فرآیند تولید هسته پراکسید هیدروژن به روش آنتراکینون (توضیحات مفصل)

فرآیند آنتراکینون اساساً از ۲-آلکیل آنتراکینون (معمولاً ۲-اتیل آنتراکینون، EAQ) به عنوان "حامل هیدروژن" استفاده می‌کند. از طریق یک واکنش چرخه‌ای، تبدیل غیرمستقیم بین هیدروژن و اکسیژن برای تولید پراکسید هیدروژن (H2) امکان‌پذیر می‌شود.₂O₂). واکنش کلی را می‌توان به صورت H بیان کرد₂ + او₂ → H₂O₂و تنها محصول جانبی آن آب است. این فرآیند عمدتاً شامل مراحل کلیدی زیر است:

۱. آماده‌سازی محلول کاری

آلکیل آنتراکینون (EAQ) با یک حلال آلی (مانند حلال مخلوط آروماتیک‌ها و تری‌اکتیل فسفات، AR + TOP) با نسبت مشخص مخلوط می‌شود تا محلول کاری آماده شود. این "خون" کل فرآیند است و به طور مداوم در طول عملیات بازیافت می‌شود.

۲. واکنش هیدروژناسیون

محلول کاری با هیدروژن (H) واکنش می‌دهد.₂) در حضور کاتالیزور پالادیوم (Pd) در یک راکتور بستر ثابت یا بستر سیال، آنتراهیدروکینون تشکیل می‌شود. شرایط عملیاتی معمول 40 است-70°C و 0.1-0.35 مگاپاسکال. این مرحله برای کارایی فرآیند حیاتی است و طراحی راکتور مدرن بر بهینه‌سازی انتقال جرم و استفاده از کاتالیزور تمرکز دارد.

۳. واکنش اکسیداسیون

محلول کاری هیدروژنه با هوا (یا اکسیژن، O2) تماس داده می‌شود.₂) ، که در آن آنتراهیدروکینون ضمن تولید پراکسید هیدروژن، دوباره به آنتراکینون اکسید می‌شود. این واکنش در یک برج اکسیداسیون تحت شرایط ملایم (تقریباً 40) رخ می‌دهد.-44°C).

4- استخراج

محلول اکسید شده وارد یک برج استخراج می‌شود، جایی که آب در یک فرآیند جریان مخالف برای استخراج پراکسید هیدروژن (H2) استفاده می‌شود.₂O₂) ، محلول آبی خام پراکسید هیدروژن تولید می‌کند. محلول کاری باقیمانده تصفیه شده و به مرحله هیدروژناسیون بازگردانده می‌شود.

۵. خالص‌سازی، تغلیظ و تصفیه تکمیلی

H خام₂O₂ محلول برای حذف ناخالصی‌ها تصفیه می‌شود و سپس از طریق تقطیر در خلاء تغلیظ می‌شود تا محصولات تجاری با غلظت‌های مختلف (معمولاً 27.5٪، 35٪، 50٪ و 70٪) تولید شود. حلال بازیابی و بازیافت می‌شود و یک فرآیند حلقه بسته را تضمین می‌کند.

کل فرآیند کاملاً خودکار است و گردش مداوم محلول کاری، کلید عملکرد طولانی مدت است. هیدروژناسیون تک مرحله‌ای و راندمان اکسیداسیون مستقیماً ظرفیت و هزینه تولید را تعیین می‌کنند. در سال‌های اخیر، شرکت‌های چینی بر پیشرفت‌هایی در بهینه‌سازی راکتور هیدروژناسیون و توسعه سیستم‌های حامل آنتراکینون جدید تمرکز کرده‌اند که باعث بهبود پایداری و ظرفیت می‌شود.

از اختراع تا تسلط صنعتی: تاریخچه مختصر

فرآیند آنتراکینون توسط شرکت BASF (که قبلاً IG Farben نام داشت) در آلمان در دهه‌های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ توسعه داده شد و جایگزین فرآیندهای الکترولیز و ایزوپروپانول که انرژی زیادی مصرف می‌کردند، شد و به سرعت در صنعت مورد استفاده قرار گرفت. چین در سال ۱۹۵۸ شروع به معرفی این فناوری کرد و از طریق جذب، سازگاری و نوآوری مستقل، ظرفیت تولید خود را از ۲۸۰۰۰ تن در سال در سال ۱۹۸۴ به بزرگترین ظرفیت تولید در جهان امروز افزایش داد.

در حال حاضر، راکتورهای بستر ثابت همچنان غالب هستند، در حالی که فناوری‌های بستر سیال به طور فزاینده‌ای در حال پذیرش هستند. فناوری‌های حامل نسل جدید به حل مسائل تخریب سنتی و کاهش وابستگی به تصفیه قلیایی کمک می‌کنند و ایمنی و اقتصاد را بهبود می‌بخشند. اگرچه روش‌های نوظهور مانند مسیرهای الکتروشیمیایی و فوتوکاتالیستی در دست تحقیق هستند، اما به دلیل محدودیت‌های هزینه و مقیاس‌پذیری، هنوز از تجاری‌سازی در مقیاس بزرگ فاصله زیادی دارند. بنابراین، فرآیند آنتراکینون در کوتاه‌مدت روش صنعتی غالب باقی خواهد ماند.

مزایای فرآیند و چشم‌انداز آینده

این فرآیند با راندمان بالا، گردش حلقه بسته، تشکیل کم محصولات جانبی و مناسب بودن برای تولید در مقیاس بزرگ مشخص می‌شود. چالش‌های آن شامل کنترل دقیق واکنش‌های جانبی، خطرات ایمنی و مدیریت حلال است. با نگاهی به آینده، ارتقاء مداوم فناوری، صنعت جهانی پراکسید هیدروژن را در حرکت به سمت تولید سبزتر و هوشمندتر، بیشتر پشتیبانی خواهد کرد.

این فرآیند کلاسیک نه تنها یک معیار در مهندسی شیمی است، بلکه همچنان نقش کلیدی در گذار جهانی به سمت تولید پایدار مواد شیمیایی ایفا خواهد کرد.

فرآیند آنتراکینون همچنان فناوری اصلی برای تولید جهانی پراکسید هیدروژن است.

این یک سیستم حلقه بسته بسیار کارآمد است که شامل گردش محلول فعال، هیدروژناسیون کاتالیزوری، اکسیداسیون، استخراج و خالص‌سازی می‌شود. با نوآوری مداوم در طراحی راکتور و سیستم‌های حامل، این فرآیند به طور قابل توجهی ایمنی، کارایی و پایداری را بهبود بخشیده است.

علیرغم جایگزین‌های نوظهور مانند مسیرهای الکتروشیمیایی و فوتوکاتالیستی، فرآیند آنتراکینون همچنان بر هیدروژن صنعتی غالب خواهد بود.₂O₂ تولید در کوتاه‌مدت به دلیل مقیاس‌پذیری و پایه مهندسی بالغ آن.

یک معیار واقعی از مهندسی شیمی مدرن برای تولید سبز در مقیاس بزرگ.