DD142562A5 - PROCESS FOR REMOVING LIGNOCELLULOSE MATERIALS - Google Patents

PROCESS FOR REMOVING LIGNOCELLULOSE MATERIALS Download PDF

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DD142562A5
DD142562A5 DD78207586A DD20758678A DD142562A5 DD 142562 A5 DD142562 A5 DD 142562A5 DD 78207586 A DD78207586 A DD 78207586A DD 20758678 A DD20758678 A DD 20758678A DD 142562 A5 DD142562 A5 DD 142562A5
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solvent
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Laszlo Paszner
Pei-Ching Chang
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Laszlo Paszner
Chang Pei Ching
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    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/20Pulping cellulose-containing materials with organic solvents or in solvent environment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/34Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/38Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D307/40Radicals substituted by oxygen atoms
    • C07D307/46Doubly bound oxygen atoms, or two oxygen atoms singly bound to the same carbon atom
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C13K1/00Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials

Description

Verfahren zum Abtrennen von Fasern aus dem Cellulosebestandteil von LignocelluloseProcess for separating fibers from the cellulose component of lignocellulose

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlignifizieren und Verzuckern von pflanzlichen Lignocellulosematerialisn unter Mitverwendung organischer Lösungsmittel.The invention relates to a process for the delignification and saccharification of vegetable lignocellulosic materials with concomitant use of organic solvents.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein neues Verfahren zur raschen Lösung von Lignin und Hemicellulose aus Forst- und Agrikulturmaterialien, beispielsweise Holz, Stroh, Bambus, und Gewinnung von Cellulosefasermaterial oder seiner Umwandlungsprodukte, Lignin und Zuckern oder deren Umwandlungsprodukte.More particularly, the invention relates to a novel process for the rapid dissolution of lignin and hemicellulose from forest and agricultural materials such as wood, straw, bamboo, and recovery of cellulosic fiber material or its conversion products, lignin and sugars, or their conversion products.

Die erfindungsgemäß hergestellte Pulpe aus Cellulosefasern kann vorteilhaft verwendet werden für die Papierherstellung oder als Füller für Wiederkäuer.The cellulosic pulp produced according to the invention can be advantageously used for papermaking or as a filler for ruminants.

Das gewonnene Lignin und Zucker sind wertvolle Rohmaterialien in der Phenol-, Zucker- und Zuckerfermentationsindustrie. The recovered lignin and sugar are valuable raw materials in the phenol, sugar and sugar fermentation industries.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solution

Holz besteht aus etwa 4-0 bis 50 Gew.-% Cellulosepolymer in Faserform, nämlich einem Polymer aus ß-Anhydroglucosid-Wood consists of about 4-0 to 50% by weight of cellulose polymer in fiber form, namely a polymer of β-anhydroglucoside

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einheiten, etwa .15 bis 20 Gew.-% Hemicellulose, die unterschiedlich aus Mannose, Xylose und anderen Hexose- und Pentοseζuckern und Uronsäuren besteht, und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% Lignin, das aus einer Anzahl Ligninsubstan- . zen aus phenolischen Struktureinheiten in polymerer Form besteht. Als weitere Komponenten können in unterschiedlichen Mengen Wachse, Gummis und maskierte mineralische Verbindun- ' gen anwesend sein.units, such as .15 to 20% by weight of hemicellulose, which consists of mannose, xylose and other hexose and pentagonal sugars and uronic acids, and about 20 to about 30% by weight of lignin, which is selected from a number of lignin. zen consists of phenolic structural units in polymeric form. As further components, waxes, gums and masked mineral compounds may be present in varying amounts.

Ziel der Holzverwertungsverfahren ist es, dessen Bestandteile so sauber wie möglich .und mit geringstmöglichem Abbau der Bestandteile oder der Subkomponente eines Bestandteiles voneinander zu trennen, d. h. jeden Bestandteil in natürlicher Form zu gewinnen. Die "Verfahren zur Abtren- nung der Cellulosefaser erfordern die Entfernung eines möglichst großen Anteils des Lignins, damit die Fasern zu einer Pulpe dispergiert werden, eine Faser yon hohem Bindevermögen erhalten wird und möglichst wenig Bleichen erforderlich ist β Die Verwendbarkeit von Cellulose als Viehfutter wird stark verbessert, vienn der Eestligningehalt auf unter 5 % gesenkt wird. Da die Lignine und Hemicellulose die kristallinen Cellulosefasern als die Zellwände bildende Schichten umgeben, war die Entfernung dieser amorphen, verhältnismäßig porösen Substanzen durch chemischen Angriff die Grundlage der meisten bekannten Auftrennungsverfahren.The aim of the wood recycling processes is to separate their constituents as cleanly as possible and with the least possible degradation of the constituents or the subcomponent of a constituent, ie to recover each constituent in its natural form. The "cellulose fiber separation processes require the removal of as much of the lignin as possible in order to disperse the fibers into a pulp, to obtain a fiber of high bonding capacity, and to minimize the need for bleaching." The usefulness of cellulose as a fodder becomes strong improved Vienne the Eestligningehalt to below 5% is decreased. Since the lignins and hemicellulose surround the crystalline cellulose fibers as the cell walls forming layers, the removal of these amorphous, relatively porous substances by chemical attack has been the basis of most known separation method.

Die Frage, in welcher Weise Lignin, Hemicellulose und Cellulosepolymer miteinander verbunden sind, ist noch heute weitgehend ungelöst. Es spricht einiges dafür, daß eine gewisse Bindung zwischen einem geringen Anteil des Lignins und einem Anteil der Hemicellulose vorliegt.The question of how lignin, hemicellulose and cellulose polymer are linked together is still largely unresolved. There is some evidence that there is some binding between a small proportion of lignin and a proportion of hemicellulose.

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Mit viel Arbeitsaufwand sind chemische Trennverfahren entwickelt worden, die jedoch alle eine Modifikation oder einen Abbau von Lignin und Hemicellulose, die bei hoher Temperatur und hoher Azidität oder Alkalinität rasch angegriffen werden, mit sich brachten. Auch die kristalline Cellulose wird beträchtlich abgebaut, insbesondere durch Aufbrechen der Polymerketten an den ungeordneten Kristallstellen. Die nach den bekannten säurekatalysierten Verfahren abgetrennten Fasern enthalten noch ungelöstes Lignin und Hemicellulose, so daß weitere Behandlungen mit alkalischen Lösungen und/oder Bleichmitteln erforderlich sind, durch die ein weiterer Abbau der Cellulose erfolgt»With great effort, chemical separation techniques have been developed, but all involve modification or degradation of lignin and hemicellulose, which are rapidly attacked at high temperature and high acidity or alkalinity. The crystalline cellulose is also degraded considerably, in particular by breaking the polymer chains at the disordered crystal sites. The fibers separated by the known acid-catalyzed processes still contain undissolved lignin and hemicellulose, so that further treatments with alkaline solutions and / or bleaching agents are required, through which further degradation of the cellulose takes place.

Einen historischen Überblick über eine große Anzahl bekannter Verfahren zur Herstellung chemischer Pulpen unter Verwendung organischer Lösungsmittel und 'verschiedener Katalysatoren gibt der Artikel "A Review of Lesser-Known Pulping Methods" von CJ. Brounstein, Pulp and Paper Magazine of Canada, Januar 1952. Weitere Veröffentlichungen über die Verwendung von Gemischen organischer Lösungsmittel zur Herstellung von Pulpen sind die US-PS 3 585 (1971), 2 959 900 (i960) und 4 003 702 (1977).For a historical overview of a large number of known processes for producing chemical pulps using organic solvents and various catalysts, see the article "A Review of Lesser-Known Pulping Methods" by CJ. Brounstein, Pulp and Paper Magazine of Canada, January 1952. Further publications on the use of mixtures of organic solvents to make pulps are U.S. Patent 3,585 (1971), 2,959,900 (196) and 4,003,702 (1977).

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen und wirtschaftlieheη Verfahrens, mit dem in kurzer Zeit Cellulosefaser, von Lignocellulose und Hemicellulose aus Porst- und Agrikulturmaterialien abgetrennt werden können. Insbesondere sollen die Bestandteile weder modifiziert noch abgebaut werden, so daß Cellulosefaser^ mitThe aim of the invention is to provide a simple and wirtschaftlieheη process can be separated with a short T im e cellulose fiber, lignocellulose and hemicellulose from Porst- and Agrikulturmaterialien. In particular, the components should neither be modified nor degraded, so that cellulose fiber ^ with

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hohem Polymerisationsgrad isoliert werden können. Darlegung des Wesens der Erfindung high degree of polymerization can be isolated. Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues säurekatalysiertes Hydrolyseverfahren zur raschen Lösung von Lignin und Hemicellulose aus Porst- und Agrikulturmaterialien und Gewinnung von Cellulosefasermaterial oder seiner Umwandlungsprodukte, Lignin und Zuckern oder deren Umwandlungsprodukten, insbesondere ein neues Lösungsmittel ausfindig zu machen.The invention has for its object to provide a novel acid-catalyzed hydrolysis process for the rapid solution of lignin and hemicellulose from Porst- and agricultural materials and recovery of cellulose fiber material or its conversion products, lignin and sugars or their conversion products, in particular to find a new solvent.

Erfindungsgemäß wird zur Verringerung der"Zeit, die zum Abtrennen der Cellulosefaser von Lignocellulose erforderlich ist und die Gewinnung der Faser in einem hohen Polymerisationsgrad gestattet, ein neues Lösungsmittelgemisch, das aus Wasser und einem flüssigen organischen Lösungsmittel, katalysiert durch einen sauren Zusatz, der das Lösungsmittelgemisch auf ein pH in dem Bereich von 3»5 bis 1,7 einstellt, besteht, verwendet. .According to the invention a new solvent mixture consisting of water and a liquid organic solvent, catalyzed by an acidic additive is to reduce the "Z e it necessary to separate the cellulose fibers of lignocellulose and allows the recovery of fiber in a high degree of polymerization, the the solvent mixture is adjusted to a pH in the range of 3 to 5 to 1.7 is used.

Für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung •wird eine Kochflüssigkeit aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel, die einen sauren Katalysator enthält, verwendet, mit der bei erhöhten !Temperaturen in dem Bereich von 160 bis 210° G das in der Lignocellulose enthaltene Lignin rasch und ohne Derivatbildung herausgelöst und Hemicellulose hydrolysiert wird, so daß.die Lignocellulose innerhalb weniger Minuten Kochzeit in eine Pulpe aus einer Dispersion von Cellulosefasern in einer Lösung von Lignin und Zuckern überführt wird. Solche Pulpen haben einenFor carrying out the process according to the invention, a boiling liquid of water and an organic solvent containing an acidic catalyst is used, with which, at elevated temperatures in the range of 160 to 210 ° C, the lignocellulose contained in the lignocellulose rapidly and is dissolved out without derivatization and hemicellulose is hydrolyzed so that the lignocellulose is transferred within a few minutes of cooking time to a pulp of a dispersion of cellulosic fibers in a solution of lignin and sugars. Such pulps have one

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niedrigen Ligningehalt und eignen sich gut für die Papierherstellung oder für Lösungs/Regenerierungs-Verfahren oder als Futter für Wiederkäuer, Alternativ kann der von Lignin befreite Rückstand der Lignocellulose durch längeres Kochen in demselben Lösungsmittelgemisch weiter hydrolysiert werden, wobei ein Pulver von niedrigem Polymerisationsgrad oder Zucker oder Dehydrations- und Abbauprodukte von Zucker, wie Furfurale und organische Säuren, erhalten werden. Das gewonnene Lignin und Zucker sind als Rohmaterialien in der Phenol-, Zucker- und Zuckerfermentationsindustrie verwertbar.Alternatively, the lignocellulose-depleted lignocellulose residue can be further hydrolyzed by prolonged cooking in the same solvent mixture using a low degree of polymerization powder or sugar or lignocellulosic material Dehydration and degradation products of sugars such as furfurals and organic acids. The recovered lignin and sugar are useful as raw materials in the phenolic, sugar and sugar fermentation industries.

Das erfindungsgemäße' -Verfahren wird derart ausgeführt, daß man zerkleinerte Lignocellulose mit einem vorwiegenden Volumenanteil an einem heißen wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch aus 70 bis 30 Teilen Wasser, 30 bis 70 Teilen eines flüchtigen organischen flüssigen Lösungsmittels der Gruppen wasserlöslicher niedrigmolekularer aliphatischen Alkohole und wasserlöslicher niedrigmolekularer aliphatischer Ketone und Gemische davon, wobei der Löslichkeitsparameter des gewählten flüssigen organischen Lösungsmittels in dem Bereich von 10 bis 13 liegt, und einem sauren Hydrolysierungskatalysator in solcher Menge, daß das pH des Lösungsmittelgemisches in dem Bereich von 1,7 bis 3,5 liegt, wobei der saure Katalysator aus der Gruppe der organischen Säuren Oxal-, Malein-, o-Phthal-, L-Apfel-, Bernstein-, Nicotin-, Salicyl- und Trifluoressigsäure, aus der Gruppe der starken Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure und aus der Gruppe mit ihren neutralen puffernden Salzen gewählt wird, imprägniert, die imprägnierte Lignocellulose der entlignifizierenden und verzuckernden Wirkung des Lö-'Method according to the invention is carried out such that comminuted lignocellulose with a predominant proportion by volume of a hot aqueous acidified organic solvent mixture of 70 to 30 parts of water, 30 to 70 parts of a volatile organic liquid solvent, the G r uppen water-soluble low molecular weight aliphatic alcohols and water-soluble low molecular weight aliphatic ketones and mixtures thereof, wherein the solubility parameter of the chosen liquid organic solvent is in the range of 10 to 13, and an acid hydrolyzing catalyst in such amount that the pH of the solvent mixture is in the range of 1.7 to 3.5; wherein the acidic catalyst from the group of organic acids oxalic, maleic, o-phthalic, L-apple, succinic, nicotinic, salicylic and trifluoroacetic, from the group of the strong acids hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid and from the G impregnated with the neutral buffering salts, impregnating the impregnated lignocellulose with the delignifying and saccharifying action of

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sungsmittelgemisch.es bei einer Temperatur in dem Bereich von 160 bis 210° O für eine Zeit von wenigstens 3 Minuten und ausreichend lange, um die Pasern durch Fluidbewegung · von suspendiertem Celluloserückstand abtrennbar zu machen, aussetzt, danach die Kochflüssigkeit abzieht, den Celluloserückstand mit einem Lösungsmittel aus den erwähnten Gruppen organischer flüssiger Lösungsmittel wäscht und den Bückstand dann mit Wasser wäscht.at a temperature in the range of 160 to 210 ° C for a time of at least 3 minutes and for a time sufficient to render the fibers separable from fluidized cellulose residue by fluid movement, then stripping the cooking liquor of the cellulose residue Solvent from the mentioned groups of organic liquid solvent washes and the residue is then washed with water.

