Una volta ottenuto il cumene lo stadio successivo è il passaggio all’idroperossido, che avviene attraverso due stadi; un primo stadio di generazione dell’idroperossido fino ad una certa concentrazione, e poi la concentrazione sino a valori più elevati nel secondo stadio, precedente alla scissione in ambiente acido. Nel primo stadio il cumene è combinato con aria per ottenere l’idroperossido (vedi foglio 1).

Il cumene non reagito viene riciclato al reattore di ossidazione. Tale ossidazione non è catalitica; in fase liquida si invia aria e si generano così radicali che innescano la reazione di formazione dell’idroperossido. La reazione è auto catalitica, cioè maggiore è la concentrazione dell’idroperossido, più veloce è la funzione dell’idroperossido stesso.

L’ossidazione è estremamente lenta alla partenza e durante il periodo di induzione la concentrazione dell’ossigeno assorbito aumenta solo gradualmente.

In tali condizioni si ottengono concentrazioni del 35-50% di idroperossido nel reattore di ossidazione in quanto ci sono anche reazioni secondarie. Occorre raggiungere una concentrazione ottimale di idroperossido per controllare non solo la velocità della reazione ma anche la formazione di sottoprodotti. In pratica i tempi di residenza del reattore di ossidazione sono limitati per dare in uscita una concentrazione di idroperossido del 25% in peso. Vi sono quasi sempre però piccole concentrazioni di impurezza nei reagenti stessi, che possono limitare la resa.

I progressi moderni generalmente impiegano ossidazione in fase omogenea alla T di 85-90˚C; la corrente liquida che fuoriesce dal reattore contiene solo il 20-25% di idroperossido di cumene e restante cumene non reagito. Generalmente è più economico concentrare l’idroperossido in un altro stadio fino al 75-80% e riciclare il cumene non convertito al reattore di ossidazione.

La corrente viene dunque inviata ad uno stadio acido in presenza di un catalizzatore del tipo acido solforico e si ottiene (vedi foglio 2).

Oltre a fenolo ed acetone ritroviamo una serie di sottoprodotti come (acetofenone) e alcuni di questi vengono trattati per essere ritrasformati in prodotti utili come il cumene stesso. Prima di separare acetone e fenolo, la miscela acida deve essere trattata per neutralizzarla, aggiungendo, ad esempio, idrossido di sodio, carbonato di sodio o altre soluzioni arrivando così ad un prodotto facilmente separabile del resto.

Si operano poi tutta una serie di separazioni per recuperare i prodotti principali.

In Giappone è stato brevettato uno schema di riciclo per convertire l’acetone in idroperossido di cumene e rimetterlo in ciclo per produrre propilene. L’acetone prodotto idrogenato per produrre acido isopropileico che è disidratato per produrre propilene. Il propilene grezzo viene trattato e riciclato al processo (vedi foglio 3).

La soluzione più recente è quella di produrre fenolo via N₂O.

L’N₂O può essere prodotto per decomposizione del nitrato di ammonito o a partire da ammoniaca e acido nitrico (vedi foglio 4).

La soluzione si basa su un catalizzatore a base di ossido di manganese e ossido di bismuto si supporto di alluminia; si opera tra i 300-350˚C, conversioni 35-99%.

L’idea di partenza nasce nel 1983 quando si ritrovò sperimentalmente che l’uso di N2O per l’idrossidazione del benzene a fenolo dava una conversione del 10% e una selettività del 70 % a fenolo. Sulla scia di ciò sono stati testati altri catalizzatori che però segnalavano problemi di rapida disattivazione da coke. Le più recenti formulazioni del catalizzatore hanno introdotto una certa percentuale di ferro per modificare le zeoliti.

Le soluzioni prevedono l’adozione di un reattore tubolare con un altro rapporto superficie-volume oppure reattori a letto fluidizzato o a letto mobile. Le condizioni impiegate prevedono un eccesso di benzene, che deve essere riciclato.

Lo schema d’impianto prevede un reattore a letto mobile: il catalizzatore fluisce verticalmente per gravità giù attraverso il reattore mentre il gas reagente fluisce radialmente attraverso l’anulus. La reazione è isotermica quindi la T aumenta man mano che il gas finisce. Il catalizzatore accumula coke e viene continuamente estratto dal fondo del primo reattore e inviato ad un reattore di rigenerazione, sempre a letto mobile.

Un confronto economico tra i vari processi porta a concludere che il processo convenzionale che produce acetone è il più conveniente a meno che non si abbia l▫N2O disponibile  e se si ricicla l▫acetone producendo il propilene conviene ancor più.