过氧化氢的原位生成制造技术

公开了用于制备过氧化氢的设备（１０）。所述设备利用水的电解按需制备过氧化氢，其中在电解槽（１４）中将氢气和氧气混合，所述在水中的氢气和氧气混合物在反应器（１６）中反应而制备过氧化氢。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景[0001]本专利技术涉及用于从装置用水直接制备过氧化氢的设备和方法。[0002]目前最广泛采用的过氧化氢工业规模生产方法是采用烷基蒽醌作为工作物质，使氢气和氧气间接反应。在第一催化加氢步骤中，溶解于工作溶液中的烷基蒽醌转化成烷基蒽氢醌，所述工作溶液包含有机溶剂，例如二异丁基甲醇和甲基萘。在独立的自动氧化步骤中，将该还原化合物氧化以使烷基蒽醌再生并产生过氧化氢。接着通过水萃取分离、精炼和浓缩工序等后道工序得到商业级产物。[0003]总之，这种将载体介质还原并随后氧化的H2O2间接制备路线增加了复杂性并需要高的安装和运行成本。一个显著缺点是烷基蒽醌在用于分离过氧化氢产物的水萃取介质中具有相当高的溶解性。这增加了工作溶液的损失并导致过氧化氢产物被有机类物质污染，从而当将过氧化氢浓缩到适合运输的水平时，与其起反应。第二个问题涉及水萃取溶液在烷基蒽醌工作溶液中的溶解性。当将湿工作溶液与水相分离以循环到间接氧化步骤时，有机溶液内的残余水相“囊”为过氧化氢产物提供区域而浓缩至一定程度，因而变成有害的。第三个问题涉及当需要少量过氧化氢而含水流中无有机污染时有机化合物的使用和回收。[0004]比烷基蒽醌路线更简单和经济的是从气态氢气和氧气原料流直接合成过氧化氢。这种方法已在US 4,832,938B1和其它文献中公开，但是产业化上的尝试已经导致发生了由于这种方法本身固有的爆炸风险所造成的工业事故。也就是说，常温和常压下氧气-氢气气-->态混合物中氢气的爆炸性浓度为4.7-93.9％体积。因此，该范围非常宽。[0005]还已知的是用惰性气体如氮气稀释气态混合物几乎不改变这两种气体在无惰性气体的情况下的下限浓度。已知在正常压力波动(1-200大气压)和温度波动(0-100℃)范围内，爆炸范围发生很小变化。此外，即使当以均匀条件下不属于可燃范围的比例将这些反应物放在一起，纯组分均匀性的形成必然会至少暂时落入可燃范围。由于这些原因，不易减轻与氢气和氧气的直接接触相关的爆炸风险。[0006]在使氢气和氧气直接接触的领域中，也曾尝试使反应在液相中发生。例如US 5,925,588B1公开了具有改进的疏水/亲水载体以在含水液相中具有最佳性能的催化剂的用途。同样，US 6,042,804B1公开了将氢气和氧气的微气泡分散到包含催化剂的快速流动酸性含水液体介质中。然而，不巧的是，氢气和氧气反应物仅稍微溶解于这些参考文献中公开的含水反应溶剂中。[0007]其它参考文献，即US 4,336,240B1和US 4,347,231B1公开了均相催化剂溶解于有机相中的两相反应体系。如这两篇参考文献的前者中提到的，均相催化剂体系通常具有不利于其工业应用的缺点。不利特征包括反应条件下的催化剂稳定性差、反应介质中催化剂溶解性有限和生产过氧化氢的反应速率低。此外，两相液体反应体系上方的含气态H2/O2的环境保持了溶解于液相中的这些反应物的平衡浓度。因此，反应液体上方的这种气态气氛必须在可燃范围外，因此极大地限制了液相中可能的反应物摩尔比的范围。[0008]能够方便地按需制备过氧化氢而不需额外化学品且不产生废物流的设备和方法将是有用的。专利技术概述[0009]本专利技术用于在装置用溶液中制备过氧化氢。本专利技术包括具有-->水入口和过氧化氢出口的箱体。电解槽位于所述箱体内并靠近所述水入口。本专利技术还包括位于所述箱体内并在电解槽和过氧化氢出口之间的反应器。本专利技术按需生产过氧化氢并消除了储存或直接处理过氧化氢的需要。[0010]本专利技术一个供选实施方案还包括将氧气输送到反应器的氧气入口。所述氧气入口优选位于电解槽和反应器之间。[0011]一个实施方案中，电解槽包括被间隔物分开的多个电极，其中所述电极被不到400微米且优选约200微米的间隙分开。本专利技术还包括反应器，其中所述反应器包括用于使氢气和氧气在液相中反应生成过氧化氢水溶液的在载体上的合适催化剂。[0012]本专利技术另一实施方案包括具有入口和出口的箱体。本专利技术包括靠近所述入口、用于分解通过所述入口的一部分水的电解槽。