一种由木质生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法技术

一种由木质纤维生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，第一步，木质纤维生物质定向液化反应：生物质原料与低碳醇、酸性催化剂在微波液化反应系统中醇解液化反应；第二步，定向萃取分离获得化学品过程：将直接液化产物过滤得到残渣和滤液。滤液用NaOH溶液中和，中和液旋转蒸发溶剂后得到液化产物，液化产物加入蒸馏水，通过萃取分离的方法，得到酚类化合物。第三步，残渣综合利用过程：将液化残渣经过加入低碳醇搅拌将表面的木质素降解产物成分溶解到低碳醇溶剂中，将溶剂过滤后，得到灰白色的固体；再进一步经过稀碱溶液清洗和超声洗涤后，得到白色的纤维素固体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源利用领域，主要涉及生物质加压液化制备高附加化学品和综合利用的方法。
技术介绍
生物质能源是一种丰富的可再生能源，通过将生物质能源进行高效、合理的利用可以缓解社会对化石燃料的需求压力，而且可以保护环境，减少有害气体的排放。生物质主要由半纤维素、纤维素和木质素三大组分构成。目前，纤维素和半纤维素的利用主要是通过化学催化或生物发酵等方法，获得乙醇、呋喃和糠醛等化合物；由于木质素大分子结构复杂的制约，其合理利用还存在一些困难。木质素占整个木质纤维生物质组分的15～30％，但是热值却占40％左右，是唯一可提供可再生芳基化合物的非石油资源，也是富含芳烃最多的可再生资源。近年来，由于其特殊的化学结构和潜在的利用价值，木质素的高值化利用或者催化降解成酚类化合物逐渐成了研究热点。木质素通过热化学转化的方法可以降解为酚类化合物，而酚类化合物可以进一步加氢提质为醇类和烃类，这对于木质素大规模利用是一条非常有前景的利用途径，因此需要将酚类化合物从液化产物中分离出来。此外，液化残渣经过一系列的处理可以获得高附加值的纤维素。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种由木质纤维生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，技术方案为：一种由木质纤维生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，包括以下步骤：第一步，加压液化反应：将绝干重的木质纤维生物质、低碳醇和酸性催化剂密闭微波液化醇解反应，反应结束后，降至室温后打开反应釜；第二步，定向萃取分离操作：将第一步得到的微波液化产物过滤得到残渣和滤液，滤液用碱溶液中和，滤液旋转蒸发、回收低碳醇溶剂，得到液化产物，液化产物加入蒸馏水后，分相得到水溶相和水不溶相，水溶相将蒸馏水旋蒸，水不溶相经真空干燥后，得到酚类化合物；第三步，液化残渣的综合利用：将液化残渣加入低碳醇，搅拌洗涤后，将表面的木质素降解产物溶解到低碳醇溶剂中，将低碳醇溶剂过滤后，得到灰白色的固体；再进一步经过稀碱溶液清洗和超声洗涤后，得到白色的纤维素固体。所述低碳醇为甲醇、乙醇或丙醇中的任意一种。所述酸性催化剂为硫酸、磷酸或甲苯磺酸中的任意一种。所述的木质纤维生物质包括竹材、杨木、松木和桉木中的任意一种。第一步中所述的纤维生物质：酸性催化剂的质量比为1:0.05～0.2。第一步中微波液化醇解反应温度160～200℃，反应时间为5～15min。所述的真空旋转蒸发可通过在40～60℃，压力为-0.09MPa下减压旋转蒸发。所述的碱包括氢氧化钠。有益效果1.生物质的微波液化实验，选用低碳醇甲醇作为溶剂，利用其在近临界状态下具有较高反应活性，可提高液体产物收率，溶剂回收操作简单；酸性催化剂优选硫酸，价格低廉、具有较强的酸性，能够提高生物质的转化率。2.本专利技术的方法中使用蒸馏水的萃取方法，酚类化合物可以经过进一步的提质、加氢和脱氧处理，得到高热值、高稳定性的富烃燃油。3.残渣经过稀碱溶液清洗和超声洗涤后，得到高纯度的白色纤维素固体。附图说明：图1基于生物质的微波液化获得酚类化合物和液化残渣综合利用的工艺流程图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，需要说明的是，实施例并不构成对本专利技术要求保护范围的限定。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或者条件所做的修改和替换，均属于本专利技术的范围。若未特别说明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中所用的竹材等木质纤维生物质使用前需在105℃下干燥8h以上至恒重即为绝干重。一种由木质生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，包括以下步骤：第一步，微波液化反应：将绝干重的木质纤维生物质原料、低碳醇和酸性催化剂加入到聚四氟乙烯反应釜中，密封反应釜，反应釜在微波反应器中，160～200℃微波液化醇解反应5～15min，反应结束后将反应釜拿出，降至室温后打开反应釜。其中竹材等生物质与酸性催化剂的质量比为1:0.05～0.20；所述低碳醇的分子结构中碳原子和羟基的数量均为1～3；所述的木质纤维生物质为竹材、杨木、松木和桉木中的任意一种。第二步，定向萃取分离操作：将第一步得到的微波液化产物倒出，过滤得到残渣和滤液。