用于产生乙酸乙烯酯的方法_3

文档序号:8417021阅读:来源:国知局
方法中,生物质(例如, 木脂体)的未发酵残余物的全部或一部分可以被气化以形成氢,所述氢可用于本发明的 氢化步骤。可以用于形成乙酸的示例性发酵方法公开于美国专利6, 509, 180 ;6, 927, 048 ; 7, 074, 603 ;7, 507, 562 ;7, 351,559 ;7, 601,865 ;7, 682, 812 ;和 7, 888, 082 中,所述专利的 全部内容以引用方式并入本文。还可参见美国公布No. 2008/0193989和No. 2009/0281354, 所述专利的全部内容以引用方式并入本文。
[0039] 生物质的实例包括但不限于:农业废物,林产物,草,和其他纤维素材料,木材采伐 残余物,软木肩,硬木肩,树枝,树粧,树叶,树皮,锯肩,不合规格纸浆,玉米,玉米秸杆,小麦 杆,稻杆,甘蔗渣,柳枝稷,芒草,动物粪肥,市政垃圾,市政污水,商用废物,葡萄皮渣(grape pumice),扁桃壳,山核桃壳,椰子壳,咖啡渣,草粒,干草粒,木材粒,卡纸板,纸材,塑料,和 布料。参见例如美国专利7, 884, 253,全部内容以引用方式并入本文中。另一种生物质源为 黑液,一种黏稠黑色液体,其为用于将木材转化成纸浆并随后干燥以制作纸材的Kraft工 艺的副产物。黑液为木质素残余物、半纤维素和无机化学物质的水溶液。
[0040] 也以引用方式并入本文的美国专利No. RE 35, 377提供一种用于通过转化含碳材 料(例如油、煤、天然气和生物质材料)来生产甲醇的方法。该方法包括固体和/或液体含 碳材料的加氢气化以获得工艺气体,所述工艺气体为采用额外天然气来热解以形成合成气 的蒸汽。该合成气被转化成甲醇,该甲醇可被羰基化成乙酸。美国专利5, 821,111公开一 种用于通过气化将废物生物质转化成合成气的方法,并且美国专利6, 685, 754公开一种用 于生产含氢气体组合物(例如包括氢和一氧化碳的合成气)的方法,所述美国专利全文以 引用方式并入本文中。
[0041] 给送至乙烯的乙酰氧基化反应的乙酸可以还包含其他羧酸和酸酐,以及乙醛和丙 酮。优选地,合适的乙酸给料流包含选自乙酸、乙酸酐、乙醛、乙酸乙酯和它们的混合物的一 种或多种化合物。这些其他化合物可以也在本发明的方法中被氢化。在一些实施方案中, 羧酸(例如丙酸或其酸酐)的存在可以对产生丙醇有益。乙酸给料中也可能存在水。
[0042] 或者,蒸气形式的乙酸可从美国专利6, 657, 078中所述类别的甲醇羰基化单元的 闪蒸容器中作为粗制产物直接获取,所述美国专利全部内容以引用方式并入本文中。例如, 粗制蒸气产物可能被直接给送至本发明的乙醇合成反应区,而无需冷凝乙酸和轻馏分或去 除水,节省了总体加工成本。
[0043] 虽然羰基化可能是优选乙酸生产方法,但可采用其他合适方法。在采用羰基 化的优选实施方案中,该羰基化系统优选包含反应区,所述反应区包括反应器、闪蒸器 (flasher)和任选的反应器回收单元。在一个实施方案中,在合适反应器(例如,连续搅拌 釜式反应器("CSTR")或鼓泡塔反应器)中使一氧化碳与甲醇反应。优选地,羰基化工艺 为甲醇至乙酸的低水、催化(例如铑催化)羰基化,如美国专利5, 001,259中举例说明,所 述美国专利特此以引用方式并入。
[0044] 在另一个实施方案中,羰基化反应为低水羰基化,其中液体反应组合物中维持的 水浓度的范围是〇. 1重量%至14重量%,例如1重量%至10重量%。可以通过在反应介 质中维持所需羧酸和醇(期望的是羰基化中所用的醇)的酯以及除作为碘化氢存在的碘离 子以外的额外碘离子,进行该低水羰基化。优选酯的例子为乙酸甲酯。另外的碘离子期望 地是碘化物盐,优选是碘化锂(LiI)。如美国专利No. 5, 001,259中所述,已发现在低水浓度 下,仅当存在这些组分中每一者的相对高浓度时,乙酸甲酯和碘化锂充当速率促进剂,并且 当这些组分两者均同时存在时,促进作用更高。美国专利No. 5, 001,259的公开内容特此以 引用方式并入。据信,与这种反应体系中几乎没有使用卤化物盐的现有技术相比,优选的羰 基化反应体系的反应介质中所维持的碘离子的浓度相当高。碘离子含量的绝对浓度不是对 本发明的使用性的一种限制。
[0045] 乙烯还可以通过任何合适方法产生。在一个实施方案中,乙烯烃由乙酸的氢化形 成,之后进行乙酸的脱水来形成乙烯。作为另一个替代形式,乙酸和乙烯可经由烷烃(例如 乙烷)的氧化来产生,如美国专利No. 6, 476, 261中所讨论,其公开内容特此以引用方式并 入。本发明的方法中在乙酸乙烯酯的形成时使用的氧气可以还包含其他惰性气体,例如氮 气。举例而言,乙酸乙烯酯反应中使用的氧气是通过空气流提供。
