[发明专利]与丙烯腈的生产有关的组合物和方法

说明书

本文公开了在将糖转化为丙烯腈的工艺中有用的催化剂和方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年8月24日提交的美国申请号15/245,835的权益，将所述申请通过引用以其整体并入本文。

联邦资助的研究

本发明是在美国能源部和能源效率与可再生能源办公室(Department of Energyand the office of Energy Efficiency and Renewable Energy)，DOE-EERE)授予的DE-EE0006781下在政府支持下完成的。政府在本发明中拥有某些权利。

技术领域

本文公开的组合物、制品和方法涉及丙烯腈和其他有用化学品的生产。

背景技术

美国能源部和工业部门预计碳纤维市场每年增长11％-18％，特别是在减少车辆重量的动机的驱动下(全球碳纤维市场机遇：碳纤维世界会议(Global marketopportunities for carbon fiber:Carbon fiber world conference)，华盛顿特区2011)。目前，满足汽车应用规范(250ksi拉伸强度和25Msi杨氏模量)的碳纤维由从丙烯腈(ACN)获得的聚丙烯腈(PAN)制成，丙烯腈是使用丙烯和氨合成的。2010年世界ACN产量为570万吨，并且世界ACN产量高度依赖丙烯价格的波动。另外，由于基于天然气的乙烯生产工艺的增长，丙烯产量(裂化石脑油制乙烯的副产物)正在减少。鉴于这些事实和对碳纤维的需求增加，美国能源部(US DOE)表示有兴趣制备ACN前体，所述前体能够满足从可再生非食品生物质生产碳纤维所需的规范，目标是成本为$1.00/lb。

需要用于生产ACN和制备ACN用的中间体的改进催化剂和方法。本文描述了这样的催化组合物和方法。

发明内容

本文公开了一种方法，包括以下步骤：a)从包含乙二醇、丙二醇和甘油的第一产物中分离出乙二醇和丙二醇的至少一部分，从而产生包含甘油的第二产物；以及b)使包含甘油的第二产物与第一催化剂组合物接触，从而产生包含丙烯醛和羟基丙酮的第三产物，其中第一催化剂组合物包含具有下式的第一催化剂：

M1M2_xM3_yO_z

其中M1是促进C-O断裂的金属，

其中M2是促进脱水的具有酸位的金属，

其中M3是与M1共同促进选择性脱水的具有酸位和碱位的两性催化剂载体，

其中x是从约0.25至约4的摩尔比，

其中y是从约0.25至约4的摩尔比，

其中z是与M1、M2和M3结合的氧的总量，并且与M1、M2和M3的氧化态的总和对应。

本文还公开了一种方法，包括以下步骤：a)使丙二醇与第三催化剂组合物接触，从而产生丙醛，其中第三催化剂组合物基本上由具有下式的第三催化剂组成：

M4M5_aO_z

其中M4是促进脱水的具有酸位的金属，

其中M5是促进选择性脱水的具有酸位和碱位的两性催化剂载体，

其中a是从约0.25至约4的摩尔比，

其中z是与M4和M5结合的氧的总量，并且与M4和M5的氧化态的总和对应。