[发明专利]用于具有羰基碳原子的化合物选择性氢化的方法和催化剂

说明书

披露了可升级不纯进料的选择性氢化方法，这些不纯进料诸如从生物质获得并含有许多具有醛和/或酮碳原子的小(例如，2‑6个碳原子)分子的那些。例如，虽然乙醇醛及其甲基化衍生物羟基丙酮(丙酮醇)都是某些下游加工反应的高价值中间体，但它们通常在来自碳水化合物(例如，含醛糖的糖)热解的冷凝物中与乙二醛及其甲基化衍生物丙酮醛一起回收。这些带有两个羰基碳原子的化合物的选择性氢化，而不过度氢化成乙二醇和丙二醇，可增加所需中间体的浓度。可通过使用包含贵金属诸如Ru和Pt的氢化催化剂来实现选择性氢化的这些有益效果。

技术领域

本发明一方面涉及用于具有至少两个羰基碳原子的化合物选择性氢化的方法和催化剂，这些羰基碳原子可以是醛和/或酮碳原子。另一方面，本发明涉及用于增加选择性氢化类似物的量的方法和催化剂，该选择性氢化类似物诸如来自乙二醛的选择性氢化的乙醇醛，乙二醛和乙醇醛两者最初都可能存在于不纯进料中。

背景技术

许多烃原料成本增加的长期趋势为寻找石油基碳的替代来源以生产许多重要且有价值的化学产品创造了主要动力。生物质(来源于活的或最近活的有机体的材料)被视为一种易得的、廉价的可再生非石油基碳供给，许多这类已知的、高价值的化学品可从其获得。将生物质转化为燃料、化学品、能量和其他材料的能力有望增强农村经济，减少对石油和天然气资源的依赖，并减少空气和水污染。由诸如生物质等可再生资源产生能量和化学品还减少温室气体二氧化碳从原本“封存(sequestered)”碳的化石基来源到环境中的净释放。

尽管如此，开发可持续技术以由可再生资源生产那些常规仅由石油基碳制成的化学品仍然是一项重大挑战。例如，近年来，生物柴油行业作为精炼植物油和动物脂肪中的甘油三酯的副产物提供了丰富的粗制甘油。此甘油可被纯化以用作生产丙二醇(1,2-丙二醇)的原料，丙二醇是一种来自不可再生资源的碳数目相同的、已知的高价值化学品。然而，出于此目的来充分纯化甘油所需的步骤需要大量费用，并且生物柴油行业在其盈利能力上严重依赖税收抵免和其他形式的政府补贴。

人们越来越多地研究生物质的热分解作为产生较小的、所谓的“平台”分子的潜在路线，这些分子可用作商业上所需产品的构成单元(building block)。这种分子的一个重要例子是乙醇醛(C₂H₄O₂)，乙醇醛作为反应性中间体具有显著效用，因为它是同时具有醛和羟基碳原子的最小分子。此分子提供了一种通过还原胺化作用生产生物基单乙醇胺(MEA)和二乙醇胺(DEA)的潜在合成途径，单乙醇胺和二乙醇胺两者都具有相当多的工业应用。可从醛糖单体糖(例如，葡萄糖)的转化，通过水性溶液的初始形成，随后热分解(“含水热解”)和然后所产生的蒸气的冷凝，来获得乙醇醛。这种方法例如在WO 02/40436中进行了描述。在这些和其他热分解方法，在本领域中也称为热解和裂解方法中，获得了多种化合物的混合物。诸如乙醇醛等更有价值且更有用的材料的分离因为存在于冷凝物中的其他化合物的数量以及它们在沸点(相对挥发性)方面的相似性而变得复杂，这降低了可使用蒸馏的效率。

基于可再生碳前体的给定合成路线的总体经济吸引力，诸如在例如US 6,534,441、US 8,772,548和US 8,742,174中所述的乙醇醛向MEA和DEA的转化中，高度依赖于其总效用和能量需求。这些需求反过来又受到上游经济性的极大影响，上游经济性与精炼不纯进料以获得具有合适纯度的诸如乙醇醛等前体的产物相关联。因此，用化石源化学品的可再生碳对应物替代化石源化学品的持续努力的进展将高度依赖于上游加工效率的提高，特别是通过增加反应选择性、中间和最终产品质量和/或组分可分离性实现的提高，所有这些都有可能将制造成本降低到商业可行性的程度。

发明内容