Способ получения диметилтетралина

 

Использование: в нефтехимии, в частности в качестве сырья в синтезе нафталиндикарбоновых кислот. Сущность изобретения: продукт-диметилтетралин (ДМТ). Реагент 1: 5-(о-, м- или п-толил)пент-1 или 2-ен, или 5-фенилгекс-1 или 2-ен, с содержанием воды не более 0,5 мас.%. Условия реакции: нагревание при 148-250°С, давление, обеспечивающее жидкофазность процесса, в присутствии катализатора-ультрастабильного кристаллического цеолита типа Y, имеющего молярное отношение SiO₂/Al₂O₃, равное (4-10):1, размер пор, соответствующий 12-членному кислородсодержащему циклу и размер элементарной ячейки , при содержании 0,005-3,5% Na в расчете на металл от массы цеолита. Преимущественно катализатор используют в H-форме с добавкой 0,05-3% одного из благородных металлов: Pt, Pd, Ir или Rh, в расчете на металл к массе катализатора. Последний может также содержать 0,01-5% переходного металла: Cu, Sn, Au, Pb или Ag, в расчете на металл к массе катализатора. Катализатор может быть нанесен на носитель-инертную пористую тугоплавкую неорганическую окись- и содержать менее 15% адсорбированной воды в расчете на массу цеолита. В процессе образуется жидкая смесь, содержащая по крайней мере, 80% а) 1,5-, 1,6-, 2,5- или 2,6-ДМТ или их смесь из 5-(о-толил)пент-1 или 2-ена, б) 1,5-, 1,6-, 1,7-, 1,8-, 2,5-, 2,7- или 2,8-ДМТ, или их смесь из 5-(м-толил)пент-1 или 2-ена; в) 1,7-, 1,8-, 2,7- или 2,8-ДМТ или их смесь из 5-(п-толил)пент-1 или 2-ена; г)1,3-, 1,4-, 2,3-, 5,7-, 5,8- или 6,7- ДМТ или их смесь из 5-фенил-гекс-1- или 2-ена. 4 з.п. ф-лы, 1 ил, 2 табл.

Изобретение относится к области получения диметилтетралина (ДМТ) из 5(о-, м- или п-толил)-пент-1- или-2-ена, или 5-фенил-гекс-1- или-2-ена, используемых в качестве промежуточных для получения нафталиндикарбоновых кислот.

Нафталиндикарбоновые кислоты используют как мономеры для получения разнообразных полимеров. Например, поли(этилен-2,6-нафталат), полученный из 2,6-нафталиндикарбоновой кислоты и этиленгликоля, имеет лучшую термическую стабильность и механические свойства, чем полиэтилентерефталат, и полезен в производстве пленок и каучуков.

Диметилнафталины - это необходимые исходные соединения для получения соответствующих нафталиндикарбоновых кислот при окислении. Известный удобный процесс получения нафталиндикарбоновых кислот включает окисление диметилнафталина кислородом в жидкой фазе в растворе уксусной кислоты при повышенной температуре и давлении, в присутствии катализатора, включающего компоненты кобальта, марганца и брома.

Обычно диметилнафталины (ДМН) получают при очистке газов от переработки угля в виде смеси всех десяти возможных изомеров. Однако разделение этих изомеров является очень трудоемким и дорогим. Следовательно, метод получения индивидуальных изомеров диметилнафталина или смеси двух или трех изомеров диметилнафталина высокой частоты и качества является весьма желательным. Одним из таких методов является многостадийный синтез, включающий (1) образование алкенилбензола при реакции о- или п-ксилола с бутадиеном, (2) циклизацию полученного алкенилбензола с образованием одного или более диметилтетралинов, относящихся к одной или двум из трех групп изомерных диметилтетралинов, так, группа А содержит 1,5-, 1,6-, 2,5- и 2,6-диметилтетралины; группа Б содержит 1,7-, 1,8-, 2,7- и 2,8-диметилтетралины и группа С содержит 1,3-, 1,4-, 2,3-, 5,7-, 5,8- и 6,7-диметилтетралины, (3) дегидрирование диметилтетралинов с образованием соответствующих диметилнафталинов и (4) изомеризацию полученных диметилнафталинов до желаемого изомера диметилнафталина.

