合成2,5-呋喃二甲酸的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及化工合成技术领域，具体涉及一种合成2,5

【技术实现步骤摘要】
合成2,5
‑
呋喃二甲酸的方法和装置


[0001]本专利技术涉及化工合成
，具体涉及一种合成2,5
‑
呋喃二甲酸的方法和装置。

技术介绍

[0002]随着全球化石资源的枯竭，对使用可再生、可持续替代品来生产燃料和化学品的需求不断增加。生物质能资源分布广泛储量大，且具有价格低廉、清洁可再生的特点，因此，生物质被公认为是最有前途的化石资源的替代品。作为生物质和生物基化学品的桥梁，5
‑
羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的平台化合物，广泛应用于制造多种化学品和替代油品，被美国能源部列为十项最具有经济价值的生物基化学品之一。HMF氧化后生成2,5
‑
呋喃二甲酸(FDCA)，FDCA为呋喃的衍生物，其分子中含有两个羧基和一个呋喃环，结构非常稳定。FDCA可以作为石油化学衍生物对苯二甲酸(PTA)的替代品，用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEF)，进而应用于包装材料、饮料瓶、薄膜、纤维等的生产中，具有巨大的市场潜力。因此，开发2,5
‑
呋喃二甲酸的高效合成方法具有重要的科学研究意义和工业应用价值。
[0003]目前，HMF氧化至FDCA大都采用间歇釜式反应器。例如：CN106565647A公开了一种在高压反应釜中以铈基复合氧化物为催化剂制备FDCA的方法，该方法在氧气压力3MPa，反应温度150℃的条件下反应12h后，得到收率为86.7％的FDCA；CN109046349A公开了一种在搅拌釜式反应器中以单原子钯为催化剂制备FDCA的方法，该方法中氧气以25mL/min的流速连续通入搅拌釜中，在反应温度110℃，反应5h后，得到收率为94.2％的FDCA；CN110102350A公开了一种在搅拌釜式反应器中以Cu
‑
MnO2@PDVA为催化剂进行HMF氧化制备FDCA的方法，该方法在温度为60
‑
120℃的条件下，以叔丁基过氧化氢为氧化剂，常压下反应4
‑
24h后，得到FDCA的收率最高可达94.2％。
[0004]但是，由于传统搅拌釜传质效率低下，该多相氧化反应的宏观动力学为传质控制，导致该反应过程效率低下。
[0005]CN109970691A公开了一种利用微通道反应装置连续制备2,5
‑
呋喃二甲酸的方法，该方法使用微通道反应器实现HMF氧化过程，该方法使用均相催化剂和次氯酸钠为氧化剂，所有反应物和氧化剂均在液相中，即该方法使用均相催化的方法实现HMF氧化至FDCA。但该方法不利于均相催化剂和产物分离，且制得产物的收率较低；此外，该微通道反应器无法解决气液的分散和维持问题，所以无法采用非均相催化剂。
[0006]因此，亟需一种新的合成2,5
‑
呋喃二甲酸的方法和装置。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术2,5
‑
呋喃二甲酸的制备方法中存在反应器传质速率慢、反应效率低、产物和催化剂难分离、以及安全性能差等问题，提供一种新的合成2,5呋喃二甲酸的方法和装置，该方法在微反应器体系中进行，并结合非均相催化剂，有效提高了微反应器传质速率和产物的选择性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种合成2,5
‑
呋喃二甲酸的方法，该方法在含有依次连通的微型混合器和微型填充反应器的微反应器体系中实施，所述微型填充反应器填充有非均相催化剂；
[0009]该方法包括：
[0010](1)将5
‑
羟甲基糠醛溶液和含氧气体引入至所述微型混合器中进行气液混合，得到气液混合物；
[0011](2)将所述气液混合物引入所述微型填充反应器中进行氧化反应，得到2,5
‑
呋喃二甲酸；
[0012]其中，所述气液混合物在所述微型填充反应器中的停留时间为0.1
‑
1000s。
[0013]本专利技术第二方面提供一种合成2,5
‑
呋喃二甲酸的装置，该装置包括：含有依次连通的微型混合器和微型填充反应器的微反应器体系；
[0014]其中，所述微型填充反应器装填有非均相催化剂；
[0015]所述微型混合器用于将5
‑
羟甲基糠醛溶液和含氧气体进行气液混合，得到气液混合物；
[0016]所述微型填充反应器用于将所述气液混合物与所述非均相催化剂接触并进行氧化反应，得到2,5
‑
呋喃二甲酸。
[0017]相比现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0018](1)本专利技术提供的合成2,5
‑
