероксида водорода, например, измеренная путем автоматического титрования или предпочтительно путем автоматизированного измерения pH, с помощью любого спектроскопического способа, особенно ИК-способов; параметры, измеряемые с помощью измерителей показателя преломления, или другие аналитические параметры и способы, известные специалисту в данной области, как подходящие в контексте регулирования аналитических параметров рабочего раствора в AO-способе, если такой аналитический параметр или аналитический способ адаптирован для измерения, осуществляемого в онлайновом режиме, путем автоматического измерения и передачи результата измерения аналитического параметра, например, с помощью Интернета или любых других подходящих онлайновых средств связи. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения нет необходимости в полном анализе рабочего раствора, и в таком случае для дистанционного регулирования предпочтительно применяется онлайновый анализатор данных спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области, например, для дистанционного осуществления и регулирования концентрации гидрохинона (QH) в рабочем растворе. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения нет необходимости в полном анализе рабочего раствора, в таком случае для дистанционного регулирования предпочтительно применяется измеритель показателя преломления, например, для дистанционной эксплуатации и регулирования рабочего раствора и, в частности, для дистанционного осуществления и регулирования операций экстракции, например, экстракции пероксида водорода из рабочего раствора на стадии экстракции (c) способа согласно изобретению. Оба способа (онлайновый анализатор данных спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области и измеритель показателя преломления) представляют собой индивидуальные и отдельные средства, независимые друг от друга, и каждое из них можно применять самостоятельно для дистанционной эксплуатации и регулирования AO-способа согласно настоящему изобретению. Или оба способа с применением онлайнового анализатора данных спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области и измерителя показателя преломления предпочтительно применяют вместе для дистанционной эксплуатации и регулирования AO-способа согласно настоящему изобретению. Кроме того, дистанционное оперативное регулирование рабочего раствора также может предназначаться для дистанционного осуществления и/или регулирования любого необязательного введения доз, например, необязательного непрерывного или осуществляемого время от времени или периодического введения доз свежего и/или регенерированного рабочего раствора в осуществляемый AO-процесс, причем упомянутое введение доз осуществляется автоматически и/или вручную с помощью онлайновых средств, особенно во взаимозависимом и/или интерактивном режиме, как отражение любого измерения, осуществляемого в онлайновом режиме путем автоматического измерения и передачи результата измерения аналитического параметра, например, с помощью Интернета или любых других подходящих онлайновых средств связи.
Еще один аспект настоящего изобретения предназначен для обеспечения дистанционного регулирования способа производства пероксида водорода, который технически, эксплуатационно и экономически целесообразен, когда осуществляется на мелкомасштабной-среднемасштабной установке для производства пероксида водорода, предпочтительно на территории потребителя пероксида водорода (на территории "хозяина"). Способ производства пероксида водорода по AO-способу с дистанционным регулированием согласно изобретению, в частности, создает возможность для монтажа и эксплуатации участка по производству пероксида водорода, который находится близко к территории или на территории конечного пользователя или на территории потребителя, использующего пероксид водорода для промышленного применения. Предпочтительно, такая территория конечного пользователя или потребителя представляет собой место для промышленного применения пероксида водорода, выбранного из производства древесной массы и бумажной промышленности или текстильной промышленности, или горнодобывающей промышленности или территорий с экологическими областями применения.
Способ производства пероксида водорода по AO-способу с дистанционным регулированием согласно изобретению, в частности, подходит для эксплуатации таким образом, чтобы из блока экстракции, по меньшей мере, часть водного раствора пероксида водорода доставлялась на территорию применения, которая находится близко к участку по производству пероксида водорода, предпочтительно находится близко к блоку экстракции упомянутого участка по производству пероксида водорода. Теоретически, при таком варианте способа согласно изобретению водный раствор пероксида водорода доставляется в виде водного раствора пероксида водорода, содержащего заранее заданную концентрацию пероксида водорода, которая подходит для непосредственного использования в области конкретного промышленного применения по месту использования.
Кроме того, с помощью изобретения обеспечивают надежный, простой и модульный, промышленный мелкомасштабный-среднемасштабный, дистанционно регулируемый способ производства пероксида водорода, основанный на традиционной технологии AO-способа, который целесообразно использовать на территории потребителя, особенно на дистанционно удаленной территории (потребителя); и обеспечивают установку, удобную для конечного пользователя, которой можно дистанционно управлять, например, дистанционно эксплуатировать и управлять из другого и даже находящегося на расстоянии места, например, с находящегося на расстоянии крупномасштабного участка по производству пероксида водорода, и которая стабильно работает в течение долгих периодов времени, например, в течение периодов времени, равных, по меньшей мере, нескольким месяцам и, как минимум, в течение, по меньшей мере, 3 месяцев непрерывной эксплуатации с минимальной необходимостью локального (например, на территории потребителя) технического и/или физического вмешательства, в частности, в отношении возврата рабочего раствора в прежнее состояние и/или регенерации катализатора гидрирования. Следовательно, в одном из вариантов способа производства пероксида водорода по AO-способу с дистанционным регулированием согласно изобретению стадии гидрирования, окисления и экстракции AO-способа осуществляют в системе реакторов, которая конструктивно выполнена в виде компактной модульной системы, состоящей из блока гидрирования для гидрирования рабочего раствора в присутствии катализатора, блока окисления и блока экстракции, и где упомянутая система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (блока регенерации), и где рабочий раствор и/или катализатор заменяют и/или обрабатывают с целью регенерации или реактивации только время от времени или периодически. В частности, система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без (постоянного) блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (блока регенерации), предназначенного для непрерывного или постоянного возврата рабочего раствора в прежнее состояние. Необходима только осуществляемая время от времени или периодическая замена и/или обработка с целью регенерации или реактивации рабочего раствора и/или катализатора, проводимая только с низкой повторяемостью, например, только после периодов определенной продолжительности, например, нескольких недель или месяцев. Система реакторов является почти полностью закрытой, что означает, например, что предусмотрено только минимальное число необходимых входных и/или выходных отверстий для осуществления технологического цикла AO-способа, состоящего из гидрирования, окисления и экстракции водного продукта пероксида водорода. В дополнительном варианте способа производства пероксида водорода по AO-способу согласно изобретению стадии гидрирования, окисления и экстракции AO-способа осуществляют в системе реакторов, которая конструктивно выполнена в виде компактной модульной системы, состоящей из блока гидрирования для гидрирования рабочего раствора в присутствии катализатора, блока окисления и блока экстракции, где упомянутая система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (блока регенерации), в частности, без (постоянного) блока возврата в прежнее состояние, предназначенного для непрерывного возврата рабочего раствора в прежнее состояние, и где рабочий раствор и/или катализатор заменяют и/или обрабатывают с целью регенерации или реактивации только время от времени или периодически с низкой повторяемостью, только приблизительно раз в месяц, предпочтительно только после периодов эксплуатации цикла из стадий (a), (b) и (c) АО-способа, по меньшей мере, в течение 3 месяцев.
Неожиданно, было обнаружено, что вторая цель изобретения реализуется, когда применяется специальное оборудование для производства пероксида водорода по АО-способу, которое является дистанционно регулируемым. В таком аспекте настоящее изобретение обеспечивает устройство для осуществления дистанционного регулирования АО-мини-способа, который описан выше, например, когда устройство автоматизировано до такой степени, что может эксплуатироваться в известной мере путем дистанционного регулирования, которое требует очень незначительного локального обслуживания и уровня поддержки на участке по производству пероксида водорода и, следовательно, подходит в качестве участка по производству пероксида, размещенного близко к территории потребителя, или на территории потребителя или любой другой территории "хозяина". Это особенно неожиданно, особенно, принимая во внимание сложность AO-способа, в котором регулярный мониторинг состава рабочего раствора является определяющим для обеспечения производительности способа. Следовательно, настоящее изобретение также относится к AO-миниустановке, управляемой компьютером, для осуществления способа производства пероксида водорода согласно изобретению, в частности, к AO-миниустановке, управляемой компьютером, для мелкомасштабного-среднемасштабного производства, которая находится на удаленной и или децентрализованной территории конечного пользователя.
Следовательно, изобретение также относится к управляемому компьютером устройству для осуществления способа производства пероксида водорода по AO-способу согласно любому варианту изобретения, который описан выше, содержащему следующую систему реакторов:
(a) блок гидрирования (автоклав для гидрирования) для гидрирования рабочего раствора в присутствии катализатора, в котором упомянутый рабочий раствор содержит, по меньшей мере, один алкилантрахинон, растворенный, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, для получения, по меньшей мере, одного соответствующего алкилантрагидрохинонового соединения; и
(b) блок окисления для окисления упомянутого, по меньшей мере, одного алкилантрагидрохинонового соединения для получения пероксида водорода; и
которое дополнительно содержит
(c) блок экстракции для экстракции пероксида водорода, образующегося в блоке окисления;
в котором блоки (a)-(c) необязательно вместе с дополнительными вспомогательными блоками, по необходимости, представляют собой участок по производству пероксида водорода, отличающийся тем, что один или несколько упомянутых блоков оборудованы одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров AO-способа, в частности, с использованием, по меньшей мере, одного химического параметра AO-способа на участке по производству пероксида водорода, причем упомянутые датчики связаны с одним или несколькими первыми компьютерами на участке по производству пероксида водорода, причем упомянутые первые компьютеры соединены посредством коммуникационной сети с одним или несколькими вторыми компьютерами на пульте управления, находящемся в отдалении от участка по производству пероксида водорода, и где с упомянутого пульта управления осуществляется дистанционное регулирование, в частности, дистанционная эксплуатация и/или регулирование упомянутого участка по производству пероксида водорода. Что касается любых деталей в отношении дистанционного регулирования, в частности, дистанционного оперативного регулирования, ссылка делается на соответствующее описание, приводимое выше в контексте дистанционно регулируемого AO-способа согласно изобретению, причем упомянутые детали в равной степени применимы здесь в контексте управляемого компьютером устройства согласно изобретению для осуществления способа производства пероксида водорода по AO-способу.
Управляемое компьютером устройство согласно настоящему изобретению будет содержать, по меньшей мере, блок гидрирования (автоклав для гидрирования), блок окисления (установку окисления) и блок экстракции (экстракционную колонну) и, в случае необходимости, дополнительно и соответствующим образом смонтированное и коммуницирующее с целью производства пероксида водорода по АО-способу одно или несколько устройств, выбранных из насосных систем, клапанов, трубопроводов, резервуаров, компрессоров, системы нагревания и охлаждения, штуцеров, средств подачи питания и средств измерения давления, температуры, расхода (газа, жидкости), плотности, вязкости, активности катализатора, кислотности, степени чистоты, концентрации, производительности пероксида водорода или других параметров способа, имеющих отношение к производству пероксида водорода по АО-способу; причем один или несколько упомянутых блоков и/или средств оборудованы одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров способа, таких как описанные выше, причем упомянутые датчики связаны с одним или несколькими первыми компьютерами, причем упомянутые первые компьютеры соединены с одним или несколькими вторыми компьютерами на пульте управления посредством коммуникационной сети, причем упомянутый пульт управления находится в удалении от АО-миниустановки. Упомянутый первый компьютер (компьютеры) представляет собой (a) компьютер (компьютеры), который следит за регулированием и обеспечением безопасности АО-миниустановки. Предпочтительно, упомянутый первый компьютер (компьютеры) находится в непосредственной близости к установке в сборе, состоящей из блока гидрирования (автоклав для гидрирования), блока окисления (установка окисления) и блока экстракции (экстракционная колонна), то есть находится в том же месте, что и АО-миниустановка.