Das flüssige organische Lösungsmittel in dem Lösungsmittelgemisch sowie das flüssige Waschlösungsmittel kann erfindungsgemäß Aceton oder Äthanol sein.The liquid organic solvent in the solvent mixture as well as the liquid washing solvent may according to the invention be acetone or ethanol.

Vorzugsweise kann das flüssige organische Lösungsmittel Äthanol und der hydrolysierende saure Katalysator Oxalsäure, Maleinsäure, ο-Phthalsäure, L-Apfelsäure, Bernsteinsäure, Nicotinsäure, Salicylsäure, Trifluoressigsäure' oder ein Gemisch von Kaliumchlorid und Salzsäure sein.Preferably, the liquid organic solvent may be ethanol and the hydrolyzing acid catalyst may be oxalic acid, maleic acid, o-phthalic acid, L-malic acid, succinic acid, nicotinic acid, salicylic acid, trifluoroacetic acid or a mixture of potassium chloride and hydrochloric acid.

Das flüssige organische Lösungsmittel kann aber auch Aceton und der saure hydrolysierende Katalysator Salzsäure sein.However, the liquid organic solvent may also be acetone and the acidic hydrolyzing catalyst may be hydrochloric acid.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin derart ausgeführt, daß die niedrigsiedenden flüchtigen Materialien in der abgezogenen Kochflüssigkeit und dem Waschlösungsmittel abgedampft werden, um Lignin zu fällen, das Lignin aus wäßriger Zuckerlösung abgetrennt wird, das abgetrennte Lignin wieder in einem Ligninlösungsmittel bis zur Sättigung aufgelöst wird und die Ligninlösung sprühgetrocknet oder mit einem vorwiegenden Volumenanteil Wasser vermischt wird, um einen Niederschlag aus feinteiligem Lignin zu disper-'The process of the present invention is further carried out by evaporating the low-boiling volatiles in the stripped cooking liquor and wash solvent to precipitate lignin, separating the lignin from aqueous sugar solution, re-dissolving the separated lignin in a lignin solvent to saturation, and Ligninlösung is spray-dried or mixed with a predominant volume of water to a precipitate of finely divided lignin to disper- '

gieren«.yaw".

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Dabei wird das Ligninlösungsmittel beispielsweise aus der Gruppe flüssiger organischer Lösungsmittel aus Aceton, Furfural, Dimethylsulfoxid oder Tetrahydrofuran gewählt.In this case, the lignin solvent is selected for example from the group of liquid organic solvents of acetone, furfural, dimethyl sulfoxide or tetrahydrofuran.

Die wäßrige Zuckerlösung wird erfindungsgemäß durch Abstreifen von Dampf bis zu einem Gehalt an gelösten Peststoffen von 20 bis 50 % konzentriert.The aqueous sugar solution is concentrated according to the invention by stripping of steam to a content of dissolved pesticides of 20 to 50 % .

Erfindungsgemäß können aber auch die flüchtigen Materialien durch fraktionierte Destillation abgetrennt werden, um das flüssige organische Lösungsmittel und das flüssige Waschlösungsmittel zurückzugewinnen und flüchtige thermische Umwandlungsprodukte und flüchtige Hydrolyseprodukte, nämlich Methanol, Ameisensäure und Essigsäure, zu. gewinnen.However, in the present invention, the volatile materials may also be separated by fractional distillation to recover the liquid organic solvent and the liquid washing solvent and to add volatile thermal conversion products and volatile hydrolysis products, namely, methanol, formic acid and acetic acid. win.

Dabei ist zu beachten, daß die flüchtigen Materialien, die durch Dampfabstreifen entfernt werden., entsprechend ihren Siedepunkten fraktioniert kondensiert werden, um . die flüssigen organischen Lösungsmittel, das flüssige Waschlösungsmittel und die flüchtigen thermischen Umwandlungsprodukte sowie die flüchtigen Hydrolyseprodukte, nämlich Methanol, Furfural, 5-Hydroxymethylfurfural, -Lävulinsäure, Ameisensäure und Essigsäure, zu gewinnen.It should be noted that the volatile materials removed by steam stripping are fractionally condensed according to their boiling points. the liquid organic solvents, the liquid washing solvent and the volatile thermal conversion products, and the volatile hydrolysis products, namely methanol, furfural, 5-hydroxymethylfurfural, levulinic acid, formic acid and acetic acid.

Nach-dem. erfindungsgemäßen Verfahren wird das angesäuerte Lösungsmittelgemisch mit der Lignocellulose in einem Gev,'ichtsverhältnis zwischen 1:4 und 1:12 vermischt.After this. According to the invention, the acidified solvent mixture is mixed with the lignocellulose in a blend ratio between 1: 4 and 1:12.

Insbesondere wird das angesäuerte wäßrig organische Lösungsmittelgemisch mit zerkleinerter Lignocellulose in einem Druckbehälter mit Einlaß und Auslaß vermischt und das Lösungsmittelgemisch kontinuierlich durch die LignocelluloseIn particular, the acidified aqueous organic solvent mixture is mixed with comminuted lignocellulose in a pressure vessel with inlet and outlet and the solvent mixture continuously through the lignocellulose

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umlaufen gelassen, so daß die Verweilzeit der Kochflüssigkeit nicht länger als 5 Minuten beträgt, wonach die Flüssigkeit abgezogen wird, während frisches Lösungsmitteigemisch eingeführt wird, um das abgezogene Gemisch zu ersetzen.circulated so that the residence time of the cooking liquor is not longer than 5 minutes, after which the liquid is withdrawn while fresh solvent is mixed in to replace the withdrawn mixture.

Dabei werden die Lignocellulose und das Lösungsmitbelgemisch in Richtung zum Auslaß bewegt ν,/erden, wobei das Lösungsmittelgemisch mit höherer Geschwindigkeit als die Lignocellulose bewegt wird.In this case, the lignocellulose and the Lösungsmitbelgemisch are moved toward the outlet ν, / earth, wherein the solvent mixture is moved at a higher speed than the lignocellulose.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin derart durchgeführt werden, daß man Teilchen der ganzen Lignocellulose mit einem vorwiegenden Volumenanteil eines ersten heißen wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisches aus 40 bis 60 Teilen lasser, 60 bis 40 Teilen an einem flüssigen organischen Lösungsmittel der Gruppe Äthanol und Aceton und einem ersten hydrolysierenden sauren Katalysator in solcher Menge, daß das pH des Lösungsmittelgemisches in dem Bereich von 3*5 bis 1,7 liegt, aus der Gruppe der organischen Säuren Malein-, Oxal-, o-Phthal-, L-Apfel-, Bernstein-, nicotin-, Salicyl- und.. Trifluoressigsäure imprägniert, die imprägnierte Lignocellulose der entlignifizierenden und verzuckernden Lösung dieses ersten Lösungsmittelgemisches bei einer Temperatur von etwa 180° G und für eine Zeit von etwa 5 Minuten aussetzt, dann die Kochflüssigkeit von der teilweise entlignifizierten Lignocellulose abzieht, danach den teilentlignifizierten Rückstand mit einem zweiten wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch, das einen zweiten sauren hydrolysierenden Katalysator aus der Gruppe der anorganischen Säuren, aus der der erste saure HydrolysierungskatalysatorThe process according to the invention can be further carried out by mixing particles of the whole lignocellulose with a predominant volume fraction of a first hot aqueous acidified organic solvent mixture of 40 to 60 parts, 60 to 40 parts of a liquid organic solvent of the group ethanol and acetone and a first hydrolyzing acidic catalyst in such an amount that the pH of the solvent mixture is in the range of 3 * 5 to 1.7, from the group of the organic acids maleic, oxalic, o-phthalic, L-apple, amber, nicotinic, salicylic and trifluoroacetic acid, exposing the impregnated lignocellulose to the delignifying and saccharifying solution of this first solvent mixture at a temperature of about 180 ° G and for a time of about 5 minutes, then withdrawing the cooking fluid from the partially delignified lignocellulose, then with the partially delignified residue a second aqueous acidified organic solvent mixture comprising a second acid hydrolyzing catalyst from the group of inorganic acids, from which the first acid hydrolyzing catalyst

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gewählt war, bei einer zweiten Digestionstemperatur von nicht über 210° C und nahe an 200° C ausreichend lange, um die Pasern durch Flüssigkeitsbewegung abtrennbar zu machen, kocht, dann die zweite Kochflüssigkeit abzieht, den Celluloserückstand mit Aceton wäscht und dann den Rückstand mit Wasser wäscht, um eine Pulpe aus Cellulosefasern von hohem Polymerisationsgrad zu gewinnen.was chosen, at a second digestion temperature of not more than 210 ° C and close to 200 ° C for a long time to make the fibers separable by liquid movement, boiled, then the second cooking liquor, the cellulose residue washed with acetone and then the residue with water washes to obtain a pulp of cellulose fibers of high degree of polymerization.

Dabei kann der erste und der zweite saure Hydrolysierungskatalysator Oxalsäure und das organische Lösungsmittel Äthanol sein.In this case, the first and the second acid hydrolyzing catalyst may be oxalic acid and the organic solvent may be ethanol.

Insbesondere wird das Verfahren derart durchgeführt, daß erstes und zweites wäßrig organisches Lösungsmittelgemisch mit den Lignocelluloseteilchen in einem Druckbehälter mit Einlaß und Auslaß vermischt werden und das Lösungsmittelgemisch kontinuierlich durch die Lignocellulose umlaufen gelassen wird, wobei erstes und zweites Lösungsmittelgemisch zusammen mit der Lignocellulose in Richtung zum Auslaß durch den Behälter bewegt wird und die Geschwindigkeit der Bewegung jedes Gemisches größer ist als die Geschwindigkeit der Bewegung der Lignocellulose,, und weiterhin derart, daß jedes der in den abgezogenen Kochflüssigkeiten und dem Waschlösungsmittel anwesenden flüchtigen Materialien abgedampft wird, um das darin gelöste Lignin auszufällen, das Lignin von wäßriger Zuckerlösung abgetrennt wird, das abgetrennte Lignin bis zur. Sättigung in einem Ligninlösungsmittel wieder aufgelöst wird und die Ligninlösung sprühgetrocknet oder mit einem vorwiegenden Volumenanteil an Wasser vermischt wirdj um ausgefälltes feinteiliges Lignin zu dispergieren.In particular, the process is carried out by mixing the first and second aqueous-organic solvent mixture with the lignocellulosic particles in a pressure vessel with inlet and outlet and circulating the solvent mixture continuously through the lignocellulose, with first and second solvent mixtures together with the lignocellulose towards the outlet is moved through the container and the speed of movement of each mixture is greater than the speed of movement of the lignocellulose, and further such that each of the volatiles present in the withdrawn cooking liquids and the washing solvent is evaporated to precipitate the lignin dissolved therein; the lignin is separated from aqueous sugar solution, the separated lignin to the. Saturation in a lignin solvent is redissolved and the lignin solution is spray dried or mixed with a substantial volume of water to disperse precipitated fine lignin.

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Dabei wird erfindungsgemäß die von dem abgezogenen ersten Lösungsmittelgemisch erhaltene wäßrige Zuckerlösung bis zu einem Feststoffgehalt von 20 bis 50 % konzentriert, ebenso die von dem zweiten Lösungsmittelgemisch erhaltene wäßrige Zuckerlösung·In this case, according to the invention, the aqueous sugar solution obtained from the withdrawn first solvent mixture is concentrated to a solids content of from 20 to 50% , likewise the aqueous sugar solution obtained from the second solvent mixture.

