JP2010521398A - 自動酸化ｈ２ｏ２製造における水性過酸化水素の回収 - Google Patents

Abstract

約５ミクロンから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する長いチャンネルをもつ装置中で自動酸化プロセス例えばアントラキノン自動酸化におけるＨ_２Ｏ_２含有有機溶液と水性抽出媒体とを接触させて有機溶液から水性媒体への過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次にＨ_２Ｏ_２の減少した有機溶液から抽出された過酸化水素を含む水性媒体を分離してＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得る自動酸化プロセスで生成された過酸化水素を回収する方法であって、抽出による物質移動で従来のシーブトレーカラムよりも能率的であり、しかもこのようなカラムよりもコストが低い抽出装置において、過酸化水素含有有機溶液から水性過酸化水素の液体−液体抽出を行う改善された方法の提供。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動酸化プロセスにおいて過酸化水素を回収する改善された方法に関する。より詳細には、本発明は、Ｈ_２Ｏ_２アントラキノン自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有作動溶液から過酸化水素の水性液体−液体抽出に関する能率的な方法に関する。

過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）は、多様な応用性のある使い道の多い役に立つ化学品である。過酸化水素の応用は、その強い酸化剤の性質を利用するものであり、パルプ／紙の漂白、廃水処理、化学合成、繊維の漂白、金属加工、マイクロエレクトロニックスの生産、食品の包装、ヘルスケアおよび化粧品の応用を含む。米国における年間のＨ_２Ｏ_２の生産量は、１７億ポンドに上り、それは年間５９億ポンドの全世界の生産量の約３０％に相当する。過酸化水素に関する全世界の市場は、毎年約３％で確実に成長するものと予想される。

過酸化水素は、種々の化学プロセスにより商業ベースで製造されている。これらの化学プロセスの中で最も顕著なものは、溶媒含有「作動（ｗｏｒｋｉｎｇ）溶液」に通常含まれる「作動化合物」または「作動反応物」または「反応性化合物」の自動酸化（ＡＯ）における水素および酸素からの過酸化水素の製造を含む。過酸化水素の商業ベースのＡＯ製造は、循環プロセスおよび非循環プロセスの両者において作動化合物を利用してきた。

過酸化水素の製造に関する循環ＡＯプロセスにおいて、作動溶液中の作動化合物は、先ず、典型的な例では触媒例えばパラジウムまたはニッケルの存在下、水素気体により水素化される。水素化された作動溶液は、次に過酸化水素の形成を生ずる自動酸化反応において、空気または酸素または酸素の豊富な気体を用いて、酸化工程に送られる。得られる過酸化水素は、自動酸化された有機溶液中に溶解されたままであり、比較的希薄な濃度例えば少なくとも約０．３重量％Ｈ_２Ｏ_２で存在する。

ほとんどの最近の大規模な過酸化水素製造プロセスは、アントラキノンＡＯプロセスに基づくものであり、その場合、過酸化水素はアントラキノン誘導体の循環還元次いで自動酸化により形成される。過酸化水素製造のためのアントラキノン自動酸化プロセスは、周知であり、ＲｉｅｄｌおよびＰｆｌｅｉｄｅｒｅｒにより１９３０年代に例えば特許文献１および２によって開示されている。過酸化水素の製造のためのアントラキノンＡＯプロセスの概説は、非特許文献１および２に示されている。

アントラキノンに加えて、過酸化水素の循環自動酸化に使用して有効な他の作動化合物の例は、アゾベンゼンおよびフェナジンを含む。例えば特許文献３および４、非特許文献３を参照。

商業スケールのＡＯ過酸化水素プロセスにおいて、アントラキノン誘導体（すなわち作動化合物）は、通常アルキルアントラキノンおよび／またはアルキルテトラヒドロアントラキノンであり、これらは溶媒含有作動溶液中で１つ以上の作動化合物として使用される。アントラキノン誘導体は、有機溶媒に基づく不活性溶媒系に溶解される。作動化合物および１つ以上の有機溶媒のこの混合物は、作動溶液とよばれ、そしてＡＯプロセスの循環流体である。有機溶媒成分は、通常、アントラキノンおよびアントラヒドロキノンを溶解する能力に基づいて選択されるが、他の重要な溶媒基準は、低い蒸気圧、比較的高い引火点、低い水溶解度および好ましい水抽出特性である。

非循環ＡＯ過酸化水素プロセスは、典型的な例では、過酸化水素を生ずるために、アルデヒドまたはケトンへのイソプロパノールまたは他の第１級または第２級のアルコールの自動酸化におけるように、水素化工程の最初の還元のない作動化合物の自動酸化を含む。

アントラキノン含有作動溶液の水素化（還元）は、アントラヒドロキノンを製造するために、高温度例えば約４０−８０℃で大規模な反応器中でパラジウムまたはニッケルの触媒の存在下水素含有気体と作動溶液との接触により実施される。水素化反応が所望の程度の完成に達すると、水素化された作動溶液は、水素化反応器から取り出され、次に酸化工程に移される。

アントラヒドロキノン含有作動溶液の酸化は、酸素含有気体通常空気との接触により酸化反応器中で実施され、そして通常約３０−７０℃の範囲の温度で行われる。酸化工程は、アントラヒドロキノンを元のアントラキノンへ転換し、同時に有機作動溶液中に通常溶解したままのＨ_２Ｏ_２を形成する。作動溶液中の過酸化水素の典型的な濃度は、約０．５重量％のＨ_２Ｏ_２から約２重量％のＨ_２Ｏ_２に及ぶ。

従来のＡＯプロセスにおける残りの工程は、有機作動溶液からの過酸化水素生成物の回収、水性過酸化水素生成物の後続の濃縮および精製並びに再使用のためのＨ_２Ｏ_２を除いた作動溶液の再循環に向けられた物理的なユニット操作である。

酸化工程中作動溶液に生成したＨ_２Ｏ_２は、普通は水により抽出工程で作動溶液から通常分離される。Ｈ_２Ｏ_２がそれから抽出される作動溶液は、還元（水素化）工程へ戻される。従って、水素化・酸化抽出サイクルは、すなわち循環操作として連続的なループで行われる。抽出工程を離れるＨ_２Ｏ_２は、多段抽出装置を用いる工業的な操業では、普通、少なくとも２０重量％のＨ_２Ｏ_２を含み、典型的な例ではさらに精製および濃縮される。

工業的なＡＯプロセスは、典型的な例では、大きな多段抽出カラムを用いる抽出工程を行い、その場合、水性抽出媒体（通常、水）は、向流でＨ_２Ｏ_２含有作動溶液と多段で接触する。作動溶液は、普通は、過酸化水素を抽出するのに使用される水よりも薄く、作動溶液はカラムの底部で導入されそして水は頂部で導入される。最も普通に使用されるカラムは、シーブトレーまたはシーブプレートカラムであるが、噴霧カラムおよび充填カラム（例えばサドルまたはリングの充填による）も、作動溶液からの過酸化水素の液体−液体抽出で使用されると記載されている。

シーブトレー抽出カラムは、高い処理量および良好な能率の利点を有し、さらにそれらは動く部品を持たずそして維持が経済的である。しかし、大規模のＡＯプロセスが、少なくとも１０フィートの直径および少なくとも９０フィートの高さをもつ抽出カラム並びに多数のシーブプレート（段）を必要とするため、このような抽出カラムは、極めて大きな設備投資を要する。さらに、シーブトレーおよび他の同様な抽出カラムは、典型的な例では、シーブトレー（プレート）のそれぞれで（作動溶液から水性相中への過酸化水素の分布の）理論的平衡の約２０−５０％を達成するに過ぎない。これは、これらのカラムで使用される多数のトレーまたはプレート（すなわち段）の能率を説明するファクターである。

ＵＳ２１５８５２５ ＵＳ２２１５８８３ ＵＳ２０３５１０１ ＵＳ２８６２７９４

Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ「Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」３版、１３巻、Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，２００１，ｐｐ．６−１５。 Ｕｌｌｍａｎ′ｓ 「Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」５版、１９９１、Ａ１３巻、４４３−４６７ページ。 Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ「Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」３版、１３巻、Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，２００１，ｐ．６。

抽出による物質移動で従来のシーブトレーカラムよりも能率的でありしかもこのようなカラムよりもコストの低い可能性のある抽出装置において、過酸化水素含有有機溶液から水性過酸化水素の液体−液体抽出を行う改善された方法を提供するのが本発明の主な目的である。

本発明は、有機相（作動溶液）から水性抽出物中への過酸化水素の抽出による物質移動を増大する細い大きさの長いチャンネルを有する抽出装置で行われる液体−液体抽出における過酸化水素の自動酸化製造において、これらおよび他の目的を達成することができる。

