一种以糠酸或糠酸甲酯为原料连续制备2,5-呋喃二甲酸二甲酯的装置的制作方法

本技术属于化学合成，具体而言，涉及一种以糠酸或糠酸甲酯为原料制备2,5-呋喃二甲酸二甲酯的装置。

背景技术：

1、2,5-呋喃二甲酸，化学式为c6h4o5，结构式为作为呋喃的重要衍生物，由于其与石油衍生化学品对苯二甲酸的结构和化学性质较为相似，可替代对二甲苯在聚酯、聚酰胺等领域发挥价值，被美国能源部列为12种生物基平台化学品之一。因此，高效且绿色地制备2,5-呋喃二甲酸的新工艺研究具有重要的意义。

2、目前，2,5-呋喃二甲酸的合成技术主要包括5-羟甲基糠醛(hmf)路线以及糠酸路线。hmf路线是果糖等为原料经水解制备hmf，经氧化得到2,5-呋喃二甲酸。hmf路线是目前2,5-呋喃二甲酸规模化制备的最有希望的路线，但仍存在着诸多问题。hmf主要是纤维素的水解产物，这一过程暂时未能实现工业化，因此，5-羟甲基糠醛储量少、难以制备，并且结构中同时存在醛基以及羟甲基使得其不能稳定存在，导致成本十分昂贵；另外，在利用hmf氧化制备2,5-呋喃二甲酸时需要使用价格较高的贵金属催化剂，氧化过程会停留在中间步骤导致反应不完全，而中间产物与2,5-呋喃二甲酸难以分离。目前还无法适用于大规模的工业化成产，这也大大限制了2,5-呋喃二甲酸及其聚酯产品的应用。

3、有一些文献或专利报道了呋喃甲酸为原料制备2,5-呋喃二甲酸的方法。cn106925262 a专利中公布了一种光催化制备2,5-呋喃二甲酸的催化剂，包括载体和活性金属组分，按最终催化剂重量计，活性金属组分的质量分数为1％-20％，其余为载体。所述的载体为石墨烯、碳化硅、氧化铝、二氧化硅、活性炭或者氮化碳中的一种。所述的活性金属组分为金、钯、铂、银、钌、铑中的一种或两种。中国专利(cn103626726a)公开了一种在水相溶液中，采用酸性载体负载贵金属催化5-羟甲基糠醛选择性氧化制备2,5-呋喃二甲酸的方法。该方法反应条件温和，反应效率高，选择性好，但是需要在反应中加入大量碱溶液。专利cn 116283849 a中，将糠酸铯与二羧酸铯盐(丙二酸铯盐、甲基丙二酸铯盐、乙基丙二酸铯盐、1,3-丙酮二羧酸铯盐)混合均匀后置于反应釜中，可选择性地加入铯盐催化剂，然后在氮气或惰性气体氛围、搅拌、加压的条件下进行固相熔盐反应得到中间产物铯盐，后续进行质子化处理以及提纯处理即得到终产物2,5-呋喃二甲酸，但该方法难以实现连续式生产。专利cn 114450273 a中将氢氧化钾和乙酸钾的水溶液添加到糠酸中。除水产生白色固体，将粉末在高压釜中与co2反应2hr得到fdca的收率可达90％，但该方法同样难以实现连续式生产。

4、从以上现有技术来看，多用到传统釜式反应，甚至还要面临熔盐体系和产物难分离的情况，因此，如何开发高效、廉价的路线用于制备2,5-呋喃二甲酸将是合成生物质来源大宗化学品与高附加值高分子材料的重要手段，具有很大的应用前景和应用潜力。

技术实现思路

1、技术问题

2、鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型的一个目的在于提供一种连续制备2,5-呋喃二甲酸二甲酯的装置，采用该装置的方法以便宜易得的糠酸或糠酸甲酯和甲醇在催化剂存在时生成2,5-呋喃二甲酸二甲酯。产物2,5-呋喃二甲酸二甲酯在反应条件下是气相，可以与固体催化剂分离，得到的2,5-呋喃二甲酸二甲酯可以进一步经过酸化生成2,5-呋喃二甲酸。

3、技术方案

4、根据本实用新型的一个方面，提供了一种连续制备2,5-呋喃二甲酸二甲酯的装置，包括进料单元、流化床酯化反应器、催化剂再生单元；

5、其中，所述进料单元位于所述流化床酯化反应器的一侧，用于反应原料的输入，原料为固体原料或液体原料；

6、所述流化床酯化反应器为三段式结构，上部为圆筒形结构，中部为倒锥体结构，下部为圆筒形结构，上部圆筒形结构的直径大于下部圆筒形结构的直径，为扩大段；上下部直径比为1.1:1～4:1，通过中部倒锥体结构连接形成整体，所述中部倒锥体结构的锥面与垂直向夹角为15°-45°；

