[发明专利]用于生产丁醇的涂覆的水滑石催化剂和方法

说明书

优先权要求

本申请要求2012年12月19日提交的美国申请号13/719,857的优先权。该申请的全部内容以引用方式并入本文。

本发明领域

本发明大体上涉及由乙醇制备更高分子量醇的方法，并且特别涉及将乙醇催化转化成丁醇。

本发明背景技术

已经就用于生产丁醇的经济上有活力的方法进行了研究。与乙醇相似，丁醇可以是对油的依赖的可能的解决方案，因为这两者都可以用作内燃机中的燃料。事实上，归因于更长的烃链和非极性特征，丁醇可以是比乙醇更好的燃料选项，因为丁醇比乙醇更类似于汽油。此外，丁醇可以用于生产药物、聚合物、硝棉塑料、除草剂酯和黄原酸丁酯。丁醇也可以作为溶剂用于提取精油或作为香水中的成分；作为抗生素、激素和维生素生产中的提取剂；作为溶剂用于漆料、涂料、天然树脂、树胶、合成树脂、生物碱和樟脑。丁醇的其它应用包括作为纺织品中的溶胀剂；作为突破(break)流体、清洁配制剂、脱脂剂和驱虫剂的组分；和作为矿石浮选剂和木材处理系统的组分。

工业上，通常在铑系均相催化剂的存在下由石油化学原料丙烯生产丁醇。在该工艺过程中，将丙烯加氢甲酰基化成丁醛，并且然后将丁醛加氢成产物丁醇。然而，归因于波动的天然气和原油价格，使用该方法生产丁醇的成本也变得更不可预测和显著。

已知，丁醇可以通过在碱性催化剂上在高温下使用Guerbet反应由乙醇缩合来制备。经由Guerbet反应将乙醇转化成丁醇的反应机理包括四步骤的序列，如反应路线1中所示。在第一步骤中，乙醇氧化成中间体乙醛并且两个中间体乙醛经历羟醛缩合反应以形成巴豆醛，其经由加氢还原成丁醇。参见，例如，J.Logsdon in Kirk-othmer Encyclopedia of Chemical Technology,John Wiley and Sons,Inc.,New York,2001；J.Mol.Catal.A：Chem.,2004,212,p.65；和J.Org.Chem.,2006,71,p.8306。

已经研究了各种催化剂来改进乙醇至丁醇的转化率和选择性。例如，M.N.Dvornikoff and M.W.Farrar,J.of Organic Chemistry(1957),11,540-542公开了使用MgO-K₂CO₃-CuCrO₂催化剂体系来促进乙醇缩合成更高级的醇，包括丁醇。美国专利号5,300,695公开了这样的方法，其中将L-类型沸石催化剂，例如钾L-类型沸石，用于与具有X个碳原子的醇反应，以生产具有更高分子量的醇。

WO2006059729中公开了使用羟基磷灰石Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂、磷酸三钙Ca₃(PO₄)₂、磷酸一氢钙CaHPO₄·(0-2)H₂O、二磷酸钙Ca₂P₂O₇、磷酸八钙Ca₈H₂(PO₄)₆·5H₂O、磷酸四钙Ca₄(PO₄)₂O，或无定形的磷酸钙Ca₃(PO₄)₂·nH₂O，来将乙醇转化成更高分子量的醇。

水滑石也已经作为用于由乙醇制备丁醇的催化剂被研究。例如，J.I.Di Cosimo等人公开了将Mg_yAlO_x催化剂用于醇反应，包括乙醇。Journal of Catalysis(1998)，178，499-510；Journal of Catalysis(2000)，190，261-275；和Journal of Catalysis(2003)215，220-233。美国专利号7,705,192和7,700,810公开了将部分或完全热分解的水滑石用于将乙醇转化成丁醇。美国专利号7,700,812公开了将乙二胺四乙酸的阴离子并入水滑石，用于将乙醇分别转化成异丁醇和丁醇。美国专利号7,700,811公开了用于将乙醇转化成丁醇的水滑石/金属碳酸盐组合。