本发明涉及用于在蒽醌法中制备过氧化氢的方法和氧化单元。本发明的方法和氧化单元包括用于获得热压缩的含氧气体的压缩机。热压缩的含氧气体被利用在热交换器中，以提高在用于制备过氧化氢的氧化步骤中获得的压缩的(冷)废气的温度。因此，压缩的和加热的废气可以在不形成液滴或损坏设备的情况下进入膨胀机。此外，该方法和氧化单元减少了呈电力和蒸汽形式的能量的所需量，以及蒽醌法中冷却介质的所需量。
背景技术：
1、用于在工业规模上制备过氧化氢的最多使用的方法是蒽醌法(ao法)，其通过使烷基蒽醌或烷基四氢蒽醌在与水不混溶的溶剂中的工作溶液氢化，并用含氧(o2)气体(通常用空气)对氢化的溶液进行氧化来产生过氧化氢。然后在萃取柱中用水从经氧化的工作溶液中萃取过氧化氢，并将工作溶液重新用于产生过氧化氢。此外，可以将含水过氧化氢溶液在蒸馏单元中浓缩。在ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry,onlineedition,第a18卷,第397-409页,doi 0.1002/14356007.a13_443.pub2中，尤其是第401页的图5中给出了蒽醌法的概述。
2、ao法消耗大量的用于加热的呈电力和蒸汽形式的能量，以及冷却介质。通过对在氧化步骤中获得的压缩的废气进行加热消耗了大量的能量。
3、在用压缩的含氧气体对氢化溶液进行氧化期间，氧气被部分消耗并且压缩的贫氧残余气体(压缩的废气)被冷却(“冷压缩的废气”)，以去除可冷凝物，然后通过用于最终污染物去除的吸附单元排放回大气中。为了排放压缩的废气或冷压缩的废气，必须降低压力。压缩的废气的压力通过节流(即没有能量回收)或通过膨胀机(即有能量回收)来降低。由于压缩的废气中仍存在一些可冷凝物，所述膨胀机中的温度下降可能导致液滴形成甚至冻结，这可能损坏膨胀机，也会影响下游连接的废气净化。
4、为了防止这个问题，需要通过蒸汽加热来提高压缩的废气的温度，以便在膨胀过程期间安全地避免温度接近或低于露点/冰点。这样的蒸汽加热表示高的能量消耗并且成本很高。
5、ao法的主要耗电设备是空气压缩机，而空气压缩机又是大型冷却介质消耗设备，因为当含氧气体被压缩到该方法的氧化单元中所需的较高压力水平时，必须从含氧气体中去除热。氧化所需的含氧气体(压缩的含氧气体)的压力应为3至5巴(以完全真空为零基准)。因此，大量的能量通过例如冷却塔被处理，而没有进一步使用。
6、因此，应提供减少呈电力和蒸汽形式的能量以及冷却介质的所需量的用于ao法的方法以及氧化单元。
7、us 4,485,084公开了用于从ao法中的废气中回收溶剂的方法。期望废气膨胀，使得废气冷却至低于溶剂的露点，从而回收溶剂。us 4,485,084提出在膨胀前对废气进行冷却或加热，使膨胀后的所得温度为10℃或更低。可以提高温度以允许从膨胀步骤最大限度地回收机械能。用于对废气进行加热的能量可以由废热源供应。然而，不建议在膨胀步骤之前通过使用热和用于氧化步骤的压缩的含氧气体来提高压缩的废气的温度。特别地，用热压缩的含氧气体对废气进行加热防止膨胀机中液滴的形成，因为热压缩的废气能够提供足够的能量，使得废气的温度高于压缩的废气中存在的溶剂的露点。因此，us 4,485,084教导远离了本发明。此外，由于进行氧化的热压缩的含氧气体总是以恒定的比率可用于对源自所述热压缩的含氧气体的(冷)压缩的废气进行加热，因此获得了连续且通用的方法。
8、因此，现在在本发明中发现，热压缩的含氧气体可以被用作热源，用于在压缩的(冷)废气进入膨胀机之前将其温度提高到预期水平。为此，将热压缩的含氧气体和压缩的(冷)废气供给到热交换器中，其中热压缩的含氧气体随着压缩的(冷)废气的温度的升高而降低。这种热交换大大减少了用于对压缩的(冷)废气进行加热所需的蒸汽输入，即提高能量效率，和用于对热压缩的含氧气体进行冷却所需的冷却水量。因此，可以通过膨胀机以提高的能量效率从压缩的(冷)废气中回收能量，并安全地避免膨胀机因液滴或冷冻晶体而损坏的风险。此外，由于压缩的(冷)废气总是与热压缩的含氧气体同时可用，因此本质上赋予了操作灵活性。此外，该方法不会对ao法中过氧化氢的制备产生负面影响。
技术实现思路
