專利名稱：單元、方法、以及可再生材料的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及單元(unit)、方法、以及可再生材料。
背景技術(shù)：
日益緊張的石油供應和不斷上漲的能源價格、以及不可再生資源引起的環(huán)境問題激發(fā)了對于可再生材料和/或生物燃料的顯著的興趣和研究。降低碳排放和溫室氣體的努力也驅(qū)動著對于可再生材料和/或生物燃料的投資。以生物工藝來生產(chǎn)可再生材料的嘗試正在進行中。生物工藝可能較昂貴且難以維持活的有機體的運行。對于獲得可再生材料的穩(wěn)健的化學途徑有需求和渴望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及單元、方法、以及可再生材料，例如使用化學途徑或路徑來獲得可再生材料。根據(jù)第一個實施方案，本發(fā)明包括用于生產(chǎn)可再生材料的單元。所述單元包括用于將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流的脫羧裝置(apparatus)、以及用于將所述酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流的氫化裝置。根據(jù)第二個實施方案，本發(fā)明包括用于生產(chǎn)可再生材料的方法。所述方法包括在脫羧裝置中將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流的步驟、以及在氫化裝置中將所述酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流的步驟。根據(jù)第三個實施方案，本發(fā)明包括使用和/或通過本文中所述的單元和/或方法所制造的可再生材料。


被納入且構(gòu)成本說明書的一部分的附示說明了本發(fā)明的實施方案，并且與所描述的內(nèi)容一起用于對本發(fā)明的特征、優(yōu)勢、以及原理進行解釋。在所述附圖中圖1根據(jù)一個實施方案，圖示說明了用于生產(chǎn)可再生材料的單元；圖2根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有脫水裝置(dehydration apparatus)的單元；圖3根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有水解裝置的單元；圖4根據(jù)一個實施方案，圖示說明了不具有外來氫流的單元；圖5根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有第一分離裝置和第二分離裝置的單元；圖6根據(jù)一個實施方案，圖示說明了在醇流上具有去水裝置(dewatering apparatus) StJ；圖7根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有醛裝置(aldehyde apparatus)的單元；圖8根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有酮酸流去水裝置的單元；圖9根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有單一反應器的單元；
圖10根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有多個催化劑床的單一反應器；圖11根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有混合催化劑床的單一反應器；圖12根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有多功能催化劑的單一反應器；圖13根據(jù)一個實施方案，圖示說明了用于生產(chǎn)可再生材料的單元；圖14根據(jù)一個實施方案，圖示說明了化學反應。