呋喃二甲酸的方法在含有依次连通的微型混合器和微型填充反应器的微反应器体系中实施，利用微反应器高效的传质性能，有效强化了该多相氧化反应过程中的气液和液固的传质，从而强化了多相氧化反应，显著提高了反应过程的时空收率(英文productivity，单位为mmol
·
g
‑1·
h
‑1，即单位反应时间单位质量催化剂得到产品FDCA的量)，例如，在本专利技术中，5
‑
羟甲基糠醛的转化率高达100％，2,5
‑
呋喃二甲酸的选择性和收率均高达99％；
[0019](2)本专利技术提供的方法中采用非均相催化剂，避免了均相催化剂与产品的分离以及循环困难的问题，实现了微反应器体系的连续生产，便于工业化生产设计；
[0020](3)本专利技术提供的装置中采用小尺寸和小体积的微型混合器和微型填充反应器，可以提供更高的表面积体积比，在多相反应的过程中提供更高的传质效率，大大缩短了反应时间；同时，提高了微反应器体系的安全性能，便于表征和评价非均相催化剂的性能。
附图说明
[0021]图1是本专利技术提供的一种合成2,5
‑
呋喃二甲酸的装置示意图；
[0022]图2是本专利技术提供的一种微型混合器的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术提供的一种微型填充反应器的结构示意图。
[0024]附图标记说明
[0025]I、微型混合器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
II、微型填充反应器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
III、气液分离罐
[0026]IV、尾气处理装置
ꢀꢀꢀꢀ
I
‑
1、5
‑
羟甲基糠醛溶液入口
ꢀꢀ
I
‑
2、含氧气体入口
[0027]I
‑
3、气液混合物出口 II
‑
1、气液混合物入口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
II
‑
2、氧化反应产物出口
[0028]1、5
‑
羟甲基糠醛溶液 2、含氧气体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3、气液混合物
[0029]4、非均相催化剂
ꢀꢀꢀꢀꢀ
5、氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合成2,5
‑
呋喃二甲酸的方法，其特征在于，该方法在含有依次连通的微型混合器和微型填充反应器的微反应器体系中实施，所述微型填充反应器填充有非均相催化剂；该方法包括：(1)将5
‑
羟甲基糠醛溶液和含氧气体引入至所述微型混合器中进行气液混合，得到气液混合物；(2)将所述气液混合物引入所述微型填充反应器中进行氧化反应，得到2,5
‑
呋喃二甲酸；其中，所述气液混合物在所述微型填充反应器中的停留时间为0.1
‑
1000s。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微型混合器选自T型混合器和/或Y型混合器，优选为T型混合器；优选地，所述微型混合器设置有5
‑
羟甲基糠醛溶液入口、含氧气体入口和气液混合物出口。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述微型填充反应器中非均相催化剂的填充量为5
‑
70体积％，优选为50
‑
70体积％；优选地，所述微型填充反应器的内径与非均相催化剂的平均直径比为10
‑
20：1，优选为10
‑
15：1；优选地，所述微型填充反应器的高度与内径的比值为10
‑
100：1，优选为30
‑
50：1。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其中，所述非均相催化剂的平均直径为50
‑
1000μm，优选为100
‑
150μm，更优选为75
‑
150μm；优选地，所述非均相催化剂为负载型催化剂，且所述负载型催化剂包括活性组分和载体；优选地，以所述非均相催化剂的总重量为基准，所述活性组分的含量为0.1
‑
10wt％，优选为3
‑
6wt％；所述载体的含量为90
‑
99.9wt％，优选为94
‑
97wt％；优选地，所述活性组分选自铂、钯和金中的至少一种，所述载体选自碳和/或二氧化铈。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的方法，其中，所述5
‑
羟甲基糠醛溶液中，5
‑
羟甲基糠醛的浓度为0.1
‑
30wt％，优选为0.5
‑
10wt％；优选地，所述5
‑
羟甲基糠醛溶液中，可溶性碱的浓度为0
‑
50wt％，优选为1.5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓津，申春，黄涛，朱振兴，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：