[发明专利]利用真空干馏法由生物质制造酚类物质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用真空干馏法由生物质原料制造酚类物质的方法。

背景技术

生物质原料，包括农作物秸秆、木材加工剩余物等，是地球上最广泛的一类可再生资源。充分开发利用生物质资源，是促进资源综合利用，发展循环经济的重要方向。

生物质原料从化学成分上分析，主要由三部分构成：纤维素，半纤维素和木质素。而这三种成分在隔绝空气的情况下，受热分解的温度范围和最终热解的产物各不相同。它们在各自的热解活跃温度范围内反应速率随温度呈抛物线形状变化。按温度区间划分，在250～300℃主要是半纤维素的热解；300～400℃主要是纤维素和木质素的热解，但是纤维素热解速率远高于木质素；420℃后几乎仅是木质素的热解；400℃左右纤维素和木质素的热解速率都达到最大值。从热解产物上看，半纤维素和纤维素都是碳水化合物的聚合体，因此受热分解后的产物以单糖、低聚糖、多糖以及有机酸等水溶性有机物为主；木质素为含氧和羟基的苯环结构的聚合体，因此热解产物多为酚类等芳香化合物。由于石油工业上合成酚类化合物的高成本，使得以生物质为原料生产酚类物质具有很大现实意义。

然而，传统方法将生物质热解，如流化床、旋转锥、烧蚀等工艺，所得的液体产物具有酸性强，腐蚀性大，含水含氧高，热值低，热稳定性差，粘度大等缺点，无法大范围应用；所得液体产物用于化工产品生产方面，由于成分及其复杂，每种单一成分含量极低，很难后期分离提纯。因此需要一种能够高效生产酚类物质的方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种利用真空干馏法工艺由生物质生产酚类物质的方法。该方法包括：粉碎生物质原料；将粉碎后的生物质原料置于密闭容器中；降低密闭容器中的压力以达到第一压力并同时进行加热工艺。该加热工艺包括第一升温步骤；使该密闭容器中的温度由室温升至大约200℃，并稳定保持该温度直到不再产生可凝缩气体为止；第二升温步骤，使该密闭容器中的温度由200℃匀速升至400℃，并稳定保持该温度并收集产生的可凝缩气体；第三升温步骤，使该密闭容器中的温度由400℃匀速升至550℃，并稳定保持该温度并收集产生的可凝缩气体；以及将第三升温步骤收集的可凝缩气体冷凝并进行提纯工艺，以获得酚类物质。

优选地，该加热工艺采取燃料热源的外加热和微波辅助加热相结合的方式。该燃料可以是来自于第二升温步骤产生的产物。该生物质原料包括农作物秸秆或木材加工剩余物。该第一压力小于0.01Mpa。该提纯工艺包括：将该冷凝物蒸馏，收集160～270℃的油相馏分；将该油相馏分加入10％氢氧化钠溶液，混合均匀，以形成水溶液；以及在该水溶液中加入硫酸或者盐酸，使该溶液析出酚类物质。

利用上述的真空干馏法工艺，将生物质原料置于密闭的反应器内，在加热的同时将反应器内压力降至低于外界大气压，使得生物质热解的分解反应时间更易于控制，对生成的热解产物也便于分离收集。因此可以利用上述的真空干馏法由生物质原料高效地生产酚类物质。而且，在本发明中，利用了燃料热源的外加热和微波辅助加热相结合的加热方式，使得加热效率和原料本身的被加热速度都大幅度提高，避免了二次反应，从而增加液体产物产量以及酚类物质的含量。而且，本发明还利用了在加热过程中产生的不可凝缩的可燃气体作为燃料燃烧，做到真正的资源综合利用，零污染排放。

具体实施方式

现将详细描述根据本发明的利用真空干馏法由生物质原料制造酚类物质的方法。

首先，将被加工的生物质原料粉碎至直径10mm以下，放入真空干馏的反应器的容器内。生物质原料包括农作物秸秆或木材加工剩余物，例如为各种农作物的秸秆、花生壳、树皮、锯末等。在开始外加热容器时，利用反应器出口端连接在冷凝器后面的真空泵开始降低干馏容器内的压力，使得干馏容器内的绝对压力低于大气压，例如小于0.01MPa，并在后续的加热工艺中保持容器内的负压。通过测温装置观察并控制干馏容器内的温度。

在加热工艺中，第一升温步骤是使温度由室温升至200℃，并稳定保持该温度一段时间，直到不再产生可凝缩气体为止。该阶段主要冷凝物以水为主，可不收集。第二升温步骤是将容器内温度由200℃匀速升至400℃，并稳定保持该温度一段时间，直到不再产生可凝缩气体为止，该阶段冷凝物即产物可用作燃料。第三升温步骤是将容器内温度由400℃匀速升至550℃，并稳定保持该温度一段时间，直到不再产生可凝缩气体为止，该阶段冷凝物用于下一步分离提纯酚类物质。