KR20120130765A - Processes for producing denatured ethanol - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매의 존재하에 아세트산 공급물을 수소화시켜 에탄올 및 하나 이상의 변성제를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 생성시키고, 상기 조질 에탄올 생성물을 하나 이상의 분리 단위장치에서 변성 에탄올 조성물 및 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리함을 포함하는, 변성 에탄올 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 변성 에탄올 조성물은 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 40중량%의 변성제를 포함한다.The present invention relates to a process for the hydrogenation of an acetic acid feed in the presence of a catalyst to produce a crude ethanol product comprising ethanol and at least one denaturant and to separate the crude ethanol product from the at least one separation unit device into a denatured ethanol composition and at least one derivative stream It relates to a method for producing a modified ethanol composition comprising. The modified ethanol composition comprises 0.01 to 40% by weight of the modifier based on the total weight of the modified ethanol composition.
Description
본 발명은 일반적으로 변성 에탄올 조성물을 제조하는 방법, 구체적으로는 조질 에탄올 생성물 및 변성제를 생성시키는 아세트산의 수소화를 통해 변성 에탄올 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention generally relates to a process for preparing a modified ethanol composition, specifically to a process for preparing a modified ethanol composition through hydrogenation of acetic acid to produce a crude ethanol product and a modifier.
우선권 주장Priority claim
본원은 2010년 2월 2일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/300,815 호, 2010년 5월 7일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/332,727 호, 2010년 5월 7일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/332,696 호, 및 2010년 9월 23일자로 출원된 미국 특허원 제 12/889,260 호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 특허원을 본원에 참고로 인용한다.
This application is directed to US Patent Provisional Application No. 61 / 300,815, filed February 2, 2010, US Patent Provisional Application No. 61 / 332,727, filed May 7, 2010, and US Patent Provisional Application, filed May 7, 2010. Priority is claimed to US 61 / 332,696, and US patent application Ser. No. 12 / 889,260, filed Sep. 23, 2010, which is incorporated herein by reference.
에탄올은 흔히 다양한 소비성 제품, 예를 들어 맥주, 와인 및 스피릿(spirit)용으로 제조되고, 이들 제품의 성분으로서 사용된다. 전형적으로, 이러한 용도를 위한 에탄올은 발효를 통해 제조된다. 많은 정부 부처에서는 소비성 에탄올에 높은 관세 또는 세금을 부과하고, 이에 따라 소비자 가격을 높인다.Ethanol is often prepared for a variety of consumer products, such as beer, wine and spirits, and is used as a component of these products. Typically, ethanol for this use is prepared through fermentation. Many government departments impose high tariffs or taxes on consumer ethanol, thereby raising consumer prices.
그러나, 소비와 관련되지 않은 에탄올의 다수의 다른 용도, 예를 들어 연료, 화학적 용매 또는 약제가 있다. 비-소비성 용도에 저렴한 에탄올을 제공하고자 하는 노력으로, 소비성 에탄올에 부과되는 관세 또는 세금이 소비성이 아닌 에탄올에는 전형적으로 요구되지 않는다. 이러한 에탄올 조성물이 비-소비성 용도에 확실히 사용되도록 하기 위하여, 대부분의 국가에서는 이들 에탄올 조성물이 변성제를 포함할 것을 요구하는 법 및 규제를 갖고 있는데, 이 변성제는 에탄올을 마시기에 알맞지 않게 하기 위하여 실질적으로 순수한 에탄올 조성물에 첨가된다. 따라서, 변성제를 포함하고 소비용이 아닌 에탄올 조성물은 흔히 "변성 에탄올" 또는 "변성 알콜"로 일컬어진다. 통상적인 변성제는 메탄올, 아이소프로필 알콜, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, 메틸 아이소부틸 케톤 및 아세트알데하이드를 포함한다.
However, there are many other uses of ethanol not related to consumption, such as fuels, chemical solvents or medicaments. In an effort to provide inexpensive ethanol for non-consumable applications, the duties or taxes levied on consumable ethanol are typically not required for non-consumable ethanol. In order to ensure that these ethanol compositions are used for non-consumable applications, most countries have laws and regulations requiring these ethanol compositions to include denaturants, which are substantially inadequate for drinking ethanol. It is added to pure ethanol composition. Thus, ethanol compositions that contain a denaturant and are not for consumption are often referred to as "modified ethanol" or "modified alcohol". Typical denaturing agents include methanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methyl isobutyl ketone and acetaldehyde.
마실 수 있는 에탄올 조성물에 변성제를 첨가하는 가공 단계는 변성 에탄올을 제조하는 종래의 방법에 복잡함 및 비용을 가중시킨다. 그러므로, 변성 에탄올을 제조하는 신규의 개선된 방법이 요구되고 있다.The processing step of adding a denaturant to the drinkable ethanol composition adds complexity and cost to conventional methods of making modified ethanol. Therefore, there is a need for new and improved methods of producing modified ethanol.
제 1 실시양태에서, 본 발명은 촉매의 존재하에 아세트산을 수소화시켜 에탄올 및 하나 이상의 변성제를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 형성시키고; 하나 이상의 분리 단위장치에서 조질 에탄올 생성물을 변성 에탄올 조성물 및 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리함을 포함하는, 변성 에탄올 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이때 제조된 상태 그대로의 변성 에탄올 조성물은 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 40중량%의 변성제를 포함한다.In a first embodiment, the present invention provides hydrogenation of acetic acid in the presence of a catalyst to form a crude ethanol product comprising ethanol and one or more modifiers; A process for preparing a modified ethanol composition comprising separating the crude ethanol product into a modified ethanol composition and one or more derivative streams in one or more separation units, wherein the modified ethanol composition as prepared is 0.01 to 40 wt% denaturant, based on total weight.
제 2 실시양태에서, 본 발명은 촉매의 존재하에 아세트산을 수소화시켜 에탄올 및 변성제를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 형성시키고; 조질 에탄올 생성물을 에탄올 스트림 및 분리된 변성제를 포함하는 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리하고; 에탄올 스트림을 추가로 정제시켜 정제 에탄올 스트림을 형성시킨 다음; 분리된 변성제의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합쳐서 변성 에탄올 조성물을 생성시킴을 포함하는, 변성 에탄올 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
In a second embodiment, the present invention provides hydrogenation of acetic acid in the presence of a catalyst to form a crude ethanol product comprising ethanol and a modifier; Separating the crude ethanol product into one or more derivative streams comprising an ethanol stream and separated denaturant; Further purification of the ethanol stream to form a purified ethanol stream; At least a portion of the isolated denaturant is combined with a purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition.
유사한 숫자가 유사한 부분을 지칭하는 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 아래에서 상세하게 기재한다.
도 1a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 수소화 시스템의 개략적인 도식이다.
도 1b는 제 2 칼럼의 증류물을 반응기 대역으로 복귀시키는, 도 1a에 도시된 시스템의 개략적인 도식이다.
도 1c는 본 발명의 한 실시양태에 따른 수소화 시스템의 개략적인 도식이다.
도 2는 제 3 칼럼 내의 다양한 트레이 위치에서 예시적인 제 2 잔류물 스트림의 조성을 나타내는 그래프이다.The invention is described in detail below with reference to the accompanying drawings in which like numerals refer to like parts.
1A is a schematic diagram of a hydrogenation system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 1B is a schematic diagram of the system shown in FIG. 1A returning the distillate of the second column to the reactor zone. FIG.
1C is a schematic diagram of a hydrogenation system according to one embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the composition of an exemplary second residue stream at various tray locations in a third column.
종래의 변성 에탄올 제조 방법은 정제 에탄올의 생성으로 시작된다. 이들 방법에서는, 종래의 방법에 의해 에탄올을 제조한 다음 정제할 수 있다. 이어, 변성제를 정제 에탄올에 첨가하여 변성 에탄올을 제조한다.Conventional methods for producing denatured ethanol begin with the production of purified ethanol. In these methods, ethanol can be produced and purified by conventional methods. Subsequently, the modified ethanol is added to purified ethanol to produce modified ethanol.
본 발명은 변성 에탄올 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 본 발명은 예를 들어 촉매의 존재하에서 아세트산을 수소화시켜 조질 에탄올 생성물을 형성시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 조질 에탄올 생성물은 하나 이상, 예를 들어 둘 이상 또는 셋 이상의 변성제(들)를 포함한다. 한 실시양태에서는, 변성제(들)가 에탄올과 함께 제조될 수 있다. 다른 실시양태에서는, 변성제(들)가 수소화 반응의 부산물로서 제조된다. 달리 말해, 변성제는 에탄올과 동일 반응계 내에서 생성된다. 본 발명의 방법은 한 실시양태에서 조질 에탄올 생성물을 변성 에탄올 조성물 및 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리함을 추가로 포함한다. 하나 이상, 예컨대 둘 이상 또는 셋 이상의 분리 단위장치, 예를 들어 증류 칼럼에서 분리를 수행할 수 있다. 생성된 상태 그대로의 변성 에탄올 조성물은 아세트산으로부터 유도되고, 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 40중량%, 예를 들어 0.01중량% 내지 25중량%, 0.01중량% 내지 20중량% 또는 1중량% 내지 15중량%의 변성제, 및 50중량% 내지 99중량%, 예컨대 60중량% 내지 99중량% 또는 70중량% 내지 95중량%의 에탄올을 포함한다. 따라서, 수소화 단계에서 에탄올과 함께 동일 반응계 내에서 변성제를 형성시킴으로써, 본 발명의 방법은 변성 에탄올을 더욱 효율적으로 생성시킬 수 있고 가공 단계를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 방법은 변성제를 별도로 생성시키거나 수득한 다음 변성제를 에탄올에 첨가할 필요성을 없앨 수 있다.The present invention relates to a method for preparing the modified ethanol composition. In one embodiment, the present invention is directed to a method comprising hydrogenating acetic acid to form a crude ethanol product, for example in the presence of a catalyst. The crude ethanol product comprises one or more, for example two or three or more modifier (s). In one embodiment, the denaturant (s) can be prepared with ethanol. In other embodiments, the denaturant (s) are prepared as byproducts of the hydrogenation reaction. In other words, the denaturant is produced in situ with ethanol. The method of the invention further comprises in one embodiment separating the crude ethanol product into a modified ethanol composition and one or more derivative streams. The separation may be carried out in one or more, such as two or more or three or more separation units, for example in a distillation column. The resulting modified ethanol composition is derived from acetic acid and is 0.01 to 40% by weight, for example 0.01 to 25%, 0.01 to 20% by weight, based on the total weight of the modified ethanol composition or 1 wt% to 15 wt% denaturant, and 50 wt% to 99 wt%, such as 60 wt% to 99 wt% or 70 wt% to 95 wt% ethanol. Thus, by forming the denaturant in situ with ethanol in the hydrogenation step, the process of the present invention can produce more modified ethanol more efficiently and reduce the processing step. In particular, the process of the present invention may eliminate the need to separately produce or obtain the denaturant and then add the denaturant to ethanol.
다른 실시양태에서, 본 발명은 아세톤의 수소화로부터 변성제를 형성시키는 변성 에탄올 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 이 때 아세톤은 반응 대역에 첨가될 수 있거나 또는 아세트산 수소화로부터 부산물로서 동일 반응계 내에서 중간체로서 생성될 수 있다. 한 양태에서는, 예를 들면, 본 방법은 아세트산과 아세톤을 접촉시켜 아세트산 반응 혼합물을 제조하는 단계를 포함한다. 본 방법은 촉매의 존재하에서 아세트산 반응 혼합물을 수소화시켜 에탄올과 아이소프로판올을 포함하는 조질 에탄올 생성물을 생성시킴을 추가로 포함한다. 한 실시양태에서는, 아세톤을 보조 아세톤 반응기에서 제조하거나 또는 외부 공급원으로부터 수득한다. 제조되거나 수득된 후, 아세톤을 상기 논의되는 바와 같이 아세트산과 접촉시킬 수 있다. 다른 양태에서는, 아세톤이 아세트산 수소화 반응의 부산물로서 제조되도록, 수소화 반응에 사용되는 촉매 또는 반응 조건을 선택한다. 제조된 후, 아세톤 중간체를 수소화시켜 아이소프로판올 변성제를 제조할 수 있다. 이들 실시양태에서는, 에탄올을 아이소프로판올 변성제와 함께 생성시킨다. 바람직하게는, 에탄올 및 아이소프로판올을 동일한 반응기에서 생성시킨다. 본 발명의 방법은 한 실시양태에서, 조질 에탄올 생성물을 변성 에탄올 조성물 및 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리함을 추가로 포함한다. 생성되는 변성 에탄올 조성물은 형성된 그 상태에서 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 10중량%, 예를 들어 0.01중량% 내지 5중량%, 또는 0.01중량% 내지 3중량%의 아이소프로판올 변성제, 및 50중량% 내지 99중량%, 예컨대 60중량% 내지 99중량% 또는 70중량% 내지 95중량%의 에탄올을 포함한다.In another embodiment, the invention relates to a process for the preparation of a modified ethanol composition which forms a denaturant from the hydrogenation of acetone, wherein acetone can be added to the reaction zone or produced as an intermediate in situ as a by-product from hydrogenation of acetic acid. Can be. In one embodiment, for example, the method comprises contacting acetic acid with acetone to produce an acetic acid reaction mixture. The method further comprises hydrogenating the acetic acid reaction mixture in the presence of a catalyst to produce a crude ethanol product comprising ethanol and isopropanol. In one embodiment, acetone is prepared in a supplemental acetone reactor or obtained from an external source. After being prepared or obtained, acetone can be contacted with acetic acid as discussed above. In another embodiment, the catalyst or reaction conditions used in the hydrogenation reaction are selected such that acetone is produced as a byproduct of the acetic acid hydrogenation reaction. After preparation, the acetone intermediate may be hydrogenated to produce isopropanol modifiers. In these embodiments, ethanol is produced with isopropanol modifier. Preferably, ethanol and isopropanol are produced in the same reactor. The method of the invention further comprises in one embodiment separating the crude ethanol product into a modified ethanol composition and one or more derivative streams. The resulting modified ethanol composition is 0.01 to 10% by weight, for example 0.01 to 5% by weight, or 0.01 to 3% by weight of isopropanol modifier based on the total weight of the modified ethanol composition in the state formed And 50% to 99% by weight, such as 60% to 99% or 70% to 95% by weight of ethanol.
에탄올 및 물을 생성시키는 아세트산의 수소화는 하기 반응에 의해 표시될 수 있다:The hydrogenation of acetic acid to produce ethanol and water can be represented by the following reaction:
적합한 수소화 촉매는 임의적으로 촉매 지지체 상에 제 1 금속 및 임의적으로는 하나 이상의 제 2 금속, 제 3 금속 또는 추가적인 금속을 포함하는 촉매를 포함한다. 제 1 금속 및 임의적인 제 2 및 제 3 금속은 IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIII족 전이 금속, 란탄족 금속, 악티늄족 금속 또는 IIIA, IVA, VA 및 VIA족중 임의의 족으로부터 선택되는 금속으로부터 선택될 수 있다. 일부 예시적인 촉매 조성물에 바람직한 금속 조합은 백금/주석, 백금/루테늄, 백금/레늄, 팔라듐/루테늄, 팔라듐/레늄, 코발트/팔라듐, 코발트/백금, 코발트/크롬, 코발트/루테늄, 은/팔라듐, 구리/팔라듐, 니켈/팔라듐, 금/팔라듐, 루테늄/레늄 및 루테늄/철을 포함한다. 예시적인 촉매는 미국 특허 제 7,608,744 호 및 제 7,863,489 호, 및 미국 특허 공개 제 2010/0197485 호에 추가로 기재되어 있으며, 이들을 본원에 참고로 인용한다. Suitable hydrogenation catalysts optionally include a catalyst comprising a first metal and optionally one or more second metals, third metals or additional metals on the catalyst support. The first metal and optional second and third metals are any of IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, Group VIII transition metals, lanthanide metals, actinium metals or any of IIIA, IVA, VA and VIA groups. And metal selected from the group. Preferred metal combinations for some exemplary catalyst compositions include platinum / tin, platinum / ruthenium, platinum / renium, palladium / ruthenium, palladium / renium, cobalt / palladium, cobalt / platinum, cobalt / chromium, cobalt / ruthenium, silver / palladium, Copper / palladium, nickel / palladium, gold / palladium, ruthenium / renium and ruthenium / iron. Exemplary catalysts are further described in US Pat. Nos. 7,608,744 and 7,863,489, and US Patent Publication No. 2010/0197485, which are incorporated herein by reference.
하나의 예시적인 실시양태에서, 촉매는 구리, 철, 코발트, 니켈, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 티탄, 아연, 크롬, 레늄, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제 1 금속을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 금속은 백금, 팔라듐, 코발트, 니켈 및 루테늄으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 제 1 금속은 백금 및 팔라듐으로부터 선택된다. 제 1 금속이 백금을 포함하는 경우, 높은 백금 수요 때문에 촉매가 5중량% 미만, 예를 들어 3중량% 미만, 또는 1중량% 미만의 양으로 백금을 포함하는 것이 바람직하다. In one exemplary embodiment, the catalyst is a first metal selected from the group consisting of copper, iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, titanium, zinc, chromium, rhenium, molybdenum and tungsten It includes. Preferably, the first metal is selected from the group consisting of platinum, palladium, cobalt, nickel and ruthenium. More preferably, the first metal is selected from platinum and palladium. If the first metal comprises platinum, it is preferred that the catalyst comprises platinum in an amount of less than 5%, for example less than 3%, or less than 1% by weight because of the high platinum demand.
상기 나타낸 바와 같이, 촉매는 전형적으로 촉진제로서 작용하는 제 2 금속을 임의적으로 추가로 포함한다. 존재하는 경우, 제 2 금속은 바람직하게는 구리, 몰리브덴, 주석, 크롬, 철, 코발트, 바나듐, 텅스텐, 팔라듐, 백금, 란탄, 세륨, 망간, 루테늄, 레늄, 금 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 제 2 금속은 구리, 주석, 코발트, 레늄 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 제 2 금속은 주석 및 레늄으로부터 선택된다.As indicated above, the catalyst optionally further comprises a second metal, which typically acts as an accelerator. When present, the second metal is preferably selected from the group consisting of copper, molybdenum, tin, chromium, iron, cobalt, vanadium, tungsten, palladium, platinum, lanthanum, cerium, manganese, ruthenium, rhenium, gold and nickel. . More preferably, the second metal is selected from the group consisting of copper, tin, cobalt, rhenium and nickel. More preferably, the second metal is selected from tin and rhenium.
촉매가 둘 이상의 금속, 예컨대 제 1 금속 및 제 2 금속을 포함하는 경우, 제 1 금속은 임의적으로 0.1중량% 내지 10중량%, 예를 들어 0.1중량% 내지 5중량% 또는 0.1중량% 내지 3중량%의 양으로 촉매에 존재한다. 제 2 금속은 바람직하게는 0.1중량% 내지 20중량%, 예컨대 0.1중량% 내지 10중량%, 또는 0.1중량% 내지 5중량%의 양으로 존재한다. 둘 이상의 금속을 포함하는 촉매의 경우, 둘 이상의 금속을 서로 합금시킬 수 있거나, 또는 둘 이상의 금속은 비-합금된 금속 용액 또는 혼합물을 포함할 수 있다. If the catalyst comprises two or more metals, such as the first metal and the second metal, the first metal is optionally from 0.1% to 10% by weight, for example from 0.1% to 5% or from 0.1% to 3% by weight. Present in the catalyst in an amount of%. The second metal is preferably present in an amount of 0.1% to 20% by weight, such as 0.1% to 10% by weight, or 0.1% to 5% by weight. In the case of a catalyst comprising two or more metals, two or more metals may be alloyed with each other, or two or more metals may comprise a non-alloyed metal solution or mixture.
바람직한 금속 비는 촉매에 사용되는 금속에 따라 달라질 수 있다. 몇몇 예시적인 실시양태에서, 제 1 금속 대 제 2 금속의 몰비는 10:1 내지 1:10, 예를 들어 4:1 내지 1:4, 2:1 내지 1:2, 1.5:1 내지 1:1.5, 또는 1.1:1 내지 1:1.1이다.Preferred metal ratios may vary depending on the metal used in the catalyst. In some exemplary embodiments, the molar ratio of the first metal to the second metal is from 10: 1 to 1:10, such as from 4: 1 to 1: 4, from 2: 1 to 1: 2, 1.5, or 1.1: 1 to 1: 1.1.
촉매는 또한 제 1 금속 또는 제 2 금속과 관련하여 상기 열거된 임의의 금속으로부터 선택되는 제 3 금속을 포함할 수 있으며, 단, 제 3 금속은 제 1 금속 및 제 2 금속과 상이하다. 바람직한 양태에서, 제 3 금속은 코발트, 팔라듐, 루테늄, 구리, 아연, 백금, 주석 및 레늄으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 제 3 금속은 코발트, 팔라듐 및 루테늄으로부터 선택된다. 존재하는 경우, 제 3 금속의 총 중량은 바람직하게는 0.05중량% 내지 4중량%, 예컨대 0.1중량% 내지 3중량%, 또는 0.1중량% 내지 2중량%이다.The catalyst may also comprise a third metal selected from any of the metals listed above in relation to the first metal or the second metal, provided the third metal is different from the first metal and the second metal. In a preferred embodiment, the third metal is selected from the group consisting of cobalt, palladium, ruthenium, copper, zinc, platinum, tin and rhenium. More preferably, the third metal is selected from cobalt, palladium and ruthenium. If present, the total weight of the third metal is preferably 0.05% to 4% by weight, such as 0.1% to 3% by weight, or 0.1% to 2% by weight.
하나 이상의 금속에 덧붙여, 예시적인 촉매는 지지체 또는 개질된 지지체(이는 지지체 물질 및 지지체 물질의 산성을 조정하는 지지체 개질제를 포함하는 지지체를 의미함)를 추가로 포함한다. 지지체 또는 개질된 지지체의 총 중량은 촉매의 총 중량을 기준으로 75중량% 내지 99.9중량%, 예를 들어 78중량% 내지 97중량%, 또는 80중량% 내지 95중량%이다. 개질된 지지체를 사용하는 바람직한 실시양태에서, 지지체 개질제는 촉매의 총 중량을 기준으로 0.1중량% 내지 50중량%, 예를 들어 0.2중량% 내지 25중량%, 0.5중량% 내지 15중량%, 또는 1중량% 내지 8중량%의 양으로 존재한다.In addition to one or more metals, exemplary catalysts further include a support or modified support, which means a support comprising a support material and a support modifier that modulates the acidity of the support material. The total weight of the support or modified support is from 75 wt% to 99.9 wt%, for example from 78 wt% to 97 wt%, or from 80 wt% to 95 wt%, based on the total weight of the catalyst. In a preferred embodiment using a modified support, the support modifier is from 0.1 wt% to 50 wt%, for example from 0.2 wt% to 25 wt%, from 0.5 wt% to 15 wt%, or 1 based on the total weight of the catalyst. It is present in an amount of from 8% by weight.
