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對苯二甲酸的制備方法_3

文檔序號:9915932閱讀:來源:國知局
度下的蒸氣壓,和/或(ii)可能的稀釋劑和/或雜質(例如,乙燒)對反應器或 反應區中的總壓力的貢獻。
[0089] 不論反應是否間歇地或連續地進行,環加成反應條件也一般包括在大約1小時-大 約48小時,通常大約3小時-大約30小時的范圍內的反應器停留時間。然而,在其中將未轉化 的SF和/或乙締循環W提供較高總體轉化率的連續方法的情況下,反應器停留時間可W顯 著地減少,即使單程(per-pass)轉化率顯著更少也是如此。可W將反應物SF連續地供給環 加成反應區,例如,按大約0.05hr-大約化r的液時空速化HSV)。如本領域中理解的那樣,液 時空速(LHSV,W單位hr表示)是催化劑床上方的體積液體流速除W床體積并代表每小時加 工的液體的催化劑床體積的當量數。LHSV因此與反應器停留時間的倒數密切相關。
[0090] 如果取代基都是供電子基團,則乙締對2,5-二取代的巧喃的狄爾斯-阿爾德環加 成將被促進。在5-徑甲基慷醒中,取代基之一是甲醒,其是吸電子的,而另一個是供電子的 徑甲基。一個氨氣分子對HMF分子上的甲醒基的選擇性加成將使吸電子幾基轉化成供電子 徑甲基。所得的2,5-雙徑甲基巧喃(BHMF)在采用乙締作為親二締體和采用BHMF或HMF作為 二締的狄爾斯-阿爾德環加成反應中比5-徑甲基慷醒(HMF)更具有反應性。巧喃-2-甲醒(或 慷醒)的選擇性氨化成2-巧喃甲醇(或慷醇)是慷醇生產領域中的技術人員已知的。 Kaufmann和Adams的早期著作報道了在還原的銷催化劑上慷醒向慷醇的高轉化率和選擇性 (J. Am.畑em.Soc.,Dec 1923, PP. 3029-3044)。還報道了在儀和鈕催化劑上的轉化。在 化arma等人的較新著作中,報道了在Cu: Zn:化:&催化劑上慷醒向慷醇的100%轉化,具有 96%的選擇性(App.Cat A:Gen 454,pp. 1 27-1 36 ( 20 1 3 )001:10.1016/ j.apcata. 2012.12.010)。相似的催化劑和條件可用來將5-?甲基慷醒轉化成2,5-雙徑甲 基巧喃。
[0091] 在示例性的連續方法中,將反應物SF和乙締連續地供給含催化劑的固定床的一個 或多個反應器(例如,在具有多個固定床反應器的擺動床(swing-bed)反應器系統中),并連 續地取出包含轉化的1,4-二取代的苯基(例如HMBA或PDM)的產物連同未轉化的反應物和反 應副產物。優選分離未轉化的材料,例如,基于它們的相對揮發度差異使用一個或多個分離 操作(例如,閃蒸分離或蒸饋)采用單階段或多階段的氣-液平衡接觸進行分離。
[0092] 根據一個特定實施方案,使用單階段閃蒸分離從環加成反應區流出物分離未轉化 的乙締、連同低沸點的副產物和雜質。然后讓運一閃蒸分離的液體底部產物流到至少一個 多階段蒸饋塔W單獨地回收純化的1,4-二取代的苯基和未轉化的SF。可W將未轉化的SF 和/或未轉化的乙締循環到環加成反應區,非必要地在吹掃運些料流中任一個或兩者的一 部分W限制具有相似沸點的副產物的積聚后。在一個特定的實施方案中,將過量乙締添加 到反應器中W從反應區汽提水;使運種水冷凝并與乙締分離,然后循環到反應器。根據一個 特定的連續操作,控制乙締反應物向環加成反應器或反應區的流速W維持期望的總壓力。 此種基于壓力要求的操作確保乙締按基本上與其消耗加上損失(歸因于溶解和可能地氣體 吹掃(排氣)引起的)相匹配的速度供給。
