专利名称：气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法
技术领域：
本发明涉及一种气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，属化工领域。
背景技术：
糠醛是木材和农副产品水解获得的重要有机化工原料，在合成树脂、医药、染料、石油化工等部门有广泛用途。糠醛是我国大宗化工出口商品，贸易量占世界第二位。我国生产糠醛的主要原料是玉米芯、棉籽 皮、甘蔗渣、稻壳、油茶壳、向日葵壳、高粱壳等，生产糠醛的方法主要包括盐酸法、硫酸法、改良硫酸法、醋酸法、无机盐法等，上述方法均为液相催化制备糠醛，生产过程中存在着液相酸腐蚀设备、副反应多产品分离复杂、含酸废渣处理困难等缺点。美国专利US4912237首先提出气相酸催化的概念，由于在这种条件下反应中无液体水，因此生成的糠醛不易发生副反应,收率较高，同时对设备基本没有腐蚀。随后，KarlJ. Zeitsch在专利US6743928和US7173142中对气相催化进行了一定的改进，尤其在专利US7173142中提到可以在较低压力(近乎常压)下操作，设备投资小，但其专利中并无实验数据，经我们试验，在这样的条件下蒸汽中糠醛含量较低，这样一方面水解时消耗蒸汽多，另一方面从蒸汽中分离糠醛也耗能多，因而阻止了气相酸催化的工业化应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种多釜串联气相酸催化生物质生产糠醛的方法，克服糠醛制备方法中存在的液相酸催化时腐蚀设备、副反应多、含酸废渣处理困难以及气相酸催化时糠醛含量低、能耗高等问题。为实现本发明目的，本发明技术方案如下
糠醛是由植物中戊聚糖经水解生产制备的，所以凡是含有多缩戊糖的原料均可用来制备糠醛。本发明是利用秸杆为原料，多釜串联气相酸催化，使秸杆在气相酸中进行水解反应，水解制备糠醛，过热蒸汽中酸的浓度为1_30%，水解反应温度为110 180°C。结合附图1，本发明气相酸催化水解具体步骤如下
(1)关闭串联反应器所有阀门，在各反应器中装入秸杆，开过热器加热、通入蒸汽，控制蒸汽流量；
(2)、开阀门I、阀门4、阀门8对反应器1、2中的秸杆预热，蒸汽通过阀门8回用；
(3)当反应器I达到预定反应温度时，关预热蒸汽阀门I、开过热酸蒸汽阀门I’，同时开阀门2、阀门5、阀门9、关阀门8对反应器2、3预热；
(4)、当反应器I出口气体含糠醛时，关预热蒸汽阀门2、阀门5，开阀门5’，使反应器
1、2形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器，同时开预热蒸汽阀门3对反应器3中的秸杆预热；
(5)、当反应器I出口气体糠醛含量下降到小于0.1%时，关过热酸蒸汽阀门I’、阀门4、开过热酸蒸汽阀门2’、阀门5、关阀门5’、阀门3、阀门9、开阀门6’使反应器2、3形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器；
(6)、反应器I换新秸杆，开过热蒸汽阀门I、阀门7对反应器I预热；
(7)、当反应器2出口气体糠醛含量下降到小于0.1%时，关过热酸蒸汽阀门2’、关阀门
5、开过热酸蒸汽阀门3’、关阀门6’、开阀门6、关过热蒸汽阀门I、关阀门7、开阀门4’，使反应器3、1形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器；
(8 )、如上所述反应各过程依次进行，多釜串 联过热气相酸催化生产糠醛设备进入连续稳定的生产过程。所述的气相酸催化水解制备糠醛的方法，气相酸水解时过热蒸汽中酸的浓度为1-30%,水解反应温度为110 180°C
所述的气相酸催化水解制备糠醛的方法，气相酸水解时过热蒸汽中酸的浓度为1_20%，反应温度为120-160°C。所述的气相酸催化水解制备糠醛的方法，气相酸水解时热蒸汽中酸的浓度优选1-10%,反应温度优选120-150°c。多釜串联反应器的径高比1:10-1:200，反应器为三个或三个以上串联；多釜串联反应器的径高比1:20-1:100。所述的气相酸为气相盐酸。气相酸催化水解制备糠醛工艺的另一个重要的特点是由于不存在液相而使糠醛的产率得到很大的提高，在气体酸催化作用下，生成的糠醛立即气化，因此也就避免了副反应的发生。本发明气相酸催化水解制备糠醛工艺的优点1、在常压的任何温度下都可以进行反应；2、由于所用HCl-水催化在其露点以上进行，所以对设备没有腐蚀，对反应器的材质要求低3、通过使用多釜串联的方法，既可以达到连续化生产，又可以使收集液中糠醛浓度闻，提闻了效率，降低了能耗。4、残余物为不含酸的干燥物体，因此通过简单的燃烧而不产生任何污染问题。本发明的积极有益效果是在多釜串联反应容器中进行，具有原料来源广泛、副反应少、糠醛收率高、能耗低、废水废渣处理简单、三废排放少等特点。