本発明によれば、約５ミクロンから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する長いチャンネルをもつ装置中で、自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有有機溶液と水性抽出媒体とを接触させて、有機溶液から水性媒体中への過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次に抽出された過酸化水素を含む水性媒体をＨ_２Ｏ_２が減った有機溶液から分離して、Ｈ_２Ｏ_２含有水溶液を得ることを含む方法で、自動酸化プロセスで製造される過酸化水素が回収される。

本発明の好ましい態様は、一連の段で接続されたチャンネルを有する装置の２つ以上を含み、有機溶液からのＨ_２Ｏ_２含有水性媒体の分離が各段で行われ、そして段の間の水性媒体および有機溶液の全体の相互の流れの方向は向流である。

本発明の他の好ましい態様は、約５ミクロンから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する長いチャンネルをもつミクロチャンネル抽出装置で自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液と水性抽出媒体とを接触させて有機作動溶液から水性媒体中へ過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次に抽出した過酸化水素を含む水性媒体をＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液から分離してＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得ることを含む、アントラキノン自動酸化プロセスで生成した過酸化水素を回収する方法である。

本発明のなお他の好ましい態様は、約５ミクロンから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する長いチャンネルをもつプレートフィン抽出装置で自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液と水性抽出媒体とを接触させて有機作動溶液から水性媒体中へ過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次に抽出した過酸化水素を含む水性媒体をＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液から分離してＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得ることを含む、アントラキノン自動酸化プロセスで生成した過酸化水素を回収する方法である。

５段を有する本発明の方法の好ましい態様における多段抽出を示し、各段は、細いチャンネル装置Ａ、および装置Ａから出る２相の混合物を分離するための組み合わされた分離器Ｂを有する。

本発明は、自動酸化プロセスから水性過酸化水素の液体−液体抽出に関し、抽出は、比較的細い断面の大きさを有する長いチャンネルまたは通路を有する装置中で実施される。抽出装置の細いまたは狭いチャンネルは、高い表面対容積の比、２相の抽出混合物の良好な相互混合、および有機相から水性相中への過酸化水素の増加した物質移動をもたらし、それらのすべては、過酸化水素の抽出による回収に予想されない能率および利点をもたらす。

本発明の細いチャンネルの抽出装置は、約５ｍｍより細いそしてより好ましくは約３ｍｍより細い少なくとも１つのチャンネル断面の大きさを有するものである。本発明の液体−液体抽出法に利用される抽出装置は不動性であり、動く機械的部品を必要とせず、それは維持コストを最低にするファクターとなる。本発明で使用して好ましい細いチャンネルの装置は、いわゆるマイクロチャンネル装置およびプレートフィン装置を含み、これらの両者は、熱交換器、または気体、液体または液体および気体の組み合わせのための反応器として従来から使用されている。

本発明は、工業用の過酸化水素製造設備で使用される従来のシーブトレー抽出カラムと比べて、過酸化水素の液体−液体抽出においていくつかの予想されない利点をもたらす。本発明の細いチャンネル抽出装置は、従来のシーブトレーカラムよりも高い抽出効率をもたらす。本発明のチャンネルを有する装置は、ただ１つのシーブトレー（またはプレート）すなわちただ１つの段で、（作動溶液から水性相中への過酸化水素の分布の）理論的平衡の約２０−５０％を典型的に達成するに過ぎない従来のシーブトレー抽出カラムとは対照的に、理論的平衡の８０％以上またはさらに９０％の１段抽出効率を可能にする。どんな特定の理論またはメカニズムにも縛られることを望むものではないが、本発明の抽出装置における細いチャンネルの断面の大きさが、２つの液相の良好な相互混合および緊密な接触を促進し、有機相から水性媒体抽出相中への過酸化水素の物質移動の速度を速めるものと考えられる。

本発明の細いチャンネル装置で行われる液体−液体抽出は、これらの装置の熱移動容量のために、精密な温度コントロールを可能にする。抽出温度は、一定の温度に維持されるばかりでなく、種々の域または位置で変化して、水性抽出物への過酸化水素の分布を最適にする。

本発明の抽出法は、循環自動酸化プロセスにおける水性過酸化水素の回収に特に適合し、大規模なプロセスばかりでなく中規模および小規模の過酸化水素製造設備にも適合する。本発明は、本明細書で記述したように、現存する大規模の過酸化水素製造技術において極めて経済的かつプロセスの能率を達成する利点を有する。

（他の好ましい態様）
本発明の抽出法の１つの好ましい態様は、本発明のチャンネルを有する装置において水素化された作動溶液の自動酸化と同時に抽出が実施できる。水素化された作動溶液は、酸化剤例えば空気、酸素または酸素含有気体並びに水性抽出媒体例えば水の導入とともに、本発明のチャンネルを有する装置中に導入されて、自動酸化反応によりＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液をその場で発生させそして同時に有機作動溶液から水性媒体中へのＨ_２Ｏ_２の抽出を行う。ただ１つの装置へのこれらユニット操作（自動酸化および抽出）の組み合わせは、工業上実際に現在用いられている別々のユニット操作に比べて、顕著な経済的な利点をもたらす。

本発明の抽出法は、所望により、（ｉ）新鮮な水性媒体を用いて補助的またはさらなる抽出工程においてカラムの頂部で流出液として得られるＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液を処理し、次に水性抽出物を抽出カラム中へ導入することにより、または（ｉｉ）水性媒体としてカラムの底部から得られる水性抽出物を用いて、最初の抽出工程でカラムの底部で供給物としてのその導入前にＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液を処理して過酸化水素の濃度の増加した水性抽出物の流れを得ることにより、シーブトレーカラムまたは他の従来の液体−液体抽出カラムで行われる従来の過酸化水素抽出と関連して使用できる。

１つの態様では、チャンネルを有する装置は、アントラキノン自動酸化プロセスにおいて従来の液体−液体抽出カラムと組み合わせて使用され、新鮮な水性媒体を用い次に得られる水性抽出物を抽出カラム中へ導入して、抽出カラムの頂部から流出液として得られるＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液から残存過酸化水素の追加の抽出を行う。この態様は、カラム中で抽出されたＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液中の残存過酸化水素の量を減らすことができ、そしてこの補助的な抽出は、有機作動溶液からの過酸化水素の全回収効率を改善する。

本発明の方法の他の態様では、本発明のチャンネルを有する装置は、アントラキノン自動酸化プロセスにおいて従来の液体−液体抽出カラムと組み合わせて使用されて、自動酸化工程から得られるＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液から過酸化水素の追加の抽出を行い、そしてカラムの底部で供給物としてのその導入前に、水性媒体としてカラムの底部から得られる水性抽出物を用いて過酸化水素の濃度の増加した水性抽出物の流れを得る。この第２の態様は、本発明のチャンネルを有する抽出装置が、典型的な例では、理論的分布量の少なくとも９０％の水性抽出物中の過酸化水素濃度をもたらすため、回収された水性抽出溶液の流れ中の過酸化水素の濃度の増加を助ける。

（抽出装置の特徴）
本発明の細いチャンネルの抽出装置は、２相の抽出混合物に流路をもたらす１つ以上の細い大きさまたは狭い断面のチャンネルまたは通路を特徴とする。すなわち、水性抽出媒体はＨ_２Ｏ_２含有有機溶液と接触する。

好適な細いチャンネルの抽出装置は、約５ミクロンから約５ｍｍ、より好ましくは約３ｍｍまでの範囲の少なくとも１つの断面の大きさを有する流れチャンネルまたは通路を含む。細いチャンネルは、通常細長く、すなわちそれらはプレートに孔を開けたものではなく、そして縦の構造をもつ。チャンネルの長いまたは縦の大きさは、最小の断面の大きさのサイズの少なくとも１０倍である。細いチャンネルの装置は、１つまたは複数の細いチャンネルを含むことができ、約１００００の細いチャンネルさえも含むことができる。細いチャンネルは、例えば直列または並列または他の構造または組み合わせで結合できる。

細いチャンネルの抽出装置は、装置内の細いチャンネル中への水性抽出媒体およびＨ_２Ｏ_２含有有機溶液の同時の導入または別々の導入のための入口として少なくとも１つの入口、および水性Ｈ_２Ｏ_２含有抽出物およびＨ_２Ｏ_２の減少した有機溶液（ラフィネート）の取り出しのための少なくとも１つの出口を含む。細いチャンネルの構成例えば抽出装置内の複数の平行したチャンネルは、マニホールドまたはヘッダーまたは分布路、通路またはチャンネルを経て１つ以上の入口および／または出口へ接続できる。