具體實施例方式本發(fā)明可涉及單元、方法、以及可再生材料。根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明可包括從基于酸催化纖維素降解的乙?；嵘a(chǎn)2- 丁醇的工藝。所述2- 丁醇可以是理想的可再生生物燃料和/或可再生化學制品?；瘜W過程包括乙酰基丙酸的催化脫羧以產(chǎn)生甲基乙基酮。所述甲基乙基酮可被氫化以形成2-丁醇。所述工藝包括乙?；崦擊葹榧谆一约半S后氫化為2-丁醇的組合，這樣對于2- 丁醇的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)來說可以是有利的。乙?；峥梢垣@自任何合適的來源，例如來自纖維素材料。乙?；峋哂?C5H8O3的分子式、206攝氏度的沸點、以及每摩爾116克的摩爾質(zhì)量。甲基乙基酮具有C4H8O的分子式、79攝氏度的沸點、以及每摩爾72克的摩爾質(zhì)量。2- 丁醇具有C4HltlO的分子式、99攝氏度的沸點、以及每摩爾74克的摩爾質(zhì)量。纖維素材料廣義上是指含有纖維素，例如植物材料。纖維素材料可以包括任何合適的材料或物質(zhì)，如甘蔗、甘蔗渣、能源甘蔗渣、稻、稻桿、玉米(corn)、玉米秸稈(corn stover)、小麥、麥稈、玉米(maize)、玉米秸稈(maize stover)、高粱、高粱秸稈、甜高粱、 甜高粱秸稈、棉花、棉花殘余物(cotton remnant)、甜菜、甜菜漿、黃豆、油菜籽、麻風樹屬 (jatropha)、柳枝稷、芒草、其它草類、木材、軟木、硬木、木材廢料、鋸末、紙、廢紙、農(nóng)業(yè)廢料、城市廢料、任何其它合適的生物質(zhì)材料等。所述脫羧可以在合適的反應器中進行，所述反應器例如具有銅八面沸石(copper faujasite)(沸石擔載的金屬)和/或類似催化劑的液相填充床(liquid-phase packed bed)。脫羧反應器可在任何合適的條件下操作，例如至少約20攝氏度、至少約100攝氏度、 至少約300攝氏度、至少約500攝氏度等的溫度。脫羧反應器可以在至少約0千帕表壓、至少約200千帕表壓、至少約310千帕表壓等的壓力下操作。脫羧反應可以是溫和放熱的，例如在300攝氏度下具有每摩爾約-27千焦耳的反應熱。脫羧反應器可以是任何合適的設計， 例如填充床、漿態(tài)反應器、流化床等。脫羧工藝還可包括將脫羧反應器流出物冷卻至合適的溫度，例如在約50攝氏度至約300攝氏度之間、在約150攝氏度至約200攝氏度之間等。脫羧工藝還可包括分離，例如在閃蒸罐和/或其它合適的容器中。所述閃蒸罐可以在任何合適的壓力下操作，例如在約0千帕表壓(大氣壓)、約50千帕、約150千帕等下?？蓪碜蚤W蒸罐底部的乙?；岜盟秃?或循環(huán)至脫羧反應器中作為再循環(huán)。可將來自閃蒸罐頂部的甲基乙基酮蒸汽冷凝為例如在約50攝氏度至約80攝氏度之間等的液體。例如，可將二氧化碳在第二個閃蒸罐中排放和/或閃蒸出。可將二氧化碳排放至大氣、壓縮以用于工業(yè)目的、使用合適的技術(shù)進行隔離等。冷卻步驟可以通過蒸汽形成、使用冷卻水、原料熱集成(feedstock heat integration)等來完成。
可將液體甲基乙基酮中間物流泵至任何合適的壓力，例如在約500千帕至約5000 千帕之間、在約1375千帕至約3450千帕之間等?？蓪⒁后w甲基乙基酮與氫氣混合并預熱至約50攝氏度至約400攝氏度之間、約100攝氏度至約250攝氏度之間等?？蓪⒁后w甲基乙基酮供給和/或進料至氫化反應器中以形成2- 丁醇。所述氫化反應器可包括任何合適的設計，例如低壓滴流床設計(low-pressure trickle bed design) (加氫處理裝置)、漿態(tài)連續(xù)攪拌釜反應器(slurry continuous stirred tank reactor) 等。氫化反應器可使用任何合適的催化劑如鎳基催化劑、釕基催化劑等。氫化反應可以是中度放熱的，例如在25攝氏度下具有每摩爾約-69千焦耳的反應熱。氫化反應器可使用冷卻策略，例如流化床反應器、冷卻盤管、蒸汽產(chǎn)生等。氫化反應的進料流可包括任何合適的反應物濃度，例如具有摩爾比為約1 1的氫比甲基乙基酮、摩爾比為約1 1的二氧化碳比甲基乙基酮、以及30%的水等的進料流?？蓪浠磻鞯牧鞒鑫镞M行冷卻以冷凝甲基乙基酮和/或2- 丁醇。包含冷凝液的反應器流出物可進至閃蒸罐(第二閃蒸罐)內(nèi)，從而排出任何未耗盡的氫。可以使用壓縮機等來壓縮排出的氫。例如，可將壓縮氫送回至氫化反應器中以用于再循環(huán)。第二閃蒸罐和/或柱可在任何合適的壓力下操作，例如約0千帕表壓(大氣壓)、約50千帕、約150 千帕等。氫化反應器的流出物可包括甲基乙基酮和2- 丁醇的混合物?？梢允褂美鋮s水等來冷凝甲基乙基酮餾出物?？蓪⒓谆一傺h(huán)至氫化反應器中。2-丁醇(底部)可作為終產(chǎn)物被移走。在備選方案中，可將2-丁醇送至反應蒸餾塔(reactive distillation column) 等中。例如，所述反應蒸餾塔可利用縮合反應以形成二-仲丁基醚(di-sec-butylether)。 理想地，所述工藝可允許有可再生汽油產(chǎn)品和/或可再生柴油產(chǎn)品的產(chǎn)品靈活性。甲基乙基酮和2- 丁醇的混合物可以被容易地分離。水、甲基乙基酮、以及2- 丁醇可形成三元共沸混合物，其可使用多個塔以完成理想的分離。