一种糠醛的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效生产糠醛并同时回收副产物甲酸和醋酸的新方法。本发明专利技术使用了一种特别适用于该工艺的撞击流反应器，不仅能够强化撞击流的撞击效果，使反应器的微观混合效果大大增强；混合的时间大大缩短，提高了生产效率；强化了撞击区外的混合，避免了死区的存在；使得化学反应在反应器空间各位置的同步性提高，有助于提高产品质量。本发明专利技术方法降低了设备投资，保证了设备的长周期运行，具有良好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备糠醛的方法，特别是一种采用高效混合反应器生产糠醛并同时副产甲酸和醋酸的方法。
技术介绍
糠醛，又名呋喃甲醛。由于糠醛分子结构中存在醛基、双烯、环醚等官能团，所以它兼具醛、醚、二烯和芳香烃化合物的性质，可参与多种不同类型的反应，合成多种化工产品，广泛应用于食品、医药、合成树脂、铸造等多个生产领域。目前生产糠醛的原料是以富含戊聚糖的植物纤维，如玉米芯、甘蔗渣、玉米秆、稻壳等。其原理是戊聚糖首先被水解为戊糖，然后戊糖脱水环化生成糠醛。根据戊聚糖水解和戊糖脱水这两步反应是否在同一个反应器中，可将糠醛生产方法分为一步法和两步法。一步法的优点是设备简单、操作简单，但其主要缺点是蒸汽消耗量大，生产1吨糠醛消耗18～24吨的蒸汽，糠醛收率低，只有45%左右，产生大量废水废渣，生产1吨糠醛产生24吨高污染废水，原料利用率低，生产1吨糠醛，消耗玉米芯11吨，废渣发黑，纤维素和木质素破坏严重。两步法生产糠醛技术由于戊聚糖水解和戊糖脱水在两个反应器中进行，能够解决现有糠醛生产的原料利用率低、原料来源窄、糠醛收率低、工艺废水难处理、糠醛渣难以继续利用等难题，该法被认为是最具前景的糠醛生产新方法。目前“两步法”生产糠醛技术中的第一步，即生物质原料水解制取戊糖技术已经成熟，在较温和的反应条件下，生物质中的半纤维素即可水解主要生成戊糖，同时半纤维分子侧链上的乙酰基和甲酰基被氧化生成醋酸和甲酸，因此戊糖溶液中也含有一定量的甲酸和醋酸。然而由戊糖制取糠醛过程，由于糠醛容易与其前体物发生副反应从而导致糠醛收率很低，这也成为“两步法”生成糠醛技术未能工业应用的根本原因。只有在戊糖反应生成糠醛的同时快速把反应生成的糠醛快速转移出反应体系才能从根本上降低副反应提高糠醛收率。反应萃取制取糠醛技术被认为是最具工业前景的戊糖制取糠醛技术。反应萃取制取糠醛技术是指在戊糖反应生成糠醛过程加入一种与水不互溶而对糠醛具有高选择性的溶剂，靠溶剂不断把糠醛从水相反应体系萃取到溶剂相，从而大大降低副反应提高糠醛收率。CN101486695A公开了一种反应萃取制备糠醛的方法和装置。该专利技术以超临界二氧化碳为萃取剂，以固体酸为催化剂，超临界二氧化碳与戊糖溶液在填料萃取塔中逆流接触反应，在反应温度为200 ℃、木糖浓度30%(wt)、超临界二氧化碳压力为7 MPa时，糠醛收率为70%。CN102627618A公开了一种反应萃取制取糠醛的方法。该专利技术利用有机溶剂与戊糖溶液在填料萃取塔内逆流接触反应，在反应温度为200 ℃、戊糖浓度1.56%(wt)、溶剂比3:1时，糠醛收率为70%。采用反应萃取工艺制备糠醛的过程中，戊糖溶液与萃取剂能否高效的混合接触以促使反应生成的糠醛足够快速的传质到萃取相是制约糠醛收率高低的最关键因素。上述专利中萃取剂和戊糖溶液均是在填料萃取塔内逆流接触反应，但填料塔混合效果较差，副反应严重导致糠醛收率较低，最高只有70%；副反应生成的缩合产物还会累积在填料的表面引起填料堵塞，使得生产过程无法长时间进行；另外上述专利技术方法无法同时回收戊糖溶液的醋酸和甲酸，反应完的水溶液如果直接排放不仅会造成严重的环境污染，还会造成宝贵资源的浪费。撞击流是实现快速混合的一种十分有效的方法。它利用两股高速流体相向撞击，在反应器中形成一个高度湍动的撞击区，能够有效降低传递过程中的外部阻力，促进混合，强化传质传热。撞击流反应器已经广泛用于吸收、混合、传热、结晶等化工过程。开发高效的适用于反应萃取工艺制备糠醛过程的撞击流反应器是提高糠醛收率的有效手段。