Способ интегрированного получения целлюлозы и пригодных для повторного использования низкомолекулярных веществ

Способ интегрированного получения целлюлозы и пригодных для повторного использования низкомолекулярных веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к интегрированному способу получения целлюлозы и по меньшей мере одного пригодного для повторного использования низкомолекулярного вещества, в соответствии с которым осуществляют подготовку содержащего лигноцеллюлозу исходного материала и его варку с использованием средства обработки, из подвергнутого варке материала выделяют фракцию, обогащенную целлюлозой, а также обедненную целлюлозой фракцию, которую подвергают обработке, получая по меньшей мере одно пригодное для повторного использования низкомолекулярное вещество.

Целлюлоза, доля которой в земных запасах биомассы, оцениваемых примерно в 1,5 триллионов тонн, составляет около 700 миллиардов тонн, является важнейшим представителем группы органических биополимеров и в качестве исходного сырья находит чрезвычайно разностороннее применение. Однако в чистой или достаточно концентрированной форме целлюлоза довольно редко встречается в доступных сырьевых источниках биомассы, в основном являясь компонентом лигноцеллюлозы. Варка и фракционирование лигноцеллюлозы на ее основные компоненты, а именно целлюлозу, лигнин и при необходимости гемицеллюлозу, являются главными задачами планов по созданию предприятий биоиндустрии, позволяющих эффективно и экономично использовать это возобновляемое сырье.

В результате химической варки лигноцеллюлозы получают состоящую в основном из целлюлозы массу, так называемую техническую целлюлозу. Техническая целлюлоза является основой для получения не содержащей древесной массы бумаги, которая не обладает склонностью к пожелтению. Предназначенную для производства бумаги техническую целлюлозу получают в основном из измельченной древесины (щепы), хотя можно использовать также другие волокна растительного происхождения.

Существует два основных метода производства целлюлозы, которые занимают доминирующее положение на соответствующем рынке: кислотный сульфитный метод (по Митчерлиху) и щелочной сульфатный метод варки целлюлозы. В настоящее время в мировой целлюлозно-бумажной промышленности используют главным образом сульфатный метод варки целлюлозы, который называют также крафт-методом. В соответствии с сульфатным методом добавляемым при регенерации варочных химикатов веществом является сульфат натрия, в то время как непосредственными активными веществами являются раствор едкого натра и сульфид натрия. Применение находит также альтернативный бессерный метод, например натронная (содовая) варка целлюлозы. В соответствии с этим методом в качестве основания также, как правило, используют раствор едкого натра, а не соду, которая служит лишь в качестве дополнительного химиката, используемого при регенерации щелока. К этой группе методов варки целлюлозы относится также щелочная кислородная варка, щелочная пероксидная варка и другие методы. При использовании любых щелочных методах варки целлюлозы благоприятным является добавление незначительного количества антрахинона (например, содово-антрахиноновая варка). При этом антрахинон стабилизирует полисахариды, предотвращая деструкцию концов их цепей. Кроме того, существует множество альтернативных методов варки целлюлозы, в соответствии с которыми используют различные средства обработки, способные максимально селективно растворять сопутствующие вещества целлюлозы, в частности, лигнин. Методы варки целлюлозы, предусматривающие использование органических растворителей, называют методами сольволиза. Так, например, в случае Alcell-процесса используют низкокипящие спирты (метанол, этанол). В результате кипячения лигноцеллюлозного материала в указанных спиртах лигнин может быть частично гидролизован и переведен в раствор. В соответствии с указанным методом большая часть гемицеллюлозы растворяется, в связи с чем в получаемых целлюлозах, как правило, еще присутствует значительные количества лигнина, однако содержится мало гемицеллюлоз. Метод сольволиза, который позволяет получать обедненные лигнином сорта целлюлозы, чаще всего осуществляют в две стадии (например, в соответствии с так называемой технологией Organocell), причем на первой стадии используют органическую, а на второй стадии воднощелочную варочную среду.

Поскольку указанные выше методы варки целлюлозы, как правило, не позволяют полностью извлечь лигнин из целлюлозы, остаточный лигнин может быть удален на последующих стадиях отбеливания целлюлозы, например, посредством озона или кислорода, реже посредством хлора.

