Получение соединений оксирана

Предложен способ соединений оксирана, включающий (i) окисление алкиларила, в котором алкильный заместитель содержит от 2 до 10 атомов углерода, с получением гидроперекиси алкиларила, (ii) контактирование, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с олефином при температуре в интервале от 0 до 200°С и давлении в интервале от 1 до 100×10⁵ Н/м² в присутствии катализатора, содержащего титан на двуокиси кремния и/или силикате, с получением соединения оксирана и алкиларилгидроксила, (iii) необязательное взаимодействие, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с получением фенола и кетона, (iv) отделение соединения оксирана от продукта реакции со стадии (ii), и (v) контактирование, по меньшей мере, части продукта реакции, от которого был отделен оксиран, с водородом при температуре от 100 до 330°С и давлении от 0,1 до 50×10⁵ Н/м² в присутствии катализатора гидрирования, с получением алкиларила, по меньшей мере часть которого рециркулируют на стадию (i), где катализатор гидрирования представляет собой катализатор, включающий соединение меди, соединение цинка и, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из алюминия, циркония, магния, редкоземельных металлов и их смесей. Технический результат - обеспечение возможности получения соединений оксирана без необходимости одновременного получения других соединений. 4 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к способу получения соединений оксирана.

Способы получения соединений оксирана, таких как пропиленоксид, известны уже давно. US-A-3350422 описывает способ, включающий взаимодействие олефинненасыщенных соединений, предпочтительно пропилена, с органической гидроперекисью в присутствии эффективного каталитического количества растворимого соединения ванадия в растворенном виде. Указано, что во время реакции эпоксидирования органическая гидроперекись почти количественно превращается в соответствующий спирт. Спирт может быть выделен в виде побочного продукта либо может быть подвергнут обратному превращению в гидроперекись в результате дегидратации до олефина, гидрирования олефина и его окисления до гидроперекиси или гидрогенолиза до углеводорода с последующим окислением до гидроперекиси.

NL-C-1010372 описывает способ, включающий взаимодействие пропена с гидроперекисью этилбензола с получением пропиленоксида и 1-фенилэтанола. 1-Фенилэтанол затем дегидратируют, получая стирол, который является полезным исходным материалом для других химических реакций. NL-C-1012749 описывает похожий способ, в соответствии с которым пропилен подвергают взаимодействию с гидроперекисью кумола, получая пропеноксид и 2-фенил-2-пропанол. Указано, что последний затем подвергают дегидратации в альфа-метилстирол, который, как указано, является промышленно применимым соединением.

Зачастую могут быть найдены подходящие выходы для многих продуктов, получаемых в виде побочных продуктов в известных способах получения соединений оксирана. Однако целесообразным может оказаться получение только одного соединения оксирана, такого как пропиленоксид.

В ЕР-В-609455 описан способ получения крезола путем (1) окисления кумола с получением раствора продуктов окисления, содержащих третичную гидроперекись и первичную гидроперекись, (2) восстановления первичной гидроперекиси, (3) разложения реакционной смеси с получением крезола и некоторых побочных продуктов и (4) гидрирования разложенной смеси с превращением части побочных продуктов в кумол и/или крезол. ЕР-В-609455 относится только к получению крезола.

Был разработан способ, обеспечивающий возможность получения соединений оксирана без необходимости одновременного получения других соединений. Несмотря на то, что некоторые стадии способа в соответствии с настоящим изобретением сами по себе известны, per se, в известных способах отсутствует описание или указание на объединение указанных стадий способа данным конкретным образом.

