一種兩步法轉化生物質的方法
2023-04-24 10:34:06
一種兩步法轉化生物質的方法
【專利摘要】本發明提供了一種兩步法轉化生物質的方法。該方法包括以高溫液態水為介質，以SO2為催化劑，通過兩步法轉化生物質得到有用化學品，具體步驟如下：（1）第一步轉化：將生物質、水加入反應釜中，加入一定量的SO2氣體，在一定溫度下攪拌反應一定時間，反應結束後，過濾分離出濾液和未反應的固體物質；（2）第二步轉化：將第一步未反應的固體物質加入釜中，再加入一定量的水和SO2氣體，在一定溫度下攪拌反應一定時間，反應結束後，過濾分離出濾液和未反應的固體物質；反應結束後採用汽提法回收SO2，回收的SO2用於下一次反應。本方法可以提高生物質的轉化效率，並且能夠解決傳統酸水解過程中存在的如腐蝕、產物不易控制等問題。
【專利說明】一種兩步法轉化生物質的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種兩步法轉化生物質的方法。具體而言，本發明涉及一種在高溫液態水介質中，以SO2氣體酸作為催化劑，通過兩步法轉化生物質得到有用的化學品的方法。
【背景技術】
[0002]隨著世界經濟水平的日趨發展，人口的與日俱增，人類生產及生活對能源的需要越來越大。目前，煤、石油以及天然氣等化石能源提供了全球大約96%的有機化學品和86%的燃料。我國是一個資源十分豐富的國家，同時也是一個能源耗費的大國。「多煤、少氣、貧油」的資源狀況，決定了中國一直以來以煤為
主要資源的能源結構。2010年，在我國的一次能源結構中，煤炭、石油及天然氣所佔消費比重分別為70.5%、17.6%、4.0%。但是，煤、石油、天然氣等化石能源是不可再生的資源。而生物質資源因其來源於綠色植物的光合作用，是一種取之不盡，用之不竭的可再生能源。因此，在降低能耗，減輕環境汙染的前提下，
將可再生的生物質資源高效轉化為有用化學品及生物質能源具有重要的實際意義。
[0003]目前，在生物質的轉化技術中主要包括酸水解技術、生物質在超(亞)臨界水中的轉化技術、生物質在離子液體中的轉化技術等。其中，酸催化水解技術是一種比較成熟的生物質轉化技術，可以通過該技術轉化生物質製備糖類，糖類再經酶水解過程製備生物乙醇。酸水解轉化技術中使用的酸，包括硫酸、鹽酸、硝酸等液體酸；co2等氣體酸；氧化物、分子篩、陽離子交換樹脂及雜多酸等固體酸。
[0004]傳統的酸水解轉化技術雖然效率高，但是酸的腐蝕性也比較強，對反應設備的要求很高，反應結束後需要採用鹼中和的方法來回收酸，過程能耗較大。同時在傳統的酸水解過程中，反應產物比較難控制，在反應過程當中容易生成降解產物，這些降解產物可以通過聚合等方式進一步形成腐殖質，降低了產物的收率。
[0005]為了解決酸腐蝕性強、催化劑回收能耗較大及產物不易控制等技術難題，需要尋找合適的催化劑及合適的轉化方法，在提高產物收率的基礎上，降低反應體系對反應設備的腐蝕同時簡化催化劑的回收過程。SO2氣體溶於水形成中強酸，特別適合與生物質的水解轉化，反應結束後，產物中的SO2氣體很容易採用汽提的方法回收再利用。針對木質纖維素生物質的結構特性(即包含半纖維素、纖維素和木質素)，採用SO2氣體酸作為催化劑，將木質纖維素生物質進行分步轉化，提高生物質的轉化效率和解決傳統酸水解存在的問題。。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種兩步法轉化生物質的方法，其中，以高溫液態水作為反應介質，SO2氣體酸作為催化劑，通過兩步法轉化生物質得到有用
化學品。
[0007]為達到上述目的，本發明提供一種兩步法轉化生物質的方法，該方法包括以高溫液態水為介質，以SO2氣體酸作為催化劑，通過兩步法轉化生物質得到有用化學品的方法。第一步是在較為溫和的轉化條件下，將半纖維素轉化；第二步提高反應強度，將纖維素轉化，減小產物的過渡水解，進而減小腐殖質的形成，提高產物的收率。
[0008]本發明提供一種兩步法轉化生物質的方法，該方法包括以高溫液態水為介 質，以SO2氣體酸作為催化劑，通過兩步法水解轉化生物質得到有用化學品，
具體的步驟如下:(I)第一步轉化:將生物質、水加入反應釜中，加入一定量的 SO2氣體，在一定溫度下攪拌反應一定時間，反應結束後，過濾分離出濾液和未 反應的固體物質；(2)第二步轉化:將第一步未反應的固體物質加入釜中，再加 入一定量的水和一定量的SO2氣體,在一定溫度下攪拌反應一定時間，反應結 束後，過濾分離出濾液和未反應的固體物質；第一步和第二步所得的濾液中的 SO2採用汽提的方法回收S02，回收的SO2用於下一次反應。