적합한 지지체 물질은 예를 들어 적합한 금속 산화물-계 지지체 또는 세라믹-계 지지체를 포함할 수 있다. 바람직한 지지체는 실리카, 실리카/알루미나, 칼슘 메타실리케이트 같은 IIA족 실리케이트, 열분해 실리카, 고순도 실리카 및 이들의 혼합물 같은 규소질 지지체를 포함한다. 다른 지지체는 산화철, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화마그네슘, 탄소, 흑연, 표면적이 높은 흑연화 탄소, 활성탄 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다.Suitable support materials can include, for example, suitable metal oxide-based supports or ceramic-based supports. Preferred supports include silicon-like supports such as silica, silica / alumina, group IIA silicates such as calcium metasilicate, pyrolytic silica, high purity silica and mixtures thereof. Other supports may include, but are not limited to, iron oxide, alumina, titania, zirconia, magnesium oxide, carbon, graphite, graphitized carbon with high surface area, activated carbon, and mixtures thereof.
에탄올의 제조에 있어서, 촉매 지지체는 지지체 개질제로 개질될 수 있다. 바람직하게는, 지지체 개질제는 휘발성이 낮거나 휘발성이 아닌 염기성 개질제이다. 이러한 염기성 개질제는 예를 들어 (i) 알칼리토금속 산화물, (ii) 알칼리금속 산화물, (iii) 알칼리토금속 메타실리케이트, (iv) 알칼리금속 메타실리케이트, (v) IIB족 금속 산화물, (vi) IIB족 금속 메타실리케이트, (vii) IIIB족 금속 산화물, (viii) IIIB족 금속 메타실리케이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 산화물 및 메타실리케이트에 덧붙여, 나이트레이트, 나이트라이트, 아세테이트 및 락테이트를 비롯한 다른 유형의 개질제를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 지지체 개질제는 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐, 이트륨 및 아연중 임의의 것의 산화물 및 메타실리케이트뿐만 아니라 상기 임의의 것의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 지지체 개질제는 규산칼슘, 더욱 바람직하게는 칼슘 메타실리케이트(CaSiO3)이다. 지지체 개질제가 칼슘 메타실리케이트를 포함하는 경우, 칼슘 메타실리케이트의 적어도 일부가 결정질 형태인 것이 바람직하다.In the preparation of ethanol, the catalyst support can be modified with a support modifier. Preferably, the support modifier is a basic modifier with low or no volatility. Such basic modifiers include, for example, (i) alkaline earth metal oxides, (ii) alkali metal oxides, (iii) alkaline earth metal metasilicates, (iv) alkali metal metasilicates, (v) group IIB metal oxides, (vi) group IIB Metal metasilicate, (vii) group IIIB metal oxide, (viii) group IIIB metal metasilicate, and mixtures thereof. In addition to oxides and metasilicates, other types of modifiers can be used, including nitrates, nitrites, acetates, and lactates. Preferably, the support modifier is selected from the group consisting of oxides and metasilicates of any of sodium, potassium, magnesium, calcium, scandium, yttrium and zinc as well as mixtures of any of the above. Preferably, the support modifier is calcium silicate, more preferably calcium metasilicate (CaSiO 3 ). If the support modifier comprises calcium metasilicate, it is preferred that at least a portion of the calcium metasilicate is in crystalline form.
바람직한 실리카 지지체 물질은 세인트 고바인 노프로(Saint Gobain NorPro)의 제품인 SS61138 고표면적(HSA) 실리카 촉매 담체이다. 세인트-고바인 노프로 SS61138 실리카는 약 95중량%의 고표면적 실리카를 함유하고, 약 250m2/g의 표면적; 약 12nm의 중간 공극 직경; 수은 침투 공극 측정법에 의해 측정된 약 1.0cm3/g의 평균 공극 부피 및 약 0.352g/cm3(22lb/ft3)의 팩킹 밀도를 갖는다.Preferred silica support materials are SS61138 high surface area (HSA) silica catalyst carriers from Saint Gobain NorPro. St-Govine Nopro SS61138 Silica contains about 95% by weight high surface area silica and has a surface area of about 250 m 2 / g; Median pore diameter of about 12 nm; It has an average pore volume of about 1.0 cm 3 / g and a packing density of about 0.352 g / cm 3 (22 lb / ft 3 ) measured by mercury penetration porosimetry.
바람직한 실리카/알루미나 지지체 물질은 약 5mm의 공칭 직경, 약 0.562g/ml의 밀도, 지지체 1g당 약 0.583g H2O의 흡수율, 약 160 내지 175m2/g의 표면적 및 약 0.68ml/g의 공극 부피를 갖는 KA-160[수드 케미(Sud Chemie)] 실리카 구이다.Preferred silica / alumina support materials have a nominal diameter of about 5 mm, a density of about 0.562 g / ml, an absorption of about 0.583 g H 2 O per gram of support, a surface area of about 160 to 175 m 2 / g and a pore of about 0.68 ml / g KA-160 (Sud Chemie) silica spheres with volume.
당업자가 주지하고 있듯이, 지지체 물질은 촉매 시스템이 에탄올의 제조에 이용되는 공정 조건하에서 적합하게 활성이고 선택적이며 강건하도록 선택된다.As will be appreciated by those skilled in the art, the support material is chosen such that the catalyst system is suitably active, selective and robust under the process conditions used to produce ethanol.
촉매의 금속은 지지체 전체에 걸쳐 분산되거나, 지지체의 외표면(난각) 상에 코팅되거나 또는 지지체의 표면 상에 장식될 수 있다.The metal of the catalyst can be dispersed throughout the support, coated on the outer surface (oval) of the support or decorated on the surface of the support.
본 발명에 사용하기 적합한 촉매 조성물은 바람직하게는 개질된 지지체의 금속 함침을 통해 제조되지만, 화학적 증착 같은 다른 방법도 이용될 수 있다. 이러한 함침 기법은 미국 특허 제 7,608,744 호 및 제 7,863,489 호, 및 미국 특허 공개 제 2010/0197485 호에 기재되어 있으며, 이들을 본원에 참고로 인용한다.Catalyst compositions suitable for use in the present invention are preferably prepared through metal impregnation of the modified support, but other methods such as chemical vapor deposition can also be used. Such impregnation techniques are described in U.S. Patent Nos. 7,608,744 and 7,863,489, and U.S. Patent Publication No. 2010/0197485, which are incorporated herein by reference.
본 발명의 한 실시양태에 따라 아세트산을 수소화시켜 에탄올을 생성시키는 방법의 일부 실시양태는 당업자가 용이하게 주지하고 있듯이 고정상 반응기 또는 유동상 반응기를 이용하는 다양한 구성을 포함할 수 있다. 본 발명의 다수의 실시양태에서는, "단열" 반응기를 이용할 수 있는데, 즉 열을 가하거나 제거하기 위하여 반응 대역을 통한 내부 배관을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는다. 다른 실시양태에서는, 방사상유동 반응기 또는 반응기들을 이용할 수 있거나, 또는 열 교환, 급랭 또는 추가적인 공급 물질의 도입을 이용하거나 이용하지 않으면서 일련의 반응기를 이용할 수 있다. 다르게는, 열 전달 매질이 제공되는 원통 다관식 반응기(shell and tube reactor)를 이용할 수 있다. 다수의 경우, 반응 대역은 단일 용기에 또는 사이에 열 교환기를 갖는 일련의 용기에 수용될 수 있다.Some embodiments of the method of hydrogenating acetic acid to produce ethanol in accordance with one embodiment of the present invention may include various configurations using a fixed bed reactor or fluidized bed reactor as those skilled in the art will readily appreciate. In many embodiments of the present invention, a "insulation" reactor can be used, ie, little or no internal piping through the reaction zone is required to add or remove heat. In other embodiments, radial flow reactors or reactors may be used, or a series of reactors may be used with or without heat exchange, quenching or the introduction of additional feed material. Alternatively, a shell and tube reactor provided with a heat transfer medium can be used. In many cases, the reaction zone may be contained in a single vessel or in a series of vessels with heat exchangers therebetween.
바람직한 실시양태에서는, 예컨대 파이프 또는 관 형상의 고정상 반응기에서 촉매를 사용하는데, 여기에서는 전형적으로 증기 형태의 반응물이 촉매 위로 또는 촉매를 통해 통과한다. 유동상 또는 비등상(ebullient bed) 반응기 같은 다른 반응기를 이용할 수 있다. 몇몇 경우에는, 수소화 촉매를 불활성 물질과 함께 사용하여, 촉매 상을 통한 반응물 스트림의 압력 강하 및 반응 화합물과 촉매 입자의 접촉 시간을 조절할 수 있다.In a preferred embodiment, the catalyst is used, for example in a fixed bed reactor in the form of a pipe or tube, in which the reactants, typically in vapor form, pass over or through the catalyst. Other reactors may be used, such as fluidized bed or ebullient bed reactors. In some cases, hydrogenation catalysts may be used in combination with inert materials to adjust the pressure drop of the reactant stream through the catalyst bed and the contact time of the reactant compound with the catalyst particles.
액상 또는 증기상에서 수소화 반응을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 하기 조건하에서 증기 상에서 반응을 수행한다. 반응 온도는 125℃ 내지 350℃, 예를 들어 200℃ 내지 325℃, 225℃ 내지 300℃, 또는 250℃ 내지 300℃일 수 있다. 압력은 10KPa 내지 3000KPa(약 1.5 내지 435psi), 예를 들어 50KPa 내지 2300KPa, 또는 100KPa 내지 1500KPa일 수 있다. 500시간-1 이상, 예를 들어 1000시간-1 이상, 2500시간-1 이상 또는 심지어 5000시간-1 이상의 기체 시간당 공간 속도(GHSV)로 반응물을 반응기에 공급할 수 있다. 범위로는, GHSV는 50시간-1 내지 50,000시간-1, 예컨대 500시간-1 내지 30,000시간-1, 1000시간-1 내지 10,000시간-1, 또는 1000시간-1 내지 6500시간-1일 수 있다. The hydrogenation reaction can be carried out in liquid or vapor phase. Preferably, the reaction is carried out in vapor phase under the following conditions. The reaction temperature may be 125 ° C to 350 ° C, for example 200 ° C to 325 ° C, 225 ° C to 300 ° C, or 250 ° C to 300 ° C. The pressure can be 10 KPa to 3000 KPa (about 1.5 to 435 psi), for example 50 KPa to 2300 KPa, or 100 KPa to 1500 KPa. The reactants may be fed to the reactor at a gas hourly space velocity (GHSV) of at least 500 hours −1 , for example at least 1000 hours −1, at least 2500 hours −1 or even at least 5000 hours −1 . In the range, the GHSV may be 50 hours −1 to 50,000 hours −1 , such as 500 hours −1 to 30,000 hours −1 , 1000 hours −1 to 10,000 hours −1 , or 1000 hours −1 to 6500 hours −1 . .
임의적으로는 선택된 GHSV에서 촉매상을 가로지르는 압력 강하를 극복하기에 충분한 압력에서 수소화를 수행하지만, 더 높은 압력의 사용이 금지되지는 않으며, 높은 공간 속도, 예컨대 5000시간-1 또는 6,500시간-1에서 반응기 상을 통한 상당한 압력 강하를 겪게 될 수 있는 것으로 생각된다.Optionally, hydrogenation is carried out at a pressure sufficient to overcome the pressure drop across the catalyst bed in the selected GHSV, but the use of higher pressures is not prohibited, and high space velocities such as 5000 hours -1 or 6,500 hours -1 It is contemplated that a significant pressure drop through the reactor bed may be encountered.
반응은 아세트산 1몰당 수소 2몰을 소비하여 에탄올 1몰을 생성시키지만, 공급 스트림중 수소 대 아세트산의 실제 몰비는 약 100:1 내지 1:100, 예를 들어 50:1 내지 1:50, 20:1 내지 1:2, 또는 12:1 내지 1:1로 변할 수 있다. 가장 바람직하게는, 수소 대 아세트산의 몰비는 2:1보다 크며, 예컨대 4:1보다 크거나 또는 8:1보다 크다.The reaction consumes 2 moles of hydrogen per mole of acetic acid to produce 1 mole of ethanol, but the actual molar ratio of hydrogen to acetic acid in the feed stream is about 100: 1 to 1: 100, for example 50: 1 to 1:50, 20: 1 to 1: 2, or 12: 1 to 1: 1. Most preferably, the molar ratio of hydrogen to acetic acid is greater than 2: 1, such as greater than 4: 1 or greater than 8: 1.
접촉 또는 체류 시간도 아세트산의 양, 촉매, 반응기, 온도 및 압력 같은 변수에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 전형적인 접촉 시간은 고정상 외의 촉매 시스템이 이용되는 경우 1초 미만 내지 수시간 이상에 이르며, 바람직한 접촉 시간은 적어도 증기상 반응의 경우 0.1 내지 100초, 예를 들어 0.3 내지 80초 또는 0.4 내지 30초이다.The contact or residence time can also vary widely depending on variables such as the amount of acetic acid, catalyst, reactor, temperature and pressure. Typical contact times range from less than 1 second to several hours or more when catalyst systems other than stationary phases are used, with preferred contact times being at least 0.1 to 100 seconds, such as 0.3 to 80 seconds or 0.4 to 30 seconds for vapor phase reactions. .
본 발명의 방법과 관련하여 사용되는 원료 물질, 즉 아세트산 및 수소는 천연 가스, 석유, 석탄, 바이오매스 등을 비롯한 임의의 적합한 공급원으로부터 유래될 수 있다. 예로서, 메탄올 카본일화, 아세트알데하이드 산화, 에틸렌 산화, 산화성 발효 및 혐기성 발효를 통해 아세트산을 생성시킬 수 있다. 석유 및 천연 가스 가격이 변동되기(더 비싸지거나 더 싸지거나) 때문에, 다른 탄소 공급원으로부터 아세트산 및 메탄올과 일산화탄소 같은 중간체를 생성시키는 방법에 대한 관심이 커져 왔다. 구체적으로, 석유가 천연 가스에 비해 비교적 비싼 경우에는, 임의의 이용가능한 탄소 공급원으로부터 유도되는 합성 가스("syngas")로부터 아세트산을 생성시키는 것이 유리해질 수 있다. 예를 들어, 본원에 참고로 인용하는 미국 특허 제 6,232,352 호는 아세트산을 제조하기 위하여 메탄올 플랜트를 개조(retrofitting)하는 방법을 교시한다. 메탄올 플랜트를 개조함으로써, 새로운 아세트산 플랜트의 일산화탄소 발생에 수반되는 큰 자본 비용이 상당히 감소되거나 크게 없어진다. 합성 가스중 전부 또는 일부를 메탄올 합성 루프로부터 분기시키고 분리 단위장치로 공급하여, 일산화탄소 및 수소를 회수하며, 이 일산화탄소 및 수소를 다시 사용하여 아세트산을 생성시킨다. 아세트산에 덧붙여, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 수소를 제조하는 데에도 이러한 방법을 이용할 수 있다.The raw materials used in connection with the process of the invention, namely acetic acid and hydrogen, can be derived from any suitable source, including natural gas, petroleum, coal, biomass and the like. As an example, acetic acid can be produced through methanol carbonylation, acetaldehyde oxidation, ethylene oxidation, oxidative fermentation and anaerobic fermentation. As oil and natural gas prices fluctuate (better or cheaper), there has been a growing interest in the production of intermediates such as acetic acid and methanol and carbon monoxide from other carbon sources. In particular, where petroleum is relatively expensive compared to natural gas, it may be advantageous to produce acetic acid from syngas ("syngas") derived from any available carbon source. For example, US Pat. No. 6,232,352, incorporated herein by reference, teaches a method of retrofitting a methanol plant to produce acetic acid. By retrofitting a methanol plant, the large capital costs associated with carbon monoxide generation of the new acetic acid plant are significantly reduced or significantly eliminated. All or part of the synthesis gas is branched from the methanol synthesis loop and fed to a separation unit to recover carbon monoxide and hydrogen, which is again used to produce acetic acid. In addition to acetic acid, this method may also be used to produce hydrogen that may be used in connection with the present invention.
아세트산의 생성에 적합한 메탄올 카본일화 방법은 미국 특허 제 7,208,624 호, 제 7,115,772 호, 제 7,005,541 호, 제 6,657,078 호, 제 6,627,770 호, 제 6,143,930 호, 제 5,599,976 호, 제 5,144,068 호, 제 5,026,908 호, 제 5,001,259 호 및 제 4,994,608 호에 기재되어 있으며, 이들의 개시내용을 본원에 참고로 인용한다. 임의적으로는, 에탄올 생성을 이러한 메탄올 카본일 방법과 통합할 수 있다.Suitable methanol carbonylation methods for the production of acetic acid are described in U.S. Patent Nos. 7,208,624, 7,115,772, 7,005,541, 6,657,078, 6,627,770, 6,143,930, 5,599,976, 5,144,068, 5,026,908, 5,001,259 And 4,994,608, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Optionally, ethanol production can be integrated with this methanol carbonyl method.
또한 본원에 참고로 인용하는 미국 재발행 특허 제 35,377 호는 오일, 석탄, 천연 가스 및 바이오매스 물질 같은 탄소질 물질의 전환에 의해 메탄올을 생성시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 고체 및/또는 액체 탄소질 물질을 수소첨가 가스화시켜 가공 가스(process gas)를 수득하고, 이를 추가적인 천연 가스로 수증기 열분해시켜 합성 가스를 형성시킴을 포함한다. 합성 가스를 메탄올로 전환시키고, 이를 카본일화시켜 아세트산을 제조할 수 있다. 이 방법은 마찬가지로 상기 지적한 바와 같이 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 수소를 생성시킨다. 가스화를 통해 폐 바이오매스를 합성 가스로 전환시키는 방법을 개시하는 미국 특허 제 5,821,111 호 및 미국 특허 제 6,685,754 호를 본원에 참고로 인용한다.US Reissue Patent No. 35,377, also incorporated herein by reference, provides a method for producing methanol by conversion of carbonaceous materials such as oil, coal, natural gas and biomass materials. The method involves hydrogenating a solid and / or liquid carbonaceous material to obtain a process gas, which is pyrolyzed with additional natural gas to form a synthesis gas. The synthesis gas can be converted to methanol and carbonylated to produce acetic acid. This method likewise produces hydrogen which can be used in connection with the present invention as indicated above. US Pat. No. 5,821,111 and US Pat. No. 6,685,754, which disclose methods of converting waste biomass to syngas via gasification, are incorporated herein by reference.
하나의 선택적인 실시양태에서, 수소화 반응에 공급되는 아세트산 공급 스트림은 아세트산을 포함하고, 다른 카복실산, 예를 들어 프로피온산, 에스터 및 무수물뿐만 아니라 아세트알데하이드 및 아세톤도 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 수소화 반응에 공급되는 아세트산은 프로피온산을 포함한다. 예를 들어, 아세트산 공급 스트림중 프로피온산은 0.001중량% 내지 15중량%, 예컨대 0.001중량% 내지 0.11중량%, 0.125중량% 내지 12.5중량%, 1.25중량% 내지 11.25중량%, 또는 3.75중량% 내지 8.75중량%에 이를 수 있다. 따라서, 아세트산 공급 스트림은 더욱 조질의 아세트산 공급 스트림, 예를 들어 덜 정제된 아세트산 공급 스트림일 수 있다. 이들 실시양태에서는, 아세트산 공급 스트림중의 프로피온산을 수소화시켜 n-프로판올을 형성시키는데, 이는 변성제로서 작용할 수 있다. n-프로판올은 0.001중량% 내지 15중량%, 예컨대 0.001중량% 내지 0.11중량%, 0.13중량% 내지 13.2중량%, 1.3중량% 내지 11.9중량%, 또는 4중량% 내지 9.3중량%의 양으로 변성 에탄올 조성물에 존재할 수 있다.In one optional embodiment, the acetic acid feed stream fed to the hydrogenation reaction contains acetic acid and may include other carboxylic acids such as propionic acid, esters and anhydrides as well as acetaldehyde and acetone. In one embodiment, the acetic acid fed to the hydrogenation reaction comprises propionic acid. For example, propionic acid in the acetic acid feed stream is 0.001% to 15% by weight, such as 0.001% to 0.11%, 0.125% to 12.5%, 1.25% to 11.25%, or 3.75% to 8.75% It can reach%. Thus, the acetic acid feed stream may be a more crude acetic acid feed stream, for example a less refined acetic acid feed stream. In these embodiments, propionic acid in the acetic acid feed stream is hydrogenated to form n-propanol, which can act as a modifier. n-propanol is modified ethanol in an amount of 0.001% to 15% by weight, such as 0.001% to 0.11%, 0.13% to 13.2%, 1.3% to 11.9%, or 4% to 9.3% by weight. May be present in the composition.
다르게는, 본원에 참고로 인용하는 미국 특허 제 6,657,078 호에 기재되어 있는 부류의 메탄올 카본일화 단위장치의 플래시(flash) 용기로부터 조질 생성물로서 직접 증기 형태의 아세트산을 수득할 수 있다. 예를 들어 아세트산과 경질분(light ends) 화합물을 응축시키거나 물을 제거할 필요 없이 본 발명의 에탄올 합성 반응 대역에 조질 증기 생성물을 바로 공급하여, 전체적인 가공 비용을 절약할 수 있다.Alternatively, acetic acid in vapor form can be obtained directly as a crude product from a flash vessel of the methanol carbonylation unit of the class described in US Pat. No. 6,657,078, which is incorporated herein by reference. For example, the crude vapor product can be fed directly into the ethanol synthesis reaction zone of the present invention without the need to condense acetic acid and light ends compounds or remove water, thereby reducing overall processing costs.
