MX2014006145A - Deshidrogenacion de alcanoles para incrementar la produccion de compuestos aromaticos. - Google Patents

Deshidrogenacion de alcanoles para incrementar la produccion de compuestos aromaticos.

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Abstract

La presente invención proporciona métodos, sistemas de reactores y catalizadores para incrementar la producción de hidrocarburos aromáticos producidos durante la conversión de alcanoles en hidrocarburos. La invención incluye métodos de empleo de los catalizadores para incrementar la producción de benceno, tolueno y xilenos mixtos en el producto hidrocarbonado.

Description

DESHIDROGENACIÓN DE ALCANOLES PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS AROMÁTICOS REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica el benecio de la Solicitud de Patente de EE. UU.13/304.052 presentada el 23 de noviembre de 2011.
CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a catalizadores y a métodos para incrementar la producción de compuestos aromáticos en procesos para convertir alcand és en hidrocarburos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los hidrocarburos aromáticos, especialmente el benceno, tolueno y orto- y para-xileno (colectivamente, xilenos mixtos), son productos básicos industriales importantes que se emplean, por ejemplo, para producir numerosos productos químicos, fibras, plásticos y polímeros, incluidos el estireno, fenol, anilina, poliéster y nailon.
Se pueden producir mezclas de hidrocarburos aromáticos y parafínicos convirtiendo los alcanoles en presencia de un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados, tal como un catalizador zeolítico. Por ejemplo, el metanol se puede convertir en parafinas, compuestos aromáticos y olefinas del rango de las gasolinas. Los alcoholes superiores, tales como el etanol, n-propanol, isopropanol, n- butanol, 2-butanol, isobutanol, alcohol tert-butilico, pentanol y hexanol, también se pueden convertir en hidrocarburos utilizando este proceso.
Cuando los compuestos oxigenados se convierten en hidrocarburos en presencia de un catalizador zeolitico, la proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono (proporción H:Cef) de los reactivos afecta a la proporción H:Cef de los productos de la reacción. La proporción H:Cef se calcula como se indica a continuación: donde H representa el número de átomos de hidrógeno, 0 representa el número de átomos de oxigeno y C representa el número de átomos de carbono. El agua y el hidrógeno molecular (hidrógeno diatómico, ¾) se excluyen del cálculo. La proporción H:Cef se aplica tanto a los componentes individuales como a las mezclas de componentes, pero no es válida para los componentes que contienen átomos que no sean carbono, hidrógeno y oxigeno. Para las mezclas, se suman los C, H y O de todos los componentes excepto el agua y el hidrógeno molecular. El término "hidrógeno" se refiere a cualquier átomo de hidrógeno, mientras que la expresión "hidrógeno molecular" se limita al hidrógeno diatómico, H2.
A efectos ilustrativos, la proporción H:Cef de etanol (y de todos los alcanoles) es 2, tal como se muestra a continuación en la Tabla 1. - 3 - Tabla 1 . Proporción H: Cef de alcoholes Las parafinas generalmente tienen una proporción H:Cef superior a 2, mientras que los compuestos monoaromáticos alquílicos generalmente tienen una proporción H:Cef 5 comprendida entre 1 y 2, tal como se muestra a continuación en las Tablas 2 y 3.
Tabla 2. Proporción H: Cef de parafinas Tabla 3. Proporción H: Cef de compuestos monoaromá ticos sustituidos con alquilo Otras especies de interés incluyen el dióxido de carbono (CO2) con una proporción H:Cef de -4, el monóxido de carbono (CO) con una proporción H:Cef de -2 y el carbono (C) con una proporción H:Cef de 0. El residuo carbonoso o coque que se puede acumular en los catalizadores u otras superficies exhibe un rango de proporciones H:Cef, dependiendo de la cantidad de hidrógeno y oxigeno residual del coque.
Para la conversión de alcand és en hidrocarburos, muchas materias primas de interés están esencialmente exentas de átomos que no sean C, H y O, lo cual permite caracterizar, desde un punto de vista práctico, el material alimentado a un paso de reacción utilizando la proporción H:Cef y los productos de un paso de reacción utilizando la proporción H:Cef. Por ejemplo, los alcand és pueden reaccionar a través de catalizadores zeoliticos para formar una mezcla de hidrocarburos. Debido a la alta proporción H:Cef de los alcanoles, la conversión de alcanoles a través de catalizadores zeoliticos generalmente genera una proporción relativamente alta de parafinas respecto a compuestos aromáticos (se generan aproximadamente tres moles de parafinas por mol de benceno o compuestos monoaromáticos sustituidos con alquilo). Esta es una mezcla deseable para algunas aplicaciones, tales como la producción de gasolina. Sin embargo, la baja producción de compuestos aromáticos limita la aplicación de este proceso a la producción de compuestos químicos aromáticos de alto valor tales como el benceno, tolueno y xilenos (BTX).
Zhang y sus colaboradores han estudiado recientemente el impacto de la proporción H:Cef sobre la conversión de materias primas derivadas de biomasa en coque, olefinas y compuestos aromáticos utilizando un catalizador ZSM-5 (Zhang et al . , Catalytic conversión of biomass-derived feedstocks into olefins and aromatics with ZSM-5: the hydrogen to carbón effective ratio, Energy Environ. Sci., 2011 4, 2297). En este estudio, Zhang reportó que las materias primas derivadas de biomasa con proporciones H:Cef comprendidas entre 0 y 0.3 producían niveles altos de coque, lo cual hace que la conversión de las materias primas derivadas de biomasa en compuestos aromáticos y químicos no sea rentable. Zhang también reportó que la producción de compuestos aromáticos + olefinas aumenta y la producción de coque disminuye al aumentar la proporción H:Cef de la materia prima. Sin embargo, existe un punto de inflexión para una proporción H:Cef de 1.2, en el que la producción de compuestos aromáticos + olefina no aumenta tan rápidamente. La proporción de olefinas respecto a compuestos aromáticos también aumenta al aumentar la proporción H:Cef, mientras que las producciones de CO y CO2 se maximizan al aumentar la proporción H:Cef. Específicamente, Zhang reportó que las producciones de compuestos aromáticos y olefinas aumentaban de un 12% y un 15% a un 24% y 56% al aumentar la proporción H:Cef, respectivamente, y que la producción de olefinas es superior a la producción de compuestos aromáticos para todas las materias primas, siendo esta diferencia cada vez mayor cuanto mayor es la proporción H:Cef. De nuevo, esta baja producción de compuestos aromáticos limita la aplicación de este proceso a la producción de compuestos químicos aromáticos de alto valor tales como el benceno, tolueno y xilenos (BTX).
