KR0132775B1 - 페놀제조방법 및 그 제조사의 부생아세톤으로부터 프로필렌을 얻는 방법 - Google Patents

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Description

페놀제조방법 및 그 제조사의 부생아세톤으로부터 프로필렌을 얻는 방법

본 발명은 페놀제조방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는 부생물인 아세톤으로부터 프로필렌을 얻어 원료물질로 재사용할 수 있는 페놀의 제조방법에 관한 것이다.

벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘을 제조하고 이 큐멘을 산화시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드를 제조하고 이 큐멘하이드로퍼옥사이드를 페놀과 아세톤으로 산분열시키는 방법이 알려져 있다. 이들 단계를 조합한 방법은 일반적으로 큐맨법으로 알려진 페놀제조법으로 주지된 방법이다.

또한, 아세톤을 수소화시켜 이소프로판올을 만드는 방법이 공지되어 있다. 이 기술은 수소화촉매의 촉매활성분석 및 기타 용도에 여전히 널리 사용되고 있다. 예를들면, 라니 니켈 촉매(Raney nickel catalyst)의 활성을 그의 아세톤 수소화능력을 비교하는 방법에 의하여 종종 평가한다. 여러가지 개선된 방법들이 제안되어 일본특개소 62-12729호 및 특개소 62-77338호에 기재되어 있다.

그러나, 상기 큐멘법에 의한 페놀제조시에 아세톤부생물로부터 이소프로판올을 제조하여 이 이소프로판올을 탈수시켜 프로필렌을 제조하는 방법은 현재까지는 발표된바 없다.

예를들면, 에탄올로부터 에틸렌의 제조 및 t-부탄올로부터 이소부틸렌의 제조등 몇몇 유사한 방법들이 알려져 있다. 그러나, 하기의 이유 때문에 상기의 올레핀제법을 이소프로판올로부터 프로필렌을 제조하는데 사용할 수 없다.

프로필렌을 그 반응성이 에틸렌 또는 이소부틸렌과는 상당히 다르기 때문에 상기 에탄올로부터의 에틸렌합성조건 또는 t-부탄올로부터의 이소부틸렌 합성조건의 어느 조건으로부터도 이소프로판올의 탈수반응은 전문가도 예상하기 어렵다.

상기 큐멘법에서 부생되는 아세톤의 재사용, 예를들면 프로필렌으로의 변환에 관하여는, 실용적 제안이 발표된바 없다.

통상 큐멘법으로 알려진 상기 페놀제조방법은 어떤면에서는 장점이고 어떤면에서는 단점인 부생아세톤이 생성되는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 하나의 제조장치로 동시에 2가지 생성물을 생성한다는 점에서 개별장치에 의해 개별적으로 생성시키는 것보다는 효율적인 장점인 반면, 생성된 페놀과 아세톤의 비율이 수급균형에 맞지않는 경우에는 수요가 적은 하나는 과잉생산되게 되는 단점이 있다.

이미 알려진 바와같이, 최근 수년동안 아세톤이 과잉공급되는 상태이다. 따라서, 아세톤의 부생은 상기 큐멘법의 치명적 단점으로 지적되고 있다. 아세톤이 메타크릴산 메틸제조용 원료로서 주로 이용되고 있긴하지만 메타크릴산 메틸제조원료의 전환 때문에 아세톤의 수요가 감소되고 있다.

상기와 같은 여건으로 인하여, 아세톤 및 기타 부산물의 생성이 없는 페놀제조방법의 개발이 요망되고 몇가지 제안들이 발표되었으나, 만족스러운 수율로 페놀을 제조할 수 있는 방법들은 없었다.

또한, 프로필렌에 함유된 불순물은 큐멘법에 의한 페놀제조시에 벤젠과 프로필렌으로 부터의 큐멘제조단계 중 부작용을 일으킨다. 즉, 큐멘법에서 사용되는 프로필렌은 통상 원유를 원료로 제조되나 원유에는 황화합물 및 여러 중금속류가 함유되어 있어서, 이들 불순물들이 프로필렌 제조 중 미량 오염물로서 프로필렌에 종종 함유된다. 예를들면 프로필렌에 함유된 가르보닐설파이드(COS) 등의 황화합물 또는 비소(AS) 등의 중금속 오염물은 큐멘제조에 사용되는 촉매(염화알미늄-HCI작화합물)의 기능을 억제하여 큐멘합성의 정상적 진행을 저해한다. 그러므로, 상기 불순물에 의한 프로필렌의 오염을 방지하기 위하여 엄격한 정제처리를 선행해야 한다. 그러나, 상기 불순물들의 유형 및 양은 원요원료 뿐만 아니라 이 원료로부터의 프로필렌 제조조건의 차이에 따라 가변적이다. 이러한 불규칙성에 의한 예외적으로 복잡하고 까다로운 단계들 때문에 프로필렌의 정제처리가 어렵다.

