專利名稱：由木質(zhì)素和/或木質(zhì)素磺酸制造酚、醛、酯和/或酮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用木質(zhì)素和／或木質(zhì)素磺酸制造酚、醛、酯和／或酮的方法，其中對(duì)含木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸的起始物進(jìn)行加熱，由該起始物中會(huì)蒸發(fā)出人們所希望得到的物質(zhì)。
利用木質(zhì)素磺酸和熱來制造各種各樣有機(jī)物，這已經(jīng)是眾所周知的，例如第2，576，752至754號(hào)美國(guó)專利。采用這一方法的目的是為了從木質(zhì)素磺酸中獲得有機(jī)物。
DE4036922A1描述了一種從窯爐排出的廢氣中分離出有害物質(zhì)的方法。由此預(yù)示了一種可能性，即被收集到的以及相互間分離的有害物質(zhì)還可以再利用。
本發(fā)明的目的在于提供一種如上述類型的方法，其只需要花費(fèi)很少的費(fèi)用。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的是如下解決的，即對(duì)含木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸的起始物進(jìn)行加熱，在加熱的條件下，可以從起始物的固態(tài)物質(zhì)中制造出有價(jià)值的產(chǎn)品，其中所希望得到的物質(zhì)的形成遵循要求的臨界狀態(tài)，該狀態(tài)對(duì)于從起始物的固態(tài)物質(zhì)中制造出有價(jià)值的產(chǎn)品是不常有，但也是無害處的。
本發(fā)明涉及利用木質(zhì)素和／或木質(zhì)素磺酸制造酚、酯和／或酮的生產(chǎn)過程，此生產(chǎn)過程是利用起始物的固態(tài)物質(zhì)部分，而不是液態(tài)物質(zhì)部分。在具體制造這些產(chǎn)品時(shí)需要木質(zhì)纖維板或木模制體、切削板、絕緣材料或者陶瓷燒成物。在陶瓷燒成物時(shí)，本發(fā)明與根據(jù)DE 4036922 A1的現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于，通過調(diào)整一定的臨界狀態(tài)，可以從木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸中制造出大量的物質(zhì)，更確切地說，就是人們所希望得到的物質(zhì)通過所要求的臨界狀態(tài)在相當(dāng)大的范圍內(nèi)被同時(shí)產(chǎn)生。在生產(chǎn)如上所說的產(chǎn)品時(shí)，通常在起始物中還含有木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸，并且在生產(chǎn)這些產(chǎn)品時(shí)，木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸也被加熱。采用這些新方法，可以得到更多的由木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸轉(zhuǎn)化成化學(xué)物質(zhì)的這部分產(chǎn)品。但是首先要確定特殊的臨界狀態(tài)，然后在此狀態(tài)下對(duì)木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸進(jìn)行加熱。與通常情況下生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)品相比較，這種臨界狀態(tài)是不尋常的，也是不合情理的。但是，為了有價(jià)值的產(chǎn)品的質(zhì)量不受損害，選擇這樣的臨界狀態(tài)無論如何是可能的。
優(yōu)選的是能夠通過低壓手段從起始物中得到所需要的物質(zhì)，這樣就保證了經(jīng)過蒸發(fā)后由起始物收集到全部所需要的物質(zhì)，一點(diǎn)也沒有遺漏掉。另一方面，通過低壓手段促進(jìn)了所需物質(zhì)從起始物中的蒸發(fā)。
為了在制造人們希望得到的物質(zhì)時(shí)提供木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸，起始物可以含有木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸、固態(tài)木質(zhì)素磺酸和／或木質(zhì)素磺酸濃縮物等成分。木質(zhì)素是人們熟知的木質(zhì)成分。例如，在紙張生產(chǎn)過程中，當(dāng)吸濾纖維素時(shí)，同時(shí)也產(chǎn)生了木質(zhì)素磺酸。已知在生產(chǎn)陶瓷燒成物時(shí)，又比如在生產(chǎn)木屑板產(chǎn)品時(shí)，在起始物中摻有木質(zhì)素磺酸。
如果要用本發(fā)明的方法制取酚的話，木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸應(yīng)在還原性到中性的條件下進(jìn)行反應(yīng)。除此之外，為了防止酚氧化，起始物的加熱時(shí)間不能超過30分鐘。
