CN1283171A - 由木质素和/或木质素磺酸制造酚、醛、酯和/或酮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用木质素和/或木质素磺酸制造酚、醛、酯和/酮的方法,其中对含木质素和/或木质素磺酸的起始物加热,由该起始物会蒸发出人们所希望得到的物质。在热量影响下,对起始物加热时,可以从起始物的固态物质中制造出有价值的产品。在此之际,所希望得到的物质的形成遵循要求的临界状态,该状态对于从起始物的固态物质中制造出有价值的产品是不常有的,但也是无害处的。

Description

由木质素和／或木质素磺酸制造酚、醛、酯和／或酮的方法

本发明涉及一种利用木质素和／或木质素磺酸制造酚、醛、酯和／或酮的方法，其中对含木质素或木质素磺酸的起始物进行加热，由该起始物中会蒸发出人们所希望得到的物质。

利用木质素磺酸和热来制造各种各样有机物，这已经是众所周知的，例如第2，576，752至754号美国专利。采用这一方法的目的是为了从木质素磺酸中获得有机物。

DE4036922A1描述了一种从窑炉排出的废气中分离出有害物质的方法。由此预示了一种可能性，即被收集到的以及相互间分离的有害物质还可以再利用。

本发明的目的在于提供一种如上述类型的方法，其只需要花费很少的费用。

根据本发明，上述目的是如下解决的，即对含木质素或木质素磺酸的起始物进行加热，在加热的条件下，可以从起始物的固态物质中制造出有价值的产品，其中所希望得到的物质的形成遵循要求的临界状态，该状态对于从起始物的固态物质中制造出有价值的产品是不常有，但也是无害处的。

本发明涉及利用木质素和／或木质素磺酸制造酚、酯和／或酮的生产过程，此生产过程是利用起始物的固态物质部分，而不是液态物质部分。在具体制造这些产品时需要木质纤维板或木模制体、切削板、绝缘材料或者陶瓷烧成物。在陶瓷烧成物时，本发明与根据DE 4036922 A1的现有技术的区别在于，通过调整一定的临界状态，可以从木质素或木质素磺酸中制造出大量的物质，更确切地说，就是人们所希望得到的物质通过所要求的临界状态在相当大的范围内被同时产生。在生产如上所说的产品时，通常在起始物中还含有木质素或木质素磺酸，并且在生产这些产品时，木质素或木质素磺酸也被加热。采用这些新方法，可以得到更多的由木质素或木质素磺酸转化成化学物质的这部分产品。但是首先要确定特殊的临界状态，然后在此状态下对木质素或木质素磺酸进行加热。与通常情况下生产有价值的产品相比较，这种临界状态是不寻常的，也是不合情理的。但是，为了有价值的产品的质量不受损害，选择这样的临界状态无论如何是可能的。

优选的是能够通过低压手段从起始物中得到所需要的物质，这样就保证了经过蒸发后由起始物收集到全部所需要的物质，一点也没有遗漏掉。另一方面，通过低压手段促进了所需物质从起始物中的蒸发。

为了在制造人们希望得到的物质时提供木质素或木质素磺酸，起始物可以含有木质素、木质素磺酸、固态木质素磺酸和／或木质素磺酸浓缩物等成分。木质素是人们熟知的木质成分。例如，在纸张生产过程中，当吸滤纤维素时，同时也产生了木质素磺酸。已知在生产陶瓷烧成物时，又比如在生产木屑板产品时，在起始物中掺有木质素磺酸。

如果要用本发明的方法制取酚的话，木质素或木质素磺酸应在还原性到中性的条件下进行反应。除此之外，为了防止酚氧化，起始物的加热时间不能超过30分钟。

生产制取酚时，在缺少路易斯碱的情况下对木质素或木质素磺酸加热时，避免氧化是很重要的。仅仅从狭窄的化学定义的意义上来注意路易斯碱是不够的。应该更多地重视到，在酚氧化时的所有物质都可以作为路易斯碱起作用。以下实施例是以路易斯碱的进一步概念为基础的。

