[发明专利]通过发酵生物质和沸石催化用于制备有机化合物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于由生物质制备有机化合物的方法。

现有技术

由文献已知使得由发酵获得的醇制备有机化合物成为可能工艺。它们基本上由以下步骤组成：糖发酵、蒸馏发酵培养基、将热分离醇催化转化成有机化合物，及有机化合物与生产用水分离(参见，例如US3936353；CA2360981)。

尽管如此，根据专利文献US4690903，发酵获得的醇可以通过从发酵液中吸附在吸附剂上获得，其中所述吸附直接在发酵液中进行。在沸石作为吸附剂的情况下，任选可能将负载的沸石输送至反应区域，在所述反应区域中，将被吸附的醇用沸石催化下反应成有机化合物。

脱水反应尤其适合将醇转化成具有低的氧-碳比例的有机化合物。对于醇(通常为乙醇)的这种脱水而言，在文献中描述了H型的MFI型沸石(H-ZSM-5，SiO₂/Al₂O₃>10)作为催化剂(例如参见US3936353；US4690903；US4621164；Oudejans et al.，App.Catalysis Vol.3,1982,第109页；Aguayo et al.,J.Chem.Technol.Biotechnol.Vol.77,2002,第211页)。此外，通过例如用金属/金属氧化物或磷酸浸渍来使沸石H-ZSM-5改性也是已知的，其可以影响转化成乙烯的选择性(US4698452)或者还有转化成芳族化合物的选择性(WO2007/137566A1)。除了H-ZSM-5沸石,作为用于乙醇脱水的另外的催化剂，还研究了其它沸石类型(US4621164;Oudejans et al.，App.Catalysis Vol.3,1982,第109页)，介孔分子筛(Varisli et al.；Chem.Eng.Sei.Vol.65,2010,第153页)和羟基磷灰石(Tsuchida et al.,Ind.Eng.Chem.Res.Vol.47;2008,第1443页)。

根据现有技术，脱水在固定床反应器中在介于150和500℃之间的温度，1巴至100巴的绝对压力和0.5h^-1至50h^-1的液体时空速度(LHSV=液体反应物体积流速/催化剂体积)进行(例如参见US4621164;Oudejans et al.,App.Catalysis Vol.3,1982,第109页)。

通过向乙醇进料流中掺入水，可以增加产品料流中的芳族化合物份额和降低由于结焦的催化剂失活(Oudejans et al.,App.Catalysis Vol.3,1982,第109页)。液态有机化合物的产率同样可以通过改变水份额来影响(US4621164)。低的水份额造成高的有机化合物比例，反之亦然。

WO2008/066581A1描述了用于制备至少一种丁烯的方法，其中使丁醇和水反应。在此，反应物可以源自发酵液，其中在一种实施方案中可能的是对此使用气提。将此气流直接用于反应，或者事先经受蒸馏。

所有现有技术中用于由糖制备有机化合物的相应方法的不利之处在于，不能选择性分离挥发性发酵副产物(例如呋喃)以及在发酵时通常使用的挥发性添加剂(例如作为pH校正剂的氨)。在下游催化转化时，这导致(沸石)催化剂失活，并因此导致催化剂的活性和选择性降低(例如参见Hutchings，Studies in Surface Science and Catalysis Vol.61,1991,第405页)。

不利之处还在于，根据现有技术用于制备醇所必需的发酵不可以直接与催化转化结合。但是，在中间产物醇浓度较高时，所述的发酵通常受到抑制，由此限制了有机化合物的产率和生产率(时空产率)。例如，Dominguez等人(Biotech.Bioeng.,2000,Vol.67,第336-343页)指出，用酵母树干毕赤酵母(Pichia stipitis)将C5糖转化为乙醇被抑制在仅2%(w/v)乙醇。同样在用梭菌(Clostridien)发酵成丙酮、丁醇和乙醇时，观察到所形成的产物的抑制性和逐渐增强的毒性影响，使得通常不超过1.5%(w/v)的丁醇浓度( L.,Biotech.Advs.,1985,Vol.3,第13-28页)。