有机酸和纯化的2,5-呋喃二甲酸的热处理制造技术

用于生产羧酸组合物的纯化FDCA的热处理，该工艺包括以下步骤：提供或生产包括纯化的羧酸组合物和含有机酸的处理溶剂组合物的热处理组合物；使热处理组合物经受升高的温度，其中FDCA部分溶解，以及冷却经处理的组合物并且从经处理的组合物中分离至少一部分FDCA，以获得羧酸组合物。得羧酸组合物。

Heat treatment of organic acids and purified 2,5-furandicarboxylic acid

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有机酸和纯化的2,5
‑
呋喃二甲酸的热处理


[0001]本专利技术涉及用于生产羧酸组合物的工艺、相应的羧酸组合物和用于生产聚亚烷基呋喃酸酯的起始材料。

技术介绍

[0002]2,5
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呋喃二甲酸(FDCA)是本领域中已知的在生产高性能聚合物中替代石油类单体的非常有前景的基础材料。近年来，FDCA和新型植物类聚酯
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聚亚乙基呋喃酸酯(PEF)吸引了很多关注，这是一种完全可回收的塑料，与当今广泛使用的石油类塑料相比，具有更好的性能。这些材料可以为减少对石油类聚合物和塑料的依赖做出重大贡献，同时允许对全球资源进行更可持续的管理。相应地，在该领域进行了全面的研究，以获得以商业上可行的方式生产FDCA和PEF的技术，从而允许这些有前景的材料成功进入市场。
[0003]FDCA通常通过氧化具有呋喃部分的分子，例如5
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羟甲基糠醛(5
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HMF)和相应的5
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HMF酯或5
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HMF醚以及类似的起始材料(其通常通过例如糖脱水从植物类糖获得)而作为粗羧酸组合物获得。从现有技术中已知多种氧化工艺，包括例如酶催化或金属催化工艺。
[0004]本领域最成熟的技术之一是使用包含钴、锰和溴的催化剂体系，使用氧气或空气作为氧化剂将具有呋喃部分的化合物氧化成FDCA。适用于各种起始材料的相应工艺例如在WO 2014/014981 A1或WO 2011/043660 A1中公开。
[0005]在大多数情况下，在上面提到的工艺中粗羧酸组合物可获得的纯度不足以达到FDCA聚合成PEF或其它高性能聚合物所需的纯度。因此，为了生产纯化的羧酸组合物，已经开发了进一步纯化粗羧酸组合物的纯化工艺。这些工艺包括例如氢化步骤、后氧化步骤、蒸馏步骤、重结晶步骤或类似方法，经常与具有洗涤和分离所得羧酸组合物的几个步骤的综合纯化方案相结合。示例性的纯化工艺公开在例如WO 2014/014981 A1或WO 2016/195499 A1中。
[0006]尽管为获得足够纯的FDCA(有时称为聚合物级FDCA)进行了全面的努力来改进现有的工艺，但是通过已知的纯化工艺获得的结果经常不完全令人满意。尽管用于纯化粗FDCA的现有技术工艺经常提供关于2
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甲酰基
‑2‑
呋喃甲酸(FFCA)的良好结果，即在大多数情况下，通过起始材料的不完全氧化获得的主要杂质，但是这些方法在许多情况下没有实现其它常见杂质的充分减少，基于用于氧化的工艺，其中一些杂质可能以显著的量存在。尤其，一些现有技术方法没有提供2
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呋喃甲酸(FCA)(即，对应于FDCA的一元酸)的量的充分减少，其经常在氧化过程中生成，例如通过FDCA的脱羧。
[0007]此外，本领域公认的是，用现有技术纯化方法获得的固体FDCA颗粒通常具有不太理想的物理和机械特性。这些特性包括例如固体产品中较大量的不需要的细粒，即非常小的颗粒，其形状经常像碎玻璃的碎片，并且通常所得颗粒的强度较低。其他不太理想的特性包括例如在分离和干燥过程中可能形成的团聚物，导致非常大的颗粒。这些特性使得颗粒的处理比最常见的石油类二酸要困难和昂贵得多。例如，更难倾倒固体FDCA产品或通过管道输送。此外，固体FDCA的储存特性也不太理想，因为颗粒经常倾向于彼此粘附。
[0008]不太理想的机械和物理性能的最显著的缺点之一可能是不太容易将固体FDCA与生产聚合物所需的其它起始材料以及催化剂混合，导致具有浓度梯度的起始混合物不太均匀，这会对所需的反应时间和所得聚合物的质量产生负面影响。
[0009]本专利技术的专利技术人将不太理想的机械和物理性能归因于颗粒的形状和降低的强度以及所得纯化FDCA组合物中的颗粒尺寸分布。在大多数情况下，这些颗粒呈板状，含有大量细粒。迄今为止，在本领域中还没有已知的有效改善纯化的FDCA的机械和物理性质的有利方法。
[0010]上面提到的关于固体FDCA不太理想的纯度和机械特性的问题倾向于与用于生产FDCA的起始材料无关。
[0011]然而，近年来发现获得FDCA的最有希望的方法之一是使用大量的5
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HMF醚作为氧化的起始材料。结果，在这种工艺中获得的粗羧酸组合物不仅包含游离二酸，即FDCA，还包含显著量的FDCA的单烷基酯，其中目前那些生产显著量的FDCA的单甲酯(FDCA
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Me)的方法似乎是最成熟的。虽然相应的方法与不生产FDCA的单烷基酯的可比方法相比具有几个优点，但是在这些方法中获得的固体FDCA的纯度和机械特性方面的上述缺点是特别不希望的。在综合实验中，专利技术人发现FDCA的单烷基酯是许多现有技术纯化工艺不能充分除去的杂质之一。因此，使用上面提到的技术生产的纯化的FDCA组合物包含显著量的FCA和FDCA
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Me，其中在随后的聚合反应中，FCA是潜在的链终止剂，并且FDCA
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Me可以产生甲醇，这会导致危险的副反应。此外，本专利技术人发现，FDCA
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Me的存在，即使是少量的，也会导致固体FDCA的机械和物理性质比不含FDCA
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Me的纯化FDCA组合物更不利。总之，现有技术工艺的上面提到的缺陷对于那些在粗和/或纯化的羧酸组合物中包含FDCA
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Me的工艺尤其明显。
[0012]鉴于上述问题，长期以来一直需要克服现有技术工艺的各个缺点。因此，本专利技术的一个目的是提供一种进一步增加所得羧酸组合物的纯度的工艺，特别是关于FCA和/或FDCA
