CN107805231A - 用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统和方法，该系统包括汽提反应塔、分离单元和纯化单元。该方法包括汽提反应步骤、分离步骤和纯化步骤。本发明的系统以及方法可使用液体无机酸为催化剂，催化能力强，反应温度低，还能够处理低浓度糖液。本发明使用蒸汽直接汽提加热，使戊糖反应的同时将生成的糠醛随蒸汽及时带出，避免糠醛在液体酸性环境下发生副反应。本发明反应过程无需任何萃取剂，随蒸汽带走的糠醛冷却后易分离。整个工艺设计合理，糠醛收率高，单位能耗低。
Description
技术领域
本发明属于糠醛生产技术领域，特别是涉及到两步法制备糠醛中的用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的技术。
背景技术
糠醛(又称呋喃甲醛)是一种重要的化工产品，广泛应用于合成塑料、医药、农药等工业领域，每年全球糠醛的需求量极大。糠醛可以有选择性地从石油、植物油中萃取其中的不饱和组分，也可以从润滑油和柴油中萃取其中的芳香组分。随着能源危机的加剧及环保要求，利用可再生的农林废弃物生产高附加值的糠醛，受到人们越来越多的重视。
目前在工业规模上，唯一能获得糠醛的方法仍然是以玉米芯为原料，通过水解的方法得到。根据玉米芯半纤维素中戊聚糖水解和戊糖单体脱水环化是否在同一个反应器内进行，糠醛生产技术又可分为一步法和两步法。
一步法是把含半纤维素的原料装入水解锅中，在酸催化和一定温度下，使半纤维素水解成戊糖，同时戊糖又被脱水形成糠醛。一步法因其设备投资少，操作简单，在糠醛工业应用广泛。但一步法由于原料加热不均匀，糠醛收率低，蒸汽消耗大，环境污染严重。
两步法是将半纤维素的水解反应和戊糖的脱水反应分成两步，分别在不同的设备中完成，其反应式如下：
目前，第一步半纤维素水解生产戊糖收率高，但第二步戊糖脱水环化过程中由于糠醛自身的分解反应以及和反应中间体的缩聚反应，使得糠醛收率较低，因此戊糖脱水环化步骤中如何减少糠醛的分解反应和缩聚反应，提高糠醛的收率是两步法的关键。由于欧美等发达国家早已停止糠醛生产，因此对糠醛技术的研究报道很少。
专利CN 103339119 A公布了一种在不使用多相催化剂的情况下，通过使用连续管式反应器对溶解在溶剂中的木糖进行液相脱水反应。但此方法中，产生的糠醛不能及时离开反应体系，使得糠醛和原料木糖及反应中间产物之间发生交互聚合反应，而且糠醛还会进一步降解生成酮、醛等，降低木糖生成糠醛的选择性。
专利CN 102690248 A公布了一种戊糖溶液在有萃取剂的体系，连续逆流萃取生成糠醛。虽然此方法能使糠醛及时脱离酸性反应环境，提高糠醛的选择性，但所用的萃取剂价格昂贵，毒性大，废水处理复杂，萃取剂的回收循环使用需要消耗大量能量，工艺操作复杂，设备投资高。
专利CN102584751B介绍了一种反应精馏法制备糠醛的工艺。该专利中使用有机酸甲酸和醋酸作为催化剂。由于有机酸催化效果较差，需要较高的反应温度和反应压力。最关键的是反应精馏塔釜用间接加热的方式提供热量，由于含戊糖的溶液中通常含有盐和其他糖类杂质，在酸性环境下和换热器换热时，换热器表面容易结焦，使得反应不能连续进行。
发明内容
考虑到上述现有技术中的问题而提出了本发明。本发明提供了一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统，还提供了一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的方法，其至少解决了现有技术中糠醛收率低，反应副产物多，生产成本高，生产效率低，环境污染严重等问题，能够有效地提高糠醛收率，尽可能避免副反应发生，单位能耗低，环境污染小。
根据本发明的一方面，提供了一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统，该系统包括汽提反应塔，其包括位于顶部的蒸汽出口和第一原料入口，以及位于底部的汽提蒸汽入口和酸液出口；其中，所述第一原料入口用于接收第一温度的含酸的戊糖溶液作为原料以进行脱水环化反应，所述汽提蒸汽入口用于接收第二温度的汽提蒸汽，所述蒸汽出口用于提供由该反应得到的含糠醛蒸汽，所述酸液出口用于从塔底采出酸液；分离单元，其与所述蒸汽出口相连，用于中和含糠醛蒸汽中的酸，并将所得的盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽；以及纯化单元，其用于纯化所得的糠醛。
