用于乙醇生产和水平衡控制的整合方法技术

描述了为用于从乙酸生产乙醇的整合方法，其中使用来自乙醇生产的水控制乙酸生产中的水平衡。在一个实施方案中，本发明专利技术包括以下步骤：在有效形成乙酸的条件下在羰基化催化剂存在下于羰基化系统中使甲醇羰基化，在加氢催化剂存在下于加氢系统中使乙酸加氢形成包含乙醇和水的粗乙醇产物，分离乙醇和水形成乙醇物流和水物流，并将至少一部分水物流导向羰基化系统，例如用在羰基化反应介质中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用于生产乙醇的方法。特别地，本专利技术涉及由甲醇经乙酸中间体生产乙醇的方法，其中将在乙醇合成步骤形成的水再循环至乙酸合成步骤以维持羰基化方法中的水平衡。
技术介绍
用于生产乙酸的重要方法是在液体反应介质中烷基醇，特别是甲醇，及其反应性衍生物与一氧化碳的羰基化。在商业方法中，反应的羰基化速率主要取决于水浓度，且因此，将乙酸生产过程中反应混合物中的水的水平维持在控制的范围内以保持高反应速率是重要的。在一些商业方法中，添加的水以对反应速率产生有利效果并且如美国专利号3，769，329中所述维持水浓度为14_15wt.%。这通常被称作“高水”羰基化方法。在其它“低水”羰基化方法中，如美国专利号5，001, 259，5，026, 908和5，144，068中所述，使用低于14wt.%的水浓度。在低水羰基化方法中，可通过优化基于甲烷化反应和水煤气变换反应的反应条件来控制水，如美国专利号7，005，541中所述。无论在高水或低水羰基化方法中，一旦控制了水平衡，当纯化乙酸时将水连续返回到反应介质以维持水平衡。扰乱水平衡可对羰基化反应速率产生不利影响。在文献中已提出用于由甲醇优选经乙酸中间体形成乙醇的整合方法。一般地，乙酸中间体的生产通过分离水和乙酸而产生具有小于1500wppm水的冰醋酸。例如，美国专利号7，884，253公开了用于从合成气选择性生产乙醇的方法和设备。该合成气衍生自纤维素生物质(或其它来源)且可被催化转化为甲醇，甲醇进而能够被催化转化为乙酸或乙酸酯。通过取出液体反应组合物并通过一个或多个闪蒸器和/或分馏阶段将乙酸产物与液体反应组合物的其它组分(例如为保持在液体反应组合物中它们的含量而可再循环至反应器的铱催化剂，钌和/或锇和/或铟促进剂，甲基碘，水和未消耗的反应物)分离从而可将乙酸产品从反应器移出。`EP2060553公开了一种用于将碳质原料转化为乙醇的方法,其中首先将碳质原料转化为乙酸，然后将乙酸加氢转化为乙醇。美国专利号4，497，967公开了用于从甲醇，一氧化碳和氢气原料制备乙醇的整合方法。该方法使乙酸酐中间体酯化形成乙酸乙酯和/或乙醇。美国专利号7，351，559公开了用于生产乙醇的方法，该方法包括将生化及合成转化的组合导致高产量的乙醇生产，同时联产高价值副产物。从碳水化合物如玉米通过酶研磨和发酵步骤生产乙酸中间体，随后通过使用酯化和加氢反应将乙酸转化为乙醇。因此，仍然需要对乙酸生产和乙醇生产整合进行改进。专利技术概述本专利技术涉及用于从甲醇，优选经乙酸中间体生产乙醇的整合方法。在一个实施方案中，本专利技术是用于产生水物流的方法。该方法包括使乙酸进料物流加氢生成粗乙醇产物的步骤。该粗乙醇产物优选包含乙醇、水、乙酸乙酯和乙酸。该方法还包括在至少一个塔中将至少一部分粗乙醇产物分离为包含乙醇的馏出物和包含水物流的残余物的步骤。