大きな処理容量流速は、ただ１つの装置の複数のチャンネル例えばただ１つの装置内の平行なチャンネル、或いは平行で接続されている２つ以上の単一／複数のチャンネルの装置、あるいはこれらのアプローチの組み合わせの使用により得られて、所望の容量処理量を得る。

水性媒体は、導入された有機溶液を伴う１つ以上のチャンネルと直接または間接に接続する別々の入口を経て、導入されたＨ_２Ｏ_２含有有機溶液と混合されてまたは同時にまたは別々に抽出装置中に導入できる。水性媒体がＨ_２Ｏ_２含有有機溶液と混合されて細いチャンネルの抽出装置中に導入される場合には、２つの組み合わされた相は、所望により、予備的な混合工程に送られる。このような予備混合工程は、２つの相が抽出装置中へ導入される前に、２つの相の接触および分散を促進して、細いチャンネルの抽出装置の全抽出効率を改善する。

さらに、細いチャンネルの抽出装置は、１つ以上の入口、１つ以上の出口に加えて、例えば弁、混合手段、分離手段、流れ転送導管ラインのような他のプロセスをコントロールするもの（細いチャンネルの装置システムの中に存在するかまたはその一部である）を含むことができる。細いチャンネルの装置は、また、チャンネルのネットワークを流れる有機溶液および／または水性媒体および／または２相の抽出混合物へまたはそれらからの熱のコントロールされた除去または導入のために、熱交換および熱フラックスコントロールの手段、例えば熱交換管、室またはチャンネルを含むことができる。細いチャンネルの抽出装置は、またプロセスコントロール要素、例えば圧力、温度および流れのセンサーまたはコントロール要素を含むことができる。

細いチャンネルの断面は、種々の幾何学的構造または形状の任意のものである。細いチャンネルの断面は、方形状、正方形状、台形状、円状、半円状、シヌソイド状、楕円状、三角形状などである。さらに、細いチャンネルのデザインは、断面の形状を改変する壁の延長部または挿入部例えばフィンなどを含むことができる。細いチャンネルの断面の形状および／またはサイズは、その長さ方向にわたって変化できる。例えば、高さまたは幅は、細いチャンネルの流路の長さの一部またはすべてにわたって、比較的大きな大きさから比較的細い大きさへ先細にできる。

細いチャンネルの抽出装置は、約５ミクロンから５ｍｍ、好ましくは１０ミクロンから３ｍｍそして最も好ましくは５０ミクロンから３ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有するただ１つまたは好ましくは複数の流路の細いチャンネルを使用できる。好ましくは、直径または最大の断面のチャンネルの大きさ（非円形状の断面のマイクロ断面の大きさを有するただ１つまたは好ましくは複数の流路の細いチャンネルを使用できる。好ましくは、直径または最大の断面のチャンネルの大きさ（非円形状の断面のマイクロチャンネルの場合、高さまたは幅または他の類似の大きさ）は、５ｃｍ以下であり、より好ましくは３ｃｍ以下そして最も好ましくは２ｃｍ以下である。

細いチャンネルのネットワークが、それらの大きさがそれらの長さにわたってこれらの範囲内で変化するチャンネルを有すること、そしてさらに、これらの好ましい大きさが、有機溶液から水性媒体への過酸化水素の抽出による物質移動が実施される場合、装置のチャンネルの部分へ適用できることを理解すべきである。

細いチャンネルを通る流体の流れは、一般に、縦の方向であり、上記に述べた断面のチャンネルの大きさに対してほぼ垂直である。細いチャンネルに関する縦の大きさは、典型的な例では、長さで、約３ｃｍから約１０ｍ、好ましくは約５ｃｍから約５ｍそしてより好ましくは約１０ｃｍから約３ｍの範囲内である。チャンネルの最低の長さは、チャンネルの最小の断面の大きさの少なくとも１０倍であるが、典型的なチャンネルの長さは、通常、この最低の長さよりも遙かに長い。

抽出装置のマイクロリアクター中のチャンネルは、また、細いチャンネルの装置の部分において不活性パッキング例えばガラスビーズなどを含み、２つの抽出相間の過酸化水素の混合および物質移動を改善する。

細いチャンネルの大きさおよび全体の長さの選択は、通常、細いチャンネル抽出装置中のＨ_２Ｏ_２含有有機溶液と接触する水性媒体について望まれる滞留時間、および２相のシステム、有機相（作動溶液）および水性相（水性抽出媒体）について望まれる接触時間に基づく。

滞留時間は、好ましくは、２つの相の間の過酸化水素の分配または分布係数（またＫ値としても知られている）の少なくとも約８０％、より好ましくは少なくとも約９０％である、水性相（水性抽出媒体）と有機相（作動溶液）との間の過酸化水素の分布を達成するように選ばれる。分配または分布係数（Ｋ値）は、水性相および有機相が直接接触しそしてそれらの間のＨ_２Ｏ_２の分布が熱力学的平衡に達したとき、水性相中のＨ_２Ｏ_２の濃度対有機相中のそれの比として規定される。

本発明のチャンネルを有する装置は、それゆえ、（作動溶液から水性相中への過酸化水素の分布の）理論的平衡の８０％以上そして９０％ですらある非常に高い１段抽出効率をもたらす利点を有する。

本発明の好ましい態様は、複数の抽出段をもたらす直列の段で接続された２つ以上の装置であり、それぞれはチャンネルを有する装置および組み合わされた液体−液体分離器を有する。段の数は、２または３のように少ない。多段の抽出は、３より多い段、例えば４，５，６，７または８またはそれより多い段で行われる。段の間の流れ全体は向流の方向である。

図１は、５段を有する本発明の方法の好ましい態様の多段抽出を示し、それぞれは、細いチャンネルの装置Ａ、および装置Ａから出る２相混合物を分離するための組み合わされた分離器Ｂを有し、そして段間の全流れは向流の方向である。有機溶液の流れは、ＷＳと名付けられ、そして水性媒体の流れはＡＱと名付けられる。

図１において、Ｈ_２Ｏ_２含有有機作動溶液の供給物流ＷＳ０は、第１の段Ａ１へ導入され、そこで第２の段分離器Ｂ２から得られる水性媒体抽出物の流れＡＱ２と接触する。新しい水性媒体（「水」と名付けられる）の供給物流は、図１に示される５つの多段操作の最終の段Ａ５中に導入され、そこで最後から２番目の段４から有機作動溶液ラフィネート流ＷＳ４と接触する。

３つ以上の段を有する多段操作の中間の段は、図１で示されるそれに類似したやり方で操作され、各中間段に関する有機溶液の供給物は、前の（上流の）段から分離されそして得られたラフィネート流であり、そして水性媒体抽出物流は、次に隣接する（下流の）段の分離工程から分離されそして得られた水性抽出物である。多段抽出操作は、回収された水性過酸化水素抽出物溶液例えば図１のＡＱ１中に非常に高い過酸化水素濃度をもたらす利点を有する。

本発明の方法における１段は、回収された過酸化水素抽出物溶液中に１５−２５重量％のＨ_２Ｏ_２を容易にもたらすことができる。回収された過酸化水素抽出物溶液中の３０−３５重量％のＨ_２Ｏ_２の濃度は、多段で得ることができる。本発明の好ましい多段の態様が用いられる場合には、過酸化水素の全抽出回収は、本発明の抽出法に送られた有機溶液中の過酸化水素の量に基づいて９５％以上であり、しかも少なくとも９８％または９９％にも及ぶ。

細いチャンネルの抽出装置は、種々の材料がもつ性質に適合する多くの周知の技術の任意のものを使用して、このような材料から構築または構成できる。細いチャンネルの抽出装置は、過酸化水素の抽出が本明細書に記述されたように実施可能である強さ、寸法安定性、不活性さおよび熱移動の特性をもたらす任意の材料から構成できる。このような材料は、金属例えばアルミニウム、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼など）、モネル、インコネル、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、クロムおよびそれらの合金；ポリマー（例えば熱硬化樹脂および他のプラスチック）およびポリマー複合物（例えば熱硬化樹脂およびガラス繊維）；セラミックス；ガラス；ガラス繊維；石英；シリコーン；グラファイ；またはこれらの組み合わせを含む。