한 실시양태에서는, 아세트산 및 수소에 덧붙여 아세톤을 반응물로서 반응기에 첨가한다. 특정 이론에 얽매이지 않으면서, 반응에 아세톤을 첨가하면 변성제로서의 역할을 할 수 있는 아이소프로판올을 생성시키는 것으로 생각된다. 다른 양태에서는, 아세트산의 수소화의 부산물로서 아세톤을 형성시킨다. 생성된 후, 아세톤을 수소화시켜 변성제로서의 아이소프로판올을 생성시킬 수 있다. 아이소프로판올 변성제가 요구되는 일부 실시양태에서는, 별도의 촉매를 사용하여 더 높은 농도의 아세톤을 수득하는데, 이는 후속 수소화에서 조질 에탄올 조성물중 더 높은 농도의 아이소프로판올을 생성시킨다. 예를 들어, TiO2, ZrO2, Fe2O3 또는 CeO2 같은 지지체를 포함하는 촉매 조성물을 사용할 수 있다. 다른 예시적인 촉매 조성물은 SiO2에 의해 지지되는 루테늄, 탄소에 의해 지지되는 철, 또는 탄소에 의해 지지되는 팔라듐을 포함한다.In one embodiment, acetone is added to the reactor as reactant in addition to acetic acid and hydrogen. Without being bound by a particular theory, it is believed that adding acetone to the reaction produces isopropanol, which can act as a modifier. In another embodiment, acetone is formed as a byproduct of the hydrogenation of acetic acid. After production, acetone can be hydrogenated to produce isopropanol as a modifier. In some embodiments where isopropanol modifiers are required, separate catalysts are used to obtain higher concentrations of acetone, which results in higher concentrations of isopropanol in the crude ethanol composition in subsequent hydrogenation. For example, a catalyst composition comprising a support such as TiO 2 , ZrO 2 , Fe 2 O 3, or CeO 2 can be used. Other exemplary catalyst compositions include ruthenium supported by SiO 2 , iron supported by carbon, or palladium supported by carbon.
한 실시양태에서는, 보조 아세톤 반응기에서 수행되는 보조 반응에서 아세톤을 생성시킨다. 예로서, 아세톤을 형성시키는데 효과적인 조건하에서 아세트산을 보조 반응기에서 반응시킬 수 있다(예를 들어, 케톤화). 보조 반응기에 공급되는 아세트산은 수소화 반응기에 공급되는 아세트산 공급 스트림으로부터 빼낼 수 있다. 보조 반응기는 상기 논의된 유형일 수 있다. 예를 들면, 보조 반응기는 촉매가 배치된 고정상 반응기일 수 있다. 바람직하게는, 보조 반응기는 파이프 또는 관의 형태인데, 여기에서는 전형적으로 증기 형태의 반응물이 파이프 또는 관에 배치되는 촉매 위로 또는 촉매를 통해 통과한다. 일부 실시양태에서, 보조 반응기는 케톤화를 촉진하고/하거나 아세톤의 생성에 바람직한 촉매를 사용한다. 예를 들어, 촉매는 염기성 촉매, 예컨대 산화토륨을 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에서는, 보조 반응기에 의해 수득되는 아세톤을 아세트산 및 수소에 덧붙여 반응물로서 수소화 반응기로 보낸다.In one embodiment, acetone is produced in the auxiliary reaction carried out in the auxiliary acetone reactor. For example, acetic acid can be reacted in a secondary reactor under conditions effective to form acetone (eg, ketoneization). The acetic acid fed to the auxiliary reactor may be withdrawn from the acetic acid feed stream fed to the hydrogenation reactor. The auxiliary reactor may be of the type discussed above. For example, the auxiliary reactor may be a fixed bed reactor in which a catalyst is disposed. Preferably, the auxiliary reactor is in the form of a pipe or tube, where typically a reactant in the form of steam passes over or through a catalyst placed in the pipe or tube. In some embodiments, the auxiliary reactor uses a catalyst which promotes ketoneization and / or is preferred for producing acetone. For example, the catalyst may comprise a basic catalyst such as thorium oxide. In some embodiments, acetone obtained by the auxiliary reactor is sent to the hydrogenation reactor as a reactant in addition to acetic acid and hydrogen.
반응 온도에서 아세트산을 기화시킨 후, 기화된 아세트산을 희석시키지 않은 상태로 수소와 함께 공급하거나, 또는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소 등과 같은 비교적 불활성인 담체 기체로 희석시킬 수 있다. 증기 상에서 수행되는 반응의 경우, 온도가 아세트산의 이슬점 아래로 떨어지지 않도록 시스템 내에서 온도를 제어해야 한다. 한 실시양태에서는, 특정 압력에서 아세트산의 비점에서 아세트산을 기화시킬 수 있고, 이어 기화된 아세트산을 반응기 입구 온도까지 추가로 가열할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 아세트산의 비점 미만의 온도에서 아세트산을 통해 수소, 재순환 기체, 다른 적합한 기체 또는 이들의 혼합물을 통과시킴으로써 아세트산을 증기 상태로 변화시키고, 이에 의해 담체 기체를 아세트산 증기로 습윤화시킨 다음, 혼합된 증기를 반응기 입구 온도까지 가열한다. 바람직하게는, 125℃ 이하의 온도에서 아세트산을 통해 수소 및/또는 재순환 기체를 통과시킴으로써 아세트산을 증기로 변화시킨 후, 합쳐진 기상 스트림을 반응기 입구 온도까지 가열한다.After evaporating acetic acid at the reaction temperature, the vaporized acetic acid can be fed with hydrogen without dilution, or diluted with a relatively inert carrier gas such as nitrogen, argon, helium, carbon dioxide and the like. For reactions performed in the vapor phase, the temperature must be controlled in the system so that the temperature does not fall below the dew point of acetic acid. In one embodiment, acetic acid may be vaporized at the boiling point of acetic acid at a certain pressure, and then the vaporized acetic acid may be further heated to the reactor inlet temperature. In other embodiments, the acetic acid is changed to a vapor state by passing hydrogen, recycle gas, other suitable gas, or mixtures thereof through acetic acid at a temperature below the boiling point of acetic acid, whereby the carrier gas is wetted with acetic acid vapor and then The mixed steam is heated to the reactor inlet temperature. Preferably, the acetic acid is converted to steam by passing hydrogen and / or recycle gas through acetic acid at a temperature of 125 ° C. or lower, and then the combined gaseous stream is heated to the reactor inlet temperature.
특히, 아세트산의 수소화는 아세트산의 바람직한 전환율 및 에탄올로의 바람직한 선택성 및 생산율을 달성할 수 있다. 본 발명에서 용어 "전환율"은 아세트산 외의 화합물로 전환되는 공급물중 아세트산의 양을 가리킨다. 전환율은 공급물중 아세트산에 기초한 몰%로서 표현된다. 전환율은 10% 이상, 예를 들어 20% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상 또는 80% 이상일 수 있다. 80% 이상 또는 90% 이상의 높은 전환율을 갖는 촉매가 바람직하지만, 일부 실시양태에서는 에탄올에 대한 높은 선택성에서 낮은 전환율이 허용될 수 있다. 물론, 다수의 경우, 전환율은 적절한 재순환 스트림 또는 더 큰 반응기의 사용에 의해 보충할 수 있으나, 불량한 선택성을 보충하기는 더욱 어려운 것으로 널리 알려져 있다. In particular, hydrogenation of acetic acid can achieve the desired conversion of acetic acid and the desired selectivity and yield to ethanol. As used herein, the term "conversion rate" refers to the amount of acetic acid in a feed that is converted to a compound other than acetic acid. The conversion is expressed as mole% based on acetic acid in the feed. The conversion may be at least 10%, for example at least 20%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70% or at least 80%. Catalysts having a high conversion of at least 80% or at least 90% are preferred, but in some embodiments a low conversion at high selectivity to ethanol may be acceptable. Of course, in many cases, conversion can be supplemented by the use of appropriate recycle streams or larger reactors, but it is widely known that it is more difficult to compensate for poor selectivity.
선택성은 전환된 아세트산에 기초한 몰%로서 표현된다. 아세트산으로부터 전환된 각 화합물은 독립적인 선택성을 갖고, 선택성은 전환율과는 무관한 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 전환된 아세트산의 50몰%가 에탄올로 전환된 경우, 에탄올 선택성을 50%라고 칭한다. 바람직하게는, 에톡실레이트로의 촉매 선택성은 60% 이상, 예를 들어 70% 이상, 또는 80% 이상이다. 본원에 사용되는 용어 "에톡실레이트"는 구체적으로 화합물 에탄올, 아세트알데하이드 및 에틸 아세테이트를 말한다. 바람직하게는, 에탄올에 대한 선택성은 80% 이상, 예컨대 85% 이상 또는 88% 이상이다. 수소화 공정의 바람직한 실시양태는 또한 메탄, 에탄 및 이산화탄소 같은 바람직하지 못한 생성물로의 낮은 선택성을 갖는다. 이들 바람직하지 못한 생성몰에 대한 선택성은 바람직하게는 4% 미만, 예를 들어 2% 미만 또는 1% 미만이다. 더욱 바람직하게는, 이들 바람직하지 못한 생성물은 검출되지 않는다. 알칸의 형성은 낮을 수 있으며, 이상적으로는 촉매 위로 통과한 아세트산의 2% 미만, 1% 미만 또는 0.5% 미만이 연료로서 외에는 가치가 거의 없는 알칸으로 전환된다. Selectivity is expressed as mole% based on the converted acetic acid. It is to be understood that each compound converted from acetic acid has independent selectivity, and the selectivity is independent of the conversion rate. For example, when 50 mole percent of the converted acetic acid is converted to ethanol, ethanol selectivity is referred to as 50%. Preferably, the catalyst selectivity to ethoxylate is at least 60%, for example at least 70%, or at least 80%. The term "ethoxylate" as used herein specifically refers to compounds ethanol, acetaldehyde and ethyl acetate. Preferably, the selectivity to ethanol is at least 80%, such as at least 85% or at least 88%. Preferred embodiments of the hydrogenation process also have low selectivity to undesirable products such as methane, ethane and carbon dioxide. Selectivity to these undesired moles is preferably less than 4%, for example less than 2% or less than 1%. More preferably, these undesirable products are not detected. The formation of the alkane may be low and ideally less than 2%, less than 1%, or less than 0.5% of the acetic acid passed over the catalyst is converted to an alkane with little value other than fuel.
본원에 사용되는 용어 "생산율"은 1시간당 사용되는 촉매 1kg을 기준으로 하여 수소화 동안 생성되는 명시된 생성물, 예컨대 에탄올의 g수를 가리킨다. 1시간당 촉매 1kg당 에탄올 200g 이상, 예컨대 400g 이상 또는 600g 이상의 생산율이 바람직하다. 범위로는, 생산율은 바람직하게는 1시간당 촉매 1kg당 에탄올 200 내지 3,000g, 예를 들어 400 내지 2,500g 또는 600 내지 2,000g이다.The term "production rate" as used herein refers to the number of stated products, such as ethanol, produced during hydrogenation, based on 1 kg of catalyst used per hour. Preference is given to a production rate of at least 200 g of ethanol, such as at least 400 g or at least 600 g per kg of catalyst per hour. In the range, the production rate is preferably 200 to 3,000 g of ethanol per kg of catalyst per hour, for example 400 to 2500 g or 600 to 2,000 g.
다양한 실시양태에서, 수소화 공정에 의해 생성된 조질 에탄올 생성물은 정제 및 분리 같은 임의의 후속 가공 전에 전형적으로 미반응 아세트산, 에탄올 및 물을 포함한다. 본원에 사용되는 용어 "조질 에탄올 생성물"은 에탄올 5중량% 내지 70중량% 및 물 5중량% 내지 35중량%를 포함하는 임의의 조성물을 나타낸다. 일부 예시적인 실시양태에서, 조질 에탄올 생성물은 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 5중량% 내지 70중량%, 예를 들어 10중량% 내지 60중량% 또는 15중량% 내지 50중량%의 양으로 에탄올을 포함한다. 바람직하게는, 조질 에탄올 생성물은 에탄올 10중량% 이상, 에탄올 15중량% 이상, 또는 에탄올 20중량% 이상을 포함한다.In various embodiments, the crude ethanol product produced by the hydrogenation process typically comprises unreacted acetic acid, ethanol and water prior to any subsequent processing such as purification and separation. The term "crude ethanol product" as used herein refers to any composition comprising 5% to 70% by weight of ethanol and 5% to 35% by weight of water. In some exemplary embodiments, the crude ethanol product is present in an amount of from 5% to 70% by weight, for example from 10% to 60% by weight or from 15% by weight to 50% by weight, based on the total weight of the crude ethanol product, It includes. Preferably, the crude ethanol product comprises at least 10% ethanol, at least 15% ethanol, or at least 20% ethanol.
조질 에탄올 생성물은 전형적으로 전환율에 따라 예를 들어 90중량% 미만, 예컨대 80중량% 미만, 또는 70중량% 미만의 양으로 미반응 아세트산을 추가로 포함한다. 범위로는, 미반응 아세트산은 0 내지 90중량%, 예컨대 5중량% 내지 80중량%, 15중량% 내지 70중량%, 20중량% 내지 70중량% 또는 25중량% 내지 65중량%의 양으로 바람직하게 존재한다. 아세톤이 반응물로서 포함되는 경우, 조질 에탄올 생성물은 0.01중량% 내지 10중량%, 예를 들어 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 9중량%, 또는 3중량% 내지 7중량%의 아이소프로판올을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 조질 에탄올 생성물은 0.01중량% 내지 20중량%, 예컨대 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 9중량%, 또는 3중량% 내지 7중량%의 다이에틸 에터를 포함한다. 반응 공정에서 물이 생성되기 때문에, 조질 에탄올 생성물은 통상적으로 예컨대 5중량% 내지 35중량%, 예를 들어 10중량% 내지 30중량% 또는 10중량% 내지 26중량%의 양으로 물을 포함하게 된다. 아세트산의 수소화 동안 또는 부반응을 통해 에틸 아세테이트도 생성될 수 있다. 이들 실시양태에서, 조질 에탄올 생성물은 0 내지 20중량%, 예컨대 0 내지 15중량%, 1 내지 12중량% 또는 3 내지 10중량%의 양으로 에틸 아세테이트를 포함한다. 부반응을 통해 아세트알데하이드로 생성될 수 있다. 이들 실시양태에서, 조질 에탄올 생성물은 0 내지 10중량%, 예를 들어 0 내지 3중량%, 0.1 내지 3중량%, 또는 0.2 내지 2중량%의 양으로 아세트알데하이드를 포함한다. 프로피온산이 반응물로서 포함되는 몇몇 실시양태에서는, 수소화를 통해 생성되는 n-프로판올이 0.001중량% 내지 15중량%, 예를 들어 0.001중량% 내지 0.11중량%, 0.13중량% 내지 13.2중량%, 1.3중량% 내지 11.9중량%, 또는 4중량% 내지 9.3중량%의 양으로 조질 에탄올 생성물에 존재할 수 있다.The crude ethanol product typically further comprises unreacted acetic acid, for example in an amount of less than 90% by weight, such as less than 80% by weight, or less than 70% by weight, depending on the conversion rate. In the range, unreacted acetic acid is preferably in an amount of 0 to 90% by weight, such as 5% to 80% by weight, 15% to 70% by weight, 20% to 70% by weight or 25% to 65% by weight. Exist. When acetone is included as a reactant, the crude ethanol product is 0.01 to 10 weight percent, for example 0.1 to 10 weight percent, 1 to 9 weight percent, or 3 to 7 weight percent isopropanol It may include. In another embodiment, the crude ethanol product comprises from 0.01 wt% to 20 wt%, such as from 0.1 wt% to 10 wt%, from 1 wt% to 9 wt%, or from 3 wt% to 7 wt% diethyl ether. Since water is produced in the reaction process, the crude ethanol product will typically comprise water in an amount of, for example, 5% to 35% by weight, for example 10% to 30% by weight or 10% to 26% by weight. . Ethyl acetate may also be produced during the hydrogenation of acetic acid or through side reactions. In these embodiments, the crude ethanol product comprises ethyl acetate in an amount of 0 to 20 wt%, such as 0 to 15 wt%, 1 to 12 wt%, or 3 to 10 wt%. It can be produced as acetaldehyde through side reactions. In these embodiments, the crude ethanol product comprises acetaldehyde in an amount of 0 to 10% by weight, for example 0 to 3%, 0.1 to 3%, or 0.2 to 2% by weight. In some embodiments in which propionic acid is included as a reactant, the n-propanol produced through hydrogenation is 0.001% to 15% by weight, for example 0.001% to 0.11%, 0.13% to 13.2%, 1.3% To 11.9% by weight, or 4% to 9.3% by weight in the crude ethanol product.
따라서, 수소화 반응은 특히 아세트산, 아이소프로판올, 에틸 아세테이트, 다이에틸 에터, 아세트알데하이드 및/또는 n-프로판올 같은 변성제를 포함할 수 있는 조질 에탄올 생성물을 생성시킨다. 이들 동일 반응계 내에서 생성된 화합물 각각은 단독으로 또는 서로와 함께 변성 에탄올 조성물에서 변성제로서의 역할을 할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 조질 에탄올 생성물중 전부 또는 일부를 정제 에탄올 스트림과 합하여 변성 에탄올 조성물을 형성시킬 수 있다. 반응 매개변수를 조정하여 목적하는 조질 에탄올 생성물, 따라서 목적하는 변성 에탄올 조성물을 달성하는 것은 본 발명의 영역에 속한다. 한 실시양태에서는, 조질 에탄올 생성물중 하나 이상의 성분, 예컨대 변성제의 특정량을 달성하기 위하여 수소화 반응기에 공급되는 반응물, 예를 들어 아세트산, 아세톤 및/또는 프로피온산 등의 양을 조정할 수 있다. 이렇게 생성된 변성제를 정제 에탄올 스트림과 합하여 변성 에탄올 조성물을 제조할 수 있다. 예를 들어, 아세트산 및 아세톤을 포함하는 아세트산 스트림을 공급함으로써, 에탄올 100부에 대해 아이소프로판올 약 5부를 포함하는 변성 에탄올 조성물을 생성시킬 수 있다. 다른 예로서, 아세트산 및 프로피온산을 포함하는 아세트산 스트림을 공급함으로써 에탄올 100부에 대해 n-프로판올 약 5부를 포함하는 변성 에탄올 조성물을 생성시킬 수 있다. 추가적인 수소화 반응기 매개변수를 조정하여, 목적량의 특정 변성제 또는 변성제의 조합을 포함하는 조질 에탄올 생성물을 달성하는 것도 본 발명의 영역 내에 속한다. 예를 들어, 다이에틸 에터 약 10부를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 생성시키기 위하여, 2010년 8월 4일자로 출원된 동시 계류중인 미국 특허원 제 12/850,414 호(발명의 명칭: "아세트산으로부터 다이에틸 에터를 제조하는 방법")에 기재되어 있는 바와 같이 산성 지지체를 갖는 수소화 촉매를 사용할 수 있으며, 상기 특허원의 개시내용을 본원에 참고로 인용한다.Thus, the hydrogenation reaction produces a crude ethanol product which may in particular contain a denaturant such as acetic acid, isopropanol, ethyl acetate, diethyl ether, acetaldehyde and / or n-propanol. Each of the compounds produced within these in situ can act alone or together with one another as a modifier in the modified ethanol composition. In some embodiments, all or a portion of the crude ethanol product may be combined with a purified ethanol stream to form a modified ethanol composition. It is within the scope of the present invention to adjust the reaction parameters to achieve the desired crude ethanol product, thus the desired modified ethanol composition. In one embodiment, the amount of reactants fed to the hydrogenation reactor, such as acetic acid, acetone and / or propionic acid, may be adjusted to achieve a specific amount of one or more components of the crude ethanol product, such as denaturant. The resulting denaturant may be combined with a purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition. For example, by feeding an acetic acid stream comprising acetic acid and acetone, a denatured ethanol composition comprising about 5 parts of isopropanol relative to 100 parts of ethanol can be produced. As another example, a modified ethanol composition comprising about 5 parts of n-propanol relative to 100 parts of ethanol can be produced by feeding an acetic acid stream comprising acetic acid and propionic acid. It is also within the scope of the present invention to adjust additional hydrogenation reactor parameters to achieve a crude ethanol product comprising the desired amount of a specific modifier or combination of modifiers. For example, to produce a crude ethanol product comprising about 10 parts of diethyl ether, co-pending US patent application Ser. No. 12 / 850,414 filed Aug. 4, 2010, entitled "Diethyl from Acetic Acid." Quot ;, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety), which is incorporated herein by reference in its entirety.
한 실시양태에서는, 아이소프로판올과 에탄올을 서로 분리하기가 어렵게 때문에, 수소화 반응에서 형성된 아이소프로판올중 전부 또는 일부는 분리 계획을 통해 에탄올을 따라갈 수 있다.In one embodiment, it is difficult to separate isopropanol and ethanol from each other, so that all or some of the isopropanol formed in the hydrogenation reaction can follow the ethanol through a separation scheme.
형성된 상태 그대로의 조질 에탄올 조성물이 동일 반응계 내에서 생성된 변성제(들)를 함유할 수 있기 때문에, 추가로 분리되거나 분리되지 않은 조질 에탄올 조성물의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합하여, 변성 에탄올 조성물을 제조할 수 있다. 한 실시양태에서는, 동일 반응계 내에서 형성된 하나 이상의 변성제를 조질 에탄올 생성물로부터 분리하고 정제 에탄올 스트림과 합할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 조질 에탄올 생성물중 적어도 일부, 예컨대 분취량을 정제 에탄올 스트림과 합할 수 있다. 예를 들어, 조질 에탄올 생성물이 n-프로판올을 포함하는 경우에는, n-프로판올-함유 조질 에탄올 생성물의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합하여, n-프로판올 변성제를 포함하는 변성 에탄올 조성물을 제조할 수 있다. 다른 실시양태에서는, n-프로판올중 적어도 일부를 조질 에탄올 생성물로부터 분리하고 정제 에탄올 스트림과 합하여, n-프로판올 변성 에탄올 조성물을 생성시킨다. 또 다른 예로서, 아세트산이 목적하는 변성제인 경우에는, 아세트산-함유 조질 에탄올 조성물중 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합쳐서, 아세트산 변성제를 포함하는 변성 에탄올 조성물을 제조할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 아세트산 공급물 및/또는 임의의 아세트산 재순환 스트림중의 아세트산의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합하여, 아세트산-변성 에탄올 조성물을 제조할 수 있다.Since the crude ethanol composition as formed may contain the modifying agent (s) produced in situ, at least a portion of the crude ethanol composition, further separated or not separated, is combined with the purified ethanol stream to prepare a modified ethanol composition. can do. In one embodiment, one or more denaturants formed in situ may be separated from the crude ethanol product and combined with the purified ethanol stream. In other embodiments, at least some, such as aliquots, of the crude ethanol product can be combined with the purified ethanol stream. For example, where the crude ethanol product comprises n-propanol, at least a portion of the n-propanol-containing crude ethanol product can be combined with the purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition comprising an n-propanol modifier . In other embodiments, at least some of the n-propanol is separated from the crude ethanol product and combined with the purified ethanol stream to produce an n-propanol modified ethanol composition. As another example, where acetic acid is the desired denaturant, at least a portion of the acetic acid-containing crude ethanol composition may be combined with a purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition comprising an acetic acid modifier. In other embodiments, an acetic acid-modified ethanol composition can be prepared by combining at least a portion of acetic acid in the acetic acid feed and / or any acetic acid recycle stream with a purified ethanol stream.
