单元、方法、以及可再生材料的制作方法

专利名称：单元、方法、以及可再生材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及单元(unit)、方法、以及可再生材料。
背景技术：
日益紧张的石油供应和不断上涨的能源价格、以及不可再生资源引起的环境问题激发了对于可再生材料和/或生物燃料的显著的兴趣和研究。降低碳排放和温室气体的努力也驱动着对于可再生材料和/或生物燃料的投资。以生物工艺来生产可再生材料的尝试正在进行中。生物工艺可能较昂贵且难以维持活的有机体的运行。对于获得可再生材料的稳健的化学途径有需求和渴望。

发明内容
本发明涉及单元、方法、以及可再生材料，例如使用化学途径或路径来获得可再生材料。根据第一个实施方案，本发明包括用于生产可再生材料的单元。所述单元包括用于将酮酸流转化为酮流的脱羧装置(apparatus)、以及用于将所述酮流和氢流转化为醇流的氢化装置。根据第二个实施方案，本发明包括用于生产可再生材料的方法。所述方法包括在脱羧装置中将酮酸流转化为酮流的步骤、以及在氢化装置中将所述酮流和氢流转化为醇流的步骤。根据第三个实施方案，本发明包括使用和/或通过本文中所述的单元和/或方法所制造的可再生材料。


被纳入且构成本说明书的一部分的附示说明了本发明的实施方案，并且与所描述的内容一起用于对本发明的特征、优势、以及原理进行解释。在所述附图中图1根据一个实施方案，图示说明了用于生产可再生材料的单元；图2根据一个实施方案，图示说明了具有脱水装置(dehydration apparatus)的单元；图3根据一个实施方案，图示说明了具有水解装置的单元；图4根据一个实施方案，图示说明了不具有外来氢流的单元；图5根据一个实施方案，图示说明了具有第一分离装置和第二分离装置的单元；图6根据一个实施方案，图示说明了在醇流上具有去水装置(dewatering apparatus) StJ；图7根据一个实施方案，图示说明了具有醛装置(aldehyde apparatus)的单元；图8根据一个实施方案，图示说明了具有酮酸流去水装置的单元；图9根据一个实施方案，图示说明了具有单一反应器的单元；
图10根据一个实施方案，图示说明了具有多个催化剂床的单一反应器；图11根据一个实施方案，图示说明了具有混合催化剂床的单一反应器；图12根据一个实施方案，图示说明了具有多功能催化剂的单一反应器；图13根据一个实施方案，图示说明了用于生产可再生材料的单元；图14根据一个实施方案，图示说明了化学反应。
具体实施例方式本发明可涉及单元、方法、以及可再生材料。根据一个实施方案，本发明可包括从基于酸催化纤维素降解的乙酰基丙酸生产2- 丁醇的工艺。所述2- 丁醇可以是理想的可再生生物燃料和/或可再生化学制品。化学过程包括乙酰基丙酸的催化脱羧以产生甲基乙基酮。所述甲基乙基酮可被氢化以形成2-丁醇。所述工艺包括乙酰基丙酸脱羧为甲基乙基酮以及随后氢化为2-丁醇的组合，这样对于2- 丁醇的大规模、工业化生产来说可以是有利的。乙酰基丙酸可以获自任何合适的来源，例如来自纤维素材料。乙酰基丙酸具有 C5H8O3的分子式、206摄氏度的沸点、以及每摩尔116克的摩尔质量。甲基乙基酮具有C4H8O的分子式、79摄氏度的沸点、以及每摩尔72克的摩尔质量。2- 丁醇具有C4HltlO的分子式、99摄氏度的沸点、以及每摩尔74克的摩尔质量。纤维素材料广义上是指含有纤维素，例如植物材料。纤维素材料可以包括任何合适的材料或物质，如甘蔗、甘蔗渣、能源甘蔗渣、稻、稻杆、玉米(corn)、玉米秸秆(corn stover)、小麦、麦秆、玉米(maize)、玉米秸秆(maize stover)、高粱、高粱秸秆、甜高粱、 甜高粱秸秆、棉花、棉花残余物(cotton remnant)、甜菜、甜菜浆、黄豆、油菜籽、麻风树属 (jatropha)、柳枝稷、芒草、其它草类、木材、软木、硬木、木材废料、锯末、纸、废纸、农业废料、城市废料、任何其它合适的生物质材料等。