根據(jù)一個實施方案，因氫化反應器中的副產(chǎn)物形成所產(chǎn)生的微量水可以在分離前被除去，例如通過使用分子篩干燥。例如，副產(chǎn)物反應可包括一單位的甲基乙基酮和兩單位的氫轉(zhuǎn)化為一單位的丁烷和一單位的水(在摩爾基礎上)。纖維素水解形成乙?；徇€可產(chǎn)生甲酸，例如以1 1的摩爾比等。甲酸可經(jīng)熱、經(jīng)催化、經(jīng)金屬催化劑等分解以形成氫和二氧化碳。根據(jù)一個實施方案，甲酸的分解可提供隨后甲基乙基酮的氫化所需的所有氫。可將甲酸進料至脫羧反應器、氫化反應器、兩種反應器中任何一種的進料預熱器等中。將甲酸進料至工藝中可引起原位氫產(chǎn)生。將甲酸進料至脫羧反應器中可提供還原性氣氛?？梢允褂煤线m的下游工藝從閃蒸罐的二氧化碳排放口處回收氫。為了降低操作成本且根據(jù)一個實施方案，可以使用粗(不太純)的乙?；帷Ｋ龃忠阴；峥砂啡┖?或水。粗乙酰基丙酸可以相對于高純度精煉的乙?；嵋杂欣某杀緛慝@得。粗乙酰基丙酸中的糠醛可在脫羧反應器和/或進料預熱器中聚合。 可以通過添加截留糠醛的保護床或在加熱至脫羧溫度之前破壞它來減輕所述聚合。在備選方案中，脫羧反應器可以是流化床，例如具有靜態(tài)設計和/或循環(huán)設計以避免和/或降低來自糠醛的可能的填充床堵塞問題。
乙?；徇M料中的水可以通過蒸餾、膜分離、選擇性吸附、分子篩干燥、化學干燥(例如硫酸鎂)、溶劑萃取等來除去。乙酰基丙酸進料中的水還可以大大增加氫化反應中的腐蝕?？梢允褂酶倪M的冶金術(shù)來抵御腐蝕。為了降低資本成本且根據(jù)一個實施方案，可將脫羧反應器和氫化反應器組合在單個耐壓外殼(pressure shell)中，例如以不同溫度的兩個催化劑床、同一溫度的兩個催化劑床、單個混合催化劑床、具有多功能催化劑床的單個床等。所述組合的反應器設計可以與現(xiàn)有的設備如未使用過的石腦油加氫處理器一起使用。所述單個耐壓外殼設計可包括先進的控制和/或操作策略。根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明可包括從基于酸催化纖維素降解的乙?；嵘a(chǎn) 2-丁醇(可再生的生物燃料和/或可再生的化學制品)的工藝?？蓪⒁阴；崦擊葹榧谆一虚g物，其隨后可被氫化以形成2-丁醇。2-丁醇產(chǎn)物可被直接用作可再生的化學制品和/或汽油調(diào)合料(blendstock)。在備選方案中，可將2-丁醇進料至另一個單元中以用于后續(xù)加工，例如用于冷凝成二-仲丁基醚或與烯烴烷基化以制造醚。二-仲丁基醚和其它醚可以是可再生的化學制品和/或柴油摻合料。本發(fā)明的范圍可包括其它實施方案，例如較低的資本成本、較低的操作成本、和/ 或乙?；嵘a(chǎn)的上游整合。這些其它實施方案可包括多用途的催化劑和/或反應器、 2-丁醇純化的簡化、較低成本的粗乙?；嵩?不太純的)的應用、腐蝕問題的減輕、 從甲酸副產(chǎn)物的分解中回收氫、糠醛副產(chǎn)物的減輕或應用等。根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明可包括排除使用生物途徑、路徑、有機體等的用于生產(chǎn)可再生材料的單元和工藝。圖1根據(jù)一個實施方案，圖示說明了用于生產(chǎn)可再生材料的單元110。所述單元 110包括以酮酸流114作為輸入物、以及酮流116和任選的酮產(chǎn)物流180作為輸出物的脫羧裝置112。單元110還包括以酮流116和氫流120作為輸入物、以及醇流122作為輸出物的氫化裝置118。圖2根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有脫水裝置224的單元210。所述單元210 包括以酮酸流214作為輸入物、以及酮流216作為輸出物的脫羧裝置212。單元210還包括以酮流216和氫流220作為輸入物、以及醇流222作為輸出物的氫化裝置218。單元210 還包括以醇流222和任選的烯烴流282作為輸入物，以及水流278、醚流226、和/或烯烴流 228作為輸出物的脫水裝置224。圖3根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有水解裝置330的單元310。所述單元310 包括以酮酸流314作為輸入物、以及酮流316作為輸出物的脫羧裝置312。單元310還包括以酮流316和氫流320作為輸入物、以及醇流322作為輸出物的氫化裝置318。單元310 還包括以纖維素流332作為輸入物、以及酮酸流314作為輸出物的水解裝置330。圖4根據(jù)一個實施方案，圖示說明了不具有外來氫流的單元410。