CN108586394A - 一种生物质联产糠醛和生物炭的方法 - Google Patents

一种生物质联产糠醛和生物炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质联产糠醛和生物炭的方法，该方法包括以下步骤：将生物质原料投入到高压反应器中，加入水和甲苯组成的混合溶剂，加入硫酸，封闭反应器之后，向反应器内通入氮气，使得反应器中的压力达到0.5‑2MPa，加热待反应器内温度达到160℃‑180℃后开始计时，反应10‑15分钟后放出反应物料，进行固液分离，分离后的固体残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯，本发明在短时间内同步实现糠醛生产和生物炭制备，有效缩短糠醛生产时间并显著提高糠醛收率，同时由于极低的水用量，反应后不需要两相分离，可以在工厂的设备上直接使用，实现节能减排，大幅度降低糠醛产品的生产成本。

Description

一种生物质联产糠醛和生物炭的方法
技术领域：
本发明涉及生物质能源化工技术领域，具体涉及一种生物质联产糠醛和生物炭的方法。
背景技术：
糠醛是一种重要的化工中间体，糠醛及其衍生物在溶剂、树脂合成、芳香剂、化妆品、塑料和尼龙制品等领域有着广阔的应用前景。糠醛从1922年开始工业化生产到迄今为止，常用的工艺条件是生物质，如玉米芯在高温(140-185℃)下反应3-10小时，硫酸用量为3％，受多种条件限制，工业生产上最大糠醛收率只能达到理论值的45％-55％。同时，糠醛生产的过程中存在大量诸如缩合和酯化的副反应，生成大量胶体附着在未反应的纤维素和木质素表面，因此废渣中的纤维素和木质素很难再利用，一般只用作生产汽提蒸汽的燃料。据估计，每生产一吨糠醛，在水解工段要排出10-12吨废渣，耗费约20吨水。
发明内容：
本发明的目的是提供一种生物质联产糠醛和生物炭的方法，该方法在短时间内同步实现糠醛生产和生物炭制备，有效缩短糠醛生产时间并显著提高糠醛收率，同时由于极低的水用量，反应后不需要两相分离，可以在工厂的设备上直接使用，实现节能减排，大幅度降低糠醛产品的生产成本。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种生物质联产糠醛和生物炭的方法，该方法包括以下步骤：
将过20-80目的生物质原料投入到高压反应器中，加入水和甲苯组成的混合溶剂，加入硫酸，反应底物在整个体系中的质量浓度为9％-20％，水和反应底物的质量比为0.5:1-1:1，硫酸在溶液中的质量浓度0.2-2％，封闭反应器之后，向反应器内通入氮气，使得反应器中的压力达到0.5-2MPa(优选范围为1-1.5MPa)，加热待反应器内温度达到160℃-180℃后开始计时，反应10-15分钟后放出反应物料，进行固液分离，分离后的固体残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯。
糠醛纯化后作为产品，有机溶剂回收后用于下次反应。
所述的生物质原料包括但不限于：玉米秸秆、玉米芯、甘蔗渣、麦秸秆、木屑等木质纤维素类生物质。另外，还包含甜高粱、柳枝稷等能源草本植物。
所述的反应器为导热油壳层加热的夹套高压反应器，也可为利用蒸汽加热外带保温层的高压反应器。
本发明的有益效果如下：本发明在短时间内同步实现糠醛生产和生物炭制备，有效缩短糠醛生产时间并显著提高糠醛收率，同时由于极低的水用量，反应后不需要两相分离，可以在工厂的设备上直接使用，实现节能减排，大幅度降低糠醛产品的生产成本。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
将烘干粉碎后的玉米芯进行筛分，过40-60目的玉米芯物料加入到高压反应器中，并加入水、甲苯和硫酸，使得反应底物的质量浓度为9％，水和反应底物的质量比为0.5:1，溶液中硫酸的含量为0.2％(质量分数)。封闭反应器后，通入氮气，使得体系压力为1.5MPa。开启反应装置的温控系统和导热油循环系统对高压反应器进行加热，待加热到160℃时开始计时，反应10分钟后停止加热并放出物料，进行固液分离，分离后的残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯；对物料中的液体产物和固体产物分别分析可得：糠醛收率为66％，纤维素和木质素中碳元素的转化率为55％，纤维素保留率50％。
对比例1：
参考实施例1，不同之处在于，没有通入氮气加压。结果参见表1。
表1
对比例2：
参考实施例1，不同之处在于，没有使用甲苯，溶液体系是水和硫酸。
表2
实施例2：
将烘干粉碎后的甘蔗渣进行筛分，过20-60目的甘蔗渣物料加入到高压反应器中，并加入水、甲苯和硫酸，使得反应底物的质量浓度为20％，水和反应底物的质量比为1:1，溶液中硫酸的含量为2％(质量分数)。封闭反应器后，通入氮气，使得体系压力为1MPa。开启反应装置的温控系统和导热油循环系统对高压反应器进行加热，待加热到180℃时开始计时，反应15分钟后停止加热并放出物料，进行固液分离，分离后的残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯；对物料中的液体产物和固体产物分别分析可得：糠醛收率为60％，纤维素和木质素中碳元素的转化率为55％，纤维素保留率57％。
实施例3：
将烘干粉碎后的甜高粱进行筛分，过60-80目的甜高粱加入到高压反应器中，并加入水、甲苯和硫酸，使得反应底物的质量浓度为15％，水和反应底物的质量比为0.8:1，溶液中硫酸的含量为1％(质量分数)。封闭反应器后，通入氮气，使得体系压力为0.5MPa。开启反应装置的温控系统和导热油循环系统对高压反应器进行加热，待加热到170℃时开始计时，反应12分钟后停止加热并放出物料，进行固液分离，分离后的残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯；对物料中的液体产物和固体产物分别分析可得：糠醛收率为55％，纤维素和木质素中碳元素的转化率为60％，纤维素保留率49％。
实施例4：
将烘干粉碎后的麦秸秆进行筛分，过40-60目的物料加入到高压反应器中，并加入水、甲苯和硫酸，使得反应底物的质量浓度为10％，水和反应底物的质量比为0.5:1，溶液体系中硫酸的含量为0.5％(质量分数)。封闭反应器后，通入氮气，使得体系压力为2MPa。开启反应装置的温控系统和导热油循环系统对高压反应器进行加热，待加热到160℃时开始计时，反应10分钟后停止加热并放出物料，进行固液分离，分离后的残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯；对物料中的液体产物和固体产物分别分析可得：糠醛收率为58％，纤维素和木质素中碳元素的转化率为50％，纤维素保留率56％。
实施例5：
将烘干粉碎后的柳枝稷进行筛分，过20-40目的柳枝稷加入到高压反应器中，并加入水、甲苯和硫酸，使得反应底物的质量浓度为20％，水和反应底物的质量比为1:1，溶液中硫酸的含量为1.5％(质量分数)。封闭反应器后，通入氮气，使得体系压力为1.5MPa。开启反应装置的温控系统和导热油循环系统对高压反应器进行加热，待加热到170℃时开始计时，反应10分钟后停止加热并放出物料，进行固液分离，分离后的残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯；对物料中的液体产物和固体产物分别分析可得：糠醛收率为60％，纤维素和木质素中碳元素的转化率为47％，纤维素保留率52％。

