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Verfahren zur Herstellung eines Methylphenols
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellun0-eines Methylphenols.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Methylphenols
durch Zersetzung des bei der Oxydation eines Alkylbenzols mit. einer sekundären
Alkylgruppe und 1 bis 3 Methylgruppen erhaltenen Hydroperoxids mit Säure.
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Als Cumolverfahren ist das Verfahren zur Herstellung von Phenol bekannt,
bei dem Cumol zu dem Hydroperoxid oxydiert, das entstehende Hydroperoxid in Anwesenheit
eines sauren Katalysators, wie Mineralsäure, durch Säure unter Bildung von Phenol
und Aceton zersetzt und der saure Katalysator neutralisiert wird-und das Phenol
und Aceton.
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durch Destillation getrennt werden.
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Das Cumolverfahren besitzt verschiedene Nachteile, wenn es direkt
für die Herstellung eines Methylphenols und
Ketons unter Verwendung
eines Alkylbenzols als Ausgangsmaterial mit einer sekundären Alkylgruppe und 1 bis
3 Methylgruppen verwendet wird. Wird ein Methylbenzol mit einer sesekundären Alkylgruppe
und 1 bis 3 Mwthylgruppen oxydiert, so werden zwei oder mehrere Hydroperoxide, wie
tert.-Hydroperoxid (das im folgenden als l13-HPO11 bezeichnet wird), durch Oxydation
der tertiären Kohlenstoffatome der sekundären Alkylgruppe und ein primäres Hydroperoxid
(das im folgenden als "1-HPO1' bezeichnet wird) durch Oxydation des primären Kohlenstoffatoms
der Methylgruppe, die direkt an den Benzolkern gebunden ist, gebildet. Dadurch wird
die nachfolgende Säurezersetzungsreaktion kompliziert.
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Das Verhältnis der entstehenden 3-HPO zu 1-HPO variiert, abhängig
von der Art der sekundären Alkylgruppe des Alkylbenzols und der Zahl und der Stellung
der Methylgruppen, die direkt an den Benzolkern gebunden sinds Man erhält z.B.
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bei der Oxydation von 3,5-Dimethylcumol etwa 70 Mol-Teile 3,5.Dimethyl-α,α-dimethylbenzyl-hydroperoxid
(als 3-HPO) und etwa 30 Mol-Teile 3-Methyl-5-isopropylbenzyl-hydroperoxid (als 1-HPO).
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Bei der Säurezersetzungsbehand~l1mg wird die Hauptmenge an 3-HPO
durch die Säure unter Bildung von Methylphenol und Aceton zersetzt. Eine geringe
Menge 3-HPO wird in Alkohole und andere Nebenprodukte umgewandelt. Andererseits
wird die Hauptmenge an 1-HPO unter Bildung eines Alkylphenols mit einer sekundären
Alkylgruppe und Formaldehyd durch Säure zersetzt, und eine geringe Menge an 1-HPO
wird in Alkohole und andere Nebenprodukte umgewandelt. Die Säurezersetzungsreaktionsrate
von 1-HPO ist wesentlich niedriger als die von 3-HPO, und daher nimmt, wenn die
Säurezersetzungsreaktion fortschreitet, die 3-HPO-Konzentration schneller ab, und
schließlich ist das restliche Hydroperoxids hauptsächlich 1-HPO. Zur Zersetzung
des restlichen 1-HPO müssen stärkere Reaktionsbedingungen verwendet werden.
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Wird eine Lösung eines Oxydationsproduktes, die 70 Mol-Teile 3-HPO
und 30 Mol-Teile 1-HPO enthält und die durch Oxydation von 3, 5-Dimethylcumol erhalten
wird; durch Saure bis zu einer Hydroperoxid«Umrfandlung von 90% zersetzt, so sind
99,0 Mol-% des restlichen Hydroperoxids 1-HPO, d.h.
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3-Methyl-5-isopropylbenzyl-hydroperoxid.
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Außerdem verursachen die Alkohole, die sich von 3-HPO und 1-HPO ableiten,
Kondensationsreaktionen mit 3-HPO undXoder 1-HPO während der Säurezersetzungsbehandlung,
und es werden Diaralkylperoxide gebildet. Die ents-tehenden Diaralkylperoxide reagieren
bei normalen Säurezersetzungsbedingungen nicht weiter. Es sind besonders strenge
Reaktionsbedingungen erfor derlich, damit die Umsetzung weiter abläuft.
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Es ist sehr schwierig, das gewünschte Methylphenol durch Neutralisation
der Säurezersetzungsproduktlösung, die bei üblichen Bedingungen erhalten wird und
restliche Hydroperoxide, hauptsächlich 1-HPO und Diaralkylperoxide enthält, zu gewinnen
und dann die entstehende restliche Lösung zu destillieren. Wenn beispielsweise die
Lösung des Säurezersetzungsproduktes erhitzt wird, treten durch diese Peroxide unerwünschte
Nebenreaktionen auf, und es werden viele Nebenprodukte gebildet, die je einen Siedepunkt
besitzen, der nahe an dem des gewünschten Methylphenols liegt. Dadurch werden die
Ausbeute und die Reinheit des Methylphenols verschlechtert und es verfärbt sich.
