DE2119729C3 - Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Styrol, Äthylbenzol, Phenol, Kresolen und Benzol - Google Patents
Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Styrol, Äthylbenzol, Phenol, Kresolen und BenzolInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Styrol, Äthylbenzol, Phenol.
Kresolen und Benzol, die eine breite Verwendung in der organischen Synthese finden.
Styrol wird in immer größeren Mengen zur H:r-Stellung
von schlagfestem Polystyrol, Schaumkunststoffen und synthetischem Kautschuk verwendet.
Äthylbenzol dient als Ausgangsstoff bei der Herstellung von Styrol. Es wird als hochklopffester Zusatz
für Motorkraftstoff verwendet.
Phenol kommt zur Herstellung von synthetischen Farbstoffen. Harzen, Sprengstoffen sowie in der
pharmazeutischen Industrie in Frage.
Isomere Kresole finden eine breite Anwendung bei der Herstellung von synthetischen Harzen. Farbstoffen
und Desinfektionsmitteln.
Benzol ist ein wertvolles Lösungsmittel. Es wird in der Produktion von synthetischem Kautschuk.
Kunststoffen und hochklopffesten Zusätzen für Motorkraftstoffe verwendet. Benzol wird auch als Ausgangsstoff
in den Anilinfarben- und pharmazeutischen Industrien eingesetzt.
Großtechnisch gewinnt man Styrol durch mehrstufige BenzolumWandlungen. Benzol wird in Gegenwart
von Aluniiniumchlorid oder Borfluorid mit Athylen
alkyliert. Das gebildete Äthylbenzol wird durch katalytisch^ Dehydrierung bei einer Temperatur
von 450 bis 600° C in Styrol übergeführt. Nach einem anderen Verfahren oxydiert man Äthylbenzol
zu Azetophenon, das zu Melhylphenylkarbinol reduziert
wird und durch Dehydratation des letzteren erhält man Styrol J. Prescoff; Chem. Eng. 1960,
76,Nr. 12,48).
Die Mehrstufigkeit des erwähnten Verfahrens erfordert komplizierte technologische Ausrüsdingen.
Als Ausgangsstoff wird ein Mangelprodukt, der O!efinkohlemvasserstoff,
eingesetzt.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Styrol und Älhylbcnzol durch Umsetzung von Toluol mit
einem Alkan das 1. 3 oder 4 Kohlenstoffaiume enthält,
bei einer Temperatur von 1000 bis 120) C bekannt
(US-PS 3 396 206). Dabei tragt der Umwandlungsg
ad von Toluol 10 bis 25·'. ,die_ Auibeu.c an
Styrof und Äthylbenzol 60 bis 73«. berechne, auf
das umgesetzte Toluol. Ein Nachteil des erwähnten
Verfahrens ist der niedrige Umwandlungsgrad von Toluol und die Notwendigkeit, den Prozeß bei cner
hohen Temperatur durchzuführen
Der Bedarf an Benzol für die Herstellung von M\-
rol Phenol und für andere benzol verbrauchende Industriezweige übersteigt heutzutage wesentlich cU
Kapazität der erdölchemischen Industrie. Uni den Mangel an Benzol zu decken, wird Toluol, dessen
Vorräte nicht vollkommen verbraucht werden, m d-e industrielle Verarbeitung einbezogen.
Der Bedarf der Industrie an .styrol, Atn<
ihenzol, Pheno! Kremten und Benzol wächst ständig an. Fs
fehlt ueaenwärtia ein Verfahren, bei dem ehe genannten
Produkte gleichzeitig erhalten werden können.
Aus diesem Grunde wurde die Aufgabe geweih.
ein Verfahren zur sleichzeitigen Herstellung von Stvrol
Äthylbenzol, Phenol, Kresolen ynd Benzo! η einer Stufe auf Toluolbasis zu entwickeln.
Geeenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
gleichzeitigen Herstellung von Styrol. Aihy.b.nrr,.
