[发明专利]一种农林废弃物制糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种农林废弃物制备糠醛的方法。该方法包括如下步骤：(1)设置两套汽提釜，交叉操作，保证汽提气连续采出；(2)每套汽提釜外设置专用的蒸汽循环压缩机，部分汽提釜采出的汽提气通过蒸汽循环压缩机增压升温后返回汽提釜，通过汽提气部分循环提高采出汽提气中糠醛浓度；(3)采出汽提气作为后续糠醛精馏提纯系统再沸器的热源，降低新鲜水蒸汽的耗量。本发明提出的方法可以显著降低糠醛生产的水蒸汽耗量，降低废水外排量。

技术领域

本发明涉及农林废弃物制备高值化学品技术领域，尤其涉及一种甘蔗渣、玉米秆、玉米芯、高粱秆、棉花秆等农林废弃秸秆制备糠醛的方法，具体是一种农林废弃物制糠醛的方法。

背景技术

糠醛又称呋喃甲醛，分子式C₅H₄O₂，分子量96.08，属于杂环类有机化合物，是一种重要的可再生的生物基平台化合物，可应用于医药、农药、树脂、日化等众多领域。工业上糠醛是由农林废弃物如甘蔗渣、棉花秆、高粱杆、玉米杆和玉米芯等用稀硫酸共热水解制取。农林废弃物主要由半纤维素、纤维素和木质素组成，在酸性、一定温度和压力的环境下，半纤维素优先水解为戊糖，然后戊糖脱水生成糠醛。

目前，国内外的糠醛生产原料一般采用玉米芯，生产技术普遍采用“一锅法”或“一步法”，即水解和脱水两步反应在一个水解釜内完成，催化剂一般采用稀硫酸，间歇操作，水解釜分离后的糠醛水溶液采用连续精馏提纯方法来分离得到糠醛。这种方法每生产一吨糠醛消耗水蒸汽20～25吨，同时产生废水24～29吨，糠醛渣的处理方式是用作燃料直接烧掉。另一种方法称为“两步法”，即半纤维素的水解和戊糖的脱水环化生成糠醛分别在两个不同的反应釜内完成，由于半纤维素聚合度低，比较容易水解，所以先完成第一步半纤维素水解制备戊糖，第二步再利用戊糖制备糠醛。“两步法”在国内还没有工业生产装置。

我国目前的糠醛产能～40万吨/年，现有的生产技术工艺亟需升级换代，以便降低能耗、减少废水排放量。

CN 101942529A将秸秆粉碎成0.1～5mm颗粒装入水解釜，加入0.3～0.5wt％稀硫酸，稀硫酸加入量是秸秆量的5～7倍，110～130℃的温度下水解2～3小时，然后过滤分离，稀糠醛水溶液经蒸馏提纯得到糠醛。CN 105198842A将玉米芯与2～6wt％的稀硫酸混合，然后加入水解锅，加热到140～180℃，水解4～6小时，水解后经过初馏、中和、精馏得到糠醛。CN102766120B利用秸秆为原料，通入过热蒸汽和气相酸(盐酸)，采用多釜串联气相酸催化水解方法，使秸秆在气相酸中进行水解反应，制备糠醛，该方法依然做不到连续操作，蒸汽冷凝后依然含有盐酸，后续的糠醛提纯系统还是要面对酸腐蚀，以及使用的大量蒸汽冷凝后变为废水需要处理的问题。CN 104292192B采用蒸汽爆破的方法将玉米芯中的半纤维素、纤维素和木质素分离出来，半纤维素加6～12wt％的稀硫酸，“一锅法”水解生成糠醛，后续还是相同的精馏提纯工艺，该技术只是增加了原料预处理功能，依然解决不了能耗高、废水量高的问题。CN 104379570A采用生物质做原料，通过在水解釜中添加有机相来和含催化剂的水相浆液形成两相，生成的糠醛萃取到有机相中，额外引入的有机相增加了工艺系统的复杂性，提高了后续提纯处理的成本，同时有机相不可避免有损失，还需定期补充有机相，增加了额外的成本。CN 107021878A采用水蒸汽连续通入含有生物质及酸的釜，将生成的糠醛连续汽提出来，该方法汽提气中糠醛的浓度很低，需要浪费大量的水蒸汽，同时冷凝后的水蒸汽也变成了废水，这种目前普遍采用的生产工艺能耗及废水量大，经济效益不高。