Der hohe Peroxidgehalt kann bei der Destillation eine Explosion verursachen. Zur
Erleichterung der Abtrennung des Methylphenols durch Destillation ist es bevorzugt,
eine Lösung des Säurezersetzungsproduktes zu erhalten, die eine geringe Menge an
restlichen Hydroperoxiden enthält. Dies ist möglich, wenn die Säurezersetzungsreaktion
weit fortschreitet. Wenn die Säurezersetzungsbehandlung bei strengeren Bedingungen,
wie höherer Temperatur und längeren Reaktionszeiten, durchgeführt wird, damit der
Gehalt an restlichen Hydroperoxiden, die hauptsächlich
aus 1-HPO
und Diaralkylperoxid bestehen, erniedrigt wird, findet eine Kondensationsreaktion
des durch die Säurezersetzung von 1-HPO gebildeten Formaldehyds mit den gewünschten
Methylphenolen statt, und es werden Produkte mit höherem Siedepunkt gebildet. Außerdem
treten durch Peroxide hervorgeruiene Nebenreaktionen auf, so daß die Ausbeute und/oder
die Reinheit des Methylhenols verschlechtert werden.
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Beispielsweise Tn.irde eine Lösung eines Oxydationsproduktes, die
70 Mol-Teile 3-HPO und 30 Mol-Teile 1-HPO enthält hergestellt durch Oxidation von
3,5-Dimethylcumol,in Acetonals sungsmittel in Anwesenheit von Perchlorsäure als
Katalysator mii Säure zersetzt und die Säurezersetzungsbehandlung unterbrochen,
wenn 84,96% des Hydroperoxids zersetzt sind. Die entstehende Lösung des Säurezersetzungsprodulftes
wird neutralisiert und gaschromatographich analysiert. Ein Beispiel eines Chromatogramms
ist in Fig. 1 dargestellt. Aus Fig. 1 geht hervor, daß die neutralisierte Lösung
sechs Nebenprodukte wie auch 3,5-Xylenol und Aceton enthält. Wenn die neutralisierte
Lösung unter vermindertem Druck diskontinuierlich in einer gepackten Kolonne mit
20 theoretischen Böden destilliert wird, ist die Trennung von 3,5-Xylenol aus der
X 4 Komponente sehr schwierig, da ihre Siedepunkte sehr nahe aneinanderliegen. Außerdem
ist das so erhaltene 3,5-Xylenol stark verfärbt, und wenn die Temperatur der Destillationsanlage
1200C erreicht, werden einige der Bestandteile thermisch zersetzt, und die Zersetzungsprodukte
verunreinigen das Endprodukt, 3,5-Xylenol. Es ist daher tatsächlich unmöglich, 3,5-Xylenol
mit hoher Reinheit und in guter Ausbeute zu erhalten Zur Herstellung von Methylphenol
hoher Reinheit in hoher Ausbeute ist es daher erforderlich, die Säurezersetzungsreaktion
zu unterbrechen, wenn die Hauptmenge an 3-HPO durch Säure zersetzt ist, und dann
die restlichen Hydroperoxide, die hauptsächlich aus 1-HPO und Diaralkylperoxiden,
die
in der Lösung des Säurezersetzungsproduktes vorhanden sind, bestehen, durch bestimmte
Verfahren vor der Destillation zu zersetzen. Ein Verfahren zur Lösung dieser Schwierigkeit
wird in der japanischen Patentpublikation 4854/1 974 vorgeschlagen. Dort wird ein
Verfahren zur Herstellung sowohl von Cresol als auch von Aceton durch Zersetzung
von Cymolhydroperoxid beschrieben, das durch Oxydation von Cymol mit molekularem
Sauerstoff erhalten wird. Bei diesem Verfahren wird das Cmolhydroperoxid in Anwesenheit
eines sauren Katalysators zersetzt, die Zersetzungsreaktion wird unterbrochen, wenn
die Konzentration an Hydroperoxid in dem Reakiionspro dukt im Bereich von 0,5 bis
10 Gew.% liegt; dann wird das Reaktionsprodukt neutralisiert, die restlichen Hydroperoxide
werden durch Erhitzen des Produktes zersetzt und dann werden Cresol und Aceton gewonnen.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren sind jedoch relativ lange Behandlungszeiten
und hohe Temperaturen zur thermischen Zersetzung der in der Lösung des Säurezersetzungsproduktes
vorhandenen Diaralkylperoxide in solchem Ausmaß erforderlich, daß ein Explosionsunfall
bei der letzteren Stufe, z.B. bei der Trennstufe des gewünschten Methylphenols,
vermieden wird. Durch diese Erfordernisse wird die Ausbeute an Methylphenol und
die Selektivität ververschlechtert.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines
Methylphenols aus einem Alkylbenzol, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man mit
molekularem Sauerstoff ein Alkylbenzol mit einer sekundären Alkylgruppe und 1 bis
3 Methylgruppen der allgemeinen Formel I
worin R eine-sekundäre Alkylgruppe bedeutet und n eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet,
oxydiert,
die Lösung des Oxydationsproduktes in Anwesenheit eines sauren Katalysators durch
Säure zersetzt, die Säurezersetzungsreaktion vor ihrer Beendigung stoppt, die Lösung
des Säurezersetzungsproduktes in Anwesen4pit eines Hydrierungskatalysators in Arnesenheit
oder Abwesenheit eines Lösungsmittels hydriertJund das entstehende Methylphenol
der allgemeinen Formel (II)
worin n eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet, aus der Lösung des Hydrierungsproduktes
gewinnt.
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Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung von Methylphenols unter Verwendung eines Alkylbenzols als Ausgangsmaterial
in hoher Ausbeute te zu schaffen. Es soll ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung
von Methylphenol mit hoher Reinheit unter Verwendung eines Alkylbenzols als Ausgangsmaterial
geschaffen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll wirtschaftlich und sicher durchzuführen
sein und hochreines Methylphenol soll unter Verwendung von Alkylbenzol als Ausgangsmaterial
erhalten werden.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden erfindungsgemäße Ausführungsformen
näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 ein Beispiel eines.Chromatogramms der~Lösung
des Säurezersetzungsproduktes von Beispiel 1; und Fig. 2 ein Beispiel eines Chromatogrammsder'Lösung
des ersten Hydrierungsprodukte von Beispiel 1.
