[go: up one dir, main page]

TW202005950A - 用於化學品製造之整合系統及方法 - Google Patents

用於化學品製造之整合系統及方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202005950A
TW202005950A TW108116656A TW108116656A TW202005950A TW 202005950 A TW202005950 A TW 202005950A TW 108116656 A TW108116656 A TW 108116656A TW 108116656 A TW108116656 A TW 108116656A TW 202005950 A TW202005950 A TW 202005950A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
produce
carbonylation
hydrogen
stream
product
Prior art date
Application number
TW108116656A
Other languages
English (en)
Inventor
薩德許 Ｈ 蘇克拉杰
赫伯特 莽斯特曼
Original Assignee
美商諾沃梅爾公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商諾沃梅爾公司 filed Critical 美商諾沃梅爾公司
Publication of TW202005950A publication Critical patent/TW202005950A/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00—Preparation of oxiranes
    • C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/04—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D305/00—Heterocyclic compounds containing four-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atoms
    • C07D305/02—Heterocyclic compounds containing four-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atoms not condensed with other rings
    • C07D305/10—Heterocyclic compounds containing four-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atoms not condensed with other rings having one or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D305/12—Beta-lactones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/04—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/06—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D307/08—Preparation of tetrahydrofuran
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本文提供用於在化學品合成氨、脲及共聚物中更高效使用原材料之整合系統及方法。該等系統及方法可包括養分醱酵，源自生物質氣化之合成氣的羰基化，利用氫富集氣體及源自空氣分離之氮形成氨及脲，以及羰基化產物之聚合、源自植物油轉酯化之甘油或前述之組合。

Description

用於化學品製造之整合系統及方法
本發明大體上係針對用於在化學品合成中更高效使用原材料之整合系統及方法。特定言之，本發明係關於處理原材料以產生分子組分，該等分子組分經整合至化學品合成方法中以產生生物基產物。
以可持續且高效節能方式使用塑料、肥料、碳纖維、泡沫及超吸收性材料產生化學品產物得到世界範圍的關注。然而，在製造方法中最小化廢棄物及高效節能同樣至關重要。為製得可持續化學品產物，某些化學方法可包括含碳材料之氣化。
需要減小化學品合成之環境影響的工業化學品合成系統及方法。本文提供藉由提供更高效、可持續且低成本整合系統及方法來滿足此需要之系統及方法。
本發明係針對用於產生寶貴化學品產物之整合系統及方法。有利地，此等系統及方法更有效且經濟地產生具有減小環境影響之化學品產物。舉例而言，本文中之系統及方法可更高效節能且更少浪費同時產生具有生物基特徵之化學品產物。此外，藉由整合及流線型設備操作而改良諸如能量產生及維持以及總體水使用之操作。
在一些態樣中，系統包含至少一個操作單元，其中各操作單元進一步包含至少一個反應器。在本發明之系統中，各反應器大體上包含經組態為殼體之壁。各反應器之大小、形狀及組態可取決於諸多變量，諸如將添加何種材料或試劑，將移除何種產物或中間物及將執行反應或其他動作之速率。因此，本發明反應器侷限性不意欲為限制性的，其中可使用替代性組態例如以優化條件、方法、產物特性及/或產物產率。
在某些實施例中，系統包含：醱酵單元、氣化單元、空氣分離單元、羰基化單元及聚合單元。在某些變化形式中，系統包含：醱酵單元、氣化單元、空氣分離單元及羰基化單元。
在一些實施例中，方法包含：將空氣分離成氧氣流及氮氣流；使含碳材料氣化以產生包含一氧化碳、二氧化碳及氫氣之原始合成氣流；將一氧化碳與二氧化碳及氫氣分離；使養分醱酵以產生生物基醇流；使一部分生物基醇流脫水以產生生物基烯烴；藉由氧流使生物基烯烴氧化以產生生物基環氧化物；以及藉由一氧化碳使該生物基環氧化物羰基化以產生生物基羰基化產物、氫氣流及二氧化碳流。
在某些實施例中，該等方法產生氫化產物，諸如氨。在一些實施例中，藉由使含碳源氣化或甲烷重組而產生合成氣。在一些實施例中，環氧化物在存在合成氣及羰基化催化劑的情況下經羰基化。在一些實施例中，環氧化物在存在合成氣及羰基化催化劑的情況下經羰基化。在一些實施例中，環氧化物為環氧乙烷。在一些實施例中，羰基化產物包含β內酯(諸如β-丙內酯)或環酐(諸如丁二酸酐)或其任何組合。在一些實施例中，氮氣在存在氨化催化劑的情況下與氫富集合成氣組合。在一些實施例中，二氧化碳係藉由養分醱酵、烯烴氧化產生，藉由烯烴氧化產生，以合成氣提供或其任何組合。
在一些實施例中，氫化產物進一步與二氧化碳組合以產生脲。在一些實施例中，脲產率為至少約65%。在一些實施例中，氫化產物與二氧化碳之組合進一步產生胺基甲酸銨。在一些實施例中，環氧化物羰基化產物進一步與甘油組合以形成多元醇共聚物。在一些實施例中，甘油源自植物油轉酯化。在一些實施例中，環氧化物源自使烯烴氧化。在一些實施例中，烯烴源自使醇脫水。在一些實施例中，醇源自使養分醱酵。
在其他態樣中，提供一種產生生物基氫化產物之方法，其包含：在存在合成氣的情況下使環氧化物羰基化以產生羰基化產物及氫富集合成氣，其中合成氣包含氫及一氧化碳；且將甘油與羰基化產物組合以產生共聚物。
在一些實施例中，共聚物包含多元醇。在一些實施例中，羰基化產物包含β-丙內酯、聚丙內酯、丁二酸酐、多元醇或其任何組合。在一些實施例中，甘油源自植物油轉酯化。在一些實施例中，植物油為植物油(vegetable oil)，諸如玉米油。在一些實施例中，環氧化物為環氧乙烷。在一些實施例中，在存在催化劑、鏈轉移劑或前述之任一混合物的情況下組合甘油及羰基化產物。
在一些實施例中，藉由含碳源氣化或甲烷重組而產生合成氣。在一些實施例中，環氧化物源自養分醱酵。在一些實施例中，氫富集合成氣進一步與烯烴及一氧化碳組合以產生醛產物。在一些實施例中，氫富集合成氣進一步與氮氣組合以產生氨。在一些實施例中，氨進一步與二氧化碳組合以產生脲。
在其他態樣中，提供一種方法，其包含：使養分醱酵以產生醇；使醇水合以產生烯烴；藉由氧氣使烯烴氧化以產生環氧化物；以及藉由合成氣使環氧化物羰基化以產生羰基化產物及氫富集合成氣，其中合成氣包含氫及一氧化碳。
在一些實施例中，養分包含植物基糖、碳水化合物、多醣、蛋白質複合物、蛋白質水解產物或前述之混合物。在一些實施例中，氧源自空氣分離。在一些實施例中，羰基化產物包含β-丙內酯、聚丙內酯，或多元醇或其任何組合。在一些實施例中，藉由含碳源氣化或甲烷重組而產生合成氣。在一些實施例中，羰基化產物進一步與甘油組合以產生共聚物。在一些實施例中，甘油源自植物油轉酯化。
在一些實施例中，氫富集合成氣與氮氣組合以產生氨。在一些實施例中，氮氣源自空氣分離。在一些實施例中，氨進一步與二氧化碳組合以產生脲。在一些實施例中，氫富集氣體用於氫燃料電池中之能量產生。在一些實施例中，將氫富集氣體饋入至費托(Fischer Tropsch)反應器中以產生產物。在一些實施例中，將氫富集氣體饋入至甲醇合成反應器中以產生甲醇。在一些實施例中，甲醇經進一步處理以產生甲醇衍生產物，諸如二甲醚或烯烴。在一些實施例中，氫富集合成氣進一步與烯烴及一氧化碳組合以產生醛產物。在一些實施例中，氫富集合成氣再次與環氧化物接觸以進一步富集合成氣並且產生第二氫富集合成氣。在一些實施例中，第二氫富集合成氣用於費托反應、氨合成、甲醇合成或氫燃料電池中。
在一些實施例中，醱酵方法產生醇及二氧化碳。在一些實施例中，二氧化碳經電解以產生氧氣及一氧化碳氣體。在一些實施例中，氧氣用於氧化烯烴。在一些實施例中，一氧化碳氣體用於使環氧化物羰基化。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2018年5月18日申請之美國臨時專利申請案第62/673,638號及2018年6月27日申請之第62/690,782號之優先權及權益，該等申請案各自以全文引用的方式併入本文中。
以下描述闡述例示性系統、方法、參數以及類似者。然而，應認識到此描述並不意欲限制本發明之範疇，而係替代地提供作為例示性實施例之描述。
本文提供用於產生生物基氫化產物之整合系統及方法。此等方法大體上可經由更高效碳利用而獲得更佳經濟情況，藉由減少廢棄物而提高化學品合成之環境佔據面積，減小某些生產設施之總體溫室氣體排放以及賦予化學品合成產物所需特性，諸如生物基內含物。用於化學品製造之整合系統及方法
本發明係針對用於提供更節約碳及有成本效益的製造化學品產物之系統及方法。在一些實施例中，該等系統及方法在化學品合成中習知地整合經忽視之副產物、分子組分及/或中間物作為試劑以產生化學品產物。舉例而言，在一個態樣中，本文提供包括以下步驟之方法：將原材料轉化成分子組分，諸如氫氣、氧氣、氮氣、一氧化碳及二氧化碳，及將該等分子組分整合至化學品合成中以產生寶貴化學品。
在某些實施例中，本發明之整合方法包含： a) 提供乙醇； b) 將至少一部分乙醇轉化為環氧乙烷； c) 提供包含氫、一氧化碳及二氧化碳之合成氣； d) 在存在合成氣及羰基化催化劑的情況下使至少一部分環氧乙烷羰基化以產生β-丙內酯、丁二酸酐及富集合成氣，其中富集合成氣包含氫及二氧化碳； e) 將至少一部分β-丙內酯轉化為丙烯酸； f) 視情況在存在一或多種交聯劑的情況下，使至少一部分丙烯酸聚合，以產生吸附性聚合物； g) 將至少一部分丙烯酸轉化為丙烯酸酯； h) 將至少一部分丁二酸酐轉化為四氫呋喃； i) 將至少一部分丁二酸酐轉化為1,4-丁二醇； j) 將至少一部分丁二酸酐轉化為丁二酸； k) 使至少一部分1,4-丁二醇及至少一部分丁二酸酐聚合以產生聚丁烯丁二酸鹽；提供植物油； l) 視情況在存在催化劑或鏈轉移劑的情況下，使植物油轉酯化以產生甘油； m) 將甘油與至少一部分β-丙內酯或一部分丁二酸酐組合以產生多元醇； n) 將至少一部分丁二酸轉化為丁二酸鹽； o) 將至少一部分丁二酸鹽轉化為二醯胺； p) 將至少一部分二醯胺轉化為二異氰酸酯； q) 將至少一部分β-丙內酯轉化為7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸； r) 將至少一部分7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸轉化為苯甲酸； s) 將至少一部分苯甲酸轉化為苯；將至少一部分苯轉化為苯乙烯； t) 提供氮氣： u) 將包含氫及二氧化碳之富集合成氣與氮氣組合以產生氨； v) 提供二氧化碳； w) 將二氧化碳與氨組合以產生脲； x) 將至少一部分β-丙內酯與至少一部分氨組合以產生β丙胺酸、N-(3-羥基-1-側氧基丙基)或3-羥基丙醯胺； y) 將至少一部分3-羥基丙醯胺轉化為丙烯腈或丙烯醯胺；使丙烯醯胺聚合以產生聚丙烯醯胺； z) 使丙烯腈聚合以產生聚丙烯腈； aa) 將至少一部分聚丙烯腈轉化為碳纖維； bb) 將至少一部分乙醇轉化為乙醛； cc) 將至少一部分乙醛轉化為丁醛醇； dd) 將至少一部分丁醛醇轉化為1,3-丁二醇； ee) 將至少一部分1,3-丁二醇轉化為丁二烯； ff) 將至少一部分丙烯腈、至少一部分丁二烯及至少一部分苯乙烯組合以產生丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物； gg) 將至少一部分丁二烯與至少一部分苯乙烯組合以產生苯乙烯丁二烯共聚物； hh) 使至少一部分丁二烯聚合以產生聚丁二烯； ii) 將至少一部分聚丁二烯與至少一部分苯乙烯組合以產生苯乙烯丁二烯嵌段共聚物； jj) 使生物質醱酵以提供乙醇； kk) 使含碳源氣化或甲烷重組以提供合成氣；以及 ll) 使空氣分離成氧及氮氣。