결론적으로, 상기 프로필렌 정제시의 극도로 까다로운 단계들의 감소를 위하여, 상기와 같은 불순물을 함유하지 않는 고순도를 갖는 프로필렌의 제조방법이 요망되고 있다.

따라서, 본 발명의 한 목적은 부산물없이 공업적으로 만족스러운 수율로 페놀을 제조하기 위한 새롭고 개선된 페놀 제조방법을 제공하는데 있다.

큐멘법의 가장 큰 문제점은 대량의 부생 아세톤의 생성에 있으며, 페놀이 저수율로 생성되는 것에 있는 것은 아니다. 상기 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명자들은 상기 부생아세톤을 프로필렌으로 변환시키는 방법, 즉 페놀제조시에 프로필렌을 얻을 수 있는 방법을 개발하였다.

이 방법을 상기 페놀제조방법에 조합하므로써 본 발명자들은 부생아세톤이 생성되지 않는 페놀의 제조방법을 개발하였다.

또한, 아세톤을 수소화시켜 변환된 이소프로판올을 탈수시켜 얻은 프로필렌은 상기 언급한 황화합물 및 중금속류 중 어느것도 함유하지 않는다. 따라서, 상기 프로필렌의 순도는 큐멘합성용 원료로 사용하기에 충분하다.

상기와 같이 얻은 프로필렌은 고순도이므로, 프로필렌 정제 처리시의 까다로운 단계들을 대폭 감소시키는 것이 가능하여 그 결과, 큐멘의 가장 경제적인 공업적 제조가 가능하다.

상기 목적 및 기타 목적들은 하기 단계들을 유기적으로 연결하는 본 발명에 의하여 달성될 수 있다.

본 발명의 제1태양에 의하면, 하기 단계들은 포함하는 것이 특징인 페놀제조방법이 제공된다:

(a) 벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘을 합성하는 단계,

(b) 상기 단계(a)의 큐멘을 산화시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드로 변환시키는 단계,

(c) 상기 큐멘하이드로퍼옥사이드를 페놀과 아세톤으로 산분열시키는 단계,

(d) 상기 단계(c)의 아세톤을 수소화시켜 이소프로판올로 변화시키는 단계,

(e) 상기 단계(d)의 이소프로판올을 탈수 시켜 프로필렌을 제조하는 단계 및

(f) 상기 단계(e)의 프로필렌을 상기 단계 (a)로 순환시키는 단계,

본 발명의 제2태양에 의하면 하기 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀제조시의 부생아세톤으로부터 프로필렌을 얻는 방법이 제공된다;

(a) 벤젠과 프로필렌을 반으시켜 큐멘을 합성하는 단계,

(b) 상기 단계(a)의 큐멘을 산화시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드로 변환시키는 단계,

(c)상기 큐멘하이드로퍼옥사이드를 페놀과 아세톤으로 산분열시키는 단계,

(d)상기 단계(c)의 아세톤을 수소화시켜 이소프로판올로 변화시키는 단계 및

(e)상기 단계(d)의 이소프로판올을 탈수 시켜 프로필렌을 제조하는 단계.

본 발명의 방법에 의하면 탄소수사 3인 탄화수소를 중개자(interlocking element)로 하여 벤젠, 산소 및 수소로부터 페놀을 제조할 수 있다.

본 발명의 실시방법 중, 상기 단계(a), (b) 및 (c)는 종래 공지된 큐멘법에 의하여 행할 수도 있다.

큐멘법의 대표적 일예를 설명한다.

(a)벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘을 합성하는 단계

염화알미늄 착화합물 같은 촉매존재하에서 벤젠을 프로필렌과 반응시킨다. 상기 염화알미늄 착화합물은 큐멘 등의 용매중에서 염화알미늄에 염산가스를 흡수시켜 제조한다.

벤젠 대 프로필렌의 몰비는 바람직하게는 1/1∼10/1, 더욱 바람직하게는 1.2/1∼6/1의 범위이다. 상기 촉매인 염화알미늄 착화합물의 양은 염화알미늄으로 상기 반응물에 대해 약 0.01∼5중량%, 바람직하게는 약 0.1∼1중량%이다. 본 반응에 있어서는 상기 착화합물 촉매의 안정화를 위해, 염산가스를 반응계내에 공존시키는 것이 좋다.