所述單元410包括以酮酸流414作為輸入物、以及酮流416作為輸出物的脫羧裝置412。單元410還包括以酮流416作為輸入物——其中所需的氫在原位產(chǎn)生、以及醇流422作為輸出物的氫化裝置 418。單元410還包括以纖維素流432作為輸入物、以及酮酸流414作為輸出物的水解裝置 430。氫來源可以是來自水解裝置430的酮酸流414的一部分，例如甲酸。任選地，氫來源可以是氫來源流476，例如脫羧裝置412的輸入物。任選地，氫來源可以是氫來源流476，例如氫化裝置418的輸入物。圖5根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有第一分離裝置534和第二分離裝置542 的單元510。所述單元510包括以酮酸流514和再循環(huán)酸流538作為輸入物、以及酮流516 作為輸出物的脫羧裝置512。單元510還包括以酮流516作為輸入物、以及二氧化碳流536、 再循環(huán)酸流538、和第一分離裝置流出物流540作為輸出物的第一分離裝置534。單元510 還包括以第一分離流出物流討0、氫流520、再循環(huán)氫流M4、和再循環(huán)酮流546作為輸入物、 以及醇流522作為輸出物的氫化裝置518。單元510還包括以醇流522作為輸入物、以及再循環(huán)氫流討4、再循環(huán)酮流M6、和產(chǎn)物醇流548作為輸出物的第二分離裝置M2。圖6根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有醇流622的去水裝置650的單元610。所述單元610包括以酮酸流614作為輸入物、以及酮流616作為輸出物的脫羧裝置612。單元 610還包括以酮流616和氫流620作為輸入物、以及醇流622作為輸出物的氫化裝置618。 單元610還包括以醇流622作為輸入物、以及去水的醇流652和水流672作為輸出物的去水裝置650。圖7根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有醛裝置7M的單元710。所述單元710包括以酮酸流714作為輸入物、以及還原的醛酮酸流756作為輸出物的醛裝置754。單元710 還包括以還原的醛酮酸流756作為輸入物、以及酮流716作為輸出物的脫羧裝置712。單元 710還包括以酮流716和氫流720作為輸入物、以及醇流722作為輸出物的氫化裝置718。圖8根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有酮酸流814的去水裝置858的單元810。 所述單元810包括以酮酸流814作為輸入物、以及去水的酮酸流860和任選的水流874作為輸出物的去水裝置858。單元810還包括以去水的酮酸流860作為輸入物、以及酮流816 作為輸出物的脫羧裝置812。單元810還包括以酮流816和氫流820作為輸入物、以及醇流 822作為輸出物的氫化裝置818。圖9根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有單一反應器962的單元910。所述單一反應器962以酮酸流914和氫流920作為輸入物，以及醇流922作為輸出物。圖10根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有多個催化劑床1064的單一反應器1062。圖11根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有混合催化劑床1166的單一反應器1162。圖12根據(jù)一個實施方案，圖示說明了具有多功能催化劑1268的單一反應器1262。圖13根據(jù)一個實施方案，圖示說明了用于生產(chǎn)可再生材料的單元1310。所述單元 1310包括以纖維素流1332作為輸入物、以及酮酸流1314作為輸出物的水解裝置1330。單元1310還包括以酮酸流1314作為輸入物、以及還原的醛酮酸流1356作為輸出物的醛裝置 13M。單元1310還包括以還原的醛酮酸流1356作為輸入物、以及去水的酮酸流1360和任選的水流1374作為輸出物的去水裝置1358。單元1310還包括以去水的酮酸流1360和再循環(huán)酸流1338作為輸入物、以及酮流1316作為輸出物的脫羧裝置1312。單元1310還包括以酮流1316作為輸入物、以及二氧化碳流1336、再循環(huán)酸流1338、第一分離裝置流出物流 1340、和任選的酮產(chǎn)物流1380作為輸出物的第一分離裝置1334。單元1310還包括以第一分離裝置流出物流1340、氫流1320、再循環(huán)氫流1；344、和再循環(huán)酮流1346作為輸入物、以及醇流1322作為輸出物的氫化裝置1318。