20世纪90年代以来，撞击流领域的研究明显转向以液体连续相撞击流（Liquid-continuous Impinging Streams，LIS）为重点。专利CN 100364656C在反应器壳体中设置两个正对的导流筒，液体通过泵的驱动作用分别流经两侧导流筒后，在中心处发生相向撞击。这种反应器虽然结构简单，但是只注重了两端导流筒流体的撞击效果，未考虑液体撞击后在反应器中的流动状况，容易造成反应器两侧存在死区。如果两撞击流体中存在固相催化剂，则容易造成催化剂沉降、滞留，直接影响反应深度和产品质量。专利CN 102989404 A在导流筒中设置螺旋桨，利用两螺旋桨的驱动作用使得反应器中液体在中心处发生撞击，同时利用导流筒和导流片的作用，解决了撞击区外的混合的问题。但螺旋桨需要动力驱动，因此需要外设电机，增加了反应器的整体造价；另外，安装螺旋桨的电机轴在反应器壁上需要安装轴封结构，长期运转易造成损坏，影响反应器的长周期运行。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高效生产糠醛并同时回收副产物甲酸和醋酸的新方法。本专利技术方法中使用了一种特别适用于该工艺的撞击流反应器，它不仅能够强化撞击流的撞击效果，而且可以实现撞击区外液体的高效、充分混合，并克服了带螺旋桨撞击流反应器的轴封问题，而且具有结构简单，运行可靠的优点。本专利技术提供了一种高效生产糠醛并同时回收副产物甲酸和醋酸的新方法，包括以下内容：（1）提供一种撞击流液相反应器，其包括反应器壳体，在反应器壳体内沿水平方向设置两个正对的导流筒，每个所述的导流筒均包括内筒和外筒，在外筒靠近碰撞面的一端固定连接有自旋叶轮；所述的自旋叶轮为一体式结构，其包括罩筒、环板、叶片和中心板四个部分；罩筒和环板相连，两者用于导流液体，环板与外筒相连；叶片固定于环板上，与导流筒轴向成夹角；（2）将生物质原料与水按照质量比0.05～1混合后进入水解釜，在100～160℃条件下水解0.2～1 h，得到戊糖、醋酸和甲酸混合溶液；（3）以步骤（2）中所得含戊糖混合溶液为原料，采用步骤（1）中的撞击流反应器作为反应器，将混合溶液与萃取剂通过输送设备分别通入撞击流反应器，反应所用催化剂为生物质水解副产的甲酸和/或醋酸，在戊糖脱水生成糠醛的反应条件下进行混合接触反应；（4）步骤（3）得到的反应流出物进行冷却静置分层，上层为水相，含有微量的糠醛、醋酸、甲酸及微量的未反应的戊糖，下层为萃取相，主要含有萃取剂、糠醛、醋酸、甲酸以及微量的水；（5）步骤（4）得到的萃取相进入萃取剂再生塔进行分离，塔顶得到含有微量水的糠醛、醋酸和甲酸的混合物，塔釜得到再生的萃取剂，所述萃取剂进入反应器循环使用；（6）步骤（5）中得到的含有微量水的糠醛、醋酸和甲酸混合物进入糠醛精制塔进行分离，塔釜得到糠醛，其纯度大于99.5wt%，塔顶得到醋酸和甲酸混合物；（7）步骤（6）中所得醋酸和甲酸混合物进入共沸精馏塔与共沸剂接触后进行分离，塔顶分相器得到水和共沸剂混合物，水从塔顶采出，共沸剂返回塔内，塔釜得到醋酸和甲酸，醋酸和甲酸混合物进入成品塔进一步分离，塔顶得到成品甲酸，塔釜得到成品醋酸，其纯度均大于99.5wt%。本专利技术的方法中，步骤（1）所述的撞击流反应器中，在靠近反应器两端的位置设置有一对螺旋桨。所述的螺旋桨分成两个部分：靠近外筒的部分，又称垂直部分；远离外筒的部分，又称弯曲部分。垂直部分与外筒垂直，用于驱动水流沿轴向流动；弯曲部分与垂线方向有一定夹角，驱动水流向斜上方流动，以便与来自第一撞击面的水流形成二次撞击；螺旋桨可对反应器两侧产生扰动，避免死区的形成。所述螺旋桨通过固定轴承与外筒连接。