[发明专利]用于从生物质制备对二甲苯的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年4月20日提交的美国临时申请号61/636,326的权益，该临时申请以其全文通过引用结合在此。

发明领域

本发明总体上涉及从至少一种生物质源制备生物对二甲苯(p-xylene)，以及用于进一步处理根据本发明生产的生物对二甲苯以提供生物对苯二甲酸和生物聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的方法。该生物质源可以是从其可以衍生葡萄糖的多种含有淀粉、糖或纤维素的生物质源中的任一种。

背景

对二甲苯(p-二甲苯)是生产对苯二甲酸中的一种重要中间体，对苯二甲酸是一种用于形成聚合物如聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)的单体。然而，用于生产对二甲苯的传统方法遭受某些限制。更确切地说，对二甲苯通常衍生自具有负面的环境特性并且经受显著价格波动的石油化学源材料。此外，对二甲苯通常从处理的含有C₈芳香族化合物的石油化学混合物来制备，鉴于对二甲苯典型地仅代表该混合物的从约20％至约25％，是一种复杂且无效的方法。

基于生物的塑料、或生物塑料代表由生物质源材料，包括食物(例如，玉米)或非食物原料(例如产生淀粉的植物)制成的一种新类别的塑料。生物塑料与基于石油的塑料相比提供环境优势，包括使用可再生材料和更有限的温室气体排放影响。生物塑料也可以使用现有的制造技术来生产，更通常使用同样的反应器和机器。

PET在最常用于包装材料(特别是食品和饮料行业中)中的塑料之中。对从生物质开发PET包装材料已存在越来越大的兴趣。包括衍生自基于生物的材料的PET、或生物PET的容器披露于PCT公开号2009/120457中。可商购的生物PET包装材料包含生物衍生的乙二醇和石油衍生的对苯二甲酸。

存在对于从可再生生物质源生产对苯二甲酸和对二甲苯的需要。进一步需要使用生物衍生的对苯二甲酸和生物衍生的乙二醇两者来有效率地并且成本有效地提供生物PET。

发明概述

在此披露的是从至少一种生物质源制备生物对二甲苯(p-二甲苯)的方法。还包括了用于进一步处理根据本发明生产的生物对二甲苯以提供生物对苯二甲酸和生物聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)的方法。该生物质源可以是从其可以衍生葡萄糖的多种含有淀粉、糖或纤维素的生物质源中的任一种。

在一个实施例中，从至少一种生物质源合成生物对二甲苯包括(i)从至少一种生物质源衍生葡萄糖(在此被称为生物葡萄糖)；(ii)将生物葡萄糖转化为生物质衍生的乙醇(在此被称为生物乙醇)；(iii)将生物乙醇的一个第一部分转化为生物质衍生的2-丁烯(在此被称为生物2-丁烯)，并且分开地，(iv)将生物乙醇的一个第二部分转化为生物质衍生的1,3-丁二烯(在此被称为生物1,3-丁二烯)；(v)使生物2-丁烯与生物1,3-丁二烯在狄尔斯-阿尔德环加成反应条件下发生反应以形成生物质衍生的4,5-二甲基环己-1-烯(在此被称为生物4,5-二甲基环己-1-烯)；(vi)将生物4,5-二甲基环己-1-烯脱氢环化以形成生物质衍生的邻二甲苯(在此被称为生物邻二甲苯)；并且(vii)将生物邻二甲苯异构化以形成生物对二甲苯。

在另一个实施例中，从至少一种生物质源合成生物对二甲苯包括(i)从至少一种生物质源衍生生物葡萄糖；(ii)将生物葡萄糖转化为生物乙醇；(iii)将生物乙醇的一个第一部分脱水为生物质衍生的乙烯(在此被称为生物乙烯)；(iv)将生物乙醇的一个第二部分转化为生物质衍生的己-2,4-二烯(在此被称为生物己-2,4-二烯)；(v)使生物己-2,4-二烯和生物乙烯在狄尔斯-阿尔德环加成反应条件下发生反应以形成生物质衍生的3,6-二甲基环己-1-烯(在此被称为生物3,6-二甲基环己-1-烯)；并且(vi)将生物3,6-二甲基环己-1-烯脱氢环化以形成生物对二甲苯。

这些狄尔斯-阿尔德环加成反应的速率是通过控制反应的温度和反应物的活度比来最佳化的。确切地，反应速率通过使用高温和二烯对亲二烯体的高活度比来增加。

通过在此所述的方法制备的生物对二甲苯可以进一步被氧化以提供生物对苯二甲酸。该生物对苯二甲酸可以与生物质衍生的乙二醇(在此被称为生物乙二醇)缩合以提供一种生物PET聚合物，其中该聚合物的对苯二甲酸组分和乙二醇组分两者都是从生物质源材料形成的。该生物PET聚合物可以被制成一种生物PET树脂，该生物PET树脂然后可以被形成为一种食品或饮料容器或产品。

本披露可以通过参考以下本披露的各种特征的详细说明以及其中所包括的实例来更容易地理解。