本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种二氢呋喃连续化合成及异构体分离的方法。
背景技术：
二氢呋喃是一种广泛用于农药、医药、高分子领域中一种重要精细化学品，二氢呋喃分为2,3-二氢呋喃及2,5-二氢呋喃两种同分异构体，沸点差约10℃；由于烯烃双键位置不同，使两种同分异构体性质差异很大，进而导致两种产品作为中间体可以合成大量不同种类繁多的各种功能各异的有机精细化学品。目前二氢呋喃化学合成以环氧丁烯为原料制取2,3-二氢呋喃，然后异构化生成2,5-二氢呋喃，通过精馏分离而得到2,5-二氢呋喃，该法存在合成副反应多，异构化转化率低，物料容易聚合，工业生产中分离两种异构体需要工序较多，分离产品纯度低，分离技术难度较大，导致二氢呋喃两种异构体价格高，进而制约了二氢呋喃在精细化学品中的开发利用。
二氢呋喃：英文名称dihydrofuran，二氢呋喃包括两种同分异构体，中文名称：2,3-二氢呋喃及2,5-二氢呋喃，现在简述两种产品的特性及在精细化学品行业的应用。
2,5-二氢呋喃，无色透明液体，英文名称： 2,5-dihydrofuran， CAS号： 1708-29-8，分子式： C4H6O，分子量： 70.09，相对密度0.927g/ml,沸点65℃，闪点-24℃。以2,5-二氢呋喃为起始原料，可以合成合成3-四氢呋喃甲醇，进而合成呋虫胺，该工艺路线简洁，废水量小，安全环保，故2,5-二氢呋喃是合成呋虫胺农药的一个重要中间体。
呋虫胺(dinotefuran)为最新一代超级烟碱类杀虫剂。其与现有的烟碱类杀虫剂的化学结构可谓大相径庭，它的四氢呋喃基取代了以前的氯代吡啶基、氯代噻唑基，并不含卤族元素。同时，在性能方面也与烟碱有所不同，杀虫谱更广，故而，目前人们将其称为“呋喃烟碱”其毒性：呋虫胺对哺乳动物十分安全，其急性经口LD50为雄性大鼠2450mg/kg，雌性大鼠2275 mg/kg；雄性小鼠2840mg/kg，雌性小鼠2000mg/kg。对大鼠急性经皮LD50>2000mg/kg(雌、雄)。无致畸、致癌和致突变性。呋虫胺对水生生物也十分安全。鱼毒试验表明，呋虫胺对鲤鱼nm(48 h)>1000mg/L，对水蚤>1000mg/L。同样，呋虫胺对鸟类毒性也很低，对鹌鹑急性经口LD50> 1000mg/kg。经对蜜蜂试验得知，呋虫胺对蜜蜂安全，并且不影响蜜蜂采蜜。
呋虫胺药剂是由日本三井化学株式会社开发，是新一代超高效杀虫剂，具有触杀、胃毒、和根部内吸性强、速效高、持效期长4-8周（理论持效性43天）、杀虫谱广等特点，且对刺吸口器害虫有优异防效，并在很低的剂量即显示了很高的杀虫活性。相比第一、二代杀虫剂，杀虫谱更广，使用更方便，能够克服一二代杀虫剂带来的抗性风险。主要用于防治小麦、水稻、棉花、蔬菜、果树、烟叶等多种作物上的蚜虫、叶蝉、飞虱、蓟马、粉虱及其抗性品系，同时对鞘翅目、双翅目和鳞翅目、双翅目、甲虫目和总翅目害虫有高效，并对蜚蠊、白蚁、家蝇等卫生害虫有高效。
2,3-二氢呋喃是一种化学物质，英文别名：2,3-DHF，分子量：70.09，分子式是C4H6O，沸点：55.2℃，密度0.927g/ml,用于有机合成溶剂、电子化学品、特种树脂、合成香料等，尤其可用作7－乙基色醇、异托多酸等医药化学品的重要原料。
由2,3-二氢呋喃与邻乙基苯肼盐酸盐为原料合成7-乙基色醇，产品收率达到70%以上，粗品纯度90%以上，提纯后精品纯度可达到99%，该工艺操作简单，是目前工业化生产主要合成路线。7-乙基色醇又名7-乙基-3-吲哚乙醇；7-乙烷基色醇；7-乙基-3-羟乙基吲哚；7-乙基色氨醇，7-乙基色醇是合成非甾体消炎镇痛药依托度酸(etodolac)的关键中间。