所述电解槽包括多个电极，所述电极具一定取向以允许进入所述箱体的水自由流过所述电极。本专利技术包括由在载体上的催化剂组成的反应器，其中所述催化剂选自铂、钯、钌、铑、铱、锇和金。本专利技术还包括当需要过氧化氢时提供电解槽电能的控制系统。[0013]通过对本专利技术作出详细描述后，本专利技术的其它目的、优点和应用将变得明显。附图简述[0014]本说明书参考附图，其中相同部分遍及所述几个图中且其中：[0015]图1为本专利技术简图；[0016]图2为专利技术总构思的总示意图；[0017]图3为本专利技术的电极排列；[0018]图4为电解槽电极的简图；[0019]图5为优选结构中的电极排列；[0020]图6为用于电解槽中的电极的设计；和[0021]图7为包括电极和催化剂区的板结构。-->专利技术详述[0022]漂白剂具有许多应用，例如除去衣服或水槽的污斑和用于消毒。通常，漂白剂在个人住房等环境中的使用需要：购买漂白剂；必须储存在容器中；用户必须注意手边可用的量。漂白剂还可用于消毒，如定期采用漂白剂进行垃圾处理。在垃圾处理中的使用可除去来源于垃圾处理增加的产生讨厌气味的细菌。一种这样的漂白剂为过氧化氢。然而，过氧化氢需要储存在合适容器中以防UV光破坏，如采用褐色塑料容器。过氧化氢还会随时间降解，如果搁置太长时间会导致溶液失效。[0023]本专利技术以在线的形式或以作为常规水流的平行流的形式生产过氧化氢水溶液。所述溶液按需生产而不需在附着到水管时添加化学品。本专利技术包括用于分解来自水线的水的电解槽。将产自电解槽的气体(氢气和氧气)导入与电解槽流体连接的反应器，其中水流过合适催化剂以将氢气氧化成过氧化氢。图1为本专利技术简图。本专利技术自给式过氧化氢装置10包括箱体12、电解槽14和过氧化氢反应器16。过氧化氢装置10具有水入口20和过氧化氢溶液出口22。电解槽14位于箱体12内并靠近水入口20。过氧化氢反应器16位于箱体12内并在电解槽14和出口22之间。电解槽14包括至少两个电极18，如图3中所示。将电极18定向以促进水流过电极18。电解槽14将水分解成氢气和氧气。氢气和氧气流过反应器16。优选氢气和氧气溶解于流过电极18的水中且所述水流过反应器16。氢气和氧气在用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于原位制备过氧化氢的设备，所述设备包括：　具有让水进入的水入口（２０）和过氧化氢出口（２２）的箱体；　位于所述箱体内并与所述水入口（２０）流体相通以产生氢气和氧气的电解槽（１４），其中所述电解槽（１４）包括被间隔物（４４）分开 的多个电极（１８），其中所述间隔物形成沿着电极长度的通道且所述间隔物将电极分开以形成１００微米至４５０微米的间隙；和　位于所述箱体内和电解槽（１４）和出口（２２）之间、用于制备过氧化氢的反应器（１６），其中水在水入口（２０）中流动，通 过所述电解槽到达所述反应器并从出口排出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-25 11/440,8831.用于原位制备过氧化氢的设备，所述设备包括：
具有让水进入的水入口(20)和过氧化氢出口(22)的箱体；
位于所述箱体内并与所述水入口(20)流体相通以产生氢气和
氧气的电解槽(14)，其中所述电解槽(14)包括被间隔物(44)分开的
多个电极(18)，其中所述间隔物形成沿着电极长度的通道且所述
间隔物将电极分开以形成100微米至450微米的间隙；和
位于所述箱体内和电解槽(14)和出口(22)之间、用于制备过
氧化氢的反应器(16)，其中水在水入口(20)中流动，通过所述电解
槽到达所述反应器并从出口排出。
2.权利要求1的设备，所述设备还包括位于电解槽(14)和反应器
(16)之间的氧气入口。
3.权利要求2的设备，所述设备还包括与所述氧气入口流体相
通的鼓泡器，以将氧气分散于从电解槽(14)流到反应器(16)的水中。
4.权利要求1-3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：KM范登布谢，JT科拉迪，AR奥罗斯卡，GP托勒，RM皮特曼，
申请(专利权)人：环球油品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]