[发明专利]一种生产5-羟甲基糠醛的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及5-羟甲基糠醛生产技术，特别是一种采用静态混合器作为反应器生产5-羟甲基糠醛的工艺。 

背景技术

生物质是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，同时也是唯一一种可再生的碳源。经过几十年的探索，目前人们已经形成共识：生物质生产生物基化学品，逐步替代化石资源是目前最可行、最佳或唯一选择。如何高效的从生物质糖平台制取生物基平台化学品已经世界各国学者研究的热点。 

5-羟甲基糠醛常压下沸点183℃，熔点35.2℃，其分子结构中存在醛基、双烯、环醚等官能团，所以它兼具醛、醚、二烯和芳香烃化合物的性质，可参与多种不同类型的反应，合成很多种化工产品，广泛应用于国民经济中的各个领域，因此被美国能源部视为十大生物基平台化学品。 

纤维素经高温水解可制取葡萄糖，葡糖糖在高温、催化剂条件下反应即可生成5-羟甲基糠醛。由于5-羟甲基糠醛分子中含有一个呋喃环和一个醛基，其化学性质比较活泼，在其反应生成条件下比较容易发生副反应造成5-羟甲基糠醛收率降低，因此为了获得较高的收率，就必须尽可能快的把反应生成的5-羟甲基糠醛转移出反应体系。 

反应萃取制取5-羟甲基糠醛技术被认为是最具工业前景的葡萄糖制取5-羟甲基糠醛技术。反应萃取制取5-羟甲基糠醛技术是指在葡萄糖反应生成5-羟甲基糠醛过程加入一种与水不互溶而对5-羟甲基糠醛具有高选择性的溶剂，靠溶剂不断把5-羟甲基糠醛从水相反应体系萃取到溶剂相，从而大大降低副反应提高5-羟甲基糠醛收率。  

中国专利CN101628902A公开了一种由葡萄糖制取5-羟甲基糠醛的方法，该方法首先将一定量的葡萄糖溶液装入高压反应釜中，升温至120-250℃，然后通入超临界二氧化碳，控制压力10-25MPa；反应的同时不断排出溶解了5-羟甲基糠醛的超临界二氧化碳，然后5-羟甲基糠醛再与二氧化碳分离，再经脱水、结晶等工序获得5-羟甲基糠醛产品。上述发明实际上属于间歇生产过程，而且工艺复杂，操作压力高、能耗大，在工业上很难实现。           

在木质纤维素高温条件下水解制取葡萄糖的过程中，同时伴有副产物甲酸和醋酸生成，因此所得葡萄糖溶液中同时含有甲酸和乙酸，如果反应后水溶液不进行环保处理而直接排放，不仅会造成严重的环境污染，还会造成宝贵资源的浪费，在现有的由葡糖糖溶液制取5-羟甲基糠醛的技术中，还没有关于能够从反应液中同时回收甲酸和醋酸的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种使用静态混合器作为反应器，高效生产5-羟甲基糠醛并同时副产甲酸和醋酸的方法。 

本发明提供一种生产5-羟甲基糠醛的方法，包括以下内容： 

（1）将脱去半纤维素后的生物质原料与水按照质量比0.05～1混合后进入水解釜，在180～240℃条件下水解0.2～1h，得到葡萄糖糖、醋酸和甲酸混合溶液；

（2）以步骤（1）得到的混合溶液为原料，采用静态混合器作为反应器，将葡萄糖溶液与萃取剂通过输送设备分别通入静态混合器，反应所用催化剂为甲酸和/或醋酸，在葡萄糖脱水生成5-羟甲基糠醛的反应条件下进行混合接触反应； 

（3）步骤（2）得到的反应流出物进行冷却静置分层，上层为水相，含有微量的5-羟甲基糠醛、醋酸、甲酸及微量的未反应的葡萄糖，下层为萃取相，含有5-羟甲基糠醛、醋酸、甲酸以及微量的水；

（4）步骤（3）得到的萃取相进入萃取剂再生塔进行分离，塔顶产物经分相得到再生的萃取剂和少量的水，塔釜得到不含水的5-羟甲基糠醛、甲酸、醋酸的混合物；

（5）步骤（4）中塔釜得到的5-羟甲基糠醛、醋酸和甲酸的混合物进入5-羟甲基糠醛成品塔进行分离，塔釜得到5-羟甲基糠醛，塔顶得到醋酸和甲酸混合物；

（6）步骤（5）中塔顶得到的醋酸和甲酸混合物进入醋酸精制塔，塔顶得到甲酸，塔釜得到醋酸。

本发明葡萄糖脱水生成5-羟甲基糠醛反应温度为150～280℃，优选为200～240℃；反应停留时间为0.1～2 h。 

本发明方法中，葡萄糖脱水反应压力应大于反应温度下水相泡点压力以保证反应在液相状态下进行，反应压力范围在2～10MPa，优选压力为2～4MPa。 

本发明方法中，所述生物质原料可以为玉米芯、小麦秸秆、玉米秆、高粱秆、水稻秸秆中的一种或几种。