一種利用葡萄糖制取液體燃料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用葡萄糖制取液體燃料的新方法。本發(fā)明的方法利用葡萄糖在堿性條件下高壓預(yù)處理，然后將得到的混合物堿性催化熱解制取丙酮、異丙醇、丁醇、丁酮和乙醇等液體燃料的混合物。本發(fā)明的方法選擇性高，過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，主產(chǎn)物易于分離，并副產(chǎn)液體燃料，有機(jī)物利用率高，有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種利用葡萄糖制取液體燃料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種利用葡萄糖制取液體燃料的新方法，該方法適合利用葡萄糖堿性催化裂解制取液體燃料。
【背景技術(shù)】
[0002]丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇都是重要的有機(jī)溶劑和化工原料，在炸藥、塑料、制藥以及有機(jī)玻璃、合成橡膠等工業(yè)中應(yīng)用廣泛。丙酮是重要的有機(jī)合成原料，用于生產(chǎn)環(huán)氧樹脂，聚碳酸酯，有機(jī)玻璃等，也是良好溶劑，也用作稀釋劑，清洗劑，萃取劑。異丙醇是重要的化工產(chǎn)品和原料，用于制藥、化妝品、塑料、香料、涂料等。丁酮主要用作溶劑，還是制備醫(yī)藥、染料、洗滌劑、香料、抗氧化劑以及某些催化劑的是中間體。丁醇是用于制造甲乙酮，合成香精、染料等的原料，也用作溶劑，丁醇的蒸汽壓力低，腐蝕性較小是新一代的生物燃料。乙醇是良好的有機(jī)溶劑和消毒劑。
[0003]至上世紀(jì)九十年代初之前，丙酮、丁醇和乙醇的同步生產(chǎn)主要是利用糧食發(fā)酵生產(chǎn)，自九十年代開始，被石油化工法取代?，F(xiàn)在隨著石油資源的日益枯竭和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，采用新的方法生產(chǎn)丙酮、丁醇和乙醇引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。
[0004]中國(guó)專利CN101161818A提出了一種采用小麥B淀粉替代玉米發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇的方法。中國(guó)專利CN101363031提出了以玉米皮為原料，經(jīng)過(guò)高壓蒸煮、酶解糖化等過(guò)程進(jìn)行丙酮丁醇的生產(chǎn)方法。中國(guó)專利CN101358218A提出了一種利用秸桿聯(lián)產(chǎn)木糖生產(chǎn)丙酮丁醇的方法，該方法利用木糖 渣在纖維素酶的作用下水解為葡萄糖，利用葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇。中國(guó)專利CN102352381A提出了一種以木糖生產(chǎn)廢液為原料，利用微生物發(fā)酵技術(shù)生物轉(zhuǎn)化糖源生產(chǎn)化工產(chǎn)品丙酮丁醇。中國(guó)專利CN102286549A提出了一種以纖維二糖、木糖和葡萄糖混合糖發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇的方法。
[0005]上述的方法都以生物發(fā)酵技術(shù)為基礎(chǔ)，生物發(fā)酵的產(chǎn)物濃度低，富集純化需要的能量很大，而且發(fā)酵所用的周期很長(zhǎng)，不利用大宗化學(xué)品的生產(chǎn)。
[0006]因此需要研究開發(fā)一種制取液體燃料的新方法，該方法應(yīng)具有較短反應(yīng)周期，產(chǎn)物濃度高且應(yīng)易于分離純化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種利用葡萄糖制取液體燃料的新方法，該方法反應(yīng)周期短，產(chǎn)物濃度較高，且易于分離純化。
[0008]因此，本發(fā)明提供了一種利用葡萄糖制取液體燃料的方法(下面有時(shí)簡(jiǎn)稱為“本發(fā)明的方法”)，所述方法包括以下步驟:將葡萄糖原料與過(guò)量的堿性催化劑(即，堿性催化劑與葡萄糖原料的摩爾比大于I)混合后加入釜式反應(yīng)器，在100°c~250°C的溫度和0.1MPa~4.0MPa的壓力下進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理得到的混合物與過(guò)量的堿性催化劑(即，堿性催化劑與混合物中葡萄糖原料的摩爾比大于I)混合后加入管式反應(yīng)器，在惰性氣體、水蒸氣或兩者的混合氣體的氣氛下和在140°C~700°C，優(yōu)選300°C~700°C的溫度加熱反應(yīng)0.1hr~2hr，優(yōu)選Ih~2h，收集反應(yīng)得到的液體產(chǎn)物，所述液體產(chǎn)物包含液體燃料。
[0009]在本發(fā)明的方法中，葡萄糖原料和堿性催化劑均可以以固體的形式添加，例如，直接以市售的原料形式，或經(jīng)過(guò)合適的粉碎或研磨設(shè)備處理后制成粉末或顆粒形式添加。若以粉末或顆粒形式裝料，則其粒度不受限制，只要便于向反應(yīng)器裝料和相互混合即可。
[0010]在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，堿性催化劑可以是堿金屬或堿土金屬的氧化物或氫氧化物中的一種或任意兩種的混合物。
[0011]在本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，堿金屬可以是鈉，優(yōu)選使用其氫氧化物，即氫氧化鈉。
[0012]在本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，堿土金屬可以是鈣，優(yōu)選使用其氧化物，即氧化鈣。
