阅读说明：本技术 一种糠醛的制备工艺 (Preparation process of furfural ) 是由 冯维春 徐婷 王艳 王灏 梁辉 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种糠醛的制备工艺：通过使用新的催化剂代替传统的硫酸催化,并采用连续精制的方法制备糠醛。本发明解决了现有糠醛制备工艺中存在的产品收率低、生产过程中耗能高、废水废气污染严重等问题。提供了一种效率高、污染少、能耗低的糠醛制备工艺。(The invention discloses a preparation process of furfural, which comprises the following steps: the furfural is prepared by using a new catalyst to replace the traditional sulfuric acid catalyst and adopting a continuous refining method. The invention solves the problems of low product yield, high energy consumption in the production process, serious pollution of waste water and waste gas and the like in the existing furfural preparation process. Provides a furfural preparation process with high efficiency, less pollution and low energy consumption.)

一种糠醛的制备工艺

技术领域

本发明涉及化工生产领域，特别是涉及一种糠醛的制备工艺。

背景技术

糠醛又称呋喃甲醛(α－呋喃甲醛)，分子式:C₅H₄O₂；英文名：furfural。糠醛纯品是无色液体，具有杏仁样的特殊香味。工业品是褐色液体，在光、热、空气和无机酸的作用下颜色很快变为褐黑色。熔点－38.7℃，沸点161.7℃，相对密度1.1594(20/4℃)。微溶于冷水，溶于热水、乙醇、***、苯、丙酮等有机溶剂。易挥发，其蒸汽与空气形成***性混和物。糠醛是一种重要的有机化工产品，化学性质活泼，可以通过氧化、缩合等反应制取众多的衍生物，以糠醛为原料直接或间接衍生出的化工产品达1600多种，广泛应用于医药、农药、树脂、日化、铸造、纺织和石油等行业。

目前糠醛的制备工艺有一步法和两步法，两步法中戊聚糖的水解和戊糖的脱水环化反应分别在两个不同的反应器中进行。由于戊聚糖水解产糖和戊糖脱水生成糠醛的最佳条件是不同的，将这两个反应分开进行可以显著提高原料利用率和糠醛产率。然而，由于两步法的设备投资高、操作复杂且第二步戊糖脱水工艺尚不成熟，因此，目前糠醛工业生产中主要是采用一步法，一步法设备投资少，操作简单，但是制备糠醛时反应温度加高，不仅会导致植物中糖类物质的炭化会促进糠醛发生副反应，产品收率低(每生产1吨糠醛成品需要消耗玉米芯10-13吨)，而且生产过程中耗能高(生产1吨糠醛消耗蒸汽25吨，循环冷却水150吨)、废水废气污染严重(生产1吨糠醛产生25吨废水)。因此，开发一种效率高、污染少、能耗低的糠醛制备工艺具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有糠醛生产工艺过程中存在的一系列问题，本发明主要解决的技术问题是提供一种糠醛的合成方法，能够提高糠醛生产收率，减少环境污染、降低能耗。

为解决上述技术问题，本申请采取的技术方案如下：

一种糠醛的制备工艺，具体步骤如下：

1)将玉米芯、固体酸催化剂加入到高压反应釜中，控制温度及压力开始反应，其中毛醛和水从体系中蒸发出来；

2)将步骤1)得到的毛醛和水的混合物经过10～25℃的冷凝器冷凝后分层，分出下层毛醛；

3)将步骤2)分出的毛醛在搅拌下加入碳酸氢钾碱洗，55℃下碱洗0.5h；

4)将步骤3)经碱洗后的毛醛在-0.09MPa的压力下，85-95℃的温度下进行减压蒸馏，连续精制，得到糠醛产品。

优选的，步骤1)中所述的固体酸催化剂为磷酸铝与醋酸复配物或三氯化铝与醋酸的复配物；

优选的，步骤1)中所述的磷酸铝或三氯化铝与醋酸的质量比为4-6:1；

优选的催化剂与玉米芯的质量比为0.03～1.5:100；

优选的，步骤1)中所述的压力为0.8MPa～1MPa；

优选的，步骤1)中所述的温度为105℃～115℃；

优选的，步骤1)中玉米芯的粒径在0.5-1.5cm；

优选的，碳酸氢钾与毛醛的0.11-0.15:1。

本发明的有益效果是：1、传统糠醛一步法工艺采用硫酸作催化剂，硫酸催化过度氧化、炭化等副反应多，易于生成小分子醛和酸，反应收率低，而且含硫酸的醛渣燃烧时环境污染严重，每生产1吨糠醛生产SO₂废气约为36m³。由于玉米芯纤维分子中的酰基断裂产生醋酸，采用磷酸铝与醋酸复配或三氯化铝与醋酸复配使用作催化剂，增强催化效果，提高糠醛产率，对设备的腐蚀较小，无硫化气体和高浓度含酸废水产生，解决废水带来的环境污染问题。2、将醛渣应用于热电联产，解决传统工艺含硫醛渣燃烧排放带来的环境污染问题，同时符合国家生物质能发展规划能源利用及产业升级的相关政策。3、糠醛的精制采用连续蒸馏的方式，与传统工艺相比，能耗降低。