Следовательно, изобретение также относится к управляемому компьютером устройству, в котором один или несколько упомянутых блоков системы реакторов оборудованы одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров АО-способа, таких как давление, температура, количество, расход (газа, жидкости), плотность, вязкость, активность катализатора, кислотность, степень чистоты, концентрация, производительность пероксида водорода или другие параметры способа, имеющие отношение к производству пероксида водорода по АО-способу.
Изобретение в предпочтительном варианте осуществления также относится управляемому компьютером устройству, в котором один или несколько упомянутых блоков системы реакторов оборудованы одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров АО-способа, связанных с мониторингом состава рабочего раствора, который является определяющим для обеспечения производительности способа, как описано выше в контексте дистанционно регулируемого AO-способа согласно настоящему изобретению. Опять же, что касается деталей дистанционного регулирования оборудования, в частности дистанционного оперативного регулирования оборудования, делается ссылка на соответствующее описание любого оборудования, приведенного выше в контексте дистанционно регулируемого AO-способа согласно изобретению, причем упомянутые детали в равной степени применимы здесь в контексте управляемого компьютером устройства согласно изобретению для осуществления способа производства пероксида водорода по AO-способу. Таким образом, согласно настоящему изобретению оборудование для мониторинга рабочего раствора, иными словами, оборудование для дистанционного регулирования, в частности, оборудование для дистанционного оперативного регулирования (оборудование для дистанционной эксплуатации и регулирования) рабочего раствора, может быть выполнено с возможностью косвенного или непосредственного дистанционного регулирования. В случае мониторинга рабочего раствора, например, химических аспектов рабочего раствора, с помощью оборудования для косвенного дистанционного регулирования, его можно осуществлять с помощью оборудования для точного дистанционного регулирования одного или нескольких вышеупомянутых параметров АО-способа или любого другого подходящего параметра AO-способа, указывающего на производительность и/или характеристики рабочего раствора, иными словами, но без ограничения, например, с помощью любого оборудования для точного дистанционного регулирования одного или нескольких параметров, указывающих на производительность и/или потребление водорода и/или кислорода в AO-способе.
В случае применения оборудования в устройстве для непосредственного мониторинга рабочего раствора, например, оборудования для непосредственного дистанционного регулирования химических аспектов рабочего раствора, его можно осуществлять с помощью любого оборудования, подходящего для дистанционного регулирования одного или нескольких физических и/или химических параметров, указывающих на производительность и/или характеристики рабочего раствора, иными словами, но без ограничения, например, оборудования, подходящего для дистанционного регулирования одного или нескольких параметров, указывающих на производительность и/или циклическое превращение одного или нескольких рабочих соединений из хиноновой формы в гидрохиноновую форму и наоборот, и/или одного или нескольких параметров, указывающих на образование нежелательных хинононовых побочных продуктов или их обратное превращение в хиноновую форму и/или в гидрохиноновую форму, применимую в AO-способе.
Согласно настоящему изобретению оборудование применяется в устройстве, чтобы гарантировать, что AO-способ в целом и его параметры находятся при регулярном дистанционном регулировании, например, при дистанционном регулировании путем измерения параметров в режиме реального времени, как указано выше в (a)-(g), хотя, с другой стороны, необязательно регулярно, особенно не обязательно непрерывно или постоянно осуществлять дистанционное регулирование рабочего раствора. Несмотря на то, что согласно изобретению AO-способ можно осуществлять в течение некоторого периода времени только с помощью дистанционного регулирования одного или нескольких вышеупомянутых параметров АО-способа, и хотя в течение данного периода времени не требуется непосредственного дистанционного регулирования рабочего раствора, однако же, предпочтительно, чтобы также было установлено оборудование для непосредственного мониторинга рабочего раствора, например, оборудование для непосредственного дистанционного регулирования химических аспектов рабочего раствора, даже если такое оборудование будет применяться только время от времени или периодически, как описано выше.
Такое оборудование может содержать аналитические системы, которые обычно применяются в традиционном AO-способе. Например, но без ограничения, такое оборудование, в частности, может включать в себя оборудование для ВЭЖХ или полярографии, хотя также может присутствовать любое другое хроматографическое оборудование (включая оборудование для газовой хроматографии (ГХ); жидкостной хроматографии (ЖХ); различных типов ВЭЖХ и т.д.) или другое аналитическое оборудование, известное специалисту в данной области и подходящее в контексте AO-способа для регулирования рабочего раствора. Кроме того, такое аналитическое оборудование или аналитическая система также может подходить для непосредственного измерения, соответственно, если такое оборудование или аналитическая система адаптированы для измерения, осуществляемого в онлайновом режиме путем автоматического отбора проб и передачи результата измерения аналитического параметра, например, с помощью Интернета или любых других подходящих онлайновых средств связи. Однако, в предпочтительных вариантах осуществления устройства согласно настоящему изобретению, классическое аналитическое оборудование AO-способа, связанное с рабочим раствором, дополняется или даже более предпочтительно заменяется подходящим автоматизированным оборудованием, обеспечивающим проведение измерения, как полностью автоматического, дистанционный анализ, в частности, без участия любого оператора или штатного сотрудника на дистанционно управляемом и дистанционно регулируемом участке по производству пероксида водорода, и затем оборудование обеспечивает измерение одного или нескольких аналитических параметров, проводимое непосредственно в онлайновом режиме, и передачу результата автоматического измерения аналитического параметра, например, с помощью Интернета или других онлайновых средств связи. Например, но без ограничения, такое оборудование может быть подходящим для определения таких параметров, как плотность, вязкость, показатель преломления, цвет, включая длину волны и/или коэффициент поглощения, поверхностное натяжение воды, кислотность рабочего раствора и/или экстрагированного водного раствора пероксида водорода, например, путем автоматического титрования или предпочтительно с помощью автоматизированного измерения pH, любого спектроскопического способа, особенно ИК-способов, параметров, измеряемых с помощью измерителей показателя преломления, или других аналитических параметров и способов, известных специалисту в данной области, подходящих в контексте регулирования аналитических параметров рабочего раствора в AO-способе, если оборудование для определения такого аналитического параметра или аналитический способ адаптированы для измерения, осуществляемого в онлайновом режиме путем автоматического измерения, и передачи результата измерения аналитического параметра, например, с помощью Интернета или любых других подходящих онлайновых средств связи. Согласно предпочтительному варианту осуществления устройства согласно настоящему изобретению, поскольку не требуется полный анализ рабочего раствора, для дистанционного регулирования применяется онлайновый анализатор данных спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области, например, для дистанционной эксплуатации и регулирования концентрации гидрохинона (QH) в рабочем растворе. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, без необходимости полного анализа рабочего раствора, для дистанционного регулирования применяется измеритель показателя преломления, например, для дистанционной эксплуатации и регулирования рабочего раствора, и в частности, для дистанционной эксплуатации и регулирования операций экстракции, например, экстракции пероксида водорода из рабочего раствора на стадии экстракции (c) способа согласно изобретению. Оборудование для обоих способов (онлайновый анализатор данных спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области и измеритель показателя преломления) представляет собой индивидуальные и отдельные средства, независимые друг от друга, и каждое из них можно применять самостоятельно в устройстве согласно настоящему изобретению для дистанционной эксплуатации и регулирования AO-способа согласно настоящему изобретению. Или, предпочтительно, оборудование для обоих способов (онлайновый анализатор данных спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области и измеритель показателя преломления) применяют в устройстве согласно настоящему изобретению вместе для дистанционной эксплуатации и регулирования AO-способа согласно настоящему изобретению. Кроме того, может присутствовать оборудование для дистанционного оперативного регулирования рабочего раствора, подходящее для дистанционного осуществления и/или регулирования любого необязательного введения доз, например, необязательного непрерывного или осуществляемого время от времени или периодически введения доз свежего и/или регенерированного рабочего раствора в осуществляемый AO-способ, причем упомянутое оборудование для введения доз обеспечивает проведение автоматического введения доз и/или введение доз вручную с помощью онлайновых средств, особенно во взаимозависимом и/или интерактивном режиме, как отражение любого измерения, осуществляемого в онлайновом режиме путем автоматического измерения и передачи результата измерения аналитического параметра, например, с помощью Интернета или любых других подходящих онлайновых средств связи.
В дополнительном аспекте изобретения управляемое компьютером устройство содержит специальное оборудование для обеспечения безопасности или средства безопасности (систему блокировки), чтобы обеспечивать автоматическую аварийную остановку в случае инцидентов, которые требуют приостановки производства пероксида водорода, например, по причинам безопасности или в связи с другими неисправностями, связанными со способом или вспомогательными теплоносителями, с оборудованием, датчиками, компьютерами, коммуникационной сетью и т.п. В таком случае упомянутый первый компьютер будет включать в себя аварийную защиту на базе ПЛК (независимый уровень защиты) или встроенную систему, основанную на передаче сигнала мониторинга и автоматической аварийной остановки установки в случае неисправностей (система блокировки). В таких случаях звуковой сигнал или сообщение на мобильный телефон будут посланы локальному оператору, отвечающему за установку, который затем попадет на установку в удобное время (может быть, на следующий день; поскольку установка будет обеспечена накопителем промежуточного продукта, авария не скажется отрицательно на пользователе или конечном потребителе), чтобы безопасно перезапустить установку (например, если в случае такой аварийной автоматической остановки не предусматривается дистанционный запуск).
