[發明專利]一種甲酸的微界面制備系統及方法

在審

• 申請號: 202011309705.3
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112321411A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 張志炳;周政;胡興邦;楊建;張鋒;李磊;孟為民;王寶榮;楊高東;羅華勛;楊國強;曹宇
• 申請（專利權）人: 南京延長反應技術研究院有限公司
• 主分類號: C07C51/00
• 分類號: C07C51/00;C07C53/02;C07C51/42;B01J31/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種甲酸的微界面制備系統及方法，甲酸的微界面制備系統包括：反應精餾塔，所述反應精餾塔的側壁由上至下依次設置有氫氣進口、二氧化碳進口以及溶劑、催化劑混合進口；所述反應精餾塔內設置有氣動式微界面發生器與液動式微界面發生器，所述氣動式微界面發生器設置在所述反應精餾塔內的塔板之間，與氫氣進口相通用于將進入的氫氣進行分散破碎，所述液動式微界面發生器設置在靠近所述反應精餾塔的底部，與二氧化碳進口相通用于將進入的二氧化碳進行分散破碎。本發明甲酸的微界面制備系統解決了現有技術中反應速率低、反應相界面之間傳質速率低的問題，降低了加氫反應的溫度、壓力，提高了反應效率。

技術領域

本發明涉及甲酸制備領域，具體而言，涉及一種甲酸的微界面制備系統及方法。

背景技術

甲酸(CAS號：64-18-6)，又名蟻酸，是含碳數最少的羧酸，具有較強的酸性，是現代有機化工的重要原料。甲酸合成方法眾多，包括(1)甲醇羰基合成法，通過催化劑催化甲醇和一氧化碳反應生成甲酸甲酯，然后再水解得到甲酸和甲醇；(2)甲酰胺法，通過催化劑催化一氧化碳和胺在甲醇溶液中生成甲酰胺，然后甲酰胺在酸性條件下水解得到甲酸；(3)二氧化碳法，通過催化劑催化二氧化碳加氫直接制備甲酸。

在以上甲酸合成方法中，近20年興起的二氧化碳加氫制備甲酸具有最高的理論原子經濟性，是一條非常有潛力的甲酸合成路徑。但由于二氧化碳和氫氣反應生成甲酸在熱力學上受限，現有的過程均需要在反應體系中加入有機或無機堿來和甲酸反應生成甲酸鹽，以推動反應朝生成甲酸的方向移動。比如，Nature Catal.(2018,1,743-747)報道了一種以卡賓銅為催化劑催化二氧化碳和氫氣反應制備甲酸的方法，但反應需加入過量的強有機堿二氮雜二環來和甲酸反應；Angew.Chem.Int.Ed.(2019,58,722-726)報道了一種以三(五氟苯基)硼為催化劑催化二氧化碳和氫氣反應制備甲酸的方法，但反應需加入過量的無機堿碳酸鉀和甲酸反應；專利CN201810255395.8中報道了以釕配合物為催化劑催化二氧化碳加氫制甲酸的方法，反應需以過量的KHCO₃來和甲酸反應以推動過程進行；專利CN105367404B中報道了以納米多孔鈀催化劑催化二氧化碳加氫制甲酸的方法，反應需以過量的氫氧化鈉或叔丁醇鈉來和甲酸反應以推動過程進行；專利CN106622224A中報道了以納米金基催化劑催化二氧化碳加氫制甲酸的方法，反應需以過量的三乙胺或三乙醇胺等來和甲酸反應以推動過程進行。此外，由于甲酸酸性較強，能和許多有機金屬化合物發生反應，現有方法報道的催化劑在甲酸條件下并不穩定，使得催化劑快速失活。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種微界面制備系統，該微界面制備系統一方面通過設置反應精餾塔來推動反應的順利進行，從而避免了需要添加有機或者無機堿來推動反應制備甲酸的過程，提高了反應效率簡化了反應操作，另一方面通過在反應精餾塔內設置微界面發生器將進入的氣相高效破碎成微米級氣泡，并分散到溶劑、催化劑中形成微界面體系，以數十倍地提高反應氣液內的氣液相界面積，大幅提高氣相向液相的傳質速率。

本發明的第二目的在于提供一種采用上述微界面制備系統進行制備甲酸的方法，該制備方法操作簡便，得到的甲酸純度高，產品品質高，值得廣泛推廣進行應用。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

本發明提供了一種微界面制備系統，包括：反應精餾塔，所述反應精餾塔的側壁由上至下依次設置有氫氣進口、二氧化碳進口以及溶劑、催化劑混合進口；

所述反應精餾塔內設置有氣動式微界面發生器與液動式微界面發生器，所述氣動式微界面發生器設置在所述反應精餾塔內的塔板之間，與氫氣進口相通用于將進入的氫氣進行分散破碎，所述液動式微界面發生器設置在靠近所述反應精餾塔的底部，與二氧化碳進口相通用于將進入的二氧化碳進行分散破碎，所述微界面發生器設置在所述反應精餾塔內部的降液管內；