[发明专利]使用膜回收乙醇的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月26日提交的美国申请No.13/094,691和2010年7月9日提交的美国临时申请No.61/363,089的优先权，通过引用将其全文并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及生产乙醇的方法，且特别涉及使用膜回收乙醇的低能量方法。

发明背景

用于工业用途的乙醇常规地由石油化工原料例如油、天然气或煤生产，由原料中间体例如合成气生产，或者由淀粉质材料或纤维素材料例如玉米或甘蔗生产。由石油化工原料以及由纤维素材料生产乙醇的常规方法包括乙烯的酸催化水合、甲醇同系化、直接醇合成和费-托合成。石油化工原料价格的不稳定性促使常规生产的乙醇成本波动，在原料价格升高时，这使对乙醇生产的替代来源的需要比以往更大。通过发酵将淀粉质材料以及纤维素材料转化为乙醇。然而，发酵通常用于适合于燃料或人类消费的乙醇的消费性生产。此外，淀粉质或纤维素材料的发酵与食品来源构成竞争并且对用于工业用途所可生产的乙醇的量施加了限制。

通过链烷酸和/或其它含羰基化合物的还原生产乙醇得到广泛研究，且在文献中提及了催化剂、载体和操作条件的各种组合。在链烷酸例如乙酸的还原期间，其它化合物随乙醇一起生成或者在副反应生成。这些杂质限制了乙醇的生产和从这类反应混合物的回收。例如，在加氢期间，产生的酯与乙醇和/或水一起形成难以分离的共沸物。此外，当转化不完全时，未反应的酸保留在粗乙醇产物中，必须将其加以移除以回收乙醇。

EP02060553描述了一种将烃转化为乙醇的方法，所述方法包括将烃转化为醋酸和将醋酸加氢得到醇。将来自加氢反应器的料流进行分离以获得乙醇料流与乙酸和乙酸乙酯料流，将所述乙酸和乙酸乙酯料流再循环到加氢反应器。

还已知用于其它类型乙醇生产工艺的乙醇回收系统。例如美国公开No.2008/0207959描述了一种使用气体分离膜单元将水与乙醇分离的方法。可以使用气体分离膜单元，例如通过一个或多个蒸馏塔或分子筛，从已部分脱水的发酵液除去水。使用膜和蒸馏塔的另外系统描述于美国专利No.7,732,173；7,594,981；和4,774,365中，通过引用将它们全文并入本文。还参见Huang等的“Low-Energy Distillation-Membrane Separation Process”，Ind.Eng.Chem.Res.,Vol.40(2010),3760-68页中，通过引用将其全文并入本文。

仍需要改进从使链烷酸例如乙酸和/或其它含羰基化合物还原获得的粗产物回收乙醇的方法。

发明概述

在第一实施方案中，本发明涉及一种生产乙醇的方法，所述方法包括以下步骤：在反应器中于催化剂存在下将乙酸加氢形成包含乙醇、乙酸和水的粗乙醇产物；在蒸馏塔中将至少部分所述粗乙醇产物分离成包含乙醇和水的馏出物，和包含乙酸和水的残余物；以及将至少部分所述馏出物料流送至一个或多个膜以获得乙醇料流和水料流。

在第二实施方案中，本发明涉及一种生产乙醇的方法，所述方法包括以下步骤：在反应器中于催化剂存在下将乙酸加氢形成包含乙醇、乙酸乙酯和乙酸的粗乙醇产物；在蒸馏塔中将至少部分所述粗乙醇产物分离成包含乙醇和乙酸乙酯的馏出物，和包含乙酸的残余物；以及将至少部分所述馏出物料流送至一个或多个膜以获得乙醇料流和乙酸乙酯料流。

在第三实施方案中，本发明涉及一种生产乙醇的方法，所述方法包括以下步骤：在反应器中于催化剂存在下将乙酸加氢形成包含乙醇、乙酸乙酯、水和乙酸的粗乙醇产物；在第一蒸馏塔中将至少部分所述粗乙醇产物分离成包含乙醇、乙酸乙酯和水的第一馏出物，和包含乙酸的第一残余物；且在第二蒸馏塔中将至少部分第一馏出物分离成包含乙酸乙酯的第二馏出物，和包含乙醇和水的第二残余物；以及将至少部分第二残余物料流送至一个或多个膜以获得乙醇料流和水料流。

在第四实施方案中，本发明涉及一种生产乙醇的方法，所述方法包括以下步骤：在反应器中于催化剂存在下将乙酸加氢形成包含乙醇、乙酸和水的粗乙醇产物；将至少部分所述粗乙醇产物送至第一膜以分离出包含乙酸的第一渗透物料流和包含乙醇和水的第一渗余物料流；将第一渗余物料流送至第二膜以分离出包含水的第二渗透物料流和包含乙醇的第二渗余物料流。