TW202336001A - 用於自可再生物有效率生產生物高純度異丁烯之程序 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於將生物乙醇轉化為高純度異丁烯之程序及系統。該系統包括一脫水單元，該脫水單元係組配來接收一含生物乙醇之流、將該生物乙醇轉化為生物乙烯及生產一含生物乙烯之流；一個二聚化單元，該二聚化單元係組配來接收該生物乙烯流、將乙烯二聚化及生產一含n-丁烯之流；一骨架異構化單元，該骨架異構化單元係組配來接收該含n-丁烯之流、將n-丁烯轉化以生產包含異丁烯、異丁烷、n-丁烯及n-丁烷的一骨架異構化流；以及一脫異丁烯器單元，該脫異丁烯器單元係組配來接收該骨架異構化流、將該等n-丁烯中含有的1-丁烯轉化為2-丁烯、將該骨架異構化流分餾及生產異丁烯及一些未轉化的n-丁烯。

Description

用於自可再生物有效率生產生物高純度異丁烯之程序
本揭露內容之領域
本揭露內容之實施態樣大體有關用於從可再生原料，諸如生物源性乙醇生產高純度異丁烯之程序及系統。此等的反應流程可包括脫水、二聚化、骨架異構化及反應性分離，以獲得生物源性乙醇至高純度異丁烯產物的所欲轉化。
發明背景
高純度異丁烯為在製造用於諸如輪胎及潤滑劑之各種應用中的聚合物上所使用之關鍵組分。高純度異丁烯為用於製造許多這些聚合物系統之一要件。然而，高純度異丁烯之生產可為利用非再生原料的能源密集程序。因此，有從諸如生物醇之可再生來源製造諸如高純度異丁烯之化學品的一持續需要。
發明概要
此概要內容係提供來介紹精選的概念，該等概念在下面的詳細說明中進一步說明。此概要內容並非意欲識別所請求的標的之關鍵或必要特徵，亦非意欲用作在限制所請求標的之範疇上的輔助。
在一態樣中，本文所揭露之實施態樣係關於一種用於將生物乙醇轉化為高純度異丁烯之系統。該系統包括一脫水單元，該脫水單元係組配來接收一含生物乙醇之流、將該生物乙醇轉化為生物乙烯、且生產一含生物乙烯之流；一個二聚化單元，該二聚化單元係組配來接收該生物乙烯流、將乙烯二聚化、且生產一含n-丁烯之流；一骨架異構化單元，該骨架異構化單元係組配來接收該含n-丁烯之流、將n-丁烯轉化以生產包含異丁烯、異丁烷、n-丁烯及n-丁烷的一骨架異構化流；以及一催化性分離單元，該催化性分離單元係組配來接收該骨架異構化流、轉化其中包含的烯烴及/或異烯烴以生產一經轉化的骨架異構化反應產物、以及將該經轉化的骨架異構化反應產物分餾以生產一生物異丁烯產物餾分。
在另一態樣中，本文揭露之實施態樣係關於一種自生物乙醇生產高純度異丁烯之方法。該方法包括將生物乙醇脫水以生產生物乙烯；將該生物乙烯二聚化以形成生物n-丁烯；將該n-丁烯骨架異構化以形成包含異丁烯、異丁烷、n-丁烯、及n-丁烷的一生物C4混合物；以及將該生物C4混合物反應及分餾以將異丁烯與未轉化的n-丁烯分離；回收該生物異丁烯。
在另一態樣中，本文中之實施態樣係關於一種用於將生物乙醇轉化為高純度生物-異丁烯之系統。該系統包括：一脫水單元，該脫水單元係組配來接收一含生物乙醇之流、將該生物乙醇轉化為生物乙烯、且生產一含生物乙烯之流；一個二聚化單元，該二聚化單元係組配來接收該含生物乙烯之流、將該生物乙烯二聚化、且生產一含生物n-丁烯之流；一烯烴骨架異構化單元，該烯烴骨架異構化單元係組配來接收該含生物n-丁烯之流、將n-丁烯轉化以生產包含異丁烯及n-丁烯的一含骨架異構化C4烯烴之流。在一些實施態樣中，該系統進一步包括一催化性反應/分離單元，其組配來：接收該含骨架異構化C4烯烴之流；將異丁烯轉化為甲基三級丁基醚、乙基三級丁基醚、三級丁醇及異丁醇中的一或多者；使n-丁烯與該甲基三級丁基醚、三級丁醇及異丁醇中的一或多者分離；將該甲基三級丁基醚、三級丁醇及異丁醇中的一或多者回裂解(back crack)以形成異丁烯以及水及甲醇中的一或多者；以及使該異丁烯與該水及甲醇中的一或多者分離以生產一生物異丁烯產物餾分。替選地，該催化性反應/分離單元係組配來：接收該含骨架異構化C4烯烴之流；將n-丁烯中含有的1-丁烯轉化為2-丁烯；將該2-丁烯與該異丁烯分離以生產一2-丁烯餾分及一生物異丁烯產物餾分。
所請求的標的之其他態樣及優點將由以下說明及所附申請專利範圍而顯易可見。
詳細說明
本文揭露之實施態樣係關於自生物乙醇生產高純度異丁烯之程序及系統。對於需要適當「綠色」認證的實施態樣，根據此等實施態樣之所有步驟可被證明是利用以生物為基之原料或以生物為基之中間產物，並且不包括任何化石類原料或中間產物。
一般而言，本文中之實施態樣之程序組態包括四個主要單元操作。第一單元為用於生產乙烯的一醇脫水單元。該醇脫水單元可用於，例如，將一生物乙醇原料脫水以形成乙烯。亦可使用其他醇及生物醇饋料。第二單元為用於將乙烯二聚化以形成n-丁烯的一個二聚化單元。第三單元為生產異丁烯/異丁烷/n-丁烷/n-丁烯混合物的一骨架異構化單元，且亦生產少量C5+副產物。在一些實施態樣中，在該骨架異構化單元中可能有很少或無異丁烷形成。第四單元為一催化性分離單元，其係組配來從該骨架異構化單元接收異丁烯/異丁烷/n-丁烷/n-丁烯混合物、將流內的組分轉化以形成可容易分離的混合物、及回收高純度異丁烯產物。
在本揭露內容之一或多個實施態樣中，所生產的HPIB純度可為從基於wt%的85%、86%、87%、88%、或89%中的任一者之一較低量至基於wt%的90%、91%、92%、93%、94%、95%、98%、98.5%、99.0%、99.5%、99.8%或99.9%中的任一者之一上限。
在一些實施態樣中，該催化性分離單元可為一催化性脫異丁烯器，以接收異丁烯/異丁烷/n-丁烷/n-丁烯混合物，並在將1-丁烯轉化為2-丁烯的同時分餾混合物，以生產高純度異丁烯產物且回收一些未轉化的n-丁烯及n-丁烷。第四單元中生產的n-丁烯可再循環至第三單元以生產額外的異丁烯，而n-丁烷可充當一稀釋劑以幫助控制骨架異構化單元內的反應。在一些情況下，諸如當n-丁烷副產物之形成低時，所得的回到第三單元的再循環亦將具有一低量n-丁烷，且可能需要一飽和(氫化)步驟以生成n-丁烷用作骨架異構化期間的稀釋劑。