生產(chǎn)制取酚時(shí)，在缺少路易斯堿的情況下對(duì)木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸加熱時(shí)，避免氧化是很重要的。僅僅從狹窄的化學(xué)定義的意義上來注意路易斯堿是不夠的。應(yīng)該更多地重視到，在酚氧化時(shí)的所有物質(zhì)都可以作為路易斯堿起作用。以下實(shí)施例是以路易斯堿的進(jìn)一步概念為基礎(chǔ)的。
生產(chǎn)醛時(shí)，把木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸置于中性至弱氧化性的條件下，起始物的加熱時(shí)間應(yīng)該不少于15分鐘，溫度至少在100℃以上。
生產(chǎn)酯時(shí)，把木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸置于氧化性的條件下，起始物的加熱時(shí)間至少要25分鐘，其溫度在120℃以上。
在生產(chǎn)醛和酯時(shí)，可以在路易斯堿存在的情況下，對(duì)木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸進(jìn)行加熱。
在制造酮時(shí)，把木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸置于強(qiáng)氧化性的條件下。除此之外，要將起始物加熱到140℃以上，加熱時(shí)間至少要25分鐘。同時(shí)，應(yīng)該在很強(qiáng)的路易斯堿存在情況下加熱。
可以理解，在制造某一種物質(zhì)時(shí)，臨界狀態(tài)總是在一定的條件下相交的。對(duì)此，在達(dá)到一個(gè)較高的溫度條件之前，總是要先經(jīng)過一個(gè)比較低的溫度范圍。這樣一來，從起始物中總會(huì)蒸發(fā)出混合的化學(xué)物質(zhì)。但是，通過選擇臨界狀態(tài)，一般來說都有可能得到所希望得到的物質(zhì)。為了得到各種純凈的物質(zhì)，純制從起始物中蒸發(fā)出來的混合物，這種方法無論如何都是值得推薦的。
固態(tài)產(chǎn)品的制造方法，特別適合與根據(jù)本發(fā)明的酚、醛、酯和／或酮等產(chǎn)品的制造相結(jié)合，由此可見，起始物的環(huán)境溫度上升到250℃以上需要很長(zhǎng)的時(shí)間，使得能夠形成所需物質(zhì)并從起始物中蒸發(fā)。對(duì)此可以理解的是，250℃的環(huán)境溫度與木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸的250℃的反應(yīng)溫度是不相等的。也就是說，對(duì)于固態(tài)產(chǎn)品，所希望的反應(yīng)溫度只達(dá)到80-160℃。此外，這種生產(chǎn)固態(tài)產(chǎn)品的方法對(duì)于本發(fā)明的方法尤其適宜的是采用這種方法，使之對(duì)化學(xué)反應(yīng)施加影響，在起始物周圍中可以得到氧含量，而且通過這種化學(xué)反應(yīng)，可以使木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸轉(zhuǎn)換成所希望的化學(xué)物質(zhì)。
另外，要在微波輻射的作用下對(duì)木質(zhì)素和木質(zhì)素磺酸進(jìn)行加熱，選擇使用路易斯堿是可能的。微波輻射不僅在制造有價(jià)值的產(chǎn)品時(shí)縮短了起始物的加熱時(shí)間，而且在有些技術(shù)領(lǐng)域中也被有目的地使用。微波輻射也加快了本發(fā)明在生產(chǎn)酚、醛、酯和／或酮等生成物時(shí)進(jìn)行的一些重要的化學(xué)反應(yīng)的速度。微波輻射的波長(zhǎng)正如家用微波爐的波長(zhǎng)，這種微波輻射的波長(zhǎng)對(duì)水分子加熱是最理想的。在本發(fā)明中微波輻射也可以使用其他的波長(zhǎng)，這是為了有目的地增加被確定的、希望得到的物質(zhì)的產(chǎn)率。微波輻射適合于加速在此所關(guān)注的反應(yīng)，即在使用純木質(zhì)素以及無路易斯堿的情況下，能夠在比較短的時(shí)間內(nèi)獲得酮。在對(duì)起始物開始加熱后大約5分鐘時(shí)，就已經(jīng)出現(xiàn)了第一批所希望得到的物質(zhì)。這段時(shí)間是可以跟將近120分鐘的在傳統(tǒng)加熱中的預(yù)熱時(shí)間相比較的，此加熱是對(duì)形成大量物質(zhì)的起始物而言的。本發(fā)明中的微波輻射也對(duì)選擇性激發(fā)某一起始物起了積極的作用，所以微波輻射猶如催化劑一樣，會(huì)對(duì)所要進(jìn)行的反應(yīng)起作用。