單元1310還包括以醇流1322作為輸入物、以及再循環(huán)氫流1344、再循環(huán)酮流1346、和第二分離裝置流出物流1370作為輸出物的第二分離裝置1342。單元1310還包括以第二分離裝置流出物流1370作為輸入物、以及去水的醇流1352、水流1372、和/或產(chǎn)物醇流1348作為輸出物的去水裝置1350。所述產(chǎn)物醇流1348可被送去儲存、另外加工等。單元1310還包括以去水醇流1352和任選的烯烴流1382作為輸入物、以及水流1378、醚流1326、和/或烯烴流13 作為輸出物的脫水裝置13M。圖14根據(jù)一個實施方案，圖示說明了用于生產(chǎn)可再生材料的化學反應。根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明可包括用于生產(chǎn)可再生材料的單元。所述單元可包括用于將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流的脫羧裝置、以及用于將所述酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流的氫化裝置。所述單元泛指用于執(zhí)行一種或多種特定的目的或結(jié)果的一件或全套裝置。單元可包括管、泵、閥、容器、反應器、塔、任何其它合適的工藝設備件等。為了本文中所用的命名法的緣故，單元通常是指一個或多個裝置的集合。工藝設備(process equipment)泛指利用機械原理、熱原理、化學原理等的任何合適的器件(device)和/或物件(item)。流泛指不間斷的流動，例如固體、液體、氣體等的穩(wěn)定供應。在一些實施方案中，除了連續(xù)方式之外，流還可以斷斷續(xù)續(xù)地和/或以分批的方式流動。為了本文中所用的命名法的緣故，流通常是指來自源和/或點的流動和/或連接，例如在第一裝置和第二裝置之間。裝置泛指設計用于一種或多種特定應用的一套材料和/或設備。裝置可包括管、 泵、閥、容器、反應器、塔、任何其它合適的工藝設備件等。為了本文中所用的命名法的緣故， 通常一個或多個裝置可形成和/或制成單元?？稍偕牧戏褐敢阎辽俨糠值貋碜阅軌蛲ㄟ^天然生態(tài)循環(huán)或資源更替的來源或工藝的物質(zhì)或物品?？稍偕牧峡蓮V泛包括化學制品、化學中間物、溶劑、單體、低聚物、聚合物、生物燃料、生物燃料中間物、生物汽油、生物汽油摻合料、生物柴油、生物柴油摻合料、 生物餾出物(biodistillate)等。理想地，但并非一定地，所述可再生材料可來源于活的有機體如植物、動物、藻類、細菌、真菌等。生物燃料泛指適合用作燃料或燃燒源的組分或流，其來自可再生來源，例如可被持續(xù)生產(chǎn)和/或向大氣中的凈碳排放降低或沒有?？稍偕Y源可除外開采或鉆探的材料， 例如從地下。理想地，可再生資源可包括單細胞有機體、多細胞有機體、植物、真菌、細菌、藻類、中耕作物、非中耕作物、木材等。生物汽油泛指適合直接使用和/或摻合至汽油或辛烷混合物或供應中的組分或流，其來自可再生來源如甲烷、氫、合成氣體、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二甲醚、甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、己醇、脂族化合物(直鏈的、分支的、和/或環(huán)的)、庚烷、異辛烷、環(huán)戊烷、 芳香族化合物、乙基苯等。丁醇泛指1-丁醇、2-丁醇、異-丁醇、其它異構(gòu)體等的產(chǎn)物和衍生物。生物汽油可用在火花點火發(fā)動機如汽車的汽油內(nèi)燃機中。根據(jù)一個實施方案，所述生物汽油和/或生物汽油摻合物符合或遵從了工業(yè)上接受的燃料標準。生物柴油泛指適合直接使用和/或摻合至柴油或十六烷混合物或供應中的組分或流，其來自可再生的來源如脂肪酸醚、甘油三酸酯、脂類、脂肪醇、鏈烷、石腦油、餾出物類材料、石蠟材料、芳香族材料、脂族化合物(直鏈的、分支的、和/或環(huán)的)等。生物柴油可用在壓縮機如汽車的柴油內(nèi)燃機中。在備選方案中，所述生物柴油還可用在燃氣輪機、加熱器、鍋爐等中。根據(jù)一個實施方案，所述生物柴油和/或生物柴油摻合物符合或遵從了工業(yè)上接受的燃料標準。生物餾出物泛指適合直接使用和/或摻合至航空燃料(噴氣式飛機)、潤滑油基礎油料、煤油燃料等中的組分或流，其來自可再生的來源，且所具有的沸點范圍在約100攝氏度至約700攝氏度之間、在約150攝氏度至約350攝氏度之間等。根據(jù)一個實施方案，所述生物餾出物可在均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機中用作燃料或動力。