1、特别地，上述目的可以通过用于在制备过氧化氢的蒽醌法中对包含烷基蒽氢醌和/或烷基四氢蒽氢醌的氢化的工作溶液(110)进行氧化的方法(200)来实现，优选在氧化单元(100a-d)(图1)或根据本发明的设施中进行，所述方法包括以下步骤：(a)提供在包括以下的步骤之后获得的压缩的含氧气体(143，145，146)：(i)在第一压缩机(120)中对第一含氧气体(126)如空气或富氧空气进行压缩(211)，从而提高压力和温度，以获得第一热压缩的含氧气体(142)，如第一热压缩的空气或第一热压缩的富氧空气，以及(ii)使在步骤(a)(i)中获得的所述第一热压缩的含氧气体(142)进入(212)第一热交换器(150)，从而降低温度以获得第一压缩的含氧气体(143)，如第一压缩的空气或第一压缩的富氧空气，(b)用在步骤(a)中获得的所述压缩的含氧气体(143，145，146)对包含烷基蒽氢醌和烷基四氢蒽氢醌的氢化的工作溶液(110)进行氧化(213)，从而获得包含过氧化氢和烷基蒽醌和/或烷基四氢蒽醌的氧化的工作溶液(112)，和源自所述压缩的含氧气体(143，145，146)的压缩的废气(148)，以及(c)提供(216)在包括以下的步骤之后获得的废气(154b、155b)：(i)使在步骤(b)中获得的所述压缩的废气(148)进入(214)在步骤(a)(ii)中提及的所述热交换器(150)，所述第一热压缩的含氧气体(142)进入所述热交换器(150)，从而获得第一热压缩的废气(154a)，以及(ii)在第一膨胀机(152)中使所述第一热压缩的废气(154a)膨胀(215)，从而降低压力和温度，以获得第一废气(154b)。
2、上述氧化方法(200)也用在用于制备过氧化氢的方法中，优选在根据本发明的氧化单元(100a-d)或设施中进行，所述方法包括以下步骤：(a)对工作溶液进行氢化，所述工作溶液包含烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或两者，在氢化器中使所述工作溶液与压缩氢接触，以提供包含烷基蒽氢醌、烷基四氢蒽氢醌或两者的氢化的工作溶液，(b)对在根据本发明方法的步骤a)中获得的所述氢化的工作溶液进行氧化，以提供包含过氧化氢和烷基蒽醌、烷基四氢蒽醌或两者的氧化的工作溶液，(c)从在步骤b)中获得的氧化的工作溶液(112)中萃取过氧化氢，以提供含水过氧化氢萃取物，以及(d)在包括蒸发器和蒸馏柱的至少一个蒸馏单元中对在步骤c)中获得的含水过氧化氢萃取物进行浓缩，所述蒸馏柱接收来自所述蒸发器的蒸汽，以提供浓缩的含水过氧化氢溶液。
3、本发明还涉及一种用于在制备过氧化氢的蒽醌法中对包含烷基蒽氢醌和/或烷基四氢蒽氢醌的氢化的工作溶液(110)进行氧化的氧化单元(100a-d)，优选使用根据本发明的方法，所述氧化单元包括：(a)第一压缩机(120)，其用于提高第一含氧气体(126)如空气或富氧空气的压力和温度，以获得第一热压缩的含氧气体(142)，如第一热压缩的空气或第一热压缩的富氧空气，(b)第一热交换器(150)，(a)该第一热交换器(150)用于降低所述第一热压缩的含氧气体(142)如第一热压缩的空气或第一热压缩的富氧空气的温度，以获得第一压缩的含氧气体(143)，如第一压缩的空气或第一压缩的富氧空气，以及(b)该第一热交换器(150)用于提高压缩的废气(148)的温度，以获得第一热压缩的废气(154a)，(c)氧化器(111)，其用所述压缩的含氧气体(143，145，146)如所述第一压缩的含氧气体(143)或所述第二压缩的含氧气体(145)对包含烷基蒽氢醌和/或烷基四氢蒽氢醌的氢化的工作溶液(110)进行氧化(111)，从而获得包含过氧化氢和烷基蒽醌和/或烷基四氢蒽醌的氧化的工作溶液(112)，和源自所述压缩的含氧气体(143，145，146)的压缩的废气(148)，以及(d)第一膨胀机(152)，其用于使由所述第一热交换器(150)提供的所述第一热压缩的废气(154a)膨胀，以获得第一废气(154b)。
4、上述氧化单元(100a-d)也用在用于通过蒽醌法制备浓缩的过氧化氢溶液的设施中，优选使用根据本发明的方法，所述设施包括：(a)氢化器，用于对工作溶液进行氢化，以提供氢化的工作溶液，(b)氧化器(111)，在根据本发明的氧化单元(100a-d)中，用于用压缩的含氧气体(143，145，146)对所述氢化的工作溶液进行氧化，以提供包含过氧化氢的氧化的工作溶液(112)，(c)液-液萃取柱，用于对所述包含过氧化氢的氧化的工作溶液(112)进行萃取，以提供含水过氧化氢，以及(d)蒸馏单元，用于对所述含水过氧化氢进行浓缩，以提供浓缩的过氧化氢溶液。
5、此外，本发明涉及至少一个热交换器(150，151)在用于制备过氧化氢的蒽醌法或设施中的用途，其用于提高压缩的废气(148)的温度，以及用于降低第一热压缩的含氧气体和/或第二热压缩的含氧气体(142，144)的温度。此外，将至少一个膨胀机(152，153)在制备过氧化氢的蒽醌法或设施中用于第一热压缩的废气和/或第二热压缩的废气(154a，155a)，以驱动用于第一含氧气体、第二含氧气体(126，127)和/或第一压缩的含氧气体(143)的至少一个压缩机(120，128)。特别优选的是，用于第一热压缩的废气和/或第二热压缩的废气(154a，155a)的至少一个膨胀机是透平膨胀机(expander turbine)。
