Огляд промислових методів виробництва пероксиду водню Текст наукової статті зі спеціальності «Хімічні науки»

Анотація наукової статті з хімічних наук, автор наукової роботи - Тихонов А. С., Чепайкін Д. Н., Суворова І. А., Анісімова В. І.

Перекис водню один із великотоннажних продуктів сучасної промислової хімії. Попит на нього зростає темпами близько 10% на рік при поточних світових потужностях близько 2,5 млн. т. Проведено огляд промислових методів одержання пероксиду водню: електрохімічний, органічний, антрахіноновий спосіб та метод прямого синтезу. Одним з найбільш перспективних напрямів даної галузі є освоєння антрахінонового методу, який є основним у світовому виробництві.

Схожі теми наукових праць з хімічних наук, автор наукової роботи - Тихонов А. С., Чепайкін Д. Н., Суворова І. А., Анісімова В. І.

Текст наукової роботи на тему "Огляд промислових методів виробництва пероксиду водню"

A. С. Тихонов, Д. Н. Чепайкін, І. А. Суворова,

ОГЛЯД ПРОМИСЛОВИХ МЕТОДІВ ВИРОБНИЦТВА ПЕРОКСИДУ ВОДОРОДУ

Ключові слова: пероксид водню, великотоннажні виробництва.

Перекис водню - один із великотоннажних продуктів сучасної промислової хімії. Попит на нього зростає темпами близько 10% на рік при поточних світових потужностях близько 2,5 млн. т. Проведено огляд промислових методів одержання пероксиду водню: електрохімічний, органічний, антрахіноновий спосіб та метод прямого синтезу.Одним з найбільш перспективних напрямів даної галузі є освоєння антрахінонового методу, який є основним у світовому виробництві.

Keywords: hydrogenperoxide, велика-тоннапродукція.

Hydrogen peroxide є одним з найбільших тонн проектів сучасної індустрії хімічної техніки. є electrochemical, organic, anthraquinone метод і Прямий synthesis метод.

Пероксид водню (Н202) є найважливішим видом хімічної продукції, що знаходить широкий попит у різних галузях народного господарства Росії. .д. У хімічній промисловості пероксид водню застосовують як каталізатор, гідруючого агента, як епоксидуючий агент для отримання органічних і неорганічних пероксидів, пер-борату і перкарбонатанатрію, етиленгліколю, гідрохінону, пірокатехіну, гліцерину. Крім того, вона застосовується в якості прискорювача вулканізації [1]. полірування або пасивації ряду металів та сплавів, ефект його впливу залежить від конкретних умов застосування [1]. Сфера його використання постійно зростає, т.к.Найголовнішою перевагою пероксиду водню є той факт, що продукти її розкладання лише вода та кисень. Завдяки цьому факту він у 21 столітті був визнаний екологічно безпечним хімікатом.

Комерційне використання пероксиду водню почалося приблизно 130 років тому і на сьогодні світове виробництво далеко перевалило за мільйон тонн на рік. Попит на пероксид водень зростає на 10% на рік.

Відомі такі промислові методи виробництва пероксиду водню:

• гідроліз розчину пероксодисерної кислоти (електрохімічний метод);

• рідкофазне окиснення ізопропілового спирту киснем повітря (органічний метод);

• прямий синтез із Н2 та 02;

• метод отримання пероксиду водню із застосуванням антрахінону.

Гідроліз розчину пероксодисерної кислоти (електрохімічний метод)

Процес отримання пероксиду водню гідролізом пероксодисерної кислоти полягає в переведенні пероксодисерної кислоти в пероксид водню і сірчану кислоту при нагріванні вихідного розчину до температури кипіння і відгону готового продукту, що утворився, 35-40%-ной концентрації [4].

H2S2O8+ н2о — н^2о5+ н^о4 н^о5+ н2о— н2о2+ н^о4.

У промисловості гідроліз розчину пероксо-дисерної кислоти здійснюється на дві стадії. На першій стадії при нагріванні розчинів пероксодисерної кислоти в плівкових випарниках основна кількість пероксиду водню переводиться в парову фазу. На другій стадії пероксид водню, що залишився в рідкій фазі, виділяється перегонкою з гострим паром [5]. Одержання пероксиду водню за електрохімічним методом є дуже енергоємним. Витрати електроенергію становлять до 40% собівартості продукту.

Характерні особливості даної технології дозволяють отримувати пероксид водню з різними концентраціями (30 - 97%), а так само водні розчини пероксиду водню високого ступеня чистоти. Завдяки цьому пероксид водню, отриманий цим методом, знаходить широке застосування у фармацевтиці, медицині, електроніці та радіотехніці, у космічній техніці [6]. Сьогодні цим способом у РФ отримує перекис водню лише ФКП "Анозит".

