苯酚

公式 符号  又名石炭酸,低熔点 (40.91℃)白色晶体,在空气中放置及光照下变红,有臭味,沸点181.84℃。对人有毒,要注意防止触及皮肤。工业上主要由异丙苯制得。苯酚产量大,1984年,世界总生产能力约为5Mt,用途广泛,是一种重要的苯系中间体。

生产方法

第一次世界大战前,苯酚的唯一来源是从煤焦油中提取。目前绝大部分是通过合成方法得到。

磺化法

1923年由美国孟山都公司首先实现工业化,是最早出现的合成方法,适于小规模生产。用硫酸使苯磺化得苯磺酸,再用亚硫酸钠使苯磺酸中和成苯磺酸钠,后者经过碱熔生成酚钠,用二氧化硫与酚钠反应便制得苯酚。此法步骤多,要消耗大量硫酸、烧碱,并有严重污染问题,大型工厂已不再采用。

氯苯法

有两种生产方法,即传统的水解法(又称氯苯碱性水解法)和拉西法 (又称氯苯酸性水解法)。

(1)20年代,美国陶氏化学公司及德国法本公司首先采用水解法建厂,其生产过程是用10%~15%的氢氧化钠溶液,在360~390℃、28~30MPa条件下将氯苯水解,副产物有二苯醚等,水解生成的酚钠再用盐酸处理可得苯酚。

(2)1940年,拉西法实现工业化,它采用Ca3(PO4)2/SiO2为催化剂(见固体酸催化剂),在400~450℃下,用水进行水解。

由氯苯制苯酚虽已工业化多年,但存在着过程复杂、反应条件苛刻、操作费用大等缺点,新建厂已不再采用。

异丙苯法

第二次世界大战后发展起来的方法。将异丙苯氧化成过氧化氢异丙苯,然后在酸性介质中分解成苯酚和丙酮,反应式为:

公式 符号

公式 符号

从异丙苯到苯酚总收率大于95%,联产品丙酮(每吨苯酚约联产丙酮0.6t)也是有机化学工业重要原料之一。因此过程总的经济效果较好,近年来所有新建成或正在设计的苯酚工厂都采用此法,目前产量已占苯酚总产量的绝大多数。(见彩图)

异丙苯法苯酚、丙酮生产装置

异丙苯法制苯酚的工艺流程(见图)可分为氧化、分解、分离三个部分:

图

(1)氧化 在80~130℃、0.4~0.6MPa下,用空气将异丙苯液相氧化成过氧化氢异丙苯。反应温度提高,反应速度加快,但副产物也增加,而且由于过氧化氢异丙苯受热易分解,放出大量热,很不安全,故必须严格控制温度和转化率。过氧化物浓度,一般控制在25%(质量)左右。在生产中,还加入少量氢氧化钠(或碳酸钠)作稳定剂。

氧化反应器的形式可有多种,相应的氧化流程也略有不同,其中用得最多的是串联两个到四个塔式反应器。原料异丙苯从第一个塔加入,依次通过串联的各塔,空气分别从每个反应器的下部通入。这样,各塔的操作条件可分别控制,也更安全,过氧化物分解所产生的低沸点物均从各塔顶部尾气中排出,而不致促进过氧化氢异丙苯的分解。另一种氧化反应器是由 5~10层塔板组成的鼓泡反应器。

(2)分解 在酸分解前,要先把氧化液中大量未反应的异丙苯除去,使过氧化氢异丙苯的浓度提高到80%~90%。由于异丙苯与过氧化氢异丙苯的相对挥发度很大,故可经蒸发分离,常用的是膜式蒸发器、闪蒸塔等。为减少提浓过程中过氧化氢异丙苯的热分解,物料在设备中停留时间要短,不留死角,蒸发温度不高于100℃。过氧化氢异丙苯在酸分解反应中,最常用的催化剂是硫酸,其用量为溶液总量的 0.07%~0.2%。分解温度与反应器移热方式有关,当采用分解液外循环移热时,控制在50~60℃;采用分解产物丙酮蒸发移热时,反应温度与反应器中混合物沸点对应,在80℃左右。工业上还可以用二氧化硫、大孔径阳离子交换树脂为催化剂。采用阳离子交换树脂为催化剂(见固体酸催化剂)时,副产物有所下降,但也有树脂破碎等问题。

(3)分离 分解液中除苯酚、丙酮外,还有二甲基苄醇、 α-甲基苯乙烯、亚异丙基丙酮等副产物。工业上用多塔精馏后可得99.5%的苯酚,这样制得的苯酚可用于生产酚醛树脂等一般用途。但尚不能满足制药和制双酚A等的要求, 为此还必须采用恒沸精馏、萃取精馏、萃取等操作,使亚异丙基丙酮等杂质量降低到200ppm以下。

此外,还有甲苯氧化法和环己烷氧化法。前者由加拿大陶氏化学公司在1961年实现工业化,以后又相继在几个国家建厂,但未得到大发展;此法以甲苯为原料,中间体为苯甲酸。后者曾为澳大利亚所采用,但不久即改用异丙苯法;原料为环己烷,中间体为环己酮环己醇

用途

苯酚主要用于制造酚醛树脂、双酚A及己内酰胺。其中生产酚醛树脂是其最大用途,曾占苯酚产量一半以上。此外,有相当数量的苯酚用于生产卤代酚类。从一氯苯酚到五氯苯酚,它们可用于生产2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-滴)和2,4,5-三氯苯氧乙酸(2,4,5-涕)等除草剂;五氯苯酚是木材防腐剂;其他卤代酚衍生物可作为杀螨剂、皮革防腐剂和杀菌剂。由苯酚所制得的烷基苯酚是制备烷基酚-甲醛类聚合物的单体,并可作为抗氧剂、非离子表面活性剂、增塑剂、石油产品添加剂。苯酚也是很多医药(如水杨酸、阿司匹林及磺胺药等)、合成香料、染料(如分散红3B)的原料。此外,苯酚的稀水溶液可直接用作防腐剂和消毒剂。

参考文章