在其他實施態樣中，該催化性分離單元可為一含氧物(oxygenate)/回裂解分離單元。作為包括一用於分離從該骨架異構化單元所接收之C4的催化性脫異丁烯器之分離單元的替選方案，本文中之實施態樣進一步考量到將該骨架異構化的C4饋給至一分離單元，該分離單元包括一含氧物反應器、一回裂解反應器及一分離系統。根據本文中之實施態樣之回裂解分離單元可自該骨架異構化單元接收一包括異丁烯之混合流；選擇性地將異丁烯與諸如水、甲醇、乙醇或丙醇的一含氧物反應以形成醇或醚(含氧化中間產物)，以便促進異丁烯(作為含氧化異丁烯中間產物)與混合物中的其他C4組分分離；且接著將含氧化中間產物回裂解以回收基本上不含諸如n-丁烯及異丁烷之其他C4雜質的異丁烯，因可連同二聚化及骨架異構化反應器流出物一起生產及回收。
儘管上文對於四個主要單元進行了說明，但各單元可包括反應器、熱交換器、分離器、饋料處理、內部再循環及其他處理或支援設備及特徵以達成所欲轉化及產物；儘管本文中並未對單元操作之所有態樣進行詳細說明，但熟習此項技藝者應瞭解基於本文中之說明，各相應單元之主要功能。
根據一或多個實施態樣之系統100的方塊流程圖係顯示於圖1。根據本文的一些實施態樣之以下程序步驟中的每一者所關聯的各個流之組成範圍係顯示於下表1。一般而言，系統100可包括一醇脫水單元102、一乙烯二聚化單元104、一骨架烯烴異構化單元106及一分離單元108。
該程序可包括將生物乙醇脫水以形成生物乙烯之第一步驟。一生物源性醇，諸如生物乙醇流1可饋給至該乙醇脫水單元102。乙醇脫水單元102可包括一或多個反應器，其含有用於脫水乙醇(含於饋料流1中)以生產乙烯(流2)的催化劑。水及其他雜質或副產物可經由一或多個流動流12自該乙醇脫水單元102取出。
在乙醇脫水之後，該程序包括乙烯之二聚化以形成n-丁烯。自該乙醇脫水單元102回收的生物乙烯流2可饋給至乙烯二聚化單元104。乙烯二聚化單元104可包括一或多個反應器，其含有一催化劑，用於將生物源性乙烯二聚化以形成生物源性丁烯，其可包括1-丁烯及2-丁烯二者之混合物。生物源性丁烯經由流動流3回收，而C5及較重副產物可經由一或多個流動流13自二聚化單元104回收。
接著，該程序包括n-丁烯之骨架異構化以形成一混合C4流，其可為異丁烯/異丁烷/n-丁烷/n-丁烯混合物。自乙烯二聚化單元104回收的生物源性丁烯流3可饋給至C4骨架烯烴異構化單元106。C4骨架烯烴異構化單元106包括一或多個反應器，其含有用於將生物源性丁烯骨架異構化以形成生物源性異丁烯的催化劑。可包括未反應的n-丁烯、異丁烯之反應流出物可經由流動線4回收，而C3及較輕反應副產物可經由流動線13回收，且C5及較重副產物可經由流動線14回收。
最終步驟包括反應性分離，諸如催化性脫異丁烯作用，以從未轉化的n-丁烯分餾異丁烯且生產高純度異丁烯產物。生物源性C4反應流出物(流4)可連同氫氣20一起饋給至催化性脫異丁烯器108。催化性蒸餾單元含有一或多個催化劑區及蒸餾結構，以在分餾C4混合物的同時將1-丁烯位置異構化為2-丁烯，生產一含2-丁烯及任何n-丁烷之底部蒸餾產物流5、一排氣流16及一生物源性異丁烯產物流6。分離單元108 (脫異丁烯作用)之實施態樣可包括整合式異丁烯脫離器(stripper)以從高純度異丁烯產物移除微量異丁烷。任何未轉化的n-丁烯(流5)可再循環回骨架異構化單元106以生產額外的異丁烯(流4)。 表1
蒸汽： 1 2 3 4 5 6
範圍 範圍 範圍 範圍 範圍 範圍
主要組分： wt% wt% wt% wt% wt% wt%
乙醇 80-99.9
乙烯 99-99.99
n-丁烯 95-99.99 10-45 20-80
異丁烯 10-30 0-5 97-99.99
n-丁烷 30-70 40-85
根據一或多個實施態樣之系統100A的方塊流程圖係顯示於圖1A。一般而言，系統100A可包括一醇脫水單元102、一乙烯二聚化單元104、一骨架烯烴異構化單元106及一反應性分離單元108A，其中單元102、104及106係如上文關於圖1說明。在此實施態樣中，生物源性C4反應流出物(流4)可連同含氧物20A (諸如水、甲醇或乙醇)一起饋給至分離單元108A。分離單元108A包括內部程序步驟(未例示)以選擇性地使異丁烯反應以形成一醇或醚、回收該醇或醚、且接著回裂解經分離的醇或醚，以回收高純度異丁烯流6及一或多個副產物流16。如上所述，反應性分離單元108中回收的n-丁烯、異丁烷或n-丁烷可再循環至骨架異構化單元106。分離單元108及108A在下文就圖5及7進一步詳述。
根據本文中之實施態樣的四個主要單元中的每一者包括反應器(諸如脫水、二聚化、骨架異構化、反應性分離，如圖1及1A所例示)。可用於本文中所揭露之實施態樣的反應器可包括傳統固定床反應器、沸點反應器、及脈衝式流動反應器，其中反應物流及產物流可為同向流或逆向流。除了透過蒸發捕獲至少一部分的反應熱之外，沸點及脈衝式流動反應器亦可提供催化劑之連續洗滌，允許相比於習知固定床反應器有改良的反應器溫度分佈。可用於本文所揭露之實施態樣的反應器可用作一獨立反應器或可與相同或不同類型的一或多個反應器組合使用。
任何類型的反應器都可用於進行本文說明的反應。合適於進行本文中之實施態樣的反應之反應器實例可包括蒸餾管柱反應器、分隔壁蒸餾管柱反應器、傳統管式固定床反應器、氣泡管柱反應器、有或無配備蒸餾管柱之漿料反應器、脈衝式流動反應器、其中漿狀固體催化劑沿管柱向下流動的催化性蒸餾管柱、習知固定床反應器、或這些反應器之任何組合。可用於本文中所揭露之實施態樣之多個反應器系統可包括用於各別反應區之一系列相同類型之反應器或並聯反應器、或者不同類型之串聯反應器。一般熟習此項技藝者將認識到亦可使用其他類型之反應器。
生物乙醇脫水單元102
進入脫水系統之饋料可包含生物源性乙醇、基本上由生物源性乙醇組成、或由生物源性乙醇組成。可從任何數量之來源提供新鮮的生物源性乙醇原料。生物源性乙醇原料可具有高純度，諸如大於50wt%的生物源性乙醇、大於70wt%的生物源性乙醇、大於80wt%的生物源性乙醇、大於90wt%的生物源性乙醇、大於95wt%的生物源性乙醇、或者大於98或99wt%的生物源性乙醇。在一些實施態樣中，原料之其餘部分可包括額外的生物源性烴類或惰性稀釋劑，諸如氮氣或石蠟。
生物源性乙醇饋料可源性自發酵程序，舉例而言，諸如可再生資源之發酵，可再生資源諸如玉米、玉米稈、玉米穗軸、木質纖維素、甘蔗、甜菜、及小麥等。亦可使用其他類型之生物源性乙醇。存在熟習此項技藝者已知的各種醇脫水技術及方法，且將不在此處詳述，只有指出可使用各種反應器類型、催化劑及組態，且可基於反應類型、催化劑及整體饋料組成物而適當地選擇操作條件以達成乙醇至乙烯之所欲轉化。乙醇脫水以形成乙烯可例如使用各屬於Braskem的US9181143或US11260367中說明之程序來實現。根據本文中之實施態樣，其他已知程序亦可用於將生物源性乙醇脫水以形成生物源性乙烯。