Рідкофазне окиснення ізопропілового спирту киснем повітря (органічний метод)

В основі технології виробництва пероксиду водню органічним методом лежить використання реакції рідкофазного окиснення ізопропілового спирту киснем повітря, що протікає по ланцюговому механізму. Внаслідок застосування дуже

ефективних способів поділу, виходять два кінцеві продукти: пероксид водню та ацетон [7]. (СН3)2СНОН + О2 ^ (СН3)2С(ООН)ОН ^ (СН3)2СО + Н2О2

Технологічна схема отримання пероксиду водню ізопропіловим способом включає дві основні стадії: стадію окислення спирту, у процесі якої відбувається виділення пероксиду водню як його водного розчину; стадію ректифікації для поділу реакційної суміші.

В даний час цим способом в РФ одержують пероксид водню в ПАТ "Хімпром" (Новоче-боксарськ).

Метод прямого синтезу з ^і O2

Перша стаття про цей метод була опублікована в 1914 році. Протягом наступних 50 років було проведено ряд досліджень, які показали, що продукт має дуже низьку концентрацію [8]. Даний метод особливо зручний для отримання пероксиду водню дома його споживання в невеликій кількості. Основна проблема реалізації цього пов'язана із забезпеченням технологічної безпеки.Суміш водню та кисню дуже вибухова [вибухонебезпечні концентрації для Н2 в О2 5-94% (об.), для Н2 у повітря 5-75%(об.). Зазвичай технології прямого синтезу проектується те щоб операції проводилися над вибухонебезпечному режимі — при низьких концентраціях водню, але за високому робочому тиску до створення достатньої концентрації водню і кисню у розчині [9]. Ці умови ставлять складні завдання щодо виготовлення обладнання.

У процесі прямого синтезу протікають реакції окислення, відновлення та розкладання [10]:

Цей процес характеризується малим споживанням енергії, низькою собівартістю, безпекою, що робить даний метод придатним для великотоннажного виробництва.

Реакція, якою йде процес отримання пероксиду водню, представлена ​​нижче [12].

З 1987 року було досягнуто суттєвого прогресу, однак жодного заводу, який працює за цим методом, досі не зареєстровано.

Метод одержання пероксиду водню із застосуванням антрахінону.

За цим методом антрахінон вступає реакцію з воднем у присутності паладієвого каталізатора для отримання антрагідрохінону. Далі антра-гідрохінон окислюється киснем в антрахінон з одночасним утворенням пероксиду водню. Пероксид водню екстрагується водою, а антра-хінон повертається на стадію гідрування [11].

© А. С. Тихонов – магістрант каф. загальної хімічної технології КНІТУ, [email protected]; Д. Н. Чепайкін – магістрант тієї ж кафедри, [email protected]; І.А. Суворова – канд. хім. наук, доцент тієї самої кафедри; В.І. Анісімова - канд. хім. наук, доцент тієї самої кафедри.

© А.С. D.N. 1 A.Суворова - Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, the same Department; V. I Anisimova - Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, the same Department.

Незважаючи на всі переваги цього методу, на сьогоднішній день на території РФ пероксид водню антрахіноновим способом не отримують.

Основним методом отримання пероксиду водню до є органічний метод. ПАТ «Хімпром» покриває 94% ринку виробництва H2O2 у Росії. Електрохімічний метод забезпечує 3% ринку. Метод прямого синтезу у РФ не знайшов застосування. Одним із перспективних напрямів цієї галузі є освоєння ан-трахінонового методу, який є основним у світовому виробництві. Використання цього методу дозволило б значно розширити експортні повноваження РФ.

Робота виконана за фінансової підтримки гранту Міносвіти РФ в рамках Держзавдання № 10.956.2017 (ПНДЛ 25.17).

1. Серишев Г.А. Хімія та технологія перекису водню. - М.: Хімія, 1987. - 260 с.

2. Т.А. Ямашева, Н.К. Романова, Н.Н Симонова, Вестн.Казан. технол. ун-ту, 4, 178-184 (2006);

3. І.М. Вахідова, І.Г. Шайхієв, Р.ЗГільманова, Р.М. Вахідов, Р.З. Мусін, Вестн.Казан.технол. ун-ту, 19, 49-51 (2013);

4. Вольнов І.І. Перекисні сполуки лужноземельних металів. М.: Наука, 1983. 135 з.

5. US Patent №1 108752, 1914.

6. Voloshin Y, Haider R., Lawal A. Catal. Today, 2007, v. 125, p. 40-47.

7. Позін М.Є. - Перекис водню та перекисні сполуки

8. Ахметов Н.С. Загальна та неорганічна хімія. - М.: Вища школа, 2001.

9 . Карапетьянц М. Х., Дракін С. І. Загальна та неорганічна хімія. - М.: Хімія, 1994.

10. Шамб У., Сеттерфілд Ч., Вентворс Р. Перекис водню. - 1958

11. Патент на винахід №: 2494960 Спосіб отримання перекису водню

12. Агабеков В. Е. Механізм рідко-фазного окислення кисневмісних сполук. Мінськ: Наука та техніка. - 1975. - 336 с.