根据本发明的另一方面，提供了一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的方法，该方法包括：汽提反应步骤，使用汽提反应塔进行汽提反应步骤，使第一温度的含酸的戊糖溶液自顶部进入汽提反应塔，使第二温度的汽提蒸汽自底部进入汽提反应塔，汽提蒸汽与戊糖溶液逆流接触，戊糖溶液发生脱水环化反应，从而获得含糠醛蒸汽和酸液；分离步骤，对所述含糠醛蒸汽进行中和，并将所得的盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽；以及纯化步骤，纯化所得的糠醛。
本发明可使用液体无机酸为催化剂，催化能力强，反应温度低。与溶剂法萃取相比，本发明还能够处理低浓度糖液。本发明采用蒸汽逆流汽提反应的工艺流程，反应过程不加入任何萃取剂，含酸的戊糖溶液自上而下与蒸汽接触，在发生脱水环化反应生成糠醛的同时，生成的糠醛被蒸汽带出，这样避免了糠醛长时间处于液体酸性环境而发生副反应。本发明汽提反应塔塔底可以不设再沸器，汽提反应塔塔顶可以不设冷凝回流装置；由于含戊糖的溶液中通常含有盐和其他糖类杂质，在酸性环境下在再沸器中换热容易使再沸器表面结焦而使反应不能连续进行，使用蒸汽直接汽提加热避免了这个问题并节省设备投资。同时，直接蒸汽汽提加热还可以通过调整蒸汽量控制液体的停留时间，避免反应过度。本发明简化了糠醛生产过程，后续的糠醛分离以及纯化简便易行，整个工艺设计合理，与传统一步法工艺相比，糠醛收率高10-30％，单位能耗低10-20％。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一个实施方案所述的一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统的示意图。
图2是根据本发明的另一个实施方案所述的一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
图1示意性示出了根据本发明的一个实施方案。
如图1所示，其为一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统，包括汽提反应塔10，蒸汽出口11，第一原料入口12，汽提蒸汽入口13，酸液出口14，分离单元20，纯化单元30。
该装置可以以下述工艺用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛。
被加热器加热到第一温度的含酸的戊糖溶液从汽提反应塔10顶部的第一原料入口12进入塔内，第二温度的汽提蒸汽从汽提反应塔10底部的汽提蒸汽入口13进入塔内，含酸的戊糖溶液在汽提反应塔10内发生脱水环化反应生成糠醛，酸为催化剂，随后，生成的糠醛随蒸汽从汽提反应塔10顶部的蒸汽出口11采出，酸液从汽提反应塔10底部的酸液出口14采出；采出的含糠醛蒸汽进入与汽提反应塔10相连的分离单元20，在分离单元20中含糠醛蒸汽中的酸被中和，得到含酸量降低的含糠醛蒸汽；含酸量降低的含糠醛蒸汽进入与分离单元20相连的纯化单元30，并在纯化单元30中被纯化。
在一个优选的实施方案中，分离单元20还可以包括过滤装置，优选陶瓷过滤器，该过滤装置用于对含酸量降低的含糠醛蒸汽进行过滤，以进一步去除含糠醛蒸汽中的杂质。过滤装置的使用能有效降低后续糠醛精制过程中的醛泥的产生量，延长初馏塔再沸器及换热单元的使用寿命。
在一个优选的实施方案中，该制备糠醛的系统还可以包括换热单元，该换热单元包括：原料通道和糠醛通道。原料通道接收含酸的戊糖溶液作为原料，糠醛通道接收来自分离单元20的含糠醛蒸汽。含酸的戊糖溶液和含糠醛蒸汽分别通过原料通道和糠醛通道，通道之间互相隔离但能够使含酸的戊糖溶液和含糠醛蒸汽进行热交换，热交换后分别将所得的含酸的戊糖溶液和糠醛溶液送入汽提反应塔10和纯化单元30。采用换热单元能够有效地利用含糠醛蒸汽的热量来提高含酸的戊糖溶液的温度，使其能够更快达到反应温度，避免了能量的浪费。