Кроме того, существует потребность в технологии производства целлюлозы, в соответствии с которой лигнин, содержащийся в исходном лигноцеллюлозном материале, может быть использован для получения высококачественных продуктов. Контуры циркуляции технологических химикатов и растворителей, используемых для выделения и дополнительной переработки лигнина, подлежат максимально полному интегрированию в процесс производства целлюлозы.

В международной заявке WO 2006/031175 описан способ выделения лигнина из черного щелока, в соответствии с которым с целью выделения лигнина осуществляют подкисление и обезвоживание щелока.

В патенте США US 2057117 описан способ получения ванилина, в соответствии с которым выбранный из нескольких вариантов лигноцеллюлозы исходный материал, сырой экстракт лигнина и лигнинсульфокислоту нагревают при повышенном давлении совместно с водным раствором гидроксида щелочного металла, причем образующуюся реакционную смесь с целью выделения органических компонентов и перевода ванилина в растворимую форму смешивают с серной кислотой.

В патенте США US 2104701 описан способ получения ванилина, в соответствии с которым исходный материал (лигноцеллюлозу, сырой экстракт лигнина и лигнинсульфокислоту) при повышенном давлении нагревают с водным раствором гидроксида щелочного металла, и из полученной реакционной смеси посредством нерастворимого в воде спирта экстрагируют лигнин.

В патентах США US 5959167 и US 6172272 описан способ получения топлива из лигнина, в соответствии с которым лигнин в присутствии спирта подвергают катализируемой основанием деполимеризации до сверхкритического состояния и гидрообработке. В полученных продуктах присутствуют значительные количества парафинов и насыщенных циклических углеводородных соединений.

В международной заявке WO 2006/119357 описан способ получения топлива из лигнина, в соответствии с которым лигнин подвергают катализируемой основанием частичной деполимеризации и гидрообработке, получая биотопливо.

В немецкой заявке на патент DE-OS-1926673 описан способ гидролиза лигнинового материала с целью получения фенольных веществ с низкой молекулярной массой. При этом лигниновый материал образуется в результате щелочной варки лигноцеллюлозы. Критической фазой является промежуточное выделение лигнина и его использование для деполимеризации не содержащего оснований лигнинового материала.

В патенте США US 3375283 описан способ получения метоксифенолов из сточных вод производства целлюлозы, в частности, из черного щелока крафт-метода. Основная особенность указанного способа состоит в том, что сначала черный щелок при температуре ниже 150°С, то есть ниже температуры деполимеризации, упаривают до сухого состоянии. Затем сухой остаток подвергают пиролизу, осуществляемому в температурном интервале от 300 до 600°С при циркуляции продуктов пиролиза. Газы пиролиза подвергают конденсации, получая наряду с неконденсируемыми газами (монооксидом углерода, диоксидом углерода, метилмеркаптаном и сероводородом) обогащенный метоксифенолами конденсат. Указанные газы можно сжигать с целью производства тепла или использовать для выделения метилмеркаптана. Возможность выделения и рециркуляции варочных химикатов из продуктов производства целлюлозы с целью организации замкнутого материального контура в цитируемом документе не рассматривается.

В опубликованной в журнале Tappi (том 45, №2, февраль 1962, сс.128-135) статье авторы (Т.Enkvist, J.Turunen и Т.Ashorn) описывают деметилирование и деструкцию лигнина или щелочей из крафт-метода производства целлюлозы путем нагревания под давлением, осуществляемого в присутствии реагентов с основным характером. С целью анализа получаемых продуктов реакционные смеси подкисляют и экстрагируют простым эфиром. Данная статья представляет собой чисто научную публикацию, в которой отсутствуют сведения относительно возможности интегрирования описываемого процесса в общую технологию производства целлюлозы.

В опубликованной в журнале Tappi (том 51, №1, январь 1968, сс.44-48) статье авторы (I.T.Clark и J.Green) рассматривают щелочную деполимеризацию лигнина из крафт-метода получения целлюлозы в растворе гидроксида натрия и сульфида натрия при температуре от 260 до 310°С. Авторы исследуют получаемые ароматические соединения в зависимости от концентрации гидроксида натрия, присутствия или отсутствия сульфида натрия, а также от температуры и длительности реакции. Речь при этом также идет о результатах чисто научного исследования, выполненного с использованием образцов миллилитрового объема и приобретенного в торговой сети крафт-лигнина.

