CN105073705A - 琥珀酸酯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

从生物琥珀酸原料中生产琥珀酸二烷基酯的方法，其包括以下步骤：将生物琥珀酸供应至位于或邻近在能够酯化琥珀酸的温度和压力下运行的反应蒸馏区柱底部的位点，并且将所述流与向上流动的烷醇同向传送以便所述酯化反应发生；将包含二酯、烷醇、酯化的水和有机组分的顶端蒸气流从位于或邻近反应蒸馏区柱的顶部去除，所述蒸气流包含、烷醇、酯化的水和有机组分，并且将所述流传送至烷醇分离柱，在所述烷醇分离柱中在此烷醇与从酯化的水和从有机组分分离；将来自烷醇分离柱的侧馏分从低于其进料位点的位点去除，所述侧馏分包含部分不互溶的有机相和水相；将所述侧馏分传送至相分离装置，在所述相分离装置中部分不互溶的有机相和水相被分离；将所述有机相传送至柱，在所述柱中所述琥珀酸二烷基酯与残留水和其他有机组分分离；并且回收琥珀酸二烷基酯。

Description

琥珀酸酯的制备方法
本发明涉及从包含通过基于发酵方法产生的琥珀酸的原料生产琥珀酸二烷基酯的方法。
已知通过二羧酸和/或酸酐、或者单烷基酯或二烷基酯、内酯及其混合物与氢气的反应来生产二醇。在商业上，如果期望的产品为1,4-丁二醇，则通常具有联产品四氢呋喃和γ-丁内酯，起始原料一般为马来酸的二烷基酯和/或酸酐，例如马来酸二甲酯或马来酸二乙酯，其可包含少量的延胡索酸二烷基酯和/或琥珀酸二烷基酯。
涉及这些方法的信息可以从以下文献获得，例如，US4584419、US4751334、WO86/03189、WO88/00937、US4767869、US4945173、US4919765、US5254758、US5310954和WO91/01960。
在这些传统反应方法中用作原料的所述马来酸二烷基酯可以由任何适合的方法制得。在US4584419、US4751334、WO88/00937、US4795824和WO90/08127中详细讨论了用于这些方法中的马来酸二烷基酯的生产。
在一种生产1,4-丁二醇及联产品四氢呋喃和可选地生产γ-丁内酯的传统方法中，二烷基酯，例如马来酸二甲酯连同任何来自所述酯化反应器的剩余的甲醇，被供应至蒸发器，在所述蒸发器中其被供应至蒸发器的热循环气流蒸发，所述热循环气流可以与补充氢气(make-uphydrogen)混合。所述循环气体一般包含高浓度的氢气，但也可包含其他气体，所述其他气体包括烃类、碳氧化物、甲烷和氮气。另外，当循环气体中包含来自下游的再循环气体时，则也可以存在包含产物酯、甲醇、水的可冷凝物、联产品和副产品。
然后将来自所述蒸发器的合并的蒸汽流传送至反应器中，在所述反应器中，蒸汽流在催化剂的存在下反应形成1,4-丁二醇、四氢呋喃和/或γ-丁内酯。在被传送至精炼区之前，将所述产物流冷却，且将所述反应产物冷凝并从过量的循环气体中分离。在所述精炼区分离所述多种产物，且移除1,4-丁二醇和四氢呋喃。γ-丁内酯，连同所述中间体、琥珀酸二甲酯和一些1,4-丁二醇，可被再循环。在一个实施方案中，在任选的精炼区可以至少部分提取γ-丁内酯并回收。将从所述产物混合物中分离的甲醇水流向上游再循环。一般情况下，很大一部分由这种或其他传统方法制得的1,4-丁二醇随后被转化为四氢呋喃。
发生的所述全部反应为一系列步骤，并且包括生成四氢呋喃的最终的脱水步骤。可能的反应路径在方案1中列出。
方案1
WO99/35113中描述了另外的方法，其中将马来酸酐酯供应至使用了三种不同催化剂的反应过程中。首先，在120℃至170℃的温度和3至40bara的压力下，马来酸酯在第一催化剂(非均相选择性加氢催化剂)的存在下转化为所述琥珀酸酯。然后将所述琥珀酸酯直接传送至所述第二催化剂存在处，在该处所述琥珀酸酯主要转化为γ-丁内酯。然后将与所述第二催化剂反应生成的产物直接供应至所述第三催化剂存在处，所述第三催化剂用于使所述γ-丁内酯脱水生成四氢呋喃。将在所述第二催化剂存在下形成的一些γ-丁内酯转移至在更高压力下进行的第二反应循环，其中γ-丁内酯转化为1,4-丁二醇。
由于方案1中的第一步和WO99/35113中描述的用于另外方法的所述第一催化剂涉及马来酸二甲酯向琥珀酸二甲酯的加氢反应，其建议琥珀酸二甲酯或琥珀酸二乙酯可为与氢气反应形成1,4-丁二醇、四氢呋喃和/或γ-丁内酯的适合的起始原料。
US4656297描述了使用琥珀酸二甲酯生产四氢呋喃和1,4-丁二醇的方法。在该方法中，将甲醇加入至所述酯进料中以提高转化率并减少酯交换反应。另一个建议将琥珀酸二甲酯作为进料的方法的实施例为WO99/35136，其中通过两种不同催化剂将琥珀酸二甲酯与氢气进行反应形成四氢呋喃和γ-丁内酯的混合物。
通常由苯或正丁烷(两者均基本来源于原油)商业化地生产马来酸酐。因此希望找到非来源于石油的可选择的起始原料以试图改善环境影响且有可能改善经济。
最近，由糖类的发酵生产并回收琥珀酸的方法有了重大的进展。方法的实施例可以得自，例如US5958744、US6265190和US8246792。目前已建造了示范厂。因为拥有生产1,4-丁二醇的经济的原材料，预计这种方法能够适时地与马来酸酐竞争。
当琥珀酸被作为原料使用时，通常首先将其酯化生成琥珀酸二烷基酯。而US4795824和WO90/08127所描述的可从琥珀酸生产琥珀酸二烷基酯的方法和工厂存在着多种缺点和弊端。
当所述起始原料为琥珀酸时，这些现有技术系统所描述的方法并不是理想适合于实施的。特别是琥珀酸为通过发酵方法制得的情况。为方便参考，我们会将发酵方法生产的琥珀酸称为“生物琥珀酸”，并且该术语应据此解释。
生物琥珀酸通常含有杂质。这些杂质可以是发酵残留物和副产物。这些杂质可以含有硫，硫对于使用这种生物琥珀酸的反应中使用的催化剂的操作是不利的。当所述后续反应使用铜基催化剂时，这尤其存在问题。另一个实施方案中，当后续反应(例如酯化反应)使用酸性树脂催化剂时，所述杂质是特别有害的。同时，在与所述后续反应中的催化剂接触前，通过纯化方法除去这些杂质有可能解决所述问题，生产足够纯度的琥珀酸所需的步骤数是很多的。这些纯化步骤的需求极大地提高了所述琥珀酸生产工厂的资金成本和运营成本。
因此，希望提供无需复杂和昂贵的纯化步骤的从生物琥珀酸生产琥珀酸二烷基酯的方法。
JP1216958描述了使用均相酸催化剂来酯化琥珀酸的方法。在该方法中，提供了琥珀酸在甲醇中的极稀溶液，该溶液连同所述蒸馏柱上部区域的均相催化剂一起逆流传送至在柱底部加入的甲醇。酯化反应在柱内进行，且将所述琥珀酸二烷基酯从柱底部移除。由于使用了非常稀的琥珀酸溶液(约1至20重量百分比)，需要大的甲醇循环流，且将所述甲醇从酯化反应生成的所述水中分离将导致极高的成本。JP1216958的实施例1说明了所述琥珀酸为生物琥珀酸时，树脂催化剂的失活的相关问题。
