随着全球石油能源的紧缺，由糠醛作为平台化合物加氢制糠醇后进一步反应制得C10～C20间烷烃燃料的工艺，得到越来越多人们的重视，然而，我国糠醛生产工业中糠醛收率低，废水、废气、废渣污染严重，多以污染环境为代价来换取低额的经济效益。针对这些问题，本论文尝试以玉米芯为原料，硫酸做催化剂，甲苯做萃取剂，通过甲苯/水两相法来生产糠醛，主要研究水、酸、反应时间、反应温度等对糠醛产率及固相残渣成分的影响，并对有机相产物中的糠醛进行初步加氢。
首先，考虑把玉米芯中纤维素及半纤维素在同一个反应器中催化水解生成呋喃型化合物（5-羟甲基糠醛、糠醛等），以达到聚合糖的充分利用。为此，我们选择在水料比7g/g、酸料比10.5～24.5wt％、反应温度100～180℃等条件下进行研究，得出甲苯对糠醛产率及纤维素的分解几乎不产生影响，水可以促进半纤维素的水解生成戊糖等单糖，但无酸条件下，糠醛的生成量很少;反应温度对液相产物影响最显著，对半纤维素及纤维素的分解也较显著，在温度大于160℃，酸料比为17.5wt％、水料比为7g/g、油料比为12ml/g时，可以使玉米芯中的纤维素及半纤维素同时水解完全，但糠醛产率达到最高值16.9％时，5-羟甲基糠醛及乙酰丙酸的量都很少，纤维素水解成葡萄糖等单糖后，其中有一部分葡萄糖分解成了C5或C5以下的有机小分子，一部分葡萄糖进一步脱水生成5-羟甲基糠醛，但5-羟甲基糠醛又非常不稳定，除了生成少量的乙酰丙酸外，还会发生焦化生成聚合副产物。总体来说，在一个反应器中糠醛产率达到最高值的同时，很难得到大量的5-羟甲基糠醛。
接着我们考虑只将玉米芯中的半纤维素全部转化成糠醛，而纤维素尽可能的保留在固相中。在常压及甲苯回流温度（约103℃）下生产糠醛，当浸泡时间为12h、反应时间为2.5h时，糠醛产率可达到12％左右，与前面研究得到糠醛的最大产率相比，显著降低，说明反应温度较低，反应时间增加，会使糠醛产率下降。在密闭反应釜中降低酸料比、水料比，研究半纤维素的水解规律，结果表明当反应温度为160℃、酸料比为2wt％、水料比为0.5g/g条件下，半纤维素可以全部转化，糠醛产率达到16％以上，同时纤维素损耗量仅7％左右。总之，我们在密闭反应釜中，将水的用量由7g/g缩小14倍至0.5g/g、酸的用量由17.5wt％缩小近9倍至2wt％，不仅可以保证糠醛的产率较高，同时还可以降低废水的污染以及纤维素的分解量。
最后又研究了间歇反应釜中糠醛甲苯溶液加氢制糠醇的反应规律，初步考察了浓度、反应时间、反应温度及催化剂用量对糠醛加氢反应的影响。结果表明以VFAH-1型(CuO-ZnO-Al2O3)为催化剂，在反应条件为:反应温度170℃，反应时间2h，氢气压强为4Mpa，催化剂与糠醛比为1∶3(g/g)，可以使我们第一步得到的有机相产物中糠醛转化率达到100％，糠醇产率达到94％左右，有机相中C5及C5以下的其它有机小分子对加氢催化剂、糠醛的转化率及糠醇的产率影响不大。
在此基础上，我们提出了一种玉米芯综合利用的概念流程图，并对生物质制糠醛及精制单元进行物料和能量衡算，得出每生产1t糠醛，将消耗大约6t玉米芯，7.48Gcal的能量，与在理想状态采用下Aspenplus模拟，得出的值6.75Gcal相近，与现有某厂中每生产1t糠醛所消耗的能量15～19Gcal相比，能耗降低了近50％。
- 作 者：
- 李晓征
- 学科专业：
- 工业催化
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 郑州大学
- 导师姓名：
- 孙培勤孙绍晖
- 学位年度：
- 2014
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
