高纯度苯酚的制备方法

专利名称：高纯度苯酚的制备方法技术领域：本发明涉及高纯度苯酚的制备方法，其包括从由氢过氧化枯烯的酸解产物获得的粗苯酚中除去杂质。更具体地说，它涉及高纯度苯酚的制备方法，其包括将上述粗苯酚中含有的杂质转化为高沸点化合物，且不造成粗苯酚中所含有的有用物质的明显损失;和蒸馏回收苯酚。做为一种工业生产方法，已知一种将异丙基苯氧化所得的氢过氧化枯烯酸解制备苯酚的方法。按该方法制得的酸解产物含有作为主要组分的异丙基苯、苯酚、α-甲基苯乙烯和丙酮和少量副产物。同时，苯酚可用做制备二苯酚基丙烷、聚碳酸酯等的原料，用于这些用途的原料苯酚需要具备高的纯度。就上述用途的苯酚而言，要求做为杂质之一的羟基丙酮(HA)的含量为30ppm或更低，优选为10ppm或更低，并要求除HA外的脂族和芳族羰基化合物的总量(总羰基量)为100ppm或更低，优选和50ppm或更低。为了获得满足上述质量要求的高纯度苯酚，通常进行下述处理以除去杂质。也就是说，从中和的酸解产物中分馏除去大部分低沸点物质和丙酮、异丙基苯、水和α-甲基苯乙烯及大部分高沸点物质如苯乙酮和α-二甲基苯甲醇获得的粗苯酚被进一步纯化，以除去脂族羰基化合物如羟基丙酮(HA)和芳族羰基化合物如α-苯丙醛。在制备高纯度苯酚的一般方法中，如日本专利公开NO.11，664/1962披露了一种方法，在该方法中，用活性氧化铝催化剂于360℃催化处理含200ppm羟基丙酮的粗苯酚，使羟基丙酮与苯酚反应将其转化为2-甲基苯并呋喃(2-MBF)，并用蒸汽蒸馏使苯酚和2-甲基苯并呋喃分离。另外，日本专利公开NO.1，289/1979公开了使用活性氧化铝纯化粗甲苯酚的方法。此外，日本专利公开NO.12，250/1967公开了一种方法，在该方法中用硅铝催化剂于150～250℃催化处理粗苯酚，将羰基化合物转化为其它化合物，并用蒸汽蒸馏从苯酚中将其分出。另外英国专利1，231，991公开了一种方法，在该方法中用酸性离子交换树脂催化剂于80～150℃催化处理不含水的粗苯酚，以便将羰基化合物转化为其它化合物，并用蒸汽蒸馏将其从苯酚中分出。上述方法均涉及将杂质转化为其它化合物的方法。这些方法的缺陷在于有用组份苯酚和α-甲基苯乙烯与杂质反应或分别进行缩合，生成了异丙苯基苯酚或烯的二聚物，从而浪费了有用组份。本发明的第一个目的是提供一种高纯度苯酚的制备方法，该方法使拟被除去的杂质选择性转化为其它高沸点化合物，且不带来由氢过氧化枯烯酸解产物制得的粗苯酚中有用组份的明显损失。本发明的第二个目的是提供从上述粗苯酚制备满足用做工业原料所需质量的高纯度苯酚的实用方法。根据本发明人的研究，在具有下述比表面积和下述酸强度的酸性γ-氧化铝存在下，催化处理上述粗苯酚即可达到本发明的上述目的和优点。也就是说，本发明给出了一种从粗苯酚制备高纯度苯酚的方法，该粗苯酚由氢过氧化枯烯的酸解产物制得并含有15%(重量)或更少的α-甲基苯乙烯，该方法包括(1)在具有80～400m2/g比表面积和根据哈梅特酸度函数(Ho)的酸强度为3≤Ho≤6.8的酸性γ-氧化铝催化剂存在下催化处理上述粗苯酚，将粗苯酚中含有的脂族和芳族羰基化合物转化为高沸点化合物，其不导致粗苯酚中含有的α-甲基苯乙烯的二聚物的显著生成，以及(2)蒸馏步骤(1)中获得的催化处理产物回收苯酚。