Катализатор для получения акриловой кислоты и ее производных на основе биологического сырья и способ его получения

1. Катализатор, содержащий:
a. анионы фосфата, описанные формулами (Ic) и (IIc):
, и
b. по меньшей мере, два различных катиона,
при этом катализатор нейтрально заряжен, причем β и γ больше или равны 0 и меньше или равны 1, при этом n составляет, по меньшей мере, 2, причем мольное соотношение указанных анионов фосфата в указанном катализаторе составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 10, при этом указанные, по меньшей мере, два различных катиона включают, по меньшей мере, один одновалентный катион и, по меньшей мере, один многовалентный катион, и при этом указанный многовалентный катион выбран из группы, состоящей из катионов металлов Be, Mg, Са, Sr, Ва, Sc, Y, Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, Mn, Ga, Si, Ge, В, Al, In, Tl, Sb, Sn, Bi, Pb, La, Ce, Er, Ac, Th и их смесей.
2. Способ получения катализатора, включающий следующие стадии, на которых:
2
4
3
2
3
4
3
2
2
4
3
4
a. объединяют КНРО, Ва(NO) и НРО с образованием смеси, при этом мольное соотношение Ва(NO), КНРО и НРО составляет приблизительно 3:1:4;
b. прокаливают указанную смесь при температуре от приблизительно 450°C до приблизительно 650°C с получением высушенного твердого вещества; и
c. измельчают указанное высушенное твердое вещество с получением указанного катализатора.
3. Способ получения катализатора, включающий следующие стадии, на которых:
2
4
3
2
3
4
3
2
2
4
3
4
a. объединяют КНРО, Ва(NO) и НРО с образованием смеси, при этом мольное соотношение Ва(NO), КНРО и НРО составляет приблизительно 3:1:4;
b. прокаливают указанную твердую смесь при температуре от приблизительно 450°C до приблизительно 650°C с получением высушенного твердого вещества;
c. измельчают указанное высушенное твердое вещество с получением измельченного твердого вещества; и
d. вводят в контакт указанное измельченное твердое вещество с газообразной смесью, содержащей воду и молочную кислоту, при температуре приблизительно 375°C и общем давлении от приблизительно 10 бар изб. до приблизительно 25 бар изб. с получением указанного катализатора, и при этом парциальное давление воды в указанной газообразной смеси составляет от приблизительно 3,5 бар до приблизительно 13 бар.
4. Способ получения акриловой кислоты, производных акриловой кислоты или их смесей, включающий стадию, на которой вводят в контакт поток, содержащий молочную кислоту, производные молочной кислоты или их смеси, с катализатором по п. 1, при этом указанный поток дополнительно содержит:
a. разбавитель; и
b. инертный газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, азота, гелия, аргона, диоксида углерода, монооксида углерода, пара и их смесей.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что указанный разбавитель представляет собой воду.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что парциальное давление воды в указанном потоке составляет приблизительно 10 фунт./кв.дюйм (0,7 бар) или более.
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что парциальное давление воды в указанном потоке составляет от приблизительно 10 фунт./кв.дюйм (0,7 бар) до приблизительно 500 фунт./кв.дюйм (34,5 бар).
8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что парциальное давление воды в указанном потоке составляет приблизительно 186 фунт./кв.дюйм (12,8 бар).
9. Способ конверсии молочной кислоты, производных молочной кислоты или их смесей в акриловую кислоту, производные акриловой кислоты или их смеси, включающий следующие стадии, на которых:
a. обеспечивают водный раствор, содержащий молочную кислоту, производные молочной кислоты или их смеси, при этом указанная молочная кислота находится в мономерной форме в указанном водном растворе;
b. объединяют указанный водный раствор с инертным газом с образованием смеси водный раствор/газ;
c. испаряют указанную смесь водный раствор/газ с получением газообразной смеси; и
d. дегидратируют указанную газообразную смесь путем введения в контакт указанной газообразной смеси с катализатором дегидратации при парциальном давлении воды приблизительно 10 фунт./кв.дюйм (0,7 бар) или более, с получением указанной акриловой кислоты, производных акриловой кислоты или их смесей.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанную стадию испарения проводят в реакторе, при этом указанный реактор имеет материал поверхности, содержащий материалы с менее, чем 0,1 мас. % переходных металлов групп 8-11.
11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанную стадию дегидратации проводят в реакторе, при этом указанный реактор имеет материал поверхности, содержащий материалы с менее, чем 0,1 мас. % переходных металлов групп 8-11.
12. Способ конверсии молочной кислоты в акриловую кислоту, включающий следующие стадии, на которых:
a. разбавляют приблизительно 88% водный раствор молочной кислоты водой с образованием приблизительно 20 мас. % водного раствора молочной кислоты;
b. нагревают указанный приблизительно 20 мас. % водный раствор молочной кислоты при температуре от приблизительно 95°C до приблизительно 100°C для удаления олигомеров указанной молочной кислоты, с получением водного раствора мономерной молочной кислоты, содержащего, по меньшей мере, 95 мас. % указанной молочной кислоты в мономерной форме, исходя из общего количества молочной кислоты;
c. объединяют указанный водный раствор мономерной молочной кислоты с азотом с образованием смеси водный раствор/газ;
-1
-1
d. испаряют указанную смесь водный раствор/газ в реакторе с внутренней поверхностью из боросиликатного стекла при GHSV от приблизительно 6000 ч до приблизительно 7200 ч при температуре от приблизительно 300°C до приблизительно 375°C с получением газообразной смеси, содержащей приблизительно 2,5 мол. % молочной кислоты и приблизительно 50 мол. % воды;
-1
e. дегидратируют указанную газообразную смесь в реакторе с внутренней поверхностью из боросиликатного стекла при GHSV приблизительно 3600 ч при температуре от приблизительно 350°C до приблизительно 425°C путем введения в контакт указанной смеси с катализатором дегидратации под давлением приблизительно 360 фунт./кв.дюйм изб. (24,8 бар изб.), с получением указанной акриловой кислоты; и
-1
-1
f. охлаждают указанную акриловую кислоту с получением раствора акриловой кислоты при GHSV от приблизительно 360 ч до приблизительно 36000 ч.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации представляет собой катализатор по п. 1.