Erfindungsgemäß ist -das Lösungsmittel für das aus dem ersten Lösungsmittelgemisch gewonnene Lignin Aceton und das Lösungsmittel für das aus dem zweiten Lösungsmittelgemisch gewonnene Lignin aus der Gruppe Aceton, Furfural, Dimethylsulfoxid und Tetrahydrofuran gewählt·According to the invention, the solvent for the lignin acetone obtained from the first solvent mixture and the solvent for the lignin obtained from the second solvent mixture from the group acetone, furfural, dimethyl sulfoxide and tetrahydrofuran are selected.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abtrennen der Fasern aus dem Cellulosebestandteil.von Lignocellulose und Gewinnen der Fasern in einem Zustand verrinr gerten Polymerisationsgrades. Es wird in der Weise ausgeführt, daß man Teilchen aus der ganzen Lignocellulose mit einem Hauptvolumenanteil an einem ersten heißen wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittel-gemisch aus 40 bis 60 Teilen Wasser und 60 bis 40 Teilen eines ersten organischen flüssigen Lösungsmittels der Gruppe flüchtiger wasserlöslicher organischer Lösungsmittel aus .Äthanol und Aceton und einem ersten sauren Hydrolysierungskatalysator in solcher Menge, daß das pH des Lösungsmittelgemisches in dem Bereich von 3,5 bis 1,7 liegt, aus der Gruppe der organischen Säuren Malein-, Oxal-, o-Phthal-, L-Apfel-, Bernstein-, Nicotin-, Salicyl- und Trifluoressigsäure imprägniert, die imprägnierte Lignocellulose der entlignifizierenden und verzuckernden· Wirkung des ersten Lösungsmittelgemisches bei einer Temperatur von etwa 180 0O für eine Zeit von etwa 5 Minuten aussetzt, dann die ersteThe invention further relates to a method for separating the fibers from the cellulose component of lignocellulose and recovering the fibers in a state of reduced degree of polymerization. It is carried out by mixing particles of the whole lignocellulose with a major volume fraction of a first hot aqueous acidified organic solvent mixture of 40 to 60 parts of water and 60 to 40 parts of a first organic liquid solvent of the group of volatile water-soluble organic solvents Ethanol and acetone and a first acid hydrolysis catalyst in such an amount that the pH of the solvent mixture is in the range 3.5 to 1.7, from the group of organic acids maleic, oxalic, o-phthalic, organic Impregnated apple, succinic, nicotinic, salicylic and trifluoroacetic acid, the impregnated lignocellulose the delignifying and saccharifying effect of the first solvent mixture at a temperature of about 180 0 O for a period of about 5 minutes exposing, then the first

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Kochflüssigkeit von der teilentlignifizierten Lignocellulose abzieht, danach den teilentlignifizierten Lignocelluloserückstand mit einem Hauptvolumenanteil, bezogen auf diesen Rückstand, an einem zweiten -wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch, das einen zweiten sauren Hydrolysierungskatalysator aus der Gruppe der starken Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure enthält, bei einer Digestionstemperatur in dem Bereich von 180 bis 200 0C für eine ausreichende Zeit, um eine Teilverzuckerung von Glucan zu bewirken und Cellulosefaser von niedrigem Polymerisationsgrad freizusetzen, kocht", dann die zweite Kochflüssigkeit abzieht und den Rückstand mit Wasser wäscht.Extracting cooking liquid from the teilentlignifizierten lignocellulose, then the teilentlignifizierten lignocellulosic residue with a major volume fraction, based on this residue on a second aqueous acidified organic solvent mixture containing a second acidic hydrolyzing catalyst from the group of the strong acids hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid a digestion temperature in the range of 180 to 200 ° C for a time sufficient to cause partial saccharification of glucan and release cellulose fiber of low degree of polymerization, "boil", then stripping off the second cooking liquor and washing the residue with water.

Diese Variante wird derart durchgeführt, daß das erste organische Lösungsmittel Äthanol ist und das zweite Lösungsmittelgemisch entweder Äthanol oder Aceton enthält, die angesäuerten wäßrig organischen Lösungsmittelgemische in einem Druckbehälter mit Einlaß und Auslaß mit der Lignocellulose vermischt und jedes der Lösungsmittelgemische während der Kochzeitsn kontinuierlich durch die Lignocellulose umlaufen gelassen werden, das erste Lösungsmittelgemisch parallel zu der Lignocellulose in Richtung zunkuslaß mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als diejenige der Bewegung der Lignocellulose, umlaufen gelassen wird und das zweite Lösungsmittelgemisch im Gegenstrom zu der Bewegung des Lignocelluloserückstandes bewegt vard„und weiterhin derart, daß die niedrigsiedenden flüchtigen Materialien in jeder der abgezogenen Kochflüssigkeiten und dem Waschlösungsmittel abgedampft werden, um Lignin auszufällen, das Lignin von der wäßrigen Zucker-This variant is carried out such that the first organic solvent is ethanol and the second solvent mixture contains either ethanol or acetone, the acidified aqueous organic solvent mixtures in a pressure vessel with inlet and outlet mixed with the lignocellulose and each of the solvent mixtures during the cooking time continuously through the lignocellulose the first solvent mixture is circulated parallel to the lignocellulose in the direction of zunkuslaß at a rate greater than that of the movement of the lignocellulose and the second solvent mixture is moved countercurrently to the movement of the lignocellulosic residue and further such that the low boiling volatiles in each of the stripped cooking fluids and wash solvent are evaporated to precipitate lignin, the lignin is removed from the aqueous sugar

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lösung abgetrennt wird, das abgetrennte Lignin in einem Ligninlösungsmittel bis zur Sättigung wieder aufgelöst wird und die Llgninlösung sprühgetrocknet oder mit einem vorwiegenden Volumenanteil an Wasser vermischt wird, um einen Niederschlag aus feinteiligem Lignin zu dispergieren· Dabei wird wiederum die aus dsia ersten Lösungsmittelgemisch gewonnene wäßrige Zuckerlösung bis zu einem Feststoffgehalt aus Hemicelluloseumwandlungszukkern von 20 bis 50 % konzentriert und die aus dem abgezogenen zweiten Lösungsmittelgemisch gewonnene wäßrige Zuckerlösung bis zu einem Peststoffgehalt von 20 bis 50 % konzentriert»solution is separated, the separated lignin is dissolved in a lignin solvent to saturation again and the Llgninlösung is spray-dried or mixed with a predominant volume of water to disperse a precipitate of finely divided lignin · Here again from dsia first solvent mixture obtained aqueous sugar solution concentrated to a solids content of Hemicelluloseumwandlungszukkern from 20 to 50 % and concentrated from the withdrawn second solvent mixture aqueous sugar solution to a pesticide content of 20 to 50 % concentrated »

Das Lösungsmittel ist für das aus dem ersten Lösungsmittelgemisch gewonnene Lignin Aceton und das Lösungsmittel für das aus dem zweiten Lösungsmittelgemisch gewonnene Lignin aus der Gruppe Aceton, Furfural, Dimethylsulfoxid und Tetrahydrofuran gevi/ählt·The solvent is for the recovered from the first solvent mixture lignin acetone and the solvent for the recovered from the second solvent mixture lignin from the group acetone, furfural, dimethyl sulfoxide and tetrahydrofuran gevi / ·

In einer weiteren Variante betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen der Fasern aus dem Cellulosebestandteil von Lignocellulose und" Gewinnen eines mikrokristallinen Rückstandes aus diesen Fasern. Es wird in der Weise ausgeführt, daß man die ganze zerkleinerte Lignocellulose mit einem Hauptvolumenanteil an einem ersten heißen wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch aus 40 bis 60 Teilen Wasser, 60 bis 40 Teilen eines ersten organischen Lösungsmittels aus der Gruppe der flüchtigen wasserlöslichen organischen Lösungsmitbei Äthanol und Aceton und einem ersten sauren Hydrolysierungskatalysator in solcher Menge, daß das Lösungsmittelgemisch ein pH in dem Bereich von 3»5 bis 1,7 hat, aus der Gruppe In a further variant, the invention relates to a process for separating the fibers from the cellulose constituent of lignocellulose and obtaining a microcrystalline residue from these fibers It is carried out by acidifying all the comminuted lignocellulose with a major volume fraction of a first hot aqueous one organic solvent mixture from 40 to 60 T e ilen water, 60 to 40 parts of a first organic solvent from the group of the volatile water-soluble organic Lösungsmitbei ethanol and acetone, and a first acidic Hydrolysierungskatalysator in such an amount that the solvent mixture contains a pH in the range of 3 » 5 to 1.7 has, from the group

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der organischen Säuren Malein-, o-Phthal-, Oxal-, L-Apfel-, Bernstein-, Nicotin-, Salicyl- und Trifluoressigsäure imprägniert, die imprägnierte Lignocellulose der entlignifizierenden und verzuckernden Wirkung des ersten Lösungsmittelgemisches bei einer Temperatur von etwa 180 0C für eine Zeit von etwa 5 Minuten aussetzt, dann die erste Kochflüssigkeit von der teilentlignifizierten Lignocellulose abzieht, "danach diesen teilentlignifizierten Rückstand mit einem Hauptvolumenanteil, bezogen auf den Rückstand, an einem zweiten wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch, das einen zweiten sauren Hydrolysierungskatalysator aus der Gruppe der starken Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure bei einer Digestionstemperatur von 200 bis 210 0C ausreichend lange, um die Cellulose zu hydrolysieren, kocht, so daß die Faserstruktur bis in den kristallinen Bereich von Nichtfaserform und Abwesenheit amorpher Polyglucose abgebaut wird, dann die zweite Kochflüssigkeit abzieht und den mikrokristallinen Rückstand mit Wasser wäscht·the organic acids maleic, o-phthalic, oxalic, L-apple, succinic, nicotinic, salicylic and trifluoroacetic acid impregnated, the impregnated lignocellulose of the delignifying and saccharifying action of the first solvent mixture at a temperature of about 180 0 C. for a period of about 5 minutes, then the first cooking liquor is withdrawn from the partially delignified lignocellulose "thereafter this teilentlignifizierten residue with a major volume fraction, based on the residue, of a second aqueous acidified organic solvent mixture containing a second acidic hydrolyzing catalyst from the group hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid at a digestion temperature of 200 to 210 0 C for a sufficiently long time to hydrolyze the cellulose boils, so that the fiber structure is degraded into the crystalline region of non-fiber form and absence of amorphous polyglucose, then the zw Remove cooking liquid and wash the microcrystalline residue with water.

Dabei γ/ird derart verjähren, daß das erste organische Lösungsmittel Äthanol ist und das zweite Lösungsmittelgemisch entweder Äthanol oder Aceton enthält, die angesäuerten wäßrig organischen Lösungsmittelgemische in einem Druckbehälte#mit Einlaß und Auslaß mit der Lignocellulose vermischt werden und das erste Lösungsmittelgemisch kontinuierlich in Richtung parallel mit der Lignocellulose und mi't einer Geschwindigkeit, die größer ist .als diejenige der Lignocellulose, durch die Lignocellulose umlaufen gelassen wird und das zweite Lösungsmittelgemisch kontinuierlich im Gegenstrom durch die teilentlignifizierte Lignocellulose umlaufen gelassen wirdIn this case γ / ird become so barred that the first organic solvent is ethanol and the second solvent mixture contains either ethanol or acetone, the acidified aqueous organic solvent mixtures are mixed in a pressure vessel # with inlet and outlet with the lignocellulose and the first solvent mixture continuously in the direction parallel with the lignocellulose and at a rate greater than that of the lignocellulose through which lignocellulose is circulated and the second solvent mixture is continuously circulated countercurrently through the partially delignified lignocellulose

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und weiterhin derart, daß die in oe<3.er abgezogenen Kochflüssigkeit und in dem Waschlösungsmittel anwesenden niedrigsiedenden flüchtigen Bestandteile abgedampft werden, um das Lignin zu fällen, das Lignin von der wäßrigen Zuckerlösung abgetrennt wird, das abgetrennte Lignin bis . zur Sättigung in einem Ligninlösungsmittel wieder aufgelöst wird und die Ligninlösung. sprühgetrocknet oder mit einem vorwiegenden Volumenanteil an Wasser vermischt wird, um einen Niederschlag aus feinteiligem Lignin zu dispergieren.and further such that the present in o e <3.er withdrawn cooking liquor and in the wash solvent, low-boiling volatiles are evaporated in order to precipitate the lignin, the lignin is separated from the aqueous sugar solution, the separated lignin up. is redissolved to saturation in a lignin solvent and the lignin solution. spray-dried or mixed with a predominant volume of water to disperse a precipitate of finely divided lignin.

Das Lösungsmittel für Lignin, das von dem ersten Lösungsmittelgemisch abgetrennt wird, ist dabei "Aceton und das Ligninlösungsmittel, das von dem zweiten Lösungsmittelgemisch abgetrennt wird, ist Aceton, Furfural, Diraethylsulfoxid oder Tetrahydrofuran.The solvent for lignin separated from the first solvent mixture is "acetone and the lignin solvent separated from the second solvent mixture is acetone, furfural, di-methyl sulfoxide or tetrahydrofuran.

Erfindungsgemäß ?jird weiterhin derart verfahren, daß die erwähnten flüchtigen Materialien durch fraktionierte Destillation abgetrennt werden, so daß die organischen flüssigen Lösungsmittel und flüchtige thermische Umwandlungsprodukte und flüchtige Hydrolyseprodukte, einschließlich Methanol, Ameisensäure und Essigsäure, gewonnen werden.In accordance with the present invention, further, the above-mentioned volatile materials are separated by fractional distillation to recover organic liquid solvents and volatile thermal conversion products and volatile hydrolysis products including methanol, formic acid and acetic acid.

Die aus dem abgezogenen ersten Lösungsmittelgemisch gewonnene wäßrige Zuckerlösung wird wiederum bis zu einem Feststoffgehalt an Hemicelluloseumwandlungszuckern von 20 bis 50 % konzentriert.The aqueous sugar solution recovered from the withdrawn first solvent mixture is again concentrated to a solids content of hemicellulose conversion sugars of 20 to 50 % .

