[发明专利]直接由β-内酯生产有机酸的系统和方法

说明书

本文提供了直接由β‑内酯生产有机酸的反应器系统和方法。这样的反应器系统和方法涉及在气相条件下使用如沸石等非均相催化剂。该反应器系统和方法可以使用固定床、移动床或流化接触区作为反应器构造。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月29日提交的美国专利申请No.16/023,410的优先权，美国专利申请No.16/023,410是2017年6月30日提交的美国专利申请No.15/640,197的部分继续申请案，美国专利申请No.15/640,197是2017年3月21日提交的美国专利申请No.15/464,346的部分继续申请案，美国专利申请No.15/464,346要求于2016年3月21日提交的美国临时申请No.62/311,262的优先权，其以全文引用的方式并入本文中，如同在此完全重述。

技术领域

本发明大体上涉及用于直接由β-内酯生产有机酸的反应器系统和方法。

背景技术

近几十年来，随着对诸如聚丙烯酸类超吸收性聚合物(SAP)等的聚有机酸的需求增长，诸如丙烯酸(AA)等的有机酸的生产和使用已经显著增长。SAP广泛用于尿布、成人失禁产品和女性卫生产品的制造以及农业应用。

目前，商用丙烯酸通常衍生自丙烯氧化。丙烯主要是炼油的产物，其价格和可获得性与原油价格紧密联系。因此，丙烯酸价格与油价及其波动保持紧密联系。

因此，本领域需要用于合成某些有机酸的替代方法。同时，将优选由可再生资源生产有机酸。2015年7月2日公布的美国专利申请公布2015/0183708和2014年1月15日提交的美国专利申请2014/0018574公开了使用多种生物活性材料由聚-3-羟基丙酸酯生产生物基丙烯酸。

其它参考文献公开了用无机催化剂由β-丙内酯生产丙烯酸。美国专利3,176,042公开了由β-丙内酯生产丙烯酸的磷酸催化方法。由于磷酸的腐蚀性和缓慢的反应速度，使得该方法是资本密集型的。另外，必须将水连续地供给到反应器中，以将反应器内的磷酸的组成保持在期望的水平。这导致需要将水从所生产的丙烯酸中分离出，导致额外的设备和运营成本。

美国专利9,096,510 B2教导了在至少部分气相条件下使用固体催化剂由β-丙内酯生产丙烯酸。

WO20133191教导了在两步法中由β-丙内酯生产丙烯酸：首先将β-丙内酯聚合以生产出聚丙内酯，然后经由聚丙内酯的热分解来生产丙烯酸。该方法是资本密集型的并且运行成本高，这是因为高度放热的聚合反应之后是高度吸热的热分解反应。

因此，寻求改进的方法以由非烃资源、优选地可再生资源生产某些有机酸产品，特别是高纯度有机酸产品。

发明内容

本文所述的反应器系统和方法解决了本领域中由β-内酯试剂生产较高纯度的有机酸产品的现有需求。有利地，与现有技术的方法相比，本发明的反应器系统和方法由β-内酯试剂提供较高纯度的有机酸产品，并且在经济上是有利的。

本发明的一个目的是提供一种由至少一种β-内酯试剂生产至少一种有机酸产品的方法。

本发明的另一个目的是提供反应器系统，该反应器系统构造成通过本发明的方法由至少一种β-内酯试剂生产至少一种高纯度的有机酸产品。

本文提供了经由改进的一步法由β-内酯试剂生产有机酸产品的系统和方法，该改进的一步法与本领域已知的方法相比在经济上是有利的。本发明的反应器系统和方法包括在容器中将β-内酯试剂、非均相催化剂和任选的溶剂或稀释剂组合以反应。反应器系统和方法包括将β-内酯试剂和任意的溶剂或稀释剂保持为气相，同时接触非均相催化剂以生产出有机酸产品。