一种两步法转化生物质的方法
【专利摘要】本发明提供了一种两步法转化生物质的方法。该方法包括以高温液态水为介质，以SO2为催化剂，通过两步法转化生物质得到有用化学品，具体步骤如下：（1）第一步转化：将生物质、水加入反应釜中，加入一定量的SO2气体，在一定温度下搅拌反应一定时间，反应结束后，过滤分离出滤液和未反应的固体物质；（2）第二步转化：将第一步未反应的固体物质加入釜中，再加入一定量的水和SO2气体，在一定温度下搅拌反应一定时间，反应结束后，过滤分离出滤液和未反应的固体物质；反应结束后采用汽提法回收SO2，回收的SO2用于下一次反应。本方法可以提高生物质的转化效率，并且能够解决传统酸水解过程中存在的如腐蚀、产物不易控制等问题。
【专利说明】一种两步法转化生物质的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种两步法转化生物质的方法。具体而言，本发明涉及一种在高温液态水介质中，以SO2气体酸作为催化剂，通过两步法转化生物质得到有用的化学品的方法。
【背景技术】
[0002]随着世界经济水平的日趋发展，人口的与日俱增，人类生产及生活对能源的需要越来越大。目前，煤、石油以及天然气等化石能源提供了全球大约96%的有机化学品和86%的燃料。我国是一个资源十分丰富的国家，同时也是一个能源耗费的大国。“多煤、少气、贫油”的资源状况，决定了中国一直以来以煤为
主要资源的能源结构。2010年，在我国的一次能源结构中，煤炭、石油及天然气所占消费比重分别为70.5%、17.6%、4.0%。但是，煤、石油、天然气等化石能源是不可再生的资源。而生物质资源因其来源于绿色植物的光合作用，是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源。因此，在降低能耗，减轻环境污染的前提下，
将可再生的生物质资源高效转化为有用化学品及生物质能源具有重要的实际意义。
[0003]目前，在生物质的转化技术中主要包括酸水解技术、生物质在超(亚)临界水中的转化技术、生物质在离子液体中的转化技术等。其中，酸催化水解技术是一种比较成熟的生物质转化技术，可以通过该技术转化生物质制备糖类，糖类再经酶水解过程制备生物乙醇。酸水解转化技术中使用的酸，包括硫酸、盐酸、硝酸等液体酸；co2等气体酸；氧化物、分子筛、阳离子交换树脂及杂多酸等固体酸。
[0004]传统的酸水解转化技术虽然效率高，但是酸的腐蚀性也比较强，对反应设备的要求很高，反应结束后需要采用碱中和的方法来回收酸，过程能耗较大。同时在传统的酸水解过程中，反应产物比较难控制，在反应过程当中容易生成降解产物，这些降解产物可以通过聚合等方式进一步形成腐殖质，降低了产物的收率。
[0005]为了解决酸腐蚀性强、催化剂回收能耗较大及产物不易控制等技术难题，需要寻找合适的催化剂及合适的转化方法，在提高产物收率的基础上，降低反应体系对反应设备的腐蚀同时简化催化剂的回收过程。SO2气体溶于水形成中强酸，特别适合与生物质的水解转化，反应结束后，产物中的SO2气体很容易采用汽提的方法回收再利用。针对木质纤维素生物质的结构特性(即包含半纤维素、纤维素和木质素)，采用SO2气体酸作为催化剂，将木质纤维素生物质进行分步转化，提高生物质的转化效率和解决传统酸水解存在的问题。。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种两步法转化生物质的方法，其中，以高温液态水作为反应介质，SO2气体酸作为催化剂，通过两步法转化生物质得到有用
化学品。
[0007]为达到上述目的，本发明提供一种两步法转化生物质的方法，该方法包括以高温液态水为介质，以SO2气体酸作为催化剂，通过两步法转化生物质得到有用化学品的方法。第一步是在较为温和的转化条件下，将半纤维素转化；第二步提高反应强度，将纤维素转化，减小产物的过渡水解，进而减小腐殖质的形成，提高产物的收率。
[0008]本发明提供一种两步法转化生物质的方法，该方法包括以高温液态水为介 质，以SO2气体酸作为催化剂，通过两步法水解转化生物质得到有用化学品，
具体的步骤如下:(I)第一步转化:将生物质、水加入反应釜中，加入一定量的 SO2气体，在一定温度下搅拌反应一定时间，反应结束后，过滤分离出滤液和未 反应的固体物质；(2)第二步转化:将第一步未反应的固体物质加入釜中，再加 入一定量的水和一定量的SO2气体,在一定温度下搅拌反应一定时间，反应结 束后，过滤分离出滤液和未反应的固体物质；第一步和第二步所得的滤液中的 SO2采用汽提的方法回收S02，回收的SO2用于下一次反应。
