平衡限制反应的方法_2

文档序号:9601992阅读:来源:国知局
GE化学计量过量。由于该化学计量过量,CA除了是反应的反应物之外也用作RCU的萃取物 和萃余液的洗脱液(是色谱洗脱溶剂)。同样,因为向RCU提供的GE相对于CA化学计量不 足,所以RCU中的GE可以达到的平衡限制反应的转化率值大于在催化剂存在下在RCU中对 于预定温度所对应的平衡转化率值,从而经由平衡限制化学反应形成包括GEE和水的混合 物。在一种实施方式中,按照所需,RCU中的GE可以反应至消失。
[0019] 本申请的方法使用RCU作为反应容器和色谱装置两者。RCU允许可逆反应(例如, 酯化反应)的反应物的反应和产物的分离同时进行,从而获得增强的性能。RCU的实例包 括一个或多个色谱柱,其填装有酯化反应的催化剂和反应产物的分离介质。催化剂和分离 介质都可以作为固定相存在于RCU。不同的反应产物对固定相的亲和力不同,从而穿过RCU 的迀移速度不同。这可使反应产物分离,抑制逆向反应,并使RCU的出口得到高转化率。
[0020] 适用于本申请的RCU的一个实例是模拟移动床装置(SMB)。SMB装置提供连续和 逆流的操作,其将化学反应和分离合并在一个单个仪器之中。SMB装置采用多个固定床柱 (或柱的部分),其中每个固定床柱包含酰化反应的催化剂以及分离水和GEE反应产物的分 离介质。不同的酯化反应可能需要不同数目和构造的多个固定床柱。例如,4至24个固定 床柱可以用于形成SMB装置,该装置用于本申请的酯化反应。SMB装置的主要输入物和输出 物是进料、萃取物、和萃余液,其中每个固定床柱包括输入物流和输出物流。每个物流在各 自的位置和按独立受控的特定流速流进和流出SMB装置的固定床柱。
[0021] 在工艺过程中,SMB装置从一个柱到另一个柱(或柱部分之间)转换液体的输入 物流和输出物流,从而接近真实逆流固体-液体流的理论性能。从一个柱到另一个柱转换 输入物流和输出物流可以使用与多个固定床柱的输入和输出线路共同运行的阀(例如,旋 转阀,或双位阀或多位阀的网络)实现。流体引导装置通过将物料引导至多个固定床柱的 适当输入或输出线实现输入和输出物流的位置移动。控制SMB装置的进料流的液体流速和 阀的分步时间,由此慢洗脱和快洗脱的反应产物以相对于输入口和输出口的移动或转换相 反的方向移动。
[0022] 配置SMB装置的固定床柱以提供四个区域,从而进行酯化反应并将反应产物从混 合物中分离,分离成两个级分:包括慢洗脱级分的萃取物,和包括快洗脱级分的萃余液。SMB 装置的四个区域各自起到不同的作用。区域I包含洗脱液入口(例如,GE或CA)和萃取物 出口之间的固定床柱;区域II包含萃取物出口和进料入口(例如,CA或GE或混合物)之 间的固定床柱;区域ΠΙ包含进料入口(例如,CA或GE)和萃余液出口之间的固定床柱;区 域IV包含萃余液出口和洗脱液入口(例如,GE或CA)之间的固定床柱。在SMB装置内,区 域II和III用于使快组分和慢组分进一步移动分开,而区域I和IV分别用于防止慢组分 落回过远和防止快组分前移过远。
[0023] 如本申请讨论,SMB装置的固定床柱具有酯化反应的催化剂以及分离水和GEE的 分离介质。可以将催化剂和分离介质配置在一个结构上或者配置在SMB装置的固定床柱中 的单独结构上。可以选择用于RCU的固定床柱的分离介质,由此反应组分(例如,GE和CA) 较少被强烈吸附,而反应副产物(例如,水)较多被强烈吸附,从而将反应组分和反应副产 物与固体的模拟移动逆流运载。这使得:极性较小的反应组分(例如GEE)从SMB装置移除 到萃余液流中,而极性较大的反应组分(例如,水)从SMB装置移除到萃取物流中。