在一个优选的实施方案中，纯化单元30可以包括：初馏塔，其具有位于中部的初馏塔进料口、位于顶部的初馏塔蒸汽出口和水相液体入口、位于底部的再沸蒸汽入口和初馏塔塔底液体出口；糠醛溶液换热器，糠醛溶液经糠醛溶液换热器降温至第三温度经初馏塔进料口进入初馏塔；所述初馏塔塔底配有初馏塔再沸器、塔顶配有冷凝回流装置；所述冷凝回流装置包括初馏塔冷凝器和初馏塔分液罐；一部分塔底液体经初馏塔再沸器换热后成为再沸蒸汽经再沸蒸汽入口返回初馏塔；初馏塔冷凝器，其与初馏塔蒸汽出口相连，用于将纯化后的含糠醛蒸汽冷凝至第四温度的冷凝液；初馏塔分液罐，其与初馏塔冷凝器相连，用于接收所述冷凝液，进行分液以得到水相液体和油相液体，并将所述水相液体经所述水相液体入口送回初馏塔，将所述油相液体输出作为粗糠醛产物。
在一个优选的实施方案中，分离单元20可以包括碱液输入口以输入用于中和的碱液，以中和含糠醛蒸汽中的酸，避免酸在后续处理中使糠醛分解或缩聚。
在一个优选的实施方案中，分离单元20的分离方法可以为惯性分离、过滤分离、离心分离中的一种或几种，本发明优选采用属于离心分离方法的旋风分离器，其用于将盐及固体杂质与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽。旋风分离器具有结构简单、操作方便、耐高温、寿命长等优点。
在一个优选的实施方案中，该制备糠醛系统还可以包括酸液换热器，用于接收从汽提反应塔10底部的酸液出口14采出的酸液并进行热能回收。
在一个优选的实施方案中，纯化单元30还可以包括精制装置，用于对粗糠醛产物进行脱水和脱轻精制以得到产品糠醛。
在一个优选的实施方案中，纯化单元30还包括废水蒸发器，用于对排出初馏塔的塔底液体的一部分进行蒸发再利用。
在一个优选的实施方案中，所述第一温度可以被设置为80-155℃，所述第二温度可以被设置为150-220℃，汽提反应塔10塔顶温度可以被设置为140-210℃，汽提反应塔10塔底温度可以被设置为150-220℃，汽提反应塔10塔顶压力可以被设置为0.26-2.2MPa(表压)，塔底压力可以被设置为0.37-2.2MPa(表压)。汽提反应塔10的温度和压力可通过调整进料的温度和压力等来进行调节和设置。
在一个优选的实施方案中，所述第三温度可以被设置为20-100℃，第四温度可以被设置为30-90℃，初馏塔塔顶温度可以被设置为100-115℃，初馏塔塔底温度可以被设置为120-160℃，初馏塔塔顶压力可以被设置为0-0.03MPa(表压)，塔底压力可以被设置为0-0.35MPa(表压)。初馏塔的温度和压力可通过调整进料的温度和压力、再沸比、回流比等来进行调节和设置。
在一个优选的实施方案中，汽提反应塔10塔底无再沸器，汽提反应塔10塔顶无冷凝回流装置。
图2示意性示出了根据本发明的一个优选的实施方案。其中，提供了一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统，包括汽提反应塔10，蒸汽出口11，第一原料入口12，汽提蒸汽入口13，酸液出口14，分离单元20，陶瓷过滤器21，旋风分离器22，碱液输入口23，纯化单元30，初馏塔再沸器31，初馏塔32，初馏塔进料口33，初馏塔蒸汽出口34，水相液体入口35，初馏塔冷凝器36，初馏塔分液罐37，精制装置38，初馏塔塔底液体出口39，换热单元40，第二原料入口41，原料出口42，糠醛入口43，糠醛出口44，糠醛溶液换热器45，酸液换热器50，废水蒸发器60。
该装置可以以下述工艺连续制备糠醛。
第二温度的汽提蒸汽从汽提反应塔10底部的汽提蒸汽入口13进入塔内，第一温度的含酸的戊糖溶液从汽提反应塔10顶部的第一原料入口12进入塔内，含酸的戊糖溶液在汽提反应塔10内发生脱水环化反应生成糠醛，酸为催化剂，随后，生成的糠醛随蒸汽从汽提反应塔10顶部的蒸汽出口11采出，酸液从汽提反应塔10底部的酸液出口14采出。
