由无水乙醇制备二丁基醚的方法pd金年会- 金年会体育- 官方网站f
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二丁基醚可用作柴油十六烷增强剂(R.Kotrba在2005年11月的“EthanolProducerMagazine”中的文章“AheadoftheCurve”);包含二丁基醚的柴油制剂的实例公开于WO2001018154中。由丁醇制备二丁基醚是已知的(参见Karas,L.和Piel,W.J.在“Kirk-OthmerEncyclopediaofChemicalTechnology”第五版第10卷第5.3节第576页中的文章“Ethers”),并且一般通过用硫酸使正丁基醇脱水,或通过在高温下在氯化铁、硫酸铜、二氧化硅或硅铝土上催化脱水来实施。丁醇脱水生成二丁基醚导致水的形成,因此过去这些反应是在无水的情况下进行的。
已知乙醇可回收自多种来源,包括合成给料和发酵给料。从合成方面来看,乙醇可得自乙烯的直接催化水合反应,乙烯的间接水合反应,合成气的转化反应,甲醇的同系化反应,甲醇和乙酸甲酯的羰基化反应,以及通过均相催化和非均相催化的合成反应。发酵给料可以是发酵性碳水化合物(例如甘蔗、糖用甜菜和水果作物)和淀粉材料(例如谷物,包括玉米、木薯和高粱)。当使用发酵时,可使用酵母,所述酵母来自包括酵母菌(Saccharomyces)在内的菌种。同样可使用来自菌种发酵单胞菌(Zymomonas)、尤其是运动发酵单胞菌(Zymomonasmobilis)的细菌。乙醇一般以与水的共沸物的形式被回收,因此其含量按水和乙醇混合重量计是约95重量%。参见Kosaric等人的“Ullmann’sEncyclopediaofIndustrialChemistry”第六版第12卷第398-473页(Wiley-VCHVerlagGmbH&Co.KGaA,Weinheim,Germany)和P.L.Rogers等人的“Adv.Biochem.Eng.”第23卷(1982)第27-84页。乙醇可通过本领域已知的方法被进一步干燥(参见Kosaric的前述文献),包括使乙醇-水共沸混合物通过分子筛并且用夹带剂(通常是苯)共沸蒸馏乙醇-水混合物。
所述无水乙醇可得自任何便利来源,包括使用本领域技术人员已知的微生物方法发酵。发酵性微生物和基质来源对于本发明目的而言不是关键性的。发酵的成果是发酵液,然后将其精炼以制备含水乙醇流。精炼过程可包含至少一个蒸馏塔,以制备包含乙醇和水的第一塔顶流。在乙醇-水共沸物已被蒸去后,即可实施一种或多种干燥方法,以形成“无水乙醇”。虽然已知多种干燥方法,但是一般使反应产物(在此情况下是乙醇)通过干燥剂诸如分子筛,直至除去期望量的水。
碱催化剂可负载在催化领域常见的催化剂载体上。适宜的催化剂载体包括但不限于氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化锆、沸石、碳、粘土、双层氢氧化物、水滑石、以及它们的组合。可使用本领域已知的制备负载型催化剂的任何方法。用于制备负载型催化剂的一种方法是将金属羧酸盐溶解于水中。用所述溶液将载体诸如二氧化硅润湿,然后锻烧。此方法将负载的金属羧酸盐转化成金属氧化物、碳酸盐、氢氧化物或它们的组合。载体可以是中性、酸性或碱性,只要所述催化剂/载体组合的表面是碱性。处理具有金属催化剂的载体的常用技术见于B.C.Gates的“HeterogeneousCatalysis”第2卷第1-29页中(B.L.Shapiro编辑,TexasA&MUniversityPress,CollegeStation,TX,1984)。
