一种汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法，采用汽提糠醛后的农林废弃物残渣作为原料，酸性环境下循环水解得到乙酰丙酸稀水解液，再经萃取

【技术实现步骤摘要】
一种汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法

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[0001]本专利技术涉及产品纯化
，具体涉及一种汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法。

技术介绍
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[0002]乙酰丙酸，分子式C5H8O3，分子量116.12，是一种同时含羰基、α
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氢和羧基的多官能团有机化合物，是一种重要的可再生的生物基平台化合物，易发生成盐、酯化、加氢、缩合、氧化和卤化等一系列化学反应，是制备多种高附加值化工产品的重要中间体，广泛应用于香料、溶剂、油品添加剂、医药和增塑剂等工业领域。工业上乙酰丙酸是由淀粉、葡萄糖、纤维素原料经深度水解制得。由于农林废弃物还含有大量的半纤维素和木质素，在水解的过程中，还会伴随很多副反应及副产物的产生，比如：腐黑质、焦油等，这些杂质一般为黑色，很难分离，造成现有工业装置很难直接采用农林废弃物做为原料生产乙酰丙酸。现有的生产技术工艺主要采用糠醇做为原料，在酸性环境下水解得到乙酰丙酸，经蒸馏、结晶等工序得到乙酰丙酸纯品。CN 108863770A采用金属离子改性HZSM
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5催化剂与葡萄糖按质量比1：10～10：1混合，添加葡萄糖质量60～100倍的γ
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戊内酯/水溶液，高压反应釜内5MPa、150～190℃温度下反应，反应结束后固液分离，液体部分进行减压蒸馏，得乙酰丙酸。CN 100548966C和CN 1914148A从包含乙酰丙酸的含水混合物中反应萃取乙酰丙酸，在催化剂存在下，50～250℃温度时乙酰丙酸水溶液与液态醇反应生成乙酰丙酸酯，再用该液态醇萃取反应液，得到乙酰丙酸酯
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液态醇混合物，之后乙酰丙酸酯分解得到乙酰丙酸和醇，再经分离得到乙酰丙酸，这种方法流程长、步骤繁琐、能耗高。CN104066705A先在反应器中加热无机酸，然后向反应器中添加含果糖、葡萄糖的水溶液生物原料，反应后冷却至室温，产物经过滤器除杂，溶剂萃取后，萃取相进一步通过减压蒸馏分离出乙酰丙酸、甲酸或两者的混合物，萃余相回用于反应器；该专利还提出了另一种冷却结晶提取乙酰丙酸的方法，该专利的原料是价值较高的富含果糖或葡萄的混合水溶液，产物分离中杂质含量较少，采用一级萃取、一级蒸馏或一级结晶就可得到乙酰丙酸产品，不适用于杂质复杂、杂质量大的农林废弃物制备乙酰丙酸提纯。CN104311411B采用多级酸水解制备乙酰丙酸，每级反应秸秆和稀酸溶液质量比1：5～10，200～250℃反应30～60min，稀酸溶液质量浓度为1～3％，每级反应后产物压滤，得到的滤液和新鲜秸秆进行下一级水解反应，该专利没有给出水解液分离提纯乙酰丙酸的方法。CN104854075A对酸水解生物质后的水解液采用固液分离步骤、蒸汽去除步骤和溶剂
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溶剂萃取步骤，其中使用蒸汽冷凝物和/或来自溶剂萃取的水相来洗涤固体部分，但该方法没有脱除水解液中硫酸的步骤，会导致后续蒸汽去除步骤设备材质选用高价值合金，同时酸存在会导致蒸馏时釜底残液/残渣变多。CN105392769B采用有机溶剂和水解液接触萃取，得到的有机溶液再用碱性水溶液洗涤，之后得到的有机溶液再经蒸馏，从馏出物和/或残余物中回收乙酰丙酸，这种方法会产生大量的洗涤废水；另外，该方法未提及水解液中大量的胡敏素怎样处理，木质纤维素水解过程中不可避免的会产生大量胡敏素，
在后续蒸馏过程中会在蒸馏釜底部聚合结焦。CN107915619B采用络合萃取分离乙酰丙酸水溶液，采用的络合萃取剂包括：络合剂、助溶剂、稀释剂和无机盐，络合萃取剂萃取后，再用酸溶液作为反萃取剂，对络合萃取相进行反萃取，然后得到乙酰丙酸纯相和再生后的络合萃取剂。该方法引入了多种溶剂组份和无机盐，只通过络合萃取和反萃取很难得到高纯度的乙酰丙酸，该专利实施例中也只是说明了络合萃取对乙酰丙酸的萃取率，没有给出纯品乙酰丙酸的浓度。美国专利US2021/0253508A1将酸处理后的纸浆过滤分离，得到水解液用有机溶剂萃取，然后萃取相再用含酸水溶液反萃取，得到的含乙酰丙酸水溶液再用膜分离得到纯品乙酰丙酸。