[0046] 在一个实施方案中,可向反应器给送额外的乙烯。该额外乙烯以及上述反应物乙 烯可以基本上是纯的。在一个实施方案中,乙烯可(例如)与氮、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、 氢和低水平的C 3/C4烯烃/烷烃中的一种或多种混合。可向反应器给送额外的氧气。额外 的氧气(如果使用的话)可以为空气或分子氧含量高于或低于空气的气体。一种合适的额 外的含分子氧气体可以是用合适稀释剂(例如氮或二氧化碳)稀释的氧气。优选地,额外 的含分子氧气体为氧气。优选地,氧气的至少一些独立于乙烯和乙酸被给送至反应器。
[0047] 可以合适的是在100°C至300°C的温度范围(例如140°C至225°C或150°C至 200°C)下进行乙酸乙烯酯反应。在一个实施方案中,可以在小于300°C的温度(例如小 于225°C或小于200°C)下进行乙酸乙烯酯反应。在另一个实施方案中,可以在0.1 MPa至 IOMPa压力范围(例如0· IMPa至2. 5MPa或IMPa至2. 5MPa)下进行该反应。
[0048] 优选地,该反应在催化剂上进行。合适的催化剂包括含有第一金属和任选的一种 或多种第二金属、第三金属、或另外的金属的催化剂。该催化剂任选地包含催化剂载体。第 一和任选的第二和第三金属可以选自钯、金、硼、碱金属和IB族或VIIIB族过渡金属。优选 的金属组合包括钯/金和钯/硼。
[0049] 第一金属任选地以0· 1至10重量% (例如0.2至5重量%,0.2至2. 5重量% )的 量存在。另外的金属(如果存在)可以以范围为0.1至10重量% (例如0.2至5重量%, 或0.2至2.5重量% )的量存在。在其它实施方案中,该催化剂可以包含类金属,例如硼, 其量的范围为〇. 01重量%至1重量%,例如〇. 01重量%至〇. 2重量%。对于包含两种或 更多种金属的催化剂而言,两种或更多种金属可彼此成合金。或者,两种或更多种金属可以 包含非合金金属溶液或混合物。另外,优选金属比率可以取决于催化剂中所用的金属而变 化。如果使用钯和金,该比率的范围内可以为0.5:1至20:1,例如1.8:1至10:1。在其中 使用的第一和第二金属的一些示例性实施方案中,第一金属与第二金属的摩尔比为5:1至 1:1,例如 3:1 至 1:1,或 2:1 至 1:1。
[0050] 除了一种或多种金属以外,示例性催化剂还包含载体或改性载体,所述改性载体 是指包括载体材料和载体改性剂的载体,所述载体改性剂调整载体材料的酸性。基于催化 剂的总重量计,载体或改性载体的总重量优选为75重量%至99. 9重量%,例如78重量% 至97重量%,或80重量%至95重量%。在使用改性载体的优选实施方案中,基于催化剂的 总重量计,载体改性剂的存在量为0. 1重量%至50重量%,例如,0. 2重量%至25重量%, 0. 5重量%至15重量%,1重量%至8重量%,1重量%至5重量%,或2重量%至4重量%。
[0051] 合适的载体材料可以包括二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝、氧化钛、氧 化钛-娃酸盐(ticano-silicates)、氧化错、娃错酸盐(zircono-silicate)、氧化银 (niobia)、娃酸盐、娃错酸盐(alumino-silicates)、钛酸盐、碳、金属和玻璃。优选的载体包 括氧化错、娃错酸盐和娃钛酸盐(titano-silicates)。合适的载体改性剂可以包括钡、镁、 铈、钾、钙、铌、钽、钛、钇、锶、锆、钒、钼和铷。优选的载体改性剂包括铌、钛、镁和锆。
[0052] 合适的催化剂的具体实例包括(例如)在GB 1 559 5401 ;EP 0 330853 ;EP 0 672 4563 ;美国专利 No. 5, 185, 308 ;Νο· 5, 691,267 ;Νο· 6, 114, 571 ;Νο· 6, 852, 877 ;和 No. 6, 603, 038中所述那些。所有上述参考文献的公开内容特此以引用方式并入。
[0053] GB 1 559 540描述在通过乙烯、乙酸和氧的反应对乙酸乙烯酯进行制备中可采用 的合适的催化剂。该催化剂包含:(1)催化剂载体,其具有3至7_的颗粒直径和约0. 2至 1. 5ml/g的孔体积,10重量%的pH为约3. 0至9. 0的催化剂载体的水悬浮体;(2)钯-金合 金,其分布于催化剂载体的表面层中,所述表面层从载体的表面上延伸小于〇. 5_,合金中 的钯的存在量为每升催化剂约1. 5至5. 0克,并且金的存在量为每升催化剂约0. 5至2. 25 克;和⑶每升催化剂5至60克的碱金属乙酸盐。
[0054] 美国专利No. 5, 185, 308描述一种壳式(shell)浸渍催化剂,其对由乙烯、乙酸和 含氧气体生产乙酸乙烯酯有活性,所述催化剂基本上由以下组成:(1)催化剂载体,其具有 约3至约7mm
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