1，4-丁二醇氣相環(huán)化脫水合成四氫呋喃

劉永華

（陜西比迪歐化工有限公司，陜西 華縣714100）

THF（四氫呋喃）在試驗室研究中被證實：能夠相對于大量的無機物、有機物發(fā)揮顯著的溶解性能。 除聚乙烯成分、聚丙烯成分、以及氟樹脂成分以外，四氫呋喃對于其他各類化合物的溶解優(yōu)勢均是極為突出的。 并且，在作用于PVC 成分、丁苯胺等相關(guān)成分的過程當(dāng)中，四氫呋喃成分的優(yōu)勢是尤為顯著的。因此，在現(xiàn)階段實際工作中，多將四氫呋喃作為反復(fù)性溶劑，以及先骨干緩和唔的前驅(qū)體。特別是在近年來，有關(guān)聚四亞甲基醚二醇市場的發(fā)展規(guī)模不斷擴大，使得整個市場對于四氫呋喃的應(yīng)用需求呈現(xiàn)出了極為顯著的發(fā)展趨勢。有關(guān)合成四氫呋喃成分的方案與技術(shù)工藝研究也值得各方人員關(guān)注與重視。在本文的研究過程當(dāng)中，即提出了一種以1，4-丁二醇作為原料，氣相環(huán)化脫水方案下合成四氫呋喃的工藝方案,并針對當(dāng)中的相關(guān)問題做詳細分析與說明。

1 1，4 丁二醇氣相環(huán)化脫水合成四氫呋喃的試驗分析

1.1 試驗儀器的選取

整個氣相環(huán)化脫水合成試驗過程中所涉及到的試驗儀器主要為氣象色譜分析儀 （儀器型號：GC-1690#）。 氣象色譜儀以毛細管柱形式，檢測方式為FID，通過面積歸一的方式進行定量計算。

1.2 試驗試劑的選取

整個氣相環(huán)化脫水合成試驗過程中所涉及到的實驗試劑主要為：（1）γ-Al2O3；（2）ZrO2；（3）CeO2；（4）ZSM-5。在500℃反應(yīng)環(huán)境溫度狀態(tài)下，焙燒處理3h，靜置備用。

1.3 試驗過程的分析

精密稱取300mg 劑量催化劑， 并將其放置于連續(xù)流動固定床微型反應(yīng)器裝置內(nèi)部 （該微型反應(yīng)器裝置所對應(yīng)的石英反應(yīng)管內(nèi)徑為8.0mm 單位）。 應(yīng)用N2，對該裝置進行0.5h 的吹掃作業(yè)。 吹掃完成后，將溫度上升速率控制為10℃·min-1， 直至試驗溫度上升至反應(yīng)溫度。進而，以電子蠕動泵為載體，對1，4-丁二醇原料進行輸送。 在1，4-丁二醇原料輸送反應(yīng)的過程當(dāng)中， 基本的進料速度應(yīng)當(dāng)控制為：2.5mL·min-1～3.0mL·min-1同時，需要按照于1，4-丁二醇注入原料劑量的同等比例，在反應(yīng)裝置當(dāng)中加入同等的水分。 完成上述處理后，再應(yīng)用N2為載體， 將汽化反應(yīng)處理基礎(chǔ)之上的原料帶入反應(yīng)裝置內(nèi)部參與反應(yīng)。試驗過程中所生成的產(chǎn)品在經(jīng)過冷水冷凝處理之后，對其進行GC氣象色譜檢測。

2 1，4 丁二醇氣相環(huán)化脫水合成四氫呋喃的試驗結(jié)果分析

按照上述試驗方式，可以得出試驗過程中，反應(yīng)溫度指標(biāo)、以及進料速率指標(biāo)、相對于四氫呋喃合成轉(zhuǎn)換率的影響情況。 通過對試驗結(jié)果的分析，可以得出在采取1，4 丁二醇作為原料，氣相環(huán)化脫水合成四氫呋喃的過程當(dāng)中，最佳的反應(yīng)條件與指標(biāo)。具體而言，可以從以下幾個方面考量：

