[发明专利]用于将乳酸脱水成丙烯酸的双组分催化剂和方法

说明书

本发明提供用于由乳酸、乳酸衍生物、或它们的混合物制备生物基丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们的混合物的双组分催化剂和方法。

技术领域

本发明整体涉及用于制备生物基丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们的混合物的双组分催化剂和方法。更具体地讲，所述方法包括使乳酸、乳酸衍生物、或它们的混合物的料流与双组分催化剂接触，所述双组分催化剂包含HO-Re(VII)＝O部分和具有亲氧金属的化合物。在一个实施方案中，亲氧金属化合物包含Nb或Ta氧化物。

背景技术

丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们的混合物具有多种工业用途，通常以聚合物形式使用。继而，这些聚合物通常用于制造用于一次性吸收制品中的粘合剂、粘结剂、涂料、漆料、抛光剂、洗涤剂、絮凝剂、分散剂、触变剂、多价螯合剂、和超吸收聚合物(SAP)等，所述一次性吸收制品包括例如尿布和卫生产品。丙烯酸通常由化石资源制成。例如，丙烯酸一直通过丙烯的催化氧化制备。由化石资源制备丙烯酸的这些和其它方法描述于“Kirk-OthmerEncyclopedia of Chemical Technology”第1卷，第342-369页(第5版，John WileySons，Inc.，2004)中。化石衍生的丙烯酸由于其化石衍生的碳含量高而助长了温室气体排放。此外，化石资源是不可再生的材料，因为它自然形成需要数十万年，而消耗仅需短时间。由于化石资源变得日益匮乏，更加昂贵，并且受到CO₂排放规定的制约，因此逐渐需要可用作化石衍生的丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们混合物的替代物的生物基丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们的混合物。

在过去80年里已进行了许多尝试，由非化石源诸如乳酸(还称为2-羟基丙酸)、乳酸衍生物(例如2-乙酰氧基-丙酸烷酯和2-乙酰氧基丙酸)、3-羟基丙酸、甘油、一氧化碳和环氧乙烷、二氧化碳和乙烯、以及巴豆酸制备生物基丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们的混合物。在这些非化石源中，当前仅乳酸以高收率(≥90％的理论收率，或换句话讲，≥0.9g乳酸/g糖)以及高纯度和经济性由糖制得，这可以对化石衍生的丙烯酸富有竞争力的成本支持制备丙烯酸。因此，乳酸或乳酸酯提供用作生物基丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们混合物的原料的实际机会。而且，3-羟基丙酸预计在几年内以商业规模生产，因此3-羟基丙酸将提供用作生物基丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们混合物的原料的另一个实际机会。硫酸盐；磷酸盐；硫酸盐和磷酸盐的混合物；碱；沸石或改性沸石；金属氧化物或改性的金属氧化物；以及超临界水是过去已用于将乳酸或乳酸酯脱水成丙烯酸、丙烯酸衍生物、或它们的混合物的主要催化剂，取得了不同程度的成功。

例如，美国专利4,786,756(公布于1988年)描述了使用用含水无机碱处理过的磷酸铝(AlPO₄)作为催化剂，将乳酸或乳酸铵气相脱水成丙烯酸。例如，‘756专利公开了在约大气压下将乳酸馈送到反应器时43.3％的丙烯酸最大收率，和将乳酸铵馈送到反应器中时61.1％的相应收率。在两个示例中，乙醛分别以34.7％和11.9％的收率产生，并且还呈现大量其它副产物，诸如丙酸、CO和CO₂。略除碱处理，造成副产物量增加。另一个示例为Hong等人(2011)Appl.Catal.A:General 396:194-200，其研发并且测试了用浆液混合方法，由Ca₃(PO₄)₂和Ca₂(P₂O₇)盐制得的复合催化剂。由乳酸甲酯以最高收率获得丙烯酸的催化剂为50％-50％(按重量计)催化剂。它在390℃下产生68％的丙烯酸、约5％的丙烯酸甲酯、和约14％的乙醛。相同的催化剂由乳酸获得54％收率的丙烯酸、14％收率的乙醛、和14％收率的丙酸。