[发明专利]用于从合成气选择性地生产乙醇的方法和装置

说明书

优先权数据

本国际专利申请要求各自标题均为“Methods and Apparatus for Selectively Producing Ethanol from Synthesis Gas(用于从合成气选择性地生产乙醇的方法和装置)”的美国专利申请第12/546,976号(于2009年8月25日提交)和美国临时专利申请第61/121,659号(于2008年12月11日提交)和第61/156,917号(于2009年3月3日提交)的优先权权益。

发明领域

本发明大体上涉及用于将合成气化学转化为醇特别是乙醇的工艺的领域。

发明背景

合成气(synthesis gas)(下文称为合成气(syngas))是氢气(H₂)和一氧化碳(CO)的混合物。原则上，合成气可以从几乎任何含有碳的材料生产。含碳材料一般包括化石资源，例如天然气、石油、煤和褐煤；以及可再生资源，例如木质纤维素生物质和各种富含碳的废材料。

存在将这些原料转化为合成气的多种转化技术。转化途径可以利用包括含碳的原料的气化、热解、蒸气重整和/或部分氧化的一个或多个步骤的组合。

合成气是化学工业和生物精炼工业中的平台中间体且具有许多用途。合成气可以被转化为烷烃、烯烃、含氧化物和醇。这些化学品可以被共混为或直接地用作柴油、汽油和其他液体燃料。合成气还可以被直接地燃烧以生产热量和电力。

目前，在美国出售的所有汽油的几乎一半含有乙醇(美国乙醇协会(American Coalition for Ethanol)，www.ethanol.org，2006)。汽油和其他液体燃料中的乙醇提升燃料的氧和辛烷含量，允许它们更高效率地燃烧并且产生更少的有毒排放物。

优选的是，利用可再生资源生产乙醇，这是因为与化石资源相关联的上升的经济、环境和社会成本。计算显示，当使用上文描述的技术将可再生原料例如生物质转化为合成气时，用于将这种合成气转化为乙醇的选择性过程具有生产约200加仑乙醇每吨生物质的理论上的潜力。然而，已被公众所知的工艺都不能够实现这样的乙醇收率。

考虑到现有技术状态，所需要的是改进向乙醇的选择性和收率的方法以及执行所述方法的装置。特别地，存在当乙醇是期望的时克服向甲醇、丙醇和高级醇的碳损失的需求。此外，存在减少消耗CO并且产生CO₂的水煤气变换反应的碳损失的需求。

发明概述

本发明通过提供从合成气产生高收率的乙醇的方法和装置解决本领域的工业需求。

在一些变化形式中，本发明提供一种用于从生物质生产乙醇的方法，该方法包括：

(i)将生物质转化为包含合成气的第一流；

(ii)将合成气中的至少一些催化地转化为包含甲醇的第二流；

(iii)将合成气中的一些分离为氢气和一氧化碳；

(iv)使用一氧化碳中的一些将甲醇中的至少一些催化地转化为包含乙酸的第三流；以及

(v)使用氢气中的一些将乙酸中的至少一些还原为包含乙醇的第四流。

在一些实施方案中，还原步骤由Mo/Co/S催化剂催化。该Mo/Co/S催化剂可以还包含碱助催化剂。

在优选的实施方案中，以至少75加仑每干吨生物质例如至少100加仑每干吨生物质的收率来生产乙醇。

在本发明的其他变化形式中，提供一种用于从生物质生产乙醇的方法，该方法包括：

(i)将生物质转化为包含合成气的第一流；

(ii)将合成气中的至少一些催化地转化为包含甲醇的第二流；

(iii)使用CO将甲醇中的至少一些催化地转化为包含乙酸的第三流，其中H₂也被引入，由此产生乙醛；以及

(iv)使用H₂将乙酸和乙醛中的至少一些还原为包含乙醇的第四流。

在一些实施方案中，还原步骤由Mo/Co/S催化剂催化。该Mo/Co/S催化剂可以还包含碱助催化剂。

在优选的实施方案中，乙醇被以至少75加仑每干吨生物质例如至少100加仑每干吨生物质的收率生产。

在本发明还有的其他的变化形式中，提供一种用于从生物质生产乙醇的方法，该方法包括：

(i)将生物质转化为包含合成气的第一流；

(ii)将合成气中的至少一些催化地转化为包含甲醇的第二流；

(iii)使用CO将甲醇中的至少一些催化地转化为包含乙酸的第三流；