[发明专利]一种由戊糖生产糠醛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由戊糖生产糠醛的方法，特别是一种采用静态混合器作为反应器生产糠醛并副产醋酸和甲酸的方法。 

背景技术

糠醛，又名呋喃甲醛。由于糠醛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，合成多种化工产品，广泛应用于食品、医药、合成树脂、铸造等多个生产领域。 

目前生产糠醛的原料是以富含戊聚糖的植物纤维，如玉米芯、甘蔗渣、玉米秆、稻壳等。其原理是戊聚糖首先被水解为戊糖，然后戊糖脱水环化生成糠醛。 

根据戊聚糖水解和戊糖脱水这两步反应是否在同一个反应器中，可将糠醛生产方法分为一步法和两步法。一步法的优点是设备简单、操作简单，但其主要缺点是蒸汽消耗量大，生产1吨糠醛消耗18～24吨的蒸汽，糠醛收率低，只有45%左右，产生大量废水废渣，生产1吨糠醛产生24吨高污染废水，原料利用率低，生产1吨糠醛，消耗玉米芯11吨，废渣发黑，纤维素和木质素破坏严重。两步法生产糠醛技术由于戊聚糖水解和戊糖脱水在两个反应器中进行，能够解决现有糠醛生产的原料利用率低、原料来源窄、糠醛收率低、工艺废水难处理、糠醛渣难以继续利用等难题，该法被认为是最具前景的糠醛生产新方法。 

目前“两步法”生产糠醛技术中的第一步，即生物质原料水解制取戊糖技术已经成熟，在较温和的反应条件下，生物质中的半纤维素即可水解主要生成戊糖，同时半纤维分子侧链上的乙酰基和甲酰基被氧化生成醋酸和甲酸，因此戊糖溶液中也含有一定量的甲酸和醋酸。然而由戊糖制取糠醛过程，由于糠醛容易与其前体物发生副反应从而导致糠醛收率很低，这也成为“两步法”生成糠醛技术未能工业应用的根本原因。 

只有在戊糖反应生成糠醛的同时快速把反应生成的糠醛快速转移出反应体系才能从根本上降低副反应提高糠醛收率。反应萃取制取糠醛技术被认为是最具工业前景的戊糖制取糠醛技术。反应萃取制取糠醛技术是指在戊糖反应生成糠醛过程加入一种与水不互溶而对糠醛具有高选择性的溶剂，靠溶剂不断把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糠醛收率。 

CN101486695A公开了一种反应萃取制备糠醛的方法和装置。该发明以超临界二氧化碳为萃取剂，以固体酸为催化剂，超临界二氧化碳与戊糖溶液在填料萃取塔中逆流接触反应，在反应温度为200 ℃、木糖浓度30%(wt)、超临界二氧化碳压力为7 MPa时，糠醛收率为70%。 

CN102627618A公开了一种反应萃取制取糠醛的方法。该发明利用有机溶剂与戊糖溶液在填料萃取塔内逆流接触反应，在反应温度为200 ℃、戊糖浓度1.56%(wt)、溶剂比3:1时，糠醛收率为70%。 

采用反应萃取工艺制备糠醛的过程中，戊糖溶液与萃取剂能否高效的混合接触以促使反应生成的糠醛足够快速的传质到萃取相是制约糠醛收率高低的最关键因素。上述专利中萃取剂和戊糖溶液均是在填料萃取塔内逆流接触反应，但填料塔混合效果较差，副反应严重导致糠醛收率较低，最高只有70%；副反应生成的缩合产物还会累积在填料的表面引起填料堵塞，使得生产过程无法长时间进行；另外上述发明方法无法同时回收戊糖溶液的醋酸和甲酸，反应完的水溶液如果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。 

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，高效生产糠醛并同时回收副产物醋酸和甲酸的方法。 

本发明所述由戊糖溶液生产糠醛的方法，包括以下内容： 

（1）以戊糖溶液为原料，采用静态混合器作为反应器，将戊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，在戊糖脱水生成糠醛的反应条件下进行混合接触反应； 

（2）步骤（1）得到的反应流出物进行冷却静置分层，上层为水相，含有微量的糠醛、醋酸、甲酸及微量的未反应的戊糖，下层为萃取相，主要含有萃取剂，糠醛、醋酸、甲酸以及微量的水；

（3）步骤（2）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，塔釜得到不含水的糠醛、甲酸、醋酸的混合物；

（4）步骤（3）中塔釜得到的糠醛、醋酸和甲酸的混合物进入糠醛成品塔进行分离，塔釜得到糠醛，塔顶得到醋酸和甲酸混合物；

（5）步骤（4）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。

本发明戊糖脱水生成糠醛反应温度为150～280℃,优选为180～220℃；反应停留时间为0.1～2 h。