Es kann auch derart verfahren werden, daß die wäßrige Zuckerlösung durch Dampfabstreifen bis zu einem GehaltIt can also be moved so that the aqueous sugar solution by steam stripping up to a G e hold

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an gelösten Peststoffen von 20 bis f?0 % konzentriert wird und die flüchtigen Bestandteile in der Dampfphase fraktioniert kondensiert werden, um das organische flüssige Lösungsmittel und die flüchtigen thermischen Umwandlungsprodukte der Hydrolyse zu gewinnen«.is concentrated to 20 to 50 % dissolved pesticides and the volatiles are fractionally condensed in the vapor phase to recover the organic liquid solvent and the volatile thermal conversion products of the hydrolysis.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen der Fasern aus dem Cellulosebestandteil von Lignocellulose und Gewinnen von Lignin und Hydrolyseprodukten von Hemicellulose und Cellulose. Es wird derart ausgeführt, daß man die ganze zerkleinerte Lignocellulose mit einem Hauptvolumenanteil an einem ersten heißen wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch aus 70 bis 30 Teilen Wasser, 30 bis 70 Teilen an einem organischen Lösungsmittel der Gruppe Äthanol und Aceton und einem hydrolysierenden sauren Katalysator in ausreichender Menge, um dem Losungsmittelgemisch ein pH in dem Bereich von 3,5 zu 2,2 zu verleihen, aus der Gruppe der starken Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure imprägniert, die imprägnierte Lignocellulose bei einer Temperatur von etwa 180 0C und für eine Zeit von etwa 5> Minuten, die ausreicht, um die Cellulosefasern freizusetzen, der entlignifizierenden und verzuckernden Wirkung des Lösungsmittelgemisches aussetzt, danach die erste Kochflüssigkeit abzieht und den Lignocelluloserückstand mit frischem wäßrigem angesäuertem organischem Lösungsmittelgemisch, das dem ersten Lösungsmittelgemisch gleicht mit der Abweichung, daß das zweite Lösungsmittelgemisch eine höhere Säurekonzentration, nämlich einen pH-Bereich von 2,2 bis 1,7 hat, vermischt und das Gemisch bei einer Temperatur von etwa 210 0C und für eine aus-Furthermore, the invention relates to a method for separating the fibers from the cellulose component of lignocellulose and recovering lignin and hydrolysis products of hemicellulose and cellulose. It is carried out such that the whole comminuted lignocellulose with a major volume fraction of a first hot aqueous acidified organic solvent mixture of 70 to 30 parts of water, 30 to 70 parts of an organic solvent of the group ethanol and acetone and a hydrolyzing acid catalyst in a sufficient amount to impart a pH in the range of 3.5 to 2.2 to the solvent mixture, from the group of the strong acids hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid impregnated, the impregnated lignocellulose at a temperature of about 180 0 C and for a time of about 5 minutes sufficient to liberate the cellulose fibers, subjecting to the delignifying and saccharifying action of the solvent mixture, then stripping off the first cooking liquor and mixing the lignocellulosic residue with fresh aqueous acidified organic solvent mixture which coats the first solvent mixture CHT except that the second solvent mixture has a higher concentration of acid, namely a pH range of 2.2 to 1.7, mixed, and the G e mixture at a temperature of about 210 0 C and for a Removing

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reichende Zeit, um die Cellulose praktisch vollständig aufzulösen, kocht, dann die zweite Kochflüssigkeit abzieht, die in jeder Kochflüssigkeit anwesenden niedrig- · siedenden flüchtigen Materialien verdampft, um Lignin auszufällen, das Lignin von den Flüssigkeiten abtrennt, so daß eine Restflüssigkeit, die Zucker und andere Umwandlungsprodukte gelöst enthält, erhalten wird, die kondensierten flüchtigen Materialien zurückgewinnt und die gelösten Zucker und anderen Umwandlungsprodukte von jeder der Restflüssigkeiten abtrennt.sufficient time to almost completely dissolve the cellulose, then boil the second cooking liquid which vaporizes the low-boiling volatile materials present in each cooking liquor to precipitate lignin, which separates lignin from the liquors, leaving a residual liquid, the sugar and containing other conversion products, recover the condensed volatile materials and separate the dissolved sugars and other conversion products from each of the residual liquids.

Dabei werden Lignocellulose und Kochflüssigkeit im Verhältnis von etvja 1:12 verwendet·Lignocellulose and cooking liquid are used in the ratio of etvja 1:12 ·

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Umwandlung von Lignocellulose zu Hydrolyse- und Dehydratationsprodukten von Lignin, Hemicellulose und Cellulose, einschließlich Furfuralen, organischen, Sauren, Methanol und Restzuckern. Dabei wird in der Weise verfahren, daß man zerkleinertes strukturiertes Pflanzenmaterial mit einem Hauptvolumenanteil an einem heißen-wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch aus 70 bis 30 Teilen HpO, 30 bis 70 Teilen eines flüssigen flüchtigen organischen Lösungsmittels mit einem Löslichkeitsparameter in dem Bereich von 10 bis 13 der Gruppe der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Alkohole und niedrigmolekularen aliphatischen Ketone und Gemischen davon und einem sauren hydrolysierenden Katalysator der ^ruppe der starken Säuren,Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure in solcher Menge, daß das Lösungsmittelgemisch ein pH im Bereich von 3,5 bis 1,7 hat, bei einer Temperatur von etwa 210 0C und für eine ausreichende Zeit, um praktisch alles Glucan zu verzuckern und praktischThe invention also relates to a process for the conversion of lignocellulose to hydrolysis and dehydration products of lignin, hemicellulose and cellulose, including furfurals, organic acids, acids, methanol and residual sugars. The procedure is that of crushing structured vegetable matter having a major volume fraction of a hot aqueous acidified organic solvent mixture of 70 to 30 parts HpO, 30 to 70 parts of a liquid volatile organic solvent having a solubility parameter in the range of 10 to 13 A group of water-soluble low molecular weight aliphatic alcohols and low molecular weight aliphatic ketones and mixtures thereof and an acid hydrolysis catalyst of the group of strong acids, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid in such an amount that the solvent mixture has a pH in the range 3.5 to 1, 7, at a temperature of about 210 0 C and for a time sufficient to saccharify virtually all glucan and practical

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alle durch die Hydrolyse gebildeten Zucker in ihre Dehydratations- und Abbauprodukte umzuwandeln, imprägniert, danach flüchtige Komponenten von der Koch flüssigkeit mit einer Dampfphase in dem Temperaturbereich von 50 bis 250 0C abdampft und die flüchtigen Materialien durch fraktionierte Destillation trennt, und Zucker und Lignin von dem Rückstand gewinnt«convert all sugars formed by the hydrolysis in their dehydration and degradation products, impregnated, then volatile components of the cooking liquid with a vapor phase in the temperature range of 50 to 250 0 C evaporating and separating the volatile materials by fractional distillation, and sugars and lignin of wins the backlog «

Das flüssige organische Lösungsmittel ist dabei Aceton, und das Gewichtsverhältnis von Lignocellulose zur Kochflüssigkeit beträgt anfangs etwa 1 : 12.The liquid organic solvent is acetone, and the weight ratio of lignocellulose to cooking liquor is initially about 1:12.

In einer weiteren Ausführung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen der Fasern des Cellulosebestendteils von Lignocellulose derart durchgeführt, daß man die ganze zerkleinerte Lignocellulose mit einem Hauptvolumanteil an einem heißen wäßrigen angesäuerten organischen Lösungsmittelgemisch aus 70 bis 30 Teilen Wasser, 30 bis 70 Teilen an einem flüchtigen flüssigen organischen Lösungsmittel mit einem Löslichkeitsparameter in dem Bereich von 10 bis 13 aus den Gruppen der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Alkohole und der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Ketone und Gemischen davon und einem Hydrolysierungskatalysator aus der Gruppe der organischen Säuren Malein-, Oxal-, o-Phthal-, L-Apfel-, Bernstein-, Nicotin-, Salicyl- und Trifluoressigsäure in solcher Menge, daß das pH des Lösungsmittelgemisches in dem Bereich von 3,5 bis 1,7 liegt, imprägniert, die imprägnierte Lignocellulose bei einer Temperatur in dem Bereich von 160 bis etwa 180 0C für eine ausreichende Zeit, um den größeren Teil der Hemicellulose und den größeren Teil des Lignins zu lösen, soIn a further embodiment, the process according to the invention for separating the fibers of the cellulose end-fraction from lignocellulose is carried out by dissolving the whole comminuted lignocellulose with a major volume of a hot aqueous acidified organic solvent mixture of 70-30 parts water, 30-70 parts volatile liquid organic solvents having a solubility parameter in the range of 10 to 13 from the groups of the water-soluble low molecular weight aliphatic alcohols and the water-soluble low molecular weight aliphatic ketones and mixtures thereof and a hydrolyzing catalyst selected from the group consisting of organic acids , maleic, oxalic, o-phthalic , L-apple, amber, nicotinic, salicylic and trifluoroacetic acid in such an amount that the pH of the solvent mixture is in the range of 3.5 to 1.7, the impregnated lignocellulose is impregnated at a temperature in the range of 160 bi s about 180 0 C for a sufficient time to dissolve the greater part of the hemicellulose and the greater part of the lignin, so

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daß die Pasern nach dem Kochen noch nicht freigesetzt sind, aber durch kräftige mechanische Bewegung einer wäßrigen Suspension des Lignocelluloserückstandes freigesetzt werden können, unterwirft, danach die Kochflüssigkeit von dem Rückstand abzieht, den Rückstand mit Aceton kocht und anschließend mit Wasser wäscht, den Rückstand in Wasser dispergiert und den dispergierten Rückstand unter hohem Druck raffiniert, um eine mechanische Pulpe hoher Festigkeit zu gewinnen.that the fibers are not yet released after cooking but can be released by vigorous mechanical agitation of an aqueous suspension of the lignocellulose residue, then the cooking liquid is stripped off the residue, the residue is boiled with acetone and then washed with water, the residue in water dispersed and the dispersed residue under high pressure to obtain a mechanical pulp of high strength.

Dabei ist das flüssige organische Lösungsmittel Äthanol oder Aceton und das flüssige Waschlösungsmittel Aceton* Die Lignocellulose wird bei dieser Ausführungsart der entlignif !zierenden und verzuckernden Wirkung des Lösungsmittels für eine Zeit von nicht mehr als 5 Minuten ausgesetzt.In this case, the liquid organic solvent is ethanol or acetone and the liquid washing solvent is acetone. In this embodiment, the lignocellulose is subjected to the delignifying and saccharifying action of the solvent for a period of not more than 5 minutes.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens zum Abtrennen der Pasern aus dem Celluloseanteil von Lignocellulose wird so verfahren, daß man die janze zerkleinerte Lignocellulose mit einem Hauptvolumenanteil an einem heißen wäßrig oig anischen angesäuerten Lösungsmittelgemisch aus 70 bis 30 Teilen Wasser, 30 bis 70 Teilen an einem flüssigen flüchtigen organischen Lösungsmittel aus den Gruppen der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Alkohole und der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Ketone und Gemischen davon, deren Löslichkeitsparameter in dem Bereich von 10 bis 13 liegt, und einem sauren Hydrolysierungskatalysator der Gruppe der starken Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure und der Gruppe der mitIn a further inventive variant of the method for separating the fibers from the cellulose content of lignocellulose is moved so that the janze crushed lignocellulose with a major volume fraction of a hot aqueous oig anic acidified solvent mixture of 70 to 30 parts of water, 30 to 70 parts of a liquid volatile organic solvents from the groups of the water-soluble low-molecular-weight aliphatic alcohols and the water-soluble low molecular weight aliphatic ketones and mixtures thereof whose solubility parameter is in the range of 10 to 13, and an acid hydrolyzing catalyst of the group of the strong acids hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid and the group of with

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ihren neutralen Salzen gepufferten starken Säuren in solcher Menge, daß das pH des Lösungsmittelgemisches in den Bereich von 3,5 bis 1,7 eingestellt wird, imprägniert, die imprägnierte Lignocellulose der entlignifizierenden und verzuckernden Wirkung des Lösungsmittelgemisches bei einer Temperatur in dem Bereich von etwa 130 bis etwa 180 C für eine ausreichende Zeit, um die Auflösung des größeren Teils der Hemicellulose und des größeren Teils des Lignins zu bewirken, unterwirft, so daß die Fasern nach dem Kochen noch nicht freigesetzt sind, aber durch kräftige mechanische Bewegung einer wäßrigen Suspension des Lignocelluloserückstandes freigesetzt werden können, danach die Kochflüssigkeit von dem Celluloserückstand abzieht, den Rückstand mit Aceton und anschließend .mit Wasser wäscht, den Rückstand in Wasser dispergiert und den dispergierten Rückstand unter hohem Druck raffiniert, um eine mechanische Pulpe hoher Festigkeit zu bilden und weiterhin derart, daß die Lignocellulose und das aigesäuerte wäßrig-organische Lösungsmittelgemisch unter Mischen in einen Druckbehälter mit Einlaß und Auslaß in einem Gewichtsverhältnis zwischen 1:4 und 1:12 eingeführt und zusammen in Richtung des Auslasses durch den Behälter geführt werden, wobei die Geschwindigkeit der Bewegung des Lösungsmittelgemisches größer ist als diejenige der Bewegung der Lignocellulose. Die Lignocellulose wird dabei der entlignifizierenden und verzuckernden Wirkung des Lösungsmittelgemisches für eine Zeit von nicht mehr als 5 Minuten ausgesetzt.strong acids buffered to their neutral salts in such an amount that the pH of the solvent mixture is adjusted in the range of 3.5 to 1.7, the impregnated lignocellulose impregnates the delignifying and saccharifying action of the solvent mixture at a temperature in the range of about 130 to about 180 C for a time sufficient to cause dissolution of the major part of the hemicellulose and the major part of the lignin, so that the fibers are not yet released after cooking, but by vigorous mechanical agitation of an aqueous suspension of the lignocellulose residue then the cooking liquor is stripped off the cellulosic residue, the residue washed with acetone and then with water, the residue dispersed in water and the dispersed residue refined under high pressure to form a high strength mechanical pulp and further such that di e lignocellulose and the acidified aqueous-organic solvent mixture are introduced with mixing in a pressure vessel with inlet and outlet in a weight ratio between 1: 4 and 1:12 and fed together in the direction of the outlet through the container, wherein the speed of movement of the solvent mixture greater is the one of the movement of lignocellulose. The lignocellulose is exposed to the delignifying and saccharifying action of the solvent mixture for a period of not more than 5 minutes.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein kontinuierliches Verfahren zum Freisetzen der Fasern aus dem Cellulosebestandteil von Lignocellulose. Es wird in der Weise ausgeführt,The invention further relates to a continuous process for releasing the fibers from the cellulose component of lignocellulose. It is executed in the way

