[发明专利]使用羰基化方法分离产品气体的方法

说明书

优先权要求

本申请要求美国专利申请第61/787,913和61/787,940号的优先权，二者均于2013年3月15日提交，其全部内容和公开在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及使用羰基化方法分离产品气体或合成气。所述产品气体包含一氧化碳、二氧化碳和氢气，并且可以通过使所述一氧化碳在所述羰基化方法期间反应和回收所述氢气而分离。为了进一步整合，在一个实施方案中，可以将所产生的回收的氢气和乙酸一起进料至氢化反应器以生产乙醇。

背景技术

合成气体(“合成气”)是主要包含变化量的一氧化碳、氢气并具有一些二氧化碳的气体混合物。合成气被广泛地用作工业化学品的反应物。存在许多纯化合成气以产生不同产物纯度的一氧化碳和氢气的方法。合成气分离是能量密集的并且是获得工业用途的纯的氢气和一氧化碳的最昂贵的方法步骤之一。深冷纯化被广泛地用于分离合成气，如美国专利第5,511,382、4,756,730和4,242,875号中所述。生产纯的氢气和一氧化碳料流中的一个问题在于分离是能量密集的。另外的气体如氮气和甲烷的存在可能进一步增加分离的能量需求。另外，纯化方法的复杂性取决于所述一氧化碳和氢气的期望纯度。

一些常规的方法已直接将合成气用于生产工业化学品，如美国专利第6,596,781号所述，其展示了将合成气用于费-托法以生产柴油和将合成气用于使用铜和或锌催化剂生产甲醇。甲醇合成可以是高选择性的，但是所述方法消耗来自所述合成气的氢气和二氧化碳二者以生产甲醇。尽管可能存在来自所述甲烷合成方法的流出气体，但是组成可能取决于所述合成气的氢气比一氧化碳的比例和对甲醇的选择性而变化。因此，这些方法不能分离合成气。

对于由合成气生产乙酸而言，已描述了许多方法。例如，美国专利第8,088,832号描述了使用合成路线经由合成气合成乙醇的方法。描述了用于在使用流化床的蒸汽气化炉中气化生物质并使用来自合成气燃烧的热烟气加热的方法和设备。还公开了用于将合成气转化为乙醇的方法和设备，使用分步催化反应以使用包括乙酸铱的催化剂将一氧化碳和氢气转化为乙醇。所述分步催化剂反应将甲醇、一氧化碳和氢气转化成包含乙酸甲酯、氢气、甲醇、乙酸和水的混合物。将氢气和乙酸甲酯从所述混合物中分离并用于乙醇生产。

美国专利第8,080,693号描述了通过在催化剂存在下使甲醇和一氧化碳反应将甲醇转化为乙醇以生产具有至少25摩尔％乙酸甲酯和在一些情况下的乙酸的产物的方法。然后使所述乙酸与至少一种醇反应以生产选自乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丁酯的至少一种乙酸酯。然后将所述至少一种乙酸酯和由于使甲醇与一氧化碳反应而产生的乙酸甲酯氢化以生产乙醇。可以由生物质生产合成气，以生产所述方法所需要的甲醇、氢气和一氧化碳的全部或一部分。在羰基化反应器之前从合成气中分离氢气。描述了氢气可渗透性膜，用于生产具有少于5摩尔％氢气的一氧化碳料流。

美国专利第7,498,016号描述了用于由甲醇原料生产合成气的方法。将甲醇进料供给至具有氧气和任选的蒸汽的部分氧化反应器以生成氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合料流。分离出二氧化碳并将所述氢气和一氧化碳混合物进料至冷箱，在所述冷箱中将其分离成富含氢气的料流和富含一氧化碳的料流。可以将经分离的二氧化碳再循环回到所述部分氧化反应器作为温度缓和剂(如果需要的话)。可以使所述富含一氧化碳的料流与甲醇在乙酸合成单元中通过常规方法反应，以生产乙酸或乙酸前体。任选地，可以将氨合成单元和/或乙酸乙烯酯单体合成单元整合至所述设备中。

美国专利第6,596,781号描述了用于进行费-托产物和使用甲醇和羰基化路线制造的乙酸的生产的整合的方法，其使用由甲醇生产回收的氢气以将费-托产物提质。

美国专利第5,659,077号描述了用于乙酸的生产的整合的方法，包括使由(a)甲烷气体和(b)气态氧气、空气或其混合物组成的进料混合物在升高的温度和压力的反应区域中经受部分氧化而不生产合成气，以形成包含甲醇、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水蒸气的反应混合物。从所述反应混合物中除去至少一部分所述水蒸气，使剩余的部分氧化反应混合物与来自外部来源的另外的甲醇一起在升高的温度和压力下进料通过羰基化反应区域，以形成包含乙酸和/或乙酸甲酯和甲醇的反应产物。以这样的量添加另外的甲醇，使得所述另外的甲醇连同通过部分氧化产生的所述甲醇足以基本上转化全部的通过部分氧化产生的所述一氧化碳。使过量甲烷和二氧化碳从羰基化反应区域再循环回到部分氧化反应区域，并且使羰基化反应产物中的甲醇再循环回到羰基化反应区域和将乙酸和/或乙酸甲酯作为产物回收。