Wasserstoffperoxid – Direktsynthese in Kohlendioxid als Reaktionsmedium im Membran – Mikroreaktor
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 ungünstig auf die Produktivität und damit auf die Herstellkosten auswirkt.
Diese Probleme können mit einem innovativen Konzept zur Reaktionsführung der Direktsynthese überwunden werden, das im Rahmen des Projektes realisiert werden soll: Durch die Mikrostrukturierung des Reaktionskanals (gute Kontrolle der Temperatur, der Verweilzeit und Unterdrückung der Totaloxidation) und die räumliche Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff soll die Sicherheit des Verfahrens verbessert werden.
Die Auswahl von Kohlendioxid als Lösungsmittel begünstigt die Löslichkeit der beiden Gase, was zu einer höheren Produktivität führen sollte. Über zwei getrennte poröse Membranen werden die beiden Reaktanden, über der Länge der Reaktionszone gleichmäßig verteilt direkt in die Reaktionskanäle zugeführt, was zu einem gut einstellbaren, über der gesamten Reaktorlänge annährend konstanten H2 /O2 -Verhältnis führen soll und dadurch eine hohe Selektivität ermöglicht.
Ließen sich die Probleme der Wasserstoffperoxid-Direktsynthese mit unserem Konzept lösen, entstünde insbesondere die Möglichkeit zum Bau kleinerer, besonders kompakter Anlagen für die vor Ort Erzeugung von Wasserstoffperoxid Lösungen für 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 Umweltgefährdung 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 trägt daher nicht zur Erhöhung der anthropogenen Kohlendioxidemission bei.
Projektdurchführung:
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 für 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