下面就生產(chǎn)制造各種物質(zhì)作進(jìn)一步的說明。酚如果木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸的環(huán)境是化學(xué)還原性至中性的，則在于此所述的化學(xué)物質(zhì)中幾乎只能制造出酚。僅添加了一些起始物的揮發(fā)性成分，這在同時(shí)生產(chǎn)固態(tài)產(chǎn)品時(shí)是不可避免的。在中性至還原性的環(huán)境中，可在30分鐘之內(nèi)從起始物中蒸發(fā)出酚，此起始物中不應(yīng)該有路易斯堿存在，否則路易斯堿會(huì)通過其催化作用，同樣猶如反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致酚的氧化。在生產(chǎn)酚時(shí)，固態(tài)木質(zhì)素磺酸和木質(zhì)素作為起始物，比液體的木質(zhì)素磺酸和木質(zhì)素磺酸濃縮物來說更容易被氧化。醛為了生產(chǎn)醛，應(yīng)該使木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸的環(huán)境保持中性至弱氧化的狀態(tài)。因此加入柔和的路易斯堿能夠支持醛的反應(yīng)。在木質(zhì)素中加入糖分子后，酚作為第一層原子的高溫?zé)峤猱a(chǎn)物比醛先出現(xiàn)。其反應(yīng)時(shí)間取決于溫度和氧，尤其與在空氣過濾器中濃縮的空氣有關(guān)，其反應(yīng)溫度在100℃以上，時(shí)間至少需要20分鐘。酯在生產(chǎn)酯時(shí)，反應(yīng)必須達(dá)到氧化的臨界狀態(tài)，這比生產(chǎn)醛的條件還要高。所以要有具有催化作用的物質(zhì)存在，例如路易斯堿是必然的，而且為了酯的生產(chǎn)效益而將溫度調(diào)節(jié)到120℃以上也是必要的，其反應(yīng)時(shí)間大約在30分鐘。酮在生產(chǎn)酮時(shí)，其臨界狀態(tài)與酯的生產(chǎn)十分相似。但是生產(chǎn)酮時(shí)需要更高的溫度，并要達(dá)到更強(qiáng)的氧化臨界狀態(tài)。例如，將強(qiáng)路易斯堿作為催化劑來使用。除此之外，必須有較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。這種反應(yīng)時(shí)間至少應(yīng)該在30分鐘左右，反應(yīng)溫度也應(yīng)在140℃以上。
下面舉一些使用新方法的例子。在木質(zhì)纖維工業(yè)中的應(yīng)用在木質(zhì)纖維工業(yè)中，采用各種各樣的生產(chǎn)工藝制造出許多木質(zhì)纖維產(chǎn)品，例如各種密度的模制件和板。對(duì)此，可以在不用考慮生產(chǎn)主產(chǎn)品的情況下，用不同的工藝要點(diǎn)裁取各種各樣的專用副產(chǎn)品。
尤其是酚和醛，在連續(xù)不斷的生產(chǎn)程序中的第一個(gè)30分鐘內(nèi)，就從膠粘性物質(zhì)中被獲得。它是在每個(gè)生產(chǎn)階段中通過簡(jiǎn)單的空氣吸取而產(chǎn)生的。經(jīng)過對(duì)所得物質(zhì)進(jìn)行濃縮，另外也可能通過預(yù)熱，能夠使酚部分氧化成醛，而醛部分氧化成酯。
在間歇過程中，基于很短的預(yù)熱時(shí)間，只能從起始物中蒸發(fā)出原來在起始物中就含有的物質(zhì)。也就是說，就形成新的物質(zhì)而言，這個(gè)反應(yīng)沒有多大的意義。其反應(yīng)的結(jié)果是，可以獲得大部分的酚和少量的醛。在間歇過程中，起始物中心的溫度很少超過120℃，起始物周圍的溫度也很少會(huì)達(dá)到180℃。在生產(chǎn)絕緣材料時(shí)的應(yīng)用在這里要獲得有價(jià)值的物質(zhì)，其生產(chǎn)方式類似于木質(zhì)纖維產(chǎn)品的制造。然而在供熱時(shí)，絕緣材料可以接受路易斯堿的催化性能，而且化學(xué)平衡向醛、酯和酮的方向移動(dòng)。
一般來說，在反應(yīng)時(shí)間少于30分鐘的臨界狀態(tài)時(shí)，并且在無催化劑的情況下，可以得到90％以上的起始物中本來就已經(jīng)含有的物質(zhì)，也能形成很少的反應(yīng)產(chǎn)物。但是在一個(gè)明顯多于30分鐘的反應(yīng)時(shí)間里，特別是在具有催化劑的情況下，就可以得到多達(dá)90％的反應(yīng)產(chǎn)物。這里所說的催化劑是作為路易斯堿而起作用的，而路易斯堿并非一定要有十分精確的化學(xué)定義。也就是說，一種可以獲得的物質(zhì)并不是原來就已經(jīng)包含在起始物中的，而是從起始物中形成的反應(yīng)產(chǎn)物。制造未經(jīng)燒焙的陶瓷的應(yīng)用在制造未經(jīng)燒焙的陶瓷時(shí)，通常情況下，對(duì)陶瓷的加熱不能超過200℃。根據(jù)溫度的變化，可以在陶瓷中獲得不同的蒸發(fā)物質(zhì)。在溫度緩慢上升時(shí)，最初先獲得酚。在加鎂的情況下，反應(yīng)平衡向生成陶瓷的方向移動(dòng)，但在本來溫度就很低的情況下，反應(yīng)平衡向醛、酯和酮等反應(yīng)產(chǎn)物的方向移動(dòng)，這是因?yàn)殒V在低溫時(shí)就已經(jīng)作為路易斯堿而起作用了。
在生產(chǎn)部分的以及全部的燒焙陶瓷的應(yīng)用中，根據(jù)溫度的變化過程，可以獲得不同的物質(zhì)。在爐溫上升至350℃的時(shí)候，一般情況下，從陶瓷中會(huì)蒸發(fā)出所有的有機(jī)物。
溫度向350℃上升時(shí)速度越慢，反應(yīng)產(chǎn)物(醛、酯和酮)就越多，而在起始物中原來就含有的物質(zhì)得到的就越少。溫度上升到陶瓷中有機(jī)起始物完全蒸發(fā)時(shí)，需要好幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。
