CN101967133B - 一种糠醛脱羰制呋喃工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种糠醛脱羰制呋喃工艺,包括以下步骤:糠醛精制、糠醛气化、脱羰、呋喃冷凝收集、尾气回收、呋喃精制。本发明不产生环境污染,呋喃选择性高,收率高,纯度高。

Description

一种糠醛脱羰制呋喃工艺
技术领域
本发明涉及一种呋喃制备工艺,特别涉及一种糠醛脱羰制呋喃工艺。
背景技术
呋喃是化工领域一种重要的中间体,广泛用于众多有机物合成和药物生产,也可用来制取吡咯、噻吩、四氢呋喃等。
现有技术中,呋喃的生产工艺主要有糠酸脱羧法、糠醛氧化法、丁二烯或巴豆醛催化氧化法和糠醛脱羰法。糠醛氧化法因催化剂活性低且毒性大已被淘汰;丁二烯或巴豆醛催化氧化法因反应转化率及呋喃选择性低而难以工业化;糠酸脱羧法是最早工业化的方法,但脱羧过程用水量大(过量5倍),反应温度高(450℃左右),污水量大,催化剂失活快(4~6小时),副反应多,呋喃收率低,已逐渐被淘汰。
糠醛脱羰法制呋喃是最古老的方法,1932年Hurds等(HurdsC D,Goldby A R,Osborne E n. Furan reactions Ⅱ furan from furfulral[J].J Am Chem Soc,1932,54:2532)最先对糠醛脱羰反应进行了报道,之后多国学者对糠醛脱羰制呋喃进行了研究。
糠醛脱羰反应原理如下:
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糠醛脱羰制呋喃的方法分为液相脱羰法和气相脱羰法,液相脱羰因催化剂的稳定性欠佳,易于失活,目前逐渐被淘汰。气相法脱羰具有形式简单、连续操作、处理量大、催化剂用量少、催化剂失活慢且可再生等优点成为目前工业上糠醛脱羰制呋喃的主要方法。
目前,国内糠醛脱羰制呋喃工艺仍普遍采用Zn-Cr-Mn氧化物催化剂脱羰工艺,该工艺包括糠醛气化、气相催化脱羰、呋喃冷凝收集等步骤。由于该工艺过程脱羰反应是在水蒸汽中于400℃下脱羰制得呋喃,使用水蒸汽和含Cr的催化剂会带来废水和重金属Cr的污染,并且氧化物催化剂稳定性欠佳,呋喃选择性低,收率低。
申请号为00132855.7的中国专利申请公开了一种糠醛气相脱羰生产呋喃用高效负载型贵金属催化剂,以Al2O3-TiO2复合氧化物为载体,含Pt0.4~0.7%重量,同时含K2O或Cs2O或MgO或CaO或BaO,其含量为0.5~2.0%重量。该催化剂在常压下、280℃,糠醛空速为0.9h-1(体积空速),糠醛与氢气摩尔比为0.5~2.0条件下,转化率可达80~97%,选择性达85~92%。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中呋喃选择性低,收率低污染严重的不足,提供一种糠醛脱羰制呋喃工艺。该制备工艺不产生环境污染,呋喃选择性高,收率高,纯度高。
为实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种糠醛脱羰制呋喃工艺,包括以下步骤:
A、糠醛精制:原料粗糠醛经碱溶液中和后送入糠醛精制塔,经真空蒸馏处理除去杂质;
B、糠醛气化:将步骤A得到的精制糠醛与氢气按照摩尔比1:0.5~8混合后送入汽化器气化;