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Die jeweiligen Bezeichnungen n(x1), (x2), ....(x64) bedeuten jeweils
einen Peak in den obigen graphischen Darstellungen
und zeigen
an, daß die Höhe jedes Peaks auf das 1/1-, 1/2-, 1/64fache der ursprüylglichen Höhe
vermindelzt ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Alkylbenzol mit einer sekundären
Alkylgruppe und 1 bis 3 Methylgruppen ein kernsubstituiertes Benzolderivat mit einer
sekundären Alkylgruppe, wie Isopropyl, sek.-Butyl u.ä., und 1 bis 3 Methylgruppen.
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Typische Beispiele solcher Alkylbenzole sind o-Cymol, m"Cymol, p-Cymol,
2, 4-Dimethylcumol, 3 ,4-Dimethylcumol, 3,5-Dimethylcumol, 2,4, 6-Trimethylcumol
und p-Isobutyltoluol; 3,5-Dimethylcumol wird bevorzugt verwendet.
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Die Alkylbenzole können mit einem molekularen Sauer stoff enthaltenden
Gas, wie Sauerstoffgas und Luft und ähn lichen Gasen, nach an sich bekannten Oxydationsverfahren
oxydiert werden.
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Die Lösung des so oxydierten Oxydationsproduktes kann unter Verwendung
an sich bekannter Bedingungen in Anwesenheit einer Mineralsäure, wie Schwefelsäure,
Perchlorsäure u.ä., oder ihren Gemischen durch Säure zersetzt werden.
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Die Zersetzung durch Säure wird beendigt bzw. unterbrochen, wenn
die Hydroperoxid-Umwandlung im Bereich von 84 bis 90% liegt. Für die Unterbrechung
der Säurezersetzungsreaktion wird der Säurekatalysator entfernt, indem man ihn mit
einem alkalischen Neutralisationsmittel, z.B. waßrigem Alkali, und einem Ionenaustauschharz
usw. behandelt. Bei einer Hydroperoxid-Umwandlung unter 84% ist die Ausbeute an
Endprodukt, Methylphenol, niedrig, und zusätzlich ist die Destillation nicht sicher.
Bei einer Hydroperoxid-Umwandlung über 902 sind dagegen die Ausbeute und die Reinheit
des Methylphenols ebenfalls niedrig.
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In der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Ausdruck ''Hydroperoxid'1
3-HPO und 1 -HPO.
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Wie zuvor definiert, ist 3-HPO-ein tertiäres Hydroperoxid, das durch
Oxydation des tertiären Kohlenstoffatoms der sekundären Alkylgruppe des Alkylbenzols
mit einer sekundären Alkylgruppe und 1 bis 3 Methylgruppen gebildet wird.
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Ein Beispiel von 3-HPO ist 3,5-Dimethyl-a,a-dimethylbenzylhydroperoxid
der Formel (III)
1-HPO ist ein primäres Hydroperoxid, das durch Oxydation von mindestens einem primären
Kohlenstoffatom der 1 bis 3 Methylgruppen, direkt gebunden an den Benzolkern des
Alkylbenzols mit einer sekundären Alkylgruppe und 1 bis 3 Methylgruppen, gebildet
wird. Ein Beispiel von 1-HPO ist 3-Methyl-5-isopropylbenzyl-hydroperoxid der Formel
(IV)
Die Lösung des Säurezersetzungsproduktes, die, wie oben beschrieben, neutralisiert
wurde, wird in Anwesenheit eines Hydrierungskatalysators hydriert.
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Der Hydrierungskatalysator, der bei der Hydrierungsz stufe verwendet
wird, kann ein solcher sein, der bei bekannten ,Hydrierungen eingesetzt wird, z.B.
ein Metall, das zu der Gruppe VIII des Periodensystems gehört, wie Eisen, Kobalt,
Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, und Platin und Kupfer und
Chrom und andere Metalle mit Hydrierungsaktivität-und ihre Zusammensetzungen bzw.
Gemische.
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Das Metall oder das Metallgemisch kann auf Trägern, wie Aktivkohle.
Aluminiumoxid, Siliqiumdioxid, Kieselgur, Asbest, Bariumsulfat u.a., vorliegen.
Ruthenium, Rhodium, Palladium und Platin sind bevorzugt. f Die Hydriermzg kann bei
der vorliegenden Erfindung nach einem einstufigen oder zweistufigen Verfahren ablaufen.
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Die Temperatur der einstufigen Hydrierung ist eine Temperatur im
Bereich von 50 bis 2000C, bevorzugt von 80 bis 1500C. Bei einer Temperatur unter
500C ist die jeweilige Hydrierungsrate der restlichen Hydroperoxide, die hauptsächlich
aus 1-HPO, Diaralkylperoxiden und anderen Nebenprodukten bestehen, in der Lösung
des Säurezersetzungsproduktes so niedrigt, daß die Hydrierungsbehandlung unpraktisch
ist. Bei einerTemperatur über 200°C wird dagengen die Ausbeute an Methylphenol erniedrigt,
bedingt durch unerwünschte Neben-.
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reaktionen, und bei der Hydrierungsstufe kann ein Explosionsunfall
auftreten.