具体实施方式

实施例1

一种糠醛的制备工艺，具体步骤如下：

1)将玉米芯、固体酸催化剂加入到高压反应釜中，控制温度及压力开始反应，其中毛醛和水从体系中蒸发出来；

2)将步骤1)得到的糠醛和水经过10℃的冷凝器冷凝后分层，分出下层毛醛。

3)将步骤2)分出的毛醛在搅拌下加入碳酸氢钾碱洗，55℃下碱洗0.5h。

4)将步骤3)经碱洗后的毛醛在-0.09MPa的压力下，95℃的温度下进行减压蒸馏，连续精制，得到糠醛产品。收率为95.5％。

优选的，步骤1)中所述的固体酸催化剂为磷酸铝与醋酸复配物或三氯化铝与醋酸的复配物；

优选的，步骤1)中所述的磷酸铝或三氯化铝与醋酸得质量比为4:1；

优选的，催化剂与玉米芯的质量比为0.03:100；

优选的，步骤1)中所述的压力为1MPa；

优选的，步骤1)中所述的温度为110℃。

优选的，步骤1)中玉米芯的粒径在0.5cm；

优选的，碳酸氢钾与毛醛的0.11:1。

实施例2

一种糠醛的制备工艺，具体步骤如下：

1)将玉米芯、固体酸催化剂加入到高压反应釜中，控制温度及压力开始反应，其中毛醛和水从体系中蒸发出来；

2)将步骤1)得到的糠醛和水经过10℃的冷凝器冷凝后分层，分出下层毛醛。

3)将步骤2)分出的毛醛在搅拌下加入碳酸氢钾碱洗，55℃下碱洗0.5h。

4)将步骤3)经碱洗后的毛醛在-0.09MPa的压力下，85℃的温度下进行减压蒸馏，连续精制，得到糠醛产品，收率为95％。

优选的，步骤1)中所述的固体酸催化剂为磷酸铝与醋酸复配物或三氯化铝与醋酸的复配物；

优选的，步骤1)中所述的磷酸铝或三氯化铝与醋酸得质量比为6:1；

优选的，催化剂与玉米芯的质量比为0.03:100；

优选的，步骤1)中所述的压力为0.8MPa；

优选的，步骤1)中所述的温度为105℃。

优选的，步骤1)中玉米芯的粒径在1.5cm；

优选的，碳酸氢钾与毛醛的0.15:1。

实施例3

一种糠醛的制备工艺，具体步骤如下：

1)将玉米芯、固体酸催化剂加入到高压反应釜中，控制温度及压力开始反应，其中毛醛和水从体系中蒸发出来；

2)将步骤1)得到的糠醛和水经过25℃的冷凝器冷凝后分层，分出下层毛醛。

3)将步骤2)分出的毛醛在搅拌下加入碳酸氢钾碱洗，55℃下碱洗0.5h。

4)将步骤3)经碱洗后的毛醛在-0.09MPa的压力下，95℃的温度下进行减压蒸馏，连续精制，得到糠醛产品，收率为95.2％。

优选的，步骤1)中所述的固体酸催化剂为磷酸铝与醋酸复配物或三氯化铝与醋酸的复配物；

优选的，步骤1)中所述的磷酸铝或三氯化铝与醋酸得质量比为5:1；

优选的，催化剂与玉米芯的质量比为1.5:100；

优选的，步骤1)中所述的压力为1MPa；

优选的，步骤1)中所述的温度为115℃。

优选的，步骤1)中玉米芯的粒径在1cm；

优选的，碳酸氢钾与毛醛的0.11:1。

实施例4

一种糠醛的制备工艺，具体步骤如下：

1)将玉米芯、固体酸催化剂加入到高压反应釜中，控制温度及压力开始反应，其中毛醛和水从体系中蒸发出来；

2)将步骤1)得到的糠醛和水经过20℃的冷凝器冷凝后分层，分出下层毛醛。

3)将步骤2)分出的毛醛在搅拌下加入碳酸氢钾碱洗，55℃下碱洗0.5h。

4)将步骤3)经碱洗后的毛醛在-0.09MPa的压力下，90℃的温度下进行减压蒸馏，连续精制，得到糠醛产品。收率为95％。

优选的，步骤1)中所述的固体酸催化剂为磷酸铝与醋酸复配物或三氯化铝与醋酸的复配物；

优选的，步骤1)中所述的磷酸铝或三氯化铝与醋酸得质量比为4:1；

优选的，催化剂与玉米芯的质量比为0.1:100；

优选的，步骤1)中所述的压力为1MPa；

优选的，步骤1)中所述的温度为110℃。

优选的，步骤1)中玉米芯的粒径在1.5cm；

优选的，碳酸氢钾与毛醛的0.12:1。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。