C、脱羰:将步骤B得到的气态混合物送入预热器预热到200~400℃,预热后的气体送入脱羰反应器在200~400℃温度,糠醛液体体积空速为0.5~4h-1,常压下进行催化脱羰反应;
D、呋喃冷凝收集:将步骤C得到的气态混合物送入冷凝蒸出塔分离,分离所得液相送入糠醛精制塔精制,分离所得气相经两级冷凝器在-20~-30℃温度下冷凝后气液分离,液相得到呋喃产品;
E、尾气回收:将步骤D中-20~-30℃温度下气液分离得到的气相送入尾气吸收塔,在-20~-30℃温度下经吸收剂吸收,吸收后的饱和液通过解析分离,得到吸收剂和呋喃产品;
作为优选方式,所述步骤E中,将步骤D和E中所得的呋喃产品送入呋喃精制塔,在常压、30~40℃温度下进行精馏收集,得到精制呋喃产品。
作为优选方式,所述步骤A中,碱溶液选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种,碱溶液浓度为1~20%。
作为优选方式,所述步骤B中,精制糠醛与氢气的摩尔比为1:1~4。
作为优选方式,所述步骤C中,预热温度为250~350℃。
作为优选方式,所述步骤C中,脱羰温度为250~350℃。
作为优选方式,所述步骤C中,糠醛液体体积空速为1~2h-1
作为优选方式,所述步骤E中,吸收剂选自糠醛、苯、甲苯或二甲苯中的一种。
进一步优选,所述吸收剂为糠醛或二甲苯。
本发明原料粗糠醛先采用碱液中和,粗糠醛一般由农作物废料与浓硫酸水解制得,因此粗糠醛呈酸性,这样的原料糠醛在脱羰过程中会增加催化剂的酸中心数,强化催化剂的异构化能力,导致呋喃选择性下降。加碱液中和可以使原料糠醛处于中性或偏碱性,延长催化剂的单程使用寿命,催化剂可以通过再生长期使用,提高呋喃选择性。
本发明采用真空蒸馏除去糠醛中的杂质,在真空下可大幅降低蒸馏温度,从而避免糠醛在精馏过程中发生聚合,减少原料损失,强化操作的可控性。本发明中需要通入一定量的H2,H2本身并不参与反应,但H2在脱羰反应中起到两方面作用:一是作为载气运送反应物和产物;二是对催化剂的活性中心起清洁保护作用。
常压下糠醛和呋喃的沸点分别为161℃和31℃,脱羰反应后通过冷凝蒸出塔在40~150℃即可分离未反应的糠醛和呋喃。经冷凝分离后的气体包括H2、CO和少量的呋喃,为减少呋喃损失,本发明采用吸收剂在低温下对尾气进行吸收,尾气中的呋喃通过低温吸收后可绝大部分回收,提高呋喃收率,尾气中的氢气和一氧化碳通过变压吸附分离,氢气作为原料循环使用,一氧化碳可收集销售或用作生产其它产品的原料。
本发明的呋喃产品纯度在98%以上,含有少量杂质,为提高呋喃纯度,将呋喃产品送至呋喃精制塔精馏收集,再经两级冷凝后得到纯度大于99.9%的呋喃产品,产品纯度高。
本发明中除原料糠醛精馏采用真空精馏外,其它各操作阶段的压力均为常压或微压,只要能克服床层阻力即可。本发明选用的催化剂为可实现糠醛脱羰的以Pd、Pt、Rh为活性组分的贵金属催化剂,采用浸渍法制备,不使用水蒸汽和含Cr的催化剂,没有环境污染。
本发明的有益效果在于:本发明不产生环境污染,呋喃选择性高,收率高,纯度高。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1 为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
实施例1:如图1所示,一种糠醛脱羰制呋喃工艺,包括以下步骤:
A、糠醛精制:100L原料粗糠醛经1%的NaOH溶液中和后送入糠醛精制塔,在绝压5KPa、70~80℃下真空蒸馏处理除去糠醛自聚物;
B、糠醛气化:将步骤A得到的精制糠醛送入糠醛中间罐,与氢气按照摩尔比1:1送入汽化器气化,气化温度180℃,常压;
C、脱羰:将步骤B得到的气态混合物送入预热器预热到250℃,预热后的气体送入脱羰反应器在250℃温度,糠醛液体体积空速为1h-1,常压下进行催化脱羰反应,催化剂为钯触媒催化剂(西南化工研究设计院生产CAN-561),该催化剂是在Al2O3载体上浸渍0.5~1.0%重量的Pd、1.0~2.0%重量的K2O或Cs2O的糠醛气相脱羰生产呋喃用催化剂,催化剂装填量为100L;
D、呋喃冷凝收集:将步骤C得到的气态混合物送入冷凝蒸出塔,塔釜操作温度110~130℃,塔釜残留未反应的糠醛返回到糠醛塔重新精制,从塔顶采出70~80℃温度段的混合气体再经两级冷凝器冷凝并进行气液分离,冷凝器温度-20~-30℃,气液分离器的液相呋喃产品送入呋喃中间罐;
E、尾气回收:将步骤D中-20~-30℃温度下气液分离得到的气相送入尾气吸收塔,在-20~-30℃温度下经糠醛吸收,吸收后的气相送入变压吸附系统,分离出一氧化碳和氢气,氢气作为原料重复使用,一氧化碳送至界外,吸收后的饱和液通过解析分离,解析温度为80℃,得到糠醛和呋喃产品;
F、呋喃精制:将步骤D和E中所得的呋喃产品送入呋喃精制塔,在常压、30~40℃温度下进行精馏收集,再经两级冷凝后得到纯度大于99.9%的呋喃产品,少量未冷凝的呋喃气体送至吸收塔回收其中的呋喃,呋喃总收率大于95%。
实施例2:如图1所示,一种糠醛脱羰制呋喃工艺,包括以下步骤:
A、糠醛精制:200L原料粗糠醛经2%的KOH溶液中和后,经计量泵送入糠醛精制塔,在绝压30KPa、115~125℃下真空蒸馏处理除去糠醛自聚物;
B、糠醛气化:将步骤A得到的精制糠醛送入糠醛中间罐,与氢气按照摩尔比1:4送入汽化器气化,气化温度250℃,常压;
C、脱羰:将步骤B得到的气态混合物送入预热器预热到350℃,预热后的气体送入脱羰反应器在350℃温度,糠醛液体体积空速为2h-1,常压下进行催化脱羰反应,催化剂为在Al2O3-TiO2载体上浸渍0.4~0.7%重量的Pt、0.5~2.0%重量的K2O或Cs2O或MgO或CaO或BaO的糠醛气相脱羰生产呋喃用催化剂,催化剂装填量为100L;
D、呋喃冷凝收集:将步骤C得到的气态混合物送入冷凝蒸出塔,塔釜操作温度110~130℃,塔釜残留未反应的糠醛返回到糠醛塔重新精制,从塔顶采出70~80℃温度段的混合气体再经两级冷凝器冷凝并进行气液分离,冷凝器温度-20~-30℃,气液分离器的液相呋喃产品送入呋喃中间罐;
E、尾气回收:将步骤D中-20~-30℃温度下气液分离得到的气相送入尾气吸收塔,在-30℃温度下经二甲苯吸收,吸收后的气相送入变压吸附系统,分离出一氧化碳和氢气,氢气作为原料重复使用,一氧化碳送至界外,吸收后的饱和液通过解析分离,解析温度为80℃,得到二甲苯和呋喃产品;
F、呋喃精制:将步骤D和E中所得的呋喃产品送入呋喃精制塔,在常压、30~40℃温度下进行精馏收集,再经两级冷凝后得到纯度大于99.9%的呋喃产品,少量未冷凝的呋喃气体送至吸收塔回收其中的呋喃,呋喃总收率大于94%。
实施例3:如图1所示,一种糠醛脱羰制呋喃工艺,包括以下步骤:
A、糠醛精制:150L原料粗糠醛经10%的NaOH溶液中和后,经计量泵送入糠醛精制塔,在绝压15KPa、97~107℃下真空蒸馏处理除去糠醛自聚物;