Настоящее изобретение относится к способу получения соединений оксирана, включающему:

(i) окисление алкиларила, в котором алкильный заместитель содержит от 2 до 10 атомов углерода, с получением гидроперекиси алкиларила,

(ii) контактирование, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с олефином при температуре в интервале от 0 до 200°С и давлении в интервале от 1 до 100×10⁵ Н/м² в присутствии катализатора, содержащего титан на двуокиси кремния и/или силикате, с получением соединения оксирана и алкиларил- гидроксила,

(iii) необязательное взаимодействие, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с получением фенола и кетона,

(iv) отделение соединения оксирана от реакционного продукта стадии (ii),

(v) контактирование, по меньшей мере, части реакционного продукта, от которого был отделен оксиран, с водородом при температуре от 100 до 330°С и давлении от 0,1 до 50×10⁵ Н/м² в присутствии катализатора гидрирования, с получением алкиларила, по меньшей мере часть которого рециркулируют на стадию (i), где катализатор гидрирования представляет собой катализатор, включающий соединение меди, соединение цинка и, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из алюминия, циркония, магния, редкоземельных металлов и их смесей.

В US-A-3350422 указано, что спирт может быть подвергнут обратному превращению в его гидроперекись путем дегидратации до олефина, гидрирование олефина и окисления до гидроперекиси, либо гидрогенолизом до углеводорода с последующим окислением до гидроперекиси. Однако в US-A-3350422 отсутствует конкретная информация о том, каким образом спирт может быть подвергнут обратному превращению в его гидроперекись технически и коммерчески привлекательным способом.

Было неожиданно обнаружено, что в результате применения способа в соответствии с настоящим изобретением гидроксид алкиларила может быть превращен в алкиларил с помощью водорода и в присутствии катализатора гидрирования. Во многих случаях нежелательные побочные продукты, образующиеся на предыдущей стадии, также превращают в нужный алкиларил. Последний привлекателен тем, что он повышает общий выход способа.

Несмотря на то что этилбензол представляет собой алкиларильное соединение, в настоящее время наиболее широко используемое при получении соединения оксирана, было установлено, что стадия (i) способа может быть осуществлена с большей степенью превращения и более высокой селективностью в том случае, если применяемое алкиларильное соединение представляет собой алкилбензол, в котором алкильный заместитель представляет собой разветвленный алкильный заместитель, включающий от 3 до 10 атомов углерода. Более предпочтительное алкиларильное соединение содержит 1 или 2 алкильных заместителя. Алкиларильное соединение, содержащее несколько заместителей, имеет то преимущество, что оно может содержать несколько гидроперекисных групп. Однако ввиду возможных побочных реакций предпочтительно наличие не более 3 заместителей, более предпочтительно не более 2 заместителей. Наиболее предпочтительно алкиларильное соединение представляет собой кумол и/или ди(изопропил)бензол. Несмотря на возможность использования смесей различных алкиларильных соединений, предпочтительным является применение одного вида соединения, для того чтобы иметь возможность оптимизировать условия процесса для данного конкретного соединения.

Окисление алкиларила может быть осуществлено любым подходящим способом, известным в данной области. Окисление может быть осуществлено в жидкой фазе в присутствии разбавителя. Такой разбавитель предпочтительно представляет собой соединение, которое является жидким в реакционных условиях и не взаимодействует с исходными материалами и получаемым продуктом. Однако разбавитель также может представлять собой соединение, обязательно присутствующее во время взаимодействия. Например, если алкиларил представляет собой кумол, то разбавитель может также представлять собой кумол.

Продукт, получаемый на стадии (i), может быть использован как таковой на стадии (ii), либо может оказаться предпочтительным отделение некоторых соединений или использование только части получаемого продукта и использование оставшейся части в другом процессе.

