一种连续化制备糠醛的方法技术

本发明专利技术公开了一种连续化制备糠醛的方法，利用连续化制备糠醛的反应装置制备糠醛，包括如下步骤：(1)将生物质预处理水解液由储料罐泵入水解塔中，经酸催化剂催化反应生成糠醛,水解塔内反应液体积为水解塔体积的1/3‑2/3；(2)水解塔内的反应温度为150～180℃，反应压力为0.3～0.8MPa，酸浓度为1～3％，控制水解塔内达到反应动态平衡；(3)步骤(2)中水解塔中得到的糠醛蒸汽依次经过冷凝罐、初馏塔、萃取塔、精馏塔，得到的得到精制的糠醛产品；(4)步骤(3)中冷凝罐中的蒸汽，经过加压，再进入反应器中供热。本发明专利技术采用分级冷凝策略，提高了醛液的浓度，同时初段冷凝后的蒸汽压缩回用，减少蒸汽消耗，降低成本。

A Continuous Method for Preparing Furfural

【技术实现步骤摘要】
一种连续化制备糠醛的方法
本专利技术属于生物化工领域，具体涉及从秸秆处理的半纤维素溶液经连续化水解、精馏制备糠醛的方法。
技术介绍
糠醛又名呋喃甲醛(C5H4O2)，相对分子质量为96.08，糠醛是一种重要的有机化工原料，广泛应用于石油，钢材，制药，精细化工品等方面。糠醛主要通过半纤维素水解得到的戊糖液经过脱水环化制备得到。中国是糠醛生产大国，规模化生产达到50万吨/年，其中20％用来出口。其中糠醛作为一种重要的有机化工原料，主要用来制备糠醇,糠醇是制备呋喃树脂的主要原料，除此之外，糠醛还是制备糠酸，呋喃，甲基呋喃，甲基四氢呋喃，乙酰丙醇的主要原料，这些精细化学品可以用来制备香料，杀菌剂，防腐剂，抗艾滋药，燃料添加剂，尼龙，橡胶等产品，在各领域都可以得到有效的利用。近年来国内外工业上应用较广的制备糠醛的工艺有QuakerOats工艺，Agrifuran工艺，Petrole-Chemie工艺，EscherWyss工艺和Rosenlew工艺。QuakerOats工艺以3％-6％的硫酸为催化剂，以蔗渣，玉米芯等为原料，在球形蒸煮罐中蒸煮，反应温度153℃，蒸煮6-8小时，反应过程中从罐底的蒸气阀门连续通入蒸气将生成的糠醛带出，然后醛汽进入汽提塔精馏。Agrifuran工艺采用浆料代替松散的物料，硫酸的加入量降低到1％，并用多个反应器串联降低蒸汽的使用量。Petrole-Chemie工艺采用磷酸或者过磷酸钙用作催化剂，废渣用于生产磷肥。EscherWyss工艺采用连续式操作工艺在流化床中以硫酸为催化剂在170℃下保持45min反应。Rosenlew工艺采用逆流操作模式，原料从反应器底部进入，过热蒸汽从反应器底部进入，逆流反应过程中，糠醛随蒸气排出。目前生产糠醛的技术主要是一步法酸催化玉米芯水解技术，通过汽提的方式将玉米芯水解得到的糠醛从反应体系中分离出来，再经过精馏精制得到纯品糠醛，该技术糠醛的理论收率在55％左右，但玉米芯中的纤维素伴随着水解产生甲酸，乙酸等副产物影响糠醛的纯度，使得精馏成本较高。另外每生产1吨糠醛需要消耗8吨玉米芯，20吨高品质的蒸汽，同时产生12吨糠醛渣，20吨废水，其中糠醛渣一部分燃烧产生的热量回用，剩余的作为固废填埋。其中不论是产生的废水，废渣或者是燃烧产生的二氧化硫都严重污染着环境。连续化水解半纤维素制备糠醛技术是在之前一步法酸催化基础上改进的方案。通过对生物质预处理后的水解液进行综合利用，将得到的半纤维素溶液经泵打入反应塔中，160℃下在2％左右的酸催化剂催化下，木聚糖水解并脱水环化成糠醛，然后糠醛伴随着加热的水蒸汽从排气口排出，经换热器冷凝得到醛液，再经过精馏精制得到纯品糠醛。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种连续化制备糠醛的方法，包括连续进料，连续精馏，控制反应速率，控制反应塔内压力，保护环境，节约成本的方法。