采出的含糠醛蒸汽进入与汽提反应塔10相连的分离单元20，碱液从碱液输入口23进入分离单元20，中和含糠醛蒸汽中的酸，然后蒸汽进入旋风分离器22将中和得到的盐与含糠醛蒸汽分离得到含酸量降低的含糠醛蒸汽，含酸量降低的含糠醛蒸汽继续通过陶瓷过滤器21，进一步去除蒸汽中的杂质，防止蒸汽在后续换热过程中结焦并降低醛泥的产生。
含糠醛蒸汽通过糠醛入口43进入换热单元40，含酸的戊糖溶液通过第二原料入口41进入换热单元40，含酸的戊糖溶液和含糠醛蒸汽分别通过原料通道和糠醛通道，通道之间互相隔离但能够使含酸的戊糖溶液和含糠醛蒸汽进行热交换，换热后的含酸的戊糖溶液从原料出口42输出后通过第一原料入口12进入汽提反应塔10，换热后所得的糠醛溶液从糠醛出口44输出。
然后，糠醛溶液进入与分离单元20相连的纯化单元30，首先糠醛溶液经糠醛溶液换热器45降温至第三温度，然后从初馏塔进料口33进入初馏塔32，在初馏塔32中纯化后从塔顶的初馏塔蒸汽出口34采出纯化后的含糠醛蒸汽，随后，纯化后的含糠醛蒸汽进入初馏塔冷凝器36进行降温至第四温度，然后被送入初馏塔分液罐37，在初馏塔分液罐37中分液得到水相液体和油相液体，水相液体通过水相液体入口35回流至初馏塔32内，油相液体输出作为粗糠醛产物；初馏塔塔底液体出口39采出的一部分塔底液体经初馏塔再沸器31换热后成为再沸蒸汽，经再沸蒸汽入口返回初馏塔32，其余部分塔底液体作为废水采出。
在一个优选的实施方案中，该系统还可以包括酸液换热器50，用于接收从酸液出口14流出的酸液并进行热能回收。
在一个优选的实施方案中，纯化单元30还可以包括精制装置38，用于对所述粗糠醛产物进行脱水和脱轻精制以得到产品糠醛。
在一个优选的实施方案中，该系统还可以包括废水蒸发器60，用于对一部分初馏塔32塔底液体进行蒸发再利用。
在一个优选的实施方案中，所述第一温度可以被设置为80-155℃，所述第二温度可以被设置为150-220℃，汽提反应塔10塔顶温度可以被设置为140-210℃，塔底温度可以被设置为150-220℃，汽提反应塔10塔顶压力可以被设置为0.26-2.2MPa(表压)，塔底压力可以被设置为0.37-2.2MPa(表压)。汽提反应塔10的温度和压力可通过调整进料的温度和压力等来进行调节和设置。
在一个优选的实施方案中，所述第三温度可以被设置为20-100℃，第四温度可以被设置为30-90℃，初馏塔32塔顶温度可以被设置为100-115℃，塔底温度可以被设置为120-160℃；初馏塔32塔顶压力可以被设置为0-0.03MPa(表压)，塔底压力可以被设置为0-0.35MPa(表压)。初馏塔82的温度和压力可通过调整进料的温度和压力、再沸比和回流比等来进行调节和设置。
本发明还涉及一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的方法，该方法包括：汽提反应步骤，使用汽提反应塔进行汽提反应步骤，使第一温度的含酸的戊糖溶液自顶部进入汽提反应塔，使第二温度的汽提蒸汽自底部进入汽提反应塔，汽提蒸汽与戊糖溶液逆流接触，戊糖溶液发生脱水环化反应，从而获得含糠醛蒸汽和酸液；分离步骤，对含糠醛蒸汽进行中和，并将所得的盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽；以及纯化步骤，对所得的糠醛进行纯化。
在一个优选的实施方案中，分离步骤还可以包括对含酸量降低的含糠醛蒸汽进行过滤以提供经过滤的含糠醛蒸汽。
在一个优选的实施方案中，该方法还可以包括换热步骤，其中，使用来自分离步骤的含糠醛蒸汽与温度低于第一温度的含酸的戊糖溶液进行互相隔离的热交换，从而使含酸的戊糖溶液达到第一温度而作为汽提反应步骤的原料，并提供糠醛溶液。
在一个优选的实施方案中，所述纯化步骤包括使用初馏塔进行精馏；糠醛溶液降温至第三温度进入初馏塔进行精馏，精馏得到的纯化后的含糠醛蒸汽经冷凝至第四温度并进行分液，所得的水相液体回到初馏塔，油相液体输出即为粗糠醛产物；精馏得到的一部分塔底液体离开初馏塔，一部分塔底液体经初馏塔再沸器换热后作为再沸蒸汽重新进入初馏塔。
在一个优选的实施方案中，在分离步骤中可以使用碱液对含糠醛蒸汽进行中和。
在一个优选的实施方案中，在分离步骤中可以使用旋风分离器将所述盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽。
