Safety study of hydrogen peroxide direct synthesis

Abstract

Kandidaatintyön johdantokappaleessa esitellään vetyperoksidi ja mihin sitä käytetään teollisuudessa. Työssä vertaillaan antrakinoniprosessia ja suoraa prosessia sekä selvitetään nykyisin enemmän vetyperoksidituotantoon käytetyn antrakinoniprosessin ongelmakohdat ja osoitetaan, miksi suora synteesi vetyperoksidin tuotannossa olisi parempi vaihtoehto. Kandidaatintyön käsittelee suurilta osin turvallisuusongelmia, joita esiintyy suoran synteesin yhteydessä. Kirjallisuudesta on etsitty ratkaisuja näihin ongelmiin, kuten membraaniprosessin käyttöä räjähdysvaaran välttämiseksi. Pienemmän reaktorin eli ns. mikroreaktorin käyttö tuo mukanaan monia etuja vetyperoksidin tuotantoon. Tällöin prosessi on turvallisempi ja sitä on helpompi hallita. Mikroreaktorissa voidaan käyttää korkeampia lämpötiloja ja paineita kuin makroreaktorilla ilman, että räjähdysvaara prosessissa kasvaisi. Mikroreaktorin sisällä olevat mikrokanavat luovat turvallisen ympäristön synteesille. Aspen plus – simulointiohjelmalla mallinnettiin ja simulointiin suoran prosessin kriittisiä virtoja mikroreaktorissa. Tarkoituksena oli löytää virrat, joissa kulkee mahdollisesti räjähtävä kaasuseos. Kaasumaiset prosessivirrat ovat kriittisimmät vetyperoksidin suorassa synteesissä, koska ne aiheuttavat todennäköisemmin räjähdyksen kuin nestemäiset prosessivirrat. Kaikkein eniten prosessiturvallisuutta uhkaavat ainevirrat ennen ja jälkeen mikroreaktoria.

At the beginning of this bachelor thesis, it shortly presents hydrogen peroxide and its industrial applications. The main differences between direct synthesis and anthraquinone auto-oxidation process and the problems in currently used process to produce hydrogen peroxide are discussed, indicating that direct synthesis is more suitable. Current safety challenges in the direct synthesis and the solutions for them are the main discussion topic in the thesis. Solutions for safer process might be, for example, using membrane process. Microreactor technology has advantages for hydrogen peroxide production. Use of this kind of technology makes the process safer and easier to be handled. Higher temperature and pressure can be used comparing to macroreactor. The risks of explosion are also minimized. Therefore, microreactors enable a safe environment for synthesis. Aspen plus simulation program was used to model and simulate critical streams in the direct synthesis process in a microreactor. The purpose was to determine the critical streams which may consist of explosive gas mixture. Critical streams are those that are in gas phase, before and after the reactor. They have higher tendency to cause explosions than the streams in liquid phase.