Entwicklung eines mikrostrukturierten Membranreaktors zur Direkt-Hydroxylierung von Aromaten mit Gasphase-Sauerstoff

Phenol ist eine weit verbreitete Basichemikalie. Es dient u.a. als Ausgangstoff für Phenolharze, die in der Sperrholzherstellung, in der Baustoffindustrie und im Automobilbau vielfältigen Einsatz finden.

Über 90% der heutigen weltweiten Phenolproduktion gehen auf das Hock-Verfahren zurück, ein dreistufiges Verfahren zur Umsetzung von Benzol und Propen zu Phenol und Aceton als Koppelprodukt, das über Cumol (Isopropylbenzol) als Zwischenprodukt verläuft und daher auch als "Cumol-Verfahren" bekannt ist. Die einzelnen Prozessstufen sind:

• Alkylierung von Benzol mit Propen zu Cumol in der Gasphase an Zeolithen oder anderen sauren Katalysatoren wie z.B. Phosphorsäure oder Aluminiumtrichlorid
• Oxidation von Cumol mit Luftsauerstoff zu Cumolhydroperoxid
• saure Hydrolyse von Cumolhydroperoxid zu Phenol und Aceton

Das Phenol wird durch Destillation aus dem Produktgemisch gewonnen.

Das Hock-Verfahren dominiert zwar die industrielle Phenolherstellung, es besitzt jedoch gravierende Nachteile: Das Auftreten explosionsfähiger Gemische, geringe Raum-Zeit-Ausbeuten, der hohe Energiebedarf und insbesondere der Zwangsanfall von Aceton haben intensive Anstrengungen zur Entwicklung von Direktoxidationsverfahren ausgelöst. Allerdings bewirkt der Einsatz von molekularem Sauerstoff an verschiedenen Katalysatorsystemen in der Gas- und Flüssigphase überwiegend eine Spaltung des aromatischen Rings. Man setzt daher auf Oxidationsmittel, die mit Hilfe eines Katalysators Peroxo- oder elektrophile Monosauerstoffspezies bereitstellen können.

In unserem Vorhaben wird die Direkthydroxylierung von Benzol in der Gasphase mit reaktiven OH-Spezies (bzw. Wasserstoffperoxid) durchgeführt, die an der Oberfläche einer porenfreien Membran aus einer geeigneten Palladiumlegierung durch Reaktion von durch die Membran transportierten Wasserstoffatomen mit molekularem Sauerstoff aus der Gasphase in situ gebildet werden (s. Abb. 1). 

Abb. 1. Prinzip der Benzol-Direkthydroxylierung an einer Palladiummembran durch in situ gebildete reaktive OH-Spezies.

ausführliche Projektbeschreibung (pdf)