Способ получения мезитилена

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к промышленности органического синтеза и нефтехимии, и может быть использовано в процессах химической переработки ацетона.

Известны способы получения мезитилена (1,3,5-триметилбензола) путём конденсации ацетона при повышенных температурах и давлении, однако они подразумевают применение гомогенных или гетерогенных катализаторов. В качестве катализаторов используются серная и соляная кислоты, алюмосиликаты и др.

Известен способ получения мезитилена, согласно которому ацетон обрабатывают при температуре 204–426°С и давлении, не превышающем 67 атм (ацетон находится в газообразном состоянии) в присутствии в качестве катализатора оксидов хрома, бора и алюминия. Выход мезитилена достигает 24% (US Patent 3301912. 1967 г.).

Недостатками этого способа следует признать использование катализатора, низкий выход мезитилена.

Известен способ получения мезитилена, согласно которому ацетон обрабатывают в автоклаве при температуре 200°С и давлении, не превышающем 100 атм (ацетон находится в газообразном состоянии) в присутствии газообразного хлороводорода. Выход мезитилена не превышает 35% при селективности по ацетону не выше 31% (US Patent 3413372. 1968 г.).

Недостатками этого способа следует признать использование катализатора, низкий выход мезитилена.

Известен способ получения мезитилена путём каталитического окисления паров ацетона на катализаторе, представляющем собой активированные оксиды щелочноземельных металлов [Sliepcevich A., Moscatelli D., Gelosa S. Kinetic study of the polycondensation of acetone to produce isophorone adopting alumina and magnesia as catalyst; ICHEAP-8; Ischia 24-27 June 2007]. Конденсацию проводят в проточном реакторе при температурах 200–500°С и давлении до 170 атм. Ацетон находится в газообразном состоянии. Среди продуктов реакции выделяют следующие: оксид мезитилена, мезитилен, форон, изофороны. Выход мезитилена не превышает 35%, основными продуктами является мезитилоксид (выход до 9%) и изофороны (выход до 8%).

Недостатком данного способа следует признать низкий выход мезитилена при необходимости использования катализаторов.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения можно признать способ получения мезитилена, согласно которому ацетон обрабатывают в автоклаве при температуре 80–175°С и давлении, не превышающем 80 атм (ацетон находится в газообразном состоянии) в присутствии соляной кислоты, играющей роль катализатора. Выход мезитилена не превышает 31% (US Patent 3201485. 1965 г.). Данное решение принято за прототип.

Недостатками этого способа следует признать использование катализатора и низкий выход мезитилена.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении выхода мезитилена при проведении конденсации ацетона при отказе от использования катализаторов.

Это достигается тем, что конденсацию ацетона проводят при повышенной температуре под давлением, причём ацетон находится в состоянии сверхкритического флюида.

Способ осуществляется следующим образом. Ацетон, помещённый в автоклав высокого давления, переводится в состояние сверхкритического флюида и выдерживается в данном состоянии в течение заданного временного интервала при постоянном перемешивании. Избыточное давление создаётся самим реагентом и является термодинамически равновесным. Плотность флюида составляет не менее 5 моль/л. Температура и развиваемое в системе давление находятся в интервалах 350-450^°С и 160–550 атм. Временной интервал составляет 60–480 минут. Реакционная смесь выгружается из автоклава после охлаждения.

Конкретные условия реализации способа (плотность флюида, давление, температура, временные режимы) могут варьироваться.

Выход продуктов реакции определяли методом газовой хроматографии. Выделение мезитилена из реакционной среды проводится методом дистилляции, традиционно использующимся в нефтехимических производствах.

Примеры, подтверждающие возможность получения мезитилена по предлагаемому методу приведены в таблице 1.

Из приведённых примеров следует, что данный способ обеспечивает выход мезитилена до 62,4% от теоретического.

Из этих же примеров видно, что по предлагаемому способу возможно получение форона, как сопутствующего продукта конденсации с выходом до 18,6% и мезитиленоксида, с выходом до 10,8%.

Для реализации способа может быть использовано стандартное оборудование для проведения химических процессов при высоком давлении.

Способ является экологически безопасным, т. к. не предполагает применения гомогенных кислотных либо основных катализаторов, что приводит к отсутствию необходимости их регенерации. Кроме того, при реализации процесса, не образуется токсичных или трудно утилизируемых отходов или побочных продуктов.

Способ может быть использован для получения мезитилена как в лабораторной практике, так и в промышленности и пригоден и для периодических, и для непрерывных технологических схем.