从二氧化合物和多氧化合物产生芳香族化合物制造技术

披露了用于从包含二氧化合物和多氧化合物的含氧化合物混合物以高产率产生芳香族化学品和液体燃料的方法、催化剂、以及反应器系统。还披露了用于从氧合烃如碳水化合物、糖、糖醇、糖降解产物等产生芳香族化学品和液体燃料的方法、催化剂、以及反应器系统；以及用于从氧合烃如碳水化合物、糖、糖醇、糖降解产物等产生含氧化合物混合物的方法、催化剂、以及反应器系统。所披露的用于制备该含氧化合物混合物的催化剂包含第VIII族金属和结晶氧化铝载体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从二氧化合物和多氧化合物产生芳香族化合物相关申请的交叉引用本申请要求美国临时申请号61,784,417的权益，该申请通过引用以其全部内容结合在此。联邦资助的研究或开发本专利技术是在美国能源部提供的基金(基金号DE-EE0003044和DE-EE0005006)下由政府支持完成的。政府对本专利技术具有某些权利。
本专利技术涉及但不限于从二氧化合物和多氧化合物产生芳香族化合物的方法。专利技术背景用于将生物质转化成液体燃料和化学品的先前的努力集中于使用缩合反应途径将各种氧合烃转换成所希望的产品。缩合反应可以例如在温和条件(即，80℃与600℃之间的温度以及等于或略大于大气压的压力)下使用一种沸石催化剂来催化。用于将氧合烃转化成汽油范围烃的最常见的方法已知为甲醇制汽油(MTG)方法(莫尔比石油公司(MobilOilCorporation)，加利福尼亚州，1980)。另外，莫尔比石油和康菲石油(ConocoPhillips)已开发用于将生物质来源的碳水化合物(例如，葡萄糖、木糖、淀粉、蔗糖)和糖醇(山梨糖醇和木糖醇)转化成类似的汽油范围烃的方法并且获得了专利。然而，用沸石催化剂处理这些高度氧化的物种的一个主要缺点是产生高产率的不希望的焦炭，这会严重损害/限制催化剂性能以及最终产品的产率。陈(Chen)等人开发出有效氢碳比(H:Ceff)作为一种工具来辅助确定使用沸石催化剂将氧合烃原料催化转化成烃的适合性(陈N·Y·(N.Y.Chen)、J·T·F·德格南(J.T.F.Degnan)以及L·R·凯尼格(L.R.Koeing)，化学技术(Chem.Tech.)，1986,16,506)。H:Ceff比是基于进料中的碳、氧和氢的量，并且计算如下：H:其中H表示氢原子数，O表示氧原子数，并且C表示碳原子数。水和分子氢(二原子氢，H2)排除在该计算之外。该H:Ceff比既适用于单独的组分又适用于多种组分的混合物，但是对于含有除了碳、氢和氧之外的原子的组分是无效的。对于混合物，C、H、和O概括了除了水和分子氢之外的所有组分。术语“氢”指代任何氢原子，而术语“分子氢”限于二原子氢，H2。张(Zhang)等人使用一种ZSM-5催化剂研究了H:Ceff比对多种生物质来源的氧合烃转化为焦炭、烯烃和芳香族化合物的影响(张等人，用ZSM-5将生物质来源的原料催化转化成烯烃和芳香族化合物：氢碳有效比(Catalyticconversionofbiomass-derivedfeedstocksintoolefinsandaromaticswithZSM-5:thehydrogentocarboneffectiveratio)，能源与环境科学(EnergyEnviron.Sci.)，2011,4,2297)。张报道了具有在0与0.3之间的H:Ceff比的生物质来源的原料产生高水平的焦炭，从而使得它对于将此类原料转化成芳香族化合物和化学品是不经济的。通过加氢处理原料以加入氢，张能够使用一种ZSM-5催化剂以高于一种未使用氢化作用的方法的产率来产生芳香族化合物和烯烃。然而，烯烃与芳香族化合物之比还随着H:Ceff比的增加而增加，其中对于所有原料，烯烃产率高于芳香族化合物的产率。据报道，在1.2的H:Ceff比处还存在一个拐点，在此处该芳香族化合物和烯烃产率并未进一步增加。张指出，当根据所披露的方法使用沸石催化剂时，高价值芳香族化学品如苯、甲苯和二甲苯(BTX)的产率至多可能限于24％。来源于生物质的氧合烃如碳水化合物、糖和糖醇具有低H:Ceff比。一种典型的碳水化合物或糖具有可以由化学式((CH2O)n)m表示的化学式，其中n典型地是等于3-6(即，丙糖、丁糖、戊糖、或己糖)，并且m是1(即，单糖)与针对大型多糖的数万之间的任何数值。具有化学式((CH2O)n)m的分子将具有0的H:Ceff比。糖醇类似地具有低H:Ceff比。例如，C6和C5糖醇如山梨糖醇和木糖醇分别具有0.33和0.4的H:Ceff，从而使得它们对于缩合反应而言是不希望的，因为过量焦炭会形成在缩合催化剂上。为了克服将富氧的(可替代地，贫氢的)生物质来源的原料转化成烃的限制，已将生物质来源的原料转化成贫氧的(可替代地，富氢的)分子，如单氧合烃(醇、酮、环醚等)，同时保持碳链完整。随后使用一种缩合催化剂将这些单氧化合物转化成汽油范围烃。