生产醛时，把木质素或木质素磺酸置于中性至弱氧化性的条件下，起始物的加热时间应该不少于15分钟，温度至少在100℃以上。

生产酯时，把木质素或木质素磺酸置于氧化性的条件下，起始物的加热时间至少要25分钟，其温度在120℃以上。

在生产醛和酯时，可以在路易斯碱存在的情况下，对木质素或木质素磺酸进行加热。

在制造酮时，把木质素或木质素磺酸置于强氧化性的条件下。除此之外，要将起始物加热到140℃以上，加热时间至少要25分钟。同时，应该在很强的路易斯碱存在情况下加热。

可以理解，在制造某一种物质时，临界状态总是在一定的条件下相交的。对此，在达到一个较高的温度条件之前，总是要先经过一个比较低的温度范围。这样一来，从起始物中总会蒸发出混合的化学物质。但是，通过选择临界状态，一般来说都有可能得到所希望得到的物质。为了得到各种纯净的物质，纯制从起始物中蒸发出来的混合物，这种方法无论如何都是值得推荐的。

固态产品的制造方法，特别适合与根据本发明的酚、醛、酯和／或酮等产品的制造相结合，由此可见，起始物的环境温度上升到250℃以上需要很长的时间，使得能够形成所需物质并从起始物中蒸发。对此可以理解的是，250℃的环境温度与木质素或木质素磺酸的250℃的反应温度是不相等的。也就是说，对于固态产品，所希望的反应温度只达到80-160℃。此外，这种生产固态产品的方法对于本发明的方法尤其适宜的是：采用这种方法，使之对化学反应施加影响，在起始物周围中可以得到氧含量，而且通过这种化学反应，可以使木质素或木质素磺酸转换成所希望的化学物质。

另外，要在微波辐射的作用下对木质素和木质素磺酸进行加热，选择使用路易斯碱是可能的。微波辐射不仅在制造有价值的产品时缩短了起始物的加热时间，而且在有些技术领域中也被有目的地使用。微波辐射也加快了本发明在生产酚、醛、酯和／或酮等生成物时进行的一些重要的化学反应的速度。微波辐射的波长正如家用微波炉的波长，这种微波辐射的波长对水分子加热是最理想的。在本发明中微波辐射也可以使用其他的波长，这是为了有目的地增加被确定的、希望得到的物质的产率。微波辐射适合于加速在此所关注的反应，即在使用纯木质素以及无路易斯碱的情况下，能够在比较短的时间内获得酮。在对起始物开始加热后大约5分钟时，就已经出现了第一批所希望得到的物质。这段时间是可以跟将近120分钟的在传统加热中的预热时间相比较的，此加热是对形成大量物质的起始物而言的。本发明中的微波辐射也对选择性激发某一起始物起了积极的作用，所以微波辐射犹如催化剂一样，会对所要进行的反应起作用。

下面就生产制造各种物质作进一步的说明。酚

如果木质素或木质素磺酸的环境是化学还原性至中性的，则在于此所述的化学物质中几乎只能制造出酚。仅添加了一些起始物的挥发性成分，这在同时生产固态产品时是不可避免的。在中性至还原性的环境中，可在30分钟之内从起始物中蒸发出酚，此起始物中不应该有路易斯碱存在，否则路易斯碱会通过其催化作用，同样犹如反应时间延长，导致酚的氧化。在生产酚时，固态木质素磺酸和木质素作为起始物，比液体的木质素磺酸和木质素磺酸浓缩物来说更容易被氧化。醛

为了生产醛，应该使木质素或木质素磺酸的环境保持中性至弱氧化的状态。因此加入柔和的路易斯碱能够支持醛的反应。在木质素中加入糖分子后，酚作为第一层原子的高温热解产物比醛先出现。其反应时间取决于温度和氧，尤其与在空气过滤器中浓缩的空气有关，其反应温度在100℃以上，时间至少需要20分钟。酯

在生产酯时，反应必须达到氧化的临界状态，这比生产醛的条件还要高。所以要有具有催化作用的物质存在，例如路易斯碱是必然的，而且为了酯的生产效益而将温度调节到120℃以上也是必要的，其反应时间大约在30分钟。酮

在生产酮时，其临界状态与酯的生产十分相似。但是生产酮时需要更高的温度，并要达到更强的氧化临界状态。例如，将强路易斯碱作为催化剂来使用。除此之外，必须有较长的反应时间。这种反应时间至少应该在30分钟左右，反应温度也应在140℃以上。

下面举一些使用新方法的例子。在木质纤维工业中的应用

在木质纤维工业中，采用各种各样的生产工艺制造出许多木质纤维产品，例如各种密度的模制件和板。对此，可以在不用考虑生产主产品的情况下，用不同的工艺要点裁取各种各样的专用副产品。

