[发明专利]集成亲水膜的烯烃水合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备醇的系统和方法。更具体而言，本发明的领域涉及烯烃的直接催化水合以制备相关醇。

背景技术

将烯烃水合为醇、具体而言将丁烯水合为丁醇，是商业上的重要反应。由烯烃获得的醇具有多种重要的工业用途。醇(包括丁醇)是用于制备酮、酯和醚的溶剂和化学中间体。丁醇是潜在可使用的汽油燃料掺混添加剂，这是重要的消费市场。与目前乙醇和MTBE的作用类似，丁醇可以作为燃料膨胀剂(fuel expander)、辛烷值提升剂和氧合剂。

尽管有目前可用的方法，但是没有特别有效的途径来经济地生产混合丁醇。许多方法都需要预处理原料以分离特定类型的丁烯。转换反应往往形成醇与水的混合物，这种混合物需要进行单独的分离步骤。烯烃水合的单程转化率很低，在某些情况下小于10％。

发明内容

一种集成膜水合反应器(membrane-integrated hydration reactor)能够有效地利用水由烯烃制备相关醇产物，所述集成膜水合反应器包括固体酸烯烃水合催化剂。该固体酸烯烃水合催化剂能够有效地在烯烃水合工艺条件下利用水将烯烃转化为相关醇。水合反应器还包括具有进料侧(feed side)和渗透物侧(permeate side)的亲水膜。亲水膜能够有效地在烯烃水合工艺条件下选择性地使水从进料侧单向渗透汽化至渗透物侧。水的渗透汽化在亲水膜的渗透物侧形成渗透汽化的水产物。亲水膜在烯烃水合条件下不能够使相关醇渗透汽化或使烯烃渗透。水合反应器还包括包含固体酸烯烃水合催化剂的生产区。生产区能够有效地接收含有烯烃的烯烃原料和含有水的水原料。烯烃和水在固体酸烯烃水合催化剂的存在下密切地混合。生产区能够有效地形成由相关醇和任何未反应的水组成的生产区产物混合物。生产区还将生产区产物混合物输送至相关分离区。水合反应器还包括包含亲水膜的相关分离区。相关分离区流体连接(fluidly couples)至生产区，使得生产区产物混合物被导向亲水膜的进料侧。相关分离区能够有效地由生产区产物混合物形成并生产相关醇产物和渗透汽化的水产物。

在集成膜水合反应器中，利用水由烯烃形成相关醇产物的烯烃水合方法包括将烯烃原料组合物引入水合反应器的生产区的步骤。烯烃原料组合物包含至少一种丁烯异构体。该方法包括将水引入生产区的步骤。该方法包括如下步骤：运行集成膜水合反应器，使得在生产区中在固体酸烯烃水合催化剂的存在下，利用水由烯烃原料组合物形成相关醇。该方法还包括运行水合反应器，使得由生产区中的相关醇与任何未反应的水混合而形成生产区产物混合物的步骤。该方法也包括运行水合反应器，使得生产区使生产区产物混合物进入相关分离区的步骤。该方法还包括运行水合反应器，使得相关分离区从生产区产物混合物中选择性地除去任何未反应的水的步骤。从生产区产物混合物中除去水形成了相关醇产物和渗透汽化的水产物。

集成膜水合反应器(MIHR)能够有效地由混合烯烃和水制备混合醇产物。混合醇无需进行额外的分离或精制即可用于下游工业过程和消费者应用，包括用作汽油燃料添加剂。“石油-丁醇”可以替代汽油中目前的辛烷值增强添加剂，包括MTBE和精制乙醇。

用作烯烃水合方法中原料的混合烯烃包含至少一种丁烯。丁烯不需要在引入MIHR之前进行预精制或分离以分离出丁烯。混合烯烃作为化学原料相对便宜。在使用前不需要进行预处理或精制节约了能量并且避免了基建投资。

集成膜水合反应器的生产区中包括固体酸烯烃水合催化剂。“固体催化剂”是指能够有效地促进化学反应的非水溶性物质。固体酸烯烃水合催化剂保持在MIHR的各个生产区内。固体酸烯烃水合催化剂的例子包括离子交换树脂、酸性形式的沸石以及在固体载体上负载的酸。使用MIHR的烯烃水合方法不需要使用液体酸作为催化剂。“液体酸”是可溶于水溶液中的酸。“液体催化剂”是水溶性杂多酸液体，包括硫酸和磷酸。液体酸需要再生或连续添加。液体酸也可能污染处理水，而人们期望无需过度处理即可将处理水再利用。

烯烃水合工艺和分离过程发生在集成膜水合反应器产生相关醇产物之前。与常规的烯烃水合方法相比，MIHR促进了水合反应，提高了单程烯烃转化率，并且提高了总体工艺产率。MIHR的构造和运行无需外部分离步骤和设备以除去水。