“ReactionKineticsfortheHeterogeneouslyCatalyzedEsterificationofSuccinicAcidwithEthanol”中的实施例1KolahAK等人Ind.Eng.Chem.Res.,2008,47(15)pp5313-5317，“Pervaporation-assistedEsterificationofLacticandSuccinicAcidswithDownstreamEsterRecovery”Benedict等人,J.MembraneSci.,2006,281pp435-445，“CombinedTechnologyofCatalyticEsterificationandAbsorptionofSuccinicAcid”DingB等人，TheChineseJournalofProcessEngineering2007-01，US5723639，和“PreparationofDiethylSuccinatebyCatalyticEsterificationandAbsorptionDehydration”GangC等人ChinaSurfactantDetergent&Cosmetics2008-04也说明了在树脂催化剂的存在下在酯化反应中使用生物琥珀酸的相关问题。
多种方法已提出在无催化系统中进行所述酯化反应。
在JP04091055中，将通过琥珀酸或琥珀酸酐的酯化反应获得的琥珀酸单酯引入含有乙醇的反应器。对二酯的反应是在不存在催化剂的情况下进行的。从反应器的底部所去除的产物将仍然可能含有大量的单酯并且因此这样的产物将不适于在下游反应(如使用铜催化剂)中使用。另外，据信从反应器的底部取出的二酯将包括从生物琥珀酸的生产中携带的重杂质。
非催化反应的另外的问题是，这些系统可能转化率很低并且因此将具有高的酸含量。因为许多已知的例如用于生产1,4-丁二醇的生产方法使用铜基催化剂，酸的存在是有问题的，这是因为铜基催化剂由于存在酸性物种而失活。需要定期停工以替换失活的催化剂。由于在氢化步骤中转化双键时释放高热量，这种失活作用可在包括双键的原材料的体系中加剧。为了解决这个问题，必须去除酸，这将需要许多步骤，这些步骤将增加所述方法的资金成本和生产成本。
使用琥珀酸二烷基酯可以克服与双键的转化中释放的高热量相关的问题，并且可以提供多种其他的优点，如避免形成延胡索酸酯的风险，其也是与使用马来酸酐作为起始材料相关的问题。然而，如果琥珀酸的二酯化反应不完全，酸性物质将仍然存在于反应原料中，如果不进行去除酸的步骤，其可导致催化剂的失活。因此期望获得一种方法，其产生完全转化为二酯，并且特别是适用于氢化反应的进料。高转化率将需要很多过量的干燥烷醇。这种干燥烷醇的回收和再循环导致高的资金成本和生产成本。
使用琥珀酸作为原材料也存在相关的问题。琥珀酸在室温下为结晶固体，并且具有高于一般酯化反应温度的熔点。另外，其在水和烷醇(如甲醇)中的溶解度低。这些限制了其使用方式。这为通常为液体进料定制的常规酯化方法中使用琥珀酸作为起始原料带来了挑战。
进一步的问题是琥珀酸二烷基酯的挥发性意味着，虽然在常规的逆向反应中，二酯主要地从柱的基部去除，但是部分将与酯化产生的水和过量的烷醇从反应柱的顶部转出，并且将损失，从而降低了效能并且因此影响本方法的经济效益。另外，在所述流中存在的酯可产生污水的问题。
因此，期望提供至少解决一些如上认定的当原材料是生物琥珀酸时发生的问题的方法。具体地，期望提供解决全部上述问题的方法。
所述问题可通过在反应蒸馏区柱中进行自动催化反应来解决，在反应蒸馏区柱中酸和乙醇在酯化反应柱中同向流动，回收来自柱的包含酯的流，并且驰放(purging)来自位于或邻近柱的底部的重杂质。蒸馏和相分离以及阶段的组合可以使现有技术问题能够被解决。
因此，根据本发明，提供从生物琥珀酸原料生产琥珀酸二烷基酯的方法，其包括以下步骤：
(a)将生物琥珀酸供应至位于或邻近在能够酯化所述琥珀酸的温度和压力下运行的反应蒸馏区柱的底部的位点，并且将所述流与向上流动的烷醇同向传送，以使所述酯化反应发生；
(b)将包含二酯、烷醇、酯化的水和有机组分的顶端蒸气流从位于或邻近所述反应蒸馏区柱的顶部去除，并且将所述流传送至烷醇分离柱，在所述烷醇分离柱中所述烷醇与所述酯化的水和所述有机组分分离；
(c)将来自所述烷醇分离柱的侧馏分从低于所述供应位点的位点去除，所述侧馏分包含部分不互溶的有机相和水相；
(d)将所述侧馏分传送至相分离装置，在所述相分离装置中所述部分不互溶的有机相和水相被分离；
(e)将所述有机相传送至柱，在所述柱中所述琥珀酸二烷基酯与残留水和其他有机组分分离；并且
(f)回收所述琥珀酸二烷基酯。
通过去除位于或邻近反应蒸馏区柱顶部的二酯，克服了与来自原料的重杂质污染酯有关的问题，注意到，在现有技术中，因为发生在逆流体系中，产物从柱的底部取走。进一步，以同向的方式进行反应和最初的蒸馏使未反应的酸和单酯能够被保留在柱内，通过内部循环用于后续的反应，从而提高转化，并且因此提高反应的效率。
本发明的另外的益处是，当与用于逆向反应所需的比值相比时，完全转化为二酯所需的烷醇的比值下降。在逆流体系中，琥珀酸以悬浮的或在甲醇中溶解的方式引入，大部分的甲醇闪入蒸气相，并且因此不参与液相反应。相反，在本发明中，反应柱以同向的方式运行，所有烷醇可用于酯化反应。因为烷醇与琥珀酸的比值在本发明中较低，所以可减少反应器容器的尺寸，并且因此同样地减少了资金和生产费用。此外，能量需求将减少。
反应蒸馏区柱的原料将包含生物琥珀酸，所述生物琥珀酸将包括通过生物质的发酵形成琥珀酸后存在的杂质。存在的杂质将取决于生物质的来源和所采用的发酵方法。然而，它们通常包括多种蛋白质、糖、氨基酸、琥珀酰胺酸、琥珀酰胺、铵、硫、有机物和金属离子中的一种。有机物包括其他有机酸，如乙酸、丙酮酸、富马酸、苹果酸和/或乳酸。由于营养物或原料杂质，金属离子可存在于生物质中。本发明使反应能够进行，而不要求在酯化反应前将这些杂质分离出来。
在一个实施方案中，生物琥珀酸可作为固体被供应至反应蒸馏区柱。在另一个实施方案中，其可作为浆液或溶解在烷醇或水中被提供。当烷醇作为浆液或溶解在烷醇中被提供时，其可代表完整的烷醇库存或其部分。当其仅为完全需求的部分时，可将补充的(make-up)烷醇加入到反应蒸馏区。烷醇与琥珀酸的总比值将为约3:1至约10:1。应当理解的是，该比值高于用于酯化琥珀酸的化学计量比。
本发明可用包含50wt％或更高含量的琥珀酸的生物琥珀酸原料运行。在一个实施方案中，其可为80wt％或更高。酸的原料可包括高达约20wt％的水。然而，一般地优选较低的水含量。水含量将随结晶条件和干燥特性变化。在一个实施方案中，典型的水含量将为约5wt％。剩余物将通常是杂质。