在一个优选的实施方案中，可以对汽提反应步骤得到的酸液进行热能回收。
在一个优选的实施方案中，该方法还可以包括精制步骤，其中，对粗糠醛产物进行脱水和脱轻精制以得到产品糠醛。
在一个优选的实施方案中，该方法还可以包括对离开初馏塔的一部分塔底液体进行蒸发再利用。
在一个优选的实施方案中，第一温度可以为80-155℃，第二温度可以为150-220℃，汽提反应塔塔顶温度可以为140-210℃，塔底温度可以为150-220℃，汽提反应塔塔顶压力可以为0.26-2.2MPa(表压)，塔底压力可以为0.37-2.2MPa(表压)。汽提反应塔的温度和压力可通过调整进料的温度和压力等来进行调节和设置。
在一个优选的实施方案中，第三温度可以为20-100℃，第四温度可以为30-90℃，初馏塔塔顶温度可以为100-115℃，塔底温度可以为120-160℃；初馏塔塔顶压力可以为0-0.03MPa(表压)，塔底压力可以为0-0.35MPa(表压)。初馏塔的温度和压力可通过调整进料的温度和压力、再沸比和回流比等来进行调节和设置。
在一个优选的实施方案中，汽提反应塔塔底无再沸器，汽提反应塔塔顶无冷凝回流装置。
在一个优选的实施方案中，酸可以选自硫酸、盐酸、磷酸或硝酸中的至少一种，所述酸的浓度为0.1wt％～10wt％，优选1wt％～5wt％，最优选2wt％～4wt％。
在一个优选的实施方案中，戊糖溶液的糖浓度为1～100g/l，优选1g/l～50g/l，最优选5～30g/l。
本发明的上述方法既可以使用本发明的系统来执行，也可以使用具有其他构成的系统，只要能实现发明效果即可。
实施例
使用如图2所示的系统，用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛。
其中，使用戊糖浓度为5g/l的戊糖溶液作为戊糖原料溶液，向其中加入硫酸作为催化剂，使得戊糖溶液中的硫酸浓度为4wt％。将此含酸的戊糖溶液经由换热单元40升温至150℃后从第一原料入口12进入汽提反应塔10。与此同时，将温度为180℃的汽提蒸汽从汽提蒸汽入口13输入至汽提反应塔10内。上升的汽提蒸汽与戊糖溶液逆流接触，将戊糖溶液加热至约170℃，在反应塔10内进行脱水环化反应。产生的糠醛进入汽提蒸汽，以170℃从汽提反应塔10顶部的蒸汽出口11采出(塔顶压力为0.74MPa)，采出的含糠醛蒸汽中含糠醛8wt％。
将采出的含糠醛蒸汽输出至分离单元20，以12wt％碳酸钠溶液进行气相中和，由旋风分离器22将所得的盐与含糠醛蒸汽分离，从而得到含酸量降低的含糠醛蒸汽。然后，该含糠醛蒸汽进入陶瓷过滤器21，经过滤后进入换热单元40。
在换热单元40内，经过滤的含糠醛蒸汽与含酸的戊糖溶液进行换热得到温度为170℃的糠醛溶液。
糠醛溶液进入纯化单元30。糠醛溶液经糠醛溶液换热器45进一步降温到85℃后从初馏塔进料口33进入初馏塔32，纯化后从初馏塔蒸汽出口34采出粗糠醛蒸汽。经初馏塔冷凝器36冷凝到80℃后进入初馏塔分液罐37，分液得到水相液体和油相液体，其中水相液体含醛浓度为6wt％，油相液体含水8wt％。
水相液体从初馏塔分液罐37顶部返回，并从水相液体入口35进入初馏塔32，油相液体输出作为粗糠醛产物，进入粗糠醛储罐。
该粗糠醛产物经后续的脱水、脱轻精制后即可作为产品糠醛。糠醛收率为88％(相对于5g/l的戊糖溶液的理论收率)。
另外，汽提反应塔10底部的酸液出口14采出的含酸液体温度为175℃，经酸液换热器50回收能量后可降温到120℃循环使用。初馏塔再沸器31由蒸汽供热，初馏塔塔底液体出口39采出的一部分塔底液体经初馏塔再沸器31换热后成为再沸蒸汽，经再沸蒸汽入口返回初馏塔32，其余部分塔底液体作为废水采出，采出的废水可进入废水蒸发器60，经二次蒸发后回收利用。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (30)
1.一种用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的系统，其中，该系统包括：