Упомянутый второй компьютер (компьютеры), посредством которого можно анализировать и проводить мониторинг параметров процесса и регулировать способ согласно настоящему изобретению предпочтительно с помощью одного или нескольких квалифицированных операторов AO-способа, находится на пульте управления, который находится в отдалении от АО-миниустановки. Пульт управления может находиться в отдалении от АО-миниустановки (то есть от установки в сборе, состоящей из автоклава для гидрирования, установки окисления и экстракционной колонны), но по-прежнему находиться на том же производственном участке или рядом с производственным участком, где находится АО-миниустановка. Однако в предпочтительном варианте осуществления пульт управления находится в другом месте, которое может находиться в той же стране, а также в другой стране или даже на другом континенте. Предпочтительно пульт управления находится на рабочем участке большой традиционной установки для производства пероксида водорода по AO-способу. При таком способе работа АО-миниустановки может регулироваться и подвергаться мониторингу с помощью квалифицированных операторов AO-способа, при этом обеспечивая бесперебойную и надежную подачу пероксида водорода в то место, где требуется пероксид водорода. Коммуникационная сеть, посредством которой соединены первый и второй компьютеры (компьютеры), например, представляет собой Интернет. Альтернативно, коммуникационная сеть может представлять собой частную компьютерную сеть или корпоративную интрасеть.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Упомянутые датчики на упомянутых блоках (то есть на автоклаве для гидрирования, установке окисления и экстракционной колонне) или другие упомянутые средства (то есть дополнительное оборудование и средства, которые упомянуты выше) являются частью системы мониторинга, обычно применяемой в данной области для осуществления мониторинга установки для производства пероксида водорода, которое осуществляется по AO-способу. Подходящая система мониторинга, например, предпочтительно оборудована, по меньшей мере, одним измерительным устройством для проведения мониторинга на стадиях (a), (b) и/или (c) производства пероксида водорода. Обычно при осуществлении и мониторинге АО-мини-способа согласно изобретению акцент будет делаться на мониторинге стадий гидрирования и/или окисления, которые являются определяющими технологическими стадиями производства пероксида водорода согласно изобретению, в частности, что касается производительности рабочего раствора, тогда как стадия экстракции является в этом смысле менее определяющей. Например, но без ограничения, производительность рабочего раствора является важным параметром, подвергаемым мониторингу и регулированию, и она будет определять, например, расход рабочего раствора и другие параметры в зависимости от масштаба производства (производительности) по АО-мини-способу или в зависимости от установки, имеющей максимальную производительность до 20000 метрических тонн в год, например, от 2000 до 20000 метрических тонн пероксида водорода в год, предпочтительно от 2000 до 15000 метрических тонн пероксида водорода в год, и более предпочтительно от 2000 до 10000 метрических тонн пероксида водорода в год и, в частности, от 2000 до 5000 метрических тонн пероксида водорода в год. В общем случае производительность определяется как количество пероксида водорода, произведенное с данным количеством рабочего раствора (раб. р-р) и выраженное в граммах (г) пероксида водорода (HO) на килограмм (кг) рабочего раствора. Например, способы автоокисления согласно существующему уровню техники осуществляются с производительностями приблизительно 7-15 г HO/кг рабочего раствора. Таким образом, производительность рабочего раствора при АО-мини-способе также измеряется как количество по массе (г) пероксида водорода (HO) на количество по массе (кг) рабочего раствора. В качестве примера, но без ограничения, AO-мини-способ можно осуществлять с более низкой производительностью, чем производительность крупномасштабной или мегамасштабной установки согласно существующему уровню техники; например, такая производительность может составлять 5 г HO/кг рабочего раствора. В еще одном примере при AO-мини-способе или установке с масштабом производства 1 кт/год производительность должна соответствовать производству приблизительно 140 кг HO в час. Оборудование и/или средства для измерения производительности и рассчитанного из нее расхода рабочего раствора предпочтительно также связаны с упомянутым первым компьютером (компьютерами) и далее соединены посредством коммуникационной сети с упомянутым вторым компьютером (компьютерами) на дистанционном пульте управления.
Управляемая компьютером AO-миниустановка для осуществления способа согласно настоящему изобретению предпочтительно представляет собой мелкомасштабную-среднемасштабную установку с максимальной производительностью от 2000 до 10000 метрических тонн пероксида водорода в год. Упомянутая АО-миниустановка предпочтительно является настолько компактной, насколько возможно. Следует отметить, что АО-миниустановка согласно настоящему изобретению наиболее предпочтительно не содержит блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (регенерации рабочего раствора) или блока реактивации катализатора, соответственно, но оборудована одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров процесса, таких как вышеупомянутые. Упомянутые датчики связаны с одним или несколькими первыми компьютерами, и упомянутые первые компьютеры соединены с одним или несколькими вторыми компьютерами на пульте управления посредством коммуникационной сети, причем упомянутый пульт управления отдален от установки в сборе, состоящей из блока гидрирования, окисления и экстракции. Управляемая компьютером АО-миниустановка для осуществления способа согласно настоящему изобретению обладает тем преимуществом, что является компактной, поскольку исключена пара технологических стадий, которая осуществляется в традиционных AO-способах, или технологические стадии осуществляются здесь на более простом оборудовании, или осуществляются здесь более экономически и технически целесообразным дистанционным образом на находящейся на расстоянии крупномасштабной-мегамасштабной главной установке, которая обеспечена оптимизированным заводским оборудованием и штатным специалистом, и с помощью которой также должны дистанционно регулироваться параметры процесса. В предпочтительном варианте осуществления изобретения упомянутая, находящаяся на расстоянии крупномасштабная-мегамасштабная главная установка должна обеспечивать центральный блок возврата в прежнее состояние и способ периодической регенерации рабочего раствора и/или заводское оборудование для периодической реактивации катализатора гидрирования сателлитной AO-миниустановки.
Таким образом, при таком варианте изобретение также относится к управляемому компьютером устройству для осуществления дистанционного регулирования способа производства пероксида водорода по AO-способу, как описано выше, причем устройство содержит систему реакторов для осуществления способа производства пероксида водорода по AO-способу, в котором упомянутая система реакторов содержит рабочий раствор, по меньшей мере, одного алкилантрахинона, растворенного, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, причем упомянутый, по меньшей мере, один алкилантрахинон способен гидрироваться, по меньшей мере, до одного соответствующего алкилантрагидрохинонового соединения, и упомянутое, по меньшей мере, одно алкилантрагидрохиноновое соединение способно окисляться с получением пероксида водорода и снова превращаться, по меньшей мере, в алкилантрахинон; отличающемуся тем, что система реакторов конструктивно выполнена в виде компактной и почти полностью закрытой модульной системы реакторов, состоящей из блока гидрирования, содержащего катализатор гидрирования, блока окисления и блока экстракции; и дополнительно отличающемуся тем, что упомянутая система реакторов (AO-миниустановка) лишена блока регенерации для непрерывного и/или периодического циклического возврата рабочего раствора в прежнее состояние; и в котором система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без такого блока регенерации или возврата в прежнее состояние в качестве системы реакторов для мелкомасштабного-среднемасштабного AO-способа с производительностью производства пероксида водорода до 20 тысяч тонн в год, предпочтительно с производительностью производства пероксида водорода до 15 тысяч тонн в год, и более предпочтительно производительностью производства пероксида водорода до 10 тысяч тонн в год.
Таким образом, в первом варианте осуществления такого варианта управляемого компьютером устройства для осуществления дистанционного регулирования способа производства пероксида водорода по AO-способу, как описано выше, изобретение относится к управляемому компьютером устройству, которое описано ранее, в котором система реакторов содержит рабочий раствор, по меньшей мере, одного алкилантрахинона, растворенного, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, причем упомянутый, по меньшей мере, один алкилантрахинон способен гидрироваться, по меньшей мере, до одного соответствующего алкилантрагидрохинонового соединения, и упомянутое, по меньшей мере, одно алкилантрагидрохиноновое соединение способно окисляться с получением пероксида водорода и снова превращаться, по меньшей мере, в алкилантрахинон; отличающемуся тем, что система реакторов конструктивно выполнена в виде компактной и почти полностью закрытой модульной системы реакторов, состоящей из блока гидрирования, содержащего катализатор гидрирования, блока окисления и блока экстракции; и дополнительно отличающемуся тем, что упомянутая система реакторов (AO-миниустановка) лишена блока регенерации для непрерывного и/или периодического циклического возврата рабочего раствора в прежнее состояние, и в котором система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без такого блока регенерации или блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние в качестве системы реакторов для мелкомасштабного-среднемасштабного AO-способа с производительностью производства пероксида водорода до 20 тысяч тонн в год, предпочтительно с производительностью производства пероксида водорода до 15 тысяч тонн в год, и более предпочтительно - с производительностью производства пероксида водорода до 10 тысяч тонн в год.
И во втором варианте осуществления такого варианта управляемого компьютером устройства для осуществления дистанционного регулирования способа производства пероксида водорода по AO-способу, как описано выше, изобретение относится к управляемому компьютером устройству, которое описано ранее, в котором система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без такого блока регенерации или возврата в прежнее состояние, и в котором рабочий раствор и/или катализатор заменяют и/или обрабатывают с целью регенерации или реактивации только время от времени с низкой повторяемостью, в котором рабочий раствор и/или катализатор заменяют и/или обрабатывают с целью регенерации или реактивации предпочтительно только периодически после периодов времени, по меньшей мере, 3 месяца в рабочем цикле технологических стадий (a), (b) и (c) АО-способа.
Неожиданно было обнаружено, что цель мелкомасштабного-среднемасштабного AO-способа дистанционно регулируемого производства пероксида водорода можно очень хорошо реализовывать на практике, когда дополнительно к уменьшению производительности способа и уменьшению масштаба заводского оборудования мелкомасштабный-среднемасштабный AO-способ производства пероксида водорода также становится более простым и осуществляется в почти полностью закрытой и модульной системе реакторов гидрирования, окисления и блока экстракции и осуществляется без блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (блока регенерации) таким образом, что рабочий раствор и/или катализатор только время от времени с низкой повторяемостью или периодически с низкой повторяемостью заменяют для регенерации или реактивации после периодов эксплуатации в течение нескольких месяцев, и экстракцию пероксида водорода осуществляют таким количеством воды, чтобы получить водный раствор пероксида водорода, содержащий заранее заданную концентрацию пероксида водорода, которая подходит для использования непосредственно в конкретной области промышленного применения. Предпочтительно такой более простой мелкомасштабный-среднемасштабный AO-способ производства пероксида водорода подходит для осуществления путем дистанционного регулирования из другого места, чем местонахождение мелкомасштабного-среднемасштабного производства пероксида водорода, например, необязательно в виде децентрализованного или удаленного производственного участка, например, в виде производственного участка на территории потребителя пероксида водорода или конечного пользователя, который дистанционно регулируется с помощью крупномасштабной или главной установки для производства пероксида водорода и ее квалифицированного штатного сотрудника.
Соответственно, при таком варианте осуществления настоящее изобретение относится к дистанционно регулируемому способу производства пероксида водорода по AO-способу, включающему в себя две чередующиеся (обязательные) стадии:
(a) гидрирования рабочего раствора в блоке гидрирования (автоклав для гидрирования) в присутствии катализатора, где упомянутый рабочий раствор содержит, по меньшей мере, один алкилантрахинон, растворенный, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, для получения, по меньшей мере, одного соответствующего алкилантрагидрохинонового соединения; и
(b) окисления упомянутого, по меньшей мере, одного алкилантрагидрохинонового соединения с получением пероксида водорода в блоке окисления;
и дополнительно включающему в себя стадию
(с) экстракции пероксида водорода, образующегося на стадии окисления, в блоке экстракции;
отличающемуся тем, что стадии гидрирования, окисления и экстракции осуществляются в почти полностью закрытой системе реакторов, которая конструктивно выполнена в виде компактной модульной системы гидрирования, окисления и блока экстракции, и в котором упомянутая система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (блока регенерации), в качестве мелкомасштабного-среднемасштабного AO-способа с производительностью производства пероксида водорода до 20 тысяч тонн в год, предпочтительно с производительностью производства пероксида водорода до 15 тысяч тонн в год, и более предпочтительно с производительностью производства пероксида водорода до 10 тысяч тонн в год; в которой рабочий раствор и/или катализатор заменяют и/или обрабатывают с целью регенерации или реактивации только время от времени с низкой повторяемостью.
