CN112125786A - 一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法 - Google Patents
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Abstract
一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,该方法是用苯酚与双氧水在溶剂和酸性试剂的体系中在TS‑1催化剂的作用下进行羟基化反应合成对苯二酚;其具体方法包括以下步骤:(1)将TS‑1催化剂、苯酚、溶剂、酸性试剂加入四口烧瓶中,循环冷却回流后,不断搅拌,并加热升温;(2)再滴加浓度为30%或者50%的双氧水,滴加完毕后进行保温反应,得到对苯二酚。该方法能够使得苯酚羟基化生成的产物中对苯二酚的比例显著提高,产生副产物和焦油的含量降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法。
背景技术
苯二酚是重要的精细化工中间体,广泛应用于染料、医药、香料、化工等行业。苯二酚生产方法有苯胺氧化法、对二异丙基苯氧化法、邻氯苯酚水解法、环氧化物脱氢法等,由于这些方法流程长、设备腐蚀严重、三废多、成本高,国内外已逐步淘汰,取而代之的是苯酚羟基化法。
苯酚羟基化法以苯酚和过氧化氢为原料,在催化剂作用下生成邻苯二酚和对苯二酚,副产少量焦油。目前,已实现工业化的工艺过程有:法国Rhone-Poulenc法,日本宇部兴产法(Ube),意大利Brichima法和意大利的EniChem法。世界上绝大部分苯二酚由这4种方法生产,但各自所采用的催化剂及工艺不同。苯酚羟基化法流程短、设备少、投资小、三废少,具有高效安全的特点,备受关注,成为国际上竞相开发的技术,被认为是21 世纪最有前途的苯二酚生产工艺。
但是,Rhone-Poulenc法以磷酸和过氯酸为催化剂,环境污染大,设备腐蚀严重,催化剂回收困难。Brichima法以铁盐和钴盐混合物为催化剂,高浓度过氧化氢危险性高,催化剂流失严重。 Uba法以浓硫酸为催化剂,设备腐蚀严重,环境污染大,转化率低,工艺复杂。以TS-1分子筛为催化剂的EniChem法,催化剂稳定性好,易回收循环使用,具有多相催化的优点,是目前最先进方法。但是该法目前存在苯酚转化率和对苯二酚选择性较低,产生副产物和焦油含量较多的问题。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,以解决上述背景技术中的问题,该方法能够使得苯酚羟基化生成的产物中对苯二酚的比例显著提高,产生副产物和焦油的含量降低。
为实现上述目的而采取的技术方案是,一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,该方法是用苯酚与双氧水在溶剂和酸性试剂的体系中在TS-1催化剂的作用下进行羟基化反应合成对苯二酚;其具体方法包括以下步骤:(1)将TS-1催化剂、苯酚、溶剂、酸性试剂加入四口烧瓶中,循环冷却回流后,不断搅拌,并加热升温;(2)再滴加浓度为30%或者50%的双氧水,滴加完毕后进行保温反应,得到对苯二酚。
所述的的步骤(1)中TS-1催化剂为MFI晶型的钛硅分子筛,其钛含量在2.0%~4.0%,粒径为20~80μm;所述的TS-1催化剂的投入量占苯酚质量的0.08%~0.30%。
所述的步骤(1)中溶剂为纯的醇溶剂或者是醇溶剂与水的混合溶剂,其中醇溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种,醇溶剂与水的混合溶剂中醇溶剂与水各自占总投入原料质量的15%~65%和0% ~30%。
所述的步骤(1)中酸性试剂为硫酸、硼酸、焦硼酸、磺酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、甲酸、乙酸、羟基乙酸、乙二酸、焦磷酸、次磷酸、亚磷酸中的一种;所述酸性试剂的投入量占苯酚与溶剂总质量的0.1%~2.0%。
所述的步骤(1)中加热升温至60~100℃。
所述的步骤(2)中双氧水的使用量与苯酚的投入量的摩尔比为0.10~0.50,双氧水的滴加速度为0.1~0.5g/min,双氧水滴加完毕后的保温反应时间为0.5~4.0h。
有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
本发明提供的方法以苯酚和双氧水为原料,采用MFI晶型的钛硅分子筛作催化剂,由苯酚羟基化生产苯二酚,且生成对苯二酚的比例更高,副产物和焦油含量更低,提高了最终产品的附加值;在保持较高的苯酚转化率和苯二酚选择性、较好的双氧水有效利用率的前提下,大幅度地提高对苯二酚的生产能力,降低了苯二酚的生产成本;同时,由于甲醇与水混合溶剂中水的存在不能使甲醇达到爆炸极限,有效确保了甲醇实际生产中的安全性,因此具有较大的经济效益、环境效益和安全保障。
具体实施方式
一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,该方法是用苯酚与双氧水在溶剂和酸性试剂的体系中在TS-1催化剂的作用下进行羟基化反应合成对苯二酚;其具体方法包括以下步骤:(1)将TS-1催化剂、苯酚、溶剂、酸性试剂加入四口烧瓶中,循环冷却回流后,不断搅拌,并加热升温;(2)再滴加浓度为30%或者50%的双氧水,滴加完毕后进行保温反应,得到对苯二酚。
所述的的步骤(1)中TS-1催化剂为MFI晶型的钛硅分子筛,其钛含量在2.0%~4.0%,粒径为20~80μm;所述的TS-1催化剂的投入量占苯酚质量的0.08%~0.30%,优选的占比为0.10%~0.20%。
所述的步骤(1)中溶剂为纯的醇溶剂或者是醇溶剂与水的混合溶剂,其中醇溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种,醇溶剂与水的混合溶剂中醇溶剂与水各自占总投入原料质量的15%~65%和0% ~30%。