HCCI發(fā)動機可包括壓縮至自動點火點的充分混合的燃料和氧化劑(典型為空氣)的內(nèi)燃形式。脫羧泛指其中從化合物中切斷羧基基團(-C00H)從而產(chǎn)生二氧化碳(CO2)和所述化合物的剩余物的化學反應。酮酸泛指含有酮官能團和羧酸基團的有機酸，例如α-酮酸、β-酮酸、Y-酮酸寸。酮泛指含有與兩個其它的碳原子鍵合的羰基基團(C = 0)的化合物。所述脫羧裝置可將任何合適量的酮酸轉(zhuǎn)化為酮，例如至少約30摩爾百分比、至少約50摩爾百分比、至少約70摩爾百分比、至少約90摩爾百分比、至少約95摩爾百分比等。根據(jù)一個實施方案，所述單元產(chǎn)生酮流，例如供用作燃料組分、溶劑、化學制品等。氫化泛指加氫(H2)從而還原和/或飽和有機化合物的化學反應。所述氫化裝置可將任何合適量的酮轉(zhuǎn)化為醇，例如至少約30摩爾百分比、至少約 50摩爾百分比、至少約70摩爾百分比、至少約90摩爾百分比、至少約95摩爾百分比等。醇泛指其中羥基基團(-0Η)與烷基和/或取代的烷基基團的碳原子連接的有機化合物。所述單元可包括任何合適的效率，例如對于每摩爾的原料來說至少0. 3摩爾的可再生材料、對于每摩爾的原料來說至少約0. 5摩爾的可再生材料、對于每摩爾的原料來說至少約0. 7摩爾的可再生材料、對于每摩爾的原料來說至少約0. 9摩爾的可再生材料、對于每摩爾的原料來說至少約0. 95摩爾的可再生材料等。根據(jù)一個實施方案，所述酮酸流包含乙酰基丙酸，酮流包含甲基乙基酮，且醇流包含丁醇。根據(jù)一個實施方案，所述單元還可包括將醇流轉(zhuǎn)化為醚流和/或烯烴流的脫水裝置。醚和烯烴的混合流可通過所述脫水裝置來生產(chǎn)。脫水泛指從反應分子中損失水的化學反應，例如醇轉(zhuǎn)化為醚、醇轉(zhuǎn)化為烯烴等。醚泛指具有醚基團、如氧原子與兩個(取代的)烷基和/或芳基基團連接的有機化合物。烯烴泛指含有至少一個碳-碳雙鍵的不飽和的化學化合物。根據(jù)一個實施方案，所述醚流包含二丁基醚且烯烴流包含丁烯和/或任何合適的異構(gòu)體。根據(jù)一個實施方案，所述單元還可包括用于將纖維素流轉(zhuǎn)化為酮酸流的水解裝置。水解泛指化合物與水的化學反應。水解可用于分解某些聚合物如纖維素和/或半纖維素。纖維素泛指具有式(C6HltlO5)n的有機晶態(tài)聚合化合物，例如包含幾百至上萬個葡萄糖和/或己糖單位的直鏈的多糖。半纖維素泛指有機的無定形聚合化合物，例如包含幾百至幾千個木糖、己糖、和/ 或戊糖單位。根據(jù)一個實施方案，所述氫流包含從一部分酮酸流分解而來的氫。所述分解可以是經(jīng)熱、經(jīng)催化等。分解可以在所述單元的一部分內(nèi)原位進行和/或在不同的工藝容器中進行。氫可以來自例如在水解裝置中產(chǎn)生的甲酸的分解。根據(jù)一個實施方案，所述單元還可包括用于分離酮流、二氧化碳流、以及再循環(huán)酸流的第一分離裝置。所述第一分離裝置可包括任何合適的工藝設備如閃蒸罐、塔、盤、填充材料(packing)、泵、管件等。舉例而言，第一分離裝置可包括一個閃蒸罐。第一分離單元的進料可包含脫羧裝置的流出物。根據(jù)一個實施方案，所述單元還可包括用于分離醇流、再循環(huán)氫流、以及再循環(huán)酮流的第二分離裝置。所述第二分離裝置可包括任何合適的工藝設備如閃蒸罐、塔、盤、填充材料、泵、管件等。舉例而言，第二分離裝置可包括兩個閃蒸罐。第二分離單元的進料可包含氫化裝置的流出物。根據(jù)一個實施方案，所述單元可包括用于從醇流除去水的去水裝置。所述去水裝置可包括蒸餾塔、分子篩干燥系統(tǒng)、任何合適的工藝設備等。去水的醇流可包含任何合適量的水，例如以摩爾計小于約百萬分之1，000、以摩爾計小于約百萬分之500、以摩爾計小于約百萬分之100、以摩爾計小于約百萬分之10等。根據(jù)一個實施方案，所述單元可包括用于從酮酸流除去醛的醛裝置。例如，進料中的一種潛在的醛包括糠醛。所述醛裝置可包括蒸餾塔、反應器、任何合適的工藝設備等。還原的醛酮酸流可包含任何合適量的醛，例如以摩爾計小于約百萬分之1，000、以摩爾計小于約百萬分之500、以摩爾計小于約百萬分之100、以摩爾計小于約百萬分之10等?？啡┻€可在醛單元中被有利地轉(zhuǎn)化為附加的乙?；帷Ｋ鋈┭b置可具有將醛轉(zhuǎn)化為附加的酮酸的能力，例如通過具有氫化和水解的兩階段工藝。所述氫化可以使用合適的催化劑，例如使用VIII族金屬等。氫化可以在任何合適的條件下進行，例如在約50攝氏度至約250攝氏度之間、以及在約0千帕表壓至約3500 千帕表壓之間的溫和條件。所述水解可以使用合適的催化劑如酸催化劑。所述酸催化劑可包括液體酸、強酸離子交換樹脂等。