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Bei dem zweistufigen Verfahren wird die erste Hydrierungsstufe bei
einer Temperatur im Bereich von 50 bis 2000C durchgeführt, und die zweite Hydrierungsstufe
wird bei einer Temperatur durchgeführt, die über der Temperatur der ersten Hydrierungsstufe,
d.h. über 500 und nicht höher als 35O0C, legt, bevorzugt wird eine Temperatur von
150 bis 3400C verwendet. Die Hauptmenge der Peroxide, wie des Hydroperoxids und
des Diaralkylperoxids, wird bei der ersten Hydrierungsstufe zersetzt, und daher
kann die zweite Hydrierungsstufe bei einer Temperatur durchgeführt werden, die höher
ist als die der ersten Hydrierungsstufe. Wenn die Temperatur in der zweiten Hydrierungsstufe
nicht über 500C liegt, ist die Hydrierungsrate so niedrig, daß die zweite Hydrierungsbehandlung
nicht praktisch ist. Wenn die Temperatur über 350 0C liegt, nimmt die Menge an ursprünglichem
Alkylbenzol, das aus den
Nebenprodukten der Säurezersetzungsstufe
entsteht, ab und die Menge an niedrigsiedendem Produkt, das aus den Nebenprodukten
gebildet wird, nimmt zu, und die Ausbeute an Methylphenol erniedrigt sich.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist der Druck bei der Hydrierungsstufe
nicht kritisch und kann niedriger sein als Atmosphärendruck oder höher als 50 kg/cm2(Uberdruck),
und im allgemeinen ist technisch ein Druck von 0 bis 50 kg/cm2 (Überdruck) bevorzugt.
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Die Kontaktzeit des Wasserstoffs bei der Hydrierungsstufe kann nach
Belieben ausgewählt werden, abhängig von der Art des Hydrierungskatalysators und
der Hydrierungstemperatur.
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Im allgemeinen liegt sie im Bereich von 0,2 bis 10 Stwzden.
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Bei einer Zeit unter 0,2 Stunden verläuft die Hydrierungsreaktion
nicht ausreichend, und bei Zeiten, die länger sifld als 10 Stunden, findet eine
unerwünschte Hydrierung des Benzolkerns statt.
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Nach Beendigung der Hydrierungsstufe können das Endprodukt, Methylphenol,
und das Ausgangsmaterial, Alkylbenzol mit einer sekundären Alkylgruppe und 1 bis
3 Methylgruppen, aus der Lösung des Hydrierungsproduktes durch Destillation gewonnen
werden.
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Das erfindungsgemäß erhaltene Methylphenol ist ein Methylphenol mit
einer Hydroxygruppe und 1 bis 3 Methylgruppen, direkt gebunden an den Benzolkern,
und es kann durch die allgemeine Formel (II)
dargestellt werden, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet.
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Typische Methylphenole sind o-Cresol, m-Crescl, p Cresol, 2,4-Xylenolt
3,4-Xylenol, 3,5-Xylenol und 2,4,6-Trimethylphenol usw.
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v Die Hydrierungsreaktion ist bei der vorliegenden Erfindung stark
exotherm. Zur Vermiedung einer Überhitzung und Explosion bei der Hydrierungsstufe
und zur Erleichterung der Temperaturkontrolle wird zu der Lösung des Säurezersetzungsproduktes
bevorzugt vor der Hydrierungsstufe ein im weswnilichen inertes und leicht von dem
gewünschten Methylphenol durch Destillation zu trennendes Lösungsmittel, wie Benzol,
Alkylbenzole, aliphatischer Alkohol, Äther u.ä., zugegeben.
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Die Lösung des Säurezersetzungsproduktes enthält das Ausgangsmaterial,
d.h. restliches Alkylbenzol mit einer seRwndären Alkylgruppe und 1 bis 3 Methylgruppen,
und das Endprodukt, d.h. Methylphenol. Das restliche Hydroperoxid besteht hauptsächlich
aus 1-HPO, Diaralkylperoxiden und gelegentlich enthält es das oben erwähnte Lösungsmittel.
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Wenn ein Lösungsmittel vorhanden ist, wird es nach der Hydrierungsstufe
in einem einstufigen Hydrierungsverfahren und nach Beendigung der ersten oder der
zweiten Hydrierungsstufe bei einem zweistufigen Hydrierungsverfahren entfernt.
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Das Lösungsmittel und das Ausgangsmaterial, d.h.
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Alkylbenzol mit einer sekundären Alkylgruppe und 1 bis 3 Methylgruppen,
die von der Lösung des Hydrierungsproduktes abgetrennt werden, können wieder als
Lösungsmittel und als Ausgangsmaterial nach einer einfachen Waschbehandlung verwendet
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann diskontinuierlich, semi-kontinuierlich
oder kontinuierlich durchgeführt werden.
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Bevorzugt wird es semi-kontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt.
