蒸汽辅助玉米芯低温热解选择性制备糠醛研究开题报告

全文总字数：1244字

1. 研究目的与意义

研究玉米芯蒸汽辅助条件下低温热解（160-200℃）定向制备糠醛过程作用机制。探索催化剂种类、催化剂添加量、反应温度、水蒸气流量等工艺条件对玉米芯转化及糠醛选择性的影响。揭示催化剂及反应工艺协同作用对糠醛选择性制备及产物稳定化作用机理。实现玉米芯低温热解及蒸汽协同萃取定向制备糠醛。

2. 国内外研究现状分析

国内外主流的糠醛生产工艺主要有Quaker Oats工艺、Agrifuran工艺、Petrole-chimie工艺、Escher Wyss工艺及Rosenlew工艺。Quaker Oats工艺有连续式和序批式两种，序批式历史最悠久，以含水6%的燕麦壳作原料，稀硫酸为催化剂，通入153℃的蒸汽保持5 h。后来，Quaker Oats公司又建立了一套对糠醛生产技术具有里程碑式意义的连续式工艺，特点是首先将甘蔗渣送入预处理装置，并通入低压蒸汽使原料的含水率持续增加，然后通过多孔喷嘴加入蒸汽和硫酸。Agrifuran 序批式工艺采用浆料代替松散物料，硫酸加入量为原料中液相组分的1%，并采用若干个序批式反应器进行串联操作以降低蒸汽的使用量，但是为了维持各个反应器同等反应条件而设置的阀组控制系统花费巨大。Petrole-chimie工艺是基于Agrifuran工艺形成的，与Agrifuran工艺不同的是用磷酸或过磷酸钙作催化剂，废渣可用于生产磷肥。Escher Wyss连续操作工艺采用流化床系统，以稀硫酸为催化剂在170℃下停留 45 min，蒸汽通过旋转布气装置进入逆流垂直反应器中以保持原料处于流化态，由于设备磨损严重，该工艺目前已停止使用。Rosenlew连续生产工艺采用逆流操作模式，原料水解前先用二次蒸汽脱氧，原料从反应器顶部进入，过热蒸汽从反应器底部进入，蒸汽在向上流动的过程中与物料反应，携带糠醛从顶部排出。生产过程中的副产品乙酸、甲酸以及少量其它羧酸可用作天然的催化剂，无需另加催化剂。该工艺具有设备投资少、对设备的腐蚀性小、废渣易处理等优势。在我国北方省份，糠醛生产多采用改进的华夏83技术，用固定床反应器和连续动态精制法生产^[9]。根据半纤维素中戊聚糖水解和戊糖单体脱水环化是否在同一个反应器内进行，糠醛生产技术又可分为一步法和两步法^[13]，目前普遍采用一步法。一步法指半纤维素水解至戊糖及戊糖脱水环化在同一个水解锅内完成。两步法中戊聚糖的水解和戊糖的脱水环化分别在两个不同的水解锅内进行。两步法的优势在于可以充分利用原料并能降低能耗，但两步法由于投资较高且第二步脱水条件不成熟，目前应用较少。

3. 研究的基本内容与计划

探索并确定催化剂种类和添加量对糠醛制备的影响并选择确定的催化剂种类和剂量对玉米芯预处理

探索水蒸气流量对玉米芯转化的影响

探索反应温度对玉米芯转化和糠醛制备的影响

4. 研究创新点

采用低温热解的方法对玉米芯进行热解制备糠醛

只用水作为玉米芯热解产物的溶剂，采用往热解反应釜中通水蒸气带出热解液相产物的方法