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值得开发与推广的有机中间体清洁工艺(二)
2005年19期 发行日期:2005-09-01
作者:梁诚
值得开发与推广的有机中间体清洁工艺(二)
梁诚
    (上接第17/18期a15版)
3.间苯二酚
    间苯二酚作为重要的粘合剂和染料中间体,国内严重供不应求。
2004年我国间苯二酚进口量8151t,国内消费量达10451t,预计2006
年国内市场潜在需求量将达到1.78万t左右。目前国内全部采用苯
为原料的磺化碱熔法,该工艺需要大量强酸、强碱,同时产生大量的
na2so3、na2so4,废液处理费用较高。而日本2家公司则采用清洁工
艺——间二异丙苯氧化法技术,目前我国正在研究中,尚没有实现工
业化。
    间二异丙苯氧化为过氧化二异丙苯,而后在酸性条件下分解生成
间苯二酚,同时副产丙酮,类似于异丙苯氧化制备苯酚/丙酮过程,
该工艺对环境污染小、过程紧凑、便于连续化生产。工艺过程为:碱
性条件下,液相间二异丙苯在空气/氧气中氧化,得到间过氧化二异
丙苯及副产品间二异丙苯羟基过氧化物;而后,将甲苯加入氧化产物
中,用过氧化氢水溶液进行预处理,将副产物转化为间过氧化二异丙
苯;预处理后生成物经过中和、浓缩、脱水后再进行酸解,得到间苯
二酚成品。
  近年来,关于间二异丙苯氧化、分解合成间苯二酚的工艺技术报
道很多,有文献报道间二异丙苯在无水、无碱的条件下,氧化得到间
过氧化二异丙苯及间二异丙苯羟基过氧化物,2种产物摩尔比为
3.4:1;若使用氢氧化钠,2种氧化产物摩尔比为1:1.2。混合氧化产
物用过氧化氢处理,间二异丙苯羟基过氧化物转化为间过氧化二异丙
苯,然后在三氟化硼·乙氧基(bf3·c2h5o)和甲苯存在下,50℃下,
酸解得到88.6%(摩尔百分数,下同)间苯二酚,如果不用过氧化氢处
理,仅得到61.9%间苯二酚。
  日本专利jp0206841报道,100℃下间苯二酚在空气和3%氢氧化
钠中氧化,得到51.8%(wt)的m-[hooc(ch3)2]2c6h4(间过氧化二
异丙苯)、15.1%(wt)的m-[hooc(ch3)2]c6h4coh(ch3)2(间二异丙
苯羟基过氧化物)、7.9%(wt)的m-[hooc(ch3)2]c6h4ch(ch3)2(间
二异丙苯单过氧化物)、13.1%(wt)的m-ch3coch2ch(ch3)2(甲基
异丁基酮)以及12.1%(wt)其他产物的过氧化物混合物,将此过氧
化物混合物用磷钨酸、硫酸分离后,在79℃甲腈存在下,用60%过氧
化氢处理,得到93%的间苯二酚。另外欧洲专利ep32245也介绍了在
甲腈存在下用硫酸对氧化产物进行酸解的有关工艺。
  此外,还有专利ep327361介绍将间二异丙苯二过氧化物分解过
程分2步进行,以hbf4为催化剂,在第一反应器反应温度控制在84
℃、第二反应器控制温度在116℃的条件下,可以得到纯度为99%的期
望产物。
4.邻、对苯二酚
    邻、对苯二酚是重要的农药、染料、橡胶助剂、香料、医药等中
间体。目前国内需求增长迅速,2004年需求量约1.3万t,但国内供
应十分紧张,2004年邻苯二酚进口5803t,同比增长50.1%;对苯二
酚进口2907t,同比增长191.1%。预计2006年我国邻、对苯二酚总
消费量约1.6万t,部分采用环境污染极为严重的苯胺氧化法制备对