详细叙述本发明如下。做为本发明纯化对象的粗苯酚是指通过酸解由异丙基苯氧化制得的氢过氧化枯烯、中和酸解产物并用分馏从中和产物中除去大部分低沸点物质如丙酮、异丙基苯、水和α-甲基苯乙烯及大部分高沸点物质如苯乙酮和α-二甲基苯甲醇所制得的粗苯酚。该粗苯酚以苯酚为主要组份，α-甲基苯乙烯含量为15%(重量)或更低，优选为0.05～10%(重量)。上述粗苯酚含有做为杂质的脂族羰基化合物如羟基丙酮(HA)和其它物质、芳基羰基化合物如α-苯丙醛和其它物质以及其它化合物。在本发明的方法中可将羟基丙酮以及其它杂质如脂族和芳族羰基化合物和其它物质选择性转化成高沸点化合物，且易于除去。在本发明中用做催化剂的酸性γ-氧化铝为氢氧化铝(Al2O3·nH2O)受热分解时的中间产物，其具有四方晶体结构。该酸性γ-氧化铝明显有别于具有三方晶体结构的α-氧化铝。本发明采用的酸性γ-氧化铝具有80～400m2/g，优选为150～300m2/g的比表面积，其根据哈梅特酸度函数(Ho)的酸强度为3≤Ho≤6.8，优选为3.3≤Ho≤6.8。哈梅特酸度函数(Ho)为表征较高浓度酸酸度(给质子能力)的指数，较大负值的Ho表示较强的给质子能力和较高的酸度。本发明采用的酸性γ-氧化铝酸强度为3≤Ho≤6.8，即具有低的酸度。在J.Am.Chem.Soc，542721(1932)和PhysicalOrganicChemistry，第9章，McGrawHillBooksCo.，Inc.，NewYork(1940)中叙述了哈梅特酸度函数和其测量方法。在本发明中，具有上述比表面积和酸强度的酸性γ-氧化铝可以粉末形式使用，同时也可以普通固体催化剂的任一形式如颗粒或片状及类似形式使用。在本发明的方法中，可通过使粗苯酚与上述酸性γ-氧化铝接触，将粗苯酚中含有的脂族或芳族羰基化合物转化为高沸点化合物。与γ-氧化铝接触，即被催化处理的粗苯酚可存在于液相或气相中。该催化处理在40℃或更高温度，优选为150～300℃的常压或高压下进行。尽管没有特别的限制，适当的催化处理时间为1～60分钟。通常情况下，催化处理在高温高压短时间内进行或在低温低压长时间内进行是优选的。催化处理的方法没有特别的限制，如间歇法、连续法等的任一种方法均可使用。但是，在工业上优选使用下述方法使粗苯酚通过催化剂装填层催化处理存在于液相或气相中的粗苯酚，特别是气化粗苯酚。在这种情况下可用惰性稀释剂如氮气或异丙苯稀释该粗苯酚。催化剂装填层可以是流动床层或固定床层。当液相或气相中的粗苯酚流过该催化剂装填层时，适当的液体时空速度(LHSV)是12-1hr-1。由于与催化剂接触，粗苯酚中含有的脂族羰基化合物如羟基丙酮、芳族羰基化合物如α-苯丙醛及其它杂质被转化为高沸点化合物。在该催化处理中，有用组份如苯酚和α-甲基苯乙烯被几乎原封不动地保留下来。这大概是因为上述做为催化剂的γ-氧化铝具有适当的比表面积和适当的酸强度。粗苯酚中含有的杂质由于催化处理已被转化成高沸点化合物并因此易于蒸馏分离，籍此制得高纯度苯酚。蒸馏可按蒸汽蒸馏、有机溶剂萃取蒸馏或类似蒸馏方法的任一种进行。蒸汽蒸馏可按如日本公开专利公报NO.20，239/1984中描述的方法进行，在该方法中于水存在下蒸馏粗苯酚，将其分离成包括含杂质的苯酚和水的混合物和基本不含杂质的苯酚，并将该混合物和基本不含有杂质的苯酚分别回收。