专利名称：一种制备左旋葡萄糖酮的方法及其专用反应设备的制作方法
技术领域：
本发明属于生物质能的利用领域，涉及一种制备左旋葡萄糖酮的方法及其专用反
应设备。
背景技术：
左旋葡萄糖酮作为一种纤维素衍生的a ， 13 _不饱和环酮，可用于合成糖类和非 糖类衍生物的手性原料。另外，左旋葡萄糖酮也可用于多种治疗癌症、免疫性疾病和心脏病 等的药物的合成。目前左旋葡萄糖酮还没有规模化的生产。 纤维素在中温快速加热条件下会发生解聚而形成大量的脱水糖产物，以左旋葡聚 糖为主。在合适的催化剂作用下，左旋葡聚糖会发生脱水反应而形成左旋葡萄糖酮。Debele 等人在Pretreatment of biomass with phosphoric acid prior to fastpyrolysis-A promising method for obtaining 1，6—anhydrosaccharides in high yields文献中手艮道
了对纤维素和生物质原料首先浸渍磷酸，而后对该原料进行快速热解，得到了较高的左旋 葡萄糖酮产率。上述磷酸浸渍以及烘干的过程会大大的增加左旋葡萄糖酮的生产成本，而 且浸渍液的处理会带来一定的污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备左旋葡萄糖酮的方法及其专用反应设备。 本发明提供的用于制备左旋葡萄糖酮的反应设备，其结构示意图如图l所示，包
括侧壁底部开口通过管道与进料器2相连的流化床热解反应器4，所述流化床热解反应器
的顶端开口通过管道与分离器6相连，所述分离器6的顶端开口通过管道与催化反应器7
的顶端开口相连，所述催化反应器7的底部开口通过管道与冷凝器8相连，所述冷凝器的底
部设有出液口。 上述反应设备中，流化床热解反应器的底部开口通过管道与惰性气体加热器3相 连，分离器的底部开口为固体残渣出口 ，该开口通过管道与集炭箱相连，冷凝器为喷雾冷凝 器；冷凝器中设有换热器，该换热器是由多根列管组成的列管式换热器；分离器为旋风分 离器。各种常用的具备进料功能的进料器均适用于该设备，如两级螺旋进料器。流化床反 应器和旋风分离器均为常用部件，可由商业途径购买得到。 本发明提供的制备左旋葡萄糖酮的方法，是在上述反应设备中，将纤维素或生物 质原料送入所述热解反应器中进行热解，经过所述分离器进行气固分离后，热解反应产生 的热解气于装有氯化铬催化剂的所述催化反应器中进行催化裂解反应，反应完毕后气体经 所述冷凝器进行冷凝，得到所述左旋葡萄糖酮。 该方法中，需先将纤维素或生物质原料的粒径粉碎至不大于lmm。热解反应中，反 应温度为400-500 °C ，具体可为420-500 °C 、450-500 °C 、460-500 °C 、420-490 °C 、450-490 °C 或460-490。C ;升温速率为103-105°C /s，具体可为103°C /s、105°C /s、103°C /s_104°C /s或 104°C /s-105°C /s ;催化裂解反应中，反应温度为250-40(TC，具体可为380°C、250-380°C、380-400 °C 、250-350 °C 、350-300 °C或300-380 °C ;质量空速为10-1000h—、具体可为 100-1000h—\200-1000h—\300-1000h—\500-1000h—\800-1000h—\50-1000h—\80-1000h—\ 50-100h—\80-100h—1或50-500h—、各种纤维素或生物质原料均适用于该方法，如微晶纤维 素或木屑。由于该热解反应是在常压偏微正压下进行的。热解气在反应器内的停留时间决 定于流化载气量，因为流化床式热解反应器需要使用大量的流化载气，反应器内的气流速 度非常快，因此热解气很快就会被流化载气吹出反应器，反应设备中无需维持真空状态即 可完成左旋葡萄糖酮的制备。 本发明提供的制备左旋葡萄糖酮的方法，工艺简单，生产成本较低；当采用纤维素 为原料时，有机液体产物的产率最高可达25% (重量百分含量)，其中左旋葡萄糖酮的含量 在40% (重量百分含量)以上；当采用生物质为原料时，有机液体产物的产率最高也可达 15% (重量百分含量)，其中左旋葡萄糖酮的含量在30% (重量百分含量)以上。该方法 适用于大规模工业生产，具有很好的应用前景。
图1为本发明提供的反应设备的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。 本发明提供的用于制备左旋葡萄糖酮的专用反应设备，其结构示意图如图l所
示，其中，l为料斗；2为进料器，图中所示为两级螺旋进料器，各种常用的具备进料功能的
进料器均适用于该设备；3为氮气加热器；4为流化床热解反应器；5为热电偶；6为旋风分
离器；7为催化反应器；8为喷雾冷凝器；9为换热器；10为泵。
本发明提供的制备左旋葡萄糖酮的方法，具体制备流程如下所述 将纤维素或生物质原料破碎至lmm以下，通过进料器2将物料送入热解反应器4，