검출가능한 경우 예컨대 에스터, 에터, 알데하이드, 케톤, 알칸 및 이산화탄소 같은 다른 성분은 모두 10중량% 미만, 예를 들어 6중량% 미만, 또는 4중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 범위로는, 조질 에탄올 조성물은 0.1중량% 내지 10중량%, 예를 들어 0.1중량% 내지 6중량%, 또는 0.1중량% 내지 4중량%의 양으로 다른 성분을 포함할 수 있다. 조질 에탄올 조성 범위의 예시적인 실시양태가 표 1에 제공된다.When detectable, other components such as ester, ether, aldehyde, ketone, alkane and carbon dioxide may all be present in an amount of less than 10% by weight, for example less than 6% by weight, or less than 4% by weight. In a range, the crude ethanol composition may comprise other components in an amount of 0.1% to 10% by weight, for example 0.1% to 6% by weight, or 0.1% to 4% by weight. Exemplary embodiments of crude ethanol composition ranges are provided in Table 1.
표 1에 기재된 바와 같이, 일부 실시양태에서 조질 에탄올 생성물은 변성 에탄올 조성물일 수 있다. 예를 들어, 조질 에탄올 조성물은 에탄올 및 아세트산, 에틸 아세테이트 또는 아세트알데하이드 같은 하나 이상의 변성제를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 조질 에탄올 조성물은 상기 논의된 변성제중 하나 이상을 포함하는 변성 에탄올 조성물일 수 있다.As described in Table 1, in some embodiments the crude ethanol product may be a modified ethanol composition. For example, the crude ethanol composition may comprise ethanol and one or more denaturing agents such as acetic acid, ethyl acetate or acetaldehyde. In other embodiments, the crude ethanol composition may be a modified ethanol composition comprising one or more of the modifiers discussed above.
도 1a는 본 발명의 한 실시양태에 따라 아세트산을 수소화시키고 조질 반응 혼합물로부터 에탄올을 분리하는데 적합한 수소화 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 반응 대역(101) 및 증류 대역(102)을 포함한다. 반응 대역(101)은 반응기(103), 수소 공급 라인(104) 및 아세트산 공급 라인(105)을 포함한다. 아세톤을 반응물로서 사용하는 다른 실시양태에서는, 반응 대역(101)이 아세톤 공급 라인(도시되지 않음)을 추가로 포함한다. 프로피온산을 변성제로서 사용하는 다른 실시양태에서는, 반응 대역(101)이 프로피온산 공급 라인(도시되지 않음)을 추가로 포함한다. 증류 대역(102)은 플래셔(flasher)(106), 제 1 칼럼(107), 제 2 칼럼(108) 및 제 3 칼럼(109)을 포함한다. 수소, 아세트산 및 임의적으로는 아세톤 및/또는 프로피온산을 각각 라인(104, 105)을 통해 기화기(110)로 공급하여, 반응기(103)로 향하는 라인(111)에서 증기 공급 스트림을 생성시킨다. 한 실시양태에서는, 라인(104, 105)을 합치고 함께 기화기(110)에 공급한다(예를 들어, 수소 및 아세트산을 둘 다 함유하는 하나의 스트림으로). 라인(111)의 증기 공급 스트림의 온도는 바람직하게는 100℃ 내지 350℃, 예를 들어 120℃ 내지 310℃, 또는 150℃ 내지 300℃이다. 기화되지 않은 임의의 공급물은 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이 기화기(110)로부터 제거하고, 재순환시킬 수 있다. 또한, 도 1a가 라인(111)이 반응기(103)의 꼭대기로 향하도록 도시하고 있기는 하지만, 라인(111)은 반응기(103)의 측부, 상부 또는 바닥으로 향할 수 있다. 하나의 반응기 및 하나의 플래셔가 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있으나, 본 발명의 다양한 임의적인 실시양태에는 추가적인 반응기 및/또는 구성요소가 포함될 수 있다. 예를 들어, 수소화 시스템은 임의적으로는 이중 반응기, 이중 플래셔, 열 교환기(들) 및/또는 예열기(들)를 포함할 수 있다.1A shows a
반응기(103)는 카복실산, 바람직하게는 아세트산의 수소화에 사용되는 촉매를 함유한다. 아세톤이 반응물이고 아이소프로판올이 목적하는 에탄올과의 연산물(co-product)인 일부 실시양태에서는, 에탄올에 덧붙여 아이소프로판올도 생성되도록 반응기(103)의 촉매를 선택한다. 예로서, TiO2, ZrO2, Fe2O3 또는 CeO2 같은 지지체를 포함하는 촉매 조성물을 사용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이들 촉매는 더 높은 아세톤 생성을 촉진한다. 다른 예시적인 촉매 조성물은 SiO2에 의해 지지되는 루테늄, 탄소에 의해 지지되는 철 또는 탄소에 의해 지지되는 팔라듐을 포함한다. 다른 실시양태에서는, 반응기(103)의 온도를 조정하여 목적하는 아이소프로판올 농도를 달성할 수 있다. 예를 들어, 반응 온도를 200℃ 내지 350℃, 예컨대 225℃ 내지 300℃로 유지하면, 아이소프로판올 0.1중량% 내지 10중량%, 예를 들어 1중량% 내지 9중량% 또는 3중량% 내지 7중량%를 포함하는 에탄올 조성물을 생성시킬 수 있다. 한 실시양태에서는, 하나 이상의 보호층(guard bed)(도시되지 않음)을 사용하여 공급 스트림 또는 복귀/재순환 스트림에 함유된 독소 또는 바람직하지 못한 불순물로부터 촉매를 보호할 수 있다. 이러한 보호층을 증기 또는 액체 스트림에 사용할 수 있다. 적합한 보호층 물질은 당 업계에 공지되어 있고, 예를 들어 탄소, 실리카, 알루미나, 세라믹 또는 수지를 포함한다. 하나의 양태에서, 보호층 매질은 황 또는 할로겐 같은 특정 물질을 포획하도록 하는 기능을 갖는다. 수소화 공정 동안, 조질 에탄올 생성물 스트림을 라인(112)을 통해 반응기(103)로부터 바람직하게는 연속적으로 회수한다. 조질 에탄올 생성물 스트림을 응축시키고 플래셔(106)로 공급하는데, 이 플래셔는 다시 증기 스트림 및 액체 스트림을 제공한다. 한 실시양태에서의 플래셔(106)는 바람직하게는 50℃ 내지 500℃, 예를 들어 70℃ 내지 400℃, 또는 100℃ 내지 350℃의 온도에서 작동된다. 한 실시양태에서, 플래셔(106)의 압력은 바람직하게는 50KPa 내지 2000KPa, 예컨대 75KPa 내지 1500KPa, 또는 100 내지 1000KPa이다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 플래셔(106)의 온도 및 압력은 반응기(103)의 온도 및 압력과 유사하다.
플래셔(106)에서 나가는 증기 스트림은 수소 및 탄화수소를 포함할 수 있으며, 이들은 퍼지되고/되거나 라인(113)을 거쳐 반응 대역(101)으로 복귀될 수 있다. 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 증기 스트림의 복귀된 부분은 압축기(114)를 통해 통과하고 수소 공급물과 합쳐진 후 기화기(110)에 동시 공급된다.The vapor
플래셔(106)로부터의 액체를 회수하고, 라인(115)을 거쳐 공급 조성물로서 제 1 칼럼(107)(산 분리 칼럼으로도 불림)의 측부로 펌핑한다. 라인(115)의 내용물은 전형적으로 반응기로부터 직접 수득되는 생성물과 실질적으로 유사하며, 실제로 조질 에탄올 생성물로 특징지어질 수 있다. 그러나, 라인(115)의 공급 조성물은 바람직하게는 플래셔(106)에 의해 제거되는 수소, 이산화탄소, 메탄 또는 에탄을 실질적으로 갖지 않는다. 라인(115)의 액체의 예시적인 성분이 표 2에 제공된다. 액체 라인(115)이 공급물중의 성분 같은 열거되지 않은 다른 성분을 함유할 수 있음을 알아야 한다.The liquid from the
본원 전체에 걸쳐 표에서 미만(<)으로 표시되는 양은 바람직하게는 존재하지 않으며, 존재하는 경우 미량으로 또는 0.0001중량%보다 많은 양으로 존재할 수 있다. Amounts less than (<) in the tables throughout this application are preferably not present and may be present in minor amounts or in amounts greater than 0.0001% by weight, when present.
표 2에서 "다른 에스터"는 에틸 프로피온에이트, 메틸 아세테이트, 아이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트, n-부틸 아세테이트 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 표 2에서 "다른 에터"는 다이에틸 에터, 메틸 에틸 에터, 아이소부틸 에틸 에터 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이들로 국한되지는 않는다. 표 2에서 "다른 알콜"은 메탄올, 아이소프로판올, n-프로판올, n-부탄올 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 한 실시양태에서, 공급 조성물, 예컨대 라인(115)은 유리하게는 프로판올, 예를 들어 아이소프로판올 및/또는 n-프로판올을 소량으로, 예컨대 0.001중량% 내지 0.1중량%, 0.001중량% 내지 0.05중량%, 또는 0.001중량% 내지 0.03중량%로 포함할 수 있다. 낮은 농도의 이들 알콜의 결과, 생성되는 변성 에탄올 조성물은 유리하게는 이들 알콜을 포함한다고 해도 미량으로만 포함한다(아래 논의 참조). 이들 미량은 아세트산의 수소화를 이용하지 않는 방법을 통해 수득되는 수준보다 상당히 더 낮다. 다른 실시양태에서는, 공급 조성물중 아이소프로판올의 농도가 더 높다(예를 들어, 0.01 내지 10중량%). 다른 실시양태에서는, 공급 조성물중 n-프로판올의 농도가 더 높다(예를 들어, 0.01 내지 10중량%). 다른 실시양태에서는, 공급 조성물중 다이에틸 에터의 농도가 더 높다(예컨대, 0.01 내지 20중량%). 본원에 기재되는 증류물 또는 잔류물 스트림중 임의의 것을 통해 이들 다른 성분이 운반될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 상기 나타낸 바와 같이, 이들 다른 성분중 일부, 예를 들어 아이소프로판올 또는 다이에틸 에터도 변성제로서 사용될 수 있다."Other esters" in Table 2 may include, but are not limited to, ethyl propionate, methyl acetate, isopropyl acetate, n-propyl acetate, n-butyl acetate, or mixtures thereof. "Other ethers" in Table 2 may include, but is not limited to, diethyl ether, methyl ethyl ether, isobutyl ethyl ether, or mixtures thereof. "Other alcohols" in Table 2 may include, but are not limited to, methanol, isopropanol, n-propanol, n-butanol or mixtures thereof. In one embodiment, the feed composition, such as
라인(115)에서의 아세트산의 함량이 5중량% 미만인 경우에는 산 분리 칼럼(107)을 건너뛸 수 있고, 라인(115)을 본원에서 경질분 칼럼으로도 지칭되는 제 2 칼럼(108)으로 바로 도입할 수 있다.If the content of acetic acid in
도 1a에 도시된 실시양태에서는, 라인(115)을 제 1 칼럼(107)의 하부, 예를 들어 아래쪽 1/2 또는 아래쪽 1/3에 도입한다. 제 1 칼럼(107)에서는, 미반응 아세트산, 물중 일부 및 존재하는 경우 다른 중질 성분을 라인(115)의 조성물로부터 제거하고 바람직하게는 연속적으로 잔류물로서 회수한다. 잔류물중 일부 또는 전부를 라인(116)을 거쳐 반응 대역(101)으로 다시 복귀시키고/시키거나 재순환시킬 수 있다. 제 1 칼럼(107)은 또한 오버헤드(overhead) 증류물도 생성시키는데, 이를 라인(117)에서 회수하고, 응축시킨 후, 예컨대 10:1 내지 1:10, 예를 들어 3:1 내지 1:3 또는 1:2 내지 2:1의 비로 환류시킬 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1A,
임의의 칼럼(107, 108 또는 109)은 분리 및/또는 정제할 수 있는 임의의 증류 칼럼을 포함할 수 있다. 칼럼은 바람직하게는 1 내지 150개의 트레이, 예를 들어 10 내지 100개의 트레이, 20 내지 95개의 트레이, 또는 30 내지 75개의 트레이를 갖는 트레이 칼럼을 포함한다. 트레이는 체 트레이, 고정 밸브 트레이, 이동 밸브 트레이, 또는 당 업계에 공지되어 있는 임의의 다른 적합한 디자인일 수 이TEk. 다른 실시양태에서는, 팩킹된 칼럼을 사용할 수 있다. 팩킹된 칼럼의 경우, 구조화된 팩킹 또는 랜덤 팩킹을 이용할 수 있다. 트레이 또는 팩킹을 하나의 연속적인 칼럼에 배열할 수 있거나, 또는 제 1 구역으로부터의 증기가 제 2 구역으로 들어가는 한편 제 2 구역으로부터의 액체가 제 1 구역에 들어가도록 둘 이상의 칼럼에 이들을 배열할 수 있다.Any
각 증류 칼럼과 함께 사용될 수 있는 관련 응축기 및 액체 분리 용기는 임의의 통상적인 디자인일 수 있고, 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 단순화되어 있다. 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있는 바와 같이, 열 교환기 또는 재비기(reboiler)를 통해 각 칼럼의 기부에 또는 순환되는 바닥 스트림에 열을 공급할 수 있다. 내부 재비기 같은 다른 유형의 재비기도 일부 실시양태에서 사용될 수 있다. 재비기에 제공되는 열은 재비기와 통합되는 공정 동안 발생되는 임의의 열로부터 또는 다른 발열 화학 공정 또는 보일러 같은 외부 공급원으로부터 유래될 수 있다. 도 1a, 도 1b 및 도 1c에는 하나의 반응기 및 하나의 플래셔가 도시되어 있으나, 추가적인 반응기, 플래셔, 응축기, 가열 소자 및 다른 구성요소를 본 발명의 실시양태에서 이용할 수 있다. 당업자가 주지하고 있듯이, 화학 공정을 수행하는데 통상적으로 이용되는 다양한 응축기, 펌프, 압축기, 재비기, 드럼, 밸브, 연결 장치, 분리 용기 등을 또한 조합하여 본 발명의 공정에 사용할 수 있다.The associated condenser and liquid separation vessel that can be used with each distillation column can be of any conventional design and is simplified in FIGS. 1A, 1B and 1C. As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, heat may be supplied to the bottom of each column or to the bottom stream circulated through a heat exchanger or reboiler. Other types of reboilers, such as internal reboilers, may also be used in some embodiments. The heat provided to the reboiler can be derived from any heat generated during the process of integrating with the reboiler or from an external source such as another exothermic chemical process or boiler. While one reactor and one flasher are shown in FIGS. 1A, 1B and 1C, additional reactors, flashers, condensers, heating elements and other components may be used in embodiments of the present invention. As will be appreciated by those skilled in the art, various condensers, pumps, compressors, reboilers, drums, valves, coupling devices, separation vessels, and the like, commonly used to perform chemical processes, may also be used in combination in the process of the present invention.
임의의 칼럼에서 이용되는 온도 및 압력은 변할 수 있다. 실제적으로, 10KPa 내지 3000KPa의 압력을 통상적으로 이들 대역에서 이용하지만, 몇몇 실시양태에서는 대기압 미만의 압력뿐만 아니라 대기압보다 높은 압력을 이용할 수 있다. 다양한 대역 내의 온도는 통상 증류물로서 제거되는 조성물 및 잔류물로서 제거되는 조성물의 비점 사이의 범위이다. 당업자는 작동되는 증류 칼럼의 소정 위치에서의 온도가 그 위치에서의 물질의 조성 및 칼럼의 압력에 따라 달라짐을 알 것이다. 또한, 공급 속도는 제조 공정의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 기재되는 경우 공급물 중량비로 포괄적으로 칭해질 수 있다.The temperature and pressure used in any column may vary. In practice, pressures of 10 KPa to 3000 KPa are typically used in these zones, but in some embodiments pressures below atmospheric pressure as well as pressures above atmospheric pressure may be used. The temperature in the various zones is usually in the range between the boiling point of the composition removed as distillate and the composition removed as residue. Those skilled in the art will appreciate that the temperature at a given location of the distillation column to be operated depends on the composition of the material at that location and the pressure of the column. In addition, the feed rate may vary depending on the size of the manufacturing process, and may be referred to generically as the feed weight ratio when described.
칼럼(107)이 표준 대기압 하에서 작동되는 경우, 칼럼(107)으로부터 라인(116)에서 나가는 잔류물의 온도는 바람직하게는 95℃ 내지 120℃, 예를 들어 105℃ 내지 117℃ 또는 110℃ 내지 115℃이다. 칼럼(107)으로부터 라인(117)에서 나가는 증류물의 온도는 바람직하게는 70℃ 내지 110℃, 예컨대 75℃ 내지 95℃ 또는 80℃ 내지 90℃이다. 다른 실시양태에서, 제 1 칼럼(107)의 압력은 0.1KPa 내지 510KPa, 예를 들어 1KPa 내지 475KPa 또는 1KPa 내지 375KPa일 수 있다. 제 1 칼름(107)의 증류물 및 잔류물 조성물의 예시적인 성분이 아래 표 3에 제공된다. 증류물 및 잔류물이 공급물중의 성분 같은 열거되지 않은 다른 성분도 함유할 수 있음을 또한 알아야 한다. 편의상, 제 1 칼럼의 증류물 및 잔류물은 "제 1 증류물" 또는 "제 1 잔류물"로도 칭해질 수 있다. 다른 칼럼의 증류물 또는 잔류물도 서로 구별하기 위하여 유사한 숫자 수식어(제 2, 제 3 등)와 함께 지칭될 수 있으나, 이러한 수식어가 임의의 특별한 분리 순서를 요구하는 것으로 간주되어서는 안된다. When
표 3에 기재되어 있는 바와 같이, 특정 이론에 얽매이지 않으면서, 산 분리 칼럼[제 1 칼럼(107)]에 도입되는 공급물에서 임의의 양의 아세탈이 검출되는 경우에는 증류물 및/또는 잔류물에 검출가능한 양이 거의 또는 심지어는 전혀 존재하지 않도록 아세탈이 칼럼에서 분해되는 것으로 보임을 놀랍게도 또한 예기치 못하게도 발견하였다.As described in Table 3, distillates and / or residuals are detected when any amount of acetal is detected in the feed introduced into the acid separation column [first column 107] without being bound by a particular theory. It was surprisingly and unexpectedly found that acetal appears to decompose in the column so that little or even no detectable amount is present in the water.