큐멘제조를 위한 알킬화반응은 상압∼15kg.f/㎠의 압력하에서 바람직하게는 30∼200℃, 더욱 바람직하게는 60∼160℃의 온도에서 행한다. 이 반응은 배치식, 연속식 또는 반배치식으로 행할 수 있다.

상기 알킬화 반응에 의해 목적생성물인 큐멘외에도 고알킬화(higher alkylated) 부산물이 일부 생성된다. 따라서, 알킬화 반응에 의한 상기 반응 혼합물을 증류시켜 미반응 벤제, 큐멘 및 고알킬화 생성물로 분리한다.

상기 미반응 벤젠과 고알킬화 생성물을 알킬화 단계에 순환시켜 재차 알킬화 반응을 행한다.

(b) 상기 단계(a)의 큐멘을 산화시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드로 변환시키는 단계

분자상 산소를 사용하여 약 1∼10kg.f/㎠의 압력하에서 60∼150℃, 바람직하게는 90∼130℃의 큐멘을 산화시킨다. 여기서 사용된 분자상 산소는 산소, 공기 또는 불활성 기체를 희석한 혼합 기체이다.

상기 산화반응을 원활히 진행시키기 위해서 반응계에 알칼리성 화합물을 공존시켜 반응계의 pH를 적정 수준, 바람직하게는 pH 8.5∼10.5의 범위내로 유지하는 것이 좋다.

상기 알카리성 화합물의 예로는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 수산화나트륨 및 수산화칼륨 등의 수용액이다. 상기 알칼리성 화합물은 반응계에 소량씩 가하여 산화반응 과정 중 반응계의 pH를 일정하게 유지시킨다.

상기 산화반응시간은 특별한 제한은 없으며 목적 생성물인 큐멘하이드로퍼옥사이드의 선택률이 최고가 되도록 선택한다. 산화반응을 원활히 개시하기 위해서, 반응개시제를 반응계에 가해주는 것이 바람직하다. 상기 반응개시제의 예로는 α, α' -아조비스이소부티로니트릴 및 α, α'-아조비스시클로헥실니트릴등의 아조 화합물을 들 수 있다. 큐멘의 산화에 의한 큐멘하이드로퍼옥사이드도 바람직한 반응개시제이다. 상기 반응개시제는 반응물에 대해 바람직하게는 약 0.1∼5중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.5∼2중량%의 양으로 가한다.

상기 산화반응은 배치식, 연속식 또는 반배치식으로 행할 수 있다.

(c) 큐멘하이드로퍼옥사이드를 페놀과 아세톤으로 산분열시키는 단계

상기 단계(b)에 의한 반응혼합물 유상(oil phase)내의 큐멘하이드로퍼옥사이드의 농도는 통상 약 20∼30중량%이다. 따라서 상기 단계(b)의 반응혼합물은 산분열시키기 전에 증류시키는 등으로 농축시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드의 농도를 60∼85중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 농축은 150℃이하, 바람직하게는 120℃이하, 더욱 바람직하게는 100℃이하에서 행한다. 너무 고온에서 농축시키면 큐멘하이드로퍼옥사이드의 열분해가 일어나 목적생성물인 페놀수율의 저하를 초래하므로 바람직하지 못하다. 효과적 농축을 얻을 수 있는 한은, 과산화물의 안전한 위급을 위해 가능한한 온도를 낮추는 것이 바람직하다.

상기 단계(c)의 분열반응의 촉매로서는 산성화합물이 사용된다. 본 분열반응에서 사용되는 촉매로는 황산, 과염소산, 불화수소산 등의 강산을 들 수 있고, 또한 인텅스텐산 및 인몰리브데산등의 해테로폴리산(hetero polyacid)과, 이온교환수지 및 실리카알루미나 등의 고체산도 사용할 수 있다. 상기 촉매의 첨가량은 상기 반응혼합물중의 농도가 약 0.01∼5중량%, 더욱 바람직하게는 0.1∼2중량%이다.

또한 단계(c)에서는 반응용매가 사용된다.

이 반응용매의 예로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 큐멘 등의 방향족 탄화수소류와; 헥산 헵탄, 시클로헥산 및 메틸시클로헥산 등의 지방족 탄화수소류와; 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올 등의 알콜류와; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류와; 디이소프로필에테르 및 디부틸에테르등의 에테르류등이 있다. 큐멘하이드로퍼옥사이드의 산분열 반응에 의해 생성되는 아세톤이 반응용매로서 최적이다.