汽提反应塔，其包括位于顶部的蒸汽出口和第一原料入口，以及位于底部的汽提蒸汽入口和酸液出口；其中，所述第一原料入口用于接收第一温度的含酸的戊糖溶液作为原料以进行脱水环化反应，所述汽提蒸汽入口用于接收第二温度的汽提蒸汽，所述蒸汽出口用于提供由该反应得到的含糠醛蒸汽，所述酸液出口用于从塔底采出酸液；
分离单元，其与所述蒸汽出口相连，用于中和含糠醛蒸汽中的酸，并将所得的盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽；以及
纯化单元，其用于纯化所得的糠醛。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分离单元还包括过滤装置，该过滤装置用于对所述含酸量降低的含糠醛蒸汽进行过滤，以提供经过滤的含糠醛蒸汽。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，该系统还包括换热单元，其包括：
原料通道，包括第二原料入口，第二原料入口用于接收温度低于第一温度的含酸的戊糖溶液；以及原料出口，所述原料出口与所述第一原料入口相连，用于向所述汽提反应塔提供第一温度的含酸的戊糖溶液，以及
糠醛通道，其与原料通道互相隔离但能够进行热交换，并包括糠醛入口，糠醛入口与所述分离单元相连，用于接收来自分离单元的含糠醛蒸汽；和糠醛出口，糠醛出口与所述纯化单元相连，用于提供糠醛溶液。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述纯化单元包括：
初馏塔，其具有位于中部的初馏塔进料口、位于顶部的初馏塔蒸汽出口和水相液体入口、位于底部的再沸蒸汽入口和初馏塔塔底液体出口；
糠醛溶液换热器，糠醛溶液经糠醛溶液换热器降温至第三温度经初馏塔进料口进入初馏塔；
所述初馏塔塔底配有初馏塔再沸器、塔顶配有冷凝回流装置；所述冷凝回流装置包括初馏塔冷凝器和初馏塔分液罐；
所述初馏塔再沸器用于将一部分塔底液体换热后成为再沸蒸汽，经再沸蒸汽入口返回初馏塔；
初馏塔冷凝器，其与初馏塔蒸汽出口相连，用于将纯化后的含糠醛蒸汽冷凝至第四温度的冷凝液；
初馏塔分液罐，其与初馏塔冷凝器相连，用于接收所述冷凝液，进行分液以得到水相液体和油相液体，并将所述水相液体经所述水相液体入口送回初馏塔，将所述油相液体输出作为粗糠醛产物。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分离单元包括碱液输入口以输入碱液用于中和含糠醛蒸汽中的酸。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分离单元包括旋风分离器，用于将所述盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括酸液换热器，用于接收从所述酸液出口流出的酸液并进行热能回收。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述纯化单元还包括精制装置，用于对所述粗糠醛产物进行脱水和脱轻精制以得到产品糠醛。
9.根据权利要求4所述的系统，其中，所述系统还包括废水蒸发器，所述废水蒸发器与初馏塔塔底液体出口相连，用于对来自初馏塔塔底液体出口的另一部分塔底液体进行蒸发再利用。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一温度能够被设置为80-155℃，所述第二温度能够被设置为150-220℃，汽提反应塔塔顶温度能够被设置为140-210℃，汽提反应塔塔底温度能够被设置为150-220℃。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，以表压计，所述汽提反应塔塔顶压力能够被设置为0.26-2.2MPa，汽提反应塔塔底压力能够被设置为0.37-2.2MPa。
12.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第三温度能够被设置为20-100℃，第四温度能够被设置为30-90℃，初馏塔塔顶温度能够被设置为100-115℃，初馏塔塔底温度能够被设置为120-160℃。
