Способ получения фенола и ацетона

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕНОЛА И АЦЕТОНА разложением гидроперекиси изопропилбензола в среде фенола и ацетона при температуре 40 70^oС в присутствии гетерополикислот, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса и повышения выхода целевых продуктов, процесс ведут в присутствии 10 70%-ных водных растворов гетерополикислот, взятых в количестве 0,01 0,3 мас. считая на гидроперекись изопропилбензола.

Предлагается усовершенствованный способ получения фенола и ацетона, широко используемых в производстве пластмасс, растворителей и т.д.
Известен способ получения фенола и ацетона разложением гидроперекиси изопропилбензола (ГПИПБ) в среде ацетона в присутствии гетерогенного катализатора сульфокатионита. Процесс проводят в присутствии воды при температуре 40-70^оС. Недостатком данного способа является значительное образование окиси мезитила (5,2-11,2 кг на 1 т фенола).
Наиболее близким решением поставленной технической задачи является способ получения фенола и ацетона разложением гидроперекиси изопропилбензола (ГПИПБ) в присутствии гомогенного катализатора неорганических гетерополикислот (ГПК) общей формулы Н_кЭО_н(МО_n)р, где Э фосфор или кремний; М молибден, вольфрам или ванадий; к 5-10; н 1-5; п 1-8; р 1-8. Согласно способу процесс проводят при 40-70^оС в среде фенола и ацетона (50:50 мол.). ГПК, представляющие собой кристаллические соединения, перед введением в реакционную смесь предварительно растворяют в среде фенола и ацетона и раствор подают на разложение ГПИПБ. При использовании в качестве сырья технической ГПИПБ процесс идет с конверсией ГПИПБ 100% и выходном фенола и ацетона 96,3 и 97-98 мол. соответственно.
Недостатком данного способа является образование окиси мезитила в количестве до 0,4 кг на 1 т фенола за счет конденсации ацетона, что приводит к значительному усложнению схемы выделения товарного фенола и ухудшению его качества. Способ характеризуется также недостаточно высоким выходом фенола и ацетона при разложении технической ГПИПБ.
Другим недостатком является использование катализатора в виде раствора фенола в ацетоне. Это обусловлено тем, что ГПК, которые содержат МО⁶⁺, W⁶⁺ или V⁵⁺ и являются довольно сильными окислителями, в отсутствие ГПИПБ быстро восстанавливаются фенолом и ацетоном в нерастворимые продукты, выпадающие в осадок даже при непродолжительном стоянии раствора (20-30 мин при 20^оС). В присутствии ГПИПБ, которая является еще более сильным окислителем, ГПК не восстанавливаются. В связи с этим невозможно заблаговременное приготовление большого количества катализатора, а также при непредвиденных остановках процесса неизбежна его порча.
Целью изобретения является упрощение технологии процесса и увеличение выхода целевых продуктов.
Поставленная цель достигается тем, что получение фенола и ацетона проводят путем разложения гидроперекиси изопропилбензола в среде фенола и ацетона при температуре 40-70^оС в присутствии гетерополикислот, а отличительной особенностью является использование 10-70%-ных водных растворов гетерополикислот, взятых в количестве 0,01-0,3 мас.считая на гидроперекись изопропилбензола.
Роль воды состоит в модифицировании ГПК, которые образуют гидраты, содержащие от десятков до сотен молекул воды на молекулу ГПК. При этом благоприятно изменяются кислотные свойства ГПК, что и обуславливает положительный эффект при применении водных растворов ГПК.
Водный раствор ГПК, в отличие от растворов ГПК в феноле-ацетоне, не изменяется при длительном хранении (не менее 12 месяцев) в закрытой не корродирующей таре (из нержавеющей стали, полиэтилена, стекла и т.д.). Вследствие этого возможно заблаговременное приготовление больших партий раствора ГПК и исключается порча катализатора при непредвиденных остановках процесса, что существенно упрощает технологию процесса.
Способ позволяет снизить выход окиси мезитила до 0,04 кг на 1 т фенола, а также повысить выход окиси фенола и ацетона при 100%-ном разложении технической гидроперекиси изопропилбензола до 98,5-99,5 и 98,4-99,6 мол. соответственно.