細いチャンネルの抽出装置は、ワイヤ放電機械加工、従来の機械加工、レーザー切断、光化学機械加工、電気化学機械加工、成型、注型、ウォータージェット、スタンピング、エッチング（例えば化学、光化学またはプラズマのエッチング）およびこれらの組み合わせを含む周知の技術を用いて構成できる。細いチャンネルを有する抽出装置の製作のために使用される構成技術は、任意の特定の方法に限定されないが、細い大きさの内部のチャンネルまたは通路すなわちマイクロチャンネルを含む装置の製作に有用であることが知られている製作技術を利用する。例えば、マイクロエレクトロニックス回路の通路の作成に適用できるマイクロエレクトニックス技術が、シリコーンまたは同様な材料がマイクロリアクターの製作に使用される場合に適用できる。金属シートのエンボス、エッチング、スタンピングまたは同様な技術は、また金属または非金属のシート原料例えばアルミニウムまたはステンレス鋼のシート原料からのマイクロリアクターの構成に有用である。注型技術は、同様に、細いチャンネルの装置の部品要素を形成するのに利用できる。

細いチャンネルの装置は、内部の個々のチャンネルまたは相互に接続したチャンネルのネットワークを有するチャンネルをもつ所望の構造を形成するために組み立てられる個々の要素から製作できる。細いチャンネルの装置は、仕上がった一体化した装置にチャンネルをつくって過酸化水素の２相の液体−液体抽出中流路が所望の物質移動を行うことができる除かれた部分を有する層またはシートを形成することにより構成できる。このようなシートの集まりは、拡散結合、レーザー溶接、拡散蝋付け結合および同様な方法により組み立てられて一体化した装置を形成する。シートの集まりは、ガスケットによりまたはガスケットなしに互いに締め付けられて一体化した装置を形成できる。チャンネルを有する抽出装置は、互いに平行または垂直に他の表面に重ねられた、細いチャンネルを含む個々のマイクロ機械加工されたシートから組み立てられて、求められている製造能力を達成することが望まれるチャンネルを有する構造を得ることができる。集まりを構成する個々のプレートまたはシートは、１，２または５つほどの少ない細いチャンネルから１００００ほどの多くのそれを含むことができる。

好ましい細いチャンネルの装置の構造は、複数の層例えばプレートまたはシートを含むサンドイッチ様配置を用い、チャンネル含有の種々の層は、同じまたは異なるユニット操作を機能する。層のユニット操作は、反応から熱交換、混合、分離などに及んで変化できる。

本発明の液体−液体抽出法で使用して好ましい細いチャンネルの装置の１つのタイプは、いわゆるマイクロチャンネルまたはマイクロリアクターの装置である。このようなマイクロチャンネル装置は、Ｂａｔｔｅｌｌｅ Ｍｅｍｏｒｉａｌ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅおよびＶｅｌｏｃｙｓ Ｉｎｃ．（Ｐｌａｉｎ Ｃｉｔｙ，Ｏｈｉｏ）が有する多数の特許に記載されている。マイクロチャンネル装置に関するＵＳ７０２９６４７（Ｔｏｎｋｏｖｉｃｈら）の記述は、本発明の液体−液体抽出法で使用されるように適合できると思われるマイクロチャンネル装置の例として、本明細書中に参考として引用される。

他の細いチャンネル熱交換器もまた、本発明の抽出法に適用ができる特許文献中に開示されている。ＵＳ７１１１６７２および６９６８８９２（ともに発明者がＳｙｍｏｎｄｓでありそしてＣｈａｒｔ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｌｔｄ．に譲渡されている）は、本発明の液体−液体抽出法で使用されるように適合できると思われる細いチャンネル装置をつくるために、マイクロチャンネルを含む細いチャンネルにより構成できる、「フィン−ピン」タイプの細いチャンネルの熱交換器および流体混合装置のそれらの記述について、本明細書において参考として引用される。

同様に、ＵＳ６７３６２０１（発明者がＷａｔｔｏｎらでありそしてＣｈａｒｔ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｌｔｄ．に譲渡されている）は、本発明の液体−液体抽出法で使用されるように適合できると思われる細いチャンネル装置をつくるために、マイクロチャンネルを含む細いチャンネルにより構成できる有孔プレートの結合された集まりを有する細いチャンネルの熱交換器および流体混合装置のその記述について、本明細書において参考として引用される。

本発明の液体−液体抽出法で好ましく使用される細いチャンネルの熱交換器の他のタイプは、いわゆるプレートフィン熱交換器である。このようなプレートフィン熱交換器に関する構成標準は、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｌｐｅｍａ．ｏｒｇ／ｓｔａｎｄ．ｈｔｍでインターネットから利用できるＢｒａｚｅｄ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｐｌａｔｅ−Ｆｉｎ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＡＬＰＥＭＡ）の「Ｔｈｅ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｒａｚｅｄ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｐｌａｔｅ−Ｆｉｎ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ」２版、２０００，ｐｐ．１−７０に記述されている。本発明で使用して好適なプレートフィン装置は、Ｃｈａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．Ｌａ Ｃｒｏｓｓｅ，ＷＩにより製造されている。

従来のプレートフィン熱交換器は、典型的な例では、アルミニウム仕切りシートの層と波形のフィン素材の層とを交互に積層してラミネート構造へ蝋付け加工することにより構成される。個々の細い大きさの通路の数は、典型的な例では、ユニットのサイズおよびラミネートの数に応じて、数十から数百またはそれより多い。集積物の側面および末端は、側面および末端のバーとして周知のシートによりシールされる。個々のまたは複数の入口が、出口と同様に設けられ、そしてこれらは、波形のフィン素材により形成される細い大きさのチャンネルまたは通路へまたはそれらから、導入されそして取り出される流体を導く内部の分布通路へ、例えばマニホールドを経て通常接続される。

プレートフィン抽出装置は、例えば好ましくは約０．２５ｍｍから約２ｍｍそしてより好ましくは約１ｍｍから約１．５ｍｍに及ぶ厚さを有する比較的薄い仕切りシートを用いて製作される。仕切りシートの厚さが、仕切りシートの間に挟まれるフィンにより形成されるチャンネルの大きさに直接影響しないことは明らかである。

波形のフィンは、仕切りシートの間に挟まれて流体の流れのためのチャンネルを形成する。波形のフィンは、種々のデザイン、例えば直線状および連続する杉綾状（波状）または鋸歯状の形状に構成できる。波形のフィンは、隣接するチャンネルに流れる液体の流れの間の接触を可能にする孔または他の開口を含むことができる。直線状でかつ孔が直線状のフィンは、それらの構成に伴う最低の圧力低下を有し、鋸歯状および杉綾状のデザインは、それらのより複雑な流路に伴うより高い圧力低下を有する。

フィンの高さの大きさ、すなわち仕切りシート間の空間は、約１ｍｍから約２０ｍｍまたはそれ以上に及び、約２ｍｍから約１５ｍｍが好ましい。
フィン間の空間（フィンの空所を横切る表面から隣接するフィンを通って対応する隣接するフィンの遠い表面への距離として測定されるフィンのピッチ、従ってフィンピッチは隣接するフィンと１つのフィンの壁の厚さとの間の隙間を含む）は、また広い範囲、例えば約０．８ｍｍから約２０ｍｍまたはそれ以上にわたって変化でき、約１ｍｍから約１５ｍｍ（約０．０４インチから約０．６インチ）が好ましい。フィンの空間は、また１インチ／フィンピッチ（インチ）として計算される１インチあたりのフィンとして示すことができ、従って０．０４０インチ（１ｍｍ）のフィンピッチは、１インチあたり２５フィンに相当する。

フィンを形成するのに使用されるシート材料の厚さは、比較的薄く、例えば好ましくは約０．１５ｍｍから約０．８ｍｍに及ぶ厚さを有する。
プレートフィン抽出装置のチャンネルは、縦方向であるか、または角度を付けられているかまたはＵ字形の曲がりをもち、装置内の流体の流れを変える。このようなチャンネルの通路の例は、プレートフィン熱交換器の製作に関するその記述のために本明細書に参考として引用されるＵＳ４４７３１１０（Ｚａｗｉｅｒｕｃｈａ）に示されているプレートフィン熱交換器に示されている。

プレートフィン熱交換器が本発明の方法の抽出装置として使用されるように適合されるとき、プレートフィン装置の熱交換チャンネルは、所望により、抽出装置中に導入される２相の混合物の熱移動および温度コントールを行うために使用される。

（水性抽出装置の組成）
水性抽出装置は、好ましくは水を用い、より好ましくは脱ミネラル水または脱イオン水を用いる。脱ミネラル水は、抽出操作から回収される水性抽出物中の過酸化水素の劣化を導くミネラル不純物（通常イオンの形で存在する）を含まない。