所述的步骤(1)中酸性试剂为硫酸、硼酸、焦硼酸、磺酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、甲酸、乙酸、羟基乙酸、乙二酸、焦磷酸、次磷酸、亚磷酸中的一种;所述酸性试剂的投入量占苯酚与溶剂总质量的0.1%~2.0%。
所述的步骤(1)中加热升温至60~100℃,优选升温至70~90℃。
所述的步骤(2)中双氧水的使用量与苯酚的投入量的摩尔比为0.10~0.50,摩尔比优选为0.25~0.35;双氧水的滴加速度为0.1~0.5g/min,双氧水的滴加速度优选为0.2~0.3g/min;双氧水滴加完毕后的保温反应时间为0.5~4.0h,保温时间优选为1~2h。
本发明的特征在于TS-1催化苯酚羟基化反应的溶剂为醇体系或者醇与水的混合体系,在于投入的酸性试剂为无机酸或者有机酸,所说的TS-1为MFI晶型的钛硅分子筛催化剂。在醇溶剂的质子性溶剂存在下,由于质子性溶剂的氢键作用,溶剂分子的OH基团易与TS-1分子筛中的钛活性位结合,使钛活性位体积增大,空间位阻效应促使苯酚羟基化更倾向于在对位发生。同时,酸性试剂可与苯酚及TS-1催化剂中残留的铁离子形成聚合物,有效抑制铁对催化剂性能的毒化影响,提高苯酚转化率,减少副产物和焦油的产生。
本发明采用MFI晶型的钛硅分子筛作催化剂,由苯酚羟基化生产苯二酚,且生成对苯二酚的比例更高,副产物和焦油含量更低,提高了最终产品的附加值。在保持较高的苯酚转化率和苯二酚选择性、较好的过氧化氢有效利用率的前提下,大幅度地提高对苯二酚的生产能力,降低了苯二酚的生产成本。同时,由于甲醇与水混合溶剂中水的存在不能使甲醇达到爆炸极限,有效确保了甲醇实际生产中的安全性,因此具有较大的经济效益、环境效益和安全保障。
本发明方法是将TS-1催化剂加入四口烧瓶,再加入苯酚、溶剂以及酸性试剂,连接冷却循环装置和双氧水进料装置,搅拌速度为300r/min,升温至反应温度,呈沸腾状态,再滴加双氧水,控制滴加速度和时间,继续保温一段时间后结束,取样检测分析。
本发明具体实施时,使用的试剂均为分析纯,苯酚的纯度大于99.5%,甲醇的纯度99.5%,双氧水的浓度为30%和50%,催化剂TS-1分子筛由江西兄弟医药有限公司生产提供。实施例中反应混合物中各组分浓度由气相色谱分析,所用仪器为Thermo TRACE 1300型气相色谱仪,SPB-1毛细管色谱柱,氢火焰离子化检测器。组分浓度采用内标法定量,焦油含量由高温蒸馏仪处理计算得到,首先测得各组分的峰面积,通过标准工作曲线获得组分浓度,计算苯酚转化率、苯二酚选择性、对邻比、过氧化氢有效利用率及焦油选择性等指标。具体计算方法如下:
苯酚转化率%=((加入苯酚的质量-反应液苯酚的质量)/加入苯酚的质量)*100%;
苯二酚选择性%=(反应液邻苯二酚和对苯二酚的质量/110.11)/(已反应的苯酚的质量/94.11)*100%;
对邻比=对苯二酚质量/邻苯二酚质量;
过氧化氢有效利用率%=(反应液苯二酚的摩尔质量)/(加入双氧水的摩尔质量)*100%;
焦油选择性%=(焦油的质量)/(已反应的苯酚的质量)*100%。
实施例1
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、40.0g甲醇加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率21.3%,苯二酚选择性82.7%,对邻比2.35,过氧化氢有效利用率66.7%,焦油选择性21.5%。
实施例2
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、50.0g甲醇加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率22.8%,苯二酚选择性83.6%,对邻比2.47,过氧化氢有效利用率67.4%,焦油选择性20.6%。
实施例3
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、50.0g甲醇、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率25.5%,苯二酚选择性89.1%,对邻比2.50,过氧化氢有效利用率83.9%,焦油选择性16.5%。
实施例4
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、50.0g乙醇、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率22.3%,苯二酚选择性89.8%,对邻比1.95,过氧化氢有效利用率79.7%,焦油选择性17.1%。
实施例5
将7.0g TS-1催化剂、65.0苯酚、50.0g异丙醇、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率20.2%,苯二酚选择性85.4%,对邻比1.72,过氧化氢有效利用率72.6%,焦油选择性19.8%。
实施例6
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、40.0g甲醇、10.0g水、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率25.9%,苯二酚选择性89.7%,对邻比2.48,过氧化氢有效利用率84.7%,焦油选择性16.2%。
实施例7
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、30.0g甲醇、20.0g水、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率25.2%,苯二酚选择性88.7%,对邻比2.40,过氧化氢有效利用率82.8%,焦油选择性16.8%。
