[发明专利]一种连续合成呋喃二甲酸的方法和系统

说明书

本发明公开了一种连续合成呋喃二甲酸的方法，包括：(1)将糖类溶解在有机溶剂中，制得质量浓度为5％‑50％的糖溶液，在固体酸脱水催化剂的作用下，于60‑140℃反应0.5‑12小时；(2)在步骤(1)的流出液中加入碱性水溶液和氧化剂，在负载型氧化催化剂的作用下，于60‑110℃、0.1‑1MPa条件下反应2‑12小时；(3)步骤(2)的流出液经蒸除溶剂后，加入酸化剂，调节pH2，沉淀出呋喃二甲酸粗品；经过滤、洗涤、重结晶后得到呋喃二甲酸。本发明还公开了一种连续合成呋喃二甲酸的系统。本方法不需将中间体5‑羟甲基糠醛分离提纯，在温和条件下高产率地合成呋喃二甲酸，可连续操作，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及呋喃二甲酸的合成领域，具体涉及一种连续合成呋喃二甲酸的方法和系统。

背景技术

由于石油和煤等化石资源的不可再生性，以化石资源为基础原料的化学工业不具有可持续性。由可再生的生物质资源出发，经过高效的生物和化学转化，获得有重要应用前景的生物基化学品和能源，可为石化产品的替代寻求合理、有效的途径，是解决当前化石资源不可持续问题的有效措施。

2,5-呋喃二甲酸(2,5-Furandicarboxylic acid，FDCA)是一类重要且具有广阔应用前景的新型生物基单体，与传统的石油基单体对苯二甲酸在结构和化学性质上相似，因此可以取代对苯二甲酸来制造聚酯、聚酰胺等聚合物新材料。例如，作为年产量超过6000万吨的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的生物基替代物，聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)不仅具有更好的可持续性，在性能上也具有明显的优势，包括更高的耐热性、力学强度以及高约一个数量级的气体阻隔性。PEF价格很大程度上取决于FDCA的价格，随着FDCA合成技术的日益成熟，PEF的生产成本也势必会进一步下降。

FDCA的合成技术路线主要包括5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural，HMF)路线、己糖二酸路线、糠醛路线和二甘醇酸路线，其中，HMF路线最受重视，已取得了显著的进展，是有望率先实现工业化生产的方法。

HMF路线通常分为两步法和一锅法，两步法即首先从糖类脱水得到HMF溶液，将HMF分离、纯化后，再用于氧化合成FDCA。HMF的分离、提纯-过程相对繁琐、操作成本高，且HMF在环境中不稳定，易吸水、易分解，难以大量保存。一锅法是通过糖类脱水得到HMF溶液，HMF不经分离直接在溶液中直接被氧化得到目标产物FDCA。该法避免了HMF的分离和提纯过程，使得FDCA合成的成本大大降低。但一锅法合成FDCA目前仍存在亟待解决的一些问题。首先，大量研究表明，高效的糖类脱水主要发生在有机溶剂或离子液体中，而HMF氧化过程主要在碱性水溶液中取得了较好的效果，因此，设计出同时适合两步反应的溶剂体系非常重要。其次，直接从糖类合成FDCA，存在着糖类未经脱水被直接氧化催化剂氧化的风险，这需要将脱水和氧化两种催化剂隔离来解决。