SẢN XUẤT PHENOL BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HOÁ CUMEN: [5]

Vào năm 1944, H.HOCK và SLANG đã công bố phương pháp sản xuất phenol từ Cumen dựa trên cơ sở nghiên cứu nguyên liệu đầu là Cumen hydropeoxit và phân giải nó tạo thành phenol và axeton. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, công nghệ sản xuất này được phát triển một cách nhanh chóng trong một khoảng thời gian ngắn bởi 2 công ty Distillers ở nước Anh và công

o

C6H5- O- C-CH3 + H2O C6H5 -OH + CH3-COOH

phenol/năm.

Ngày nay phần lớn phenol được sản xuất bằng quá trình này trong những nhà máy ở Mü, Canada, Pháp, Italia, Nhật, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Ên Độ, Mexico, Brazil, Đông Âu, và Đức với công suất hơn 5.106 t/a. Thêm vào đó hiệu quả kinh tế mà nguồn nguyên liệu tạo ra cho quá trình (tương ứng với sự tiến triển trong hoá học dầu mỏ từ thập niên 1960), thật sự ở phương pháp này là hầu như không có vấn đề về sự ăn mòn xảy ra và tất cả các giai đoạn phản ứng đều làm việc dưới mức độ vừa phải với hiệu suất cao.

Tất cả những yếu tố trên làm cho phương pháp này phát triển nhanh chóng và chiếm ưu thế so với các phương pháp khác.

2.7.1. PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CỦA QUÁ TRÌNH:

Quá trình này có hai giai đoạn phản ứng cơ bản sau:

1) Oxy hoá cumen với oxy tạo cumen hydroperoxit:

Quá trình này có thể tạo ra sản phẩm phụ như trong ngoặc dưới đây.

CH CH3

O2

C CH3

OOH C CH3 OH

CH CH3

H3C H3C H3C H3C

2) Phân giải cumen hydroperoxit trong môi trường có tính axit tạo ra phenol và axeton.

Axit

OH

H3C CO CH3 C CH3

OOH H3C

Quá trình phản ứng toả nhiều nhiệt, lượng nhiệt toả ra trong quá trình khoảng 800 kj/kg cumen hydroperoxit.

2.7.2. MÔ TẢ CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG CỦA QUÁ TRÌNH:

a. Quá trình oxy hoá:

Quá trình oxy hóa cumen bằng oxy không khí hoặc oxy tinh khiết được thực hiện trong thiết bị bằng thép hoặc hợp kim. Quá trình thực hiện trong ba tháp, nó có thể cao hơn 20 m, người ta thường sử dụng các tháp sủi bọt được

từ 2 đến 4 tháp phản ứng. Quá trình phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 90 1200C và ở áp suất khoảng 0,5 đến 0,7 Mpa. Khí thải từ thiết bị phản ứng được làm lạnh từ hai bồn ngưng tụ các chất hữu cơ tinh khiết. Nước được sử dụng để làm mát ở giai đoạn đầu tiên của quá trình và làm lạnh ở giai đoạn kế tiếp. Quá trình oxy hóa cumen là quá trình tự xúc tác, tốc độ của phản ứng tăng với sự tăng của nồng độ hydrroperoxit. Với phản ứng tốc độ thấp có thể được nhanh chóng nếu sử dụng xúc tác nh- là kim loại phetacyanua. Các hợp chất tạo thành song song với sự phân huỷ của hydroperoxit. Tuy nhiên chúng không được sử dụng trong công nghiệp.

Quá trình phản ứng là toả nhiệt khoảng 800kJ trên mỗi kg cumen hydroperoxit. Nhiệt của phản ứng được lấy ra nhờ quá trình làm mát. Sản phẩm phụ chính của quá trình là các sản phẩm được tạo thành do sự phân huỷ nhiệt hydroperoxit cumen. Nó xảy ra trong khoảng nhiệt độ lớn hơn 1300 C.

Các hợp chất lưu huỳnh nh- là sufua, disunfua, thiol, sunfuaoxit, thiophel và phenol gây kìm hãm quá trình tự oxy hóa và bắt buộc phải tách ra.

Hàm lượng oxy trong khí thải từ các thiết bị phản ứng là khoảng 16%

thể tích. Tại áp suất phản ứng khoảng 0,50,6 MPa nồng độ oxy tới hạn của sự bắt cháy của hỗn hợp cumen- không khí là vào khoảng 8,5% thể tích. Giới hạn nổ của hỗn hợp không khí và hơi cumen là khoảng 0,88,8% thể tích cumen ở áp suất thường. ở áp suất 0,5 Mpa trên giới hạn nổ 10,3% thể tích Cumen. Hỗn hợp quá trình oxy hóa chứa khoảng 20 đến 30 % hydroperoxit Cumen. Nếu quá trình phản ứng xảy ra trong hệ thống alkali-stabol, hỗn hợp oxy hoá được rửa sạch bằng nước và các muối vô cơ trước quá trình phản ứng. Phenol được chưng luyện trong khoảng trống từ hỗn hợp quá trình oxy hóa ta thu được nồng độ hydroperoxit khoảng 65 đến 90% trước khi tách ra.

b. Quá trình phân hủy:

Xúc tác của quá trình phân huỷ cumen hydroperoxit thành phenol và axeton là axit. Trong công nghiệp axit sunfuric được sử dụng phổ biến nhất.

Một lượng lớn axeton được cho vào tháp phân hủy cùng với khoảng 0,1ữ 0,3% khối lượng axit để thực hiện quá trình phân hủy. Nhiệt độ phản ứng là điểm sôi của hỗn hợp cumenhydroperoxit và axeton. Quá trình phân hủy là quá trình toả nhiệt khoảng 1680kJ được giải phóng khi 1kg cumen hydroperoxit bị phân hủy. Nhiệt của quá trình giảm xuống nhờ sự bốc hơi axeton. Độ chọn lọc của quá trình phân hủy cumen hydroperoxit thành phenol và axeton lớn hơn 99,5 %.

2.7.3. CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH:

thuận lợi, nó xảy ra tốt nhất là ở khoảng nhiệt độ 700C ữ 850C. Giới hạn nhiệt độ này được xác định bởi điểm tan chảy của hỗn hợp phản ứng và điểm sôi của phenol.

+ Áp suất: phản ứng có thể xảy ra ở áp suất khí quyển, có thể khoảng giữa 400 và 500 mmHg

+ Thời gian phản ứng: quá trình phản ứng có thể xảy ra nhanh và có thể được hoàn toàn trong khoảng 15 phót.

+ Chất xúc tác dùng trong phản ứng: quá trình thường được sử dụng một lượng nhỏ axít sunforic, HCl, ALCl3 axit sunforic hữu cơ hoặc axit Cacboxylic halogen hoá với lượng axit được dùng có thể từ 0,001% đến 1%

trọng lượng dựa trên hydropeoxyt.

+ Sản phẩm chính của quá trình: quá trình này cho sản phẩm chính là phenol. Ngoài ra còn có những sản phẩm phụ như α,α-dimetyl acol và axeton, cả hai sản phẩm này đều được tạo ra do sự phân huỷ cumen hydroperoxit dưới tác dụng của nhiệt độ, hai sản phẩm này càng nhiều khi nhiệt độ của phản ứng cao quá 1300C.