[0009]在上述的两步法转化生物质的方法中，采用的生物质可以包含但不限于玉米 芯、水稻稻杆、小麦稻杆、玉米稻杆。
[0010]在上述的两步法转化生物质的方法中，优选地，采用的生物质与水的质量比为
0.0133-0.100，更优选为 0.0333-0.0667。
[0011]在上述的两步法转化生物质的方法中，在所述的第一步转化中，优选地，采用的反应温度为130-160°C，更优选为140-150°C。
[0012]在上述的两步法转化生物质的方法中，在所述的第一步转化中，优选地，采用的反应时间为0.5-3.0h，更优选为1.5-2.0h。
[0013]在上述的两步法转化生物质的方法中，在所述的第一步转化中，优选地，采用的SO2 的浓度为 0.012-0.048g/mL，更优选为 0.024-0.036g/mL。
[0014]在上述的两步法转化生物质的方法中，在所述的第二步转化中，优选地，采用的反应温度为170-210°C，更优选为190-200°C。
[0015]在上述的两步法转化生物质的方法中，在所述的第二步转化中，优选地，采用的反应时间为0.3-2.0h,更优选为0.5-1.0h。
[0016]在上述的两步法转化生物质的方法中，在所述的第二步转化中，优选地，采用的SO2 的浓度为 0.036-0.072g/mL，更优选为 0.048-0.060g/mL。
【权利要求】
1.一种两步法转化生物质的方法，该方法包括以高温液态水为介质，以SO2气体酸作为催化剂，通过两步法水解转化生物质得到有用化学品，具体的步骤如下:(1)第一步转化:将生物质、水加入反应釜中，加入一定量的SO2气体，在一定温度下搅拌反应一定时间，反应结束后，过滤分离出滤液和未反应的固体物质；(2)第二步转化:将第一步未反应的固体物质加入爸中，再加入一定量的水和一定量的SO2气体,在一定温度下搅拌反应一定时间，反应结束后，过滤分离出滤液和未反应的固体物质；第一步和第二步所得的滤液中的SO2采用汽提的方法回收SO2,回收的SO2用于下一次反应。
2.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，所述生物质可以包含但不限于玉米芯、水稻秸杆、小麦秸杆、玉米秸杆。
3.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，所述生物质与水的质量比为 0.0133-0.100，优选为 0.0333-0.0667。
4.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，在所述的第一步转化中，反应温度为130-160°C，优选为140-150°C。
5.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，在所述的第一步转化中，反应时间为0.5-3.0h，优选为1.5-2.0h。
6.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，在所述的第一步转化中，SO2的浓度为 0.012-0.048g/mL，优选为 0.024-0.036g/mL。
7.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，在所述的第二步转化中，反应温度为170-2KTC，优选为190-200°C。
8.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，在所述的第二步转化中，反应时间为0.3-2.0h，优选为0.5-1.0h。
9.根据权利要求1所述的两步法转化生物质的方法，其中，在所述的第二步转化中，SO2的浓度为 0.036-0.072g/mL，优选为 0.048-0.060g/mL。
【文档编号】B01J19/00GK104001464SQ201410272262
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】吴卫泽, 闫加贺, 任树行 申请人:北京化工大学