應理解，在其他例示性實施例中，上文所描述之步驟a)-ll)中之一或多者在其他組態中可經省略或彼此組合，如同各組合經各別地列出時一樣。
舉例而言，在一些變化形式中，提供一種整合方法，其包含： 將空氣分離成氧氣流及氮氣流； 使含碳材料氣化以產生包含一氧化碳、二氧化碳及氫氣之原始合成氣流； 使植物物質醱酵以產生生物基醇流； 使一部分生物基醇流還原以產生生物基烯烴； 藉由氧流使生物基烯烴氧化以產生生物基環氧化物；及 藉由原始合成氣流使生物基環氧化物羰基化以產生生物基羰基化產物、氫氣流及二氧化碳流。
在前述變化形式中，生物基羰基化產物可包含β內酯流及丁二酸酐流。在一個變化形式中，丁二酸酐流可經還原以產生四氫呋喃。在另一變化形式中，四氫呋喃可與一部分β內酯流反應以產生環己烯衍生物。在又一變化形式中，環己烯衍生物可用於產生生物基苯乙烯產物。在其他變化形式中，氮氣流可藉由氫氣流氫化以產生氨流。在一個變化形式中，氨流可與一部分β內酯流反應以產生3-羥基丙醯胺。在另一變化形式中，3-羥基丙醯胺經脫水以產生生物基丙烯腈產物。在其他變化形式中，生物基1,3-丁二烯產物係由生物基醇流產生。
在某些實施例中，本發明之整合系統包含： a) β-丙內酯製造單元，其包含：羰基化催化劑源；溶劑源；一氧化碳源；環氧乙烷源；第一羰基化反應器，包含：至少一個入口，接收包含來自一氧化碳源之一氧化碳、來自環氧乙烷源之環氧乙烷、來自羰基化催化劑源之羰基化催化劑及來自溶劑源之溶劑的反應流；及出口，輸出包含β-丙內酯之β-丙內酯產物流； b) 丙烯酸製造單元，其包含：沸石源；聚合抑制劑源；丙烯酸反應器，包含：至少一個入口，接收來自羰基化反應器之至少一部分β-丙內酯、來自沸石源之沸石及來自聚合抑制劑源之聚合抑制劑，及出口，輸出包含丙烯酸之丙烯酸產物流；以及蒸餾塔，包含：入口，接收來自丙烯酸反應器之丙烯酸產物流且將丙烯酸與丙烯酸產物流分離；出口，輸出丙烯酸； c) 丙烯酸酯製造單元，其包含：沸石源；醇源；聚合抑制劑源；丙烯酸酯反應器，包含：至少一個入口，接收來自羰化反應器之至少一部分β-丙內酯、來自沸石源之沸石及來自聚合抑制劑源之聚合抑制劑、來自醇源之C1-8醇，及出口，輸出包含丙烯酸酯之丙烯酸酯產物流；以及蒸餾塔，包含：入口，接收來自丙烯酸酯反應器之丙烯酸酯產物流且將丙烯酸酯與丙烯酸酯產物流分離；出口，輸出丙烯酸酯； d) 吸收劑聚合物製造單元，其包含：聚合催化劑源；溶劑源；吸收劑聚合物反應器，包含：至少一個入口，接收來自羰基化反應器之至少一部分β-丙內酯、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出吸收劑聚合物流；以及蒸餾塔，包含：入口，接收來自吸收劑聚合物反應器之吸收劑聚合物流且將吸收劑聚合物與吸收劑聚合物產物流分離；出口，輸出吸收劑聚合物； e) 丁二酸酐製造單元，其包含：羰基化催化劑源；溶劑源；一氧化碳源；第二羰基化反應器，包含：至少一個入口，接收來自第一羰化反應器之至少一部分β-丙內酯、來自一氧化碳源之一氧化碳；來自羰基化催化劑源之羰基化催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含丁二酸酐之丁二酸酐產物流；以及分離單元，包含：入口，接收來自丁二酸酐反應器之丁二酸酐流且將丁二酸酐與丁二酸酐流分離；出口，輸出丁二酸酐； f) 丁二酸製造單元，其包含：水源；加熱源；丁二酸反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二酸酐反應器之至少一部分丁二酸酐及來自水源之水；出口，輸出包含丁二酸之丁二酸產物流； g) 1,4-丁二醇製造單元，其包含：氫源；氫化催化劑源；溶劑源；1,4-丁二醇反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二酸酐反應器之至少一部分丁二酸酐、來自氫源之氫、來自氫催化劑源之氫化催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含1,4-丁二醇之1,4-丁二醇產物流； h) 四氫呋喃製造單元，其包含：氫源；氫化催化劑源；溶劑源；四氫呋喃反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二酸酐反應器之至少一部分丁二酸酐、來自氫源之氫、來自氫化催化劑源之氫化催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含四氫呋喃之四氫呋喃產物流； i) 聚丁烯丁二酸鹽製造單元，其包含：聚合催化劑源；溶劑源；聚丁烯丁二酸鹽反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二酸酐反應器之至少一部分丁二酸酐、來自1,4-丁二醇反應器之1,4-丁二醇、拉埃自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含聚丁烯丁二酸鹽之聚丁烯丁二酸鹽產物流； j) 多元醇製造單元，其包含：聚合催化劑源；溶劑源；甘油源；多元醇反應器，包含：至少一個入口，接收來自第一羰基化反應器之至少一部分β-丙內酯或來自丁二酸酐反應器之至少一部分丁二酸酐、來自甘油源之甘油、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含多元醇之多元醇產物流； k) 二醯胺製造單元，其包含：催化劑源；溶劑源；羥胺源；醇源；丁二酸鹽反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二酸反應器之至少一部分丁二酸、來自催化劑源之催化劑、來自醇源之醇及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含丁二酸鹽之丁二酸鹽產物流；二醯胺反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二酸鹽反應器之至少一部分丁二酸鹽、來自羥胺源之羥胺及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含二醯胺之二醯胺產物流； l) 二異氰酸酯製造單元，其包含：催化劑源；溶劑源；乙酸硬石膏源；熱源；二異氰酸酯反應器，包含：至少一個入口，接收來自二醯胺反應器之至少一部分二醯胺、來自催化劑源之催化劑、來自乙酸硬石膏源之乙酸硬石膏及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含二異氰酸酯之二異氰酸酯產物流； m) 7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸製造單元，其包含：催化劑源；溶劑源；呋喃源；7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸反應器，包含：至少一個入口，接收來自二醯胺反應器之至少一部分β-丙內酯、來自催化劑源之催化劑、來自呋喃源之呋喃及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸之7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸產物流； n) 苯甲酸製造單元，其包含：氫化催化劑源；溶劑源；氫源；苯甲酸反應器，包含：至少一個入口，接收來自7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸反應器之至少一部分7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸、來自氫化催化劑源之氫化催化劑、來自氫源之氫及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含苯甲酸之苯甲酸產物流； o) 苯製造單元，其包含：氫化催化劑源；溶劑源；氫源；苯反應器，包含：至少一個入口，接收來自苯甲酸反應器之至少一部分苯甲酸、來自氫化催化劑源之氫化催化劑、來自氫源之氫及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含苯之苯產物流； p) 苯乙烯製造單元，其包含：催化劑源；溶劑源；乙烯源；苯乙烯反應器，包含：至少一個入口，接收來自苯反應器之至少一部分苯、來自催化劑源之催化劑、來自乙烯源之乙烯及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含苯乙烯之苯乙烯產物流； q) 氨製造單元，其包含：催化劑源；氮氣源；氨反應器，包含：至少一個入口，接收來自第一或第二羰基化反應器之包含氫氣及二氧化碳之至少一部分富集合成氣、來自催化劑源之催化劑及來自氮氣源之氮氣；出口，輸出包含氨之氨產物流； r) 脲製造單元，其包含：催化劑源；二氧化碳氣體源；脲反應器，包含：至少一個入口，接收來自氨反應器之至少一部分氨、來自催化劑源之催化劑及來自二氧化碳氣體源之二氧化碳氣體；出口，輸出包含脲之脲產物流； s) 丙胺酸及衍生物製造單元，其包含：催化劑源；溶劑源；丙胺酸及衍生物反應器，包含：至少一個入口，接收來自氨反應器之至少一部分氨、來自第一羰基化反應器之至少一部分β-丙內酯、來自催化劑源之催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含β丙胺酸、N-(3-羥基-1-側氧基丙基)或3-羥基丙醯胺之丙胺酸產物流；分離單元，包含：入口，接收來自丙胺酸及衍生物反應器之丙胺酸產物流且將3-羥基丙醯胺與丙胺酸產物流分離；出口，輸出3-羥基丙醯胺； t) 丙烯腈及丙烯醯胺製造單元，其包含：溶劑源；脫水劑源；丙烯腈及丙烯醯胺反應器，包含：至少一個入口，接收來自丙胺酸及衍生物製造單元之分離單元的至少一部分3-羥基丙醯胺、來自脫水劑源之脫水劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含丙烯腈及丙烯醯胺之丙烯腈及丙烯醯胺產物流；分離單元，包含：入口，接收來自丙烯腈及丙烯醯胺反應器之丙烯腈及丙烯醯胺產物流且將丙烯腈及丙烯醯胺與丙烯腈及丙烯醯胺產物流分離；出口，輸出丙烯腈；另一出口，輸出丙烯醯胺； u) 聚丙烯醯胺製造單元，其包含：溶劑源；聚合催化劑源；聚丙烯醯胺反應器，包含：至少一個入口，接收來自丙烯腈及丙烯醯胺製造單元之分離單元的至少一部分丙烯醯胺、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含聚丙烯醯胺之聚丙烯醯胺產物流； v) 聚丙烯腈製造單元，其包含：溶劑源；聚合催化劑源；聚丙烯腈反應器，包含：至少一個入口，接收來自丙烯腈及丙烯醯胺製造單元之分離單元的至少一部分丙烯腈、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含聚丙烯腈之聚丙烯腈產物流； w) 碳纖維製造單元，其包含：溶劑源；碳纖維反應器，包含：至少一個入口，接收來自聚丙烯腈反應器之至少一部分聚丙烯腈及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含碳纖維之碳纖維產物流； x) 乙醛製造單元，其包含：氧化催化劑源；溶劑源；乙醇源；氧源；乙醛反應器，包含：至少一個入口，接收來自乙醇源之乙醇、來自氧化催化劑源之氧化催化劑、來自氧源之氧及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含乙醛之乙醛產物流； y) 丁醛醇製造單元，其包含：溶劑源；丁醛醇反應器，其包含：至少一個入口，接收來自乙醛反應器之至少一部分乙醛及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含丁醛醇之丁醛醇產物流； z) 1,3-丁二醇製造單元，其包含：氫化催化劑源；溶劑源；氫源；1,3-丁二醇反應器，其包含：至少一個入口，接收來自丁醛醇反應器之至少一部分丁醛醇、來自氫化催化劑源之氫化催化劑、來自氫源之氫及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含1,3-丁二醇之1,3-丁二醇產物流； aa) 