[發明專利]一種生物質分級水解聯產糠醛和乙酰丙酸的方法和裝置

在審

• 申請號: 202010326593.6
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111440134A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 張素平;陳文兵
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C07D307/48
• 分類號: C07D307/48;C07C51/00;C07C59/185
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司 31203
• 代理人: 程意意

本發明涉及生物質能源轉化技術領域，尤其涉及一種生物質分級水解聯產糠醛和乙酰丙酸的方法和裝置。本發明的方法，包括以下步驟：將木質纖維素類生物質和含硫酸的水溶液混合，進行低溫水解，得到氣態糠醛和液固混合物；所述低溫水解的溫度為150～180℃；所述低溫水解過程持續通入水蒸氣攜帶氣態糠醛離開，實現與液固混合物分離；將所述液固混合物進行高溫水解，得到乙酰丙酸；所述高溫水解的溫度為180～220℃。采用本發明的方法不但可以聯產糠醛和乙酰丙酸，而且具有更高的乙酰丙酸產率。

技術領域

本發明涉及生物質能源轉化技術領域，尤其涉及一種生物質分級水解聯產糠醛和乙酰丙酸的方法和裝置。

背景技術

生物質能的特點是儲量豐富，分布廣泛，可再生能力強，生物質能的利用逐漸成為三種不可再生能源以外的世界第四大能量來源。生物質中含有大量的半纖維素、纖維素和木質素。傳統的生物質轉化方式是將生物質解聚為糖類，然后發酵成乙醇，目前國內外的研究主要集中在利用生物質制備高附加值化學品。例如，半纖維素解聚獲得的木糖可制備糠醛(簡稱FF)；纖維素解聚獲得的葡萄糖可制備5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural，簡稱5-HMF)，5-HMF可制備高附加值化合物乙酰丙酸(Levulinic acid，簡稱LA)。

糠醛是能源、化工、醫藥及日用化工領域的重要化學品，可用作航空燃油添加劑，作為萃取劑提煉潤滑油，經加氫反應生成的糠醇可用作粘結劑，縮聚可生成耐高溫、電絕緣良好的糠醛樹脂。糠醛在生產中主要依賴木質纖維素類生物質，一般在酸性條件下經水解脫水得到。中國是生產糠醛的主要國家，世界糠醛68％以上來自于中國，但是糠醛產業仍然面臨著嚴峻問題，包括生產效率低、廢氣廢液處理不善、糠醛殘渣缺乏有效利用等。

乙酰丙酸是重要的平臺化合物，主要由纖維素經水解、脫水，再進一步與水反應后獲得。乙酰丙酸可轉化為多種衍生物，如GVL、乙酰丙酸乙酯、2-甲基四氫呋喃(汽油添加劑)、δ-氨基乙酰丙酸(除草劑)、β-乙酰基丙烯酸、雙酚酸、1，4-戊二酸(聚合作用阻礙劑)等。

由于生物質半纖維素和纖維素結構和性質不同，水解過程中所需的溫度和酸濃度不同，傳統的一步法很難同時得到產率較高的糠醛和乙酰丙酸。

發明內容

本發明的目的在于提供一種生物質分級水解聯產糠醛和乙酰丙酸的方法和裝置，采用本發明的方法不但可以聯產糠醛和乙酰丙酸，而且具有更高的乙酰丙酸產率。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種生物質分級水解聯產糠醛和乙酰丙酸的方法，包括以下步驟：

將木質纖維素類生物質和含硫酸的水溶液混合，進行低溫水解，得到氣態糠醛和液固混合物；所述低溫水解的溫度為150～180℃；所述低溫水解過程持續通入水蒸氣攜帶氣態糠醛離開，實現與液固混合物分離；

將所述液固混合物進行高溫水解，得到乙酰丙酸；所述高溫水解的溫度為180～220℃。

優選的，進行低溫水解時，所述含硫酸的水溶液中硫酸的濃度為0.2～0.8mol/L。

優選的，進行低溫水解時，所述含硫酸的水溶液中還包括FeCl₃，所述FeCl₃在含硫酸的水溶液中的濃度為0.05～0.25mol/L。

優選的，所述含硫酸的水溶液和木質素類生物質的液固比為(1～3)L:1kg。

優選的，所述低溫水解的時間為30～60min。

優選的，進行高溫水解前，還包括調整液固混合物中硫酸的濃度以及調整液固混合物的液固比。

優選的，進行高溫水解時，反應體系中硫酸的濃度為0.1～0.5mol/L，反應體系的液固比為(4～8)L:1kg。