[发明专利]利用生物质糖水解加氢酯化合成4-羟基戊酸甲酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能源燃料化合物4-羟基戊酸甲酯，特别是涉及利用生物质糖水解加氢酯化 合成4-羟基戊酸甲酯的方法，具体涉及一种生物质糖酸水解藕合加氢还原后酯化合成4-羟基戊酸 甲酯的方法。

背景技术

进入20世纪90年代后，全球能源消耗急剧增加，有限的石油资源难以满足人们对能源的需 求。因此，各国从能源安全和环保的角度考虑，开始寻找清洁的替代能源燃料，其中含氧燃料尤 为引人关注。含氧燃料多从生物质转化产生，是可再生的能源，在生物燃料的能量自然循环过程 中不会增加大气中的CO₂净排放量，使得含氧燃料很有发展潜力；含氧燃料可降低内燃机的有害 排放物，尤其是微粒排放。目前，合成的含氧燃料种类很多，主要有酯类燃料、生物质热解燃料、 醇类燃料和醚类燃料。

酯类燃料目前主要是指植物油及其酯，主要包括植物油脂水解得到的脂肪酸与普通一元醇如 甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇等通过酯交换反应得到的脂肪酸单酯，还包括碳酸二甲酯、乙酸-2- 甲氧基乙酯、乙酸-1-甲氧基-2-丙酯、碳酸甲基2-甲氧基乙酯、碳酸甲基-2-乙氧基乙酯、乙二醇 单乙醚乙酸酯等；酯类燃料含硫量少、无毒、能被生物降解，是一种环保的生物质燃料。但直接 使用植物油时，由于其中的不饱和脂肪酸非常多，容易形成结胶，堵塞油路。当内燃机直接使用 植物油时，不完全燃烧的残余物沉积在燃烧室，并使活塞环粘结、喷油器结焦，影响内燃机的使 用寿命；此外，还会导致气缸内混合气的形成质量较差，未燃的燃料喷到气缸壁后容易流入曲轴 箱，引起润滑油变质，所以植物油直接在柴油机上的应用受到限制。为解决上述问题，利用酯化 技术来改变植物油性质；酯化过程就是用甲醇、乙醇等取代大分子链结构甘油三酸酯中的甘油，得 到小分子链的脂肪酸酯，酯化过程中常用酸、酶、碱土金属氢氧化物如KOH、NaOH、甲醇钠(CH₃ON a)等作催化剂。但这一过程需要耗用大量的酸、碱化合物，会造成污染；反应产物得率也较低； 此外，由于植物油的酯化过程以及植物油进行脱酸(如加入甲醇酯化)去杂质处理以有其它酯类燃料 合成路线长，提高了生产成本；同时，利用植物油大量生产酯类燃料，会危及国家的粮食安全。

生物质热解液体燃料是将生物质中的半纤维素、纤维素、木质素和少量其他有机物在高温、 缺氧环境下分解成气态物、气溶胶和木炭，再将气态物冷凝和浓缩成深褐色的热解液体燃料。目前 研究最多的是快速热解技术。其中反应器的结构、反应温度和压力、加热率等因素影响生物质热 解燃料的产量和性质。生物油虽适于贮存与运输，可作为后备燃料，但成份过于复杂，热值低， 需要一系列复杂的后精制过程，经济成本高；同时，热解过程中仍会产生大量的污染物。

醇类燃料目前生产最多的是甲醇和乙醇。巴西是使用乙醇燃料最多的国家，1989年就有40％ 的汽车燃用95％乙醇+5％水的燃料，40％的汽车燃用78％汽油+22％乙醇的燃料。醇在燃烧时不会 生成碳，有利于组织稀薄燃烧、降低CO排放。醇的活性比使用柴油时排出的碳氢化合物的活性 弱，对减少大气中的臭氧有利。而且醇类燃料不含硫，不会向大气中排出SO₂。但是醇类燃料的 十六烷值低，只有在530℃以上的温度下才能自燃着火，使得内燃机直接使用醇类燃料出现困难， 而且醇的低挥发性和高气化热使其低温蒸汽压力低，影响醇类燃料内燃机的低温起动性。当醇作 为生物柴油应用时，它与柴油难以互溶，因此，柴油机使用醇类燃料时必须解决着火和互溶问题； 醇类燃料的大规模持续生产仍存在较多问题，如从生物质转化甲醇的得率低，成本高；乙醇目前 多是从粮食原料如淀粉、蔗糖转化而来，其大量生产也直接危害国家的粮食与经济安全。从木质 纤维转化乙醇的路线长，成本高，难以大规模产业化。