用于产生腈的系统和方法技术方案

本公开的一方面是方法，包括将来自羧酸、羧酸酯或酸酐中至少一种的分子与氨首先反应以形成腈，其中所述首先反应是用酸催化剂催化的。在本公开的某些实施方式中，所述分子可以包括乙酸，乳酸和/或3‑羟基丙酸(3‑HPA)中的至少一种。在本公开的某些实施方式中，所述分子可以包括乙酸甲酯，乳酸乙酯和/或3‑羟基丙酸乙酯(乙基3‑HP)中的至少一种。在本公开的某些实施方式中，酸酐可以是乙酸酐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生腈的系统和方法与相关申请的交叉引用本申请要求2016年2月19日和2016年12月21日分别提交的U.S.临时申请Nos.62/297,187和62/437,303的优先权，通过援引将其全部内容并入本文。合同来源根据在美国能源部与theAllianceforSustainableEnergy,LLC、theManagerandOperatoroftheNationalRenewableEnergyLaboratory之间的合同No.DE-AC36-08GO28308，美国政府对该公开具有权利。
技术介绍
丙烯腈(ACN)在化学工业中最广泛使用的单体之一，用于合成许多塑料、橡胶、树脂、涂料、吸附剂，和用于生产基于聚丙烯腈(PAN)的碳纤维(CF)。因此ACN是有价值的商品化学品，年产量为大约7百万公吨。受到CF在轻量汽车和飞行器中增加应用的驱动，CAN的市场前景经预测将增长11-18％。目前，CAN的工业生产用SOHIO过程进行，其中丙烯经由在基于钼酸铋的催化剂上氨氧化而转化为ACN。用于该过程的第一代催化剂开发于二十世纪五十年代并且实现从丙烯到CAN大约55％的产率。该发现开启了现代ACN工业并且刺激了数十年的研发，其研究反应机理和推进催化剂性能以改善ACN生产。然而，对丙烯价格波动、环境、可持续性和气候变化的顾虑已使得研究者去寻求衍生自石油的丙烯的代替品来生产ACN。许多工作集中于丙烷的氨氧化，其是比丙烯更廉价的底物且具有更低的碳足迹，但是丙烷仍是衍生自非可再生的来源。更近些时候，已描述从可再生的原料比如甘油和谷氨酸制备CAN的途径。然而，仍需要经由生物衍生中间体制备ACN和其它腈的改善的途径。专利技术概要本公开的一方面是方法，其包括将羧酸、羧酸酯或酸酐中的至少一种分子与氨进行第一反应以形成腈，其中所述第一反应是用酸催化剂催化的。在本公开的某些实施方式中，分子可以包括乙酸，乳酸和/或3-羟基丙酸(3-HPA)中的至少一种。在本公开的某些实施方式中，分子可以包括乙酸甲酯，乳酸乙酯和/或3-羟基丙酸乙酯(乙基3-HP)中的至少一种。在本公开的某些实施方式中，酸酐可以是乙酸酐。在本公开的某些实施方式中，腈可以包括其中R1可以烷基，烯基，炔基，苯基，羰基，醛基，碳酸盐/酯基，羧酸基和/或酯基中的至少一种。在本公开的某些实施方式中，R1可以是乙烯基和腈可以是丙烯腈(ACN)。在本公开的某些实施方式中，R1可以是甲基和腈可以是乙腈。在本公开的某些实施方式中，酸催化剂可以是固体酸催化剂。在本公开的某些实施方式中，固体酸催化剂可以包括TiO2和/或ZrO2中的至少一种。在本公开的某些实施方式中，分子可以是羧酸酯，和方法可以还包括在第一反应之前将羧酸与醇进行第二反应以产生所述分子和水，其中羧酸的第二反应使醇再生。本公开的一方面是方法，包括用醇酯化羧酸以产生酯和水，和将酯腈化以产生腈、所述醇和水，其中腈化通过将酯与氨在第一酸催化剂上反应而进行。在本公开的某些实施方式中，腈化可以是用酯和氨两者在气相中进行。在本公开的某些实施方式中，酯化可以通过将羧酸和醇与无机酸接触进行。在本公开的某些实施方式中，腈化可以以1:1至10:1的酯:氨摩尔比进行。在本公开的某些实施方式中，方法可以还包括在酯化之后将羟基化的酯脱水以产生不饱和的酯，其中羧酸可以被羟基化，酯可以是羟基化的酯，和腈可以包括烯基。在本公开的某些实施方式中，脱水和腈化可以实质上同时进行。本公开的一方面是包括腈化单元的系统，所述腈化单元含有第一酸催化剂、进料流、氨流和产物流，其中进料流包括羧酸、羧酸酯和/或酸酐中的至少一种，产物流包括其中R1是烷基、烯基、炔基、苯基、羰基、醛基、碳酸盐/酯基、羧酸基和/或酯基中的至少一种，和产物流通过使进料流在第一酸催化剂上经过而形成。在本公开的某些实施方式中，方法可以还包括蒸馏单元，含有羧酸的羧酸流，和醇流，其中羧酸流和醇流可以被加至蒸馏单元，并且羧酸流和醇流可以在蒸馏单元中反应以形成含有羧酸的酯的进料流。在本公开的某些实施方式中，系统可以还包括脱水单元和含有水和二羧酸的过滤的肉汤流，其中过滤的肉汤流可以被加至脱水单元，和脱水单元可以从过滤的肉汤流除去至少一部分水以形成羧酸流。在本公开的某些实施方式中，脱水单元可以包括吸附柱，所述吸附柱含有选择性吸附至少一部分羧酸的吸附剂。在本公开的某些实施方式中，吸附剂可以是聚苯并咪唑。