[发明专利]将可自生物质衍生得的脂肪醇催化转化制得有价值的烯烃或含氧化合物

说明书

本发明申请公开了一种催化剂体系、其制备方法、及其应用于生产烯烃和/或饱和或不饱和含氧化合物和其他产物的工艺过程。该工艺的产物包括至少一种醛和一种酸(如丙基醛，丙烯醛，丙烯酸，异丁醛，甲基丙烯醛，及甲基丙烯酸等)，而其气相过程包括使相应的含3至5个碳的、可衍生自生物质的如丙醇，丙二醇，和异丁醇等的脂族醇经由同氧气、空气或氮气和/或其它合适的稀释气体形成进料混合物而通过本文中所述的催化体系进行。当将含3碳的脂族醇(正丙醇、异丙醇、或1,2‑丙二醇，或1,3‑丙二醇)、或它们的混合物同空气或氧气及一种如氮气或其它稀释气体混合形成的共进气料在所述催化体系中进行气相催化时，该工艺产物为丙烯，丙醛，丙烯醛和丙烯酸中的至少一种。当将异丁醇通过该工艺进行反应时，其产物为异丁烯，异丁醛，甲基丙烯醛和甲基丙烯酸中的至少一种。该催化剂体系的构型包括单一或多重催化区域，其中每个催化区域的共进料之组成及其它反应参数等皆可被独立调控。

相关串请的交叉引用

本申请享有于2012年12月7日提交的第61/734,411号美国临时专利申请的权益，其全部公开内容通过引用结合于本文中。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明系在第DE-SC0007695号资助下使用由美国能源部提供的资金完成的。美国政府在此发明中享有某些权利。

发明领域

本发明涉及一种催化体系、及其相应的用于制备含氧化合物及其它高价值产物的工艺过程。该工艺通过使衍生自可再生资源如生物质，或二氧化碳的、含3至5个碳的直链或支链脂族醇，以空气或氧气作为氧化剂在至少含一个催化区的催化剂体系中进行气相反应的工艺。该工艺所得到的产品可为相应的含3至5个碳的烯烃，醛，不饱和羧酸，或其混合物。本发明还涉及一种制备有用于上述催化体系以生产含氧化合物产物的固体催化剂的方法，以及涉及相应的一种或多种催化剂的组成。

具体地，本发明涉及一种以空气或氧气作为氧化剂进行催化反应的工艺，而有效地和高效率地将含3个碳的可衍生自可再生资源(如生物质)的脂族醇(如丙醇或异丙醇、或1,2-或1,3-丙二醇和/或其混合物)转换为相应的烯烃、脂族醛和/或脂族酸(例如：丙烯、丙醛、丙烯醛和/或丙烯酸)，或将含4个碳的可衍生自可再生资源的脂族醇(例如：2-甲基-1-丙醇)转换为相应的烯烃、脂族醛和/或脂族酸(例如：异丁烯、异丁醛、甲基丙烯醛和/或甲基丙烯酸)，并涉及相应的一种或多种催化剂的组成和制备。

背景技术

已有充分报道揭示含3至5个碳、具有直链或支链结构的脂族醇可由生物化学和/或化学方法衍生自生物质等的可再生资源，这些脂族醇具有高潜力作为某些化学工艺的原料来制造各种有价值的的化学品、或被广泛用于合成聚合物产品的单体。目前，这些化学品或单体皆以原油衍生物为原料生产。不幸的是，人类的过度采伐不仅导致原油这种不可再生资源的快速耗尽，也使温室气体以惊人的速度积累，因而显著增加对能源和国家的长期安全，生态环境平衡和气候状况的威胁。更重要的是，过度依赖以原油作为能源和化工原料的主要来源，会对国家和企业因社会和关键经济指标的不确定性而造成威胁。这是因为国家经济的一个关键指标是化学品和相关的工业和消费品的生产，而相当大的比例的原油生产要被用来生产这类产品。

尽管对各种其他类型的可再生资源，如太阳能，风能和地热等的开发可以支持其他的可持续能源的需求，对持续生产碳基燃料和化学产品的需求只能由利用生物质等可再生资源来满足。全球有许多国家和地区含有丰富可持续再生的生物质资源。便宜的、可持续性的新技术在不断地被开发，以充分利用各种生物质资源，包括可食类和/或非食类生物质，以及利用工业废弃物，如二氧化碳等。