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：.一种连续化制备糠醛的方法，利用连续化制备糠醛的反应装置制备糠醛，包括如下步骤：(1)将生物质预处理水解液由储料罐泵入水解塔中，经酸催化剂催化反应生成糠醛,所述生物质预处理水解液的流入水解塔的流速与水解塔中内反应液体积的比例为3～6mL/min:100mL，优选5mL/min:100mL；水解塔内反应液体积为水解塔体积的；(2)水解塔内的反应温度为150～180℃，优选170℃，反应压力为0.3～0.8MPa，优选0.55MPa，所述反应液中酸催化剂的质量分数为1～3％，优选2％，控制进料流速保证料液反应时间为60～80min，控制水解塔的出汽速率，保证进液量与出汽量相同，优选60min，水解塔内达到反应动态平衡；(3)步骤(2)中水解塔中得到的糠醛蒸汽依次经过冷凝罐、初馏塔、水洗塔、精馏塔、分相罐，得到的得到精制的糠醛产品；糠醛汽经过冷凝罐后的得到高浓度醛液参数为：糠醛醛液质量分数为5％～30％，优选20％，醛液温度为60～100℃，优选90℃；冷凝后的蒸汽参数包括：蒸汽中含糠醛含量为0.1～4％(g/L)，优选0.1％(g/L)，蒸汽温度为95～110℃，优选100℃；(4)步骤(3)中冷凝罐中的蒸汽，经过加压，再进入反应器中供热。步骤(1)中，生物质预处理水解液为包含戊聚糖的生物质水解液，其戊聚糖质量分数为1～10％，优选3％，其pH为2～5，优选pH为4，生物质水解液中固形物含量为在2～15％(g/L)，优选固形物含量为5％。步骤(1)中，所述的催化剂为非挥发性酸，所述的非挥发性酸为硫酸、磷酸、固体酸、酸性离子液体，所述固体酸包括：磺化氧化锆、三氟甲烷磺酸负载的氧化锆，磷化锆，H-Y分子筛等，其中酸性离子液体包括：磺酸咪唑型离子液体。所述的生物质预处理水解液包括除去纤维和木质素的生物质精炼系统得到的预处理蒸煮液、造纸预处理蒸煮液。作为优选，所述的生物质精炼系统得到的预处理蒸煮液包括：水热法预处理蒸煮液、酸法预处理蒸煮液；所述造纸预处理蒸煮液包括：溶解浆、酸性亚硫酸盐法预处理水煮液、预水解硫酸盐法蒸煮液。步骤(3)中，粗馏塔温度为90～102℃，回流比为6～10，理论塔板数为18～24，萃取塔温度为30～50℃，精馏塔温度为110～125℃，回流比为0.15-0.2，理论塔板数为8～12。一种连续化制备糠醛的反应装置，包括如下系统：水解系统、冷凝系统、连续化精馏系统、收集罐；所述水解系统包括：储料罐、水解塔、蒸汽发生器；所述储料罐通过进料管道与水解塔的底部连接，所述进料管道上设有流量计、流量泵，所述的蒸汽发生器通过进汽管道与水解塔的底部连接，所述进汽管道上设有流量计，所述水解塔上设有出气管道，所述出气管道上设有备压阀和流量计；通过备压阀与流量计控制出汽量，从而控制水解塔内压力，控制塔内反应温度，另外反应产生的糠醛伴随着水蒸汽蒸出，减少了糠醛高温酸性条件下的聚合，结焦等现象所述冷凝系统包括：冷凝罐、蒸汽压缩机，冷凝罐通过出气管道与水解塔连接，所述蒸汽压缩机通过蒸汽管道与进汽管道连接，所述的蒸汽管道上设有蒸汽压缩机；所述的连续化精馏系统包括初馏塔、萃取塔、精馏塔；所述初馏塔通过第一管道与冷凝罐的底部连接，所述初馏塔的顶部通过第二管道与第一分相罐连接，所述初馏塔的底部通过第三管道与第一再沸器连接；所述萃取塔的底部通过第四管道与第一分相罐连接，所述第四管道与第二再沸器连接，所述萃取塔的顶部通过第五管道与第二分相罐连接；所述精馏塔的底部通过第六管道与第二分相罐连接，所述第六管道与第三再沸器连接，所述精馏塔的顶部通过第七管道与第三分相罐连接，所述第三分相罐与收集罐连接。有益效果：1.