PCT公布No.WO2006059729(转让给KabushikiKaishaSangi)描述了由乙醇作为原料,有效制备高分子量醇的清洁方法,所述醇具有偶数个碳原子,诸如1-丁醇、己醇等。由乙醇作为原料,借助于磷酸钙化合物例如羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2、磷酸三钙Ca3(PO4)2、磷酸一氢钙CaHPO4×(0-2)H2O、焦磷酸钙Ca2P2O7、磷酸八钙Ca8H2(PO4)6×5H2O、磷酸四钙Ca4(PO4)2O或无定形磷酸钙Ca3(PO4)2×nH2O,优选羟基磷灰石作为催化剂,来生成高分子量醇,接触时间是0.4秒或更长。
无水乙醇向包含1-丁醇和水的第一反应产物的催化转化可以间歇或连续的模式进行,如例如H.ScottFogler的“ElementsofChemicalReactionEngineering”第2版(1992,Prentice-HallInc,CA)中所描述的。适宜的反应器包括固定床、绝热流化床、输送床和移动床。在反应过程期间,催化剂可被污染,因此需要使催化剂再生。优选的催化剂再生方法包括在高温下使催化剂接触气体,诸如但不限于空气、蒸汽、氢气、氮气、或它们的组合。
本发明涉及制备至少一种二丁基醚的方法,所述方法包括使部分纯化的基本上由1-丁醇以及按1-丁醇和水组合重量计不超过5重量%的水组成的第一反应产物接触至少一种酸催化剂,以制备包含至少一种二丁基醚的第二反应产物,并且从所述第二反应产物中回收所述至少一种二丁基醚,以获得至少一种回收的二丁基醚。“至少一种二丁基醚”主要包含二正丁基醚,然而二丁基醚反应产物可包含其它二丁基醚,其中所述醚的一个或两个丁基取代基选自由下列组成的组:1-丁基、2-丁基、叔丁基和异丁基。
非均相催化剂是指其中催化剂构成了与反应物和产物分离的相的催化剂。非均相酸催化剂包括但不限于1)非均相杂多酸(HPA),2)天然粘土矿物,诸如包含氧化铝或二氧化硅的那些,3)阳离子交换树脂,4)金属氧化物,5)混合的金属氧化物,6)金属盐诸如金属硫化物、金属硫酸盐、金属磺酸盐、金属硝酸盐、金属磷酸盐、金属膦酸盐、金属钼酸盐、金属钨酸盐、金属硼酸盐,以及7)沸石,8)1至7组的组合。固体催化剂的描述参见,例如,“SolidAcidandBaseCatalysts”第231-273页(Tanabe,K.在“Catalysis:ScienceandTechnology”中的文章,Anderson,J.和Boudart,M(编辑),1981,Springer-Verlag,NewYork)。
可通过蒸馏来从反应产物中回收所述至少一种二丁基醚,如Seader,J.D.等人所描述的(Perry,R.H.和Green,D.W.(编辑)的“Perry’sChemicalEngineer’sHandbook”第7版第13节中的蒸馏,1997,McGraw-Hill,NewYork)。作为另外一种选择,如本领域所熟知,可通过相分离,或者用适宜的溶剂诸如三甲基戊烷或辛烷萃取,来回收所述至少一种二丁基醚。可在分离出所述至少一种二丁基醚后,回收未反应的1-丁醇,并且用由于后续反应中。可将所述至少一种回收的二丁基醚作为燃料添加剂加入到运输燃料中。
在配备磁力搅拌棒的2mL小瓶中,包含1-丁醇和催化剂的混合物。用橡胶盖密封所述小瓶,用针穿孔以有利于气体交换。将小瓶放置在装于压力容器中的干式恒温器内。用氮气吹扫所述容器,并且将压力设在6.9MPa。使干式恒温器达到指定的温度,并且将此温度维持指定的一段时间。冷却并且排气后,使用毛细管柱((a)CP-Wax58[Varian;PaloAlto,CA],25m×0.25mm,45C/6min,10C/min,直至200C,200C/10min,或(b)DB-1701[J&W(得自Agilent;PaloAlto,CA)],30m×0.25mm,50C/10min,10C/min,直至250C,250C/2min),通过GC/MS分析小瓶中的内容物。