상기 용매의 사용량은 산분열반응에 제공되는 반응혼합농축물의 약 1∼20중량배, 바람직하게는 약 2∼10중량배이다. 상기 산분열반응은 연속식 또는 반배치식으로 행할 수 있으며, 큐멘하이드로퍼옥사이드의 고농도용액이 상기 산촉매와 접촉하여 급격한 분열반응을 야기하므로, 배치식은 바람직하지 않다.

상기 산분열반응이 끝나면, 반응혼합물을 농축시켜 아세톤을 회수한다. 상기 회수된 아세톤의 일부는 재산분열용 반응매체로 사용하고 큐멘하이드로퍼옥사이드의 산분열에서 생성하는 양에 상당하는 아세톤은 이소프로판올로의 수소화를 위한 다음 단계(d)로 보낸다.

아세톤을 유기시킨 상기 농축물은 정밀증류하여 목적생성물인 페놀을 얻는다.

(d) 단계(c)에 의한 아세톤을 수소화시켜 이소프로판올로 변환시키는 단계

아세톤의 이소프로판올로의 수소화반응의 촉매로서는 라니니켈 촉매가 주로 사용되나, 니켈, 구리-크롬, 라니니켈-구리, 구리-아연과 일반 수소화촉매로서 알려진 백금족계 촉매, 예를들면 백금, 필라듐, 루테늄 및 로듐 등을 활성탄이나 알미나 등에 다지시킨 촉매가 사용된다. 이들 중 라니니켈 촉매가 바람직하다. 반응온도는 실온∼200℃범위이나 공업적인 반응 속도를 얻기위하여는 60∼150℃, 더 바람직하기로는 60∼140℃이다. 수소화반응은 액상 또는 기상반응의 어느것으로나 행할 수 있고, 압력은 상압∼80kg.f/㎠ 범위이고, 바람직하기로는 5∼50kg.f/㎠ 범위이다.

수소기체의 사용량은 원료 아세톤에 대하여 몰비가 1/2∼10/1, 바람직하게는 1/1∼5/1이다.

상기 수소화반응은 반응용매 존재하 또는 부존재하에 할 수 있다. 본 반응에서 사용되는 용매의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올 등의 알콜류를 들수 있다. 또한, 아세톤의 수소화 생성물인 이소프로판올도 사용할 수 있고, 에틸렌글리콜, 프로피필렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 트리에틸렌글리콜 등의 글리콜류와; 디이소프로필에테르, 디부틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디글라밍(diglyme)(디에틸렌글리콜디메틸에테르) 및 트리글라임(triglyme) 등을 사용할 수 있다. 또한, 예을 들면 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴 및 디메틸설폭사이드 등의 비프로톤성의 극성 용매류와, 헥산, 헵탄, 시클로펜탄 및 시클로헥산등의 포화탄화수소류도 사용할 수 있고, 물도 수소화 반응의 용매로서 바람직하다.

상기 수소화반응은 배치식 또는 연속식으로 행할 수 있으며, 사용된 특정 촉매의 형성에 따라서는 미분상 촉매를 사용하는 유동상(fluidized bed) 또는 입상촉매를 사용하는 고정상(fixed bed)방식으로 반응을 행할 수 있다. 반응혼합물로부터의 촉매분리의 용이성과 반응장치의 간략성면에서 고정상 방식이 바람직하다.

아세톤의 수소화반응을 고정상으로 행할 경우 수소기체와 반응혼합물을 기엑향류(counter flow) 또는 기액병류(parallel flow)식으로 접촉시킨다.

상기 액체 및 기체의 흐름을 액체하강-기체상승, 액체상승-기체상승 및 액체하강-기체하강 등의 방식중 어떠한 방식으로도 행할 수 있다. 반응속도를 높이기 위하여 트리클배드(trickle bed)로 알려진 액체-기체 하강방식이 바람직하다.

(e) 단계(d)의 이소프로판올을 탈수시켜 프로필렌을 제조하는 단계

단계(d)의 이소프로판올의 탈수에 의한 프로필렌의 생성반응에서 산성화합물 형태의 촉매를 사용한다. 본 반응에 사용되는 상기 촉매의 예로는 통상 산성물질로 알려진 화합물들로서 황산, 인산, 염산 및 질산 등의 광산류와; 과염소산, 과브롬산 및 과요드산 등의 할로겐화물의 과산화물과; 인몰리브덴산, 규소몰리브덴산, 인텅스텐산 및 규소팅스텐산 등의 헤테로폴리산류 등이 있다. 기타 유용한 촉매류로는 고체 산성물질이 있으며, 이의 예로는 실리카, 실리카-알루미나, 알루미나 및 r-알루미나 등의 통상의 고체산류와; 산화티탄, 산화아연 및 산화지르코늄등의 금속산화물등이 있다. 또한, 최근 형상선택 촉매로 각광받는 제올라이트(zeolite)류와 금속이온들로 변성한 제올라이트류가 상기 촉매로서 사용될 수 있다. 상기 촉매들 중에서, r-알루미나와 산화티탄이 최적이다.

