本發明屬于有機合成技術領域，具體涉及一種二氫呋喃連續化合成及異構體分離的方法。
背景技術：
二氫呋喃是一種廣泛用于農藥、醫藥、高分子領域中一種重要精細化學品，二氫呋喃分為2,3-二氫呋喃及2,5-二氫呋喃兩種同分異構體，沸點差約10℃；由于烯烴雙鍵位置不同，使兩種同分異構體性質差異很大，進而導致兩種產品作為中間體可以合成大量不同種類繁多的各種功能各異的有機精細化學品。目前二氫呋喃化學合成以環氧丁烯為原料制取2,3-二氫呋喃，然后異構化生成2,5-二氫呋喃，通過精餾分離而得到2,5-二氫呋喃，該法存在合成副反應多，異構化轉化率低，物料容易聚合，工業生產中分離兩種異構體需要工序較多，分離產品純度低，分離技術難度較大，導致二氫呋喃兩種異構體價格高，進而制約了二氫呋喃在精細化學品中的開發利用。
二氫呋喃：英文名稱dihydrofuran，二氫呋喃包括兩種同分異構體，中文名稱：2,3-二氫呋喃及2,5-二氫呋喃，現在簡述兩種產品的特性及在精細化學品行業的應用。
2,5-二氫呋喃，無色透明液體，英文名稱： 2,5-dihydrofuran， CAS號： 1708-29-8，分子式： C4H6O，分子量： 70.09，相對密度0.927g/ml,沸點65℃，閃點-24℃。以2,5-二氫呋喃為起始原料，可以合成合成3-四氫呋喃甲醇，進而合成呋蟲胺，該工藝路線簡潔，廢水量小，安全環保，故2,5-二氫呋喃是合成呋蟲胺農藥的一個重要中間體。
呋蟲胺(dinotefuran)為最新一代超級煙堿類殺蟲劑。其與現有的煙堿類殺蟲劑的化學結構可謂大相徑庭，它的四氫呋喃基取代了以前的氯代吡啶基、氯代噻唑基，并不含鹵族元素。同時，在性能方面也與煙堿有所不同，殺蟲譜更廣，故而，目前人們將其稱為“呋喃煙堿”其毒性：呋蟲胺對哺乳動物十分安全，其急性經口LD50為雄性大鼠2450mg/kg，雌性大鼠2275 mg/kg；雄性小鼠2840mg/kg，雌性小鼠2000mg/kg。對大鼠急性經皮LD50>2000mg/kg(雌、雄)。無致畸、致癌和致突變性。呋蟲胺對水生生物也十分安全。魚毒試驗表明，呋蟲胺對鯉魚nm(48 h)>1000mg/L，對水蚤>1000mg/L。同樣，呋蟲胺對鳥類毒性也很低，對鵪鶉急性經口LD50> 1000mg/kg。經對蜜蜂試驗得知，呋蟲胺對蜜蜂安全，并且不影響蜜蜂采蜜。
呋蟲胺藥劑是由日本三井化學株式會社開發，是新一代超高效殺蟲劑，具有觸殺、胃毒、和根部內吸性強、速效高、持效期長4-8周（理論持效性43天）、殺蟲譜廣等特點，且對刺吸口器害蟲有優異防效，并在很低的劑量即顯示了很高的殺蟲活性。相比第一、二代殺蟲劑，殺蟲譜更廣，使用更方便，能夠克服一二代殺蟲劑帶來的抗性風險。主要用于防治小麥、水稻、棉花、蔬菜、果樹、煙葉等多種作物上的蚜蟲、葉蟬、飛虱、薊馬、粉虱及其抗性品系，同時對鞘翅目、雙翅目和鱗翅目、雙翅目、甲蟲目和總翅目害蟲有高效，并對蜚蠊、白蟻、家蠅等衛生害蟲有高效。
2,3-二氫呋喃是一種化學物質，英文別名：2,3-DHF，分子量：70.09，分子式是C4H6O，沸點：55.2℃，密度0.927g/ml,用于有機合成溶劑、電子化學品、特種樹脂、合成香料等，尤其可用作7－乙基色醇、異托多酸等醫藥化學品的重要原料。
由2,3-二氫呋喃與鄰乙基苯肼鹽酸鹽為原料合成7-乙基色醇，產品收率達到70%以上，粗品純度90%以上，提純后精品純度可達到99%，該工藝操作簡單，是目前工業化生產主要合成路線。7-乙基色醇又名7-乙基-3-吲哚乙醇；7-乙烷基色醇；7-乙基-3-羥乙基吲哚；7-乙基色氨醇，7-乙基色醇是合成非甾體消炎鎮痛藥依托度酸(etodolac)的關鍵中間。