所述脱羧可以在合适的反应器中进行，所述反应器例如具有铜八面沸石(copper faujasite)(沸石担载的金属)和/或类似催化剂的液相填充床(liquid-phase packed bed)。脱羧反应器可在任何合适的条件下操作，例如至少约20摄氏度、至少约100摄氏度、 至少约300摄氏度、至少约500摄氏度等的温度。脱羧反应器可以在至少约0千帕表压、至少约200千帕表压、至少约310千帕表压等的压力下操作。脱羧反应可以是温和放热的，例如在300摄氏度下具有每摩尔约-27千焦耳的反应热。脱羧反应器可以是任何合适的设计， 例如填充床、浆态反应器、流化床等。脱羧工艺还可包括将脱羧反应器流出物冷却至合适的温度，例如在约50摄氏度至约300摄氏度之间、在约150摄氏度至约200摄氏度之间等。脱羧工艺还可包括分离，例如在闪蒸罐和/或其它合适的容器中。所述闪蒸罐可以在任何合适的压力下操作，例如在约0千帕表压(大气压)、约50千帕、约150千帕等下。可将来自闪蒸罐底部的乙酰基丙酸泵送和/或循环至脱羧反应器中作为再循环。可将来自闪蒸罐顶部的甲基乙基酮蒸汽冷凝为例如在约50摄氏度至约80摄氏度之间等的液体。例如，可将二氧化碳在第二个闪蒸罐中排放和/或闪蒸出。可将二氧化碳排放至大气、压缩以用于工业目的、使用合适的技术进行隔离等。冷却步骤可以通过蒸汽形成、使用冷却水、原料热集成(feedstock heat integration)等来完成。
可将液体甲基乙基酮中间物流泵至任何合适的压力，例如在约500千帕至约5000 千帕之间、在约1375千帕至约3450千帕之间等。可将液体甲基乙基酮与氢气混合并预热至约50摄氏度至约400摄氏度之间、约100摄氏度至约250摄氏度之间等。可将液体甲基乙基酮供给和/或进料至氢化反应器中以形成2- 丁醇。所述氢化反应器可包括任何合适的设计，例如低压滴流床设计(low-pressure trickle bed design) (加氢处理装置)、浆态连续搅拌釜反应器(slurry continuous stirred tank reactor) 等。氢化反应器可使用任何合适的催化剂如镍基催化剂、钌基催化剂等。氢化反应可以是中度放热的，例如在25摄氏度下具有每摩尔约-69千焦耳的反应热。氢化反应器可使用冷却策略，例如流化床反应器、冷却盘管、蒸汽产生等。氢化反应的进料流可包括任何合适的反应物浓度，例如具有摩尔比为约1 1的氢比甲基乙基酮、摩尔比为约1 1的二氧化碳比甲基乙基酮、以及30%的水等的进料流。可对氢化反应器的流出物进行冷却以冷凝甲基乙基酮和/或2- 丁醇。包含冷凝液的反应器流出物可进至闪蒸罐(第二闪蒸罐)内，从而排出任何未耗尽的氢。可以使用压缩机等来压缩排出的氢。例如，可将压缩氢送回至氢化反应器中以用于再循环。第二闪蒸罐和/或柱可在任何合适的压力下操作，例如约0千帕表压(大气压)、约50千帕、约150 千帕等。氢化反应器的流出物可包括甲基乙基酮和2- 丁醇的混合物。可以使用冷却水等来冷凝甲基乙基酮馏出物。可将甲基乙基酮再循环至氢化反应器中。2-丁醇(底部)可作为终产物被移走。在备选方案中，可将2-丁醇送至反应蒸馏塔(reactive distillation column) 等中。例如，所述反应蒸馏塔可利用缩合反应以形成二-仲丁基醚(di-sec-butylether)。 理想地，所述工艺可允许有可再生汽油产品和/或可再生柴油产品的产品灵活性。甲基乙基酮和2- 丁醇的混合物可以被容易地分离。水、甲基乙基酮、以及2- 丁醇可形成三元共沸混合物，其可使用多个塔以完成理想的分离。根据一个实施方案，因氢化反应器中的副产物形成所产生的微量水可以在分离前被除去，例如通过使用分子筛干燥。例如，副产物反应可包括一单位的甲基乙基酮和两单位的氢转化为一单位的丁烷和一单位的水(在摩尔基础上)。