이소프로판올의 탈수반응은 기체상 또는 액체상에서 행할 수 있다. 반응온도는 약 100∼400℃, 바람직하게는 약 200∼350℃, 가장 바람직하게는 260∼350℃의 범위이다. 반응 압력은 감압, 상압 또는 가압의 조건으로 행할 수 있으나 액체상 반응의 경우에는 반응계를 가압하여 액상으로 유지시켜야 한다.

탈수반응은 가압하에서 행하는 것이 바람직하며, 그 반응생성물인 프로필렌이 액체형태로 얻어지는 범위내에 행하는 것이 특히 바람직하다. 예를들어 상기 탈수반응을 18kg/㎠의 가압하에서 행하고 그 반응혼합물을 40℃이하로 냉각시키므로써 프로필렌을 액상으로 회수할 수 있다. 액체프로필렌의 회수는 이 액체프로필렌을 즉시 건조시켜 그 건조 프로필렌을 기 단계(a)∼(f)에 순환하므로써 단계(a)의 원료물질로의 순환을 가능하게 하므로, 기체상 반응의 경우의 기체프로필렌의 액화에 필수적인 가압펌프가 불필요하게 되어, 상기 반응장치를 간소화시키는 것이 가능하다.

또한, 액체 프로필렌의 증류 및 정제는 필요에 따라 용이하게 행할 수 있다.

본 발명의 방법에서, 상기 이소프로판올의 탈수반응은 배치식 또는 연속식으로 행할 수 있다. 고체촉매가 사용되는 경우, 사용촉매의 형상에 따라 미분상 촉매를 사용하는 유동상 방식 또는 입상촉매를 사용하는 고정상 방식을 선택한다. 반응혼합물로부터의 촉매분리의 용이성과 반응장치의 간략성의 면에서 고정상 방식이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와 같은 방법으로, 페놀 제조시의 부생 아세톤으로부터 프로필렌을 얻는 것이 가능하다. 회수된 프로필렌의 순도는 99.5%이상이며, 얻은 프로필렌은 단계(a)의 원료로서 또한 폴리프로필렌, 아크로니트릴, 프로필렌옥사이드, 에틸렌-프로필렌 고무등의 합성용 원료로서 사용할 수 있다.

(f) 단계(e)에 의한 프로필렌을 단계(a)로 순환시키는 단계

양호한 실시예로는 단계(e)의 반응기에서 배출된 프로필렌함유 기체생성물을 일단 가스호울더(gas holder)에 체류시킨후, 단계(a), 즉 알킬화단계로 순환하기 전에 가압펌프로 프로필렌의 함량이 80∼99.9%, 더욱 바람직하게는 99,5∼99.9%이고, 그 압력이 10∼20kg.f/㎠인 압축기체로 압축한다. 이와 다른 실시예로서는 상기 프로필렌함유 기체생성물을 즉시 드라이아이스 트랩(dryice trap)을 통과시켜 액화생성물을 포집하고 이 액화생성물을 가압용기에 옮기고, 온도를 상승시켜 액화 생성물을 다시 기체상태로 변환시켜서 상기 알킬화단계로 순환시킨다.

본 발명의 실시예들을 들어 다음에 설명하나 본 발명은 이 실시예들로 한정되지는 않는다.

[실시예 1]

[프로필렌에 의한 벤젠의 알킬화 반응]

테플론으로 피복된 교반날개와 온도계가 구비된 1ℓ유리제 오토크레브에 벤젠 78g과 염화알미늄 착화합물을 넣는다. 염화알미늄 착화합물의 양은 염화알미늄으로 계산하여 0.08g 이었다. 이 양은 대프로필렌 몰비 1/1.000에 상당한다. 상기 오토크레브를 유조에 침지시키고, 오토크레이브의 내부온도를 100℃에 유지시키면서 충분히 교반한다.