可用於本文所揭露之實施態樣的生物乙醇饋料可含有雜質，諸如水，還有可存在於發酵液或其他來源的生物源性乙醇之其他雜質。舉例而言，生物乙醇饋料可含有一定量的水。通常，水被從生物乙醇移除。然而，由於水亦為乙醇脫水反應之副產物，因此在本文所揭露之實施態樣中所使用的生物源性乙醇饋料可包括水作為雜質。饋料中過量的水可能減少反應器轉化平衡，如下文所論述，且可能導致再沸器負擔增加，但在本文說明的系統中水作為饋料雜質是可容忍的。
在一些實施態樣中，生物乙醇饋料可包括一定量的水，諸如上至40重量%的水；在其他實施態樣中，上至30重量%的水；在其他實施態樣中，上至20重量%的水；在其他實施態樣中，上至10重量%的水；在其他實施態樣中，上至5重量%的水；及在又其他實施態樣中，上至2重量%的水。在其他實施態樣中，生物乙醇饋料可為實質上純的乙醇。可被用於催化性反應區內的水的量可取決於(1)反應平衡常數及(2)用於將乙醇轉化為乙烯的焓均衡。
在脫水系統中，藉由自乙醇移除水而使乙醇脫水以生產乙烯。此程序通常涉及在酸性催化劑的存在下加熱乙醇，該催化劑促進羥基(-OH)基團之斷裂及碳原子之間雙鍵的形成。所得乙烯產物接著可經收集且用於生產異丁烯。
脫水反應條件可基於所使用的饋料混合物而變化。在一些實施態樣中，脫水溫度範圍可在30℃至500℃範圍內。在一些實施態樣中，脫水反應可在1至22 bar (0至300 psig)範圍內的壓力下進行。所用溫度及壓力可取決於反應器類型、反應相及反應所運用之催化劑，且廣泛變化。
在如本文說明之脫水條件下，乙醇與脫水催化劑接觸可能導致生產乙烯、未反應的醇、以及重物種，其可包括副產物醚、醇及寡聚物，諸如所欲烯烴產物之二聚物或三聚物。在一些實施態樣中，如本文說明之生物源性乙醇饋料與催化劑接觸可能導致至少99重量%的乙醇的轉化；在其他實施態樣中至少95重量%；在其他實施態樣中至少90重量%；在其他實施態樣中至少80重量%；及在其他實施態樣中至少70重量%。
接著可將脫水反應流出物饋給至分離系統以將水及其他反應副產物與所欲生物乙烯產物分離。該分離系統可包括膜分離單元、蒸餾單元、萃取蒸餾單元、以及用於分離水-乙烯混合物及用於分離其他雜質之其他構件，以便提供高純度生物乙烯產物(在各種實施態樣中，高純度大於95 wt%、大於98 wt%、大於99 wt%、大於99.5 wt%或大於99.9 wt%)。在一些實施態樣中，分離系統可包括水洗滌器、洗滌管柱、乙烯蒸餾管柱及脫離器，以在下游二聚化步驟中回收相當純的乙烯產物。
所使用的單元及程序條件之確切組態可取決於運用的特定程序、所使用的催化劑、生產能力及產物品質要求而變化。脫水製程亦可包括對於未反應的乙醇之內部再循環。
根據本文中之實施態樣的醇脫水單元之一般程序方塊流程圖係例示於圖2。生物源性醇，諸如生物乙醇流1被饋給至乙醇脫水反應器202。乙醇脫水反應器202可含有一脫水催化劑且在合適於脫水乙醇(包含於饋料流1中)以生產乙烯及水之條件下操作。脫水反應器流出物係經由流動流204自脫水反應器回收，該流動流204被饋給至分離單元206用以使生物乙烯產物2與經由一或多個流動流12回收的水及其他雜質或副產物分離。
生物乙烯二聚化單元104
在乙醇脫水之後，該程序包括乙烯之二聚化以形成n-丁烯。可使用各種催化劑及反應器組態以用於將乙烯選擇性二聚化以形成丁烯。一個實例為Lummus乙烯二聚化程序，其可選擇性地將乙烯二聚化成丁烯，選擇性地形成約9:1之比率的2-丁烯比1-丁烯。有利地，生產高比率的2-丁烯比1-丁烯，在生產具有極少或無1-丁烯作為雜質之高純度異丁烯流上，可利於或減輕包括分離單元之下游單元之要求。二聚化反應器之另一實例為ALPHABUTOL程序(Axens)，其使用鈦系催化劑以用於將乙烯二聚化成丁烯。根據本文中之實施態樣，其他已知程序亦可用於將生物源性乙烯二聚化以形成生物源性丁烯。包括C5及較重組分的副產物(諸如三聚物、四聚物或其他寡聚物)、以及乙烯與任何存在的反應調節劑反應所得的副產物，可能導致各種C5及較重烴物種。在乙烯之二聚化以形成生物丁烯之後，可將反應流出物饋給至一分離系統以用於將所欲C4產物流與C5及較重副產物分離。
圖3係例示根據本文中之實施態樣的乙烯二聚化單元之一般程序方塊流程圖。生物源性乙烯，諸如生物乙烯流2，可被饋給至乙烯二聚化反應器302。乙烯二聚化反應器302可含有一選擇性二聚化催化劑且在合適於將乙烯(包含於流2中)二聚化以生產n-丁烯及各種副產物之條件下操作。乙烯二聚化反應器流出物可經由流動流304自乙烯二聚化反應器回收，該流動流304可被饋給至分離單元306以將粗生物丁稀產物流3與經由一或多個流動流13回收的C5及較重雜質或副產物分離。在一些實施態樣中，諸如在乙烯轉化不完全時，乙烯可自所生產的丁烯汽提，且可被排放或經由流動線23再循環至二聚化反應器用於繼續轉化。分離單元306可包括，例如，一或多個蒸餾或萃取蒸餾管柱，用於施行所欲之分離。
烯烴骨架異構化單元106
進入第三單元(烯烴骨架異構化)之饋料可包括一混合C4流或來自生物乙烯二聚化單元之一混合C4+流。取決於進入生物乙烯二聚化單元的原料，及乙烯二聚化單元中的總轉化，催化劑除油器可存在於生物乙烯二聚化單元與烯烴骨架異構化單元之間。催化劑除油器之目的為移除至少一部分非所欲的C5+副產物以及將生物乙烯二聚化單元中形成的任何副產物1,3-丁二烯之至少一部分氫化。因此，催化性除油器可用以製備用於骨架異構化單元之二聚化流出物。
骨架異構化為將直鏈烯類轉化為支鏈烯類之程序，或反之亦然。此反應係有關於分子內碳-碳雙鍵的重排，導致不同分子結構及物理性質。
骨架異構化程序通常涉及一催化劑的使用，諸如過渡金屬催化劑，以促進碳-碳雙鍵的重排。小心地控制諸如溫度、壓力、及催化劑類型及濃度的反應條件，以最適化反應之轉化及選擇性。
在骨架異構化單元中，將C4饋料，包括二聚化流出物及來自催化性分離單元的任何再循環n-丁烯，混合及蒸發。合併之饋料流或選擇之饋料流可被加熱，諸如經由一反應器饋料/流出物熱交換器，且接著進一步加熱至反應溫度且送至異構化反應器。
直鏈丁烯(1-丁烯及2-丁烯)至異丁烯之骨架異構化可在一汽相反應器中透過一烯烴骨架異構化催化劑施行。存在各種骨架異構化技術及方法，且許多使用酸性催化劑。烯烴骨架異構化程序為熟習此項技藝者已知，且將不在此處詳述，只有指出可使用各種反應器類型、催化劑及組態，且可基於反應類型、催化劑及整體饋料組成物而適當地選擇操作條件以達成正丁烯至異丁烯之所欲轉化。
