[发明专利]低水耗低能耗农林废弃生物质制备糠醛的方法及装置

说明书

本发明涉及一种低水耗低能耗农林废弃生物质制备糠醛的方法及装置，所述方法包括：将生物质粉碎成碎片，拌酸后装入汽提釜；向汽提釜持续通入新蒸汽，对生物质进行汽提；汽提产生的汽提气从汽提釜输出，经过增温增压后，再次进入汽提釜对生物质进行汽提，形成循环。所述装置包括依次连接形成回路的汽提釜、增压装置和气液分离器，增压装置用于对从汽提气出口输出的汽提气进行增压增温，并将增温增压后的汽提气再次输送到汽提釜形成循环。本发明通过循环蒸汽不断地汽提实现生物质原料中的半纤维素组分逐步转化为糠醛，逐步提高汽提釜出口蒸汽中糠醛的浓度。同时也显著降低了糠醛生产的水蒸汽耗量与废水排放量。

技术领域

本发明涉及糠醛制备技术领域，尤其是一种低水耗低能耗农林废弃生物质制备糠醛的方法及装置。

背景技术

生物质是自然界唯一的可再生的碳资源，具有近零排放特性。生物质高效利用是实现可持续发展的重要措施径之一。我国可利用的农林废弃的生物质资源量接近10亿吨/年。然而，当前生物质原料转化过程效率低及能耗高等因素限制了农林废弃生物质的高质化利用。因此农林废弃生物质资源化、高值化利用关键技术成为研究热点。

糠醛是一种由生物质原料制备的大宗化学品，化学性质活泼，在有机合成工业中占有很重要的地位。糠醛及其液态衍生物的用途很广泛，除了在工业上用作选择性溶剂外，还可以用于合成树脂、塑料、纤维、橡胶、医药、农药、染料，广泛应用于食品工业、国防工业等领域。

糠醛的生产是由含有戊聚糖的生物质原料脱水制备的。传统的制备方法包括：第一步将植物原料与稀硫酸混合，水解木聚糖生成木糖，第二步使木糖脱水环化生成糠醛。当前的糠醛工业化生产是采用玉米芯作为原料，采用“一步法”制备得到，即将传统的生物质木聚糖水解和水解产物木糖的脱水两步反应集成在一个水解釜内完成，稀硫酸作为催化剂，通过水蒸汽汽提半连续操作运行。这种方法每生产一吨糠醛消耗水蒸汽20吨以上，同时产生废水25～ 30吨左右。针对当前糠醛制备面临的蒸汽用量大、能耗高、废水排放量大等难题，近几十年来国内外科技工作者探索了各种新的工艺解决方案，包括使用有机溶剂、双相反应体系等新方法，也相继公布了很多发明专利，如CN 105198842A、CN 104379570A及CN107021878A 等，但都没有从根本上解决问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种低水耗低能耗农林废弃生物质制备糠醛的方法及装置，目的是解决“一步法”制备糠醛时能耗、水耗高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面，提供一种低水耗低能耗农林废弃生物质制备糠醛的方法，包括：

将生物质粉碎成碎片，拌酸后装入汽提釜；

向汽提釜持续通入新蒸汽，对生物质进行汽提，汽提温度为130℃～180℃；

汽提产生的汽提气从汽提釜输出，经过增温增压后，再次进入汽提釜对生物质进行汽提，形成循环。

进一步技术方案为：

汽提气经增温增压后，压力提高0.08～0.2MPa、温度提高10～20℃。

汽提气的循环量为新蒸汽使用量的1～3倍。

新蒸汽与生物质的质量比为0.5∶1～3∶1。

整个汽提过程持续时间为0.5～3小时。

汽提产生的汽提气先经过气液分离将液化水分离出之后，再进行增温增压，然后再次进入汽提釜。

采用浓度5％～15％的稀硫酸均匀喷洒到生物质碎片上进行拌酸，稀硫酸的质量为生物质质量的1％～10％。

将生物质粉碎成碎片的当量直径为0.5～5cm。