Фумарова кислотаце звичайна органічна кислота, яка широко використовується в харчовій, кормовій, фармацевтичній промисловості, виробництві смол, ненасичених поліефірів і чистячих засобів. Із зростанням попиту в різних країнах з’явилися різні синтетичні маршрути. Різні процеси суттєво різняться з точки зору джерел сировини, виходу, споживання енергії та екологічних вимог. Нижче наведено короткий виклад поточних основних виробничих процесів з промислової точки зору.
1. Метод дистиляції водню (феніловий ангідрид → малеїнова кислота → фумарова кислота)
Наразі це найпоширеніший індустріалізований маршрут у всьому світі, який має сучасну технологію, високу продуктивність і високу чистоту продукту.
Потік процесу:
Бутан або бензол окислюються з утворенням малеїнового ангідриду;
Масовий ангідрид гідролізують з утворенням малеїнової кислоти;
Потім малеїнова кислота перетворюється на фумарову кислоту за допомогою каталітичного гідрування або ізомеризації;
Продукт отримують шляхом фільтрації, знебарвлення, кристалізації та сушіння.
Переваги: розвинена технологія, високий ступінь безперервності, підходить для велико-виробництва.
Недоліки: на вартість сировини впливають коливання цін на нафтохімічну продукцію, і потрібна система очищення хвостового газу.
2. Метод каталітичної ізомеризації (малеїнова кислота → фумарова кислота)
Цей метод використовує малеїнову кислоту як основну сировину, безпосередньо отримуючи фумарову кислоту через реакцію каталітичної ізомеризації. Зазвичай використовуються солі лужних металів, слабокислі смоли та каталізатори на основі-молібдену.
Характеристики:
М'які умови експлуатації;
Високий коефіцієнт конверсії, низький вміст домішок;
Підходить для великих і середніх-підприємств для розширення виробництва або для спільного -виробництва з заводами малеїнового ангідриду.
Ключовим тут є контроль реакції, що вимагає оптимізації складу каталізатора, значення pH і температури, щоб уникнути утворення побічних продуктів, таких як яблучна кислота.
3. Метод дегідратації яблучної кислоти (L-яблучна кислота → фумарова кислота)
Цей шлях ґрунтується на реакції дегідратації яблучної кислоти з утворенням фумарової кислоти під дією кислотного каталізатора (наприклад, сірчаної кислоти, активованого вугілля, що підтримує кислотні групи, або твердої кислоти).
Переваги:
Простий маршрут, контрольована реакція;
Підходить для виробництва харчової-або фармацевтичної-фумарової кислоти (високої чистоти).
Недоліки:
Ціни на сировину вищі, ніж на малеїнову кислоту, що робить її менш{0}}конкурентоспроможною;
Здебільшого використовується на малих та середніх-фабриках або для спеціальних застосувань.
4. Метод біо-ферментації (відновлюване джерело вуглецю → фумарова кислота)
З популяризацією сталої хімії біо-методи стали глобальною точкою досліджень. Поширені мікроорганізми включають нитчасті гриби, такі як *Rhizopus oryzae* і *Rhizopus arrhizus*.
Процес виробництва:
Використовує як сировину глюкозу, гідролізат крохмалю, патоку або лігнін-целюлозний цукор;
Контроль рН, розчиненого кисню та концентрації солей кальцію сприяє накопиченню фумарової кислоти;
Для вилучення продукту використовується мембранне відділення, кристалізація або електродіаліз.
Переваги:
Використовує відновлювані ресурси;
Екологічний процес з низькими викидами вуглецю;
Немає потреби у високотемпературному-окисленні та обробці вихлопних газів, як у нафтохімічних маршрутах.
Недоліки:
Вихід і масштабованість все ще обмежені;
Біо-промислові-маршрути ще не повністю прийняті в деяких країнах.
Біо-методи є міжнародною тенденцією, особливо привертаючи увагу в харчовій та кормовій промисловості, оскільки їх етикетка природного джерела має більшу ринкову цінність. 5. Метод хімічного окислення (Массена → Система малеїнового ангідриду)
Деякі заводи використовують бутен і n{0}}бутан як сировину, вибірково окислюючи їх для отримання проміжних продуктів, які потім гідролізують і ізомеризують для отримання фумарової кислоти. Це частина традиційної нафтохімічної системи, подібної до методу водневої дистиляції, тільки сировина на стадії окислення відрізняється.
Характеристики:
Покладається на зрілу нафтохімічну сировинну систему;
Підходить для розширеної переробки в поєднанні з установками малеїнового ангідриду;
Менша вартість, але вимагає високого споживання енергії та суворої обробки відходів.
6. Інші маршрути, що розвиваються (експериментальна або мала-стадія)
Електрохімічний синтез: використовує електрокаталіз для безпосереднього перетворення малеатних солей у фумарову кислоту; все ще перебуває на стадії лабораторних і напів{0}}промислових випробувань.
Процес безперервного потоку з твердим каталізатором: покращує продуктивність і безпеку за допомогою реакторів із фіксованим-шаром або мікроканальних реакторів; підходить для майбутнього інтелектуального розвитку заводу.
Фотокаталітичний шлях: використовує світлочутливі матеріали для сприяння перетворенню; ще на стадії дослідження.
Галузеві тенденції та майбутні напрямки
З точки зору світового ринку, виробництво фумарової кислоти має тенденцію до екологічнішого, нижчого-споживання-енергії, вищої-чистоти та екологічнішої сировини:
Нафтохімічний шлях залишатиметься домінуючим через його меншу вартість;
Біологічний-маршрут поширюватиметься на харчову, фармацевтичну та високоякісні-матеріали;
Каталізаторна технологія та безперервне виробниче обладнання значно зменшать споживання енергії та скидання стічних вод;
У нових процесах більше уваги приділятиметься циклічній економіці, як-от інтеграція симбіотичних систем, відновлення каталізатора та утилізація побічних продуктів.