根據(jù)一個實施方案，糠醛在醛裝置中轉(zhuǎn)化為乙酰基丙酸。醛泛指含有末端羰基基團如碳原子與氫原子鍵合并與氧原子形成雙鍵(0 = CH-) 的有機化合物。根據(jù)一個實施方案，所述單元可包括用于從酮酸流除去水的去水裝置。所述去水裝置可包括蒸餾塔、分子篩干燥系統(tǒng)、任何合適的工藝設備等。去水的酮酸流可包含任何合適量的水，例如以摩爾計小于約百萬分之1，000、以摩爾計小于約百萬分之500、以摩爾計小于約百萬分之100、以摩爾計小于約百萬分之10等。根據(jù)一個實施方案，所述脫羧裝置和氫化裝置可包括具有多個催化劑床、混合催化劑床、具有多功能催化劑的催化劑床等的單一反應器。根據(jù)一個實施方案，通過所述單元所制造的可再生材料可包括生物汽油材料、生物柴油材料、生物餾出物材料等。
根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明可包括通過和/或在本文中所述的任何單元中制造的可再生材料。根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明可包括用于生產(chǎn)可再生材料的方法。所述方法可包括在脫羧裝置中將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流的步驟、以及在氫化裝置中將所述酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流的步驟。根據(jù)一個實施方案，所述酮酸流可包含乙酰基丙酸，酮流可包含甲基乙基酮，且醇流可包含丁醇。根據(jù)一個實施方案，所述方法還可包括在脫水裝置中將醇流轉(zhuǎn)化為醚流和/或烯烴流的步驟。所述醚流可包含二丁基醚且烯烴流可包含丁烯。根據(jù)一個實施方案，所述方法還可包括在水解裝置中將纖維素流轉(zhuǎn)化為酮酸流的步驟。根據(jù)一個實施方案，所述方法還可包括分解一部分酮酸流以供氫流的步驟。所述分解步驟可在用于生產(chǎn)可再生材料的單元的一部分內(nèi)原位發(fā)生、在不同的工藝設備件中發(fā)生等。根據(jù)一個實施方案，所述方法還可包括在第一分離裝置中分離酮流、二氧化碳流、 以及再循環(huán)酸流的步驟；和在第二分離裝置中分離醇流、再循環(huán)氫流、以及再循環(huán)酮流的步
馬聚ο任選和/或附加地，所述方法可包括在去水裝置中從醇流除去水的步驟。任選和/或附加地，所述方法可包括在醛裝置中從酮酸流除去醛的步驟。任選和/或附加地，所述方法可包括在去水裝置中從酮酸流除去水的步驟。根據(jù)一個實施方案，所述方法可包括用于脫羧裝置和氫化裝置二者的單一反應器。所述單一反應器可包括多個催化劑床、混合催化劑床、具有多功能催化劑的催化劑床寸。根據(jù)一個實施方案，通過所述方法制造的可再生材料可包括生物汽油材料、生物柴油材料、生物餾出物材料等。根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明可包括通過和/或在本文中所述的任何方法中制造的可再生材料。當在本文中使用時，術(shù)語“具有”、“包含”、以及“包括”是開放和包含式表達。或者，術(shù)語“由...組成”是封閉的和排它式表達。如果在對權(quán)利要求書或說明書中的任何術(shù)語進行解釋時存在任何歧義，則本文起草者的意圖是傾向于開放和包含式表達。就方法或工藝中步驟的順序、數(shù)量、序列、和/或重復限度來說，本文起草者的意圖是，除非有明確的規(guī)定，否則在本發(fā)明的范圍內(nèi)對于步驟來說沒有暗指的順序、數(shù)量、序列和/或重復限度。在不背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可以在所公開的結(jié)構(gòu)和方法上做出各種修改和變化，這對于本技術(shù)領域的專業(yè)人員來說將是顯而易見的。具體地說，任何一個實施方案的描述可以與其它實施方案的描述進行自由的組合以產(chǎn)生兩種或更多種元素或限制的組合和/或變化。在對本文中公開的本發(fā)明的說明書和實踐進行考慮后，本發(fā)明的其它實施方案對于本技術(shù)領域的專業(yè)人員來說將是顯而易見的。旨在認為所述說明書和實施例僅是示例性的，而本發(fā)明真正的范圍和精神是通過權(quán)利要求書來表明的。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)可再生材料的單元，所述單元包含 用于將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流的脫羧裝置；和用于將酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流的氫化裝置。
