[发明专利]一种由生物质原料生产糠醛的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备糠醛的方法，具体地说是一种综合利用生物质原料制备糠醛并联产生物碳的方法。

背景技术

糠醛，又名呋喃甲醛，它由呋喃环上的两个双键和一个醛基，这种独特的化学结构，可以使其发生氧化、氢化、氯化、硝化及缩合等反应，进而生成很多化工产品，所以被广泛的应用于农药、医药、石化、食品添加剂、以及铸造等多个生产领域。

糠醛是以富含戊聚糖的植物纤维，如玉米芯、玉米秸秆、稻草、甘蔗渣、棉籽壳、稻草等为原料生产的，其原理为植物纤维中戊聚糖首先被水解成戊糖，然后戊糖脱水生成糠醛。

目前世界上糠醛的生产工艺方法主要有一步法和二步法。一步法是戊聚糖水解和戊糖脱水生成糠醛两部反应在同一个反应器内一次完成；一步法存在的主要缺点是蒸汽消耗量大，糠醛收率低，产生大量的废液废渣等。两步法是原料中的戊聚糖水解及戊糖脱水生成糠醛的过程是在至少两个不同的反应器内进行的。较之一步法，二步法克服了现有糠醛生产原料转化率低、产生工艺废水难以治理、糠醛渣利用价值低等难题。随着糠醛工业的发展，以及原料综合利用要求的提高，发展两步法生产工艺，分离原料中的纤维素及半纤维素并分别加以利用，是糠醛工业的必然发展趋势。

生物碳，是由有机垃圾，如动物粪便，动物骨头，植物根茎，木屑和麦秸秆等加工而成的一种多孔碳。它可以保护环境，鉴于其高含碳量和多孔的特性，它不仅可提高土壤蓄水储养能力，还可保护土壤中的微生物，它像一个地下碳水槽，锁住二氧化碳，最终达到增加作物产量的效果，因此很多科学家冠以生物碳“黑色黄金”的美誉。

中国专利CN101864683A公开了一种木质纤维原料的预处理方法，该专利将木质素原料与有机酸溶液和催化剂的混合液混合后，进行第一步处理，得到液固混合物并进行固液分离，得到预处理液和纤维素固体；采用有机酸溶液洗涤得到纤维素固体；采用稀酸或碱进行第二步处理得到纤维素固体；得到的预处理黑液与得到的洗涤黑液混合后循环用于第一步处理过程；循环使用至少3次的黑液进行有机酸、木素产品和糖浆溶液回收。将收集的黑液进行闪蒸或蒸发，得到有机酸和浓缩黑液，向黑液中添加2-10倍体积的水得到木素产品和糖浆溶液，得到的糖浆溶液可以用于制备糠醛，从而实现木质纤维原料的高值化利用。但该专利也存在以下缺点：1、从说明书中的描述可以看出，该工艺是采用有机酸与以硫酸为代表的催化剂混合进行第一步催化，反应过程中需要添加催化剂进行催化；2、该工艺采用有机酸和以硫酸为代表的催化剂共同蒸煮生物质，在蒸馏有机酸步骤中，作为催化剂的硫酸依然残留在最终的糖溶液液中，使得后续步骤中对得到的戊糖的处理还需要取出其中的硫酸根离子，增加了处理步骤；3、虽然整个工艺中提取和洗涤纤维素均使用相同的有机酸，且将收集的预处理液和洗涤液直接用于循环至第一步的反应釜中，但整个混合液内也大量积聚了溶解其中的木质素和戊糖溶液，鉴于有机酸萃取的饱和度限制，其混合黑液提取木质素的有效程度会大幅降低，因此，该步骤虽然是循环反应，但对于整体的提取效率作用并不大；4、收集的预处理液和洗涤液中由于溶解有大量半纤维素蒸煮生成的戊糖，而戊糖随着混合液多次循环过程中会不断的与有机酸相接触，发生酯化反应生成酯类，该专利是以木质纤维素生物质的综合利用为目的，因此对于整条工艺是否可以单独得到戊糖并不在意，但对于以分离得到戊糖为目的的工艺而言，该工艺并不适用；5、混合得到的黑液需要循环3次以上再进行蒸发处理以分离出有机酸，并稀释得到的浓缩液使得木质素析出，会使得一次性处理的黑液和浓缩液的数量极大，不仅影响处理效率而且也难以实现工艺的连续性。

中国专利CN101514349A公开了一种由竹材纤维制备燃料乙醇的方法。该专利也是以甲酸和乙酸的混合酸液蒸煮水解半纤维素，并直接向脱出的滤液中加水析出木质素沉淀以此分离出木质素加以利用。由于其采用甲酸和乙酸的混合有机酸液作为蒸煮液，因此无需添加催化剂，该专利虽然在一条工艺线路中将纤维素、半纤维素和木质素相分离，但该工艺的设计是以提取纤维素作为最终目的的，整条工艺的设计并没有考虑戊糖的损失；而且该工艺在分离木质素一步中加水提取沉淀的步骤中，会因为溶液中大量含有甲酸和乙酸而使得木质素难以全部脱出，即便大量加水也会因为甲酸和乙酸溶解其中而无法保证木质素完全析出，造成无法完全分离其中的戊糖。显然，该工艺仅重点考虑了最大限度提取纤维素的工艺，对于以戊糖为最终提取产物的工艺而言并无指导作用。