生物琥珀酸原料可与马来酸、马来酸酐和马来酸单烷基酯的一种或多种共同供应。
反应蒸馏区柱以同向的方式运行，并且因为琥珀酸的二酯比琥珀酸和单酯更易挥发，所以其优选地从每个反应阶段蒸发，并且因此其向上穿过柱的浓度将增加。温度特性可被设计为在柱中保留酸和单酯直到二酯化已发生。因此优化向所期望的产物的转化。
在一个任选的实施方案中，生物琥珀酸被加入到反应柱之前，其可在预反应器中与烷醇预反应。适合的预反应器包括搅拌釜反应器。搅拌釜反应器优选连续搅拌釜反应器。可运行任何适合的反应条件。在一个实施方案中，搅拌釜反应器将在能够使琥珀酸结晶溶解并保持酸溶解并且允许酯化反应发生的约120℃至约140℃范围的温度下运行。适合的温度包括120℃、125℃、130℃、135℃和140℃。搅拌釜反应器内的压力可在约5bara至约10bara的范围。这是保持烷醇溶解的最佳压力。适合的压力包括5bara、6bara、7bara、8bara、9bara和10bara。如果使用升高的压力，第一个反应器将在足够高的温度下运行，用于相对快地(约20-90分钟)进行自动催化酯化反应，并且要预防烷醇的蒸发。蒸发是不可取的，这是因为其将可逆地影响反应平衡。在一个实施方案中，反应时间将为约40至约50分钟。
可选择用于搅拌釜反应器的任何适合的烷醇与琥珀酸的摩尔比。在一个实施方案中，所选的摩尔比将为约1:1至约6:1的烷醇与琥珀酸。也可使用约2:1、3:1和4:1的摩尔比。应当理解的是，增加烷醇将减少反应时间。然而，增加烷醇的存在将增加烷醇再循环的成本。
在预反应器中的自动催化反应可产生热量。部分的热量可用来达到原料是固体或浆液的生物琥珀酸的溶解热。可回收任何残留的热量并在本发明的过程或在上游或下游的反应中使用。这可通过冷凝蒸发的烷醇的方式或可选的方式实现。在可选的实施方案中，必须供应热量以达到溶解热。
从预反应器所去除的流可以为溶液，但可含有一些剩余的固体。在一个实施方案中，从预反应器所去除的流可以为浆液。
来自预反应器的产物流，其包含未反应的琥珀酸、单烷基酯、二烷基酯、烷醇、酯化的水和杂质，可任选地被传送通过后续的反应容器，其中发生进一步的反应以便提高任何单酯转化为二酯。可使用任何适合的后续反应容器。在一个实施方案中，可使用活塞流反应容器。允许进一步酯化发生的任何适合的反应条件可在该反应器中使用。
如果使用后续的反应容器，从活塞流反应器所回收的反应流将被传送至反应蒸馏区柱。
其中使用预反应器，和任选的后续的反应器，可处理回收的流以便粗略去除酯化的水，以及任选地过量的烷醇。可提供任何适合的处理方式。在一个实施方案中，可使用烧瓶/蒸馏柱。
另外或可选地，在被加入到反应蒸馏区柱之前，可根据需求被调整反应流的温度。
任选的预反应器和任选的后续反应容器的使用通常将降低用于反应蒸馏区柱所需的烷醇的量。
可使用任何适合的反应蒸馏区柱排列。通常其将被设计为使反应最大化并且改善分离。因此可使用多次反应蒸馏的阶段。在一个实施方案中，反应蒸馏区柱将包含液体滞留盘以提供其中额外的停留时间。此外，常规的蒸馏阶段可位于反应蒸馏阶段上的反应蒸馏区柱中。通过该实施方案，重杂质、琥珀酸和单酯可被保留在反应蒸馏区柱。可存在部分冷凝器以协助将杂质保留在柱上。然后可从反应器的液槽(sump)驰放重杂质。
在一个可选的实施方案中，可使用隔离墙柱。在该实施方案中，原料可被供应至任何再循环的墙的对面。
反应蒸馏区柱可在任何适合的反应条件下运行以协助促进反应。顶端压力约1.3bara至约10bara。可使用1bara、2bara、3bara、4bara、5bara和6bara的压力。约2bara的压力可提供某种优势，特别是烷醇为甲醇时。所选择的压力允许足够的烷醇浓度在所需要的反应温度下被保留在液相中。
可使用任何适合的反应温度。在一个实施方案中，反应蒸馏区柱可在温度约80℃至约300℃下运行。当使用温度约100℃至约200℃时可观察到特定的优势。温度约150℃是特别有利的。柱的液槽中的温度可为约80℃至250℃，而柱的顶端温度可为约80℃至约170℃。
在反应蒸馏区柱中的反应可在催化剂不存在时进行，以便反应是自动催化的。在可选的实施方案中，可使用催化剂。在一个实施方案中，催化剂可位于反应蒸馏区柱的液槽中。在可选的实施方案中，催化剂可位于反应蒸馏区柱上级阶段中。通过这种方式，杂质不会进入与催化剂接触。
从位于或邻近反应蒸馏区柱顶部所去除的流被传送至烷醇分离柱。在一个可选的实施方案中，在所述流被传送至烷醇分离柱前，其可被传送通过冷凝器或部分冷凝器，以回收可用于体系中的热量。此外，这将减少烷醇分离柱上任何冷凝器中的冷却水负载。完全地冷凝顶端流可期望允许反应蒸馏区柱在比烷醇分离区较低的压力下运行，而不是较高的压力下，以缓和反应蒸馏区柱的液槽的温度。这将允许较低级的再沸热并且因此允许较低级的材料用于反应。在一个实施方案中，烷醇分离柱的存在能产生约1.3bara的顶端压力。
从反应蒸馏区柱所去除的流可被供应至烷醇分离柱的任何适合的位点。在一个实施方案中其将被供应至位于或邻近其中心区。
烷醇分离柱可为任何适合的构造。烷醇将从位于或邻近烷醇分离柱的顶部去除。该烷醇可被再循环至其存在的反应蒸馏区柱和/或预反应器。常规地，该烷醇将作为液体被去除。在一个实施方案中，烷醇可作为蒸气被去除。通常，蒸气将在被泵入其将被使用的位点前被压缩。通过这种方式，烷醇分离柱上的冷凝器负荷可被降低。在此，蒸气被返回至反应柱，反应柱具有蒸气将降低用于反应柱的重沸器的汽化负荷。
在一个实施方案中，可采取驰放(purge)。该驰放可去除轻微的杂质和/或硫。因为烷醇是连续地从反应蒸馏区柱的顶端被去除，所以反应没有平衡限制，并且因此不要求非常高纯度的烷醇以实现高纯度的二酯产物。烷醇分离柱将在任何使分离能够发生的适合的条件下运行。在一个实施方案中，柱顶端压力将在约1.3bara至约2bara的范围。当烷醇是甲醇时，这是特别适合的。压力约1.5bara、约1bara和约1.5bara。温度将取决于使用的烷醇。烷醇是甲醇时，温度将为约70℃。
包含所期望的二酯的流从烷醇分离柱中作为侧馏分被去除。通常，侧馏分从烷醇分离柱中低于进料位点的位点去除。因为该侧馏分包含部分不互溶的有机相和水相，所以其被传送至相分离装置。可使用任何适合的相分离装置。在一个实施方案中，可使用滗析器。
相分离装置的原料可被冷却以提高相分离。
在一个实施方案中，所分离的水相返回至烷醇分离柱。所返回的水相通常返回至低于馏分位点(drawpoint)的位点。在优选实施方案中，水相被加入到仅低于馏分位点。这将允许达到水/琥珀酸二烷基酯共沸混合物，并且将使滑入烷醇分离柱底部的二酯最小化。交换器可用来回收被返回至烷醇分离柱的水相的热量。