依托度酸是非甾體抗炎藥，可以緩解骨關節炎（退行性關節病變），類風濕關節炎的癥狀和體征。緩解疼痛癥狀。類風濕性關節炎，包括該病特有的骨缺損（侵蝕），關節腔狹窄，骨關節炎（變性關節疾?。┘拜p至中度的疼痛。
依托度酸為非甾體抗炎藥，具有抗炎、解熱和鎮痛作用。其作用機理可能是通過阻斷環氧合酶的活性，從而抑制了前列腺素（PG)的合成。本品為非類固醇抗炎藥（NSAIDs）。作為鎮痛及消炎藥，其療效可與阿司匹林、其他鎮痛藥及許多目前最常用的處方用NSAIDs相比。它在炎癥部位選擇性地抑制前列腺素生物合成，給予大鼠治療劑量時，對胃前列腺素PGE2的抑制是輕微和短暫的。這可能是其胃腸道不良反應較小的機制。大鼠佐劑關節炎模型表明，本品可減少骨及關節損害的發生率和嚴重性，并能逆轉疾病的進展。動物試驗未見致畸作用，對生育及一般生殖功能有較小影響。但妊娠動物試驗表明抑制前列腺素生物合成的藥物可引起難產及分娩延遲。某些前列腺素生物合成的抑制劑可干擾動脈導管的閉合。
中國專利CN99111312.8在170～250℃下，使1,4-丁二醇與H-ZSM-5分子篩催化劑接觸，進行反應并收集產物，提供的四氫呋喃的制備方法在保持高的原料轉化率和四氫呋喃選擇性的條件下，顯著提高了1,4-丁二醇的處理能力，每克催化劑每小時可處理1,4-丁二醇100～1300克，對四氫呋喃的選擇性可達99．5％以上。 該方法不適應丁烯二醇環合制取二氫呋喃，原因在于丁烯二醇含有活潑烯烴雙鍵，液固催化反應停留時長，聚合現象嚴重，副反應多，巴豆醛生成量大，氣味重，反應收率低，分離二氫呋喃純度較低，工業化難度大。
技術實現要素：
鑒于二氫呋喃在醫藥、農藥、材料等領域的廣泛應用，二氫呋喃合成及異構體分離純化是直接制約下游產品的開發及成本，本發明專利提供一種二氫呋喃連續化合成及異構體分離的方法，采用1,4-丁烯二醇為原料，通過氣固催化環合反應得到二氫呋喃與水的混合物，然后通過分離精制2,3-二氫呋喃及2,5-二氫呋喃兩種異構體，顯著降低了二氫呋喃生產成本。
本發明解決技術問題所采用的技術方案為：
一種二氫呋喃連續化合成及異構體分離的方法，包括如下步驟：
(1) 將含1,4-丁烯二醇的混合原料加入原料罐中，再經原料泵泵入預熱器中預熱至80-120℃，預熱后的原料再進入過熱器中過熱至140-300℃，所得氣相物料進入反應器中，在高效固體催化劑作用下，于150-300℃，經氣固相催化常壓或減壓反后得到氣相二氫呋喃與水的合成液，所述反應空速為0.5-2.5/h，所述減壓反應的真空度為0~0.08MPa。反應總轉化率為95~99%，離開反應器的氣相物質組成為：二氫呋喃60~65%（含2,3-四氫呋喃及2,5-四氫呋喃），水15~18%，丁烯二醇10~20%，呋喃1~3%，巴豆醛0.1~0.3%，3-羥基四氫呋喃0.1~0.5%，丁內酯0.1~0.3%，辛烯醛0.1~0.3%，兩種異構體的比例為2,3-四氫呋喃：2,5-四氫呋喃質量比值=1：1~10。高溫反應2,3-二氫呋喃比例高，低溫反應2,5-二氫呋喃比例高。
(2) 步驟(1)所得氣相二氫呋喃與水的合成液依次進入預熱器和冷凝器，冷卻至20-30℃后，進入原料中轉罐，再經輸送泵Ⅰ輸送至第一精餾塔中部，于第一精餾塔塔底收集未反應的1,4-丁烯二醇，并通過輸送泵Ⅱ返回至過熱器中，第一精餾塔塔頂收集混合二氫呋喃餾分，并輸送至第二精餾塔中部；
(3) 第二精餾塔塔頂采出呋喃，精餾塔中部采出2,3-二氫呋喃成品，塔底采出2,5-二氫呋喃重組分，該餾分通過輸送泵Ⅲ泵入第三精餾塔中部；