将水导向乙酸生产方法，优选用于反应介质中。在另一个实施方案中，本专利技术是包括以下步骤的方法:在羰基化催化剂存在下在有效形成乙酸的条件下于羰基化系统中使甲醇羰基化；在加氢催化剂存在下于加氢系统中使乙酸加氢生成包含乙醇和水的粗乙醇产物；将乙醇和水分离以形成乙醇物流和水物流；并将至少一部分水物流导向羰基化系统。在又一个实施方案中，本专利技术是包括以下步骤的方法:在包含反应介质的第一反应器中使一氧化碳与至少一种反应物反应以生产包含乙酸的反应溶液，其中至少一种反应物选自甲醇、乙酸甲酯、甲酸甲酯、二甲醚以及它们的混合物，和其中反应介质包含水、乙酸、甲基碘和第一催化剂；在加氢催化剂存在下于加氢系统中使乙酸加氢生成包含乙醇和水的粗乙醇产物，将乙 醇和水分离以形成乙醇物流和水物流；并将至少一部分水物流导向羰基化系统。仍在又一个实施方案中，本专利技术是用于产生水物流的方法，该方法包括以下步骤:提供包含乙醇、水、乙酸乙酯和乙酸的粗乙醇产物，将至少一部分粗乙醇产物分离为乙醇物流和水物流，其中该水物流基本不包含除乙酸外的有机杂质，并将至少一部分水物流导向羰基化系统。附图说明下面参考附图详细地描述本专利技术，其中相同的数字指示类似的部分。图1是根据本专利技术一个实施方案从甲醇经乙酸中间体形成乙醇的整合系统的示意图。图2是依据本专利技术一个实施方案的示例性的整合的羰基化和加氢方法示意图。图3是依据本专利技术实施方案的具有四个塔的加氢方法示意图。图4是依据本专利技术实施方案的具有两个塔并在两塔之间进行水分离的另一加氢方法示意图。图5是依据本专利技术实施方案的具有两个塔的另一加氢方法示意图。专利技术详述本专利技术涉及从甲醇制备乙醇的整合方法。在一个实施方案中，该方法包括在羰基化系统中于羰基化催化剂存在下在有效形成乙酸的条件下使甲醇羰基化的步骤。在一个实施方案中，移出乙酸生产中的一些水以减少纯化的资本和/或能量需求。然而，随乙酸移出水可扰乱羰基化方法中的水平衡从而导致羰基化反应速率的降低。降低的羰基化反应速率可进一步降低从甲醇生产乙醇的效率。随后将乙酸在加氢催化剂存在下于加氢系统中加氢以形成包含乙醇和水的粗乙醇产物。将粗乙醇产物分离为乙醇物流和水物流。然后将至少一部分水物流导向回到羰基化系统。在整合方法中特别是在羰基化反应中的水平衡通过在乙醇生产方法使用反应的水来保持。在优选的实施方案中，调节再循环回到羰基化系统的自乙醇生产的一部分水物流以维持该方法中的水平衡。有利地，本专利技术的实施方案允许在不扰乱羰基化方法中的水平衡的情况下减少纯化乙酸所需的能量。在一个实施方案中，可基于来自羰基化方法的乙酸物流中的水浓度来调节导回羰基化系统中的部分水物流。可使用在线分析仪基于温度，压力，PH，密度等测量水浓度。基于这些信息，可对来自乙醇生产的水物流的流量进行实时调节。这可对响应从羰基化方法移出的水提供积极的反馈。当不需要水物流时，可将水物流导向其它方法如水解反应器，洗涤器，抽提塔或需要时进行清洗。乙酸生产中的水平衡典型地保持在紧密窗口(tight window)中以防止扰乱系统。然而，已知增加水浓度导致高生产速率。因此，在一个实施方案中，可优选从乙醇生产返回在乙酸进料物流中移出的大部分水。有利地，这可增加羰基化反应速率并增加甲醇转化为乙醇的效率。尽管可优选将水物流从乙醇方法直接返回到羰基化反应器，但是可将水物流引入到羰基化纯化方法中。例如，可将水物流引入轻馏分塔塔顶馏出物倾析器。