从相分离装置的有机相和水相中所回收的有机相可被传送至反应蒸馏区柱。在该实施方案中，去除液体琥珀酸二烷基酯的流通常将作为侧馏分从反应柱中低于来自相分离装置的有机流被供应至反应蒸馏柱的位点而去除。在该实施方案里，可从烷醇分离柱采取驰放以去除丁醇。可从低于供应位点但高于琥珀酸二烷基酯/水侧馏分的位点采取驰放。馏分可被传送穿过滗析器以使驰放中损失的水/烷醇/琥珀酸二烷基酯最小化。
在可选的实施方案中，从相分离装置回收的有机相可被传送至琥珀酸二烷基酯分离柱。该柱优选地在适度的真空下运行以缓和所要求的温度。在一个实施方案中，柱顶端压力将在约0.1bara至约1bara的范围。压力约为0.25bara、0.5bara和约0.75bara。来自柱的底部的产物将基本上为100％的琥珀酸二甲酯，并且因此温度将为约140℃至约170℃，其取决于运行压力。
通常琥珀酸二烷基酯将从琥珀酸二烷基酯分离柱中作为底部流去除。
在一个实施方案中，琥珀酸二烷基酯分离柱的原料中的任何残留水作为顶端流(overhead)被去除。其可被再循环至烷醇分离柱。
含有来自下游反应的水的流，诸如在丁二醇生产过程中来自蒸馏组(distillationtrain)的流，可被供应至烷醇分离柱。发生该过程时，丁醇，其为丁二醇的生产中氢解反应的副产物，将集中在来自相分离装置的有机相中，并且可任选地从琥珀酸二烷基分离柱驰放出，其通常作为侧馏分。另外或可选地，丁醇可从烷醇分离柱驰放出。
该驰放出的丁醇，如果被取回，可含有很大一部分琥珀酸二烷基酯，其将对体系是一损失。在一个实施方案中，通过替换液体馏分(liquiddraw)驰放并允许更多的有机物进入顶端流，可降低这些损失。在该实施方案中，将顶端流传送至第二相分离装置，其中水相与有机相分离。该第二相分离装置可为滗析器。在一个实施方案中，可将水相返回至烷醇分离柱。其可被直接地供应至烷醇分离柱或其可与来自位于烷醇分离柱后的相分离装置的水相结合。
在一个实施方案中，将来自二次相分离装置的有机相传送至琥珀酸二烷基酯/丁醇分离柱。在该实施方案中，丁醇集中在琥珀酸二烷基酯/丁醇分离柱的顶端，并且高纯度的琥珀酸二烷基酯流从位于或邻近柱底回收。
因为琥珀酸二烷基酯/丁醇分离柱的原料将通常为相对低的体积，所以琥珀酸二烷基酯/丁醇分离柱可有利地被设置为琥珀酸二烷基酯分离柱中的侧柱。在该实施方案中，来自琥珀酸二烷基酯分离柱的蒸气馏分可用于代替专用的重沸器。
在一个可选的实施方案中，通过在琥珀酸二烷基酯分离柱的基部使用隔离墙，琥珀酸二烷基酯/丁醇分离柱和琥珀酸二烷基酯分离柱可被整合。
在可选的实施方案中，反应蒸馏柱区中所产生的部分二酯作为液体侧馏分被去除。在顶端流中，剩余物被去除并且被传送至如上所讨论的烷醇分离柱中。在一个实施方案中，大部分二酯在侧馏分中被去除。在该实施方案中，反应蒸馏区柱的回流比通常被提高，以便从酯化的水和过量的甲醇中分离的大多数琥珀酸二烷基酯发生在反应蒸馏区柱内而不是在烷醇分离柱中。
来自反应蒸馏区柱的部分热二烷基酯可任选地被供应至琥珀酸二烷基酯分离柱，其中由于让压力下降而闪过的蒸气可用于替代柱上的重沸器。
部分产物流作为侧馏分从反应蒸馏柱去除，并且水性的再循环流从来自丁二醇生产的下游蒸馏组去除，丁醇，其为氢解反应的副产物，可任选地作为液体馏分从烷醇分离柱而不是琥珀酸二烷基酯分离柱驰放出，因为琥珀酸二烷基酯浓度较低，并且因此降低二酯的损失。
反应蒸馏区柱中的酯化作用以及烷醇分离和琥珀酸二烷基酯分离的一者或两者均能在分别的柱中进行。在一个可选的实施方案中，反应蒸馏柱区和一个或两个蒸馏柱可在单个柱中组合。在这种后者的实施方案中，通过仅含有离开顶端的更易挥发的酯的柱回流，未反应的酸和单酯被大量地保留在反应蒸馏柱区。将反应和蒸馏区保持在单个柱中的益处具有在柱内保持再循环的益处。
当反应蒸馏区柱、烷醇分离柱和琥珀酸二烷基酯柱位于分别的柱中时，由于柱顶端压力可针对各个柱的具体要求定制，可注意到某些优势。
在一些实施方案中，反应蒸馏区柱中的液槽的组分大多是琥珀酸和琥珀酸单烷基酯，高温，可能在240℃或更高的范围可被注意到。该高温可具有一些挑战。首先，大量的热量可不得不被提供至重沸器。这可为大约40bar的流。进一步，在这些温度下反应器中存在的组分的腐蚀性能意味着要求更高级的材料用于反应器的制造。也可能的是，在这些温度下可发生副产物的反应和/或原料杂质的热分解可变得明显，其将消极地影响反应的效率。因此，期望寻求减轻在它们发生的实施方案中的这些挑战的方法。
在该情况发生的实施方案中，可预期去除来自反应蒸馏区柱液槽的驰放流(purge)。驰放流可在比常规速率更高的速率下取出。可取出高达约5％的原料比的驰放流。该驰放流可任选地与烷醇混合，并且被传送至驰放反应器，在驰放反应器中，琥珀酸和琥珀酸单烷基酯被转化为所期望的琥珀酸二烷基酯。该琥珀酸二烷基酯可被直接地回收，或者在一个实施方案中可被再循环至反应蒸馏区柱。如果琥珀酸二烷基酯返回至反应蒸馏区柱，其将通常被供应至柱的反应阶段之上。
与驰放流混合的烷醇通常将被大量提供。在一个实施方案中，4摩尔或5摩尔烷醇可被用于每摩尔的琥珀酸和单烷基琥珀酸。
任何适合的反应器可用于驰放反应器。在一个实施方案中，反应器将为活塞流式反应器。任何适合的反应条件可用于驰放反应器。通常，驰放反应器将在较高的压力下运行，通常比柱高10至20bara，以便在足够高的温度下保持烷醇溶解用于发生转化。适合的温度包括约150℃至约180℃。同时可使用催化剂，通常反应将是自动催化的。停留时间可为约1.5至约2小时。据信，这将允许驰放流中的75％或更多的琥珀酸和琥珀酸单烷基酯被转化。这将允许反应蒸馏柱区液槽温度降低至约220℃。
可使用任何适合的烷醇。通常使用C1至C4的烷醇，优选甲醇或乙醇并且特别优选甲醇。
因为本发明的方法能利用较低纯度的琥珀酸，如生物琥珀酸，这极大地节省了发酵方法的产品需要进行的纯化步骤数。因此大幅降低了成本，而且琥珀酸酯化工厂能够以相比传统的马来酸酐更有竞争力的价格向丁二醇工厂供应原料。
在一个实施方案中，可以使用弱碱阴离子交换树脂系统作为修饰步骤，用来除去存在的且能够使任何下游反应中使用的催化剂中毒的任何残留杂质。修饰步骤也充当着保护床，用于保护在本发明进行中发生滑移时的下游催化剂。在一个实施方案中，交换树脂为被损耗的系统，因此其一般以便于更换的方式安装。在一个可选的实施方案中，交换树脂包括含有碱性溶液的再生系统。
可以通过对任何烷醇再循环流的机械的蒸汽再压缩来降低对烷醇的冷凝需求，由此可以将烷醇再循环流直接引入反应蒸馏区柱的底部。
