糠醛生产工艺的发展(全文)

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摘要：糠醛生产是对农作物玉米的深度利用，其成品适用范围广，且有效解决了玉米芯丢弃的浪费问题。随着生产工艺的不断完善以及科学技术的不断投入，糠醛生产工艺在各方面均明显改善。本文基于这一背景，简单阐述了糠醛的概念，并从糠醛生产中催化剂以及生产各项工艺方面做出了分析。旨在详细化糠醛生产工艺的发展过程以及现阶段研究程度，为日后生产工艺的优化提供帮助。

关键词：糠醛生产催化剂糠醛渣

糠醛是一种化合有机物，其产生主要由于戊聚糖通过酸水解生成戊糖，之后再脱水环化得来。目前生产糠醛的原料主要为玉米芯等农作物，其化学性质活泼、衍生物较多，可广泛应用于医药、塑料或农业，同时利用了玉米芯这种农作物“废料”，对环保公益产生效用。糠醛是1821年被发现的物质，在不断深入研究下，目前这种能够利用农林肥料创造经济价值的化合物受到了人们的大力推崇。本文以糠醛生产工艺的发展为主线，现作出如下报告：

一、糠醛生产中催化剂的发展

（一）强酸催化剂

我国在糠醛生产中使用的催化剂多为强酸，这种催化方式易产生酸性气体造成大气污染，同时会对管道造成一定腐蚀性。另外，强酸法下糠醛制作产生的渣滓职能用作锅炉燃料而不能作为肥料，造成材料利用率下降，因此对催化剂的改良是工艺研究重点。

（二）醋酸催化剂

在强酸法之后，采用醋酸作为催化剂的方式逐渐流行，利用高压、高温环境让原材料分子中的酰基发生断裂形成糠醛。这种方式能够同时产生醋酸，相对于强酸作为催化剂而言，糠醛渣滓更容易被处理。

（三）无机盐催化剂

这类型催化剂指的是强酸弱碱盐、酸式盐等在催化过程中能够产生氢离子的催化剂。无机盐催化方式可有效提升糠醛生产率，且反应无需在高压下进行，生产条件相对温和。

（四）固体催化剂

固体催化剂的演变主要使用的是硅土（负载磺酸）或是氢型沸石。使用这种类型的催化剂在对自身分离方面效果更优，且不会有废酸产生，对环境的污染相对较小，在前景上更为广阔。

二、糠醛生产工艺的发展

（一）一步法

由于一步法在设备上要求不高，且操作更为便捷，因此在糠醛生产中使用率较高。在几十年不断完善过程中，糠醛生产从最开始单锅蒸煮逐渐成为了多锅串联，利用水蒸汽汽提法移出反应让糠醛被生产出来。

但这种生产方式会消耗大量蒸汽，一吨消耗量大约在18-25吨蒸汽左右，因此在产收率上相对偏低，最高只能达到约60%，且废渣量较大。废渣的形成主要有木质素、纤维素、残留催化剂以及尚未发生反应的半纤维素，目前在废渣处理方面多采用煤渣混烧方式，将混烧作为蒸汽燃料。

（二）二步法

相对于一步法而言，二步法在生产工艺方面较为复杂，设备投入资金量偏大，加上脱水工艺发展尚处于改进阶段，因此二步法目前实施并未全面化，在工业生产中利用率偏低。

二步法的发展是糠醛生产工艺的趋势，随着糠醛生产规模的逐步扩大，其原料综合利用率不断提升。二步法能够将糠醛原料中的半纤维素以及纤维素分开并进行处理，且这项技术中的第一步――戊聚糖水解得到戊糖已经在工艺上处于成熟阶段，因此二步法的研究重点应放在第二步上，也就是研究戊糖脱水环化形成最终产品的环节。

总之，在糠醛生产工艺发展过程中，目前仅对二步法的第一步骤掌握了完全技术，但在第二部环化上尚处于研究阶段，其速率较慢，还可能产生副反应。在温度较高的生产环境中，糠醛容易由于聚合形成低聚产物，若遇到碱性物质可能出现醛缩合之类的副反应，或是在高温下再次分解。在解决方式方面，可从温度环境控制着手，将生产出的糠醛成品尚处于温度较低状态时及时移出反应系统，理论上这是提升生产率的有效方式，应该也是今后糠醛生产的技术处理重点内容。