丁二烯製造單元，其包含：溶劑源；催化劑源；丁二烯反應器，包含：至少一個入口，接收來自乙醛反應器之至少一部分1,3-丁二醇、來自催化劑源之催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含丁二烯之丁二烯產物流； bb) 聚丁二烯製造單元，其包含：溶劑源；聚合催化劑源；聚丁二烯反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二烯反應器之至少一部分丁二烯、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含聚丁二烯之聚丁二烯產物流； cc) 丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物製造單元，其包含：溶劑源；聚合催化劑源；丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物，包含：至少一個入口，接收來自丙烯腈及丙烯醯胺製造單元之分離單元的至少一部分丙烯腈、來自苯乙烯反應器之至少一部分苯乙烯、來自丁二烯反應器之至少一部分丁二烯、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物之丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物產物流； dd) 苯乙烯丁二烯共聚物製造單元，其包含：溶劑源；聚合催化劑源；苯乙烯丁二烯共聚物反應器，包含：至少一個入口，接收來自丁二烯反應器之至少一部分丁二烯及來自苯乙烯反應器之至少一部分苯乙烯、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含苯乙烯丁二烯共聚物之苯乙烯丁二烯共聚物產物流； ee) 苯乙烯丁二烯嵌段共聚物製造單元，其包含：溶劑源；聚合催化劑源；苯乙烯丁二烯嵌段共聚物反應器，其包含：至少一個入口，接收來自聚丁二烯反應器之至少一部分聚丁二烯及來自苯乙烯反應器之至少一部分苯乙烯、來自聚合催化劑源之聚合催化劑及來自溶劑源之溶劑；出口，輸出包含苯乙烯丁二烯嵌段共聚物之苯乙烯丁二烯嵌段共聚物產物流。
應理解，在其他例示性實施例中，上文所描述之製造單元a)-ee)中之一或多者可在其他組態中經省略或彼此組合，如同各組合經各別列出時一樣。舉例而言，圖12 描繪製造多種化學品產物之整合系統之一個例示性組態。
在一些實施例中，系統包含至少一個操作單元，其中各操作單元進一步包含至少一個反應器。在本發明之系統中，各反應器大體上包含經組態為殼體之壁。各反應器之大小、形狀及組態可取決於諸多變量，諸如將添加何種材料或試劑，將移除何種產物或中間物及將執行反應或其他動作之速率。因此，本發明反應器侷限性不意欲為限制性的，其中使用替代性組態例如以優化條件、方法、產物特性及/或產物產率。在較佳實施例中，系統包含：醱酵單元、氣化單元、空氣分離單元及羰基化單元。
在某些實施例中，醱酵單元包含經組態以藉由使養分醱酵而產生乙醇的反應器。醱酵單元反應器包含養分入口、醱酵反應區、加熱器、混合器及乙醇出口。養分入口經設定大小並塑形使得養分進料流經引入至醱酵單元反應器中。醱酵反應區經設定大小並塑形以接收養分進料流使得養分進料流在醱酵反應期間藉由混合器混合且藉由加熱器加熱以產生乙醇。乙醇出口經設定大小並塑形使得乙醇自反應器移除。
在某些實施例中，醱酵單元反應器可包含研磨機，例如以將用於醱酵之植物物質與用於產生甘油之植物物質分離。在包括包含研磨機之醱酵單元反應器之一些實施例中，醱酵反應器可進一步包含過濾器，例如以進一步將用於醱酵之植物物質與用於產生甘油之植物物質分離。在包括包含研磨機之醱酵單元反應器之一些實施例中，醱酵反應器可進一步包含植物物質出口，例如以自醱酵單元反應器中移除用於產生甘油之植物物質。在某些較佳實施例中，醱酵單元反應器經組態以將乙醇與其他醱酵反應組分(諸如水)分離，例如包括蒸餾區。在一些實施例中，包括蒸餾區之醱酵單元反應器可包含經組態以便於例如將水與乙醇相分離的一或多個蒸餾塔盤。在某些實施例中，醱酵單元反應器之乙醇出口與反應器連通，該反應器經組態以進行脫水及氧化以產生環氧化物。在一些實施例中，醱酵單元反應器之蒸餾區可在與反應器連通之乙醇出口中封端，該反應器經組態以對醇進行脫水且氧化以產生環氧化物。
在某些實施例中，氣化單元包含經組態以產生合成氣之反應器，該合成氣包含一氧化碳、二氧化碳及氫氣。醱酵單元反應器包含含碳源入口、氧氣入口、氣化區、加熱器及合成氣出口。含碳源入口經設定大小並塑形使得含碳源進料流經引入至氣化單元反應器中。氣化區經設定大小並塑形以接收含碳源進料流，使得含碳源進料流與來自氧氣入口之氧氣混合且藉由加熱器加熱以產生合成氣。合成氣出口經設定大小並塑形使得自反應器移除包含一氧化碳、二氧化碳及氫氣之合成氣。在某些實施例中，合成氣出口與反應器連通，該反應器經組態以藉由氫氣來氫化氮氣以產生氨。
在某些實施例中，空氣分離單元包含反應器，該反應器經組態以將空氣分離成至少氧氣流及氫氣流。空氣分離單元反應器包含空氣源入口、第一空氣分離區、第二空氣分離區、第一分子篩、第二分子篩、真空泵及至少一個氣體出口。空氣源入口經設定大小並塑形使得空氣源進料流經引入至空氣分離單元反應器之第一空氣分離區中。位於第一空氣分離區中之第一分子篩以親和力將第一目標氣體吸附至第一分子篩且空氣源進料流繼續至位於第二空氣分離區中之第二分子篩，其中第二分子篩以親和力將第二目標氣體吸附至第二分子篩。真空泵經由至少一個氣體出口而自第一分子篩抽取第一目標氣體且隨後真空泵用於經由至少一個氣體出口而自第二分子篩抽取第二目標氣體。在某些較佳實施例中，第一目標氣體及第二目標氣體分別為氮氣及氧氣或分別為氧氣及氮氣。在某些實施例中，至少一個氣體出口與反應器連通，該反應器經組態以對醇進行脫水且氧化以產生環氧化物。
在某些實施例中，羰基化單元包含經組態以利用環氧化物及一氧化碳產生至少一種羰基化產物，諸如β內酯、酸酐及/或聚內酯的反應器。空氣分離單元反應器包含環氧化物源入口、一氧化碳源入口、羰基化區、加熱器、混合器及羰基化產物出口。環氧化物源入口經設定大小並塑形使得環氧化物源進料流經引入至羰基化單元反應器中。一氧化碳源入口經設定大小並塑形使得一氧化碳源進料流經引入至羰基化單元反應器中。羰基化區經設定大小並塑形以接收一氧化碳源進料流、環氧化物源進料流及用於羰基化反應之羰基化催化劑。加熱器可加熱羰基化區之內含物以足以進行羰基化反應。混合器可混合羰基化區之內含物以足以進行羰基化反應。羰基化產物出口經設定大小並塑形使得自羰基化單元反應器移除至少一種羰基化產物。在某些較佳實施例中，羰基化單元反應器與氣化單元反應器連通以接收一氧化碳進料流。
用於產生氨之習知系統及方法通常需要將一氧化碳及二氧化碳與氫分離以產生氨。此通常係由於一氧化碳及二氧化碳使通常用於習知方法之催化劑去活化。相比之下，本文中之方法使用氫/二氧化碳富集合成氣以產生氨，此係由於其因缺乏一氧化碳而具有更少不利影響。對於包括分離(而非諸如經由昂貴膜來分離氫)之實施例，可例如經由使二氧化碳溶劑化之分離以移除二氧化碳以獲得更少不利影響。
在一些實施例中，提供用於產生化學品產物之方法，其包含：使含碳材料氣化以產生合成氣；在存在羰基化催化劑的情況下藉由合成氣使環氧化物羰基化以產生β內酯及氫富集合成氣；以及在存在第二羰基化催化劑的情況下藉由二氧化碳富集合成氣使β內酯羰基化以產生丁二酸酐羰基化產物。在一些實施例中，可將空氣分離以產生氮氣進料流及/或氧進料流，其可經整合至該等方法中以產生羰基化產物及其衍生物，諸如氨及脲。在一些實施例中，可將原材料整合至本發明之方法中以產生具有羰基化產物及其衍生物之共聚物。
參考圖 1 ，方法100 為產生包括氨、脲、單體及聚合物之化學品產物之例示性方法。在方法100 中，含碳源102 經歷氣化104 以產生合成氣106 。隨後，藉由合成氣106 使第一試劑116 羰基化122 產生羰基化產物132 及氫富集合成氣142 。氫富集合成氣142 與第二試劑之接觸產生合成產物162 。可將氫富集合成氣142 與源自空氣分離152 之氮氣組合以產生氨162 。氨162 可進一步與二氧化碳組合以產生脲172 。羰基化產物132 可與二醇、三醇或前述(元素182 )之混合物組合以形成非均相共聚物192 。在一些實施例中，上文所描述之第一試劑116 可由源自養分112 之醱酵114 之環氧化物製成。在一些實施例中，空氣分離152 產生氮流及氧流。在一些實施例中，氧流可用於養分112 之醱酵114 中。養分112 之醱酵114 可進一步產生二氧化碳流。在一些實施例中，二氧化碳流與氨162 組合以產生脲172 。
上文所描述之例示性方法可使用適用於醱酵、脫水、氧化、氣化、羰基化及/或電解之一或多個反應器(亦稱為反應區)、反應容器或方法容器執行。該一或多個方法容器可包括經設定大小並塑形以藉由由不鏽鋼構成之一或多個阻擋層保持一定體積之物質的封閉體。該一或多個方法容器可經組態為分批處理反應器、固定床反應器、填充塔反應器、流體化床反應器、層流反應器、塞式流動反應器及/或連續攪拌槽反應器。
上文所描述之例示性方法可經由將習知地未使用的碳原子合併至最終產物中而減小化學品合成之環境佔據面積且增大碳效率。整合方法可相較於習知化學品製造設備而排放更少二氧化碳至大氣中。整合方法對於使用生物質或基於化石-燃料源之方法或蒸汽甲烷重組可提高碳效率，同時產生寶貴的商用化學品而非將呈二氧化碳形式之顯著碳部分排放至大氣。用於合成氨及脲之整合方法
在一個態樣中，本文提供一種用於合成氨、脲或前述之混合物之方法。參考圖 2A ，方法200 為經由合成氣之羰基化及空氣分離以產生氨及脲之例示性方法。在方法200 中，含碳源202 經歷氣化204 以產生合成氣206 。合成氣可由一氧化碳、氫及二氧化碳製成。隨後，環氧化物216 經歷藉由合成氣206 之羰基化222 以產生羰基化產物232 。氮氣源自空氣分離252 ，且氮氣與氫富集合成氣242 接觸以產生氨262 ，該氨可與二氧化碳組合以產生脲272 。
在一些實施例中，圖 2A 中所描繪之方法包含多個含碳源。舉例而言，參考圖 2B ，石油及/或化石燃料201 、城市固體廢棄物(MSW)205 及生物質203 為非限制性例示性含碳源。在一些實施例中，圖 2A 中所描繪之方法中之環氧化物216 可藉由對乙烯215 進行氧化來產生，如圖 2B 中所展示。乙烯可由石腦油(naphtha)217 產生。在一些實施例中，糖類用於產生乙醇214 ，該乙醇隨後可與玉米油212 反應以製得生物柴油211 及甘油210 。乙醇214 亦可用於產生乙烯215 。在一些實施例中，由圖 2A 之方法中之空氣分離252 產生之O2 可用於氧化乙烯215 以產生如圖 2B 中所展示之環氧化物216 。
在一些實施例中，本文中所描述之方法可更有效地使用原材料以產生羰基化產物。舉例而言，參考圖 3A ，方法300 涉及使生物質、MSW及/或基於化石燃料源氣化302 以產生合成氣304 。合成氣可由一氧化碳、氫氣及二氧化碳製成。養分312 可經醱酵以產生醇及二氧化碳314 。醇可經脫水以產生烯烴316 ，該烯烴隨後可在存在催化劑的情況下藉由來自空氣分離單元352 之氧進行氧化以產生環氧化物及二氧化碳。環氧化物322 可在存在羰基化催化劑的情況下與一氧化碳經歷羰基化以產生環氧化物羰基化產物。例示性羰基化產物可包括β-丙內酯(BPL)、丁二酸酐、聚丙內酯(PPL)及多元醇，或其任何混合物。可回收具有H2 :CO約為2之氫富集合成氣流。氮可在催化性反應中與氫富集合成氣組合以產生氨362 ；該氨隨後可與二氧化碳反應以產生脲372 。
在一些實施例中，圖 3A 中所描繪之方法進一步包含轉化石油313 以產生乙烯315 ， 該乙烯隨後可經氧化以產生用於如圖 3B 中所展示之羰基化方法322 中使用的環氧化物。
在一些變化形式中，本文中描述之系統及方法包含將合成氣分離成一氧化碳、氫氣及二氧化碳之分子組分。在某些變化形式中，分離提供更高純度之一氧化碳流、更高純度之氫氣流及/或更高純度之二氧化碳流。在系統及方法之一些變化形式中，使用合成氣之羰基化產生富集合成氣。然而，在本文中描述之系統及方法的其他變化形式中，可不需要羰基化以富集合成氣。相反，可使用此項技術中已知之適合方法及技術來分離合成氣之分子組分。舉例而言，可藉由使用膜過濾將合成氣分離成其分子組分。合成氣
在本文中描述之方法中，合成氣體可被稱為「合成氣(syngas)」。在一些變化形式中，合成氣包括氫及一氧化碳氣體之混合物。在某些變化形式中，合成氣進一步含有二氧化碳。在一些實施例中，合成氣包含藉由含碳源氣化所產生之分子組分，諸如一氧化碳、氫及二氧化碳。
大體而言，合成氣可源自含碳源之氣化，包括生物質、掩埋沼氣(landfill gas)、天然氣、煤、焦爐氣、鋼廠氣、石油及基於石油之產物。產生合成氣之習知工業方法包括氣化生物質、煤、石油及石油衍生之材料。本發明之方法包含氣化，該氣化包括加熱含碳材料以產生分子組分。可採用用於氣化之此項技術中已知之任何適合方法。
