[发明专利]一种制备生物基丁二烯的系统和方法

说明书

本发明涉及一种制备生物基丁二烯的系统和方法。所述系统包括：乙醇发酵装置；与乙醇发酵装置相连的乙醇分离装置；和与乙醇分离装置相连的丁二烯化学催化装置；所述丁二烯化学催化装置内装有催化剂。所述方法为将乙醇发酵培养基与发酵菌株通入乙醇发酵装置进行乙醇发酵，然后利用乙醇分离装置分离发酵产生的乙醇，并将惰性气体和分离后的乙醇通入丁二烯化学催化装置，催化合成丁二烯。本发明通过将生产生物乙醇的装置与丁二烯合成装置相耦合，实现了直接以生物质为原料制备丁二烯；且通过乙醇发酵和乙醇分离过程的强化，提高了乙醇的生产效率；所述方法简单易行，且显著降低了生物丁二烯的生产成本。

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种制备生物基丁二烯的系统和方法。

背景技术

丁二烯是一种重要的平台化合物，可广泛应用于橡胶、树脂的生产中。目前，工业上丁二烯的主要生产方法是乙烯副产抽提法，该方法受石油资源的限制，超过95％的丁二烯采用石化路线制备，这种生产方式不可持续，环境危害大。随着原油价格的剧烈波动，丁二烯的市场价格波动巨大，其供应存在不稳定性。

近些年随着生物乙醇技术的发展，以可再生的乙醇为原料制备丁二烯具有绿色、环保、可持续等诸多优势，获得广泛关注。乙醇催化制备丁二烯所用催化剂的种类有：LeRoy U.Spence等(US2，438，464，1944)在氧化硅上负载氧化钍或氧化锌所制备的催化剂；WaclawScukiewicz等(US2,357,855，1941)制备的氧化硅和氧化镁的混合物催化剂；RoyU.Spence等(US2,436,125,1946)制备的沉积在硅胶上的锆或钍的氧化物催化剂。采用上述催化剂催化乙醇制备丁二烯的转化率为30-50％，选择性在40-60％。V·V·奥维多姆斯基等(CN103038196A)制备的含有银、金等金属和钛、锆和钽氧化物的催化剂，其采用一步法催化乙醇制备丁二烯的转化率为34％，选择性为72％。

然而，目前多数研究停留在利用乙醇为底物进行丁二烯的化学催化生产上，而没有打通直接利用生物质原料制备丁二烯的路线。此外，应用化学催化法将乙醇底物转化为丁二烯的技术过程中，对乙醇底物的纯度要求高，一般需要控制在95％(v/v)以上的进料浓度，这也对乙醇从发酵醪液中的分离提出了较高要求。

若将低浓度生物乙醇产物直接作为底物进行丁二烯的催化，可大大降低乙醇的分离难度，优化工艺链条，同时节约生物基丁二烯的制备成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种制备生物基丁二烯的系统，所述系统通过将生产生物乙醇的装置与丁二烯合成装置相耦合，实现了直接以生物质为原料制备丁二烯。

本发明的另一方面提供了一种制备生物基丁二烯方法，所述方法直接以生物质为原料制备丁二烯，工艺简单易行，且显著降低了生物丁二烯的生产成本。

为此，本发明一方面提供了一种制备生物基丁二烯的系统，其包括：

乙醇发酵装置；

与乙醇发酵装置相连的乙醇分离装置；和

与乙醇分离装置相连的丁二烯化学催化装置；

所述丁二烯化学催化装置内装有催化剂，所述催化剂为硅载体负载的铪锌双金属催化剂、不定形硅酸镁负载的银催化剂、不定形硅酸镁负载的铜催化剂和不定形硅酸镁负载的锌催化剂中的一种。

在本发明的一些实施例中，所述乙醇分离装置为气提装置、渗透汽化装置、蒸汽渗透装置、液液萃取装置、吸附装置、多效蒸发装置和减压蒸馏装置的一种或串联连接的多种。

在发明的另一些实施例中，所述丁二烯化学催化装置为固定床反应器或流化床反应器。

在本发明的一些实施例中，所述催化剂中硅来源于Beta分子筛、MCM-41分子筛、SBA-15分子筛、KIT-6分子筛、白炭黑和硅胶中的一种或多种。