根据异丙苯工艺采用上述方法制备苯酚，实际上该方法已为公知。可如日本专利公开NO.1258/1975所述采用聚亚烷基二醇或其醚进行有机溶剂萃取蒸馏。当进行上述蒸汽蒸馏或有机溶剂萃取蒸馏时，可几乎全部除去粗苯酚中含有的α-甲基苯乙烯。根据本发明的方法，通过用酸性γ-氧化铝催化处理粗苯酚和随后蒸馏经如此处理的产物可获得高纯度苯酚，该高纯度苯酚以羰基化合物为典型的杂质的含量明显减少。如此获得的高纯度苯酚可满足各种起始原料的质量要求。特别是羟基丙酮和其它羰基化合物的含量与所要求的含量相比已足够低。根据本发明的方法获得的高纯度苯酚可按需要用其它处理方法进一步纯化。参照实施例对本发明进行更具体的解释，其中用气相色谱法或其他方法定量测量做为杂质的各种羰基化合物以确定处理前后杂质的转化。实施例1中和并蒸馏氢过氧化枯烯的酸解产物以除去大部分低沸点物质如丙酮、水、异丙苯和α-甲基苯乙烯及大部分高沸点物质如苯乙酮和α-二甲基苯甲醇。所得粗苯酚纯度为98%(重量)或更低，并含有0.3%(重量)的羟基丙酮(HA)、1-2%(重量)的α-甲基苯乙烯和0.2%(重量)的除HA外的羰基化合物(以 基化氧计的总羰基量)。使气相中的如上获得的粗苯酚通过填充有酸性γ-氧化铝催化剂的固定床，该催化剂比表面积为280m2/g，酸度函数±3.3≤Ho≤6.8，温度为280℃，LHSV为2hr-1。分析所得产品表明HA含量为5ppm或更低，总羰基含量为30ppm或更低。此外，形成的2-甲基苯并呋喃的量仅为HA的10mol%，没有发现生成α-甲基苯乙烯二聚物和异丙苯基苯酚。将15%(重量)的水加至HA含量为15ppm或更低和总羰基含量为30ppm或更低的如上制得的粗苯酚中，在常压下对该混合物进行蒸汽蒸馏以便从柱顶馏出如含5%(重量)苯酚的α-甲基苯乙烯的烃类。做为柱底产物获得只含5ppm或更少α-甲基苯乙烯含量的粗苯酚水溶液。然后减压间歇蒸馏该粗苯酚获得做为柱顶产物的水和纯化苯酚。结果获得的纯化苯酚的总杂质含量为30ppm或更低，HA含量为2ppm或更低、总羰基含量20ppm，凝固点40.85℃，色度(Hasen数)为5或更低，磺化着色值95%。苯酚的色度(Hasen数)是指将上述制得的苯酚与ASTM(AmericanSocietyforTestingandMaterials)的标准溶液进行对比所测得的值。磺化着色值按如下测定在45℃热水浴中将20ml样品苯酚加热10分钟并与20ml浓硫酸快速混合。然后将此混合物在室温放置1分钟，在水中放置5分钟。此后将该混合物放入20mm比色池中，用光电比色计测定其在532μm处的透射比，以百分比表示测量值。该值越大苯酚质量越好。如下分析总羰基含量加入2，4-二硝基苯肼使苯酚着色，将该着色苯酚颜色与氧化 标准色度比色，测定的氧化 表示的总羰基含量。实施例2将与实施例1中相同的γ-氧化铝用5%(重量)氟化铵浸渍，并在氮气流下干燥制得含氟1.5%(重量)的酸性γ-氧化铝。如此获得的氧化铝比表面积为240m2/g，酸度函数+4.0≤Ho≤6.8。然后，以如上制得的酸性γ-氧化铝代替实施例1的γ-氧化铝，将LHSV变为1hr-1重复实施例1的过程。