(4) 第三精餾塔塔底通過輸送泵Ⅲ連續化采出精餾廢液并經后續環保處理，側線氣相采出廢水經生化處理，塔頂采出2,5-二氫呋喃與水的共沸物，該共沸物進入第四精餾塔中部；
(5) 第四精餾塔采用1,4-丁烯二醇萃取精餾，塔頂采出成品2,5-二氫呋喃，塔底采出含水1,4-丁烯二醇。
作為優選，步驟(1)中所述混合原料由包括以下重量份數組分：1,4-丁烯二醇90~99份和1,4-丁二醇0~9份。
作為優選，步驟(1)中所述反應器為列管式固定床催化反應器，內部設有膨脹節。現有技術中的反應器采用釜式反應器，使用液固催化方法，反應時間長，副反應多，聚合現象嚴重，巴豆醛生成量大，氣味重，治理難度大，反應收率低，分離二氫呋喃純度較低，工業化難度較大，本發明采用固定床反應器，經氣固催化反應制備二氫呋喃，副反應少，巴豆醛生成量少，所得二氫呋喃純度高。固定床反應器又稱填充床反應器，床層靜止不動，流體通過床層進行反應；反應器內裝填高效固體催化劑，物料通過催化劑床層發生氣固相反應；列管式固定床反應器由多根反應管并聯構成。管內或管間置催化劑，載熱體流經管間或管內進行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數可多達上萬根。固定床反應器的優點是：①返混小，流體同催化劑可進行有效接觸，當反應伴有串聯副反應時可得較高選擇性。②催化劑機械損耗小。③結構簡單。
作為優選，步驟(1)中所述催化劑為負載型酸性離子交換樹脂、負載型雜多酸及Y、β、ZSM - 5型分子篩、負載型酸性離子交換樹脂或負載型超強酸。
作為優選，步驟(2)中所述第一精餾塔理論板數總數為16~25塊，其中，精餾段理論板數為10~15塊，提留段理論板數為6~10塊；第一精餾塔操作條件為：真空度0~0.08MPa，塔頂溫度5~75℃，塔底溫度150~240℃，回流比R=0.5~3，塔頂餾分中丁烯二醇含量≤0.01%，塔底重組分中水含量0.1~5.0%。
作為優選，步驟(3)中所述第二精餾塔為隔壁精餾塔型式，第二精餾塔理論板總數為60~70塊，其中，精餾段理論板數15~20塊，提留段理論板數為20~26塊，分隔壁段理論板數35~40塊；第二精餾塔操作條件為：常壓操作，回流比R=30~60。塔頂溫度32~50℃，采出呋喃餾分，產品純度5~99%；塔中溫度0~54.5℃，采出2,3-二氫呋喃，產品純度≥99%，水分≤0.05%；塔底溫度66~75℃，采出2,5-二氫呋喃重組分餾分，其中2,3-二氫呋喃含量≤0.05%，水分20~35%。
作為優選，步驟(4)中所述第三精餾塔理論板數總數為30~40塊，其中，精餾段理論板數為20~25塊，提留段理論板數為10~15塊，第二精餾塔進料添加助劑，助劑為保險粉或2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚；第三精餾塔操作條件為：常壓操作，回流比R=1.0~1.5，塔頂溫度65℃，塔底溫度102~170℃，側線采出溫度102~105℃。塔頂2,5-二氫呋喃共沸物餾分：純度96~99.9%，水分0~4%，塔底重組分廢液含水10~30%，側線廢水：2,5-二氫呋喃含量≤0.01%，分層后的有機物匯入廢液進行環保處理。
作為優選，步驟(5)中所述第四精餾塔理論板數總數為45~55塊，其中，精餾凈化段理論板數為3~5塊，萃取段理論板數為25~30塊，提餾段理論板數15~20塊；第四精餾塔操作條件為：常壓操作，回流比R=1.0~1.5，溶劑比0.5~1；1，塔頂溫度66℃，塔底溫度150~170℃，塔頂為高純無水2,5-二氫呋喃產品：純度96~99.9%，水分≤0.05%，塔底萃取液含水5~10%，塔底萃取液不經降溫通過輸送泵進入合成工序的氣化過熱器中，不用進行萃取劑再生，節能且縮短了生產工藝流程。
