2-izopropilnaftalinhidroperoksitten 2-naftol ve aseton üretim prosesinin geliştirilmesi

Abstract

2-Naftol ve aseton üretimi için konvansiyonel eritiş prosesine alternatif olarak geliştirilen yeni proses, izopropilnaftalinin (IPN) üretildiği alkilasyon, 2-izopropünaftalinhidroperoksitin (2- IPNHP) üretildiği oksidasyon ve 2-naftol ile asetonun üretildiği parçalanma tepkimeleri olmak üzere üç alt proses, 1-IPN'in 2-IPN'e dönüştürüldüğü izomerizasyon ara prosesi ve ayırma ünitelerinden oluşmaktadır. 2-Naftol ve aseton üretim prosesinin geliştirilmesinin amaçlandığı araştırmanın birinci aşamasında, naftalinin propilenle alkilasyon tepkimesi sonucu üretilen IPN izomer karışımı, katalitik izomerizasyon tepkimesi ile 2-IPN'e dönüştürüldükten ve ikinci aşamada 2-IPNHP'e oksitlenerek yeterli girdi sağlandıktan sonra üçüncü aşamada parçalanma prosesinin geliştirilmesi için çalışılmıştır. Bu çalışmalara paralel olarak alkilasyon prosesinde yan ürün olarak oluşan diizopropilnaftalinin (DIPN) 2-IPN'e transalkilasyonuna naftalin/DIPN mol oranı, katalizör kesri, sıcaklık gibi parametrelerin etkileri araştırılmıştır. Oksidasyon prosesinde ise başlatıcı katalizör etkilerinin incelenmesi yanında, alkali katalizör varlığında 2-IPN oksidasyonu için önerilen mekanizmanın doğrulanmasına yönelik de çalışılmış ve doğruluğu gösterilmiştir. Parçalanma tepkimesi ile istenen ürün 2-naftol ve aseton yanında aynı zamanda oksidasyon tepkime yan ürünü olan dimetil 2-naftil karbinol (DMNK), asetonafton (AN), izopropenilnaftalin (IPPN) ile parçalanma ürünleri üzerinden dinaftil eter ve mesil oksit gibi ürünler oluşabilmektedir. Radikal ve iyonik tepkimeleri içeren mekanizmalar ile parçalanabildi 2-IPNHP'den 2-naftol ve aseton oluşumu yalnızca asidik koşullarda iyonik tepkimeler ile gerçekleştiğinden öncelikle katalizör türü ve derişimi oksi ve hidro asitler ile, çözücü türü dielektrik sabiti yüksek ve düşük aprotik, protojenik ve amfiprotik çözücü grubundan seçilen sekiz farklı çözücü ile, girdi derişimi ve saflığı 2-IPNHP, DMNK ve AN derişimleri farklı girdiler ile 3- 40°C sıcaklık aralığında, nötür nükleofil H202 varlığında ve yokluğunda incelenmiş ve H202'li ortamda asetik asit çözücülüğünde, 0.114M HCI04 katalizör ve 1.036M 2-IPNHP başlangıç derişiminde, 22°C sıcaklıkta ve 1000 rpm karıştırma hızında; H202'siz ortamda ise IPN çözücülüğünde 0.1 17M HCI04 katalizör, 1.155M 2-IPNHP başlangıç derişiminde, 22°C sıcaklıkta ve 1000 rpm karıştırma hızında çalış belirlenmiştir. H202'li ve H202'siz ortamlarda 2-naftol verimi sırasıyla % 59 ve % 70 olarak belirlenmiştir. 2-Naftol ve aseton prosesinin termodinamik analizinin de yapıldığı çalışmada önemli proses koşullarında tepkime hız denklemlerinin oluşturulması, iyonik ve radikal tepkimeleri içeren bir mekanizmada parçalanma bir optimizasyon programıyla analizi ile ilgili çalışmalar da gerçekleştirilerek tepkime hız denklemleri ve tepkime yolizinin parameteler ile değişimi incelenmiştir.

The novel process developed alternatively to the conventional fusion process for 2-naphthol production incorporates alkylation, oxidation and decomposition sub-processes and isomerization intermediate-process in which isopropylnaphthalene (IPN), 2-isopropylnaphthalenehydroperoxide (2-IPNHP), 2-naphthol+acetone, and 2-IPN are produced, respectively. The objective of this research is to develop the 2-naphthol and acetone production process. In the first stage of the study, IPN isomer mixture, that was produced by the alkylation reaction between naphthalene and propene, was converted to 2-IPN by liquid-liquid/catalytic isomerization reaction. Secondly, 2-IPN was oxidized to 2-IPNHP and lastly 2-IPNHP was decomposed into 2-naphthol and acetone in the decomposition sub-process. The effects of temperature, naphthalcne/diisopropyl-naphthalene (DIPN) mole ratio and catalyst mole fraction were investigated on the transalkylation of DIPN which is formed as a by-product in the alkylation process. In the oxidation sub-process, the effect of initiator-catalysts was investigated and the validation of the proposed mechanism for 2-IPN oxidation in the presence of alkali catalyst was shown. In the decomposition sub-process, besides 2- naphthol and acetone some by-products such as dimethyl 2-naphthylcarbinol (DMNC), acetonaphthone (AN), isopropenylnaphthalene (IPPN), -which are also the by-products of oxidation reaction- dinapthylether and mesityl oxide formed. Decomposition of 2-IPNHP can occur through either radical or ionic reactions depending on the reaction conditions, but 2-naphthol is the product that is produced through ionic reaction in the acidic medium. Therefore, the effect of catalyst type and concentration on 2-IPNHP decomposition reaction was investigated by oxy- and hydro-acids. The effect of solvent type on 2-IPNHP decomposition was studied by eight solvents selected among aprotic, protogenic and amphiprotic solvents which have different dielectric constant. The effects of initial 2-IPNHP concentration and reactant purity on the decomposition reaction was investigated at 3-40°C temperature range in the presence and absence of neutral nucleofile reagent H202. It was found that the decomposition reaction should be carried out at 22°C temperature and 1000 rpm agitation rate with 1.036M 2-IPNHP initial concentration and 0.1 14M HCI04 catalyst concentration in acetic acid solvent in the presence of H202. However, in the absence of H202 the decomposition should be carried out at the same temperature and agitation rate values with 1.155M 2-IPNHP initial concentration and 0.117M HCIO4 catalyst concentration in the presence of IPN solvent. In the presence and absence of H202 the 2-naphthol yields were 59% and 70%, respectively. Besides, 2-naphthol and acetone production process was studied thermodynamically, the reaction rate equations were developed to evaluate the reaction parameters. Finally, the mechanism that contains radical and ionic reactions were analyzed by an optimization program.