纤维素水解形成乙酰基丙酸还可产生甲酸，例如以1 1的摩尔比等。甲酸可经热、经催化、经金属催化剂等分解以形成氢和二氧化碳。根据一个实施方案，甲酸的分解可提供随后甲基乙基酮的氢化所需的所有氢。可将甲酸进料至脱羧反应器、氢化反应器、两种反应器中任何一种的进料预热器等中。将甲酸进料至工艺中可引起原位氢产生。将甲酸进料至脱羧反应器中可提供还原性气氛。可以使用合适的下游工艺从闪蒸罐的二氧化碳排放口处回收氢。为了降低操作成本且根据一个实施方案，可以使用粗(不太纯)的乙酰基丙酸。所述粗乙酰基丙酸可包含糠醛和/或水。粗乙酰基丙酸可以相对于高纯度精炼的乙酰基丙酸以有利的成本来获得。粗乙酰基丙酸中的糠醛可在脱羧反应器和/或进料预热器中聚合。 可以通过添加截留糠醛的保护床或在加热至脱羧温度之前破坏它来减轻所述聚合。在备选方案中，脱羧反应器可以是流化床，例如具有静态设计和/或循环设计以避免和/或降低来自糠醛的可能的填充床堵塞问题。
乙酰基丙酸进料中的水可以通过蒸馏、膜分离、选择性吸附、分子筛干燥、化学干燥(例如硫酸镁)、溶剂萃取等来除去。乙酰基丙酸进料中的水还可以大大增加氢化反应中的腐蚀。可以使用改进的冶金术来抵御腐蚀。为了降低资本成本且根据一个实施方案，可将脱羧反应器和氢化反应器组合在单个耐压外壳(pressure shell)中，例如以不同温度的两个催化剂床、同一温度的两个催化剂床、单个混合催化剂床、具有多功能催化剂床的单个床等。所述组合的反应器设计可以与现有的设备如未使用过的石脑油加氢处理器一起使用。所述单个耐压外壳设计可包括先进的控制和/或操作策略。根据一个实施方案，本发明可包括从基于酸催化纤维素降解的乙酰基丙酸生产 2-丁醇(可再生的生物燃料和/或可再生的化学制品)的工艺。可将乙酰基丙酸脱羧为甲基乙基酮中间物，其随后可被氢化以形成2-丁醇。2-丁醇产物可被直接用作可再生的化学制品和/或汽油调合料(blendstock)。在备选方案中，可将2-丁醇进料至另一个单元中以用于后续加工，例如用于冷凝成二-仲丁基醚或与烯烃烷基化以制造醚。二-仲丁基醚和其它醚可以是可再生的化学制品和/或柴油掺合料。本发明的范围可包括其它实施方案，例如较低的资本成本、较低的操作成本、和/ 或乙酰基丙酸生产的上游整合。这些其它实施方案可包括多用途的催化剂和/或反应器、 2-丁醇纯化的简化、较低成本的粗乙酰基丙酸原料(不太纯的)的应用、腐蚀问题的减轻、 从甲酸副产物的分解中回收氢、糠醛副产物的减轻或应用等。根据一个实施方案，本发明可包括排除使用生物途径、路径、有机体等的用于生产可再生材料的单元和工艺。图1根据一个实施方案，图示说明了用于生产可再生材料的单元110。所述单元 110包括以酮酸流114作为输入物、以及酮流116和任选的酮产物流180作为输出物的脱羧装置112。单元110还包括以酮流116和氢流120作为输入物、以及醇流122作为输出物的氢化装置118。图2根据一个实施方案，图示说明了具有脱水装置224的单元210。所述单元210 包括以酮酸流214作为输入物、以及酮流216作为输出物的脱羧装置212。单元210还包括以酮流216和氢流220作为输入物、以及醇流222作为输出物的氢化装置218。单元210 还包括以醇流222和任选的烯烃流282作为输入物，以及水流278、醚流226、和/或烯烃流 228作为输出物的脱水装置224。图3根据一个实施方案，图示说明了具有水解装置330的单元310。所述单元310 包括以酮酸流314作为输入物、以及酮流316作为输出物的脱羧装置312。单元310还包括以酮流316和氢流320作为输入物、以及醇流322作为输出物的氢化装置318。单元310 还包括以纤维素流332作为输入物、以及酮酸流314作为输出物的水解装置330。图4根据一个实施方案，图示说明了不具有外来氢流的单元410。所述单元410包括以酮酸流414作为输入物、以及酮流416作为输出物的脱羧装置412。