반응 조건에 따라, 라인(112)에서 반응기(103)에서 나가는 조질 에탄올 생성물은 에탄올, 아세트산(미전환), 에틸 아세테이트 및 물을 포함할 수 있다. 반응기(103)에서 나간 후, 조질 에탄올 생성물이 플래셔(106) 및/또는 제 1 칼럼(107)에 첨가될 때까지 조질 에탄올 생성물에 함유된 성분 사이에서 촉진되지 않은 평형상태 반응이 일어날 수 있다. 이 평형상태 반응은 아래에 도시되는 바와 같이 조질 에탄올 생성물을 에탄올/아세트산과 에틸 아세테이트/물 사이의 평형상태로 이끄는 경향이 있다:Depending on the reaction conditions, the crude ethanol
조질 에탄올 생성물이 증류 대역(102)으로 향하기 전에 예를 들어 보유 탱크에 일시적으로 저장되는 경우에는, 더 긴 체류 시간을 겪게 될 수 있다. 일반적으로, 반응 대역(101)과 증류 대역(102) 사이에서의 체류 시간이 길어질수록 에틸 아세테이트의 생성량이 더 커진다. 예를 들어, 반응 대역(101)과 증류 대역(102) 사이에서의 체류 시간이 5일보다 긴 경우에는, 에탄올 대신 상당히 더 많은 에틸 아세테이트가 제조될 수 있다. 따라서, 에탄올 생성량을 최대화하기 위해서는 반응 대역(101)과 증류 대역(102) 사이에서의 체류 시간이 더 짧은 것이 통상적으로 바람직하다. 한 실시양태에서는, 라인(115)으로부터의 액체 성분을 5일 이하, 예를 들어 1일 이하 또는 1시간 이하동안 일시적으로 저장하기 위하여 반응 대역(101)과 증류 대역(102) 사이에 보유 탱크(도시되지 않음)를 포함한다. 바람직한 실시양태에서는, 탱크를 포함하지 않으며, 응축된 액체를 제 1 증류 칼럼(107)으로 바로 공급한다. 또한, 예컨대 라인(115)에서의 조질 에탄올 생성물의 온도가 높아짐에 따라 촉진되지 않은 반응이 일어나는 속도가 증가될 수 있다. 이들 반응 속도는 30℃보다 높은 온도, 예를 들어 40℃보다 높은 온도 또는 50℃보다 높은 온도에서 특히 문제가 될 수 있다. 그러므로, 한 실시양태에서는, 라인(115) 또는 임의적인 보유 탱크에서의 액체 성분의 온도를 40℃ 미만, 예컨대 30℃ 미만 또는 20℃ 미만으로 유지시킨다. 하나 이상의 냉각 장치를 사용하여 라인(115)의 액체의 온도를 감소시킬 수 있다.If the crude ethanol product is temporarily stored, for example in a holding tank, before heading to the
상기 논의된 바와 같이, 라인(115)으로부터의 액체 성분을 임의적으로는 약 21℃에서 또한 각각 0.01중량% 내지 1.0중량%의 에틸 아세테이트 제조에 상응하게 예를 들어 1 내지 24시간동안 일시적으로 저장하기 위하여 반응 대역(101)과 증류 대역(102) 사이에 보유 탱크(도시되지 않음)를 포함시킬 수 있다. 또한, 조질 에탄올 생성물의 온도가 높아짐에 따라 촉진되지 않은 반응이 일어나는 속도가 증가될 수 있다. 예를 들면, 라인(115)에서의 조질 에탄올 생성물의 온도가 4℃에서 21℃로 높아짐에 따라, 에틸 아세테이트 제조 속도가 1시간당 약 0.01중량%에서 1시간당 약 0.005중량%로 증가될 수 있다. 그러므로, 한 실시양태에서는, 라인(115) 또는 임의적인 보유 탱크에서의 액체 성분의 온도를 21℃ 미만, 예를 들어 4℃ 미만 또는 -10℃ 미만의 온도로 유지한다.As discussed above, optionally storing the liquid component from
또한, 최근 상기 평형상태 반응이 또한 제 1 칼럼(107)의 꼭대기 영역에서의 에탄올 형성에 바람직할 수 있는 것으로 밝혀졌다.In addition, it has recently been found that the equilibrium reaction may also be desirable for ethanol formation in the top region of the
제 1 칼럼(107)으로부터의 증류물, 예컨대 오버헤드 스트림을 임의적으로 응축시키고 바람직하게는 1:5 내지 10:1의 환류비로 도 1a 내지 도 1c에 도시되는 바와 같이 환류시킨다. 라인(117)의 증류물은 에탄올; 동일 반응계내 변성제, 예컨대 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드; 물, 및 2원 공비 혼합물 및 3원 공비 혼합물의 형성 때문에 분리하기 어려울 수 있는 다른 불순물을 바람직하게 포함한다. 제 1 증류물은 또한 상당히 감소된 양의 아세트산을 포함한다. 도 1c에 도시되는 바와 같이, 몇몇 실시양태에서, 제 1 칼럼의 증류물(추가 가공 없음)은 변성제 0.0001중량% 내지 80중량%, 예를 들어 0.001중량% 내지 60중량%, 및 에탄올 20중량% 내지 75중량%, 예컨대 30중량% 내지 70중량%를 포함하는 변성 에탄올 조성물이다. 바람직하게는, 이들 실시양태의 변성제는 에틸 아세테이트이다. 다른 실시양태에서, 제 1 칼럼의 증류물(추가 가공 없음)은 변성제 0.0001중량% 내지 10중량%, 예컨대 0.001중량% 내지 5중량% 또는 0.01중량% 내지 4중량%, 및 에탄올 20중량% 내지 75중량%, 예를 들어 30중량% 내지 70중량%를 포함하는 변성 에탄올 조성물이다. 바람직하게는, 이들 실시양태에서의 변성제는 아세트알데하이드이다.Distillates, such as overhead streams, from the
다른 실시양태에서는, 임의적인 라인(117')을 통해 제 1 증류물의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합쳐서, 변성 에탄올 조성물을 생성시킬 수 있다. 바람직하게는, 변성제는 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드를 포함한다. 다른 실시양태에서는, 제 1 증류물의 적어도 일부를 아래 논의되는 바와 같이 추가적인 칼럼, 예를 들어 제 3 칼럼에 공급할 수 있다. 그 결과, 제 1 증류물중의 변성제(들), 예컨대 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드가 제 3 칼럼의 증류물 중으로 운반될 수 있다. 이로써, 제 3 증류물은 제 1 증류물로부터의 변성제(들)를 포함하는 변성 에탄올 조성물일 수 있다. 이들 실시양태에서, 변성 에탄올 조성물중 변성제(들)의 중량%는 앞서 논의된 바와 같을 수 있다. 변성제-함유 스트림, 예컨대 라인(117)과 정제 에탄올 스트림의 중량비는 광범위하게 변하며, 변성 에탄올 조성물중 변성제의 목적하는 특정 농도를 달성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 정제 에탄올 스트림 대 변성제-함유 스트림의 중량비는 0.01:1 내지 5:1, 예컨대 0.05:1 내지 3:1일 수 있다.In other embodiments, at least a portion of the first distillate may be combined with the purified ethanol stream via
상기 논의된 바와 같이, 제 1 칼럼(107)으로부터의 잔류물은 다량의 미반응 아세트산을 포함한다. 따라서, 다른 실시양태에서는, 제 1 잔류물중 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합쳐서, 아세트산-변성 에탄올 조성물을 생성시킬 수 있다.As discussed above, the residue from the
유리하게는, 수소화 반응을 거쳐 동일 반응계 내에서 생성되는 변성제를 사용하여 추가적인 분리 단계 없이 이들 변성 에탄올 조성물을 생성시킨다. 이로써, 변성제의 추가적인 외부 공급원을 제공하거나 변성제와 정제 에탄올을 합칠 필요가 없는데, 이는 공정 단계를 없애고 전체 공정을 단순화시킨다. 제 1 칼럼 증류물을 추가로 정제시켜 예컨대 추가적인 물 및/또는 아세트알데하이드를 제거하는 것도 또한 본 발명의 영역 내에 속한다. 종래의 분리 방법을 이용하여 이러한 추가적인 정제를 달성할 수 있다.Advantageously, the modified ethanol compositions are produced without further separation steps using the modifiers produced in situ via a hydrogenation reaction. This eliminates the need for providing an additional external source of denaturant or combining the denaturant with purified ethanol, which eliminates processing steps and simplifies the overall process. Further purification of the first column distillate, such as removal of additional water and / or acetaldehyde, is also within the scope of the present invention. Conventional separation methods can be used to achieve this additional purification.
표 3에 기재된 바와 같이, 제 1 잔류물은 상당량의 미반응 아세트산을 포함하는데, 이는 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되는 바와 같이 반응기(103)로 다시 재순환될 수 있다.As shown in Table 3, the first residue contains a significant amount of unreacted acetic acid, which can be recycled back to the
라인(117)의 제 1 증류물을 "경질분 칼럼"으로도 일컬어지는 제 2 칼럼(108)에, 바람직하게는 칼럼(108)의 중간부, 예컨대 중간 1/2 또는 중간 1/3에 도입한다. 제 2 칼럼(108)은 트레이 칼럼 또는 팩킹된 칼럼일 수 있다. 한 실시양태에서, 제 2 칼럼(108)은 5 내지 70개의 트레이, 예를 들어 15 내지 50개의 트레이, 또는 20 내지 45개의 트레이를 갖는 트레이 칼럼이다.The first distillate of
한 예로서, 25개 트레이 칼럼을 물 추출 없이 칼럼에 이용하는 경우에는, 라인(117)을 17번 트레이에 도입한다. 제 2 칼럼이 추출 증류 칼럼이 아닌 경우에는, 라인(117)의 에틸 아세테이트가 에탄올 및 물과 함께 제 2 잔류물 내로 분리될 수 있을 것으로 예측된다. 그 결과, 한 실시양태에서는, 더 많은 에틸 아세테이트가 제 3 칼럼(109)으로 공급될 수 있으며, 따라서 이 에틸 아세테이트는 제 3 증류물에 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 에틸 아세테이트-함유 제 2 잔류물의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합쳐서, 변성 에탄올 조성물을 생성시킬 수 있다.As an example, if a 25 tray column is used for the column without water extraction,
그러나, 바람직한 실시양태에서는, 제 2 칼럼(108)이 추출 증류 칼럼일 수 있다. 추출 증류 칼럼에서는, 라인(117)의 에틸 아세테이트가 에탄올 및 물로부터 분리되어 제 2 증류물 내로 통과할 수 있을 것으로 예측된다. 이러한 실시양태에서는, 물 같은 추출제를 라인(127)을 통해 제 2 칼럼(108)에 임의적으로 첨가할 수 있다. 추출제가 물을 포함하는 경우, 이는 외부 공급원으로부터 또는 하나 이상의 다른 칼럼으로부터의 내부 복귀/재순환 라인으로부터 수득될 수 있다. 바람직한 실시양태에서는, 제 3 칼럼(109)의 제 3 잔류물중 물을 추출제로서 사용한다. 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있는 바와 같이, 제 3 잔류물은 라인(121')을 거쳐 제 2 칼럼(108)으로 임의적으로 향할 수 있다.However, in a preferred embodiment, the
제 2 칼럼(108)의 온도 및 압력이 변할 수 있으나, 대기압의 경우 제 2 칼럼(108)으로부터의 라인(118)에서 나가는 제 2 잔류물의 온도는 바람직하게는 60℃ 내지 90℃, 예를 들어 70℃ 내지 90℃ 또는 80℃ 내지 90℃이다. 제 2 칼럼(108)으로부터 라인(120)에서 나가는 제 2 증류물의 온도는 바람직하게는 50℃ 내지 90℃, 예를 들어 60℃ 내지 80℃, 또는 60℃ 내지 70℃이다. 칼럼(108)은 대기압에서 작동될 수 있다. 다른 실시양태에서, 제 2 칼럼(108)의 압력은 0.1KPa 내지 510KPa, 예를 들어 1KPa 내지 475KPa 또는 1KPa 내지 375KPa일 수 있다. 제 2 칼럼(108)의 증류물 및 잔류물 조성물의 예시적인 성분이 아래 표 4에 제공된다. 증류물 및 잔류물이 공급물중의 성분 같은 열거되지 않은 다른 성분도 함유할 수 있음을 알아야 한다.The temperature and pressure of the
제 2 잔류물중 에탄올 대 제 2 증류물중 에탄올의 중량비는 바람직하게는 3:1 이상, 예를 들어 6:1 이상, 8:1 이상, 10:1 이상 또는 15:1 이상이다. 제 2 잔류물중 에틸 아세테이트 대 제 2 증류물중 에틸 아세테이트의 중량비는 바람직하게는 0.4:1 미만, 예를 들어 0.2:1 미만 또는 0.1:1 미만이다. 물을 추출제로 사용하는 추출 칼럼을 제 2 칼럼(108)으로서 이용하는 실시양태에서, 제 2 잔류물중 에틸 아세테이트 대 제 2 증류물중 에틸 아세테이트의 중량비는 0에 근접한다. 그러므로, 표 4에 기재된 바와 같이, 조질 에탄올 생성물의 유도체 스트림인 라인(120)의 제 2 증류물은 동일 반응계 내에서 분리된 변성제 상당량을 포함하고, 라인(118)의 제 2 잔류물은 에탄올 상당량을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 제 2 증류물은 다이에틸 에터를 포함한다. 다이에틸 에터는 0.1중량% 내지 20중량%, 예를 들어 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 9중량% 또는 3중량% 내지 7중량%의 양으로 존재할 수 있다. 이들 경우에, 제 2 증류물은 다이에틸 에터 변성제를 갖는 변성 에탄올 조성물일 수 있다. 한 실시양태에서, 라인(118)의 제 2 잔류물은 아이소프로판올을 추가로 포함한다. 아이소프로판올은 상기 논의된 방법을 통해 아세톤으로부터 유도될 수 있다. 예를 들어 수소화에서 동일 반응계 내에서 아세톤을 제조할 수 있고/있거나 아세톤을 반응물로서 수소화 반응기에 첨가할 수 있다. 따라서, 충분량, 예를 들어 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 9중량% 또는 3중량% 내지 7중량%의 아이소프로판올이 제 2 잔류물에 존재하는 실시양태에서, 제 2 잔류물은 아이소프로판올 변성제를 갖는 변성 에탄올 조성물일 수 있다.The weight ratio of ethanol in the second residue to ethanol in the second distillate is preferably at least 3: 1, for example at least 6: 1, at least 8: 1, at least 10: 1 or at least 15: 1. The weight ratio of ethyl acetate in the second residue to ethyl acetate in the second distillate is preferably less than 0.4: 1, for example less than 0.2: 1 or less than 0.1: 1. In an embodiment using an extraction column using water as the extractant as the
도 1a에 도시되는 본 발명의 다른 실시양태에서는, 제 2 증류물의 적어도 일부가 예컨대 라인(120)을 거쳐 제 3 칼럼(109)에서 나가는 정제 에탄올로 향한다. 이 경우에는, 동일 반응계 내에서 제조된 변성제를 정제 에탄올에 첨가함으로써 변성 에탄올 조성물을 생성시킨다. 바람직하게는, 제 2 증류물의 에틸 아세테이트 변성제를 제 3 칼럼(109)으로부터 수득되는 정제 에탄올과 합친다. 다른 실시양태에서는, 제 2 증류물의 아세트알데하이드 변성제를 제 3 칼럼(109)으로부터 수득되는 정제 에탄올과 합친다. 다른 실시양태에서는, 제 2 증류물의 적어도 일부를 제 3 칼럼(109)에 공급한다. 이들 경우에, 제 2 증류물중 변성제, 예를 들어 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드의 적어도 일부는 제 3 칼럼(109)을 통해 에탄올을 따라간다. 제 2 증류물의 다른 불순물은 제 3 칼럼(109)의 잔류물 내에 회수될 수 있다. 그 결과, 제 3 증류물은 제 2 칼럼 증류물로부터의 변성제와 함께 에탄올을 포함한다. 이렇게 형성되는 변성 에탄올 조성물은 본원에 논의되는 변성 에탄올 조성물의 특징 및 조성을 가질 수 있다. 변성제-함유 스트림, 예컨대 라인(120)과 정제 에탄올 스트림의 중량비는 광범위하게 변하며, 변성 에탄올 조성물중 변성제의 목적하는 특정 농도를 달성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 에틸 아세테이트가 변성제인 경우, 정제 에탄올 스트림 대 변성제-함유 스트림의 중량비는 100:1 내지 1:1, 예를 들어 25:1 내지 5:1일 수 있다.In another embodiment of the present invention shown in FIG. 1A, at least a portion of the second distillate is directed to purified ethanol exiting
다른 실시양태에서는, 제 2 증류물의 적어도 일부를 반응기(103)(도시되지 않음)로 재순환시킨다. 그 결과, 제 2 칼럼(108)의 바닥으로부터의 제 2 잔류물(이는 에탄올과 물을 포함함)을 라인(118)을 거쳐 "생성물 칼럼"으로도 불리는 제 3 칼럼(109)에 공급한다. 더욱 바람직하게는, 라인(118)의 제 2 잔류물을 제 3 칼럼(109)의 하부, 예를 들어 하부 1/2 또는 하부 1/3에 도입한다. 제 3 칼럼(109)은 라인(119)의 증류물로서 에탄올을 회수하며, 이 에탄올은 바람직하게는 공비성 물 함량 외에는 실질적으로 순수하다. 제 3 칼럼(109)의 증류물을 바람직하게는 도 1a에 도시되는 바와 같이 예컨대 1:10 내지 10:1, 예를 들어 1:3 내지 3:1 또는 1:2 내지 2:1의 환류비로 환류시킨다. 바람직하게 주로 물을 포함하는 라인(121)의 제 3 잔류물을 바람직하게는 시스템(100)으로부터 제거하거나 또는 시스템(100)의 임의의 부분으로 부분적으로 복귀시킬 수 있다. 제 3 칼럼(109)은 바람직하게는 상기 기재된 바와 같은 트레이 칼럼이고, 바람직하게는 대기압에서 작동된다. 제 3 칼럼(109)으로부터의 라인(119)에서 나가는 제 3 증류물의 온도는 바람직하게는 60℃ 내지 110℃, 예를 들어 70℃ 내지 100℃ 또는 75℃ 내지 95℃이다. 제 3 칼럼(109)으로부터 나가는 제 3 잔류물의 온도는 칼럼이 대기압에서 작동되는 경우 바람직하게는 70℃ 내지 115℃, 예컨대 80℃ 내지 110℃ 또는 85℃ 내지 105℃이다. 제 3 칼럼(109)의 증류물, 잔류물 및 임의적인 측류 조성물의 예시적인 성분이 아래 표 5에 제공된다. 표 5에 기재되는 바와 같이, 제 3 증류물은 상당량의 아이소프로판올 변성제를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 제 3 증류물은 변성 에탄올 조성물일 수 있다. 증류물 및 잔류물이 또한 공급물중의 성분 같은 열거되지 않은 다른 성분도 함유할 수 있음을 알아야 한다. In other embodiments, at least a portion of the second distillate is recycled to reactor 103 (not shown). As a result, a second residue from the bottom of the
제 3 칼럼에서 분리가 일어나기 때문에, 분리되는 스트림의 조성은 제 3 칼럼 내의 트레이마다 변할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 제 3 칼럼 내에서의 스트림의 조성은 작동 조건에 따라 증가된 농도의 알콜 또는 축적된 알콜, 예를 들어 물의 비점보다는 낮고 에탄올/물 저비등 공비 혼합물의 비점보다는 높은 비점을 갖는 중간-비등 알콜을 함유할 수 있다. 이러한 알콜의 예는 n-프로판올(비점 97.1℃), 아이소프로판올(비점 82.5℃) 및 2-부탄올(비점 99.5℃)을 포함한다. 이들 알콜중 일부는 아세트산 수소화의 결과로서 동일 반응계 내에서 생성되었다. 바람직하게는, 이들 동일 반응계 내에서 생성된 중간-비등 알콜을 변성제로서 사용할 수 있다.Since separation occurs in the third column, the composition of the stream being separated can vary from tray to tray in the third column. In some embodiments, the composition of the stream in the third column has a boiling point which is lower than the boiling point of an increased concentration of alcohol or accumulated alcohol, for example water, and higher than that of the ethanol / water low boiling azeotropic mixture, depending on the operating conditions. May contain medium-boiling alcohols. Examples of such alcohols include n-propanol (boiling point 97.1 ° C.), isopropanol (boiling point 82.5 ° C.) and 2-butanol (boiling point 99.5 ° C.). Some of these alcohols were produced in situ as a result of hydrogen acetate. Preferably, the medium-boiling alcohols produced in these in situ can be used as denaturant.