在某些實施例中，在高溫及壓力下，在存在鹼金屬催化劑源及蒸汽的情況下，進行含碳材料之氣化，產生合成氣。
在本文中之方法之一些變化形式中，生物質及基於石油之原料靈活性可呈現某些優點。此係由於進料成本及將原材料供應至設備所需要之定位及分配通道。在一些實施例中，生物質係用於產生合成氣且包括例如原木、甘蔗渣、玉米秸稈、柳枝稷、農業廢棄物及城市固體廢棄物。在一些實施例中，生物質衍生之碳構成最終化學品產物之至少10%碳含量。在某些實施例中，生物質衍生之碳構成最終化學品產物之100%碳含量。在某些實施例中，使用基於化石燃料之原材料源。此等源包括(例如)掩埋沼氣、天然氣、煤、石油及基於石油之產物。在某些實施例中，基於化石燃料之原材料源構成最終化學品產物之至少10%碳含量。在某些實施例中，基於石油之原材料源構成最終化學品產物之100%碳含量。在某些實施例中，用於醱酵以產生醇之養分可來自多種源。此等源包括(例如)玉米、甜菜及椰棗。
天然氣之蒸汽甲烷重組亦常用於產生氫富集合成氣。在某些實施例中，可能需要使用蒸汽甲烷重組以得到其氫比一氧化碳之比率為約2或更大之合成氣。有利地，蒸汽甲烷重組取代了產生具有較高氫比一氧化碳比率之合成氣所需要的水煤氣轉化反應要求，以執行多種下游化學品製造方法。在一些實施例中，用於氨製造之氫富集合成氣係藉由在蒸汽甲烷重組方法中使甲烷與水反應而產生的。在某些實施例中，在可進行蒸汽甲烷重組方法之前，必須自天然氣移除所有含硫化合物以防止催化劑毒化。舉例而言，自天然氣移除含硫合物之習知工業方法為在存在氧化鋅的情況下將其加熱至400℃。
在一些實施例中，將經純化天然氣傳送至蒸汽甲烷重組器，其中該經純化天然氣在存在鎳催化劑的情況下與過熱蒸汽混合且在高於750℃下重組。在高溫下，甲烷轉化為形成合成氣之氫、二氧化碳及少量一氧化碳，該合成氣之氫比一氧化碳比率為約2或更大。
在某些實施例中，合成氣流之氫比一氧化碳比率小於一。具有此比率之合成氣流傾向於為產生富含碳流之典型的生物質及固體氣化。在一些實施例中，合成氣流之氫比一氧化碳比率為至少1、至少1.5、至少2.0、至少2.5、至少3.0、至少3.5、至少4.0、至少4.5或至少5.0。在一些實施例中，合成氣流之氫比一氧化碳比率為約0.5-1.0、約1.0-1.5、約1.5-2.0、約2.0-2.5、約2.5-3.0、約3.0-3.5、約3.5-4.0、約4.0-4.5、約4.5-5.0、約1.0-2.0、約2.0-3.0、約3.0-4.0或約4.0-5.0。在一些實施例中，合成氣流之氫比一氧化碳比率為約1.5-3.0。此等氫富集合成氣流可為天然氣及其他輕脂族化合物之蒸汽甲烷重組之結果。在一些實施例中，氫富集合成氣源自環氧化物與一氧化碳之間的羰基化反應之廢氣，該一氧化碳包含於來自如本文所述之氣化中之合成氣。
源自含碳生物質之氣化之合成氣可含有大量二氧化碳。在一些變化形式中，合成氣可具有大於20%莫耳體積之二氧化碳。在某些變化形式中，用於本文中之方法之羰基化催化劑未受合成氣流中之高含量二氧化碳抑制。在一些實施例中，本文中之系統及方法可包括例如藉由使用過濾膜以將二氧化碳與合成氣分離。
在一些實施例中，用於羰基化反應之合成氣流含有在1莫耳%至30莫耳%範圍內之二氧化碳。在一些實施例中，過量二氧化碳經轉移用於下游化學品製造用途。在某些實施例中，含有很少或不含二氧化碳之合成氣流為下游化學品製造方法所需的。
視含碳源而定，合成氣可包含微量組分，諸如硫化羰、硫化氫、氮、水蒸氣及灰分。在一些實施例中，合成氣流含有諸如含硫化合物、氰化氫及含氮化合物之污染物，該等污染物可對用於本發明中描述之方法中之催化劑具有抑制性。因此，在一些實施例中，合成氣流可能在用於下游化學品製造方法之前需要調節方法。在一些實施例中，合成氣流實質上不含抑制性污染物。
合成氣之製造可使用一系列不同的進料以及多種處理條件及操作。類似地，用於處置及純化適用於實踐本發明中所描述之方法之合成氣的多種裝置及方法為可獲得的。羰基化
羰基化可包括藉由包含一氧化碳及或二氧化碳之合成氣將烯烴氧化物或環氧化物(諸如環氧乙烷)轉化為羰基化產物，諸如β內酯及/或丁二酸酐。
在某些實施例中，式
Figure 02_image001
之環氧化物之羰基化產生式
Figure 02_image003
之β內酯。
在某些實施例中，各Ra 、Rb 、Rc 及Rd 獨立地為H、視情況經取代之烷基、視情況經取代之烯基、視情況經取代之環烷基或視情況經取代之芳基。應理解，環氧化物及β內酯可具有非對稱中心，且以不同對映異構形式或非對映異構形式存在。該通式之化合物之所有光學異構體及立體異構體及其呈任何比率之混合物視為在該化學式之範疇內。因此，本文提供之任何化學式可包括(視情況可為)外消旋體、一或多個對映異構形式、一或多個非對映異構形式、一或多個滯轉異構形式及其呈任何比率之混合物。
「烷基」係指單價非分支鏈或分支鏈飽和烴鏈。在一些實施例中，烷基具有1至10個碳原子(亦即，C1-10 烷基)、1至9個碳原子(亦即，C1-9 烷基)、1至8個碳原子(亦即，C1-8 烷基)、1至7個碳原子(亦即，C1-7 烷基)、1至6個碳原子(亦即，C1-6 烷基)、1至5個碳原子(亦即，C1-5 烷基)、1至4個碳原子(亦即，C1-4 烷基)、1至3個碳原子(亦即，C1-3 烷基)或1至2個碳原子(亦即，C1-2 烷基)。烷基之實例包括甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、2-戊基、異戊基、新戊基、己基、2-己基、3-己基、3-甲基戊基及類似者。當命名具有特定碳原子數目之烷基殘基時，可涵蓋具有該碳原子數目之所有幾何異構體；因此，例如，「丁基」可包括正丁基、第二丁基、異丁基及第三丁基；「丙基」可包括正丙基及異丙基。
「烯基」係指具有至少一個烯烴不飽和位點(亦即，具有至少一個式C=C之部分)的不飽和直鏈或分支鏈單價烴鏈或其組合。在一些實施例中，烯基具有2至10個碳原子(亦即，C2-10 烯基)。烯基可呈「順式」或「反式」組態，或替代地呈「E」或「Z」組態。烯基之實例包括乙烯基、烯丙基、丙-1-烯基、丙-2-烯基、2-甲基丙-1-烯基、丁-1-烯基、丁-2-烯基、丁-3-烯基、其異構體，及類似者。
「環烷基」係指經由環碳原子連接之碳環非芳族基團。環烷基之實例包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基及類似物。
「芳基」係指具有單個環或具有多個稠環之環系統之6至18個環碳原子的單價芳族碳環基。芳基之實例包括苯基、萘基及及類似者。
術語「視情況經取代之」意謂指定基團未經取代或經一或多個取代基取代。取代基之實例可包括鹵基、-OSO2 R2 、-OSiR4 、-OR、C=CR2 、-R、-OC(O)R、-C(O)OR及-C(O)NR2 ，其中R獨立地為H、視情況經取代之烷基、視情況經取代之烯基或視情況經取代之芳基。在一些實施例中，R獨立地為未經取代之烷基、未經取代之烯基或未經取代之芳基。在一些實施例中，R獨立地為H、甲基(Me)、乙基(Et)、丙基(Pr)、丁基(Bu)、苯甲基(Bn)、烯丙基、苯基(Ph)或鹵烷基。在某些實施例中，取代基可包括F、Cl、-OSO2 Me、-OTBS (其中「TBS」為第三丁基(二甲基)矽烷基))、-OMOM、-OMe、-OEt、-OiPr、-OPh、-OCH2 CHCH2 、-OBn、-OCH2 (呋喃基)、-OCF2 CHF2 、-C=CH2 、-OC(O)Me、-OC(O)nPr、-OC(O)Ph、-OC(O)C(Me)CH2 、-C(O)OMe、-C(O)OnPr、-C(O)NMe2 、-CN、-Ph、-C6 F5 、-C6 H4 OMe及-OH。
在一個變化形式中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之三者為H，且剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 為視情況經取代之烷基、視情況經取代之烯基、視情況經取代之環烷基或視情況經取代之芳基。在一個變化形式中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之三者為H，且剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 為未經取代之烷基或經選自由以下組成之群中的取代基取代之烷基：鹵基、-OSO2 R2 、-OSiR4 、-OR、C=CR2 、-R、-OC(O)R、-C(O)OR及-C(O)NR2 ，其中R獨立地為H、Me、Et、Pr、Bu、Bn、烯丙基及Ph。
在一個變化形式中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之兩者為H，且Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之剩餘兩者為視情況經取代之烷基。在一個變化形式中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之兩者為H，剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之烷基，且剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之芳基。在一個變化形式中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之兩者為H，剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之烷基，且剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之烯基。在一個變化形式中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之兩者為H，剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之烷基，且剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之環烷基。在一個變化形式中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之兩者為H，且剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之烯基，且剩餘Ra 、Rb 、Rc 及Rd 中之一者為視情況經取代之芳基。
在某些實施例中，Ra 、Rb 、Rc 及Rd 為H。在某些實施例中，Ra 、Rb 、Rc 為H，且Rd 為視情況經取代之烷基。在某些實施例中，Rd 、Rb 及Rc 為H，且Ra 為視情況經取代之烷基。在某些實施例中，Ra 、Rb 及Rc 為H，且Rd 為視情況經取代之烯基。在某些實施例中，Rd 、Rb 及Rc 為H，且Ra 為視情況經取代之烯基。在某些實施例中，Ra 、Rb 及Rc 為H，且Rd 為視情況經取代之環烷基。在某些實施例中，Rd 、Rb 及Rc 為H，且Ra 為視情況經取代之環烷基。在某些實施例中，Ra 、Rb 及Rc 為H，且Rd 為視情況經取代之芳基。在某些實施例中，Rd 、Rb 及Rc 為H，且Ra 為視情況經取代之芳基。
在某些實施例中，Ra 及Rb 為視情況經取代之烷基，且Rc 及Rd 為H。在某些實施例中，Rc 及Rd 視情況經取代之烷基，且Ra 及Rb 為H。在某些實施例中，Ra 及Rb 一起形成視情況經取代之環。在某些實施例中，Rc 及Rd 一起形成視情況經取代之環。在某些實施例中，視情況經取代之環為含有3至10個碳原子之碳環非芳族環。在某些實施例中，碳環非芳族環含有至少一個烯系不飽和位點。
在某些實施例中，Ra 及Rd 一起形成視情況經取代之環。在某些實施例中，視情況經取代之環為含有3至10個碳原子之碳環非芳族環。在某些實施例中，碳環非芳族環含有至少一個烯系不飽和位點。
在某些實施例中，Ra 及Rd 各自獨立地為視情況經取代之烷基，且Rb 及Rc 為H。在某些實施例中，Ra 為視情況經取代之烷基，Rd 為視情況經取代之芳基，且Rb 及Rc 為H。在某些實施例中，Rd 為視情況經取代之烷基，Ra 為視情況經取代之芳基且Rb 及Rc 為H。在某些實施例中，Ra 為視情況經取代之烯基，Rd 為視情況經取代之芳基，且Rb 及Rc 為H。在某些實施例中，Rd 為視情況經取代之烯基，Ra 為視情況經取代之芳基，且Rb 及Rc 為H。在某些實施例中，Ra 為視情況經取代之烷基，Rd 為視情況經取代之烯基，且Rb 及Rc 為H。在某些實施例中，Rd 為視情況經取代之烷基，Ra 為視情況經取代之烯基，且Rb 及Rc 為H。
在下文表A中，A行包括經受羰基化之環氧化物且B行包括藉由環氧化物之羰基化所產生之各別β內酯。 表 A.
