[发明专利]在固定床反应器中进行糠醛加氢反应制备生物呋喃的方法

说明书

本发明涉及生物质转化领域，旨在提供一种在固定床反应器中进行糠醛加氢反应制备生物呋喃的方法。包括：将金属‑沸石分子筛催化剂与石英砂混合均匀后装填在反应管中，两端以石英棉和石英砂填塞用于维持床层高度，组装得到固定床反应器；将氢气和糠醛通入反应管中进行反应，得到的产物通过冷阱冷凝收集。催化剂中的金属是以金属纳米粒子的形式存在的Au、Pd、Rh、Ru、Ni或Co，沸石分子筛是ZSM‑5分子筛、Beta分子筛、MOR分子筛或Y分子筛。本发明具有更温和的反应条件，产物易收集，催化剂易回收且能重复使用。即使在较低的糠醛转化率下，依然有较高的呋喃选择性。本发明中糠醛转化率与呋喃选择性的相关性与常规技术相比显示出巨大差异。

技术领域

本发明是关于生物质转化领域，特别涉及在固定床反应器中进行糠醛加氢反应制备生物呋喃的方法。

背景技术

化石资源是现代工业和文明的物质基础。石油、煤炭、天然气为社会提供了基本的能源和有机工业原料。然而化石资源不可再生，且过度开发利用导致的环境污染问题日益突出。近年来，生物质资源以其可再生性，资源广泛，环境友好等优点逐步发展为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源。

目前，我国的生物质资源主体是秸秆和木质纤维素类生物质。通过生物质转化技术将这些生物质资源转化为各种平台化学品以及下游产品是一种非常有应用前景的新技术。然而这些生物质基化学品通常具有较高的含氧量，且反应条件苛刻，转化过程非常复杂，往往会产生各种副产物，导致目标产物的产率低，选择性不高。糠醛是一种重要的有机化工产品，主要来源于玉米芯等农作物。现有技术中，利用糠醛进一步制备呋喃的方法包括糠醛氧化法、糠醛液相脱碳法、糠醛气相脱碳法，其缺陷是反应条件苛刻，且糠醛转化率低，呋喃选择性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种在在固定床反应器中进行糠醛加氢反应制备生物呋喃的方法。主要目的在于解决糠醛转化率低，呋喃选择性不高的问题。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种在固定床反应器中进行糠醛加氢反应制备生物呋喃的方法，包括如下步骤：

(1)将金属-沸石分子筛催化剂与石英砂混合均匀后装填在反应管中，两端以石英棉和石英砂填塞用于维持床层高度，组装得到固定床反应器；

所述金属-沸石分子筛催化剂中，金属是指以金属纳米粒子的形式存在的Au、Pd、Rh、Ru、Ni或Co中的任意一种，沸石分子筛是指ZSM-5分子筛、Beta分子筛、MOR分子筛或Y分子筛中任意一种；

(2)将氢气和糠醛通入反应管中进行反应，反应温度为50～800℃，反应得到的产物通过冷阱冷凝收集；

在反应物中，氢气和糠醛的摩尔比为0.1～10000，且金属-沸石分子筛催化剂中的金属与糠醛的摩尔比为0.01～10000。

发明原理描述：

本发明首次采用固定床反应器进行糠醛加氢的反应，相比于现有技术，该反应在常压下进行，反应温度不高，反应条件温和，且这种气固相反应增加了反应底物与催化剂之间的接触面积，加快反应速度，使反应瞬间完成。采用金属-沸石分子筛多相催化剂，通过其孔道对反应底物扩散的控制，提高呋喃的选择性，且该催化剂稳定性好，不易失活，易回收。

本发明中，所述糠醛以液体进样泵通入反应管，同时以吹扫方式引入氢气，糠醛能均匀地通过催化剂与石英砂的混合物；反应过程中反应物是连续通入的，反应停止后停止通入反应物且无需保持温度。

反应装置设置好之后，向反应管中通入氢气，固定床反应器升温到反应温度(例如200℃)后，通入糠醛反应即开始(反应是瞬间完成的)，产物由冷阱冷凝收集。当停止通入糠醛的时候，此条件下的反应即停止。可以通过调节反应温度、糠醛流量或者其他反应参数，然后继续通入糠醛，进行下一个阶段的反应。