用于转化乙醇为正丁醇和更高级醇的催化剂组合物制造技术

一种制备催化剂的方法，可以包括：将水滑石加热至高于分解温度；由于加热形成分解的水滑石；使分解的水滑石与金属盐混合以形成催化剂混合物；和加热所述催化剂混合物以将金属盐转化为金属氧化物。所得的与分解的水滑石组合的金属氧化物形成催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于转化乙醇为正丁醇和更高级醇的催化剂组合物相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月19日提交的标题为“用于转化乙醇为正丁醇和更高级醇的催化剂组合物”的美国临时专利申请No.62/207,157的优先权，其在这里作为参考全文引入。
技术介绍
正丁醇和乙酸乙酯是工业上重要的有机化合物，它们用于很多应用领域和产量超过100万吨/年。正丁醇可以由几种不同的反应生产。最常用的制备正丁醇的方法是加氢甲酰化。丙烯在高压下在钴或铑催化剂的作用下与合成气反应产生醛(丁醛)，然后醛在镍催化剂的作用下加氢得到醇。这种方法的缺点包括与产生合成气相关的高能量成本、应用可能不可再生的原料(丙烯和合成气通常分别源自石油和天然气)、以及需要多个反应器和通常需要均相加氢甲酰化催化剂而造成的工艺复杂性。正丁醇也可以由醇醛缩合反应及随后加氢来生产。这种方法将乙醛转化为丁醇，但乙醛的高毒性和有限的可获得性使得这种方法不太有吸引力。有一些方法应用气相反应来提供丁醇，例如美国专利US1,992,480和US8,071,823，这两者均作为参考全文引入。糖的直接发酵是生产正丁醇的另一种方法。作为一种生物方法，该方法的缺点是过程时间长和分离需求大，另外还需要直接由糖制备丁醇所必须的专用微生物。
技术实现思路
在一个实施方案中，一种制备催化剂的方法，包括：加热水滑石至高于分解温度，由于加热形成分解的水滑石，使分解的水滑石与金属盐组合以形成催化剂混合物，和加热所述催化剂混合物以转化金属盐为金属氧化物。所得的与分解的水滑石组合的金属氧化物形成催化剂。在一个实施方案中，一种催化剂，包含：具有如下通式的第一物质以及一种或多种第二物质：(M2+xM3+y(OH)(2x+3y))，所述M2+离子包括Mg、Ni、Pt、Pd、Zn、Co、Fe或Cu中的一种或多种，和M3+离子包括Al、Fe或Cr中的至少一种，x的值为2-7，和y的值为1.5-2.5，所述一种或多种第二物质可以包括Pt、Pd、Cu、Cr2O3、CuCr2O5、Ni、Fe、Ru、Rh、Ir、Os或Co中的至少一种。在一个实施方案中，一种催化剂，包含：具有如下通式的第一物质以及一种或多种第二物质：(M2+xM3+yO(x+1.5y))，所述M2+离子包括Mg、Ni、Pt、Pd、Zn、Co、Fe或Cu中的一种或多种，和M3+离子包括Al、Fe或Cr中的至少一种，x的值为0.5-1.5，和y的值为1.5-4，所述一种或多种第二物质包括Pt、Pd、Cu、Cr2O3、Ni、Fe、Ru、Rh、Ir或Co中的至少一种。在一个实施方案中，一种生产高级醇的方法，包括使包含乙醇的反应物与催化剂在足以产生反应产物的反应温度和压力下接触。所述催化剂包含与一种或多种金属氧化物混合的分解的水滑石，和所述反应产物包含高级醇。基于以下结合附图和权利要求的详细描述，可以更清楚地理解这些和其它特征。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，下面参考如下简要说明，并结合附图和更详细的描述。图1给出了一个实施方案的反应精馏系统的简化示意图。图2给出了另一个实施方案的反应精馏系统的另一简化示意图。图3(a)和3(b)给出了又一个实施方案的反应精馏系统的简化示意图。图4(a)和4(b)给出了又一个实施方案的反应精馏系统的简化示意图。