Неожиданно была найдена возможность оптимально интегрировать получение дополнительных пригодных для повторного использования веществ, прежде всего получение смеси ароматических соединений из лигнина, в процесс производства целлюлозы.

Таким образом, первым объектом настоящего изобретения является способ интегрированного получения целлюлозы и по меньшей мере одного пригодного для повторного использования низкомолекулярного вещества, в соответствии с которым:

а) осуществляют подготовку содержащего лигноцеллюлозу исходного материала и его варку с использованием средства обработки,

b) из подвергнутого варке материала выделяют фракцию, обогащенную целлюлозой, и по меньшей мере одну обедненную целлюлозой фракцию, которая содержит по меньшей мере часть средства обработки со стадии а),

c) обедненную целлюлозой фракцию подвергают обработке, получая по меньшей мере одно пригодное для повторного использования низко молекулярное вещество, и

d) из полученного на стадии с) продукта обработки выделяют пригодное(-ые) для повторного использования низкомолекулярное(-ые) вещество(-а).

В соответствии с настоящим изобретением под «пригодными для повторного использования низкомолекулярными веществами» подразумевают отличающиеся от целлюлозы соединения, которые обладают более низкой молекулярной массой по сравнению с соединениями, присутствующими в содержащем лигноцеллюлозу исходном материале. Речь при этом идет, например, о водороде, а также о нефункционализированных и функционализированных алифатических, циклоалифатических и ароматических углеводородах. К пригодным для повторного использования низкомолекулярным веществам, в частности, относятся водород, алканы (такие как метан, этан, пропан, бутан и так далее), алкены, алкадиены и алканолы (такие как метанол, этанол и так далее), алифатические альдегиды (такие как формальдегид, ацетальдегид и так далее), циклоалканы, циклоалкены, циклоалкадиены, циклоалканолы, циклоалкадиенолы, содержащие более двух гидроксильных групп циклоалканполиолы, ароматические углеводороды (такие как бензол, алкилированные бензолы, например, толуол и ксилолы, высшие конденсированные ароматические углеводороды, а также моноалкилированные, диалкилированные или полиалкилированные высшие конденсированные ароматические соединения), ароматические спирты (такие как фенолы, моноалкилированные, диалкилированные или полиалкилированные фенолы, высшие конденсированные ароматические соединения с одной, двумя или более гидроксильными группами, моноалкилированные, диалкилированные или более высокоалкилированные высшие конденсированные ароматические соединения с одной, двумя или более гидроксильными группами, алкоксилированные производные указанных выше ароматических спиртов и так далее), ароматические альдегиды и смеси указанных соединений.

Особым вариантом осуществления изобретения является способ интегрированного получения целлюлозы и по меньшей мере одного пригодного для повторного использования низкомолекулярного вещества, в соответствии с которым:

a) осуществляют подготовку содержащего лигноцеллюлозу исходного материала и его варку с использованием средства обработки,

b) из подвергнутого варке материала выделяют фракцию, обогащенную целлюлозой, и по меньшей мере одну обедненную целлюлозой фракцию, которая содержит по меньшей мере часть средства обработки со стадии а),

c) обедненную целлюлозой фракцию подвергают обработке, получая по меньшей мере одно пригодное для повторного использования низко молекулярное вещество,

d) из полученного на стадии с) продукта обработки выделяют пригодное(-ые) для повторного использования низкомолекулярное(-ые) вещество(-а),

e) выделенное(-ые) на стадии d) пригодное(-ые) для повторного использования низкомолекулярное(-ые) вещество(-а) при необходимости подвергают разделению и/или по меньшей мере одному последующему превращению,

f) выделяют образующийся на стадии d) остаток и подвергают его до полнительной переработке, получая по меньшей мере один компонент средства обработки со стадии а), и

g) полученный(-е) на стадии f) компонент(-ы) средства обработки возвращают на стадию а).

