Fumarsyraär en vanlig organisk syra som ofta används inom livsmedels-, foder-, läkemedels-, harts-, omättad polyester- och rengöringsmedelsindustrin. Med ökande efterfrågan har olika syntetiska vägar dykt upp i olika länder. Olika processer varierar avsevärt vad gäller råvarukällor, avkastning, energiförbrukning och miljökrav. Nedan följer en sammanfattning av de nuvarande vanliga produktionsprocesserna ur ett industriellt perspektiv.
1. Vätedestillationsmetod (fenylsyraanhydrid → maleinsyra → fumarsyra)
Detta är för närvarande den vanligaste industrialiserade vägen globalt, med mogen teknologi, hög produktion och hög produktrenhet.
Processflöde:
Butan eller bensen oxideras för att producera maleinsyraanhydrid;
Massic anhydrid hydrolyseras för att producera maleinsyra;
Maleinsyra omvandlas sedan till fumarsyra via katalytisk hydrering eller isomerisering;
Produkten erhålls genom filtrering, avfärgning, kristallisation och torkning.
Fördelar: Mogen teknik, hög grad av kontinuitet, lämplig för stor-produktion.
Nackdelar: Råvarukostnaderna påverkas av fluktuationer i petrokemiska priser och ett avgasbehandlingssystem krävs.
2. Katalytisk isomeriseringsmetod (maleinsyra → fumarsyra)
Denna metod använder maleinsyra som huvudråvara, direkt erhåller fumarsyra genom en katalytisk isomeriseringsreaktion. Alkalimetallsalter, svagt sura hartser och molybden-baserade katalysatorer används vanligtvis.
Egenskaper:
Milda driftsförhållanden;
Hög omvandlingshastighet, låga föroreningar;
Lämplig för stora och medelstora-företag för att utöka produktionen eller för sam-produktion med maleinsyraanhydridväxter.
Nyckeln här är reaktionskontroll, vilket kräver optimering av katalysatorformulering, pH-värde och temperatur för att undvika bildning av biprodukter som äppelsyra.
3. Metod för uttorkning av äppelsyra (L-äppelsyra → fumarsyra)
Denna väg är beroende av uttorkningsreaktionen av äppelsyra för att producera fumarsyra under inverkan av en sur katalysator (såsom svavelsyra, aktivt kol som stödjer sura grupper eller fast syra).
Fördelar:
Enkel väg, kontrollerbar reaktion;
Lämplig för tillverkning av fumarsyra av livsmedels- eller farmaceutisk-kvalitet (hög renhet).
Nackdelar:
Råvarupriserna är högre än maleinsyra, vilket gör det mindre kostnadseffektivt-konkurrenskraftigt;
Används oftast i små till medelstora-fabriker eller för speciella tillämpningar.
4. Bio-jäsningsmetod (förnybar kolkälla → fumarsyra)
Med främjandet av hållbar kemi har bio-baserade metoder blivit en global forskningshotspot. Vanliga mikroorganismer inkluderar filamentösa svampar som *Rhizopus oryzae* och *Rhizopus arrhizus*.
Produktionsprocess:
Använder glukos, stärkelsehydrolysat, melass eller lignin-cellulosasocker som råmaterial;
Kontroll av pH, upplöst syre och kalciumsaltkoncentrationer främjar fumarsyraackumulering;
Använder membranseparation, kristallisation eller elektrodialys för att extrahera produkten.
Fördelar:
Använder förnybara resurser;
Grön process med låga koldioxidutsläpp;
Inget behov av hög-temperaturoxidation och avgasbehandling som på petrokemiska vägar.
Nackdelar:
Utbyte och skalbarhet är fortfarande begränsade;
Industriell -bio-baserade rutter har ännu inte helt använts i vissa länder.
Bio-baserade metoder är en internationell trend som drar till sig uppmärksamhet i livsmedels- och foderindustrin eftersom deras naturliga källmärkning har större marknadsvärde. 5. Chemical Oxidation Method (Massene → Maleic Anhydride System)
Vissa växter använder buten och n-butan som råmaterial och oxiderar dem selektivt för att producera mellanprodukter, som sedan hydrolyseras ytterligare och isomeriseras för att erhålla fumarsyra. Detta är en del av det traditionella petrokemiska systemet, liknande vätedestillationsmetoden, bara råvarorna i oxidationssteget är olika.
Egenskaper:
Förlitar sig på ett moget petrokemiskt råmaterialsystem;
Lämplig för utökad bearbetning i samband med maleinsyraanhydridväxter;
Lägre kostnad, men kräver hög energiförbrukning och strikt avfallshantering.
6. Andra nya rutter (experimentell eller liten-skala)
Elektrokemisk syntes: Använder elektrokatalys för att direkt omvandla maleatsalter till fumarsyra; fortfarande i laboratorie- och-seminindustriella teststadiet.
Fast Catalyst Continuous Flow Process: Förbättrar utbyte och säkerhet genom fast-bädd eller mikrokanalreaktorer; lämplig för framtida intelligent fabriksutveckling.
Fotokatalytisk väg: Använder ljuskänsliga material för att främja omvandling; fortfarande i det utforskande stadiet.
Branschtrender och framtida riktningar
Ur ett globalt marknadsperspektiv trendar produktionen av fumarsyra mot grönare, lägre-energiförbrukning-, högre-renhet och mer hållbara råvaror:
Den petrokemiska vägen kommer att förbli dominerande på grund av dess lägre kostnad;
Den bio-baserade rutten kommer att expandera till livsmedels-, läkemedels- och hög-materialsektorerna;
Katalysatorteknik och kontinuerlig produktionsutrustning kommer att avsevärt minska energiförbrukningen och avloppsvattenutsläppen;
Nya processer kommer att lägga större vikt vid den cirkulära ekonomin, såsom integrering av symbiotiska system, katalysatoråtervinning och biproduktutnyttjande.