PROCESOS INDUSTRIALES PARA LA OBTENCIÓN DEL FENOL

PROCESOS INDUSTRIALES PARA LA OBTENCIÓN DEL FENOL

Fenol es el nombre específico del monohidroxibenceno, C6H5OH, y el nombre genérico de cualquier compuesto que contiene uno o varios hidroxilos (OH) unidos a un anillo aromático.

El fenol es un compuesto cristalino blanco, que se funde a 41ºC. en un líquido incoloro, que hierve a 182ºC. Tiene un olor característico, ataca la piel humana y es un veneno muy potente. Encuentra su uso principal en la fabricación de resinas fenólicas por combinación con formaldehído.

Es importante su uso como intermedio en la fabricación de medicamentos, colorantes, hormonas vegetales, etc.

El fenol fue aislado del alquitrán de hulla en 1834 por Runge, quien le dio el nombre de "ácido carbólico", nombre que todavía se usa alguna que otra vez.

Laurent lo obtuvo en forma cristalina en 1841, determinó su composición y le llamó "ácido fenólico". El nombre de "fenol" fue introducido por Gerhardt. Antes de 1888, casi todo el fenol se obtenía del alquitrán de hulla, y su principal uso era como desinfectante. En la última década del siglo XIX, el derivado trinitro del fenol (ácido pícrico) adquirió importancia como explosivo. Después de la primera Guerra Mundial adquirió mucha importancia el uso del fenol en resinas fenólicas y la producción natural del fenol fue reemplazada por la síntesis. Los Estados Unidos se convirtieronen el productor más importante. En 1952, 85% de la producción mundial de fenol seobtenía por procedimientos sintéticos, y en los Estados Unidos se fabricó 75% del fenol total.

FUENTES Y FABRICACION

El fenol se forma en la descomposición de muchos compuestos oxigenados.

Se encuentra entre los productos de la descomposición natural de la proteínas y entre los productos de la descomposición térmica de la hulla, la madera y los esquistos bituminosos. Muchos aceites del cracking del petróleo contienen fenol, y en la producción de aceites por hidrogenación del la hulla se forma fenol en cantidad considerable. La descomposición de las cadenas laterales de un fenol sustituido (por ejemplo Cresol, CH3C6H4OH) bajo la influencia del hidrógeno da fenol.

La acción de la mayoría de las sustancias oxidantes sobre el benceno puede dirigirse para formar fenol. Algunos hidroperóxidos se descomponen casi cuantitativamente con formación del fenol y un compuesto de carbonilo. El hidroperóxido de cumeno da fenol y acetona según la ecuación:

La hidrólisis de bencenos sustituidos negativamente, como bencenos halogenados, ácido bencenosulfónicos, etc., forma fenol. La descomposición de compuestos diazoicos es un método muy empleado en los laboratorios para preparar fenoles sustituidos. Se han descrito otras muchas reacciones para la preparación del fenol.

La mayoría de las fuentes de fenol anteriormente enumeradas han sido sugeridas como métodos para la producción industrial de fenol, pero hoy casi todo el fenol producido se obtiene por descomposición térmica de sustancias orgánicas más complejas o por hidroxilación del benceno.

DESCOMPOSICION TERMICA DE SUSTANCIAS ORGANICAS

El fenol preparado por este método se llama a menudo fenol "natural", por contraste con el fenol "sintético" , preparado por otros procedimientos. Se forma como subproducto en la coquificación de la hulla, la destilación de esquistos bituminosos y la fabricación de carbón vegetal. El fenol procedente del petróleo y el fenol formado por descomposición térmica o hidrogenación de la lignina pertenecen

también a este grupo. Puesto que el fenol es un producto de esas descomposiciones, el problema de su fabricación es esencialmente de extracción y purificación. El procedimiento ordinario, tal como se aplica al alquitrán de hulla, consiste en: concentrar el fenol por destilación fraccionada; separara sustancias neutras y básicas por extracción con

solución de hidróxido de sodio (que transforma el fenol en el fenolato sódico, soluble en agua); regenerar el fenol del fenolato de sodio por acidificación y purificarlo por destilación y cristalización.

