[发明专利]一种利用纤维素制取液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种利用纤维素制取液体燃料的新方法，该方法适合利用纤维素碱性催化裂解制取液体燃料。

背景技术

丙酮、异丙醇、丁酮、丁醇和乙醇都是重要的有机溶剂和化工原料，在炸药、塑料、制药以及有机玻璃、合成橡胶等工业中应用广泛。丙酮是重要的有机合成原料，用于生产环氧树脂，聚碳酸酯，有机玻璃等，也是良好溶剂，也用作稀释剂，清洗剂，萃取剂。异丙醇是重要的化工产品和原料，用于制药、化妆品、塑料、香料、涂料等。丁酮主要用作溶剂，还是制备医药、染料、洗涤剂、香料、抗氧化剂以及某些催化剂的是中间体。丁醇是用于制造甲乙酮，合成香精、染料等的原料，也用作溶剂，丁醇的蒸汽压力低，腐蚀性较小是新一代的生物燃料。乙醇是良好的有机溶剂和消毒剂。

至上世纪九十年代初之前，丙酮、丁醇和乙醇的同步生产主要是利用粮食发酵生产，自九十年代开始，被石油化工法取代。现在随着石油资源的日益枯竭和环境问题的日益严重，采用新的方法生产丙酮、丁醇和乙醇引起了世界各国的广泛关注。

中国专利CN101161818A提出了一种采用小麦B淀粉替代玉米发酵生产丙酮丁醇的方法。中国专利CN101363031提出了以玉米皮为原料，经过高压蒸煮、酶解糖化等过程进行丙酮丁醇的生产方法。中国专利CN101358218A提出了一种利用秸秆联产木糖生产丙酮丁醇的方法，该方法利用木糖渣在纤维素酶的作用下水解为葡萄糖，利用葡萄糖发酵生产丙酮丁醇。中国专利CN102352381A提出了一种以木糖生产废液为原料，利用微生物发酵技术生物转化糖源生产化工产品丙酮丁醇。中国专利CN102286549A提出了一种以纤维二糖、木糖和葡萄糖混合糖发酵生产丙酮丁醇的方法。中国专利CN102304550A提出了一种以木质纤维素为原料生产乙醇或者丙酮丁醇的方法，采用湿盘研磨机-超微粒融碎机物理方法将木质纤维素进行预处理后，进行发酵生产乙醇或者丙酮丁醇。

上述的方法都以生物发酵技术为基础，生物发酵的产物浓度低，富集纯化需要的能量很大，而且发酵所用的周期很长，而且原料预处理的周期也都较长，不利用大宗化学品的生产。

因此需要研究开发一种利用易得的原料制取液体燃料的新方法，该方法的反应周期应该较短，并且产物浓度较高且易于分离纯化。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种利用纤维素制取液体燃料的新方法，该方法反应周期短，产物浓度较高，且易于分离纯化。

因此，本发明提供了一种利用纤维素制取液体燃料的方法(下面有时简称为“本发明的方法”)，所述方法包括以下步骤：将纤维素原料与过量的碱性催化剂(即，碱性催化剂与纤维素原料的摩尔比大于1)混合后加入釜式反应器，在100℃-250℃的温度和0.1MPa-4.0MPa的压力下进行预处理，将预处理得到的混合物与过量的碱性催化剂(即，碱性催化剂与混合物中纤维素原料的摩尔比大于1)混合后加入管式反应器，在惰性气体、水蒸气或两者的混合气体的气氛下和在140℃～700℃，优选300℃～700℃的温度加热反应0.1hr～2hr，优选1h～2h，收集反应得到的液体产物，所述液体产物包含液体燃料。

在本发明的方法中，纤维素原料和碱性催化剂均可以以固体的形式添加，例如，直接以市售的原料形式，或经过合适的粉碎或研磨设备处理后制成粉末或颗粒形式添加。若以粉末或颗粒形式装料，则其粒度不受限制，只要便于向反应器装料和相互混合即可。

在本发明的方法的优选实施方案中，碱性催化剂可以是碱金属或碱土金属的氧化物或氢氧化物中的一种或任意两种的混合物。

在本发明的方法的一个优选实施方案中，碱金属可以是钠，优选使用其氢氧化物，即氢氧化钠。

在本发明的方法的一个优选实施方案中，碱土金属可以是钙，优选使用其氧化物，即氧化钙。

在本发明的方法的进一步优选的实施方案中，在碱性催化剂为氧化钙和氢氧化钠的混合物的情况下，氧化钙和氢氧化钠的摩尔比可以为1∶1～1∶5。

在本发明的方法的优选实施方案中，预处理的时间可以为1hr～10hr。

在本发明的方法的优选实施方案中，惰性气体可以为氮气或氮气与水蒸气的混合气体(两者比例不受限制，例如，可以采用1∶1的流量比)。

在本发明的方法中，液体产物中包含的液体燃料可以是丙酮、异丙醇、丁酮、丁醇和乙醇等产物的混合物，每种液体燃料各自的含量比例和分布会根据操作条件的不同而变化。