用于由合成氣生產(chǎn)醇的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于由合成氣生產(chǎn)醇的方法和裝置
[0001]本申請是申請?zhí)枮?01210474235.5、申請日為2008年7月2日、發(fā)明名稱為“用于由合成氣生產(chǎn)醇的方法和裝置”的發(fā)明專利分案申請的再分案申請。原始母案申請?zhí)枮?00880024056.3，基于國際申請?zhí)?PCT/US2008/069071。
[0002]優(yōu)先權(quán)資料
[0003]本國際專利申請要求都是在2007年7月9日提交的美國臨時(shí)專利申請第60/948，650號(hào)和第60/948，657號(hào)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益；且還要求都是在2008年7月I日提交的美國非臨時(shí)專利申請第12/166，203號(hào)和第12/166，212號(hào)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，上述專利申請的全部公開內(nèi)容為了所有的目的據(jù)此通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明通常涉及用于將諸如纖維素生物質(zhì)的含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣的方法，且還涉及用于將合成氣轉(zhuǎn)化為諸如醇(如，乙醇)的產(chǎn)物的方法。
【背景技術(shù)】
[0005]乙醇和包括乙醇的醇混合物可以代替石油基產(chǎn)品如汽油用作燃料和燃料添加劑。醇的這種用途可以降低進(jìn)口石油的需求。另外，當(dāng)醇是由除了化石燃料之外的原料生產(chǎn)時(shí)，醇代替石油基燃料和燃料添加劑可以是特別環(huán)境友好的。
[0006]醇的一種合成途徑是通過用于將合成氣轉(zhuǎn)化為醇的催化方法。合成氣(syngas)(或合成氣(synthesis gas))是一氧化物(CO)和氫氣(H2)的混合物。通常，合成氣可以由任何含碳材料生產(chǎn)。具體地，可以將諸如農(nóng)業(yè)廢物、林產(chǎn)品、草和其他纖維素材料的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為合成氣。
[0007]存在多種轉(zhuǎn)化技術(shù)來將這些原料轉(zhuǎn)化為合成氣。轉(zhuǎn)化方法可以利用包括含碳材料的氣化、熱解、蒸汽重整和/或部分氧化的一個(gè)或多個(gè)步驟的組合。
[0008]自二十世紀(jì)二十年代以來，已經(jīng)知道，甲醇和其他醇的混合物可以通過使合成氣在某些催化劑上反應(yīng)來獲得(Forzatti 等人，Cat.Rev.-Sc1.and Eng.33(1-2)，109-168，1991)。Fischer和Tropsch大約在相同的時(shí)期觀察到徑合成催化劑產(chǎn)生作為副產(chǎn)物的直鏈醇(Fischer 和 Tropsch, Brennst.-Chem.7:97，1926)。
[0009]然而，當(dāng)前需要將合成氣轉(zhuǎn)化為諸如乙醇的醇的改進(jìn)的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)一種或多種C2-CJf的方法，所述方法包括:
[0011]⑴將合成氣引入到包含至少第一催化劑的第一反應(yīng)區(qū)中；
[0012](ii)用第一催化劑將合成氣的一部分轉(zhuǎn)化為甲醇；
[0013](iii)將來自第一反應(yīng)區(qū)的合成氣和甲醇引入到包含至少第二催化劑的第二反應(yīng)區(qū)中；以及
[0014](iv)用第二催化劑將被引入到第二反應(yīng)區(qū)中的合成氣和甲醇的至少一部分轉(zhuǎn)化，以產(chǎn)生包含一種或多種C2-C4醇的產(chǎn)物流，所述C 2-c4醇例如乙醇、1-丙醇或1- 丁醇。
[0015]第二反應(yīng)區(qū)可以在與第一反應(yīng)區(qū)相同的反應(yīng)器中或在與第一反應(yīng)區(qū)不同的反應(yīng)器中。
[0016]在一些實(shí)施方案中，被引入到第一反應(yīng)區(qū)的合成氣具有初始H2/CO比率，在第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)將合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇使得被引入到第二反應(yīng)區(qū)中的合成氣具有第二h2/co比率，且與由所述初始h2/co比率提供的收率相比，所述第二 h2/co比率在所述第二反應(yīng)區(qū)內(nèi)提供的一種或多種C2-C4醇的收率是增加的。第二 H 2/CO比率優(yōu)選低于初始H2/CO比率。
[0017]在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括將另外的甲醇引入到第二反應(yīng)區(qū)中以及用第二催化劑將被引入到第二反應(yīng)區(qū)中的另外的甲醇的至少一部分轉(zhuǎn)化為一種或多種C2-C4醇。在某些實(shí)施方案中，被引入到第二反應(yīng)區(qū)中的另外的甲醇的至少一部分預(yù)先從產(chǎn)物流回收。在一些方法中，將另外的合成氣(不是來自第一反應(yīng)區(qū)的未反應(yīng)的合成氣)引入到第二反應(yīng)區(qū)中，然后用第二催化劑將被引入到第二反應(yīng)區(qū)中的另外的合成氣的至少一部分轉(zhuǎn)化為一種或多種C2-C4醇。可以從產(chǎn)物流回收合成氣以及將該合成氣循環(huán)通過反應(yīng)區(qū)中的至少一個(gè)。
