一种农林废弃物制糠醛的方法技术

本发明专利技术公开了一种农林废弃物制备糠醛的方法。该方法包括如下步骤：(1)设置两套汽提釜，交叉操作，保证汽提气连续采出；(2)每套汽提釜外设置专用的蒸汽循环压缩机，部分汽提釜采出的汽提气通过蒸汽循环压缩机增压升温后返回汽提釜，通过汽提气部分循环提高采出汽提气中糠醛浓度；(3)采出汽提气作为后续糠醛精馏提纯系统再沸器的热源，降低新鲜水蒸汽的耗量。本发明专利技术提出的方法可以显著降低糠醛生产的水蒸汽耗量，降低废水外排量。降低废水外排量。降低废水外排量。

【技术实现步骤摘要】
一种农林废弃物制糠醛的方法


[0001]本专利技术涉及农林废弃物制备高值化学品
，尤其涉及一种甘蔗渣、玉米秆、玉米芯、高粱秆、棉花秆等农林废弃秸秆制备糠醛的方法，具体是一种农林废弃物制糠醛的方法。

技术介绍

[0002]糠醛又称呋喃甲醛，分子式C5H4O2，分子量96.08，属于杂环类有机化合物，是一种重要的可再生的生物基平台化合物，可应用于医药、农药、树脂、日化等众多领域。工业上糠醛是由农林废弃物如甘蔗渣、棉花秆、高粱杆、玉米杆和玉米芯等用稀硫酸共热水解制取。农林废弃物主要由半纤维素、纤维素和木质素组成，在酸性、一定温度和压力的环境下，半纤维素优先水解为戊糖，然后戊糖脱水生成糠醛。
[0003]目前，国内外的糠醛生产原料一般采用玉米芯，生产技术普遍采用“一锅法”或“一步法”，即水解和脱水两步反应在一个水解釜内完成，催化剂一般采用稀硫酸，间歇操作，水解釜分离后的糠醛水溶液采用连续精馏提纯方法来分离得到糠醛。这种方法每生产一吨糠醛消耗水蒸汽20～25吨，同时产生废水24～29吨，糠醛渣的处理方式是用作燃料直接烧掉。另一种方法称为“两步法”，即半纤维素的水解和戊糖的脱水环化生成糠醛分别在两个不同的反应釜内完成，由于半纤维素聚合度低，比较容易水解，所以先完成第一步半纤维素水解制备戊糖，第二步再利用戊糖制备糠醛。“两步法”在国内还没有工业生产装置。
[0004]我国目前的糠醛产能～40万吨/年，现有的生产技术工艺亟需升级换代，以便降低能耗、减少废水排放量。
[0005]CN 101942529A将秸秆粉碎成0.1～5mm颗粒装入水解釜，加入0.3～0.5wt％稀硫酸，稀硫酸加入量是秸秆量的5～7倍，110～130℃的温度下水解2～3小时，然后过滤分离，稀糠醛水溶液经蒸馏提纯得到糠醛。CN 105198842A将玉米芯与2～6wt％的稀硫酸混合，然后加入水解锅，加热到140～180℃，水解4～6小时，水解后经过初馏、中和、精馏得到糠醛。CN102766120B利用秸秆为原料，通入过热蒸汽和气相酸(盐酸)，采用多釜串联气相酸催化水解方法，使秸秆在气相酸中进行水解反应，制备糠醛，该方法依然做不到连续操作，蒸汽冷凝后依然含有盐酸，后续的糠醛提纯系统还是要面对酸腐蚀，以及使用的大量蒸汽冷凝后变为废水需要处理的问题。CN 104292192B采用蒸汽爆破的方法将玉米芯中的半纤维素、纤维素和木质素分离出来，半纤维素加6～12wt％的稀硫酸，“一锅法”水解生成糠醛，后续还是相同的精馏提纯工艺，该技术只是增加了原料预处理功能，依然解决不了能耗高、废水量高的问题。CN 104379570A采用生物质做原料，通过在水解釜中添加有机相来和含催化剂的水相浆液形成两相，生成的糠醛萃取到有机相中，额外引入的有机相增加了工艺系统的复杂性，提高了后续提纯处理的成本，同时有机相不可避免有损失，还需定期补充有机相，增加了额外的成本。CN 107021878A采用水蒸汽连续通入含有生物质及酸的釜，将生成的糠醛连续汽提出来，该方法汽提气中糠醛的浓度很低，需要浪费大量的水蒸汽，同时冷凝后的水蒸汽也变成了废水，这种目前普遍采用的生产工艺能耗及废水量大，经济效益不高。
[0006]美国专利US4897497采用水解釜，稀酸和生物质在水解釜内，通入蒸汽进行保温保压，反应结束后处理水解液；US6743928采用农林废弃物降解后的木糖作为原料，反应釜间歇通水蒸汽，通过使反应釜逐渐降压保证反应釜内物料处于沸腾状态，这种反应方式跟传统水解没有太大区别；US8426619采用水解釜一步水解生成糠醛、乙酰丙酸、乙酸和甲酸等，后续处理工艺采用多级闪蒸以充分回收能量及分批处理产品，由于产品组成复杂，后续精馏提纯成本较高；US8524924采用双相系统(木质纤维素在含催化剂的水相中反应，生成的糠醛萃取至有机相)在水解釜中反应，生成的糠醛可及时迁移至有机相，降低了副反应发生几率，但引入额外的物质增加了工艺系统的复杂性，提高了后续提纯处理的成本，同时有机相不可避免有损失，还需定期补充有机相，增加了额外的成本；欧洲专利EP2513080B1采用有机酸作为催化剂，在水解釜中水解生物质中的半纤维素生成糠醛，这种方法依然存在能耗高、废水量大的问题。