2.權(quán)利要求1的單元，其中 所述酮酸流包含乙?；?； 所述酮流包含甲基乙基酮；和所述醇流包含丁醇。
3.權(quán)利要求1的單元，其還包含用于將醇流轉(zhuǎn)化為醚流或烯烴流的脫水裝置。
4.權(quán)利要求3的單元，其中所述醚流包含二丁基醚且所述烯烴流包含丁烯。
5.權(quán)利要求1的單元，其還包含用于將纖維素流轉(zhuǎn)化為酮酸流的水解裝置。
6.權(quán)利要求5的單元，其中所述氫流包含從一部分酮酸流分解而來的氫。
7.權(quán)利要求6的單元，其中所述分解在所述單元的一部分內(nèi)原位發(fā)生。
8.權(quán)利要求1的單元，其還包含用于分離所述酮流、二氧化碳流、以及再循環(huán)酸流的第一分離裝置；和用于分離所述醇流、再循環(huán)氫流、以及再循環(huán)酮流的第二分離裝置。
9.權(quán)利要求1的單元，其還包含用于從所述醇流除去水的去水裝置。
10.權(quán)利要求1的單元，其還包含用于從所述酮酸流除去醛的醛裝置。
11.權(quán)利要求1的單元，其還包含用于從所述酮酸流除去水的去水裝置。
12.權(quán)利要求1的單元，其中所述脫羧裝置和所述氫化裝置包含具有多個催化劑床、混合催化劑床、或具有多功能催化劑的催化劑床的單一反應器。
13.權(quán)利要求1的單元，其中所述可再生材料包括生物汽油材料、生物柴油材料、或生物餾出物材料。
14.在權(quán)利要求1的單元中制造的可再生材料。
15.用于生產(chǎn)可再生材料的方法，所述方法包含 在脫羧裝置中將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流；和在氫化裝置中將所述酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流。
16.權(quán)利要求15的方法，其中 所述酮酸流包含乙?；?； 所述酮流包含甲基乙基酮；和所述醇流包含丁醇。
17.權(quán)利要求15的方法，其還包含在脫水裝置中將所述醇流轉(zhuǎn)化為醚流或烯烴流。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述醚流包含二丁基醚且所述烯烴流包含丁烯。
19.權(quán)利要求15的方法，其還包含在水解裝置中將纖維素流轉(zhuǎn)化為酮酸流。
20.權(quán)利要求19的方法，其還包含將一部分酮酸流分解以供氫流。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述分解在用于生產(chǎn)可再生材料的單元的一部分內(nèi)原位發(fā)生。
22.權(quán)利要求15的方法，其還包含在第一分離裝置中分離所述酮流、二氧化碳流、以及再循環(huán)酸流；和在第二分離裝置中分離所述醇流、再循環(huán)氫流、以及再循環(huán)酮流。
23.權(quán)利要求15的方法，其還包含在去水裝置中從所述醇流除去水。
24.權(quán)利要求15的方法，其還包含 在醛裝置中從所述酮酸流除去醛。
25.權(quán)利要求15的方法，其還包含在去水裝置中從所述酮酸流除去水。
26.權(quán)利要求15的方法，其中所述脫羧裝置和所述氫化裝置包含具有多個催化劑床、 混合催化劑床、或具有多功能催化劑的催化劑床的單一反應器。
27.權(quán)利要求15的方法，其中所述可再生材料包含生物汽油材料、生物柴油材料、或生物餾出物材料。
28.通過權(quán)利要求15的方法制造的可再生材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及單元、方法、以及可再生材料。用于生產(chǎn)可再生材料的所述單元包括用于將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流的脫羧裝置、以及用于將所述酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流的氫化裝置。用于生產(chǎn)可再生材料的所述方法包括在脫羧裝置中將酮酸流轉(zhuǎn)化為酮流的步驟、以及在氫化裝置中將所述酮流和氫流轉(zhuǎn)化為醇流的步驟。
文檔編號C07C29/145GK102414156SQ201080019619
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者亨斯利·塞茹爾, 加里·戈登, 約翰·沙貝克, 道格拉斯·蘭德爾, 阿隆·維內(nèi)爾 申請人:Bp北美公司