13.根据权利要求4所述的系统，其中，以表压计，所述初馏塔塔顶压力能够被设置为0-0.03MPa，塔底压力能够被设置为0-0.35MPa。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述汽提反应塔塔底无再沸器，汽提反应塔塔顶无冷凝回流装置。
15.用含酸的戊糖溶液连续制备糠醛的方法，该方法包括：
汽提反应步骤，使用汽提反应塔进行汽提反应步骤，使第一温度的含酸的戊糖溶液自顶部进入汽提反应塔，使第二温度的汽提蒸汽自底部进入汽提反应塔，汽提蒸汽与戊糖溶液逆流接触，戊糖溶液发生脱水环化反应，从而获得含糠醛蒸汽和酸液；
分离步骤，对所述含糠醛蒸汽进行中和，并将所得的盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽；以及
纯化步骤，纯化所得的糠醛。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分离步骤还包括对所述含酸量降低的含糠醛蒸汽进行过滤，以提供经过滤的含糠醛蒸汽。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，所述方法还包括换热步骤，其中，使来自分离步骤的含糠醛蒸汽与温度低于第一温度的含酸的戊糖溶液进行互相隔离的热交换，从而使含酸的戊糖溶液达到第一温度而作为所述汽提反应步骤的原料，并提供糠醛溶液。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述纯化步骤包括使用初馏塔进行精馏；糠醛溶液经换热降温至第三温度进入初馏塔进行精馏，精馏得到的纯化后的含糠醛蒸汽经冷凝至第四温度并进行分液，所得的水相液体回到初馏塔，油相液体输出即为粗糠醛产物；精馏得到的一部分塔底液体离开初馏塔，经初馏塔再沸器换热后作为再沸蒸汽重新进入初馏塔。
19.根据权利要求15所述的方法，其中在分离步骤中使用碱液对含糠醛蒸汽进行中和。
20.根据权利要求15所述的方法，其中在分离步骤中使用旋风分离器将所述盐与含糠醛蒸汽分离，以提供含酸量降低的含糠醛蒸汽。
21.根据权利要求15所述的方法，其中对汽提反应步骤得到的酸液进行热能回收。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述纯化步骤还包括精制步骤，其中，对所述粗糠醛产物进行脱水和脱轻精制以得到产品糠醛。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，所述纯化步骤还包括对离开初馏塔的另一部分塔底液体进行蒸发再利用。
24.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一温度为80-155℃，所述第二温度为150-220℃，汽提反应塔塔顶温度为140-210℃，汽提反应塔塔底温度为150-220℃。
25.根据权利要求15所述的方法，其中，以表压计，所述汽提反应塔塔顶压力为0.26-2.2MPa，汽提反应塔塔底压力为0.37-2.2MPa。
26.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第三温度为20-100℃，第四温度为30-90℃，初馏塔塔顶温度为100-115℃，初馏塔塔底温度为120-160℃。
27.根据权利要求18所述的方法，其中，以表压计，所述初馏塔塔顶压力为0-0.03MPa，塔底压力为0-0.35MPa。
28.根据权利要求15所述的方法，其中汽提反应塔塔底无再沸器，汽提反应塔塔顶无冷凝回流装置。
29.根据权利要求15所述的方法，其中，所述酸选自硫酸、盐酸、磷酸或硝酸中的至少一种，所述酸的浓度为0.1wt％～10wt％，优选1wt％～5wt％，最优选2wt％～4wt％。
30.根据权利要求15所述的方法，其中，所述戊糖溶液的糖浓度为1～100g/l，优选1～50g/l，最优选5～30g/l。
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Application publication date: 20180316 |