Часть продукта со стадии (i) предпочтительно используют на стадии (iii), а именно при взаимодействии гидроперекиси алкиларила для получения фенола и кетона. Получаемый кетон может содержать заместители. Взаимодействие гидроперекиси алкиларила может быть осуществлено в результате контактирования гидроперекиси алкиларила с кислотным катализатором, таким как кислотные катализаторы, содержащие серу. В качестве кислотного катализатора могут быть использованы серная кислота, соляная кислота, хлорная кислота, двуокись серы и трехокись серы; органические кислоты, такие как бензолсульфоновая кислота, п-толуолсульфоновая кислота, крезолсульфоновая кислота и хлоруксусная кислота; твердые кислоты, такие как двуокись кремния, окись алюминия, окись алюминия и кислотные ионообменные смолы; гетерополикислоты, такие как вольфрамокремневая кислота, вольфрамофосфорная кислота и молибденфосфорная кислота. Предпочтительно применение серной кислоты и/или крезолсульфоновой кислоты. Количество применяемого катализатора обычно находится в интервале от 0,0001 до 1 мас.% в расчете на обрабатываемую реакционную смесь. Температура реакции обычно находится в интервале от 30 до 150°С.

Алкиларил может быть подвергнут взаимодействию после отделения других соединений от реакционного продукта стадии (i). Однако предпочтительно подвергать часть реакционного продукта стадии (i) непосредственно реакции разложения на стадии (iii).

В результате реакции на стадии (iii) обычно образуются побочные продукты. Часто образующимися побочными продуктами являются этилбензол и 1-метилстирол. С целью дальнейшего повышения выхода данного способа нужные продукты - фенол и кетон - могут быть отделены от реакционного продукта стадии (iii), после чего весь оставшийся реакционный продукт или его часть подвергают гидрированию на стадии (v). Следовательно, способ в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно включает отделение по меньшей мере части фенола и кетона от реакционного продукта стадии (iii) и контактирование всего оставшегося реакционного продукта или его части с водородом на стадии (v). Соединениями, получаемыми на стадии (iii) и предпочтительно направляемыми на стадию (v), являются этилбензол и 1-метилстирол. Поэтому любая фракция реакционного продукта стадии (iii), направляемого на стадию (v), предпочтительно содержит этилбензол и/или 1-метилстирол. Реакционный продукт стадии (iii) может быть направлен на стадию (v) в полученном виде, либо перед направлением на стадию (v) реакционный продукт стадии (iii) соединяют с реакционным продуктом стадии (iv), от которого было отделено соединение оксирана.

Нужные фенол и кетон могут быть отделены от реакционного продукта стадии (iii) любым способом, известным специалисту в данной области. Фенол и кетон предпочтительно по существу удаляют из реакционного продукта стадии (iii), в то время как по меньшей мере часть реакционного продукта, не включающего фенол и кетон, отправляют назад для включения в интегрированный процесс.

При необходимости превращения части гидроперекиси алкиларила в фенол и кетон предпочтительно, чтобы алкиларил представлял собой кумол, обеспечивающий получение фенола и ацетона на стадии (iii).

На стадии (ii) гидроперекись алкиларила, полученную на стадии (i), подвергают контактированию с олефином в присутствии катализатора, получая соединение оксирана и гидроксиалкиларил. Катализатор, подходящий для использования в таком способе, включает титан на двуокиси кремния и/или силикат. Предпочтительный катализатор описан в ЕР-В-345856. Такой катализатор содержит титан в химическом сочетании с твердой двуокисью кремния и/или неорганическим силикатом и может быть получен путем а) импрегнирования соединения кремния с потоком газообразного тетрахлорида титана, b) кальцинирования продукта взаимодействия, полученного на стадии а), и с) гидролиза продукта со стадии b). Взаимодействие обычно происходит при умеренной температуре и давлении, в частности, при температуре в интервале от 0 до 200°С, предпочтительно в интервале от 25 до 200°С. Точная величина давления не имеет значения до тех пор, пока оно способно поддерживать реакционную смесь в жидком состоянии. Достаточным может быть и атмосферное давление. В целом, величина давления может находиться в интервале от 1 до 100×10⁵ Н/м².

Олефин, применяемый в способе в соответствии с настоящим изобретением, зависит от получаемого соединения оксирана. Олефин предпочтительно содержит от 2 до 10 атомов углерода, более предпочтительно от 2 до 8 атомов углерода. Наиболее предпочтительно олефин представляет собой пропен.

