[發明專利]一種利用林木剩余物或果殼制備乙酰丙酸的方法

無效

• 申請號: 201010142738.3
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101875605A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 李亞豐;呼永生;金麗
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C07C59/185
• 分類號: C07C59/185;C07C51/00;C07C51/48
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明涉及到一種利用生物質制備乙酰丙酸的制備方法，具體涉及一種利用林木剩余物或果殼制備乙酰丙酸的方法。

背景技術

植物纖維素轉化為乙酰丙酸需經歷三個連串反應，纖維素降解為葡萄糖，然后六碳糖成環為5-羥甲基糠醛(HMF)，5-羥甲基糠醛再進一步開環、重排和脫甲酸生成乙酰丙酸。目前，有兩種不同途徑的酸催化方法可用于將植物纖維素轉化為乙酰丙酸。一種途徑是用高濃度的無機酸(如15～16mol/L?HCl或質量分數為31～70％的H₂SO₄)作為催化劑在較低的溫度下(20～50℃)反應獲得；另一種方法是在高溫(170～240℃)和稀酸溶液下獲得。

1.高濃度酸、低溫方法：

這種方法國內使用的較多，使用的原料有木糖渣、壓榨過棉籽油的棉籽殼、葡萄糖母液和纖維素造紙廢液。

這種方法中由于使用高濃度的H₂SO₄和HCl等無機酸，需要耐強酸的反應器和酸回收器，并且會產生嚴重的環境污染問題。

2.低濃度酸、高溫方法：

典型的以Biofine公司為例，其以廢纖維為原料，稀硫酸為催化劑，采用兩個反應器連續催化水解。纖維素原料由貯罐經高壓泵進入管式反應器，蒸汽由底部直接通入，于215℃～230℃、質量分數為1.5％～3.5％稀硫酸條件下，連續水解。纖維素分解為己糖單體和低聚物，半纖維素水解為戊糖和低聚物，二者又繼續水解為糠醛和5-HMF。分離水解物料5-HMF經管式反應器進入下一反應器繼續在200～210℃下停留20～30min，使5-HMF進一步開環脫甲酸為乙酰丙酸。

這種方法一方面可減少酸的使用量，另一面將纖維素轉化為乙酰丙酸的連續三步反應分成兩步進行，一步是將植物纖維素→葡萄糖→5-HMF，第二步將5-HMF轉化為乙酰丙酸。在Biofine的生產工藝過程中使用的是高纖維素含量的廢纖維原料(木質素較少)，纖維素易于溶解和分解，第一步可以高溫快速的進行，避免副反應的發生，由此第二步5-HMF轉化為乙酰丙酸成為決定速度的步驟，第二個反應器為這步反應提供了適宜的反應條件，因此可以利用兩個反應器分別為分步反應提供適宜的反應條件。

對含有質量分數為30～48％纖維素和質量分數25％～30％的木質素的致密結構的生物質原料(木屑、樹枝、碎木、糠醛渣、核桃殼、松子殼)來說，由于結構的致密性導致纖維素水解時間的延長，使第一步成為了決定速度的步驟，同時水解的纖維素已進一步轉化為乙酰丙酸來說，因此Biofine工藝不適合具有致密結構或不易降解的林木剩余物或果殼制乙酰丙酸。(參考文獻??郭學陽和溫占平。甘肅化工，1991，(3)：1～3。張來新和楊瓊.化工環保，2001，21(3)：161～163。陳戰國，羅文謙，劉謙光.石家莊化工，1993，(1)：23～24。何柱生.化學工業與工程，2001，19(2)：163～165。Fitzpatrick，S.W.US?5608105，1997-03-04.)

發明內容

本發明的目的在于避免已有技術在用林木剩余物和果殼制乙酰丙酸過程的不足之處，提供一種利用林木剩余物或果殼制備乙酰丙酸的方法。

本方法利用一個水解反應器，采取一步反應的方式，解決了由于林木剩余物和果殼的結構致密，質子H+需更長時間分解纖維素的問題。另外，由于植物纖維水解產物復雜，采用精餾方法進行分離、產品質量不能得到有效保證，再者釜底殘留大量縮合物和固體物給精餾帶來的困難，由此采取萃取分離可使乙酰丙酸與母液得到較好的分離，進一步精制可獲得高品質的乙酰丙酸。