Công nghệ sản xuất Hydrogen peroxid (H202) theo phương pháp anthraquinol xúc tác paladi

Công nghệ Sản xuất Hydrogen Peroxide (H2O2) theo phương pháp anthraquinol xúc tác paladi

Hydrogen peroxid là chất lỏng, trong suốt, không màu, có tính ôxy hoá mạnh, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: Công nghiệp sản xuất giấy, dệt, ytế, thực phẩm, tẩy rửa, xử lý rác thải, xử lý nước... Sản xuất H2O2 theo phương pháp điện phân axit H2SO4 hay từ peoxit Bari nay ít dùng trong công nghiệp, do chi phí điện năng và nguyên liệu cao. Hiện nay, quy mô sản xuất công nghiệp H2O2 trên thế giới chủ yếu theo công nghệ ôxy hoá Anthraquinol (AO) xúc tác paladi, đây là công nghệ tiên tiến, nguyên liệu chủ yếu là khí hydro.

                         

(Dây chuyền sản xuất Oxy già của Công ty Cổ phần Hóa Chất Hưng Phát)

Công nghệ này cũng có 2 phương pháp:

-      Phương pháp Hyđrô hoá xúc tác tầng cố định

-      Phương pháp Hydro hóa xúc tác tầng sôi, trên cơ sở cùng một cơ chế phản ứng.

Phương pháp Hyđrô hoá xúc tác tầng sôi có nhược điểm là phức tạp về thiết bị, tiêu tốn nhiều năng lượng, đặc biệt là nguy cơ cháy nổ cao. Thực tế cho thấy, đã có không ít sự cố cháy nổ nghiêm trọng đối với nhà máy sử dụng công nghệ xúc tác tầng sôi tại các nhà máy của Anh, CHLB Đức, Pháp. Cũng trong thời gian này, không hề có sự cố cháy, nổ nào xảy ra đối với các nhà máy đi theo phương pháp xúc tác tầng cố định trên toàn thế giới. Bài viết này, chỉ giới thiệu nguyên lý sản xuất H2O2 theo phương pháp xúc tác tầng cố định, được tổng hợp từ tài liệu ‘Sản xuất Hydrogen peroxid theo phương pháp anthraquinol xúc tác paladi’ của Viện Nghiên cứu công nghiệp hoá chất Liming, Trung Quốc.

Nguyên lý sản xuất theo công nghệ này gồm những công đoạn chính sau đây:

1. Công đoạn Hydro hoá.

Dịch công tác gồm: Anthraquinone (thường sử dụng 2 - Ethyl anthraquinone) vai trò làm chất mang, các chất thơm nặng và Tri-izo octyl phosphate (TOP) làm dung môi cho phản ứng, được đưa từ công đoạn chuẩn bị dịch công tác, cùng với khí hyđrô được đưa vào tháp hyđrô hoá. Trong điều kiện có áp lực, nhiệt độ và có mặt chất xúc tác paladi, anthraquinone của dịch công tác sẽ phản ứng với hyđrô tạo thành anthraquinol tương ứng:

                                                            Q + H2 => H2Q

Dịch công tác sau hyđrô hoá được đưa sang tháp phản ứng ôxy hoá.

2. Công đoạn ôxy hoá.

Dịch công tác ra tháp hiđrô hóa được đưa sang tháp ôxy hóa. Tại đây anthraquinol phản ứng với ôxy, tạo ra H2O2 đồng thời anthraquinone được hoàn nguyên trở lại:

                                                   H2Q + O2 => H2O2 + Q

                                      

Hỗn hợp dịch ra tháp ôxy hóa được đưa sang công đoạn chiết suất và tinh lọc sản phẩm H2O2 .

3. Công đoạn chiết suất và tinh lọc.

Sản phẩm H2O2 có trong dịch công tác sau khi ra tháp ôxy hoá được chiết suất bằng nước khử khoáng trong tháp chiết kiểu đĩa lỗ. Quá trình được thực hiện như sau:

Dịch công tác ra tháp ôxy hoá đi vào đáy tháp chiết, nước khử khoáng đi vào từ đỉnh tháp, ngược chiều với dịch công tác. Do H2O2 tan hoàn toàn trong nước, nên khi tiếp xúc với nước khử khoáng, toàn bộ H2O2 trong dịch công tác hoà tan vào trong nước khử khoáng và theo nước khử khoáng ra đáy tháp. Dung dịch H2O2 sau khi ra khỏi tháp chiết, được đưa sang tháp tinh lọc để tách triệt để các các tạp chất mang theo như: Chất thơm nặng, Tri-izo octyl (TOP)...  thu được sản phẩm H2O2 có nồng độ 27,5%.

Dịch công tác sau khi chiết suất hết H2O2 đi ra từ đỉnh tháp chiết đi vào đáy tháp xử lý bằng dung dịch kiềm. Tại đây dịch công tác tiếp xúc với dung dịch kiềm đặc (đi vào từ đỉnh tháp) để tách nước, rồi được đưa trở lại công đoạn hyđrô hoá. Dung dịch kiềm ra tháp được đưa sang thiết bị phân ly để tách các tạp chất, sau đó được cô đặc để tái sử dụng.

4. Công đoạn cô đặc dung dịch H2O2.

Sau công đoạn chiết suất, tinh lọc, ta thu được dung dịch H2O2 có nồng độ khoảng 27,5%. Với nồng độ này có thể trực tiếp đưa đi tiêu thụ trên thị trường. Tuy nhiên, để có nồng độ H2O2 cao hơn thì cần phải cô đặc.