Соответственно, в дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к дистанционно регулируемому способу производства пероксида водорода по AO-способу, включающему в себя две чередующиеся (обязательные) стадии:
(a) гидрирования рабочего раствора в блоке гидрирования (автоклав для гидрирования) в присутствии катализатора, где упомянутый рабочий раствор содержит, по меньшей мере, один алкилантрахинон, растворенный, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, для получения, по меньшей мере, одного соответствующего алкилантрагидрохинонового соединения; и
(b) окисления упомянутого, по меньшей мере, одного алкилантрагидрохинонового соединения с получением пероксида водорода в блоке окисления;
и дополнительном включающего в себя стадию
(c) экстракции пероксида водорода, образующегося на стадии окисления в блоке экстракции,
и в котором стадии гидрирования, окисления и экстракции осуществляются в почти полностью закрытой системе реакторов, которая конструктивно выполнена в виде компактной модульной системы гидрирования, окисления и блока экстракции, и в котором упомянутая система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (блока регенерации) в качестве мелкомасштабного-среднемасштабного AO-способа, и в котором рабочий раствор и/или катализатор заменяют и/или обрабатывают с целью регенерации или реактивации только периодически после периодов осуществления, по меньшей мере, 3-х месячного рабочего цикла, состоящего из технологических стадий (a), (b) и (c) стадий АО-способа.
Такие варианты осуществления дистанционно регулируемого "AO-мини-способа" без блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние (блока регенерации) могут эксплуатироваться с максимальной производительностью до 20 кт/год, предпочтительно с максимальной производительностью до 15 кт/год (тысяч тонн в год) или, в частности, могут эксплуатироваться с производительностью в диапазоне от 2 до 15 кт/год (метрических тысяч тонн в год), предпочтительно в диапазоне от 2 до 10 кт/год, в частности, в диапазоне от 2 до 5 кт/год, или в любых диапазонах производительности, дополнительно приводимых выше. Аналогично, в зависимости от производительности производства, размер установки для производства пероксида водорода, например, находится в пределах тех же самых диапазонов воплощения, которые уже описаны выше, как, например, диапазоны 2-3 кт/год, 2-5 кт/год, 3-5 кт/год, 5-7,5 кт/год или 7,5-10 кт/год; или для более высоких производительностей - в диапазонах производительности 10-12,5 кт/год или 12,5-15 кт/год.
Согласно первому варианту осуществления изобретения предлагается АО-мини-способ производства пероксида водорода, который автоматизирован до такой степени, что может эксплуатироваться с необходимостью очень незначительного уровня обслуживания и поддержки, в частности, в отношении возврата рабочего раствора в прежнее состояние и/или регенерации катализатора гидрирования. Согласно такому варианту осуществления изобретения АО-мини-способ производства пероксида водорода осуществляется таким образом, что рабочий раствор и/или катализатор заменяют или обрабатывают с целью регенерации или реактивации только время от времени или периодически с низкой повторяемостью. Такой аспект изобретения будет упоминаться в дальнейшем как способ с низкой повторяемостью возврата рабочего раствора в прежнее состояние и/или регенерации. Таким образом, в отличие от традиционных способов промышленного производства пероксида водорода, которые включают в себя постоянный и непрерывный возврат рабочего раствора в прежнее состояние во время осуществления способа, способ согласно изобретению является более простым, поскольку во время осуществления способа требуется подвергать регенерации рабочий раствор и/или подвергать регенерации катализатор только время от времени или периодически с низкой повторяемостью, например, на момент времени, когда достигается производство заранее установленного количества пероксида водорода, когда эффективность производства снижается ниже заранее установленного критического значения минимально необходимой эффективности производства, и/или когда количество побочных продуктов превышает некоторое, заранее установленное количество. Таким образом, при таком варианте изобретения рабочий раствор обычно заменяют свежим рабочим раствором или регенерированным рабочим раствором, например, рабочий раствор выводят из системы реакторов и обрабатывают для возврата в прежнее состояние перед повторным заполнением реактора упомянутым регенерированным рабочим раствором, только время от времени, когда происходит вышеупомянутый случай.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения АО-мини-способ производства пероксида водорода осуществляют таким образом, что рабочий раствор и/или катализатор только время от времени или периодически заменяют для регенерации или реактивации, например, обычно AO-способ согласно изобретению может эксплуатироваться в течение периодов времени, равных нескольким месяцам, без замены рабочего раствора для регенерации (возврата рабочего раствора в прежнее состояние) или реактивации катализатора. Периодические замены, как рабочего раствора, так и катализатора, не зависят друг от друга, однако может быть целесообразно также заменять их одновременно или в разное время или после одинаковых или разных периодов эксплуатации. Таким образом, возврат рабочего раствора в прежнее состояние осуществляется только время от времени после периода непрерывной эксплуатации системы реакторов, состоящей из блоков (a), (b) и (c), по меньшей мере, в течение 3 месяцев; например, рабочий раствор обычно заменяют свежим рабочим раствором или регенерированным рабочим раствором, например, рабочий раствор сливают из системы реакторов и обрабатывают для возврата в прежнее состояние перед повторным заполнением реактора упомянутым регенерированным рабочим раствором, только после периодов эксплуатации, по меньшей мере, в течение 3 месяцев осуществления рабочего цикла, состоящего из технологических стадий (a), (b) и (c) АО-способа. В зависимости от типа рабочего раствора и/или катализатора и конкретного воплощения и производительности АО-миниустановки АО-мини-способ может быть настолько надежным, что может работать самостоятельно даже в течение периодов времени, по меньшей мере, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 или 12 месяцев без замены рабочего раствора для регенерации (возврата рабочего раствора в прежнее состояние) или реактивации катализатора. Следовательно, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения возврат рабочего раствора в прежнее состояние или замену рабочего раствора осуществляют только время от времени после периода непрерывной эксплуатации системы реакторов, состоящей из блоков (a), (b) и (c), по меньшей мере, в течение 6 месяцев, более предпочтительно в течение, по меньшей мере, 9 месяцев, и в наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения - в течение, по меньшей мере, 12 месяцев. Обычно на практике непрерывный рабочий период может составлять, каждый в отдельности, от 3-4 месяцев, 3-5 месяцев, 3-6 месяцев, 3-7 месяцев, 3-8 месяцев, 3-9 месяцев, 3-10 месяцев, 3-11 месяцев, 3-12 месяцев; 4-5 месяцев, 4-6 месяцев, 4-7 месяцев, 4-8 месяцев, 4-9 месяцев, 4-10 месяцев, 4-11 месяцев, 4-12 месяцев; 5-6 месяцев, 5-7 месяцев, 5-8 месяцев, 5-9 месяцев, 5-10 месяцев, 5-11 месяцев, 5-12 месяцев; 6-7 месяцев, 6-8 месяцев, 6-9 месяцев, 6-10 месяцев, 6-11 месяцев, 6-12 месяцев; 7-8 месяцев, 7-9 месяцев, 7-10 месяцев, 7-11 месяцев, 7-12 месяцев; 8-9 месяцев, 8-10 месяцев, 8-11 месяцев, 8-12 месяцев; 9-10 месяцев, 9-11 месяцев, 9-12 месяцев; 10-11 месяцев, 10-12 месяцев или 11-12 месяцев.
Особое преимущество АО-мини-способа согласно настоящему изобретению состоит в том, что производство пероксида водорода по такому AO-способу можно осуществлять в виде децентрализованной установки, удаленной от главной, центральной установки для производства пероксида водорода, при условии, что такая сателлитная установка может находиться на любой, даже удаленной промышленной территории или на территории конечного пользователя, только с непременным условием, что на такой установке или на удаленной территории водород и другие обычные вспомогательные теплоносители легко доступны для осуществления АО-мини-способа. Таким образом, АО-мини-способ можно осуществлять децентрализованным образом в виде удаленного способа, находящегося на расстоянии, даже на значительном расстоянии от центральной, крупномасштабной, главной установки. Следовательно, на сателлитной установке не требуется заводского оборудования или средств для непрерывной и одновременной регенерации (возвращения в прежнее состояние) рабочего раствора и/или для реактивации катализатора гидрирования во время AO-способа. Время от времени, например, после вышеупомянутых периодов непрерывной эксплуатации AO-мини-способа рабочий раствор и/или катализатор выводят из сателлитной установки и заменяют свежим или регенерированным рабочим раствором, или катализатор заменяют свежим или реактивированным катализатором, соответственно. Рабочий раствор и/или катализатор выводят из сателлитной установки, затем перевозят к центральной главной установке с целью регенерации (возврата в прежнее состояние) или реактивации, соответственно.
Осуществляемый время от времени и/или периодический возврат рабочего раствора в прежнее состояние и/или регенерацию катализатора гидрирования можно осуществлять различными способами. Например, обычно рабочий раствор и/или катализатор вместе, в одно и то же время удаляют из системы AO-миниреакторов, или при необходимости их удаляют по отдельности в разное время согласно параметрам процесса и эффективности способа, связанной либо с рабочим раствором, либо с катализатором гидрирования.
Затем рабочий раствор регенерируют на отдельном оборудовании для возврата в прежнее состояние рабочих соединений, содержащихся в рабочем растворе. Такой возврат рабочего раствора в прежнее состояние можно осуществлять, например, в другом месте на оборудовании другой установки для производства пероксида водорода, например, на соответствующем регенерационном оборудовании аналогичной или предпочтительно более крупномасштабной установки для производства пероксида водорода. Альтернативно, рабочий раствор можно регенерировать на отдельном мобильном регенерационном оборудовании для возврата в прежнее состояние рабочих соединений, содержащихся в рабочем растворе, например, в мобильном блоке для регенерации, который применяется по запросу или при необходимости в ряде разных мест, где осуществляется мелкомасштабный-среднемасштабный способ производства пероксида водорода по АО-способу. Еще один выбор относится к время от времени или периодически осуществляемой регенерации рабочего раствора в особых условиях на основном оборудовании мелкомасштабного-среднемасштабного способа производства пероксида водорода по АО-способу, как таковом.
Аналогично, как описано выше в отношении возврата рабочего раствора в прежнее состояние, катализатор гидрирования можно регенерировать в другом месте на оборудовании другой аналогичной или предпочтительно более крупномасштабной установки для производства пероксида водорода. Или катализатор гидрирования можно регенерировать на отдельном мобильном регенерационном оборудовании, например, в мобильном блоке для регенерации катализатора, который применяется по запросу или при необходимости в ряде разных мест, где осуществляется мелкомасштабный-среднемасштабный способ производства пероксида водорода по АО-способу. Еще один выбор относится к время от времени или периодически осуществляемой регенерации катализатора гидрирования в особых условиях на основном оборудовании мелкомасштабного-среднемасштабного способа производства пероксида водорода по АО-способу, как таковом.
