IT8520458A1 - Catalizzatore per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido e procedimento utilizzante lo stesso - Google Patents

Catalizzatore per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido e procedimento utilizzante lo stesso

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IT8520458A1 ITMI1985A020458A IT2045885A IT8520458A1 IT 8520458 A1 IT8520458 A1 IT 8520458A1 IT MI1985A020458 A ITMI1985A020458 A IT MI1985A020458A IT 2045885 A IT2045885 A IT 2045885A IT 8520458 A1 IT8520458 A1 IT 8520458A1
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Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo: "CATALIZZATORE PER LA DECOMPOSIZIONE SELETTIVA DEL CUMILIDRO-PEROSSIDO E PROCEDIMENTO UTILIZZANTE LO STESSO"
Riassunto
L'invenzione riguarda un catalizzatore per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido costituito da cristalli di zeolite in cui parte degli atomi di silicio del reticolo cristallino della silice ? sostituita da Al e B, i cristalli di zeolite essendo tra loro legati mediante un legante siliceo che permette al catalizzatore di assumere la forma di microsfere meccanicamente stabili.
L'invenzione riguarda anche il procedimento nel quale si fa uso del catalizzatore e le relative condizioni operative. DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un catalizzatore per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido ed un procedimento utilizzante detto catalizzatore.
Nella sintesi di fenolo e acetone, uno dei metodi impiegati industrialmente ? quello consistente nella sintesi del eumene da benzene e propilene, nella sua successiva perossidazione a cumilidroperossido e decomposizione acido catalizzata del perossido a fenolo e acetone.
La decomposizione del cumilidroperossido viene generalmente effettuata in presenza di H2SO4. Questo procedimento porta alla formazione di una miscela costituita da: fenolo, acetone, acetofenone e sottoprodotti solfonati la cui separazione comporta una notevole incidenza sui costi di produzione e sulla complessit? impiantistica. E' stato ora sorprendentemente trovato che tale decomposizione pu? essere condotta con migliore conversione e selettivit? a fenolo ed acetone e senza gli inconvenienti connessi con la separazione dell ? SO e dei suoi derivati, utilizzando un catalizzatore costituito da cristalli di zeoliti in cui parte degli atomi di silicio del reticolo cristallino della silice ? sostituita con Al e B, i cristalli di zeolite essendo tra loro legati mediante un legante siliceo che permette al catalizzatore di assumere la forma di microsfere meccanicamente stabili.
Un primo oggetto della presente invenzione ? un catalizzatore per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido a fenolo ed acetone a base di silicio, alluminio e boro caratterizzato dal fatto che il silicio, l'alluminio e il boro sotto forma di ossidi costituiscono cristalli con struttura di tipo zeolitico dove l'alluminio e il boro rimpiazzano il silicio nella struttura cristallina della silice ed i cristalli sono tra loro interconnessi mediante silice oligomerica.
Il rapporto molare tra la silice dei cristalli di zeolite e la silice oligomerica ? compreso tra 80 e 95.
Il catalizzatore in accordo con l'invenzione ? in forma di microsfere con dimensioni comprese tra 5 e 1000 preferibilmente tra 20 e 100 Um.
Il catalizzatore in accordo con la presente invenzione risponde alla seguente formula generale (dopo calcinazione a 550?C e raffreddamento a temperatura ambiente):
Un secondo oggetto della presente invenzione ? un metodo per la preparazione del catalizzatore sopra detto.
Il catalizzatore viene preparato in due fasi la prima delle quali ? la preparazione dei cristalli di zeolite sopra dette e la seconda delle quali ? la interconnessione dei cristalli di zeolite sopra dette con composti capaci di formare silice oligomerica.
La prima fase viene realizzata a partire da alchilsilicati (alchili da 1 a 4 atomi di carbonio), in particolare tetrametri- e/o tetraetilsilicato, eventualmente in soluzione acquosa, che vengono appiunti ad una soluzione alcolica (alcool alifatico da 1 a 6 atomi di carbonio) di un sale dell'alluminio ad una concentrazione preferibilmente tra 4 e 5% preferibilmente una soluzione alcolica di nitrato o acetato di Al, mescolando quindi il tutto con una soluzione acquosa di tetrapropilammonio idrossido e H^BO. Dall'ambiente di reazione devono essere assenti cationi estranei, in particolare cationi di metalli alcalini o alcalino terrosi. Il tutto viene scaldato sotto agitazione ad una temperatura da 50 ad 80?C, preferibilmente a 60?C, allo scopo di idrolizzare il silicato alchilico ed eliminare la maggior parte possibile dell'alcool alchilico ottenuto nell'idrolisi e dell'alcole della soluzione del sale di alluminio.