实施例8
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、20.0g甲醇、30.0g水、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率24.3%,苯二酚选择性86.7%,对邻比2.23,过氧化氢有效利用率80.3%,焦油选择性17.2%。
实施例9
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、40.0g乙醇、10.0g水、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率21.9%,苯二酚选择性87.7%,对邻比1.71,过氧化氢有效利用率72.8%,焦油选择性18.1%。
实施例10
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、50.0g甲醇、0.8g硼酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率25.6%,苯二酚选择性91.6%,对邻比2.50,过氧化氢有效利用率83.3%,焦油选择性16.1%。
实施例11
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、50.0g甲醇、0.8g柠檬酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率24.9%,苯二酚选择性88.1%,对邻比2.46,过氧化氢有效利用率81.8%,焦油选择性16.0%。
实施例12
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、50.0g甲醇、0.8g磺酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液10.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率25.4%,苯二酚选择性89.4%,对邻比2.48,过氧化氢有效利用率84.3%,焦油选择性15.5%。
实施例13
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、40.0g甲醇、10.0g水、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加50%的双氧水溶液15.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率27.7%,苯二酚选择性84.7%,对邻比2.15,过氧化氢有效利用率69.5%,焦油选择性18.4%。
实施例14
将7.0g TS-1催化剂、65.0g苯酚、40.0g甲醇、10.0g水、0.8g硫酸加入250mL四口烧瓶,循环冷却回流,磁力搅拌300r/min,升温至沸腾,缓慢滴加30%的双氧水溶液18.0g,滴加2h,保温反应2h后停止试验,取样色谱检测分析。得到苯酚转化率25.8%,苯二酚选择性92.6%,对邻比2.10,过氧化氢有效利用率82.6%,焦油选择性13.6%。
Claims (6)
1.一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,其特征在于,该方法是用苯酚与双氧水在溶剂和酸性试剂的体系中在TS-1催化剂的作用下进行羟基化反应合成对苯二酚;其具体方法包括以下步骤:(1)将TS-1催化剂、苯酚、溶剂、酸性试剂加入四口烧瓶中,循环冷却回流后,不断搅拌,并加热升温;(2)再滴加浓度为30%或者50%的双氧水,滴加完毕后进行保温反应,得到对苯二酚。
2.根据权利要求1所述的一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,其特征在于,所述的的步骤(1)中TS-1催化剂为MFI晶型的钛硅分子筛,其钛含量在2.0%~4.0%,粒径为20~80μm;所述的TS-1催化剂的投入量占苯酚质量的0.08%~0.30%。
3.根据权利要求1所述的一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中溶剂为纯的醇溶剂或者是醇溶剂与水的混合溶剂,其中醇溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种,醇溶剂与水的混合溶剂中醇溶剂与水各自占总投入原料质量的15%~65%和0%~30%。
4.根据权利要求1所述的一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中酸性试剂为硫酸、硼酸、焦硼酸、磺酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、甲酸、乙酸、羟基乙酸、乙二酸、焦磷酸、次磷酸、亚磷酸中的一种;所述酸性试剂的投入量占苯酚与溶剂总质量的0.1%~2.0%。
5.根据权利要求1所述的一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中加热升温至60~100℃。
6.根据权利要求1所述的一种苯酚羟基化合成对苯二酚的方法,其特征在于,所述的步骤(2)中双氧水的使用量与苯酚的投入量的摩尔比为0.10~0.50,双氧水的滴加速度为0.1~0.5g/min,双氧水滴加完毕后的保温反应时间为0.5~4.0h。
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