[发明专利]一种四氢呋喃的制备工艺和装置

说明书

本发明提供了一种四氢呋喃及其制备工艺和用于该工艺的装置。本发明的制备工艺包括：(1)使1,4‑丁二醇进入反应器，在规定的反应条件下通过催化剂的催化作用而环化脱水得到粗产物，其中，所述规定的反应条件包括：反应温度设为100～150℃，反应压力设为0.1～2MPa；(2)所述粗产物通过精馏塔分离后，将所得到的塔顶的轻组分通过膜脱水分离处理后，得到四氢呋喃产品。本发明的制备工艺可以减轻四氢呋喃生产的污染、降低了四氢呋喃生产的能耗，是一种绿色低能耗的四氢呋喃制备新技术。

技术领域

本发明属于四氢呋喃的合成技术领域，具体涉及一种低耗能的四氢呋喃的制备工艺和装置。

背景技术

目前，工业上生产四氢呋喃的方法包括：糠醛加氢法、顺酐直接加氢法、1,4-丁二醇脱水法等。其中，糠醛法工艺复杂，原料消耗高，污染严重已经逐渐被淘汰。顺酐直接加氢法以顺酐水溶液作原料，该溶液腐蚀性强，且加氢条件苛刻需要在17-35MPa的高压下加氢，使该工艺的固定投资和操作费用显著上升。1,4-丁二醇脱水法是使1,4-丁二醇于酸催化的条件下进行脱水反应制成四氢呋喃，此法途径简单、技术成熟，具有反应温度低及产率高的特点。

专利文献1中公开了利用浆态釜作为反应器来制备四氢呋喃，然而，在该浆态釜中树脂颗粒都不可避免的因磨损而粉化，并且反应生成的焦油也累积于反应釜底，需要周期性的置换催化剂、排放釜底液，操作成本较高。而专利文件2中公开了通过固定床反应器来制备四氢呋喃，然而，树脂催化剂的反应温度一般控制在120℃左右，由于原料和产物沸点相差甚大，1,4-丁二醇沸点228℃、水沸点100℃、四氢呋喃沸点66℃，产物水和四氢呋喃一生成就会迅速气化，巨大的相变热导致催化剂床层上下温差极大，床层温度不均、床层上部温度明显偏低，难以高效的发挥催化活性，并且还因产物气化使得焦油等分子量较大的副产物难以被带出反应体系，焦油粘附在树脂颗粒上，使得催化剂迅速失活。

并且，在四氢呋喃的分离纯化时，目前工业上以双塔精馏工艺脱水为主，而含有大量水分的四氢呋喃往返循环于常压塔和高压塔之间会造成双塔精馏工艺能耗较高的技术问题。

背景技术文献：

专利文献1：CN110746383A

专利文献2：CN112441996A

在反应器方面，不论使用机械搅拌(CN209010425U)还是通入气体搅拌(CN110746383A)的浆态釜反应器，树脂颗粒都不可避免的因磨损而粉化，并且反应生成的焦油也累积于反应釜底，需要周期性的置换催化剂、排放釜底液，操作成本较高。对于固定床反应器(CN112441996A)，树脂催化剂的反应温度一般控制在120℃左右，由于原料和产物沸点相差甚大，1,4-丁二醇沸点228℃、水沸点100℃、四氢呋喃沸点66℃，产物水和四氢呋喃一生成就会迅速气化，巨大的相变热导致催化剂床层上下温差极大，床层温度不均、床层上部温度明显偏低，难以高效的发挥催化活性，并且还因产物气化使得焦油等分子量较大的副产物难以被带出反应体系，焦油粘附在树脂颗粒上，使得催化剂迅速失活；有鉴于此，固定床工艺需通入大量的1,4-丁二醇原料，利用原料的高沸点(1,4-丁二醇常压沸点228℃)带出焦油等高沸点副产物，但如此一来1,4-丁二醇的转化率通常只有40％左右，原料利用率低、后续又需要将水和四氢呋喃与原料1,4-丁二醇进行分离以备循环使用。繁杂的操作流程和高能耗的分离过程，增加了设备成本和操作成本。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明人等经过深入研究发现，通过使用所设计的适当的固定床反应器在适当加压条件下对1,4-丁二醇进行固体酸催化制备四氢呋喃，并耦合精馏-渗透汽化膜分离对所制备的四氢呋喃进行分离提纯，由此，能够使得催化剂床层温度均匀、焦油等副产物也能随产物顺利排出，延长了催化剂使用寿命，并且能够维持原料的高转化率，原料转化率高，从而减轻了后续分离纯化的负荷，降低了设备成本和操作成本。

具体而言，本发明提供一种四氢呋喃的制备工艺，所述制备工艺包括：