图I为本发明生产工艺流程图。图2为本发明多釜串联反应容器结构示意图。图中I为蒸汽出口，2为气体分布器，3为保温夹套，4为蒸气入口。
具体实施例方式为对本发明进行更好地说明举实施例如下
操作步骤如下
关闭所有阀门，在反应器I、2、3中分别装入粉碎秸杆1500克，连接反应器，密封各连接口。开过热器加热、通入蒸汽，控制蒸汽流量；开阀门I、阀门4、阀门8对反应器1、2中的秸杆预热，蒸汽通过阀门8回用；当反应器I达到预定反应温度时，关预热蒸汽阀门I、开过热酸蒸汽阀门I’(酸浓度通过控制酸蒸发器阀门调节)，同时开阀门2、阀门5、阀门9、关阀门8对反应器2、3预热；当反应器I出口气体含糠醛时，关预热蒸汽阀门2、阀门5，开阀门5 ’，使反应器1、2形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器，同时开预热蒸汽阀门3对反应器3中的秸杆预热；当反应器I出口气体糠醛含量下降到小于0. 1%时，关过热酸蒸汽阀门I’、阀门4、开过热酸蒸汽阀门2’、阀门5、关阀门5’、阀门3、阀门9、开阀门6’使反应器2、3形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器；反应器I换新秸杆，开过热蒸汽阀门I、阀门7对反应器I预热；当反应器2出口气体糠醛含量下降到小于0. 1%时，关过热酸蒸汽阀门2’、关阀门5、开过热酸蒸汽阀门3’、关阀门6’、开阀门6、关过热蒸汽阀门I、关阀门7、开阀门4’，使反应器3、1形成串联过热酸蒸汽催化反应 装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器；如上所述反应各过程依次进行，多釜串联过热气相酸催化生产糠醛设备进入连续稳定的生产过程。实施例I :
反应器径高比1:100，单反应器装秸杆量1500g，循环一次总秸杆量4500g，盐酸质量浓度5%，蒸汽流量15 mL/min,反应器内温度165 X,按照上述操作步骤，当反应器3出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为I. 4%的糠醛水溶液20. 2 kg,收率40%。实施例2:
反应器径高比1:100，单反应器装秸杆量1500g，循环一次总秸杆量4500g，盐酸质量浓度5%，蒸汽流量30 mL/min,反应器内温度155 X,按照上述操作步骤，当反应器3出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为2. 8%的糠醛水溶液15. 2 kg,收率60. 2%。实施例3:
反应器径高比1:100，单反应器装秸杆量1500g，循环一次总秸杆量4500g，盐酸质量浓度5%，蒸汽流量25 mL/min,反应器内温度145 X,按照上述操作步骤，当反应器3出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为8%的糠醛水溶液8. 0 kg,收率90. 5%。实施例4
反应器径高比1:100，单反应器装秸杆量1500g，循环一次总秸杆量4500g，盐酸质量浓度1%，蒸汽流量20 mL/min,反应器内温度180 °C，按照上述操作步骤，当反应器3出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为I. 8%的糠醛水溶液19. 5 kg,收率49. 6%。实施例5:
反应器径高比1:100，单反应器装秸杆量1500g，循环一次总秸杆量4500g，盐酸质量浓度1%，蒸汽流量25 mL/min,反应器内温度145 °C，按照上述操作步骤，当反应器3出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为3%的糠醛水溶液12. 3 kg,收率52. 2%。实施例6
反应器径高比1:100，单反应器装秸杆量1500g，循环一次总秸杆量4500g，盐酸质量浓度30%，蒸汽流量25 mL/min,反应器内温度145 0C,按照上述操作步骤，当反应器3出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为5%的糠醛水溶液7. 7 kg,收率54. 5%。实施例7
总秸杆量1500g，单釜反应进行对照，反应器径高比1:100，盐酸质量浓度5%，蒸汽流量25 mL/min,反应器内温度145 °C，当反应器出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为2.5%的糠醛水溶液7. 5 kg,收率88. 4%。实施例8
