Fumarna kislinaje običajna organska kislina, ki se pogosto uporablja v živilski, krmni, farmacevtski industriji, industriji smol, nenasičenega poliestra in čistilnih sredstev. Z naraščajočim povpraševanjem so se v različnih državah pojavile različne sintetične poti. Različni procesi se močno razlikujejo glede virov surovin, izkoristka, porabe energije in okoljskih zahtev. Spodaj je povzetek trenutnih glavnih proizvodnih procesov z industrijskega vidika.
1. Metoda destilacije vodika (anhidrid fenilne kisline → maleinska kislina → fumarna kislina)
To je trenutno najpogostejša industrializirana pot na svetu, z zrelo tehnologijo, visoko proizvodnjo in visoko čistostjo izdelkov.
Potek procesa:
Butan ali benzen se oksidira, da nastane maleinski anhidrid;
Masični anhidrid se hidrolizira, da nastane maleinska kislina;
Maleinska kislina se nato pretvori v fumarno kislino s katalitičnim hidrogeniranjem ali izomerizacijo;
Produkt dobimo s filtracijo, razbarvanjem, kristalizacijo in sušenjem.
Prednosti: Razvita tehnologija, visoka stopnja kontinuitete, primerna za-velikoserijsko proizvodnjo.
Slabosti: Na stroške surovin vplivajo nihanja petrokemičnih cen, zato je potreben sistem za obdelavo izpušnih plinov.
2. Metoda katalitične izomerizacije (maleinska kislina → fumarna kislina)
Ta metoda uporablja maleinsko kislino kot glavno surovino in neposredno pridobiva fumarno kislino s katalitsko izomerizacijsko reakcijo. Običajno se uporabljajo soli alkalijskih kovin, šibko kisle smole in katalizatorji-na osnovi molibdena.
Značilnosti:
Blagi pogoji delovanja;
Visoka stopnja pretvorbe, nizke nečistoče;
Primerno za velika in srednje velika -podjetja za razširitev proizvodnje ali za so-proizvodnjo z obrati za proizvodnjo anhidrida maleinske kisline.
Pri tem je ključnega pomena nadzor reakcije, ki zahteva optimizacijo formulacije katalizatorja, pH vrednosti in temperature, da se prepreči nastajanje stranskih produktov, kot je jabolčna kislina.
3. Metoda dehidracije jabolčne kisline (L-jabolčna kislina → fumarna kislina)
Ta pot temelji na reakciji dehidracije jabolčne kisline, da nastane fumarna kislina pod delovanjem kislega katalizatorja (kot je žveplova kislina, kisle skupine, ki podpirajo aktivno oglje, ali trdna kislina).
Prednosti:
Preprosta pot, nadzorovana reakcija;
Primerno za proizvodnjo fumarne kisline-kakovostne -živilske ali farmacevtske{1}}kasevine (visoke čistosti).
Slabosti:
Cene surovin so višje od cene maleinske kisline, zaradi česar je manj{0}}konkurenčna;
Večinoma se uporablja v majhnih do srednje velikih-tovarnah ali za posebne namene.
4. Metoda bio-fermentacije (obnovljiv vir ogljika → fumarna kislina)
S promocijo trajnostne kemije so bio-temelječe metode postale svetovna raziskovalna točka. Pogosti mikroorganizmi vključujejo nitaste glive, kot sta *Rhizopus oryzae* in *Rhizopus arrhizus*.
Proizvodni proces:
Kot surovine uporablja glukozo, škrobni hidrolizat, melaso ali lignin-celulozne sladkorje;
Nadzor pH, raztopljenega kisika in koncentracij kalcijevih soli spodbuja kopičenje fumarne kisline;
Za ekstrakcijo produkta uporablja membransko separacijo, kristalizacijo ali elektrodializo.
Prednosti:
Uporablja obnovljive vire;
Zelen proces z nizkimi emisijami ogljika;
Ni potrebe po-visokotemperaturni oksidaciji in obdelavi izpušnih plinov kot pri petrokemičnih poteh.
Slabosti:
Donos in razširljivost sta še vedno omejena;
Poti, ki temeljijo na bio{-industrijskem-razredu, v nekaterih državah še niso v celoti sprejete.
Metode, ki temeljijo na biološki -temelji, so mednarodni trend, še posebej pritegnejo pozornost v živilski industriji in industriji krme, ker ima oznaka naravnega vira večjo tržno vrednost. 5. Metoda kemijske oksidacije (Massene → sistem anhidrida maleinske kisline)
Nekatere rastline kot surovini uporabljajo buten in n{0}}butan, ki ju selektivno oksidirajo, da proizvedejo vmesne produkte, ki se nato dodatno hidrolizirajo in izomerizirajo, da dobijo fumarno kislino. To je del tradicionalnega petrokemičnega sistema, podobno metodi destilacije vodika, le surovine v fazi oksidacije so drugačne.
Značilnosti:
Zanaša se na zrel petrokemični sistem surovin;
Primeren za razširjeno predelavo v povezavi z obrati za proizvodnjo anhidrida maleinske kisline;
Nižji stroški, vendar zahteva visoko porabo energije in strogo obdelavo odpadkov.
6. Druge nastajajoče poti (eksperimentalna ali majhna-faza)
Elektrokemijska sinteza: uporablja elektrokatalizo za neposredno pretvorbo maleatnih soli v fumarno kislino; še vedno v fazi laboratorijskega in pol{0}}industrijskega testiranja.
Postopek neprekinjenega toka s trdnim katalizatorjem: izboljša izkoristek in varnost z reaktorji s fiksno-plastjo ali mikrokanalnimi reaktorji; primeren za prihodnji razvoj inteligentnih tovarn.
Fotokatalitična pot: uporablja fotoobčutljive materiale za spodbujanje pretvorbe; še v raziskovalni fazi.
Industrijski trendi in prihodnje usmeritve
Z vidika svetovnega trga se proizvodnja fumarne kisline usmerja k okolju prijaznejšim, nižji-porabi-energije, večji-čistosti in bolj trajnostnim surovinam:
Petrokemična pot bo zaradi nižjih stroškov ostala prevladujoča;
Bio{0}}osnovana pot se bo razširila v živilski, farmacevtski sektor in sektor-materialov višjega cenovnega razreda;
Tehnologija katalizatorja in oprema za neprekinjeno proizvodnjo bosta znatno zmanjšali porabo energije in odvajanje odpadne vode;
Novi procesi bodo dali večji poudarek krožnemu gospodarstvu, kot je vključevanje simbiotskih sistemov, rekuperacija katalizatorjev in uporaba stranskih produktov.