水性媒体は、また他の成分、特に水性媒体のｐＨを調節するかまたは抽出された過酸化水素の劣化または分解を安定にするのに使用されるものを含む。
水性媒体のｐＨは、中性またはやや酸性である。酸性のｐＨが望まれる場合には、水性媒体のｐＨは、好ましくは６より下のｐＨ、より好ましくは約２−約４のｐＨの範囲内である。

水性媒体の酸性のｐＨは、酸、好ましくは水に非常に可溶であるが有機作動溶液には比較的不溶である酸の添加によって調節またはコントロールできる。ｐＨ調節用の好適な酸は、例えばリン酸、硝酸、塩化水素、硫酸などを含み；酸の塩も使用でき、例えばリン酸２水素ナトリウムがある。リン酸およびリン酸塩が、それらがまた水性抽出物中の過酸化水素の安定剤として働くために、好ましい。

（有機溶液（作動溶液）の組成）
ＡＯ過酸化水素プロセスの酸化工程から得られるＨ_２Ｏ_２含有有機溶液は、比較的薄い濃度、例えば少なくとも約０．２重量％のＨ_２Ｏ_２、好ましくは少なくとも約０．５重量％から約２．５重量％のＨ_２Ｏ_２の過酸化水素を含む。

過酸化水素含有有機溶液好ましくはアントラキノンＡＯプロセスで得られるＨ_２Ｏ_２含有作動溶液は、本明細書で記述したように、本発明の液体−液体抽出法中に導入される有機溶液供給物として用いられる。

本発明の抽出法が補助的抽出工程として工業上のアントラキノンＡＯプロセスで使用される場合、従来の液体−液体カラム抽出の後で、本発明の抽出における有機作動溶液供給物として使用される液体−液体抽出カラムからの流出有機作動溶液ラフィネート流は、抽出カラム中で既に行われた抽出により実質的に減少されたＨ_２Ｏ_２含量を有する。このような有機作動溶液ラフィネート流は、非常に薄い濃度例えば約０．０１重量％から約０．１重量％のＨ_２Ｏ_２の過酸化水素を含む。

アントラキノンＡＯプロセスの作動溶液中の過酸化水素の濃度は、典型的な例では、約０．８重量％から約１．５重量％の範囲のＨ_２Ｏ_２である。もちろん、作動溶液中の過酸化水素の濃度は、作動溶液（アントラキノン作動化合物および有機溶媒の用いられる組成物）の組成並びに酸化ユニット操作の操作条件に依存する。
好適なＡＯプロセスの作動化合物および作動溶液の組成は、さらに以下に示される。

（抽出に用いられる水性媒体および有機溶液の相対的量）
本発明の細いチャンネルの抽出装置では、Ｈ_２Ｏ_２含有有機溶液および水性抽出媒体は、好ましくは、２相が相互に混合されるようになるまで、向流の方向で流れる。水性抽出媒体は、好ましくは、細いチャンネルを通って流れる２相の液体−液体混合物中の、有機溶液全体に分散した液相である。

抽出は、有機溶液中の過酸化水素が水性相中に移動（拡散）するとき生ずる。全抽出効率は、一般に、水性抽出媒体が分散相であり一方Ｈ_２Ｏ_２含有作動溶液が連続相であるとき、本発明の細いチャンネルの装置で改善されると思われる。これは、Ｈ_２Ｏ_２含有作動溶液が分散相でありそして水性抽出媒体が連続相である従来のシーブトレー抽出カラムにおける状態とは全く対照的である。

有機溶液例えば作動溶液（有機相）と水性媒体（水性相）との間の過酸化水素に関する分布係数は、水性相中の過酸化水素の濃度に有利である。抽出操作へ導入される有機溶液の相対的量は、普通、水性媒体の量よりも実質的に過剰であるが、２つはまた等しい量で使用できる。有機溶液（有機相）対水性媒体（水性相）の容量比は、約１：１から１００：１に及び、好ましい比は、約１０：１から約６０：１に及ぶ。多段の操作では、有機溶液対水性媒体の好ましい容量比は、約３０：１から約７０：１に及ぶ。

液体−液体抽出装置中の有機溶液と水性媒体との間の接触時間（滞留時間）は、水性抽出媒体と有機溶液との間に分布する過酸化水素に関する分布係数または分配係数（すなわちＫ値）の少なくとも８０％そしてより好ましくは９０％に達する抽出物質移動をもたらすのに十分でなければならない。さらに、抽出装置を通る流速は、抽出装置チャンネル中で２相の良好な混合を確実に行うのに十分でなければならない。

抽出装置中の２相の接触時間は、普通、時間よりむしろ秒または分の範囲である。接触時間は、抽出装置中のチャンネルのデザインパラメーター（長さおよび断面積）、２相の流れの混合、２相の温度（高い抽出温度は水性媒体中への過酸化水素のより早い抽出を促進しそして水性相中の過酸化水素の分布を増す）に依存する。

抽出装置中の２相の混合物の滞留時間は、数秒例えば約１−３００秒から数分例えば約５−３０分またはそれ以上に及ぶ。好ましい滞留時間は、５分より短くそしてより好ましくは２分より短い。

チャンネルを有する装置から取り出される２つの液体−液体の相は、普通、２相の混合物であり、そのため、次に（ｉ）過酸化水素濃度の減った有機溶液ラフィネート流または相、および（ｉｉ）有機相から抽出された過酸化水素を含む水性媒体抽出流に分離される。２つの相互に混合した相が細いチャンネルの装置になお存在している間、装置からの取り出しの前に、有機溶液からの水性媒体抽出物の分離を行うための抽出チャンネルの下流で、２つの別々の相への混合した相の分離を行う細いチャンネルの装置中の域例えば沈降凝集ゾーンを設けることにより、この分離を行うこともできる。

（抽出温度および圧力）
細いチャンネル抽出装置に関する操作温度は、一般に、シーブプレート抽出カラムで行われる従来の大規模の抽出に普通用いられている温度に等しいかまたはそれより高い温度である。本発明の方法により達成可能な増大したプロセス抽出効率および改善された物資および熱の移動は、全プロセス効率と妥協することなく、高い操作温度を用いることを可能にする。

優れた温度コントロールは、本発明の細いチャンネル抽出装置で達成され、そして等温に近い操作が可能である。このような温度コントロールは、通常、抽出混合物を運ぶ細いチャンネルに隣接して配置された熱交換チャンネル（マイクロチャンネルまたはより大きい大きさの通路である）により達成される。その熱交換チャンネルを通って熱交換流体が流れる。

本発明の方法における抽出は、広い範囲の操作温度にわたって実施できる。抽出操作温度は、約１０℃から約９０℃の範囲内の単一の温度または複数の温度である。好ましい抽出温度は、約３０℃から約７０℃の範囲内にある。

約９０℃より高い温度での抽出は可能であるが、このような高い抽出温度の使用は、特に７０℃より高いとき、過酸化水素の分解の可能性が増大することにより好ましくない。約１０℃より低い抽出温度は可能であるが、１５℃より低い温度の水性媒体および有機相の冷却は、コスト高であるばかりでなく、典型的な例では高い温度で行われる次の水素化の操作前に抽出操作から回収されたＨ_２Ｏ_２の減少した作動溶液の再加熱を要する。１５℃より低い抽出温度の使用に伴う他の欠点は、作動化合物が沈殿しそして作動溶液から分離しなければならないことである。

一般に出口圧として測定される細いチャンネルの抽出装置に関する操作圧は、典型的な例では、低い範囲から中程度の範囲であり、高い圧力の操作は不必要でありそして経済的な見地から望ましくない。操作圧は、普通、自動酸化工程（前のユニット操作）で使用される圧よりも低く、そして好ましくはほぼ大気圧から約６０ｐｓｉｇの範囲である。

（水性抽出物と有機溶液ラフィネートとの分離）
細いチャンネル抽出装置から回収された液体の流れは、通常、（ｉ）抽出された過酸化水素を含む水性抽出相、および（ｉｉ）その最初の過酸化水素含量が実質的に減った有機溶液ラフィネートを含む液体−液体混合物である。この２相の混合物は、典型的な例では従来の液体−液体分離器の分離工程に送られて、水性抽出相および有機溶液ラフィネートへの２相の混合物の分離を行う。従来のコアレッサが好ましいが、他の液体／液体分離器例えば重力分離器、遠心分離器またはハイドロクロンも使用できる。