单元410还包括以酮流416作为输入物——其中所需的氢在原位产生、以及醇流422作为输出物的氢化装置 418。单元410还包括以纤维素流432作为输入物、以及酮酸流414作为输出物的水解装置 430。氢来源可以是来自水解装置430的酮酸流414的一部分，例如甲酸。任选地，氢来源可以是氢来源流476，例如脱羧装置412的输入物。任选地，氢来源可以是氢来源流476，例如氢化装置418的输入物。图5根据一个实施方案，图示说明了具有第一分离装置534和第二分离装置542 的单元510。所述单元510包括以酮酸流514和再循环酸流538作为输入物、以及酮流516 作为输出物的脱羧装置512。单元510还包括以酮流516作为输入物、以及二氧化碳流536、 再循环酸流538、和第一分离装置流出物流540作为输出物的第一分离装置534。单元510 还包括以第一分离流出物流讨0、氢流520、再循环氢流M4、和再循环酮流546作为输入物、 以及醇流522作为输出物的氢化装置518。单元510还包括以醇流522作为输入物、以及再循环氢流讨4、再循环酮流M6、和产物醇流548作为输出物的第二分离装置M2。图6根据一个实施方案，图示说明了具有醇流622的去水装置650的单元610。所述单元610包括以酮酸流614作为输入物、以及酮流616作为输出物的脱羧装置612。单元 610还包括以酮流616和氢流620作为输入物、以及醇流622作为输出物的氢化装置618。 单元610还包括以醇流622作为输入物、以及去水的醇流652和水流672作为输出物的去水装置650。图7根据一个实施方案，图示说明了具有醛装置7M的单元710。所述单元710包括以酮酸流714作为输入物、以及还原的醛酮酸流756作为输出物的醛装置754。单元710 还包括以还原的醛酮酸流756作为输入物、以及酮流716作为输出物的脱羧装置712。单元 710还包括以酮流716和氢流720作为输入物、以及醇流722作为输出物的氢化装置718。图8根据一个实施方案，图示说明了具有酮酸流814的去水装置858的单元810。 所述单元810包括以酮酸流814作为输入物、以及去水的酮酸流860和任选的水流874作为输出物的去水装置858。单元810还包括以去水的酮酸流860作为输入物、以及酮流816 作为输出物的脱羧装置812。单元810还包括以酮流816和氢流820作为输入物、以及醇流 822作为输出物的氢化装置818。图9根据一个实施方案，图示说明了具有单一反应器962的单元910。所述单一反应器962以酮酸流914和氢流920作为输入物，以及醇流922作为输出物。图10根据一个实施方案，图示说明了具有多个催化剂床1064的单一反应器1062。图11根据一个实施方案，图示说明了具有混合催化剂床1166的单一反应器1162。图12根据一个实施方案，图示说明了具有多功能催化剂1268的单一反应器1262。图13根据一个实施方案，图示说明了用于生产可再生材料的单元1310。所述单元 1310包括以纤维素流1332作为输入物、以及酮酸流1314作为输出物的水解装置1330。单元1310还包括以酮酸流1314作为输入物、以及还原的醛酮酸流1356作为输出物的醛装置 13M。单元1310还包括以还原的醛酮酸流1356作为输入物、以及去水的酮酸流1360和任选的水流1374作为输出物的去水装置1358。单元1310还包括以去水的酮酸流1360和再循环酸流1338作为输入物、以及酮流1316作为输出物的脱羧装置1312。单元1310还包括以酮流1316作为输入物、以及二氧化碳流1336、再循环酸流1338、第一分离装置流出物流 1340、和任选的酮产物流1380作为输出物的第一分离装置1334。单元1310还包括以第一分离装置流出物流1340、氢流1320、再循环氢流1；344、和再循环酮流1346作为输入物、以及醇流1322作为输出物的氢化装置1318。