Dopo l'idrolisi del silicato alchilico ed eliminazione degli alcoli la soluzione residua risultante viene posta in una autoclave munita di agitatore e scaldata a pressione autogena ad una temperatura da 150 a 250?C per un periodo compreso tra tre ore e 10 giorni ottenendo una sospensione di cristalli. Quindi i cristalli della sospensione vengono separati dalle acque madri, preferibilmente mediante centrifugazione, lavati in acqua deionizzata ed essiccati, preferibilmente mediante centrifugazione .
La seconda fase consiste nel disperdere i cristalli di zeolite sopra detti in una soluzione limpida ottenuta idrolizzando un tetralchilsilicato (alchile da 1 a 4 atomi di carbonio), preferibilmente tetrametil- o tetraetilsilicato, in una soluzione acquosa di tetraalchi1ammonio (TAA) idrossido (alchile da 1 a 5 atomi di carbonio) per un tempo compreso tra 1 e 2 ore ad una temperatura di 60-70?C.
La sospensione ottenuta viene atomizzata preferibilmente mediante uno spray dryer ottenendo 'sferette con diametro medio compreso tra 5 e 1000 Um, preferibilmente tra 20 e 100 um.
Le sferette vengono quindi calcinate ad una temperatura da 500 a 600?C, preferibilmente a 550?C per 2-10 ore, preferibilmente 5 ore.
La miscela di reazione per la sintesi della zeolite ha la seguente composizione molare
Un terzo oggetto della presente invenzione ? il metodo per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido in fenolo ed acetone facente uso del catalizzatore sopra detto.
Il metodo in accordo con l'invenzione consiste nel mettere in contatto il cumilidroperossido con il catalizzatore, preferibilmente posto entro un reattore in uno o pi? letti fissi o fluidificati ad una temperatura da 20 a 120?C, preferibilmente di 40-60?C e nello scaricare dal reattore i prodotti di reazione ed il cumilidroperossido non decomposto. Il cumilidroperossido pu? essere alimentato tal quale oppure diluito in un adatto solvente, in particolare eumene.
La velocit? spaziale LHSV riferita al cumilidroperossido nel caso di conduzione in continuo ? compresa tra 0.5 e 10 h ^ . Per la conduzione in discontinuo il tempo di permanenza ? compreso tra l' e 120', preferibilmente essendo di 15'-20'. Verranno ora forniti alcuni esempi aventi lo scopo di meglio illustrare l'invenzione, essendo inteso che essa non.? ad essi o da essi limitata.
Esempio n.l
g.67.8 di A1(N03)3.9 H2O vengono disciolti in g.1275 di alcool etilico e a questi, sotto agitazione, si aggiungono g.2819 di tetraetilsilicato, agitando fino ad ottenere una soluzione omogenea e limpida.
In un recipiente di acciaio inox vengono aggiunti successivamente e sotto agitazione g.1036 di acqua deionizzata, g.8878 di una soluzione acquosa al 15.5% in peso di tetrapropilammo? nio (TPA+) idrossido e g.167,5 di acido borico in polvere. Quando tutto l'acido ? sciolto si aggiunge a questa la soluzione ottenuta precedentemente e si agita riscaldando a 60?C per circa 4 ore e in ogni caso fino a che si completi l'idrolisi del silicato e l'alcool etilico presente sia stato quasi del tutto eliminato. La composizione molare della miscela di reazione ? la seguente:
La soluzione cosi ottenuta viene'caricata in una autoclave munita di agitatore e riscaldata a pressione autogena sotto agitazione a 170?C per 4 ore. Il*prodotto scaricato viene centrifugato e il panello accuratamente disperso in 70 litri di acqua deionizzata, la sospensione ottenuta viene nuovamente centrifugata fornendo un panello lavato.