Se sigue necesitando disponer de un método para incrementar la producción de hidrocarburos aromáticos producidos durante la conversión de alcand és en hidrocarburos.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La invención proporciona métodos para convertir alcanoles en hidrocarburos aromáticos. El método generalmente implica: (1) exponer una materia prima alcanólica a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir hidrógeno y un componente oxigenado; y (2) exponer el componente oxigenado a un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados para producir hidrocarburos aromáticos.
Un aspecto de la invención es que el componente oxigenado tiene una proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono deseada (proporción H:Cef). En una realización, el componente oxigenado tiene una proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono inferior a 2.0, 1.9, 1.8, 1.7 o 1.6. En otra realización, el componente oxigenado tiene una proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono superior a 1.0, 1.1, 1.2, 1.3 1.4 o 1.5. En otra realización adicional, el componente oxigenado tiene una proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono comprendida entre 1.0 y 1.8, o entre 1.2 y 1.7.
Una vez finalizada la deshidrogenación y la conversión del componente oxigenado, parte del carbono de la materia prima alcanólica está contenida en los hidrocarburos aromáticos. En una realización, más del 40% del carbono en la materia prima alcanólica está contenido en el producto hidrocarbonado aromático. En otra realización, más del 45% del carbono en la materia prima alcanólica está contenido en el producto hidrocarbonado aromático.
Otro aspecto de la invención es la composición de la materia prima alcanólica. En una realización, la materia prima alcanólica se deriva de material de origen biológico reciente, de modo que la edad de los compuestos o de las fracciones que contienen los compuestos es menor de 100 años, preferentemente menor de 40 años y más preferentemente menor de 20 años, según se calcula a partir de la concentración de carbono 14 de la materia prima. En otras realizaciones, la materia prima alcanólica comprende un alcohol primario, etanol, n-butanol, 2-butanol o isobutanol. En otras realizaciones, la materia prima alcanólica se deriva de una fermentación, Fischer-Tropsch, pirólisis, reformado en fase acuosa u otro proceso de conversión catalítica.
Cuando se expone la materia prima alcanólica a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura y presión de deshidrogenación, se producen hidrógeno y un componente oxigenado. En una realización, el componente oxigenado comprende un ácido carboxilico, un aldehido y un éster. En otras realizaciones, el componente oxigenado comprende un ácido carboxilico y un éster, o el componente oxigenado comprende un aldehido.
El catalizador de la deshidrogenación es capaz de deshidrogenar alcanoles para formar el componente oxigenado. En una realización, el catalizador de la deshidrogenación comprende un metal seleccionado del grupo constituido por Cu, Ru, Ag, CuCr, CuZn, Co, aleaciones de estos y combinaciones de estos. El catalizador de la deshidrogenación además puede comprender un soporte. El soporte puede comprender un material seleccionado del grupo constituido por alúmina, sílice, sílice-alúmina, titania, carbón, circona y mezclas de estos. En una realización, el catalizador de la deshidrogenación comprende Cu sobre un soporte de sílice. En otra realización, el catalizador de la deshidrogenación comprende aluminato de zinc-cobre o cobre Rancy.
La reacción de deshidrogenación se lleva a cabo a una temperatura y presión a las cuales las condiciones termodinámicas son favorables. En una realización, la temperatura de deshidrogenación está comprendida entre aproximadamente 80 °C y 500 °C, y la presión de deshidrogenación varía de por debajo de la presión atmosférica a aproximadamente 1000 psig.
Los hidrocarburos aromáticos se producen por reacción catalítica del componente oxigenado en presencia de un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados. En una realización, el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados comprende una zeolita. En otra realización, el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados es ZSM-5. El catalizador de la conversión de compuestos oxigenados puede estar modificado por un material seleccionado del grupo constituido por fósforo, galio, zinc, níquel, wolframio y mezclas de estos. El catalizador de la conversión de compuestos oxigenados también puede contener un aglomerante seleccionado del grupo constituido por alúmina, sílice, sílice-alúmina, titania, circona, fosfato de aluminio y mezclas de estos.
La reacción de conversión de los compuestos oxigenados se lleva a cabo a una temperatura y presión a las cuales las condiciones termodinámicas son favorables. En una realización, la temperatura de conversión de los compuestos oxigenados está comprendida entre aproximadamente 250 °C y 550 °C, y la presión de conversión de los compuestos oxigenados varía de por debajo de la presión atmosférica a aproximadamente 1000 psig.
Otro aspecto de la invención es un método para producir hidrocarburos por reacción catalítica de una materia prima alcanólica con un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados/deshidrogenación multifuncional a una temperatura y presión adecuadas para producir hidrocarburos.
Otro aspecto adicional de la invención es un método para producir hidrocarburos aromáticos que comprende los siguientes pasos o acciones: (1) exponer una materia prima que comprende un primer componente oxigenado a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir hidrógeno y un segundo componente oxigenado; y (2) exponer el segundo componente oxigenado a un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados para producir hidrocarburos aromáticos.
Otro aspecto de la invención es un método para convertir etanol en hidrocarburos aromáticos, donde el método comprende los siguientes pasos o acciones: (1) exponer una materia prima etanólica a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir una corriente de reacción que comprende acetaldehído, ácido acético y acetato de etilo; y (2) exponer la corriente de reacción a un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados para producir hidrocarburos aromáticos.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Fig. 1 es una ilustración de la química que interviene en un aspecto de la presente invención utilizando etanol como materia prima.
La Fig. 2 es un gráfico que ilustra el aumento de la producción de compuestos aromáticos en los procesos reivindicados frente a los métodos tradicionales de conversión de alcoholes en hidrocarburos como una función de la proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono.
La Fig.3 es un gráfico que ilustra el desplazamiento en la composición del producto líquido asociado con una reducción de la proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a métodos, sistemas de reactores y catalizadores para incrementar la producción de hidrocarburos aromáticos producidos durante la conversión de alcanoles en hidrocarburos. La invención incluye métodos de empleo de los catalizadores para incrementar la producción de benceno, tolueno y xilenos mixtos en el producto hidrocarbonado.
El término "alcanoles", tal como se utiliza en la presente, se refiere, sin carácter limitante, a alcoholes alifáticos de fórmula general CnH2n+20i. Los alcand es adecuados para utilizar en las materias primas de acuerdo con la invención incluyen los alcand és Cj.-C6, que pueden ser alcoholes primarios o secundarios, tales como uno o más de metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, n-pentanol o n-hexanol. Los alcoholes terciarios son menos preferidos como componentes únicos de una materia prima alcanólica, pero se pueden utilizar si se combinan con más alcoholes primarios o secundarios adecuados.