7、所述流化床酯化反应器具有至少一个进料口，所述进料口与所述进料单元连接；顶部设有出气口，用于导出气相混合物；底部设有进气口，用于向所述反应器中通入甲醇和载气的混合气；所述反应器的中下部作为主要反应区，其中设置单级或多级水平分布板，用于承载催化剂和分布气体，同时将反应进程划分为若干相应的反应区域，各级分布板上填装的催化剂可以相同，也可以不同；在所述主要反应区内设置漏斗型内部催化剂溢流管，用于使所述反应器中的催化剂产生由上向下流动；在所述反应器下部侧面设置出剂口，在所述反应器中上部侧面设置返剂口；

8、所述催化剂再生单元包括设置于上部侧面的催化剂入口，其通过管线与所述流化床酯化反应器的所述出剂口连接，所述催化剂再生单元底部设置有进气口和顶部设置有出气口，其中所述进气口用于通入含氧气体，经过再生处理后的尾气由所述出气口排出，所述催化剂再生单元下部侧面设置有催化剂出口，其通过管线与所述流化床酯化反应器的所述返剂口连接，通过载气带动将经过再生的催化剂送回所述流化床酯化反应器，开始进行新的反应。

9、优选地，当反应原料为固相时，所述进料单元包括料仓和给料器。

10、更进一步地，当反应原料为固相时，所述给料器包括但不限于螺旋给料器、或星型给料器，所述给料器直接与所述流化床酯化反应器的所述进料口连接。

11、优选地，当反应原料为液相时，所述给料器包括储罐和给料泵。

12、更进一步地，当反应原料为液相时，所述流化床酯化反应器的上部圆筒形结构中还设置液体分布器，所述液体分布器包括但不限于液体分布盘、雾化喷嘴；所述进料单元的给料泵通过管线与所述流化床酯化反应器的进料口连接，并将反应原料输送至所述液体分布器。

13、优选地，所述流化床酯化反应器的所述出气口连接过滤器，所述过滤器用于除去气相混合物中的固体颗粒。

14、优选地，所述过滤器可以包括但不限于相应孔径的筛网，旋风分离器等。

15、优选地，在对应所述内部催化剂溢流管位的所述反应器外壁上位置上设置外部催化剂溢流管，同样用于使所述反应器中的催化剂产生由上向下流动，配合酯化反应器与再生器间催化剂输运形成完整的催化剂循环过程。

16、优选地，所述催化剂再生单元下部内部设置有气体分布器，其与所述进气口连接，用于保持所述催化剂再生单元内部气体流动的均匀分布。

17、优选地，所述催化剂再生单元的所述催化剂入口与所述流化床酯化反应器的所述出剂口之间的所述连接管线上装有滑阀，用于调节控制流化床酯化反应器与催化剂再生单元间催化剂流量。

18、优选地，所述催化剂再生单元的所述催化剂出口与所述流化床酯化反应器的所述返剂口之间的所述连接管线上装有滑阀，用于调节控制流化床酯化反应器与催化剂再生单元间催化剂流量。

19、优选地，所述流化床酯化反应器内设置的所述分布板包括但不限于多孔板、筛板、泡罩板等。

20、优选地，所述催化剂再生单元内的所述气体分布器包括但不限于多孔管、多孔板、筛板、泡罩板。

21、优选地，所述催化剂再生单元外部围绕所述催化剂再生单元设置有换/加热系统，用于对所述催化剂再生单元进行换热或加热。

22、优选地，当所述流化床酯化反应器中的催化剂需要再生时，先开启所述再生单元底部的进气口和顶部出气口，然后连通所述酯化反应器的出剂口与所述再生单元的催化剂入口，使需要再生的催化剂随载气进入所述再生单元，在所述再生单元中催化剂与含氧气体反应除掉催化剂表面沉积的碳物质完成催化剂再生，尾气由所述再生单元的所述顶部出气口排出，再生后的催化剂通过所述再生单元的催化剂出口送入所述酯化反应器的返剂口，开始进行新的反应。

23、有益效果

24、根据本实用新型的反应装置及方法针对糠酸/糠酸甲酯反应生成2,5-呋喃二甲酸二甲酯化合物的反应过程，通过所述核心流化酯化床反应器设计，使得糠酸合成2,5-呋喃二甲酸二甲酯过程由传统的釜式反应工艺，变成了气固流化床反应，糠酸/糠酸甲酯等原料不经加热直接导入反应器中，在流化的催化剂表面快速气化，在催化剂表面与甲醇催化剂结合生成2,5-呋喃二甲酸二甲酯，反应生成2,5-呋喃二甲酸酯在反应条件下以气态形式进入后续分离系统，分离后产物纯化得到2,5-呋喃二甲酸二甲酯。催化剂与产物分离还原为初始态，开始新的反应。通过新的工艺极大加快了反应速度，通过酯化反应避免了产物与催化剂成盐后分离困难的特点，提高了系统效率。进一步催化剂参与反应后，直接在反应系统完成分离循环，减少了分离单元。