一种糠醛的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种糠醛的制备方法，所述方法为：将植物原料和含有‑SO3H官能团的酸混合进行预处理后与有机酸混合，蒸煮后固液分离，得到半纤维素糖液；从反应釜上部导入所得半纤维素糖液，同时从反应釜下部通入醋酸蒸汽，使糖液和醋酸蒸汽逆流接触反应生成糠醛蒸汽，反应完成后，从反应釜上部导出糠醛蒸汽，冷却后得到含有糠醛的溶液。本发明专利技术首先利用含有‑SO3H官能团的酸对植物原料进行预处理，然后利用有机酸进行蒸煮，半纤维素中的戊聚糖的水解率可达99％以上，实现了对原料中有价物质的高效利用。此外，本发明专利技术采用了分批次半连续放出糠醛蒸汽的流程，提高了糠醛的产率，糠醛的产率可达65‑75％，具有良好的经济效益和应用前景。

A preparation method of furfural

The invention relates to a preparation method of furfural, which comprises: mixing plant raw materials and acids containing SO3H functional group after pretreatment with organic acids, separating solid and liquid after cooking, and obtaining hemicellulose sugar solution; introducing hemicellulose sugar solution from the upper part of the reaction kettle, and introducing acetic acid vapor from the lower part of the reaction kettle, so that the sugar solution and acetic acid vapor can react counter-flow to form hemicellulose sugar solution. Furfural vapor is deduced from the upper part of the reactor after the reaction is completed, and the solution containing furfural is obtained after cooling. The method first uses acid containing SO3H functional group to pretreat plant raw materials, then uses organic acid to cook, and the hydrolysis rate of pentosan in hemicellulose can reach more than 99%, thus realizing the efficient utilization of valuable materials in raw materials. In addition, the invention adopts a batch semi-continuous process of releasing furfural vapor, which improves the yield of furfural, and the yield of furfural can reach 65 75%. It has good economic benefits and application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种糠醛的制备方法
本专利技术涉及糠醛制备领域，具体涉及一种糠醛的制备方法。
技术介绍
糠醛生产主要是利用植物原料中的戊聚糖，植物纤维中主要含有纤维素、半纤维素、木质素。半纤维素中含有的戊聚糖先水解生成戊糖，再由戊糖脱水生产糠醛。目前，糠醛工业生产中，普遍采用强酸做催化剂，在水解过程中，用高压水蒸气将水解产生的糠醛及其他副产挥发性物质带出水解锅，形成醛气。醛气中一般含糠醛4-6％，醋酸1-2％，还有少量低沸物。醛气经冷凝后进入初馏塔，在塔底得到糠醛与水共沸物，初馏塔顶排出含醋酸及少量糠醛的工业废水。CN102329287A公开了一种利用木糖母液制备糠醛的新工艺及专用设备，制备过程中首先按照重量份称取木糖母液和硫酸溶液，将混合液加入到糠醛转化蒸馏一体塔所属的反应釜中，通过直接蒸汽加热分配器向反应釜通入蒸汽，木糖在硫酸作用下脱水转化为糠醛；反应完成后，停止向反应釜通入蒸汽，向夹套内输送蒸汽对反应釜进行加热，进行后续蒸馏、分离的操作。CN103193737A公开了一种以植物材料为原料制备糠醛并联产木质素和纤维乙醇的方法，依次包括：将半纤维素水解制备戊糖，戊糖液预热，喷射升温，脱水环化，醛汽闪蒸释压以及蒸馏、精馏分离等步骤，得到主馏分糠醛。该方法利用硫酸、乙酸溶液、硝酸溶液、盐酸、固体超强酸的水溶液等酸液将植物材料半纤维素中含有的戊聚糖水解为戊糖。CN105503790A公开了一种以玉米芯玉米秸秆为原料制备糠醛的方法，将玉米秸秆以及玉米芯进行预处理，通过稀硫酸溶液对将秸秆以及玉米芯中的半纤维素分离提取，最后通过高温高压转化为糠醛。CN102659723A公开了一种用高粗纤维植物农副产品制备糠醛的方法，包括：将预处理后的原料在水解罐中进行水解，水解过程中采用硫酸和磷酸混合而成的酸性催化剂；往水解罐中引入高温蒸汽，加热水解罐并气提水解产物糠醛；气提糠醛进入糠醛分相器，得到粗糠醛和糠醛渣。该方法采用硫酸和磷酸结合的酸性催化剂水解原料，同时辅以超声波处理，提高糠醛的生产率。上述制备糠醛的流程中均采用了无机强酸做催化剂，但该类型催化剂酸性强，得到的废液难以有效进行处理，对环境造成很大的压力。而采用有机酸做催化剂制备糠醛时，则存在戊糖转化率不高的问题，造成了对原材料中有价物质的浪费，增加了生产成本。此外，半纤维素糖液制备糠醛的反应平衡有限，传统的糖液制备糠醛的流程中，糠醛蒸汽的放出时间都是在反应达到终点后，糠醛产率较低，原料中还有很大部分没有反应，原料的利用率不高。因此需要对现有的植物原料制备糠醛的工艺流程进行改良。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种糠醛的制备方法，大幅提高了半纤维素中的戊聚糖的水解率，同时提高了糠醛的产率。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种糠醛的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将植物原料和含有-SO3H官能团的酸混合进行预处理；(2)将步骤(1)经过预处理得到的物料与有机酸混合，蒸煮后固液分离，得到半纤维素糖液；(3)从反应釜上部导入步骤(2)得到的半纤维素糖液，同时从反应釜下部通入醋酸蒸汽，使糖液和醋酸蒸汽逆流接触反应生成糠醛蒸汽，反应完成后，从反应釜上部导出糠醛蒸汽，冷却后得到含有糠醛的溶液。本专利技术在步骤(1)所述预处理前，先将植物原料进行粉碎，然后将粉碎的原料与含有-SO3H官能团的酸混合进行预处理。根据本专利技术，步骤(1)所述含有-SO3H官能团的酸为甲磺酸和/或乙基磺酸。根据本专利技术，步骤(1)所述预处理在常温下进行。根据本专利技术，步骤(1)所述预处理的时间为0.5-1h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h或1h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)所述有机酸为甲酸、乙酸或丁酸中的至少一种，例如可以是甲酸、乙酸或丁酸中的任意一种，典型但非限定性的组合为：甲酸和乙酸，甲酸和丁酸，乙酸和丁酸，甲酸、乙酸和丁酸。根据本专利技术，步骤(2)所述蒸煮的温度为90-150℃，例如可以是90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)所述蒸煮的时间为0.1-1.5h，例如可以是0.1h、0.3h、0.5h、0.8h、1h、1.3h或1.5h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)所述预处理得到的物料与有机酸的固液质量为1:(5-25)，例如可以是1:5、1:8、1:10、1:13、1:15、1:18、1:20、1:23或1:25，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)所述有机酸的质量浓度为50-95％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)所述反应釜为含有多层塔板的反应釜。根据本专利技术，步骤(3)所述半纤维素糖液进入反应釜时的温度为160-200℃，例如可以是160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)所述醋酸蒸汽的温度为230-280℃，例如可以是230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃或280℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)所述醋酸蒸汽中醋酸的质量浓度为10-20％，例如可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)中待糠醛生成量达到完全反应的40-60％时，导出糠醛蒸汽，同时补充半纤维素糖液和醋酸蒸汽继续进行反应。传统糠醛制备一次放出糠醛蒸汽的工艺流程，糠醛蒸汽的放出时间都是在反应达到终点后，糠醛产率在35％-45％，产率较低。本专利技术采用了多次放出糠醛蒸汽的流程，在达到反应终点之前(40-60％)时即开始导出糠醛蒸汽，半连续的放出方式使反应进行更彻底，糠醛的产率也随之提高。根据本专利技术，对步骤(3)得到的含有糠醛的溶液进行精馏后，所得馏出液中含有醋酸，将其加热形成醋酸蒸汽用于糠醛制备流程中。作为优选的技术方案，本专利技术所述糠醛的制备方法包括以下步骤：(1)将植物原料和含有-SO3H官能团的酸混合进行预处理0.5-1h，所述含有-SO3H官能团的酸为甲磺酸和/或乙基磺酸；(2)按照1:(5-25)的固液质量比将步骤(1)经过预处理得到的物料与质量浓度为50-95％的有机酸混合，在90-150℃下蒸煮0.1-1.5h后固液分离，得到半纤维素糖液，所述有机酸为甲酸、乙酸或丁酸中的至少一种；(3)将步骤(2)得到的半纤维素糖液加热至160-200℃，然后从含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种糠醛的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将植物原料和含有‑SO3H官能团的酸混合进行预处理；(2)将步骤(1)经过预处理得到的物料与有机酸混合，蒸煮后固液分离，得到半纤维素糖液；(3)从反应釜上部导入步骤(2)得到的半纤维素糖液，同时从反应釜下部通入醋酸蒸汽，使糖液和醋酸蒸汽逆流接触反应生成糠醛蒸汽，反应完成后，从反应釜上部导出糠醛蒸汽，冷却后得到含有糠醛的溶液。