[0007]综上所述，目前的生物质制备糠醛依然面对能耗高、废水产生量高的问题，虽然近几十年来科技工作者探索了各种新的工艺解决方案，但都没有从根本上解决这两个问题。本专利技术通过循环使用汽提气，充分利用汽提气的潜热进行热耦合集成，来显著降低糠醛生产的能耗和废水排放量，本方法结论表明：在同样糠醛收率的前提下，每生产一吨糠醛消耗水蒸汽～10吨，同时产生废水～12吨。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种节能环保的农林废弃物制备糠醛的方法，该方法比传统工艺每吨糠醛产品节约蒸汽10～15吨、降低废水量12～17吨。
[0009]本专利技术采用如下技术方案:
[0010]一种农林废弃物制糠醛的方法，包括如下步骤：
[0011](1)将农林废弃物粉碎成1～5cm颗粒，然后送入汽提釜，向农林废弃物颗粒喷硫酸，从汽提釜底部通入水蒸汽进行汽提，汽提过程持续时间为0.5～3小时，从汽提釜顶部引出汽提气，所述汽提气为含糠醛的水蒸汽；优选地，所述的硫酸浓度3～10wt％，硫酸与农林废弃物的质量比为0.08～0.2:1；优选地，所述的水蒸汽与农林废弃物的质量比为0.5～2:1，汽提温度为140℃～190℃，汽提压力为0.26～1.0MPaG；
[0012](2)从汽提釜顶部引出的汽提气经冷凝后进入汽提冷凝液缓冲罐，然后通过泵将汽提冷凝液连续送入糠醛精馏塔，塔顶气相经冷凝后进入糠醛精馏塔回流罐，回流液经浓糠醛水溶液冷却器冷却后进入糠醛水层析罐，糠醛水分层后，下层为浓糠醛溶液，上层水相返回糠醛精馏塔中；浓糠醛溶液通过浓糠醛输送泵被送入糠醛精制塔，在糠醛精制塔中进一步精馏提纯，塔釜得到糠醛产品，塔顶气相经糠醛精制塔冷凝器冷凝后进入糠醛精制塔回流罐，塔顶回流液经糠醛精制塔回流泵后部分打回流，部分返送回糠醛水层析罐中。
[0013]具体地，本专利技术的目的是提出了一种节能环保的农林废弃物制备糠醛的方法，包括如下步骤：
[0014](1)设置两套汽提釜，农林废弃物粉碎成1～5cm颗粒，然后经提升机送入汽提釜，汽提釜顶部对称设置两个稀硫酸雾化喷头，边加农林废弃物颗粒边喷稀硫酸，装填满物料后，从汽提釜底部通入水蒸汽，从汽提釜顶部引出含糠醛和乙酸的水蒸汽，汽提过程持续时间为0.5～3小时；所述的稀硫酸浓度3～10wt％，稀硫酸与农林废弃物的质量比为0.08～
0.2:1，所述的水蒸汽与农林废弃物的质量比为0.5～2:1，汽提温度为140℃～190℃，汽提压力为0.26～1.0MPaG。
[0015](2)汽提釜外设置蒸汽循环压缩机，汽提釜顶部引出的汽提气一部分去后续工艺系统，作为糠醛精馏系统的热源，另一部分进入蒸汽循环压缩机，经蒸汽循环压缩机升温升压后，蒸汽重新返回汽提釜，通过蒸汽的循环使用，提高糠醛和乙酸在水蒸汽中的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农林废弃物制糠醛的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将农林废弃物粉碎成1～5cm颗粒，然后送入汽提釜，向农林废弃物颗粒喷硫酸，从汽提釜底部通入水蒸汽进行汽提，汽提过程持续时间为0.5～3小时，从汽提釜顶部引出汽提气，所述汽提气为含糠醛的水蒸汽；优选地，所述的硫酸浓度3～10wt％，硫酸与农林废弃物的质量比为0.08～0.2:1；优选地，所述的水蒸汽与农林废弃物的质量比为0.5～2:1，汽提温度为140℃～190℃，汽提压力为0.26～1.0MPaG；(2)从汽提釜顶部引出的汽提气经冷凝后进入汽提冷凝液缓冲罐，然后通过泵将汽提冷凝液连续送入糠醛精馏塔，塔顶气相经冷凝后进入糠醛精馏塔回流罐，回流液经浓糠醛水溶液冷却器冷却后进入糠醛水层析罐，糠醛水分层后，下层为浓糠醛溶液，上层水相返回糠醛精馏塔中；浓糠醛溶液通过浓糠醛输送泵被送入糠醛精制塔，在糠醛精制塔中进一步精馏提纯，塔釜得到糠醛产品，塔顶气相经糠醛精制塔冷凝器冷凝后进入糠醛精制塔回流罐，塔顶回流液经糠醛精制塔回流泵后部分打回流，部分返送回糠醛水层析罐中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，汽提釜外设置蒸汽循环压缩机，汽提釜顶部引出的汽提气一部分去后续工艺系统，作为糠醛精馏系统的热源，另一部分进入蒸汽循环压缩机，经蒸汽循环压缩机升温升压后，蒸汽重新返回汽提釜。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨光，马升勇，王海永，
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：