在一些實施態樣中，骨架異構化反應器可使用酸性催化劑且在250℃至450℃之溫度範圍下操作，其中化學平衡提供朝向n-丁烯之足夠驅動力。這些方法亦在1.0與2.5 bara之間操作。本文中之實施態樣亦可使用自下游催化性分離單元提供的稀釋介質來降低烯烴分壓，以限制二聚化且因此改良選擇性。反應器流出物中的n-丁烯與異丁烯之所得比率可在0.70與1.2之間。
所得反應流出物，包括殘餘的1-丁烯、2-丁烯、異丁烯及任何丁烷，可能缺乏1-丁烯。舉例而言，取決於所用反應條件之嚴酷程度，產物可含有總量小於1 wt%的1-丁烯，在其他實施態樣中總量小於0.5 wt%；在其他實施態樣中總量小於0.1 wt%；及在又其他實施例中總量小於500 ppm。
接著可分離來自骨架異構化反應器之流出物以回收混合C4流，其包括未反應的正丁烯(1-丁烯及2-丁烯)及異丁烯。在一些實施態樣中，回收的C4流可包括較輕烴副產物。該等反應亦可生產包括C5及較重烴副產物之餾分。在該等實施態樣中，異構化反應流出物可在第三單元內分離，以生產C5+餾分、C4餾分及輕質餾分，如圖1例示及上文說明。在一些實施態樣中，C5+副產物可作為燃料餾分或汽油摻合餾分回收。接著可將自異構化反應區之C4流出物饋給至第四單元，催化性脫異丁烯器。
圖4係例示根據本文中之實施態樣的烯烴骨架異構化單元之一般程序方塊流程圖。諸如生物源性C4流3的生物源性丁烯可饋給至烯烴骨架異構化反應器402。烯烴骨架異構化反應器402可含有一骨架異構化催化劑且在合適於將正丁烯(包含於饋料流3中)骨架異構化以生產異丁烯的條件下操作。亦可生產C3及較輕副產物，以及C5及較重副產物。骨架異構化反應器流出物可經由流動流404自烯烴骨架異構化反應器回收，其可接著饋給至分離單元406用於使生物源性C4流4與經由一或多個流動流14回收的輕質副產物以及經由一或多個流動流15回收的C5及較重副產物分離。
在一些實施態樣中，分離系統406可包括多個蒸餾管柱。舉例而言，脫丙烷器可用於自骨架異構化反應流出物中的C4+烴移除C3及較輕組分，而脫丁烷器可用於自C5及較重副產物回收C4流(包括生物源性丁烯及異丁烯)。其他各種組態可用於回收一或多個較輕或較重餾分。在一些實施態樣中，C5+副產物可作為燃料餾分或汽油摻合餾分回收。接著將來自骨架異構化單元之含異丁烯產物饋給至第四單元，催化性分離單元。
催化性分離單元：催化性脫異丁烯器單元108
如上文說明，最終步驟包括反應性(催化)分離，其中一些實施態樣包括催化性脫異丁烯作用以從未轉化的n-丁烯中分餾異丁烯且生產高純度異丁烯產物。
現在參照圖5，例示了根據本文中之實施態樣的催化性脫異丁烯器單元之簡化程序流程圖。初始步驟是將混合C4流4，諸如來自烯烴骨架異構化單元106的混合C4反應流出物饋給至脫異丁烯器(催化性蒸餾管柱)510。在催化性蒸餾管柱510中，將含有丁烯-1、異丁烯及n-丁烷(還有其他C4組分)之混合C4流饋給至催化性蒸餾管柱510、接近一催化性蒸餾區段512 (催化劑區512)底部，其含有催化性蒸餾結構形式的一經支持之加氫異構化催化劑。可經由流動線20饋給氫氣，亦引入催化劑區12下方。
當反應物饋料接觸催化劑時，饋料中的任何丁二烯氫化成丁烯且於催化劑處生產平衡量的丁烯-1及丁烯-2。丁烯-2被蒸餾出且作為底部物，驅動催化劑位點的反應朝向生產丁烯-2。
管柱的氣提區段可含有一習知蒸餾結構，諸如泡罩、篩盤或惰性填充物，以允許丁烯-2產物與較低沸點的異丁烯及異丁烷完全分離。任何存在的正丁烷亦將作為底部物被移除。接著可經由流動線5自催化性蒸餾管柱510回收丁烯-2及正丁烷。
在冷凝器518中冷凝包括異丁烯及任何異丁烷的頂上物(Overhead)流516。冷凝的頂上物收集在接收器分離器520中，其中液體異丁烯及異丁烷與經由流動線16排放的氫氣及輕質材料分離。若期望的話，氫氣可再循環至蒸餾管柱反應器510 (未例示氫氣之回收及再循環)。一部分的冷凝頂上物產物經由流動線524再循環至蒸餾管柱反應器510作為回流。異丁烯及異丁烷作為頂上物產物經由流動線6移除。
頂上物產物流6可包括異丁烯以及異丁烷，其可由催化性蒸餾管柱510內的副產物氫化或在整個系統100中作為別處的反應副產物產生。在一些實施態樣中，諸如在期望較高純度的異丁烯產物之情況下，可將頂上物產物流6饋給至分流器(未例示)以使異丁烯與異丁烷分離。例如，可能需要小型脫離器用於移除微量異丁烷。在一些實施態樣中，脫異丁烯器可如US6242661或US7982086中所說明。在其他實施態樣中，整合式IB汽提塔，諸如US11053177中所說明者，可用於自異丁烯中移除異丁烷，生產較高純度的生物源性異丁烯產物。
運用於異構化反應之催化性材料較佳以充當蒸餾填充物的形式，該蒸餾填充物呈習知蒸餾填充物形狀，諸如拉西環、鮑爾環、鞍座形或類似者，以及其他結構，諸如例如球體、不規則、片材、管體、螺狀、填充於袋或其他結構中(諸如US4242530、US4443559、US5189001、US5348710、及US5431890中說明之彼等)、電鍍於網格或篩網上、或者網狀聚合物發泡體(發泡體之胞室結構必須足夠大，以便不會引起通過管柱的高壓降、或以其他方式配置諸如呈塊狀物或濃縮管以允許蒸汽流動)。類似地，催化劑可運用為被支持於八分之一英吋氧化鋁擠出物上的鈀、鉑、或鎳，或者於袋中或鬆散地填充於管柱中。在一些實施態樣中，催化劑可被包含於如US5730843、US5266546、US4731229及US5073236中所揭露之結構中。
催化性蒸餾管柱之反應區中所含有的催化劑可為合適於1-丁烯至2-丁烯之異構化或加氫異構化的任何催化劑。在一些實施態樣中，催化劑可含有鈀、鉑或鎳，並且可為例如擠出物之形式。對於加氫異構化，進入蒸餾管柱反應器的氫氣速率應足以維持催化劑於活性(氫化物)形式，因為當饋料中含有丁二烯時，氫氣會因氫化而從催化劑中損失。可調整氫氣速率以使得有足夠的氫氣來支持丁二烯氫化反應且替代自催化劑的氫損失，但保持低於丁烯氫化或導致管柱溢流所需的氫氣。大體而言，饋給至催化性蒸餾管柱床的氫氣與C4烴之莫耳比將在約0.01:1至0.60:1，較佳在0.01:1至0.10:1的範圍內。
