Wasserstoffperoxid – Direktsynthese in Kohlendioxid als Reaktionsmedium im Membran – Mikroreaktor

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines kompakten, sicheren, effizienten und kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von wĂ€ssrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen. Diese basieren auf der direkten Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff in flĂŒssigem oder ĂŒberkritischem Kohlendioxid als Reaktionsmedium an Pd-TrĂ€gerkatalysatoren in einem speziellen mikrostrukturierten Membranreaktor.

Wasserstoffperoxid ist ein umweltfreundliches Oxidationsmittel mit breitem Anwendungspotenzial. Der heute dominierende industrielle Prozess zu seiner Herstellung, das Anthrachinon-Verfahren, ist jedoch wegen des hohen Energiebedarfs und der benötigten komplexen organischen Lösungsmittel weit entfernt von hoher Umweltfreundlichkeit.

Die Wasserstoffperoxid-Direktsynthese ist eine erheblich effizientere und nachhaltige Alternative, die allerdings bisher noch nicht technisch umgesetzt ist, u.a. wegen der bestehenden Explosionsgefahr und des sich daraus ergebenden Zwangs zur Inertisierung, die sich ungĂŒnstig auf die ProduktivitĂ€t und damit auf die Herstellkosten auswirkt.

Diese Probleme können mit einem innovativen Konzept zur ReaktionsfĂŒhrung der Direktsynthese ĂŒberwunden werden, das im Rahmen des Projektes realisiert werden soll: Durch die Mikrostrukturierung des Reaktionskanals (gute Kontrolle der Temperatur, der Verweilzeit und UnterdrĂŒckung der Totaloxidation) und die rĂ€umliche Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff soll die Sicherheit des Verfahrens verbessert werden.

Die Auswahl von Kohlendioxid als Lösungsmittel begĂŒnstigt die Löslichkeit der beiden Gase, was zu einer höheren ProduktivitĂ€t fĂŒhren sollte. Über zwei getrennte poröse Membranen werden die beiden Reaktanden, ĂŒber der LĂ€nge der Reaktionszone gleichmĂ€ĂŸig verteilt direkt in die ReaktionskanĂ€le zugefĂŒhrt, was zu einem gut einstellbaren, ĂŒber der gesamten ReaktorlĂ€nge annĂ€hrend konstanten H2 /O2 -VerhĂ€ltnis fĂŒhren soll und dadurch eine hohe SelektivitĂ€t ermöglicht.

Ließen sich die Probleme der Wasserstoffperoxid-Direktsynthese mit unserem Konzept lösen, entstĂŒnde insbesondere die Möglichkeit zum Bau kleinerer, besonders kompakter Anlagen fĂŒr die vor Ort Erzeugung von Wasserstoffperoxid Lösungen fĂŒr den direkten Gebrauch. Mit diesem neuen Prozessfenster ließen sich Umweltrisiken verbunden mit Transport, Lagerung und Handhabung konzentrierter Wasserstoffperoxid Lösungen vermeiden. Die Verwendung von Kohlendioxid als Lösungsmittel ist dabei eine besonders umweltfreundliche Alternative.

CO2 ist nicht toxisch, nicht brennbar, bringt keine UmweltgefĂ€hrdung mit sich und kann nach der Reaktion einfach durch Reduzierung des Druckes von den Produkten getrennt, wieder komprimiert und anschließend weiter verwendet werden. Der Einsatz von CO2 als Lösungsmittel nutzt bereits vorhandenes CO2 und trĂ€gt daher nicht zur Erhöhung der anthropogenen Kohlendioxidemission bei.

ProjektdurchfĂŒhrung:
Dr. Aneta Pashkova (Projektkoordination)
DECHEMA e.V., Karl-Winnacker-Institut

Theodor-Heuss-Allee 25
60486 Frankfurt am Main
Tel.: 069/7564-404
pashkova@dechema.de
www.dechema.de

Dipl.-Ing. Ulrich Krtschil
Institut fĂŒr Mikrotechnik Mainz GmbH

Carl-Zeiss-Str. 18 – 20
55129 Mainz
Tel. 06131/990-450
krtschil@imm-mainz.de

Dr. Dirk Kirschneck
Microinnova Engineering GmbH

Reininghausstraße 13a
A-8020 Graz/Austria
Tel.: +43 316/908606-110
dirk.kirschneck@microinnova.com

AZ 26728-31