[发明专利]一种连续合成生物质衍生呋喃化合物的方法及装置

说明书

本发明公开了一种连续合成生物质衍生呋喃化合物的方法及装置，该方法为：向填充有酸性催化剂颗粒的封闭容器中加入质量浓度为0.1％～50％的化合物水溶液和有机溶剂，在50～200℃、0～3MPa条件下，反应10s‑30min后，得到生物质呋喃衍生物。该装置为包括原料罐、溶液罐、原料泵和溶液泵、微填充床反应器、背压阀；所述原料罐和所述溶液罐的出液口分别通过管路与所述微填充床反应器的两个进液口相连，所述原料罐与所述微填充床反应器的连接管路上设有所述原料泵，所述溶液罐与所述微填充床反应器的连接管路上设有所述溶液泵，所述微填充床反应器的出口管路上设有所述背压阀。本发明装置和方法实现合成糠醛或5‑羟甲基糠醛的连续生产。

技术领域

本发明涉及一种连续合成生物质衍生呋喃化合物的方法及装置，属于生物质催化转化领域。

背景技术

生物质衍生呋喃化合物，例如糠醛和5-羟甲基糠醛，是生物质转化为化学品和生物燃料的基础分子，对整个生物质资源利用过程起着承上启下的作用。例如糠醛可直接用作农作物杀虫剂，也可与丙酮发生羟醛缩合反应生成航空燃料中间体。5-羟甲基糠醛作为一种高附加值平台化学品可以氧化合成2,5-呋喃二甲酸广泛用于生物基聚酯材料和石油化工产品对苯二甲酸和己二酸的代替品，氢化产物2,5-二甲基呋喃是一种有前景的替代石油基关键组分的生物燃料，5-羟甲基糠醛也可基于酸位点水合生成另一种重要生物质平台化合物乙酰丙酸，乙酰丙酸的衍生物可用于合成香料、原料药、燃料添加剂和化妆品等。糠醛和5-羟甲基糠醛主要源于生物质木质纤维素富含的大量碳5和碳6糖类化合物(例如木糖、葡萄糖、果糖)。因此，木糖解聚脱水生成糠醛以及葡萄糖、果糖脱水合成5-羟甲基糠醛的催化剂、反应设备和工艺近年来成为科学界和工业界的关注热点。

木糖和葡萄糖解聚过程机理相似，均通过酸催化剂异构化、脱水分别生成糠醛和5-羟甲基糠醛，果糖可通过酸催化直接脱水生成5-羟甲基糠醛。早期木糖和葡萄糖解聚过程采用无机催化剂，如硫酸、盐酸和磷酸，存在反应效率低、酸催化剂腐蚀设备、均相催化剂与产物难于分离和循环利用、也造成环境污染问题。固载酸催化剂(包括金属和非金属氧化物载体、离子交换树脂等)的使用，可显著降低催化剂对反应设备的腐蚀，使催化剂易于回收和利用，但解聚反应目前主要采用间歇方式例如搅拌釜、玻璃烧瓶等，存在反应器流动返混严重，受热不均、造成副反应多，反应时间长，反应物转化率和目标产物收率受限。此外，间歇方式存在人工操作劳动繁重、连续生产困难、高温高压(70～200℃，0～3MPa)下安全隐患高等问题。微填充床反应器由于其体积小本质安全、填充颗粒尺寸小、扩散距离短传递效果好、催化剂易于固载、具有平推流特性，易于自动控制和工业放大生产且效率极高，目前被广泛应用于催化转化过程。使用微填充床反应器进行连续木糖、葡萄糖和果糖解聚可提高过程转化率和选择性，减小反应器尺寸提高过程安全性。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统间歇反应器中木糖、葡萄糖和果糖解聚合成糠醛或5-羟甲基糠醛过程反应效率低、反应时间长、难以连续生产和安全性低等问题，基于微填充床提出一种连续合成生物质衍生呋喃化合物的方法及装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种连续合成生物质衍生呋喃化合物的方法，具体合成步骤如下：

向填充有酸性催化剂颗粒的封闭容器中加入质量浓度为0.1％～50％的化合物水溶液和有机溶剂，在50～200℃、0～3MPa条件下，反应10s-30min后，得到生物质呋喃衍生物；化合物水溶液的加入流量为0.01ml/min～5ml/min，有机溶剂的加入流量为0.01～50ml/min；

所述化合物水溶液为木糖水溶液、葡萄糖水溶液和果糖水溶液；

所述有机溶剂为二甲基亚砜、甲基异丁基酮、γ-戊内酯、乙酸乙酯、四氢呋喃、异丁醇、正丁醇、环己酮、γ-丁内酯的其中一种或多种混合；

所述的酸性催化剂颗粒为金属载体酸性催化剂、非金属载体酸性催化剂以及离子交换树脂催化剂的一种或多种混合。