Другим особым вариантом осуществления изобретения является способ интегрированного получения целлюлозы и смеси ароматических соединений, в соответствии с которым:

а) осуществляют подготовку содержащего лигноцеллюлозу исходного материала и его варку с использованием средства обработки,

b) из подвергнутого варке материала выделяют фракцию, обогащенную целлюлозой, и по меньшей мере одну обогащенную лигнином фракцию, которая содержит по меньшей мере часть средства обработки со стадии а),

c) обогащенную лигнином фракцию подвергают деполимеризации, и

d) из полученного на стадии с) продукта деполимеризации выделяют смесь ароматических соединений.

Еще одним особым вариантом осуществления изобретения является способ интегрированного получения целлюлозы и смеси ароматических соединений, в соответствии с которым:

a) осуществляют подготовку содержащего лигноцеллюлозу исходного материала и его варку с использованием средства обработки,

b) из подвергнутого варке материала выделяют фракцию, обогащенную целлюлозой, и обогащенную лигнином фракцию, которая содержит по меньшей мере часть средства обработки со стадии а),

c) обогащенную лигнином фракция подвергают деполимеризации,

d) путем экстракции полученного на стадии с) продукта деполимеризации выделяют смесь ароматических соединений,

e) выделенную на стадии d) смесь ароматических соединений при необходимости подвергают разделению и/или по меньшей мере одному последующему превращению,

f) выделяют образовавшийся на стадии d) обедненный ароматическими соединениями остаток и подвергают его дополнительной переработке, получая по меньшей мере один компонент средства обработки со стадии а), и

g) полученный(-е) на стадии f) компонент(-ы) средства обработки возвращают на стадию а).

Предлагаемый в изобретении способ обладает по меньшей мере одной из следующих особенностей:

- Процесс выделения по меньшей мере одного пригодного для повторного использования вещества (в частности, процесс выделения смеси ароматических соединений из лигнина) интегрирован в общий процесс получения целлюлозы.

- Как правило, отсутствует необходимость выделения компонентов, используемых для выполняемой на стадии с) обработки, в виде промежуточных продуктов. Прежде всего, отсутствует необходимость выделения используемого для получения смеси ароматических соединений лигнина в виде промежуточного продукта.

- Обработку с целью выделения по меньшей мере одного пригодного для повторного использования вещества, как правило, можно осуществлять в средстве обработки, используемом для варки содержащего лигноцеллюлозу исходного материала. В частности, в средстве обработки, используемом для варки содержащего лигноцеллюлозу исходного материала, можно осуществлять деполимеризацию с целью получения смеси ароматических соединений. При этом используемое для получения смеси ароматических соединений средство обработки помимо жидкого компонента может содержать также по меньшей мере часть компонентов (технологических химикатов), используемых для варки содержащего лигноцеллюлозу исходного материала, или часть производных указанных компонентов.

- Средство обработки, используемое для варки содержащего лигноцеллюлозу исходного материала, после выделения пригодных для повторного использования веществ можно возвращать на повторное использование.

- Дополнение и/или переработку компонентов средства обработки (технологических химикатов), расходуемых при варке содержащего лигноцеллюлозу исходного материала и/или при выделении пригодных для повторного использования веществ, можно осуществлять на стадиях процесса получения целлюлозы.

- Предоставляется возможность формирования замкнутых производственных контуров циркуляции используемых для варки химикатов, средств обработки и промывочных средств.

- Реализуемая согласно изобретению интеграция позволяет совместно использовать технологические операции производства целлюлозы, то есть для выделения пригодных для повторного использования веществ, в частности, для выделения ароматических соединений из лигнина, требуется меньшее суммарное количество технологических операций по сравнению с уровнем техники.

- Установка для сжигания подвернутого упариванию черного щелока представляет собой наиболее затратный узел процесса производства целлюлозы. Повышение производственной мощности существующих установок вряд ли представляется возможным, поскольку поверхность используемых для рекуперации тепла теплообменников практически не подлежит увеличению. Реализуемое в соответствии с предлагаемым в изобретении способом сокращение содержания органических соединений в промывочном щелочном растворе вследствие интегрированного выделения пригодных для повторного использования веществ обусловливает предпочтительную разгрузку узла рекуперации тепла. Кроме того, если в случае выделения пригодных для повторного использования веществ в соответствии с предлагаемым в изобретении способом содержащиеся в промывочном щелочном растворе технологические химикаты расходуются уже в процессе варки содержащего лигноцеллюлозу исходного материала, это обусловливает дополнительную тепловую разгрузку, поскольку при сокращении поступающих на установку для сжигания технологических химикатов расходуется больше тепла, в связи с чем отводу через рабочие поверхности теплообменников подлежит меньшее количество тепла. Оба фактора приводят к тому, что благодаря использованию предлагаемого в изобретении интегрированного способа можно экономически оптимальным образом повысить производственную мощность существующей установки по производству целлюлозы.