分離操作から得られる有機溶液ラフィネートは、典型的な例では、水性抽出溶液の非常にわずかの随伴滴を含むか、または全く含まない。作動溶液ラフィネート中の残存水性抽出物は、通常、次の乾燥操作ですべて取り除かれ、水性抽出物中に含まれる過酸化水素は失われる。しかし、このようなプロセスの損失は、普通、有効かつ能率的な分離技術および装置、前述のように例えば従来のコアレッサ、重力分離器、遠心分離器またはハイドロクロンの賢明な選択により最低にできる。

ラフィネート作動溶液中の残存水性抽出物に残る過酸化水素は、乾燥および次のプロセス工程ですべて破壊されるので、このような残存水性抽出物の最低化は、プロセスの全体の経済性にとり重要である。

本発明の抽出法の好ましい多段の態様における分離された水性抽出物として回収される過酸化水素水溶液は、抽出操作へ導入される作動溶液中に元来存在する過酸化水素含量の少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、最も好ましくは少なくとも約９８％を含む。本発明の好ましい多段の態様において分離された有機溶液ラフィネートとして得られる回収された有機溶液の流れには、始めの過酸化水素含量が実質的に減少している。回収された有機溶液の流れは、普通、ＡＯプロセスの水素化工程における再使用のために再循環される。

本発明の抽出法において回収される過酸化水素水溶液の濃度は、広範囲にわたって変化でき、約１重量％のＨ_２Ｏ_２から約６０重量％のＨ_２Ｏ_２である。本発明における１段抽出操作から回収される水性抽出物中の過酸化水素の濃度は、約１重量％のＨ_２Ｏ_２から約２５重量％またはそれ以上のＨ_２Ｏ_２に及ぶ。多段の操作は、１段におけるのと同じ過酸化水素濃度をもたらすが、より高い全回収効率をもたらす。さらに、多段の操作は、濃縮された過酸化水素水溶液を得るのに使用され、水性抽出溶液中の過酸化水素の濃度は少なくとも約１５重量％のＨ_２Ｏ_２を有する。本発明の方法における多段抽出操作の過酸化水素の濃度は、好ましくは少なくとも約２０重量％のＨ_２Ｏ_２、より好ましくは少なくとも約２５重量％のＨ_２Ｏ_２そして最も好ましくは少なくとも約３０重量％のＨ_２Ｏ_２である。

実際に得られるまたは得ることのできる過酸化水素の濃度は、特定の最終用途の応用に実際必要なまたは望ましい濃度に依存し、さらにプロセス操作パラメーター、例えば１段または複数の段の使用、水性抽出媒体と接触するＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液の相対的量、作動化合物および作動溶液の化学的および物理的性質、Ｈ_２Ｏ_２含有有機作動溶液中のＨ_２Ｏ_２の最初の濃度、望まれる全過酸化水素回収効率および他の同様なファクターに依存する。

回収された抽出水溶液中の任意の考えられる（または望ましい）過酸化水素濃度および望ましい全過酸化水素回収効率に関して、多段操作中の段の数は、操作パラメーターの所定の組について容易に決定できる。個々の抽出の段が有機相と水性相との間の過酸化水素の理論的分布の少なくとも９０％を含む水性抽出物を通常生ずるという事実は、段の数の計算を比較的簡単に行うことができる。

現在提供されているほとんどの市販グレードの過酸化水素が３０−３５重量％またはそれ以上であるため、回収された水溶液中の少なくとも約３０重量％のＨ_２Ｏ_２の過酸化水素の濃度が好ましい。約３０−３５重量％より多いＨ_２Ｏ_２という現在提供されている市販グレートの過酸化水素は、通常、５０重量％または７０重量％のＨ_２Ｏ_２を得るために追加の濃縮工程例えば蒸留を必要とする。

過酸化水素生成物を含む水性抽出物は、普通、もし抽出操作が高温度例えば約３０℃以上で行われるならば、抽出工程からの回収後冷却を必要とする。
本発明の抽出法で回収される過酸化水素水溶液は、阻害剤または安定剤により処理されて、過酸化水素の分解または劣化を最低にする。過酸化水素水溶液は、また所望ならば、従来の真空蒸留により、さらに濃縮できる。

回収された有機溶液ラフィネートは、再生された形の作動化合物を含み（自動酸化後）、そして有機溶液（例えば作動溶液）中の作動化合物は、ＡＯプロセスにおける水素化工程へ再循環される。例えば、アントラキノンＡＯプロセスでは、水素化中対応するアントラヒドロキノンへ還元されたアントラキノン作動化合物は、自動酸化工程中の初めのアントラキノンへ転換されて戻される。再生された作動化合物は、次に本発明の方法に従って過酸化水素生成物の液体−液体の抽出による回収後、循環ＡＯプロセスで再使用されるために、水素化工程へ循環して戻される。

（ＡＯプロセス：アントラキノン誘導体−作動化合物および作動溶液）
本発明の過酸化水素抽出法は、種々のＨ_２Ｏ_２自動酸化プロセスへ適用できる。抽出法は、作動化合物の水素化そして次の自動酸化による過酸化水素の製造において、種々の周知の「作動化合物」（すなわち「反応性化合物」）およびこのような作動化合物を含む「作動溶液」を用いるＡＯプロセスに特に有用である。

作動化合物は、好ましくはアントラキノン誘導体である。本発明の方法における作動化合物として使用されるアントラキノン誘導体は、厳密を要することがなく、任意の周知の従来技術のアントラキノン誘導体が使用できる。アルキルアントラキノン誘導体およびアルキルヒドロアントラキノン誘導体が好ましい。

本発明で作動化合物として使用して好適なアルキルアントラキノン誘導体は、１，２，３，６または７位で置換されたアルキルアントラキノン、およびそれらの対応するアルキルヒドロアントラキノンを含み、そのアルキル基は線状または分枝状であり、好ましくは１−８炭素原子を有する。アルキル基は、好ましくはキノン環に直接隣接していない位置すなわち２−、３−、６−または７−位の位置にある。

本発明の抽出法は、以下のアントラキノン誘導体を使用するＡＯプロセスに適用可能であるが、誘導体はこれらに限定されない。２−アミルアントラキノン、２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、２−プロピル−および２−イソプロピルアントラキノン、２−ブチル−、２−ｓｅｃブチル−、２−ｔｅｒｔブチル−、２−イソブチルアントラキノン、２−ｓｅｃアミル−および２−ｔｅｒｔアミルアントラキノン、１，３−ジエチルアントラキノン、１，３−、２，３−、１，４−および２，７−ジメチルアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、２，７−ジメチルアントラキノン、２−ペンチル、２−イソアミルアントラキノン、２−（４−メチル−３−ペンテニル）および２−（４−メチルペンチル）アントラキノン、２−ｓｅｃアミル−および２−ｔｅｒｔアミルアントラキノンまたは上記のアントラキノンの組み合わせ、並びにそれらの対応するヒドロアントラキノン誘導体。

作動化合物として用いられるアントラキノン誘導体は、２−アルキル−９，１０−アントラキノン（アルキル置換基は１−５炭素原子を含み、例えばメチル、エチル、ｓｅｃブチル、ｔｅｒｔブチル、ｔｅｒｔアミルおよびイソアミル基である）および対応する５，６，７，８−テトラヒドロ誘導体から選ばれるか、または９，１０−ジアルキルアントラキノン（アルキル置換基は、同じであるかまたは異なり、１−５炭素原子を含み、例えばメチル、エチルおよびｔｅｒｔブチル基であり、例えば１，３−ジメチル、１，４−ジメチル、２，７−ジメチル、１，３−ジエチル、２，７−ジ（ｔｅｒｔブチル）、２−エチル−６−（ｔｅｒｔブチル）である）および対応する５，６，７，８−テトラヒドロ誘導体から選ばれる。

特に好ましいアルキルアントラキノンは、２−エチル、２−アミルおよび２−ｔｅｒｔブチルアントラキノンであり、個々にまたは組み合わせて使用される。
「作動化合物」（反応性化合物）は、例えばアントラキノン誘導体が好ましいが、好ましくは溶媒または溶媒混合物とともに使用され、作動化合物および１つ以上の溶媒は「作動溶液」を構成する。

しかし、作動化合物例えばアントラキノン誘導体のみを含む作動溶液が本発明の範囲内にあることを理解すべきである。１つ以上の作動化合物用の溶媒は、アントラキノン誘導体作動化合物の場合には好ましいが、本発明の方法における液体−液体抽出を行うには必須ではない。

作動溶液で使用される溶媒または溶媒混合物は、好ましくは水との過酸化水素に関する高い分配係数を有し、過酸化水素は、本発明の液体−液体抽出法において有効に抽出できる。好ましい溶媒は、プロセス条件に対して化学的に安定であり、水に不溶または殆ど不溶であり、そして用いられるアントラキノン誘導体例えばアルキルアントラキノンまたは他の作動化合物について、それらの酸化および還元された形の両方において、良好な溶媒である。安全性の理由から、溶媒は、好ましくは、高い引火点、低い揮発性および無毒でなければならない。