分析所得产物表明HA含量为5ppm或更低，总羰基含量为20ppm或更低。此外，生成的2-甲基苯并呋喃占HA的5mol%，α-甲基苯乙烯的量没有改变。然后，将与粗苯酚等量的二甘醇加至该粗苯酚中并将混合物在减压下间歇蒸馏，得到烃类和作为柱顶产物的纯化苯酚。结果是制得总杂质含量20ppm、HA含量2ppm或更低和总羰基含量15ppm的高纯苯酚。该制得的苯酚凝固点40.85℃，色度(Hasen数)为5或更低，磺化着色值98%。对比例1用酸度函数Ho≤-8.2的氢交换丝光沸石型沸石代替γ-氧化铝重复实施例1。结果为生成的2-甲基苯并呋喃占HA的70mol%，90%的α-甲基苯乙烯缩聚或聚合。对比例2用阳离子交换树脂(Amberlyst-15R)代替γ-氧化铝，将处理温度变为120℃重复实施例1。结果为生成的α-甲基苯并呋喃占HA的90mol%，全部α-甲基苯乙烯均发生缩聚或聚合。对比例3用比表面积92m2/g，酸度函数-3.0≤Ho≤+1.5的γ-氧化铝催化剂代替实施例1中的γ-氧化铝。结果为90mol%羟基丙酮被转化为2-甲基苯并呋喃，或者说苯酚被消耗掉了。此外，50%的α-甲基苯乙烯二聚或被转化成异丙苯基苯酚。对比例4将实施例1中制得的HA含量0.3%(重量)，总羰基含量0.2%的粗苯酚进行与实施例2中相同的蒸馏，结果是如此获得的苯酚杂质总含量2，100ppm、HA含量1，800ppm，总羰含量1，500ppm，凝固点40.7℃。根据本发明，通过用具有特定比表面积和特定酸强度的酸性γ-氧化铝催化剂催化处理粗苯酚，可将脂族和芳族羰基化合物转化为高沸点化合物，同时抑制了有用组份苯酚和α-甲基苯乙烯的明显损失。其结果是可易于将苯酚分出并能制得高纯度的苯酚。权利要求1.从粗苯酚制备高纯度苯酚的方法，该粗苯酚由氢过氧化枯烯酸解制得，含有15%(重量)或更少的α-甲基苯乙烯，该方法包括(1)在比表面积为80～400m2/g，根据哈梅特酸度函数(Ho)的酸强度为3≤Ho≤6.8的γ-氧化铝催化剂存在下催化处理上述粗苯酚，将粗苯酚中含有的脂族和芳族羰基化合物转化为高沸点化合物，且不明显导致粗苯酚中含有的α-甲基苯乙烯形成二聚物，然后(2)蒸馏步骤(1)中制得的催化处理产物回收苯酚。2.根据权利要求1的方法，其中在150～300℃之间催化处理粗苯酚。3.根据权利要求1的方法，其中将粗苯酚催化处理1～60分钟。4.根据权利要求1的方法，其中酸性γ-氧化铝根据酸度函数Ho的酸强度为3.3≤Ho≤6.8。5.根据权利要求1的方法，其中酸性γ-氧化铝的比表面积为150～300m2/g。6.根据权利要求1的方法，其中粗苯酚处于气相中并用酸性γ-氧化铝催化处理。7.根据权利要求1的方法，其中粗苯酚处于液相中并用酸性γ-氧化铝催化处理。8.根据权利要求1的方法，其中的催化处理产物用蒸汽蒸馏或有机溶剂萃取蒸馏回收。全文摘要制备高纯度苯酚的方法，其中将由氢过氧化枯烯酸解产物制得的含15％(重量)或更少的α-甲基苯乙烯的粗苯酚用比表面积80～400m文档编号C07C37/08GK1083042SQ9310544公开日1994年3月2日 申请日期1993年4月3日 优先权日1992年4月3日发明者白幡辰夫, 今村哲夫 申请人:三井石油化学工业株式会社