[0018]第一催化劑可以包括選自由以下物質(zhì)組成的組的物質(zhì):Zn0/Cr203、Cu/ZnO、Cu/Zn0/Al203、Cu/Zn0/Cr203、Cu/Th02、Co/S、Mo/S、Co/Mo/S、Ni/S、Ni/Mo/S、Ni/Co/Mo/S 以及與Mn和/或V組合的前述物質(zhì)中的任一種。第一催化劑優(yōu)選地包括堿性助催化劑。
[0019]第二催化劑可以包括選自由以下物質(zhì)組成的組的物質(zhì):Zn0/Cr203、Cu/ZnO、Cu/ZnOAl2O3> Cu0/Co0、Cu0/Co0/A1203、Co/S, Mo/S, Co/Mo/S、Rh/Ti/Si02、Rh/Mn/Si02、Rh/Ti/Fe/Ir/Si02、Rh/Mn/MCM-41、Ni/S, Ni/Mo/S、Ni/Co/Mo/S 以及與 Mn 和 / 或 V 組合的前述物質(zhì)中的任一種。第二催化劑優(yōu)選地包括堿性助催化劑。在一些實(shí)施方案中，第一催化劑和第二催化劑可以具有基本上相同的初始組成。
[0020]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)一種或多種C2-CJf的方法，所述方法包括:
[0021](i)將第一量的合成氣引入到包含至少第一催化劑的第一反應(yīng)區(qū)中；
[0022](ii)用第一催化劑將第一量的合成氣的至少一部分轉(zhuǎn)化為甲醇；
[0023](iii)將甲醇引入到包含至少第二催化劑的第二反應(yīng)區(qū)中；
[0024](iv)將第二量的合成氣引入到第二反應(yīng)區(qū)中；以及
[0025](V)用第二催化劑使被引入到第二反應(yīng)區(qū)中的甲醇的至少一部分與第二量的合成氣的至少一部分反應(yīng)，以生產(chǎn)包含一種或多種C2-C4醇的產(chǎn)物流。
[0026]第二量的合成氣可以包括在第一反應(yīng)區(qū)中沒有反應(yīng)的合成氣。第二量的合成氣可以另外包括從產(chǎn)物流分離和回收的合成氣。而且，第二量的合成氣可以包括沒有被引入到第一反應(yīng)區(qū)中的另外的合成氣。在一些實(shí)施方案中，第二量的合成氣包括由第一反應(yīng)區(qū)中的甲醇產(chǎn)生的合成氣。
[0027]在一些實(shí)施方案中，第一反應(yīng)區(qū)在第一反應(yīng)器中，第二反應(yīng)區(qū)在第二反應(yīng)器中，且第一反應(yīng)器的輸出流包含從第一反應(yīng)區(qū)引入到第二反應(yīng)區(qū)中的合成氣，所述方法還包括從輸出流中分離出第一反應(yīng)區(qū)中生產(chǎn)的甲醇的至少一部分。第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)可以都在單一反應(yīng)器中。
[0028]在某些實(shí)施方案中，可以將另外的或回收的CO2引入到第一反應(yīng)區(qū)中，其中使CO2的至少一部分與存在的H2反應(yīng)以生產(chǎn)CO2衍生的甲醇。在第二反應(yīng)區(qū)中，可以將CO2衍生的甲醇至少部分地轉(zhuǎn)化為一種或多種C2-CJf (如，乙醇)。
[0029]通常，本發(fā)明描述了一種生產(chǎn)用于產(chǎn)生高級醇的中間體低級醇的方法。Cn+m(n+m =
2-10)醇可以根據(jù)以下步驟首先生產(chǎn)Cn(η = 1-5)醇來生產(chǎn):
[0030](i)將合成氣引入到包含至少第一催化劑的第一反應(yīng)區(qū)中；
[0031](ii)用第一催化劑將合成氣的一部分轉(zhuǎn)化為(；醇；
[0032](iii)將來自第一反應(yīng)區(qū)的合成氣和Cn醇引入到包含至少第二催化劑的第二反應(yīng)區(qū)中；以及
[0033](iv)用第二催化劑將被引入到第二反應(yīng)區(qū)中的合成氣和CJf的至少一部分轉(zhuǎn)化，以生產(chǎn)包含Cn+m醇的產(chǎn)物流。
[0034]在一些實(shí)施方案中，高級醇的中間體生產(chǎn)可以用于生產(chǎn)作為最終產(chǎn)物的低級醇。具體地，方法可以包括用第二催化劑將被弓I入到第二反應(yīng)區(qū)中的合成氣和CJf的至少一部分轉(zhuǎn)化以生產(chǎn)包含比Cn醇少至少一個(gè)碳數(shù)的醇的產(chǎn)物流，其中η選自2至5。
【附圖說明】
[0035]圖1顯示了根據(jù)一個(gè)變化形式使用串聯(lián)的兩個(gè)反應(yīng)器由合成氣生產(chǎn)甲醇和乙醇的工藝流程。
[0036]圖2顯示了根據(jù)一個(gè)變化形式使用在單一反應(yīng)器中串聯(lián)的兩個(gè)反應(yīng)區(qū)由合成氣生產(chǎn)甲醇和乙醇的工藝流程。
[0037]圖3顯示了根據(jù)一個(gè)變化形式使用串聯(lián)的兩個(gè)反應(yīng)器由合成氣生產(chǎn)甲醇和乙醇的工藝流程，且在第一反應(yīng)器中生產(chǎn)的甲醇的一些或全部從第二反應(yīng)器轉(zhuǎn)移。
[0038]圖4顯示了根據(jù)另一個(gè)變化形式使用串聯(lián)的兩個(gè)反應(yīng)器由合成氣生產(chǎn)甲醇和乙醇的工藝流程。
[0039]圖5顯示了根據(jù)一個(gè)變化形式使用串聯(lián)的兩個(gè)反應(yīng)器由合成氣生產(chǎn)甲醇和乙醇的工藝流程，且第一反應(yīng)器以高收率生產(chǎn)甲醇以便在第二反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化為乙醇。
[0040]當(dāng)本領(lǐng)域的技術(shù)人員結(jié)合最初簡單描述的附圖參考下面更詳細(xì)的本發(fā)明描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其他實(shí)施方案、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。
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