混合した溶媒が使用でき、そしてその水素化された（還元された）形（すなわちヒドロキノン型）およびその酸化された（中性の）形（すなわちキノン型）の両者において（アントラキノン）作動化合物の溶解度を増大させるのに好ましい。作動溶液の一部を形成する有機溶媒混合物は、好ましくは、無極性化合物および極性化合物の混合物である。

極性溶媒は水に比較的溶解しがちなため、極性溶媒は、望ましくは、わずかに用い、そのため、酸化された作動溶液の水抽出は、水性抽出物中の水性過酸化水素生成物の混入を生じない。それにもかかわらず、十分な極性溶媒を使用して所望の濃度のアントラヒドロキノンを作動溶液の有機相に存在させなければならない。これらの２つの重大な状態の間に適切なバランスをとることは、過酸化水素の製造に重要であり、当業者に周知のことである。

溶媒混合物は、一般に、しばしば無極性の溶媒である１つの溶媒成分（アントラキノン誘導体は、例えばＣ_８−Ｃ_１７ケトン、アニソール、ベンゼン、キシレン、トリメチルベンゼン、メチルナフタレンなどに非常に可溶性である）およびしばしば極性の溶媒である第２の溶媒成分（アントラヒドロキノン誘導体は、例えばＣ_５−Ｃ_１２アルコール例えばジイソブチルカルビノールおよびへプチルアルコール、メチルシクロヘキサノールアセテート、リン酸エステル例えばトリオクチルホスフェートおよびテトラ−置換またはアルキル化尿素に非常に可溶である）を含む。これらの極性溶媒の２つ以上は、ともに用いられてアントラヒドロキノン誘導体の溶解度を改善できる。

既に述べたように、不活性溶媒系は、典型的な例では、好適なアントラキノンおよびアントラヒドロキノン溶媒を含む。
アントラキノン誘導体例えばアルキルアントラキノンのための溶媒または溶媒成分は、好ましくは、水不混和性溶媒である。このような溶媒は、好ましくは１４０℃より高い沸点を有する、１００−２５０℃の範囲内の沸点をもつ芳香族原油蒸留物を含む。好適なアントラキノン溶媒の例は、市販の原油蒸留物である芳香族Ｃ_９−Ｃ_１１炭化水素溶媒、例えばＳｈｅｌｌｓｏｌ（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＬＰ，Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ、米国）、ＳｕｒｅＳｏｌ（商標）１５０ＮＤ（Ｆｌｉｎｔ Ｈｉｌｌｓ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｏｒｐｕｓ Ｃｈｒｉｓｔｉ，ＴＸ、米国）、Ａｒｏｍａｔｉｃ １５０ ＦｌｕｉｄまたはＳｏｌｖｅｓｓｏ（商標）（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ、米国）、デュレン（１，２，４，５−テトラメチルベンゼン）、およびイソデュレン（１，２，３，５−テトラメチルベンゼン）である。

好適なアントラヒドロキノン溶媒の例は、アルキル化尿素例えばテトラブチル尿素、環状尿素誘導体および有機ホスフェート例えば２−エチルヘキシルホスフェート、トリブチルホスフェートおよびトリオクチルホスフェートを含む。さらに、好適なアントラヒドロキノン溶媒は、カルボン酸エステル例えば２−メチルシクロヘキシルアセテート（Ｓｅｘｔａｔｅの名で市販されている）、およびＣ_４−Ｃ_１２アルコール（例えば脂肪族アルコール例えば２−エチルヘキサノールおよびジイソブチルカルビノールを含む）および環状アミドおよびアルキルカルバメートを含む。

別の例では、本発明の方法において、すべてのキノンシステムが用いられるか、または他のアントラキノン以外のものに基づく自動酸化システムが用いられる場合、作動化合物は、溶媒の使用なしに用いられる。

（ＡＯプロセス：アントラキノン以外のシステム）
本発明の抽出法は、またアントラキノン以外の作動化合物を用いて過酸化水素の自動酸化製造に適用できる。アントラキノン作動化合物が好ましいが、本発明の抽出法は、過酸化水素の大規模な水素化および自動酸化の製造において従来使用されているアントラキノン以外の作動化合物を用いてＡＯプロセスについて実施できる。

このような作動化合物の１つの例は、アゾベンゼン（およびその誘導体）であり、それはヒドラゾベンゼン（１，２−ジフェニルヒドラジン）が酸素により酸化されてアゾベンゼン（フェニルジアゼニルベンゼン）および過酸化水素を生成し、そのアゾベンゼンは次に水素により還元されてヒドラゾベンゼンを再生する循環自動酸化プロセスで使用できる。ＵＳ２０３５１０１は、アミノ置換芳香族ヒドラゾ化合物例えばアミノ置換ベンゼン、トルエン、キシレンまたはナフタレンを用いてアゾベンゼン過酸化水素プロセスにおける改善を開示している。

このような作動化合物の他の例は、フェナジン（およびそのアルファアルキル化誘導体例えばメチル−１−フェナジン）であり、それはまたジヒドロフェナジンが酸素により酸化されてフェナジンおよび過酸化水素を生じ、そのフェナジンは次に例えば水素により還元されてジヒドロフェナジンを再生する循環自動酸化プロセスで使用できる。フェナジン過酸化水素プロセスはＵＳ２８６２７９２に開示されている。
以下の本発明を制限しない実施例は、本発明の好ましい態様を説明している。

アントラキノン自動酸化プロセスにおいて生成された過酸化水素を含む作動溶液は、本実施例において、プレートフィン抽出装置で抽出されて水性過酸化水素を回収する。

作動溶液は、芳香族Ｃ_９−Ｃ_１１炭化水素溶媒、トリオクチルホスフェートおよびアルキル化尿素の有機溶媒混合物であり、アントラキノン誘導体作動化合物（反応担体）は２−エチルアントラキノンおよび２−エチルテトラヒドロアントラキノンである。作動溶液は、先ずパラジウム触媒の存在下水素気体により水素化に送られ、次に空気による自動酸化に送られて、１．１重量％のＨ_２Ｏ_２の過酸化水素濃度を含む作動溶液を生ずる。

抽出プロセスのための水性媒体は、そのｐＨ値を約３に調節するのに十分なリン酸を含む脱イオン水である。
抽出に利用されるＨ_２Ｏ_２含有作動溶液および脱イオン水の割合は、１容量の水に対して約４０容量の作動溶液である。Ｈ_２Ｏ_２含有作動溶液および脱イオン水を合わせそして共通の入口をへてプレートフィン抽出装置中へ導入し、抽出温度は約５０℃に維持する。

プレートフィン抽出器は、以下のチャンネル特性を有する長い直線状のチャンネルをもつ蝋付けされたアルミニウム装置である。フィンのタイプ：複雑でないもの；４ｍｍのフィンの高さ；０．７５ｍｍのフィンの幅（壁対壁）；０．２５ｍｍのフィンの厚さ；および１ｍｍのフィンのピッチ。これらのフィンの大きさは、１インチあたり約２５のフィンを生ずる。チャンネルの長さは、約１２１ｃｍ^３のチャンネルを有する装置内の内部容積をもたらすものである。

装置へ導入される作動溶液の流速は６００ｍＬ／分であり、そして水の流速は１５ｍＬ／分である。６１５ｍＬ／分のこの全流速は、２相の混合物について約１２秒のチャンネルを有する装置中の滞留時間を生じさせる。

作動溶液および水性媒体は、抽出装置中の２相抽出混合物について通路をもたらす内部のチャンネル内で十分に混合され、それは、少なくとも９０％の熱力学的平衡が達成されるように、作動溶液から水性相へ過酸化水素の移動を行う。

プレートフィン抽出装置を出る２相抽出混合物は、凝集容器へ導かれ、そこで２相は分離するようになる。分離された水性媒体抽出物溶液は、約２２重量％のＨ_２Ｏ_２の過酸化水素濃度を有し、分離されたＨ_２Ｏ_２の減少した作動溶液は、約０．４重量％のＨ_２Ｏ_２の過酸化水素濃度を有する。１段における水性抽出物中の過酸化水素の全回収は、有機作動溶液供給物流の過酸化水素含量に基づいて約６０％である。