La cantidad de fenol obtenido de fuentes naturales no es muy importante en los Estados Unidos. Sin embargo, en Europa, la extracción del fenol del alquitrán, aguas de lavado del gas de alumbrado, etc., proporciona un porcentaje considerable

de la producción total del fenol. Las fuentes naturales de fenol adquirirán probablemente más importancia en los Estados Unidos, en especial la hidrogenación de la hulla para producir combustibles sintéticos líquidos, la utilización de los aceites petrólicos sulfurosos, la destilación de los esquistos bituminosos y la recuperación mejorada del fenol obtenido como subproducto en la carbonización de la hulla. Una planta para la producción en gran escala de combustible sintético por

hidrogenación de la hulla produciría cantidades muy grandes de fenoles y otros subproductos. En vista de este posible aumento en la importancia, vamos a describir brevemente un método continuo para extraer fenol de alquitrán y aguas de lavado del gas de hulla.

Alquitrán: De la destilación continua o intermitente del alquitrán se separa una fracción que hierve entre 150 y 230ºC. Según el origen del alquitrán, esta fracción contiene entre 10 y 30% de ácidos del alquitrán y menos del 1% de bases del alquitrán. En la Figura 1 se ilustra una instalación para el tratamiento continuo de 3 200 Kg por hora de una fracción de este tipo. La columna A es una columna de extracción, de acero, de 1.35 m de diámetro, rellena de 25 pies de anillos Rasching

de acero, de 1 pulgada. Por la parte inferior de la columna en 1, entran

aproximadamente 3 200 Kg por hora de la fracción citada, que contiene

aproximadamente 15% de ácidos del alquitrán, y se calientan a unos 100ºC.

Por la parte superior de la columna en 2, entran aproximadamente 2 200 Kg por hora de una solución de 10% de hidróxido de sodio, también a una temperatura próxima a 100ºC. El cáustico extrae el ácido en un paso continuo en contracorriente. El aceite sale de la columna 3 y pasa a la extracción con ácido para recuperar las bases de alquitrán. El extracto alcalino, que consiste principalmente en las sales de sodio del fenol, cresoles y xilenoles, rebosa por 4 para entrar en la columna B, de acero, de un diámetro aproximado de 90 cm, que contiene 25 pies de anillos Rasching de acero, de 1 pulgada. Por el fondo de la columna en 5 se insuflan aproximadamente 230 Kg de vapor por hora. El vapor expulsa de la columna los hidrocarburos y las bases residuales. Los vapores son condensados en 6 y después se llevan a la extracción con ácido. El extracto alcalino se bombea hasta la parte superior de la columna C, donde los ácidos son puestos en libertad de sus sales de sodio por la acción de 280 m3 por hora de gases de horno de cal, que contienen aproximadamente 30% de CO2; los gases entran por 7 y salen de la columna de bicarbonato, D. Los productos en el fondo de C se separan en dos fases: una capa acuosa de solución de

carbonato de sodio, que contiene aproximadamente 12% de Na2CO3, saturada con ácidos libres del alquitrán, y una capa orgánica que contiene los ácidos libres del alquitrán, agua y algún fenolato de sodio. Las fases se separan en 8. La capa orgánica pasa por 9 a la parte superior de la columna de bicarbonato, D, donde encuentra el gas del horno de cal, que entra por 10. El gran exceso de dióxido de carbono pone en libertad los ácidos y forma bicarbonato de sodio, que en parte se precipita como sólido. La lechada que sale por el fondo de D se bombea a un separador 11, desde el cual los ácidos libres pasan a un sistema de destilación continua, que los separa unos de otros, mientras que la lechada acuosa vuelve a la planta de causticación. La cantidad de gases de horno de cal que entra por 10 se controla de modo que queden sin convertir algunas unidades por ciento del fenolato de sodio en el líquido que sale de la columna C, porque de lo contrario la precipitación de cristales de bicarbonato en C produciría dificultades. La solución de

carbonato procedente de 8 es causticada con cal. La presencia de ácidos de alquitrán en la solución de carbonato no estorba a la reacción de causticación, y si el lodo de carbonato de calcio se lava correctamente, no produce pérdida importante de ácidos del alquitrán.

Agua de Lavado. Se han sugerido muchos métodos para recuperar el fenol de las aguas de lavado y otras aguas de las industrias de la fabricación de coque ymde purificación del petróleo. Se han usado la extracción con disolventes, la destilación con vapor y otros métodos. Los métodos

...