单元1310还包括以醇流1322作为输入物、以及再循环氢流1344、再循环酮流1346、和第二分离装置流出物流1370作为输出物的第二分离装置1342。单元1310还包括以第二分离装置流出物流1370作为输入物、以及去水的醇流1352、水流1372、和/或产物醇流1348作为输出物的去水装置1350。所述产物醇流1348可被送去储存、另外加工等。单元1310还包括以去水醇流1352和任选的烯烃流1382作为输入物、以及水流1378、醚流1326、和/或烯烃流13 作为输出物的脱水装置13M。图14根据一个实施方案，图示说明了用于生产可再生材料的化学反应。根据一个实施方案，本发明可包括用于生产可再生材料的单元。所述单元可包括用于将酮酸流转化为酮流的脱羧装置、以及用于将所述酮流和氢流转化为醇流的氢化装置。所述单元泛指用于执行一种或多种特定的目的或结果的一件或全套装置。单元可包括管、泵、阀、容器、反应器、塔、任何其它合适的工艺设备件等。为了本文中所用的命名法的缘故，单元通常是指一个或多个装置的集合。工艺设备(process equipment)泛指利用机械原理、热原理、化学原理等的任何合适的器件(device)和/或物件(item)。流泛指不间断的流动，例如固体、液体、气体等的稳定供应。在一些实施方案中，除了连续方式之外，流还可以断断续续地和/或以分批的方式流动。为了本文中所用的命名法的缘故，流通常是指来自源和/或点的流动和/或连接，例如在第一装置和第二装置之间。装置泛指设计用于一种或多种特定应用的一套材料和/或设备。装置可包括管、 泵、阀、容器、反应器、塔、任何其它合适的工艺设备件等。为了本文中所用的命名法的缘故， 通常一个或多个装置可形成和/或制成单元。可再生材料泛指已至少部分地来自能够通过天然生态循环或资源更替的来源或工艺的物质或物品。可再生材料可广泛包括化学制品、化学中间物、溶剂、单体、低聚物、聚合物、生物燃料、生物燃料中间物、生物汽油、生物汽油掺合料、生物柴油、生物柴油掺合料、 生物馏出物(biodistillate)等。理想地，但并非一定地，所述可再生材料可来源于活的有机体如植物、动物、藻类、细菌、真菌等。生物燃料泛指适合用作燃料或燃烧源的组分或流，其来自可再生来源，例如可被持续生产和/或向大气中的净碳排放降低或没有。可再生资源可除外开采或钻探的材料， 例如从地下。理想地，可再生资源可包括单细胞有机体、多细胞有机体、植物、真菌、细菌、藻类、中耕作物、非中耕作物、木材等。生物汽油泛指适合直接使用和/或掺合至汽油或辛烷混合物或供应中的组分或流，其来自可再生来源如甲烷、氢、合成气体、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(直链的、分支的、和/或环的)、庚烷、异辛烷、环戊烷、 芳香族化合物、乙基苯等。丁醇泛指1-丁醇、2-丁醇、异-丁醇、其它异构体等的产物和衍生物。生物汽油可用在火花点火发动机如汽车的汽油内燃机中。根据一个实施方案，所述生物汽油和/或生物汽油掺合物符合或遵从了工业上接受的燃料标准。生物柴油泛指适合直接使用和/或掺合至柴油或十六烷混合物或供应中的组分或流，其来自可再生的来源如脂肪酸醚、甘油三酸酯、脂类、脂肪醇、链烷、石脑油、馏出物类材料、石蜡材料、芳香族材料、脂族化合物(直链的、分支的、和/或环的)等。生物柴油可用在压缩机如汽车的柴油内燃机中。在备选方案中，所述生物柴油还可用在燃气轮机、加热器、锅炉等中。根据一个实施方案，所述生物柴油和/或生物柴油掺合物符合或遵从了工业上接受的燃料标准。生物馏出物泛指适合直接使用和/或掺合至航空燃料(喷气式飞机)、润滑油基础油料、煤油燃料等中的组分或流，其来自可再生的来源，且所具有的沸点范围在约100摄氏度至约700摄氏度之间、在约150摄氏度至约350摄氏度之间等。根据一个实施方案，所述生物馏出物可在均质充量压缩点火(HCCI)发动机中用作燃料或动力。