Phenol Kresolen und Benzol, das dadurch ge.^·:::-
zeichnet ist, daß man Toluol mit niederen Paralfinkohlenwasscrstoffcn
in Gegenwart von Sauer*·..:! oder sauerstoffhaltig Gas oder Luti als Initiatoren
die einen Sauerstoffgehalt :m Ausgangsgem:v;h
von 1 bis 30 Volumprozent gewährleisten, bei einer
Temperatur \on 600 bis 900; C und einer Volumen-Geschwindigkeit
von 2000 bis 10 000 St ' umsetzt.
° Die Reaktion ist vorzugsweise bei einer 1 empe::!- tur von 670 bis 800° C durchzuführen.
° Die Reaktion ist vorzugsweise bei einer 1 empe::!- tur von 670 bis 800° C durchzuführen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform führt man das Verfahren bei einem Molekularverhältnis
von Toluol zu niederen Paraffinkchlenwasserskiüen
von 2.-1 bis I : 20 durch.
Als Paraffinkohlenwasserstoffe werden zweckmäßig Methan, Athan. Propan oder deren Gemische
eingesetzt.
Den Prozeß führt man vorzugsweise bei einer \ ;ilumengeschwindigkeit
von 3500 bis 8000St1 durch.
Molekularverhältnis zwischen Toluol und Paraffinkohlenwasserstoff in dem Ausgang? j.emisch Kann
sich vorzugsweise in einem Bereich \ou 1 : 5 bis
1 : 10 ändern.
Man kann das Verfahren in einer inerten Atmosphäre, /.B. Kohlendioxyd, vorzugsujise Stickstoff-.
Wasserdampfatmosphäre durchführen. Die Anwesenheit einer inerten Atmosphäre ermöglicht es unter
milderen Bedingungen /11 arbeiten und vermindert die Verharzung.
Die Ausbeuten an Endprodukten hängen von den
technologischen Parametern des Verfahrens und von dem zur Anwendung kommenden niedrigen Paraffinkohlenwasserstoff
ab. So verwendet man z.B. zur Vergrößerung der Ausbeute an Benzol Athan als
niedrigen Paraffinkohlenwasserstoff. Beim Verhältnis zwischen Toluol und Methan, das dem äquimolckularen
nahe liegt, steigt die Ausbeute an Benzol und Phenol. Bei der Umsetzung von Toluol mit einem
Überschuß von Methan wird eine Steigerung der Ausbeute an Styrol und Äthylbenzol erreicht. In Einzelfällen,
z.B. bei extremen Temperaturparametern
möglieh. Jas Verhältnis zwischen Phenol und
ν ßsolen in den Reaktionsprodukten zu ändern. Die
B dorodukte werden aus dem Reakttonsgemiseh
λ rch Rektifikation ausgeschieden. Die summarische
α «beute an Reaktionsprodukten erreicht 95°/o, be-ÜSnei
auf das umgesetzte Toluol.
Die vorliegende Erfindung gewährleistet den etwa in hU 4O°/oigen Konversionsgrad von Toluol und erblicht
es 14 bis 25 "/o Styrol, 5 bis 15 «/β Äthyl-
fnzol !0 bis 20°/d Pheno1' 6 bis 1O°/o Kreso'<N 30
h*s 6O°7o Benzol, bezogen auf das umgesetzte Toluol,
Γ ejner Stufe gleichzeitig zu erhalten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bilden . . ethylbenzol, Styrol, Benzol, Phenol und Kresole
Si f Grund einer Hochtemperaturreaktion von Toluol '"t niederen Paraffinkohlenwasserstoffen in Gegen-01
rt eines Itiiiiiators, und zwar nicht niedermolekuia-
* Alkan, sondern tatsächlich Sauerstoff oder
etnem sauerstoffhaltig«! Gas. Die Begründung hierf"r
ist folgende: Die Umsetzung von Toluol mit niede- -τ
" paraffinkohlenwasserstoff wie Methan, Äthan
und Propan besitzt einen prinzipiellen neuen Chatakter
Methan, Äthan, Propan oder deren Gemische bilden in Gegenwart von Sauerstoff Methyl- oder
Methylenradikale. Die unter der Einwirkung von Sauerstoff gebildeten Radikale reagieren mit dem
Toluol ods'f dessen Radikalen unter Bildung von
Produkten, die ein Kohlenstoffatom mehr als, das Ausganastoluo! enthalten, beispielsweise Äthylben/oi
oder Styrol. Somit wird eine Synthese durchgeführt, in der niedere Paraffinkohlenwasserstoffe Reaktionsteilnehmer darstellen und der Sauerstoff als Irrtinior
einer Radialkettenreaktion.