- Использование предлагаемого в изобретении интегрированного способа дополнительно позволяет сократить транспортные расходы. Так, например, при отсутствии промежуточного выделения лигнина транспортируют получаемый высококачественный продукт (ароматические соединения) и товарный гранулированный лигнин или промывочный щелочной раствор, которые характеризуются гораздо более высокими значениями удельного объема и массы по сравнению с пригодным для повторного использования продуктом, например фенолом. Вместе с тем отсутствует необходимость транспортирования обратных потоков с целью рециркуляции технологических химикатов, как, например, в случае внешнего использования промывочных щелочных растворов.

Лигноцеллюлоза образует каркас растительной клеточной оболочки и в качестве основных компонентов содержит целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы. Другими компонентами лигноцеллюлозы являются, например, силикаты, зола (минералы), экстрагируемые низкомолекулярные органические соединения (так называемые экстрактивные вещества, такие как терпены, смолы и жиры), полимеры, такие как протеины, нуклеиновые кислоты и растительные слизистые вещества (так называемый экссудат), и другие продукты.

Целлюлоза, как правило, является высококристаллическим биополимером D-ангидроглюкопиранозы с длинными цепями, которые состоят из сахарных структурных единиц, соединенных друг с другом β-1,4-гликозидными связями. Отдельные полимерные цепи соединены друг с другом посредством межмолекулярных и внутримолекулярных водородных связей и ван-дер-ваальсовых взаимодействий.

Лигнин является высокомолекулярным производным фенилпропана, фенильные кольца которого в зависимости от природного источника содержат одну или несколько метоксигрупп, в то время как пропильные структурные единицы содержат по меньшей мере одну гидроксильную группу. К типичным структурным единицам лигнина относятся п-гидроксифенилпропан, гваяцилпропан и сирингилпропан, которые соединены друг с другом простыми эфирными и углерод-углеродными связями.

Стадия а)

На стадии а) предлагаемого в изобретении способа выполняют подготовку содержащего лигноцеллюлозу исходного материала (лигноцеллюлозного материала), который затем подвергают варке. Варка способствует по меньшей мере частичному разделению содержащего лигноцеллюлозу исходного материала и сопутствующих веществ целлюлозы. К сопутствующим веществам целлюлозы относится лигнин, а также гемицеллюлозы, силикаты, зола (минералы), экстрагируемые низкомолекулярные органические соединения (так называемые экстрактивные вещества, такие как терпены, смолы и жиры), полимеры (протеины, нуклеиновые кислоты), растительные слизистые вещества (так называемый экссудат) и другие продукты.

Содержащие лигноцеллюлозу исходные материалы, пригодные для переработки на стадии а), могут быть получены, например, из древесных и растительных волокон, используемых в качестве исходных веществ. Пригодными лигноцеллюлозными материалами являются различные сорта древесины, например, древесина лиственных пород, в частности, древесина клена, березы, груши, дуба, ольхи, ясеня, эвкалипта, граба, вишни, липы, орехового дерева, тополя, ивы и так далее, а также древесина хвойных деревьев, таких как дугласова пихта, ель, тис, гемлок, сосна, лиственница, кедр и так далее. Кроме того, пригодными исходными лигноцеллюлозными материалами являются обогащенные целлюлозой природные волокнистые материалы, такие как лен, конопля, сизаль, джут, солома, кокосовые волокна, прутьевидное просо и другие природные волокна. Пригодными исходными лигноцеллюлозными материалами являются также, например, отходы деревообрабатывающей промышленности. Помимо отходов древесины к ним относятся также опилки, образующаяся при шлифовании паркета пыль и так далее. Пригодными лигноцеллюлозными материалами являются также остатки сельскохозяйственного производства, образующиеся, например, при переработке зерновых культур (пшеничная солома, кукурузная солома и так далее), кукурузы, сахарного тростника (багассы) и тому подобное. Кроме того, пригодными лигноцеллюлозными материалами являются отходы лесного хозяйства, например, ветки, кора, щепки и прочее. К оптимальным источникам лигноцеллюлозных материалов относятся также плантации с кратковременным циклом выращивания урожая, на относительно малых площадях, которых можно производить большие объемы биомассы.