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daß manthat he

- Teilchen von Lignocellulose durch einen Einlaß in einen ersten Druckbehälter einführt, wobei dieser erste Behälter Yienigstens einen Einlaß und wenigstens einen, in einem Abstand längs der Länge des Behälters von diesem Einlaß angeordneten Auslaß aufweist und seinen In-halt unter erhöhtem Druck zu halten vermag, einführt,Introducing particles of lignocellulose through an inlet into a first pressure vessel, said first vessel having at least one inlet and at least one outlet spaced from said inlet at a distance along the length of the vessel and capable of maintaining its content under elevated pressure, introduces,

- durch den Einlaß ein erstes wäßriges angesäuertes Losungsmittelgemisch aus 30 bis 70 Teilen Wasser,by the inlet a first aqueous acidified solvent mixture of 30 to 70 parts of water,

70 bis 30 Teilen eines flüssigen flüchtigen wasserlöslichen organischen Lösungsmittels und eines sauren Hydrolysierungskatalysators in solcher Menge, daß das pH des Gemisches in den Bereich von 1,7 bis 3»5 eingestellt wird, Tiobei das flüssige organische Lösungsmittel aus der Gruppe der wasserlöslichen niedrigmolekularen^ aliphatischen Alkohole und der Gruppe der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Ketone und der Gemische davon, deren Löslichkeitsparameter in dem Bereich von 10 bis 13 liegt, ausgewählt wird, einführt,70 to 30 parts of a liquid volatile water-soluble organic solvent and an acidic Hydrolysierungskatalysators in such M e length that the pH of the mixture in the range of 1.7 to 3 »is set 5, Tiobei the liquid organic solvent from the group of water-soluble low molecular weight aliphatic alcohols and the group of water-soluble low molecular weight aliphatic ketones and mixtures thereof whose solubility parameter is in the range of 10 to 13, is introduced,

- ein Gewichtsverhältnis von eingeführtem Lösungsmittel und Beschickung von wenigstens A-: 1 wählt und dem Behälter Wärme zuführt, um seinen Inhalt bei einer Temperatur von wenigstens 160° C, jedoch nicht über 210 0G, zu halten, während man Lignocellulose und Losungsmittelgemisch in Richtung zum Auslaß durch den Behälter bewegt,1 selects and supplies heat to the reservoir to keep its contents at a temperature of at least 160 ° C but not exceeding 210 0 G, while lignocellulose and solvent mixture in direction: a weight ratio of introduced solvent to feed at least A- - moved to the outlet through the container,

- das Losungsmittelgemisch so umlaufen läßt, daß seine Geschwindigkeit beträchtlich größer als die Geschwindigkeit der zerkleinerten Lignocellulose ist, und Lösungsmittelgemisch, das Lignin und Zucker gelöst enthält, durch einen Auslaß abzieht, um die Ver-weilzeit auf einen bestimmten Wert zu begrenzen,circulating the solvent mixture so that its velocity is considerably greater than the speed of the comminuted lignocellulose, and withdrawing solvent mixture containing lignin and sugar dissolved through an outlet to limit the residence time to a certain value,

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von einem Auslaß dieses ersten Behälters ohne Drucksenkung Lignocelluloserückstand und Imprägnierungslösungsmittel abzieht,withdrawing lignocellulosic residue and impregnating solvent from an outlet of this first container without reducing pressure,

Lösungsmittelgemisch von dem abgezogenen Lignocelluloserückstand abtrennt, bis in dem Lignocelluloseanteil nur noch ein geringer Volumenanteil an Flüssigkeit bleibt, den Lignocelluloserückstand durch einen Einlaß in einen zweiten Druckbehälter überführt, wobei dieser zweite Behälter wenigstens einen Einlaß und einen Auslaß, die in einem Abstand längs der Länge des Behälters voneinander angeordnet sind, aufweist und seinen Inhalt unter Druck zu halten vermag, einführt, ein zweites wäßriges angesäuertes Lösung-smittelgemisch aus 70 bis 30 bis 70 Teilen eines flüssigen flüchtigen wasserlöslichen organischen Lösungsmittels sowie einen sauren Hydrolysierungskatalysator in ausreichender Menge, um das pH des Gemisches in den Bereich von 1,7 bis 3*5 einzustellen, wobei das flüssige organische Lösungsmittel aus der Gruppe der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Alkohole und der wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Ketone und Gemischen davon, deren Löslichkeitsparameter in dem Bereich von 13 bis 13 liegt, gewählt ist, einführt, ein Gewichtsverhältnis von Lösungsmittelgemisch zu Lignocelluloserückstand beim Eintritt in den zweiten Druckbehälter in dem Bereich von 10:1 zu 4:1 einhält und dem Inhalt Wärme zuführt, so daß eine Temperatur nahe an 210 0C, jedoch nicht darüber, eingehalten wird, während man" den Lignocelluloserückstand und das Lösungsmittelgemisch in Richtung zum Auslaß führt, das zweite Lösungsmittelgemisch durch den zweiten Behälter strömen läßt und Lösungsmittelgemisch unter Ein-Separating solvent mixture from the withdrawn lignocellulosic residue until only a small volume fraction of liquid remains in the lignocellulosic portion, transferring the lignocellulosic residue through an inlet to a second pressure vessel, said second vessel having at least one inlet and one outlet spaced along the length of the second can be arranged container from each other, and having to maintain its contents under pressure, introduces a second aqueous acidified solution-smittelgemisch of 70 to 30 to 70 parts of a liquid volatile water-soluble organic solvent and an acidic Hydrolysierungskatalysator sufficiently M length e to the pH of the mixture in the range of 1.7 to 3 * 5, wherein the liquid organic solvent is selected from the group of water-soluble low molecular weight aliphatic alcohols and the water-soluble low molecular weight aliphatic ketones and mixtures thereof, whose solubility parameter is in the range of 13 to 13, a ratio by weight of solvent mixture to lignocellulosic residue entering the second pressure vessel in the range of 10: 1 to 4: 1, and supplying heat to the contents such that a temperature close to 210 ° C., but not above, while "passing the lignocellulosic residue and the solvent mixture towards the outlet, allowing the second solvent mixture to flow through the second container and mixing solvent mixture under

7 SS & 5. 4. 19797 SS & 5. 4. 1979

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haltung einer bestimmten Verweilzeit von einem Auslaß abzieht, .deducting a given residence time from an outlet,.

- Lignocelluloserückstand mit solcher Geschwindigkeit durch den zweiten Behälter führt, daß die gekochten Teilchen von einem Auslaß in solchem Zustand, daß die Celluloseteilchen frei abtrennbar sind, ausgebracht werden.Lignocellulosic residue passes through the second container at such a rate that the cooked particles are discharged from an outlet in such a state that the cellulose particles are freely separable.

- ohne Drucksenkung die Imprägnierungslösungsmittelgemisch und gelöstes Lignin und Zucker enthaltenden Teilchen von dem zweiten Behälter abzieht,withdrawing the impregnating solvent mixture and dissolved lignin and sugar-containing particles from the second container without lowering the pressure,

- Lösungsmittelgemisch von dem gekochten Rückstand abzieht ,Remove solvent mixture from the cooked residue,

- den Celluloserückstand nacheinander mit Waschflüssigkeit aus reinem organischem Lösungsmittel und anschließend flüssigem wäßrig organischem Lösungsmittel und danach mit Wasser extrahiert und wäscht, und ·- the cellulose residue is extracted and washed successively with washing liquid of pure organic solvent and then liquid aqueous organic solvent and then with water, and

- die mit Lösungsmittel extrahierte gewaschene Cellulosefasermasse ausbringt c - The solvent-extracted washed cellulose fiber mass performs c

Insbesondere wird dabei derart verehren, daß das erste abgezogene Lösungsmittelgemisch bei einer Nichtverkokungstemperatur destilliert wird, um flüchtige Materialien abzutrennen und Lignin in einem sirupartigen Rückstand zu fällen, die flüchtigen Materialien kondensiert' werda^ um das flüssige organische Lösungsmittel zurückzugewinnen, und das gewonnene flüssige organische Lösungsmittel erneut in dem Verfahren eingesetzt wird, wobei ebenfalls das abgezogene zweite. Lösungsmittelgemisch .· einer Destillation bei Nichtverkokungstemperatur unterworfen wird, um flüchtige Materialien abzutrennen und gelöstes Restlignin zu fällen, wobei die flüchtigen Materialien kondensiert werden, um das flüssige organische Lösungsmittel zurückau-In particular, it will be appreciated that the first withdrawn solvent mixture is distilled at a noncoking temperature to separate volatile materials and precipitate lignin in a syrupy residue, condensing the volatile materials to recover the liquid organic solvent, and the recovered liquid organic solvent is used again in the process, wherein also the withdrawn second. Is subjected to distillation at non-coking temperature to separate volatile materials and precipitate dissolved residual lignin, condensing the volatile materials to recover the liquid organic solvent.

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207 586 5.,. 207 586 5 .,.

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gewinnen, und der Zucker und Dehydrationsprodukte enthaltende Flüssigkeitsrückstand gewonnen wird.win, and the sugar and dehydration products containing liquid residue is recovered.

Das kontinuierliche Verfahren -wird vorteilhaft derart ausgeführt, daß der in dem ersten oder dem zweiten Lösungsmittelgemisch enthaltene saure Hydrolysierungskatalysator · aus der Gruppe der· Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, Oxalsäure, Maleinsäure, o-Phthalsäure, L-Apfelsäure, Bernsteinsäure, Nicotinsäure, Salicylsäure und Trifluoressigsäure und Gemischen eines neutralen Puffersalzes einer gewählten starken Säure mit dieser starken Säure gewählt ist. Dabei beträgt die Kochtemperatur im ersten Behälter etwa 180° C und die Kochtemperatur im zvjeiten Behälter etwa 210 0C, wobei, das pH des ersten Lösungsmittelgemisches in dem Bereich von 1,7 bis 2,2 liegt.The continuous process is advantageously carried out in such a way that the acid hydrolysis catalyst contained in the first or the second solvent mixture is selected from the group of the acids hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, oxalic acid, maleic acid, o-phthalic acid, L-malic acid, succinic acid, Nicotinic acid, salicylic acid and trifluoroacetic acid and mixtures of a neutral buffer salt of a selected strong acid with this strong acid is selected. The boiling temperature in the first container is about 180 ° C and the cooking temperature zvjeiten in the container about 210 0 C, wherein, the pH of the first solvent mixture is in the range of 1.7 to 2.2.

Das kontinuierliche Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige organische Lösungsmittel in dem ersten Lösungsmittelgemisch Äthanol oder Aceton ist und mit einem gleichen Ge?;ichtsanteil Wasser vermischt ist, der saure Hydrolysierungskatalysator für das erste Lösungsmittelgemisch aus der Gruppe der.Säuren Oxal-, Malein-, o-Phthal-> L-Apfel-, Bernstein-, Nicotin-, Salicyl- und iPrifluoressigsäure und Gemischen eines neutralen Puffersalzes von Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure im Gemisch mit der entsprechenden starken Säure gewählt ist, so daß das pH des Lösungsmittelgemisches in den Bereich von 1,7 bis 2,2 eingestellt wird, das flüssige organische Lösungsmittel für das zweite Lösungsmittelgemisch Aceton ist, das mit V/asser im Verhältnis von 4-0 bis 60 VolumenteilenThe continuous process is characterized in particular by the fact that the liquid organic solvent in the first solvent mixture is ethanol or acetone and is mixed with a similar content of water, the acid hydrolyzing catalyst for the first solvent mixture from the group of the acids oxalic, maleic -, o-phthalic-> L-apple, succinic, nicotinic, salicylic and iPrifluoressigsäure and mixtures of a neutral buffer salt of hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid in admixture with the corresponding strong acid is chosen so that the pH of the Solvent mixture is adjusted in the range of 1.7 to 2.2, the liquid organic solvent for the second solvent mixture is acetone, with the V / asser in the ratio of 4-0 to 60 parts by volume

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Aceton zu 50 bis 40 Volumenteilen Wasser vermischt wird, und das Gewichtsverhätnis von Lignocellulose zu Lösungsmittelgemisch zwischen 1:4· und 1:10 eingestellt wird, und daß der für das zweite Lösungsmittelgemisch verwendete saure Hydrolysierungskatalysator aus der Gruppe der starken Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure gewählt wird·Acetone is mixed to 50 to 40 parts by volume of water, and the Gewichtsverhätätnis of lignocellulose to solvent mixture between 1: 4 · and 1:10 is set, and that used for the second solvent mixture acid hydrolyzing catalyst from the group of strong acids hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid is selected ·

Besonders vorteilhaft ist die Durchführung des kontinuierlichen Verfahrens, wobei das Kochen des Lignocelluloserückstandes in dem zweiten Druckbehälter so lange fortgesetzt wird, bis eine Teilverzuckerung von Glucan und eine praktisch vollständige Faserfreisetzung erfolgt sind, durch Aufbrechen der Mikrofibrillen in kristalline Teilchen ohne Faserstruktur und durch die Abwesenheit von amorpher Polyglucose sowie dadurch, daß der mit Lösungsmittel extrahierte und gewaschene Celluloserüokstand bis zu einem praktisch wasserfreien Cellulosepulver dehydratisiert wird.Particularly advantageous is the implementation of the continuous process, wherein the cooking of the lignocellulosic residue is continued in the second pressure vessel until a partial saccharification of glucan and a virtually complete fiber release have occurred by breaking the microfibrils into crystalline particles without fiber structure and by the absence of amorphous polyglucose and in that the solvent-extracted and washed Celluloserüokstand is dehydrated to a substantially anhydrous cellulose powder.