В конце реакции эпоксидирования жидкую смесь, включающую нужный продукт, отделяют от катализатора. Затем соединение оксирана может быть отделено от реакционного продукта любым подходящим способом, известным специалисту в данной области. Жидкий реакционный продукт может быть окончательно обработан с применением фракционированной перегонки, селективной экстракции и/или фильтрации. Катализатор, любой присутствующий растворитель и любой непрореагировавший олефин или гидроперекись алкиларила могут быть рециркулированы для дальнейшего применения.

Стадия (ii) способа может быть осуществлена с катализатором в виде взвеси, движущегося или псевдоожиженного слоя. Однако для широкомасштабного промышленного применения предпочтительным является неподвижный слой. Способ может осуществляться в периодическом, полунепрерывном или непрерывном режиме. Жидкость, содержащая реагенты, затем может быть пропущена через слой катализатора, для того чтобы вытекающий из реакционной зоны поток был по существу свободен от катализатора.

Затем по меньшей мере часть реакционного продукта, содержащего гидроксиалкиларил, от которого было отделено соединение оксирана, подвергают гидрированию. Применяемая обработка гидрированием включает контактирование реакционного продукта с водородом при температуре от 100 до 330°С, предпочтительно от 140 до 330°С, предпочтительно от 180 до 330°С, предпочтительно от 180 до 320°С, и давлении от 0,1 до 100×10⁵ Н/м², более предпочтительно от 0,1 до 50×10⁵ Н/м², наиболее предпочтительно от 0,1 до 30×10⁵ Н/м². Отношение (мол./мол.) водорода к гидроксиду алкиларила, приводимому в контакт с катализатором, предпочтительно составляет по меньшей мере 0,5, более предпочтительно, по меньшей мере, 1,0, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1,4.

Катализаторы, подходящие для гидрирования, по меньшей мере, части реакционного продукта, содержащего гидроксиалкиларил, от которого было отделено соединение оксирана, представляют собой катализаторы, описанные в US 5475159. Такие катализаторы представляют собой катализаторы, включающие соединение меди, соединение цинка и, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, включающей алюминий, цирконий, магний, редкоземельный металл и их смеси. Было установлено, что такие катализаторы обеспечивают хорошие результаты при относительно низкой температуре. На стадии (v) данного способа такие катализаторы предпочтительно применяют при температуре от 100 до 250°С. Такие катализаторы предпочтительно включают приблизительно от 10 до 80 мас.% меди в расчете на оксид от общей массы катализатора. Кроме того, такие катализаторы предпочтительно содержат приблизительно от 10 до 80 мас.% цинка в расчете на оксид от общей массы катализатора. Предпочтительный катализатор содержит приблизительно от 10 до 80 мас.% меди в расчете на оксид от общей массы катализатора, приблизительно от 10 до 80 мас.% цинка в расчете на оксид от общей массы катализатора и приблизительно от 0,1 до 20 мас.% редкоземельного металла в расчете на оксид от общей массы катализатора. Следующий предпочтительный катализатор содержит приблизительно от 10 до 80 мас.% меди в расчете на оксид от общей массы катализатора, приблизительно от 10 до 80 мас.% цинка в расчете на оксид от общей массы катализатора и приблизительно от 0,05 до 30 мас.% алюминия в расчете на оксид от общей массы катализатора. Следующий предпочтительный катализатор содержит приблизительно от 10 до 80 мас.% меди в расчете на оксид от общей массы катализатора, приблизительно от 10 до 80 мас.% цинка в расчете на оксид от общей массы катализатора и приблизительно от 0,05 до 30 мас.% циркония в расчете на оксид от общей массы катализатора. Другой предпочтительный катализатор содержит приблизительно от 10 до 80 мас.% меди в расчете на оксид от общей массы катализатора, приблизительно от 10 до 80 мас.% цинка в расчете на оксид от общей массы катализатора, приблизительно от 0,05 до 30 мас.% циркония в расчете на оксид от общей массы катализатора и приблизительно от 0,05 до 30 мас.% алюминия в расчете на оксид от общей массы катализатора. И следующий предпочтительный катализатор содержит приблизительно от 10 до 80 мас.% меди в расчете на оксид от общей массы катализатора, приблизительно от 10 до 80 мас.% цинка в расчете на оксид от общей массы катализатора, приблизительно от 0,05 до 30 мас.% магния в расчете на оксид от общей массы катализатора и приблизительно от 0,1 до 20 мас.% редкоземельного металла в расчете на оксид от общей массы катализатора.