Los alcanoles pueden proceder de cualquier fuente, pero se derivan preferentemente de biomasa. El término "biomasa", tal como se utiliza en la presente, se refiere, sin carácter limitante, a materiales orgánicos producidos por plantas (tales como hojas, raíces, semillas y tallos), y residuos metabólicos de animales y microbianos. Las fuentes comunes de biomasa incluyen: (1) residuos agrícolas, tales como tallos del maíz, paja, cáscaras de semillas, despojos de la caña de azúcar, bagazo, cáscaras de nueces y estiércol del ganado bovino, avícola y porcino; (2) material maderero, tal como madera o corteza, serrín, virutas de madera y desperdicios de la molienda; (3) residuos municipales, tales como papel de desecho y recortes de pasto; y (4) cultivos energéticos, tales como álamos, sauces, pasto varilla, alfalfa, pasto azul, maíz, soya y similares. El término también se refiere a las unidades constitutivas fundamentales de los anteriores, a saber, sacáridos, lignina, materiales celulósicos, hemicelulosa y almidones, entre otros.
Los alcand es derivados de biomasa se pueden producir mediante cualquier método conocido. Tales métodos incluyen teenologías de fermentación que emplean enzimas o microorganismos, reacciones de Fischer-Tropsch para producir alcoholes alfa C2-io y tecnologías de pirólisis para producir alcoholes a partir de aceite, entre otros. En una realización, los alcand és se producen utilizando tecnologías de reformado catalítico tales como la tecnología BioForming® desarrollada por Virent Inc. (Madison, Wisconsin) y que se describe en las Patentes de EE. UU. N.os 7.767.867 (Cortright), 7.898.664 (Cortright), 8.053.615 (Cortright et al . ) , 8.017.818 (Cortright et al . ) y 7.977.517 (Cortright et al . ) , todas las cuales se incorporan a la presente por referencia. Los alcanoles también se pueden derivar del gas natural utilizando reacciones de tipo Fischer-Tropsch.
Sorprendentemente, los inventores incrementaron las producciones de hidrocarburos aromáticos mediante la deshidrogenación parcial de materias primas alcanólicas utilizando un catalizador de la deshidrogenación en el entorno de reacción que se describe a continuación. Sin que ello suponga ceñirse a ninguna teoría en particular, los inventores creen que el catalizador puede transferir átomos de hidrógeno, de los cuales se dispone a través de la conversión de alcand es con un contenido relativamente alto de hidrógeno en compuestos aromáticos, a componentes insaturados. Si se transfiere el hidrógeno a una d efina, se genera una parafina. Debido a que las d efinas son precursoras de compuestos aromáticos, la conversión de una olefina en una parafina reduce la cantidad de material disponible que se puede convertir en compuestos aromáticos. Si el hidrógeno se transfiere a una cetona o un aldehido, se forma un alcanol. De este modo, el grupo carbonilo de la cetona o el aldehido actúa como una trampa de hidrógeno, eliminando el hidrógeno reactivo y evitando la conversión de olefinas en parafinas, de este modo se reduce la cantidad de parafinas y se incrementa la producción global de compuestos aromáticos. El alcanol resultante también es productivo ya que sirve de materia prima adicional para las reacciones de formación de hidrocarburos.
Los compuestos oxigenados capaces de reaccionar con hidrógeno de este modo, tal como se utilizan en la presente, se denominan "aceptores de hidrógeno". Se cree que los carbonilos, ácidos carboxilicos, ésteres, éteres cíclicos, dioles, polioles, furanos y otros compuestos oxigenados caracterizados por que tienen una proporción H:Cef <2 pueden ser aceptores de hidrógeno, ya sea directamente o después de otras reacciones (tales como la deshidratación) que han convertido a los componentes en aceptores de hidrógeno. El impacto neto de la transferencia de hidrógeno a compuestos oxigenados insaturados es la producción de menos parafinas y el incremento de la producción de hidrocarburos aromáticos.
En una realización, el alcanol es etanol. Los compuestos oxigenados producidos a partir de etanol generalmente incluyen acetaldehido, ácido acético y acetato de etilo. Durante la reacción reivindicada, los alcanoles primarios producen los productos equivalentes correspondientes con el número de carbonos del alcanol de partida. Los alcoholes secundarios no son capaces de convertirse en ácidos o ásteres y producirán principalmente cetonas, a menos que se utilicen mezclados con otros alcanoles. Los productos específicos dependen de varios factores que incluyen la composición de la materia prima alcanólica, la temperatura de reacción, la presión de reacción, la concentración del alcanol, la reactividad del catalizador y el flujo de la materia prima alcanólica ya que este afecta a la velocidad espacial (la masa/volumen de reactivo por unidad de catalizador por unidad de tiempo).
También se pueden producir éteres a partir de alcanoles. Por ejemplo, la conversión de metanol en éter dimetílico se puede utilizar para reducir la exoterma de la conversión de los compuestos oxigenados. También puede haber éteres dialquílicos presentes en el material alimentado al catalizador de la conversión de compuestos oxigenados como 17 producto del catalizador de la deshidrogenación o como un componente introducido por separado. Los éteres dialquílicos, tales como el éter dietílico, éter dimetílico, etc., tienen una proporción H:Cef de 2.0 y, como tales, afectan a la proporción de compuestos aromáticos respecto a parafina del producto al igual que un alcanol.
Como se ha indicado anteriormente, la proporción H:Cef de los reactivos afecta a la proporción H:Cef de los productos de reacción. Cuando los aceptores de hidrógeno se hacen pasar como reactivos por un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados, se consigue una producción de hidrocarburos aromáticos mejorada, en comparación con la producción obtenida cuando los reactivos son alcanoles. La proporción H:Cef de los aldehidos que se pueden formar por deshidrogenación de alcanoles primarios está comprendida entre cero y 2 tal como se muestra a continuación en la Tabla 4.
Tabla 4. Proporción H: Cef de aldehidos y cetonas De acuerdo con la invención, el proceso para convertir alcanoles en hidrocarburos puede ser un proceso de dos pasos (en el que el catalizador de la deshidrogenación y el catalizador de la conversión de los compuestos oxigenados pueden ser catalizadores independientes) o un proceso de un paso (en el que el catalizador de la deshidrogenación y el catalizador de la conversión de los compuestos oxigenados puede ser un catalizador multifuncional). Cuando se proporcionan catalizadores independientes, estos pueden estar presentes en recipientes independientes, en lechos independientes dentro de un único recipiente, en capas alternativas en un único lecho de catalizador o mezclados físicamente dentro del mismo lecho.
