[发明专利]用于由合成气生产醇的方法和装置

说明书

优先权资料

本国际专利申请要求都是在2007年7月9日提交的美国临时专利申请第60/948,650号和第60/948,657号的优先权权益；且还要求都是在2008年7月1日提交的美国非临时专利申请第12/166,203号和第12/166,212号的优先权权益，上述专利申请的全部公开内容为了所有的目的据此通过引用并入本文。

发明领域

本发明通常涉及用于将诸如纤维素生物质的含碳原料转化为合成气的方法，且还涉及用于将合成气转化为诸如醇(如，乙醇)的产物的方法。

发明背景

乙醇和包括乙醇的醇混合物可以代替石油基产品如汽油用作燃料和燃料添加剂。醇的这种用途可以降低进口石油的需求。另外，当醇是由除了化石燃料之外的原料生产时，醇代替石油基燃料和燃料添加剂可以是特别环境友好的。

醇的一种合成途径是通过用于将合成气转化为醇的催化方法。合成气(syngas)(或合成气(synthesis gas))是一氧化物(CO)和氢气(H₂)的混合物。通常，合成气可以由任何含碳材料生产。具体地，可以将诸如农业废物、林产品、草和其他纤维素材料的生物质转化为合成气。

存在多种转化技术来将这些原料转化为合成气。转化方法可以利用包括含碳材料的气化、热解、蒸汽重整和/或部分氧化的一个或多个步骤的组合。

自二十世纪二十年代以来，已经知道，甲醇和其他醇的混合物可以通过使合成气在某些催化剂上反应来获得(Forzatti等人，Cat.Rev.-Sci.andEng.33(1-2)，109-168，1991)。Fischer和Tropsch大约在相同的时期观察到烃合成催化剂产生作为副产物的直链醇(Fischer和Tropsch，Brennst.-Chem.7：97，1926)。

然而，当前需要将合成气转化为诸如乙醇的醇的改进的方法和装置。

发明概述

在一些实施方案中，本发明提供了一种生产一种或多种C₂-C₄醇的方法，所述方法包括：

(i)将合成气引入到包含至少第一催化剂的第一反应区中；

(ii)用第一催化剂将合成气的一部分转化为甲醇；

(iii)将来自第一反应区的合成气和甲醇引入到包含至少第二催化剂的第二反应区中；以及

(iv)用第二催化剂将被引入到第二反应区中的合成气和甲醇的至少一部分转化，以产生包含一种或多种C₂-C₄醇的产物流，所述C₂-C₄醇例如乙醇、1-丙醇或1-丁醇。

第二反应区可以在与第一反应区相同的反应器中或在与第一反应区不同的反应器中。

在一些实施方案中，被引入到第一反应区的合成气具有初始H₂/CO比率，在第一反应区内将合成气转化为甲醇使得被引入到第二反应区中的合成气具有第二H₂/CO比率，且与由所述初始H₂/CO比率提供的收率相比，所述第二H₂/CO比率在所述第二反应区内提供的一种或多种C₂-C₄醇的收率是增加的。第二H₂/CO比率优选低于初始H₂/CO比率。

在一些实施方案中，所述方法还包括将另外的甲醇引入到第二反应区中以及用第二催化剂将被引入到第二反应区中的另外的甲醇的至少一部分转化为一种或多种C₂-C₄醇。在某些实施方案中，被引入到第二反应区中的另外的甲醇的至少一部分预先从产物流回收。在一些方法中，将另外的合成气(不是来自第一反应区的未反应的合成气)引入到第二反应区中，然后用第二催化剂将被引入到第二反应区中的另外的合成气的至少一部分转化为一种或多种C₂-C₄醇。可以从产物流回收合成气以及将该合成气循环通过反应区中的至少一个。