[0013]在本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，在堿性催化劑為氧化鈣和氫氧化鈉的混合物的情況下，氧化鈣和氫氧化鈉的摩爾比可以為1:1~1: 5。
[0014]在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，預(yù)處理的時(shí)間可以為Ihr~10hr。
[0015]在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，惰性氣體可以為氮?dú)狻?br> [0016]在本發(fā)明的方法中，液體產(chǎn)物中包含的液體燃料可以是丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇等產(chǎn)物的混合物，每種液體燃料各自的含量比例和分布會(huì)根據(jù)操作條件的不同而變化。
[0017]在本發(fā)明中，預(yù)處理的反應(yīng)器可以采用釜式反應(yīng)器，優(yōu)選高壓釜式反應(yīng)器，由此可以在其中進(jìn)行高壓高溫預(yù)處理。而反應(yīng)器的使用不受限制，可以使用本領(lǐng)域中常用的管式反應(yīng)器，例如，立式管式反應(yīng)器，只要該反應(yīng)器適于收集液體產(chǎn)物，并適于催化劑和原料充分混合即可。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]1.本發(fā)明的方法開辟了一條由葡萄糖催化裂解制取丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇等液體燃料的新路徑。
[0020]2.本發(fā)明的方法反應(yīng)周期很短，產(chǎn)物濃度較高，易于分離純化。
[0021]3.本發(fā)明的方法選擇性高，過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，主產(chǎn)物易于分離，并副產(chǎn)液體燃料，有機(jī)物利用率高，有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案和效果，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，下述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，并非要限制本發(fā)明的范圍。
[0023]實(shí)施例1
[0024]將40g葡萄糖與20g氧化鈣，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，0.SMPa下反應(yīng)10hr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣氛，加熱至500°C，反應(yīng)lhr，收集反應(yīng)得到液體10.2g，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為 0.61g、2.41g、0.52g、2.0Og 和 0.18g。
[0025]實(shí)施例2
[0026]將40g葡萄糖與20g氫氧化鈉，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，0.SMPa下反應(yīng)5hr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣氛，加熱至500°C，反應(yīng)lhr，收集反應(yīng)得到液體9.lg，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為 2.03g、0.51g、l.77g、0.40g 和 0.18g。
[0027]實(shí)施例3
[0028] 將40g葡萄糖與IOg氧化鈣，IOg氫氧化鈉，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，0.SMPa下反應(yīng)3hr，得到的混合物與20g氫氧化鈉混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)夂退魵獾幕旌蠚?流量比為1:1)為反應(yīng)氣氛，加熱至500°C，反應(yīng)lhr，收集反應(yīng)得到液體1.3g，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為0.22g、0.07g、0.23g、
0.08g 和 0.03g。
[0029]實(shí)施例4
[0030]將40g葡萄糖與20g氧化鈣，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，
0.SMPa下反應(yīng)3hr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)夂退魵獾幕旌蠚?流量比為1:1)為反應(yīng)氣氛，加熱至500°c,反應(yīng)lhr,收集反應(yīng)得到液體
11.0g,其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為2.47g、0.63g、2.05g、0.51g和0.20g。
[0031]實(shí)施例5
[0032]將40g葡萄糖與20g氧化鈣，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，
0.SMPa下反應(yīng)lhr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣氛，加熱至140°C，反應(yīng)2hr，收集反應(yīng)得到液體0.4g，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為 0.02g、0.05g、0.02g、0.05g 和 0.01go