[0093] 不論是否使用間歇或連續方法將SF催化轉化成取代的苯基,環加成反應條件一般 提供至少大約50%,例如大約50%-大約90%,通常大約50%-大約75%的SF轉化率(運可W 是環加成反應區中的單程轉化率,在W未轉化的SF的循環進行操作的情況下)。未轉化的SF 的循環,例如循環至消失或幾乎消失,可W提供完全或幾乎完全的總體轉化。轉化的SF中, 對取代的苯基的選擇性一般是至少大約60%,是指對于每一摩爾轉化的SF產生至少大約 0.6摩爾取代的苯基。對取代的苯基的典型的選擇性是大約60%-大約95%。鑒于運些代表 性的轉化率和選擇性值,取代的苯基的總產率一般是理論產率的至少大約30%,通常大約 30%-大約90%,通常大約90%-大約75%,所述理論產率基于SF與化學計量(1:1摩爾)乙締 向取代的苯基的完全轉化并且沒有副產物形成。
[0094] 在將SF與乙締結合并添加催化劑后,形成二環酸。然后優選將所述酸脫水而形成 取代的苯基。所述二環化合物可W在相同反應步驟中并在相同催化劑存在下,并在與乙締 環加成反應相同的條件下經歷脫水。
[0095] 在將SF與乙締結合并添加催化劑后,形成二環酸。然后優選將所述酸脫水而形成 取代的苯基,然后將所述取代的苯基氧化成對苯二甲酸。可W使用用來將對二甲苯氧化成 對苯二甲酸的相同方法將所述取代的苯基氧化成對苯二甲酸。預期,相對于對二甲苯中的 甲基取代基,苯基環上的幾基或徑甲基取代發生氧化反應將更加容易。預期,幾基或徑甲基 取代基的更加容易的反應性將轉化成對對苯二甲酸的更高的選擇性。
[0096] 或者,取代的苯基向對苯二甲酸的氧化可W使用與商業上對于對二甲苯的氧化實 踐的相比不同的催化劑和方法。運些方法將利用與對二甲苯的甲基相比徑甲基和醒基對氧 化的反應性更高的優點。許多催化劑體系已知對于伯醇向簇酸的轉化是高活性和選擇性 的。例如,Gorbanev等介紹了在Ru(0H)x/Ce化催化劑上在含水介質中乙醇向乙酸的定量轉 化。其它有效的催化劑包括Mo、V、NB,W及Pd的混合氧化物(4〔5〔曰*曰17313(2012)2,604- 612,001:10.1021/cs200554h)〇
[0097] 對苯二甲酸可用于使用本領域中眾所周知的方法制備聚醋例如聚對苯二甲酸乙 二醇醋聚合物(PET)。一旦制造,就可W加工PETW致制備用于合成纖維、飲料、食品及其它 液體容器;熱成型應用;和通常與玻璃纖維結合的工程樹脂的熱塑性PET樹脂。
[0098] 現轉到附圖,圖1示出了本發明根據路線III的優選的實施方案。首先將原料 (100),優選可再生原料,例如糖、纖維素或木質素纖維素轉化成2,5-二取代的巧喃化合物 (200)例如5-徑甲基慷醒化MF) (300),釋放水(250)。然后讓所述HMF與乙締(500)經歷環加 成條件(400)而形成二環酸中間體,隨后將所述二環酸中間體脫水(600),釋放水(250)成為 1,4-二取代的苯基例如4-巧圣甲基)苯甲醒(HMBAK700)。非必要地可W在氧氣(850)存在下 將運種產物氧化(800)成對苯二甲酸(900)。
[0099] 圖2示出了本發明根據路線IV的優選的實施方案。首先將原料(100),優選可再生 原料,例如糖、纖維素或木質素纖維素轉化成2,5-二取代的巧喃化合物(200)例如5-徑甲基 慷醒化MF) (300)。然后在氨氣(280)存在下用針對每一摩爾巧喃用少于兩摩爾氨氣將所述 HMF氨化(275),而形成部分氨化的巧喃化合物例如2,5-雙徑甲基巧喃(BHMFK290)。然后讓 所述部分氨化的巧喃用乙締巧00)經歷環加成400條件而形成二環酸中間體,隨后將所述二 環酸中間體脫水(600)成1,4-二取代的苯基例如1,4-亞苯基二甲醇(PDM) (650)。非必要地 可W在氧氣(850)存在下將運種產物氧化(800)成對苯二甲酸(900)。