这也可辅助倾析器内容物的分相。在纯化待给进到乙醇生产方法的乙酸时，可将杂质如甲醇，乙酸甲酯，甲酸甲酯和/或二甲醚从给进到乙醇生产方法的乙酸中移出。这些组分的存在可导致在乙醇生产方法中形成另外的醇从而将导致回收乙醇的另外的分离成本。此外，在乙醇生产方法中，甲醇，乙酸甲酯，甲酸甲酯和/或二甲醚的存在可导致不合格乙醇的产生。由羰基化方法获得的乙酸物流可通过加氢反应进料以生产包含通常以等摩尔比的乙醇和水的粗乙醇产物。由于减少的纯化，可能该乙酸中比其它情况下的工业级乙酸中存在更多水。增加的水浓度可是从需要保持水平衡的羰基化方法中移去的水。此外，因为水是反应的副产物并且在加氢中不转化，因此预期乙酸进料物流中包含的水不利于乙醇生产。然而，已发现将乙酸和水组合进料至加氢反应器基本上不影响乙酸到乙醇的转化并且有利地增加了从所得的粗乙醇产物回收乙醇的效率。随乙酸取出的水可扰乱水平衡。这可降低羰基化本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生产乙醇的方法，所述方法包括以下步骤：在包含反应介质的羰基化系统中使一氧化碳与至少一种反应物反应以产生包含乙酸的反应溶液，其中所述至少一种反应物选自甲醇、乙酸甲酯、甲酸甲酯、二甲醚和它们的混合物，并且其中所述反应介质包含水、乙酸、甲基碘和羰基化催化剂；纯化所述反应溶液以获得包含乙酸和水的乙酸物流；在加氢催化剂存在下于加氢系统中使乙酸加氢生成粗乙醇产物；将粗乙醇产物分离获得乙醇物流和水物流；和将部分水物流导向羰基化系统。

【技术特征摘要】
2011.11.09 US 13/292,8631.用于生产乙醇的方法，所述方法包括以下步骤: 在包含反应介质的羰基化系统中使一氧化碳与至少一种反应物反应以产生包含乙酸的反应溶液，其中所述至少一种反应物选自甲醇、乙酸甲酯、甲酸甲酯、二甲醚和它们的混合物，并且其中所述反应介质包含水、乙酸、甲基碘和羰基化催化剂； 纯化所述反应溶液以获得包含乙酸和水的乙酸物流； 在加氢催化剂存在下于加氢系统中使乙酸加氢生成粗乙醇产物；将粗乙醇产物分离获得乙醇物流和水物流；和 将部分水物流导向羰基化系统。2.权利要求1的方法，其中反应介质中的水浓度小于2wt.%。3.权利要求1的方法，其中维持所述羰基化系统的水平衡。4.权利要求3的方法，其中通过基于乙酸物流中的水浓度来调节导向羰基化系统的水物流的等分部分从而保持水平衡。5.权利要求4的方法，还包括测量乙酸物流的水浓度。6.权利要求1的方法，其中所述水物流基本不含除乙酸外的有机杂质。7.权利要求1的方法，其中 所述水物流包含: 至少97wt.%的水；和 小于0.5wt.%的乙酸。8.权利要求1的方法，其中所述水物流的PH范围为2.99-3.35。9.权利要求1的方法，其中所述乙酸物流基本不含甲醇，乙酸甲酯，甲酸甲酯或二甲醚。10.权利要求1的方法,其中所述乙酸物流包含小于0.0lwt.%的甲醇，乙酸甲酯，甲酸甲酯或二甲醚。11.权利要求1的方法，其中所述分离包括: 在第一塔中将至少部分粗乙醇产物分离为包含乙醇，水和乙酸乙酯的第一馏出...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克多·J·约翰斯顿，马可·O·斯凯特斯，罗纳尔德·D·沙维尔，雷蒙德·吉诺比尔，
申请(专利权)人：国际人造丝公司，
类型：发明
国别省市：