2451 g. di tetraetilsilicato vengono idrolizzati in presenza di 216 g. di una soluzione al 15.5% di tetrapropilammonio idrossido e 1300 g di H2O deionizzata. Nella soluzione limpida ottenuta viene accuratamente disperso il panello lavato scaricato dalla centrifuga, fino ad ottenere una sospensione lattescente. La sospensione viene alimentata ad uno spry dryer ed atomizzata in modo da ottenere sferette aventi diametro medio compreso tra 10 e 30 ^im. Il prodotto viene calcinato per Ih 30' in salendo da temperatura ambiente a 550?C e poi in isoterma a 550?C in aria per altre 4 ore. Si ottiene cos? il catalizzatore finito (A) la cui analisi chimica ? la seguente:
A g 50 di una soluzione fenolo/acetone (50% molare), termostatata a 40?C, vengono aggiunti 3 g. di catalizzatore A e successivamente 17 g. di cumilidroperossido. La decomposizione viene seguita per iodometria e analisi gas cromatografica.
I risultati sono riportati in tab.l
Esempio n.2
Seguendo le modalit? descritte nell'esempio n.l si ottiene il panello lavato scaricato dalla centrifuga. Il solido viene calcinato in salendo da temperatura ambiente a 550?C e poi in isoterma a 550?C in aria per 4 ore.
Il prodotto ottenuto (B) ha la seguente analisi chimica:
Con i reagenti e le modalit? descritte nell?esempio 1 salvo impiegare 3 g. di catalizzatore B al posto dei 3 g. di catalizzatore A, si ottengono i risultati descritti in tab.l.
In un altro recipiente in vetro pyrex vengono aggiunti sotto agitazione 15,3 g. di H2O, 131 g. di soluzione acquosa di tetrapropilammonio idrossido al 15,5% in peso e la soluzione alcoolica prima ottenuta. Si scalda a 60?C sotto agitazione per circa quattro ore e in ogni caso fino a che non sia terminata l'idrolisi del silicato e l'alcool etilico non sia stato quasi del tutto eliminato. La soluzione ottenuta, che ha la seguente composizione molare: SiO2/Al2O3 = 150; TPA /SiO2 = 0.5; H20/Si02 = 35, viene caricata in una autoclave munita di agitatore e riscaldata sotto agitazione, a pressione autogena, a 170?C per 4 ore.
La sospensione lattescente scaricata viene centrifugata, il inello disperso in 500 g. di acqua deionizzata e la sospensione centrifugata. Il panello lavato viene poi
calcinato salendo in 1 h 30', in N^, da temperatura ambiente
a 550?C e poi in isoterma a 550?C in aria per 4 ore. Il
prodotto ottenuto (C) ha la seguente ?composizione:
Con i reagenti e le modalit? descritte nell'esempio 1, salvo
impiegare 3 g. di catalizzatore C al posto dei 3 g. di
catalizzatore A, si ottengono i risultati descritti in tab.l.
Esempio n.4 (paragone)
In un beker in vetro pyrex da 300cc vengono aggiunti sotto
agitazione: g. 131 di una soluzione acquosa di tetrapropilam-
monio idrossido al 15,5% in peso, g. 15.3 di H^O deionizzata
e g. 2.5 di H B0 . Si agita, scaldando se necessario, fino ad
ottenere una soluzione limpida, quindi si aggiungono sempre
sotto agitazione g. 41.6 di tetraetilsilicato. Si agita per 4
ore scaldando a 60?C e comunque fino a completa idrolisi del
silicato e alla quasi totale eliminazione dell'alcool
etilico. La soluzione ottenuta, avente la seguente composi?
zione molare:
viene
caricata in una autoclave munita di agitatore e riscaldata
sotto agitazione, a pressione autogena, a 170?C per.4 ore.
La sospensione lattescente scaricata viene centrifugata, il
panello disperso in 500 g. di acqua deionizzata e la
sospensione centrifugata. Il pannello lavato viene poi calcinato salendo in 1 h 30', in N^, da temperatura ambiente a 550?C e poi in isoterma a 550?C in aria per 4 ore.
