[发明专利]由异丁醇制造烯烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及异丁醇在催化剂上的同时脱水和裂解，以生产包括丙烯的烯烃物流。原油的有限供应和日益增加的成本已经促使寻找用于生产烃产物如丙烯的替代方法。异丁醇可以通过来自生物质的碳水化合物的发酵、经由合成气路线或碱催化的格尔伯特(Guerbet)缩合而获得。由来自活的生物体的有机物质构成，生物质是世界上主要的可再生能源。

背景技术

生物乙醇是当今生物碳的最相关来源之一。这种目前以其热值为代价而可得到的平台(platform)分子正大胆尝试用作用于基础化学品(base chemicals)的前体的燃料应用。虽然可以通过由乙醇脱水而容易地产生乙烯，但乙醇到丙烯的直接转化由于非常低的产率而存在问题。

一步法提供了所形成产物的宽的多样性，所述产物是以货币化(monetizing)不是非常明显的较少量形成的。包括乙醇脱水成乙烯的多步法提供更好的对丙烯的总体选择性。然而，获得的乙烯必须首先被二聚成丁烯或被低聚以进一步经由易位(metathesis)或者经由在OCP(烯烃裂解法)反应器中的裂解而反应。多步法的复杂性显著地提高了生物丙烯的制造成本。

这种生产生物丙烯的方式可以通过采用新的构思来完成：利用异丁醇作为平台分子。在朝向异丁醇的所述路线中，格尔伯特缩合、合成气转化成醇、和从碳水化合物起的2-酮酸途径是可以使用生物质作为主要原料的路线。糖的发酵以及合成气转化可以直接导致形成重质醇(C3+)，尤其是异丁醇，其通常是丰富的产物(Applied Catalysis A，general，186，第407页，1999和Chemiker Zeitung，106，第249页，1982)。

生物质的气化产生合成气，所述合成气在纯化之后可转化成甲醇、乙醇、丙醇或直接转化成异丁醇。此外，来自生物质的甲醇和乙醇或丙醇可以进一步缩合成异丁醇。甲醇与乙醇和/或丙醇的碱催化的格尔伯特缩合提高了在醇级分(fraction)中、并且尤其是在C3+重质醇级分中异丁醇的浓度(J.of Molecular Catalysis A：Chemical200，137，2003和Applied Biochemistry and Biotechnology，113-116，第913页，2004)。

异丁醇(2-甲基-1-丙醇)在历史上已经找到了有限的应用并且其用途类似于1-丁醇的用途。它已经被用作溶剂、稀释剂、润湿剂、清洁剂添加剂和被用作用于油墨和聚合物的添加剂。最近，异丁醇已作为燃料或燃料组分受到关注，因为它呈现出高的辛烷值(调和(blend)辛烷R+M/2为102-103)和低的蒸气压(RVP为3.8-5.2psi)。

异丁醇经常被认为是1-丁醇的工业生产的副产物(Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry，第6版，2002)。它由丙烯通过以羰基合成法(含氧化合物合成，oxo-process)(基于Rh的催化剂)进行加氢甲酰基化(醛化，hydroformylation)或者通过以雷帕(Reppe)法(基于Co的催化剂)进行羰基化而生产。加氢甲酰基化或羰基化制得比率为92/8-75/25的正丁醛和异丁醛。为了获得异丁醇，将异丁醛在金属催化剂上氢化。

最近，已经开发出新的生物化学路线来由碳水化合物选择性地生产异丁醇。该新的策略使用微生物的高度活性的氨基酸生物合成途径，并且将其2-酮酸中间体转为用于醇合成。2-酮酸是氨基酸生物合成途径中的中间体。这些代谢产物可以通过2-酮-酸脱羧酶(KDC)被转化为醛，并且然后通过醇脱氢酶(ADH)被转化成醇。为了通过将来自氨基酸生物合成途径的中间体分流至醇生产而生产醇，需要两个非天然步骤(Nature，451，第86页，2008和美国专利2008/0261230)。需要重组微生物(recombinant microorganism)来提高朝向2-酮-酸合成的碳的通量。在缬氨酸生物合成中，2-酮异戊酸酯是一种中间体。碳水化合物的糖酵解产生丙酮酸酯，丙酮酸酯通过乙酰乳酸酯合成酶转化为乙酰乳酸酯。通过异构还原酶催化，由乙酰乳酸酯形成2,4-二羟基异戊酸酯。脱水酶将所述2,4-二羟基异戊酸酯转化成2-酮-异戊酸酯。在下一步骤中，酮酸脱羧酶由2-酮-异戊酸酯制造异丁醛。最后的步骤是通过脱氢酶将异丁醛氢化为异丁醇。