Например, в [1-4] описаны процессы циклизации изомеров алкенилбензола в один или более изомеров диметилтетралина при 200-450^оС в присутствии любого подходящего твердого кислотного катализатора циклизации, такого как кислотные кристаллические цеолиты, такие как кремний-алюминиевый, кремний-магниевый и кремний-алюминий-циркониевый и фосфорная кислота, за которой следует дегидрирование полученных диметилтетралинов в паровой фазе до соответствующих диметилнафталинов в атмосфере водорода при 300-500^оС и в присутствии таких твердых катализаторов дегидрирования как благородные металлы на носителях и оксиды хромоалюминия, и после этого изомеризацию каждого вышеупомянутого диметилнафталина в желаемый изомер в той триаде диметилнафталинов, к которой этот изомер принадлежал при 275-500^оС в присутствии твердого кислородного катализатора изомеризации, такого же типа, как описанные для циклизации. С другой стороны, и циклизация, и изомеризация могут быть проведены в жидкой фазе, в этом случае циклизацию проводят при 200-275^оС с твердым фосфорнокислотным катализатором, при 70-140^оС с кислотной ионообменной смолой, кислотным кристаллическим цеолитом, плавиковой или серной кислотой в качестве катализатора либо кремниевым пористым катализатором.

В частности в [1] описана циклизация 5-(м-толил)пент-2-ена до 1,6- и 1,8-диметилтетралинов, которые затем дегидрируют до 1,6- и 1,8-диметилнафталинов, которые в свою очередь изомеризуют в 2,6- и 2,7-диметилнафталины соответственно.

В [2] описана циклизация 5-фенил-гексена-2 до 1,4-диметилтетралина, который дегидрируют до 1,4-диметилнафталина, который, в свою очередь, изомеризуют в 2,3-диметилнафталин.

В [3] описана циклизация 5-(о-толил)-пентена-2 до 1,5-диметилтетралина, который затем дегидрируют до 1,5-диметилнафталина, который в свою очередь изомеризуют в 2,6-диметилнафталин.

В [4] описана циклизация 5-(п-толил)-пентена-2 до 1,7-диметилтетралина, который дегидрируют до 1,7-диметилнафталина, который в свою очередь изомеризуется в 2,7-диметилнафталин.

Проблема известных способов состоит в присутствии других изомеров диметилнафталина, непрореагировавшего диметилтетралина и алкенилбензола в качестве примесей и побочных продуктов в получаемом конечном желаемом специфическом изомере диметилнафталина. Присутствие этих примесей и побочных продуктов заметно снижает полезность и коммерческую ценность необходимого изомера диметилнафталина, особенно, в качестве исходного для получения нафталиндикарбоновой кислоты для использования в качестве мономера в производстве полимеров. К тому же при высоких температурах, применяемых в газофазных процессах, катализаторы имеют тенденцию относительно быстро дезактивироваться. Таким образом, весьма желательно использовать жидкофазные процессы при относительно низкой температуре и повысить полноту и селективность каждой стадии многостадийного процесса, в частности стадии циклизации.

Целью данного изобретения является создание улучшенного метода с повышенным выходом и селективностью получения специфического изомера диметилтетралина или ряда изомеров диметилтетралина путем циклизации соответствующего алкенилбензола, который удовлетворяет вышеупомянутым требованиям по селективности, полноте и каталитической активности.

Цель изобретения достигается при использовании предлагаемого улучшенного способа получения диметилтетралина из 5-(о-, м- или п-толил)пент-1- или-2-ена или 5-фенил-гекс-1- или-2-ена в качестве исходного сырья, включающего контактирование в жидкой фазе исходного сырья с катализатором циклизации, включающим кристаллический алюмосиликатный цеолит Y типа молекулярное сито, который в значительной мере свободен от адсорбированной воды в температурном интервале от 148^оС до 250^оС и при довольно высоком давлении для поддержания исходного вещества в жидкой фазе от 0,3 до 5 ати, предпочтительно 1,3 ати. При этом исходное сырье, если оно содержит воду, то концентрация воды в нем не превышает 0,5% по массе.