HCCI发动机可包括压缩至自动点火点的充分混合的燃料和氧化剂(典型为空气)的内燃形式。脱羧泛指其中从化合物中切断羧基基团(-C00H)从而产生二氧化碳(CO2)和所述化合物的剩余物的化学反应。酮酸泛指含有酮官能团和羧酸基团的有机酸，例如α-酮酸、β-酮酸、Y-酮酸寸。酮泛指含有与两个其它的碳原子键合的羰基基团(C = 0)的化合物。所述脱羧装置可将任何合适量的酮酸转化为酮，例如至少约30摩尔百分比、至少约50摩尔百分比、至少约70摩尔百分比、至少约90摩尔百分比、至少约95摩尔百分比等。根据一个实施方案，所述单元产生酮流，例如供用作燃料组分、溶剂、化学制品等。氢化泛指加氢(H2)从而还原和/或饱和有机化合物的化学反应。所述氢化装置可将任何合适量的酮转化为醇，例如至少约30摩尔百分比、至少约 50摩尔百分比、至少约70摩尔百分比、至少约90摩尔百分比、至少约95摩尔百分比等。醇泛指其中羟基基团(-0Η)与烷基和/或取代的烷基基团的碳原子连接的有机化合物。所述单元可包括任何合适的效率，例如对于每摩尔的原料来说至少0. 3摩尔的可再生材料、对于每摩尔的原料来说至少约0. 5摩尔的可再生材料、对于每摩尔的原料来说至少约0. 7摩尔的可再生材料、对于每摩尔的原料来说至少约0. 9摩尔的可再生材料、对于每摩尔的原料来说至少约0. 95摩尔的可再生材料等。根据一个实施方案，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。根据一个实施方案，所述单元还可包括将醇流转化为醚流和/或烯烃流的脱水装置。醚和烯烃的混合流可通过所述脱水装置来生产。脱水泛指从反应分子中损失水的化学反应，例如醇转化为醚、醇转化为烯烃等。醚泛指具有醚基团、如氧原子与两个(取代的)烷基和/或芳基基团连接的有机化合物。烯烃泛指含有至少一个碳-碳双键的不饱和的化学化合物。根据一个实施方案，所述醚流包含二丁基醚且烯烃流包含丁烯和/或任何合适的异构体。根据一个实施方案，所述单元还可包括用于将纤维素流转化为酮酸流的水解装置。水解泛指化合物与水的化学反应。水解可用于分解某些聚合物如纤维素和/或半纤维素。纤维素泛指具有式(C6HltlO5)n的有机晶态聚合化合物，例如包含几百至上万个葡萄糖和/或己糖单位的直链的多糖。半纤维素泛指有机的无定形聚合化合物，例如包含几百至几千个木糖、己糖、和/ 或戊糖单位。根据一个实施方案，所述氢流包含从一部分酮酸流分解而来的氢。所述分解可以是经热、经催化等。分解可以在所述单元的一部分内原位进行和/或在不同的工艺容器中进行。氢可以来自例如在水解装置中产生的甲酸的分解。根据一个实施方案，所述单元还可包括用于分离酮流、二氧化碳流、以及再循环酸流的第一分离装置。所述第一分离装置可包括任何合适的工艺设备如闪蒸罐、塔、盘、填充材料(packing)、泵、管件等。举例而言，第一分离装置可包括一个闪蒸罐。第一分离单元的进料可包含脱羧装置的流出物。根据一个实施方案，所述单元还可包括用于分离醇流、再循环氢流、以及再循环酮流的第二分离装置。所述第二分离装置可包括任何合适的工艺设备如闪蒸罐、塔、盘、填充材料、泵、管件等。举例而言，第二分离装置可包括两个闪蒸罐。第二分离单元的进料可包含氢化装置的流出物。根据一个实施方案，所述单元可包括用于从醇流除去水的去水装置。所述去水装置可包括蒸馏塔、分子筛干燥系统、任何合适的工艺设备等。去水的醇流可包含任何合适量的水，例如以摩尔计小于约百万分之1，000、以摩尔计小于约百万分之500、以摩尔计小于约百万分之100、以摩尔计小于约百万分之10等。根据一个实施方案，所述单元可包括用于从酮酸流除去醛的醛装置。例如，进料中的一种潜在的醛包括糠醛。所述醛装置可包括蒸馏塔、反应器、任何合适的工艺设备等。还原的醛酮酸流可包含任何合适量的醛，例如以摩尔计小于约百万分之1，000、以摩尔计小于约百万分之500、以摩尔计小于约百万分之100、以摩尔计小于约百万分之10等。