Claims (6)

1.一种生物质联产糠醛和生物炭的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将过20-80目的生物质原料投入到高压反应器中，加入水和甲苯组成的混合溶剂，加入硫酸，反应底物在整个体系中的质量浓度为9％-20％，水和反应底物的质量比为0.5:1-1:1，硫酸在溶液中的质量浓度0.2-2％，封闭反应器之后，向反应器内通入氮气，使得反应器中的压力达到0.5-2MPa，加热待反应器内温度达到160℃-180℃后开始计时，反应10-15分钟后放出反应物料，进行固液分离，分离后的固体残渣为生物炭，分离的液体进入减压蒸馏回收糠醛及甲苯。
2.根据权利要求1所述的生物质联产糠醛和生物炭的方法，其特征在于，反应器中的压力为1-1.5MPa。
3.根据权利要求1或2所述的生物质联产糠醛和生物炭的方法，其特征在于，所述的生物质原料选自木质纤维素类生物质。
4.根据权利要求3所述的生物质联产糠醛和生物炭的方法，其特征在于，木质纤维素类生物质选自玉米秸秆、玉米芯、甘蔗渣、麦秸秆、木屑。
5.根据权利要求1或2所述的生物质联产糠醛和生物炭的方法，其特征在于，所述的生物质原料选自能源草本植物。
6.根据权利要求5所述的生物质联产糠醛和生物炭的方法，其特征在于，所述的能源草本植物选自甜高粱、柳枝稷。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109651309A (zh) * 2019-02-01 2019-04-19 王国锋 一种糠醛的制备方法
CN109956917A (zh) * 2019-03-19 2019-07-02 华中科技大学 一种生物质联产糠醛和碳量子点的方法及产品

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103896887A (zh) * 2012-12-25 2014-07-02 济南圣泉集团股份有限公司 一种由生物质原料生产糠醛的工艺
CN104743553A (zh) * 2013-12-26 2015-07-01 济南圣泉集团股份有限公司 一种制备糠醛联产活性炭的方法和设备
CN104925805A (zh) * 2014-03-22 2015-09-23 黑龙江省专利技术开发公司 一种利用糠醛渣制备生物碳的配方及工艺
CN105174254A (zh) * 2015-09-17 2015-12-23 北京林业大学 一种以玉米芯为原料制备活性炭和糠醛的方法
WO2016025673A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-18 Shell Oil Company Process for preparing furfural from biomass

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103896887A (zh) * 2012-12-25 2014-07-02 济南圣泉集团股份有限公司 一种由生物质原料生产糠醛的工艺
CN104743553A (zh) * 2013-12-26 2015-07-01 济南圣泉集团股份有限公司 一种制备糠醛联产活性炭的方法和设备
CN104925805A (zh) * 2014-03-22 2015-09-23 黑龙江省专利技术开发公司 一种利用糠醛渣制备生物碳的配方及工艺
WO2016025673A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-18 Shell Oil Company Process for preparing furfural from biomass
CN105174254A (zh) * 2015-09-17 2015-12-23 北京林业大学 一种以玉米芯为原料制备活性炭和糠醛的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109651309A (zh) * 2019-02-01 2019-04-19 王国锋 一种糠醛的制备方法
CN109956917A (zh) * 2019-03-19 2019-07-02 华中科技大学 一种生物质联产糠醛和碳量子点的方法及产品

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