Когда в качестве исходного сырья используют 5-(о-толил)-пент-1- или-2-ен, то получают жидкую смесь диметилтетралинов, содержащую по крайней мере 80 мас. % 1,5-, 1,6-, 2,5- или 2,6-диметилтетралина или их смеси, используемую для получения 2,6-диметилнафталинов в многостадийном синтезе.

Когда в качестве исходного сырья используют 5-(м-толил)-пент-1- или-2-ен, то получают жидкую смесь диметилтетралинов, содержащую по крайней мере, 80 мас. % 1,5-, 1,6-, 1,7-, 1,8-, 2,5-, 2,6-, 2,7- или 2,8-диметилтетралина или их смеси, используемую для получения 2,6- и 2,7-диметилнафталинов.

Когда в качестве исходного сырья используют 5-(п-толил)-пент-1- или-2-ен, то получают жидкую смесь диметилтетралинов, содержащую по крайней мере 80 мас. % 1,7-, 1,8-, 2,7- или 2,8-диметилтетралина или их смеси, используемую для получения 2,7-диметилнафталина.

Когда в качестве исходного сырья используют 5-фенил-гекс-1- или-2-ен, то получают жидкую смесь диметилтетралинов, содержащую по крайней мере 1,3-, 1,4-, 2,3-, 5,7-, 5,8- или 6,7-тетралин или их смесь, используемую для получения 2,3-диметилнафталина.

Реакция циклизации может быть проведена с растворителем или без растворителя для соответствующего исходного. Предпочтительно не использовать растворитель. Если растворитель все же используется, он должен быть инертен в условиях процесса и может включать такой парафин, как тетрадекан, или такой ароматический углеводород, как антрацен, или их смесь, которая кипит предпочтительно около 270^оС. На стадии циклизации, если присутствует вода, ее концентрация менее 0,5%, предпочтительно менее 0,1% от массы алкенилбензола. Более предпочтительно в реакционной среде на стадии циклизации вода отсутствует.

Процесс циклизации может проводиться периодически или непрерывно.

Процесс может проводиться в реакторе с неподвижным слоем, с подвижным слоем, с псевдоожиженным слоем, со слоем катализатора, суспендированного в жидкой фазе, либо с перемешиванием твердых частиц в жидкости в сосуде. Вообще, однако, использование аппаратов с неподвижным слоем коммерчески предпочтительно для дальнейших операций.

Увеличение конверсии исходного и селективности образования желаемого продукта или ряда продуктов на стадии циклизации - это результат выбранных условий температуры и давления, а также высокой активности и селективности применяемого катализатора, что в свою очередь позволяет использовать менее жесткие условия, т.е. более низкие температуры и давления, и при этом может быть достигнута повышенная селективность и снижена дизактивация катализатора.

Катализатор, применяемый для процесса циклизации в методе данного изобретения, содержит кислотный ультрастабильный, т.е. термически стабилизированный или деалюминированный, кристаллический алюмосиликатный цеолит Y типа, имеющий мольное соотношение двуокиси кремния к окиси алюминия от 4 : 1, предпочтительно от 5 : 1 до 10 : 1, предпочтительно 6 : 1, и имеющий размеры пор, соответствующие двенадцатичленному кислородсодержащему циклу, и ражзмеры элементарной ячейки от 24,2, предпочтительно от 24,3, до 24,7, предпочтительно 24,6 . Таким подходящим цеолитом является продукт Юнион Карбайд под названием LZ-y72 или LZ-y20.

Предпочтительно цеолит свободен от адсорбированной воды. Если же вода присутствует, она может быть удалена при нагревании цеолита в инертной атмосфере при 250^оС в течение 0,5-1 ч. В качестве альтернативы, и менее предпочтительно, присутствие воды в концентрации до 15% от массы цеолита может быть допустимо, если температура реакции из вышеназванного интервала составляет по меньшей мере 180^оС.