本文中之實施態樣可在一催化劑填充管柱中施行催化性蒸餾步驟，該催化劑填充管柱可理解為含有汽相及一些液相，如在任何蒸餾中一樣。因為反應同時發生蒸餾，所以初始反應產物儘可能快速地自反應區移除。再者，因為所有組分是沸騰的，反應溫度受系統壓力下的混合物沸點控制，其可因匣盤的不同而不同。反應熱僅生成更多沸騰，但溫度不會增加。另外，該反應具有增加的驅動力，因為該反應產物已被移除，且不能促成一逆反應。因此，可藉由調節系統壓力來達成對反應速率及產物分佈的很大控制。另外，調整產出量(殘留時間=液體每小時空間速度 −1)給予在產物分佈及丁烯-1至丁烯-2轉化度上的進一步控制。
蒸餾管柱反應器中的溫度係藉由在任何給定壓力下存在的液體混合物沸點來判定。管柱下部中的溫度將反映管柱之該部分中的材料組成，且將比頂上(overhead)溫度高；亦即，在恆定壓力下，系統溫度的變化指示出管柱中組成物的變化。為了改變溫度，就要改變壓力。因此，反應區中的溫度控制係受壓力變化所影響；藉由增加壓力，系統中的溫度升高，且反之亦然。
根據本文中之實施態樣的催化性脫異丁烯器可在32℃至138℃範圍內的頂上溫度下及在3 bara至20 bara之範圍內的壓力下操作，記住如上文所述之壓力對溫度之影響。在其他實施態樣中，根據本文中之實施態樣的該催化性脫異丁烯器可在85℃或90℃至130℃或135℃範圍內的頂上溫度下及在9 bara、10 bara、或11 bara至16 bara、18 bara、或20 bara範圍內的壓力下操作，其中任何下限可與任何上限組合。在其他實施態樣中，催化性脫異丁烯器之頂上溫度可在32℃至約80℃的範圍內，諸如約47℃至約68℃、或約60℃至約65℃。在又其他實施態樣中，頂上溫度可自下列的下限範圍：32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、85或90℃至下列的上限範圍：43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、85、90、100、110、120、130、或138℃，其中任何下限可與任何上限組合。在一些實施態樣中，催化性脫異丁烯器之頂上壓力可在約3 bara至約12 bara的範圍內，諸如在約7 bara至約10 bara的範圍內。在又其他實施態樣中，催化性脫異丁烯器之頂上壓力可在約9、10、11、12、13、14、或15 bara的下限至約14、15、16、17、18、19、或20 bara的上限範圍內。催化性脫異丁烯器之底部溫度將對應於操作條件下之較高沸點組分之沸點，且在各種實施態樣中，可例如在約60℃至約180℃的範圍內，諸如約60℃至約100℃、或約65℃至約88℃，但亦可基於所欲頂上溫度及壓力而更高。操作溫度亦可考慮用於促進所欲1-丁烯至2-丁烯反應之催化劑活性。
在本文之實施態樣中，催化性脫異丁烯器在條件下操作，特別是溫度及壓力，其傾向於排除丁烯-2與催化劑接觸，同時保持丁烯-1與催化劑接觸。因此，當丁烯-1異構化為丁烯-2時，其在管柱中下降遠離催化劑且作為底部物被移除。管柱可包括一回流，其中回流比可在例如0.5:1至33:1的範圍內。
如上文說明，將來自烯烴骨架異構化反應區的混合C4饋給至一催化性脫異丁烯器。在脫異丁烯器中，該C4流係進一步連同一氫氣饋料一起使用位置異構化及氫化催化劑處理，將1-丁烯轉化為2-丁烯，且選擇性地氫化任何在該等脫水及骨架異構化單元之上游處理中可能存在的丁二烯。在一些實施態樣中，同時分餾係導致兩種C4產物流，包括一2-丁烯及n-丁烷底部產物及一高純度異丁烯頂上物產物。亦可回收含有氫氣之排放氣體。
從處理通過催化性脫異丁烯器之骨架異構化之混合C4流出物所生產之異丁烯產物流可具有至少80 wt%之異丁烯含量。可生產高純度異丁烯產物流，在各種實施態樣中具有至少85 wt%、至少90 wt%、至少95 wt%、至少98 wt%、至少99 wt%、至少99.5 wt%或至少99.9 wt%之純度。
在又其他實施態樣中，本文中之催化性脫異丁烯器可生產三種C4-產物流，包括2-丁烯及n-丁烷底部產物、異丁烷頂上物產物、以及高純度異丁烯產物。高純度異丁烯產物可例如作為自分流器取出的一底部物回收，如上文所指出，或在一些實施態樣中可作為自催化性脫異丁烯器的一側取餾分回收。側取可位於管柱內的適當高度以回收一異丁烷/異丁烯流，具有一異丁烷對異丁烯的比率在0.001:1至2:1的範圍內，諸如0.01:1至1:1.5、或例如0.1:1至1:1。側取可位於催化性蒸餾反應區上方，且饋料可位於催化性蒸餾反應區下方，提供了含有相對低量的n-丁烯之側取，以使得可回收含有大於80%、大於95%、大於98%、或大於99%、或大於99.9%異丁烯之流。亦可提供足夠的管柱之匣盤及高度以生產主要含有異丁烷之異丁烷頂上物流，諸如大於95%或大於98%異丁烷(各以wt%計)。
在一些實施態樣中，由於結合了前述單元內1-丁烯的低生成與催化性脫異丁烯器內1-丁烯至2-丁烯的異構化，本文中所生產的異丁烯產物流，無論是來自催化性脫異丁烯器的頂上或側取，基於高純度異丁烯產物流中所含有的異丁烯及1-丁烯總量，可具有至少99.9 wt%、99.95 wt%或99.99 wt%異丁烯的純度。
已發現的是骨架異構化單元之操作在添加稀釋劑下被改良。催化性脫異丁烯器單元中生產的n-丁烯可再循環至第三單元(烯烴骨架異構化)以生產額外的異丁烯，而n-丁烷可充當稀釋劑以幫助控制骨架異構化單元內的反應。在一些情況下，諸如n-丁烷副產物之形成低的實施態樣中，返回至第三單元的所得再循環亦將具有低量的n-丁烷。在此等實施態樣中，且如圖6所例示，飽和(氫化)反應器110可用以使n-丁烯與氫22反應以形成所欲量的n-丁烷，從而在骨架異構化期間用作稀釋劑。
若以足夠量存在，若期望的話，則異丁烷產物可經脫氫以形成額外的異丁烯及氫。氫氣可經回收且用作催化性脫異丁烯器或氫化反應器的饋料以生產n-丁烷稀釋劑，而C4脫氫流出物可饋給至催化性脫異丁烯器、異丁烯汽提器、或以其他方式經處理以回收額外的生物源性異丁烯。
催化分離：含氧物回裂解分離系統108A
含氧物回裂解分離系統藉由下列來生產高純度異丁烯產物流：將骨架異構化之混合C4產物流中的異丁烯選擇性轉化為：甲基三級丁基醚(MTBE)、乙基三級丁基醚(ETBE)、三級丁醇(TBA)、或異丁醇中的一或多者，還有其他可能的含氧化中間產物；將所得的醚或醇與較輕C4 n-烯烴及石蠟分離；且接著將醚或烯烴回裂解以形成成分異丁烯及水或醇，使得異丁烯可容易地與水或醇分離並被回收為高純度異丁烯產物流。接著可將被回收的醇或水饋給返回至反應器以選擇性地轉化異丁烯。