Древесная клеточная оболочка среднеевропейских деревьев обычно обладает следующим примерным составом:

древесина лиственных пород содержит от 42 до 49% целлюлозы, от 24 до 30% гемицеллюлозы, от 25 до 30% лигнина, от 2 до 9% экстрактивных веществ и от 0,2 до 0,8% золы (минералов),

древесина хвойных пород содержит от 42 до 51% целлюлозы, от 27 до 40% гемицеллюлозы, от 18 до 24% лигнина, от 1 до 10% экстрактивных веществ и от 0,2 до 0,8% золы.

Благоприятной может быть реализация по меньшей мере одной операции обработки содержащего лигноцеллюлозу исходного материала, которая предшествует варке. Речь при этом идет, например, о механическом измельчении содержащего лигноцеллюлозу исходного материала, выполняемом, например, путем его дезинтегрирования и/или измельчения. В связи со специфическими свойствами содержащих волокна материалов их подвергают измельчению не под действием усилий сжатия/сдвига, а предпочтительно путем размола на мельницах ударного действия. Пригодными размалывающими устройствами являются молотковые дробилки, а также функционирующие согласно принципу струйного измельчения дробилки и мельницы с зажимным колесом. Последние, в частности, обладают особенно высокой производительностью.

Предлагаемый в изобретении способ позволяет интегрировать получение пригодных для повторного использования веществ (например, смеси ароматических соединений) в процесс производства целлюлозы. В предпочтительном варианте интегрирование можно осуществлять практически в любые основные методы варки целлюлозы.

Пригодные методы производства целлюлозы в принципе могут отличаться друг от друга по меньшей мере одним из следующих признаков:

- используемым на стадии а) средством обработки,

- используемыми на стадии а) условиями обработки,

- используемыми на других технологических стадиях компонентами,

- используемыми на других технологических стадиях рабочими условиями.

Используемое на стадии а) средство обработки в условиях варки, рассматриваемых ниже более подробно, способно солюбилизировать по меньшей мере часть сопутствующих веществ целлюлозы в содержащем лигноцеллюлозу исходном материале. В частности, при этом осуществляют по меньшей мере частичную, предпочтительно в основном полную солюбилизацию лигнина, присутствующего в содержащем лигноцеллюлозу исходном материале. Речь при этом идет о солюбилизации предпочтительно по меньшей мере 50% масс, особенно предпочтительно по меньшей мере 75% масс, присутствующего в содержащем лигноцеллюлозу исходном материале лигнина (в пересчете на общую массу присутствующего лигнина). Солюбилизация присутствующей в содержащем лигноцеллюлозу исходном материале целлюлозы в средстве обработки не происходит или происходит лишь в незначительной степени. Речь при этом идет о том, что солюбилизации подвержено предпочтительно не более 20% масс, особенно предпочтительно не более 10% масс, целлюлозы, присутствующей в содержащем лигноцеллюлозу исходном материале (в пересчете на общую массу присутствующей целлюлозы).

В соответствии с настоящим изобретением под солюбилизацией веществ подразумевают их переведение в жидкое состояние, то есть формирование растворов сопутствующих веществ целлюлозы (в частности, растворов лигнина), а также их перевод в то или иное состояние, отличающееся от солюбилизированного. В случае если в солюбилизированное состояние переводят лигноцеллюлозный компонент, это не обязательно означает необходимость полного окружения отдельных молекул, например полимерных молекул, сольватной оболочкой. Важным обстоятельством при этом является обусловленный солюбилизацией переход лигноцеллюлозного компонента в жидкое состояние. Следовательно, солюбилизатами в соответствии с настоящим изобретением являются также коллоидные растворы, микродисперсии, гели и тому подобное.