Figure 02_image005
Figure 02_image007
Figure 02_image009
Figure 02_image011
Figure 02_image013
Figure 02_image015
Figure 02_image017
Figure 02_image019
Figure 02_image021
Figure 02_image023
Figure 02_image025
Figure 02_image027
適用於藉由合成氣來使環氧化物及/或丁二酸酐羰基化之方法包括使用羰基化催化劑。在一些實施例中，羰基化催化劑包含金屬羰基路易斯酸(Lewis acid)部分。在一些實施例中，羰基化催化劑選擇性針對一氧化碳或二氧化碳之羰基化。
在一些實施例中，羰基化催化劑用於本文所描述之任一方法中且羰基化催化劑包含金屬羰基化合物結合陽離子路易斯酸，路易斯酸具有式[(Lc )v Mb ]z+ ，其中： LC 為配位體，其中當存在兩個或更多個LC 時，各自可相同或不同； M為金屬原子，其中當存在兩個M時，各自可相同或不同； v為1至4之整數(包括端值)； b為1至2之整數(包括端值)；以及 z為表示金屬複合物上之陽離子電荷的大於0之整數。
在一些實施例中，路易酸具有結構I：
Figure 02_image029
，其中
Figure 02_image031
為多齒配位體；M為與多齒配位體配位之金屬；以及a為金屬原子之電荷且介於0至2範圍內。
在一些實施例中，路易酸具有結構II
Figure 02_image033
，其中a如上文所定義(各a可不同或相同)，M1 為第一金屬原子；M2 為第二金屬原子；以及
Figure 02_image035
包含能夠配位兩個金屬原子之多齒配位體系統。
在一些實施例中，視饋入羰基化反應中以及在羰基化反應方法期間使用的多少一氧化碳而定，富集合成氣之氫比一氧化碳比率為至少1.5、至少2、至少2.5、至少3.0、至少3.5、至少4.0、至少4.5、至少5.0、至少5.5、至少6.0、至少6.5、至少7.0、至少7.5、至少8.0、至少8.5、至少9.0、至少9.5或至少10。在一些實施例中，富集合成氣之氫比一氧化碳比率為約1.5-3.0、約3.0-4.5、約4.5-6.0、約6.0-7.5、約7.5-9.0或約9.0-10.0。
在一些實施例中，羰基化產物為β內酯。在某些實施例中，β內酯可為β丁內酯、β戊內酯、β庚內酯、β十三烷內酯、順-3,4-二甲基氧雜環丁-2-酮、4-(丁-3-烯-1-基)氧雜環丁-2-酮、4-(丁氧基甲基)-2-氧雜環丁酮、4-[[[(1,1-二甲基乙基)二甲基矽烷基]氧基]甲基]-2-氧雜環丁酮、4-[(2-丙烯-1-基氧基)甲基]-2-氧雜環丁酮、4-[(苯甲醯氧基)甲基]-2-氧雜環丁酮。在一些實施例中，該等方法產生β-丙內酯。空氣分離
在另一態樣中，整合氨及脲合成方法包含將空氣分離成氮流及氧流。在一些實施例中，氮流與氫富集合成氣流接觸以形成氨。在某一些實施例中，氨與二氧化碳接觸以形成脲。在一些實施例中，氧流在氧化步驟中在存在催化劑的情況下與烯烴接觸以產生環氧化物及二氧化碳。氨合成
在一些實施例中，氨合成方法包含在壓力容器中使用鐵催化劑將氮氣與氫富集合成氣混合以產生氨。在一些實施例中，可使用釕催化劑。在一些實施例中，氨合成方法包含在約100-150℃、約150-200℃、約200-250℃、約250-300℃、約300-350、約350-400℃、約400-450℃、約450-500℃、約500-550℃、約550-600℃、約600-700℃、約700-800℃或約800-900℃下將氮氣與氫富集合成氣混合。在一些實施例中，氨合成方法包含在約400-450℃下將氮氣與氫富集合成氣混合。在一些實施例中，氨合成方法包含在約50-100 atm、約100-150 atm、約150-200 atm、約200-250 atm、約250-300 atm、約300-350 atm或約350-400 atm下將氮氣與氫富集合成氣混合。在一些實施例中，氨合成方法包含在約200 atm下將氮氣與氫富集合成氣混合。
在一些實施例中，氨合成方法為約10-20分鐘、約20-30分鐘、約30-40分鐘、約40-50分鐘、約50-60分鐘、約1-2小時、約2-3小時或約3-4小時。
在一些實施例中，氫富集合成氣及氮氣在催化劑床上通過超過一次、超過兩次、超過三次、超過四次、超過五次、超過六次、超過七次、超過八次、超過九次、超過十次、超過15次、超過20次、超過25次、或超過30次。
在一些實施例中，各自通過催化劑床之轉化率在約5-10%、約10-15%、約15-20%、約20-25%、約25-30%、約30-35%、約35-40%、約40-45%或約45-50%範圍內。在一些實施例中，各自通過催化劑床之轉化率為約15%。截至該方法結束，在一些實施例中，氮及氫至氨之轉化超過約50%、超過約55%、超過約60%、超過約65%、超過約70%、超過約80%、超過約85%、超過約90%、超過約95%或超過約97%。在一些實施例中，氮及氫至氨之轉化為約97%。在一些實施例中，在冷卻之後，氨變成液體且未反應氣體再循環回至氨化方法中。脲合成
在另一態樣中，可使用在醇醱酵、烯烴氧化及合成氣製造期間產生的過量二氧化碳來使氨產物羰基化以產生含氮化合物，諸如脲。在一些實施例中，二氧化碳源自醇醱酵方法。在一些實施例中，二氧化碳源自烯烴氧化方法。在一些實施例中，二氧化碳源自合成氣。在一些實施例中，二氧化碳源自醇醱酵、烯烴氧化及合成氣或其組合。在一些實施例中，二氧化碳可源自烯烴氧化及/或醱酵及/或合成氣以用於下游化學方法中。
在一些實施例中，用於脲生產方法之二氧化碳源自生物質之氣化。在某些實施例中，用於脲製造方法之二氧化碳源自石油及基於石油源之氣化。在一些實施例中，在脲製造方法中與氨反應的二氧化碳源自醇醱酵、烯烴氧化及氣化之混合物。在一些實施例中，在脲製造方法中與氨反應之二氧化碳源自至少10%、至少20%、至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%或至少90%生物基源。在一些實施例中，在脲製造方法中與氨反應之二氧化碳源自約100%生物基源。
在一些實施例中，二氧化碳在高壓下與氨反應以形成胺基甲酸銨。在一些實施例中，二氧化碳在約50-100 atm、約100-150 atm、約150-200 atm、約200-250 atm、約250-300 atm、約300-350 atm、約350-400 atm或約400-500 atm下與氨反應。在一些實施例中，二氧化碳在約250 atm下與氨反應。由於反應為發熱的，因此藉由產生蒸汽之鍋爐回收熱。在一些實施例中，初始反應實現超過50%、超過55%、超過60%、超過65%、超過70%、超過75%、超過80%、超過85%、超過90%或超過95%之二氧化碳至脲之轉化。在一些實施例中，初始反應實現超過75%之二氧化碳至脲之轉化。
執行三步驟純化方法以移除水及未消耗的反應氨、二氧化碳及胺基甲酸銨，得到脲產物。在一些實施例中，脲產物包含約30-40%、約40-50%、約50-60%、約60-70%、約70-75%、約75-80%、約80-85%、約85-90%或約90-95%脲。在一些實施例中，脲產物包含約5-10%、約10-15%、約15-20%、約20-25%、約25-30%、約30-35%、約35-40%、約45-50%、或約50-55%脲。在一些實施例中，脲產物包含約75-80%脲，以及約20%氨。
在不受理論束縛之情況下，在一些實施例中，脲係經由兩個均衡反應中之胺基甲酸銨中間物由氨及二氧化碳產生：
Figure 02_image037
相比之下，使用兩個脲分子以形成縮二脲及氨之工業合成脲為非所需的，不僅因為其降低脲產率，且亦因為縮二脲對於植物為有毒的，使得其不適合用作肥料。 用於合成共聚物之整合系統及方法
在另一態樣中，提供整合原材料以產生共聚物以及羰基化產物之系統及方法。在一些實施例中，該方法將植物物質轉換成甘油三酯，將甘油三酯轉酯(transesterificate)化以產生甘油且將甘油與羰基化產物(諸如β內酯)共聚合。在一些實施例中，該方法包含β內酯與甘油之共聚合。在一些實施例中，該方法包含丁二酸酐與甘油之共聚合。
參考圖 4 ， 方法400 為涉及處理植物482 以自植物萃取植物油之例示性方法。例示性植物可包括玉米、甜菜及椰棗。可用甲醇及氫富集合成氣處理植物油，其在轉酯化區484 中經歷化學修飾以產生甘油486 。含碳源402 經歷氣化404 以產生合成氣流406 。隨後，藉由合成氣流使環氧化物羰基化422 產生環氧化物羰基化產物432 。羰基化產物432 可與甘油486 組合以產生共聚物及/或多元醇492 。 植物油轉酯化
植物脂肪及植物油由甘油三酯構成，其為藉由三種游離脂肪酸與三醇(甘油)之反應所形成之酯。在不受理論束縛之情況下，在轉酯化方法中，所添加醇藉由鹼去質子化以使得其成為更強的親核試劑。除三酸甘油酯及醇以外，反應不具有其他輸入物。在一些實施例中，催化劑(酸及/或鹼)用於轉酯化反應。在一些實施例中，在轉酯化反應期間加熱三酸甘油酯及醇。用於轉酯化之常用鹼催化劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀及甲醇鈉。
在某些實施例中，轉酯化反應涉及使植物油或脂肪與短鏈醇(諸如甲醇及乙醇)反應。在一些實施例中，轉酯化方法必須使用低分子量乙醇，乙醇由於低成本而最常使用。然而，使用甲醇可達成更高的生物柴油轉化率。
在一些實施例中，轉酯化反應使用藉由本文中所描述之醇醱酵方法所產生的乙醇。在一些實施例中，轉酯化反應藉由酸催化。在一些實施例中，轉酯化反應為鹼催化的，此係由於此途徑具有比用於酸催化反應的彼等更短的反應時間及更低的催化劑成本。
在一些實施例中，鹼催化轉酯化反應藉由醇進行以產生生物柴油及甘油(其可為此反應之副產物)。轉酯化產物包括生物柴油、肥皂、甘油、過量醇及痕量之水。在一些實施例中，甘油與生物柴油及其他產物分離，經處理且純化以用於下游化學品製造。在一些實施例中，基於密度差異將甘油與生物柴油分離。在一些實施例中，殘餘甲醇藉由蒸餾回收且重複使用且肥皂可經移除或轉化為酸。在一些變化形式中，甘油可經整合回至本文中所描述之系統及方法中。
在一些實施例中，所萃取植物油可用於經由轉酯化之化學反應產生寶貴的生物燃料，生物柴油。在本發明中，不存在關於可用於生物柴油製造中之植物油的限制。例示性進料可包括(但不限於)玉米、甜菜、椰棗、紅花、棉籽及任何較高含油植物。不純且再循環植物油經處理以移除源自儲存、操作及處理之雜質。無關於原料，去除水，因為其存在在鹼催化轉酯化期間使得甘油三酯水解，得到脂肪酸鹽(肥皂)而非產生生物柴油。
在一些實施例中，用於製造生物柴油之植物油源自玉米，此係由於本發明中描述之整合方法可使用玉米糖類作為醇醱酵中之養分源。在一些實施例中，在本發明中用於生物柴油製造之植物油將源自處理用作醱酵之養分源之植物物質。在一些實施例中，在本發明中用於生物柴油製造之植物油將源自獲自其他源(諸如農業廢棄物)之植物物質。植物油萃取方法可產生不含任何污染物之實質上純的油。
在一些實施例中，純植物油流與醇流及合成氣流反應以引發轉酯化反應。在一些實施例中，用於轉酯化方法中之醇包含乙醇。在一些實施例中，用於轉酯化方法中之醇包含甲醇。在一些實施例中，合成氣流之氫比一氧化碳比率小於一。在一些實施例中，合成氣流之氫比一氧化碳比率大於一。在一些實施例中，轉酯化反應係鹼催化的。
在一些實施例中，植物油包含少量水分及游離脂肪酸。在一些實施例中，植物油包含低於10%、低於5%、低於4%、低於3%、低於2%或小於1%之水分(w/w)。在一些實施例中，植物油包含低於30%、低於25%、低於20%、低於15%、低於10%、低於5%或小於1%之游離脂肪酸(w/w)。
在一些實施例中，轉酯化反應物具有約超過50%、超過55%、超過60%、超過65%、超過70%、超過75%、超過80%、超過85%、超過90%、超過95%或超過98%之轉化率。在一些實施例中，轉酯化反應具有超過98%之轉化率。聚合反應
在一些實施例中，共聚合在存在金屬複合物的情況下進行，該金屬複合物包括具有至少一種配位體之永久配位體集合，該配位體為聚合起始劑及具有能夠引發聚合物鏈之複數個位點的鏈轉移劑。在一些實施例中，作為聚合起始劑之配位體具有複數個聚合物引發位點。適用於本發明之鏈轉移劑包含具有能夠在環氧化物與甘油之共聚合中引發鏈生長之兩個或更多個位點之任何化合物。在一些實施例中，此等化合物並不具有干擾聚合之其他官能基。在一些實施例中，可在存在催化劑的情況下執行甘油與環氧化物之共聚合。在一些實施例中，聚合系統進一步包括共催化劑。
在一些實施例中，鏈轉移劑可具有較寬廣化學結構陣列。在一些實施例中，鏈轉移劑之各分子能夠引發兩個或更多個聚碳酸酯鏈。在不受理論束縛之情況下，此可藉由數個機制發生，包括(例如)：藉由使環氧化物單體開環，藉由與二氧化碳分子反應以得到能夠維持聚合物鏈生長之部分，或藉由此等之組合。在一些實施例中，鏈轉移劑包含能夠獨立地與二氧化碳或環氧化物反應之兩個或更多個官能基。此等官能基之實例包括分子，諸如二酸、乙二醇、二醇、三醇、羥基酸、胺基酸、胺基乙醇、二硫醇、氫硫基乙醇、醣類、兒茶酚、聚醚等。在一些實施例中，鏈轉移劑包含自身能夠反應多次以引發超過一個聚合物鏈之多重活性官能基。後者之實例包括具有能夠反應多次之單原子之官能基，諸如氨、一級胺及水，以及具有超過一個親核原子之官能基，諸如脒(amidines)、胍、脲、
