Получение соединений оксирана

Получение соединений оксирана

Реферат

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 олефин-ненасыщенных 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.

Был разработан способ, обеспечивающий возможность получения соединений оксирана без необходимости одновременного получения других соединений.

Настоящее изобретение относится к способу получения соединений оксирана, включающему:

(i) окисление алкиларила с получением гидроперекиси алкиларила,

(ii) контактирование, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с олефином в присутствии катализатора с получением соединения оксирана и алкиларилгидроксила,

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

(iv) контактирование, по меньшей мере, части реакционного продукта, от которого был отделен оксиран, с водородом с получением алкиларила, по меньшей мере часть которого рециркулируют на стадию (i),

в котором алкиларил представляет собой алкиларильное соединение, содержащее более 1 алкильного заместителя.

Было установлено, что применение алкиларильного соединения, содержащего более 1 алкильного заместителя, в вышеописанном способе позволяет использовать меньшее количество алкиларила, чем в подобном способе с применением этилбензола или кумола. Не желая быть связанными какой-либо теорией, авторы данного изобретения полагают, что заместитель алкиларила, содержащий более 1 алкильного заместителя, не только имеет возможность нести более 1 группы гидроперекиси, но и, кроме того, присутствующие алкильные заместители быстрее превращаются в гидроперекисную группу, что измеряется как количество гидроперекисных групп на литр алкиларила за час окисления.

Алкиларильное соединение, применяемое в способе в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой алкиларильное соединение, содержащее более 1 алкильного заместителя. При использовании в способе в соответствии с настоящим изобретением смеси алкиларильного соединения указанная смесь должна иметь, в расчете на средневесовую массу, более 1 алкильного заместителя. Алкиларильное соединение, применимое в настоящем изобретении, предпочтительно содержит более 1 алкильного заместителя, по меньшей мере один из которых представляет собой разветвленный алкильный заместитель, содержащий от 3 до 10 атомов углерода. Алкиларильное соединение, имеющее несколько заместителей, имеет то преимущество, что оно может содержать несколько гидроперекисных групп. Однако ввиду возможных побочных реакций предпочтительно наличие не более 3 заместителей. Алкиларильное соединение или смесь указанных соединений предпочтительно имеют, в расчете на средневесовую массу, от 1,5 до 2,5 заместителей. Наиболее предпочтительно, алкиларильное соединение содержит около 2 алкильных заместителей. Наиболее предпочтительно, алкиларильное соединение представляет собой 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.

Алкиларил, применимый в настоящем изобретении, предпочтительно получают, применяя способ получения кумола, в котором пропен подвергают взаимодействию с бензолом в присутствии подходящего катализатора. Такие способы описаны в ЕР-А-361755 и ЕР-А-371738. В данных способах побочным продуктом обычно является ди-изопропилбензол. Как правило, необработанный реакционный продукт подают в первую дистилляционную колонну, где отделяют бензол. Затем кубовый продукт из первой колонны подают во вторую колонну, где отделяют кумол, и, наконец, кубовый продукт из второй колонны подают в третью дистилляционную колонну, где отделяют ди-изопропилбензол.

Как правило, ди-изопропилбензол подают в установку для переалкилирования, где ди-изопропилбензол подвергают взаимодействию с бензолом в присутствии катализатора переалкилирования с получением кумола. В способе в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используют часть ди-изопропилбензола, получаемого в результате взаимодействия пропена и бензола.

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 ди(изопропил)бензол, то разбавитель может также представлять собой ди(изопропил)бензол. Как известно специалисту в данной области, во время окисления может присутствовать вода. В случае ее присутствия, вода предпочтительно является слегка основной. Вода предпочтительно имеет рН выше 7-8.

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. Специалисту в данной области понятно, что в продукте стадии (i) может присутствовать широкий спектр соединений, поскольку каждая алкильная группа может быть превращена в гидроперекисную группу, в гидроксильную группу либо может остаться непревращенной. К удивлению, было обнаружено, что очистки продукта стадии (i) перед его использованием на стадии (ii) не требуется.