제 3 칼럼(109)으로부터 빼내는 하나 이상의 측류(138)를 이용하여 중간-비점 알콜을 제거할 수 있다. 바람직하게는, 제 2 잔류물의 공급 지점 위의 제 3 칼럼(109)의 중간 구역 또는 상부 구역으로부터 측류(138)를 빼낸다. 가장 바람직하게는, 25번 트레이 위, 예를 들어 30번 트레이 위 또는 40번 트레이 위로부터 측류(138)를 빼낸다. 제 3 칼럼(109)의 공정 매개변수를 조정하고 적절한 위치에서 측류(138)를 회수함으로써, 측류(138)는 라인(118)의 공급물로부터 상당량의 중간-비점 알콜, 예컨대 n-프로판올을 유리하게 제거한다. 측류(138)는 바람직하게는 0.01중량% 내지 10중량%, 예컨대 0.01 내지 5중량% 또는 0.01중량% 내지 3중량%의 n-프로판올을 포함한다. 측류(138)를 회수함으로써, 상당량의 n-프로판올을 제거하여, 라인(119)에서 제 3 증류물의 에탄올을 정제한다. 칼럼 구성 및 작동 조건에 기초하여 특정 측류를 빼내는 칼럼의 적절한 트레이를 선택하는 것은 본 발명의 영역에 속한다. 또한, 측류(138)의 내용물은 에탄올과 n-프로판올을 포함하는 변성 에탄올 조성물을 구성할 수 있다. 따라서, 이 실시양태에서는, 변성 에탄올 조성물과 함께 순수한 에탄올 조성물을 동시에 생성시킬 수 있다. 다른 실시양태에서는, 측류(138) 및 제 3 증류물이 각각 서로 독립적으로 변성 에탄올 조성물이다. 예를 들어, 측류(130)는 n-프로판올-변성 에탄올 조성물을 포함할 수 있고, 제 3 증류물(119)은 에틸 아세테이트-변성 에탄올 조성물을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 분리를 수행함으로써, 생성되는 제 3 증류물(119)은 더 적은 n-프로판올을 유리하게 포함한다. 다른 실시양태에서는, 회수된 측류(138)의 적어도 일부를 제 3 증류물(119)과 합쳐서, 측류(130)로부터의 동일 반응계 내에서 제조된 변성제의 적어도 일부를 포함하는 변성 에탄올 조성물을 생성시킬 수 있다.One or
공급물 또는 조질 반응 생성물로부터 증류 공정을 통해 운반되는 임의의 화합물은 일반적으로 제 3 증류물 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1중량% 미만, 예를 들어 0.05중량% 미만 또는 0.02중량% 미만의 양으로 제 3 증류물에 잔류한다. 한 실시양태에서는, 하나 이상의 측류가 시스템(100)의 임의의 칼럼(107, 108 및/또는 109)으로부터 불순물을 제거할 수 있다. 한 실시양태에서는, 하나 이상의 측류를 이용하여 제 3 칼럼(109)으로부터 불순물을 제거할 수 있다. 불순물을 퍼지하고/하거나 시스템(100) 내에 보유할 수 있다.Any compound carried through the distillation process from the feed or crude reaction product is generally in an amount of less than 0.1% by weight, for example less than 0.05% or less than 0.02% by weight, based on the total weight of the third distillate composition. Remains in the third distillate. In one embodiment, one or more side streams may remove impurities from any
예를 들어 증류 칼럼(예를 들어, 마무리 칼럼) 또는 분자 체 같은 하나 이상의 추가적인 분리 시스템을 이용하여, 라인(119)의 제 3 증류물을 추가로 정제함으로써, 무수 에탄올 생성물 스트림, 즉 "마무리된 무수 에탄올"을 생성시킬 수 있다.Further purification of the third distillate of
제 2 칼럼(108)으로 돌아가서, 라인(120)의 증류물을 바람직하게는 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되는 바와 같이 예컨대 1:10 내지 10:1, 예를 들어 1:5 내지 5:1 또는 1:3 내지 3:1의 환류비로 환류시킨다. 상기 나타낸 바와 같이, 제 2 증류물은 상당량의 변성제, 예를 들어 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드를 포함한다. 따라서, 라인(120)으로 도시되는 제 2 증류물의 전부 또는 일부를 하류로 향하게 할 수 있고, 예컨대 제 3 칼럼(109)을 통해 추가로 정제된 에탄올과 합칠 수 있다. 또한, 제 2 칼럼(108)으로부터의 증류물중 적어도 일부를 필요한 경우 퍼지할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 도 1b에 도시되는 바와 같이, 에틸 아세테이트를 추가의 에탄올로 전환시키기 위하여 제 2 칼럼(108)으로부터의 제 2 증류물의 일부를 라인(120)을 거쳐 반응 대역(101)으로 재순환시킬 수 있다. 예를 들어, 반응기(103)로 재순환시키고, 아세트산 공급 라인(105)과 함께 동시에 공급할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 하나 이상의 추가적인 칼럼(도시되지 않음)을 이용하여, 라인(120)의 제 2 증류물을 추가로 정제시킴으로써, 아세트알데하이드 같은 다른 성분을 제거할 수 있다. 목적하는 변성제가 본질적으로 에틸 아세테이트로 구성되는 경우[예를 들어, 본원에 참고로 인용하는 미국 연방 규정의 파트 21, 타이틀 27(이후, 27 C.F.R. 파트 21로 약칭함)의 규격 35 또는 35-A]에는 이러한 구성을 이용할 수 있다. 다른 선택사항으로서, 추가적인 칼럼(도시되지 않음)을 이용하여 에틸 아세테이트를 제거하고 아세트알데하이드를 남길 수 있는데, 이는 목적하는 변성제가 아세트알데하이드를 포함하고 에틸 아세테이트를 포함하지 않는 상황에서 유용할 수 있다.Returning to the
도 1c의 시스템(100)은 도 1a 및 도 1b의 시스템과 유사한데, 라인(120)의 제 2 증류물이 "아세트알데하이드 제거 칼럼"으로도 일컬어지는 제 4 칼럼(123)에 공급되는 것이 추가된다. 제 4 칼럼(123)에서는, 제 2 증류물을 라인(124)의 아세트알데하이드를 포함하는 제 4 증류물 및 라인(125)의 에틸 아세테이트를 포함하는 제 4 잔류물로 분리한다. 제 4 증류물을 바람직하게는 1:20 내지 20:1, 예컨대 1:10 내지 10:1 또는 1:5 내지 5:1의 환류비로 환류시키고, 제 4 증류물의 적어도 일부를 라인(124)으로 표시되는 바와 같이 반응 대역(101)으로 복귀시킬 수 있다. 예를 들어, 제 4 증류물을 아세트산 공급물과 합치거나, 기화기(110)에 첨가하거나, 또는 바로 반응기(103)에 첨가할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 제 4 증류물을 공급 라인(105)의 아세트산과 함께 기화기(110)에 동시 공급한다. 특정 이론에 얽매이지 않으면서, 아세트알데하이드를 수소화시켜 에탄올을 생성시킬 수 있기 때문에, 아세트알데하이드를 함유하는 스트림을 반응 대역에 재순환시키면 에탄올의 수율을 증가시키고 부산물 및 폐기물 발생을 감소시킨다. 또 다른 실시양태(도면에 도시되지 않음)에서는, 아세트알데하이드를 추가로 정제하거나 정제하지 않고 수집 및 사용하여, n-부탄올, 1,3-부테인다이올 및/또는 크로톤알데하이드 및 유도체를 포함하지만 이들로 국한되지는 않는 유용한 생성물을 제조할 수 있다. 하나의 바람직한 실시양태에서는, 검출가능한 양의 아세트알데하이드가 칼럼(123)의 잔류물에 존재하지 않도록, 아세트알데하이드를 제 4 칼럼(123)의 제 2 증류물로부터 제거한다.The
바람직한 실시양태에서는, 제 4 증류물의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합쳐서(도시되지 않음) 변성 에탄올 조성물을 제조한다. 바람직하게는, 변성제는 아세트알데하이드 및/또는 에틸 아세테이트를 포함한다. 다른 실시양태에서는, 제 4 증류물의 적어도 일부를 제 3 칼럼(109)에 공급할 수 있다. 그 결과, 이들 실시양태에서, 제 3 칼럼(109)에서 나가는 증류물은 제 4 증류물에 존재하는 동일 반응계 내에서 제조된 아세트알데하이드 및/또는 에틸 아세테이트의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이들 실시양태에서, 변성 에탄올 조성물중 아세트알데하이드 변성제의 중량%는 앞서 논의된 바와 같을 수 있다. 정제 에탄올 스트림과 제 4 증류물의 중량비는 광범위하게 변할 수 있고, 변성 에탄올 조성물중 변성제의 목적하는 특정 농도를 달성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 정제 에탄올 스트림 대 제 4 증류물의 중량비는 2:1 내지 75:1, 예컨대 7:1 내지 50:1일 수 있다.In a preferred embodiment, the modified ethanol composition is prepared by combining at least a portion of the fourth distillate with a purified ethanol stream (not shown). Preferably, the denaturant comprises acetaldehyde and / or ethyl acetate. In other embodiments, at least a portion of the fourth distillate may be fed to the
제 4 잔류물은 에틸 아세테이트와 에탄올을 주로 포함한다. 바람직하게는, 제 4 잔류물의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합쳐서 변성 에탄올 조성물을 생성시킨다. 바람직하게는, 변성제는 에틸 아세테이트를 포함한다. 다른 실시양태에서는, 제 4 잔류물의 적어도 일부를 제 3 칼럼(109)에 공급할 수 있다. 그 결과, 이들 실시양태에서, 제 3 칼럼(109)을 나가는 증류물은 제 4 잔류물에 존재했던 동일 반응계 내에서 제조된 에틸 아세테이트의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이들 실시양태에서, 변성 에탄올 조성물중 에틸 아세테이트 변성제의 중량%는 앞서 논의된 바와 같을 수 있다. 정제 에탄올 스트림과 제 4 잔류물의 중량비는 광범위하게 변할 수 있고, 변성 에탄올 조성물중 변성제의 목적하는 특정 농도를 달성하도록 조정할 수 있다. 예를 들어, 정제 에탄올 스트림 대 제 4 잔류물의 중량비는 1:1 내지 50:1, 예를 들어 1.75:1 내지 20:1일 수 있다. 다른 실시양태에서는, 제 4 칼럼(123)의 제 4 잔류물을 라인(125)을 통해 퍼지할 수 있다. The fourth residue mainly contains ethyl acetate and ethanol. Preferably, at least a portion of the fourth residue is combined with the purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition. Preferably, the denaturant comprises ethyl acetate. In other embodiments, at least a portion of the fourth residue may be fed to the
제 4 칼럼(123)은 바람직하게는 상기 기재된 바와 같은 트레이 칼럼이고, 대기압보다 높은 압력에서 바람직하게 작동된다. 한 실시양태에서, 압력은 120KPa 내지 5,000KPa, 예를 들어 200KPa 내지 4,500KPa, 또는 400KPa 내지 3,000KPa이다. 바람직한 실시양태에서, 제 4 칼럼(123)은 다른 칼럼의 압력보다 더 높은 압력에서 작동될 수 있다.The
제 4 칼럼(123)으로부터 라인(124)에서 나가는 제 4 증류물의 온도는 바람직하게는 60℃ 내지 110℃, 예컨대 70℃ 내지 100℃ 또는 75℃ 내지 95℃이다. 제 4 칼럼(125)에서 나가는 잔류물의 온도는 바람직하게는 70℃ 내지 115℃, 예를 들어 80℃ 내지 110℃ 또는 85℃ 내지 110℃이다. 제 4 칼럼(123)의 증류물 및 잔류물 조성물의 예시적인 성분이 아래 표 6에 제공된다. 증류물 및 잔류물이 공급물중의 성분 같은 열거되지 않은 다른 성분도 함유할 수 있음을 알아야 한다.The temperature of the fourth distillate leaving the
도 1c는 또한 라인(121)의 제 3 잔류물을 제 2 칼럼(108)으로 재순환시킬 수 있음을 도시한다. 한 실시양태에서, 제 3 잔류물의 재순환은 제 2 잔류물중 알데하이드 성분을 추가로 감소시키고, 증류물 스트림(120) 중에 이들 알데하이드 성분을 농축시켜 제 4 칼럼(123)으로 보내며, 이 때 제 4 칼럼(123)에서는 알데하이드를 더욱 용이하게 분리할 수 있다. 이러한 실시양태는 바람직하게는 소량의 알데하이드 및 에스터를 갖는 마무리된 에탄올 생성물을 또한 제공한다. 1C also shows that the third residue of
몇몇 실시양태에서는, 변성제-함유 스트림을 정제 에탄올 스트림과 합하여 변성 에탄올 조성물을 생성시킨다. 다른 실시양태에서는, 제 3 칼럼(109)의 증류물과 합하는 것과는 반대로, 이들 변성제-함유 스트림을 제 3 칼럼(109)에 공급할 수 있다. 이들 경우에서는, 칼럼(109)에 공급되는 변성제를 제 3 칼럼(109)의 증류물에서 분리할 수 있고, 이로써 정제 에탄올에 존재할 수 있다. 그러므로, 제 3 증류물은 변성 에탄올 조성물을 포함할 수 있다.In some embodiments, the denaturant-containing stream is combined with a purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition. In other embodiments, these denaturant-containing streams may be fed to the
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 수득되는 변성 에탄올 조성물은 에탄올 및 하나 이상, 예를 들어 둘 이상 또는 셋 이상의 변성제(들)를 포함한다. 수소화 반응을 통해 동일 반응계 내에서 변성제를 생성시켜, 외부 변성제 공급원을 필요로 하지 않게 한다. 바람직하게는, 변성제는 에틸 아세테이트, 아세트알데하이드, 다이에틸 에터, 아세트산, 아이소프로판올 및/또는 이들의 혼합물을 포함한다.As indicated above, the modified ethanol composition obtained by the method of the present invention comprises ethanol and one or more, for example two or more or three or more modifier (s). The hydrogenation reaction produces a denaturant in situ, eliminating the need for an external denaturant source. Preferably, the denaturant comprises ethyl acetate, acetaldehyde, diethyl ether, acetic acid, isopropanol and / or mixtures thereof.
이렇게 생성되는 변성제는 효과적인 양으로, 예를 들어 적절한 정부 규제에 따른 변성 에탄올 조성물을 제공하기에 충분한 양으로 존재해야 한다. 본원에 사용되는 용어 "변성 에탄올 조성물"은 음료 또는 인간의 내복약으로 적합하지 않은, 예를 들어 입에 맞지 않는, 에탄올과 하나 이상의 변성제를 포함하는 조성물을 의미한다. 다른 실시양태에서, 변성 에탄올은 27 C.F.R. 파트 21, 서브파트 D 하에 인가된 규격에 따라 변성되는 에탄올 조성물인 "특수 변성 에탄올"을 포함할 수 있다. 또한, 변성 에탄올에 대한 조건은 상이한 용도, 예를 들어 연료 용도 및 공업 용도에서 상이하다. 그러므로, 몇몇 용도에서는 더 많은 양의 변성제를 필요로 할 수 있는 반면, 다른 용도에서는 더욱 소량의 변성제를 요구할 수 있다. 이러한 용도중 일부의 목록이 본원에 참고로 인용하는 27 C.F.R. 파트 21에 제공되어 있다. 표 7은 에탄올 100갤런에 첨가되는 변성제의 양의 면에서 변성 조성물중 일부를 나타낸다.The denaturant so produced should be present in an effective amount, for example in an amount sufficient to provide a modified ethanol composition according to appropriate government regulations. As used herein, the term “modified ethanol composition” refers to a composition comprising ethanol and one or more denaturing agents that are not suitable, for example, not suitable for use as beverages or human oral medicines. In other embodiments, the modified ethanol is 27 C.F.R. Part 21, subpart D, may include “specially modified ethanol”, an ethanol composition that is modified according to the specifications applied under subpart D. In addition, the conditions for the modified ethanol are different in different uses, for example fuel use and industrial use. Therefore, some applications may require higher amounts of denaturant, while others may require smaller amounts of denaturant. A list of some of these uses is incorporated by reference in C.F.R. It is provided in Part 21. Table 7 shows some of the denaturing compositions in terms of the amount of denaturing agent added to 100 gallons of ethanol.
또한, 다른 실시양태에서, 생성된 상태 그대로의 본 발명의 변성 에탄올 조성물은 미국 외의 국가의 변성 규격에 상응한다. 예를 들어, 영국에서, 상품 특이적인 변성 알콜의 한가지 규격은 다음과 같다. 알콜(알콜 85부피% 이상의 강도) 매 979부피부마다 에틸 아세테이트 20부피부 이상과 아이소프로필 알콜 1부피부를 혼합한다.In another embodiment, the modified ethanol composition of the present invention as it is produced corresponds to the modification standard of a country other than the United States. For example, in the UK, one specification for product specific modified alcohols is as follows. Alcohol (strength of alcohol at least 85% by volume) For every 979 parts, at least 20 parts of ethyl acetate and 1 part of isopropyl alcohol are mixed.
다른 예시적인 영국 상품 특이적 변성 알콜 규격은 다음과 같다. 알콜(알콜 85부피% 이상의 강도) 매 950부피부마다 아이소프로필 알콜 50부피부 이상을 혼합한다.Other exemplary British product specific modified alcohol specifications are as follows. Alcohol (strength at least 85% by volume alcohol) Mix at least 50 parts of isopropyl alcohol every 950 parts by volume.
물론, 미국 및 국제 변성 에탄올 조성물 규격의 이러한 목록이 배타적인 것은 아니며, 다른 규격도 분명히 본 발명의 영역에 속한다.Of course, this list of US and international modified ethanol composition specifications is not exclusive, and other specifications are clearly within the scope of the present invention.
바람직하게는, 변성 에탄올 조성물은 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 50중량% 내지 99중량%, 예를 들어 60중량% 내지 99중량%, 또는 70중량% 내지 95중량%의 에탄올 및 0.01중량% 내지 40중량%, 예를 들어 0.01중량% 내지 25중량%, 0.01중량% 내지 20중량%, 또는 1중량% 내지 15중량%의 변성제를 포함한다.Preferably, the modified ethanol composition comprises 50% to 99% by weight, such as 60% to 99% by weight, or 70% to 95% by weight of ethanol and 0.01% by weight, based on the total weight of the modified ethanol composition. To 40% by weight, for example 0.01% to 25% by weight, 0.01% to 20% by weight, or 1% to 15% by weight of modifier.
에탄올 및 변성제에 덧붙여, 변성 에탄올 조성물은 또한 아세트산; C3 알콜, 예컨대 n-프로판올 및 아이소프로판올; 및/또는 C4-C5 알콜 같은 다른 불순물을 미량으로만 포함할 수 있다. In addition to ethanol and denaturant, the modified ethanol composition also contains acetic acid; C 3 alcohols such as n-propanol and isopropanol; And / or other impurities such as C 4 -C 5 alcohols only in trace amounts.
몇몇 실시양태에서, 본 발명의 변성 에탄올 조성물은 상기 논의된 바와 같이 제 1 칼럼 증류물의 적어도 일부를 포함한다. 여기에서, 변성 에탄올 조성물은 변성제로서 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드를 포함할 수 있다. 에탄올 및 변성제(뿐만 아니라 다른 임의적인 성분)의 예시적인 중량% 범위가 상기 표 3에 제공되어 있다. 바람직하게는, 이들 변성 에탄올 조성물중 전체 변성제(에틸 아세테이트 및 아세트알데하이드)의 양은 0.01중량% 내지 90중량%, 예를 들어 0.01중량% 내지 65중량% 또는 0.01중량% 내지 34중량%의 변성제이다.In some embodiments, the modified ethanol composition of the present invention comprises at least a portion of the first column distillate as discussed above. Here, the modified ethanol composition may include ethyl acetate and / or acetaldehyde as the modifying agent. Exemplary weight percent ranges of ethanol and denaturant (as well as other optional ingredients) are provided in Table 3 above. Preferably, the amount of total modifiers (ethyl acetate and acetaldehyde) in these modified ethanol compositions is from 0.01% to 90% by weight, for example from 0.01% to 65% or from 0.01% to 34% by weight.
다른 실시양태에서는, 변성 에탄올 조성물을 분리 대역의 분리 타워로부터 회수한다. 이들 경우에, 에탄올 조성물은 예를 들어 아이소프로판올 변성제를 0.1중량% 내지 10중량%, 예를 들어 1중량% 내지 9중량% 또는 3중량% 내지 7중량%의 양으로 포함할 수 있다.In another embodiment, the modified ethanol composition is recovered from the separation tower in the separation zone. In these cases, the ethanol composition may include, for example, an isopropanol modifier in an amount of 0.1% to 10% by weight, for example 1% to 9% by weight or 3% to 7% by weight.
다른 실시양태에서, 에탄올 조성물은 에틸 에터, 예를 들어 다이에틸 에터 변성제를 0.1중량% 내지 20중량%, 예를 들어 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 9중량% 또는 3중량% 내지 7중량%의 양으로 포함한다. 다른 실시양태에서, 에탄올 조성물은 아세트산 변성제를 0.1중량% 내지 20중량%, 예를 들어 1중량% 내지 15중량% 또는 2중량% 내지 12중량%의 양으로 포함한다. 다른 실시양태에서, 에탄올 조성물은 n-프로판올 변성제를 0.001중량% 내지 10중량%, 예컨대 0.001중량% 내지 0.1중량%, 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 9중량% 또는 3중량% 내지 7중량%의 양으로 포함한다.In other embodiments, the ethanol composition comprises 0.1 wt% to 20 wt%, such as 0.1 wt% to 10 wt%, 1 wt% to 9 wt%, or 3 wt% of ethyl ether, eg, diethyl ether modifier. In an amount of 7% by weight. In other embodiments, the ethanol composition comprises acetic acid modifier in an amount of 0.1% to 20% by weight, such as 1% to 15% or 2% to 12% by weight. In other embodiments, the ethanol composition comprises from 0.001% to 10% by weight, such as from 0.001% to 0.1%, from 0.1% to 10%, from 1% to 9% or 3% by weight of n-propanol modifier. In an amount of 7% by weight.
바람직한 실시양태에서는, 변성제를 포함하는 조질 에탄올 생성물 유도체 스트림, 예를 들어 제 2 증류물을 정제 에탄올 스트림과 합침으로써, 변성 에탄올 조성물을 생성시킨다. 에탄올 및 변성제, 예를 들어 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드(및 다른 임의적인 성분)의 예시적인 중량% 범위가 표 8에 제공된다. 몇몇 실시양태에서, 에탄올 조성물은 에틸 아세테이트 변성제를 0.01중량% 내지 40중량%, 예를 들어 0.01중량% 내지 15중량%, 0.01중량% 내지 10중량% 또는 0.01중량% 내지 9중량%의 양으로 포함한다. 다른 실시양태에서, 에탄올 조성물은 아세트알데하이드 변성제를 0.01중량% 내지 10중량%, 예컨대 0.01중량% 내지 5중량%, 0.01중량% 내지 2중량% 또는 0.01중량% 내지 1중량%의 양으로 포함한다. 바람직하게는, 이들 변성 에탄올 조성물중 전체 변성제의 양은 0.01중량% 내지 20중량%, 예컨대 0.01중량% 내지 12중량% 또는 0.01중량% 내지 10중량%이다.In a preferred embodiment, the modified ethanol composition is produced by combining a crude ethanol product derivative stream comprising a denaturant, for example a second distillate, with a purified ethanol stream. Exemplary weight percent ranges of ethanol and modifiers such as ethyl acetate and / or acetaldehyde (and other optional ingredients) are provided in Table 8. In some embodiments, the ethanol composition comprises ethyl acetate modifier in an amount of 0.01 wt% to 40 wt%, for example 0.01 wt% to 15 wt%, 0.01 wt% to 10 wt%, or 0.01 wt% to 9 wt%. do. In other embodiments, the ethanol composition comprises acetaldehyde modifier in an amount of 0.01% to 10% by weight, such as 0.01% to 5%, 0.01% to 2%, or 0.01% to 1% by weight. Preferably, the amount of total modifier in these modified ethanol compositions is from 0.01% to 20% by weight, such as from 0.01% to 12% by weight or from 0.01% to 10% by weight.
표 8의 실시양태에서 물의 예시적인 중량%가 0.0001중량% 내지 1중량%이기는 하지만, 다른 실시양태에서는 물이 더 많은 양으로 변성 에탄올 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 변성 에탄올 조성물은 0.1중량% 내지 8중량%, 예컨대 0.1중량% 내지 5중량% 또는 0.1중량% 내지 2중량%의 양으로 물을 포함할 수 있다.Although exemplary weight percent of water in the embodiments of Table 8 is from 0.0001% to 1% by weight, in other embodiments water may be present in the modified ethanol composition in higher amounts. For example, the modified ethanol composition may comprise water in an amount of 0.1 wt% to 8 wt%, such as 0.1 wt% to 5 wt% or 0.1 wt% to 2 wt%.
본 발명의 실시양태의 변성 에탄올 조성물은 연료, 용매, 화학적 공급원료, 약학 제품, 세정제, 소독제(sanitizer), 수소화 수송제 또는 소비제(consumption)를 비롯한 다양한 용도에 사용하기 적합할 수 있다. 연료 용도에서는, 변성 에탄올 조성물을 자동차, 보트 및 작은 피스톤 기관 비행기 같은 운송 차량용 가솔린과 블렌딩할 수 있다. 비-연료 용도에서는, 변성 에탄올 조성물을 화장품(toiletry and cosmetic) 제제, 세제, 소독제(disinfectant), 코팅제, 잉크 및 약제용 용매로서 사용할 수 있다. 변성 에탄올 조성물은 또한 예를 들어 의약 제품, 식료품, 염료, 광화학제품 및 라텍스 가공제의 제조 방법에서 가공 용매로서 사용될 수도 있다.Modified ethanol compositions of embodiments of the present invention may be suitable for use in a variety of applications, including fuels, solvents, chemical feedstocks, pharmaceutical products, detergents, sanitizers, hydrogenation vehicles, or consumption agents. In fuel applications, the modified ethanol composition can be blended with gasoline for transportation vehicles such as automobiles, boats and small piston engine airplanes. In non-fuel applications, the modified ethanol compositions can be used as toiletry and cosmetic preparations, detergents, disinfectants, coatings, inks and solvents for pharmaceuticals. The modified ethanol composition may also be used as a processing solvent, for example in the manufacture of pharmaceutical products, foodstuffs, dyes, photochemicals and latex processing agents.
변성 에탄올 조성물을 또한 화학적 공급원료로서 사용하여, 아세트산 약제, 에틸 아크릴레이트, 에틸 아세테이트, 에틸렌, 글라이콜 에터, 에틸아민, 알데하이드 및 고급 알콜, 특히 부탄올 같은 다른 화학약품을 제조할 수 있다. 변성 에탄올 조성물은 에스터 제조에서 공급원료로서 사용하기 적합할 수 있다. 바람직하게는, 에틸 아세테이트의 제조에 있어서는, 변성 에탄올 조성물을 아세트산으로 에스터화시키거나 폴리비닐 아세테이트와 반응시킬 수 있다. 변성 에탄올 조성물을 탈수시켜 에틸렌을 생성시킬 수 있다. 본원에 참고로 인용하는 미국 특허 공개 제 2010/0030001 호 및 제 2010/0030002 호에 기재되어 있는 것과 같은 임의의 공지 탈수 촉매를 사용하여 에탄올을 탈수시킬 수 있다. 예컨대 제올라이트 촉매를 탈수 촉매로서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 제올라이트는 약 0.6nm 이상의 공극 직경을 갖고, 바람직한 제올라이트는 모데나이트, ZSM-5, 제올라이트 X 및 제올라이트 Y로 이루어진 군으로부터 선택되는 탈수 촉매를 포함한다. 제올라이트 X는 예를 들어 미국 특허 제 2,882,244 호에, 제올라이트 Y는 미국 특허 제 3,130,007 호에 기재되어 있으며, 이들 특허를 본원에 참고로 인용한다.The modified ethanol composition can also be used as a chemical feedstock to prepare other chemicals such as acetic acid agent, ethyl acrylate, ethyl acetate, ethylene, glycol ether, ethylamine, aldehyde and higher alcohols, especially butanol. The modified ethanol composition may be suitable for use as feedstock in ester preparation. Preferably, in the production of ethyl acetate, the modified ethanol composition can be esterified with acetic acid or reacted with polyvinyl acetate. The modified ethanol composition may be dehydrated to produce ethylene. Ethanol may be dehydrated using any known dehydration catalyst, such as described in US Patent Publication Nos. 2010/0030001 and 2010/0030002, which are incorporated herein by reference. For example, a zeolite catalyst can be used as the dehydration catalyst. Preferably, the zeolite has a pore diameter of about 0.6 nm or more, and the preferred zeolite includes a dehydration catalyst selected from the group consisting of mordenite, ZSM-5, zeolite X and zeolite Y. Zeolite X is described, for example, in US Pat. No. 2,882,244 and Zeolite Y is disclosed in US Pat. No. 3,130,007, which is incorporated herein by reference.