螺旋桨的桨叶（桨片）为向前弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效生产糠醛并同时回收副产物甲酸和醋酸的新方法，包括以下内容：（1）提供一种撞击流液相反应器，其包括反应器壳体，在反应器壳体内沿水平方向设置两个正对的导流筒，每个所述的导流筒均包括内筒和外筒，在外筒靠近碰撞面的一端固定连接有自旋叶轮；所述的自旋叶轮为一体式结构，其包括罩筒、环板、叶片和中心板四个部分；罩筒和环板相连，两者用于导流液体，环板与外筒相连；叶片固定于环板上，与导流筒轴向成夹角；（2）将生物质原料与水按照质量比0.05～1混合后进入水解釜，在100～160℃条件下水解0.2～1 h，得到戊糖、醋酸和甲酸混合溶液；（3）以步骤（2）中所得含戊糖混合溶液为原料，采用步骤（1）中的撞击流反应器作为反应器，将混合溶液与萃取剂通过输送设备分别通入撞击流反应器，反应所用催化剂为生物质水解副产的甲酸和/或醋酸，在戊糖脱水生成糠醛的反应条件下进行混合接触反应；（4）步骤（3）得到的反应流出物进行冷却静置分层，上层为水相，下层为萃取相；（5）步骤（4）得到的萃取相进入萃取剂再生塔进行分离，塔顶得到含有微量水的糠醛、醋酸和甲酸的混合物，塔釜得到再生的萃取剂，所述萃取剂进入反应器循环使用；（6）步骤（5）中得到的含有微量水的糠醛、醋酸和甲酸混合物进入糠醛精制塔进行分离，塔釜得到糠醛，塔顶得到醋酸和甲酸混合物；（7）步骤（6）中所得醋酸和甲酸混合物进入共沸精馏塔与共沸剂接触后进行分离，塔顶分相器得到水和共沸剂混合物，水从塔顶采出，共沸剂返回塔内，塔釜得到醋酸和甲酸，醋酸和甲酸混合物进入成品塔进一步分离，塔顶得到成品甲酸，塔釜得到成品醋酸。...

【技术特征摘要】
1.一种高效生产糠醛并同时回收副产物甲酸和醋酸的新方法，包括以下内容：（1）提供一种撞击流液相反应器，其包括反应器壳体，在反应器壳体内沿水平方向设置两个正对的导流筒，每个所述的导流筒均包括内筒和外筒，在外筒靠近碰撞面的一端固定连接有自旋叶轮；所述的自旋叶轮为一体式结构，其包括罩筒、环板、叶片和中心板四个部分；罩筒和环板相连，两者用于导流液体，环板与外筒相连；叶片固定于环板上，与导流筒轴向成夹角；（2）将生物质原料与水按照质量比0.05～1混合后进入水解釜，在100～160℃条件下水解0.2～1 h，得到戊糖、醋酸和甲酸混合溶液；（3）以步骤（2）中所得含戊糖混合溶液为原料，采用步骤（1）中的撞击流反应器作为反应器，将混合溶液与萃取剂通过输送设备分别通入撞击流反应器，反应所用催化剂为生物质水解副产的甲酸和/或醋酸，在戊糖脱水生成糠醛的反应条件下进行混合接触反应；（4）步骤（3）得到的反应流出物进行冷却静置分层，上层为水相，下层为萃取相；（5）步骤（4）得到的萃取相进入萃取剂再生塔进行分离，塔顶得到含有微量水的糠醛、醋酸和甲酸的混合物，塔釜得到再生的萃取剂，所述萃取剂进入反应器循环使用；（6）步骤（5）中得到的含有微量水的糠醛、醋酸和甲酸混合物进入糠醛精制塔进行分离，塔釜得到糠醛，塔顶得到醋酸和甲酸混合物；（7）步骤（6）中所得醋酸和甲酸混合物进入共沸精馏塔与共沸剂接触后进行分离，塔顶分相器得到水和共沸剂混合物，水从塔顶采出，共沸剂返回塔内，塔釜得到醋酸和甲酸，醋酸和甲酸混合物进入成品塔进一步分离，塔顶得到成品甲酸，塔釜得到成品醋酸。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的撞击流液相反应器在靠近反应器两端封头的位置设置有一对螺旋桨。3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的螺旋桨包括两个部分：靠近外筒的垂直部分和远离外筒的弯曲部分；所述的垂直部分与外筒垂直，用于驱动水流沿轴向流动；所述弯曲部分与垂线方向有一定夹角，驱动水流向斜上方流动，以便与来自第一撞击面的水流形成二次撞击。4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的螺旋桨通过固定轴承与外筒连接。5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述螺旋桨的桨叶为向前弯曲结构，倾斜角为15°～60°。6.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述螺旋桨的叶片设计成向液体流入侧弯曲的结构，其倾斜角为5°～60°。7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王阳峰，薄德臣，张英，高明，张伟，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11