П р и м е р 1. К исходной смеси, состоящей из 5 г (0,03 моль) 90%-ной технической ГПИПБ, 27,8 г (0,3 моль) фенола и 14 г (0,3 моль) ацетона, при температуре 60^оС и интенсивном перемешивании подают 0,0009 г 50%-ного водного раствора (0,01% считая на 100%-ную ГПИПБ) Н₃РМо₁₂О₄₀. Реакцию ведут 5 мин. Конверсия ГИИПБ 100% Анализ реакционной массы проводят методом ГЖХ на хроматографе "ВЫРУ-Хром" с детектором по теплопроводности. Условия анализа: стальная колонка 3 м х 3 мм, заполненная фазой 10% полифенилового эфира на силанизированном хроматоне, программирование температуры от 80 до 170^оС со скоростью 8^оС мин^-1. Выход продуктов, считая на взятую гидроперекись, фенола 2,76 г (99,0 мол.), ацетона 1,7 г (99,0 мол.), окиси мезитила 0,00015 г или 0,051 кг на 1 т фенола.
П р и м е р 2. Процесс ведут, как в примере 1, с катализатором, 70%-ным раствором Н₅РМо₁₀V₂О₄₀, при 40^оС в течение 30 мин. Конверсия ГПИПБ 100% выход фенола 2,74 г (98,5%), ацетона 1,69 г (98,5%), окиси мезитила 0,00030 г (0,11 кг на 1 т фенола).
П р и м е р 3. Процесс ведут, как в примере 1, с катализатором, 10%-ным водным раствором Н₃РО₄ 5,5 МоО₃, в количестве 0,135 г (0,3% считая на ГПИПБ) при 60^оC в течение 1 мин. Конверсия ГПИПБ 100% выход фенола 2,77 г (99,5%), ацетона 1,71 г (99,5%), окись мезитила отсутствует.
П р и м е р 4. Процесс ведут, как в примере 1, но используют в качестве катализатора Н₃РМо₁₂О₄₀ 2Н₂О, который вводят в раствор фенола-ацетона в количестве 0,05% считая на ГПИПБ. За время 1 мин конверсия ГПИПБ 100% выход фенола 2,69 г (96,3%), окиси мезитила 0,0010 г (0,37 кг на 1 т фенола), ацетона 1,67 г (97,0%).
П р и м е р 5. Процесс проводят, как в примере 3, с добавкой к смеси 3 мас. воды. За время 30 мин конверсия ГПИПБ составляет 86%
П р и м е р 6. Процесс проводят с катализатором, 50%-ным водным раствором Н₃РО₄ 5,5 МоО₃, в промышленной установке мощностью 55 тыс. тонн фенола в год на одной из двух параллельных систем разложения ГПИПБ, имеющих общий узел ректификации продуктов. Вторая система работает при этом на серной кислоте в качестве катализатора. Использовали техническую 90%-ную ГПИПБ. В систему разложения, состоящую из разлагателя и серии холодильников (кожухотрубные цилиндрические теплообменники общего объема 10 м³), подают 7,2 м³/ч ГПИПБ, 50% -ный водный раствор ГПК из расчета 0,22% сухой ГПК на ГПИПБ, а также 192 м³/ч рецикла реакционной массы разложения, что соответствует концентрации ГПИПБ на входе в реактор 3,7% и времени контакта 3 мин. Процесс протекает в стабильном режиме при температуре верха разлагателя 62-64^оС и температуре рецикла 43-44^оС. Конверсия ГПИПБ на выходе системы разложения равна 100% В течение 40 ч на ГПК разложено 287 т ГПИПБ и израсходовано 590 кг ГПК. По данным ГЖХ анализируемая реакционная масса содержит ацетона 34,0% (выход 99,3%), фенола 55,4% (99,2%), окись мезитила отсутствует. Товарный фенол (т.пл. 40,5^oC), содержащий 50% продукта разложения ГПИПБ на ГПК и 50% продукта разложения на серной кислоте, имеет примесь окиси мезитила 0,015% что в 2 раза ниже ее содержания в феноле, полученном только на серной кислоте (0,032%). Это означает, что в присутствии ГПК окись мезитила не образуется также и в процессе ректификации продуктов.
Катализатор (50% -ный водный раствор Н₃РО₄ 5,5 МоО₃) с момента выпуска хранят в течение 2,5 лет в плотно закрытой стеклянной и полиэтиленовой таре. За это время он полностью сохраняет каталитическую активность и все характеристики в соответствии с техническими условиями.