二氧化碳向燃料和化学品的转化制造技术

一种用于制备燃料和化学品的环境有益的方法，其采用来自天然来源或者来自将会另外被排出至环境中的人造化学来源的二氧化碳。二氧化碳被转化为甲酸并且甲酸之后在没有将甲酸氢化为甲醇或使甲酸与氨反应以形成甲酰胺的中间过程的情况下被非生物转化为燃料和/或化学品。在本发明专利技术的方法中，甲酸被转化为七种主要原料之一：甲醛、丙烯酸、甲烷、乙烯、丙烯、合成气和C5-C7碳水化合物。甲醛、丙烯酸、甲烷、乙烯、丙烯、合成气和/或短链碳水化合物可以直接使用，或者可以被转化为大量其他产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二氧化碳向燃料和化学品的转化相关申请的交叉引用本申请涉及并且要求2013年2月24日所提交的、题目为“二氧化碳向燃料和化学品的转化”的美国非临时专利申请序列号13/775,245的优先权权益。本申请涉及2010年7月4日所提交的美国非临时专利申请序列号12/830,338以及于2011年3月25日提交的相应的国际申请号PCT/US2011/030098，二者的题目为“新型催化剂混合物”。‘338非临时申请和‘098国际申请二者要求了2010年3月26日所提交的、题目为“新型催化剂混合物”的美国临时专利申请序列号61/317,955的优先权权益。本申请还涉及于2012年9月25日提交的美国非临时专利申请序列号13/626,873，其要求来自‘098国际申请的优先权权益和后继状态。本申请还涉及于2011年6月30日提交的美国非临时专利申请序列号13/174,365，并且涉及于2011年7月1日提交的国际申请号PCT/US2011/042809，二者题目为“新型催化剂混合物”。‘365非临时申请要求来自于2011年5月9日提交的、题目为“新型催化剂混合物”的美国临时专利申请序列号61/484,072的优先权权益。‘809国际申请要求来自‘338非临时申请、‘098国际申请、‘072临时申请、和‘365非临时申请的优先权权益。本申请还涉及于2012年在6月21日提交的、题目为“用于二氧化碳和其他最终用途的传感器”的美国非临时专利申请序列号13/530,058，以及于2012年6月22日提交的、题目为“低成本二氧化碳传感器”的相应的国际专利申请号PCT/US2012/043651。‘058非临时申请和‘651国际申请二者要求了来自于2011年6月21日提交的、题目为“低成本二氧化碳传感器”的美国临时专利申请序列号61/499,225的优先权权益。本申请还涉及于2012年4月12日提交的美国非临时专利申请序列号13/445,887，“用于二氧化碳转化的电催化剂”。‘887非临时申请要求了2011年6月21日提交的、题目为“低成本二氧化碳传感器”的美国临时申请61/499,255以及2011年9月28日提交的、题目为“用于治疗和其他应用的请求式一氧化碳发生器”的美国临时专利申请序列号61/540,044的优先权权益。‘887非临时申请还要求了‘338非临时申请的优先权权益和部分继续申请状态。以上申请中的每一个通过在本文中整体引用而结合于此。专利
本专利技术涉及催化化学，并且具体涉及用于将二氧化碳催化转化为包括下列各项的可用燃料或化学品的方法：甲醛、丙烯酸、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、丁烯、和包含至少5个碳原子的碳水化合物。专利技术背景将生成的二氧化碳再循环回至燃料和化学品将会对美国经济产生巨大的差异。目前，燃料和有机化学品通常由石油、煤、和/或天然气的“化石燃料”制成。然而，如果此类燃料和化学品可以由CO2制成，则将会缓解美国对进口油的依赖，并且将会减少被认为导致全球变暖的温室气体的排放。电厂中产生的CO2将会由废产物变为可用的、经济上可行的原料。太阳能和风能也可以以烃燃料的形式储存。然而，目前大多数大量生产的有机化学品由化石燃料制成。例如，目前大多数美国制造的丙烯酸由丙烯制成。丙烯由石油制成。目前大多数美国制造的甲醛是通过甲醇的氧化制造的。甲醇是由天然气或煤制造的。乙烯是通过来自石油的轻烯烃的裂解或者由甲醇制造的。如果这些产品可以由CO2制成，则将会减少美国的化石燃料的使用，同样将会减少温室气体的排放。美国专利号8,212,088描述了用于制备燃料或化学品的环境有益的方法，其中将来自天然来源的二氧化碳或者来自人造化学来源的二氧化碳(将会另外通过人造化学来源被排出至环境中)转化为可用的燃料和化学品。在‘088专利中描述的方法中，首先将CO2转化为甲酸和其他化合物的混合物。之后将甲酸送至在其中其经历4-电子氢化以形成甲醇的第二过程。如在图1中所示，之后使用常规化学过程将甲醇转化为燃料和化学品。将CO2转化为甲醇的优点是已经存在基础设施以将甲醇转化为其他产物。‘088专利中描述的方法中的限制是，氢化为甲醇是转化过程中的另外步骤，其浪费能量，并且其可以是根本不需要的。例如，世界范围内制造的几乎一半的甲醇还经由氧化脱氢过程反应以得到甲醛。