Следовательно, изобретение имеет преимущество в том, что значительно более простой способ осуществляется на сателлитной установке, тогда как сложные стадии удаленного способа, типа возврата рабочего раствора в прежнее состояние/регенерации (WS), время от времени осуществляются по мере необходимости на главной центральной установке, где имеется все заводское оборудование и средства, а также компетентный и обученный штатный сотрудник, и, следовательно, возврат рабочего раствора в прежнее состояние/регенерацию можно осуществлять безопасным и более экономичным образом по сравнению с осуществлением каждого отдельного непрерывного возврата рабочего раствора в прежнее состояние/регенерации рабочего раствора на каждой из множества миниустановок.
Предпочтительно, цель изобретения, направленная на более простой и удобный для конечного пользователя дистанционно регулируемый способ, в частности, дистанционно регулируемый мелкомасштабный-среднемасштабный способ, реализуется, когда для производства пероксида водорода по АО-способу используется система реакторов, которая лишена блока регенерации для непрерывного и/или периодического циклического возврата рабочего раствора в прежнее состояние. Следовательно, настоящее изобретение также относится к системе реакторов для осуществления дистанционно регулируемого способа производства пероксида водорода по AO-способу, где упомянутая система реакторов содержит рабочий раствор, по меньшей мере, одного алкилантрахинона, растворенного, по меньшей мере, в одном органическом растворителе, причем упомянутый, по меньшей мере, один алкилантрахинон способен гидрироваться, по меньшей мере, до одного соответствующего алкилантрагидрохинонового соединения, и упомянутое, по меньшей мере, одно алкилантрагидрохиноновое соединение способно окисляться с получением пероксида водорода и снова превращаться, по меньшей мере, в алкилантрахинон; отличающаяся тем, что система реакторов конструктивно выполнена в виде компактной и почти полностью закрытой модульной системы реакторов, состоящей из блока гидрирования, содержащего катализатор гидрирования, блока окисления и блока экстракции; и дополнительно отличающаяся тем, что упомянутая система реакторов (AO-миниустановка) лишена блока регенерации для непрерывного и/или периодического циклического возврата рабочего раствора в прежнее состояние, и где система реакторов выполнена с возможностью эксплуатации без такого блока регенерации или блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние в виде системы реакторов для мелкомасштабного-среднемасштабного AO-способа с производительностью производства пероксида водорода до 20 тысяч тонн в год, предпочтительно с производительностью производства пероксида водорода до 15 тысяч тонн в год, и более предпочтительно - с производительностью производства пероксида водорода до 10 тысяч тонн в год; и дополнительно отличающаяся тем, что один или нескольких упомянутых блоков оборудованы одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров АО-способа на участке по производству пероксида водорода, причем упомянутые датчики связаны с одним или несколькими первыми компьютерами на участке по производству пероксида водорода, упомянутые первые компьютеры соединены посредством коммуникационной сети с одним или несколькими вторыми компьютерами на пульте управления, находящемся в отдалении от участка по производству пероксида водорода, и где с упомянутого пульта управления осуществляется дистанционное регулирование упомянутого участка по производству пероксида водорода.
Такая АО-миниустановка с дистанционным регулированием, например, система реакторов с дистанционным регулированием согласно настоящему изобретению хорошо подходит для осуществления способа согласно изобретению для производства пероксида водорода на мелкомасштабном-среднемасштабном производстве, как описано выше. Как было сказано, AO-миниустановка или система реакторов содержит, по меньшей мере, блок гидрирования (автоклав для гидрирования), блок окисления (установка окисления) и блок экстракции (экстракционная колонна), и в случае необходимости дополнительно может содержать одно или несколько устройств, соответствующим образом смонтированных и передающих данные с целью производства пероксида водорода по АО-способу, выбранных из насосных системы, клапанов, трубопроводов, резервуаров, компрессоров, системы нагревания и охлаждения, штуцеров, средств подачи питания и средств для измерения давления, температуры, расхода (газа, жидкости), плотности, вязкости, активности катализатора, кислотности, степени чистоты, концентрации, производительности по пероксиду водорода или других параметров процесса, имеющих отношение к производству пероксида водорода по АО-способу, и при этом оборудованных одним или несколькими датчиками для мониторинга одного или нескольких параметров АО-способа, но при этом упомянутая АО-миниустановка или система реакторов отличается тем, что она лишена блока регенерации для циклического и непрерывного возврата рабочего раствора в прежнее состояние.
Упомянутая дистанционно регулируемая АО-миниустановка предпочтительно является настолько компактной, насколько возможно. Следует отметить, что дистанционно регулируемая АО-миниустановка согласно настоящему изобретению предпочтительно не содержит блока для возврата рабочего раствора в прежнее состояние (регенерации) или блока реактивации для реактивации катализатора, соответственно, поскольку согласно изобретению возврат рабочего раствора в прежнее состояние и/или регенерация катализатора гидрирования не является частью предпочтительного, дистанционно регулируемого, непрерывного мелкомасштабного-среднемасштабного производства пероксида водорода. Таким образом, например, согласно разработанной концепции дистанционно регулируемого AO-способа возврат рабочего раствора в прежнее состояние не осуществляется традиционным образом, а только время от времени, как описано выше, или периодически, например, после эксплуатации рабочего раствора в течение периодов времени, равных нескольким месяцам, как описано здесь, и в другом месте, например, на аналогичной или предпочтительно более крупномасштабной установке для производства пероксида водорода. Альтернативно. рабочий раствор обрабатывают в мобильном блоке для возврата рабочего раствора в прежнее состояние, транспортируемом на объект, или в дополнительном альтернативном случае его обрабатывают на месте в особых условиях в системе AO-миниреакторов, как таковой, без сливания из системы AO-миниреакторов.
Такая управляемая компьютером АО-миниустановка для осуществления способа согласно настоящему изобретению в вариантах осуществления, которые лишены блока регенерации для непрерывного и/или периодического циклического возврата рабочего раствора в прежнее состояние, имеет преимущество в том, что является компактной, поскольку исключена или не осуществляется на более простом оборудовании пара технологических стадий, которые осуществляются в традиционных AO-способах, или технологические стадии типа возврата рабочего раствора в прежнее состояние не осуществляются дистанционно более экономически и технически целесообразным образом, а осуществляются только время от времени или периодически и отдельно от основных стадий производства пероксида водорода, обычно в мобильном блоке для возврата рабочего раствора в прежнее состояние или на находящейся на расстоянии крупномасштабной-мегамасштабной главной установке, при условии, что на ней легко можно обеспечить оптимизированное заводское оборудование и работу штатного специалиста с множеством децентрализованных AO-миниустановок, которые могут находиться, например, на территории потребителя или конечного пользователя, и откуда также должны дистанционно регулироваться параметры процесса. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления изобретения упомянутая находящаяся на расстоянии крупномасштабная-мегамасштабная главная установка должна обеспечивать центральный блок возврата рабочего раствора в прежнее состояние и способ осуществляемой время от времени или периодической регенерации рабочего раствора и/или заводское оборудование для осуществляемой время от времени или периодической реактивации катализатора гидрирования сателлитной AO-миниустановки.
Обычно при осуществлении настоящего изобретения рабочий раствор содержит антрахиноновое рабочее соединение, растворенное в подходящем органическом растворителе. Рабочие соединения, которые можно применять в способе согласно изобретению, представляют собой антрахиноны, в частности, алкилантрахиноны и их смеси, обычно применяемые для производства пероксида водорода по AO-способу.
Подходящие антрахиноны представляют собой 2-алкилантрахиноны и включают в себя, например, 2-этилантрахинон, 2-изопропилантрахинон, 2-н-бутилантрахинон, 2-втор-бутилантрахинон, 2-трет-бутилантрахинон, 2-амилантрахинон, 2-втор-амилантрахинон, 2-трет-амилантрахинон или их смеси. Несмотря на то, что обычно осуществление AO-способа получения пероксида водорода возможно также с 2-алкил-5,6,7,8-тетрагидроантрахинонами и их смесями, в способе согласно настоящему изобретению концентрации таких тетрагидроантрахинонов являются минимальными. Органические растворители, которые можно применять в способе согласно изобретению, представляют собой растворители и их смеси, обычно применяемые при производстве пероксида водорода по AO-способу. В частности, применяют смеси растворителей, состоящие из двух или более растворителей, которые в равной степени подходят для хинонов с разными характеристиками растворения. Таким образом, при производстве пероксида водорода по AO-способу обычно применяют смеси неполярных ароматических растворителей (растворители хинонов) и полярных растворителей (растворители гидрохинонов).
8
12
10
Примеры подходящих ароматических растворителей включают в себя алкилзамещенные ароматические соединения, в частности, C- и C-алкилбензолы или их смеси. Примеры подходящих полярных растворителей включают в себя высшие спирты (например, диизобутилметанол или 2-октанол), алкилированную и арилированную мочевину, сложные эфиры фосфорной кислоты (например, триоктилфосфат), 2-пирролидон, 2-метилциклогексилацетат или их смеси. Примеры подходящих смесей растворителей включают в себя смеси C-алкилароматических соединений с диизобутилметанолом или с 2-метилциклогексилацетатом. Обычно рабочий раствор содержит от 2 до 40 масс.% антрахинона или его смеси.

С целью примера, но без ограничения, предпочтительный рабочий раствор, применяемый в способе производства пероксида водорода по AO-способу согласно изобретению, может представлять собой состав AQ/SX/S-150, в котором AQ означает 2-алкилантрахинон или его смесь. Подходящий 2-алкилантрахинон может представлять собой 2-амилантрахинон или его смесь, например, смесь трет-амилзамещенного антрахинона и втор-амилзамещенного антрахинона, SX означает Sextate или 2-метилциклогексилацетат (CAS-номер 57 26-19-2), который представляет собой имеющийся в продаже промышленный растворитель; и S-150 означает имеющийся в продаже ароматический углеводородный растворитель типа 150 из серии Solvesso. S-150 (Solvesso-150; CAS-номер 64742-94-5) известен в качестве ароматического растворителя высших ароматических соединений, которые обладают высокими характеристиками растворяющей способности и регулируемого испарения, чтобы сделать их превосходными для применения во многих промышленных областях и, в частности, в качестве технологических жидких сред. Ароматические углеводороды Solvessoмогут использоваться в трех интервалах кипения с различной летучестью, например, с интервалом кипения 165-181°C, 182-207°C или 232-295°C. Их также можно получать с пониженным содержанием нафталина или в виде марок с ультранизким содержанием нафталина. Solvesso150 (S-150) характеризуется следующим образом: интервал кипения 182-207°C; температура воспламенения 64°C; содержание ароматических соединений более 99 масс.%; анилиновая точка 15°C; плотность 0,900 при 15°C; и скорость испарения (н-бутилацетат = 100) 5,3. Преимущественно, предпочтительный рабочий раствор пригоден в широком диапазоне масштабов производства, начиная от мелкомасштабных до среднемасштабных и в конечном итоге до крупномасштабных и мегамасштабных способов производства пероксида водорода, что показывает совместимость со всеми установками - от мелкомасштабных до мегамасштабных установок. Он также обеспечивает новую концепцию замены рабочего раствора только периодически, после долговременных циклов на протяжении нескольких месяцев, например, вплоть до замены рабочего раствора только один раз в год при АО-мини-способе. Таким образом, в способе согласно изобретению не требуется непрерывного параллельного возврата рабочего раствора в прежнее состояние и, следовательно, не требуется наличия блока регенерации рабочего раствора в АО-миниустановке. Следовательно, изобретение обеспечивает новый способ производства пероксида водорода по АО-способу, не содержащий блока регенерации рабочего раствора. В настоящее время в мире не существует такой системы без регенерации рабочего раствора, и обычно блок регенерации, действующий в непрерывном режиме и на объекте, находится на месте установки, как в существующем в настоящее время уровне техники заводского оборудования для производства пероксида водорода. Следовательно, новый AO-мини-способ обеспечивает осуществляемую только время от времени регенерацию рабочего раствора, которую осуществляют в центральном блоке регенерации рабочего раствора на крупномасштабной "главной" установке, где легко доступны химическая технология, обработка эффлюента, специалисты достаточной квалификации и заводское оборудование.