苯二酚的小装置将被强行关闭。当前,国外主要采用苯酚羟基化清洁
工艺生产邻苯二酚,同时副产对苯二酚,我国目前仅有1套采用该工
艺的装置。当前该技术主要掌握在法国罗纳-普朗克、意大利埃尼和
日本宇部兴产等3家公司手中,但工艺流程不尽相同。
  罗纳-普朗克  采用磷酸与过氯酸为催化剂,反应温度90℃,原
料苯酚、过氧化氢(70%水溶液)、酸的摩尔比为20:1:0.1,苯酚转
化率5%;以消耗的过氧化氢为基准,二酚的收率在85%~90%之间,
其中邻位与对位苯二酚之比为3:2。
  整个工艺过程分为氧化、洗涤、脱水、预浓缩、脱焦油、浓缩和
分离等工序。氧化反应在3个串联的钢质反应器中进行,磷酸、过氯
酸、过氧化氢和苯酚加入第一个反应器(各反应器均有良好的热分散
装置)进行反应,在该反应中过氧化氢转化率约达80%;生成物首先
在45℃下洗去磷酸和过氯酸,再加入少量的二异丙基醚使水相与有
机相分离;洗涤后液体在脱水塔中蒸出水-醚和水-苯酚共沸物,经冷
却后送返洗涤塔;有机相在预浓缩塔中进行常压蒸馏,塔底保持200
℃以防苯酚降解;塔底出来的混合物料(熔点为70℃)进入操作压
力为6.08mpa的蒸馏塔,温度维持在230℃;塔顶馏出物(组成为50%
苯酚、30%邻苯二酚、20%对苯二酚)进入浓缩塔,蒸馏彻底去除苯酚;
塔釜分离出焦油,浓缩塔釜物进入邻、对位分离塔进行分离,则邻苯
二酚在165℃、8.1kpa下从塔顶分出,对苯二酚在200℃、7.09kpa
下从塔底分出。
  意大利埃尼  采用铁盐和钴盐混合催化剂,加入量很小,以防止
过快的反应速度使得过氧化氢在反应中积累,反应温度40℃,过氧
化氢溶液浓度60%,苯酚转化率达20%左右;以转化的苯酚为基准,
二酚总收率高于90%,其中邻、对位苯二酚比在1.5~4之间。
  工艺流程为:将苯酚、过氧化氢和催化剂在40℃送入反应器,
激烈搅拌,并用冷却水将反应温度保持在40℃;然后将物料直接送
入3个串联的蒸发器中,其压力分别为26.6kpa、9.33kpa和1.33kpa,
无须预处理或惰性气体保护,即可将绝大部分未反应的苯酚和水一起
回收并循环使用;从第三个蒸发器底部放出残渣,而从其顶部蒸出邻、
对苯二酚及少量苯酚的混合物,送往2个精馏塔中,从第一个精馏塔
蒸出苯酚以供循环使用,从第二个精馏塔顶部蒸出高纯度的邻苯二
酚,从底部得到对苯二酚(含微量邻苯二酚),在水中重结晶加以提
纯。
  宇部兴产  用60%过氧化氢与酮(一般选用甲乙酮、异丁基甲酮
或二异丁基酮)以及少量的酸(硫酸或磺酸)作为催化剂,酮在这里
起到催化剂和引发剂的作用。反应过程中首先生成中间产物——酮的
过氧化物作为氧化剂,而后在80~100℃下与苯酚进行氧化反应,苯
酚转化率为5%,产品苯二酚的总产率在86%~94%之间,其中邻、对
位苯二酚之比约3:2,反应后酮又恢复其原有性质。
  酮的过氧化物与苯酚快速反应,由于酸催化剂用量很小,对设备
并无腐蚀作用,不须除去催化剂即可将物料进行蒸馏。在后处理和分
离过程中,采用两塔蒸馏分别脱除酮/水和苯酚,然后再精馏分离出
邻苯二酚,酮可在蒸馏中回收循环使用。有专利报道,如果采用酸性
白土或石膏粉之类的固体催化剂,则产品中邻、对位苯二酚之比可以
达到1:1。(未完待续)
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