高い過酸化水素回収効率は、以下の３段の操作により説明される多段向流システムに使用によって得られる。
上記の１段ユニットの操作パラメーターは同じであるが、但し以下の例外がある。３つのユニットはチャンネルを有する装置と同じであり、上記のコアレッサは直列で接続され、ユニット間の有機作動溶液および水性媒体の全体の流れは向流の方向である。脱イオン水（水性媒体）の流速は３０ｍＬ／分（１５ｍＬ／分から）に増加するが、有機作動溶液の流速は６００ｍＬ／分で同じままである。各ユニットの滞留時間は約１２秒のままである。

第１段で、第１段の抽出装置から得られる２相の抽出混合物は、第１段の凝集容器へ導かれ、２相は分離される。この第１段から回収される水性相は、約１６重量％のＨ_２Ｏ_２を含む過酸化水素水溶液である。第１段のコアレッサからの分離された有機溶液流は、有機溶液供給物として第２段の抽出器へ導入される。

第３段において、第３段の抽出装置から得られた２相の抽出混合物は、第３段の凝集容器へ導かれ、２相は分離される。分離された水性抽出物の流れは、第２段へ向け直されてそこに導入され、それは第１段からの有機作動溶液の流れと第２段で接触する水性媒体として用いられる。

第３段から回収される有機作動溶液は、その初めの過酸化水素含量を実質的に減らされ、そして約０．０３重量％のＨ_２Ｏ_２を含むに過ぎない。この３つの段の分離における過酸化水素の全回収は、最初の有機作動溶液の過酸化水素含量に基づいて９７％である。

本発明の広い発明の概念から離れることなく、上記の態様に対して変化を行うことができることは、当業者により理解されるだろう。それゆえ、本発明は開示された特定の態様を目的とするものではなく、請求の範囲により規定された本発明の趣旨および範囲内の改変を含むことを目的とすることが理解される。

Ａ 細いチャンネルを有する装置
Ｂ 分離器
ＡＱ 水性媒体の流れ
ＷＳ 有機溶液の流れ

Claims (25)

1. 約５ミクロンから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する長いチャンネルをもつ装置中で自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有有機溶液と水性抽出媒体とを接触させて有機溶液から水性媒体への過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次にＨ_２Ｏ_２の減少した有機溶液から抽出された過酸化水素を含む水性媒体を分離してＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得ることを特徴とする自動酸化プロセスで生成された過酸化水素を回収する方法。
2. チャンネルを有する装置が、約５０ミクロンから約３ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する請求項１の方法。
3. チャンネルを有する装置が、１つ以上のチャンネルを接続する少なくとも１つの入口および複数のチャンネルを接続する１つの出口を含み、それぞれ有機溶液および水性媒体を抽出装置中に導入し、抽出装置から２相の液体混合物を取り出す請求項１の方法。
4. チャンネルを有する装置が、少なくとも１つの抽出チャンネルに隣接する少なくとも１つの追加の通路をさらに含み、該少なくとも１つの追加の通路中の熱移動流体を用いて抽出プロセス中熱移動および温度コントロールを行う請求項１の方法。
5. チャンネルを有する装置が、相互に連結したチャンネルネットワークを含むシートの層を含む請求項１の方法。
6. Ｈ_２Ｏ_２の減少した有機溶液からの抽出された過酸化水素を含む水性媒体の分離が、重力沈降槽、コアレッサ、遠心分離器およびハイドロクロンからなる群から選ばれた液体−液体分離器で実施される請求項１の方法。
7. チャンネルを有する装置が、抽出チャンネルの下流で沈降凝集ゾーンを含み、Ｈ_２Ｏ_２の減少した有機溶液からの抽出された過酸化水素を含む水性媒体の分離を、装置からのそれらの取り出しの前に行う請求項１の方法。
8. 直列の段で接続されたチャンネルを有する装置の２つ以上をさらに含み、有機溶液からのＨ_２Ｏ_２含有水性媒体の分離が各段で行われ、段の間の水性媒体および有機溶液の全体の相対的流れが向流の方向である請求項１の方法。
9. チャンネルを有する装置中で有機溶液と接触する水性媒体が、水、脱ミネラル水および脱イオン水からなる群から選ばれる請求項１の方法。
10. 水性媒体が酸性のｐＨに調節される請求項９の方法。
11. 水性媒体が約２−約６の範囲のｐＨ値に調節される請求項９の方法。
12. 水性媒体のｐＨが、リン酸、硝酸、塩化水素、硫酸およびリン酸塩からなる群から選ばれる酸または塩の添加により調節される請求項１１の方法。
13. 有機溶液が、アミノ置換芳香族アゾ化合物、フェナジン、アルキル化フェナジン誘導体、アリルアントラキノン、ヒドロアルキルアントラキノン、およびアルキルアントラキノンとヒドロアルキルアントラキノンとの混合物からなる群から選ばれる作動化合物を含む請求項１の方法。
14. 有機溶媒中に含有されるアントラキノン作動溶液を含む請求項１の方法。
15. アントラキノン作動化合物が、アルキルアントラキノンおよびヒドロアルキルアントラキノン、およびアルキルアントラキノンとヒドロアルキルアントラキノンとの混合物からなる群から選ばれ、作動化合物が、（ｉ）芳香族Ｃ_９−Ｃ_１１炭化水素溶媒および（ｉｉ）アルキル化尿素、環状尿素誘導体、有機ホスフェート、カルボン酸エステル、Ｃ_４−Ｃ_１２アルコール、環状アミドおよびアルキルカルバメートおよびこれらの混合物からなる群から選ばれる第２の溶媒成分の溶媒混合物中に含まれる請求項１４の方法。
16. 水素化された作動溶液の自動酸化によりその場で発生するＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液の抽出と同時に、チャンネルを有する装置中で、装置に導入される空気、酸素および酸素含有気体からなる群から選ばれる酸化剤による水素化された作動溶液の自動酸化をさらに実施する請求項１の方法。
17. チャンネルを有する装置中へ導入される有機溶液が、少なくとも約０．３重量％のＨ_２Ｏ_２を含む請求項１の方法。
18. チャンネルを有する装置中へ導入される有機溶液が、約０．５−約２．５重量％のＨ_２Ｏ_２を含む請求項１の方法。
19. １段のチャンネルを有する装置が使用されて約１−約２５重量％のＨ_２Ｏ_２を含むＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得る請求項１の方法。
20. 多段のチャンネルを有する装置が、少なくとも２つの段を有し、使用されて少なくとも約１５重量％のＨ_２Ｏ_２を含むＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得る請求項８の方法。
21. 約５ミクロンから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する長いチャンネルをもつ装置中で自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液と水性抽出媒体とを接触させて有機作動溶液から水性媒体への過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次に抽出された過酸化水素を含む水性媒体をＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液から分離してＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得ることを特徴とするアントラキノン自動酸化プロセスで生成された過酸化水素を回収する方法。
22. チャンネルを有する装置が、アントラキノン自動酸化プロセスにおける従来の液体−液体抽出カラムと組み合わせて使用されて、カラムの底部での供給物としてのその導入前に自動酸化工程から得られるＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液から過酸化水素の追加の抽出を行い、水性媒体としてカラムの底部から得られる水性抽出物を用いて増加した過酸化水素濃度を有する水性抽出生成物の流れを得る請求項２１の方法。
23. チャンネルを有する装置が、アントラキノン自動酸化プロセスにおける従来の液体−液体抽出カラムと組み合わせて使用されて、新しい水性媒体を用い次に生じた水性抽出物を抽出カラム中へ導入して、抽出カラムの頂部からの流出液として得られるＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液から残存過酸化水素の追加の抽出を行う請求項２１の方法。
24. 約５ミクロンから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の大きさを有する長いチャンネルをもつマイクロチャンネル装置中で自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液と水性抽出媒体とを接触させて有機作動溶液から水性媒体への過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次にＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液から抽出された過酸化水素を含む水性媒体を分離してＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得ることを特徴とするアントラキノン自動酸化プロセスで生成された過酸化水素を回収する方法。
25. 約０．５ｍｍから約５ｍｍの範囲内の少なくとも１つの断面の細い大きさを有する長いチャンネルをもつプレートフィン装置中で自動酸化プロセスにおけるＨ_２Ｏ_２含有有機作動溶液と水性抽出媒体とを接触させて有機作動溶液から水性媒体への過酸化水素の液体−液体抽出を行い、次に抽出された過酸化水素を含む水性媒体をＨ_２Ｏ_２の減少した有機作動溶液から分離して、有機作動溶液からＨ_２Ｏ_２含有水溶液を得ることを特徴とするアントラキノン自動酸化プロセスで生成された過酸化水素を回収する方法。

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