El proceso de dos pasos general es como se indica a continuación. Una materia prima alcanólica se hace pasar primero en contacto con un catalizador de la deshidrogenación por un reactor a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación, y de este modo se libera hidrógeno molecular y se producen los compuestos oxigenados ilustrados en la Figura 1. La materia prima alcanólica puede ser una corriente de alcanol esencialmente puro o, como alternativa, la materia prima alcanólica puede estar mezclada con agua para crear una solución acuosa en la que la concentración de alcanol es superior al 1%, o superior al 5%, o superior al 10%, o superior al 20%, o superior al 30%, o superior al 40%, o superior al 50%.
El catalizador de la deshidrogenación incluye uno o más materiales de funcionalidad básica y/o metálica capaces de catalizar la conversión de elementos de tipo hidroxilo a carbonilos. Los componentes metálicos adecuados incluyen, sin carácter limitante, Cu, Ru, Ag, CuCr, CuZn, Co, Sn, Mo y combinaciones de estos. Los catalizadores de la deshidrogenación catalizada por una base adecuados incluyen Li, Na, K, Cs, Mg, Ca, Ba, Zn, Ce, La, Y, Zr, hidrotalcita, aluminosilicato zeolitico tratado con una base. Los catalizadores básicos también pueden incluir un óxido de Ti, Zr, V, Mo, Cr, Mn, Al, Ga, Co, Ni, Si, Cu, Zn, Sn, Mg, P, Fe y combinaciones de estos. Los materiales del Grupo IA preferidos incluyen Li, Na, K y Cs. Los materiales del Grupo IIA preferidos incluyen Mg, Ca y Ba. Un material del Grupo IIB preferido es el Zn. Los materiales del Grupo IIIB preferidos incluyen Y y La. Las resinas básicas incluyen resinas que exhiben una funcionalidad básica, tales como Amberlyst A26 y Amberlyst A21. El catalizador básico puede estar autosoportado o adherido a cualquiera de los soportes que se describen más detalladamente más adelante, incluidos los soportes que contienen carbono, sílice, alúmina, circona, titania, vanadia, ceria, aleaciones y mezclas de estos.
El catalizador básico también puede incluir zeolitas y otros soportes icroporosos que contengan compuestos del Grupo I? tales como Li, Na, K y Cs. Preferentemente, el material del Grupo IA está presente en una cantidad superior a la requerida para neutralizar la naturaleza ácida del soporte. Estos materiales se pueden utilizar en cualquier combinación y también combinados con alúmina o sílice. También se puede proporcionar una función metálica mediante la adición de metales del grupo VIIIB o Cu, Ga, In, Zn, Cr o Sn.
El catalizador de la deshidrogenación está autosoportado o, preferentemente, incluye un material de soporte. El soporte para el componente metálico puede contener uno o más cualesquiera de alúmina, sílice, sílice-alúmina, titania, carbón, circona y mezclas de estos. El cobre sobre un soporte de sílice, el cobre Rancy y el aluminato de zinc-cobre son los catalizadores de la deshidrogenación particularmente preferidos. Para el catalizador de cobre sobre un soporte de sílice, el contenido de cobre puede variar generalmente entre un 0.05% y un 40%, preferentemente entre un 0.1% y un 20%, y aún más preferentemente entre un 0.2% y un 10%.
En algunas realizaciones, la temperatura de deshidrogenación está comprendida entre aproximadamente 80 °C y 500 °C, preferentemente entre aproximadamente 100 °C y 450 °C, y aún más preferentemente entre aproximadamente 150 °C y 400 °C. La presión de deshidrogenación varía entre por debajo de la presión atmosférica y aproximadamente 100 psig, preferentemente entre aproximadamente la presión atmosférica y aproximadamente 700 psig, y aún más preferentemente entre aproximadamente 10 psig y aproximadamente 500 psig.
El grado de deshidrogenación de la materia prima alcanólica se puede medir según la cantidad de hidrógeno molecular liberado durante la deshidrogenación, y puede variar entre 0.05 y 2.0 moles de hidrógeno molecular liberado por mol de materia prima alcanólica. Se pueden obtener valores superiores a 1 mol de hidrógeno molecular liberado por mol de materia prima cuando los carbonilos se convierten posteriormente en ácidos, con un consumo de agua y liberación de hidrógeno molecular asociados. En general, la reacción se debe llevar a cabo en condiciones en las que el tiempo de permanencia de la materia prima alcanólica en el catalizador sea adecuado para generar los productos de la deshidrogenación deseados. Por ejemplo, el tiempo de permanencia se puede establecer a una velocidad espacial horaria másica (WHSV, por sus siglas en inglés) de entre 0.01 y 30, o de entre 0.05 y 10, o de entre 0.1 y 5, o de entre 1.0 y 4.
Los niveles deseables de deshidrogenación dependen de la composición de la materia prima alcanólica. Para producir un desplazamiento de la proporción de compuestos aromáticos respecto a parafinas durante la conversión de los compuestos oxigenados, los alcoholes de cadena larga se deben deshidrogenar en mayor medida que los alcoholes de cadena corta. Para una materia prima metanólica, es deseable que la deshidrogenación sea menor del 50% (0.5 moles de hidrógeno molecular liberado por mol de materia prima total alimentada al sistema) y se prefiere que sea menor del 37% para evitar que la tasa de coquificación sea excesiva. Para una materia prima etanólica, es deseable que la deshidrogenación sea menor del 85% (0.85 moles de hidrógeno molecular liberado por mol de materia prima total alimentada al sistema) y se prefiere que sea menor del 75%. Para las materias primas alcanólicas mixtas, el grado de deshidrogenación global debe ser tal que la proporción H:Cef global sea inferior a 2.0, 1.9, 1.8, 1.7 o 1.6 y superior a 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 o 1.5. Por ejemplo, el grado global de deshidrogenación debe ser tal que la proporción efectiva de carbono esté comprendida entre 1.0 y 1.8, y preferentemente entre 1.2 y 1.7. Para los alcanoles que contienen tres o más carbonos, cualquier nivel de hasta deshidrogenación total puede ser deseable. El grado de deshidrogenación se puede controlar variando el catalizador y las condiciones de funcionamiento. Unas temperaturas más elevadas generalmente conducen a niveles superiores de deshidrogenación. Se puede añadir hidrógeno a la reacción para limitar el grado de deshidrogenación y para evitar la desactivación del catalizador de la deshidrogenación.