상기 오토크레이브에 기체상태의 프로필렌 25.2g을 조금씩 공급하였다. 즉, 오트크레브 내부압력을 3kg.f/㎠ 를 유지시키면서, 약 90분간에 걸쳐 프로필렌을 공급하였다. 프로필렌 공급종료와 함께 상기 반응을 종료시키고, 그 반응혼합물을 오토크레브에서 꺼냈다. 반응혼합물을 가스크로마토그래피로 분석한 결과, 큐멘, m-디이소프로필벤젠, p-디이소프로필벤젠 및 트리이소프로필벤젠의 함량은 각각 25.1중량%, 13.3중량%, 7.4중량% 및 7.9중량% 였다. 큐멘, 디이소프로필벤젠 및 트리이소프로필벤젠의 합계수율은 공급한 프로필렌에 대해 99중량%였다.

상기 반응혼합물을 증류시켜 미반응벤제, 큐멘 및 고이프로필화 생성물로 분리하였다. 이 고이소프로필화 생성물을 트랜스알킬화반응에 의한 큐멘으로의 변환을 위해 최초의 알킬화 단계로 되돌려 보냈다.

[큐멘의 산화]

공기흡입관, 알칼리주입구, 시료체취 노즐, 피복된 온도계, 환류냉각기 및 강력교반기가 구비된 500ml 스텐레스강제 오토크레브에 큐멘 120g, 탄산나트륨 5%수용액 30g 및 반응 개시제로 α, α' -아조비스이소부티로니트릴 0.5g을 넣었다. 오토크레브의 공기를 질소로 치환시키고 가열 교반전에 초기압력을 질소로 5kg.f/㎠으로 했다. 내부온도가 110℃에 달했을 때 공기를 불어 넣기 시작했다.

공기를 불어넣음과 동시에 충분한 기액접촉을 위해 교반기의 회전수를 높였다. 30ℓ/시간의 속도로 공기를 불어넣어 큐멘의 산화를 행하였다. 이 산화반응 중, 일정 간격을 두고 상기 시료채취 노즐을 통해 반응물을 체취하여 그 pH를 측정하였다.

탄산나트륨 5% 수용액 소량을 상기 알칼리 주입구를 통해 반응기로 공급하여 반응혼합물로 pH를 9∼10으로 유지시켰다.

공기를 불어 넣기 시작한 후 10시간 경과후에 반응을 종료시켰다. 오토크레브에서 반응혼합물을 꺼내어 유상(oilly phase)과 수상(aqueous pahse)을 분리시켰다. 액체 크로마토그래피로 정량한 상기 유상의 큐멘하이드로퍼옥사이드의 함량은 26중량%였다.

[큐멘하이드로퍼옥사이드 산분열 반응]

큐멘의 산화반응으로 얻은 상기 유상을 160mmHg의 감압하, 100℃에서 미반응 큐멘을 증발 제거하여 농축시켰다. 농축배율이 약 3배 정도 되었을 때 상기 농축조작을 멈추었다.

농축된 유상의 큐멘하이드로퍼옥사이드 함량은 약 78%였다.

교반기, 적하깔대기, 피복된 온도계 및 환류 냉각기가 구비된 500mℓ 4구 플라스크에 아세톤 150mℓ, 진한 황산 2g을 넣었다. 상기 적하 깔때기에 큐멘하이드로퍼옥사이드 농축 100g을 넣었다. 플라스크를 80℃의 수욕중에 설치하고 플라스크 내용물을 교반하면서 아세톤을 연속적으로 환류시켰다.

아세톤 환류하에서 큐멘하이드로퍼옥사이드 농축물을 상기 적하깔대기를 통해 플라스크로 적하하였다. 큐멘하이드로퍼옥사이드 전량을 적하한 후에 반응을 30분간 더 계속하였다.

반응종료후, 반응혼합물을 액체 크로마토그래퍼로 분석한 결과, 큐멘하이드로퍼옥사이드는 거의 함유되어 있지 않았다. 즉, 전화율이 거의 100%였다. 전화된 큐멘하이드로퍼옥사이드 95%에 상당하는 양의 페놀이 생성되었음이 밝혀졌다.

분말상 탄산나트륨과 반응혼합물에 가하여 황산촉매를 중화시켰다. 중화후, 반응혼합물에서 고형물을 여과 제거하고, 여액을 농축시켜 아세톤을 회수하였다. 회수한 아세톤의 양은 최초 공급한 아세톤량과 큐멘하이드로퍼옥사이드의 산분열에 의해 아세톤이 합한 28.5g이었다.