依托度酸是非甾体抗炎药，可以缓解骨关节炎（退行性关节病变），类风湿关节炎的症状和体征。缓解疼痛症状。类风湿性关节炎，包括该病特有的骨缺损（侵蚀），关节腔狭窄，骨关节炎（变性关节疾病）及轻至中度的疼痛。
依托度酸为非甾体抗炎药，具有抗炎、解热和镇痛作用。其作用机理可能是通过阻断环氧合酶的活性，从而抑制了前列腺素（PG)的合成。本品为非类固醇抗炎药（NSAIDs）。作为镇痛及消炎药，其疗效可与阿司匹林、其他镇痛药及许多目前最常用的处方用NSAIDs相比。它在炎症部位选择性地抑制前列腺素生物合成，给予大鼠治疗剂量时，对胃前列腺素PGE2的抑制是轻微和短暂的。这可能是其胃肠道不良反应较小的机制。大鼠佐剂关节炎模型表明，本品可减少骨及关节损害的发生率和严重性，并能逆转疾病的进展。动物试验未见致畸作用，对生育及一般生殖功能有较小影响。但妊娠动物试验表明抑制前列腺素生物合成的药物可引起难产及分娩延迟。某些前列腺素生物合成的抑制剂可干扰动脉导管的闭合。
中国专利CN99111312.8在170～250℃下，使1,4-丁二醇与H-ZSM-5分子筛催化剂接触，进行反应并收集产物，提供的四氢呋喃的制备方法在保持高的原料转化率和四氢呋喃选择性的条件下，显著提高了1,4-丁二醇的处理能力，每克催化剂每小时可处理1,4-丁二醇100～1300克，对四氢呋喃的选择性可达99．5％以上。 该方法不适应丁烯二醇环合制取二氢呋喃，原因在于丁烯二醇含有活泼烯烃双键，液固催化反应停留时长，聚合现象严重，副反应多，巴豆醛生成量大，气味重，反应收率低，分离二氢呋喃纯度较低，工业化难度大。
技术实现要素：
鉴于二氢呋喃在医药、农药、材料等领域的广泛应用，二氢呋喃合成及异构体分离纯化是直接制约下游产品的开发及成本，本发明专利提供一种二氢呋喃连续化合成及异构体分离的方法，采用1,4-丁烯二醇为原料，通过气固催化环合反应得到二氢呋喃与水的混合物，然后通过分离精制2,3-二氢呋喃及2,5-二氢呋喃两种异构体，显著降低了二氢呋喃生产成本。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种二氢呋喃连续化合成及异构体分离的方法，包括如下步骤：
(1) 将含1,4-丁烯二醇的混合原料加入原料罐中，再经原料泵泵入预热器中预热至80-120℃，预热后的原料再进入过热器中过热至140-300℃，所得气相物料进入反应器中，在高效固体催化剂作用下，于150-300℃，经气固相催化常压或减压反后得到气相二氢呋喃与水的合成液，所述反应空速为0.5-2.5/h，所述减压反应的真空度为0~0.08MPa。反应总转化率为95~99%，离开反应器的气相物质组成为：二氢呋喃60~65%（含2,3-四氢呋喃及2,5-四氢呋喃），水15~18%，丁烯二醇10~20%，呋喃1~3%，巴豆醛0.1~0.3%，3-羟基四氢呋喃0.1~0.5%，丁内酯0.1~0.3%，辛烯醛0.1~0.3%，两种异构体的比例为2,3-四氢呋喃：2,5-四氢呋喃质量比值=1：1~10。高温反应2,3-二氢呋喃比例高，低温反应2,5-二氢呋喃比例高。
(2) 步骤(1)所得气相二氢呋喃与水的合成液依次进入预热器和冷凝器，冷却至20-30℃后，进入原料中转罐，再经输送泵Ⅰ输送至第一精馏塔中部，于第一精馏塔塔底收集未反应的1,4-丁烯二醇，并通过输送泵Ⅱ返回至过热器中，第一精馏塔塔顶收集混合二氢呋喃馏分，并输送至第二精馏塔中部；