Регулирование кислотности рабочего раствора: Несмотря на то, что АО-мини-способ согласно изобретению осуществляется без блока одновременной регенерации (возврата в прежнее состояние), способ необязательно может включать в себя регулирование кислотности рабочего раствора. Таким образом, АО-миниустановка может содержать заводское оборудование или средства, подходящие для измерения кислотности рабочего раствора, и дополнительное заводское оборудование или средства, подходящие для регулирования и/или поддержания кислотности в заранее заданных диапазонах для осуществления непрерывного АО-мини-способа без одновременной регенерации (возврата в прежнее состояние) рабочего раствора. Таким образом, вместо блока регенерации рабочего раствора (возврата в прежнее состояние) АО-мини-способ необязательно может предусматривать оснащение небольшим блоком, например, со слоем оксида алюминия для регулирования кислотности рабочего раствора. Регулирование кислотности можно осуществлять, например, но без ограничения, например, с помощью неорганических оксидов или, например, карбонатов.
Стадию гидрирования можно осуществлять традиционным образом с типичным катализатором гидрирования, подходящим для способа производства пероксида водорода по AO-способу Риделя-Пфляйдерера и его вариантов. Типичные катализаторы гидрирования, известные для циклического антрахинонового способа, можно применять в качестве катализаторов на стадии гидрирования, например, такие как катализаторы на основе благородных металлов, содержащие один или несколько благородных металлов из ряда Pd, Pt, Ir, Rh и Ru. Катализаторы, известные для циклического антрахинонового способа, могут быть в форме катализаторов стационарного слоя или в форме суспендированных катализаторов, причем суспендированные катализаторы можно применять как в форме катализатора без подложки, например, в форме палладиевой черни или никеля Ренея, так и в форме суспендированного катализатора на подложке. Несмотря на то, что можно применять другие каталитические металлы, было обнаружено, что для цели изобретения катализатор гидрирования предпочтительно должен содержать в качестве каталитического металла палладий (Pd), предпочтительно в комбинации с серебром (Ag), и что на стадии гидрирования должны применяться такие катализаторы. Палладиевые катализаторы и катализаторы палладий/серебро известны специалисту в данной области, и Pd-катализаторы, а также Pd/Ag-катализаторы, оптимизированные для AO-способа, описаны в публикациях известного уровня техники. В качестве примера состава типичного Pd/Ag-катализатора гидрирования дана ссылка на публикацию WO 98/15350 (Solvay Interox), в которой описан состав Pd/Ag-катализатора: 0,5-2,5 масс.% Pd и 0,5-2,5 масс.% Ag, который применяется в способе производства пероксида водорода по антрахинононовому способу.
Автоклав для гидрирования может эксплуатироваться со стационарным слоем катализатора, содержащего Pd/Ag-комбинацию в качестве каталитического металла. В альтернативном варианте изобретения автоклав для гидрирования также может эксплуатироваться с суспендированным катализатором. Катализатор стационарного слоя обычно состоит из насадки твердых частиц катализатора гидрирования. Обычно желательно, чтобы средний диаметр таких частиц находился в диапазоне приблизительно от 0,2 до 10 мм. В предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению гранулы катализатора в стационарном слое имеют средний диаметр частиц от 1 до 5 мм. Катализатор, содержащий Pd/Ag-комбинацию, предпочтительно обнаруживает высокую начальную селективность и долговременную стабильность, перевешивающие более высокие затраты, по сравнению с суспендированным катализатором. Путем применения частиц более мелких размеров (например, 1-2 мм) можно повышать производительности и/или уменьшать затраты (носитель/производство).
Не существует особых требований, относящихся к форме частиц катализатора, и, следовательно, частицы могут быть шарообразными, в форме зерен или даже гранул неопределенной формы. Обычно частицы катализатора состоят из пористого носителя, такого как оксид алюминия, оксид титана, оксид циркония, силикагель или активированный уголь или органические полимеры или смеси таких оксидов или смеси органических полимеров, и каталитического металла, обычно согласно существующему уровню техники, такого как родий, палладий, платина или рений, где каталитический металл осаждается или адсорбируется на поверхности носителя. Количество каталитического металла предпочтительно составляет меньше 10% от общей массы катализатора. Как указано выше, в настоящем изобретении предпочтительным каталитическим металлом является палладий.
В вариантах осуществления способа согласно изобретению каталитический металл осаждается или адсорбируется на типичном носителе катализатора гидрирования, таком как носитель на основе оксида кремния, носитель на основе оксида алюминия или носитель на основе оксида кремния-оксида алюминия. Применение в качестве носителя оксида алюминия или носителя, по существу основанного на оксиде алюминия, для каталитического металла, применяемого в АО-мини-способах, является предпочтительным, поскольку наблюдается повышенная удельная производительность пероксида водорода по сравнению с применением носителей, изготовленных только из одного оксида кремния. В случае АО-мини-способа согласно изобретению это особенно относится к применению режима вспенивания потока рабочего раствора в реакторе гидрирования с орошаемым слоем. Хотя можно полагать, что подобное повышение удельной производительности пероксида водорода может наблюдаться и в тех случаях, когда носители на основе оксида алюминия применяются в других АО-мини-способах с применением реактора с орошаемым слоем, типа, например, реактора с рассредоточенным барботированием.
Стадию гидрирования при циклическом антрахиноновом способе можно осуществлять непрерывно и можно применять традиционные реакторы гидрирования, например, такие как реакторы с механическим перемешиванием, трубчатые проточные реакторы, реакторы со стационарным слоем, циркуляционные реакторы или аэролифтные циркуляционные реакторы. Необязательно, реакторы могут быть оборудованы распределительными устройствами, например, такими как статические смесители, или распылительными форсунками для распределения водорода в рабочем растворе. Гидрирование обычно осуществляют при температуре в диапазоне от 20 до 100°C, в частности, предпочтительно от 45 до 75°C. Давление предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 МПа до 1 МПа (абсолютное), в частности, предпочтительно от 0,2 МПа до 0,5 МПа (абсолютное). Гидрирование обычно осуществляют таким образом, что водород, вводимый в реактор гидрирования, практически полностью поглощался на стадии гидрирования. Количество водорода предпочтительно выбирают таким образом, чтобы от 30 до 80% общего количества реагента переходило из хиноновой формы в гидрохиноновую форму. Несмотря на то, что в некоторых AO- способах согласно известному уровню техники в качестве реагента применяется смесь алкилантрахинонов и алкилтетрагидроантрахинонов, в настоящем изобретении такие смеси не применяются, а применяются только алкилантрахиноны, и количество водорода предпочтительно выбирают таким образом, чтобы на стадии гидрирования алкилантрахиноны превращались только в гидрохиноновую форму без образования алкилтетрагидроантрахинонов.
Водородсодержащий газ в способе согласно изобретению может представлять собой водород, или водород может быть разбавлен инертным газом. Термин "инертный газ" предназначен для обозначения газа, который не вступает в реакцию с рабочим раствором, включающим в себя алкилантрахинон, а также ни с катализатором гидрирования, ни с полученным алкилгидроантрахиноном. Примерами таких инертных газов, в частности, являются инертные газы, диоксид углерода, фторсодержащие газы, такие как HFA (ГФА), и азот. Азот давал хорошие результаты. Содержание инертного газа в смеси с водородсодержащем газом может варьироваться в диапазоне приблизительно от 0,5 до 99% и предпочтительно в диапазоне приблизительно от 10 до 40%.
Присутствие инертного газа является предпочтительным с точки зрения возможности рециркуляции некоторого количества газа. Рециркуляция некоторого количества газа может быть желательной, чтобы обеспечивать хорошую и полноценную работу насосных систем, участвующих в способе, по подаче водородсодержащего газа в реактор гидрирования. Кроме того, применение инертного газа для разбавления водорода может быть предпочтительным для ряда разных режимов течения рабочего раствора. Таким образом, можно полагать, что инертные газы могут предпочтительно применяться для разбавления водорода в реакторе гидрирования с орошаемым слоем с вспениванием рабочего раствора и также при других режимах движения потока, например, таких как уже вышеупомянутые режимы: "орошение", "импульсный режим", "распыление", "барботирование" и "рассредоточенное барботирование". Температура, превалирующая в реакторе гидрирования, будет регулироваться, чтобы оптимизировать селективность и производительность в зависимости от гидрирования рабочего раствора. Обычно температура будет находиться в диапазоне приблизительно от 20°C (окружающая среда) до 100°C. В предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению стадию гидрирования осуществляют при температуре в диапазоне приблизительно от 45°C до 75°C. Если на стадии гидрирования способа согласно настоящему изобретению применяется вспенивание рабочего раствора, путем разбавления водорода инертным газом (инертный газ, азот, диоксид углерода, фторсодержащий газ) можно намного улучшать стабильность пены рабочего раствора и газообразного водорода, тем самым, облегчая возможность регулирования процесса гидрирования, то есть облегчать подачу рабочего раствора и требуемого количества водорода, а также перепад давлений газа. Таким образом, риск разрушения пены, по мере того как вспениваемый рабочий раствор проходит через слой катализатора и одновременно происходит поглощение водорода, в реакторе гидрирования сводится до минимума. Кроме того, в присутствии инертного газа наблюдается повышенная стабильность каталитической активности.
После гидрирования рабочего соединения, растворенного в рабочем растворе, следующей технологической стадией двухстадийного АО-мини-способа является стадия окисления. На стадии окисления гидрированные рабочие соединения, то есть алкилгидроантрахиноны, подвергают окислению с применением кислорода, воздуха, обогащенного кислородом воздуха или подходящего кислородсодержащего соединения, чтобы получить пероксид водорода и восстановить рабочее соединение до его исходной формы. Затем пероксид водорода, полученный на стадии окисления, удаляют из рабочего раствора обычно путем экстракции водой, а оставшийся рабочий раствор, содержащий алкилантрахиноны в их исходной форме, возвращают в оборот на стадию гидрирования, чтобы снова приступить к осуществлению способа.
