[发明专利]连续流微通道反应器中合成芳香羧酸类化合物的方法

说明书

本发明公开一种连续流微通道反应器中合成芳香羧酸类化合物的方法，按照下述步骤进行：步骤1将芳烷基化合物，冰醋酸及催化剂和促进剂按比例在投料釜中混合均匀；步骤2通过投料泵将混合物送进预热器，进而进入微通道反应器中，同时通入氧气，设定温度和压力下在微通道反应器中连续进行氧化反应；步骤3反应产物从出料口进入收料釜，同时进行气液分离，分离过量的氧气及少量的二氧化碳气体；步骤4产品经过重结晶、蒸馏等精制手段处理得到精制产品，醋酸经过脱水精制循环使用。

技术领域

本发明属于有机合成应用技术领域，具体涉及一种在连续流微通道反应器中合成芳香羧酸类化合物的方法，能够以高产率、安全环保的方式得到芳香羧酸类化合物。

技术背景

芳香族羧酸化合物是一类重要的化工和医药中间体，如苯甲酸等。其中多元羧酸如对苯二甲酸、间苯二甲酸可用于生产聚酯聚合物、聚酰胺聚合物；四元羧酸缩合制备的二酐，如均苯二酐、联苯二酐、酮酐等是聚酰亚胺必不可少的单体；这些聚合物可以以纤维、泡沫、模塑料、复合材料的形态用于现代工业的方方面面，具有举足轻重的作用。

制备芳香族羧酸化合物，最常见的方法是将芳环上取代的烷基氧化为羧基，一般分为液相氧化法和气相氧化法。

常见的液相氧化法例子如对苯二甲酸的制备，其原料为对二甲苯，通过金属类催化剂的作用，在高温高压下使用分子氧气液相氧化甲基至羧基。这个反应通常在高温(150-250℃) 和高压(6-30bar)下在搅拌容器中进行，高产率地生成对苯二甲酸，然后再经过一系列结晶器逐步降温并在溶剂中结晶沉淀，再经过催化加氢除去杂质精制得到聚合级对苯二甲酸。此类反应本身是强放热反应，并且需要在高温高压下才能得到比较好的转化，属于重大危险工艺。针对此产品开发的设备为几十甚至几百万吨的大型设备，需要的设备水平和工艺控制水平非常高。此类设备由于针对特定产品开发，不具有普遍的通用性。

常见的气相氧化法的例子如均苯四甲酸的制备，其原料为均四甲苯，在列管式反应器当中加热至气态，在矾金属催化剂的作用下与空气或氧气在500℃左右反应生成均苯四甲酸气体，并收集捕获并进一步精制。此反应简单高效，但收率一般只有70％左右，相当大部分的原料会被损失掉，生成的废水量也非常大。此类反应还可以用于氯代二甲苯的氧化生成氯代苯酐，但过程中同样有原料会被消耗掉，并生成大量的酸气，对设备腐蚀非常严重。此类方法只适用于分子量较小的底物，对分子量大的底物则不适用，且收率较低。

此外，合成芳香羧酸类化合物的方法还包括使用高锰酸钾、硝酸等氧化剂氧化苯环上的烷基取代基生成芳香羧酸类化合物。但此类方法尽管比较方便，但通常会带大量的三废如含锰废水、二氧化氮废气等，通常用于少量合成芳香羧酸类化合物，工业上使用较少。

氧气是最清洁的氧化剂。使用氧气氧化芳香烷基化合物制备芳香羧酸化合物由于是强放热反应，需要的条件非常苛刻，通常存在控制困难、产品不稳定、工艺危险等问题。因此，如何发展一种简单、高效、安全、绿色、操作简便、普适性高的氧气氧化工艺是针对此类反应的核心问题。

针对以上问题，本专利提出以微通道连续流设备液相催化氧化合成芳香羧酸类化合物。该工艺路线的优点在于使用一种本质安全的设备精确控制了反应的温度，压力，计量及停留时间，在短时间内以高产率得到芳香羧酸类化合物。

发明内容

本发明的目的是针对目前工业化技术的不足，提供一种连续流微通道反应器中合成芳香羧酸类化合物的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：连续流微通道反应器中合成芳香羧酸类化合物的方法，按照下述步骤进行：步骤1将芳烷基化合物，冰醋酸及催化剂和促进剂按比例在投料釜中混合均匀；步骤2通过投料泵将混合物送进预热器，进而进入微通道反应器中，同时通入氧气，设定温度和压力下在微通道反应器中连续进行氧化反应；步骤3反应产物从出料口进入收料釜，同时进行气液分离，分离过量的氧气及少量的二氧化碳气体；步骤4产品经过重结晶、蒸馏等精制手段处理得到精制产品，醋酸经过脱水精制循环使用。