Dung dịch H2O2 loãng từ thùng chứa qua bơm; lọc; gia nhiệt rồi vào thiết bị bốc hơi kiểu tháp đệm. Do H2O và H2O2 khác nhau về nhiệt độ sôi nên tách được nước và thu được sản phẩm có nồng độ theo ý muốn (Sản phẩm sau khi cô đặc có thể đạt được nồng độ 35%; 50%; 70%). Quá trình cô đặc được thực hiện ở điều kiện chân không.

5. Công đoạn chuẩn bị dịch công tác.

Dịch công tác được chuẩn bị bằng cách trộn các chất: Chất thơm, Tri-izo octyl phosphate và anthraquinone đã được đong đếm chính xác theo tỷ lệ nhất định. (Các hợp chất thơm trước khi pha vào dung dịch công tác được chưng trong điều kiện chân không). Dịch công tác sau khi pha chế được rửa sạch bằng nước khử khoáng và xử lý bằng H2O2 để khử sạch tạp chất, đảm bảo độ tinh khiết phục vụ cho công đoạn hyđrô hoá.

Mức độ nguy hiểm của dung dịch H2O2

Tên thành phần	Số CAS	Công thức hóa học	Hàm lượng % theo trọng lượng
Hydrogen peroxide	7722-84-1	H2O2	35%

Nhận dạng đặc tính nguy hiểm dung dịch Hydrogen peroxide.

1.      Loại nguy hiểm:

Là chất oxy hóa mạnh, chất ăn mòn, gây kích ứng da mãnh liệt.

2.      Cảnh báo nguy hiểm.

-         Hydrogen peroxide là chất oxy hóa mạnh có thể gây nổ. Bản thân H2O2 không cháy, nhưng có thể phản ứng với chất có thể gây cháy giải phóng một nhiệt lượng lớn và oxy từ đó dẫn đến bắt lửa và cháy nổ.

-         Dung dịch  Hydrogen peroxide ổn định ở PH 3,5 – 4,5.

-         Trong môi trường kiềm, H2O2 bị phân giải mãnh liệt.

-       Gặp ánh sáng mạnh, sóng ngắn cũng có khả năng phân giải. Gia nhiệt đến 100oC trở nên bắt đầu phân giải mạnh.

-         H2O2 khi tiếp xúc với các chất vô cơ, tạp chất (bụi đất, tàn thuốc, than bộ, gỉ sắt)…, các kim loại nặng(như Fe, Cu, Ag, Pb, Hg, Zn, Co, Ni, Cr, Mn…) cùng các chất oxy hóa và muối của chúng đều là chất xúc tác hoạt tính, có khả năng làm nó phân giải nhanh chóng, giải phóng một lượng nhiệt lớn, oxy và hơi nước dẫn đến gây nổ.

-         H2O2 có thể hình thành hỗn hợp nổ với nhiều chất hữu cơ như đường, tinh bột, rượu, sản phẩm dầu mỏ….

-         Dưới tác dụng của va chạm, nhiệt độ cao và tác động của tia lửa có thể sinh ra nổ.

-         H2O2 ảnh hưởng đến sức khỏe con người:

Hít phải hơi hoặc mùi của sản phẩm này sẽ tạo kích thích mãnh liệt đối với đường hô hấp.

Mắt tiếp xúc trực tiếp với dung dịch H2O2 có thể tạo tổn thương không thể khôi phục, thậm chí mù.

Uống vào dung dịch H2O2 gây buồn nôn, đau bụng, khó thở….

3.      Các triệu chứng khi tiếp xúc với H2O2.

Đường mắt: Dung dịch H2O2 tiếp xúc với mắt, gây các vết thương nghiêm trọng, thậm chí gây mù.

Đường thở: Hít phải H2O2 gây kích thích mạnh cho đường hô hấp.

Đường da: Dung dịch H2O2 gây kích thích và có thể gây bỏng nhiệt và bỏng hóa học trên da. Khi tiếp xúc trực tiếp với dung dịch H2O2 gây khó chịu, rộp da, thậm chí làm trắng da. Do đó phải rửa da với nước ngay lập tức.

Đường tiêu hóa: Uống dung dịch H2O2 gây trúng độc, đau bụng, khó thở, buồn nôn, trở ngại về cảm giác, thân nhiệt cao.

4.      Bảo quản dung dịch H2O2.

Dung dịch H2O2 được tồn trữ trong thùng polyethylene mật độ cao (HDPE) hoặc sử dụng thép không gỉ 316L đã xử lý trơ hóa.

Bồn Composite (bồn FRP) chứa H2O2 (do Công ty Cổ phần khí Công nghiệp

 Long Biên cung cấp)của công ty giấy Bãi Bằng

(Quy cách can chứa H2O2 30kg 35%)

Bảo quản H2O2 ở nơi râm mát, thông gió toàn diện, cách xa nguồn lửa, nguồn nhiệt, những chất gây cháy, chất khử, bột kim loại hoạt tính.

Nhiệt độ nhà kho không được vượt quá 30oC

Quá trình vận chuyển H2O2 tránh ánh sáng mặt trời chiếu vào và nguồn nhiệt, không được vận chuyển với chất khử, chất dễ cháy.

                        Nếu nứt vỡ vỏ bình hoặc rò rỉ cần một lượng lớn nước để xối rửa