14. Способ конверсии молочной кислоты, производных молочной кислоты или их смесей в акриловую кислоту, производные акриловой кислоты или их смеси, включающий следующие стадии, на которых:
a. обеспечивают раствор, содержащий молочную кислоту, производные молочной кислоты или их смеси;
b. объединяют указанный раствор с газом с образованием смеси раствор/газ; и
c. дегидратируют указанную смесь раствор/газ путем введения в контакт указанной смеси раствор/газ с катализатором дегидратации.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации представляет собой катализатор по п. 1.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации содержит:
a. по меньшей мере, один анион конденсированного фосфата, выбранный из группы, состоящей из формул (I), (II) и (III):
при этом n составляет, по меньшей мере, 2, и m составляет, по меньшей мере, 1
и
b. по меньшей мере, два различных катиона,
при этом указанный катализатор в существенной степени нейтрально заряжен, и дополнительно при этом мольное соотношение фосфора и указанных, по меньшей мере, двух различных катионов составляет от приблизительно 0,7 до приблизительно 1,7.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанное мольное соотношение фосфора и указанных, по меньшей мере, двух различных катионов составляет приблизительно 1.
18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации содержит:
4
2
4
2-
-
a. анионы моногидромонофосфата и дигидромонофосфата, описанные формулами [HPO] и [НРО]; и
b. по меньшей мере, два различных катиона,
при этом указанный катализатор в существенной степени нейтрально заряжен, и дополнительно при этом мольное соотношение указанного аниона моногидромонофосфата и указанного аниона дигидромонофосфата в указанном катализаторе составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 10.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что указанное мольное соотношение указанного аниона моногидромонофосфата и указанного аниона дигидромонофосфата в указанном катализаторе составляет от приблизительно 0,2 до приблизительно 5.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанное мольное соотношение указанного аниона моногидромонофосфата и указанного аниона дигидромонофосфата в указанном катализаторе составляет приблизительно 1.
21. Способ изомеризации молочной кислоты, производных молочной кислоты или их смесей в 3-гидроксипропионовую кислоту, производные 3-гидроксипропионовой кислоты или их смеси, включающий стадию, на которой вводят в контакт:
a. молочную кислоту, производные молочной кислоты или их смеси;
b. воду; и
c. катализатор, содержащий:
(1-β)
(1+β)
(4+3β)
2(1+β)-
i) анионы фосфата, описанные формулами: [НРO] и
и
ii) по меньшей мере, два различных катиона,
при этом катализатор нейтрально заряжен, причем β и γ больше или равны 0 и меньше или равны 1, при этом n составляет, по меньшей мере, 2, и причем мольное соотношение указанных анионов фосфата в катализаторе составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 10.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что указанные молочная кислота, производные молочной кислоты или их смеси и вода образуют водную фазу.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что указанная водная фаза имеет значение рН от приблизительно 3 до приблизительно 8.
24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что указанное значение рН составляет от приблизительно 5 до приблизительно 6.
25. Способ по п. 21, отличающийся тем, что указанные 3-гидроксипропионовую кислоту, производные 3-гидроксипропионовой кислоты или их смеси дополнительно дегидратируют в акриловую кислоту, производные акриловой кислоты и их смеси при помощи катализатора дегидратации.
26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации представляет собой катализатор по п. 1.
27. Способ по п. 25, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации представляет собой катализатор по п. 16.
28. Способ по п. 25, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации представляет собой катализатор по п. 18.
29. Способ по п. 25, отличающийся тем, что указанный катализатор дегидратации представляет собой катализатор по п. 21.
30. Способ конверсии молочной кислоты, производных молочной кислоты или их смесей в акриловую кислоту, производные акриловой кислоты или их смеси, включающий следующие стадии, на которых:
a) обеспечивают раствор, содержащий молочную кислоту, производные молочной кислоты или их смеси, при этом указанная молочная кислота находится в мономерной форме в указанном растворе; и
b) дегидратируют указанную молочную кислоту, производные молочной кислоты или их смеси путем введения в контакт указанного раствора с катализатором дегидратации; при этом во время указанной дегидратации все основные компоненты указанного водного раствора находятся в жидкой фазе с получением указанной акриловой кислоты, производных акриловой кислоты или их смесей.
31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что указанный раствор представляет собой водный раствор.
32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что указанный водный раствор имеет значение рН от приблизительно 3 до приблизительно 8.
33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что указанное значение рН составляет от приблизительно 5 до приблизительно 6.
34. Способ по п. 30, отличающийся тем, что указанный раствор содержит растворитель.
35. Способ по п. 34, отличающийся тем, что указанный растворитель выбран из группы, состоящей из углеводородов, хлорированных углеводородов, фторированных углеводородов, бромированных углеводородов, сложных эфиров, эфиров, кетонов, альдегидов, кислот, спиртов или их смесей.