본원에 개시된 발명을 더욱 효과적으로 이해할 수 있도록 하기 위하여, 몇몇 비한정적인 실시예를 아래에 제공한다. 하기 실시예는 본 발명의 에탄올 조성물의 다양한 실시양태를 기재한다.In order to more effectively understand the invention disclosed herein, some non-limiting examples are provided below. The following examples describe various embodiments of the ethanol compositions of the present invention.
실시예Example
실시예Example 1 One
아세트산 95.2중량%와 물 4.6중량%를 포함하는 기화된 공급물을, 1/8인치 규산칼슘 개질된 실리카 압출물 상에 지지된 백금 1.6중량%와 주석 1중량%를 포함하는 촉매의 존재하에, 291℃의 평균 온도 및 2,063KPa의 출구 압력에서, 수소와 반응시킴으로써, 에탄올, 아세트산, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 생성시켰다. 총 수소/아세트산 몰비가 3,893시간-1의 GHSV에서 5.8이 되도록 미반응 수소를 반응기 입구로 다시 재순환시켰다. 이러한 조건하에서, 아세트산의 42.8%가 전환되었고, 에탄올에 대한 선택성은 87.1%, 에틸 아세테이트에 대한 선택성은 8.4%, 아세트알데하이드에 대한 선택성은 3.5%였다. 도 1a에 도시되는 증류 칼럼을 갖는 분리 계획을 이용하여 조질 에탄올 혼합물을 정제시켰다. A vaporized feed comprising 95.2 wt% acetic acid and 4.6 wt% water was prepared in the presence of a catalyst comprising 1.6 wt% platinum and 1 wt% tin supported on a 1/8 inch calcium silicate modified silica extrudate, Reaction with hydrogen at an average temperature of 291 ° C. and an outlet pressure of 2,063 KPa yielded a crude ethanol product comprising ethanol, acetic acid, water and ethyl acetate. Unreacted hydrogen was recycled back to the reactor inlet so that the total hydrogen / acetic acid molar ratio was 5.8 at a GHSV of 3,893 hours −1 . Under these conditions, 42.8% of acetic acid was converted, 87.1% for ethanol, 8.4% for ethyl acetate, and 3.5% for acetaldehyde. The crude ethanol mixture was purified using a separation scheme with a distillation column shown in FIG. 1A.
조질 에탄올 생성물을 20g/분의 공급 속도로 제 1 칼럼에 공급하였다. 액체 공급물의 조성이 표 8에 제공된다. 제 1 칼럼은 50개의 트레이를 갖는 직경 2인치의 올더쇼(Oldershaw)였다. 115℃의 온도 및 대기압에서 칼럼을 작동시켰다. 달리 표시되지 않는 한, 칼럼 작동 온도는 재비기 내에서의 액체의 온도이고, 칼럼 꼭대기에서의 압력은 대기압(약 1기압)이다. 제 1 칼럼 내의 트레이 사이에서의 칼럼 차압은 7.4KPa였다. 제 1 잔류물을 12.4g/분의 유속으로 회수하고, 수소화 반응기로 복귀시켰다.The crude ethanol product was fed to the first column at a feed rate of 20 g / min. The composition of the liquid feed is provided in Table 8. The first column was Oldershaw, 2 inches in diameter with 50 trays. The column was operated at a temperature of 115 ° C. and atmospheric pressure. Unless otherwise indicated, the column operating temperature is the temperature of the liquid in the reboiler and the pressure at the top of the column is atmospheric (about 1 atmosphere). The column differential pressure between the trays in the first column was 7.4 KPa. The first residue was recovered at a flow rate of 12.4 g / min and returned to the hydrogenation reactor.
제 1 증류물을 제 1 칼럼의 꼭대기에서 응축시키고 1:1의 비로 환류시킨 다음, 증류물의 일부를 7.6g/분의 공급 속도로 제 2 칼럼에 도입하였다. 제 2 칼럼은 25개의 트레이가 설치된 직경 2인치의 올더쇼 디자인이었다. 제 2 칼럼을 82℃ 및 대기압에서 작동시켰다. 이 실시양태에서는, 추출제를 사용하지 않았다. 제 2 칼럼 내의 트레이 사이에서의 칼럼 차압은 2.6KPa였다. 제 2 잔류물을 5.8g/분의 유속으로 회수하고 제 3 칼럼으로 보냈다. 제 2 증류물을 4.5:0.5의 비로 환류시키고, 잔류하는 증류물을 분석을 위해 수집하였다. 공급물, 증류물 및 잔류물의 조성이 표 9에 제공된다.The first distillate was condensed at the top of the first column and refluxed at a ratio of 1: 1, then a portion of the distillate was introduced into the second column at a feed rate of 7.6 g / min. The second column was an 2 inch diameter Aldershaw design with 25 trays. The second column was operated at 82 ° C. and atmospheric pressure. In this embodiment, no extractant was used. The column differential pressure between the trays in the second column was 2.6 KPa. The second residue was recovered at a flow rate of 5.8 g / min and sent to the third column. The second distillate was refluxed at a ratio of 4.5: 0.5 and the remaining distillate was collected for analysis. The composition of the feeds, distillates and residues is provided in Table 9.
(중량%)Feed
(weight%)
(중량%)Distillate
(weight%)
(중량%)Residue
(weight%)
(중량%)Distillate
(weight%)
(중량%)Residue
(weight%)
표 9에 기재된 바와 같이, 제 1 칼럼 증류물은 에탄올 및 상당량의 동일 반응계 내에서 생성된 변성제를 포함하는 변성 에탄올 조성물이다.As shown in Table 9, the first column distillate is a modified ethanol composition comprising ethanol and a modifier produced in substantial in situ.
몇회의 실행으로부터 제 2 칼럼의 잔류물을 수집하고 10g/분의 속도로 제 3 칼럼(60개의 트레이를 함유하는 2인치 올더쇼)에 도입하였다(25번 트레이 위). 제 3 칼럼을 103℃ 및 대기압에서 작동시켰다. 제 3 칼럼 내의 트레이 사이의 칼럼 차압은 6.2KPa였다. 제 3 잔류물을 2.7g/분의 유속으로 회수하였다. 제 3 증류물을 제 3 칼럼 꼭대기에서 응축시키고 3:1의 비로 환류시켰다. 회수된 에탄올 조성물의 조성이 표 10에 기재된다. 에탄올 조성물은 에탄올 및 상당량의 동일 반응계 내에서 제조된 에틸 아세테이트를 포함한다. 이 변성 에탄올 조성물은 놀랍게도 또한 예기치 못하게도 외부 변성제를 첨가하지 않고 제조된 변성 에탄올 조성물이었다. 에탄올 조성물은 또한 n-부틸 아세테이트 10ppm도 함유하였다.Residues of the second column were collected from several runs and introduced into the third column (2 inch Aldershow containing 60 trays) at 10 g / min (above tray 25). The third column was operated at 103 ° C. and atmospheric pressure. The column differential pressure between the trays in the third column was 6.2 KPa. The third residue was recovered at a flow rate of 2.7 g / min. The third distillate was condensed at the top of the third column and refluxed at a ratio of 3: 1. The composition of the recovered ethanol composition is shown in Table 10. The ethanol composition comprises ethanol and a significant amount of ethyl acetate prepared in situ. This modified ethanol composition was surprisingly and unexpectedly a modified ethanol composition prepared without the addition of an external denaturant. The ethanol composition also contained 10 ppm of n-butyl acetate.
실시예Example 2 2
아세트산 96.3중량%와 물 4.3중량%를 포함하는 기화된 공급물을, 1/8인치 규산칼슘 개질된 실리카 압출물 상에 지지된 백금 1.6중량%와 주석 1중량%를 포함하는 촉매의 존재하에, 290℃의 평균 온도 및 2,049KPa의 출구 압력에서, 수소와 반응시킴으로써, 에탄올, 아세트산, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 생성시켰다. 총 수소/아세트산 몰비가 1,997시간-1의 GHSV에서 10.2가 되도록 미반응 수소를 반응기 입구로 다시 재순환시켰다. 이러한 조건하에서, 아세트산의 74.5%가 전환되었고, 에탄올에 대한 선택성은 87.9%, 에틸 아세테이트에 대한 선택성은 9.5%, 아세트알데하이드에 대한 선택성은 1.8%였다. 도 1a에 도시되는 증류 칼럼을 갖는 분리 계획을 이용하여 조질 에탄올 혼합물을 정제시켰다. A vaporized feed comprising 96.3 wt% acetic acid and 4.3 wt% water was prepared in the presence of a catalyst comprising 1.6 wt% platinum and 1 wt% tin supported on a 1/8 inch calcium silicate modified silica extrudate, Reaction with hydrogen at an average temperature of 290 ° C. and an outlet pressure of 2,049 KPa yielded a crude ethanol product comprising ethanol, acetic acid, water and ethyl acetate. Unreacted hydrogen was recycled back to the reactor inlet so that the total hydrogen / acetic acid molar ratio was 10.2 at a GHSV of 1,997 h −1 . Under these conditions, 74.5% of acetic acid was converted, with 87.9% selectivity for ethanol, 9.5% selectivity for ethyl acetate, and 1.8% selectivity for acetaldehyde. The crude ethanol mixture was purified using a separation scheme with a distillation column shown in FIG. 1A.
조질 에탄올 생성물을 20g/분의 공급 속도로 제 1 칼럼에 공급하였다. 액체 공급물의 조성이 표 11에 제공된다. 제 1 칼럼은 50개의 트레이를 갖는 직경 2인치의 올더쇼였다. 116℃의 온도 및 대기압에서 칼럼을 작동시켰다. 제 1 칼럼 내의 트레이 사이에서의 칼럼 차압은 8.1KPa였다. 제 1 잔류물을 10.7g/분의 유속으로 회수하고, 수소화 반응기로 복귀시켰다.The crude ethanol product was fed to the first column at a feed rate of 20 g / min. The composition of the liquid feed is provided in Table 11. The first column was an alder show of 2 inches in diameter with 50 trays. The column was operated at a temperature of 116 ° C. and atmospheric pressure. The column differential pressure between the trays in the first column was 8.1 KPa. The first residue was recovered at a flow rate of 10.7 g / min and returned to the hydrogenation reactor.
제 1 증류물을 제 1 칼럼의 꼭대기에서 응축시키고 1:1의 비로 환류시킨 다음, 증류물의 일부를 9.2g/분의 공급 속도로 제 2 칼럼에 도입하였다. 제 2 칼럼은 25개의 트레이가 설치된 직경 2인치의 올더쇼 디자인이다. 제 2 칼럼을 82℃ 및 대기압에서 작동시켰다. 제 2 칼럼 내의 트레이 사이에서의 칼럼 차압은 2.4KPa였다. 제 2 잔류물을 7.1g/분의 유속으로 회수하고 제 3 칼럼으로 보냈다. 제 2 증류물을 4.5:0.5의 비로 환류시키고, 잔류하는 증류물을 분석을 위해 수집하였다. 공급물, 증류물 및 잔류물의 조성이 표 11에 제공된다.The first distillate was condensed at the top of the first column and refluxed at a ratio of 1: 1, then a portion of the distillate was introduced into the second column at a feed rate of 9.2 g / min. The second column is an 2 inch diameter Aldershow design with 25 trays. The second column was operated at 82 ° C. and atmospheric pressure. The column differential pressure between the trays in the second column was 2.4 KPa. The second residue was recovered at a flow rate of 7.1 g / min and sent to the third column. The second distillate was refluxed at a ratio of 4.5: 0.5 and the remaining distillate was collected for analysis. The compositions of the feeds, distillates and residues are provided in Table 11.
(중량%)Feed
(weight%)
(중량%)Distillate
(weight%)
(중량%)Residue
(weight%)
(중량%)Distillate
(weight%)
(중량%)Residue
(weight%)
표 11에 기재되는 바와 같이, 제 1 칼럼 증류물은 에탄올 및 상당량의 동일 반응계 내에서 생성된 변성제를 포함하는 변성 에탄올 조성물이다.As shown in Table 11, the first column distillate is a modified ethanol composition comprising ethanol and a significant amount of denaturant produced in situ.
실시예Example 3 3
아세트산 98중량%와 아세톤 2중량%를 포함하는 기화된 공급물을, 1/8인치 규산칼슘 개질된 실리카 압출물 상에 지지된 백금 1.6중량%와 주석 1중량%를 포함하는 촉매의 존재하에, 291℃의 평균 온도 및 1,420KPa의 출구 압력에서, 수소와 반응시킴으로써, 에탄올, 아이소프로판올, 아세트산, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 생성시켰다. 촉매를 3mm 유리 비드로 1:1의 부피비로 희석시켰다. 이들 조건 하에서, 아세톤 전환율은 68%였고, 분리 후 생성된 에탄올/아이소프로판올 혼합물은 아이소프로판올 4.3중량%를 포함하였다.A vaporized feed comprising 98% by weight acetic acid and 2% by weight acetone, in the presence of a catalyst comprising 1.6% by weight of platinum and 1% by weight of tin supported on a 1/8 inch calcium silicate modified silica extrudate, Reaction with hydrogen at an average temperature of 291 ° C. and an outlet pressure of 1,420 KPa yielded a crude ethanol product comprising ethanol, isopropanol, acetic acid, water and ethyl acetate. The catalyst was diluted to a volume ratio of 1: 1 with 3 mm glass beads. Under these conditions, the acetone conversion was 68% and the resulting ethanol / isopropanol mixture after separation contained 4.3% by weight of isopropanol.
생성된 조질 에탄올 조성물의 조성이 표 12에 제공된다.The composition of the resulting crude ethanol composition is provided in Table 12.
표 12에 기재된 바와 같이, 아세트산 공급물에 아세톤을 첨가하면 아세트산 공급물이 수소화될 때 아이소프로판올을 생성시킨다. 수소화로부터 제조된 조질 에탄올 생성물은 에탄올 및 동일 반응계 내에서 생성된 아이소프로판올 4.3중량%를 포함하는 변성 에탄올 조성물을 제공한다.As shown in Table 12, addition of acetone to the acetic acid feed produces isopropanol when the acetic acid feed is hydrogenated. The crude ethanol product prepared from hydrogenation provides a modified ethanol composition comprising ethanol and 4.3% by weight of isopropanol produced in situ.
다른 실시양태에서는, 변성제를 포함하는 조질 에탄올 생성물 유도체 스트림을 정제 에탄올 스트림과 합침으로써 변성 에탄올 조성물을 생성시킨다. 이로써, 유도체 스트림으로부터의 변성제를 정제 에탄올 스트림과 합한다. In another embodiment, a modified ethanol composition is produced by combining a crude ethanol product derivative stream comprising a denaturant with a purified ethanol stream. This combines the denaturant from the derivative stream with the purified ethanol stream.
실시예Example 4 4
상기 논의된 바와 같은 아세트산 수소화를 통해, 에탄올, 아세트산, 아세트알데하이드, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 제조하였다. 도 1a에 도시되는 증류 칼럼을 갖는 분리 계획을 이용하여 조질 에탄올 생성물을 정제시켰다. 물 추출제를 사용하는 추출 증류 칼럼으로서 제 2 칼럼을 작동시켰다. Through acetic acid hydrogenation as discussed above, a crude ethanol product was prepared comprising ethanol, acetic acid, acetaldehyde, water and ethyl acetate. The crude ethanol product was purified using a separation scheme with a distillation column shown in FIG. 1A. The second column was operated as an extractive distillation column using a water extractant.
제 2 칼럼에서 나가는 증류물 및 제 3 칼럼에서 나가는 증류물의 조성이 표 13에 제공된다.The composition of the distillate leaving the second column and the distillate leaving the third column is provided in Table 13.
각각 1.6:1 및 21:1의 중량비로 혼합될 때 표 13의 제 2 증류물 및 제 3 증류물은 표 14에 기재되는 변성 에탄올 조성물을 제공한다.The second and third distillates of Table 13 provide the modified ethanol compositions described in Table 14 when mixed in a weight ratio of 1.6: 1 and 21: 1, respectively.
실시예Example 5 5
상기 논의된 바와 같은 아세트산 수소화를 통해, 에탄올, 아세트산, 아세트알데하이드, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 제조하였다. 도 1c에 도시되는 증류 칼럼을 갖는 분리 계획을 이용하여 조질 에탄올 생성물을 정제하였다. Through acetic acid hydrogenation as discussed above, a crude ethanol product was prepared comprising ethanol, acetic acid, acetaldehyde, water and ethyl acetate. The crude ethanol product was purified using a separation scheme with a distillation column shown in FIG. 1C.
제 4 칼럼에서 나가는 잔류물 및 제 3 칼럼에서 나가는 증류물의 조성이 표 15에 기재된다. The composition of the residue leaving the fourth column and the distillate leaving the third column is shown in Table 15.
각각 1.75:1 및 20:1의 중량비로 합칠 때, 표 15의 제 3 증류물 및 제 4 잔류물은 표 16에 기재되는 변성 에탄올 조성물을 제공한다.Combined in a weight ratio of 1.75: 1 and 20: 1, respectively, the third distillate and the fourth residue of Table 15 provide the modified ethanol compositions described in Table 16.
실시예Example 6 6
상기 논의된 바와 같은 아세트산 수소화를 통해, 에탄올, 아세트산, 아세트알데하이드, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 제조하였다. 도 1c에 도시되는 증류 칼럼을 갖는 분리 계획을 이용하여 조질 에탄올 생성물을 정제하였다. Through acetic acid hydrogenation as discussed above, a crude ethanol product was prepared comprising ethanol, acetic acid, acetaldehyde, water and ethyl acetate. The crude ethanol product was purified using a separation scheme with a distillation column shown in FIG. 1C.
제 4 칼럼에서 나가는 증류물 및 제 3 칼럼에서 나가는 증류물의 조성이 표 17에 기재된다. The composition of the distillate leaving the fourth column and the distillate leaving the third column is shown in Table 17.
각각 7:1 및 50:1의 중량비로 합칠 때, 표 17의 제 3 증류물 및 제 4 증류물은 표 18에 기재되는 변성 에탄올 조성물을 제공한다.When combined in a weight ratio of 7: 1 and 50: 1, respectively, the third and fourth distillates of Table 17 provide the modified ethanol compositions described in Table 18.
실시예Example 7 7
상기 논의된 바와 같은 아세트산 수소화를 통해, 에탄올, 아세트산, 아세트알데하이드, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 제조하였다. 도 1c에 도시되는 증류 칼럼을 갖는 분리 계획을 이용하여 조질 에탄올 생성물을 정제하였다. Through acetic acid hydrogenation as discussed above, a crude ethanol product was prepared comprising ethanol, acetic acid, acetaldehyde, water and ethyl acetate. The crude ethanol product was purified using a separation scheme with a distillation column shown in FIG. 1C.
제 1 칼럼에서 나가는 증류물 및 제 3 칼럼에서 나가는 증류물의 조성이 표 19에 기재된다. The composition of the distillate leaving the first column and the distillate leaving the third column is shown in Table 19.
각각 0.05:1 및 3:1의 중량비로 합칠 때, 표 19의 제 3 증류물 및 제 1 증류물은 표 20에 기재되는 변성 에탄올 조성물을 제공한다.Combined in a weight ratio of 0.05: 1 and 3: 1, respectively, the third and first distillates of Table 19 provide the modified ethanol compositions described in Table 20.
실시예Example 8 8
상기 논의된 아세트산 수소화를 통해, 에탄올, 아세트산, 아세트알데하이드, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 제조하였다. 제 1 칼럼을 이용하여 조질 에탄올 생성물을 정제시킬 수 있다. 그러나, 이 분리 계획에서는, 제 1 증류물을 바로 제 3 칼럼으로 운송하여 제 2 칼럼 및/또는 제 4 칼럼을 우회할 수 있다. 제 3 칼럼은 잔류물 및 증류물을 제공할 수 있다. 제 1 증류물 및 제 3 증류물의 조성이 표 24에 제공된다. 제 3 증류물은 제 2 칼럼 또는 제 4 칼럼을 필요로 하지 않으면서 유리하게 제조될 수 있는 변성 에탄올 조성물이다.Through the acetic acid hydrogenation discussed above, a crude ethanol product was prepared comprising ethanol, acetic acid, acetaldehyde, water and ethyl acetate. The first column can be used to purify the crude ethanol product. In this separation scheme, however, the first distillate can be sent directly to the third column to bypass the second and / or fourth column. The third column can provide residue and distillate. The compositions of the first and third distillates are provided in Table 24. The third distillate is a modified ethanol composition which can be advantageously prepared without the need for a second column or fourth column.
실시예Example 9 9
상기 논의된 아세트산 수소화를 통해, 에탄올, 아세트산, 아세트알데하이드, 물 및 에틸 아세테이트를 포함하는 조질 에탄올 생성물을 제조하였다. 특히 도 1a에 도시되는 제 1 증류 칼럼 및 제 2 증류 칼럼을 갖는 분리 계획을 이용하여 조질 에탄올 생성물을 정제하였다.Through the acetic acid hydrogenation discussed above, a crude ethanol product was prepared comprising ethanol, acetic acid, acetaldehyde, water and ethyl acetate. In particular, the crude ethanol product was purified using a separation scheme having a first distillation column and a second distillation column shown in FIG.
수회의 실행으로부터 제 2 칼럼으로부터의 잔류물을 수집하고, 18g/분의 속도로 제 3 칼럼(50개의 트레이를 갖는 2인치 올더쇼)에 도입하였다. 102℃의 온도 및 대기압에서 제 3 칼럼을 작동시켰다. 제 3 칼럼 내의 트레이 사이에서의 칼럼 차압은 6.2KPa였다. 제 3 잔류물을 13g/분의 유속으로 회수하였다. 제 3 증류물을 제 3 칼럼의 꼭대기에서 응축시키고 3:2의 비로 환류시켰다.Residue from the second column was collected from several runs and introduced into the third column (2 inch Aldershow with 50 trays) at a rate of 18 g / min. The third column was operated at a temperature of 102 ° C. and atmospheric pressure. The column differential pressure between the trays in the third column was 6.2 KPa. The third residue was recovered at a flow rate of 13 g / min. The third distillate was condensed at the top of the third column and refluxed at a ratio of 3: 2.