Figure 108116656-A0101-12-0030-1
酸等。
在一些實施例中，在不受任何理論限制的情況下，甘油與羰基化產物之共聚合可包含開環聚合。在一些實施例中，β內酯及/或丁二酸酐在存在具有羥基之化合物(諸如甘油)的情況下經受開環聚合反應。在一些實施例中，共聚合包含在鹼金屬氫氧化物(例如氫氧化鈉或氫氧化鉀)或鹼金屬醇化物(例如甲醇鈉、乙醇鈉、乙醇鉀或異丙醇鉀)作為催化劑下在添加含有2至8個反應性氫之至少一種起始劑分子下的陰離子聚合。在一些實施例中，共聚合包含藉由路易酸(例如五氯化銻或醚合三氟化硼)之陽離子聚合。在一些實施例中，共聚合包含來自在伸烷基中包含2至4個碳之一或多個環氧烷之漂白土作為催化劑。
在一些實施例中，多元醇產物含有至少10%、至少20%、至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%或至少90%生物基內含物。在一些實施例中，多元醇產物含有約100%生物基內含物。多元醇生物基內含物可源自導致環氧化物羰基化產物與甘油之共聚合的化學方法中之任一者，包括產生甘油之植物物質處理、環氧化物製造及合成氣產生。
參考圖 5 ，方法500 為產生多元醇之例示性方法。方法500 包含提供源自生物質或基於化石燃料源之氣化502 的經調節合成氣504 ；提供養分用於醱酵512 以產生醇及二氧化碳514 ；使醇脫水516 以產生烯烴；在催化反應中氧化烯烴518 以產生環氧化物及二氧化碳；使環氧化物與一氧化碳在存在羰基化催化劑的情況下反應522 以產生β內酯產物；回收氫富集合成氣流；處理582 並萃取584 植物油；使植物油在醇及氫富集合成氣流下經歷轉酯化處理586 以產生生物柴油及甘油；將長鏈烷基酯及甘油副產物處理成單獨流588 ；以及使β內酯與經處理甘油在存在催化劑的情況下共聚合592 以產生多元醇共聚物產物。 源自整合方法中之養分醱酵的環氧化物之羰基化
在另一態樣中，本文提供源自整合方法中使養分醱酵的環氧化物之羰基化。參考圖 6 ，方法600 為包括使養分培養基醱酵612 以產生醇之例示性方法。舉例而言，適合之培養基可含有對醱酵具有一般技術者熟知的可代謝糖類及能量源、蛋白質複合物、維生素及礦物。醇與醱酵區分離且經脫水以產生烯烴614 。隨後，烯烴經氧化以產生環氧化物618 ，隨後該環氧化物在羰基化單元622 中與合成氣606 反應以產生羰基化產物632 及氫富集合成氣642 。在一些實施例中，氫富集合成氣642 用於氨形成644 中。在一些實施例中，合成氣606 源自含碳源602 ， 包括(例如)生物質、甲烷及基於石油之材料之氣化604 。養分
在一些實施例中，養分包含單糖、複合糖、複合碳水化合物、多醣、蛋白質複合物、蛋白質水解產物或前述之混合物。用於細菌細胞之維持及生長之任何適合的方法可用於醱酵。舉例而言，醱酵條件可包括適合之溫度。在一些變化形式中，可在約250℃與約600℃之間，或在約300℃與約400℃之間的溫度下執行醱酵。醇脫水
在一些實施例中，脫水包含自醇移除羥基及氫原子以產生烯烴。可使用用於將醇脫水成對應不飽和烴之任何適合方法。
在一些變化形式中，脫水包含使經氣化醇穿過裝填有粗糙氧化鋁顆粒之試管且保持在約250-300℃、300-350℃、約350-400℃、約400-450℃或約450-500℃的溫度下。在一些實施例中，醇係藉由使用化學脫水劑在約50-100℃、約100-150℃、約150-200℃、約200-250℃或約250-300℃下脫水。在一些實施例中，脫水劑包含硫酸。在一些實施例中，該方法產生甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇或前述之混合物。在一些實施例中，該方法產生乙醇。
整合化學脫水方法，諸如醇脫水以形成烯烴可因此成為在如上文所描述之此類條件下在整個設備中保持高效水利用率之關鍵方法操作因素。烯烴氧化
烯烴氧化包含將烯烴轉化為氧化烯烴或環氧化物，諸如環氧乙烷。可使用用於氧化烯烴以產生環氧化物之適合方法。舉例而言，此類方法包括使用銀環氧化催化劑及/或升級的銀環氧化催化劑。
在一些實施例中，該方法產生選自由以下組成之群的環氧化物：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-丁烯氧化物、2,3-丁烯氧化物、環氧環己烷、3-乙烯基環氧環己烷、環氧氯丙烷、縮水甘油酯、縮水甘油醚、氧化苯乙烯及更高α烯烴之環氧化物。在一些實施例中，該方法產生環氧乙烷。
在一些實施例中，烯烴藉由氧氣氧化。在一些實施例中，氧氣源自空氣分離。在一些實施例中，氧源自二氧化碳電解。如下文使用之二氧化碳電解或轉化係指任何電化學方法，其中二氧化碳、碳酸鹽或碳酸氫鹽在電解方法中之任何步驟中經轉化為另一化學物質。
電化學電池通常含有陽極、陰極及電解質。催化劑可置放於陽極上、陽極及陰極兩者處或僅陰極上。此外，催化劑可置放於電解質中或與陽極及陰極組合以促進所需電化學反應。在一些實施例中，催化劑包含以下中之一或多者：Ni、Cu、Au、Ru、Rh、Hg、Sn、Zr、Al、Co、Fe、Cr、Mn、V、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Si、Tl、Pb、Bi、Sb、Te、U、Sm、La、Ce及Nd。
在一些實施例中，催化劑增強二氧化碳轉化率或其他化合物之轉化。此等催化劑可包括進行以下各者中之至少一者的例如催化活性元素、輔助催化劑(其為任何有機分子或離子)或有機分子及/或離子之混合物：a)使化學反應加速或b)降低反應之過電勢，而不需在方法中經實質上消耗)；以及輔助聚合物，其係指進行以下各者中之至少一者之聚合物：a)使化學反應加速；b)增大給定電勢下之電化學反應中可見的電流；或c)增大反應之選擇性。涉及二氧化碳轉化為其他化學品之反應類型包括均相催化反應、非均相催化反應、發電設備中之化學反應、化學設備中之化學反應及燃料電池中之化學反應。
當電化學電池用作二氧化碳轉化系統時，將包含二氧化碳、碳酸鹽或碳酸氫鹽之反應物饋入至電池中。施加電壓且二氧化碳反應以形成新型化學化合物。在一些實施例中，用於電化學反應之二氧化碳源自醇醱酵。在一些實施例中，用於電化學反應之二氧化碳源自烯烴氧化方法。在一些實施例中，用於電化學反應之二氧化碳源自合成氣。在一些實施例中，用於電化學反應之二氧化碳源自養分醱酵、烯烴氧化方法及合成氣或其組合。在一些實施例中，電化學反應消耗二氧化碳以形成氧及一氧化碳。在一些實施例中，電化學反應將二氧化碳、碳酸鹽及碳酸氫鹽或其混合物轉化為氧及一氧化碳。
二氧化碳電解可幫助還原自大規模工業設備排放之二氧化碳且消除對空氣分離單元供應氧氣之需求。
養分醱酵方法可用於在本文中描述之所有整合方法中產生環氧化物。藉由氫富集合成氣之下游反應
在一些實施例中，氫富集合成氣經整合至下游化學品製造方法中以製得多種寶貴產物。在一些實施例中，氫富集合成氣之H2 :CO比率為至少1.5、至少2、至少2.5、至少3.0、至少3.5、至少4.0、至少4.5、至少5.0、至少5.5、至少6.0、至少6.5、至少7.0、至少7.5、至少8.0、至少8.5、至少9.0、至少9.5或至少10。在一些實施例中，氫富集合成氣經整合至費-托法中以產生費-托產物。本文中之系統及方法中產生之高純度氫氣流可針對用於能量消耗之氫燃料電池。在一些實施例中，氫富集合成氣可與氫燃料電池反應以產生電能。在一些實施例中，氫富集合成氣可與氮氣反應以產生氨。在一些實施例中，氨可進一步與二氧化碳反應以產生脲。
在一些實施例中，氫富集合成氣可進一步饋入經組態用於費-托法744 的 反應器中，如圖 7 中之例示性方法700 描繪。在一些實施例中，氫富集合成氣可進一步饋入經組態為氫燃料電池電源742 之電池中，如方法700 中再次描繪。再次參考圖 7 ， 方法700 亦可包括在步驟712 中使養分醱酵以產生醇714 ；使醇脫水以產生烯烴716 ；藉由氧使烯烴氧化以產生環氧化物718 ；使含碳源氣化702 以產生H2 :CO＜1之合成氣流；調節合成氣704 ；藉由合成氣流使環氧化物羰基化722 以產生羰基化產物732 ；以及在下游化學品製造方法中利用環氧化物羰基化產物製得衍生物。舉例而言，在一些變化形式中，此類下游方法可包括與甘油反應以產生多元醇。在一些實施例中，可將醇與其他醱酵副產物分離，隨後使醇脫水。在一些實施例中，氫富集合成氣流經轉移用於非化學品合成用途，諸如用於在燃料或電力工業中出售或用於作為商用化學品出售。
在一些實施例中，源自羰基化反應之氫富集合成氣用於在第二羰基化反應中使環氧化物羰基化。參考圖 8 ，方法800 為例示性方法，其中環氧化物在第一羰基化單元822 及第二羰基化單元824 中藉由合成氣碳酸化804 。將第一氫富集氣體與二氧化碳組合以產生甲醇842 。隨後，甲醇經歷甲醇至烯烴方法844 ， 其中產生烯烴產物流。烯烴產物流經歷烯烴氧化處理818 ， 產生環氧化物流。在某些實施例中，氧可獲自空氣之分離。第二氫富集合成氣可用於其他氫化反應846 。在一些實施例中，將一氧化碳下游添加至第一羰基化單元。藉由第二羰基化826 中產生的β內酯執行第二羰基化反應。此反應產生酐產物流，其可在下游化學品製造方法中用作中間物。在一些實施例中，酐產物流經歷氫化處理846 以轉化為寶貴的化學品。視步驟846 中使用的催化劑類型及產生的酐化學結構而定，產生多種氫化產物。舉例而言，此類氫化產物可包括四氫呋喃、丁二醇及γ-丁內酯。
第二羰基化方法可用於本文中描述之所有整合方法中以增大合成氣中之H2 :CO比率。
在一些實施例中，方法包含使含碳材料氣化以產生包含分子組分一氧化碳之合成氣；藉由合成氣使包含環氧乙烷之第一試劑羰基化以產生包含β-丙內酯之羰基化產物及氫富集合成氣；以及使包含氫之富集合成氣與包含烯烴之第二試劑反應以產生醛或異醛。參考圖 9 ， 方法900 為涉及製造醛及異醛之例示性方法。在一些實施例中，當源自醇脫水之烯烴918 與合成氣接觸且在存在催化劑的情況下經受氫甲醯化反應942 時，進行整合醛及異醛製造方法900 以產生醛及異醛流。
在一些實施例中，提供使用二氧化碳電解劑整合設備操作以產生更高價值化學品的方法。參考圖 10 ，方法1000 為涉及電解二氧化碳以產生氧及一氧化碳1002 之例示性方法；使養分醱酵以產生醇及二氧化碳1012 ；使醇脫水以產生烯烴1014 ；藉由氧使烯烴氧化以產生環氧化物1016 ；以及在存在羰基化催化劑的情況下藉由一氧化碳使環氧化物羰基化以產生β內酯產物1022 。在一個變化形式中，可在固體氧化物電解器中執行電解步驟。在一些實施例中，方法包括醇分離步驟，該醇分離步驟包含蒸餾。在一些實施例中，方法包括諸如使用分子篩及滲透蒸發的脫水步驟。在一些實施例中，用於電解之二氧化碳源源自醇醱酵1012 、烯烴氧化1016 、含有二氧化碳之合成氣製造流或前述之混合物。氧流1004 經處理且視情況經純化。
在一些實施例中，視情況經純化之氧流1004 用於烯烴氧化1016 中，因此產生替代性或並行流至醇脫水用於環氧化物製造。在一些實施例中，一氧化碳流1006 經處理且視情況經純化。在一些實施例中，在羰基化單元1022 中，視情況經純化之一氧化碳流1006 與來自烯烴氧化1016 之環氧化物混合，產生環氧化物羰基化產物。藉由本發明中之方法之某些實施例製得的羰基化產物包括例如β內酯及β內酯聚合物1032 。
參考圖 11A ，方法1100 為產生氨、脲及共聚物之例示性方法。該方法包含提供源自生物質或基於化石燃料源之氣化1104 的合成氣1106 ；提供養分用於醱酵以產生醇及二氧化碳1112 ；使醇脫水以產生烯烴1114 ；提供來自空氣分離單元1152 之氮及氧；在催化性反應中將氧與烯烴組合以產生環氧化物及二氧化碳1116 ；在存在羰基化催化劑的情況下使環氧化物與合成氣反應1122 以產生β內酯產物1132 ；回收具有比起始合成氣流更高氫比一氧化碳比率之氫富集合成氣流1142 ；在處理期間純化植物油1182 ；藉由醇及氫富集合成氣流使植物油經歷轉酯化處理以產生長鏈烷基酯及甘油1184 ；將長鏈烷基酯及甘油副產物處理成單獨流1186 ；以及在存在催化劑的情況下將β內酯與經處理甘油共聚合以產生多元醇共聚物產物1192 。在一些實施例中，由養分醱酵1112 產生之醇1113 可用於如圖 11B 中所展示之植物油萃取方法1182 中。在一些實施例中，由含碳源1102 之氣化1104 產生之氣體可直接地用於藉由與來自空氣分離1152 之N2 反應來製造氨1162 而不需經由如圖 11B 中所展示的羰基化反應1122 。用於製造單體及聚合物之整合方法
本文提供產生單體、聚合物、共聚物及/或三元共聚物產物之系統及方法。本發明之較佳實施例係針對用於製造包括丙烯腈、丁二烯及苯乙烯之單體的整合方法。在某些較佳實施例中，本發明係針對用於製造聚合物、共聚物及三聚物(包括聚丙烯腈、苯乙烯丁二烯共聚物、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物及丙烯腈苯乙烯丁二烯三聚物)之整合方法。
