[发明专利]一种生物质全组分转化利用的新工艺

说明书

本发明公开了一种生物质全组分转化利用的新工艺，以水为溶剂，以NaHSO₄、NH₄HSO₄和KHSO₄中的一种、两种或三种按照任意比例混合作为催化剂，分阶段催化生物质反应制备糠醛，5‑羟甲基糠醛和生物质活性炭，本发明避免了现有的以硫酸为催化剂制备糠醛带来的操作不便、环境污染和资源浪费，产品多样化，提高企业抗风险能力，催化剂可以回收重复利，活性不下降，具有很好的环保效益。

技术领域

本发明涉及一种生物质全组分转化利用的新工艺。

背景技术

生物质是丰富的可再生资源，包括陆地生物质和海洋生物质。木质纤维素类生物质主要由半纤维素、纤维素和木质素构成。通过生物质糖类降解可以制备许多次级化合物，这些化合物具有广泛的功能和用途。目前的生物质降解技术分为化学降解和生物降解。化学降解常采用的催化剂为矿物酸(如硫酸，盐酸，硝酸，磷酸等)、有机酸如(醋酸，草酸，对苯磺酸，马来酸等)或路易斯酸(如三氯化铬，二氯化铬，三氯化铁等)；生物降解主要利用各种酶催化剂(如纤维素水解酶等)。现有的矿物酸催化剂催化生物质降解存在催化剂毒性大，操作不便，环境污染，设备腐蚀严重，催化剂难以回收利用等以及目标产物选择性差等缺陷，而有机酸存在催化活性低、成本高等缺陷，路易斯酸催化往往活性不高，需要采用离子液体复合催化，造成催化剂成本高，催化剂回收困难等缺陷。而酶催化降解虽然目标产物选择性高，但是存在反应速度慢，生物质预处理成本高等缺陷。另外，当前的糠醛厂家利用生物质中的半纤维素制备糠醛，产生的糠醛渣是一种固体废物，为了处理该固体废物，厂家采用部分糠醛渣作为锅炉燃料，剩余的部分糠醛渣制作成有机肥。这样虽然解决了固体废物问题，但是浪费了非常有用的资源。因为糠醛渣主要是纤维素与木质素，而且，糠醛渣里的纤维素和木质素经过提取糠醛的反应后，结构已经比较松散，非常适合进一步反应制备高附加值的化工品，纤维素可以进一步反应制备5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸和甲酸，木质素可以进一步反应液化制备酚类化合物，如愈创木酚等。

发明内容

为了克服以上生物质降解利用存在的资源利用不合理和环境污染问题，本发明采用酸式盐NaHSO₄、NH₄HSO₄和KHSO₄作催化剂催化生物质降解液化，制备糠醛并联产5-羟甲基糠醛和生物质活性碳。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

采用酸式盐NaHSO₄、NH₄HSO₄和KHSO₄中的一种或几种配置成一定浓度的水溶液，将所述的水溶液与生物质均匀混合，在一定温度下进行生物质的催化分解反应，通过控制温度、催化剂浓度和反应时间，达到分阶段选择性生成糠醛、五羟甲基糠醛和生物质活性碳的目的，所述的生物质包括但不限于玉米芯，稻草，麦秸，干蔗渣，所述的酸式盐催化剂循环使用。

本发明技术方案的具体操作方法描述如下：

取100个质量份的空气干燥基生物质，所述的空气干燥基生物质含水15-20％，粒度0.05-2厘米，加入150-200个质量份的水，再加入5-20个质量份的酸式盐催化剂，所述酸式盐为NaHSO₄、NH₄HSO₄和KHSO₄中的一种、两种或三种按照任意比例混合而成，在室温下搅拌均匀后，载入反应釜，在所述的反应釜底部通入压力8-10个大气压的水蒸气，反应温度170-200℃，反应过程中适当调节反应釜顶部蒸汽出口阀蒸汽流量，利用出口蒸汽携带出糠醛,糠醛提取阶段的反应时间为3-5小时；