反应器径高比1:200，单反应器装秸杆量3000g，循环一次总秸杆量9000g，盐酸质量浓度5%，蒸汽流量25 mL/min,反应器内温度145 X,按照上述操作步骤，当反应器3出口糠醛浓度降低至0. 1%以下时，获得含量为9%的糠醛水溶液13. 5 kg,收率85. 9%。实施例9
反应器径高比1:10，单反应器装秸杆量150g ，循环一次总秸杆量450g，盐酸质量浓度5%，蒸汽流量25 mL/min,反应器内温度145 0C,获得含量为I. 0%的糠醛水溶液6. 2 kg,收率 87. Tl。
权利要求
1.气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，其特征是以秸杆为原料，在多釜串联反应器中采用气相酸催化水解制备糠醛，具体步骤如下 (1)关闭串联反应器所有阀门，在各反应器中装入秸杆，开过热器加热、通入蒸汽，控制蒸汽流量； (2)、开阀门I、阀门4、阀门8对反应器1、2中的秸杆预热，蒸汽通过阀门8回用； (3)当反应器I达到预定反应温度时，关预热蒸汽阀门I、开过热酸蒸汽阀门I’，同时开阀门2、阀门5、阀门9、关阀门8对反应器2、3预热； (4)、当反应器I出口气体含糠醛时，关预热蒸汽阀门2、阀门5，开阀门5’，使反应器1、2形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器，同时开预热蒸汽阀门3对反应器3中的秸杆预热； (5)、当反应器I出口气体糠醛含量下降到小于0.1%时，关过热酸蒸汽阀门I’、阀门4、开过热酸蒸汽阀门2’、阀门5、关阀门5’、阀门3、阀门9、开阀门6’使反应器2、3形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器； (6)、反应器I换新秸杆，开过热蒸汽阀门I、阀门7对反应器I预热； (7)、当反应器2出口气体糠醛含量下降到小于0.1%时，关过热酸蒸汽阀门2’、关阀门5、开过热酸蒸汽阀门3’、关阀门6’、开阀门6、关过热蒸汽阀门I、关阀门7、开阀门4’，使反应器3、1形成串联过热酸蒸汽催化反应装置进行连续反应，生成的糠醛通过回流冷凝器进入接收器； (8 )、如上所述反应各过程依次进行，多釜串联过热气相酸催化生产糠醛设备进入连续稳定的生产过程。
2.根据权利要求I所述的气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，其特征是过热蒸汽中酸的质量浓度为1_30%，水解反应温度为110 180°C。
3.根据权利要求2所述的气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，其特征是气相酸水解时酸的浓度为1_20%，反应温度为120-160°C。
4.根据权利要求3所述的气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，其特征是气相酸水解时酸的浓度为1_10%，反应温度为120-150°C。
5.根据权利要求I所述的气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，其特征是多釜串联反应器的径高比1:10-1:200，反应器为三个或三个以上串联。
6.根据权利要求5所述的气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，其特征是多釜串联反应器的径高比1:20-1:100。
7.根据权利要求1-4其中之一所述的气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，其特征是所述的气相酸为气相盐酸。
全文摘要
本发明公开了一种气相酸催化生物质水解连续生产糠醛的方法，属化工领域。该方法利用秸秆为原料，通入过热蒸汽和气相酸，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，过热蒸汽中酸的浓度为1-30%,水解反应温度为110～180℃。具有原料来源广泛、副反应少、糠醛收率高、能耗低、废水废渣处理简单、三废排放少等特点，便于工业化生产。
文档编号C07D307/50GK102766120SQ201210287939
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者任素霞, 何晓峰, 余学军, 徐丹, 朱金陵, 李中贤, 梁志宏, 董学亮, 雷廷宙 申请人:河南省科学院高新技术研究中心