Вышеназванный цеолит, применяемый в качестве катализатора на стадии циклизации в методе данного изобретения находится в Н-форме и содержит около 0,05-3,5% по массе натрия, считая на элементарный натрий к массе цеолита. Если стадию циклизации проводят в периодическом варианте, то катализатор предпочтительно содержит 1-3,5% натрия, считая на элементарный натрий к массе цеолита. Если стадию циклизации осуществляют непрерывно, катализатор циклизации предпочтительно содержит 0,05-0,5% натрия, считая на элементарный натрий к массе цеолита. Предпочтительно, катализатор содержит от 0,01, предпочтительно от 0,05-3, предпочтительно 1,5 мас. % компонента, включающего первый металл, выбранный из группы, состоящей из платины, палладия, иридия и родия, считая на элементарный натрий к массе цеолита. Наиболее предпочтительным металлическим компонентом является платина.

Наиболее предпочтительно, если реакцию циклизации проводят в непрерывном варианте, то катализатор циклизации также содержит от 0,01, предпочтительно 1-5, предпочтительно 3 мас. % компонента, включающего второй металл, выбранный из группы, состоящей из меди, олова, золота, свинца и серебра, считая на элементарный металл к массе катализатора. Более предпочтительно, когда этот второй металлический компонент включает медь, олово или золото.

Вышеназванный цеолит может применяться как без носителя, так и нанесенным на пористую тугоплавкую неорганическую окись, который инертен в условиях применения как, например, окиси кремния, алюминия, кремний-алюминия, магния бентонита и им подобных. Если носитель применяется, предпочтительными являются окиси кремния, алюминия и кремний-алюминия. Если носитель применяется, то содержание цеолита составляет от примерно 10, предпочтительно от 20, до примерно 90, предпочтительно до 80%, относительно массы катализатора.

Если циклизацию проводят периодически, то катализатор берут в количестве от примерно 5, предпочтительно до 3%, из расчета цеолитного компонента катализатора, считая на массу алкенилбензольного исходного, и время реакции составляет от примерно 0,5, предпочтительно от 2, до примерно 10, предпочтительно 6 ч. Если циклизацию проводят на непрерывной основе, объемная скорость находится в интервале от примерно 0,1, предпочтительно от 1, до примерно 10, предпочтительно до 5 ч. алкенилбензольного исходного на 1 ч. цеолитного компонента катализатора в час.

Данное изобретение будет более понятным из следующих отдельных примеров.

П р и м е р ы 1 - 8. В каждом из примеров 1-8 20-1000 г алкенилбензола помещают в стеклянный реактор с мешалкой в атмосфере сухого азота для предохранения реакционной среды от влаги. Используемые алкенилбензолы - это 5-(о-толил)-пент-2-ен в примерах 1-6, 5-(п-толил)-пент-2-ен в примере 7 и 4-фенил-гекс-2-ен в примере 8. Ультрастабильный кристаллический алюмосиликатный катализатор Y типа без носителя, молекулярное сито (Union Carbid LZ-y72), имеющий размеры элементарной ячейки 24,15 и содержащий 2,5 мас. % натрия (считая на окись натрия), медленно прибавляют к алкенилбензолу в реактор при температуре ниже начала циклизации алкенилбензола. Катализатор представляет собой порошок без носителя в примерах 1-4, 7 и 8 и гранулы, содержащие 80 мас. % того же сита, нанесенные на 20 мас. % алюминиевого носителя в примерах 5 и 6. Катализатор выдерживают в сухой свободной от влаги атмосфере до использования в примерах 1-3 и 5-8, но позволяли адсорбировать влагу из насыщенного ею при 30-60^оС воздуха в примере 4. Катализатор, использованный в примере 4, содержал 10-20 мас. % воды.

Температуру реакционной смеси затем быстро поднимают на желаемое время реакции. Образцы полученных продуктов отбирают из реактора после различных промежутков времени и анализируют, чтобы следить за ходом реакции. Желаемым продуктом циклизации был 1,5-диметилтетралин в примерах 1-6, 1,7-диметилтетралин в примере 7 и 1,4-диметилтетралин в примере 8. Условия эксперимента, состав исходных и полученных продуктов, содержащих до 13 атомов углерода, % конверсии исходного алкенилбензола и селективность образования желаемого продукта из общего количества прореагировавшего алкенилбензола для каждого из примеров 1-8 представлены в табл. 1.