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Erfindungsgemäß können die restlichen Hydroperoxide, Diaralkylperoxide
und andere Nebenprodulcte in der Lösung aus dem Säurezersetzungsprodukt zersetzt
werden. Die meisten der Verbindungen können in das ursprüngliche Ausgangsmaterial,
Alkylbenzol, ohne Verlust an Endprodukt, Mothylphenol, umgewandelt werden. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist daher sehr wirtschaftlich. Wird die Hydrierung nach einem einstufigen
Verfahren durchgeführt, kann hochreines Methylphenol mit hoher Ausbeute und sicher
hergestellt werden. Wird die Hydrierung nach dem zweistufigen Verfahren durchgefUlrt,
kann reineres Methylphenol in höherer Ausbeute erhalten werden.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines
Methylphenols aus einem Alkylbenzol, bei dem durch molekularen Sauerstoff ein Alkylbenzol
mit einer sekurldären Alkylgruppen und 1 bis 3 Methylgruppen der allgemeinen Formel
(I)
worin R eine sekundäre Alkylgruppe und n eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeuten, oxydiert
wird, das Oxydationsprodukt in Lösung in Anwesenheit eines Säurekatalysators durch
Säure zersetzt wird, die -Säurezersetzungsreaktion vor der Beendigung unterbrochen
wird, das Säurezersetzungsprodukt in Lösung in Anwesenheit eines Hydrierungskatalysators
in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Lösungsmittels hydriert wird und das entstehende
Methylphenol der allgemeinen Formel (II)
worin n eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet, aus der Lösung des Hydrierungsproduktes
gewonnen wird.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. In den Beispielen
bedeuten X0 bis X7 die Komponenten, die den Peaks in den beigefügten Chromatogrammen
entsprechen. Die Ausbeute ist als Ausbeute von 3,5-Xylenol, bezogen auf das bei
der Hydrierungsstufe verwendete Hydroperoxid, angegeben, und die Selektivität ist
die Selektivität an 3,5-Xylenol, bezogen auf das verbrauchte 3,5-Dimethylcumol bei
dem gesamte Verfahren. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Prozentgehalte und
Teile durch das Gewicht ausgedrückt, mit Au,nahme der Umwandlungen, Ausbeuten und
Selektivitäten.
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B e i s p i e l 1 3,5-Dimethylcumol wird mit Luft oxydiert. Ein Teil
des restlichen 3,5-Dimethylcumol wird aus der Lösung des Oxydationsproduktes abdestilliert.
Man erhält eine Flüssigkeit, die als Ausgangsmaterial verwendet wird und 38,450/0
Hydroperoxide enthält. Sie wird auf folgende Weise kontinuierlich durch Säure zersetzt,
wobei Perchlorsäure als Katalysator verwendet wird. In einen mit einem Rückflußkwhler
und einem Rührer ausgerüsteten Reaktionskolben gibt man 44,7 Teile der die Hydroperoxide
enthaltenden Flüssigkeit als Ausgangsmaterial und 20,2 Teile einer 0,06%igen Acetonlösung
von Perchlorsäure. Die Säurezersetzung erfolgt, indem man die Reaktionsteilnehmer
unter solchen Bedingungen gut vermischt, daß die Temperatur 45 0C und die Kontaktzeit
0,63 h betragen. Die Lösung des Säurezersetzungsproduktes wird dann vom Boden des
Reaktionskolbens entnommen und sofort neutralisiert.
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Die Zusammensetzung der so durch die Säurezersetzung erhaltenen Produktlösung
beträgt 36,31% Aceton, 40,09% 3,5-Dimethylcumol, 11,22% 3,5-Xylenol, 4,00% Rydroperoxide,
5,21% Diaralkylperoxide und 5,17% andere Nebenprodukte. Die Produktlösung der Säurezersetzung
wird der Gaschromatographie unterworfen. Das so erhaltene Gaschromatogramm ist in
Fig. 1 dargestellt.- Die Hauptnebenprodukte, die alle einen Siedepunkt
besitzen,
der höher ist als der des 3,5-Dimethylcumols, sind X2, X3, X4, X5, X6, X7. Die Umwandlung
der Hydroperoxide bei der Säurezersetzungstufe beträgt 84,96%.
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Die Produktlösung der Säurezersetzung wird durch ein Reaktionsrohr
mit stationärer Schicht, das mit Aluminiumoxid gepackt ist, geleitet, welches 0,5%
Palladium enthält, zusammen mit Wasserstoffgas für die Durchführung der ersten Hydrierungsbehandlung,
wobei solche Bedingungen verwendet werdenm, daß die Temperatur 110°C, der Druck
0 kg/cm² (Überdruck) und die Kontaktzeit 0,33 h betragen. Die Zusammensetzung der
aus dem Boden des Reaktionsrohr entnommenen ersten Hydrierungsproduktlösung beträgt
36,29% Aceton, 41,27% Dimethylcumol, 11,33% 3,5-Xylenol, 0,01% Hydroperoxide, 0,06%
Diaralkylperoxide und 11,04% andere Nebenprodukte. Die Hauptnebenprodukte sind X3,
X4, X5, X6 und X7s die in der ersten Hydrierungsproduktlösung in Mengen von 0,47%,
0,63%, 1,34%, 4,30% bzw. 0,67% vorhanden sind. Bei der ersten Hydrierungsbehandlung
werden 100% X2, 99,9% Hydroperoxide und 99,1% Diaralkylperoxide zersetzt.
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Die Zusammensetzung der Bodenprodukte, die durch Abdestillation der
Materialien, die je einen niedrigeren Siedepunkt als Aceton besitzen, u.ä. von der
Lösung des ersten Hydrierungsprodukte erhalten werden, ist 2,00% Aceton, 63,80%
3,5-Dimethylcumol, 17,51% 3,5-Xylenol und 16,69% andere Nebenprodukte.
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Das Bodenmaterial wird in zwei Teile geteilt. Ein Teil wird diskontinuierlich
bei vermindertem Druck mit einer gepackten Säule mit 10 theoretischen Böden destilliert,
so daß 3,5-Xylenol mit einer Reinheit von 94,o' in einer Ausbeute von 62,250 und
einer Selektivität von 54,1% abgetrennt-wird.
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Der andere Teil wird einer zweiten Hydrierungsbehandlung unter Verwendung
von Aluminiumoxid, das 0,5°% Palladium
enthält, bei solchen Bedingungen
unterworfen, daß die Temperatur 1 900C, der Druck 5 kg/cm2 (überdruck) und die Kontak-tzeit
1,12 h betragen.
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Die Zusammensetzung der Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes beträgt
2,00% Aceton, 71,20% 3,5-Dimethylcumol, 17,51% 3,5-Xylenol und 9,29% andere Nebenprodukte.