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Me杂质。本专利技术的另一个目的是提供一种工艺，该工艺生产具有提高的机械和物理特性的羧酸组合物，因此允许固体产物的有效处理和固体FDCA在随后的聚合反应中的有利行为。本专利技术进一步的目的是提供一种工艺，该工艺可以容易地与现有的氧化和纯化工艺结合，并且可以以连续、半连续或间歇的方式进行。
[0013]如果额外的工艺步骤能够以资源有效的方式进行，并且本身仅产生少量的废物，这将是理想的。同样，希望提供一种工艺，该工艺主要使用在剩余生产工艺的其它步骤期间(例如在氧化或纯化期间)也使用的那些化合物和起始材料，以降低储存成本并使需要在生产工厂处理的不同物质的量最小化。
[0014]同样，如果相应的工艺需要最小量的能量，将主要使用非腐蚀性物质，并且可以以特别安全的方式操作，将健康风险和危险物质对环境的暴露最小化，将是优选的。除了希望对FCA和/或FDCA
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Me进行特别有效的纯化之外，还希望该方法能够除去多种可能的杂质，以便有效地补充现有技术的纯化方法。
[0015]此外，本专利技术的一个目的是提供一种羧酸组合物，该组合物不仅具有高纯度，而且还表现出有利的物理和机械特性，允许在随后的聚合反应中有效地用作起始材料。相应地，本专利技术的另一个目的是提供一种用于生产聚亚烷基呋喃酸酯的起始材料，该起始材料可以减少聚合过程中的反应时间和/或生产特别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于生产包括2,5
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呋喃二甲酸的羧酸组合物的工艺，所述工艺包括以下步骤：a)提供或生产包括2,5
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呋喃二甲酸和2
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甲酰基
‑2‑
呋喃甲酸的粗羧酸组合物；b)纯化所述粗羧酸组合物以生产包括2,5
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呋喃二甲酸的纯化的羧酸组合物，其中所述纯化包括选自由下述组成的组中的至少一个步骤：
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氢化至少一部分的所述2
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甲酰基
‑2‑
呋喃甲酸；
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氧化至少一部分的所述2
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甲酰基
‑2‑
呋喃甲酸；
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重结晶至少一部分的所述2,5
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呋喃二甲酸；并且
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水解2,5
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呋喃二甲酸的二烷基酯；c)提供或生产处理溶剂组合物，相对于所述处理溶剂组合物的重量，所述处理溶剂组合物至少包括按重量计5％的具有2至6个碳原子的饱和有机酸溶剂；d)提供或生产包括所述纯化的羧酸组合物和所述处理溶剂组合物的热处理组合物；e)使所述热处理组合物经受140℃至200℃范围内的升高的温度持续5min至240min范围内的时间，其中相对于2,5
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呋喃二甲酸的总量，溶解的2,5
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呋喃二甲酸的百分比在10％至80％的范围内，以获得经处理的组合物；以及f)冷却所述经处理的组合物至20℃至80℃范围内的温度，并且从所述经处理的组合物中分离至少一部分的所述2,5
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呋喃二甲酸，以获得羧酸组合物和包括所述具有2至6个碳原子的饱和有机酸溶剂的处理母液。2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述粗羧酸组合物和/或所述纯化的羧酸组合物包括2,5
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呋喃二甲酸的单烷基酯，优选2,5
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呋喃二甲酸的单甲基酯。3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中步骤e)在用惰性气体加压的反应器中进行，所述惰性气体优选为氮气或氩气，和/或其中将步骤e)中的所述热处理组合物搅动至少一部分时间，优选通过搅拌，以使固体2,5
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呋喃二甲酸受到剪切力。4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中相对于所述热处理溶剂组合物的重量，所述热处理组合物包括按重量计15％至45％的量的2,5
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呋喃二甲酸，优选地所述热处理组合物包括按重量计20％至40％的量的2,5
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呋喃二甲酸，和/或其中所述处理溶剂组合物包括乙酸和水，优选地乙酸和水的比率在60:40和99.9:0.1之间，更优选地乙酸和水的比率在65:35和95:5之间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的工艺，其中选择步骤e)和f)中的所述工艺参数以生产2,5
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呋喃二甲酸的颗粒，使得
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在0.2巴和2巴的分散压力下，在颗粒尺寸测量之间显示出小于35％的平均粒径减小，和/或
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所述颗粒具有在50μm至300μm范围内的体积平均中值颗粒尺寸(d50)，优选地所述颗粒具有在60μm至200μm范围内的体积平均中值颗粒尺寸(d50)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的工艺，其中相对于所述组合物的重...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里，
申请(专利权)人：福兰尼克斯科技公司，
类型：发明
国别省市：