При вычислении % селективности желаемыми продуктами считались сумма 1,5-диметилтетралина (1,5-ДМТ) и 1,5-диметилнафталина в примерах 1-6, сумма 1,7-диметилтетралина и 1,7-диметилнафталина в примере 7 и сумма 1,4-диметилтетралина и 1,4-диметилнафталина в примере 8.

Сравнение результатов примеров 2 и 4 показывает, что даже при низком соотношении исходное:катализатор в примере 4 большое количество воды в нем существенно снижает степень конверсии, даже при времени реакции около 12 ч.

П р и м е р ы 9 - 23. В каждом из примеров 9-23 катализатор циклизации помещают в реактор из нержавеющей стали и погружают реактор в песчаную баню с псевдоожиженным слоем при желаемой температуре реакции. Через реактор непрерывно пропускают смесь 5-о-толилпентена-2 в жидкой фазе и азоте. По крайней мере один раз в одном каталитическом цикле полученные продукты отбираются из потока и анализируются. Условия эксперимента, состав исходного и конечных продуктов, содержащих до 13 атомов углерода, % конверсии исходного алкенилбензола и селективность образования целевых продуктов из общего количества прореагировавшего алкенилбензола для каждого из опытов 9-23 представлены в табл. 2.

Каталитический цикл заключается в периодической подаче 5-о-толилпентена-2 в реактор и продувании его азотом при температуре реакции для удаления углеводородов. Затем реактор нагревают до 500^оС и продувают воздухом до тех пор, пока содержание СО₂ в выходящем потоке не станет меньше 0,1 мас. %. Эта процедура приводит к регенерации катализатора. Затем реактор охлаждают до желаемой температуры реакции и непрерывно пропускают смесь 5-о-толил-2-пентена в жидкой фазе и азоте.

В каждом из примеров 9-12 и 19-23 реактор имеет внешний диаметр 0,25 дюйма, внутренний диаметр 0,18 и длину 5,5, в него загружается 1 г катализатора.

В каждом из примеров 13-18 реактор имеет внешний диаметр 0,375 дюйма, внутренний 0,28 и длину 5. В реактор загружают 2,5 г катализатора.

В каждом из примеров 9-14 ультрастабильное Y-сито без носителя содержит компоненты платины и меди. Этот катализатор готовят смешением 30 г промышленного ультрастабильного Y сита (Union Carbid LZ-y20), 15 мл дистиллированной воды и 30 г водного раствора, содержащего 1 мас. % H₂PtCl₆ ^. 6H₂O, считая на платину, и 2 мас. % меди в форме нитрата меди, считая на элементарную медь. Полученную смесь перемешивают до однородного состояния и затем сушат. Полученный продукт прокаливают при 500^оС на воздухе 4 ч, измельчают и просеивают, получая частицы 0,0164-0,0278 дюйма (24-40 мкм).

В каждом из примеров 15-18 применяют ультрастабильное Y-сито, содержащее платиновый и медный компоненты. Этот катализатор получается при измельчении и просеивании промышленного образца, частицы которого содержат 80 мас. % Union Carbid LZ-y20, нанесенного на 20 мас. % окиси алюминия, получая частицы с размерами 24-40 меш. 10 г сита на носителе прибавляют к 11 мл 0,9% раствора Н₂РtCl₆, считая на платину, и 1,8 мас. % меди в форме нитрата меди, считая на элементарную медь. Полученный состав перемешивают до однородного состояния и затем сушат. Полученный твердый продукт прокаливают на воздухе при 500^оС 4 ч. Результаты процесса и условия приведены в табл. 2.