Die Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes wird gaschromatographisch untersucht.
Das so erhaltene Gaschromatogramm ist in Fig. 2 dargestellt. Entsprechend Fig. 2
sind die Hauptnebenprodukte X0, X1, X6, und X7, die in der zweiten Hydrierungsproduktlösung
in Mengen von 1,31%, 0,66%, 0,67,b bzw. 1,03% enthalten sind.
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Als Folge der zweiten Hydrierungsbehandlung werden jeweils 100% an
X3s X4 und X5 und 90,0% X6 zersetzt und die Hauptmenge davon in 3,5-Dimethylcumol
umgewandelt. Andererseits findet bei der zweiten Hydrierungsstufe kaum ein Verlust
an 3,5-Xylenol statt.
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Die Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes wird diskontinuierlich
bei vermindertem Druck unter Verwendung einer gepackten Säule mit 10 theoretischen
Böden destilliert, so daß 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht unter 99,5% in einer
Ausbeute von 62,2% und einer Selektivitat von 73,2% abgetrennt wird.
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Beispiel 2 Eine ähnliche Säurezersetzungsbehandlung wie in Beispiel
1 wird durchgeführt, ausgenommen, daß die Konzentration an Hydroperoxiden, die in
der als Ausgangsmaterial verwendeten Flüssigkeit vorhanden sind, zu 48,43% geändert
wird, daß .41,7 Teile der als Ausgangsmaterial verwendeten Flüssigkeit und 21,2
Teile Acetonlösung der Perchlorsäure in den Reaktionskolben gegeben werden und daß
weiterhin die Kontaktzeit auf 0,67 h ausgede'nnt wird.
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Die Zusammensetzung der Säurezersetzungsproduktlö sung nach der Neutralisation
beträgt 40,37% Aceton, 31,360/0 3 ,5-Dirnethylcumol, 13,20% 3,5-Xylenol, 3,36% Hydroperoxide,
3,94% Diaralkylperoxide und 7,77% andere Nebensprodukte.
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Die Haubtnebenprodukte, jeweils mit einem höheren Siedepunkt als der
von 3,5-Dimethylcumol, sind X2, X, X4, X5, X6 und X7. Die Umwandlung der Hydroperoxide
in der Säurezersetzungsstufe beträgt 89,63%.
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Eine ähnliche Behandlung wie die erste Hydrierungsbehandlung von
Beispiel 1 wird wiederholt mit der oben beschriebenen Säurezersetzungsproduktlösung,
ausgenommen, daß die Temperatur, der Druck und die Behandlungszeit auf 104°C, 5,0
kg/cm2 (Überdruck) bzw. 0,78 h geändert werden. Die Zusammensetzung der so erhaltenen
Lösung des ersten Hydrierungsproduktes beträgt 40,35% Aceton, 34,66% 3,5-Dimethylcumol,
13,88% 3,5-Xylenol, 0,02% Hydroperoxide, 0,07% Diaralkylperoxide und 11,029G andere
Nebenprodukte. Die Hauptnebenprodukte sind X3, X4, X5, X6 und X7, die in der Lösung
des ersten Hydrierungsproduktes in Mengen von 0,30%, 0,65%, 0,89%, 4,00% bzw. 1,17%
vorhanden sind. Bei der ersten Hydrierungsbehandlung werden 100% X2, 99,5% Hydroperoxide
u-nd 98,1% Diaralkylperoxide zersetzt.
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Die Lösung des ersten Hydrierungsproduktes werden in zwei Teile geteilt.
Einer wird zur Entfernung des Acetons destilliert und dann bei vermindertem Druck
in einer gepackten Säule mit 10 theoretischen Böden destilliert. Man erhält 5,5-Xylenol
mit einer Reinheit von 94,0%, einer Ausbeute von 62,0% und einer Selektivität von
61,4%.
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Der andere Teil wird einer zweiten Hydrierungsbehandlung unter Verwendung
von Aluminiumoxid, das 0,5% Palladium enthält, und unter solchen Bedingungen unterworfen,
daß die Temperatur 1830, der Druck 10,0 kg/cm² (Überdruck) und die Behandlungszeit
0,78 h betragen, ohne daß Materialien, die
niedrige Siedepunkte
besitzen wie Aceton u.ä., abdestilliert werden.
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Die Zusammensetzung der Lösung des zweigen Hydrierungsproduktes beträgt
38,71% Aceton, 38,95% 3,5-Dimethylcumol, 14,09 3,5-Xylenol und 8,25% andere Nebenprodukte.
Die Hauptnebenprodukte sind X0, X1, X3, X5, X6 und X7, die in der zweiten Hydrierungsproduktlösung
in Mengen von 0,60%, 0,37%, 0,06%, 0,09%, 0,73%bzw. 1,24% enthalten sind.
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Nach dem Abdestillieren der Måterialien, die niedrige Siedepunkte
besitzen wie Aceton u.ä., aus der zweiten Hydrierungsprodulftlösung wird die entstehende
Lösung bei vermindertem Druck unter Verwendung einer gepackten Säule mit 10 theoretischen
Böden destilliert. Man erhält 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht weniger als 99,5%
in einer Ausbeute von 62,30Z6 und einer Selektivität von 72,7C/o.
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B e i s p i e l 3 Ein ähnliches Verfahren, wie es in Beispiel 1 beschrieben
ist, wird zur Herstellung von 3,5-Xylenol wiederholt, ausgenommen, daß die erste
Hydrierungsbehandlung, der Katalysator, die Temperatur und die Behandlungszeit geändert
werden. Es werden Aktivkohle, 1000C und 1,00 h verwendet.