После гидрирования продукт гидрирования может быть рециркулирован полностью или частично. При рециркулировании всего лишь части гидрированного продукта нужная фракция может быть отделена любым подходящим способом, известным специалисту в данной области.

Способ в соответствии с настоящим изобретением проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1

Катализатор эпоксидирования представляет собой катализатор, содержащий титан на двуокиси кремния, полученный в соответствии с описанием, приведенным в примере ЕР-А-345856.

Катализатор гидрогенезации представляет собой катализатор, содержащий медь, цинк и цирконий, полученный в соответствии с примером 3 в US-A-5475159.

Свежий кумол и рециркулированный кумол подают в реактор. В течение 8 часов через нижнюю часть реактора барботируют воздух, выпускаемый в верхней части реактора. Получаемый реакционный продукт содержит 28 мас.% гидроперекиси кумола, 70 мас.% кумола и 2 мас.% других соединений.

Реакционную смесь, содержащую около 6 моль 1-октена на моль гидроперекиси кумола, подают в реактор, содержащий описанный выше свежий катализатор эпоксидирования, при температуре 40°С. Оксид октена отделяют. Было установлено, что 55 мас.% 1-октена было превращено в оксид октена.

Смесь, содержащую 17 мас.% 2-фенил-2-пропанола и 83 мас.% кумола, подвергают контакту с водородом в присутствии вышеописанного катализатора гидрирования при температуре 140°С и давлении 20×10⁵ Н/м² в течение 2 часов. Полученный продукт не содержит изо-пропилциклогексана и содержит 86 мас.% кумола, 10 мас.% 2-фенил-2-пропанола и 4 мас.% 1-метилстирола.

Пример 2 (сравнительный)

Смесь, содержащую 17 мас.% 2-фенил-2-пропанола и 83 мас.% кумола, подвергают контакту с водородом в присутствии вышеописанного катализатора гидрирования, включающего 5 мас.% палладия на носителе из угля, при температуре 225°С и давлении 20×10⁵ Н/м⁵ в течение 2 часов. Полученный продукт содержит 1 мас.% 2-фенил-2-пропанола, 94 мас.% кумола, 3 мас.% изо-пропилциклогексана и 2 мас.% других соединений.

Пример 3 (сравнительный)

Повторяют эксперимент из примера 2, за исключением того, что температура составляет 280°С. Полученный продукт не содержит 2-фенил-2-пропанола и содержит 89 мас.% кумола, 10 мас.% изо-пропилциклогексана и 1 мас.% других соединений.

Пример 4

Свежий этилбензол и рециркулированный этилбензол подают в реактор. В течение 8 часов через нижнюю часть реактора барботируют воздух, выпускаемый в верхней части реактора. Во время реакции реактор охлаждается благодаря экзотермической природе окисления. Получаемый реакционный продукт содержит 10 мас.% гидроперекиси этилбензола, 88 мас.% этилбензола и 2 мас.% других соединений.

Реакционную смесь, содержащую около 6 моль 1-октена на моль гидроперекиси этилбензола, подают в реактор, содержащий описанный в примере 1 свежий катализатор эпоксидирования, при температуре 40°С. Оксид октена отделяют. Было установлено, что 41 мас.% 1-октена было превращено в оксид октена.