(3) 第二精馏塔塔顶采出呋喃，精馏塔中部采出2,3-二氢呋喃成品，塔底采出2,5-二氢呋喃重组分，该馏分通过输送泵Ⅲ泵入第三精馏塔中部；
(4) 第三精馏塔塔底通过输送泵Ⅲ连续化采出精馏废液并经后续环保处理，侧线气相采出废水经生化处理，塔顶采出2,5-二氢呋喃与水的共沸物，该共沸物进入第四精馏塔中部；
(5) 第四精馏塔采用1,4-丁烯二醇萃取精馏，塔顶采出成品2,5-二氢呋喃，塔底采出含水1,4-丁烯二醇。
作为优选，步骤(1)中所述混合原料由包括以下重量份数组分：1,4-丁烯二醇90~99份和1,4-丁二醇0~9份。
作为优选，步骤(1)中所述反应器为列管式固定床催化反应器，内部设有膨胀节。现有技术中的反应器采用釜式反应器，使用液固催化方法，反应时间长，副反应多，聚合现象严重，巴豆醛生成量大，气味重，治理难度大，反应收率低，分离二氢呋喃纯度较低，工业化难度较大，本发明采用固定床反应器，经气固催化反应制备二氢呋喃，副反应少，巴豆醛生成量少，所得二氢呋喃纯度高。固定床反应器又称填充床反应器，床层静止不动，流体通过床层进行反应；反应器内装填高效固体催化剂，物料通过催化剂床层发生气固相反应；列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。
作为优选，步骤(1)中所述催化剂为负载型酸性离子交换树脂、负载型杂多酸及Y、β、ZSM - 5型分子筛、负载型酸性离子交换树脂或负载型超强酸。
作为优选，步骤(2)中所述第一精馏塔理论板数总数为16~25块，其中，精馏段理论板数为10~15块，提留段理论板数为6~10块；第一精馏塔操作条件为：真空度0~0.08MPa，塔顶温度5~75℃，塔底温度150~240℃，回流比R=0.5~3，塔顶馏分中丁烯二醇含量≤0.01%，塔底重组分中水含量0.1~5.0%。
作为优选，步骤(3)中所述第二精馏塔为隔壁精馏塔型式，第二精馏塔理论板总数为60~70块，其中，精馏段理论板数15~20块，提留段理论板数为20~26块，分隔壁段理论板数35~40块；第二精馏塔操作条件为：常压操作，回流比R=30~60。塔顶温度32~50℃，采出呋喃馏分，产品纯度5~99%；塔中温度0~54.5℃，采出2,3-二氢呋喃，产品纯度≥99%，水分≤0.05%；塔底温度66~75℃，采出2,5-二氢呋喃重组分馏分，其中2,3-二氢呋喃含量≤0.05%，水分20~35%。
作为优选，步骤(4)中所述第三精馏塔理论板数总数为30~40块，其中，精馏段理论板数为20~25块，提留段理论板数为10~15块，第二精馏塔进料添加助剂，助剂为保险粉或2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚；第三精馏塔操作条件为：常压操作，回流比R=1.0~1.5，塔顶温度65℃，塔底温度102~170℃，侧线采出温度102~105℃。塔顶2,5-二氢呋喃共沸物馏分：纯度96~99.9%，水分0~4%，塔底重组分废液含水10~30%，侧线废水：2,5-二氢呋喃含量≤0.01%，分层后的有机物汇入废液进行环保处理。
作为优选，步骤(5)中所述第四精馏塔理论板数总数为45~55块，其中，精馏净化段理论板数为3~5块，萃取段理论板数为25~30块，提馏段理论板数15~20块；第四精馏塔操作条件为：常压操作，回流比R=1.0~1.5，溶剂比0.5~1；1，塔顶温度66℃，塔底温度150~170℃，塔顶为高纯无水2,5-二氢呋喃产品：纯度96~99.9%，水分≤0.05%，塔底萃取液含水5~10%，塔底萃取液不经降温通过输送泵进入合成工序的气化过热器中，不用进行萃取剂再生，节能且缩短了生产工艺流程。
