[发明专利]用生物质原料快速热裂解制备乙酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及乙酸制备领域，尤其涉及一种用生物质原料快速热裂解制备乙酸的方法。 

背景技术

乙酸，也叫醋酸、冰醋酸，化学式CH₃COOH，是一种有机一元酸，为食醋内酸味及刺激性气味的来源。其为最重要的有机酸之一，主要用于醋酸乙烯、醋酐、醋酸纤维、醋酸酯和金属醋酸盐等，也用作农药、医药和染料等工业的溶剂和原料，在照相药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛用途。每年世界范围内的乙酸需求量在650万吨左右，其中大约150万吨是循环再利用的，剩下的500万吨是通过石化原料直接制取或通过生物发酵制取。 

发酵法是乙酸最原始的制造方法，这种方法采用含糖类物质的植物果实发酵制乙醇，乙醇经过发酵氧化成乙醛，再将乙醛进一步氧化制得乙酸；由乙醇、乙醛、乙烯、丁烯在有催化剂的条件下和发生氧化反应也可以制得乙酸；利用丁烷为主要原料，通过空气氧化而制得乙酸；甲醇低压羰基化法（孟山都法）同样制得乙酸。目前，合成法是工业生产乙酸的主要方法。 

传统的甲醇羰基化制备乙酸的方法已经见诸于众多的专利。参见CN 102307841 A，CN 102612506 A，CN 102149666 A，CN 10659607 A等。在当前的方法中，例如在催化剂、催化剂稳定剂、水和碘甲烷的存在下将甲醇羰基化（CN 102149666 A）以形成包含催化剂、催化剂稳定剂、乙酸、甲醇、碘甲烷、乙酸甲酯、水和一氧化碳的反应混合物；使用甲醇、乙酸甲酯或两者的混合物与一氧化碳和氢气在催化剂作用下，制备乙酸（CN 10659607 A，CN 102612506 A），其特征均在于使用了甲醇原料，通过催化反应制备乙酸。。 

上述众多的乙酸制备方法，主要依赖于石油工业提供原料，在化石原料日益枯竭的背景下，迫切需要制备乙酸的替代方法。 

生物质原料的基本成分是纤维素、半纤维素和木质素，这些组分在快速热裂解反应后，可以生成含酸、醇、酮和醚类的混合物，其中乙酸就是其中的主要成分。 

现申请人查到关于利用生物质为原料，可以制备乙酸的文献有： 

1、专利号：200910172512.5，发明名称：一种生物质综合加工方法，该方法是将生物质粉碎后，裂解反应生成炭和裂解气，裂解气经除尘后，冷却分离为气体和液体，液体送入分馏塔分离，塔顶分离出轻质液体木醋液，其实该产品是生物质热解后的多组分混合物。该方法虽然也是利用生物质进行裂解，但是该反应是处于有氧环境，300～900℃的高温条件下还需反应5～20min，属于慢速热裂解，耗能高，间接导致产品成本的提高，难以获得较纯净的乙酸。该专利作为一种生物质综合加工方法，主要公布一种生物质能转化的方法，并未重点针对乙酸的制备。

2、申请号：201110101092.9，发明名称：一种生物质裂解方法，该方法是将生物质加热1-2小时后用含水量30％的炭粉覆盖生物质表面封闭断氧，热化裂解时间6-8小时；粗燃气经降温分离、旋风分离、解温、气体折流、催化、清洗、脱水、多层过滤后可分解出可燃气体、焦油、醋酸液和不定型炭。该方法虽然采用无氧环境，但炭粉覆盖生物质表面封闭断氧的方式，只能实现部分缺氧，而且热解时间仍长达6-8小时，耗能高，间接导致产品成本的提高。同时，该专利的目的主要是发明一种生物质裂解方法制备木炭、可燃气，并不是制备乙酸的有效方法。 

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、新颖、高效、节能的用生物质原料快速热裂解制备乙酸的方法。 

为实现本发明的目的，通过下述技术方案实现： 

一种用生物质原料快速热裂解制备乙酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预处理：取生物质原料依次经过除杂、粉碎和干燥后备用；

（2）热裂解：在氮气环境中，将生物质原料于500～800℃进行热裂解反应，反应时间为2～3s，压力为0.10~0.15 MPa，物料处于一种流态化的快速反应系统；本反应是气相停留时间仅为2～3s的快速热裂解反应，而且产物迅速离开反应环境。

（3）冷凝：将热裂解反应生成的气体导入多级串联冷凝器内，在温度-20～-5 ℃范围内选择在多组分气体中冷凝出乙酸，收集-20～-5 ℃下某一级的含乙酸冷凝液体； 

（4）分离纯化：将所得液体先后进行离心分离、有机膜过滤、脱水处理和精馏，获得乙酸产品。将乙酸产品置于冷柜内保存，进行气质联用（GC-MS）分析。

作为进一步说明，以上所述生物质原料，包括植物及其利用或加工后的剩余物。