Окисление может происходить традиционным образом, известным для AO-способа. Для окисления можно применять типичные реакторы для окисления, известные для циклического антрахинонового способа. Часто применяют барботажные реакторы, через которые параллельно или противотоком проходят кислородсодержащий газ и рабочий раствор. Барботажные реакторы могут не содержать внутренних устройств или предпочтительно содержат внутренние устройства в форме насадки или ситчатых тарелок. Окисление можно осуществлять при температуре в диапазоне от 30°C до 70°C, в частности, от 40°C до 60°C. Окисление обычно осуществляют таким избытком кислорода, чтобы предпочтительно более 90%, в частности, более 95% алкилантрагидрохинонов, содержащихся в рабочем растворе в гидрохиноновой форме, превращалось в хиноновую форму.
Например, окисление можно осуществлять в канальном миниреакторе, но также можно применять другие формы реакторов, например, такие как CSTR (реактор с непрерывным механическим перемешиванием). Канальный миниреактор обеспечивает преимущество в том, что является очень компактным и показывает хорошие эксплуатационные свойства, например, с точки зрения селективности и производительности. Необязательно, канальный миниреактор или реактор других типов перед размещением на производстве и/или во время производства может подвергаться защитным мероприятиям против коррозии. Принимая во внимание стадию экстракции, следующую за окислением, добавление воды, по всей видимости, может быть полезным в АО-мини-способе.
В способе производства пероксида водорода по AO-способу согласно изобретению пероксид водорода экстрагируют водой из окисленного рабочего раствора. Стадию экстракции можно осуществлять традиционным образом, как известно для способов производства пероксида водорода по AO-способу Риделя-Пфляйдерера и его вариантам. На стадии экстракции способа окисленный рабочий раствор, который содержит пероксид водорода в растворенной форме, экстрагируют водным раствором, получая при этом водный раствор пероксида водорода и окисленный рабочий раствор после экстракции, который на практике больше не содержит пероксида водорода. Для экстракции пероксида водорода в качестве экстракционного реагента предпочтительно применяется деионизованная вода, которая также необязательно содержит добавки для стабилизации пероксида водорода, для регулирования pH и/или для защиты от коррозии. Обычно экстракцию осуществляют в известной, по сути, экстракционной колонне, например, в противоточной экстракционной колонне непрерывного действия или в предпочтительно применяемых колоннах с ситчатыми тарелками. В предпочтительном варианте осуществления изобретения стадию экстракции осуществляют с таким количеством воды, чтобы получить водный раствор пероксида водорода, содержащий заранее заданную концентрацию пероксида водорода, которая подходит для непосредственного использования в конкретной области промышленного применения.
Согласно изобретению экстракцию можно осуществлять после окисления в отдельном блоке для экстракции, или необязательно экстракцию можно начинать или осуществлять уже во время стадии окисления, если стадия окисления осуществляется в присутствии воды, добавляемой в блок окисления. Последний способ упоминается как "оксидо-экстракция" и может, например, осуществляться, как описано в европейском патенте № 0726227 (Kemira) или публикации WO 2010/109011 (Solvay). Таким образом, изобретение также относится к способу производства пероксида водорода по AO-способу, в котором стадию экстракции осуществляют, по меньшей мере, частично уже во время стадии окисления путем проведения стадии окисления в присутствии воды, добавляемой в блок окисления.
Например, в европейском патенте № 0726227 (Kemira) описано получение пероксида водорода антрахиноновым способом, который включает в себя окисление гидрированного органического рабочего раствора и экстракцию пероксида водорода водным растворителем в том же самом резервуаре перед извлечением путем разделения фаз. Таким образом, пероксид водорода получают антрахиноновым способом, в котором гидрированный рабочий раствор, кислородсодержащий газ и водный экстракционный раствор подаются в одну и ту же реакционную зону с образованием смеси трех фаз, и реакция окисления происходит в рабочем растворе с образованием пероксида водорода, который переходит в водный раствор. Затем осуществляют разделение фаз с извлечением водного пероксида водорода. Также заявлено применение такого способа одновременно с традиционным способом получения пероксида водорода. Если окисление и экстракцию осуществлять одновременно в одном и том же резервуаре, то можно уменьшать капитальную стоимость новой установки или можно увеличивать производство на действующей установке.
В качестве дополнительного примера в публикации WO 2010/109011 (Solvay) описан способ образования пероксида водорода, который включает в себя гидрирование рабочего раствора, содержащего хинон, окисление гидрохинонового соединения с получением пероксида водорода и необязательно выделение пероксида водорода во время стадии окисления. Рабочий раствор содержит менее 30 масс.% органического растворителя, и полученный таким способом пероксид водорода применим в том числе для беления текстиля, древесной массы и бумаги, для экологических и других областей применения. Согласно способу пероксид водорода производят без существенного добавления органического растворителя (растворителей), который дает нежелательные выбросы и, как известно, является потенциально опасным из-за риска взрыва; и способ является экономически эффективным.
В стандартной технологии для экстракции пероксида водорода применяют традиционные ситчатые тарелки, которые также применимы в АО-мини-способе согласно изобретению (уменьшенной высоты). Альтернативно, пероксид водорода можно экстрагировать с применением канального миниэкстрактора (с рифленой структурой ребер) или также можно (или дополнительно) вовлекать мембранные технологии. Опять же, необязательно проводить защитные мероприятия против коррозии, например, путем применения материалов, изготовленных из нержавеющей стали, для конструкции экстрактора. Однако для целей изобретения экстракцию сохраняют настолько простой и компактной, насколько возможно. При AO-мини-способе согласно изобретению пероксид водорода экстрагируют из рабочего раствора в низкой концентрации, например, в АО-мини-способе согласно изобретению концентрация пероксида водорода от 10 до 15% является целевой, и поставку полученного раствора с концентрацией от 10 до 15% пероксида водорода можно непосредственно осуществлять конечному пользователю для промышленного применения типа беления древесной массы и бумаги, беления текстиля или рециклинга бумаги. АО-мини-способ согласно изобретению не охватывает и не подразумевает охватить какую-либо дополнительную концентрации экстрагированного раствора пероксида водорода, и поэтому, например, не требуется применения дистилляции, поскольку в большинстве областей применения пероксида водорода будет применяться при концентрации ниже 15%. Чтобы свести к минимуму число операций, разбавление до эффективной концентрации обычно происходит при применении, как таковом, путем добавления подходящего количества более высоко концентрированного раствора, например, поставляемого исходного раствора согласно настоящему изобретению, обычно с концентрацией от 10 до 15% пероксида водорода. Как объяснялось выше, пероксид водорода применяется в различных концентрациях в зависимости от области применения, например, в различных областях применения пероксид водород применяется в концентрации приблизительно 1-15%. Некоторые особые примеры таких концентраций пероксида водорода в зависимости от типа промышленного применения составляют: для беления древесной массы - 2-10%; для окисления сточных вод - 1-5%; для очистки поверхности потребительских товаров - 1-8%.
В способе производства пероксида водорода по AO-способу согласно изобретению пероксид водорода экстрагируют из окисленного рабочего раствора таким количеством воды, которое приводит к водному раствору пероксида водорода, содержащему заранее заданную концентрацию пероксида водорода, которая подходит для непосредственного использования в конкретной области промышленного применения. Таким образом, согласно способу согласно изобретению обеспечивают исходный раствор пероксида водорода с концентрацией, готовой для применения в области промышленного применения. Полученный исходный раствор пероксида водорода легко подходит для его применения на территории хозяина, например, в качестве отбеливающего реагента в производстве древесной массы и в бумажной промышленности или текстильной промышленности, или на территории с горнодобывающими и экологическими областями применения. Таким образом, концентрацию пероксида водорода в водных растворах, получаемых на стадии экстракции согласно изобретению можно специально регулировать до требований конечного пользователя на территории хозяина (удаленной), и концентрация может находиться в диапазоне до 15%, предпочтительно в диапазоне 2-15%, более предпочтительно 5-15%, и наиболее предпочтительно в диапазоне 10-15%. Другие подходящие диапазоны концентрации исходного раствора пероксида водорода, получаемого по АО-мини-способу согласно изобретению, могут составлять от 2-5%, 2-6%, 2-7%, 2-8%, 2-9%, 2-10%, 2-11%, 2-12%, 2-13%, 2-14%, 2-15%; 3-6%, 3-7%, 3-8%, 3-9%, 3-10%, 3-11%, 3-12%, 3-13%, 3-14%, 3-15%; 4-6%, 4-7%, 4-8%, 4-9%, 4-10%, 4-11%, 4-12%, 4-13%, 4-14%, 4-15%; 5-6%, 5-7%, 5-8%, 5-9%, 5-10%, 5-11%, 5-12%, 5-13%, 5-14%, 5-15%; 6-7%, 6-8%, 6-9%, 6-10%, 6-11%, 6-12%, 6-13%, 6-14%, 6-15%; 7-8%, 7-9%, 7-10%, 7-11%, 7-12%, 7-13%, 7-14%, 7-15%; 8-9%, 8-10%, 8-11%, 8-12%, 8-13%, 8-14%, 8-15%; 9-10%, 9-11%, 9-12%, 9-13%, 9-14%, 9-15%; 10-11%, 10-12%, 10-13%, 10-14%, 10-15%; 11-12%, 11-13%, 11-14%, 11-15%; 12-13%, 12-14%, 12-15%; 13-14%, 13-15% или 14-15%.
Вслед за "обязательными" стадиями АО-мини-способа согласно изобретению, которые описаны выше, способ также может содержать ряд типичных "дополнительных" стадий (например, регулирование кислотности рабочего раствора (WS); водородная установка, имеющаяся в наличии на дистанционном/удаленном участке). Однако, согласно концепции более простого децентрализованного или дистанционно удаленного способа на территории конечного пользователя, число дополнительных технологических стадий сводится к минимуму, насколько возможно, и обычно ограничивается минимальной необходимостью для непрерывной эксплуатации АО-мини-способа на сателлитной установке настолько без излишеств, насколько возможно, хотя также поддерживается надежность и стабильность на протяжении периодов, которые указаны выше, без физических или слишком частых технических вмешательств на сателлитной установке во время упомянутых периодов.
Обычно весь цикл синтеза в традиционном AO-способе производства пероксида водорода и стадии обработки пероксида зависят от числа дополнительных способов. Поэтому АО-мини-способ согласно настоящему изобретению также может содержать дополнительные способы, хотя число и сложность таких дополнительных способов сводится к минимуму. Дополнительные способы в контексте настоящего изобретения будут относиться к обеспеченности водородом, который требуется на стадии гидрирования. Следовательно, на территории, где осуществляется AO-мини-способ, должна иметься в наличии водородная установка или водород в виде побочного продукта другого способа. Может находиться некоторая лаборатория с целью обеспечения информации о производственных показателях и для проведения тестов по контролю качества пероксида водорода. Такая информация применяется обслуживающим персоналом для дополнительного регулирования цикла и поддержки онлайновых контрольно-измерительных приборов, которые применяются на каждой стадии способа для измерения параметров при проведении цикла синтеза.