作为优选，所述第一精馏塔为连续化精馏塔；第二精馏塔为分隔壁精馏塔，同时分离呋喃、2,3-二氢呋喃及粗品2,5-二氢呋喃三种馏分，由于反应生成呋喃量较少，2,3-二氢呋喃比2,5-二氢呋喃含量少，故不采用常规两塔分离模式，采用隔壁精馏方式，塔顶采出呋喃馏分，塔中采出2,3-二氢呋喃成品，塔底采出粗品2,5-二氢呋喃通过泵进入第三精馏塔；第三精馏塔为连续化精馏塔，第四精馏塔为萃取精馏塔型，塔底再沸器均采用泵强制循环加热，以预防换热器堵塞；塔顶冷凝器均采用循环水及冷冻水双级冷却，减少尾气排放量。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、化学反应与精馏分离耦合在一起，组成连续化生产流程，提高了生产效率，产品转化率及收率高，所得2,5-二氢呋喃产品纯度为96~99.9%，水分≤0.05%；所得2,3-二氢呋喃产品纯度≥99%，水分≤0.05%。
2、第二精馏塔为分隔壁精馏塔，可以同时分离呋喃、2,3-二氢呋喃及粗品2,5-二氢呋喃三种馏分，由于反应生成呋喃量较少，2,3-二氢呋喃比2,5-二氢呋喃含量少，故采用分隔壁精馏塔替代常规的两塔分离模式，减少了生产工序，具有较大的经济效益。
3、第四精馏塔采用萃取精馏塔采用原料丁烯二醇为萃取剂，塔顶采出无水2,5-二氢呋喃，塔底采出含水丁烯二醇，无需对其进行再生处理，直接泵入工序合成原料罐，循环使用，减少了废水处理工序。
4、本发明所提供的二氢呋喃连续化合成及异构体分离的方法，适用于1,4-丁烯二醇含量90~99%的原料，对产品纯度要求低，适应范围广，有助于降低生产成本。
5、本发明所提供的方法，所得废水COD显著降低，可直接进行生化处理，防止工艺危害，提高了能源利用效率。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1) 将混合原料（1,4-丁烯二醇90~99%，1,4-丁二醇0~9%，1,4-丁炔二醇0~4%；丙炔醇0.1~0.2%，水：0.1~5%）加入原料罐中，再经原料泵泵入预热器中预热至80-120℃，预热后的原料再进入过热器中过热至140-300℃，所得气相物料进入反应器中，在催化剂Y型分子筛作用下，于150-300℃，经气固相催化常压或减压反应到气相二氢呋喃与水的合成液，所述反应空速为0.5-2.5/h，所述减压反应的真空度为0~0.08MPa；所述合成液组成为：二氢呋喃60~65%（含2,3-四氢呋喃及2,5-四氢呋喃），水15~18%，丁烯二醇10~20%，呋喃1~3%，巴豆醛0.1~0.3%，3-羟基四氢呋喃0.1~0.5%，丁内酯0.1~0.3%，辛烯醛0.1~0.3%；
(2) 步骤(1)所得气相二氢呋喃与水的合成液依次进入预热器和冷凝器，冷却至20-30℃后，进入原料中转罐，再经输送泵Ⅰ输送至第一精馏塔中部，于第一精馏塔塔底收集未反应的1,4-丁烯二醇（含量为85~95%），并通过输送泵Ⅱ返回至过热器中，第一精馏塔塔顶收集混合二氢呋喃馏分，并输送至第二精馏塔中部。所述第一精馏塔理论板数总数为16~25块，其中，精馏段理论板数为10~15块，提留段理论板数为6~10块；第一精馏塔操作条件为：真空度0~0.08MPa，塔顶温度5~75℃，塔底温度150~240℃，回流比R=0.5~3；
