CN108586394B - 一种生物质联产糠醛和生物炭的方法 - Google Patents
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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
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***和导热油循环***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***和导热油循环***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***和导热油循环***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***和导热油循环***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***和导热油循环***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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