[0003]综上所述，目前的国内外专利提纯水解液中的乙酰丙酸主要采用萃取、络合萃取、精馏、过滤这几种方法或多种方法组合，但目前的技术方法普遍存在不能系统化、集成化、经济性低等问题，鲜见有投产的工业化装置，难以大规模工业化推广。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的是提供一种汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法，采用汽提糠醛后的农林废弃物残渣作为原料，酸性环境下循环水解得到乙酰丙酸稀水解液，再经萃取
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精馏一体化分离提纯技术，获得高纯度乙酰丙酸产品，极大的降低生产成本，可用于大规模处理含木质纤维素的农林废弃物，降低碳排放、保护环境，同时获得较高的经济收益，解决了含乙酰丙酸的水解液分离存在的硫酸用量大、含硫酸水解液精馏高温腐蚀、水解液中组份复杂高温聚合结焦难分离、难以进行连续生产、能耗高、辅助组分复杂等技术难题，同时缓解农林废弃物处理的难题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0006]一种汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]1)水蒸汽汽提糠醛后的农林废弃物残渣在水解釜内，加入稀硫酸或回用的后续萃取步骤水相配制的稀酸在150～220℃、0.4～1MPaG进行循环水解反应，得到提纯原料，该原料含乙酰丙酸3～12wt％；
[0008]2)步骤1)得到的提纯原料在连续萃取塔内和酮类/呋喃类有机溶剂进行逆流接触，将乙酰丙酸萃取到有机溶剂中；.
[0009]3)萃取相进入中和釜，添加少量的碱性固体或液体进行中和反应，脱除少量的硫酸；
[0010]4)中和后的萃取液经高速离心机分离固体和难溶的腐黑质；
[0011]5)采用脱轻塔和脱重塔连续两级精馏脱除轻组份和重组份杂质，得到乙酰丙酸纯品，脱轻塔塔顶得到的有机溶剂轻组份作为萃取剂回用于萃取塔。
[0012]该方法具体包括以下步骤：
[0013](1)采用水蒸汽汽提糠醛后的农林废弃物残渣作为原料，投入到水解釜内，同时在水解釜内投入5～10倍水蒸汽汽提糠醛后的农林废弃物残渣重量的5～12wt％稀硫酸，然后150～220℃、0.4～1MPaG搅拌水解1～3小时，得到的固液混合物经降温闪蒸、冷凝、压滤分离固体残留木质素后，得到含乙酰丙酸的水解液，以该水解液作为原料，添加消耗的催化剂硫酸，得到含乙酰丙酸的稀硫酸溶液，然后再次投加到水解釜中，和新鲜的汽提后农林废弃
物残渣再次进行水解反应，如此重复3～10次，得到提纯原料，该原料含乙酰丙酸3～12wt％；
[0014](2)步骤(1)得到的提纯原料通过泵送至连续多级萃取塔的顶部，酮类/呋喃类溶剂作为萃取剂通过泵连续送至多级萃取塔底部，步骤(1)得到的提纯原料和酮类/呋喃类萃取剂流量比为1：0.5～5，乙酰丙酸、木质纤维素在酸水解条件下生成的不溶解的腐黑质和少量硫酸迁移至萃取相，从萃取塔顶部采出；萃余相含水、硫酸及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)水蒸汽汽提糠醛后的农林废弃物残渣在水解釜内，加入稀硫酸或回用的后续萃取步骤水相配制的稀酸在150～220℃、0.4～1MPaG进行循环水解反应，得到提纯原料，该原料含乙酰丙酸3～12wt％；2)步骤1)得到的提纯原料在连续萃取塔内和酮类/呋喃类有机溶剂进行逆流接触，将乙酰丙酸萃取到有机溶剂中；3)萃取相进入中和釜，添加少量的碱性固体或液体进行中和反应，脱除少量的硫酸；4)中和后的萃取液经高速离心机分离固体和难溶的腐黑质；5)采用脱轻塔和脱重塔连续两级精馏脱除轻组份和重组份杂质，得到乙酰丙酸纯品，脱轻塔塔顶得到的有机溶剂轻组份作为萃取剂回用于萃取塔。2.根据权利要求1所述汽提糠醛后的农林废弃物残渣制取高纯度乙酰丙酸的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用水蒸汽汽提糠醛后的农林废弃物残渣作为原料，投入到水解釜内，同时在水解釜内投入5～10倍水蒸汽汽提糠醛后的农林废弃物残渣重量的5～12wt％稀硫酸或回用的后续萃取步骤水相配制的稀酸，然后150～220℃、0.4～1MPaG搅拌水解1～3小时，得到的固液混合物经降温闪蒸、冷凝、压滤分离固体残留木质素后，得到含乙酰丙酸的水解液，以该水解液作为原料，添加消耗的催化剂硫酸，得到含乙酰丙酸的稀硫酸溶液，然后再次投加到水解釜中，和新鲜的汽提后农林废弃物残渣再次进行水解反应，如此重复3～10次，得到提纯原料，该原料含乙酰丙酸3～12wt％；(2)步骤(1)得到的提纯原料通过泵送至连续多级萃取塔的顶部，酮类/呋喃类溶剂作为萃取剂通过泵连续送至多级萃取塔底部，步骤(1)得到的提纯原料和酮类/呋喃类萃取剂流量比为1：0.5～5，乙酰丙酸、木质纤维素在酸水解条件下生成的不溶解的腐黑质和少量硫酸迁移至萃取相，从萃取塔顶部采出；萃余相含水、硫酸及少量有机溶剂，从萃取塔底部采出，作为配酸水用于配置稀硫酸直接回用至水解釜；所述的连续多级萃取塔为填料塔，包括规整填料和散堆填料，材质为普通不锈钢；萃取塔操作压力为0.1～0.5MPaG，操作温度≤50℃；(3)步骤(2)从萃取塔顶部出来的萃取相进入中和釜，在中和釜内与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨光，马升勇，贾蓉蓉，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：