作為優選，所述第一精餾塔為連續化精餾塔；第二精餾塔為分隔壁精餾塔，同時分離呋喃、2,3-二氫呋喃及粗品2,5-二氫呋喃三種餾分，由于反應生成呋喃量較少，2,3-二氫呋喃比2,5-二氫呋喃含量少，故不采用常規兩塔分離模式，采用隔壁精餾方式，塔頂采出呋喃餾分，塔中采出2,3-二氫呋喃成品，塔底采出粗品2,5-二氫呋喃通過泵進入第三精餾塔；第三精餾塔為連續化精餾塔，第四精餾塔為萃取精餾塔型，塔底再沸器均采用泵強制循環加熱，以預防換熱器堵塞；塔頂冷凝器均采用循環水及冷凍水雙級冷卻，減少尾氣排放量。
本發明與現有技術相比，其顯著優點為：
1、化學反應與精餾分離耦合在一起，組成連續化生產流程，提高了生產效率，產品轉化率及收率高，所得2,5-二氫呋喃產品純度為96~99.9%，水分≤0.05%；所得2,3-二氫呋喃產品純度≥99%，水分≤0.05%。
2、第二精餾塔為分隔壁精餾塔，可以同時分離呋喃、2,3-二氫呋喃及粗品2,5-二氫呋喃三種餾分，由于反應生成呋喃量較少，2,3-二氫呋喃比2,5-二氫呋喃含量少，故采用分隔壁精餾塔替代常規的兩塔分離模式，減少了生產工序，具有較大的經濟效益。
3、第四精餾塔采用萃取精餾塔采用原料丁烯二醇為萃取劑，塔頂采出無水2,5-二氫呋喃，塔底采出含水丁烯二醇，無需對其進行再生處理，直接泵入工序合成原料罐，循環使用，減少了廢水處理工序。
4、本發明所提供的二氫呋喃連續化合成及異構體分離的方法，適用于1,4-丁烯二醇含量90~99%的原料，對產品純度要求低，適應范圍廣，有助于降低生產成本。
5、本發明所提供的方法，所得廢水COD顯著降低，可直接進行生化處理，防止工藝危害，提高了能源利用效率。
具體實施方式
為了使本發明的技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
實施例1
(1) 將混合原料（1,4-丁烯二醇90~99%，1,4-丁二醇0~9%，1,4-丁炔二醇0~4%；丙炔醇0.1~0.2%，水：0.1~5%）加入原料罐中，再經原料泵泵入預熱器中預熱至80-120℃，預熱后的原料再進入過熱器中過熱至140-300℃，所得氣相物料進入反應器中，在催化劑Y型分子篩作用下，于150-300℃，經氣固相催化常壓或減壓反應到氣相二氫呋喃與水的合成液，所述反應空速為0.5-2.5/h，所述減壓反應的真空度為0~0.08MPa；所述合成液組成為：二氫呋喃60~65%（含2,3-四氫呋喃及2,5-四氫呋喃），水15~18%，丁烯二醇10~20%，呋喃1~3%，巴豆醛0.1~0.3%，3-羥基四氫呋喃0.1~0.5%，丁內酯0.1~0.3%，辛烯醛0.1~0.3%；
(2) 步驟(1)所得氣相二氫呋喃與水的合成液依次進入預熱器和冷凝器，冷卻至20-30℃后，進入原料中轉罐，再經輸送泵Ⅰ輸送至第一精餾塔中部，于第一精餾塔塔底收集未反應的1,4-丁烯二醇（含量為85~95%），并通過輸送泵Ⅱ返回至過熱器中，第一精餾塔塔頂收集混合二氫呋喃餾分，并輸送至第二精餾塔中部。所述第一精餾塔理論板數總數為16~25塊，其中，精餾段理論板數為10~15塊，提留段理論板數為6~10塊；第一精餾塔操作條件為：真空度0~0.08MPa，塔頂溫度5~75℃，塔底溫度150~240℃，回流比R=0.5~3；