在某些實施例中，丙烯腈化合物及其他腈化合物可由β-羥基醯胺及/或β內酯產生。在某些實施例中，方法包括以下步驟：將空氣分離成氧氣及氮氣；使含碳材料氣化以產生包含一氧化碳、二氧化碳及氫氣之原始合成氣流；使養分醱酵以產生生物基醇；使一部分生物基醇脫水以產生生物基烯烴；藉由氧使生物基烯烴氧化以產生生物基環氧化物；藉由該原始合成氣使該生物基環氧化物羰基化以產生生物基β內酯、氫流及二氧化碳流；藉由氫氣使氮氣氫化以產生氨；使生物基β內酯與氨反應以產生β丙胺酸-正-3-羥基-1-丙氧基、β-丙胺酸及3-羥基丙醯胺；以及使3-羥基丙醯胺脫水以產生丙烯醯胺及丙烯腈。在某些實施例中，將3-羥基丙醯胺與氨水組合。在某些實施例中，將3-羥基丙醯胺與含氫氧化銨之水組合。在某些實施例中，將3-羥基丙醯胺與氨及脫水劑組合。在一些實施例中，脫水劑可為五氧化二磷、有機磷化合物、碳二亞胺化合物、三嗪化合物、有機矽化合物、過渡金屬複合物或鋁複合物。
在一些變化形式中，根據本文中所描述之方法製造之丙烯腈化合物及其他腈化合物可用作用於工業製備聚合物、共聚物及/或三聚物的單體。
舉例而言，根據本文中所描述之方法製備之丙烯腈可用於製造聚丙烯腈。在一些態樣中，提供一種製造聚丙烯腈之方法，其包含：根據本文所描述之方法中之任一者製造丙烯腈；以及在適合之條件下聚合丙烯腈以產生聚丙烯腈。
本發明之某些實施例係針對一種製造氨、單體、共聚物及三元共聚物產物之方法。該方法包含氣化含碳材料以提供包含一氧化碳及氫氣之合成氣；分離空氣以產生氧氣及氮氣；使養分醱酵以產生乙醇；利用一部分乙醇製造丁二烯；使一部分乙醇脫水以產生乙烯；在催化性反應中藉由氧氣使乙烯氧化以產生環氧化物；藉由合成氣使環氧化物羰基化以產生包含β內酯、丁二酸酐之羰基化產物及氫富集合成氣；使丁二酸酐脫水以產生四氫呋喃；使四氫呋喃與β內酯反應以產生環己烯；利用環己烯製造苯乙烯；藉由氫富集合成氣催化還原氮氣以產生氨；使β內酯與氨反應以產生3-羥基丙醯胺；以及使3-羥基丙醯胺脫水以產生丙烯腈。在某些實施例中，方法包括以下步驟：使環己烯脫水以產生苯甲酸；使苯甲酸脫水以產生苯；以及使苯與乙烯反應以產生苯乙烯。在某些實施例中，環己烯為7-氧雜雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-甲酸。在某些較佳實施例中，丁二烯及苯乙烯可經共聚合以產生苯乙烯-丁二烯共聚物產物。在某些較佳實施例中，丙烯腈、苯乙烯及丁二烯可經聚合以產生丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物產物。
在某些實施例中，方法包括乙醇之偶合脫水及去氫化以產生丁二烯之步驟。在某些較佳實施例中，可將乙醇饋入至固定床反應器中，該固定床反應器填充有金屬氧化物催化劑以催化偶合脫水及去氫化。在一些實施例中，該金屬氧化物可為來自包括以下之群中之單一氧化物：Al2 O3 、Fe2 O3 、ArO3 及ThO2 。在一些實施例中，該金屬氧化物可為來自包括以下之群中之二元氧化物：Al2 O3 :ZnO、Al2 O3 :Cr2 O3 、Al2 O3 :MgO、Al2 O3 :CaO。在一些實施例中，該金屬氧化物可為三元氧化物，諸如Al2 O3 :Fe2 O3 :Cr2 O3 。
在某些實施例中，方法包括呋喃與β-丙內酯之反應，其包含其中內酯環之兩個亞甲基碳反應之環加成反應。在某些實施例中，β-丙內酯經歷重組以形成隨後經歷環加成之丙烯酸。另一方面，丙內酯亦可以協調的方式直接地與呋喃反應。
在某些實施例中，藉由引入熱量來促進β-丙內酯與呋喃之反應。在某些實施例中，藉由使呋喃及β-丙內酯之混合物與催化劑接觸來促進環加成反應。在某些實施例中，藉由使呋喃及β-丙內酯之混合物與路易斯酸催化劑接觸來促進環加成反應。在某些實施例中，在溶劑中進行環加成反應。在某些實施例中，在氣相中進行環加成反應。在某些實施例中，在存在固體催化劑的情況下進行環加成反應。在某些實施例中，藉由在存在固體路易斯酸催化劑的情況下加熱呋喃及β-丙內酯之混合物來進行環加成反應。在某些實施例中，藉由在連續攪拌槽反應器中在存在均相路易斯酸催化劑的情況下加熱呋喃及β-丙內酯於溶劑中之混合物來進行環加成反應。在某些實施例中，藉由在存在均相路易斯酸催化劑的情況下使呋喃及β-丙內酯之混合物流動穿過溶劑中之塞式流動反應器來進行環加成反應。
在某些實施例中，使環己烯脫水之步驟包含在存在脫水劑的情況下加熱環己烯化合物。在某些實施例中，步驟包括自執行脫水反應之反應區中連續地移除水蒸氣。在某些實施例中，脫水反應為酸催化的。在某些實施例中，藉由磷酸或硫酸來酸催化脫水反應。在某些實施例中，脫水反應為酸催化的。在某些實施例中，藉由固體支撐之酸催化劑來酸催化脫水反應。在某些實施例中，藉由在存在硫酸的情況下加熱含環己烯環化合物來執行脫水反應。在某些實施例中，藉由在存在磺酸樹脂的情況下加熱含環己烯環化合物來執行脫水反應。在含環己烯環化合物包含酯之某些實施例中，脫水步驟導致酯基水解。在含環己烯環化合物包含酯之某些實施例中，脫水條件促進酯水解且產物為酸。在某些實施例中，含環己烯環化合物為酸或酯，脫水步驟導致形成甲酸鹽。
在某些實施例中，脫水反應藉由與強鹼反應而經催化。在某些實施例中，其中環己烯化合物包含作為甲酸酯之取代基，脫水反應包含在存在水之情況下藉由強鹼處理酯以形成芳族酸之鹽。在某些實施例中，所形成鹽包含苯甲酸鉀。在某些實施例中，來自脫水步驟之苯甲酸鉀經連續地饋入至歧化反應(disproportionation reaction)中。在某些實施例中，由酯水解釋放之醇經回收並用於利用在該方法中之較早步驟期間形成的β-丙內酯或丙烯酸產生額外丙烯酸酯。
在某些實施例中，脫水反應之產物包含苯甲酸、苯甲酸鹽、苯甲酸酯、苯甲酸酐或此等中之任何兩者或更多者之混合物。在某些實施例中，脫水反應之產物包含苯甲酸。在某些實施例中，脫水反應之產物包含選自由以下組成之群的化合物：苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丁酯、2-乙基己基苯甲酸酯、C.sub.3-12醇之苯甲酸酯及此等中之任何兩者或更多者之混合物。在某些實施例中，脫水反應之產物包含苯甲酸鉀。在某些實施例中，脫水反應之產物包含苯甲酸鈉。在某些實施例中，脫水反應之產物包含苯甲酸酐。
在某些實施例中，方法包括對環己烯脫水之產物進行歧化的步驟。在某些實施例中，脫水環己烯產生經單取代之苯化合物，諸如苯甲酸。在某些實施例中，方法包括將經單取代之苯化合物轉化為金屬苯甲酸鹽之步驟。在某些實施例中，方法包括藉由適合之催化劑處理金屬苯甲酸鹽之步驟。在某些實施例中，在高於約200℃之溫度下執行藉由催化劑處理金屬苯甲酸鹽之步驟。
在某些實施例中，用於歧化之催化劑包含過渡金屬。在某些實施例中，在存在包含第10-12族過渡金屬之催化劑的情況下執行歧化。在某些實施例中，在存在包含第12族過渡金屬之催化劑的情況下執行歧化。在某些實施例中，在存在包含鎘之催化劑的情況下執行歧化。在某些實施例中，在存在包含鋅之催化劑的情況下執行歧化。在某些實施例中，在存在包含汞之催化劑的情況下執行歧化。
在某些實施例中，該方法進一步包括自歧化反應區連續地抽取含有苯之物料流。在某些實施例中，該方法進一步包括純化自反應區抽取之苯的步驟。在某些實施例中，純化包括蒸餾、萃取、結晶或此等之組合。
在某些實施例中，來自歧化反應之苯經處理以將其轉化為苯乙烯。此轉化易於使用已知方法實現，例如藉由苯與乙烯之反應以產生乙苯，該乙苯隨後以氧化方式去氫化以提供苯乙烯。在某些實施例中，其中經饋入至該方法中之環氧乙烷及呋喃中之任一者或兩者源自生物質，所得苯含有2、4或6個生物基碳原子。可使此產物與源自生物乙醇之乙烯反應以提供生物基苯乙烯，進而提供製得生物基聚苯乙烯及相關產物之機會。由此產生之苯乙烯可含有2、4、6或8個生物基碳原子。在某些實施例中，所產生之苯乙烯具有含有源自乙醇之四個碳原子之新穎屬性。對於生物基對苯二甲酸及苯乙烯之整合方法為非常碳高效的，此係由於各步驟為高產率的且進料中之每一碳原子經併入至適用的最終產物中。
如本文所使用，在一些變化形式中，一或多個數值前面之術語「約」意謂數值± 5%。應理解，本文中提及「約」值或參數包括(且描述)針對該值或參數本身之實施例。舉例而言，提及「約x」之描述包括「x」本身之描述。
100‧‧‧方法 102‧‧‧含碳源 104‧‧‧氣化 106‧‧‧合成氣 112‧‧‧養分 114‧‧‧醱酵 116‧‧‧第一試劑 122‧‧‧羰基化 132‧‧‧羰基化產物 142‧‧‧氫富集合成氣 152‧‧‧空氣分離 162‧‧‧合成產物/氨 172‧‧‧脲 182‧‧‧元素 192‧‧‧非均相共聚物 200‧‧‧方法 201‧‧‧石油/化石燃料 202‧‧‧含碳源 203‧‧‧生物質 204‧‧‧氣化 205‧‧‧城市固體廢棄物 206‧‧‧合成氣 207‧‧‧H2 208‧‧‧CO 210‧‧‧甘油 211‧‧‧生物柴油 212‧‧‧玉米油 213‧‧‧糖類 214‧‧‧乙醇 215‧‧‧乙烯 216‧‧‧環氧化物 217‧‧‧石腦油 222‧‧‧羰基化 232‧‧‧羰基化產物 242‧‧‧氫富集合成氣 252‧‧‧空氣分離 262‧‧‧氨 272‧‧‧脲 300‧‧‧方法 302‧‧‧氣化 304‧‧‧合成氣 312‧‧‧養分醱酵 313‧‧‧石油 314‧‧‧二氧化碳 315‧‧‧乙烯 316‧‧‧醇脫水 318‧‧‧烯烴氧化 322‧‧‧環氧化物羰基化 352‧‧‧空氣分離單元 362‧‧‧氨形成 372‧‧‧脲形成 400‧‧‧方法 402‧‧‧含碳源 404‧‧‧氣化 406‧‧‧合成氣流 422‧‧‧羰基化 432‧‧‧羰基化產物 442‧‧‧氫富集合成氣 482‧‧‧植物油萃取 484‧‧‧轉酯化區 486‧‧‧甘油 492‧‧‧聚合物/多元醇 500‧‧‧方法 502‧‧‧氣化 504‧‧‧合成氣調節 512‧‧‧醱酵 514‧‧‧二氧化碳 516‧‧‧醇脫水 518‧‧‧烯烴氧化 522‧‧‧羰基化 582‧‧‧植物處理 584‧‧‧植物油萃取 586‧‧‧轉酯化 588‧‧‧甘油處理 592‧‧‧共聚合 600‧‧‧方法 602‧‧‧含碳源 604‧‧‧氣化 606‧‧‧合成氣 612‧‧‧養分醱酵 614‧‧‧醇脫水 616‧‧‧烯烴氧化 618‧‧‧環氧化物 622‧‧‧羰基化單元 632‧‧‧羰基化產物 642‧‧‧氫富集合成氣 644‧‧‧氨形成 700‧‧‧方法 702‧‧‧氣化 704‧‧‧合成氣調節 712‧‧‧醱酵步驟 714‧‧‧醇 716‧‧‧醇脫水 718‧‧‧烯烴氧化 722‧‧‧羰基化 732‧‧‧羰基化產物 742‧‧‧氫燃料電池 744‧‧‧費-托法 800‧‧‧方法 802‧‧‧氣化 804‧‧‧合成氣調節 812‧‧‧醱酵 816‧‧‧醇脫水 818‧‧‧烯烴氧化處理 822‧‧‧第一羰基化單元 824‧‧‧第二羰基化單元 842‧‧‧甲醇合成 844‧‧‧甲醇至烯烴處理 846‧‧‧氫化反應 900‧‧‧方法 902‧‧‧氣化 904‧‧‧合成氣調節 912‧‧‧醱酵 916‧‧‧醇脫水 918‧‧‧烯烴氧化 922‧‧‧羰基化 932‧‧‧羰基化產物 942‧‧‧氫甲醯化反應 1000‧‧‧方法 1002‧‧‧二氧化碳固體氧化物電解器 1004‧‧‧氧處理 1006‧‧‧一氧化碳流處理 1012‧‧‧醱酵 1014‧‧‧醇脫水 1016‧‧‧烯烴氧化 1022‧‧‧羰基化單元 1032‧‧‧羰基化產物 1100‧‧‧方法 1102‧‧‧含碳源 1104‧‧‧氣化 1106‧‧‧合成氣 1112‧‧‧養分醱酵 1113‧‧‧醇產生 1114‧‧‧醇脫水 1116‧‧‧烯烴氧化 1118‧‧‧環氧化物 1122‧‧‧羰基化反應 1132‧‧‧羰基化產物 1142‧‧‧氫富集合成氣 1152‧‧‧空氣分離單元 1162‧‧‧氨 1172‧‧‧脲 1182‧‧‧植物油萃取方法 1184‧‧‧轉酯化 1186‧‧‧甘油 1192‧‧‧多元醇共聚物產物/聚合物
可結合附圖參照以下描述來最好地理解本申請案，在附圖中相同部分可由相同編號表示。
圖1 描繪例示性生產系統利用合成氣產生氨、脲及聚合物之通用流程。
圖2A 、 2B 、 3A 及3B 描繪經由合成氣之羰基化及空氣分離以產生氨及脲之生產系統的多個例示性組態。
圖4 及5 描繪利用羰基化產物及甘油產生共聚物之生產系統之多個例示性組態。
圖6-10 、 11A 及11B 描繪藉由源自養分醱酵之環氧化物來使合成氣羰基化之生產系統之多個例示性組態。
圖12 描繪例示性整合系統產生多種化學品產物之通用流程。
100‧‧‧方法
102‧‧‧含碳源
104‧‧‧氣化
106‧‧‧合成氣
112‧‧‧養分
114‧‧‧醱酵
116‧‧‧第一試劑
122‧‧‧羰基化
132‧‧‧羰基化產物
142‧‧‧氫富集合成氣
152‧‧‧空氣分離
162‧‧‧合成產物/氨
172‧‧‧脲
182‧‧‧元素
192‧‧‧非均相共聚物

Claims (54)

  1. 一種用於產生生物基氫化產物之方法，其包含： 提供環氧化物； 提供包含氫及一氧化碳之合成氣； 在存在該合成氣的情況下使該環氧化物羰基化以產生羰基化產物及氫富集合成氣； 分離空氣以產生氮氣及氧氣；及 將該氮氣與該氫富集合成氣組合以產生氫化產物。
  2. 如請求項1之方法，其中該氫化產物包含氨。
  3. 如請求項1或2之方法，其進一步包含將該氫化產物與二氧化碳組合以產生脲。
  4. 如請求項3之方法，其中該二氧化碳係藉由醇醱酵產生，藉由烯烴氧化產生，以合成氣提供或其任何組合。
  5. 如請求項3或4之方法，其中脲之產率為至少約65%。