糠醛还可在醛单元中被有利地转化为附加的乙酰基丙酸。所述醛装置可具有将醛转化为附加的酮酸的能力，例如通过具有氢化和水解的两阶段工艺。所述氢化可以使用合适的催化剂，例如使用VIII族金属等。氢化可以在任何合适的条件下进行，例如在约50摄氏度至约250摄氏度之间、以及在约0千帕表压至约3500 千帕表压之间的温和条件。所述水解可以使用合适的催化剂如酸催化剂。所述酸催化剂可包括液体酸、强酸离子交换树脂等。根据一个实施方案，糠醛在醛装置中转化为乙酰基丙酸。醛泛指含有末端羰基基团如碳原子与氢原子键合并与氧原子形成双键(0 = CH-) 的有机化合物。根据一个实施方案，所述单元可包括用于从酮酸流除去水的去水装置。所述去水装置可包括蒸馏塔、分子筛干燥系统、任何合适的工艺设备等。去水的酮酸流可包含任何合适量的水，例如以摩尔计小于约百万分之1，000、以摩尔计小于约百万分之500、以摩尔计小于约百万分之100、以摩尔计小于约百万分之10等。根据一个实施方案，所述脱羧装置和氢化装置可包括具有多个催化剂床、混合催化剂床、具有多功能催化剂的催化剂床等的单一反应器。根据一个实施方案，通过所述单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、生物馏出物材料等。
根据一个实施方案，本发明可包括通过和/或在本文中所述的任何单元中制造的可再生材料。根据一个实施方案，本发明可包括用于生产可再生材料的方法。所述方法可包括在脱羧装置中将酮酸流转化为酮流的步骤、以及在氢化装置中将所述酮流和氢流转化为醇流的步骤。根据一个实施方案，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。根据一个实施方案，所述方法还可包括在脱水装置中将醇流转化为醚流和/或烯烃流的步骤。所述醚流可包含二丁基醚且烯烃流可包含丁烯。根据一个实施方案，所述方法还可包括在水解装置中将纤维素流转化为酮酸流的步骤。根据一个实施方案，所述方法还可包括分解一部分酮酸流以供氢流的步骤。所述分解步骤可在用于生产可再生材料的单元的一部分内原位发生、在不同的工艺设备件中发生等。根据一个实施方案，所述方法还可包括在第一分离装置中分离酮流、二氧化碳流、 以及再循环酸流的步骤；和在第二分离装置中分离醇流、再循环氢流、以及再循环酮流的步
马聚ο任选和/或附加地，所述方法可包括在去水装置中从醇流除去水的步骤。任选和/或附加地，所述方法可包括在醛装置中从酮酸流除去醛的步骤。任选和/或附加地，所述方法可包括在去水装置中从酮酸流除去水的步骤。根据一个实施方案，所述方法可包括用于脱羧装置和氢化装置二者的单一反应器。所述单一反应器可包括多个催化剂床、混合催化剂床、具有多功能催化剂的催化剂床寸。根据一个实施方案，通过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、生物馏出物材料等。根据一个实施方案，本发明可包括通过和/或在本文中所述的任何方法中制造的可再生材料。当在本文中使用时，术语“具有”、“包含”、以及“包括”是开放和包含式表达。或者，术语“由...组成”是封闭的和排它式表达。如果在对权利要求书或说明书中的任何术语进行解释时存在任何歧义，则本文起草者的意图是倾向于开放和包含式表达。就方法或工艺中步骤的顺序、数量、序列、和/或重复限度来说，本文起草者的意图是，除非有明确的规定，否则在本发明的范围内对于步骤来说没有暗指的顺序、数量、序列和/或重复限度。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可以在所公开的结构和方法上做出各种修改和变化，这对于本技术领域的专业人员来说将是显而易见的。具体地说，任何一个实施方案的描述可以与其它实施方案的描述进行自由的组合以产生两种或更多种元素或限制的组合和/或变化。在对本文中公开的本发明的说明书和实践进行考虑后，本发明的其它实施方案对于本技术领域的专业人员来说将是显而易见的。旨在认为所述说明书和实施例仅是示例性的，而本发明真正的范围和精神是通过权利要求书来表明的。