6、在以下描述、方面和图中更详细地描述了本发明的这些和其他任选存在的特征和优点。
1.用于在制备过氧化氢的蒽醌法中对包含烷基蒽氢醌和/或烷基四氢蒽氢醌的氢化的工作溶液(110)进行氧化的方法(200)，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)还包括在步骤(ii)之后的步骤(iii)，在第二压缩机(128)中对在步骤(a)(ii)中获得的所述第一压缩的含氧气体(143)进行压缩(223)，从而提高压力和温度，以获得第二热压缩的含氧气体(144)，如第二热压缩的空气或第二热压缩的富氧空气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(c)还包括在步骤(ii)之后以及任选地在步骤(iii)之后或者在步骤(i)之前的步骤(iv)，在第二膨胀机(153)中使在步骤(c)(ii)中获得的所述第一废气(154b)或在步骤(c)(iii)中获得的所述第二热压缩的废气(155a)膨胀(222)，从而降低压力和温度，以获得第二废气(155b)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述步骤(a)(i)还包括在并联压缩机(121)中对第二含氧气体(127)如空气或富氧空气进行压缩，从而提高压力和温度，以获得第一热压缩的含氧气体(142)，如第一热压缩的空气或第一热压缩的富氧空气，其中使从所述第一压缩机和所述并联压缩机(120，121)获得的所述第一热压缩的含氧气体(142)进入根据步骤(a)(ii)的所述第一热交换器(150)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一膨胀机(152)驱动所述第一压缩机(120)，优选地驱动至少一个与所述压缩机(120)连接的旋转设备(160)，和/或其中所述第二膨胀机(153)驱动所述第二压缩机(128)，优选地驱动至少一个与所述第二压缩机(128)连接的旋转设备(166)。
7.用于制备过氧化氢的方法，其包括以下步骤
8.用于在制备过氧化氢的蒽醌法中对包含烷基蒽氢醌和/或烷基四氢蒽氢醌的氢化的工作溶液(110)进行氧化的氧化单元(100a-d)，所述氧化单元包括：
9.根据权利要求8所述的氧化单元(100a-d)，其还包括第二压缩机(128)，该第二压缩机(128)用于提高所述第一压缩的含氧气体(143)的压力和温度，以获得第二热压缩的含氧气体(144)，如第二热压缩的空气或第二热压缩的富氧空气。
10.根据权利要求8或9所述的氧化单元(100a-d)，其还包括第二热交换器(151)，(a)该第二热交换器(151)用于降低所述第一压缩的含氧气体(143)或所述第二热压缩的含氧气体(144)的温度，以获得第二压缩的含氧气体(145)，如第二压缩的空气或第二压缩的富氧空气，以及(b)该第二热交换器(151)用于提高第一废气(154b)的温度，以获得第二热压缩的废气(155a)，或者用于提高在离开第一热交换器(150)之后的所述压缩的废气的温度，以获得第一热压缩的废气(154a)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的氧化单元(100a-d)，其还包括第二膨胀机(153)，该第二膨胀机(153)用于降低第一废气(154b)或第二热压缩的废气(155a)的温度和压力，以获得第二废气(155b)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的氧化单元(100a-d)，其中所述第一膨胀机(152)驱动所述第一压缩机(120)，优选地驱动至少一个与所述压缩机(120)连接的旋转设备(160)，和/或其中所述第二膨胀机(153)驱动所述第二压缩机(128)，优选地驱动至少一个与所述第二压缩机(128)连接的旋转设备(166)。
13.用于通过蒽醌法制备浓缩的过氧化氢溶液的设施，其包括：
14.至少一个热交换器(150，151)在用于制备过氧化氢的蒽醌法或设施中的用途，该至少一个热交换器(150，151)用于提高源自压缩的含氧气体(143，145，146)的压缩的废气(148)的温度，以及用于降低第一热压缩的含氧气体和/或第二热压缩的含氧气体(142，144)的温度。
15.至少一个膨胀机(152，153)在用于制备过氧化氢的蒽醌法或设施中的用途，该至少一个膨胀机(152，153)用于第一热压缩的废气和/或第二热压缩的废气(154a，155a)，以驱动用于第一含氧气体、第二含氧气体(126，127)和/或第一压缩的含氧气体(143)的至少一个压缩机(120，128)。