如在图2A中所示，当首先将甲酸氢化为甲醇并且之后脱氢为甲醛时，浪费了能量。此外，中间体甲醇可能会是安全隐患，因为其高度可燃并且火焰是不可见的。如以下更详细描述的，本专利技术的用于制备燃料和化学品的环境有益的方法优选采用来自天然来源的二氧化碳或者来自人造化学来源的二氧化碳(将会另外通过人造化学来源被排出至环境中)。二氧化碳被转化为甲酸和其他产物。之后甲酸在没有将甲酸氢化为甲醇或使甲酸与氨反应以形成甲酰胺的中间过程的情况下被转化为燃料和/或化学品。相比之下，′088专利描述了以下方法，其中(a)将二氧化碳转化为甲酸和其他产物、(b)将甲酸氢化以形成甲醇，并且之后(c)将甲醇转化为燃料和化学品。例如，图2A和2B比较了在′088专利(图2A)中公开的和在本申请(图2B)中公开的用于形成甲醛的方法。如示出的，在本申请中公开的方法使用‘088专利中描述的方法的一半的氢，并且不需要与‘088专利中描述的方法中使用的那些一样高的温度。在本文中所公开的方法中，仅小部分(即小于10％)的甲酸被氢化为甲醇。在本专利技术的方法中，可以通过任何方法制造甲酸，并且之后甲酸在没有将甲酸氢化为甲醇或使其与氨反应以形成甲酰胺的中间过程的情况下被转化为燃料和化学品。本专利技术的方法制备燃料和化学品，其中在没有将甲酸氢化为甲醇或使其与氨反应以形成甲酰胺的中间过程的情况下，甲酸被转化为七种主要原料之一：甲醛、丙烯酸、甲烷、乙烯、丙烯、合成气和C5-C7碳水化合物。如在图3中所示，甲醛、丙烯酸、甲烷、乙烯、丙烯、合成气和/或短链碳水化合物可以直接使用，或者可以被转化为大量其他产物。图3中的产物的清单并非意在限制本专利技术的方法。相反，其提供了可以根据本申请的教导由甲酸制成的产物的实例。在本专利技术的用于制备甲醛以及使用甲醛制造的产物的方法中，在没有将甲酸氢化为甲醇的单独中间过程的情况下，将甲酸转化为甲醛。本专利技术的方法包括在其中氢与甲酸反应而形成甲醛的过程。该方法可以在包括以下元素中的至少一种的氧化物的催化剂的存在下进行：Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Y、Lu、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、Se、Te、Pb、La、Ce、Pr、Th、Nd、Pm、U、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb，优选铈或碲的氧化物。反应温度可以在8℃至350℃之间，优选40℃至200℃之间，最优选60℃至100℃之间。本专利技术的方法还制备具有至少三个碳原子的有机酸，具体包括丙烯酸、甲基丙烯酸或丙酸，其中甲酸直接或间接与不饱和烃反应以得到有机酸。本专利技术的方法包括：用于由甲酸和不饱和烃制备有机酸且包括至少两个串联反应器的系统，其中每个反应器的温度可以独立地控制。本专利技术的方法还包括系统，所述系统具有一个含有酸催化剂的反应器和含有包括镍盐、铜盐和钯盐中的至少一种的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备燃料和化学品的方法，所述方法包括下列步骤：形成一定量的甲酸；和将所述量的甲酸非生物转化为包括有机中间体的产物，其中所述量中少于10％的甲酸被氢化为甲醇或与氨反应以形成甲酰胺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.24 US 13/775,2451.一种用于制备燃料和化学品的方法，所述方法包括下列步骤：形成一定量的甲酸；和将所述量的甲酸非生物转化为包括有机中间体的产物，其中所述量中少于10％的甲酸被氢化为甲醇或与氨反应以形成甲酰胺，其中所述方法还包括首先转化从天然来源或从人造化学来源得到的一定量的二氧化碳以制备所述量的甲酸，从而降低天然存在的所述量的二氧化碳或者避免所述量的二氧化碳通过所述人造化学来源排出至环境中，并且其中将所述量的甲酸氢化以形成包括甲醛的产物，所述方法还包括使所述量的甲酸与氢在包含氧和下列各项中的至少一种的催化剂的存在下反应：Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Y、Lu、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、Se、Te、Pb、La、Ce、Pr、Th、Nd、Pm、U、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂是包括氧化铈(IV)和氧化碲(IV)中的至少一种的金属氧化物。3.根据权利要求2所述的方法，其中反应温度在选自如下范...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·I·马塞勒，理查德·征倪，陈清玫，布赖恩·A·罗森，
申请(专利权)人：二氧化碳材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US