[아세톤의 수소화반응]

내경이 1인치(25.4mm), 길이가 500mm인 스테레스제 종형반응관의 중간부위에 덩어리상의 라니 니켈합금(니꼬 리가사제, R-20L) 100g(48mℓ)를 채웠다. 반응관을 물로 채우고, 가성소다 20% 수용액을 상기 반응관에 서서히 가하여 라니 니켈촉매를 전개시켰다. 촉매전개에 수반하여 반응열이 발생하여 반응기 내부 온도가 상승했다. 반응기 내부온도가 60℃를 넘지않도록 가성 소다수용액의 공급속도를 조절하였다. 가성 소다가 0.5ℓ만큼 공급되었을 때 공급액을 물로 바꾸어 반응기를 수세하였다. 반응기에서 배출되는 물이 중성이 될 때까지 수세를 행하였다. 수세가 끝난후, 공급액을 이소프로판올로 바꾸어 반응기를 충만시키고 반응기의 가열을 개시하였다.

내부온도가 100℃에 도달했을 때, 아세톤과 수소를 각각 59.9g/시간, 40.2ℓ/시간의 공급 속도로 반응기상부를 통해 공급하여 반응을 개시하였다. 반응기의 압력은 20kg.f/㎠로 유지시켰다.

반응기 하부에서 배출되는 반응액과 수소 가스 혼합물은 기액분리기에 의하여 반응액과 수소기체로 분리하였다. 배출되는 반응액과 수소기체는 각각 60g/시간, 15.3ℓ/시간이었다.

아세톤과 수소를 연속적으로 공급하면서 상기 반응을 9시간동안 계속하였다. 이후, 반응액과 수소기체를 가스 크로마토 그래피로 각각 분석한 결과, 반응액에 잔류하는 아세톤의 양은 0.2중량%였으며, 그 나머지 성분은 이소프로판올 뿐이었다. 한편, 배기가스를 분석한 결과, 메탄, 에탄 및 프로판이 존재하지 않음이 밝혀졌다. 이러한 분석결과에 기초하여 반응성적을 평가한 결과, 이소프로판올의 수율은 99.8%였다.

[이소프로판올의 탈수]

내경이 1인치(25.4mm), 길이가 500mm인 스테레스제 종형반응관의 중간부위에 8∼14 매쉬크기로 잘게 부순 시판 r-알루미나 20mℓ를 채웠다. 반응기내의 공기를 질소로 치환하고 10kg.f/㎠의 질소압하에서 반응기를 가열하였다.

반응기 내부온도가 320℃에 도달했을 때, 반응기의 상부로부터 40mℓ/시간의 공급속도로 이소프로판올을 공급하였다. 반응압력을 10kg.f/㎠ 으로 유지하면서 8시간동안 계속 반응을 행하였다.

반응이 진행됨에 따라, 물을 주성분으로 하는 액체생성물과 프로필렌을 주성분으로 하는 기체생성물이 각각 9.5g/시간, 12.2ℓ/시간의 속도로 생성되었다. 상기 액체 및 기체생성물을 가스 크로마토 그래피로 분석한 결과, 이소프로판올의 전화율은 99.6%였고, 프로필렌 수율은 99.3%였다. 상기 기체 생성물에 함유된 프로필렌의 순도는 99.9%였다. 상기 기체생성물, 즉 프로필렌은 특별한 정제처리를 하지 않고도 벤젠 알킬화 단계에 순환할 수 있는 것이었다.

[이소프로판올의 탈수에 의한 기체생성물을 사용한 알킬화 반응]

테플론 피복된 교반날개와 피복된 온도계가 구비된 1ℓ유리 오토크레브에 벤젠 78g과 염화알미늄 착화합물을 넣었다. 상기 염화 알미늄 착화합물의 충전량은 염화알미늄으로 계산하여 0.08g이었으며, 이 양은 대 프로필렌 몰비 1/1,000에 상당하는 양이다.

상기 오토크레브을 유조에 침지시키고, 오토크레브 내부온도를 100℃로 유지시키면서 충분히 교반하였다.

상기 오토크레브의 내부압력을 3kg.f/㎠으로 유지되도록 상기 오토크레브에 전단계의 이소프로판을 탈수에 의한 기체생성물(드라이아이스 트랩에서 액화 포집한 것)을 소량씩 공급하였다.

상기 기체생성물을 약 90분간에 걸쳐 25.2g에 상당하는 양을 공급하였다. 이후, 반응을 종료시켰다. 오토크레브에서 상기 반응혼합물을 꺼내어 가스 크로마토그래피로 분석한 결과, 큐멘, m-디이소프로필벤젠, p-디이소프로필벤젠 및 트리이소프로필벤젠의 함유량은 각각 25.1중량%, 13.3중량%, 7.4중량% 및 7.9중량%였다. 큐멘, 디이소프로필벤젠 및 트리이소프로필벤젠의 합계수율은 공급한 프로필렌에 대해 99중량%였다.