本专利技术采用原料为生物质预处理后的水解液，解决了生物质分级利用的难题，同时高温水解得到的半纤维素溶液，产出醛汽纯度比之一步法大大提高，降低了精馏的成本；2.本专利技术采用连续化反应装置，生物质预处理水解液随着泵进入反应塔，反应产生的糠醛伴随蒸汽进入精馏系统，得到糠醛，采用连续化反应体系，极大减少了固渣的产生以及含酸废水的产生。3.本专利技术采用分级冷凝策略，提高了醛液的浓度，同时初断冷凝后的蒸汽压缩回用，减少蒸汽消耗，降低成本；另外产生的醛汽与一步法产生的醛汽相比，因没有纤维素组分，使得产生的醛汽纯度更高，节约了精馏部分的能耗。附图说明图1为连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续化制备糠醛的方法，其特征在于，利用连续化制备糠醛的反应装置制备糠醛，包括如下步骤：(1)将生物质预处理水解液由储料罐泵入水解塔中，经酸催化剂催化反应生成糠醛,所述生物质预处理水解液的流入水解塔的流速与水解塔中内反应液体积的比例为3～6mL/min:100mL，水解塔内反应液体积为水解塔体积的30％～60％；所述反应液为含有酸催化及的水溶液；(2)水解塔内的反应温度为150～180℃，反应压力为0.3～0.8MPa，所述反应液中酸催化剂的质量分数为1～3％，水解塔的进液量与出汽量相同，水解塔内达到反应动态平衡；(3)步骤(2)中水解塔中得到的糠醛蒸汽依次经过冷凝罐、初馏塔、萃取塔、精馏塔，得到的得到精制的糠醛产品；(4)步骤(3)中冷凝罐中的蒸汽，经过加压，再进入反应器中供热。

【技术特征摘要】
1.一种连续化制备糠醛的方法，其特征在于，利用连续化制备糠醛的反应装置制备糠醛，包括如下步骤：(1)将生物质预处理水解液由储料罐泵入水解塔中，经酸催化剂催化反应生成糠醛,所述生物质预处理水解液的流入水解塔的流速与水解塔中内反应液体积的比例为3～6mL/min:100mL，水解塔内反应液体积为水解塔体积的30％～60％；所述反应液为含有酸催化及的水溶液；(2)水解塔内的反应温度为150～180℃，反应压力为0.3～0.8MPa，所述反应液中酸催化剂的质量分数为1～3％，水解塔的进液量与出汽量相同，水解塔内达到反应动态平衡；(3)步骤(2)中水解塔中得到的糠醛蒸汽依次经过冷凝罐、初馏塔、萃取塔、精馏塔，得到的得到精制的糠醛产品；(4)步骤(3)中冷凝罐中的蒸汽，经过加压，再进入反应器中供热。2.根据权利要求1所述的连续化制备糠醛的方法，其特征在于，步骤(1)中，生物质预处理水解液为包含戊聚糖的生物质水解液，其戊聚糖质量分数为1～10％，其pH为2～5，生物质水解液中固形物的质量数为为在2～15％。3.根据权利要求1所述的连续化制备糠醛的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的催化剂为非挥发性酸，所述的非挥发性酸为硫酸、磷酸、固体酸、酸性离子液体，所述固体酸包括：磺化氧化锆、三氟甲烷磺酸负载的氧化锆、磷化锆、H-Y分子筛中的一种或几种的混合物；所述酸性离子液体包括：磺酸咪唑型离子液体。4.根据权利要求1或2所述的连续化制备糠醛的方法，其特征在于，所述的生物质预处理水解液包括除去纤维和木质素的生物质精炼系统得到的预处理蒸煮液、造纸预处理蒸煮液。5.根据权利要求4所述的连续化制备糠醛的方法，其特征在于，所述的生物质精炼系统得到的预处理蒸煮液包括：水热法预处理蒸煮液、酸法预处理蒸煮液；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晨杰，沈涛，应汉杰，仲凌霞，孙香香，唐成伦，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32