尤其是酚和醛，在连续不断的生产程序中的第一个30分钟内，就从胶粘性物质中被获得。它是在每个生产阶段中通过简单的空气吸取而产生的。经过对所得物质进行浓缩，另外也可能通过预热，能够使酚部分氧化成醛，而醛部分氧化成酯。

在间歇过程中，基于很短的预热时间，只能从起始物中蒸发出原来在起始物中就含有的物质。也就是说，就形成新的物质而言，这个反应没有多大的意义。其反应的结果是，可以获得大部分的酚和少量的醛。在间歇过程中，起始物中心的温度很少超过120℃，起始物周围的温度也很少会达到180℃。在生产绝缘材料时的应用

在这里要获得有价值的物质，其生产方式类似于木质纤维产品的制造。然而在供热时，绝缘材料可以接受路易斯碱的催化性能，而且化学平衡向醛、酯和酮的方向移动。

一般来说，在反应时间少于30分钟的临界状态时，并且在无催化剂的情况下，可以得到90％以上的起始物中本来就已经含有的物质，也能形成很少的反应产物。但是在一个明显多于30分钟的反应时间里，特别是在具有催化剂的情况下，就可以得到多达90％的反应产物。这里所说的催化剂是作为路易斯碱而起作用的，而路易斯碱并非一定要有十分精确的化学定义。也就是说，一种可以获得的物质并不是原来就已经包含在起始物中的，而是从起始物中形成的反应产物。制造未经烧焙的陶瓷的应用

在制造未经烧焙的陶瓷时，通常情况下，对陶瓷的加热不能超过200℃。根据温度的变化，可以在陶瓷中获得不同的蒸发物质。在温度缓慢上升时，最初先获得酚。在加镁的情况下，反应平衡向生成陶瓷的方向移动，但在本来温度就很低的情况下，反应平衡向醛、酯和酮等反应产物的方向移动，这是因为镁在低温时就已经作为路易斯碱而起作用了。

在生产部分的以及全部的烧焙陶瓷的应用中，根据温度的变化过程，可以获得不同的物质。在炉温上升至350℃的时候，一般情况下，从陶瓷中会蒸发出所有的有机物。

温度向350℃上升时速度越慢，反应产物(醛、酯和酮)就越多，而在起始物中原来就含有的物质得到的就越少。温度上升到陶瓷中有机起始物完全蒸发时，需要好几个小时的时间。

当然温度的上升也可以象前面已举的所有例子一样，通过使用微波辐射的方法来大大地缩短时间。这里使用微波辐射，对反应起了一个类似催化的加速作用，尤其从高温分解反应中，可以得到所希望得到的物质。

Claims (11)

1、利用木质素和／或木质素磺酸制造酚、醛、酯和／或酮的方法，其中对含木质素或木质素磺酸的起始物加热，由该起始物蒸发出人们所希望得到的物质，该方法的特征在于，在热量影响下，对起始物加热时，可以从起始物的固态物质中制造出有价值的产品，其中所希望得到的物质的形成遵循要求的临界状态，该状态对于从起始物的固态物质中制造出有价值的产品是不常有的，但也是无害处的。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过低压手段从所述起始物中蒸馏出所需物质。

3、如权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述起始物含有木质素、木质素磺酸、固态木质素磺酸和／或木质素磺酸浓缩物。

4、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在制造酚时，木质素或木质素磺酸应在还原性到中性的条件下进行反应，而所述起始物的加热时间不能超过30分钟。

5、如权利要求4的所述的方法，其特征在于，在不存在路易斯碱的情况下对木质素或木质素磺酸进行加热。

6、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在生产醛时，把木质素或木质素磺酸置于中性至弱氧化性的条件下，而所述起始物的加热时间应该不少于15分钟，温度为至少100℃。

7、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在生产酯时，应该把木质素或木质素磺酸置于氧化性的条件下，而所述起始物的加热时间至少要25分钟，其温度在120℃以上。

8、如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在路易斯碱存在的情况下对木质素或木质素磺酸进行加热。

9、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在制造酮时，把木质素或木质素磺酸置于强氧化性的条件下，而且将所述起始物加热到140℃以上，加热时间至少要25分钟。

10、如权利要求8所述的方法，其特征在于，在强路易斯碱存在的情况下对木质素或木质素磺酸进行加热。

11、如权利要求1-10之一所述的方法，其特征在于，在微波辐射的作用下对木质素或木质素磺酸进行加热。