反應系統可包括一或多個反應器及催化性蒸餾反應器，其合適於異丁烯及一或多個醇之醚化以形成一或多個C 4醚，諸如MTBE及/或ETBE。替選地，可使用水以將異丁烯轉化為醇，諸如TBA或異丁醇。
根據本文中之實施態樣，可處理C 4異烯烴以將異烯烴醚化或醇化(alcoholify)。根據本文中之實施態樣的反應器及蒸餾管柱反應器中所用的催化劑可具有選擇性氫化丁二烯、異構化烯烴、以及醚化或醇化異烯烴之官能度。
含氧物反應的一般條件包括高於約60℃的催化劑床溫度。對於催化性蒸餾反應器，可使用高於約5.5 barg的頂上壓力及約1.0至2.0 hr -1的等效液體每小時空間速度。管柱中溫度藉由在任何給定壓力下存在的液體混合物沸點來判定。管柱下部中的溫度將反映管柱之該部分中的材料組成，其將高於頂上；亦即，在恆定壓力下，溫度變化指示出管柱中組成物的變化。為了改變溫度，可改變管柱中壓力。反應區中的溫度控制因此係由壓力控制，添加熱(反應為放熱性)，僅導致更多沸騰。藉由增加壓力，溫度會增加，反之亦然。儘管使用蒸餾管柱反應器，但一些異丁烯可能未轉化且可能與頂上物一起離開管柱。
作為最高沸點材料之醚類產物，連同來自上游反應器流出物中的任何二聚物一起作為底部物而自蒸餾管柱反應器中移除。頂上物可含有未反應的輕質醇類，諸如上游反應器中使用的乙醇及/或蒸餾管柱反應器中的反應物、及異丁烯連同輕質惰性物質，諸如正丁烯及丁烷。
用於醚化的催化劑可為任何已知的醚化催化劑，諸如酸性陽離子交換樹脂，諸如由DuPont Chemical Company供應的Amberlyst 15。本文中可使用合適的催化性結構以將陽離子交換樹脂顆粒置放於固定床反應器內的床中。此外，溫度及壓力可類似於此項技藝中已知的用於施行指定反應之溫度及壓力。
在一些實施態樣中，含氧物反應系統可包括未反應的n-丁烯流出物。含有來自含氧物反應單元的未反應的n-丁烯之流出物可饋給至C 4分離系統。C 4分離系統可用於生產1-丁烯產物流及2-丁烯再循環流。2-丁烯再循環流可將經分離的2-丁烯饋給回至骨架異構化系統。在一些實施態樣中，醚化反應系統可生產一ETBE產物流。
接著將來自醚化反應系統的含氧化(醚或醇)流出物饋給至回裂解單元。
回裂解系統生產高純度異丁烯，連同未反應的饋料組分及反應副產物，諸如n-丁烯、三級丁醇(TBA)、乙醇、未轉化的MTBE、ETBE及ESBE、DEE、DME、以及DIB。回裂解單元包括蒸餾單元，其將反應流出物中的組分分離以得到高純度異丁烯。回收的醇或水可饋給回至含氧物反應系統。在一些實施態樣中，諸如在含氧物為生物乙醇之情況下，可將回收的乙醇饋給回至含氧物反應系統以減少由可再生來源組成的生物源性乙醇。在此等實施態樣中，不需要額外的外部乙醇饋料。
在分解條件下，醚饋料與如本文說明之催化劑接觸可導致生產所欲烯烴及醇、以及副產物，其可包括副產物醚、醇及寡聚物，諸如所欲烯烴產物之二聚物或三聚物。在一些實施態樣中，醚饋料與如本文說明之催化劑接觸可導致至少90 wt%的醚轉化；在其他實施態樣中至少85 wt%；在其他實施態樣中至少80 wt%；在其他實施態樣中至少75 wt%；及在其他實施態樣中至少70 wt%。
現在參照圖7，例示了根據本文中之實施態樣的含氧物回裂解分離系統108A之簡化方塊流程圖。可將生物源性的混合C4流4，其包括異丁烯以及如上文說明之其他組分；以及含有一含氧物反應物(諸如甲醇、乙醇、水或其混合物)之流20A饋給至醚化反應系統702。醚化反應系統702可包括一或多個反應器，用於透過一適當催化劑使異丁烯與水、甲醇、或乙醇選擇性地反應，以形成MTBE、ETBE、TBA、或異丁醇中的一或多者。反應流出物704可接著饋給至分離系統706，該分離系統可包括一或多個蒸餾管柱或萃取蒸餾管柱，以使MTBE、TBA或異丁醇與混合饋料流4中未反應的C4組分分離，回收MTBE、TBA或異丁醇作為流出物流708，並經由一或多個流動流14A回收較輕C4組分。可藉由一或多個流動流15A回收未反應的水或醇及其他醚化反應副產物。
流出物流708可接著被饋給至回裂解反應系統710以將MTBE、TBA或異丁醇轉化回組成分子、異丁烯及水或甲醇。回裂解反應系統710可包括含有一適當回裂解催化劑的一或多個反應器。接著可自反應器回收回裂解流出物712且饋給至分離系統714，該分離系統可包括一或多個蒸餾或萃取蒸餾管柱，用於回收高純度異丁烯產物6、任何重質反應副產物14B及醇或水反應物15B，若期望的話，可將其朝上游再循環至反應系統702。儘管未例示，但本文中之實施態樣考量到自上文說明之各種反應流出物及分離流程回收1-丁烯、2-丁烯、MTBE、ETBE或其他組分作為單獨的產物流。
因為醇或醚之形成提供了使異丁烯與可包含於C4骨架異構化產物流中的n-丁烯及異丁烷的有效分離，所以分離區108A可用於生產高純度異丁烯產物，其類似於如上文針對單元108說明的產物。
實例
在一範例性預示實施態樣中，400 KTA的生物乙醇被饋給至第一單元並被脫水。包括水的162 KTA之副產物被生產，且239 KTA的生物乙烯被生產。生物乙烯在第二單元中被二聚化以形成12 KTA的C5+副產物，同時226 KTA之n-丁烯被生產。在骨架異構化期間，損失了3KTA的C3排放且製造了31 KTA的C5+副產物，同時生產了994 KTA的n-丁烯、異丁烯及n-丁烷。在催化性脫異丁烯作用期間，損失了9 KTA的氫氣及排放氣體，同時分離了183 KTA的高純度生物異丁烯。802 KTA的2-丁烯(288 KTA)及n-丁烷(514 KTA)被再循環回至骨架異構化步驟。
預期以生物為基的聚合物及彈性體為高價值產物。對於適當的綠色認證，通常需要展示所有步驟被證明是在以生物為基的中間產物而不是以化石為基的中間產物上，即使以化石與生物為基之中間產物之間的組成物是相似的。此生物HPIB途徑允許製造商製造許多綠色產品，諸如輪胎、潤滑劑。此途徑為獨特的，因為其使用容易獲得的生物來源乙醇來以高產率生產HPIB，伴隨著形成最少的副產物，不會生產異丁烷，其通常會使HPIB程序之生產密集。
本申請案之獨特特徵可包括在製造高純度生物異丁烯之程序中使用乙烯二聚物途徑。自催化性脫異丁烯器(CDDeIB)再循環回至異構化單元允許累積isomplus程序所必需之n-丁烷稀釋劑：這是能夠使用二聚物流出物需要的。因為在該程序中幾乎沒有異丁烷(石蠟)的生產，所以下游IB脫離器很小。