图5给出了一个实施方案的反应精馏系统的简化示意图。图6给出了另一个实施方案的反应精馏系统的简化示意图。图7描述了一个实施方案的带有循环的反应精馏系统的示意流程图。图8描述了乙醇在一种催化剂实施方案下反应获得的产品分布。图9描述了乙醇在另一种催化剂实施方案下反应获得的另一种产品分布。图10描述了乙醇在又一种催化剂实施方案下反应获得的另一种产品分布。图11描述了乙醇在又一种催化剂实施方案下反应获得的另一种产品分布。图12描述了乙醇在另一种催化剂实施方案下反应获得的另一种产品分布。图13描述了乙醇在另一种催化剂实施方案下反应获得的另一种产品分布。图14描述了水滑石的X-射线衍射图谱。图15描述了一种催化剂实施方案的样品的X-射线衍射图谱。具体实施方式本申请涉及能够催化转化廉价醇原料(如可生物再生的乙醇)为具有更高价值、更多碳数的伯醇(优选为正丁醇和更高级醇(例如C6-C13碳数范围内的饱和醇的更高级同系物))的多种新催化剂，以及制备所述催化剂的方法和过程。这些醇可以多方面大量应用如增塑剂、表面活性剂、辅助表面活性剂和性能改进添加剂。所述醇可以进一步转化为其它想要的高价值化学产品如酯或烯烃，所述酯或烯烃也具有多种用途。如这里所应用，更高级醇指分子量比在形成过程中形成反应物的醇更高的饱和醇。在一些实施方案中，所述更高级醇可以包括C4-C20醇或甚至更高级醇。这种方法是有益的，因为其提供了升级乙醇为更有价值的产品即更高级醇如正丁醇的改进工业方法。这种改进工业方法可以用于有乙醇供应和/或乙醇供应过剩的地区。另外，该方法减少和/或不再需要单独的合成气和正丁醛装置来提供丁醇生产过程的前体，和减少和/或不再依赖合成气作为前体，而合成气生产起来成本很高，并且当由石油和天然气获得时需要不可再生资源。这种方法也减少和/或不再需要单独的乙醛装置来提供丁醇生产过程的前体，并且减少和/或不再依赖高毒性乙醛。虽然有一些乙醇向正丁醇催化转化的文献，但所述方法并没有如所述一样工业实施。也有类似方法在文献中进行了描述，和已知在一些时候反应在液相中在间歇反应器中在催化剂存在下实施(例如应用Guerbet反应)。由于催化剂损失、由于副反应和形成许多不想要的产品，这种方法并没有工业实施。目前，通过烯烃如乙烯、丙烯和丁烯的加氢甲酰化和随后加氢而制备正丁醇和更高级醇。现有技术的缺点包括产生大量的支化醇、应用石油衍生的初始物料和通常较低的选择性。这里描述的催化剂以不同于文献中所述制备方法制备。它们的制备区别可能产生不同的结构，与类似制备的催化剂相比，所述区别可能产生更高的性能。转化乙醇为正丁醇(和/或更高级醇)的机理是要求两种不同催化功能的多步反应。用于该方法的催化剂必须具有醇脱氢/醛加氢和醇醛缩合两种功能。脱氢：醇醛缩合：CH3CHO+CH3CHO→CH3CH(OH)CH2CHO(醇醛催化剂组分)(式2)脱水：CH3CH(OH)CH2CHO→CH3CH＝CHCHO+H2O(自发的，无催化剂)(式3)加氢：整个反应为脱水反应：2C2H5OH→n-C4H9OH+H2O值得注意的是由于机理相对复杂，简单的脱水催化剂如氧化铝和二氧化硅不能在乙醇通过时形成任何正丁醇。虽然不打算被任何理论所局限，当产生更高级醇时，可能会由不饱和醛(式3)进一步醇醛缩合形成直链伯醇而发生链增长：CH3CH＝CHCHO+CH3CHO→CH3CH＝CHCH＝CHCHO+H2O(式5)CH3CH＝CHCH＝CHCHO+3H2→CH3CH2CH2CH2CH2OH(式6)或者通过丁醛与乙醛反应形成相应的支化己醇(2-乙基丁醇)发生链增长：CH3CH2CH2CHO+CH3CHO→CH3CH2CHCH2C(CH3CH＝)CHO+H2O(式7)CH3CH2CHCH2C(CH3CH＝)CHO+2H2→CH3CH2CHCH2C(CH3CH2