  6. 如請求項3至5中任一項之方法，其中該氫化產物與該二氧化碳之該組合進一步產生胺基甲酸銨。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該合成氣係藉由使含碳源氣化或甲烷重組產生。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該環氧化物係在存在該合成氣及羰基化催化劑的情況下經羰基化。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中該環氧化物為環氧乙烷。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該羰基化產物包含β-丙內酯、聚丙內酯、多元醇或其任何組合。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其進一步包含使該羰基化產物與甘油接觸以形成多元醇共聚物。
  12. 如請求項11之方法，其中該甘油源自植物油轉酯化。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中該環氧化物源自使烯烴氧化。
  14. 如請求項13之方法，其中該烯烴源自使醇脫水。
  15. 如請求項14之方法，其中該醇源自使養分醱酵。
  16. 一種產生生物基氫化產物之方法，其包含： 提供環氧化物； 提供包含氫及一氧化碳之合成氣； 在存在該合成氣的情況下使該環氧化物羰基化以產生羰基化產物及氫富集合成氣； 將甘油與該羰基化產物組合以產生共聚物。
  17. 如請求項16之方法，其中該羰基化產物包含β內酯、聚丙內酯、多元醇或其任何組合。
  18. 如請求項16或17之方法，其中該環氧化物為環氧乙烷。
  19. 如請求項16至18中任一項之方法，其中該環氧化物係在存在羰基化催化劑的情況下藉由該合成氣羰基化。
  20. 如請求項16至19中任一項之方法，其中該環氧化物源自使烯烴氧化。
  21. 如請求項20之方法，其中該烯烴源自使醇脫水。
  22. 如請求項21之方法，其中該醇源自使養分醱酵。
  23. 如請求項16至21中任一項之方法，其中該合成氣係藉由含碳源氣化或甲烷重組產生。
  24. 如請求項16至23中任一項之方法，其進一步包含使該氫富集合成氣與烯烴及一氧化碳接觸以產生醛產物。
  25. 如請求項24之方法，其中該烯烴藉由使醇脫水來產生。
  26. 如請求項24或25之方法，其中該一氧化碳源自合成氣。
  27. 如請求項16至26中任一項之方法，其進一步包含使該氫富集合成氣與氮氣接觸以產生氨。
  28. 如請求項27之方法，其進一步包含將該氨與二氧化碳組合以產生脲。
  29. 如請求項16至28中任一項之方法，其中該甘油源自使植物油轉酯化。
  30. 如請求項29之方法，其中該植物油為植物油(vegetable oil)。
  31. 如請求項29或30之方法，其中該甘油係源自在存在催化劑、鏈轉移劑或前述之混合物的情況下使植物油轉酯化。
  32. 一種方法，其包含： 提供包含氫及一氧化碳之合成氣； 使養分醱酵以產生醇； 使該醇水合以產生烯烴； 藉由氧氣氧化該烯烴以產生環氧化物；及 藉由該合成氣使該環氧化物羰基化以產生羰基化產物及氫富集合成氣。
  33. 如請求項32之方法，其進一步包含將該氫富集合成氣與氮氣組合以產生氫化產物。
  34. 如請求項33之方法，其中該氫化產物包含氨。
  35. 如請求項33或34之方法，其進一步包含將該氫化產物與二氧化碳組合以產生脲。
  36. 如請求項32至35中任一項之方法，其中該羰基化產物包含β-丙內酯、聚丙內酯、多元醇或其任何組合。
  37. 如請求項32至36中任一項之方法，其中使養分醱酵進一步產生二氧化碳氣體。
  38. 如請求項37之方法，其中將該二氧化碳氣體與該氨組合以產生脲。
  39. 如請求項37之方法，其中該二氧化碳氣體經電解以產生氧及一氧化碳。
  40. 如請求項32至39中任一項之方法，其進一步包含使該氫富集合成氣與烯烴及一氧化碳接觸以產生醛產物。
  41. 如請求項32至40中任一項之方法，其進一步包含將該氫富集合成氣饋入至甲醇合成反應器中。
  42. 如請求項32至41中任一項之方法，其進一步包含使該羰基化產物與甘油接觸以產生共聚物。
  43. 如請求項42之方法，其中該甘油源自使植物油轉酯化。
  44. 如請求項43之方法，其中該植物油為植物油。
  45. 如請求項32至44中任一項之方法，其中該養分包含糖類、碳水化合物、多醣、蛋白質複合物、蛋白質水解產物或其任何組合。
  46. 一種整合方法，其包含： 將空氣分離成氧氣流及氮氣流； 使含碳材料氣化以產生包含一氧化碳、二氧化碳及氫氣之原始合成氣流； 使植物物質醱酵以產生生物基醇流； 還原一部分該生物基醇流以產生生物基烯烴； 藉由該氧流氧化該生物基烯烴以產生生物基環氧化物；及 藉由該原始合成氣流使該生物基環氧化物羰基化以產生生物基羰基化產物、氫氣流及二氧化碳流。
  47. 如請求項46之方法，其中該生物基羰基化產物包含β內酯流及丁二酸酐流。
  48. 如請求項47之方法，其中該丁二酸酐流經還原以產生四氫呋喃。
  49. 如請求項48之方法，其中該四氫呋喃與一部分該β內酯流反應以產生環己烯衍生物。
  50. 如請求項49之方法，其中該環己烯衍生物用於產生生物基苯乙烯產物。
  51. 如請求項46至50中任一項之方法，其中藉由該氫氣流使該氮氣流氫化以產生氨流。
  52. 如請求項51之方法，其中該氨流與一部分該β內酯流反應以產生3-羥基丙醯胺。
  53. 如請求項52之方法，其中該3-羥基丙醯胺經脫水以產生生物基丙烯腈產物。
  54. 如請求項46至53中任一項之方法，其中生物基1,3-丁二烯產物係由該生物基醇流產生。
TW108116656A 2018-05-18 2019-05-15 用於化學品製造之整合系統及方法 TW202005950A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862673638P 2018-05-18 2018-05-18
US62/673,638 2018-05-18
US201862690782P 2018-06-27 2018-06-27
US62/690,782 2018-06-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202005950A true TW202005950A (zh) 2020-02-01

Family

ID=68540915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108116656A TW202005950A (zh) 2018-05-18 2019-05-15 用於化學品製造之整合系統及方法

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW202005950A (zh)
WO (1) WO2019221925A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MA41507A (fr) 2015-02-13 2017-12-19 Novomer Inc Systèmes et procédés de production de polymères
EP4196511A1 (en) 2020-08-17 2023-06-21 Novomer, Inc. Betapropiolactone and functionalized betapropiolactone based polymer systems
KR102677935B1 (ko) * 2023-04-07 2024-06-24 노루 아이씨 코포레이션 엘티디 생분해성 물질 제조방법 및 시스템

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2936593A (en) * 1956-04-27 1960-05-17 Air Liquide Process for the production of ammonia synthesis gas
US6933404B2 (en) * 2001-12-18 2005-08-23 Metabolix Inc. Methods of making intermediates from polyhydroxyalkanoates
EP1626042A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-15 Urea Casale S.A. Process for urea production from ammonia and carbon dioxide
US9290620B2 (en) * 2009-10-21 2016-03-22 Nalco Company Production and composition of glycerol based polyols
US8481766B2 (en) * 2009-11-10 2013-07-09 Northwestern University Methods of producing epoxides from alkenes using a two-component catalyst system
WO2015184289A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Novomer Inc. Integrated methods for chemical synthesis
WO2017004441A2 (en) * 2015-07-01 2017-01-05 Novomer, Inc Methods for coproduction of terephthalic acid and styrene from ethylene oxide

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019221925A1 (en) 2019-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8927781B2 (en) Method for producing ethanol
US8252567B2 (en) Method for the indirect production of butanol and hexanol
US8728782B2 (en) Method of extracting butyric acid from a fermented liquid and chemically converting butyric acid into biofuel
Mohanty et al. Hydrogen generation from biomass materials: challenges and opportunities
US11299450B2 (en) System and process for co-producing dimethyl carbonate and ethylene glycol
CN103113187B (zh) 由乙酸制乙醇并联产乙酸乙酯的方法
TW202005950A (zh) 用於化學品製造之整合系統及方法
CN113683483B (zh) 一种高纯1,6-己二醇的生产方法及装置
JP2024513839A (ja) 炭素回収効率を改善するための統合された発酵及び電気分解プロセス
JP2024509638A (ja) 二酸化炭素を生成物に変換することの改善のための柔軟な発酵プラットフォーム
KR101813115B1 (ko) 글리세롤의 전기촉매 반응장치와 바이오매스의 화학적촉매 반응장치를 포함하는 통합 시스템
Moiseev Biotechnology is storming the heights of petrochemistry
CN104844542A (zh) 一种由乙酰丙酸酯无溶剂制备γ-戊内酯的方法
CN116444363A (zh) 一种废弃聚酯制备对苯二甲酸的方法
CN110423197A (zh) 一种利用低浓度乙二醇生产乙二醇双乙酸酯的装置和方法
CN110407725B (zh) 一种2-巯基乙醇的制备方法
CN101460438A (zh) 用于将合成气转化为含氧物的方法
Bhuyan et al. Hydrogen Production
Bhuyan et al. Hydrogen Production from Biomass
CN114835583A (zh) 一种生产高纯碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯的工艺方法
CN120172816A (zh) 一种一步法由甲醇/二甲醚生产乙醇的方法
CN120424046A (zh) 一种ε-己内酯的合成方法和合成系统
WO2025155675A2 (en) A process for preparing a product
CN119661300A (zh) 一种环丙烷化合物的非均相催化反应精馏合成方法
CN117986085A (zh) 以二氧化碳和氢气为原料制备甲醇的方法及系统