(3) 第二精馏塔塔顶采出呋喃，纯度为50~99.5%，精馏塔中部采出2,3-二氢呋喃成品，纯度99.5%，塔底采出2,5-二氢呋喃重组分（纯度50~75%），该馏分通过输送泵Ⅲ泵入第三精馏塔中部。第二精馏塔为隔壁精馏塔型式，第二精馏塔理论板总数为60~70块，其中，精馏段理论板数15~20块，提留段理论板数为20~26块，分隔壁段理论板数35~40块；第二精馏塔操作条件为：常压操作，回流比R=30~60，塔顶温度32~50℃，采出呋喃馏分；塔中温度~54.5℃，采出2,3-二氢呋喃；塔底温度66~75℃，采出2,5-二氢呋喃重组分馏分。
(4) 第三精馏塔塔底通过输送泵Ⅲ连续化采出精馏废液并经后续环保处理，侧线气相采出废水经生化处理（含巴豆醛0.01~0.3%），塔顶采出2,5-二氢呋喃与水的共沸物（纯度96~99.5%，含水0~5%），该共沸物进入第四精馏塔中部。第三精馏塔理论板数总数为30~40块，其中，精馏段理论板数为20~25块，提留段理论板数为10~15块，第二精馏塔进料添加助剂，助剂为保险粉或2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚；第三精馏塔操作条件为：常压操作，回流比R=1.0~1.5，塔顶温度65℃，塔底温度102~170℃，侧线采出温度102~105℃。
(5) 第四精馏塔采用萃取剂1,4-丁烯二醇萃取精馏，溶剂比（萃取剂量：进料量质量比）0.5~1：1，塔顶采出成品2,5-二氢呋喃（纯度96~99.5%，含水≤0.05%），塔底采出含水1,4-丁烯二醇（0~5%）。第四精馏塔理论板数总数为45~55块，其中，精馏净化段理论板数为3~5块，萃取段理论板数为25~30块，提馏段理论板数15~20块；第四精馏塔操作条件为：常压操作，回流比R=1.0~1.5，溶剂比0.5~1；1，塔顶温度66℃，塔底温度150~170℃。
实施例2
与实施例1操作相同，不同的是分离单元停止使用第四精馏塔，原料直接进入原料罐，通过反应及分离，第二精馏塔中部采出得到2,3-二氢呋喃，第三精馏塔顶部采出得到2,5-二氢呋喃，所得2,3-二氢呋喃产品纯度≥99%，含水量≤4.5%；所得2,5-二氢呋喃产品纯度≥96%。
实施例3
原料组成为1,4-丁烯二醇纯度≥98.5%，1,4-丁炔二醇纯度≤1.2%，1,4-丁二醇纯度≤0.1%，丙炔醇0.1~0.2%，水分0.1~0.2%
采用实施例1相同的操作，不同的是合成反应器采用低温反应，反应温度150~250℃，合成生产能力增大，第二精馏塔中部采出成品2,3-二氢呋喃，纯度≥99.5%，第四精馏塔顶部采出成品2,5-二氢呋喃，纯度99.5%，第三精馏塔侧线采出废水巴豆醛含量≤0.1%，废水COD值10000~20000mg/L，后续废水处理难度减少。
实施例4
原料组成情况：1,4-丁烯二醇纯度≥99%，1,4-丁炔二醇纯度≤0.5%，1,4-丁二醇纯度≤2~3%，丙炔醇0.1~0.2%，水分≤0.05%
操作过程同实施例1，合成反应器采用高温反应，反应温度250~300℃，合成生产能力增大，第二精馏塔中部采出成品2,3-二氢呋喃，纯度≥99.5%，精馏塔不加抗氧助剂；第四精馏塔顶部采出成品2,5-二氢呋喃，纯度97~98%，第三精馏塔侧线采出废水巴豆醛含量0.5~1.5%，废水COD值50000~100000mg/L，后续废水处理难度增加；采用高温合成二氢呋喃，2,3-二氢呋喃产率增加，2,3-二氢呋喃及2,5-二氢呋喃反应后的比例可达到1：1比例
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。