在二步法实施过程中，从一步到二步的衍变也就是两个过程的综合处理。一步法中水解与脱水环化过程是在同一个反应锅中实施的，但二步法将这两项工艺分开了，让其处于不同反应锅内。在这一改变下，使用同样质量的原料在糠醛成品的获得上可提升约15%，且能够有效减少蒸汽消耗量，剂量下蒸汽使用量约为原有的70%左右，电能能耗方面，节约幅度约为15%。由此可见，二步法的实施属于降耗节能生产工艺，符合目前建设资源节约型与环境友好型社会的要求，因此在未来有广阔发展前景。目前我国国内已经有少部分糠醛生产企业开始尝试一步法向二步法的转变，虽然在工艺上还有待提升，但相信在研究的深入发展下糠醛生产将越来越好。

三、糠醛肥料处理工艺的发展

糠醛肥料是糠醛在生产之后形成的残留物，其中包含多种物质，如催化剂残留物、纤维物等。传统对于糠醛渣滓的处理通常是用作燃料与煤炭一起燃烧，在利用率上较低，且创造的价值并不高。现如今，随着糠醛生产工艺（催化剂的使用、生产方法等）的发展，糠醛渣适用范围逐渐扩大，不再单纯作为燃料低效率处理。

（一）作为乙醇燃料

糠醛原料为玉米芯，其渣滓中含有较多纤维物质，在水解状态下能够形成葡萄糖，之后发酵即为酒精的初始状态。研究显示，生产一升糠醛的情况下就能够产出约两升酒精。在原料最优条件下，糠醛渣应该算是目前发现的乙醇生产较好原料之一，属于可持续的、廉价的生物质资源。另外，在我国能源储备量持续下降背景下，化石时代即将结束，乙醇能源将占据难以动摇的重要地位。

（二）作为复合肥料

由于糠醛生产中有多种催化剂使用方式，研究发现当采用无机盐或改良硫酸作为催化剂时，得到的糠醛渣能够成为肥料。这是由于糠醛生产原料为玉米芯，这类农作物副产品本身可作为原料，在生产糠醛过程中受催化剂影响较小，因此可直接用于施肥。将糠醛渣作为肥料有效解决了传统渣滓处理难度较大、对环境污染大的问题，起到了“化作春泥更护花”的效果。

（三）作为活性炭

总所周知，活性炭能够将空气中的不良分子吸附，让空间环境更为洁净。目前一些研究者（时运铭、申烨华等）将糠醛水解渣作为生产原料，将原有ZnCl2活化剂替换为了H3PO4用来制备活性炭，通过对产品的研究可发现其具有较强的吸附脱色力，并且对大气环境污染产生的影响较小。

四、糠醛废水处理工艺的发展

（一）废水提炼醋酸

研究者张晓辉通过络合萃取剂将糠醛废水利用脉冲填料将醋酸回收，其效率能够高达98%左右。之后可对醋酸进行精炼，在共沸精馏脱水以及减压下实现对萃取液中醋酸的完全蒸出（效率可达100%），从而制成符合标准的醋酸（工业级别）。

（二）废水处理为结晶水

在相转移法帮助下，废水在水解塔下经过冷却并过滤便可实施分离，将分离出的醋酸中和后浓缩并展开活性炭脱色以及离心结晶处理可产出醋酸钠晶体。在这种技术下，废水约97%能够变为洁净水，可用于锅炉给水。

五、结束语

糠醛目前使用率较高，因此其生产具有较高的发展前景。本文通过对糠醛生产工艺的分析不难发现，今后研究重点应放在二步法第二部工序生产工艺的完善、糠醛渣的利用以及降低生产过程中气体排出物对环境的污染等方面。总之，相关研究者还应不断加大投入力度，将糠醛生产工艺不断完善。

参考文献

[1]李志松，侯德顺，钟红梅.糠醛生产新工艺的研究[J].化学世界，2013（12）.

[2]李志松.糠醛生产工艺研究综述[J].广东化工，2010（03）.

[3]徐，肖传豪，于英慧.糠醛生产工艺技术及展望[J].濮阳职业技术学院学报，2010（08）.

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