Die Erfindung betrifft auch ein kontinuierliches Verfahren zum Entlignifizieren von Lignocellulose und praktisch vollständiger Umwandlung des Glucans in.Zuckerdehydratations- und Abbauprodukte, das in der Weise ausgeführt wird, daß manThe invention also relates to a continuous process for the delignification of lignocellulose and virtually complete conversion of the glucan into sugar dehydration and degradation products which is carried out in such a way that

- zerkleinerte Lignocellulose durch einen Einlaß in einen Druckbehälter einführt, wobei dieser Behälter wenigstens ein Paar von Ein- bzw· Auslassen an jedem Ende für das Einbringen und Ausbringen von Materialien aufweist und seinen Inhalt unter erhöhtem Druck zu halten vermag, einbringt ,- introduce comminuted lignocellulose through an inlet into a pressure vessel, said vessel having at least one pair of inlet and outlet at each end for the introduction and discharge of materials and capable of holding its contents under elevated pressure,

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ein angesäuertes wäßrig organisches Lösungsmitfcelgemisch aus 30 bis 70 Teilen Wasser, 70 bis 30 Teilen eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels der Gruppe Aceton und Äthanol und einer Säure der Gruppe der starken Säuren Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure in solcher Menge, daß das pH des Lösungsmittelgemisch.es in dem Bereich von 1,7 bis 3»5 eingestellt wird, "wählt, einbringt,an acidified aqueous organic Lösungsmitfcelgemisch from 30 to 70 parts of water, 70 to 30 parts of a water-soluble organic solvent, the G r oup acetone and ethanol and an acid of the group of strong acids hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid in such an amount that the pH of the Is set in the range of 1.7 to 3 »5," selects, introduces,

ein Verhältnis Beschickung zu Lösungsmittelgemisch von 1 Teil Lignocellulose zu 10 bis 15 Teilen Lösungsmittelgemisch einhält,a ratio of feed to solvent mixture of 1 part lignocellulose to 10 to 15 parts solvent mixture complies,

dem Behälterinhalt Wärme zuführt, so daß seine Temperatur etwa 210 0C beträgt, während man die zerkleinerte Lignocellulose in Richtung zu dem in einem Abstand von dem Einlaß befindlichen Auslaß bewegt, während man Lösungsmittel im Gegenstrom zu der Portschreitungsrichtung der Lignocellulose umlaufen läßt, . Lösungsmittelgemisch, das Lignin und Zucker gelöst enthält, von einem Auslaß in der Nähe des Einlasses abzieht und frisches aufgeheiztes -Lösungsmittelgemisäi durch einen von diesem Einlaß entfernten Einlaß zuführt,heat is added to the contents of the container so that its temperature is about 210 ° C. while the comminuted lignocellulose is moved towards the outlet at a distance from the inlet while allowing solvent to circulate in countercurrent to the direction in which the lignocellulosic material passes through,. Solvent mixture containing lignin and sugar dissolved, withdrawn from an outlet near the inlet and feeding fresh heated solvent mixture through an inlet remote from that inlet,

abgezogenes Lösungsmittelgemisch bei Mchtverkokungstemperatur destilliert, um das Äthanol oder Aceton als Kondensat zurückzugewinnen und das Lignin von einem•sirupartigen Rückstand zu fällen, und den sirupartigen Rückstand mit dem Kondensat durch den zweiten, vom ersten entfernten Einlaß einführt,distilled solvent mixture at Mchtverkokungstemperatur distilled to recover the ethanol or acetone as a condensate and precipitate the lignin from a • syrupy residue, and introduces the syrupy residue with the condensate through the second, from the first remote inlet,

die Lignocellulose der Verzuckerungswirkung des Lösungsmittelgemisches so lange aussetzt, daß praktisch kein fester organischer Rückstand den vom Einlaß entferntenthe lignocellulose is exposed to the saccharification effect of the solvent mixture for so long that there is virtually no solid organic residue removed from the inlet

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Auslaß erreicht und so lange, daß die gelösten, aus Cellulose gebildeten Produkte zu Furfuralen von Pentosen undReached outlet and so long that the dissolved products formed from cellulose to furfurals of pentoses and

Hexosen dehydratisiert werden, unterwirft, und - eine die Zuckerdehydratationsprodukte enthaltende Flüssigkeit abzieht.Hexoses are dehydrated, subjected, and - a liquid containing the sugar dehydration products withdrawn.

Bei dieser Verfahrensvariante wird die Destillation bei solcher Temperatur durchgeführt, daß die autolytisch erzeugten flüchtigen organischen Verbindungen Methanol, 2-Furaldehyd und 5-Hydroxymethyl-2-furaldehyd sowie die in Lignocellulose anwesenden organischen Säuren und die autolytisch erzeugten Säuren Essigsäure, Amei sensäur e $ Milchsäure, Lävulinsäure, Plicatinsäure, Gerbsäure, Weinsäure und Oxalsäure in dem sirupartigen Rückstand bleiben*B e i of this process variant, the distillation is carried out at such a temperature that the volatile organic compounds autolytic produced methanol, 2-furaldehyde and 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde, and the present in lignocellulosic organic acids and the acids acetic autolytic generated formic sensäur e $ Lactic acid, levulinic acid, placatinic acid, tannic acid, tartaric acid and oxalic acid remain in the syrupy residue *

Die Erfindung ist eine Verbesserung der bekannten, mit organischen Lösungsmitteln zur Freisetzung der Cellulosefaser arbeitenden Verfahren und besteht in einer optimalen Kombination von flüssigem organischem Lösungsmittel im Gemisch mit Wasser, die ausgezeichnet in Hemicellulose ind -Lignin einzudringen und die in ihm enthaltene saure katalytische Verbindung heranzutragen vermag, so daß das saure Gemisch Lignin und Hemicellulose rasch hydrolysieren und die Hydrolyseprodukte unter Infreiheitsetzung einer Cellulosefaser hoher Festigkeit auflösen kann. Ss wurde gefunden, daß ein Gemisch aus einem flüssigen, flüchtigen, wasserlöslichen organischen Lösungsmittel mit einem Löslichkeitsparameter in dem Bereich von 10 bis 13* das entweder ein niedrigmolekularer aliphatischer Alkohol oder ein niedrigmolekulares aliphatisches Keton ist, mit Wasser in einem Verhältnis zwischen 0,43 undThe invention is an improvement of the known organic solvent-releasing processes of the cellulose fiber and consists in an optimum combination of liquid organic solvent mixed with water which is excellent in penetrating hemicellulose ind-lignin and bringing into its presence the acidic catalytic compound so that the acidic mixture can rapidly hydrolyze lignin and hemicellulose and dissolve the hydrolysis products with the release of a high strength cellulosic fiber. It has been found that a mixture of a liquid, volatile, water-soluble organic solvent having a solubility parameter in the range of 10 to 13 * which is either a low molecular weight aliphatic alcohol or a low molecular weight aliphatic ketone, with water in a ratio between 0.43 and

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2»33» äas durch Zusatz eines bestimmten Hydrqlysekatalysators auf ein pH in dem Bereich von 3»5 bis 1,7 angesäuert ist, rasch in Lignocellulose eindringt undtei erhöhter Temperatur Lignin und Hemicellulose zu ihren niedrigen Molekulargewichten oder Monomeren abbaut, ohne den Polymerisationsgrad der Cellulosefaser beträchtlich zu verringern. Die Entlignifizierung und Verzuckerung in Masse kann bis zu jedem gewünschten Grad durchgeführt •werden, indem man die Hochzeit verlängert, -wobei diese bis herunter zu 5 Minuten betragen kann, um Espenfasern in Freiheit zu setzen, oder bis zu 1 Stunde oder darunter, um Holz bis zu einem Feststoffrückstand von nur 1 % aufzuschließen· · 2 »33» is acidified to a pH in the range of 3 »5 to 1.7 by the addition of a particular hydrolytic catalyst, penetrates rapidly into lignocellulose, and degrades lignin and hemicellulose to their low molecular weights or monomers without the degree of polymerisation of the cellulose fiber considerably reduce. The delignification and saccharification in bulk can be performed to any desired degree by lengthening the wedding, which may be up to 5 minutes to set aspen fibers at liberty, or up to 1 hour or less to wood up to a residual solids content of only 1 %

Harthölzer, Weichhölzer und landwirtschaftliches Lignocellulosematerial, wie Stroh, Bagasse, Gras und Bambus, werden rasch zu DispeisLonen von Fasermaterial in einer Flüssigkeit, die Zucker und Lignin gelöst enthält, überführt, wenn sie bei etwa 180 bis 200 0C mit beispielsweise Äthanol oder Aceton als dem organischen Lösungsmittel und Salzsäure oder Oxalsäure als der sauren katalysierenden Verbindung, die in dem Lösungsmittelgemisch gelöst ist, gekocht werden. Wie im folgenden näher beschrieben, können aber auch andere Lösungsmittel und Säurekatalysatoren gemäß der Erfindung zur Abtrennung der Cellulosefasern verwendet . werden.Hardwoods, softwoods and agricultural lignocellulosic material, such as straw, bagasse, grass and bamboo are, contains dissolved rapidly DispeisLonen of fibrous material in a liquid, the sugars and lignin, transferred, when 0 C with, for example, ethanol or acetone at about 180 to 200 the organic solvent and hydrochloric acid or oxalic acid as the acid catalyzing compound dissolved in the mixed solvent. As described in more detail below, however, other solvents and acid catalysts according to the invention can also be used for separating off the cellulose fibers. become.

.Erfindungsgemäß wird eine Eochflüssigkeit angewandt, mit der außerordentlich rasch Cellulosfasern in verhältnismäßig unabgebautem Zustand abgetrennt werden können.According to the invention, a Eochflüssigkeit is applied, with the extremely rapid cellulose fibers can be separated in a relatively undegraded state.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein neues, einen saurenAccording to the invention, a new, an acidic

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Katalysator enthaltendes hydrolysierendes Lösungsmittelgemisch verwendet, das billig ist und für ein Verfahren in Einzelansätzen oder eine kontinuierliche Abtrennung von Fasern und ihre Dispergierung zu einer Pulpe in einer Lösung, aus dar Lignin und Zucker hoher Reinheit gewonnen w.erden können.Catalyst-containing hydrolyzing solvent mixture used which is inexpensive and can be obtained for a process in single batches or a continuous separation of fibers and their dispersion into a pulp in a solution from which lignin and sugar of high purity can be obtained.

Erfindungsgemäß wird eine Kochflüssigkeit angewandt, die entweder zum Abtrennen von Cellulosefasern oder zum Verzuckern von Lignocellulose bis zu einem gewünschten Grad, einschließlich einer praktisch vollständigen Auflösung des Holzes, verwendet werden kann.According to the invention, a cooking liquid is used which can be used either to separate cellulose fibers or to saccharify lignocellulose to a desired degree, including practically complete dissolution of the wood.

Die Zusammensetzung der Lösungsmittelgemische ist besonders wichtig für ihre Wirkung auf die· Bestandteile von Lignocellulose,The composition of the solvent mixtures is particularly important for their effect on the components of lignocellulose,

Bekanntlich hängt die Zugänglichkeit der Cellulose in Lignocellulose für die Kochflüssigkeit anfangs von dem Vermögen der Lösungsmittel, das Lignin, · insbesondere die in den Zellwandschichten anwesenden hochmolekularen Lignine, zu quellen und aufzulösen, ab. Es ist weiterhin bekannt, daß das Quell- und Auflösevermögen von Lösungsmitteln für Lignin zunimmt, wenn ihr Wasserstoffbindungsvermögen zunimmt und ihre Löslichkeitsparameter, die die Kohäsionsenergiedichte des Lösungsmittels angeben, sich einem Wert zwischen 10 und 13 nähern. Die Bedeutung dieses Parameters ergibt sich beispielsweise aus "Solubility of Non-Electrolytes" von J.H. Hildebrand und R,L. Scott, 1951. Auflage III, Reinhold Pusblishing Company, New York, insbesondere Chapter X. Die Ligninlöslichkeit wird in dem Artikel von CH. O.shuer, "Solvent Properties of Lignin andAs is known, the accessibility of the cellulose in lignocellulose for the cooking liquid initially depends on the ability of the solvents to swell and dissolve the lignin, particularly the high molecular weight lignins present in the cell wall layers. It is also known that the solvent lignin solvent solubility and solubility increases as their hydrogen bonding capacity increases and their solubility parameters, which indicate the cohesive energy density of the solvent, approach a value between 10 and 13. The meaning of this parameter is given for example by "Solubility of Non-Electrolytes" by J.H. Hildebrand and R, L. Scott, 1951. Edition III, Reinhold Pusblishing Company, New York, especially Chapter X. The lignin solubility is described in the article by CH. O.shuer, "Solvent Properties of Lignin and

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5. 4. 1979 • 4P. C 13 SZ 2075. 4. 1979 • 4P. C 13 SZ 207

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Their Relation to Solubility, Swelling, Isolation and Production of Lignin", Ind. & Eng. ehem. Vol. 74, S. 5061-5067, behandelt. Their Relation to Solubility, Swelling, Isolation and Production of Lignin ", Ind. & Eng., Vol. 74, pp. 5061-5067.

Bs wurde gefunden, daß eine Verschiebung der Sauerstoff/Deuterium (OD)-Wellenlänge im Infrarotgebiet der -OH-Bindung, wenn ein Wasserstoff bindendes Lösungsmittel mit schwerem Methanol (CEUOD) vermischt wird, proportional dem Wasserstoff bindungsvermögen des Lösungsmittels ist. Für die beste Lignin!öslichkeit hat sich eine Verschiebung von 0,14 Einheiten als optimal ergeben. Werte unter diesem Wert kennzeichnen mäßige oder schlechte Ligninlösungsmittel. Wie aus Tabelle I, in der die Löslichkeitsparameter und Deuteriumverschiebungen für einige organische flüssige Lösungsmittel zusammengestellt sind, ersichtlich ist, ist die Löslichkeit von Lignin auf Lösungsmittel mit einem Löslichkeitsparameter in einem engen Bereich von allgemein zwischen etwa 10 und 13 Einheiten beschränkt, wobeiIt has been found that a shift in the oxygen / deuterium (OD) wavelength in the infrared region of the -OH bond when a hydrogen bonding solvent is mixed with heavy methanol (CEUOD) is proportional to the hydrogen bonding capacity of the solvent. For the best lignin solubility, a shift of 0.14 units has been found to be optimal. Values below this value indicate moderate or poor lignin solvents. As can be seen from Table I, which summarizes the solubility parameters and deuterium shifts for some organic liquid solvents, the solubility of lignin is limited to solvents having a solubility parameter in a narrow range, generally between about 10 and 13 units

dies willkürliche Zahlenwerte sind, die Dampfdruckmessungen augeordnet werden und einer optimalen Infrarotverschiebung für -OH-OD von 0,14 entsprechen.these are arbitrary numerical values that are assigned to vapor pressure measurements and correspond to an optimal infrared shift for -OH OD of 0.14.

