Способ переработки древесного сырья

Способ переработки древесного сырья

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: древесное сырье подвергают предгидролизу и последующей варке в варочном щелоке, содержащем , мас.%: 20-22 N32S04-5-6 №аСОз и 0,1-0,2 антрахинона в расчете на сухую древесину . Первоначальный рН щелока 11,3, жидкостной модуль при варке 4,5, температура 175°С, время варки 170 мин, скорость повышения температуры до достижения 175°С-1рС/мин. Полученную целлюлозу промывают и отбеливают. Способ пригоден для производства высококачественной целлюлозы для химической переработки при одновременном получении моносахаридов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 D 21 С 3/02, 1/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4355611/05 (22) 20,04.88 (46) 28,02.93. Бюл, М 8 (31) 871730 (32) 21.04.87 (33) Н (71) Суомен Сокери Ой (FI) (72) Пану Олэви Тикка и Нильс Эрик Виркола(Н) (56) Патент США М 4213821, кл, 0 21 С 3/02, опублик. 1980., Авторское свидетельство СССР

М 12&5Q93, кл. 0 21 С 3/02, 1985 (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНОГО СЫРЪЯ

Изобретение относится к получению гидролизата гемицеллюлозы и специальной целлюлозы из древесного сырья;

Целью изобретения является исключение образования токсичных органических сульфидов и меркаптанов, Это достигается тем, что в способе переработки древесного сырья, включающем стадию предгидролиза, последующую варку в варочном щелоке, промывку и отбеливэние полученной целлюлозы, варку осуществляют в нейтрально-сульфитно-антрахиновом щелоке, содержащем, мас,%: 20-22 йа230з, 5-6

NazCOa и 0,1-0;2 антрахинона в расчете на сухую древесину, при первоначальном рН щелока 11,3, жидкостном модуле 4,5:1 и температуре 17,5 С, в течение 170 мин и скорости повышения температуры до достижения

175 -1 C/ìèí.

Соответствующие агенты для предгидролиза включают, например воду, мине„„5U „„1799408 А3 (57) Сущность изобретения: древесное сырье подвергают предгидролизу и последующей варке в варочном щелоке, содержащем, мас,%: 20 — 22 йа2304- 5 — 6 NezC0g и

0,1 — 0,2 антрэ хинона в расчете на сухую древесину. Первоначальный рН щелока 11,3, жидкостной модуль при варке 4,5, температура 175 С. время варки 170 мин, скорость повышения температуры до достижения

175 С вЂ” 1 С/мин. Полученную целлюлозу промывают и отбеливают. Способ пригоден для производства высококачественной целлюлозы для химической переработки при одновременном получении моносахаридов. ральную кислоту и сульфитный отработанный щелок, Предпочтительные агенты для предгидролиза включают окись серы, серную кислоту и воду.

Соответствующая температура для . предгидролиза равна 100- 1800С, предпочтительно t55 — 170 С и время гидролиза 10—

200 мин, предпочтительно 90-170 мин.

Материал, содержащий лигноцеллюлозу, представляет предпочтительно древесину мягких или твердых пород.

Для способа предварительного гидролиза и нейтральной варки с антрахиноном типичным является то, что делигнифчкация до низкого содержания остаточного лигнина достигается легко, однако выход целлюлозного волокна остается исключительно на высоком уровне. Таким образом можно применять сильные условия предгидролиза (например, крепкие кислоты, Н2504), посредством чего становится эффективным

1799408 гидролиз гемицеллюлоз в простые глюкозы; с другой стороны, содержание альфа-целлюлозы, представляющие содержание остаточной гемицеллюлозы в целлюлозном волокне, высокое, а содержание остаточного пентозана низкое, Благодаря этим свойствам способ особенно пригоден для производства высококачественной целлюлозы для химической переработки. при этом одновременно получают моносахариды, Что касается нового способа, то было обнаружено, что применение так называемого способа нейтральной сульфитной варки с антрахиноном приводит к частичной ионизации лигнина, неактивированного во время предгидролиэа, при этом антрахинон в качестве добавки в процессе варки каталиэирует разрушение нуклеофильных связей бетаарилового эфира, что приводит в конце к высвобождению волокон, т.е, достигается успешная варка, Также было обнаружено, что ионы сульфита при нейтральной сульфитной варке одновременно вступают в реакцию и осаждаются в процессе разложения структуры лигнина и прежде всего сульфоната, таким образом, материал лигнин и его фрагменты становятся более гидрофильными и более легко растворяются в варочном щелоке, вносят свой вклад в осуществление успешной варки и ее продолжении до достижения очень низкого содержания остаточного лигнина. Вообщем, способ предгидролиза и нейтральной сульфитной варки с применением антрахинона, согласно изобретению не только дает результат такой же успешной как результат сульфатного способа варки, но также обеспечивает все преимущества, типичные для сульфитной варки.