Пример 5

Сырье, используемое в примерах 5-7, имеет следующий состав:

кумол	74,78%
1-метилстирол	0,8%
2-фенил-2-пропанол	24,5%

По данным анализа с помощью газовой хроматографии сырье не содержит тяжелых соединений, включающих по меньшей мере 10 атомов углерода (С10+ материал).

Катализатором гидрирования является катализатор, применяемый в примере 1, содержащий медь, цинк и цирконий и получаемый в соответствии с примером 3 в US-A-5475159.

Неподвижный слой катализатора гидрирования подвергают контакту с сырьем с объемно-массовой среднечасовой скоростью подачи сырья (WHSV) 1,0 ч^-1 (33,64 г сырья в час), температурой слоя в реакторе 200°С, рабочим давлением в реакторе 20х10⁵ Н/м² и 0,8 моль водорода на моль подаваемого 2-фенил-2-пропанола. Получают продукт, имеющий следующий состав:

кумол	93,1%
1-метилстирол	0,7%
2-фенил-2-пропанол	5,9%
С10+ материал	0,3%

Пример 6

Пример 5 повторяют, за исключением того, что количество водорода составляет 1,6 моль водорода на моль подаваемого 2-фенил-2-пропанола. Остальные реакционные условия следующие: объемно-массовая среднечасовая скорость подачи сырья 1,0 ч^-1 (33,64 г сырья в час), температура слоя в реакторе 200°С и рабочее давление в реакторе 20х10⁵ Н/м². Полученный продукт имеет следующий состав:

кумол	97,3%
1-метилстирол	0,3%
2-фенил-2-пропанол	0,1%
С10+ материал	2,3%

Пример 7

Пример 6 повторяют, за исключением того, что температуру слоя в реакторе повышают до 220°С. Остальные реакционные условия следующие: скорость потока водорода 1,6 моль водорода на моль подаваемого 2-фенил-2-пропанола, WSHV 1,0 ч^-1 (33,64 г сырья в час) и рабочее давление в реакторе 20х10⁵ Н/м². Полученный продукт имеет следующий состав:

кумол	97,8%
1-метилстирол	0,0%
2-фенил-2-пропанол	0,0%
С10+ материал	2,2%

1. Способ получения соединений оксирана, включающий

(i) окисление алкиларила, в котором алкильный заместитель содержит от 2 до 10 атомов углерода, с получением гидроперекиси алкиларила,

(ii) контактирование, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с олефином при температуре от 0 до 200°С и давлении от 1 до 100×10⁵ Н/м² в присутствии катализатора, содержащего титан на двуокиси кремния и/или силикате, с получением соединения оксирана и алкиларилгидроксила,

(iii) необязательное взаимодействие, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с получением фенола и кетона,

(iv) отделение соединения оксирана от продукта реакции со стадии (ii) и

(v) контактирование, по меньшей мере, части продукта реакции, от которого был отделен оксиран, с водородом при температуре от 100 до 330°С и давлении от 0,1 до 50×10⁵ Н/м² в присутствии катализатора гидрирования с получением алкиларила, по меньшей мере часть которого рециркулируют на стадию (i), где катализатор гидрирования представляет собой катализатор, включающий соединение меди, соединение цинка и, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из алюминия, циркония, магния, редкоземельных металлов и их смесей.

2. Способ по п.1, в котором алкиларильное соединение представляет собой алкилбензол, в котором алкильный заместитель представляет собой разветвленный алкильный заместитель, содержащий от 3 до 10 атомов углерода.

3. Способ по п.1 или 2, в котором алкиларильное соединение представляет собой кумол и/или ди(изопропил)бензол.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором, по меньшей мере, часть фенола и кетона отделяют от реакционного продукта стадии (iii) и либо весь оставшийся реакционный продукт, либо его часть приводят в контакт с водородом на стадии (v).

5. Способ по любому из пп.1-3, в котором на стадии (ii) гидроперекись алкиларила приводят в контакт с пропеном.