醇转化为碳氢化合物的沸石催化制造技术

一种用于醇转化为碳氢化合物的方法，该方法包括在至少100℃～550℃的温度下使所述醇与负载有金属的沸石催化剂接触，其中所述醇能够通过发酵工艺制造，所述金属为带正电荷的金属离子，并且所述负载有金属的沸石催化剂对于将所述醇转化为所述碳氢化合物是有催化活性的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种用于醇转化为碳氢化合物的方法，该方法包括在至少100℃～550℃的温度下使所述醇与负载有金属的沸石催化剂接触，其中所述醇能够通过发酵工艺制造，所述金属为带正电荷的金属离子，并且所述负载有金属的沸石催化剂对于将所述醇转化为所述碳氢化合物是有催化活性的。【专利说明】醇转化为碳氢化合物的沸石催化相关申请的交叉引用本申请要求在2011年6月15日提交的第61/497，256号美国临时申请的优先权权益。政府支持本专利技术是利用在美国能源部门资助的基本合同号为DE-AC05-000R22725下的政 府支持完成的。美国政府享有本专利技术中的某些权利。
本专利技术涉及，通常来说，醇催化转化为碳氢化合物（hydrocarbons)，以及更特别 地，涉及用于该转化的基于沸石（zeolite)的催化方法。专利技术背景醇转化为碳氢化合物通常在商业上是不可行的。实际上，大多数工业醇由碳氢化 合物制得。醇向碳氢化合物的转化因现行转化工艺大量的成本要求进一步受到抑制。因此， 通过自然手段（例如通过生物质发酵）得到的醇将是价格明显更低廉的原料。然而，应用现行由生物质制造的醇（即生物醇（bio-alcohols))的转化工艺的主 要障碍是通常在生物质转化醇的精炼厂制造的发酵流中产生高浓度的水（并且伴随着低 浓度的醇）。现行醇转化为碳氢化合物的工艺通常在这种稀释后的醇和高浓度的水下不足 以或者不是高度有效地提供该转化。取而代之，现行的醇转化为碳氢化合物的转化工艺通 常要求纯醇（即基本不含水）。此外，用以适应现行技术的来自发酵流的醇浓缩和/或蒸馏 将是高度能量密集的，并且因此，将极大抵消因使用生物醇的最初低成本所得的收获。专利技术简述本专利技术涉及用于催化转化醇为碳氢化合物的方法，其中该催化转化的实现不需要 在该转化反应前预先将醇纯化或浓缩。例如，通过本文所描述的方法，能够实现对醇的稀释 水性溶液（正如发现于，例如，生物质发酵反应器的发酵流中）的有效转化。在具体的实施 方式中，该方法包括在至少100°c至最高达550°C的温度下使醇（或醇混合物）和负载有金 属的沸石催化剂接触，其中该醇能够（即能够实现）通过发酵方法制造或该醇通过发酵方 法制造，该金属是带正电的金属离子，以及该负载有金属的沸石催化剂对于将醇或其混合 物转化为碳氢化合物或碳氢化合物的混合物是有催化活性的。附图简述图1是比较纯乙醇（A)和含10%乙醇的水⑶在400°C下经Cu-ZSM-5催化转化后 的碳氢化合物的分布图。这些化合物（从左到右，按箭头指示）是水、乙醛、异丁烯、2-丁 烯、丙酮、1，2- 二甲基-4-乙炔基苯、2- 丁酮、苯、甲苯、1，3- 二甲基苯炔、对二甲苯、萘和苯 酚。图2是显示在400°C下以12. 51T1的LHSV经Cu_ZSM_5催化转化后10%乙醇的产 物流中碳氢化合物的分布图。这些化合物（从左到右，按箭头指示）是水、乙醛、异丁烯、 2- 丁烯、丙酮、2-甲基丁烯、2-甲基-2- 丁烯、顺-1，2- 二甲基环丙烯、3，3- 二甲基环丁烯、苯、4，4~ 二甲基环丁烧、甲苯、1，3- 二甲基苯、1-乙基-3_甲基苯、I, 2, 4~ 二甲基苯和1-乙基-4-甲基苯。图3A、3B分别是对于V-ZSM-5催化剂，在2.931h-1的LHSV (图3A)下描绘作为温度的函数的乙醇向碳氢化合物的转化的曲线图和在275°C (图3B)下描绘作为LHSV的函数的乙醇向碳氢化合物转化的曲线图。图4A、4B分别是对于V-ZSM-5催化剂，描绘制造后的混合原料中的碳分布的曲线图(图4A)和描绘分馏收集所得到的柴油/喷气机燃料混合原料中碳分布的曲线图(图4B)。