Повышенный выход в способе, согласно изобретению, является следствием того факта, что не происходит расщепление целлюлозы до какой-либо значительной степени во время стадии нейтральной сульфитной варки. Напротив, при сульфатной варке высокая щелочность приводит к неизбежным потерям в выходе. Способ согласно изобретению позволяет восстанавливать почти весь целлюлозный материал с высоким молекулярным весом, который содержался в материале древесины.

В химическом отношении другим преимуществом способа является то, что целлюлоза, которую подвергли нейтральной сульфитной варке с антрахиноном, легко отбеливается, т.е. остаточный лигнин, оставшийся в волокне. после варки, легко удаляется. Это благодаря тому факту, что делигнификация напоминает сульфитную

В примерах были применены следующие сокращения;

Стадии способов отбелки

Π— стадия обработки кислородом

Д вЂ” стадия обработки двуокисью хлора

Š— извлечение щелочи

P — стадия обработки перекисью

Н вЂ” стадия гипохлорита

С вЂ” хлорирование

Стандарты: SCAN — стандарт Скандинавии варку; конденсация структуры лигнина незначительная; а сульфирование делает лигнин более гидрофильным, В противоположность этому остаточный лигнин в сульфатной варке конденсирует и его содержание достигает высокого уровня.

Удаление такого типа остаточного лигнина в отбеливании требует от пяти до шести стадий отбелки и большое количество дорого"0 стоящей двуокиси хлора. Отбелку целлюлозы, полученной согласно предложенному способу, можно осуществлять только в три стадии, причем расход химических веществ также снижается.

15 Способ согласно изобретению имеет следующие преимущества.

Технология процесса не предусматривает использование сульфида, в связи с чем при варке не образуются элованные органи20 ческие сульфиды и меркаптаны (как это происходит при сульфатной варке). — Процесс после предгидролиза упрощается, что позволяет уменьшить капитальные затраты.

Более простая делигнификация на стадии варки уменьшает потребность в отбелке, таким образом, улучшается экономичность процесса и снижается выход хлорированных соединений при отбелке. — Стадия обработки кислородом или перекисью после варки осуществляется очень эффективно в сравнении со стадией процесса предварительного гидролиза и сульфатной варки, благодаря чему улучшаются восстаÇ5 новление и экономичность, — С точки зрения экономии мелкосерийное производство представляет большой .интерес, потому что можно работать в соединении с существующим заводом для про40 изводства сульфитной целлюлозы на основе натрия беэ каких-либо значительных дополнительных капиталовложений.

Увеличивается выход специальной пульпы с одновременным получением саха45 ров, что повышает экономичность способа.

Следующие примеры иллюстрируют изо.бретение, 1799408

170 5

1,35 10 примере 1

87,1

530 идролизата иэ юлозы иэ бере15

35

155

1 1,3

170

0,4

175

37,0

24,9

Скорость повышения температуры, С/мин 1

Температура варки, С 175

Продолжительность варки, мин

Выход, % от веса древесины 46;7

Число Каппа 47,1

Содержание костры, % от веса древесины

Свойства отбеленной целлюлозы;

О-P-Н

Конечный выход, % от веса древесины 39,7

Степень белизны в соответствии с ISO

% содержания альфа-целлюлозы 91,7

Вязкость, SCAN дм /кг

Пример 3. Получение r березы и специальной целл зовой щепы, Испытание проводили, как описано в примере 1.

Стадия предгидролиза, Количество древесины, г абсолютно сухой щепы 2500

Агент для предгидролиза

Количество агента для предгидролиза, от сухой древесины 1,0

Жидкостной модуль 3,5:1

Время повышения температуры, мин 40

Температура предгидролиэа, ОС

Продолжительность предгидролиза, мин, 90

Потери на предгидролиэ, % от веса древесины . 25,4

Стадия варки

NazSOg, % от древесины как NaOH 22

Иа2СОз. % от древесины как NaOH 5

Количество антрахинона, % от веса древесины 0,1

Жидкостной модуль 4,5:1

Значен 1е рН варочного щелока 1 1,2

Скорость повышения температуры, С/мий

Температура варки, С

Продолжительность варки, мин 170

Выход, % от веса древесины

Число Каппа

Содержание костры, % от веса древесины 0,6

Свойства отбеленной целлюлозы: С-Е-Д

Конечный выход, от веса древесины . 34,2

Белизна согласно 90,0 Процент содержания альфацеллюлозы 94,5

Вязкость, SCAN дм /кг 720

Пример 4, Получение гидролизата и специальной целлюлозы иэ основной щепы.