参考专业工厂来描述本发明的同时，可以理解，传统工厂，例如那些为使用US479584和WO90/08127所描述的方法而建造的工厂，也适合使用本发明。
本发明生产的琥珀酸二烷基酯可以用于1,4-丁二醇、四氢呋喃和/或γ-丁内酯的生产。另外，本发明生产的琥珀酸二烷基酯可在其他方法中使用，例如在药物、农药、香料产品、塑料、涂料、染料、颜料、印刷油墨和其他有机化合物的生产制造中。此外，本发明生产的琥珀酸二烷基酯可水解回琥珀酸。在这种情况下，酸将具有比供应至本发明的酸更高的纯度。
本发明将参照附图以实施例的方式描述，其中：
图1是根据本发明的一个方面的流程图的示意图；
图2是根据本发明的第二方面的流程图的示意图；
图3是图2的流程图的改进实施方案的示意图；
图4是根据本发明的第三方面的流程图的示意图；
图5是适合于在图2或3的流程图中使用的反应蒸馏区柱的一种设计的示意图；
图6是适合于在图1、4或7的流程图中使用的反应蒸馏区柱的设计的示意图；
图7是根据本发明的第四方面的流程图的示意图；
图8是来自背景实施例1的结果的曲线图；
图9是来自背景实施例2的结果的曲线图；
图10是来自背景实施例3的结果的曲线图；
图11是阐明来自实施例1的结果的曲线图；
图12是实施例2中建立使用的高压釜的示意图；
图13是阐述实施例2(运行1)的结果的曲线图；
图14阐述实施例4的顶端流分析；
图15阐述实施例4的烧瓶分析；
图16阐述实施例4的温度；
图17阐述实施例5的顶端流分析；
图18阐述实施例5的釜分析；和
图19阐述实施例5的温度；
通过本领域技术人员，可以理解附图为概略图并且在生产厂中可进一步需要诸如回流罐、泵、真空泵、温度传感器、压力传感器、泄压阀、控制阀、流体控制器、液位控制器、收集槽、储存槽等的设备项目。设备附属项目的提供不构成本发明的部分，并且与传统化学工程惯例一致。
本发明将参照琥珀酸的甲基化反应来进行讨论。然而，本发明同样适用于其他烷醇的使用。
如图1中所阐述的，任选地，将琥珀酸结晶经管线1加入到通过锁料斗系统的方式在高于大气压力下运行的连续搅拌釜式反应器A。在管线2中加入甲醇。同时地将琥珀酸溶于甲醇并与甲醇反应。来自连续搅拌釜式反应器A的产物流3包含溶解的琥珀酸、单酯、二酯、甲醇和水的部分转换混合物。任选地将该产物流传送至活塞流反应容器B，在这里发生从单酯到二酯的进一步转化。然后将该原料传送至蒸位于或邻近其基部的馏反应蒸馏区柱C。
可选地，将琥珀酸直接地在反应蒸馏区柱C的基部供应或供应至邻近反应蒸馏区柱C的基部。其可作为固体供应或可在甲醇中预制成浆液。其中允许活塞流反应容器B，来自搅拌釜反应器的产物流3被直接地供应至反应蒸馏区柱C。琥珀酸和反应产物将作为蒸气向上流动。在管线4中加入额外的甲醇。
图6中阐述了用于反应蒸馏柱区的适合的实施方案的一个实例。在一个实施方案中，蒸馏区202位于反应区201上面。任何适合的包装可用于这些区域。可使用合适构造的托盘。驰放流11从反应器C的底部去除。该驰放流将含有来自生物琥珀酸的重杂质。部分驰放流可经加热器203返回通过反应器C。
生物琥珀酸和甲醇向上流动穿过图1的反应蒸馏柱区C。甲醇洗涤可施加于反应区柱。来自原料的杂质经管线11中被驰放出。
包含琥珀酸二烷基酯、水和过量甲醇的流作为顶端流6被去除。可提供冷凝器7以提供回流。在流的剩余物经管线8被传送至烷醇分离柱E之前，其可被传送通过任选的冷凝器G(图2中所阐述的)以完全地冷凝所述流。完全地冷凝所述流使反应蒸馏区柱能够在比烷醇分离柱低的压力下运行。
甲醇流经管线29被去除。可提供冷凝器10以提供柱回流。柱的底部经管线5被驰放。可在柱E上提供重沸器12。
如图1所示，丁醇可作为侧馏分经管线28被去除。
琥珀酸二甲酯作为液体侧馏分13从烷醇分离柱中去除，其去除的位点低于管线8加入到柱E的位点。该还包括水的流13被传送至滗析器F，在此部分不互溶的有机相和水相被分离。水相经管线14返回到柱E，其位点仅低于经管线13去除的位点。这允许达到水和酯之间的共沸混合物，并且使所期望的酯滑入柱底最小化。
琥珀酸二甲酯有机流经管线15从滗析器去除，并且经反应阶段上面的位点返回到反应蒸馏柱区C。
产物流经管线27从反应蒸馏区柱去除，去除位点低于琥珀酸二甲酯有机流经管线15加入到反应蒸馏柱区C的位点。
图2中阐述了可选的实施方案。在该实施方案中，经管线15从滗析器F去除的琥珀酸二甲酯有机流被传送至琥珀酸二烷基酯分离柱H。所述柱包括重沸器16。琥珀酸二甲酯产物经管线17从柱H去除。来自滗析器F的流15携带的任何水相将在柱H中被分离，并且经管线18去除顶端流。该流再循环返回至柱E并且通常与来自滗析器F的水流14加入到反应器。冷凝器19可提供柱的回流。
在此烷醇分离柱也用来分离来自丁二醇蒸馏过程的含有水和甲醇的流，丁醇将在来自滗析器F的流15的有机相中集中，并且可作为液体馏分经管线20从琥珀酸二烷基酯分离柱驰放出。
图3中阐述了改进的方法。当烷醇分离柱用来分离来自丁二醇蒸馏过程的含有水和甲醇的流时，该方法是特别适合的。尽管如上所述的实施方案中丁醇作为侧馏分经管线20去除具有多种优势，但是一些琥珀酸二烷基酯将在该馏分中丧失。如图3中所阐述的，改进的方法解决了该问题。
在该实施方案中，侧馏分20被省略，并且允许将更多的有机物经管线18传送至滗析器I，在滗析器I中部分不互溶的水相和有机相被分离。水相经管线21返回到烷醇分离柱。有机相经管线22传送至琥珀酸二烷基酯/丁醇分离柱J。丁醇作为顶端流经管线23去除。冷凝器24可提供柱回流。通常提供柱重沸器25。琥珀酸二烷基酯经管线26从柱J中去除。
图4中阐述了图2的实施方案又一可选的方法。在该实施方案中，部分产物作为侧馏分经管线27从反应蒸馏区柱C去除。任何存在的丁醇可作为侧馏分经管线28从烷醇分离柱去除。
图6中阐述了适合在该可选的方法中使用的反应蒸馏柱区的示意图。
图7中阐述了又一可选的实施方案。该实施方案作为图1中所阐述的方法的改进来阐述。然而，应当理解的是这种改进可应用于本发明的任何实施方案。
驰放流30从反应蒸馏区柱C的样品去除，并被传送至驰放反应器K。驰放流通常包含琥珀酸和琥珀酸单甲基酯。该驰放反应器通常为活塞流式反应器。将甲醇经管线31加入到驰放反应器K。来自驰放反应器K的产物，其含有来自驰放流的未反应的组分和所期望的琥珀酸二甲酯，经管线32返回到反应蒸馏区柱C。
本发明将参照以下实施例来描述。
背景实施例1
将Myriant生物琥珀酸(500g，4.2mol)和甲醇(149g，4.7mol，1.1当量)加入至1升的高压釜中。将容器封闭，在氮气中加压至40bar(g)并且加热至200℃，在该温度下通过300rpm的搅拌使反应混合物搅动。3小时后将容器冷却，并将呈浅棕色浆液的产物排出。重复步骤直到制备足够的琥珀酸单甲酯用于进一步的酯化反应试验。