B、糠醛气化:将步骤A得到的精制糠醛送入糠醛中间罐,与氢气按照摩尔比1:0.5送入汽化器气化,气化温度220℃,常压;
C、脱羰:将步骤B得到的气态混合物送入预热器预热到200℃,预热后的气体送入脱羰反应器在200℃温度,糠醛液体体积空速为0.5h-1,常压下进行催化脱羰反应,催化剂为西南化工研究设计院研制的Rh触媒催化剂。该催化剂是在Al2O3载体上浸渍0.5~1.0%重量的Rh、1.0~2.0%重量的K2O或Cs2O的糠醛气相脱羰生产呋喃用催化剂,催化剂装填量为100L;
D、呋喃冷凝收集:将步骤C得到的气态混合物送入冷凝蒸出塔,塔釜操作温度110~130℃,塔釜残留未反应的糠醛返回到糠醛塔重新精制,从塔顶采出70~80℃温度段的混合气体再经两级冷凝器冷凝并进行气液分离,冷凝器温度-20~-30℃,气液分离器的液相呋喃产品送入呋喃中间罐;
E、尾气回收:将步骤D中-20~-30℃温度下气液分离得到的气相送入尾气吸收塔,在-30℃温度下经甲苯吸收,吸收后的气相送入变压吸附系统,分离出一氧化碳和氢气,氢气作为原料重复使用,一氧化碳送至界外,吸收后的饱和液通过解析分离,解析温度为80℃,得到甲苯和呋喃产品;
F、呋喃精制:将步骤D和E中所得的呋喃产品送入呋喃精制塔,在常压、30~40℃温度下进行精馏收集,再经两级冷凝后得到纯度大于99.9%的呋喃产品,少量未冷凝的呋喃气体送至吸收塔回收其中的呋喃,呋喃总收率大于90%。
实施例4:如图1所示,一种糠醛脱羰制呋喃工艺,包括以下步骤:
A、糠醛精制:100L原料粗糠醛经20%的NaOH溶液中和后送入糠醛精制塔,在绝压5KPa、70~80℃下真空蒸馏处理除去糠醛自聚物;
B、糠醛气化:将步骤A得到的精制糠醛送入糠醛中间罐,与氢气按照摩尔比1:8送入汽化器气化,气化温度230℃,常压;
C、脱羰:将步骤B得到的气态混合物送入预热器预热到400℃,预热后的气体送入脱羰反应器在400℃温度,糠醛液体体积空速为4h-1,常压下进行催化脱羰反应,催化剂为钯触媒催化剂(西南化工研究设计院生产CAN-561),该催化剂是在Al2O3载体上浸渍0.5~1.0%重量的Pd、1.0~2.0%重量的K2O或Cs2O的糠醛气相脱羰生产呋喃用催化剂,催化剂装填量为100L;
D、呋喃冷凝收集:将步骤C得到的气态混合物送入冷凝蒸出塔,塔釜操作温度110~130℃,塔釜残留未反应的糠醛返回到糠醛塔重新精制,从塔顶采出70~80℃温度段的混合气体再经两级冷凝器冷凝并进行气液分离,冷凝器温度-20~-30℃,气液分离器的液相呋喃产品送入呋喃中间罐;
E、尾气回收:将步骤D中-20~-30℃温度下气液分离得到的气相送入尾气吸收塔,在-20~-30℃温度下经苯吸收,吸收后的气相送入变压吸附系统,分离出一氧化碳和氢气,氢气作为原料重复使用,一氧化碳送至界外,吸收后的饱和液通过解析分离,解析温度为80℃,得到苯和呋喃产品;
F、呋喃精制:将步骤D和E中所得的呋喃产品送入呋喃精制塔,在常压、30~40℃温度下进行精馏收集,再经两级冷凝后得到纯度大于99.9%的呋喃产品,少量未冷凝的呋喃气体送至吸收塔回收其中的呋喃,呋喃总收率大于95%。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种糠醛脱羰制呋喃工艺,其特征在于:
A、糠醛精制:100L原料粗糠醛经1%的NaOH溶液中和后送入糠醛精制塔,在绝压5KPa、70~80℃下真空蒸馏处理除去糠醛自聚物;
B、糠醛气化:将步骤A得到的精制糠醛送入糠醛中间罐,与氢气按照摩尔比1:1送入汽化器气化,气化温度180℃,常压;
C、脱羰:将步骤B得到的气态混合物送入预热器预热到250℃,预热后的气体送入脱羰反应器在250℃温度,糠醛液体体积空速为1h-1,常压下进行催化脱羰反应,催化剂为钯触媒催化剂,西南化工研究设计院生产CAN-561,该催化剂是在Al2O3载体上浸渍0.5~1.0%重量的Pd、1.0~2.0%重量的K2O或Cs2O的糠醛气相脱羰生产呋喃用催化剂,催化剂装填量为100L;
D、呋喃冷凝收集:将步骤C得到的气态混合物送入冷凝蒸出塔,塔釜操作温度110~130℃,塔釜残留未反应的糠醛返回到糠醛塔重新精制,从塔顶采出70~80℃温度段的混合气体再经两级冷凝器冷凝并进行气液分离,冷凝器温度-20~-30℃,气液分离器的液相呋喃产品送入呋喃中间罐;
E、尾气回收:将步骤D中-20~-30℃温度下气液分离得到的气相送入尾气吸收塔,在-20~-30℃温度下经糠醛吸收,吸收后的气相送入变压吸附系统,分离出一氧化碳和氢气,氢气作为原料重复使用,一氧化碳送至界外,吸收后的饱和液通过解析分离,解析温度为80℃,得到糠醛和呋喃产品;
F、呋喃精制:将步骤D和E中所得的呋喃产品送入呋喃精制塔,在常压、30~40℃温度下进行精馏收集,再经两级冷凝后得到纯度大于99.9%的呋喃产品,少量未冷凝的呋喃气体送至吸收塔回收其中的呋喃,呋喃总收率大于95%。
2.一种糠醛脱羰制呋喃工艺,其特征在于:
A、糠醛精制:150L原料粗糠醛经10%的NaOH溶液中和后,经计量泵送入糠醛精制塔,在绝压15KPa、97~107℃下真空蒸馏处理除去糠醛自聚物;
B、糠醛气化:将步骤A得到的精制糠醛送入糠醛中间罐,与氢气按照摩尔比1:0.5送入汽化器气化,气化温度220℃,常压;
C、脱羰:将步骤B得到的气态混合物送入预热器预热到200℃,预热后的气体送入脱羰反应器在200℃温度,糠醛液体体积空速为0.5h-1,常压下进行催化脱羰反应,催化剂为西南化工研究设计院研制的Rh触媒催化剂,该催化剂是在Al2O3载体上浸渍0.5~1.0%重量的Rh、1.0~2.0%重量的K2O或Cs2O的糠醛气相脱羰生产呋喃用催化剂,催化剂装填量为100L;
D、呋喃冷凝收集:将步骤C得到的气态混合物送入冷凝蒸出塔,塔釜操作温度110~130℃,塔釜残留未反应的糠醛返回到糠醛塔重新精制,从塔顶采出70~80℃温度段的混合气体再经两级冷凝器冷凝并进行气液分离,冷凝器温度-20~-30℃,气液分离器的液相呋喃产品送入呋喃中间罐;
E、尾气回收:将步骤D中-20~-30℃温度下气液分离得到的气相送入尾气吸收塔,在-30℃温度下经甲苯吸收,吸收后的气相送入变压吸附系统,分离出一氧化碳和氢气,氢气作为原料重复使用,一氧化碳送至界外,吸收后的饱和液通过解析分离,解析温度为80℃,得到甲苯和呋喃产品;
F、呋喃精制:将步骤D和E中所得的呋喃产品送入呋喃精制塔,在常压、30~40℃温度下进行精馏收集,再经两级冷凝后得到纯度大于99.9%的呋喃产品,少量未冷凝的呋喃气体送至吸收塔回收其中的呋喃,呋喃总收率大于90%。
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