[发明专利]用于糖的热裂解的新型床材料

说明书

本发明涉及将糖热裂解成包含C₁‑C₃含氧化合物的组合物的方法。具体而言，本发明涉及使用载热颗粒提供提高的C₁‑C₃含氧化合物的产率和改进的流化特性，使其适用于例如乙醇醛的工业规模生产。本发明还涉及包含载热颗粒的循环流化床系统。

技术领域

本发明涉及将糖热裂解成包含C₁-C₃含氧化合物的组合物的方法。具体而言，本发明涉及使用载热颗粒提供提高的C₁-C₃含氧化合物的产率和改进的流化特性，使其适用于例如乙醇醛的工业规模生产。本发明还涉及包含载热颗粒的循环流化床系统。

背景

近年来，越来越多的努力集中在从可再生原料(如生物质或糖)生产商业化学品上。生物质和由其衍生的糖是特别令人感兴趣的，因为它具有补充和可能替代化石资源作为制备商业化学品的原料的潜力。

几十年来，一直在开发各种热解工艺。热解工艺是指在惰性气氛中在升高的温度下对碳质材料进行热分解。它涉及化学组成的变化并且是不可逆的。例如，该工艺用于从石油、煤炭，甚至木材和其他生物质材料生产乙烯、多种形式的碳和其他化学品。

由于可以实现高体积生产率，并且由于这些类型的方法能够将范围广泛的底物转化为小范围的产品，因此通过热解工艺转化生物质是合乎需要的。然而，当前的热解工艺在工业环境中实施时通常会遇到挑战，其中例如工艺的高效率和长期稳定性是工业适用性所需要的。

将碳水化合物，尤其是糖，转化为具有商业价值的化学品的一种热解方法是“热裂解(thermolytic fragmentation)”。其后可以有进一步的工艺步骤。它也可以称为“水合热解”或“碳水化合物裂化”。在本文中，热裂解是指将单糖选择性分解为C₁-C₃含氧化合物，这是通过在惰性条件下将糖加热至中间温度(400-600℃)并在非常短的停留时间下进行的。所采用的加热速率非常高(1000℃/s)并且停留时间短(1s)，以最大限度地减少对聚合产物或永久性气体的选择性。

由糖的热裂解形成的一种重要化合物是乙醇醛(羟基乙醛)。乙醇醛是同时含有羟基和羰基的最小化合物，它可以被称为糖化合物。它是一种有用的平台化学品，可用于制造其他化学品，如乙二醇和乙醇酸。众所周知，它在高温下是一种不稳定的分子。见例如EP0158517 B1，该文献推荐低温真空蒸馏以纯化乙醇醛。

众所周知，糖可以在砂的循环流化床中通过热裂解转化为包含C₁-C₃含氧化合物的组合物。

WO 2017/216311中描述了这种方法，其在循环流化床中将糖热裂解成C₁-C₃含氧化合物混合物的方法。糖，例如葡萄糖，被转化为包含乙醇醛的C₁-C₃含氧化合物混合物。示例性的床材料(或载热颗粒)是砂、二氧化硅、玻璃、氧化铝、钢和碳化硅。载热颗粒的平均粒径为20-400μm，裂解发生在250-900℃的温度范围内。

WO 2014/131764公开了一种由糖制备烯酮的热解工艺，其中使用的流化床材料具有高达600m²/g的表面积、高达0.80ml/g的孔体积和4.0M的硅烷醇浓度。糖可以是浓度高达60重量％的糖水溶液。

在WO 02/40436中，糖的水溶液通过在砂(即主要由二氧化硅组成的材料)的流化床中的水合热解转化为富含乙醇醛的产物。当在水合条件下进行热解时，在500℃左右的温度下可提高C₁-C₃含氧化合物的产率。

在US 5,397,582中，描述了淀粉、葡萄糖和其他糖的碳水化合物在砂的流化床中的裂化。与前述现有技术相比，乙醇醛的产率更低。