滤液用NaOH溶液中和，滤液旋转蒸发、回收有机溶剂，得到液化产物。液化产物加入蒸馏水后，分相得到水溶相和水不溶相。水溶相将蒸馏水旋蒸，水不溶相经真空干燥后，得到酚类化合物，GC-MS检测酚类物质的含量大于70％。第三步，液化残渣的综合利用：将液化残渣加入一定质量的低碳醇，搅拌洗涤1～7h后，将表面的木质素降解产物溶解到低碳醇溶剂中，将溶剂过滤后，得到灰白色的固体；再进一步经过稀碱溶液清洗3次和超声洗涤30min后，得到白色的纤维素固体。所述低碳醇为甲醇、乙醇和丙醇中的任意一种。所述酸性催化剂为硫酸、磷酸甲苯磺酸的任意一种。所述的真空旋转蒸发可通过在40～60℃，压力为-0.09MPa下减压旋转蒸发，将溶剂分离并回收。本专利技术对分级分离得到的酚类化合物的结构进行了研究，采用的仪器是气相-质谱仪(GC-MS)。GC-MS的检测方法：色谱柱HP-5，色谱条件：30℃(保温5min)，升温速率5℃/min，230℃(保温15min)。一种由木质生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，包括以下步骤：第一步，微波液化反应：将绝干重的木质纤维生物质原料、低碳醇和酸性催化剂加入到聚四氟乙烯反应釜中，密封反应釜，反应釜在微波反应器中，160～200℃微波液化醇解反应5～15min，反应结束后将反应釜拿出，降至室温后打开反应釜。其中竹材等生物质与酸性催化剂的质量比为1:0.05～0.20；所述低碳醇的分子结构中碳原子和羟基的数量均为1～3；所述的木质纤维生物质为竹材、杨木、松木和桉木中的任意一种。第二步，定向萃取分离操作：将第一步得到的微波液化产物倒出，过滤得到残渣和滤液。滤液用NaOH溶液中和，滤液旋转蒸发、回收有机溶剂，得到液化产物。液化产物加入蒸馏水后，分相得到水溶相和水不溶相。水溶相将蒸馏水旋蒸，水不溶相经真空干燥后，得到酚类化合物，GC-MS检测酚类物质的含量大于70％。第三步，液化残渣的综合利用：将液化残渣加入一定质量的低碳醇，搅拌洗涤1～7h后，将表面的木质素降解产物溶解到低碳醇溶剂中，将溶剂过滤后，得到灰白色的固体；再进一步经过稀碱溶液清洗3次和超声洗涤30min后，得到白色的纤维素固体。实施例1称取2g绝干重竹材，16g甲醇和0.05g硫酸加入到体积为100mL的聚四氟乙烯反应釜中，密封高压反应釜，放入微波反应系统，微波反应系统包括微波反应和恒定的匀速磁力搅拌。用5min升温至180℃，升温到180℃反应10min。反应完毕后，迅速通冷却水使反应釜内的温度降至室温。打开反应釜，将直接加压液化产物过滤得到残渣和滤液。滤液用NaOH溶液中和，旋转蒸发、回收液化低碳醇溶剂。将液体产物加入20g蒸馏水，产生水溶相和水不溶相。将水溶相倒出，旋转蒸发蒸馏水后，得到水溶相产品0.67g。水不溶相放入真空干燥箱中，干燥至恒重，即可获得高附加值的酚类化合物0.38g；对酚类化合物进行GC-MS检测，其酚类物质的含量为72.07％。将浅棕色液化残渣加入100mL甲醇洗涤6h后，即可将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由木质纤维生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，加压液化反应：将绝干重的木质纤维生物质、低碳醇和酸性催化剂密闭微波液化醇解反应，反应结束后，降至室温后打开反应釜；第二步，定向萃取分离操作：将第一步得到的微波液化产物过滤得到残渣和滤液，滤液用碱溶液中和，滤液旋转蒸发、回收低碳醇溶剂，得到液化产物，液化产物加入蒸馏水后，分相得到水溶相和水不溶相，水溶相将蒸馏水旋蒸，水不溶相经真空干燥后，得到酚类化合物；第三步，液化残渣的综合利用：将液化残渣加入低碳醇，搅拌洗涤后，将表面的木质素降解产物溶解到低碳醇溶剂中，将低碳醇溶剂过滤后，得到灰白色的固体；再进一步经过稀碱溶液清洗和超声洗涤后，得到白色的纤维素固体。

【技术特征摘要】
1.一种由木质纤维生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，加压液化反应：将绝干重的木质纤维生物质、低碳醇和酸性催化剂密闭微波液化醇解反应，反应结束后，降至室温后打开反应釜；第二步，定向萃取分离操作：将第一步得到的微波液化产物过滤得到残渣和滤液，滤液用碱溶液中和，滤液旋转蒸发、回收低碳醇溶剂，得到液化产物，液化产物加入蒸馏水后，分相得到水溶相和水不溶相，水溶相将蒸馏水旋蒸，水不溶相经真空干燥后，得到酚类化合物；第三步，液化残渣的综合利用：将液化残渣加入低碳醇，搅拌洗涤后，将表面的木质素降解产物溶解到低碳醇溶剂中，将低碳醇溶剂过滤后，得到灰白色的固体；再进一步经过稀碱溶液清洗和超声洗涤后，得到白色的纤维素固体。2.如权利要求1所述由木质纤维生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残渣综合利用的方法，其特征在于，所述低碳醇为甲醇、乙醇或丙醇中的任意一种。3.如权利要求1所述由木质纤维生物质定向液化获得高附加值化学品和液化残...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋剑春，冯君锋，徐俊明，王奎，应浩，杨中志，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32