Die thermodynamische Berechnung und die experimentellen Ergebnisse bestätigen, di λ Sauerstoff
einen Initiator darstellt und prinzipiell den Charakter der vorgeschlagenen Reaktion ändert. In Abwesenheit
von Sauerstoff ist die Reaktion thermodynamisch bei 1100 bis 12000C nicht möglich. Unlersuchuneen
haben gezeigt, daß in Abwesenheit von Sauerstoff bei 700 bis 775° C die Umsetzung von
Toluol mit Alkanen in einem Umwandlungsgrad von Toluol von 2°/o verläuft. Bei der Einführung von
Sauerstoff steigt die Reaktionsgeschwindigkeit schlagartig; unter identischen Bedingungen beträgt .,5
der Umwamdlungsgrad dann 30 bis 401Vo. Daraus
folgt, daß Sauerstoff eindeutig die Synthese initiiert und nicht nur ein Oxydationsmittel oder ein dehydrierendes
Mittel darstellt, da sonst der Umwandlungsgrad an Toluol im Endprodukt 2 bis 3".·'» nicht
übersteigen würde.
Aus dem Obengesagten geht auch hervor, daß die Paraffinkohlenwasserstoffe oder ihre Gemische
Reaktionsteilnehmer des Verfahrens sind und, wie schon oben erwähnt. Sauerstoff der Initiator.
In der Praxis wird das Verfahren auf folgende Weise verwirklicht;
Toluoldämpfe vermischt man mit einem auf cmc Temperatur die der Reaktion nahe liegt, crwü:micn
niedrigen Paraffinkohlenwasserstoff, Sauerstoff oder sauerstoffrialtigen Gas, z.B. Luft. Das entstandene
Dampf-Gas-Gemisch in den genannten Molekularverhältnissen wird durch den Reaktionsapparat mit
einerVoluimengeschwindigkeit von 2000 WsIOOOOSt-1
durchgelassen. Im Reaktionsapparat wird eine Temperatur
von 600 bis 900p C aufrechterhalten. Wenn die Reaktion in einer inerten Atmosphäre, z. B. Wasserdampf-
oder Stickstoffatmosphäre, durchgeführt wird, wird das erwähnte, vorher erwärmte Agens in
den Reaktionsapparat gleichzeitig mit dem Ausgangsgemisch eingeführt.
Als Illustration werden Beispiele der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens angeführt.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Sauerstoff und Wasser mit dem Molekularverhältnis
I : 8:1, 44: 1,5 wird durch ein Quarzrohr mit dem
Innendurchmesser von 22 mm und der Länge KK) mm mit der Volumengeschwindigkeit von
3280 St-i bei der Temperatur 750° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 36,0%.
Dabei werden folgende Produkte, bezogen auf das umgesetzte Toluol, erhalten: 23,2 °/o Styrol, 12,1 "/0
Äthylbenzol, 12,6 °/o Phenol, 7,35 °/o Kresole, 35,00O
Benzol. Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten beträgt 90,25 °/o, bezogen auf das umgesetzte
Toluol.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Sauerstoff und Wasser mit dem Molekularveihältnis
1:9: 1,00: 1.5 wird durch das Quarziohr des Be.-spiels
1 mit der Volumcngeschwindigkeit \on 3480 St · bei der Temperatur 750 C durchgelassen.
