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El proceso de antraquinona para la producción de H₂O₂

1936-01-01
  • Hans Joachim Riedl
  • Georg Pfleiderer
Instalación industrial para la producción de peróxido de hidrógeno mediante el proceso de la antraquinona.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El proceso de antraquinona, desarrollado en la década de 1930, es el proceso industrial dominante. método Para la producción de peróxido de hidrógeno, se realiza la hidrogenación de un derivado de antraquinona a antrahidroquinona, seguida de su oxidación con aire para regenerar la antraquinona original y producir peróxido de hidrógeno. El H₂O₂ se extrae con agua y se concentra, creando un ciclo continuo y eficiente.

The anthraquinone process, also known as the Riedl-Pfleiderer process, is an elegant example of a catalytic cycle. The process begins with a solution of a 2-alkylanthraquinone (e.g., 2-ethylanthraquinone) in a mixture of organic solvents. This solution is hydrogenated using a catalizador, typically palladium on a solid support. The hydrogenation reduces the quinone groups to hydroquinone groups, forming 2-alkylanthrahydroquinone. This is the reduction step. Following this, the solution is moved to an oxidizer vessel where it is bubbled with compressed air. The oxygen in the air oxidizes the anthrahydroquinone back to the original 2-alkylanthraquinone, and in the process, produces hydrogen peroxide. The overall reaction is [latex]H_2 + O_2 \rightarrow H_2O_2[/latex]. The hydrogen peroxide formed is immiscible with the organic solvent mixture and is extracted using demineralized water. The resulting aqueous solution is typically around 40% H₂O₂ by weight. This solution can then be purified and concentrated by vacuum distillation to produce various commercial grades, up to 70% or even higher for specialized applications. The organic solution containing the regenerated anthraquinone is dried and recycled back to the hydrogenation step, making the process a continuous loop. The only net inputs are hydrogen and oxygen (from air), and the only output is hydrogen peroxide (and water).

La elección del grupo alquilo y del sistema de disolventes es fundamental para la eficacia del proceso, ya que afecta a la solubilidad, la velocidad de reacción y la estabilidad de los productos intermedios. Pueden producirse algunas reacciones secundarias que lleven a la degradación de la antraquinona, lo que requiere la reposición y purificación periódicas de la solución de trabajo. A pesar de ello, el proceso es muy eficaz y escalable, por lo que sigue siendo el método estándar para la producción de H₂O₂ a granel desde hace más de 80 años.

UNESCO Nomenclature: 2208
- Química orgánica

Tipo

Proceso químico

Ruptura

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Comprensión de la química redox de la quinona/hidroquinona
  • desarrollo de técnicas de hidrogenación catalítica a escala industrial
  • advances in chemical engineering, particularly liquid-liquid extraction and distillation
  • Descubrimiento del paladio como catalizador eficaz de la hidrogenación.

Aplicaciones

  • Producción a gran escala de peróxido de hidrógeno para la industria de pulpa y papel
  • Fabricación de intermedios químicos como el óxido de propileno
  • Producción de peróxido de hidrógeno de alta pureza para la industria electrónica
  • suministro para instalaciones de tratamiento de aguas residuales

Patentes:

  • US2158525A
  • US2215883A

Ideas para posibles innovaciones

  • Generadores de peróxido descentralizados en el sitio para la purificación de agua a distancia
  • Microrreactores para el proceso de antraquinona para mejorar la seguridad y la eficiencia
  • Proceso de antraquinona alimentado con energía solar mediante división fotocatalítica del agua para obtener hidrógeno
  • sistemas integrados que utilizan el calor residual de la etapa de oxidación exotérmica para otros procesos de la planta
  • microbios modificados genéticamente que pueden realizar pasos del ciclo de la antraquinona
  • ionic liquid-based solvent systems to reduce compuesto orgánico volátil (VOC) emissions
  • new catalizadores that are more resistant to poisoning and degradation
  • Versiones electroquímicas del proceso que utilizan la electrólisis del agua para la generación de hidrógeno.
  • Sistemas de circuito cerrado para blanqueo de textiles que regeneran el peróxido in situ
  • Control de procesos inteligente mediante IA para optimizar las condiciones de reacción en tiempo real
Relacionado con: proceso de la antraquinona, química industrial, producción de peróxido de hidrógeno, Riedl-Pfleiderer, ciclo catalítico, hidrogenación, oxidación, 2-etilantraquinona, catalizador de paladio, ingeniería química.

Contexto histórico

El proceso de antraquinona para la producción de H₂O₂

1930
1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1930
1931
1932
1933
1937
1940
1947
1950

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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