本揭露內容之實施態樣可提供下列優點中的至少一個。所揭露的方法可提供優於生產高純度異丁烯的習知方法之優點，因為需要能量密集型程序以轉化為異丁烯之石蠟異丁烷的生產非常少。另外，將未轉化的n-丁烯加上n-丁烷稀釋劑再循環回至骨架異構化步驟允許n-丁烯及n-丁烷有效地累積用於使骨架異構化步驟繼續。
儘管上文僅詳細說明了幾個範例實施態樣，但熟習此項技藝者將易於瞭解的是，可在實質上不背離本發明之情況下，對範例實施態樣進行諸多修改。據此，所有此等修改意欲被包括於如以下申請專利範圍中所界定的本揭露內容之範疇內。
1:生物乙醇流,饋料流 2:生物乙烯產物,(乙烯)流 3:流動流,生物源性丁烯流,粗生物丁稀產物流,生物源性C4流,饋料流 4:流動線,流 5:流,流動線 6:產物流,高純度異丁烯流,流動線,異丁烯產物 12:催化劑區,流動流 13:流動流,流動線 14:流動線,流動流 14A:流動流 14B:重質反應副產物 15:流動流 15A:流動流 15B:醇或水反應物 16:排氣流,副產物流,流動線 20:氫氣,流動線 20A:含氧物,流 22:氫 23:流動線 100:系統 100A:系統 102:(脫水)單元 104:(二聚化)單元 106:(異構化)單元 108:(分離)單元,催化性脫異丁烯器,催化性脫異丁烯器單元 108A:分離單元,分離系統,分離區 110:飽和(氫化)反應器 202:乙醇脫水反應器 204:流動流 206:分離單元 302:乙烯二聚化反應器 304:流動流 306:分離單元 402:烯烴骨架異構化反應器 404:流動流 406:分離單元,分離系統 510:脫異丁烯器,催化性蒸餾管柱,蒸餾管柱反應器 512:催化性蒸餾區段,催化劑區 516:頂上物流 518:冷凝器 520:接收器分離器 524:流動線 702:(醚化)反應系統 704:反應流出物 706:分離系統 708:流出物流 710:回裂解反應系統 712:回裂解流出物 714:分離系統
圖式簡單說明
圖1及圖1A為根據一或多個實施態樣之用於生產高純度生物異丁烯之系統的方塊流程圖。
圖2為根據一或多個實施態樣之生物乙醇脫水單元的方塊流程圖。
圖3為根據一或多個實施態樣之生物乙烯二聚化單元的方塊流程圖。
圖4為根據一或多個實施態樣之生物烯烴骨架異構化單元的方塊流程圖。
圖5為根據一或多個實施態樣之催化性脫異丁烯器的簡化流程圖。
圖6為根據一或多個實施態樣之用於生產高純度生物異丁烯之系統的方塊流程圖。
圖7為根據一或多個實施態樣之可用於生產高純度生物異丁烯之分離系統的方塊流程圖。
(無)

Claims (23)

  1. 一種用於將生物乙醇轉化為高純度生物異丁烯之系統，該系統包含： 一脫水單元，該脫水單元係組配來接收一含生物乙醇之流、將該生物乙醇轉化為生物乙烯以及生產一含生物乙烯之流； 一個二聚化單元，該二聚化單元係組配來接收該含生物乙烯之流、將該生物乙烯二聚化以及生產一含生物n-丁烯之流； 一烯烴骨架異構化單元，該烯烴骨架異構化單元係組配來接收該含生物n-丁烯之流、將n-丁烯轉化以生產一含骨架異構化C4烯烴之流，該含骨架異構化C4烯烴之流包含異丁烯及n-丁烯；以及 一催化性分離單元，該催化性分離單元係組配來接收該含骨架異構化C4烯烴之流、轉化其中包含的烯烴及/或異烯烴以生產一經轉化的骨架異構化反應產物以及將該經轉化的骨架異構化反應產物分餾以生產一生物異丁烯產物餾分。
  2. 如請求項1之系統，其中該催化性分離單元包含一催化性脫異丁烯器，該催化性脫異丁烯器係組配來接收該含骨架異構化C4烯烴之流、將該等n-丁烯中含有的1-丁烯轉化為2-丁烯以及從該2-丁烯分餾出異丁烯以生產一2-丁烯流及該生物異丁烯產物餾分。
  3. 如請求項1之系統，其中該催化性分離單元包含一含氧物反應器，該含氧物反應器係組配來將該異丁烯與醇或水反應以生產一醇中間產物或一醚中間產物；一分離器，該分離器係組配來將該等n-丁烯與該醇中間產物或該醚中間產物分離；一回裂解反應器，該回裂解反應器係組配來將該醇中間產物或該醚中間產物轉化並生產一反應流出物，該反應流出物包含異丁烯及醇或水；以及一分離系統，該分離系統係組配來將該反應流出物分離以生產該生物異丁烯產物餾分。
  4. 如請求項1之系統，其中該脫水單元包含： 一反應區，該反應區包含一或多個脫水反應器，各含有一乙醇脫水催化劑，所述脫水反應器係組配用於接收該含生物乙醇之流且將該生物乙醇轉化為生物乙烯，生產出包含生物乙烯及水的一脫水反應器流出物；以及 一分離區，該分離區係組配用於接收該脫水反應器流出物且用於將該生物乙烯與該水分離，生產出該含生物乙烯之流及一水流。
  5. 如請求項4之系統，其中該二聚化單元包含： 一反應區，該反應區包含一或多個二聚化反應器，各含有一乙烯二聚化催化劑，所述二聚化反應器係組配用於接收該含生物乙烯之流且將該生物乙烯轉化為生物n-丁烯，生產出包含生物n-丁烯以及C5及較重烴的一種二聚化反應器流出物；以及 一分離區，該分離區係組配用於接收該二聚化反應器流出物且用於將該等生物n-丁烯與該等C5及較重烴分離，生產出該含生物n-丁烯之流以及一含該等C5及較重烴之流。
  6. 如請求項5之系統，其中該烯烴骨架異構化單元包含： 一反應區，該反應區包含一或多個骨架異構化反應器，各含有一烯烴骨架異構化催化劑，所述骨架異構化反應器係組配用於接收該含生物n-丁烯之流且將該等生物n-丁烯轉化為生物異丁烯，生產出包含生物C4烯烴、C3及較輕烴、以及C5+烴的一骨架異構化反應器流出物，該等生物C4烯烴包括生物n-丁烯及生物異丁烯；以及 一分離區，該分離區係組配用於接收該骨架異構化反應器流出物且用於將該等生物C4烯烴與該等C3及較輕烴以及該等C5及較重烴分離，生產出該含骨架異構化C4烯烴之流、一含C3及較輕烴之流、以及一含C5+烴之流。
  7. 如請求項6之系統，其中該催化性分離單元包含一催化性脫異丁烯器單元，其包含： 一催化性蒸餾反應器，該催化性蒸餾反應器含有一位置異構化反應區及蒸餾結構，該催化性蒸餾反應器係組配用於將該等生物n-丁烯中含有的1-丁烯反應為2-丁烯且用於將該2-丁烯與生物異丁烯分離，並回收一2-丁烯流及該生物異丁烯產物餾分。
  8. 如請求項2之系統，其包含一氫化反應器，該氫化反應器係組配來將該2-丁烯流中的一部分2-丁烯氫化以生產一包含2-丁烯及n-丁烷之氫化流出物。
  9. 如請求項8之系統，其進一步包含一流動線，該流動線用於將該氫化流出物饋給至該烯烴骨架異構化單元。