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Bei der zweiten Hydrierungsbehandlung werden der Katalysator, die
Temperatur und die Behandlungszeit geändert, und es werden ein Kupfer-Chrom-Katalysator
(das Gewichtsverhältnis von Kupfer/Chrom beträgt 49/51), 1950C bzw. 1,67 h verwendet.
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Die Zusammensetzung der Lösung des ersten Hydrierungsproduktes nach
der Abdestillation von Materialien, die jeweils einen niedrigeren Siedepunkt als
Aceton u.ä. besitzen, beträgt 0,80% Aceton, 64,77% 3,5-Dimethylcumol, 17,50% 3,5-Xylenol,
0,05% Hydroperoxide, 0,14% Diaralkylperoxide und 16,7% andere Nebenprodukte. Die
Zusammensetzung der Lösung des
zweiten Hydrierungsproduktes beträgt
0,08% Aceton, 73,10% 3,5-Dimethylcumol, 17,72% 3,5-Xylenol und 9,10% andere Nebenprodukte.
Jeweils 100% der Hydroperoxide und der Diaralkylperoxide werden bei der zweiten
Hydrierungsstufe 3,5"Xylenol mit einer Reinheit von 94,9% wird aus der Lösung des
ersten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 61,0% und einer Selektivität von
56,9,4 abgetrennt. 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht unter zersetzt. 99,5% wird
aus der Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 61,6% und
einer Selektivität von 73,5% abgetrennt.
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B e i s p i e l 4 Ein ähnliches Verfahren, wie in Beispiel 1 beschrieben,
wird zur Herstellung von 3,5-Xylenol wiederholt, ausgenormen, daß bei der ersten
Hydrierungsbehandlung die katalytische Metallkomponente, die Temperatur, der Druck
und die Behandlungszeit geändert werden und man Platin, 50°C, 10,0 kg/cm2 (Überdruck)
bzw. 0,71 h verwendet. Bei der zweiten Hydrierungsbehandlung werden die katalytische
Metallkomponente, die Temperatur und die Behandlungszeit ebenfalls geändert, und
es werden Rhodium, 1500C bzw. 1,52 h verwendet.
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Die zweite Hydrierungsbehandlung erfolgt weiterhin ohne Abdestillation
der Materialien mit niedrigen Siedepunkten wie Aceton u.ä. aus der Lösung des ersten
Hydrierungsproduktes.
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Die Zusammensetzung der Lösung des ersten Hydrierungsproduktes beträgt
36,51% Aceton, 40,85% 3,5-Dimethylcumol, 11,40% 3,5-Xylenol, 0,12% Hydroperoxide,
0,45% Diaralkylperoxide und 10,67% andere Nebenprodukte. Die Zusamsensetzung der
Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes beträgt 35,95% Aceton, 44,96% 3,5-Dimethylcumol,
11,45% 3 ,5-Xylenol, 0,01°% Hydroperoxide, 0,08% Diaralkylperoxide und 7,55% andere
Nebenprodukte.
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3,5-Xylenol mit einer Reinheit von 94,6% wird aus der Lösung des
ersten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 62,2% und einer Selektivität von
56,9% abgetrennt. Ebenso wird 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht unter 99,5% aus
der Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 62,2% und einer
Selektivität von 67,7% abgetrennt.
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B e i s p i e l 5 Ein ähnliches Verfahren, wie in Beispiel 2 beschrieben,
wird zur Herstellung von 3,5-Xylenol wiederholt, ausgenommen, daß bei der ersten
Hydrierungsbehandlung die katalytische Metallkomponente, die Temperatur der Druck
und die Behandlungszeit geändert werden und man Rhodium, 1300C, 0 kg/cm² (überdruck)
und 0,25 h verwendet. Bei der zweiten Hydrierung behandlung werden der Katalysator,
die Temperatur, der Druck und die Behandungszeit ebenfalls geändert, und man verwendet
Kupfer-Chrom (das Gewichtsverhältnis von Kupfer/Chrom beträgt 49/51), 250°C, 3,0
kg/cm² (Überdruck)und 0,50 h. Die zweite Hydrierungsbehandlung wird ebenfalls durchgeführt,
nachdem die Materialien mit jeweils niedrigeren Siedepunkten als Aceton u.ä. aus
der Lösung des ersten Hydrierungsproduktes abdestilliert wurden.
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Die Zusammensetzung der Lösung des ersten Hydrierungsproduktes beträgt
39,95% Aceton,33,73% 3,5-Dimethylcumol, 12,43% 3,5-Xylenol, 0,01% Hydroperoxide,
0,05% Diaralkylperoxide und 13,83% andere Nebenprodukte. Die Zusammensetzung der
Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes beträgt 0,09% Aceton, 63,46% 3,5-Dimethylcumol,
20,71% 3,5-Xylenol und 15,715S andere Nebenprodukte. Jeweils 100% der Hydroperoxide
und Diaralkylperoxyde werden in der zweiten Hydrierungsstufe zersetzt.
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3,5-Xylenol mit einer Reinheit von 93,2% wird aus der Lösung des
ersten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 55,5% und einer Selektivität von
53,W' abgetrennt. Ebenso
wird 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht
unter 99,5% aus der Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von
54,9% und einer Selektivität von 61,8% abgetrennt.
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B e i s p i e l 6 Ein ähnliches Verfahren, wie in Beispiel 5 beschrieben,
wird zur Herstellung von 5,5-Xylenol wiederholt, ausgenommen, daß bei der ersten
Hydrierungsbehandlung die katalytische Metallkomponente, die Temperatur und die
Behandlungszeit gewandert werden und man Platin, 1500C und 0,20 h verwendet. Bei
der zweiten Hydrierungsbehandlung werden der Katalysator, die Temperatur, der Druck
und die Behandlungszeit geändert, und man verwendet Aluminiumoxid, das 0,52/0 Platin
enthält, 210°C, 7,0 kg/cm2 (Überdruck)und 1,18 h.
