[发明专利]从乙醇和合成气生产异丁醇的方法

说明书

公开了将乙醇和合成气(CO和H₂)转化为异丁醇的方法。合成气和乙醇在第一反应区中在第一多相催化剂的存在下反应以产生包含第一醇混合物的第一反应器流出物。第一反应器流出物在第二反应区中在第二多相催化剂的存在下反应以产生包含第二醇混合物的第二反应器流出物。将第二反应器流出物分离成顶部气体料流和液体底部料流。将液体底部料流分离成至少C_1‑2料流、C₃料流和C₄₊料流。从C₄₊料流回收异丁醇。

背景技术

乙醇主要用作汽油添加剂以改善燃烧效率。异丁醇可以被认为是第二代生物燃料。异丁醇是有机溶剂和乙酸异丁酯和异丁酯制造中的原料。它也可以直接与汽油共混以改善辛烷值和燃烧效率或用作纯替代燃料。与乙醇相比，异丁醇具有相对较高的能量密度和较低的挥发性。此外，它不容易从空气中吸收水，防止了发动机和管道的腐蚀。它还具有比乙醇高的辛烷值，导致更少的发动机中爆震。

尽管异丁醇具有许多潜在的用途，但其合成目前是受限的。异丁醇可以通过丙烯的羰基化来生产：一种包括使丙烯与一氧化碳和氢气反应以产生异丁醛并然后将所述异丁醛氢化为异丁醇的方法。例如，美国专利No. 2,564,130公开了在含钴催化剂存在下在225-300℃由含有丙烯、CO和H₂的混合物制备正丁醇和异丁醇的方法。尽管这种羰基化方法目前被用于制造丁醇，但由于生产丙烯和合成气(合成气)需要的高能量，因此这种方法不是能量有效的。由于使用丙烯，因此其也是昂贵的。此外，当异丁醇用作汽油添加剂时，预期对其的需求显著增加对丙烯的需求，使得所述方法甚至更昂贵。

作为选择，已经广泛研究了由更丰富且更廉价的合成气直接合成异丁醇。含有一氧化碳和氢气的合成气主要由天然气和轻质烃的重整或部分氧化或者煤和生物质在高温下的气化生产。它也可以由城市固体废物的气化生产。一氧化碳和氢气在高温和高压下反应，以在碱金属促进的ZnO和CuO-ZnO基催化剂上生产甲醇和异丁醇，甲烷和轻质烃为主要副产物。例如，美国专利No. 5,767,166公开了在一个反应器中在碱金属促进的Zn-Cr氧化物催化剂上由合成气开始的异丁醇合成方法。中国专利公开No. 103,272,609中公开了类似的方法，其中使用碱金属和稀土金属氧化物促进的CuO-ZnO-ZrO₂催化剂。

尽管已经广泛研究了由合成气开始的这种直接异丁醇合成，但其通常与差的异丁醇选择性和生产率相关。在操作过程中，较低的温度导致较高的甲醇选择性，而较高的温度倾向于产生更多的甲烷和轻质烃。因此，在碱金属促进的ZnO和CuO-ZnO催化剂上难以实现高异丁醇选择性和产率。

因此，希望具有一种能够克服上述障碍并改善异丁醇选择性和生产率的方法。

附图说明

附图示出了本发明的方法的一个实施方案。

具体实施方式

公开了使用乙醇和合成气(CO和H₂)制备异丁醇的新路线。在本发明方法中，比丙烯便宜的乙醇与CO和 H₂反应以生成异丁醇，CO₂和/或水作为副产物。第一步是将乙醇和合成气转化为丙醇。第二步是将丙醇和合成气转化为异丁醇。这将目前的汽油添加剂乙醇转化为显著更增值的异丁醇。所述方法比当前使用丙烯的方法便宜，因为乙醇比丙烯便宜得多。此外，异丁醇具有比乙醇高的能量密度，并且其不容易从空气中吸收水，防止了发动机和管道的腐蚀。

乙醇通常由糖和淀粉的发酵以及乙烯水合生产。作为选择，其它方法例如Celanese TCX方法(经由甲醇中间体的合成气制乙醇)、Yanchang Petroleum煤制乙醇方法、合成气发酵和生物质转化为乙醇正在商业化。随着快速的技术发展，可以由许多不同的原料例如传统作物或化石原料、全木质纤维素生物质和废物材料来生产乙醇。所有的发展将会使用于乙醇生产的原料多样化并且使得对乙醇的需求不与食物竞争。在具有足够乙醇供应的情况下，乙醇羰基化为异丁醇将为燃料添加剂增加更多价值，并与常规丙烯羰基化方法相比降低异丁醇生产成本。