СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 3,5-КСИЛЕНОЛА Российский патент 1998 года по МПК C07C37/06 C07C39/07 B01J21/08 

Изобретение относится к области основного органического синтеза, в частности к способу получения 3,5-ксиленола.

3,5-Ксиленол используют для синтеза негорючих стойких к радиации теплоносителей и масел, высокоэффективных антиоксидантов, лекарственных препаратов, душистых веществ, красителей и т.д.

Известен способ получения 3,5-ксиленола перегруппировкой изофорона в газовой фазе при 450 - 600^oC, объемной скорости подачи сырья 0,042 ч^-1, атмосферном давлении в присутствии катализатора хромоникелевой легированной стали X12Cr18Ni8. При этом конверсия изофорона составляет 83 - 84%, селективность процесса по 3,5-ксиленолу 79 - 80%. Недостатком данного способа является низкий съем 3,5-ксиленола с 1 л катализатора в час (0,026 - 0,027 кг/1 л катализатора), недостаточно высокая селективность процесса по целевому продукту реакции (патент ФРГ 1768875, 1972).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения 3,5-ксиленола из изофорона путем контактирования изофорона в паровой фазе при 525 - 625^oC с гетерогенным катализатором, содержащим α-оксид алюминия, на который нанесен один или более редкоземельных металлов в сочетании с металлом переменной валентности и щелочным, либо щелочно-земельным металлом. При этом конверстия изофорона составляет 90 - 100 мол.%, селективность процесса по 3,5-ксиленолу 80 - 85 мол.%. Максимальная производительность процесса достигается на катализаторе, содержащем редкоземельные элементы из группы лантана неодим и празеодим, а также кобальт и калий при 600^oC, давлении 1 бар (10^-1 МПа), объемной скорости подачи сырья 1,00 кг/л катализатора в час. Съем 3-5-ксиленола с 1 кг катализатора составляет 0,537 кг в час (патент США 4453025, 1984).

Недостатком данного способа является применение катализатора сложного химического состава, содержащего малодоступные и дорогостоящие редкоземельные элементы, невысокая производительность по целевому 3,5-ксиленолу. Изобретение позволяет проводить процесс на доступном катализаторе без применения дорогостоящих и дефицитных металлов переменной валентности, либо редкоземельных элементов с высокой производительностью процесса по 3,5-ксиленолу.

Это достигается предлагаемым способом получения 3,5-ксиленола путем контактирования изофорона с гетерогенным катализатором, который представляет собой оксид кремния, обработанный водяным паром при 200 - 220^oC и давлении 18 - 21 атм, на которой нанесен оксид железа в количестве от 0,1 до 5 мас.%.

Отличительным признаком способа является использование в качестве катализатора оксида кремния специальной обработки с нанесением оксида железа в предлагаемом интервале. Добавка к оксиду кремния оксида железа в пределах от 0,1 до 5% приводит к увеличению селективности процесса по 3,5-ксиленолу как за счет уменьшения образования смол и кокса, так и вследствие подавления реакции полного разложения изофорона. Такое направленное повышение активности катализатора способствует увеличению производительности процесса по 3,5-ксиленолу (пример 2) за счет повышения селективности процесс по целевому продукту и увеличения цикла работы катализатора цикла работы катализатора до момента накопления кокса, ограниченное технологическими условиями процесса.

При нанесении на катализатор оксида железа менее 0,1 мас.% наблюдается снижение селективности процесса по 3,5-ксиленолу за счет увеличения накопления на поверхности катализатора смол и кокса.

Повышение содержания оксида железа на поверхности катализатора более 5 мас.% приводит к нарастанию реакции полного разложения изофорона за счет чего снижается выход 3,5-ксиленола.

Способ осуществляют следующим образом.

Термокаталитическое превращение изофорона в 3,5-ксиленол проводят непрерывным способ на проточной установке. Используют в работе термообработанный оксид кремния, на которой нанесен оксид железа. Сырье (изофорон) непрерывно подают в реактор, заполненный катализатором (размер шарика 2,5 - 3 мм) при 550^oC, атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья 0,5 ч^-1. На выходе из реактора катализат анализировали методом ГЖХ на хроматографе с пламенно-ионизационным детектором и программированием температуры термостата колонок тира ЛХМ-8МД. Колонка стальная длиной 100 см, с внутренним диаметром 3 мм. Твердый носитель хроматон N-AW-ГМДС фракция 0,2-0,25 мм, жидкая фаза ПЭГ-2000.

Условия анализа: температура термостата колонок от 50 до 200^oC, скорость программирования 6^oC/мин; температура испарителя 25^oC, расход газа-носителя 40 мл/мин; объем вводимой пробы 0,4 мкл.

Пример 1. В проточный реактор, представляющий собой трубку из кварцевого стекла, длинною 500 мм с внутренним диаметром 18 мм загружают 40 мл инертной насадки и 50 мл оксида кремния, обработанного водяным паром при 210^oC и давлении 19 атм, на который нанесен оксид железа в количестве 0,1 мас.%. В течение 20 ч подают 461,4 г изофорона при 550^oC, атмосферном давлении и с объемной скоростью 0,5 ч^-1. Получают 408,4 г реакционной массы состава, мас.%:
о-Ксилол - 0,29
м-, п-Ксилолы - 3,08
Мезитилен - 3,57
β-Изофорон - 0,10
м-, п-Крезолы - 2,28
α-Изофорон - 0,70
3,5-Ксиленол - 88,00
3,4-Ксиленол - 0,19
Смолы - 0,99
Кокс - 1,00
Конверсия изофорона - 99,2 мас.%.

Селективность процесса по 3,5-ксиленолу 88,7 мас.%.

Съем 3,5-ксиленола - 0,951 кг с 1 кг катализатора, ч.

Продолжительность работы катализатора до потери его активности составляет 320 ч.

Примеры 2 и 3 проводят аналогично примеру 1.

Условия и результаты примеров представлены в таблице.

Таким образом, проведение процесса синтеза 3,5-ксиленола в присутствии катализатора оксида кремния, обработанного водяным паром при 200-220^oC и давлении 18-21 атм, с нанесением на его поверхность оксида железа в количестве с 0,1 - 5 мас.% позволяет увеличить съем целевого продукта с 1 кг катализатора от 0,911 до 0,951 кг в час; по прототипу максимальный съем 3,5-ксиленола с 1 кг катализатора в час не превышает 0,537 кг.

Использование: изобретение относится к области органического синтеза, в частности к способу получения 3,5-ксиленола. Сущность изобретения: 3,5-ксиленол получают контактированием изофорона с гетерогенным катализатором, в качестве которого используют оксид кремния, обработанный водяным паром при 200 - 220^oC, и давлении 18 - 21 атм, на который нанесен оксид железа в количестве 1,1 - 5 мас.%. 1 табл.

Способ получения 3,5-ксиленола путем контактирования изофорона при повышенной температуре с гетерогенным катализатором, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют оксид кремния, обработанный водяным паром при 200 220^oС и 18 21 атм с нанесенным на его поверхность оксидом железа в количестве 0,1 5,0% от массы катализатора.