Der IJmwandlungsgrad von Toluol macht 34,8" υ
aus.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte
Toluol, betraut: Styrol 18,3 »-Ό, Äthylbenzol
1-1,5°/». Phenol 11.7~'Ό, Kresole 7,35°'». Benzol
32,0 »/0.
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 83.85 ° Ί>
aus.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan. Sauerstoff und Wasser mit dem Molekularverhältnis
I : (S: 1,1 : 1,5 wird durch das Quaixrohr des Beispiels
1 mit der Volumengeschwindigkeit 2600 St ' bei der Temperatur 740° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 35,5" ...
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte
Toluol, beträel: Styrol 17,20O, Äthylbenzol
13.0 "ο, Phenol H.sV'o, Krcsolen 6,1",,. Benzol
41.5°/...
Die summarische Ausbeule an Reaktionsprodukten macht 89.6 0O aus.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Sauerstoff und Wasser im Molekularverhältnis
1:2:1.1:0.7 wird durch das Quarzrohr des Beispiels 1 mit der Vohimcngeschwindigkeit 2580St"1 bei
der Temperatur 700 C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 39.0» «.
Die Ausbeute an" Produkten, bezogen auf das um-"cse;ztc
Toluol, beträgt: Styrol 12,3 «-Ό, Äthylbenzol 4.37 »/0, Phenol W,IVt, Kresoien 9,05 °/o, Benzol
55,0·/..
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 99,92 °/o aus.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Äthan und Sauerstoff im Molekularverhältnis 1:4:1,1 wird
durch das Quarzrohr des Beispiels 1 mit der VoIu-
mengeschwmdigkeit 2060 St ' bei der Temperatur
7501 C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 37,0 %.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 16,6%, Äthylbenzol
2,9%, Phenol 11,3%, Kresolen 5,7%, Benzol 58,0%,
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 94,5 % aus.
lu Beispiel 6
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Propan, Sauerstoff und Wasser im Molekularverhältnis
1:8:1,1:1,5 wird durch das Quarzrohr des Beispiels 1 mit der Volumengeschwindigkeit 3180St"1
bei der Temperatur 728° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 24 %.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 21,5%, Äthylbenzol
13,6%, Phenol 5,6%, Kresolen 7,0%, Benzol 43,0 %.
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 90,7 % aus.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Äthan, Sauerstoff und Wasser im Molekularverliältnis
1,97 : 1 : 2,2 : 2,57 wird durch das Quarzrohr mit der Volumengeschwindigkeit 2114 St"1 bei der Temperatur
725° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 32,35 %.
Die Ausbeute an den Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 10,82%, Äthylbenzol
4,48%, Phenol 14,06%, Kresolen 8,19%, Benzol 57,9%.
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 95,49% aus.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan und Luft im Molekularverhältnis 1: 3,92: 6,85 wird
durch den Reaktionsapparai mit der Volumengeschwindigkeit 3164St-1 bei der Temperatur 725° C
durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 30,7 %.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 14,4%, Äthylbenzol
5,5%, Phenol 12,05%, Kresolen 7,8%, Benzol 53,4 %.
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 93,19 % aus.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan und Sauerstoff im Molekularverhältnis 1: 3,57:1,48
wird durch das Quarzrohr des Beispiels 1 mit der Volumengeschwindigkeit 3000 St~' bei der Temperatur
650° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 12,21 %.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, bcttägc Styrol 11,52, Äthylbenzol
18,93 %, Phenol 11,93 %, Benzol 33,33 %.
Ur summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten rnauM 75,72% aus.
Beispiel 10
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Sauerstoff und Wasser im Molekularverhältnis
1 ; 15: 0,17 : 2,28 wird durch das Quarzrohr des Beispiels 1 mit der Volumengeschwindigkeit 3607 St ' bei
der Temperatur 850° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 44,8%.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 6;17%, Äthylbenzo!
3,83 %, Kresolen 3,2 %, Benzol 71,6 %.
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 84,8 % aus.