Il prodotto ottenuto (D) ha la seguente composizione:
Con i reagenti e le modalit? descritte nell'esempio 1, salvo impiegare 3 g. di catalizzatore E al posto dei 3 g. di catalizzatore A, si ottengono i risultati descritti in tab.l.
Esempio n.5
Con le modalit? e i reagenti descritti nell'esempio n.l viene condotta la decomposizione del cumilidroperossido (CHP) impiegando al posto dei 3 g. di catalizzatore A, 0,2 g. di catalizzatore E (acido solforico in soluzione acquosa al 96%) e regolando l'aggiunta del CHP in modo che avvenga nell'arco di 10'; la temperatura ? mantenuta sempre a 40?C. Dopo 30' totali la miscela di reazione viene neutralizzata con sodio bicarbonato e analizzata per iodometria e gascromatografia.
Esempio n.6
Diamo ora un esempio di sintesi in continuo di fenolo e acetone.
Viene condotta una prova in continuo utilizzando un'apparecchiatura consistente di un reattore in vetro del volume di 0,5 1, munito di agitazione meccanica, controllo automatico di livello, sistema termostatico, entrata per la soluzione di cumilidroperossido, uscita per l'effluente, dotata di candela filtrante per evitare perdite di catalizzatore. A titolo d'esempio viene descritta una prova condotta a 60?C, alimentando una soluzione di CHP(84%) in eumene al flusso di 0,1 1/h, volume dei reagenti nel reattore di 0,12 1, catalizzatore A 7 g. La reazione viene seguita, mediante titolazione iodometrica e analisi gas-gromatografica di campioni prelevati a intervalli regolari-di tempo.
RIVENDICAZIONI
1. Catalizzatore per la decomposizione selettiva del cumilidro? perossido a fenolo ed acetone a base di silicio, ?alluminio e boro caratterizzato dal fatto che il silicio, alluminio e il boro sotto forma di ossidi costituiscono cristalli con struttura di tipo zeolitico dove l'alluminio e il boro rimpiazzano il silicio nella struttura cristallina della silice ed i cristalli sono tra loro interconnessi mediante silice oligomerica.
2 Catalizzatore come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il rapporto molare tra la silice dei cristalli di zeoliti e la silice oligomerica ? compreso tra 80 e 95 3. Catalizzatore come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di essere sotto forma di microsfere con dimensioni comprese tra 5 e 1000 um, preferibilmente tra 20 e 100 jim. 4. Catalizzatore come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di rispondere dopo calcinazione a 550?C e raffreddamento a temperatura ambiente alla formula generale
5. Procedimento per la preparazione del catalizzatore come da rivendicazioni da 1 a 4 comprendente una prima fase di preparazione dei cristalli di zeolite dove l'alluminio e il boro rimpiazzano il silicio nella struttura cristallina della silice ed una seconda fase di interconnessione dei cristalli caratterizzata dal fatto che i cristalli vengono dispersi in una soluzione limpida ottenuta idrolizzando un tetraalchil silicato in una soluzione acquosa di tetraalchilammonio idrossido per un tempo compreso tra 1 e 2 ore, ad una temperatura da 60 a 70?C, la sospensione ottenuta viene atomizzata ottenendo sferette con diametro medio compreso tra 5 e 1000 ^un e le sferette vengono calcinate ad una temperatu

Claims (1)

  1. ra da 500 a 600?C per 2-10 ore.
    6. Procedimento come da rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che il tetraalchil silicato ha gruppi alchilici con 1-4 atomi di carbonio.
    7. Procedimento come da rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che il tetraalchil silicato ? scelto tra tetrametil e tetraetil silicato.
    8. Procedimento come da rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che le sferette vengono calcinate a 550?C.
    9. Procedimento come da rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che il tetraalchilammonio idrossido ha alchili con un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 5.
    10. Metodo per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido a fenolo ed acetone caratterizzato dal fatto che il cumilidroperossido viene posto in contatto con il catalizzatore come da rivendicazioni da 1 ? 4 ad una temperatura da 20 a 120?C, preferibilmente da 40 a 60?C.
IT20458/85A 1985-04-23 1985-04-23 Catalizzatore per la decomposizione selettiva del cumilidroperossido e procedimento utilizzante lo stesso IT1187662B (it)

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