在本公开的某些实施方式中，系统可以还包括滤器单元和含有细胞、碎屑、蛋白质和羧酸中的至少一种的肉汤流，其中肉汤流可以被加至滤器单元，滤器单元可以除去细胞、碎屑和/或蛋白质中的至少一种以形成过滤的肉汤流，并且滤器单元可以形成含有细胞、碎屑和/或蛋白质中的至少一种的副产物流。在本公开的某些实施方式中，系统可以还包括发酵器，其中发酵器产生羧酸，获得肉汤。在本公开的某些实施方式中，羧酸可以通过大肠杆菌(Escherichicoli)代谢糖而产生。标记数字100………………………反应方案110………………………羧酸112………………………二羧酸114………………………酸酐120………………………醇130………………………酯140………………………水150………………………氨(NH3)160………………………腈170………………………酸催化剂200………………………方法210………………………酯化220………………………脱水的230………………………腈化300………………………系统310………………………发酵器312………………………肉汤320………………………滤器322………………………细胞和碎屑324………………………蛋白质326………………………过滤的肉汤330………………………吸附单元332………………………使用过的碳334………………………脱色的肉汤340………………………脱水单元342………………………脱水的盐350………………………盐溶解单元352………………………糖类354………………………醇混合物360………………………盐分离单元362………………………酸364………………………盐366………………………3-HPA/醇流370………………………酯化反应器372………………………乙基3-HP/醇流380………………………蒸馏单元382………………………乙基3-HP流400………………………反应性蒸馏单元410………………………醇中的3-HPA流415………………………醇流417………………………丙烯酸乙酯流420………………………腈化单元422………………………氨424………………………惰性426………………………ACN附图说明示范性实施方式以附图的标记数字举例说明。期望本文公开的实施方式和图被视为示例而不是限制。图1A根据本公开的一些实施方式说明将羧酸、二羧酸和酸酐直接转化为腈的反应。图1B根据本公开的一些实施方式说明将酯和/或羧酸转化为腈的反应方案。图1C根据本公开的一些实施方式说明将羟基化的羧酸、羟基化的酯和/或不饱和的酯转化为腈的反应方案。图2根据本公开的一些实施方式说明将酯和/或羧酸转化为腈的方法。图3根据本公开的一些实施方式说明将3-羟基丙酸乙酯(乙基3-HP)转化为CAN的反应方案。图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括将包含羧酸、羧酸酯和/或酸酐中至少一种的分子与氨进行第一反应以形成腈，其中所述第一反应是用酸催化剂催化的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.19 US 62/297,187;2016.12.21 US 62/437,3031.一种方法，包括将包含羧酸、羧酸酯和/或酸酐中至少一种的分子与氨进行第一反应以形成腈，其中所述第一反应是用酸催化剂催化的。2.权利要求1的方法，其中所述分子包含乙酸、乳酸或3-羟基丙酸(3-HPA)中的至少一种。3.权利要求1的方法，其中所述分子包含乙酸甲酯、乳酸乙酯或3-羟基丙酸乙酯(乙基3-HP)中的至少一种。4.权利要求1的方法，其中所述酸酐是乙酸酐。5.权利要求1-4中任一项的方法，其中：所述腈包含和R1包含烷基，烯基，炔基，苯基，羰基，醛基，碳酸盐/酯基，羧酸基，或酯基中的至少一种。6.权利要求5的方法，其中R1是乙烯基和所述腈是丙烯腈(ACN)。7.权利要求5的方法，其中R1是甲基和所述腈是乙腈。8.权利要求1-7中任一项的方法，其中所述酸催化剂是固体酸催化剂。9.权利要求8的方法，其中所述固体酸催化剂包含TiO2或ZrO2中的至少一种。10.权利要求1的方法，其中：所述分子是羧酸酯，在进行第一反应之前，将羧酸与醇进行第二反应以产生所述分子和水，和所述第二反应使醇再生。11.一种方法，包括：用醇酯化羧酸以产生酯和水；和使酯腈化以产生腈、所述醇和水，其中：所述腈化通过使所述酯与氨在第一酸催化剂上反应进行。12.权利要求11的方法，其中所述腈化用所述酯和所述氨在气相中进行。13.权利要求11或12的方法，其中所述酯化通过将所述羧酸和所述醇与无机酸接触而进行。14.权利要求11-13中任一项的方法，其中所述腈化以1:1至10:...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·M·卡尔普，G·T·贝克汉姆，D·R·瓦尔登，T·伊顿，
申请(专利权)人：可持续能源联合有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US