【技术特征摘要】
1.一种糠醛的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将植物原料和含有-SO3H官能团的酸混合进行预处理；(2)将步骤(1)经过预处理得到的物料与有机酸混合，蒸煮后固液分离，得到半纤维素糖液；(3)从反应釜上部导入步骤(2)得到的半纤维素糖液，同时从反应釜下部通入醋酸蒸汽，使糖液和醋酸蒸汽逆流接触反应生成糠醛蒸汽，反应完成后，从反应釜上部导出糠醛蒸汽，冷却后得到含有糠醛的溶液。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含有-SO3H官能团的酸为甲磺酸和/或乙基磺酸；优选地，步骤(1)所述预处理的时间为0.5-1h。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述有机酸为甲酸、乙酸或丁酸中的至少一种。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述蒸煮的温度为90-150℃；优选地，步骤(2)所述蒸煮的时间为0.1-1.5h。5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述预处理得到的物料与有机酸的固液质量为1:(5-25)；优选地，步骤(2)所述有机酸的质量浓度为50-95％。6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述反应釜为含有多层塔板的反应釜。7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述半纤维素糖液进入反应釜时的温度为160-200℃；优选地，步骤(3)所述醋酸蒸汽的温度为230-280℃；优选地，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘运思，张睿哲，闵渝，林尚钿，
申请(专利权)人：广州楹鼎生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44