(3) 第二精餾塔塔頂采出呋喃，純度為50~99.5%，精餾塔中部采出2,3-二氫呋喃成品，純度99.5%，塔底采出2,5-二氫呋喃重組分（純度50~75%），該餾分通過輸送泵Ⅲ泵入第三精餾塔中部。第二精餾塔為隔壁精餾塔型式，第二精餾塔理論板總數為60~70塊，其中，精餾段理論板數15~20塊，提留段理論板數為20~26塊，分隔壁段理論板數35~40塊；第二精餾塔操作條件為：常壓操作，回流比R=30~60，塔頂溫度32~50℃，采出呋喃餾分；塔中溫度~54.5℃，采出2,3-二氫呋喃；塔底溫度66~75℃，采出2,5-二氫呋喃重組分餾分。
(4) 第三精餾塔塔底通過輸送泵Ⅲ連續化采出精餾廢液并經后續環保處理，側線氣相采出廢水經生化處理（含巴豆醛0.01~0.3%），塔頂采出2,5-二氫呋喃與水的共沸物（純度96~99.5%，含水0~5%），該共沸物進入第四精餾塔中部。第三精餾塔理論板數總數為30~40塊，其中，精餾段理論板數為20~25塊，提留段理論板數為10~15塊，第二精餾塔進料添加助劑，助劑為保險粉或2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚；第三精餾塔操作條件為：常壓操作，回流比R=1.0~1.5，塔頂溫度65℃，塔底溫度102~170℃，側線采出溫度102~105℃。
(5) 第四精餾塔采用萃取劑1,4-丁烯二醇萃取精餾，溶劑比（萃取劑量：進料量質量比）0.5~1：1，塔頂采出成品2,5-二氫呋喃（純度96~99.5%，含水≤0.05%），塔底采出含水1,4-丁烯二醇（0~5%）。第四精餾塔理論板數總數為45~55塊，其中，精餾凈化段理論板數為3~5塊，萃取段理論板數為25~30塊，提餾段理論板數15~20塊；第四精餾塔操作條件為：常壓操作，回流比R=1.0~1.5，溶劑比0.5~1；1，塔頂溫度66℃，塔底溫度150~170℃。
實施例2
與實施例1操作相同，不同的是分離單元停止使用第四精餾塔，原料直接進入原料罐，通過反應及分離，第二精餾塔中部采出得到2,3-二氫呋喃，第三精餾塔頂部采出得到2,5-二氫呋喃，所得2,3-二氫呋喃產品純度≥99%，含水量≤4.5%；所得2,5-二氫呋喃產品純度≥96%。
實施例3
原料組成為1,4-丁烯二醇純度≥98.5%，1,4-丁炔二醇純度≤1.2%，1,4-丁二醇純度≤0.1%，丙炔醇0.1~0.2%，水分0.1~0.2%
采用實施例1相同的操作，不同的是合成反應器采用低溫反應，反應溫度150~250℃，合成生產能力增大，第二精餾塔中部采出成品2,3-二氫呋喃，純度≥99.5%，第四精餾塔頂部采出成品2,5-二氫呋喃，純度99.5%，第三精餾塔側線采出廢水巴豆醛含量≤0.1%，廢水COD值10000~20000mg/L，后續廢水處理難度減少。
實施例4
原料組成情況：1,4-丁烯二醇純度≥99%，1,4-丁炔二醇純度≤0.5%，1,4-丁二醇純度≤2~3%，丙炔醇0.1~0.2%，水分≤0.05%
操作過程同實施例1，合成反應器采用高溫反應，反應溫度250~300℃，合成生產能力增大，第二精餾塔中部采出成品2,3-二氫呋喃，純度≥99.5%，精餾塔不加抗氧助劑；第四精餾塔頂部采出成品2,5-二氫呋喃，純度97~98%，第三精餾塔側線采出廢水巴豆醛含量0.5~1.5%，廢水COD值50000~100000mg/L，后續廢水處理難度增加；采用高溫合成二氫呋喃，2,3-二氫呋喃產率增加，2,3-二氫呋喃及2,5-二氫呋喃反應后的比例可達到1：1比例
以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，并非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。