[发明专利]用于制造甲基乙基酮的电化学方法

说明书

本发明提供了一种通过使用由铅制成的高氢过电压阴极在水性介质中电还原乙偶姻而制备甲基乙基酮的方法，该方法包括以下步骤：a)通过将乙偶姻与水性介质以及在此类介质中可溶的支持电解质混合而形成溶液，和b)通过使用直流电源以500至5000A/m²的电流密度在阳极和所述阴极之间施加电压，在电化学反应器中连续或不连续地电解所述溶液。

本申请要求2016年9月14日提交的欧洲专利申请EP16382424.6的权益。

技术领域

本发明涉及在分隔式和非分隔式电解槽中使用高氢过电压阴极通过在溶液中电还原乙偶姻(也称为3-羟基丁酮)而制造甲基乙基酮(也称为2-丁酮和MEK)的电化学方法，所述溶液通过将乙偶姻与水性介质以及在此类介质中可溶的支持电解质混合而形成。

背景技术

MEK是在工业上广泛用作乙烯基树脂和合成橡胶工业中的溶剂的重要化学品。目前，MEK通过在400-500℃和低于0.4MPa的压力下在铜和氧化锌催化剂上对2-丁醇脱氢而工业生产，例如US4075128中所公开的。现有技术中描述的其它化学方法是如US5506363所公开的在约85℃和0.69MPa下对丁烯进行Wacker液相氧化；以及如Zhao等“Catalyticdehydration of 2,3-butanediol over P/HZSM-5:effect of catalyst,reactiontemperature and reactant configuration on rearrangement products”,RSC Adv.,2016,Vol.14,pp.16988-16995中所报道的使用酸性催化剂对2,3-丁二醇进行脱水。

除了从可以通过糖的发酵而获得的2,3-丁二醇开始之外，这些方法涉及严重的环境负担并且使用不可再生的化石资源作为原料。然而，最后一种方法在高温下运行，因此能耗很高。因此，需要从可再生原料开始制造MEK并且能够在低温和低压下工作的无污染的新方法。

US3247085公开了一种通过1-丁烯的电氧化而制备MEK的电化学方法。

Baizer等Electrochemical conversion of 2,3-butanediol to 2-butanonein undivided flow cells:a paired synthesis,J.Appl.Electrochem,1987,Vol.14,pp.197-208公开了将在约10％水性溶液中的2,3-丁二醇转化成MEK的方法，其通过如下方式进行：使在约10％水性溶液中的2,3-丁二醇通过多孔阳极，在该多孔阳极处通过电致生成的NaBrO将其选择度氧化成乙偶姻，然后泵送到多孔阴极，在该多孔阴极处将其还原为MEK。通过用电致生成的NaBrO氧化2,3-丁二醇而在溶液中形成的乙偶姻在阴极处被电还原成MEK。然而，该方法由于其20A/m²的非常低的电流密度(远低于至少500A/m²至约5000A/m²的有用工业密度)而没有工业实用性。因此，Baizer等方法导致生产力极差，需要巨额资金投入。从环境观点来看，该方法的另一个强烈的当前缺点是使用基于Hg的阴极以及在电解溶液中存在NaBrO。此外，Baizer等指出，电流密度增加到高于20A/m²会导致更多的H₂产生，导致电流效率低以及由于电解槽内部捕获的气体导致的高电解槽电压，推断出配对反应应该在低电流密度(10或20A/m²)下运行以获得相对高的电流效率。

WO2016097122公开了一种通过使用多孔Pt或Ni阴极在水性介质中电还原3-羟基丁酮来制备2,3-丁二醇的方法。在比较例1中，MEK通过使用GDL-24BC阴极电还原3-羟基丁酮而获得，选择度为64.0％，对于3-羟基丁酮的转化率为75.7％。然而，作为与工业生产率直接相关的关键参数的生产率，即每小时每m²的电极(阴极)面积中产生的MEK千克数(kg-MEK/h/m²)(P_MEK越高，资金投入越低)，对于实际使用而言低。