  10. 如請求項1之系統，其中該生物異丁烯產物餾分包含異丁烷，該系統包含一分流器，該分流器用於將至少一部分該異丁烷與該生物異丁烯分離且用於將一生物異丁烷流及具有經提高之生物異丁烯濃度之一生物異丁烯流回收。
  11. 一種自生物乙醇生產高純度異丁烯之方法，該方法包含： 將生物乙醇脫水以生產生物乙烯； 將該生物乙烯二聚化以形成生物n-丁烯； 將該等生物n-丁烯骨架異構化以形成包含異丁烯、異丁烷、n-丁烯、及n-丁烷的一生物C4混合物； 將該生物C4混合物反應並分餾以將生物異丁烯與未轉化的n-丁烯分離； 回收該生物異丁烯；以及 將該等未轉化的n-丁烯再循環至該骨架異構化步驟中。
  12. 如請求項11之方法，其包含將一部分的該等未轉化的n-丁烯氫化以形成包含n-丁烷的一混合物，並將該混合物再循環至該骨架異構化步驟。
  13. 如請求項11之方法，其中該將生物乙醇脫水以生產生物乙烯包含： 將含有該生物乙醇之流饋給至一脫水反應區，該脫水反應區包含一或多個脫水反應器，各含有一乙醇脫水催化劑； 將生物乙醇與該乙醇脫水催化劑在反應條件下接觸，以將該生物乙醇轉化為生物乙烯； 自該脫水反應區回收一脫水反應流出物，該脫水反應流出物包含該生物乙烯及水；以及 將該脫水反應流出物分離，以回收一包含該生物乙烯之流及一水流。
  14. 如請求項13之方法，其中該將該生物乙烯二聚化以形成生物n-丁烯包含： 將包含該生物乙烯之流饋給至一個二聚化反應區，該二聚化反應區包含一或多個二聚化反應器，各含有一乙烯二聚化催化劑； 將該生物乙烯與該乙烯二聚化催化劑在反應條件下接觸，以將該生物乙烯轉化為生物丁烯； 從該二聚化反應區回收一種二聚化反應流出物，包含該等生物n-丁烯、以及C5及較重反應副產物；以及 將該二聚化反應流出物分離，以回收一包含該等生物n-丁烯之流以及一包含該等C5及較重反應副產物之流。
  15. 如請求項14之方法，其中將該等生物n-丁烯骨架異構化以形成一生物C4混合物包含： 將該包含該等生物n-丁烯之流饋給至包含一或多個骨架異構化反應器的一骨架異構化反應區，該一或多個骨架異構化反應器各含有一骨架異構化催化劑； 將該等生物n-丁烯與該骨架異構化催化劑在反應條件下接觸以將n-丁烯轉化為異丁烯； 將包含該生物C4混合物、C3及較輕反應副產物以及C5+反應副產物的一骨架異構化反應流出物回收；以及 將該骨架異構化反應流出物分離，以將一包含該生物C4混合物之流、一包含該等C3及較輕反應副產物之流及一包含該等C5+反應副產物之流回收。
  16. 如請求項15之方法，其中該分餾包含： 將該包含該生物C4混合物之流饋給至含有一位置異構化催化劑的一催化性蒸餾反應器； 在該催化性蒸餾反應器中： 將該生物C4混合物中的1-丁烯轉化為2-丁烯； 將異丁烷及生物異丁烯與該2-丁烯及n-丁烷分離； 將含有該異丁烷及生物異丁烯的一頂上餾分回收；以及 將含有該2-丁烯及n-丁烷的一底部餾分回收；以及 將該頂上餾分分離以回收一異丁烷餾分及具有至少95 wt%生物異丁烯濃度的一生物異丁烯餾分。
  17. 如請求項16之方法，其包含將該底部餾分再循環至該骨架異構化反應區。
  18. 如請求項17之方法，其包含在將該底部餾分再循環至該骨架異構化反應區之前，將該底部餾分中的一部分2-丁烯氫化以形成額外的n-丁烷。
  19. 一種用於將生物乙醇轉化為高純度生物異丁烯之系統，該系統包含： 一脫水單元，該脫水單元係組配來接收一含生物乙醇之流、將該生物乙醇轉化為生物乙烯以及生產一含生物乙烯之流； 一個二聚化單元，該二聚化單元係組配來接收該含生物乙烯之流、將該生物乙烯二聚化以及生產一含生物n-丁烯之流； 一烯烴骨架異構化單元，該烯烴骨架異構化單元係組配來接收該含生物n-丁烯之流、將n-丁烯轉化以生產包含異丁烯及n-丁烯的一含骨架異構化C4烯烴之流；以及 一催化性反應/分離單元，其係組配來： 接收該含骨架異構化C4烯烴之流； 將異丁烯轉化為甲基三級丁基醚、乙基三級丁基醚、三級丁醇及異丁醇中的一或多者； 將該等n-丁烯與該甲基三級丁基醚、三級丁醇及異丁醇中的一或多者分離； 將該甲基三級丁基醚、三級丁醇及異丁醇中的一或多者回裂解以形成異丁烯以及水及甲醇中的一或多者；以及 將該異丁烯與該水及甲醇中的一或多者分離以生產一生物異丁烯產物餾分；或 一催化性反應/分離單元，其係組配來： 接收該含骨架異構化C4烯烴之流； 將該等n-丁烯中包含的1-丁烯轉化為2-丁烯； 將該2-丁烯與該異丁烯分離以生產一2-丁烯餾分及一生物異丁烯產物餾分。
  20. 如請求項19之系統，其進一步包含從該催化性反應/分離單元回收甲基三級丁基醚產物流、乙基三級丁基醚產物流、及1-丁烯產物流中的一或多者。
  21. 如請求項19之系統，其中該脫水單元包含： 一反應區，該反應區包含一或多個脫水反應器，各含有一乙醇脫水催化劑，所述脫水反應器係組配用於接收該含生物乙醇之流且將該生物乙醇轉化為生物乙烯，生產出包含生物乙烯及水的一脫水反應器流出物；以及 一分離區，該分離區係組配用於接收該脫水反應器流出物且用於將該生物乙烯與該水分離，生產出該含生物乙烯之流及一水流。
  22. 如請求項21之系統，其中該二聚化單元包含： 一反應區，該反應區包含一或多個二聚化反應器，各含有一乙烯二聚化催化劑，所述二聚化反應器係組配用於接收該含生物乙烯之流且將該生物乙烯轉化為生物n-丁烯，生產出包含生物n-丁烯以及C5及較重烴的一種二聚化反應器流出物；以及 一分離區，該分離區係組配用於接收該二聚化反應器流出物且用於將該等生物n-丁烯與該等C5及較重烴分離，生產出該含生物n-丁烯之流以及一含該等C5及較重烴之流。
  23. 如請求項22之系統，其中該烯烴骨架異構化單元包含： 一反應區，該反應區包含一或多個骨架異構化反應器，各含有一烯烴骨架異構化催化劑，所述骨架異構化反應器係組配用於接收該含生物n-丁烯之流且將該等生物n-丁烯轉化為生物異丁烯，生產出包含生物C4烯烴、C3及較輕烴、以及C5+烴的一骨架異構化反應器流出物，該等生物C4烯烴包括生物n-丁烯及生物異丁烯；以及 一分離區，該分離區係組配用於接收該骨架異構化反應器流出物且用於將該等生物C4烯烴與該等C3及較輕烴以及該等C5及較重烴分離，生產出該含骨架異構化C4烯烴之流、一含C3及較輕烴之流、以及一含C5+烴之流。
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