Испытание проводили, как описано в

15 Стадия предгидролиза

Содержание древесины, г абсолютно сухой древесины,2000

Агент для предгидролиза Н20

20 Жидкостной модуль 6:1

Продолжительность . повышения температуры, мин. 45

Температура

25 предгидролиза, С 170

Время предгидролиза, мин

Потери на предгидролиз,.

% от содержания

30 древесины 13,2

Стадия варки йа230з, % от содержания древесины как NaOH йагСОз, % от содержания древесины как NaDM 5

Количество антрахинона, % от содержания древесины 0,2

Отношение содержания щелока . 4 5:1

40 Значение рМ варочного щелока

Скорость повышения температуры, С/мин 1

Температура варки, С 175

45 Продолжительность варки, мин

Процент выхода от веса древесины 40,3

Число Каппа 16,5

50 Содержание костры или волокна, % от древесины

Свойства отбеленной целлюлозы: О-Д-Е-Д

Конечный выход, 55 от веса древесины 37,2

Белизна согласно 84,2

Вязкость SCAN дм кг 890

Контрольный пример

Было исследовано, как растворяется лигнин в обычно применяемых способах в

1799408

0,1

4,5:1

11,3

175

170

39,3

17,2

0,1

36,7

87,1

94,2

764 олизата из

ы из бере30 зовой щепы.

Испытание проводили кэк описано в

35. примере 1. дролиээ

2500

0,25

3,5:1

155 .

170

55

0,1

4,5:1 ка 11,3

170

ll р и м е р 1, Получение гидролизата иэ березы и специальной целлюлозы из березовой щепы, В корзину для щепы, установленную в варочном котле емкостью 20 литров с принудительной циркуляцией, отмеряют щепу и щелок для проведения предварительного гидролиза. Крышку варочного котла закрывают и предгидролиз осуществляют в соответствии с температурной программой посредством косвенного нагрева паром циркуляции в варочном котле. После окончания гидролизации гидролизат удаляют из варочного котла и. восстанавливают. Пред-. варительно гидролизованную щепу, содержащуюСя в варочном котле, промывают в варочном котле в течение пяти минут теплой водой, затем крышку открывают и щепу загружают в центрифугу, иэ которой удаляют лишнюю воду, Центрифугированный материал взвешивают и берут образец сухого вещества для определения потерь на гидролиз.

Предварительно гидролизованный материал щепы возвращают в варочный котел, добавляют вэрочный щелок и антрахинон, крышку закрывают и проводят варку согласно температурной программе.

В конце варки быстро удаляют вэрочный щеЛок и варочный котел заполняют холодной водой, затем в течение 10 часов . подают. воду для промывки вареного материала, щепы. После промывки целлюлозу измельчают посредством мокрого разрыва. теля в течение одной минуты и сортируют при помощи плоской сортировочной плиты.. размером 0,35 мм; Пучки волокон восстанавливают и взвешивают в сухом виде для определения содержания волокна (костра).

Принятую фракцию направляют в центрифугудля обезвоживания, затем ее гомогенизируют и взвешивают. На этой целлюлозе проводят лабораторный анализ и затем ее используют в испытаниях на отбелку.

Стадия предгидролиза 45

Количество древесины, абсолютно сухой щепы 2000

Агент для предгидролиза

Содержание агента для предгидролиза в % от веса сухой древесины 0,25

Жидкостной модуль 6:1

Время повышения температуры в мин 40

Температура предгидролиза. С 155

Продолжительность предгидролиза,мин

Потери на предгидролиз, от веса древесины 26,6

Стадия варки

NazS0a % от древесины как NaÎH йа2СОэ g от древесины как йаОН

Содержание антрахинонэ, от веса древесины

Жидкостной модуль

Значение рН варочного щелока

Скорость повышения температуры, С/мин

Температура варки, С

Продолжительность варки, мин

Выход, на основе веса древесины

Число Каппа

Содержание костры, % от веса древесины

Свойства отбеленной целл юлозы О-Д-Е -Д

Конечный выход, % от веса древесины

Степень белизны согласно lSO

Процент содержания альфа-целлюлозы

Вязкость, SCAN дм /кг Пример 2. Получение гидр березы и специальной целлюлоз

Стадия предварительного ги

Содержание древесины, г абсолютно сухой щепы

Агент для предварительного гидролиза

Количество агента для предгидролиэа, % на основе веса сухой древесины (302)