重复试验以得到来自粗的和纯的Myriant生物琥珀酸样品的琥珀酸单甲酯的离散样品。
将300g粗生物琥珀酸单甲酯和30gDPT-2树脂(从JohnsonMattheyDavy技术有限公司获得)填装入500mL的反应容器中。然后将容器加热至约115℃的釜温，同时将法兰加热至120℃的温度以减少内部回流。然后将甲醇以每小时3摩尔当量的速率直接引入至溶液中。将生成的蒸汽移除并冷凝。按时间提取溶液样品，并且通过用0.1M的氢氧化钾滴定进行分析，使用酚酞作为指示剂，丙酮作为溶剂。持续反应直到琥珀酸单甲酯的浓度小于0.5wt％。
试验被重复进行4次，结果如图8所示。试验的结果说明了与粗Myriant琥珀酸酯一起的树脂存在失活作用。
通过XRF对失活的树脂的分析显示其存在相对大量的Fe，然而，在粗生物琥珀酸单甲酯中并未发现相对大量的Fe。
背景实施例2
使用来自纯的Myriant生物琥珀酸的生物琥珀酸单甲酯重复上述试验。使用相同量的离子交换树脂重复进行试验5次，结果如图9所示。结果说明了与更纯的原料一起的树脂无失活作用。
背景实施例3
为证明试验对Myriant生物琥珀酸样品的效果，使用来自马来酸酐的单酯进料重复了上述方法。将马来酸酐(2kg，20.4mol)加入至三颈圆底烧瓶中。在搅拌下将容器加热至60℃，在该温度下逐滴滴加甲醇(784g，3摩尔当量)，保持小于10℃的升温。一旦甲醇滴加完毕，将容器用回流水迅速冷却并排出。
使用根据之前描述的步骤合成的马来酸单甲酯使用同样的树脂样品将酯化反应实验重复四次。树脂没有失活的迹象，如图10所示。
实施例1
本实施例说明了在批次高压釜中琥珀酸与甲醇在190至210℃下的酯化反应。
使用6x100cm3的HastelloyTM高压釜对琥珀酸的转化率进行研究，每一个HastelloyTM高压釜均含有十字形的磁力随动件。通过紧配在每一个高压釜上的金属模块加热器来提供加热。通过适合的温度控制器控制加热，且分别对每个高压釜进行磁力搅拌。在加入高压釜前，预加热该模块至期望的反应温度。
将期望的起始组分(琥珀酸和甲醇(达30g))分别加入至每个高压釜中，然后将得到的浆液密封，并于室温下用150psig的氮气加压，使组分蒸汽在反应过程中的损失最小化。将高压釜进行防漏试验45分钟，并将所有的6个高压釜一并置于预加热的模块中。在最初的运行中决定了在加热的模块中(210℃下30分钟)在25分钟后得到最大的高压釜压力(190℃下约390psig)，且此时间由此作为取样的起始时间“T＝0”。
一经到达期望的取样时间，便将高压釜从模块上移除，并立即沉入冰水中15分钟，以快速淬灭反应。通过比较反应后的高压釜的质量(排空的)和空高压釜的质量来计算物料平衡。通过GC(Regisil处理的，50mDB-1柱，HY381方法)对所有样品的水进行分析(Karl-Fisher库伦法)。
在190℃和210℃的高于琥珀酸熔点的反应温度下，使用了1:2和1:4的琥珀酸与甲醇摩尔比的起始组分。按照10或15分钟的间隔收集数据，每次运行从T＝0起给出数据，持续50或75分钟。物料平衡一般为良好的(>98％)，这可能是由于良好的保留了挥发组分且使用了冷取样方法。然而，由于对Regisil处理的样品的迅速升温，通过GC测定的甲醇水平仍然被认为是不可靠的。这可能是由于这些样品中存在高水平的水，通常为超过10wt％的水。
表1-4示出了所得数据，其示出了预期的组分变化趋势，即随着温度升高和甲醇与琥珀酸的比例增大，向琥珀酸二甲酯的转化率提高。
表1
在6个成批的高压釜中琥珀酸与甲醇(比例为1:4)在190℃下的酯化反应结果
表2
在6个成批的高压釜中琥珀酸与甲醇(比例为1:2)在190℃下的酯化反应结果
表3
在6个成批的高压釜中琥珀酸与甲醇(比例为1:4)在210℃下的酯化反应结果
表4
在6个成批的高压釜中琥珀酸与甲醇(比例为1:2)在210℃下的酯化反应结果
结果在图11中阐述。
实施例2
该实施例阐述了琥珀酸单甲酯与甲醇酯化为二酯，在温度190℃下具有近90％的转化。
本试验中琥珀酸单甲酯由可商业购得的琥珀酸酐在内部(in-house)合成，并以粗产物的形式使用。将琥珀酸单甲酯加入至1dm3的装配有底部物质取样位点的不锈钢高压釜中，将高压釜用氮气加压至200psig，使组分的蒸汽压最小化。然后将反应器加热至190℃的期望反应温度，并且通过HPLC泵以所需的速率将甲醇输送至高压釜中，该时间被称为时间零(“T＝0”)。通过电加热的管道提取顶部流体，以防止产物混合物的冷凝和回流。然后通过经图12中详细图示的水冷接收罐冷凝并收集该顶端流体。
在该实施方案中，将氮气和甲醇分别地经管线1和2供应至搅拌反应器3，在搅拌反应器中形成琥珀酸单甲酯。产物流经管线4去除，在此其被追踪加热(traceheated)，然后产物流在冷凝器5中冷却以便去除能量。然后将其加入水冷式捕获器6。
在指针/计量阀和捕捉器6后的鼓泡器组合7控制下流过体系的小气流，同时将反应器压力维持在200磅/平方英寸。在冷凝器8中，产物流可被水冷却。按固定的时间间隔提取来自高压釜的样品和收集的顶部流体样品，然后通过GC对水进行分析(Karl-Fisher库伦法)。用50mDB-1柱分析经Regisil处理后的高压釜样品，顶部流体用60mDB-1柱直接对甲醇和二甲酯进行分析。注意所有样品和反应器内容物的质量应允许物料计算平衡。
选择190℃的反应温度和每小时每摩尔琥珀酸单甲酯2摩尔甲醇的进料速率；将3摩尔琥珀酸单甲酯填装入至高压釜中，运行需要4.05mLmin-1的甲醇流速。以该流速两倍的流速进行第二次运行。当系统在该温度时，开始供应甲醇流体120分钟，并在运行过程中定期取样。进料组分(composition)和条件用于每次试验。表5和表8分别给出了运行1和运行2的进料组分和条件，而表5、7、9、10给出了结果。
表5
以每小时每摩尔琥珀酸2摩尔甲醇的进料速率进行的运行1的进料组分和试验条件
表6
运行1的结果
表7
运行1的续表
表8
以每小时每摩尔琥珀酸4摩尔甲醇的进料速率进行的实施例7运行2的进料组分和试验条件
表9
运行2的结果
表10
运行2结果续表
实施例3
该实施例说明琥珀酸单甲酯和琥珀酸半连续的转化为含有取自顶端流的低酸产物的琥珀酸二甲酯。
为了制备用于试验的原料，高压釜负载3000g生物琥珀酸和2440g甲醇并在惰性环境中加热到120℃。一旦在该温度下，使容器加压至8-9bar(g)，并且在排出之前内容物持续30分钟。这是为了预防过多转化为琥珀酸二甲酯。测定所获得的组分为：(wt％)