权利要求
1.用于生产可再生材料的单元，所述单元包含 用于将酮酸流转化为酮流的脱羧装置；和用于将酮流和氢流转化为醇流的氢化装置。
2.权利要求1的单元，其中 所述酮酸流包含乙酰基丙酸； 所述酮流包含甲基乙基酮；和所述醇流包含丁醇。
3.权利要求1的单元，其还包含用于将醇流转化为醚流或烯烃流的脱水装置。
4.权利要求3的单元，其中所述醚流包含二丁基醚且所述烯烃流包含丁烯。
5.权利要求1的单元，其还包含用于将纤维素流转化为酮酸流的水解装置。
6.权利要求5的单元，其中所述氢流包含从一部分酮酸流分解而来的氢。
7.权利要求6的单元，其中所述分解在所述单元的一部分内原位发生。
8.权利要求1的单元，其还包含用于分离所述酮流、二氧化碳流、以及再循环酸流的第一分离装置；和用于分离所述醇流、再循环氢流、以及再循环酮流的第二分离装置。
9.权利要求1的单元，其还包含用于从所述醇流除去水的去水装置。
10.权利要求1的单元，其还包含用于从所述酮酸流除去醛的醛装置。
11.权利要求1的单元，其还包含用于从所述酮酸流除去水的去水装置。
12.权利要求1的单元，其中所述脱羧装置和所述氢化装置包含具有多个催化剂床、混合催化剂床、或具有多功能催化剂的催化剂床的单一反应器。
13.权利要求1的单元，其中所述可再生材料包括生物汽油材料、生物柴油材料、或生物馏出物材料。
14.在权利要求1的单元中制造的可再生材料。
15.用于生产可再生材料的方法，所述方法包含 在脱羧装置中将酮酸流转化为酮流；和在氢化装置中将所述酮流和氢流转化为醇流。
16.权利要求15的方法，其中 所述酮酸流包含乙酰基丙酸； 所述酮流包含甲基乙基酮；和所述醇流包含丁醇。
17.权利要求15的方法，其还包含在脱水装置中将所述醇流转化为醚流或烯烃流。
18.权利要求17的方法，其中所述醚流包含二丁基醚且所述烯烃流包含丁烯。
19.权利要求15的方法，其还包含在水解装置中将纤维素流转化为酮酸流。
20.权利要求19的方法，其还包含将一部分酮酸流分解以供氢流。
21.权利要求20的方法，其中所述分解在用于生产可再生材料的单元的一部分内原位发生。
22.权利要求15的方法，其还包含在第一分离装置中分离所述酮流、二氧化碳流、以及再循环酸流；和在第二分离装置中分离所述醇流、再循环氢流、以及再循环酮流。
23.权利要求15的方法，其还包含在去水装置中从所述醇流除去水。
24.权利要求15的方法，其还包含 在醛装置中从所述酮酸流除去醛。
25.权利要求15的方法，其还包含在去水装置中从所述酮酸流除去水。
26.权利要求15的方法，其中所述脱羧装置和所述氢化装置包含具有多个催化剂床、 混合催化剂床、或具有多功能催化剂的催化剂床的单一反应器。
27.权利要求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、或生物馏出物材料。
28.通过权利要求15的方法制造的可再生材料。
全文摘要
本发明涉及单元、方法、以及可再生材料。用于生产可再生材料的所述单元包括用于将酮酸流转化为酮流的脱羧装置、以及用于将所述酮流和氢流转化为醇流的氢化装置。用于生产可再生材料的所述方法包括在脱羧装置中将酮酸流转化为酮流的步骤、以及在氢化装置中将所述酮流和氢流转化为醇流的步骤。
文档编号C07C29/145GK102414156SQ201080019619
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年5月5日
发明者亨斯利·塞茹尔, 加里·戈登, 约翰·沙贝克, 道格拉斯·兰德尔, 阿隆·维内尔 申请人:Bp北美公司