Se pueden añadir otros componentes, tales como compuestos oxigenados e hidrógeno adicionales, a los productos de la deshidrogenación. Si se añaden componentes adicionales, puede ser preferible deshidrogenar los alcoholes de cadena más corta, tales como metanol y etanol, en mayor medida de modo que la proporción H:Cef global sea de entre 1.0 y 1.8, y preferentemente de entre 1.2 y 1.7.
Los productos de la deshidrogenación, que incluyen los alcoholes sin reaccionar y los aceptores de hidrógeno, se hacen pasar a continuación enteros o en parte en contacto con un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados por un reactor en condiciones de temperatura y presión efectivas para convertir una porción de los productos de la deshidrogenación en hidrocarburos aromáticos. El catalizador de la conversión de compuestos oxigenados dispone de uno o más materiales ácidos capaces de catalizar la conversión de los productos de la deshidrogenación en los hidrocarburos aromáticos deseados. El catalizador de la conversión puede incluir, sin carácter limitante, aluminosilicatos (zeolitas), silicoaluminofosfatos (SAPO), fosfatos de aluminio (ALPO), alúmina-sílice amorfa, circona, circona sulfatada, circona wolframiada, titania, alúmina ácida, alúmina fosfatada, sílice fosfatada, carbones sulfatados, carbones fosfatados, heteropoliácidos y combinaciones de estos. En una realización, el catalizador también puede incluir un modificador tal como Ce, Y, Se, La, P, B, Bi, Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba y combinaciones de estos. El catalizador también se puede modificar mediante la adición de un metal, tal como Cu, Ag, Au, Pt, Ni, Fe, Co, Ru, Zn, Cd, Ga, In, Rh, Pd, Ir, Re, Mn, Cr, Mo, W, Sn, Os, aleaciones y combinaciones de estos, para proporcionar una funcionalidad metálica, y/o óxidos de Ti, Zr, V, Nb, Ta, Mo, Cr, W, Mn, Re, Al, Ga, In, Fe, Co, Ir, Ni, Si, Cu, Zn, Sn, Cd, P y combinaciones de estos. El catalizador de la conversión puede estar autosoportado o adherido a cualquiera de los soportes que se describen más detalladamente más adelante, incluidos los soportes que contienen carbono, sílice, alúmina, circona, titania, vanadia, ceria, heteropoliácidos, aleaciones y mezclas de estos.
El Ga, In, Zn, Fe, Mo, Ag, Au, Ni, P, Se, Y, Ta y los lantánidos también se pueden intercambiar sobre zeolitas para proporcionar un catalizador zeolítico. El término "zeolita", tal como se utiliza en la presente, no se refiere únicamente a un aluminosilicato cristalino microporoso sino también a estructuras de aluminosilicato que contienen metales cristalinas microporosas tales como galoaluminosilicatos y galosilicatos. La funcionalidad metálica puede ser proporcionada por metales tales como Cu, Ag, Au, Pt, Ni, Fe, Co, Ru, Zn, Cd, Ga, In, Rh, Pd, Ir, Re, Mn, Cr, Mo, W, Sn, Os, aleaciones y combinaciones de estos.
Los ejemplos de catalizadores zeoliticos adecuados incluyen ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35 y ZSM-48. La zeolita ZSM-5 y su preparación convencional se describen en las Pat. de EE. UU. N.os 3.702.886; Re.29.948 (ZSM-5 muy silícea); 4.100.262 y 4.139.600, todas las cuales se incorporan a la presente por referencia. La zeolita ZSM-12 y su preparación convencional se describen en la Pat. de EE. UU. N.° 3.832.449, incorporada a la presente por referencia. La zeolita ZSM-23 y su preparación convencional se describen en la Pat. de EE. UU. N.° 4.076.842, incorporada a la presente por referencia. La zeolita ZSM-35 y su preparación convencional se describen en la Pat. de EE. UU. N.° 4.016.245, incorporada a la presente por referencia. Otra preparación de ZSM-35 se describe en la Pat. de EE. UU. N.° 4.107.195, cuyo contenido se incorpora a la presente por referencia. La zeolita ZSM-48 y su preparación convencional se presentan en la Pat. de EE. UU. N.° 4.375.573, incorporada a la presente por referencia. Otros ejemplos de catalizadores zeoliticos se describen en la Patente de EE.
UU. 5.019.663 y en la Patente de EE. UU. 7.022.888, que también se incorporan a la presente por referencia.
Tal como se describe en la Patente de EE. UU.7.022.888, el catalizador ácido puede ser un catalizador zeolitico pentasilico bifuncional que incluya al menos un elemento metálico del grupo constituido por Cu, Ag, Au, Pt, Ni, Fe, Co, Ru, Zn, Cd, Ga, In, Rh, Pd, Ir, Re, Mn, Cr, Mo, W, Sn, Os, aleaciones o combinaciones de estos, o un modificador del grupo constituido por Ga, In, Zn, Fe, Mo, Au, Ag, Y, Se, Ni, P, Ta, los lantánidos y combinaciones de estos. La zeolita se puede utilizar con corrientes de reactivos que contengan un hidrocarburo oxigenado a una temperatura inferior a 600 °C. La zeolita puede tener una estructura cristalina de tipo ZSM-5, ZSM-8 o ZSM-11 constituida por un gran número de anillos que contienen oxigeno de 5 miembros, es decir, anillos pentasilicos. La zeolita con una estructura de tipo ZSM-5 es un catalizador particularmente preferido.
El catalizador puede contener opcionalmente cualquier aglomerante tal como alúmina, sílice o material arcilloso. El catalizador se puede utilizar en forma de pellets, extrusados y partículas de formas y tamaños diferentes. En un aspecto, los catalizadores de la conversión de compuestos oxigenados son ZSM-5 y zeolita beta.
En general, la temperatura de conversión de los compuestos oxigenados está comprendida entre aproximadamente 250 °C y 550 °C, preferentemente entre aproximadamente 300 °C y 500 °C, y aún más preferentemente entre aproximadamente 320 °C y 480 °C. La presión de conversión de los compuestos oxigenados varia entre por debajo de la presión atmosférica y aproximadamente 1000 psig, preferentemente entre aproximadamente la presión atmosférica y aproximadamente 700 psig, y más preferentemente entre aproximadamente 10 psig y aproximadamente 500 psig. En general, la reacción se debe llevar a cabo en condiciones en las que el tiempo de permanencia de los productos de la deshidrogenación en el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados sea adecuado para generar los hidrocarburos deseados. Por ejemplo, el tiempo de permanencia se puede establecer a una velocidad espacial horaria másica (WHSV) de entre 0.01 y 30, o de entre 0.05 y 10, o de entre 0.1 y 5, o de entre 1.0 y 4.