제 3 칼럼 내의 다양한 트레이 위치에서의 제 2 잔류물중 일부 성분의 조성이 도 2에 도시된다. 에탄올도 각 트레이에 상당량으로 존재한다.The composition of some of the components of the second residue at various tray locations in the third column is shown in FIG. 2. Ethanol is also present in significant amounts in each tray.
도 2에 도시되는 바와 같이, 측류를 제 3 칼럼으로부터 회수할 수 있다. 바람직하게는 회수된 측류는 에탄올 및 n-프로판올을 포함한다. 제 3 칼럼으로부터 회수된 측류는 에탄올 및 n-프로판올을 포함하는 변성 에탄올 조성물을 제공한다. 몇몇 실시양태에서는, 측류를 정제 에탄올 스트림, 예를 들어 제 3 증류물과 합하여, 별도의 변성 에탄올 조성물을 형성시킬 수 있다. 이들 변성 에탄올 조성물은 각각 놀랍게도 또한 예기치 못하게도 외부 변성체를 첨가하지 않고서도 제조될 수 있다.As shown in FIG. 2, the side flow can be recovered from the third column. Preferably the recovered side stream comprises ethanol and n-propanol. The side flow recovered from the third column provides a modified ethanol composition comprising ethanol and n-propanol. In some embodiments, the sidestream can be combined with a purified ethanol stream, eg, a third distillate, to form a separate modified ethanol composition. Each of these modified ethanol compositions can be prepared surprisingly and unexpectedly without the addition of external modifications.
도 2의 샘플에서는, 측류를 22번 내지 52번 트레이, 예컨대 25번 내지 43번 트레이; 25번 내지 40번 트레이; 또는 26번 내지 39번 트레이로부터 회수할 수 있다. 그러나, 도 2의 샘플은 예시일 뿐이다. 공정 매개변수에 기초하여 측류를 회수하는 지점을 조정함으로써 목적하는 측류 조성물을 획득하는 것은 본 발명의 영역 내에 속한다.In the sample of FIG. 2, the side flow is passed through trays 22-52, such as trays 25-43;
본 발명을 상세하게 기재하였으나, 본 발명의 정신 및 범위 내의 변형은 당업자에게 자명할 것이다. 전술된 논의의 관점에서, 배경 기술 및 상세한 설명과 관련하여 전술된 당업계의 관련 지식 및 참고문헌의 개시 내용은 모두 본원에 참고로 인용된다. 또한, 본 발명의 양태 및 아래 인용되고/되거나 첨부된 특허청구범위에서 인용되는 다양한 실시양태와 다양한 특징 부분을 전체적으로 또는 부분적으로 합치거나 교환할 수 있음을 알아야 한다. 다양한 실시양태의 상기 설명에서, 당업자가 주지하고 있듯이, 또 다른 실시양태를 나타내는 이러한 실시양태를 다른 실시양태와 적절하게 합칠 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 상기 설명이 예일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아님을 이해할 것이다.
While the invention has been described in detail, modifications within the spirit and scope of the invention will be apparent to those skilled in the art. In view of the foregoing discussion, the disclosures of related knowledge and references in the art described above in connection with the background and detailed description are all incorporated herein by reference. In addition, it should be understood that various embodiments may be combined or interchanged, in whole or in part, with various embodiments and aspects of the present invention and / or cited below and / or in the appended claims. In the above description of various embodiments, such embodiments representing another embodiment may be combined as appropriate with other embodiments, as will be appreciated by those skilled in the art. In addition, those skilled in the art will understand that the above description is examples only and does not limit the present invention.
Claims (46)
하나 이상의 분리 단위장치(unit)에서 상기 조질 에탄올 생성물을 변성 에탄올 조성물과 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리함
을 포함하는, 변성 에탄올 조성물의 제조 방법으로서,
상기 변성 에탄올 조성물이 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 40중량%의 변성제를 포함하는, 제조 방법.Hydrogenating the acetic acid feed in the presence of a catalyst to produce a crude ethanol product comprising ethanol and one or more modifiers;
Separating the crude ethanol product into a modified ethanol composition and one or more derivative streams in one or more separation units
As a method for producing a modified ethanol composition,
Wherein the modified ethanol composition comprises 0.01 wt% to 40 wt% modifier based on the total weight of the modified ethanol composition.
상기 하나 이상의 변성제가 아세트알데하이드, 아세트알돌, 에틸 에터 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제조 방법.The method of claim 1,
Wherein said at least one denaturing agent is selected from the group consisting of acetaldehyde, acetaldol, ethyl ether and methanol.
상기 하나 이상의 변성제가 에틸 아세테이트를 포함하는, 제조 방법.The method according to claim 1 or 2,
Wherein said at least one denaturing agent comprises ethyl acetate.
상기 하나 이상의 변성제가 아세트알데하이드를 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein said at least one denaturing agent comprises acetaldehyde.
상기 하나 이상의 변성제가 아이소프로판올을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein said at least one denaturing agent comprises isopropanol.
상기 하나 이상의 변성제가 다이에틸 에터를 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein said at least one denaturing agent comprises diethyl ether.
상기 하나 이상의 변성제가 아세트산을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein said at least one denaturing agent comprises acetic acid.
상기 변성 에탄올 조성물이 50중량% 내지 99중량%의 에탄올을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
The modified ethanol composition comprises 50% to 99% by weight of ethanol.
상기 아세트산 공급물이 아세트산 및 프로피온산을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the acetic acid feed comprises acetic acid and propionic acid.
상기 프로피온산을 수소화시켜 n-프로판올을 생성시키는, 제조 방법.The method of claim 9,
The propionic acid is hydrogenated to produce n-propanol.
상기 방법이,
제 1 칼럼에서 상기 조질 에탄올 생성물의 적어도 일부를 에탄올과 n-프로판올을 포함하는 제 1 증류물 및 아세트산을 포함하는 제 1 잔류물로 분리하고;
제 2 칼럼에서 상기 제 1 증류물의 적어도 일부를 제 2 증류물 및 에탄올, n-프로판올의 적어도 일부 및 물을 포함하는 제 2 잔류물로 분리하고;
제 3 칼럼에서 상기 제 2 잔류물의 적어도 일부를 에탄올을 포함하는 제 3 증류물 및 물을 포함하는 제 3 잔류물로 분리함
을 추가로 포함하는, 제조 방법.11. The method of claim 10,
This method,
Separating at least a portion of the crude ethanol product in a first column into a first distillate comprising ethanol and n-propanol and a first residue comprising acetic acid;
Separating at least a portion of the first distillate in a second column into a second residue comprising a second distillate and ethanol, at least a portion of n-propanol and water;
Separating at least a portion of the second residue in a third column into a third distillate comprising ethanol and a third residue comprising water
Further comprising, manufacturing method.
상기 방법이, 제 3 칼럼으로부터 n-프로판올을 포함하는 측류(side stream)를 회수함을 추가로 포함하는, 제조 방법.The method of claim 11,
Wherein the method further comprises recovering a side stream comprising n-propanol from the third column.
상기 조질 에탄올 생성물이, 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로, 에틸 아세테이트 0.01중량% 내지 20중량%; 아세트알데하이드 0.01중량% 내지 10중량%; 아이소프로판올 0.01중량% 내지 10중량%; 다이에틸 에터 0.01중량% 내지 20중량%; 아세트산 0중량% 내지 90중량%; 및 물 5중량% 내지 35중량%를 추가로 포함하는, 제조 방법.13. The method according to any one of claims 1 to 12,
The crude ethanol product comprises 0.01 wt% to 20 wt% ethyl acetate, based on the total weight of the crude ethanol product; 0.01 wt% to 10 wt% acetaldehyde; 0.01 wt% to 10 wt% isopropanol; 0.01 wt% to 20 wt% diethyl ether; Acetic acid 0% to 90%; And 5% to 35% by weight of water.
상기 아세트산 공급물이 아세트산과 아세톤을 포함하고, 하나 이상의 변성제가 아이소프로판올을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 13,
Wherein the acetic acid feed comprises acetic acid and acetone and the at least one denaturing agent comprises isopropanol.
상기 방법이, 보조 반응기에서 아세톤을 생성시키기에 효과적인 조건하에 아세트산과 수소를 접촉시킴을 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 14,
Wherein the method further comprises contacting acetic acid with hydrogen under conditions effective to produce acetone in a secondary reactor.
상기 변성 에탄올 조성물이 생성된 상태 그대로에서 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1중량% 내지 10중량%의 아이소프로판올을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 14,
Comprising 0.1 to 10% by weight of isopropanol based on the total weight of the modified ethanol composition in the state where the modified ethanol composition is produced, manufacturing method.
상기 분리가,
상기 조질 에탄올 생성물의 제 1 부분을 에탄올 스트림과 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리하고;
상기 에탄올 스트림을 정제시켜 정제 에탄올 스트림을 생성시키고;
상기 조질 에탄올 생성물의 제 2 부분을 상기 정제 에탄올 스트림과 합쳐서 변성 에탄올 조성물을 형성시킴
을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 16,
Said separation,
Separating the first portion of the crude ethanol product into an ethanol stream and one or more derivative streams;
Purifying the ethanol stream to produce a purified ethanol stream;
A second portion of the crude ethanol product is combined with the purified ethanol stream to form a modified ethanol composition.
Including, manufacturing method.
상기 분리가,
상기 조질 에탄올 생성물의 적어도 일부를 에탄올 스트림과 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리하고;
상기 에탄올 스트림을 정제시켜 정제 에탄올 스트림을 생성시키고;
상기 아세트산 공급물의 적어도 일부를 상기 정제 에탄올 스트림과 합쳐서 변성 에탄올 조성물을 생성시킴
을 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 17,
Said separation,
Separating at least a portion of the crude ethanol product into an ethanol stream and one or more derivative streams;
Purifying the ethanol stream to produce a purified ethanol stream;
At least a portion of the acetic acid feed is combined with the purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition.
Including, manufacturing method.
상기 방법이, 제 1 칼럼에서, 상기 조질 에탄올 생성물의 적어도 일부를, 에탄올, 아세트알데하이드 및 에틸 아세테이트를 포함하는 제 1 증류물과 아세트산을 포함하는 제 1 잔류물로 분리함을 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 18,
The method further comprises separating, in a first column, at least a portion of the crude ethanol product into a first distillate comprising ethanol, acetaldehyde and ethyl acetate and a first residue comprising acetic acid, Manufacturing method.
상기 방법이,
제 1 증류물의 적어도 일부를 에탄올 스트림 및 아세트알데하이드와 에틸 아세테이트를 포함하는 변성제 스트림으로 분리하고;
상기 에탄올 스트림을 정제시켜 정제 에탄올 스트림을 생성시키고;
상기 변성제 스트림의 적어도 일부를 상기 정제 에탄올 스트림과 합쳐서 변성 에탄올 조성물을 생성시킴
을 추가로 포함하는, 제조 방법. The method according to any one of claims 1 to 19,
This method,
Separating at least a portion of the first distillate into an ethanol stream and a denaturant stream comprising acetaldehyde and ethyl acetate;
Purifying the ethanol stream to produce a purified ethanol stream;
At least a portion of the denaturant stream is combined with the purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition
Further comprising, manufacturing method.
상기 방법이,
제 1 증류물의 적어도 일부를 에탄올 스트림으로 분리하고;
상기 에탄올 스트림을 정제시켜 정제 에탄올 스트림을 제조하고;
상기 제 1 잔류물의 적어도 일부와 상기 정제 에탄올 스트림을 합쳐서 변성 에탄올 조성물을 형성시킴
을 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 19,
This method,
Separating at least a portion of the first distillate into an ethanol stream;
Purifying the ethanol stream to produce a purified ethanol stream;
At least a portion of the first residue and the purified ethanol stream are combined to form a modified ethanol composition
Further comprising, manufacturing method.
상기 방법이,
제 2 칼럼에서, 제 1 증류물의 적어도 일부를 에틸 아세테이트 및/또는 아세트알데하이드를 포함하는 제 2 증류물과 에탄올 스트림으로 분리하고;
상기 에탄올 스트림을 정제시켜 정제 에탄올 스트림을 제조하고;
상기 제 2 증류물의 적어도 일부와 정제 에탄올 스트림을 합하여 변성 에탄올 조성물을 생성시킴
을 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 19,
This method,
In a second column, separating at least a portion of the first distillate into an ethanol stream and a second distillate comprising ethyl acetate and / or acetaldehyde;
Purifying the ethanol stream to produce a purified ethanol stream;
Combining at least a portion of said second distillate with a purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition
Further comprising, manufacturing method.
상기 제 2 칼럼이 추출 증류 칼럼인, 제조 방법.The method of claim 22,
The second column is an extractive distillation column.
상기 방법이,
제 2 칼럼에서, 제 1 증류물의 적어도 일부를 에틸 아세테이트를 포함하는 제 2 잔류물과 에탄올 스트림으로 분리하고;
상기 에탄올 스트림을 정제시켜 정제 에탄올 스트림을 제조하고;
상기 제 2 잔류물의 적어도 일부와 정제 에탄올 스트림을 합하여 변성 에탄올 조성물을 생성시킴
을 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 19,
This method,
In a second column, separating at least a portion of the first distillate into an ethanol stream and a second residue comprising ethyl acetate;
Purifying the ethanol stream to produce a purified ethanol stream;
Combining at least a portion of said second residue with a purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition
Further comprising, manufacturing method.
상기 제 2 칼럼이 비-추출 증류 칼럼인, 제조 방법.25. The method of claim 24,
Wherein said second column is a non-extracted distillation column.
상기 방법이,
제 2 칼럼에서, 제 1 증류물의 적어도 일부를 에틸 아세테이트를 포함하는 제 2 잔류물과 에탄올 스트림으로 분리하고;
제 3 칼럼에서, 상기 제 2 잔류물의 적어도 일부를 에틸 아세테이트를 포함하는 제 3 증류물과 에탄올로 분리함
을 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 19,
This method,
In a second column, separating at least a portion of the first distillate into an ethanol stream and a second residue comprising ethyl acetate;
In a third column, separating at least a portion of the second residue into a third distillate comprising ethyl acetate and ethanol
Further comprising, manufacturing method.
상기 변성제가 에틸 아세테이트를 포함하고,
상기 변성 에탄올 조성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 에틸 아세테이트 0.01중량% 내지 40중량%, 에탄올 50중량% 내지 99중량% 및 물 1중량% 내지 35중량%를 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 26,
The denaturing agent comprises ethyl acetate,
Wherein the modified ethanol composition further comprises 0.01 wt% to 40 wt% ethyl acetate, 50 wt% to 99 wt% ethanol, and 1 wt% to 35 wt% water, based on the total weight of the crude ethanol product.
상기 변성제가 아세트알데하이드를 포함하고,
상기 변성 에탄올 조성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 아세트알데하이드 0.01중량% 내지 10중량%, 에탄올 50중량% 내지 99중량% 및 물 1중량% 내지 35중량%를 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 26,
The denaturing agent comprises acetaldehyde,
Wherein the modified ethanol composition further comprises 0.01% to 10% by weight acetaldehyde, 50% to 99% ethanol and 1% to 35% water by weight based on the total weight of the crude ethanol product.
상기 변성제가 아이소프로판올을 포함하고,
상기 변성 에탄올 조성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 아이소프로판올 0.1중량% 내지 10중량%, 에탄올 50중량% 내지 99중량% 및 물 1중량% 내지 35중량%를 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 26,
The denaturing agent comprises isopropanol,
Wherein the modified ethanol composition further comprises 0.1% to 10% by weight isopropanol, 50% to 99% ethanol and 1% to 35% water by weight based on the total weight of the crude ethanol product.
상기 변성제가 다이에틸 에터를 포함하고,
상기 변성 에탄올 조성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 다이에틸 에터 0.l중량% 내지 20중량%, 에탄올 50중량% 내지 99중량% 및 물 1중량% 내지 35중량%를 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 26,
The denaturing agent comprises diethyl ether,
Wherein the modified ethanol composition further comprises from 0.01% to 20% by weight of diethyl ether, from 50% to 99% by weight of ethanol and from 1% to 35% by weight of water, based on the total weight of the crude ethanol product, Manufacturing method.
상기 변성제가 아세트산을 포함하고,
상기 변성 에탄올 조성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 아세트산 0.01중량% 내지 20중량%, 에탄올 50중량% 내지 99중량% 및 물 1중량% 내지 35중량%를 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 26,
The denaturing agent comprises acetic acid,
Wherein the modified ethanol composition further comprises 0.01% to 20% by weight acetic acid, 50% to 99% ethanol and 1% to 35% water by weight based on the total weight of the crude ethanol product.
상기 변성제가 n-프로판올을 포함하고,
상기 변성 에탄올 조성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 n-프로판올 0.1중량% 내지 10중량%, 에탄올 50중량% 내지 99중량% 및 물 1중량% 내지 35중량%를 추가로 포함하는, 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 26,
The denaturing agent comprises n-propanol,
Wherein the modified ethanol composition further comprises 0.1% to 10% by weight of n-propanol, 50% to 99% by weight of ethanol and 1% to 35% by weight of water, based on the total weight of the crude ethanol product. .
상기 조질 에탄올 생성물을 에탄올 스트림 및 변성제를 포함하는 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리하고;
상기 에탄올 스트림을 추가로 정제하여 정제 에탄올 스트림을 생성시키고;
상기 하나 이상의 유도체 스트림중 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림과 합하여 변성 에탄올 조성물을 생성시킴
을 포함하는, 변성 에탄올 조성물의 제조 방법.Hydrogenating the acetic acid feed in the presence of a catalyst to produce a crude ethanol product comprising ethanol and a denaturant;
Separating the crude ethanol product into one or more derivative streams comprising an ethanol stream and a denaturant;
Further purifying the ethanol stream to produce a purified ethanol stream;
At least a portion of the at least one derivative stream is combined with a purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition
A method of producing a modified ethanol composition comprising a.
상기 변성 에탄올 조성물이 에탄올 50 내지 99중량% 및 변성제 0.01 내지 40중량%를 포함하는, 제조 방법.39. The method of claim 37,
The modified ethanol composition comprises 50 to 99% by weight of ethanol and 0.01 to 40% by weight modifier.
상기 조질 에탄올 생성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 에탄올 5중량% 내지 70중량%; 아세트알데하이드 0.01중량% 내지 10중량%; 아이소프로판올 0.01중량% 내지 10중량%; 다이에틸 에터 0.01중량% 내지 20중량%; 에틸 아세테이트 0.01중량% 내지 20중량%; 아세트산 0중량% 내지 90중량%; 및 물 5중량% 내지 35중량%를 포함하는, 제조 방법.39. The method of claim 37,
The crude ethanol product comprises 5 wt% to 70 wt% of ethanol based on the total weight of the crude ethanol product; 0.01 wt% to 10 wt% acetaldehyde; 0.01 wt% to 10 wt% isopropanol; 0.01 wt% to 20 wt% diethyl ether; 0.01 wt% to 20 wt% ethyl acetate; Acetic acid 0% to 90%; And 5% to 35% by weight of water.
상기 변성제가 아세트알데하이드, 아세트알돌, 에틸 에터 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제조 방법.40. The method according to any one of claims 37 to 39,
Wherein said denaturing agent is selected from the group consisting of acetaldehyde, acetaldol, ethyl ether and methanol.
상기 변성제가 에틸 아세테이트인, 제조 방법.41. The method of any one of claims 37-40.
The modifier is ethyl acetate.
상기 방법이,
제 1 칼럼에서, 상기 조질 에탄올 생성물의 적어도 일부를 에탄올과 변성제를 포함하는 제 1 증류물 및 아세트산을 포함하는 제 1 잔류물로 분리하고;
제 2 칼럼에서, 상기 제 1 증류물의 적어도 일부를 변성제를 포함하는 제 2 증류물 및 에탄올 스트림을 포함하는 제 2 잔류물로 분리하고;
제 3 칼럼에서, 상기 에탄올 스트림의 적어도 일부를 정제 에탄올 스트림을 포함하는 제 3 증류물 및 물을 포함하는 제 3 잔류물로 분리함
을 추가로 포함하는, 제조 방법.42. The compound of any one of claims 37-41,
This method,
In a first column, separating at least a portion of the crude ethanol product into a first distillate comprising ethanol and a denaturant and a first residue comprising acetic acid;
In a second column, separating at least a portion of the first distillate into a second distillate comprising a denaturant and a second residue comprising an ethanol stream;
In a third column, separating at least a portion of the ethanol stream into a third distillate comprising a purified ethanol stream and a third residue comprising water
Further comprising, manufacturing method.
상기 방법이, 상기 제 2 증류물의 적어도 일부를 상기 정제 에탄올 스트림의 적어도 일부에 첨가하여 변성 에탄올 조성물을 생성시킴을 추가로 포함하는, 제조 방법.43. The method of claim 42,
Wherein the method further comprises adding at least a portion of the second distillate to at least a portion of the purified ethanol stream to produce a modified ethanol composition.
상기 조질 에탄올 생성물을 하나 이상의 분리 단위장치에서 변성 에탄올 조성물 및 하나 이상의 유도체 스트림으로 분리함
을 포함하는, 변성 에탄올 조성물의 제조 방법으로서,
상기 변성 에탄올 조성물이 생성된 그대로의 상태에서 에탄올 및 변성 에탄올 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1중량% 내지 10중량%의 아이소프로판올을 포함하는, 제조 방법.Hydrogenating the acetic acid feed comprising acetic acid and acetone in the presence of a catalyst to produce a crude ethanol product comprising ethanol and isopropanol;
Separating the crude ethanol product into a modified ethanol composition and one or more derivative streams in one or more separation units
As a method for producing a modified ethanol composition,
Comprising 0.1 to 10% by weight of isopropanol based on the total weight of the ethanol and the modified ethanol composition in the state where the modified ethanol composition is produced.
상기 조질 에탄올 생성물이 조질 에탄올 생성물의 총 중량을 기준으로 에탄올 5중량% 내지 70중량%; 아세트알데하이드 0.01중량% 내지 10중량%; 아이소프로판올 0.01중량% 내지 10중량%; 에틸 아세테이트 0중량% 내지 20중량%; 및 물 5중량% 내지 35중량%를 포함하는, 제조 방법.45. The method of claim 44,
The crude ethanol product comprises 5 wt% to 70 wt% of ethanol based on the total weight of the crude ethanol product; 0.01 wt% to 10 wt% acetaldehyde; 0.01 wt% to 10 wt% isopropanol; 0 wt% to 20 wt% ethyl acetate; And 5% to 35% by weight of water.
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