[0100] 圖3示出了路線ΙΠ 的優選的實施方案,其中相同的溶劑用于HMF萃取W及環加成/ 脫水反應。在第一步驟中,如由Leshkov,Y.R.等描述的那樣使用兩相反應器(950),具有有 機相(950A)和水相(950B)將原料(100),優選衍生自生物質,通常使用酸催化劑(855)轉化 成HMF(300)并將HMF萃取到有機溶劑(955)例如下醇、甲基異下基酬、甲苯或它們的混合物 中(魁1'抓6,2007年6月,(447)口口.982-5)。在其中使歷尸(300)與乙締(500)反應(400)的第二 步驟中,不分離溶劑并用作乙締環加成步驟中的溶劑。然后將溶劑與產物(975)分離并循環 到第一步驟(980)。可W添加附加的溶劑作為補充溶劑(990)。可W從兩相反應器(950)間歇 地或連續地除去廢催化劑(951)和含水副產物(952)。
[0101] 圖4示出了路線HI的優選的實施方案,其中HMBA用作HMF萃取和乙締環加成/脫水 反應二者中的溶劑。步驟與圖3中的相同,但是其中避免從HMBA產物分離溶劑。
[0102] 圖5示出了路線IV的優選的實施方案,其中相同的溶劑用于HMF萃取、HMF氨化W及 環加成/脫水反應。在第一步驟中,如由Leshkov,Y.R.等描述的那樣使用兩相反應器(950), 具有有機相(950A)和水相(950B)將原料(100),優選衍生自生物質,通常使用酸催化劑 (855)轉化成HMF(300)并將HMF萃取到有機溶劑(955)例如下醇、甲基異下基酬、甲苯或它們 的混合物中(NATURE,2007年6月,(447)pp.982-5)。在第二步驟之前不分離溶劑,其中在相 同溶劑中針對每一摩爾HMF用少于兩摩爾氨氣(280)將HMF氨化(275)而形成BHMF(290)和水 (250)。在其中使HMF與乙締(500)反應(400)并脫水(600)的第Ξ步驟中,不分離溶劑并用作 乙締環加成步驟中的溶劑。然后將溶劑(955)與產物PDM(650)分離(975)并循環(98(^到第 一步驟。可W添加附加的溶劑作為補充溶劑(990)。可W從兩相反應器(950)間歇地或連續 地除去廢催化劑(951)和含水副產物(952)。
[0103] 圖6示出了路線IV的優選的實施方案,其中PDM用作HMF萃取、HMF氨化和乙締環加 成/脫水反應中的溶劑。步驟與圖5中的相同,但是其中避免從PDM產物分離溶劑。
[0104] 圖7示出了任一路線III或IV的環加成/脫水步驟的優選的實施方案。將原料麗F (300)或BHMF(290)加上非必要的溶劑(955)供給環加成/脫水反應器(401),所述反應器具 有氣相(401A)和水相(401B),并含有催化劑(420)。將乙締巧00)添加到所述反應步驟中,其 中從所述反應器的氣相除去過量乙締。過量蒸氣用來從液體反應混合物汽提水。將蒸氣流 出物料流(512)冷卻(283 ),其中還從反應器冷凝物汽提水和一些有機材料。將水(250)與未 反應的乙締蒸氣(431A)和任何有機相(256)分離(430),和從體系排出。經由壓縮機(502)將 乙締蒸氣(501)送回到反應器。可W將分離器中回收的任何冷凝有機相或者送回到反應器 (257A)或者作為產物(257B)排出。從反應器(401)除去液相產物(407)。
[0105] 在本發明的另一個實施方案中,當取代的苯基上的R和護含有0H基時,可W將所述 取代的苯基氨化成環燒控并非必要地用作聚醋生產中的單體。
[0106] 例如;
[0107]
[0108] 沒有徑甲基的氨解的環飽和,例如將1
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