Способ получения гидропероксида изопропилбензола Российский патент 2024 года по МПК C07C407/00 C07C409/10 

Изобретение относится к области промышленного производства продуктов нефтехимического синтеза, в частности к процессу получения гидропероксида изопропилбензола.

Окисление углеводородов молекулярным кислородом является важнейшим процессом нефтехимического синтеза и лежит в основе промышленного получения ценных кислородсодержащих продуктов, в том числе гидропероксидов. Основным потребителем гидропероксида изопропилбензола является многотоннажное производство фенола и ацетона.

Известен способ некаталитического жидкофазного окисления изопропибензола при повышенной температуре кислородом воздуха с получением гидропероксида кумола (см. Б.Д. Кружалов, Б.И. Голованенко Совместное получение фенола и ацетата. Госхимиздат, 1963). Процесс окисления ведется до содержания в реакционной массе 20-35 мас. % гидропероксида кумола.

Основным недостатком данного способа является образование существенного количества побочных продуктов.

Известны способы аэробного гомогенного жидкофазного окисления углеводородов в присутствии соединений переходных металлов Fe, Со, Ni, Mn, Cu (см. Matienko L.I., Mosolova L.A., Zaikov G.E. Selective catalytic oxidation of hydrocarbons. New prospects // Russian Chemical Reviews. 2009. V. 78. №3. P. 211-230). Соединения переходных металлов обладают высокой каталитической активностью и селективностью.

Недостатком данного метода, является то, что большинство из соединений переходных металлов приводит к мгновенному разложению гидропероксидов.

Известны способы окисления изопропилбензола в присутствии солей металлов подгруппы цинка, а именно этилгексаноатов цинка, кадмия и ртути. В присутствии этилгексаноатов ртути и кадмия возможно получение гидропероксида изопропилбензола 19,5% и 26,7% в реакционной смеси, соответственно (см. Влияние на образование гидропероксида при окислении кумола, см. X.Э. Харлампиди, Н.М. Нуруллина, Н.Н. Батыршин Нефтехимия, 2009, том 49, №5, с. 405-408).

Недостатком является активность соединений в каталитическом распаде образовавшегося гидропероксида, а также токсичность соединений кадмия и ртути.

Известен способ получения гидропероксида изопропилбензола, заключающийся в жидкофазном окислении изопропилбензола кислородом воздуха в присутствии солей металлов непереходной валентности подгруппы цинка (Каталитические системы на основе соединений магния и цинка в реакциях окисления алкиларенов и распада соответствующих гидропероксидов, см. X.Э. Харлампиди, Н.М. Нуруллина, Н.Н. Батыршин, Ю.X. Усманова Кинетика и катализ, 2018, том 59, №3, с. 335-339). Исследования показали, что в присутствии этилгексаноата магния концентрация гидропероксида изопропилбензола в реакционной смеси при температуре 110°С достигает 24,3%.

Недостатком данного способа является каталитический распад образовавшегося в процессе окисления гидропероксида изопропилбензола в присутствии как индивидуальных этилгексаноатов магния и цинка, так и их смесей.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности является способ получения гидропероксида изопропилбензола, заключающийся в жидкофазном окислении изопропилбензола кислородом воздуха в присутствии этилгексаноата кальция при температуре 110-130°С (см. патент RU 2791536, С07С 407/00; С07С 409/10, 2023).

Недостатком данного способа является недостаточно высокая селективность по гидропероксиду изопропилбензола 82%.

Для химической технологии одним из важнейших свойств применяемого катализатора является его селективность (избирательное направление превращения реагента в целевой продукт). Чем выше селективность, тем эффективнее катализатор, так как позволяет получить необходимый продукт с минимальными потерями. Повышение селективности катализатора снижает затраты и расходы энергии на отделение целевого продута от побочных.

Технической проблемой является повышение селективности процесса окисления изопропилбензола.

Техническая проблема решается способом получения гидропероксида изопропилбензола путем жидкофазного окисления изопропилбензола кислородом воздуха в реакторе при температуре 120°С в присутствии 2-этилгексаноата калия.

Технический результат заключается в увеличении селективности по гидропероксиду изопропилбензола до 93%.

Используемый в заявляемом способе катализатор 2-этилгексаноат калия (C₈H₁₅O₂)К (молекулярная масса - 182 г/моль), представляющий собой мелкокристаллическое вещество белого цвета, получают путем взаимодействия гидроксида калия и 2-этилгексановой кислоты в бензоле при температуре 80°С.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (заявляемый способ)

В стеклянный реактор компрессором подают очищенный и осушенный воздух, включают электрообогрев. При достижении температуры 60-65°С в реактор загружают 60 мл исходного изопропилбензола с растворенным в нем 2-этилгексаноатом калия с концентрацией 0,005 моль/л. Момент достижения заданной температуры 120°С и подачи требуемого количества воздуха (0,3 л/мин) фиксируют, как время начала эксперимента. По истечении 6-и часов реакционную смесь иодометрически анализируют на содержание гидропероксида изопропилбензола, состав продуктов окисления определяют хроматографически. Селективность по гидропероксиду изопропилбензола составила 93%.

Пример 2. Окисление проводят аналогично примеру 1, в присутствии катализатора этилгексаноата калия, концентрация в исходной смеси составляет 0,005 моль/л, но при температуре 130°С.Селективность по гидропероксиду изопропилбензола составила 76,09%.

Пример 3 (способ-прототип)

Окисление проводят аналогично примеру 1, но в присутствии катализатора этилгексаноата кальция, концентрация в исходной смеси составляет 0,005 моль/л. Селективность по гидропероксиду изопропилбензола составила 81,81%.

Концентрацию гидропероксида изопропилбензола в реакционной смеси определяли иодометрическим способом (см. Антоновский В.Л., Бузланова М.М. Аналитическая химия органических пероксидных соединений. М.: Химия, 1978. 308 с.).

Для анализа продуктов окисления использовали метод газожидкостной хроматографии (хроматограф Хроматэк Кристалл 5000.2, ЗАО СКБ «ХРОМАТЭК», Россия): полярная капиллярная колонка SolGel-WAX™, газ-носитель гелий; термостат колонки: без изотермы нагрев от от 50°С со скоростью 10°С⋅мин^-1 до 250°С. Температура испарителя - 250°С; температура детектора (катарометр) - 270°С.

В таблице приведен состав продуктов процесса окисления изопропилбензола по прототипу и заявляемому объекту.

Как видно из представленных примеров, заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет увеличить селективность по гидропероксиду изопропилбензола до 93%. Содержание побочных продуктов, таких как ацетофенон и диметилфенилкарбинол, снижается ~ в 1,7 и 4 раза соответственно. Повышение температуры выше 120°С (пример 2) приводит к увеличению количества побочных продуктов, в частности ацетофенона и диметилкарбинола, за счет неселективного распада гидропероксида изопропилбензола.

Изобретение относится к области промышленного производства продуктов нефтехимического синтеза, а именно к способу получения гидропероксида изопропилбензола. Способ осуществляют путем жидкофазного окисления изопропилбензола кислородом воздуха при температуре 120°С в присутствии 2-этилгексаноата калия в качестве катализатора. Технический результат – получение целевого продукта с высокой селективностью. 1 табл., 3 пр.

Способ получения гидропероксида изопропилбензола путем жидкофазного окисления изопропилбензола кислородом воздуха при температуре 120°С в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют 2-этилгексаноат калия.