Beispiel 11
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methain,
Sauerstoff und Wasser im Molekulan erliälum
1 - 5,93 : 1 :0,82 wird durch das Quarzrohr des Bdspieis 1 mit der Volumc.'geschwindigkeit 8400Sr1
bei der Temperatur 750° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 29,1"«.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 16,48 %, Äthylbenzol
14,1%, Phenol 10,22%, Kresolen 5,7%, Benzol 46,07 %.
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 92,5 % aus.
Beispiel 12
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Sauerstoff und Stickstoff im Molekularverliältnis
1:4:1,1:5,3 wird durch das Quarzrohr des Beispiels 1 mit der Volumengeschwindigkeit 3170St '
bei der Temperatur 725° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 31,0 "V
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 14,4%, Äthylbenzol
5,54%, Phenol 12,05%, Kresolen 7,8%, Benzol 53 %.
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten macht 93,2 % aus.
Beispiel 13
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Äthan, Sauerstoff und Wasser im Molekularverhältnis
1 : 2,8 :1,2 :1,08 : 1,02 wird durch das Quarzrohr des
Beispiels 1 mit der Volumengeschwindigkeit 1930 St-1 bei der Temperatur 725° C durchgelasren.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 32,6 %.
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 1 7.48 %, Äthylbenzol
5,52%, Phenol 9,51%, Kresolen 6,13%, Benzol 56,12%.
Die summarische Ausbeule an Reaktionsprodukten
macht ^4,76 % aus.
Beispiel 14
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Äthan, Sauerstoff und Wasser im Molekularverhältnis
1 : 2,06:2,06. 1,08:1,48 wird durch das Quarzrohr
des Beispiels 1 mit der Voluitiengeschwindigkeit
2059,5 St-« bei der Temperatur 725° C durchgelassen.
Der
τ. is ιοί
Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 18,62 "Ό, Äthylbenzol
6,0°/«, Phenol 9,31 %, Kresolen 6,0 1Vo, Benzol
54,95·/..
Die summarische Ausbeute an Reaktionsprodukten beträgt 88,88 "Vo.
Ein Gas-Dampf-Gemisch aus Toluol, Methan, Äthan, Sauerstoff und Wasser im Molekularverhältnis
1 -.3,72:0,38: 1,39 wird durch das Quarzrohr des Beispiels 1 der Volumengeschwindigkeit 2054 St~' bei
der Temperatur 725° C durchgelassen.
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 35,6 °/o Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 19,O9ft/o, Äthylbenzo 8,14 %>, Phenol 8,70O. Kresolen 5,020Z0, Benzo 51,3"/».
Der Umwandlungsgrad von Toluol beträgt 35,6 °/o Die Ausbeute an Produkten, bezogen auf das umgesetzte Toluol, beträgt: Styrol 19,O9ft/o, Äthylbenzo 8,14 %>, Phenol 8,70O. Kresolen 5,020Z0, Benzo 51,3"/».
Die summarische Ausbeule an Reaktionsproduk ten macht 92,34 "
<> aus.
Claims (4)
- Patentansprüche:t. Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Styrol, Äthylbenzol, Phenol, Kresolen und Benzol, dadurch gekennzeichnet, daß man Toluol mit niederen Paraffinkohlen wassentoife.i in Gegenwart von Sauerstoff oder sauerstoffhalligem Gas oder Luft als Initiatoren, die einen Sauerstoffgehalt im Ausgangsgemisch von 1 bis 30 Volumprozent gewährleisten, bei einer Temperatur von 600 bis 900° C und einer Vo'umengeschwuidigkeit von 2000 bis 10 000 St ~· umsetzt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man es bei einem Molekularverhältnis von Toluol zu niederen Paraffinkohlenwasserstoffen von 2 : 1 bis 1:20 durchführt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nun es in einer Stickstoff- oder Wasserdampia'mosphäre durchführt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als niedere Paraffinkohlenwasserstoffe Vvethan, Athan. Propan oder deren Gemische verwendet.
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