玉米芯甲苯-水兩相法制糠醛反應規(guī)律的研究.pdf

1、隨著全球石油能源的緊缺，由糠醛作為平臺化合物加氫制糠醇后進一步反應制得C10～C20間烷烴燃料的工藝，得到越來越多人們的重視，然而，我國糠醛生產(chǎn)工業(yè)中糠醛收率低，廢水、廢氣、廢渣污染嚴重，多以污染環(huán)境為代價來換取低額的經(jīng)濟效益。針對這些問題，本論文嘗試以玉米芯為原料，硫酸做催化劑，甲苯做萃取劑，通過甲苯/水兩相法來生產(chǎn)糠醛，主要研究水、酸、反應時間、反應溫度等對糠醛產(chǎn)率及固相殘渣成分的影響，并對有機相產(chǎn)物中的糠醛進行初步加氫。
　

2、　首先，考慮把玉米芯中纖維素及半纖維素在同一個反應器中催化水解生成呋喃型化合物（5-羥甲基糠醛、糠醛等），以達到聚合糖的充分利用。為此，我們選擇在水料比7g/g、酸料比10.5～24.5wt％、反應溫度100～180℃等條件下進行研究，得出甲苯對糠醛產(chǎn)率及纖維素的分解幾乎不產(chǎn)生影響，水可以促進半纖維素的水解生成戊糖等單糖，但無酸條件下，糠醛的生成量很少;反應溫度對液相產(chǎn)物影響最顯著，對半纖維素及纖維素的分解也較顯著，在溫度大于160℃，

3、酸料比為17.5wt％、水料比為7g/g、油料比為12ml/g時，可以使玉米芯中的纖維素及半纖維素同時水解完全，但糠醛產(chǎn)率達到最高值16.9％時，5-羥甲基糠醛及乙酰丙酸的量都很少，纖維素水解成葡萄糖等單糖后，其中有一部分葡萄糖分解成了C5或C5以下的有機小分子，一部分葡萄糖進一步脫水生成5-羥甲基糠醛，但5-羥甲基糠醛又非常不穩(wěn)定，除了生成少量的乙酰丙酸外，還會發(fā)生焦化生成聚合副產(chǎn)物?？傮w來說，在一個反應器中糠醛產(chǎn)率達到最高值的同時，

4、很難得到大量的5-羥甲基糠醛。
　　接著我們考慮只將玉米芯中的半纖維素全部轉化成糠醛，而纖維素盡可能的保留在固相中。在常壓及甲苯回流溫度（約103℃）下生產(chǎn)糠醛，當浸泡時間為12h、反應時間為2.5h時，糠醛產(chǎn)率可達到12％左右，與前面研究得到糠醛的最大產(chǎn)率相比，顯著降低，說明反應溫度較低，反應時間增加，會使糠醛產(chǎn)率下降。在密閉反應釜中降低酸料比、水料比，研究半纖維素的水解規(guī)律，結果表明當反應溫度為160℃、酸料比為2wt％、水料

5、比為0.5g/g條件下，半纖維素可以全部轉化，糠醛產(chǎn)率達到16％以上，同時纖維素損耗量僅7％左右?？傊覀冊诿荛]反應釜中，將水的用量由7g/g縮小14倍至0.5g/g、酸的用量由17.5wt％縮小近9倍至2wt％，不僅可以保證糠醛的產(chǎn)率較高，同時還可以降低廢水的污染以及纖維素的分解量。
　　最后又研究了間歇反應釜中糠醛甲苯溶液加氫制糠醇的反應規(guī)律，初步考察了濃度、反應時間、反應溫度及催化劑用量對糠醛加氫反應的影響。結果表明以VF

6、AH-1型(CuO-ZnO-Al2O3)為催化劑，在反應條件為:反應溫度170℃，反應時間2h，氫氣壓強為4Mpa，催化劑與糠醛比為1∶3(g/g)，可以使我們第一步得到的有機相產(chǎn)物中糠醛轉化率達到100％，糠醇產(chǎn)率達到94％左右，有機相中C5及C5以下的其它有機小分子對加氫催化劑、糠醛的轉化率及糠醇的產(chǎn)率影響不大。
　　在此基礎上，我們提出了一種玉米芯綜合利用的概念流程圖，并對生物質制糠醛及精制單元進行物料和能量衡算，得出每生產(chǎn)