2.1 反應(yīng)溫度指標(biāo)對合成結(jié)果的影響分析

由于在本文上述試驗過程當(dāng)中，是建立在常壓氣相基礎(chǔ)之上完成的。 因此，對于1，4 丁二醇原料而言，其所表現(xiàn)出的初始溫度是高于其常規(guī)沸點溫度的。 在控制進料速度、以及反應(yīng)時間為恒定值（進料速度為2.5mL·min-1/反應(yīng)時間為2.0h）的情況下，可以求得合成結(jié)果受反應(yīng)溫度指標(biāo)的影響情況。 表1 即為反應(yīng)溫度指標(biāo)與四氫呋喃轉(zhuǎn)化率之間的對應(yīng)情況示意表。 結(jié)合表1 中的相關(guān)數(shù)據(jù)不難看出：在反應(yīng)溫度低于280℃單位的情況下，ZSM-5 試劑相對于四氫呋喃合成反應(yīng)的催化效果最為突出，此狀態(tài)下的合成轉(zhuǎn)化率達到了82%。 并且，在溫度不斷升高的情況下，ZSM-5 的性能仍然保持在高水平狀態(tài)。 同時，在反應(yīng)溫度達到320℃情況下，此狀態(tài)下γ-Al2O3的轉(zhuǎn)化率最優(yōu)，可達到99%。

表1 反應(yīng)溫度指標(biāo)與四氫呋喃轉(zhuǎn)化率對應(yīng)情況示意表

2.2 進料速率指標(biāo)對合成結(jié)果的影響分析

在催化反應(yīng)溫度以及合成時間均為恒定值 （催化反應(yīng)溫度為300℃/合成時間為2h）的情況下，可以求得合成結(jié)果受進料速率指標(biāo)的影響情況。 所觀測到的試驗數(shù)據(jù)結(jié)果如表2。 結(jié)合表2 中的相關(guān)數(shù)據(jù)不難得知： 在對試驗過程中進料速率進行合理調(diào)整的過程當(dāng)中，勢必會對1，4 丁二醇氣相環(huán)化脫水合成四氫呋喃過程中的轉(zhuǎn)化率大小產(chǎn)生一定程度上的影響。在2.5mL·min-1～3.0mL·min-1的進料速率控制區(qū)間當(dāng)中，轉(zhuǎn)化率的基本趨勢為：先升高，后降低。 特別是在控制進料速度低于2.5mL·min-1的情況下，轉(zhuǎn)化率的上升趨勢表現(xiàn)顯著，能夠確保1，4 丁二醇原料轉(zhuǎn)化的充分性與完整性。 但，考慮到單位重量的原料反應(yīng)時間會有所延長，可能導(dǎo)致能源浪費的問題。因此，在進料速率控制在2.5mL·min-1基礎(chǔ)在以上的情況下， 原料還未能夠?qū)崿F(xiàn)充分的反應(yīng)便被排除反應(yīng)體系，由此會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率的明顯降低。 試驗結(jié)果證實： 在將進料速率控制為2.5mL·min-1的情況下， 所取得的轉(zhuǎn)化率最優(yōu)。

表2 反應(yīng)溫度指標(biāo)與四氫呋喃轉(zhuǎn)化率對應(yīng)情況示意表

3 結(jié)束語

結(jié)合本文對1，4 丁二醇氣象環(huán)化脫水合成四氫呋喃試驗過程以及試驗結(jié)果的綜合分析發(fā)現(xiàn)：實驗過程當(dāng)中，反應(yīng)溫度指標(biāo)、以及進料速率指標(biāo)會對四氫呋喃合成過程中的轉(zhuǎn)化率水平產(chǎn)生顯著影響。 試驗結(jié)果表明：在采取1，4 丁二醇氣象環(huán)化脫水合成四氫呋喃的工藝方案下，最優(yōu)化的反應(yīng)條件應(yīng)當(dāng)為：以γ-Al2O3作為催化劑，將反應(yīng)溫度控制為320℃，進料速率控制為2.5 mL·min-1。 按照上述條件，在持續(xù)2.0h 的反應(yīng)時間下，可確保四氫呋喃合成的轉(zhuǎn)化率達到99%以上水平。 總而言之，本文針對有關(guān)1，4 丁二醇氣相環(huán)化脫水合成四氫呋喃過程中所涉及到的相關(guān)問題做出了簡要分析與說明，望引起各方關(guān)注與重視。