Используемое на стадии а) средство обработки содержит по меньшей мере одно жидкое в нормальных условиях (при температуре 20°С и давлении 1,01325 бар) соединение. К подобным соединениям предпочтительно относятся вода, кислоты, основания или органические растворители, способные по меньшей мере частично солюбилизировать лигнин без солюбилизации больших количеств целлюлозы. Пригодными являются также смеси указанных жидких соединений. Смеси кислот и оснований, как правило, не используют, применяя вместо них соответствующую соль в комбинации по меньшей мере с одним жидким соединением. Специалисты могут выбрать жидкие в нормальных условиях кислоты и основания из приведенных ниже соединений. Пригодными органическими растворителями предпочтительно являются спирты, такие как метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, трет-бутанол или фенол, двухатомные и многоатомные спирты, такие как этандиол или пропандиол, аминоспирты, такие как этаноламин, диэтаноламин или триэтаноламин, ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, этилбензол или ксилолы, галогенированные растворители, такие как дихлорметан, хлороформ, четыреххлористый углерод, дихлорэтан или хлорбензол, алифатические растворители, такие как пентан, гексан, гептан, октан, лигроин, петролейный эфир, циклогексан или декалин, простые эфиры, такие как тетрагидрофуран, диэтиловый эфир, метил-трет-бутиловый эфир или монометиловый эфир диэтиленгликоля, кетоны, такие как ацетон или метилэтилкетон, сложные эфиры, такие как этилацетат, формамид, диметилформамид, диметилацетамид, диметилсульфоксид или ацетонитрил, а также смеси указанных соединений.

Жидкие соединение предпочтительно выбирают из группы, включающей воду, смешивающиеся с водой органические растворители и их смеси. Жидкие соединения особенно предпочтительно выбирают из группы, включающей воду, спирты и их смеси. В качестве жидких соединений можно использовать например, воду, метанол, этанол, смесь воды с метанолом и/или этанолом или смесь метанола с этанолом.

Используемым на стадии а) средством обработки может являться по меньшей мере одно основание. Пригодными основаниями являются гидроксиды щелочных или щелочноземельных металлов, например гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид кальция или гидроксид магния, гидрокарбонаты щелочных или щелочноземельных металлов, например, гидрокарбонат натрия, гидрокарбонат калия, гидрокарбонат кальция или гидрокарбонат магния, карбонаты щелочных или щелочноземельных металлов, например карбонат натрия, карбонат калия, карбонат кальция или карбонат магния, оксиды, а также смеси указанных оснований.

Используемым на стадии а) средством обработки может являться по меньшей мере одна кислота. Пригодными кислотами в принципе могут являться как кислоты Брэнстеда, так и кислоты Льюиса. Пригодными кислотами Брэнстеда являются неорганические кислоты, их соли и ангидриды. К пригодным кислотам Брэнстеда относятся, например, минеральные кислоты, такие как соляная кислота, азотная кислота, серная кислота, фосфорная кислота или амидосульфокислота, а также соли аммония, такие как фторид аммония, хлорид аммония, бромид аммония или сульфат аммония. Пригодными кислотами Брэнстеда являются также гидросульфаты, такие как гидросульфат натрия, гидросульфат калия, гидросульфат кальция или гидросульфат магния. Кроме того, к пригодным кислотам Брэнстеда относятся гидросульфиты, такие как гидросульфит натрия, гидросульфит калия, гидросульфит кальция или гидросульфит магния. Пригодными являются также гидрофосфаты и дигидрофосфаты, такие как гидрофосфат натрия, дигидрофосфат натрия, гидрофосфат калия или дигидрофосфат калия. Пригодными кислотами Брэнстеда являются также SO₂, SO₃ и диоксид углерода.

Пригодными кислотами Брэнстеда являются также органические кислоты и их ангидриды, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота, метан-сульфокислота, трифторуксусная кислота или п-толуолсульфокислота.

Пригодными кислотами Льюиса являются любые галогениды металлов или полуметаллов, металл или полуметалл которых содержит неподеленную электронную пару. Примерами подобных кислот Льюиса являются BF₃, BCl₃, BBr₃, AlF₃, AlCl₃, AlBr₃, этилалюминийдихлорид, диэтилхлорид алюминия, TiF₄, TiCl₄, TiBr₄, VCl₅, FeF₃, FeCl₃, FeBr₃, ZnF₂, ZnCl₂, ZnBr₂, Cu(I)F, Cu(I)Cl, Cu(I)Br, Cu(II)F₂, Cu(II)Cl₂, Cu(II)Br₂, Sb(III)F₃, Sb(V)F₅, Sb(III)Cl₃, Sb(V)Cl₅, Nb(V)Cl₅, Sn(II)F₂, Sn(II)Cl₂, Sn(II)Br₂, Sn(IV)F₄, Sn(IV)Cl₄ или Sn(IV)Br₄.