参见，例如，美国专利号7,767,867、8,017,818、8,231,857以及美国专利申请号12/980,892和13/586,499，这些专利的内容以其全文结合在此。在所述方法下，从生物质来源的氧合烃转化成单氧化合物产生具有接近2的总H:Ceff比的含氧化合物混合物。该总H:Ceff比是基于该含氧化合物混合物中的所有烃(氧合的和非氧和合的两者)的组合的H:Ceff比。单羟基醇不管大小如何都具有2.0的H:Ceff比，而环醚、酮、醛和烷烃的H:Ceff比随着烃的长度而变化。例如，C6和C5环醚、酮和醛的H:Ceff分别是1.67和1.6，而C6和C5烷烃的H:Ceff分别是2.33和2.40。任何实质数量的烷烃都是特别不希望的，因为它们在缩合过程中进一步处理时大部分是不反应的并且会造成较高的H:Ceff比。虽然形成单氧化合物允许在催化剂上不产生过量焦炭的情况下进行含氧化合物的缩合，但该过程是有代价的。确切而言，单氧化合物的缩合经常导致以与芳香族分子的产生相当的产率产生大量烷烃。对于高度希望芳香族分子的应用，烷烃的大量产生会减少产生的总芳香族化合物，从而增加成品的总成本。概述因此，需要用于以高百分比产生芳香族化合物同时最小化烷烃产生的方法；用于产生对这些方法有用的含氧化合物混合物的方法；以及用于形成该含氧化合物混合物的方法中的催化剂。此外，对这些方法还具有低焦炭产率存在需要。诸位专利技术人基于对总含氧化合物混合物进行的精制出人意料地发现了所有那些需求的解决方案。具体而言，诸位专利技术人已发现，具有在0.5至1.7范围内的H:Ceff比以及一个或多个以下属性的含氧化合物混合物对改进芳香族化合物生产提供了意想不到的且有益的结果：(1)比单氧化合物更多的二氧化合物和多氧化合物，(2)比单氧化合物更多的二氧化合物，(3)比C5-6含氧化合物(尤其是单氧化合物)更多的C2-4含氧化合物(尤其是二氧化合物和多氧化合物)，和/或(4)很少乃至不存在烷烃。本专利技术提供了用于制备具有高产率的芳香族分子和低产率的烷烃的生物质来源的化学品和燃料的方法。本专利技术还提供了用于从生物质制备含氧化合物混合物的方法，该含氧化合物混合物在一种缩合催化剂存在下反应以产生具有高产率的芳香族分子和低产率的烷烃的化学品和燃料。此外，本专利技术还提供了在能够反应来产生高产率的芳香族分子和低产率的烷烃的含氧化合物混合物的生产中有用的催化剂。本专利技术的一个另外的方面在于这些方法在制备芳香族分子时产生低产率的焦炭。本专利技术的第一实施例是一种用于产生具有高产率的芳基化合物和低产率的C4+烷烃的烃的方法：在存在一种缩合催化剂的情况下，使包含一种C2-6含氧化合物混合物的一种原料反应以产生一种烃混合物。该含氧化合物混合物包含选自由C2-6单氧化合物、C2-6二氧化合物、C2-6多氧化合物、以及它们的组合组成的组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生烃的方法，该方法包括：在存在一种缩合催化剂的情况下使C2‑6含氧化合物混合物反应以便产生包含C4+烷烃和芳基化合物的烃混合物；其中该含氧化合物混合物包含选自由C2‑6单氧化合物、C2‑6二氧化合物、C2‑6多氧化合物、以及它们的组合组成的组的一个成员；其中该含氧化合物混合物具有大于或等于0.5且小于或等于1.7的H:Ceff比；并且其中该烃混合物包含大于或等于50％CF的芳基化合物以及小于或等于20％CF的C4+烷烃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.14 US 61/784,4171.一种用于产生烃的方法，该方法包括：在存在一种缩合催化剂的情况下使C2-6含氧化合物混合物反应以便产生包含C4+烷烃和芳基化合物的烃混合物；其中该C2-6含氧化合物混合物包含选自由C2-6单氧化合物、C2-6二氧化合物、C2-6多氧化合物、以及它们的组合组成的组的一个成员；其中该C2-6含氧化合物混合物具有选自下组的一个或多个属性，该组由以下各项组成：(i)二氧化合物和多氧化合物与单氧化合物的大于或等于0.5的％CF比，(ii)二氧化合物与单氧化合物的大于或等于0.5的％CF比，(iii)C2-4含氧化合物与C5-6含氧化合物的大于或等于1.0的％CF比，以及(iv)该C2-6含氧化合物混合物进一步包含小于或等于10％CF的烷烃；其中该C2-6含氧化合物混合物具有大于或等于0.5且小于或等于1.7的有效氢碳比；并且其中该烃混合物包含大于或等于50％CF的芳基化合物以及小于或等于20％CF的C4+烷烃，并且其中％CF是通过将组分中的碳质量除以进料中的碳质量再乘以100来计算。2.如权利要求1所述的方法，其中该烃混合物包含大于或等于55％CF的芳基化合物。3.如权利要求1所述的方法，其中该烃混合物包含大于或等于60％CF的芳基化合物。4.如权利要求1所述的方法，其中该烃混合物包含大于或等于65％CF的芳基化合物。5.如权利要求1所述的方法，其中该烃混合物包含小于或等于15％CF的C4+烷烃。6.如权利要求1所述的方法，其中该烃混合物包含小于或等于10％CF的C4+烷烃。7.