Жидкостной модуль

Время повышения . теМпературы, мин

Температура предгидролиза, С

Продолжительность предгидролиза, мин

Стадия варки

NazSOg, % от древесины как NaOH йагСОз % от древесины как NaOH

Содержание антрахинона, % от древесины

Жидкостной модуль

Значение рН варочного щело

1799408

10 сравнении с стадией варки согласно изобретению, когда щепу предварительно гидролизуют согласно известным способам.

Обычно применяют способы сульфатной варки и различные модификации сульфитной варки.

В испытаниях предварительный гидролиз и варку осуществляли следующим образом.

Испытание 1. Водный предгидролиэ с двуокисью серы, нормальный. Обычная стадия кислотной Са-бисульфитной варки

Число Каппа 150

Испытание 2. Водный предгидролиз с двуокисью серы, нормальный. Обычная стадия кислотной Са бисульфидной варки

Число Каппа 126

Испытание 3, Водный предгидролиз, слабый Обычная стадия кислотной Са бисульфитной варки

Число Каппа 116

Испытание 4. Водный предгидролиз с двуокисью серы. слабый, Нейтрализующая обработка известковым молоком. Стадия кислотной Са-бисульфитной варки с максимальным количеством SOz

Число каппа 106

Испытание 5. Предварительный гидролиз с двуокисью серы. Стадия варки: 1 нейтральная варка в сульфате аммония, Стадия варки 2; кислый сульфитный способ варки с применением двуокиси серы и воды.

Число Каппа 141

Испытание 6. Обычный водный предгидролиз с применением двуокиси серы

Стадия нейтральной сульфитной варки с применением антрахинона.

Число Каппа 48

Испытание 7. Обычный водный предгидролиз с применением двуокиси серы

Обычная стадия сульфитной варки

ЧислоКаппа 14

Концентрация лигнина, измеренная в варочном котле во время стадии варки при помощи анализатора варочного щелока е течение всего процесса варки уменьшилась.

Исследования показали, что на стадии варки после предгидролиза в испытаниях

1 — 4 лигнин не растворяется эффективно, даже если предпринимались попытки улучшить по возможности эти процессы сульфитной варки, Растворение, достигаелиэованного материала щепы происходит

20 на стадии варки и способе согласно изобретению, что раскрыто в испытании 6, что не

40

5

15 мое в испытании 5, было лучше, потому что предгидролиз необычный и не является технически целесообразным. Содержание остаточного лигнина в испытании 5 (число

Каппа превышает 100) является технически недопустимым, умеренным уровнем является число Каппа. равное примерно 50 (= примерно 10% лигнина в вареной целлюлозе).

В испытаниях 6 и 7 лигнин начинает быстро растворяться эа сравнительное время варки

100, причем последующей стадией является основная делигнификация, которая завершается медленной остаточной делигнификацией в конце варки. Таким образом, в испытании 6 достигается уровень Каппа 40, а в испытании 7 достигается уровень Каппа

15. Следовательно, ясно, что эффективное удаление лигнина из предварительно гидродостигается при сульфатной варке в испытании 7.

Проведенные испытания показывают, что обычные технические условия предгидролиза не активируют лигнин до такой степени, чтобы беэ модификации процесса варки в пределах значения рН для кислой или нейтральной варки можно было растворить лигнин, даже если материал щепы будет нейтрализоваться между предгидролизом и варкой. Стадия сульфитной варки, применяемая в способе согласно изобретению, является действенной только тогда, когда выбраны соответствующие условия варки и соответствующий катализатор, Формула изобретения

Способ переработки древесного сырья, включающий стадию предгидролиза, последующую варку в варочном щелоке, промывку и отбеливание полученной целлюлозы, отличаю щийсятем,4To,с целью исключения образования токсичных органических сульфидов и меркаптанов, варку осуществляют в нейтрально-сульфитно-антрахиновом щелоке, содержащем 2022% NazSO4, 5 — 6 ИарСОз и 0,1-0,2% антрахинона в расчете на сухую древесину, при первоначальном рН щелока 11,3, жидкостном модуле 4,5:1, температуре 175" С в течение 170 мин и скорости повьниения температуры до достижения 175 С-1 град/мин.