Используемым на стадии а) средством обработки может являться по меньшей мере одна соль, отличающаяся от указанных выше соединений. Соли предпочтительно выбирают из группы, включающей соли указанных выше кислот и оснований, а также продукты их окисления или восстановления. Пригодными солями являются, например, сульфаты аммония, сульфаты щелочных металлов и сульфаты щелочноземельных металлов, такие как сульфат натрия, сульфат калия, сульфат кальция или сульфат магния. Кроме того, пригодными солями являются сульфиты аммония, сульфиты щелочных металлов и сульфиты щелочноземельных металлов, такие как сульфит натрия, сульфит калия, сульфит кальция или сульфит магния. Пригодными солями являются также сульфиды аммония, сульфиды щелочных металлов и сульфиды щелочноземельных металлов, такие сульфид натрия, сульфид калия, сульфид кальция или сульфид магния. Пригодными солями являются также гидросульфиды щелочных металлов, такие как гидросульфид натрия или гидросульфид калия.

Используемым на стадии а) средством обработки может являться также соединение, отличающееся от указанных выше веществ. Речь при этом, в частности, идет об обычных, известных специалистам технологических химикатах, используемых в соответствии с разными методами варки в производстве целлюлозы из содержащего лигноцеллюлозу исходного материала. Варку на стадии а) можно осуществлять в следующих технологических режимах.

Варку на стадии а) можно осуществлять в одну или несколько ступеней. В наиболее простом случае варку на стадии а) осуществляют в многоступенчатом режиме. В случае осуществления варки в несколько, например две, три, или более ступени на соответствующих ступенях можно использовать разные средства и/или условия обработки. В пригодном варианте осуществления двухступенчатой варки на первой ступени используют, например, по меньшей мере один органический растворитель или смесь воды по меньшей мере с одним органическим растворителем, тогда как на второй ступени варку осуществляют в щелочной водной среде. К подобным вариантам осуществления варки относится, например, более подробно рассматриваемая ниже технология Organocell, на первой ступени которой варку осуществляют с использованием водно-спиртовой смеси, в то время как на второй ступени для варки используют водный раствор едкого натра. В соответствии с другим пригодным вариантом осуществления двухступенчатой варки на последующей ступени можно использовать, например, более высокую температуру и/или более высокое давление по сравнению с ее предыдущей ступенью. В случае многоступенчатой варки подвергнутый варке материал можно использовать для дальнейшей переработки на стадии b), отбирая его только с одной ступени или с нескольких ступеней. Однако при этом следует соблюдать условие, в соответствии с которым выделению на стадии b) подлежит обогащенная лигнином фракция материала соответствующей ступени.

Варку на стадии а) преимущественно осуществляют при температуре окружающей среды или предпочтительно при более высокой температуре.

Предпочтительной температуре варки соответствует примерный интервал от 40 до 300°С, особенно предпочтительно от 50 до 250°С. В соответствии с особым вариантом температуру в процессе варки ступенчато или непрерывно повышают, пока она не достигнет необходимого конечного значения.

Варку на стадии а) можно осуществлять при пониженном давлении, атмосферном давлении или давлении выше атмосферного. Давление на стадии а) в общем случае находится в интервале от 0,01 до 300 бар, предпочтительно от 0,1 до 100 бар.

Длительность выполняемой на стадии а) варки в общем случае составляет от 0,5 минут до 7 дней, предпочтительно от 5 минут до 96 часов.

Щелочное средство обработки

В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения для варки лигноцеллюлозного материала на стадии а) используют щелочное средство обработки.

Перед варкой содержащего лигноцеллюлозу исходного материала, предусматривающей использование щелочного средства обработки, благоприятную роль может играть предварительная обработка указанного материала минеральной кислотой и/или водяным паром. Пр