[0009]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，採用的生物質可以包含但不限於玉米 芯、水稻稻杆、小麥稻杆、玉米稻杆。
[0010]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，優選地，採用的生物質與水的質量比為
0.0133-0.100，更優選為 0.0333-0.0667。
[0011]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，在所述的第一步轉化中，優選地，採用的反應溫度為130-160°C，更優選為140-150°C。
[0012]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，在所述的第一步轉化中，優選地，採用的反應時間為0.5-3.0h，更優選為1.5-2.0h。
[0013]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，在所述的第一步轉化中，優選地，採用的SO2 的濃度為 0.012-0.048g/mL，更優選為 0.024-0.036g/mL。
[0014]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，在所述的第二步轉化中，優選地，採用的反應溫度為170-210°C，更優選為190-200°C。
[0015]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，在所述的第二步轉化中，優選地，採用的反應時間為0.3-2.0h,更優選為0.5-1.0h。
[0016]在上述的兩步法轉化生物質的方法中，在所述的第二步轉化中，優選地，採用的SO2 的濃度為 0.036-0.072g/mL，更優選為 0.048-0.060g/mL。
【權利要求】
1.一種兩步法轉化生物質的方法，該方法包括以高溫液態水為介質，以SO2氣體酸作為催化劑，通過兩步法水解轉化生物質得到有用化學品，具體的步驟如下:(1)第一步轉化:將生物質、水加入反應釜中，加入一定量的SO2氣體，在一定溫度下攪拌反應一定時間，反應結束後，過濾分離出濾液和未反應的固體物質；(2)第二步轉化:將第一步未反應的固體物質加入爸中，再加入一定量的水和一定量的SO2氣體,在一定溫度下攪拌反應一定時間，反應結束後，過濾分離出濾液和未反應的固體物質；第一步和第二步所得的濾液中的SO2採用汽提的方法回收SO2,回收的SO2用於下一次反應。
2.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，所述生物質可以包含但不限於玉米芯、水稻秸杆、小麥秸杆、玉米秸杆。
3.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，所述生物質與水的質量比為 0.0133-0.100，優選為 0.0333-0.0667。
4.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，在所述的第一步轉化中，反應溫度為130-160°C，優選為140-150°C。
5.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，在所述的第一步轉化中，反應時間為0.5-3.0h，優選為1.5-2.0h。
6.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，在所述的第一步轉化中，SO2的濃度為 0.012-0.048g/mL，優選為 0.024-0.036g/mL。
7.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，在所述的第二步轉化中，反應溫度為170-2KTC，優選為190-200°C。
8.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，在所述的第二步轉化中，反應時間為0.3-2.0h，優選為0.5-1.0h。
9.根據權利要求1所述的兩步法轉化生物質的方法，其中，在所述的第二步轉化中，SO2的濃度為 0.036-0.072g/mL，優選為 0.048-0.060g/mL。
【文檔編號】B01J19/00GK104001464SQ201410272262
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】吳衛澤, 閆加賀, 任樹行 申請人:北京化工大學