专利技术详述在本文描述的转化方法中，在适用于影响该转化的条件(特别地，温度和催化剂的选择)下，通过使醇与负载有金属的沸石催化剂接触来催化醇转化为碳氢化合物。正如本文所使用的，术语“醇”表示包括单一醇或者两种或更多种醇的混合物，并且同样地，术语“碳氢化合物”表示包括单一碳氢化合物或者两种或更多种碳氢化合物的混合物。本文所考虑的醇主要是可以通过发酵工艺制造的醇(即生物醇)。本文所考虑的生物醇最显著的实例包括乙醇、丁醇和异丁醇。在不同的实施方式中，该醇能够为正如在发酵流中通常发现的乙醇或丁醇或异丁醇或它们的组合。在具体的实施方式中，该醇为正如发酵流中所遇到的醇的水性溶液(即该醇为水性溶液的组分)。在发酵流中，该醇的浓度通常不超过约20体积％、15体积％、10体积％或5体积％。在一些实施方式中，发酵流直接和该催化剂接触(通常过滤以除去固体后)以影响发酵流中的醇转化。在其它的实施方式中，在发酵流与催化剂 接触之前，将发酵流醇中的醇浓缩(例如，至少或者最高达30%、40%或50%)。在另一些其它的实施方式中，选择性地将发酵流中的醇从该发酵流中除去，例如通过蒸馏，以制造作为原料的基本纯相的醇(例如，浓度至少为90%或者95%的醇)。在又一些其它的实施方式中，在和催化剂接触之前，醇完全脱水成100%的醇。正如本文所使用的，术语“约”通常表示在指定值的±0.5%、1%、2%、5%或最高达±10%的范围内。例如，约20%的浓度通常表示，以最宽的范围来讲，20±2%，其表示18~22%。此外，术语“约”可以表示测量误差(即受测量方法的限制)，或者任选地，组内物理参数的偏差或者平均值。尽管通过本方法能够制造许多种类的碳氢化合物产物，本文主要考虑的碳氢化合物通常是饱和的，并且更特别地，属于烷烃类，其可以为直链或者支链或者它们的混合物，特别是当该碳氢化合物产物是为了用作燃料。这里特别想要的烷烃包括那些包含至少4、5或者6个碳原子，以及高达12、14、16、17、18或者20个碳原子的烷烃。直链烷烃的一些实例包括正丁烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、正十三烷、正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷和正二十烷。支链烷烃的一些实例包括异丁烷、异戊烷、新戊烷、异己烷、3-甲基戊烷、2，3- 二甲基丁烷、2，2- 二甲基丁烷、2-甲基己烷、3-甲基己烷、2，2-二甲基戊烷、2，3-二甲基戊烷、2，4-二甲基戊烷、3，3-二甲基戊烷、2-甲基庚烷和2，2，4-三甲基戊烷(异辛烷)。可以通过该方法制造的一些其它碳氢化合物产物包括烯烃(即烯，例如，乙烯、丙烯、正丁烯和/或异丁烯)和芳香类(例如，萘、苯、甲苯和/或二甲苯)。本文特别考虑的碳氢化合物是用作燃料或者用作燃料中的混合原料的碳氢化合物的混合物。本文制造的碳氢化合物的混合物优选基本对应于(例如，在组分和/或性质方面)已知的石油化工燃料，例如石油，或者石油的分馏溜出液。石油化工燃料的一些实例包括汽油、煤油、柴油、喷气发动机燃料(jet propellant)(例如，JP_8)。正如现行使用的碳氢化合物燃料品级(grade)，本文制造的碳氢化合物的混合物能够，在一些实施方式中，主要地或者单独地由烷烃、烯烃、芳香族化合物或者它们的混合物组成。尽管芳香族化合物(特别是苯)可以存在于碳氢化合物的混合物中，但是可以最小化它们的含量以符合现行的燃料标准。由所描述的方法制造的碳氢化合物原产物通常通过蒸馏分馏成不同的燃料品级，其中的每种已知在特定的沸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于转化醇为碳氢化合物的方法，该方法包括在至少100℃～550℃的温度下使所述醇与负载有金属的沸石催化剂接触，其中所述醇能够通过发酵工艺制造，所述金属为带正电荷的金属离子，并且所述负载有金属的沸石催化剂对于将所述醇转化为所述碳氢化合物是有催化活性的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CK纳鲁拉，BH戴维森，M凯勒，
申请(专利权)人：UT巴特勒有限责任公司，
类型：
国别省市：