用于转化含糖类原料的方法
【专利说明】用于转化含糖类原料的方法发明领域
[0001 ]本发明涉及用于催化转化含糖类原料的方法。
[0002]发明背景
[0003]近年来，持续增加的努力聚焦在减少对作为燃料和日常化学品提供主要来源的化石燃料的依赖。碳水化合物和相关的“生物质”被看作是努力提供新燃料和期望化学品的替代路线的关键可再生资源。
[0004]特别是，某些碳水化合物可以与氢在催化剂体系的存在下反应以产生多元醇和糖醇。这样的方法的实例在4即6￥.0^111丨6.11^』(1.2012，51，3249和1]5 2011/0313212中描述，并且可以用于提供乙二醇和1，2_丙二醇，这些是具有大量商业应用的有价值材料，例如作为热传递介质、防冻剂以及聚合物如PET的前体。乙二醇和1，2_丙二醇传统上通过水解对应的环氧烷进行工业规模制造，该对应的环氧烷是从化石燃料生产的乙烯和丙烯的氧化产物。
[0005]在通过已知方法进行的糖类催化转化中遭遇的主要问题是反应器进料管中的糖类在高温下降解。这种降解可以导致管道结垢和阻塞。限制该问题的一种方式是在管道中供应比糖类的降解温度更低温度的进料。进料因此也处于比反应器中的材料低的温度。然而，降解、结垢和阻塞仍然在进料管进入反应器的位置处发生，因为在该位置处温度不可避免地增加。
[0006]进料管的结垢和阻塞导致反应器关停，以清洁和/或更换进料管与接头(connect1n)。这转换为更高的运行成本和降低的生产能力。提供减少反应器进料管中的糖类降解的方法因此将是高度期望的。
【发明内容】
[0007]因此，本发明提供了一种用于在反应器中催化转化含糖类原料的方法，其中含糖类原料作为进料流通过进料管提供给反应器并在反应器中与催化剂体系接触，其中将进料管中的含糖类原料维持在比其中所含糖类的降解温度低的温度，并且将在进料管进入反应器的位置处的反应器的壁的区段冷却到比反应器的主体和反应器的内容物的温度低的温度。
【附图说明】
[0008]图1是示出了本文所述方法的示例性但非限制性的实施方式的一个方面的示意图。
【具体实施方式】
[0009]本发明人惊奇地发现，反应器入口位置处的糖类降解可以通过将进料管中的含糖类原料的温度维持为低于其中所含糖类的降解温度，并且还冷却在进料管进入反应器的位置处的反应器的壁的区段而明显降低。
[0010]该方法需要含糖类原料。所述原料适合地在溶剂中包含至少1重量％的糖类。含糖类原料优选在溶剂中包含至少2重量％、更优选至少5重量％、甚至更优选至少10重量％、最优选至少20重量％的糖类。适合地，含糖类原料在溶剂中含有不超过50重量％、优选不超过40重量％的糖类。
[0011]包含溶剂的一个或多个另外的进料流也可以通过同一进料管或在反应器中的单独的位置处与含糖类原料一起加入到反应器。
[0012]设想将协调含糖类原料的组成和量、反应器的内容物以及加入到反应器的任何另外的进料流的量，使得反应器中糖类在溶剂中的浓度在反应进行时为在溶剂中至少0.01重量％糖类。优选地，反应器中糖类在溶剂中的浓度为至少0.02重量％。最优选地，反应器中糖类在溶剂中的浓度为至少0.25重量％。设想将协调含糖类原料的组成和量、反应器的内容物以及加入到反应器的任何另外的进料流的量，使得反应器中糖类在溶剂中的浓度在反应进行时为在溶剂中最多5重量％的糖类。优选地，反应器中糖类在溶剂中的浓度为最多2重量％。最优选地，反应器中糖类在溶剂中的浓度为最多1.5重量％。
[0013]含糖类原料包含选自单糖、二糖、寡糖和多糖中的至少一种糖类。多糖的实例包括纤维素、半纤维素、淀粉、糖原、几丁质及其混合物。如果含糖类原料包含寡糖或多糖，优选其经历预处理，然后以在适合的催化剂体系存在下在反应器中与氢接触时可转化成二醇的形式给料到反应器。适合的预处理方法在本领域中已知，并且一种或多种可以选自包括但不限于上浆(sizing)、干燥、研磨、热水处理、蒸汽处理、水解、热解、热处理、化学处理、生物处理。