Было установлено, что соединения, содержащие орто-замещенные алкиларилы, являются менее предпочтительными для применения в способе в соответствии с настоящим изобретением. Было также установлено, что орто-замещенные алкиларилы, как правило, являются менее реакционноспособными. По меньшей мере, 80% мас. алкиарилов, применяемых на стадии (i) способа в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно представляют собой мета-замещенные или пара-замещенные алкиларилы. Более предпочтительно, по меньшей мере 90% мас., более конкретно, по меньшей мере 95% мас. алкиларилов, применимых в способе в соответствии с настоящим изобретением, представляют собой мета-замещенные или пара-замещенные алкиларилы.

Для предотвращения образования менее реакционноспособных алкиларилов в способе в соответствии с настоящим изобретением является особенно предпочтительным, чтобы указанный способ включал дополнительную стадию, на которой происходило бы удаление, по меньшей мере, части менее реакционноспособных алкиларильных соединений. Такая стадия предпочтительно включает проведение дистилляции, по меньшей мере, части продукта со стадии (i). Кубовой продукт может быть использован на стадии (ii). Отогнанный продукт содержит сравнительно большое количество менее реакционноспособных алкиларилов. Такой продукт может быть подан на вышеописанную установку для переалкилирования. В указанной установке продукт может быть превращен в продукт, содержащий более реакционноспособные соединения, либо в соединения, содержащие в ароматической группе один алкильный заместитель.

На стадии (ii) гидроперекись алкиларила, полученную на стадии (i), подвергают контакту с олефином в присутствии катализатора, получая соединение оксирана и гидроксиалкиларил. Катализатор, который подходит для использования в таком способе, включает титан на двуокиси кремния и/или силикате. Предпочтительный катализатор описан в ЕР-В-345856. Такой катализатор включает титан в химическом сочетании с твердой двуокисью кремния и/или неорганическим силикалитом и может быть получен путем а) импрегнирования соединения кремния 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 100х10⁵ Н/м².

Олефин, применяемый в способе в соответствии с настоящим изобретением, зависит от соединения оксирана, которое требуется получить. 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 гидрогенизации. Применяемая обработка гидрогенизацией включает контакт 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 100х10⁵ Н/м², более предпочтительно, от 0,1 до 50х10⁵ Н/м², наиболее предпочтительно, от 0,1 до 30х10⁵ Нм². 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. Обработку гидрированием осуществляют в присутствии катализатора гидрирования. Обычно такой катализатор содержит металл на твердом носителе, при этом указанный металл катализирует гидрирование. Предпочтительными катализаторами являются катализаторы, содержащие от 0,5 до 5% мас. металла или его соединения на носителе. Металл, присутствующий в виде металла или его соединения, предпочтительно представляет собой один или несколько металлов, выбранных из групп 1b, 2b, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b и 8 Периодической таблицы элементов, описанной в Handbook of Chemistry and Physics, 63^rd Edition. Наиболее предпочтительно, металл, присутствующий в виде металла или его соединения, представляет собой палладий. Было установлено, что такие катализаторы способны обеспечивать высокую степень превращения.

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 (iv) 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 еще один 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 полностью или частично рециркулирован. При рециркулировании всего лишь части продукта гидрирования нужная фракция может быть отделена любым подходящим способом, известным специалисту в данной области.

1. Способ получения соединений оксирана, включающий

(i) окисление алкиларила с получением гидроперекиси алкиларила,

(ii) контактирование, по меньшей мере, части гидроперекиси алкиларила, полученной на стадии (i), с олефином в присутствии катализатора с получением соединения оксирана и алкиларилгидроксила,

(iii) отделение соединения оксирана от реакционного продукта стадии (ii) и

(iv) контактирование, по меньшей мере, части реакционного продукта, от которого был отделен оксиран, с водородом с получением алкиларила, по меньшей мере, часть которого рециркулируют на стадию (i),

в котором алкиларил представляет собой алкиларильное соединение, являющееся ди(изопропил)бензолом.

2. Способ по п.1, в котором на стадии (ii) гидроперекись алкиларила приводят в контакт с пропеном при температуре от 0 до 200°С и давлении от 1 до 100×10⁵ Н/м² в присутствии катализатора, включающего титан на двуокиси кремния и/или силикате.

3. Способ по п.1 или 2, в котором гидрирование на стадии (iv) способа осуществляют при температуре от 180 до 330°С и давлении от 0,1 до 50×10⁵ Н/м².