使用含有九片SulzertypeEX规整填料的1”直径玻璃柱进行蒸馏，以连续的模式运行。在柱的顶部使用李比希冷凝器以冷却/冷凝顶端流。加热带也被应用于柱壁上，然后允许柱壁在该温度下维持以协助夹带顶端的琥珀酸二甲酯并且预防其被困在反应器和/或柱中。
重沸器为绝缘的2升圆底烧瓶，使用isomantle加热，其也将提供反应体积。使用附于容器表面的具有k型热电偶的Watlow点射模块控制isomantle的温度。进一步的k型热电偶位于重沸器内部以测定实际过程的温度。
柱温控制在210℃。烧瓶负载870g上述的原料并加热至230℃。一旦在该温度下，原料经constametric泵引入并且每小时取样，试图通过变化加料速率来维持100％的质量平衡(维持速率在0.8-1.2mLs/min之间)。
使用N,O–双三甲硅基乙酰胺(Regisil)通过气相色谱法(GC)进行烧瓶内化学组分的分析以允许实现酸性物质的分辨。测定甲醇、琥珀酸二甲酯、琥珀酸单甲酯和琥珀酸的水平(Sil8柱50mx0.32mm)。通过使用甲醇的酚酞指示剂溶液用0.1NKOH的碱滴定方式，烧瓶样品也被用于酸含量的分析。水的分析在装有热导探测器(TCD)的HP08上进行。
顶端流用于水(HP08)和琥珀酸二甲酯/甲醇AS08(30mx0.32mmDB-FFAP柱)的分析。通过使用甲醇的酚酞指示剂溶液用0.1NKOH的碱滴定方式，顶端的样品也被用于酸含量的分析。
从琥珀酸单甲酯和琥珀酸的较沸腾的酸性物质分离琥珀酸二甲酯是成功的。整体酸水平在所观察到的含有琥珀酸二甲酯浓度>60wt％的顶端流中保持很低(琥珀酸单甲酯<0.2wt％)，如表11和12所示。
表11
实施例3的结果
在线小时 0.00 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.75 3.75 6.25
温度
表面 ℃ 280 280.3 280.2 279.8 281.3 280.7 280.2 280.3 280 279.8
釜内 ℃ 232.2 231.1 230.6 231.7 232.4 233.7 231.9 228.2 231.2 237.6
柱加热器 ℃ 215 214.2 212.8 212.7 212.6 212.3 212.6 212.4 212.8 209.9
顶端流 ℃ 115 170 173 153 151 167 163 170 170 144
速率
设置进料速率 ml/min 0.50 0.50 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.7
实际进料速率 ml/min 0.50 0.52 0.75 0.74 0.74 0.74 0.74 0.75 0.75 0.689
顶端样品重量 g 18.55 23.18 8.41 4.91 18.04 14.57 34.78 43.66 25.464
顶端流分析
甲醇 wt％ 11.89 68.22 26.10 26.10 21.38 27.46 33.54 35.12
琥珀酸二甲酯 wt％ 78.77 28.24 69.02 69.02 75.23 68.39 61.12 55.68
水 wt％ 8.83 8.83 3.54 4.87 4.87 3.39 4.15 5.34 7.12
酸 wt％ 0.17 0.17 0.16 0.12 0.12 0.12 0.19 0.13 0.12
釜内分析
甲醇 wt％ 0.00 0.10 0.00
琥珀酸二甲酯 wt％ 37.72 28.24 31.29
琥珀酸单甲酯 wt％ 41.83 45.27 51.75
琥珀酸 wt％ 4.62 5.90 7.38
水 wt％ 0.00 0.00 0.00
其它 wt％ 15.83 20.48 9.58
表12
实施例3结果续表
在线小时 7.10 7.35 7.76 8.76 9.40 9.93 10.85 11.43 11.85
温度
表面 ℃ 279.9 279.8 280.5 279.6 263.8 274.5 280 279.6 280
釜内 ℃ 232.5 233.6 234.1 239.2 230.4 243.1 235.8 236 236
柱加热器 ℃ 212.2 212.4 212.2 233.9 233 216 206.6 205.1 214.4
顶端流 ℃ 65 90 175 162 142 66 154 177 160
速率
设置进料速率 ml/min 0.7 0.7 0.7 0.7 1 1 0.7 0.7 0.7
实际进料速率 ml/min 0.7637 0.7637 0.7659 0.75 1.264 1.264 0.793 0.793 0.7
顶端样品重量 g 9.8116 10.636 41.28 103.5 36.675 17.9995 17.3475 42.03 12.33
顶端流分析
甲醇 wt％ 84.97 90.14 22.75 10.97 19.77 41.07 31.93 20.97 21.98
琥珀酸二甲酯 wt％ 10.01 1.01 64.08 84.53 74.13 49.08 49.55 72.31 71.14
水 wt％ 5.02 8.72 13.18 3.91 6.10 9.85 18.51 6.71 6.88
酸 wt％ 0.36 0.24 0.14 0.16 0.15 0.24 0.24 0.15 0.15
釜内分析
甲醇 wt％ 0.00 0.16 0.12 0.00 0.00
琥珀酸二甲酯 wt％ 31.08 28.81 2.56 24.41 18.23
琥珀酸单甲酯 wt％ 48.91 50.40 53.98 48.11 54.88
琥珀酸 wt％ 8.23 7.09 8.61 12.54 17.52
水 wt％ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
其它 wt％ 11.77 13.56 14.94 9.37
实施例4
该实施例说明复制实施例3的结果的扩展试验以实现接近稳态的条件。
按照实施例3中详细说明的制备原料。测定所获得的组分为：(wt％)
A1升圆底烧瓶(RBF)负载820.9g上述的原料，除了1”宽蒸馏柱现在含有十二片Sulzer填料以协助分离，并且该柱具有两个加热层使柱的顶部和底部区域的温度能被控制之外，反应如实施例3所述进行。反应如实施例3所描述的定期抽样。
顶端流中的二甲基琥珀酸的水平在整个试验中相对稳定，并且顶端流中的酸(如琥珀酸单甲酯)是低的(<0.1wt％)。在试验的最后柱的加热器温度的增加，导致柱的溢出表明，过热并且降低的分离效率将导致转入顶端流的酸增加。图14、15和16表示试验持续期顶端流的组分、烧瓶的组分和关键的温度。