В каждом из примеров 19-23 применялся аппарат и методика примеров 9-12, температура реакции 154^оС и объемный расход исходного алкенилбензола 1,1. Газом-разбавителем служит гелий в примерах 19 и 20, водород - в примерах 21-22 и азот - в примере 23. Молярное соотношение газа к 5-о-толилпентену-2 составляло 1,3 в примере 19 и 2,1 в примерах 20-23. Катализатор в каждом примере применялся без носителя, в примере 19 - ультрастабильное Y сито (Union Carbid LZ-y20) и в каждом из примеров 20 и 21 - ультрастабильное Y сито, содержащее 2 мас. % меди в форме нитрата меди, считая на элементарную медь в примере 22 - ультрастабильное Y-сито обработанное SiCl₄ и в примере 23 - ультрастабильное Y-сито, содержащее 2 мас. % меди в форме нитрата меди, и 1 мас. % платины в форме H₂PtCl₆. В каждом из примеров 19-23 образцы потока продуктов отбирались и анализировались несколько раз после начала каталитического цикла. Из этих измерений вычисляли выход 1,5-диметилтетралина и наносили его на график (см. чертеж) против количества часов, начиная от момента, когда соответствующий катализатор был регенерирован.

Результаты свидетельствуют, что добавка меди к ситу или обработка его тетрахлоридом кремния повышает селективность катализатора, но каталитическая акти- вность со временем снижается. Однако добавка и платины, и меди к ситу приводит к существенно повышенной селективности при поддержании высокой активности катализатора.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИМЕТИЛТЕТРАЛИНА путем контактирования 5-(о-, м- или п -толил)-пент-1- , или -2-ена, или 5-фенил-гекс-1-, или -2-ена с твердым кислотным кристаллическим алюмосиликатным цеолитным катализатором при повышенной температуре и давлении, обеспечивающем жидкофазное состояние исходного сырья и его циклизацию, с образованием жидкой смеси диметилтетралинов, содержащей по крайней мере 80 мас.% 1,5-, 1,6-, 2,5- или 2,6-диметилтетралина или их смеси в случае, когда в качестве исходного сырья используют 5-(0-тотил)-пент-1 или -2-ен, или образованием жидкой смеси диметилтетралинов, содержащей по крайней мере 80 мас.% 1,5-, 1,6-, 1,7-, 1,8-, 2,5-, 2,7- или 2,8-диметилтетралина или их смеси в случае, когда в качестве исходного сырья используют 5-(м-тотил)-пент-1- или 2-ен, или образованием жидкой смеси диметилтетралинов, содержащей по крайней мере 80 мас.% 1,7-, 1,8-, 2,7- или 2,8-диметилтетралина или их смеси в случае, когда в качестве исходного сырья используют 5-(п-толил)-пент-1 или -2-ен, или образованием жидкой смеси диметилтетралинов, содержащей по крайней мере 80 мас.% 1,3-, 1,4-, 2,3-, 5,7-, 5,8- или 6,7-диметилтетралина или их смеси в случае, когда в качестве исходного сырья используют 5-фенил-гекс-1- или -2-ен, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют ультрастабильный кристаллический цеолит типа Y, по существу свободный от адсорбированной воды и имеющий молярное соотношение двуокиси кремния и окиси алюминия от 4:1 до 10: 1 и размер пор, соответствующий двенадцатичленному кислородсодержащему циклу, и размер элементарной ячейки 24,2 - 24,7 и содержащий 0,05-3,5% натрия в расчете на элементарный натрий от массы цеолита, и процесс проводят при 148-250^oС, причем используют исходное сырье, концентрация воды в котором, если она присутствует, менее 0,5% от массы сырья.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют цеолитный катализатор в водородной форме, содержащий 0,05-3% компонента благородного металла, выбранного из группы, состоящей из платины, палладия, иридия и родия, считая на элементарный металл, к массе катализатора.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют цеолитный катализатор, дополнительно содержащий 0,01-5% компонента переходного металла, выбранного из группы, состоящей из меди, олова, золота, свинца и серебра, считая на элементарный металл, к массе катализатора.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что используют цеолитный катализатор, нанесенный на инертную пористую тугоплавкую неорганическую окись в качестве носителя.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что используют цеолитный катализатор, содержащий менее 15% адсорбированной воды, считая на массу цеолита.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6