[发明专利]将合成气转化为异丁醇的方法

说明书

提供了改进的异丁醇合成方法，其通过从合成气形成混合醇来进行。所述两步方法避免了常规的一步直接异丁醇合成方法中最慢的α碳加成反应。一旦在第一个反应区中生产了乙醇和丙醇，它们可以在第二个反应区中与甲醇和/或合成气反应，以在催化剂的存在下通过快速的β碳加成反应生产异丁醇，导致异丁醇生产能力显著地提高。

背景技术

异丁醇是有机溶剂并且是制造乙酸异丁酯和异丁酯的原料。它也可以直接与汽油混合以提高辛烷值和燃烧效率，或用作纯替代燃料。与乙醇相比，异丁醇具有相对更高的能量密度和更低的挥发性。此外，它不易吸收空气中的水分，这防止发动机和管道的腐蚀。它还具有比乙醇更高的辛烷值，这导致发动机的更少爆震。

尽管异丁醇具有许多潜在用途，但目前其合成是有限的。异丁醇可以通过丙烯的加氢甲酰化来生产：包含将丙烯与一氧化碳和氢气反应以生成异丁醛，然后将异丁醛氢化成异丁醇的方法。例如美国专利号2,564,130公开了一种在含钴催化剂的存在下，在225-300℃下，从包含丙烯、CO和H₂的混合物制备正丁醇和异丁醇的方法。虽然目前这种加氢甲酰化方法用于制备丁醇，但由于丙烯和合成气（syngas）的生产所需的高能量，它不是能量高效的。进一步地，当异丁醇用作汽油添加剂时，对其的需求预计会显著地增加对丙烯的需求，导致该方法的成本增加。

或者，已经广泛研究了直接从更丰富并且更便宜的合成气进行异丁醇的合成。包含一氧化碳和氢气的合成气主要从天然气和轻质烃的重整或部分氧化，或在高温下煤和生物质的气化来生产。它也可以从城市固体废物的气化来生产。一氧化碳和氢气在高温和高压下反应，以在碱金属促进的ZnO和CuO-ZnO基催化剂上生产甲醇和异丁醇，其中甲烷和轻质烃作为主要副产物。例如，美国专利号5,767,166公开了在一个反应器中在碱金属促进的Zn-Cr氧化物催化剂上从合成气进行异丁醇合成的方法。在420℃、18MPa、1.0的H₂/CO摩尔比和每小时20,000的气体时空速的条件下，实现了165g/kg-cat/h的异丁醇。中国专利公开号103,272,609中公开了类似的方法，其中在碱金属和稀土金属氧化物促进的CuO-ZnO-ZrO₂催化剂上，实现了32-61％的一氧化碳转化率，在液体醇中具有25-45 wt％的异丁醇。

虽然这种从合成气的直接异丁醇合成已被广泛研究，但它通常与差的异丁醇选择性和生产能力有关。在操作期间，更低的温度导致更高的甲醇选择性，然而更高的温度倾向于生产更多的甲烷和轻质烃。因此，在碱金属促进的ZnO和CuO-ZnO催化剂上难以实现高的异丁醇选择性和产率。

因此，希望有一种能够克服上述障碍并提高异丁醇选择性和生产能力的方法。

附图简述

图1说明了本发明的方法的一个实施方案。

图2说明了本发明的方法的另一个实施方案。

图3说明了本发明的方法的另一个实施方案。

图4说明了本发明的方法的另一个实施方案。

详细描述

公开了将合成气（CO和H₂）经混合醇转化为异丁醇的新途径。合成气可以从天然气和轻质烃的重整或部分氧化，或在高温下煤或生物质的气化来生产。它也可以从城市固体废物的气化来生产。因此，该方法可以应用于将煤、天然气、生物质和/或废物转化为异丁醇的方法。

本发明的一个方面是一氧化碳氢化成异丁醇的方法。在一个实施方案中，合成气首先在多相催化剂上转化为混合醇，所述混合醇包含但不限于甲醇、乙醇和丙醇。取决于所用的催化剂，也可以生产少量的异丁醇和/或更高级的醇。在一些实施方案中，在第一个反应中生产的乙醇和丙醇可以在第二个反应中与甲醇（来自第一个反应或来自其他来源）和/或合成气反应，以在催化剂的存在下生产至少另外部分的异丁醇。在一些实施方案中，来自第一个反应的甲醇可以使用多相催化剂通过甲醇制汽油方法转化为汽油，或者通过甲醇制烯烃方法转化为乙烯和丙烯。