实施例5
该实施例说明来自实施例4的顶端流(overheads)的进一步蒸馏以从甲醇和水中分离琥珀酸二甲酯。
实施例4期间所收集的顶端流一起混合，并且将1471.4g装入到2L圆底烧瓶，使用实施例3中所描述的设置的柱逐批蒸馏。每小时取出顶端样品和釜内样品并且所述样品在GCAS08上用于甲醇和琥珀酸二甲酯浓度的分析以及水分的分析(KarlFischer体积滴定)。通过使用甲醇的酚酞指示剂溶液用0.1NKOH的碱滴定方式，一些样品也被用于酸含量的分析。
图17、18和19分别表示试验过程中的顶端组分、釜内组分和温度。注意图17中，由于低沸点共沸混合物的存在，通过简单蒸馏，水分从琥珀酸二甲酯中是不完全分离的。

Claims (29)

1.从生物琥珀酸原料生产琥珀酸二烷基酯的方法，其包括以下步骤：
(a)将生物琥珀酸供应至位于或邻近在能够酯化所述琥珀酸的温度和压力下运行的反应蒸馏区柱的底部的位点，并且将所述流与向上流动的烷醇同向传送，以使所述酯化反应发生；
(b)将包含二酯、烷醇、酯化的水和有机组分的顶端蒸气流从位于或邻近所述反应蒸馏区柱的顶部去除，并且将所述流传送至烷醇分离柱，在所述烷醇分离柱中所述烷醇与所述酯化的水和所述有机组分分离；
(c)将来自所述烷醇分离柱的侧馏分从低于所述供应位点的位点去除，所述侧馏分包含部分不互溶的有机相和水相；
(d)将所述侧馏分传送至相分离装置，在所述相分离装置中所述部分不互溶的有机相和水相被分离；
(e)将所述有机相传送至柱，在所述柱中所述琥珀酸二烷基酯与残留水和其他有机组分分离；以及
(f)回收所述琥珀酸二烷基酯。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述生物琥珀酸在被供应至所述反应蒸馏区柱之前被加入至预反应器。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述预反应器是连续搅拌釜反应器。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中来自所述预反应器的产物在被供应至所述反应蒸馏区柱之前被传送至活塞流反应容器。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述反应蒸馏区柱在约1.3bara至约10bara的顶端压力下运行。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中反应蒸馏区柱在约80℃至约300℃的温度下运行。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述反应蒸馏区柱中的所述反应在不存在催化剂的条件下进行，以使所述反应被自动催化。
8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述反应蒸馏区柱中的所述反应在催化剂的存在下进行。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述催化剂位于所述反应蒸馏区柱的上级阶段。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中从位于或邻近所述反应蒸馏区柱的顶部去除的所述流在被传送至所述烷醇分离柱之前通过冷凝器。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中从所述反应蒸馏区柱去除的所述流被供应至所述烷醇分离柱的中心区。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述烷醇分离柱中分离的所述烷醇再循环至所述反应蒸馏区柱和/或至所述预反应器，如果存在。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述所期望的二酯作为侧馏分从所述烷醇分离柱去除。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述侧馏分在低于所述供应位点的位点从所述烷醇分离柱去除。
15.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述相分离装置是滗析器。
16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中来自所述相分离装置的水相返回至所述烷醇分离柱。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述返回的水相返回至低于所述侧馏分位点的位点。
18.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中来自所述相分离装置的有机相被传送至所述反应蒸馏柱。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述琥珀酸二烷基酯作为侧馏分从所述反应蒸馏柱去除。
20.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中来自所述相分离装置的有机相被传送至琥珀酸二烷基酯分离柱。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述琥珀酸二烷基酯分离柱在适度的真空下运行。
22.如权利要求20或21所述的方法，其中所述琥珀酸二烷基酯作为底部流从所述琥珀酸二烷基酯分离柱去除。
23.如权利要求20至22中任一项所述的方法，其中在所述琥珀酸二烷基酯分离柱中分离的任何水再循环至所述烷醇分离柱。
24.如权利要求20至23中任一项所述的方法，其中任何丁醇作为液体馏分从所述琥珀酸二烷基酯分离柱去除。
25.如权利要求20至24中任一项所述的方法，其中来自所述琥珀酸二烷基酯分离柱的顶端流被传送至第二相分离装置。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述第二相分离装置是滗析器。
27.如权利要求25或26所述的方法，其中来自所述第二相分离装置的水相返回至所述烷醇分离柱。
28.如权利要求22至24中任一项所述的方法，其中来自所述第二相分离装置的所述有机相被传送至琥珀酸二烷基酯/丁醇分离柱。
29.如权利要求1至28中任一项所述的方法，其中所述反应蒸馏柱区中所生成的部分二酯作为液体侧馏分被去除。
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