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Tabelle ITable I

Lösungs mittelSolvent medium Löslichkeits- parameterSolubility parameter 9,39.3 Deuterium- verschiebungDeuterium shift Löslichkeit des ursprünglich anwesenden LigninsSolubility of the originally present lignin Ätherether 10,010.0 0,190.19 unlöslichinsoluble Methyläthyl-Methyläthyl- 10,010.0 ketonketone 10,710.7 0,110.11 teillöslichpartially soluble Dioxandioxane 10,810.8 0,140.14 löslich soluble Acetonacetone 12,712.7 0,140.14 löslichsoluble Pyridinpyridine 14,214.2 0,270.27 löslichsoluble Methyl- CelluloseMethyl cellulose 16,516.5 über 0,4-over 0.4 löslichsoluble Äthanolethanol 23,423.4 über 0,4-over 0.4 löslichsoluble Äthylen- glykolEthylene glycol • 0,31• 0.31 löslichsoluble Glyceringlycerin über 0,4over 0.4 unlöslichinsoluble Wasserwater über 0,4over 0.4 unlöslichinsoluble

V/asser hat bekanntlich ein beschränktes Lösungsverraögen für gewisse Lignine und vermag hauptsächlich Monomereinheiten polarer Natur aufzulösen. Lignine von mittlerem bis niedrigem Molekulargewicht vermögen sich in den niedrigmolekularen aliphatischen Alkoholen zu lösen, während sich Dioxan, Aceton und Pyridin als ausgezeichnete Lösungsmittel für alle Molekulargrößen, die in durch milde Extraktionsmethoden erhaltenen Ligninzubereitungen anwesendVeinser is known to have limited solubility for certain lignins and is able to dissolve mainly monomeric units of a polar nature. Lignins of moderate to low molecular weight are capable of dissolving in the lower molecular weight aliphatic alcohols, while dioxane, acetone and pyridine are excellent solvents for all molecular sizes present in lignin preparations obtained by mild extraction methods

sind, erwiesen haben.have proved.

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zu /to /

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AP C 13 E/,207 586AP C 13 E /, 207 586

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Es wurde nun gefunden, daß die Löslichkeit von natürlichem polymeren Lignin in einem. Gemisch eines hydroxylierten Lösungsmittels, wie Wasser oder den niedrigmolekularen aliphatischen Alkoholen, mit einem guten Ligninlösungsmittel, wie Dioxan, Aceton, Äthanol oder Pyridin, größer ist als in dem reinen flüssigen Lösungsmittel allein» Dieser Effekt ist besonders stark bei Gemischen, die Wasser und Äthanol oder Dioxan enthalten, am eindrucksvollsten jedoch in Gemischen von Aceton und V/asser, die, wenn die Bestandteile in nahezu gleichen Mengen anwesend sind, außerordentlich rasch in Lignocellulose eindringen.It has now been found that the solubility of natural polymeric lignin in a. Mixture of a hydroxylated solvent, such as water or the low molecular weight aliphatic alcohols, with a good lignin solvent, such as dioxane, acetone, ethanol or pyridine, is greater than in the pure liquid solvent alone. This effect is particularly strong for mixtures containing water and ethanol or Dioxane, but most impressively in mixtures of acetone and water, which, when the constituents are present in nearly equal quantities, penetrate extremely rapidly into lignocellulose.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die verbesserte Ligninlöslichkeit des Lösungsmittels im Gemisch mit V/asser in Beziehung gesetzt werden kann mit dem gegenüber entweder reinem Y/asser oder reinem flüssigen Lösungsmittel verbesserten Wasserstoffbindungsvermögen. des Gemisches. Das verbesserte Wasserstoffbindungsvermögen ergibt sich aus dem Phänomen der Volumenverringerung eines Gemisches aus gleichem Volumen Äthanol oder Aceton und Wasser und insbesondere aus der starken Entwicklung von Luftblasen und der Trübung eines Gemisches von Äthanol oder Aceton mit angesäuertem Wasser, das Gase aus dei1 Luft gelöst enthält. Die Volumenschrumpfung bei Vennischen gleicher Volumen von Aceton und Y/asser beträgt etwa M- %, für gleiche Volumen Äthanol und V/asser 2 %t was auf unterschiedliche Kohäsionsenergiedichten hinweist·It has further been found that the improved lignin solubility of the solvent in admixture with water can be related to improved hydrogen bonding capacity over either pure water or pure liquid solvent. of the mixture. The improved hydrogen bonding capacity results from the phenomenon of volume reduction of a mixture of equal volume of ethanol or acetone and water and in particular from the strong evolution of air bubbles and the turbidity of a mixture of ethanol or acetone with acidified water containing dissolved gases from the 1 air. The volume shrinkage at Vennich's equal volumes of acetone and water is about M%, for equal volumes of ethanol and V / a 2 % t, indicating different cohesive energy densities.

line wirksame Hydrolyse von Lignocellulose wird erzielt, wenn das Mischungsverhältnis von organischem flüssigem Lösungsmittel zu Wasser in dem Bereich von etwa 30 bisLine effective hydrolysis of lignocellulose is achieved when the mixing ratio of organic liquid solvent to water in the range of about 30 to

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Teilen Lösungsmittel zu 70 bis 30 Teilen Wasser liegt. Da während eines Kochvorganges die gleichzeitig hydrolysiert en Zucker und Lignine von dem gemeinsamen Lösungsmittelgemisch aufgenommen vjerden müssen, muß das Lösungsmittelgemisch im Überschuß - gewöhnlich in einer Menge von dem A- bis 12fachen des Holzgewichtes - verwendet werden, und außerdem muß eine ausreichende Menge an Wasser, insbesondere -während der späteren Stadien des Kochens, während deren das Kohlenhydratauflösungsvermögen der Lösung kritisch wird, anwesend sein, um die Zucker, die in dem organischen Lösungsmittel weitgehend unlöslich sind, löslich zu machen« Wenn die Faserabtrennung in zwei aufeinander folgenden Stufen, in denen verschiedene Lösungsmittelgemische verwendet werden, durchgeführt wird, sind für das zuerst verwendete Lösungsmittel allgemein höhere Verhältnisse von organischem Lösungsmittel zu Wasser von Vorteil, um die Lignine aufzunehmen, während, während der späteren Stufe, wenn die Hydrolyse auf die Auflösung von restlicher Hemicellulose und Glucan beschränkt ist, niedrigere Verhältnisse von flüssigem Lösungsmittel zu Wasser bevorzugt sind, um die höheren Konzentrationen an hydrolysieren Zuckern aufzunehmen.Divide solvent to 70 to 30 parts of water. Since during a cooking process the simultaneously hydrolyzed sugars and lignins must be taken up by the common solvent mixture, the solvent mixture must be used in excess, usually in an amount of from A to 12 times the wood weight, and a sufficient amount of water, especially during the later stages of cooking, during which the carbohydrate dissolving power of the solution becomes critical, to be present in order to solubilize the sugars, which are largely insoluble in the organic solvent. When the fiber separation in two successive stages, in which different Solvent mixtures are used, for the first solvent used generally higher ratios of organic solvent to water are advantageous to take up the lignins, while, during the later stage, when the hydrolysis to the dissolution of residual Hemicellulose and glucan is limited, lower ratios of liquid solvent to water are preferred to accommodate the higher levels of hydrolyzed sugars.

Das Lösungsmittelgemisch hat auch einen beträchtlichen Einfluß auf die Einstellung der Ionenstärke und der Dissoziation des in dem Gemisch gelösten sauren Katalysators. Beispielsweise können sich verschiedene Hydrolysierungsvermögen ergeben, wenn ein wäßrigamphiprotisches Lösungsmittel aus Wasser und Äthanol oder ein wäßrigaprotisches Lösungsmittelgemisch, wie Wasser und Aceton, mit gleichen Mengen an einem bestimmten sauren KatalysatorThe solvent mixture also has a considerable influence on the adjustment of the ionic strength and the dissociation of the acidic catalyst dissolved in the mixture. For example, various hydrolyzing capabilities may result when an aqueous amphiprotic solvent of water and ethanol or an aqueous aprotic solvent mixture such as water and acetone are charged with equal amounts of a particular acidic catalyst

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li 5ί *. 1979 li 5ί *. 1979

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vermischt werden. Ein solcher Unterschied kann mit Vorteil in der Weise genützt werden, daß während des anfänglichen Kochens die Hydrolysegeschwindigkeit beschleunigt wird, während gegen Ende eines Kochvorgangs eine möglichst geringe Einwirkung auf die Cellulose erwünscht ist, damit nicht-abgeb aute Fasern hoher Reinheit von dem Lösungsmitte lgemisch in Freiheit gesetzt werden.be mixed. Such a difference can be advantageously used in such a way that the speed of hydrolysis is accelerated during the initial boiling, while at the end of a cooking process the least possible action on the cellulose is desired so that non-precipitated high purity fibers of the solvent mixture are mixed Freedom be set.

Nachstehend wird der Einfluß von angesäuerten Kochflüssigkeiten auf die Hydrolyse des Lignocellulosegefüges näher erläuert·The influence of acidified cooking liquors on the hydrolysis of the lignocellulose microstructure will be explained in more detail below.

Lösungsmittelgemische aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel, wie Iceton, Äthanol oder Dioxan, die eine saure Verbindung gelöst enthalten und ein pH von nur 1,7 ' haben, ermöglichen das Fortschreiten der Hydrolyse durch sämtliche imprägnierten Zonen des Lignocellulosegefüges. Die gemeinsame Anwesenheit von Protonen aus der dissoziierten Säure und flüssigem Lösungsmittel begünstigt das Durchdringen der Zellwandschichten und Differentialquellen der Bestandteile, so daß lösliche Hydrolyseprodukte, die von der Flüssigkeit rasch aufgenommen werden, gebildet werden. Obwohl natürlich alle Säuren Protonendonoren sein können, hat sich gezeigt, daß verschiedene Säuren, wenn sie in dem wäßrigen Lösungsmittelgemisch gelöst sind, unterschiedliches Faserabtrennungsvermögen besitzen· So haben manche Säuren -sogar bei einer Temperatur über 200 0C praktisch kein Faserabtrennungsvermögen, während andere Säuren sehr verschiedene Wirkungen haben, so daß nur eine verhältnismäßig geringe Zahl von Säuren sich als praktisch verwendbar erwiesen hat.Solvent mixtures of water and an organic solvent such as icone, ethanol or dioxane, containing an acidic compound dissolved and having a pH of only 1.7 ', allow the hydrolysis to proceed through all impregnated zones of the lignocellulosic structure. The coexistence of protons from the dissociated acid and liquid solvent promotes penetration of the cell wall layers and differential sources of the constituents so that soluble hydrolysis products rapidly absorbed by the fluid are formed. Although of course all acids may be proton donors, has shown that various acids, when dissolved in the aqueous solvent mixture possess different fiber separation capability · So some acids have-even at a temperature above 200 0 C, virtually no fiber separation capacity, while other acids very have different effects, so that only a relatively small number of acids has been found to be practical.

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Milde Hydrolysierungskatalysatoren sind allgemein geeignet für die Herstellung von Pulpen für die Papierherstellung, während eine Cellulose hoher Reinheit, wenn auch von geringerem Polymerisationsgrad - im folgenden "DP" bezeichnet - am besten bei Verwendung starker Säuren in dem Lösungsmittelgemisch erhalten wird, wobei starke Säuren dann erforderlich sind, wenn eine vollständige Holzverzuckerung erzielt werden soll. Es hätte erwartet -werden können» daß starke Säuren mit hohen Dissoziationskonstanten, d. h. nahe an Einheitlichkeit, rascher und stärker wirkende Hydrolysierungsmittel als komplexe Säuren und organische Säuren mit niedrigen Dissoziationskonstanten sind. Diesen erwartungen wird jedoch durch die angesäuerten Lösungsmittelgemische nicht entsprochen. Mild hydrolyzing catalysts are generally suitable for making pulps for papermaking, while a high purity cellulose, albeit of lesser degree of polymerization - hereinafter "DP" - is best obtained using strong acids in the solvent mixture, with strong acids then being required are when complete saccharification is to be achieved. It could have been expected "that strong acids with high dissociation constants, i. H. close to uniformity, faster and stronger hydrolyzing agents than complex acids and organic acids with low dissociation constants. However, these expectations are not met by the acidified solvent mixtures.