控制热解反应温度为400-50(TC，升温速率为103-105°C /s，热解气在反应器4内的停留时
间不超过ls ;而后将热解气迅速导入装有氯化铬催化剂的固定床催化反应器7，控制反应
温度250-40(TC，质量空速为10-1000h—1 ;最后采用喷雾冷凝的方式将热解气于喷雾冷凝器
8中迅速冷凝，得到液体产物，由出料口排出。 下述测定方法如无特别说明，均为常规方法。 实施例1 以微晶纤维素为原料，在图1所示的处理量为10kg/h的流化床式生物质快速热解 设备中进行制备。该设备中，热解反应器的内径为70mm，床层高度为2m ;固定床式催化反应 器的内径为70mm，氯化铬的床层厚度为2cm。 纤维素通过两级螺旋进料器送入流化床热解反应器，采用氮气作为流化载气，控 制热解反应温度为420°C ，升温速率为104°C /s，原料经快速热解后，首先经旋风分离器实现 气固分离，之后热解气进入固定床式催化反应器，催化反应温度为38(TC，最后对热解气进 行快速冷凝而得到水和有机物的混合产物。实验进行6min，纤维素用量为lkg，所收集到的 有机产物为0. 20kg，可计算得到有机产物的产率为20% (重量百分含量)，对有机产物进行 GC/MS(气质联用)分析，并利用GC(气相色谱)测定左旋葡萄糖酮的含量为54% (重量百分含量)。 实施例2 在与实施例1完全相同的反应条件及反应环境中，仅将热解反应温度改为460°C， 按照实施例1的方法实验进行6min，纤维素用量为lkg，所收集到的有机产物为0. 22kg，可 计算得到的有机液体产率为46 % (重量百分含量)，对有机产物进行GC/MS分析，并利用GC 测定左旋葡萄糖酮的含量为48% (重量百分含量)。
实施例3 在与实施例1完全相同的反应条件及反应环境中，仅将原料改为杨木屑，热解反 应温度改为45(TC，按照实施例1的方法实验进行12min，杨木用量为2kg，所收集到的有机 产物为0. 22kg，可计算得到的有机液体产率为11 % (重量百分含量)，对有机产物进行GC/ MS分析，并利用GC测定左旋葡萄糖酮的含量为47% (重量百分含量)。
权利要求
一种用于制备左旋葡萄糖酮的反应设备，包括进料器；其特征在于所述用于制备左旋葡萄糖酮的反应设备还包括流化床热解反应器、分离器、催化反应器和底部设有出料口的冷凝器；所述流化床热解反应器的侧壁下端通过管道与所述进料器相连；所述流化床热解反应器的顶端通过管道与所述分离器相连，所述分离器的顶端通过管道与所述催化反应器的顶端相连；所述催化反应器的底部通过管道与所述冷凝器的侧壁上端相连。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述流化床热解反应器的底部通过管道 与惰性气体加热器相连。
3. 根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述分离器的底部通过管道与集炭 箱相连。
4. 根据权利要求l-3任一所述的设备，其特征在于所述冷凝器为喷雾冷凝器；所述冷 凝器中设有换热器；所述分离器为旋风分离器。
5. —种制备左旋葡萄糖酮的方法，是在权利要求l-4任一所述的反应设备中，将纤维 素或生物质原料送入所述热解反应器中进行热解，经过所述分离器进行气固分离后，热解 反应产生的热解气于装有氯化铬催化剂的所述催化反应器中进行催化裂解反应，反应完毕 后气体经所述冷凝器进行冷凝，得到所述左旋葡萄糖酮。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述纤维素或生物质原料的粒径不大于l 毫米。
7. 根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于所述热解反应温度为400-500°C ，升 温速率为103-105°C /s。
8. 根据权利要求5-7任一所述的方法，其特征在于所述催化裂解反应的温度为 250-400°C ，质量空速为10-1000h—全文摘要
本发明公开一种制备左旋葡萄糖酮的方法及其专用反应设备。该反应设备，包括侧壁底部开口通过管道与进料器2相连的流化床热解反应器4，反应器4顶端开口通过管道与分离器6相连，分离器6的顶端开口通过管道与催化反应器7的顶端开口相连，催化反应器7的底部开口通过管道与冷凝器8相连，冷凝器的底部设有出液口。制备方法是在上述反应设备中，将纤维素或生物质原料送入热解反应器中进行热解，经过分离器进行气固分离后，热解反应产生的热解气于装有氯化铬催化剂的反应器中进行催化裂解反应，反应完毕后气体经所述冷凝器进行冷凝，得到产物。采用纤维素或生物质为原料时，有机液体产物的产率均可达15％以上，其中左旋葡萄糖酮的含量均可达30％以上。
文档编号C07H3/00GK101735282SQ20091023832
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者朱锡锋, 陆强 申请人:中国科学技术大学