[0024] 本申请的方法用于在预定温度生成水的平衡限制化学反应,而非用于仅生成无水 反应产物(例如,醇)的平衡限制化学反应。这样的反应的实例包括但不限于,羟醛缩合, 酯化反应,酐形成,和酰胺化反应。羟醛缩合反应的催化剂的实例包括但不限于,已知的酸 性催化剂、酶催化剂或金属催化剂。酯化反应的催化剂的实例包括但不限于,酸性聚合物 树脂,沸石,杂多酸,和均相催化剂,例如硫酸[参见,例如,G.Busca,"AcidCatalystsin IndustrialHydrocarbonChemistry, "Chem.Rev.,107(11) (2007),5366-5410]。酰胺化反 应的催化剂的实例包括但不限于,已知的酸性催化剂或金属催化剂。根据进料的组成,几种 不同的催化剂可以组合,以便于实现催化作用。
[0025] 本申请的方法可以使用多种不同类型的催化剂和分离介质以进行反应和分离。所 述方法可以使用下述之一:可用作催化剂和分离介质两者的单一固体,一种或多种固体催 化剂和分离介质的组合或均相催化剂与一种或多种分离介质的组合。分离介质可以是用于 吸附类型过程的常规材料,包括但不限于聚合物树脂,二氧化硅,氧化铝,分子筛,活性炭, 或其它已知的可分离酰化反应产物中至少一种产物的分离介质。优选固体是可在单一固体 中同时用作催化剂和分离介质的那些,例如强酸离子交换树脂。这些包括但不限于磺化离 子交换树脂例如Amberlyst? 15,Amberlyst? 70,D0WEX?MONOSPHERE?M-31,或其它可商 购的强酸聚合物树脂。
[0026] 不同的反应和产物的分离可能需要不同的催化剂和分离介质组合和/或不同的 催化剂与分离介质的体积比。例如,催化剂和分离介质在SMB装置中可以按1:100至100:1 的体积比(催化剂:分离介质)存在。催化剂和分离介质也可以存在于多种构造中的SMB 装置。例如,当作为单独结构存在时,催化剂和分离介质可作为贯穿于SMB装置的固定床柱 的均相混合物存在。或者,催化剂和分离介质可存在于沿SMB装置的固定床柱的催化剂和 分离介质的交替层中。各层的厚度和相对位置可以取决于酰化反应以及需要分离的产物。
[0027] 对于本申请的方法,向RCU(例如,SMB装置)提供GE和CA,其中RCU具有反应催 化剂以及分离水和GEE的分离介质。工艺连续操作,其中分别:引入GE和CA,将反应催化, 将GEE和水产物从混合物中分离成萃余液和萃取物。
[0028] 如本申请讨论,在一种实施方式中,将CA按相对于GE化学计量不足的量提供于 RCU,GE在萃余液和萃取物中都用作洗脱液,而CA在RCU中反应。在一种实施方式中,相对 于GE化学计量不足的CA在RCU中反应至消失。
[0029] 对于反应提供相对于GE化学计量不足的CA的适当实例包括提供CA与GE的化学 计量比(CA:GE)为 1:1. 1 至 1:10 ;1:1· 5 至 1:5 ;或 1:2 至 1:3。
[0030] 同样如本申请讨论,在一种实施方式中,向RCU提供相对于CA化学计量不足的GE, CA用作萃余液和萃取物两者中的洗脱液,而GE在RCU中反应。在一种实施方式中,相对于 CA化学计量不足的GE在RCU中反应至消失。
[0031 ] 对于反应提供相对于CA化学计量不足的GE的适当实例包括提供GE与CA的化学 计量比(GE:CA)为1:1. 1至1:10 ; 1:1. 5至1:5 ;或1:2至1:3。引入到SMB装置的进料包 含至少一种GE和至少一种CA,其中SMB装置在适于酯化反应的压力和预定温度操作。操 作条件将取决于用于SMB装置的催化剂和分离介质。SMB装置中酯化反应的预定温度可以 为0°C至200°C。SMB装置中酯化反应的典型操作压力可以为lOlKPa至2000KPa。正如本 领域技术人员所知,根据酯化反应其它预定温度和压力也是可行的。可以设置操作条件,使 得反应物(例如,GE和CA)的物流在液相中,并且所有组分都在液相中。
[0032]GE可以包括但不限于,包括适于进行酯化反应的游离羟基的那些化合物。GE的具 体实例包括但不限于,二醇醚或其组合。例如,GE具有下式:
[0033] R,一(0CH2CHR")n-0H
[003
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