따라서,

(a) 벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘을 합성하는 단계,

(b) 상기 단계(a)의 큐멘을 산화시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드로 변환시키는 단계,

(c) 상기 큐멘하이드로퍼옥사이드를 페놀과 아세톤으로 산분열시키는 단계,

(d) 상기 단계(c)의 아세톤을 수소화시켜 이소프로판올로 변화시키는 단계,

(e) 상기 단계(d)의 이소프로판올을 탈수 시켜 프로필렌을 제조하는 단계 및

(f) 상기 단계(e)의 프로필렌을 상기 단계 (a)로 순환시키는 단계등으로 이루어지는 상기의 일련의 단계들의 조합에 의해 벤젠을 출발원료로 하고 산소와 수소를 부원료로하여 아세톤의 부생을 수반하지 않는 페놀의 제조가 가능한 것이다.

본 발명에 의하면, 종래의 큐멘법에 의한 경우에서 부산물로 생성되는 아세톤의 시장 수요동향과 상관없이 상기 단계들(a)∼(f)을 결합하므로써, 탄소수가 3인 탄화수소를 중개자로하여 벤젠으로부터 효율적으로 페놀을 제조하는 것이 가능하다.

상기 단계들(a)∼(e)의 결합에 의한 페놀제조시의 부생 아세톤으로부터 프로필렌을 생성시킬 수 있으며, 그 생성된 프로필렌을 그 자체로 기타 다른 용도에 사용할 수도 있다.

상기에서 몇가지의 양호한 실시예들을 설명하였으나 상술한 내용으로부터 여러 변형예가 가능하므로 본 발명은 상술한 구체적 내용보다는 특허청구 범위에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. (a)벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘을 합성하는 단계와, (b)상기 단계(a)의 큐멘을 산화시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드로 변환시키는 단계와, (c)상기 큐멘하이드로퍼옥사이드를 페놀과 아세톤으로 산분열시키는 단계와, (d)상기 단계(c)의 아세톤을 수소화시켜 이소프로판올로 변화시키는 단계와, (e)상기 단계(d)의 이소프로판올을 탈수 시켜 프로필렌을 제조하는 단계 및 (f) 상기 단계(e)의 프로필렌을 상기 단계 (a)로 순환시키는 단계로 된 것을 특징으로 하는 페놀의 제조방법.
2. 제1항에서, 상기 단계(a), (b) 및 (c)가 페놀 및 아세톤합성에 이용되는 큐멘법에 포함되는 것인 페놀의 제조방법.
3. 제1항에서, 상기 단계(d)가 실온∼200℃온도하 수소화 촉매존재하에서 반응을 촉진시키는 과정을 포함하는 것인 페놀의 제조방법.
4. 제1항에서, 상기 단계(e)가 100∼450℃하 산성화합물 존재하에서 반응을 촉진시키는 과정을 포함하는 것인 페놀의 제조방법.
5. 제1항에서, 상기 단계(f)가 상기 단계(e)의 프로필렌을 압축하여 상기 단계(a)로 순환시키는 과정을 포함하는 것인 페놀의 제조방법.
6. (a)벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘을 합성하는 단계와, (b) 상기 단계(a)의 큐멘을 산화시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드로 변환시키는 단계와, (c) 상기 큐멘하이드로퍼옥사이드를 페놀과 아세톤으로 산분열시키는 단계와, (d) 상기 단계(c)의 아세톤을 수소화시켜 이소프로판올로 변화시키는 단계와, (e) 상기 단계(d)의 이소프로판올을 탈수 시켜 프로필렌을 제조하는 단계들을 포함하는 것이 특징인 페놀제조시의 부생아세톤으로부터 프로필렌을 얻는 방법.
7. 제6항에서, 상기 단계(a), (b) 및 (c)가 페놀 및 아세톤합성에 이용되는 큐멘법에 포함되는 것인 페놀제조시의 부생 아세톤으로부터 프로필렌을 얻는 방법.
8. 제6항에서, 상기 단계(d)가 실온∼200℃하 수소화촉매 존재하에서 반응을 촉진시키는 과정을 포함하는 것이 특징인 페놀제조시의 부생 아세톤으로부터 프로필렌을 얻는 방법.
9. 제6항에서, 상기 단계(e)가 100∼450℃하 산성화합물 존재하에서 반응을 촉진시키는 과정을 포함하는 것이 특징인 페놀제조시의 부생아세톤으로부터 프로필렌을 얻

   는 방법.