Excluyendo el hidrógeno molecular (¾), la proporción H:Cef global de los productos de la deshidrogenación es generalmente inferior a 2, lo cual produce un aumento de la producción de los compuestos aromáticos y una mejora en comparación con los métodos tradicionales para la conversión de alcoholes en hidrocarburos. Cuando la deshidrogenación y la conversión de los compuestos oxigenados finalizan, más de un 40%, o 45%, o 50%, o 60%, o 70%, o 75%, del carbono en la materia prima alcanólica está contenido en el producto hidrocarbonado aromático. La Figura 2 muestra la mejora de la producción de compuestos aromáticos conseguida mediante la reducción de la proporción H:Cef por debajo de 2. La Figura 3 muestra el aumento en el contenido de productos aromáticos líquidos conseguido mediante la reducción de la proporción H:Cef por debajo de 2. También se pueden introducir componentes adicionales oxigenados alimentados al segundo reactor.
La presente invención también se puede poner en práctica en un proceso de un paso en el que el catalizador de la deshidrogenación y el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados es un catalizador multifuncional. En este enfoque, los alcand és se convierten en hidrocarburos empleando un catalizador multifuncional que contenga uno o más materiales capaces de catalizar tanto la reacción de deshidrogenación como la de conversión de compuestos oxigenados. El catalizador multifuncional puede incluir cualquiera de los elementos adecuados para los catalizadores de la deshidrogenación y la conversión de compuestos oxigenados independientes indicados anteriormente. Un catalizador particularmente útil es cobre soportado en ZSM-5 unida por sílice. En esta realización de un único paso, la reacción de deshidrogenación y las reacciones de conversión de compuestos oxigenados ocurren en el mismo recipiente de reacción en condiciones de temperatura y presión como las que se han descrito anteriormente y que son adecuadas para que se produzcan tanto para las reacciones de deshidrogenación como de conversión de compuestos oxigenados.
En algunas realizaciones, los productos del paso de deshidrogenación se separan para proporcionar una o más corrientes que se dirigen al reactor de conversión y una o más corrientes que no se alimentan directamente al reactor de conversión. Las corrientes que no se alimentan directamente al reactor de conversión se pueden retirar del sistema o recielar al reactor de deshidrogenación para su conversión posterior. Los medios de separación incluyen, sin carácter limitante, la separación basada en las diferencias de volatilidad entre los componentes, la extracción, las membranas y el intercambio iónico. En una realización preferida, los productos del paso de deshidrogenación se enfrian y una porción del hidrógeno molecular producido en el paso de reacción se elimina como un producto en fase gaseosa para enviar el resto de los componentes al reactor de conversión. En otra realización preferida, el producto de la deshidrogenación se separa por destilación para proporcionar una corriente enriquecida en aldehidos que se recicla al reactor de deshidrogenación para conseguir convertir los aldehidos en ácidos y ásteres. En otra realización preferida más, los alcand es se separan de la corriente de los productos y se reciclan al reactor de deshidrogenación para incrementar la conversión global de los alcand és.
En otras realizaciones, se pueden utilizar compuestos oxigenados que no sean los alcand es además de la materia prima alcanólica o como suplemento de esta.
Los siguientes ejemplos se deben considerar ilustrativos de diversos aspectos de la invención y no se deben interpretar como limitantes del alcance de la invención, el cual se define en las reivindicaciones adjuntas.
EJEMPLOS Preparación de los catalizadores de la deshidrogenación de etanol Ejemplo 1 Se preparó circona monoclinica modificada con cobre mediante la adición de una solución acuosa de nitrato de cobre a circona monoclinica (Saint-Gobain Norpro, Ohio) utilizando una téenica de impregnación por humedad incipiente para conseguir una carga de cobre diana de un 1, un 2 y un 5% en peso. El catalizador se secó durante la noche al vacio a 110 °C y se calcinó a 400 °C en flujo de aire durante 6 horas.
Ejemplo 2 Se añadió nitrato de cobre (Acros, Geel, Bélgica) a un soporte de gamma alúmina (Norpro Saint Gobain, París, Francia) utilizando una técnica de impregnación por humedad incipiente para conseguir una carga de Cu diana de un 5% en peso. El catalizador se secó en un horno con una purga de aire a 120 °C, después se calcinó en el mismo horno con un aumento gradual de la temperatura de 2 °C/min hasta 550 °C y se mantuvo a esta temperatura durante 7 horas.
Ejemplo 3 Se preparó un catalizador de gamma alúmina dopado con calcio y modificado con cobre mediante la adición de una solución acuosa de nitrato de cobre a gamma alúmina dopada con calcio (Saint-Gobain Norpro, Ohio) utilizando una téenica de impregnación por humedad incipiente para conseguir una carga de cobre diana de un 2% en peso. El catalizador se secó durante la noche al vacio a 110 °C y se calcinó a 400 °C en flujo de aire durante 6 horas.
Ejemplo 4 Se añadió nitrato de cobre (Acros, Geel, Bélgica) a un soporte de sílice (Davisil, grado 635, Sigma Aldrich, San Luis, Misuri) utilizando una técnica de impregnación por humedad incipiente para conseguir una carga de Cu diana de un 5% en peso. El catalizador se secó en un horno con una purga de aire a 120 °C, después se calcinó en el mismo horno con un aumento gradual de la temperatura de 2 °C/min hasta 550 °C y se mantuvo a esta temperatura durante 7 horas.
Ejemplo 5 El cobre Rancy (W.R.Grace) se utilizó directamente en la prueba de deshidrogenación de etanol después de lavar con agua y coalimentar ¾ al catalizador durante la noche.
Ejemplo 6 Se conformó aluminato de zinc-cobre (Sud-Chemie, ShiftMax® 230) con el tamaño de malla 18x30 y se utilizó directamente en la prueba de deshidrogenación de etanol.
Deshidrogenación de etanol Ejemplo 7 Se investigaron los sistemas catalizadores a los que se hace referencia en los Ejemplos 1-6 para determinar la deshidrogenación de etanol. Los estudios se realizaron en un reactor con forma de tubo de acero inoxidable con un tamaño equivalente a un diámetro de interno de 8.5 mm. Se introdujeron 22 gramos de catalizador en el reactor. En todos los casos, el catalizador se redujo a 350 °C con flujo de hidrógeno antes de su uso. A continuación, se hizo pasar una materia prima que consistía en un 95% de etanol en agua sobre el catalizador en las condiciones que se muestran en la Tabla 5.