)CH2OH(式8)在一些实施方案中，这里描述的催化剂可以具有两种组分：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备催化剂的方法，包括：将含水滑石、水铝钙石或这两者的材料加热至高于分解温度；由于加热形成分解的材料，其中所述分解的材料包含分解的水滑石、分解的水铝钙石或这两者的组合；使所述分解的材料与金属盐混合以形成催化剂混合物；和加热所述催化剂混合物以将金属盐转化为金属氧化物，其中所得的与分解的材料混合的金属氧化物形成催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.19 US 62/207,1571.一种制备催化剂的方法，包括：将含水滑石、水铝钙石或这两者的材料加热至高于分解温度；由于加热形成分解的材料，其中所述分解的材料包含分解的水滑石、分解的水铝钙石或这两者的组合；使所述分解的材料与金属盐混合以形成催化剂混合物；和加热所述催化剂混合物以将金属盐转化为金属氧化物，其中所得的与分解的材料混合的金属氧化物形成催化剂。2.权利要求1的方法，其中所述方法还包括在加热所述材料前使第二金属盐与所述材料混合。3.权利要求2的方法，其中所述第二金属盐包括碱金属盐、碱土金属盐或它们的任意组合。4.权利要求1的方法，其中混合分解的材料与金属盐包括混合金属盐的水溶液与分解的材料以形成催化剂混合物。5.权利要求1的方法，其中所述金属盐包含选自如下的一种或多种金属：Pd、Cu、Pt、Cr、Ni、Fe、Ru、Rh和Co。6.权利要求1的方法，其中催化剂的表面积为约20-100m2/g。7.权利要求1的方法，其中催化剂的孔体积为约0.05-0.4cm3/g。8.权利要求1的方法，其中所述方法还包括组合所述催化剂与载体材料。9.权利要求1的方法，还包括在将分解的材料与金属盐混合以形成催化剂混合物前将所述分解的材料挤出为颗粒。10.权利要求1的方法，还包括将所述催化剂混合物挤出为颗粒。11.一种催化剂，包括：具有如下通式的第一物质：(M2+xM3+y(OH)(2x+3y))，其中M2+离子包括Mg、Ni、Pt、Pd、Zn、Co、Fe或Cu中的一种或多种，其中M3+离子包括Al、Fe或Cr中的至少一种，其中x为2-7，其中y为1.5-2.5；和一种或多种第二物质，其包含Pt、Pd、Cu、Cr2O3、CuCr2O5、Ni、Fe、Ru、Rh、Ir、Os或Co中的至少一种。12.权利要求11的催化剂，其中催化剂的表面积为约20-100m2/g。13.权利要求11的催化剂，其中催化剂的孔体积为约0.05-0.4cm3/g。14.权利要求11的催化剂，其中所述第一物质包括羟镁铝石(Mg6Al2(OH)18·4H2O)。15.权利要求11的催化剂，其中所述一种或多种第二物质包括Pd。16.权利要求11催化剂，其中所述一种或多种第二物质包括Cu。17.权利要求11的催化剂，其中所述一种或多种第二物质的负载量为约0.01-5wt％。18.一种催化剂，包括：具有如下通式的第一物质：(M2+xM3+yO(x+1.5y))，其中M2+离子包括Mg、Ni、Pt、Pd、Zn、Co、Fe或Cu中的一种或多种，其中M3+离子包括Al、Fe或Cr中的至少一种，其中x为0.5-1.5，其中y为1.5-4；和一种或多种第二物质，其包含Pt、Pd、Cu、Cr2O3、Ni、Fe、Ru、Rh、Ir或Co中的至少一种。19.权利要求18的催化剂，其中催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·C·维森特，P·K·斯托伊梅诺夫，
申请(专利权)人：雷斯库尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US