Другим дополнительным процессом является регенерация рабочего раствора, которая, однако, не является частью дополнительных процессов, проводимых на месте осуществления АО-мини-способа. Регенерация рабочего раствора требуется периодически, поскольку на стадиях гидрирования и окисления образуются не только антрагидрохиноны, производящие пероксид, но также некоторые побочные продукты. Такие побочные продукты включают в себя антрахиноновые производные, которые при регенерации могут опять превращаться в применяемые хиноны. Во время процесса регенерации на установке традиционного AO-способа боковой погон рабочего раствора пропускают через блок регенерации и дегидрирования. При регенерации эпоксидированные антрахиноны и тетрагидроантрахиноны превращаются в соответствующие им антрахиноны, которые необходимы в традиционных крупномасштабных AO-способах перед тем, как поток рабочего раствора или только часть общего потока рабочего раствора возвращается в автоклав для гидрирования. Регенерация означает превращение некоторых побочных антрахиноновых производных, типа эпоксидированных антрахинонов и тетрагидроантрахинонов, снова в применяемые антрахиноны. Однако, согласно разработанной концепции AO-мини-способа, возврат рабочего раствора в прежнее состояние осуществляется не традиционным образом, а только время от времени, как описано выше, или периодически, например, после эксплуатации рабочего раствора в течение нескольких месяцев, как здесь описано. После такого периода времени рабочий раствор либо сливают из АО-миниустановки и регенерируют в другом месте, например, на аналогичной или предпочтительно более крупномасштабной установке для производства пероксида водорода, либо обрабатывают в мобильном блоке регенерации, транспортируемом на территорию, либо, альтернативно, без сливания рабочего раствора из системы AO-миниреакторов его обрабатывают на месте в особых условиях в системе AO-миниреакторов, как таковой, и при этом использованный рабочий раствор заменяют свежим и/или регенерированным раствором. Если логистика отдаленности и транспортировки позволяет экономически, фактический возврат в прежнее состояние (регенерацию) рабочего раствора, сливаемого из АО-миниустановки, затем осуществляют в блоке регенерации традиционной крупномасштабной установки для производства пероксида водорода.
Описанный способ согласно настоящему изобретению обладает преимуществами в том, что он может адекватно учитывать конкретные потребности конечного пользователя относительно применения растворов пероксида водорода, например, относительно количеств, необходимых к определенному времени производства, концентрации и характеристик растворов, применяемых в его собственных промышленных способах, в то же время способ согласно изобретению одновременно требует меньшего количества технологических стадий благодаря акценту на обязательные основные стадии на территории конечного пользователя, меньшего количества единиц оборудования, меньше внимания со стороны менеджмента и меньше эксплуатационных расходов по сравнению с традиционными способами крупномасштабного производства пероксида водорода. Таким образом, благодаря настоящему изобретению получен эффективный способ производства пероксида водорода, который экономически целесообразен, даже когда осуществляется в мелком-среднем масштабе. Следовательно, настоящее изобретение дает значительное усовершенствование по сравнению с известными способами производства пероксида водорода и, в частности, дает водные растворы пероксида водорода, легко подходящие для промышленного применения конечными пользователями.
Способ согласно настоящему изобретению обладает дополнительным важным преимуществом в том, что его можно осуществлять с применением дистанционного регулирования, позволяющего намного уменьшить время, затрачиваемое на управление и обслуживание. Следовательно, настоящий способ предпочтительно осуществляют с применением дистанционного регулирования. Такой дистанционно регулируемый способ подходит для осуществления в мелком-среднем масштабе. Следовательно, способ обычно осуществляют на мелкомасштабной-среднемасштабной установке для производства пероксида водорода с максимальной производительностью, которая описана выше для АО-мини-способа.
Настоящее изобретение обладает рядом уникальных характеристик и преимуществ в отношении обоих аспектов, как АО-мини-способа и/или АО-миниустановки, с одной стороны, так и дистанционного регулирования АО-мини-способа и/или АО-миниустановки, с другой стороны. Таким образом, изобретение эффективно удовлетворяет спрос на мелкомасштабное-среднемасштабное производство, например, спрос на минимасштабное производство в диапазоне от 2000 до 10000 метрических тонн пероксида водорода в год (миниустановки с производительностью производства от 2 до 10 кт/год) в любом месте, в частности, также в удаленном месте, где имеется в наличии газообразный водород, например, с других способов производства. Следовательно, изобретение можно осуществлять рядом с территорией потребителя или на территории потребителя пероксида водорода, только с одним непременным условием, что на такой территории имеется в наличии водород, и что в идеальном случае водород имеется в наличии на территории в виде побочного продукта и по низкой стоимости. Что касается возврата рабочего раствора в прежнее состояние и/или реактивации катализатора гидрирования АО-мини-способа, их можно предпочтительно осуществлять на "сателлитной" АО-миниустановке, которая является другой установкой и находится на расстоянии от места традиционного крупномасштабного-мегамасштабного производства пероксида водорода. Однако сателлитная AO-миниустановка будет связана с таким местом крупномасштабного-мегамасштабного производства пероксида водорода, которое эксплуатируется в качестве главной установки с целью поддержки упомянутой сателлитной установки. Сателлитная АО-миниустановка компактна по конструкции, например, предпочтительно она является модульной, и реактор и состав оборудования сгруппированы в виде почти полностью закрытой системы, чтобы обеспечить простой и надежный АО-мини-способ для "сателлитной" установки. Сателлитную АО-миниустановку эксплуатируют, по меньшей мере частично, с помощью дистанционного регулирования и небольшого числа обученных штатных сотрудников, уполномоченных для работы на месте (например, местных операторов), за счет взаимодействия и в тесном взаимодействии (даже на большом расстоянии) с находящейся на расстоянии (крупномасштабной-мегамасштабной) "главной" установкой. Тем самым обеспечивают надежные химические процессы и их регулирование, а также мониторинг связанных с ними параметров процесса для того, чтобы управлять стабильным и надежным процессом без значительного образования побочных продуктов. Также важным преимуществом настоящего изобретения является отсутствие на сателлитной установке блока возврата рабочего раствора в прежнее состояние; например, возврат рабочего раствора в прежнее состояние или регенерация рабочего раствора необходима периодически и может осуществляться на "главной" установке, где сосредоточены специалисты достаточной квалификации по химической технологии и способу, или в мобильном блоке регенерации, управляемом обученным штатным сотрудником "главной" установки. Следовательно, требуется меньше лабораторного персонала, и АО-мини-способ, возврат рабочего раствора в прежнее состояние и реактивацию катализатора можно осуществлять более экономически эффективным образом. Таким образом, изобретение обеспечивает пользователя удобной сателлитной установкой, которая дистанционно регулируется с помощью главной установки с минимальным локальным вмешательством в сателлитную установку в течение некоторого периода времени, поскольку способ и установка согласно изобретению выполнены с возможностью производить пероксид водорода для непосредственного применения на территории удаленного или конечного пользователя. Особое преимущество изобретения состоит в том, что AO-мини-способ можно осуществлять с комбинацией катализатора и рабочего раствора в течение в течение всего времени, по меньшей мере, вплоть до 12 месяцев эксплуатации без физического и/или химического вмешательства. Например, в случае наилучшего функционирования рабочего раствора без регенерации обязательным должно быть осуществление циклов, например, в среднем в течение 3, 6, 9 или 12 месяцев. Функционирование рабочего раствора и катализатора и система управления производством предпочтительно основаны на технологии Solvay, которая описана во вводной части данного описания изобретения, обеспечивающей осуществление АО-мини-способа без образования нежелательного побочного тетра- продукта и без использования блока регенерации. Следовательно, катализатор и/или рабочий раствор будут заменяться только периодически. Еще одно преимущество состоит в том, что для поддержания оптимальной производительности АО-мини-способ и производительность поддерживаются и дистанционно регулируются с главной установки квалифицированным персоналом центральной установки, и также что оптимальную реактивацию катализатора и регенерацию рабочего раствора обеспечивают на упомянутой главной центральной установке или в мобильном блоке регенерации, управляемом обученным штатным сотрудником "главной" установки.
Еще одно преимущество состоит в том, что АО-мини-способ можно осуществлять в виде почти закрытой системы. Следовательно, на сателлитной установке не требуется системы для вытекающего эффлюента или обработки эффлюента, поскольку основной эффлюент AO-способа обусловлен возвратом рабочего раствора в прежнее состояние или регенерацией рабочего раствора и связан с такой регенерацией. Это выгодно для эксплуатации на территории потребителя благодаря низкому экологическому и промышленному воздействию во время эксплуатации АО-мини-способа. Однако для поддержки сателлитной установки обычно необходима главная установка, например, более крупномасштабная установка, в частности, в тех случаях, когда не достаточно мобильного блока для возврата рабочего раствора в прежнее состояние, тогда упомянутая главная установка обеспечивает центральный блок возврата рабочего раствора в прежнее состояние для экологически безопасной и периодической регенерации рабочего раствора АО-миниустановки. Тем не менее, это перевешивается тем фактом, что рабочий раствор можно регенерировать на главной установке более эффективным и экологически безопасным образом.
Кроме того, не требуется дистилляции пероксида водорода, и исходная низкая концентрация пероксида водорода подходит для использования ее потребителем, например, для беления древесной массы и бумаги, в горнодобывающей промышленности или при рециклинге бумаги. Это также является преимуществом производства пероксида водорода на территории конечного пользователя (потребителя), использующего пероксид водорода, поскольку AO-мини-способ позволяет избежать дистилляции, которая обычно осуществляется на крупномасштабных установках для перевода пероксида водорода в концентрированную форму, более подходящую для транспортировки. Например, концентрацию пероксида водорода, обычно при традиционном крупномасштабном способе составляющую 40%, повышают путем дистилляции и перевозят при концентрации от 50 до 70%. Напротив, целью АО-мини-способа согласно изобретению является получение концентрации 10-15% пероксида водорода.
С химико-технологической точки зрения, AO мини-способ согласно настоящему изобретению, в частности, дистанционно регулируемый AO-мини-способ, содержит те же основные стадии, что и традиционный крупномасштабный способ производства.
Однако благодаря уменьшению масштаба и упрощению способа, сделанных с целью удобной эксплуатации на территории потребителя и дистанционного регулирования со значительным сокращением локального вмешательства, способ отличается от существующего в данной области уровня техники тем, что отсутствует установленный локальный блок возврата в прежнее состояние для регенерации рабочего раствора и средства для реактивации катализатора гидрирования, и регенерации рабочего раствора и реактивации катализатора не требуется в течение продолжительных производственных циклов, даже вплоть 12 месяцев.
Согласно способу пероксид водорода непосредственно производят в концентрациях, необходимых для его использования потребителем, например, для беления древесной массы и бумаги в бумажной промышленности или в горнодобывающей промышленности. Обычно необходимая концентрация пероксида водорода в таких промышленных областях применения составляет не более 15% пероксида водорода в водном растворе. Например, концентрация для упомянутых областей применения обычно находится в диапазоне от 10 до 15% пероксида водорода в растворе. Концентрацию можно легко приспособить к другим низко концентрированным растворам путем простого регулирования количества воды, которое применяется для экстракции пероксида водорода из окисленного рабочего раствора.
Несмотря на то, что изобретение описано с помощью ссылки на частные варианты осуществления, не подразумевается, что последние ограничивают объем изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.