[發明專利]一種制備生物基丁二烯的系統和方法

有效

• 申請號: 201710012366.4
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106831287B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 譚天偉;蔡的;朱強強;秦培勇;王斌;陳長京;胡嵩
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C07C1/20
• 分類號: C07C1/20;C07C11/167;C12P7/06;C12M1/00;C12R1/865
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建

本發明涉及一種制備生物基丁二烯的系統和方法。所述系統包括：乙醇發酵裝置；與乙醇發酵裝置相連的乙醇分離裝置；和與乙醇分離裝置相連的丁二烯化學催化裝置；所述丁二烯化學催化裝置內裝有催化劑。所述方法為將乙醇發酵培養基與發酵菌株通入乙醇發酵裝置進行乙醇發酵，然后利用乙醇分離裝置分離發酵產生的乙醇，并將惰性氣體和分離后的乙醇通入丁二烯化學催化裝置，催化合成丁二烯。本發明通過將生產生物乙醇的裝置與丁二烯合成裝置相耦合，實現了直接以生物質為原料制備丁二烯；且通過乙醇發酵和乙醇分離過程的強化，提高了乙醇的生產效率；所述方法簡單易行，且顯著降低了生物丁二烯的生產成本。

技術領域

本發明屬于生物化工技術領域，具體涉及一種制備生物基丁二烯的系統和方法。

背景技術

丁二烯是一種重要的平臺化合物，可廣泛應用于橡膠、樹脂的生產中。目前，工業上丁二烯的主要生產方法是乙烯副產抽提法，該方法受石油資源的限制，超過95％的丁二烯采用石化路線制備，這種生產方式不可持續，環境危害大。隨著原油價格的劇烈波動，丁二烯的市場價格波動巨大，其供應存在不穩定性。

近些年隨著生物乙醇技術的發展，以可再生的乙醇為原料制備丁二烯具有綠色、環保、可持續等諸多優勢，獲得廣泛關注。乙醇催化制備丁二烯所用催化劑的種類有：LeRoy U.Spence等(US2，438，464，1944)在氧化硅上負載氧化釷或氧化鋅所制備的催化劑；WaclawScukiewicz等(US2,357,855，1941)制備的氧化硅和氧化鎂的混合物催化劑；RoyU.Spence等(US2,436,125,1946)制備的沉積在硅膠上的鋯或釷的氧化物催化劑。采用上述催化劑催化乙醇制備丁二烯的轉化率為30-50％，選擇性在40-60％。V·V·奧維多姆斯基等(CN103038196A)制備的含有銀、金等金屬和鈦、鋯和鉭氧化物的催化劑，其采用一步法催化乙醇制備丁二烯的轉化率為34％，選擇性為72％。

然而，目前多數研究停留在利用乙醇為底物進行丁二烯的化學催化生產上，而沒有打通直接利用生物質原料制備丁二烯的路線。此外，應用化學催化法將乙醇底物轉化為丁二烯的技術過程中，對乙醇底物的純度要求高，一般需要控制在95％(v/v)以上的進料濃度，這也對乙醇從發酵醪液中的分離提出了較高要求。

若將低濃度生物乙醇產物直接作為底物進行丁二烯的催化，可大大降低乙醇的分離難度，優化工藝鏈條，同時節約生物基丁二烯的制備成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種制備生物基丁二烯的系統，所述系統通過將生產生物乙醇的裝置與丁二烯合成裝置相耦合，實現了直接以生物質為原料制備丁二烯。

本發明的另一方面提供了一種制備生物基丁二烯方法，所述方法直接以生物質為原料制備丁二烯，工藝簡單易行，且顯著降低了生物丁二烯的生產成本。

為此，本發明一方面提供了一種制備生物基丁二烯的系統，其包括：

乙醇發酵裝置；

與乙醇發酵裝置相連的乙醇分離裝置；和

與乙醇分離裝置相連的丁二烯化學催化裝置；

所述丁二烯化學催化裝置內裝有催化劑，所述催化劑為硅載體負載的鉿鋅雙金屬催化劑、不定形硅酸鎂負載的銀催化劑、不定形硅酸鎂負載的銅催化劑和不定形硅酸鎂負載的鋅催化劑中的一種。

在本發明的一些實施例中，所述乙醇分離裝置為氣提裝置、滲透汽化裝置、蒸汽滲透裝置、液液萃取裝置、吸附裝置、多效蒸發裝置和減壓蒸餾裝置的一種或串聯連接的多種。

在發明的另一些實施例中，所述丁二烯化學催化裝置為固定床反應器或流化床反應器。

在本發明的一些實施例中，所述催化劑中硅來源于Beta分子篩、MCM-41分子篩、SBA-15分子篩、KIT-6分子篩、白炭黑和硅膠中的一種或多種。