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Die Zusammensetzung der Lösung des ersten Hydrierungsproduktes beträgt
39,77% Aceton, 35,90% 3,5-Dimethylcumol, 12,4% 3,5-Xylenol, 0,01% Hydroperoxide,
0,05% Diaralkylperoxide und 11,86% andere Nebenprodukte. Die Zusammensetzung der
Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes beträgt 0,74% Aceton, 67,37% 3,5-Dimethylcumol,
21,29% 3,5-Xylenol und 10,60% andere Nebenprodukte. Jeweils 100% der Hydroperoxide
und der Diaralkylperoxide werden in der zweiten Hydrierungsstufe zersetzt.
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5,5-Xylenol mit einer Reinheit von 95,7% wird aus der Lösung des
ersten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 55,3% und einer Selektivität von
57,3% abgetrennt. Ebenso wird 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht unter 99,5% aus
der Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 54,3% und einer
Selektivität von 63,9% ausgefällt.
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B e i s p i e l 7 Ein ähnliches Verfahren, wie in Beispiel 2 beschrieben,
wird zur Herstellung von 3,5-Xylenol wiederholt, ausgenommen, daß bei der-ers-ten
Hydrierungsbehandlung die Temperatur, der
Druck und- die Behandlungszeit
gendert werden und man 11000 O kg/cm² (Überdruck) und 0,32 h verwendet. Bei der
zweiten Kydrierungsbehandlung werden ebenfalls die Tempe7«atllr, der Druck und die
Behandlungszeit zu 335°, 5,0 kg/cm² (Überdruck) bzw. 1,09 h geändert. Die zweite
Hydrierungsbehandlung wird weiterhin durchgeführt, nachdem die Materialien mit jeweils
niedrigeren Siedepunkten als Aceton u.ä. aus der Lösung des ersten Hydrierungsprodukte
5 abdestilliert wurden.
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Die Zusammensetzung der Lösung des ersten Hydrierungsproduktes beträgt
nach Abdestillation der Materialien mit niedrigen Siedepunkten wie Aceton u.ä. 0,47
Ace ton, 51,02% 3,5-Dimethylcumol, 20,63% 3,5-Xylenol, 0,01% Hydroperoxide, 0,04%
Diaralkylperoxide und 27,83% andere Nebenprodukte. Die Zusammensetzung der Lösung
des zweiten Hydrierungsproduktes beträgt 0,48% Aceton, 60,56% 3,5-Dimethylcmuol,
22,44% 3,5-Xylenol und 16,52% andere Nebenprodukte.
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100% der Hydroperoxide, 100% der Diaralkylperoxide und 41% der Nebenprodukte
werden in der zweiten Hydrierungsstufe zersetzt.
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3,5-Xylenol mit einer Reinheit von 92,7% wird aus der Lösung des
ersten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 49,0% und einer Selektivität von
46,6% abgetrennt. Ebenso wird 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht unter 99,5% aus
der Lösung des zweiten Hydrierungsproduktes in einer Ausbeute von 66,9% und einer
Selektivität von 52,5% abgetrennt.
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Vergleichsbeispiel 1 Eine ähnliche Lösung des Säurezersetzungsproduktes,
,wie in Beispiel 2, wird einer einstufigen Hydrierungsbehand lung unterworfen, ohne
daß die Materialien mit niedrigen Siedepunkten wie Aceton u.ä. abdestilliert werden.
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Es wird Aluminiumoxid mit 0,5% Palladium verwendet und eine Temperatur
von 210°C, ein Druck von 8,0 kg/cm² (Überdruck)
und eine Behandlungszeit
von 1 33 h werden verwendet. Die Zu sammensetzung der Lösung des Hydrierungsproduktes
beträgt 37,62% Aceton, 38,44% 3,5-Dimethylcumol, 10,40% 3,5-Xylenol und 13,54% andere
Nebenprodukte. Jeweils 1002S der Hydroperoxide und der Diaralkylperoxide werden
in der hydrierungsstufe zersetzt.
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Wird die Hydrierungsproduktlösung jedoch di skonti nuierlich bei
vermindertem Druck unter Verwendet einer gepackt ten Säule mit 10 theoretischen
Böden nach der Abdestillation der Materialien mit niedrigen Siedepunkten wie Aceton
u.ä. destilliert, so erhält man 3,5-Xylenol mit einer Reinheit nicht unter 99,5%
in einer Ausbeute von 46,7% und einer Selektivität 54,8.
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Vergleichsbeispiel 2 Eine ähnliche Säurezersetzungproduktlösung, wie
in Beispiel 1, wird neutralisiert und in eine erhitzte gepackte Säule einfließen
gelassen. Die Erwärmungsbehandlung erfolgt bei einer vorbestimmten Temperatur und
einem Druck von O kg/cm2 (Üherdruck) während 0,33 h, wobei sowohl die Hydroperoxide
als auch die Diaralkylperoxide zersetzt werden. 3,5-.
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Xylenol wird aus der entstehenden Lösung aus ähnliche Weise, wie in
Beispiel 1 beschrieben, abgetrennt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle
aufgeführt.
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110°C 230°C Umwandlung der Hydroperoxide 98,9% 100,0% Umwandlung
der Diaralkylperoxide 75,0 85,4 Ausbeute an 3,5-Xylenol 61,0 52,9 Selekvitität zu
3,5-Xylenol 55,4 48,1
L e e r s e i t e