Se recogieron el gas, la fase orgánica (cuando esta estaba presente) y acuosa, y se analizaron para determinar las producciones de los productos. La Tabla 5 muestra los productos de reacción como una función de las condiciones de funcionamiento para los catalizadores descritos en los Ejemplos 1-6. El grado global de deshidrogenación se puede estimar por la producción de hidrógeno, que variaba entre 0.18 y 0.84 moles de hidrógeno producido por mol de etanol alimentado.
Varias rutas de reacción son evidentes a partir de los perfiles de los productos, debido a la funcionalidad inherente tanto en la función metálica de cobre como en los soportes. Estos productos de reacción eran mezclas de compuestos oxigenados adecuados para ser procesados posteriormente en hidrocarburos. Cabe destacar que la proporción H:Cef de las mezclas de compuestos oxigenados fue menor que la del alcanol alimentado en todos los casos.
Tabla idrogenacíón de etanol sobre los catalizadores de los Ejemplos 1-6 Deshidroqenación y condensación de etanol utilizando cobre y catalizadores ácidos Los siguientes ejemplos ilustran un proceso para deshidrogenar una materia prima alcanólica en hidrocarburos oxigenados y a continuación convertir los compuestos oxigenados en hidrocarburos a través de un catalizador de la condensación.
En estos experimentos se empleó un soporte de ZSM-5 unida por Al2O3 comercializada (extrusados de 1/16", 20% de AI2O3 como aglomerante, ZSM-5 SAR 30, Zeolyst).
Ejemplo 8 Se añadió nitrato de níquel (Sigma Aldrich, San Luis, Misuri) a un soporte de ZSM-5 unida por A1203 comercializada (extrusados de 1/16", 20% de A1203 como aglomerante, ZSM-5 SAR 30, Zeolyst) utilizando agua en exceso y evaporando el agua al calentar a 60 °C al vacío y con rotación en un matraz de fondo redondo a sequedad hasta conseguir una carga de Ni diana de un 1% en peso.
Ejemplo 9 (Ejemplo comparativo sin deshidrogenación) En un reactor Inconel con un diámetro interno de 0.369 pulgadas se introdujo el catalizador del Ejemplo 8 hasta una profundidad de lecho de catalizador de 18 pulgadas. El catalizador se redujo con H2 a presión atmosférica con un flujo de aproximadamente 800 mL/min y la temperatura se incrementó gradualmente desde 25 °C hasta 370 °C en 3 horas. Una vez alcanzada dicha temperatura, el reactor se presurizó con H2 hasta 100 psig y a continuación se alimentó una mezcla de etanol al 70% (en agua DI) en flujo descendente al reactor a una WHSV de 1.9 g etanol/g de catalizador/hora. Una vez que se consiguieron estabilizar las condiciones, se realizó un análisis de los productos de reacción. Los productos gaseosos se analizaron por medio de un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama, los productos en la fase acuosa se analizaron para determinar su contenido de carbono total y los componentes en la fase orgánica se analizaron utilizando un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama y un espectrómetro de masas. Los resultados obtenidos para este experimento se muestran en la Tabla 6.
Ejemplo 10 En un reactor Inconel con un diámetro interno de 0.87 pulgadas y con un termopozo Inconel con un DE de 0.1875 pulgadas que atraviesa el centro del reactor, se introdujeron en forma de lechos apilados los catalizadores de los Ejemplos 4 (catalizador superior, 4.25 pulgadas) y 8 (catalizador inferior, 8.5 pulgadas), separados por una capa fina de lana de cuarzo. El catalizador se redujo con H2 a presión atmosférica con un flujo de aproximadamente 800 mL/min y la temperatura se incrementó gradualmente desde 25 °C hasta 350 °C en 3 horas. Una vez alcanzada dicha temperatura, el reactor se presurizó con H2 hasta 125 psig y a continuación se alimentó una mezcla de etanol al 70% (en agua desionizada) en flujo descendente al reactor a una WHSV de 1.1 g etanol/g de catalizador ZSM-5. Una vez que se consiguieron estabilizar las condiciones, se realizó un análisis de los productos de reacción. Los productos gaseosos se analizaron por medio de un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama, los productos en la fase acuosa se analizaron para determinar su contenido de carbono total y los componentes en la fase orgánica se analizaron utilizando un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama y un espectrómetro de masas. Los resultados obtenidos para este experimento se muestran en la Tabla 6.
Ejemplo 11 En un reactor Inconel con un diámetro interno de 0.369 pulgadas se introdujeron en forma de lechos apilados los catalizadores de los Ejemplos 2 (catalizador superior, 9.5 pulgadas) y 8 (catalizador inferior, 9.5 pulgadas), separados por una capa fina de lana de cuarzo. El catalizador se redujo con H2 a presión atmosférica con un flujo de aproximadamente 800 mL/min y la temperatura se incrementó gradualmente desde 25 °C hasta 370 °C en 3 horas. Una vez alcanzada dicha temperatura, el reactor se presurizó con H2 hasta 100 psig y a continuación se alimentó una mezcla de etanol al 70% (en agua DI) en flujo descendente al reactor a una WHSV de 1.9 g etanol/g de catalizador ZSM-5. Una vez que se consiguieron estabilizar las condiciones, se realizó un análisis de los productos de reacción. Los productos gaseosos se analizaron por medio de un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama, los productos en la fase acuosa se analizaron para determinar su contenido de carbono total y los componentes en la fase orgánica se analizaron utilizando un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama y un espectrómetro de masas. Los resultados obtenidos para este experimento se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6. Deshidrogenación y condensación de etanol utilizando cobre y catalizadores ácidos Control del grado de deshidroqenación del alcanol eludiendo el catalizador de la deshidrogenación En ciertos casos puede ser conveniente alimentar una porción del alcanol alimentado directamente al catalizador de la condensación sin pasar por el catalizador de la deshidrogenación. Esto permite un control preciso del grado medio de deshidrogenación.