當(dāng)然溫度的上升也可以象前面已舉的所有例子一樣，通過使用微波輻射的方法來大大地縮短時(shí)間。這里使用微波輻射，對(duì)反應(yīng)起了一個(gè)類似催化的加速作用，尤其從高溫分解反應(yīng)中，可以得到所希望得到的物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.利用木質(zhì)素和／或木質(zhì)素磺酸制造酚、醛、酯和／或酮的方法，其中對(duì)含木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸的起始物加熱，由該起始物蒸發(fā)出人們所希望得到的物質(zhì)，該方法的特征在于，在熱量影響下，對(duì)起始物加熱時(shí)，可以從起始物的固態(tài)物質(zhì)中制造出有價(jià)值的產(chǎn)品，其中所希望得到的物質(zhì)的形成遵循要求的臨界狀態(tài)，該狀態(tài)對(duì)于從起始物的固態(tài)物質(zhì)中制造出有價(jià)值的產(chǎn)品是不常有的，但也是無害處的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過低壓手段從所述起始物中蒸餾出所需物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，所述起始物含有木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸、固態(tài)木質(zhì)素磺酸和／或木質(zhì)素磺酸濃縮物。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在制造酚時(shí)，木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸應(yīng)在還原性到中性的條件下進(jìn)行反應(yīng)，而所述起始物的加熱時(shí)間不能超過30分鐘。
5.如權(quán)利要求4的所述的方法，其特征在于，在不存在路易斯堿的情況下對(duì)木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸進(jìn)行加熱。
6.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在生產(chǎn)醛時(shí)，把木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸置于中性至弱氧化性的條件下，而所述起始物的加熱時(shí)間應(yīng)該不少于15分鐘，溫度為至少100℃。
7.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在生產(chǎn)酯時(shí)，應(yīng)該把木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸置于氧化性的條件下，而所述起始物的加熱時(shí)間至少要25分鐘，其溫度在120℃以上。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，在路易斯堿存在的情況下對(duì)木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸進(jìn)行加熱。
9.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在制造酮時(shí)，把木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸置于強(qiáng)氧化性的條件下，而且將所述起始物加熱到140℃以上，加熱時(shí)間至少要25分鐘。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在強(qiáng)路易斯堿存在的情況下對(duì)木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸進(jìn)行加熱。
11.如權(quán)利要求1-10之一所述的方法，其特征在于，在微波輻射的作用下對(duì)木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸進(jìn)行加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用木質(zhì)素和/或木質(zhì)素磺酸制造酚、醛、酯和/酮的方法,其中對(duì)含木質(zhì)素和/或木質(zhì)素磺酸的起始物加熱,由該起始物會(huì)蒸發(fā)出人們所希望得到的物質(zhì)。在熱量影響下,對(duì)起始物加熱時(shí),可以從起始物的固態(tài)物質(zhì)中制造出有價(jià)值的產(chǎn)品。在此之際,所希望得到的物質(zhì)的形成遵循要求的臨界狀態(tài),該狀態(tài)對(duì)于從起始物的固態(tài)物質(zhì)中制造出有價(jià)值的產(chǎn)品是不常有的,但也是無害處的。
文檔編號(hào)C07B41/02GK1283171SQ98812750
公開日2001年2月7日 申請(qǐng)日期1998年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月29日
發(fā)明者奧拉夫·吉勒 申請(qǐng)人:奧拉夫·吉勒