[0033]實(shí)施例6
[0034]將40g葡萄糖與IOg氧化鈣，IOg氫氧化鈉，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，0.SMPa下反應(yīng)3hr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)夂退魵獾幕旌蠚?流量比為1:1)為反應(yīng)氣氛，加熱至700°C，反應(yīng)2hr，收集反應(yīng)得到液體11.Sg，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為0.66g、2.48g、0.58g、2.59g和 0.21g。
[0035]實(shí)施例7
[0036]將40g葡萄糖與20g氧化鈣，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，
0.SMPa下反應(yīng)3hr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣氛，加熱至300°C，反應(yīng)0.lhr，收集反應(yīng)得到液體0.lg，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為0.01g、0.02g、0.01g、0.02g和痕量。
[0037]實(shí)施例8
[0038]將40g葡萄糖與20g氧化鈣，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于170°C，
0.SMPa下反應(yīng)lhr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣氛，加熱至700°C，反應(yīng)0.lhr，收集反應(yīng)得到液體9.9g，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為 0.50g、2.0Og,0.47g、l.96g 和 0.12g。
[0039]實(shí)施例9
[0040]將40g葡萄糖與20g氧化鈣，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于100°C，
0.1MPa下反應(yīng)3hr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣氛，加熱至500°C，反應(yīng)lhr，收集反應(yīng)得到液體1.0g，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為 0.05g、0.20g、0.04g、0.16g 和 0.01go[0041]實(shí)施例10[0042]將40g葡萄糖與20g氧化鈣，50g水混合均勻，置于高壓釜式反應(yīng)器中，于250°C，
4.0MPa下反應(yīng)3hr，得到的混合物與20g氧化鈣混合均勻，置于管式反應(yīng)器中，通氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣氛，加熱至500°C，反應(yīng)lhr，收集反應(yīng)得到液體10.8g，其中丙酮、異丙醇、丁酮、丁醇和乙醇分別為 0.60g、2.40g、0.50g、1.94g 和 0.llg。
【權(quán)利要求】
1.一種利用葡萄糖制取液體燃料的方法，所述方法包括以下步驟:將葡萄糖與過(guò)量的堿性催化劑混合后加入釜式反應(yīng)器，在100°C~250°C的溫度和0.1MPa~4.0MPa的壓力下進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理得到的混合物進(jìn)一步與過(guò)量的所述堿性催化劑混合后加入管式反應(yīng)器，在惰性氣體、水蒸氣或兩者的混合氣體的氣氛下和在140°C~700°C的溫度加熱反應(yīng).0.1hr~2hr，收集反應(yīng)得到的液體產(chǎn)物，所述液體產(chǎn)物包含液體燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述堿性催化劑選自堿金屬或堿土金屬的氧化物或氫氧化物中的一種或任意兩種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述堿金屬是鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于所述堿土金屬是鈣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述堿性催化劑是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于氧化鈣和氫氧化鈉的摩爾比為1:1~.1: 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述預(yù)處理的時(shí)間為Ihr~.10hr.
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述惰性氣體為氮?dú)狻?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于反應(yīng)溫度為300°C~700°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述液體燃料是丙酮、異丙醇、丁醇、丁酮和乙醇的混合物。
【文檔編號(hào)】C10G3/00GK103897716SQ201210571108
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月25日
【發(fā)明者】董興隆, 黃為, 袁丹華, 徐云鵬, 劉中民, 白長(zhǎng)敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所