[0014]优选地，给料到反应器的含糖类原料在预处理(如果有必要的话)后包含选自葡萄糖、蔗糖和淀粉的一种或多种糖类。所述糖类适合地作为溶剂中的溶液、悬浮液或浆料存在。
[0015]溶剂可以是水、&至(:6醇、或其混合物。优选地，溶剂是水。除提供于含糖类原料中的溶剂外，还可以有已存在于反应器中和/或如上所述加入到含糖类原料中的另外的溶剂。所述溶剂也适合地是水、&至05醇、或其混合物。优选地，所有溶剂都相同。更优选地，所有溶剂都包含水。最优选地，所有溶剂都是水。
[0016]需要糖类起始材料作为进料流通过进料管加入的适用于半分批式或连续方法的任何反应器类型都可以用于本发明的方法。优选地，本发明的方法作为连续流方法进行，其中反应产物从反应器连续移出。
[0017]在这个实施方式中，适用于其中反应产物从反应器连续移出的连续流方法的任何反应器类型或反应器组合都可以用于本发明的方法。例如，适合的反应器系统包括沸腾催化剂床反应器系统、具有催化剂通道的固定化催化剂反应器系统、螺旋(augured)反应器系统、流化床反应器系统、机械混合反应器系统以及浆料反应器系统(也称为三相鼓泡塔反应器系统)，及其组合。
[0018]反应器中的温度适合地是至少130°C、优选至少150°C、更优选至少170°C、最优选至少190°C。反应器中的温度适合地是最多300°C、优选最多280°C、更优选最多270°C、甚至更优选最多250°C。优选地，反应器中的温度高于糖类原料中的一种或多种糖类的降解温度。优选地，反应器在加入任何起始材料之前被加热到这些限度之内的温度，并且直至全部反应结束都维持在这样的温度。
[0019]为减少含糖类原料的降解，进料管中的含糖类原料的温度被适合地维持在比其中所含糖类的降解温度低的温度。本文所用术语降解温度涉及在该温度下存在的1%的糖类在1小时内降解并将根据存在的糖类而变化的温度。优选地，进料管中的含糖类原料的温度被适合地维持在比其中所含糖类的降解温度低至少10°C、更优选至少20°C、甚至更优选至少 50°C。
[0020]在本发明的一个实施方式中，优选将另外的热源提供到反应器，以维持反应器内的温度。所述另外的热源可以通过将另外的热提供给反应器内容物，例如通过将热提供给再循环流来提供。或者，提供到反应器的溶剂的一部分可以作为单独的流提供给含糖类原料，并且以较高的温度提供。该基本上不含有糖类的单独的流然后可以优选地在使得该单独的流在与含糖类原料合并时的混合温度与反应器温度相差10°C以内的温度下供应到反应器。
[0021]在本发明的方法中，在进料管进入反应器的位置处的反应器的壁的区段被冷却到比反应器的主体及其内容物的温度低的温度。优选地，所述反应器的壁的区段被冷却到比含糖类原料中的糖类的降解温度低的温度。优选地，反应器的壁的区段的温度被适合地维持在比含糖类原料中的糖类的降解温度低至少10°C、更优选至少20°C、甚至更优选至少50?C。
[0022]被冷却的反应器壁的区段优选具有可能阻止糖类降解以及沉积物积累的最小尺寸。通常，在本发明的方法中，一旦原料进入反应器，将发生将固有地降低糖类浓度并因此减少降解的快速混合和/或反应。适合地，不超过10%的表面积将需要被冷却。优选地，不超过5%、更优选不超过2%、甚至更优选不超过1%、最优选不超过0.5%的反应器壁将需要被冷却。
[0023]本领域技术人员清楚应在通过阻止糖类降解和将反应器的主体及其内容物维持在所需反应温度所获得的增加的效率之间维持平衡，而不过度地施加热。
[0024]在进料管进入反应器的位置处的反应器的壁的区段可以通过本领域已知的任何适合方法进行冷却。优选地，使用冷却液体、通过气体