Ejemplo 12 En un reactor Inconel con un diámetro interno de 0.87 pulgadas y con un termopozo Inconel con un DE de 0.1875 pulgadas que atraviesa el centro del reactor, se creó una configuración de lechos apilados utilizando los catalizadores de los Ejemplos 4 y 8. Se colocó un termopozo con un DE de 0.1875 pulgadas en la linea central del lecho inferior de catalizador del Ejemplo 4. Dicho catalizador se introdujo hasta una longitud de 8.5 pulgadas. El catalizador superior, del Ejemplo 8, se introdujo hasta una longitud de 8.5 pulgadas. Los dos lechos de catalizador estaban separados por una capa fina de lana de cuarzo y aproximadamente 2 pulgadas de material de embalaje inerte. Se instalaron dos lineas de alimentación y dos bombas de HPLC para suministrar la materia prima a ambos lechos de catalizador. Una linea de alimentación entraba a través del cabezal del reactor y la segunda linea se extendía a lo largo del lecho superior del catalizador para desviar la materia prima al catalizador de la conversión. Todo el lecho de catalizador se redujo a presión atmosférica con un flujo de aproximadamente 800 mL de H2/min y la temperatura se incrementó gradualmente desde 25 °C hasta 370 °C en 3 horas. Una vez alcanzada dicha temperatura, el reactor se presurizó con H2 hasta 100 psig y a continuación se alimentó una mezcla de etanol al 70% (en agua desionizada) en flujo descendente al reactor a una WHSV de 1 g etanol/g de catalizador ZSM-5/hora. Una vez que se consiguieron estabilizar las condiciones, se realizó un análisis de los productos de reacción. La materia prima de etanol se dividió entre el catalizador superior y el inferior en proporciones de 1:1, 2:1 y 1:2, y se realizó una regeneración oxidativa entre los controles del peso para cada proporción de la división de la materia prima. Los productos gaseosos se analizaron por medio de un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama, los productos en la fase acuosa se analizaron para determinar su contenido de carbono total y los componentes en la fase orgánica se analizaron utilizando un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama y un espectrómetro de masas. Los resultados obtenidos para este experimento se muestran en la Tabla 7.
Ejemplo 13 El Ejemplo 12 se repitió a 300 psig. Todos los demás detalles específicos de la configuración experimental y el funcionamiento se mantuvieron sin cambios. Los resultados obtenidos para este experimento se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Deshidrogenación y condensación de etanol utilizando cobre y catalizadores ácidos Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (28)

REIVINDICACIONES
1. Un método para convertir alcand és en hidrocarburos aromáticos, comprendiendo el método: exponer una materia prima alcanólica a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir hidrógeno y un componente oxigenado; y exponer el componente oxigenado a un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados para producir hidrocarburos aromáticos.
2. El método de la reivindicación 1 donde el componente oxigenado tiene una proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono inferior a 1.9.
3. El método de la reivindicación 1 donde el componente oxigenado tiene una proporción efectiva de hidrógeno respecto a carbono comprendida entre 1.0 y 1.8.
4. El método de la reivindicación 1 donde más del 40% del carbono en la materia prima alcanólica está contenido en los hidrocarburos aromáticos.
5. El método de la reivindicación 1 donde más del 45% del carbono en la materia prima alcanólica está contenido en los hidrocarburos aromáticos.
6. El método de la reivindicación 1 donde una porción de la materia prima alcanólica tiene menos de 100 años según se calcula a partir de la concentración de carbono 14 de la materia prima alcanólica.
7. El método de la reivindicación 1 donde la materia prima alcanólica comprende un alcohol primario.
8. El método de la reivindicación 7 donde la materia prima alcanólica comprende etanol.
9. El método de la reivindicación 1 donde el alcanol comprende n-butanol.
10. El método de la reivindicación 1, donde el componente oxigenado comprende un ácido carboxilico, un aldehido y un éster.
11. El método de la reivindicación 1, donde el componente oxigenado comprende un ácido carboxilico y un éster.
12. El método de la reivindicación 1 donde el componente oxigenado comprende un aldehido.
13. El método de la reivindicación 1 donde el catalizador de la deshidrogenación comprende un metal seleccionado del grupo constituido por Cu, Ru, Ag, CuCr, CuZn, Co, cobre Rancy, aluminato de zinc-cobre, aleaciones de estos y combinaciones de estos.
14. El método de la reivindicación 1 donde el catalizador de la deshidrogenación comprende además un soporte.
15. El método de la reivindicación 14 donde el soporte comprende un material seleccionado del grupo constituido por alúmina, sílice, sílice-alúmina, titania, carbón, circona, aluminato de zinc y mezclas de estos.
16. El método de la reivindicación 14 donde el catalizador de la deshidrogenación comprende Cu sobre un soporte de sílice.
17. El método de la reivindicación 1 donde la temperatura de deshidrogenación está comprendida entre aproximadamente 80 °C y 500 °C.
18. El método de la reivindicación 1 donde la presión de deshidrogenación varía de por debajo de la presión atmosférica a aproximadamente 1000 psig.
19. El método de la reivindicación 1 donde el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados comprende una zeolita.
20. El método de la reivindicación 19 donde el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados es ZSM- 5.
21. El método de la reivindicación 19 donde el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados está modificado por un material seleccionado del grupo constituido por fósforo, galio, zinc, níquel, wolframio y mezclas de estos .
22. El método de la reivindicación 19 donde el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados contiene un aglomerante seleccionado del grupo constituido por alúmina, sílice, sílice-alúmina, titania, circona, fosfato de aluminio y mezclas de estos.
23. El método de la reivindicación 1 donde la temperatura de conversión de compuestos oxigenados está comprendida entre aproximadamente 250 °C y 550 °C.
24. El método de la reivindicación 1 donde la presión de conversión de compuestos oxigenados varía de por debajo de la presión atmosférica a aproximadamente 1000 psig.
25. El método de la reivindicación 1 donde el catalizador de la deshidrogenación y el catalizador de la conversión de compuestos oxigenados están combinados en un catalizador de la deshidrogenación/conversión de compuestos oxigenados multifuncional.
26. Un método para convertir compuestos oxigenados en hidrocarburos aromáticos, comprendiendo el método: exponer una materia prima que comprende un primer componente oxigenado a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir hidrógeno y un segundo componente oxigenado; y exponer el segundo componente oxigenado a un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados para producir hidrocarburos aromáticos.
27. Un método para convertir etanol en hidrocarburos aromáticos, comprendiendo el método: exponer una materia prima etanólica a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir una corriente de reacción que comprende acetaldehido, ácido acético y acetato de etilo; y exponer la corriente de reacción a un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados para producir hidrocarburos aromáticos.
28. Un método para convertir alcanoles en hidrocarburos aromáticos, comprendiendo el método: exponer una materia prima alcanólica a un catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir hidrógeno y un componente oxigenado; separar el componente oxigenado en una primera corriente de componente oxigenado y una segunda corriente de componente oxigenado; exponer la primera corriente de componente oxigenado a un catalizador de la conversión de compuestos oxigenados a una temperatura de conversión de compuestos oxigenados y una presión de conversión de compuestos oxigenados para producir hidrocarburos aromáticos; y exponer la segunda corriente de componente oxigenado al catalizador de la deshidrogenación a una temperatura de deshidrogenación y una presión de deshidrogenación para producir hidrógeno y un componente oxigenado adicional.
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