如权利要求1所述的方法，其中该烃混合物包含小于或等于5％CF的C4+烷烃。8.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是小于或等于1.6。9.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是小于或等于1.5。10.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是小于或等于1.4。11.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是大于或等于0.6。12.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是大于或等于0.7。13.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是大于或等于0.8。14.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是大于或等于0.9。15.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物的有效氢碳比是大于或等于1.0。16.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于30％CF的二氧化合物和多氧化合物。17.如权利要求16所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于40％CF的二氧化合物和多氧化合物。18.如权利要求16所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于50％CF的二氧化合物和多氧化合物。19.如权利要求16所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于60％CF的二氧化合物和多氧化合物。20.如权利要求1所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于30％CF的二氧化合物。21.如权利要求20所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于40％CF的二氧化合物。22.如权利要求20所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于50％CF的二氧化合物。23.如权利要求20所述的方法，其中该C2-6含氧化合物混合物包含大于或等于60％CF的二氧化合物。24.如权利要求1所述的方法，其中这些芳基化合物包括选自下组的一种或多种芳基化合物，该组由以下各项组成：苯、甲苯、二甲苯、以及乙苯。25.如权利要求1所述的方法，其中这些芳基化合物包括选自下组的一种或多种芳基化合物，该组由以下各项组成：对二甲苯、间二甲苯、以及邻二甲苯。26.一种用于产生烃的方法，该方法包括：(a)在一种包含第VIII族金属和结晶氧化铝载体的脱氧催化剂存在下，使一种水性原料与氢气反应以便产生C2-6含氧化合物混合物，该水性原料包含水和选自下组的一种或多种氧合烃，该组由以下各项组成：单糖、二糖、低聚糖、多糖、糖醇、糖降解产物、纤维素衍生物、半纤维素衍生物、木质素衍生物、木质纤维素衍生物、以及它们的混合物，其中该反应导致C2-6含氧化合物混合物具有大于或等于0.5且小于或等于1.7的有效氢碳比，并且其中该C2-6含氧化合物混合物具有选自下组的一个或多个属性，该组由以下各项组成：(i)二氧化合物和多氧化合物与单氧化合物的大于或等于0.5的％CF比，(ii)二氧化合物与单氧化合物的大于或等于0.5的％CF比，(iii)C2-4含氧化合物与C5-6含氧化合物的大于或等于1.0的％CF比，以及(iv)该C2-6含氧化合物混合物进一步包含小于或等于10％CF的烷烃；以及(b)在存在一种缩合催化剂的情况下使该C2-6含氧化合物混合物反应以便产生包含C4+烷烃和芳基化合物的烃混合物，其中该C2-6含氧化合物混合物包含选自下组的一个成员，该组由以下各项组成：C2-6单氧化合物、C2-6二氧化合物、C2-6多氧化合物、以及它们的组合，并且其中该烃混合物包含大于或等于50％CF的芳基化合物以及小于或等于20％CF的C4+烷烃，并且其中％CF是通过将组分中的碳质量除以进料中的碳质量再乘以100来计算。27.如权利要求26所述的方法，其中该烃混合物包含大于或等于55％CF的芳基化合物。28.如权利要求26所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰勒·贝克，布莱恩·布兰克，凯西·琼斯，伊丽莎白·伍兹，兰迪·柯特莱特，
申请(专利权)人：维仁特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US