Die Azidität ist eine makroskopische Eigenschaft, die das Vermögen der Lösung, Protonen für eine Umsetzung mit einer Base oder für die Einstellung eines Ladungsübertragungsverfahrens verfügbar zu machen, anzeigt, und wird auf Messungen, die auf herkömmlichen Einzelionen- - aktivitäten beruhen, wie Bestimmungen des pH, der Dissoziationskonstanten und der pK-Werte, ermittelt, Die Azidität wird am genauesten durch die Einzelelektrodenpotentiale dargestellt. .Acidivity is a macroscopic property that indicates the ability of the solution to provide protons for base reaction or for the adjustment of a charge transfer process, and is based on measurements based on conventional single ion activities, such as determinations of pH , the dissociation constant and the pK values. Acidity is most accurately represented by the single electrode potentials. ,

Die Ionenstärke ergibt sich gewöhnlich ziemlich genau aus der lonisierungsentropie, die für verschiedene Säuren verschieden ist, was hauptsächlich auf die Wirkung der in Mischungen von Lösungsmitteln und Gelöstem anwesenden Anionen zurückzuführen ist. Wenn Überlegungen hinsichtlich Ionengleichgewicht und Reaktivität in einer Umsetzung in Lösung angestellt werden, müssen die Wirkungen des betref-The ionic strength is usually quite close to ionization entropy, which is different for different acids, mainly due to the action of the anions present in mixtures of solvents and solutes. When considering ion balance and reactivity in solution reactions, the effects of

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fenden Lösungsmittels berücksichtigt werden, weil durch Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und Ionen die Beweglichkeit der Ionen, das Ionenpotential und die kinetische Energie der Ionen modifiziert werden.be considered solvents, because interactions between solvent and ions, the mobility of the ions, the ion potential and the kinetic energy of the ions are modified.

Das elektrostatische Wasserstoffbindungsvermögen von Lösungsmitteln und ihre Selbstdissoziation werden gewöhnlich als Ursache von Änderungen der Ionisationskonstanten von Säuren in Lösung angesehen. Beispielsweise modifiziert die Dielektrizitätskonstante eines Lösungsmittels den Aktivitätskoeffizienten von gelösten geladenen Teilchen, Wenn eine neutrale Säure in einem wäßrig/örganisehen Lösungsmittelgemisch gelöst wird, so werden durch-eine Senkung der Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels die Aktivitätskoeffizienten der Protonen und der solvatisierten Anionen gesenkt, wodurch auch die lonisierungskonstante der Säure gesenkt wird. Es wurden jedoch starke Unterschiede gegenüber den erwarteten Änderungen der lonisationskonstante sowohl in wäßrig-amphiprotischen Lösungsmitteln, wie Äthanol/Wasser, die durch Wasserstoffbindung gekennzeichnet sind, als auch in wäßrig-aprotischen Lösungsmitteln, wie Aceton/Wasser, die durch die Abwesenheit von Wasserstoffbindung gekennzeichnet sind, festgestellt. Es zeigte sich, daß die Ionenleitfähigkeiten bei den Säuren sehr unregelmäßig mit einer Änderung der Lösungsmittel variieren, was darauf hinweist, daß es keine direkte Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und der Dielektrizitätskonstanten des Lösungsmittels oder der Fluidität oder den Assoziationstendenzen der Lösungsmittel gibt.The electrostatic hydrogen bonding capacity of solvents and their self-dissociation are usually considered to be the cause of changes in the ionization constants of acids in solution. For example, the dielectric constant of a solvent modifies the activity coefficient of dissolved charged particles. When a neutral acid is dissolved in an aqueous / organic solvent mixture, lowering the dielectric constant of the solvent lowers the activity coefficients of the protons and solvated anions, thereby also reducing the ionization constant the acid is lowered. However, there have been strong differences from the expected ionization constant changes in both aqueous amphiprotic solvents such as ethanol / water characterized by hydrogen bonding and in aqueous aprotic solvents such as acetone / water characterized by the absence of hydrogen bonding , detected. It has been found that the ionic conductivities of the acids vary very irregularly with a change in the solvents, indicating that there is no direct relationship between the conductivity and dielectric constant of the solvent or the fluidity or association tendencies of the solvents.

Wennn wäßrig-alkoholische Lösungen mit einem Gehalt vonIf aqueous-alcoholic solutions containing

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50 % Äthanol oder darüber mit verschiedenen Säuren vermischt wurden, so war die Säuredissoziation, auch viejxn die Lösungen konstante Konzentrationen an den betreffenden Säuren aufwiesen, sehr verschieden. Dagegen waren die Leitfähigkeiten von Wasser/Säure-Gemischen nahezu gleich. Die Anomalien waren .am größten bei schwach'-en Säuren, da starke Säuren nivelliert werden, d.h. in die sauren Spezies in wäßrigen Lösungen überführt werden. Schwache Säuren dissoziieren bekanntlich nicht vollständig, und die Säureeigenschaft des organischen Lösungsmittels selbst, d.h. sein Wasserstoff bindungsvermögen, bestimmt,'welche pr.otolytische Reaktion zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel erfolgt. Wegen der ungleichen Solvatation verschiedener Anionen ist die relative Stärke von Säuren in Lösungsmittelgemischen weitgehend abhängig von dem gewählten organischen Lösungsmittel.50% ethanol or more were mixed with various acids, the acid dissociation, although many of the solutions had constant concentrations of the acids in question, was very different. In contrast, the conductivities of water / acid mixtures were almost equal. The anomalies were greatest in weak acids, since strong acids are leveled, ie converted into the acidic species in aqueous solutions. It is known that weak acids do not completely dissociate, and the acidity of the organic solvent itself, ie its hydrogen bonding capacity, determines which proteolytic reaction takes place between the solute and the solvent. Because of the unequal solvation of various anions, the relative strength of acids in solvent mixtures is largely dependent on the organic solvent chosen.

Amphiprotisehe Lösungsmittel haben eine gute Protonenstabilität, weil freie Protonen wegen ihrer Kombination mit einigen Spezies von Gelöstem/Lösungsmittel, die den gleichen Charakter in solchen Lösungsmitteln haben, kaum verfügbar sind. Variationen in Protonenakzeptor/Donor-Kapazitäten amphiprot isolier Lösungsmittel hängen von der Säurestärke und Basenstärke des Lösungsmittels selbst ab, so daß, wenn zwei amphiprotische Lösungsmittel die. gleichen autoprotolytischen Konstanten, nämlich Dissoziations- oder Ionenproduktkonstanten, besitzen, sehr verschiedene Wirkungen auf das Säureverhalten solcher Lösungsmittel festzustellen sind. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Wechselwirkungen zwischen Ionen und Lösungsmittel gewöhnlich stärker sind als die Wechselwirkungen zwischenAmphipotise solvents have good proton stability because free protons are hardly available because of their combination with some species of solute / solvent which have the same character in such solvents. Variations in proton acceptor / donor capacities of amphiprotic solvents depend on the acid strength and base strength of the solvent itself, so that when two amphiprotic solvents are used. have the same autoprotolytic constant, namely dissociation or ion product constants, very different effects on the acid behavior of such solvents are observed. This is due to the fact that the interactions between ions and solvent are usually stronger than the interactions between

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den ungeladenen Teilchen, was dazu führt, daß Solvatationen der betreffenden Säureanionen in den verschiedenen Lösungsmittelsystemen ungleich werden· Da sich verschiedene Säure/Base-Gleichgewichte einstellen, hängen die Säurestärken von der Art des Lösungsmittelsystems ab. Diese Wirkungen können in Rechnung gesetzt werden, wenn ein saurer Zusatz für ein Lösungsmittelgemisch von gewünschtem Hydrolysierungsversögen gewählt wird, beispielsweise wenn das Hydrolysierungsvermögen ausreichen soll, um Hemicellulose zu Zuckern abzubauen, jedoch nicht ausreichen soll, um das Glucan anzugreifen·the uncharged particles, which causes solvations of the respective acid anions in the different solvent systems to become uneven. Since different acid / base equilibria occur, the acid strengths depend on the nature of the solvent system. These effects may be taken into account when an acidic additive is chosen for a solvent mixture of desired hydrolyzing properties, for example when the hydrolyzing capacity is sufficient to degrade hemicellulose to sugars, but is insufficient to attack the glucan.

Die experimentelle Auswahl einer Säure für ein Lösungsmittelgemisch, das ein bestimmtes Hydrolysierungsvermögen haben soll, muß zunächst seine Dissoziationskonstante oder seinen pK.-Wert in Wasser berücksichtigen. Jedoch ergibt sich daraus nicht mit Sicherheit seine' katalytisch^ Wirkung hinsichtlich der .Freisetzung der Paser, da schwache Säuren mit gleicher Ladungsart und nahezu gleichen Dissoziationskonstanten sich nicht nur. in einem bestimmten -wäßrig/organischen Lösungsmittelgemisch konstanter Zusammensetzung verschieden verhalten, sondern ihr Verhalten auch ändern, wenn ein aprotisches Lösungsmittel, wie Aceton, anstelle eines amphiprotischen Lösungsmittels, wie Äthanol, verwendet wird. Durch Versuche wurde festgestellt, daß bei gleichen Konzentrationen Lösungsmittel/lVasser/ Säure Aceton die Dissoziation um 25 % weiter senkte, als wenn als organisches flüssiges Lösungsmittel Äthanol verwendet wurde« Die Wirkung war am ausgeprägtesten bei hohen Acetonkonzentrationen in dem Gemisch. Aceton ist kein Wasserstoffbindungsdonor, so daß das chemische Verhalten von anionischen gelösten Teilchen anders ist alsThe experimental selection of an acid for a solvent mixture which is to have a certain hydrolyzability must first take into account its dissociation constant or its pK. value in water. However, this does not necessarily indicate its 'catalytic' effect with respect to the release of the Paser, since weak acids with the same charge type and almost identical dissociation constants are not only. behave differently in a particular aqueous / organic solvent mixture of constant composition but also change its behavior when an aprotic solvent such as acetone is used instead of an amphiprotic solvent such as ethanol. It was found by experiments that at the same concentrations of solvent / 1 water / acid acetone the dissociation decreased further by 25 % than when ethanol was used as the organic liquid solvent. The effect was most pronounced at high acetone concentrations in the mixture. Acetone is not a hydrogen bond donor, so the chemical behavior of anionic dissolved particles is different than

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das gewöhnlich in hydroxylischen Lösungsmitteln festgestellte.usually found in hydroxylic solvents.

Da die Ionenstärke von Säuren von der Protonenabgabe g der Säuren und der Solvolyse der Anionen in diesen Lösungsmitteln verschieden beeinflußt wird, müssen Messungen des Potentials der Wasserstoffelektrode so durchgeführt werden, daß direkt als grobes Maß die mittlere Wirkung auf das Wasserstoffion gemessen wird, obwohl feststeht, daß das Wasserstoffelektrodenpotential und die Stabilität beträchtlich von dem Lösungsmittelsystem abhängen. Diein Tabelle II zusammengestellten pH- und Leitfähigkeitswerte veranschaulichen die obigen Zusammenhänge,Since the ionic strength of acids is differently influenced by the proton release g of the acids and the solvolysis of the anions in these solvents, measurements of the potential of the hydrogen electrode must be carried out in such a way that the mean effect on the hydrogen ion is measured directly as a rough measure, although it is clear that that the hydrogen electrode potential and the stability are considerably dependent on the solvent system. The pH and conductivity values summarized in Table II illustrate the above relationships,

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Tabelletable

IIII

pH und. Leitfähigkeit der Lösungsmittel, Lösungsmittelgemische und der angesäuertaipH and. Conductivity of the solvents, solvent mixtures and the acidified

Kochflüssigkeitcooking liquid

Oxalsäureoxalic acid

gepufferte Säure *buffered acid *

0,0250,025

0,050.05

0,100.10

2,05 4,0 1,82 7,0 1,65 11,92.05 4.0 1.82 7.0 1.65 11.9

2,69 2,50 2,362.69 2.50 2.36

1,93 ;i 6,31.93 ; i 6.3

2,26 1,52 0,972.26 1.52 0.97

Hydrolysierenhydrolyzing SäurekonSäurekon Wasserwater 0,84S3 0.84 S3 Einzelnes LösungsmittelSingle solvent IcetonIceton VjJ VOVJJ VO der saurer -Katalysatorthe acidic catalyst zentration, Molaritätconcentration, molarity Leitfähigk. pH mrnhoCond. pH mrnho Äthylalkoholethyl alcohol Leitfähigk. pH mmhoCond. pH mmho II 6,46.4 9,79.7 Leitfähigk. pH mmhoCond. pH mmho 6,96' 0,043^6,96 '0,04 3 ^ 00 2,22.2 ' 11,0'11.0 * 5,85 O,O5S55 * 5.85 O, O5 S55 0,010.01 1,961.96 37,037.0 -500 7,3^35 -500 7,3 ^ 35 HClHCl 0,025 ·0.025 · 1,751.75 .2,0 215SS .2.0 215 SS -520 . 9,8HH -520. 9.8 HH 0,050.05 1,11.1 1,50 3985^1,50 398 5 ^ -518 31,2^35 mv-518 31.2 ^ 35 mv 0,100.10 1,45 0,661.45 0.66

te vte v

VjOVjO

ΓΌ O -OΓΌ O -O

VJl COVJl CO

σ»σ "

-Tabelle II- FortsetzungTable II- Continued

pH und Leitfähigkeit der Lösungsmittel., Lösungsmittelgemisch und der angesäuertenpH and conductivity of the solvents., Solvent mixture and the acidified

Kochflüssigkeit ·Cooking liquid · ''

Hydrolysierender saurer KatalysatorHydrolyzing acidic catalyst

Säurekonzentration, MolaritätAcid concentration, molarity

Lösungsmittels emischSolvent emisch

Athylalk.:H~O 60:40 ^Athylalk.:H~O 60:40 ^

Äthyl alk. :3 50:50 Aceton:Ho0 60:40 d Ethyl alk. : 3 50:50 acetone: H o 0 60:40 d

Aceton:! 50:50Acetone:! 50:50

Leitfähigk. pH mmhöCond. pH mmh

Leitfähigkeit pH mmhoConductivity pH mmho

Leitfähigk.Cond.

pH mmhopH mmho

Leitfähigk. ptl mmhoCond. ptl mmho

0 0,010 0.01

0,0250,025

0,050.05

0,100.10

5,35 29,95.35 29.9

2,35 2,062.35 2.06

1,811.81

0,54 1,04 2,000.54 1.04 2.00

4,85 2,50 2,34 2,02 1,764.85 2.50 2.34 2.02 1.76

3,;.SS3; SS.

5",9O 0,21ÄÄ 4,26 0,415 ", 9O 0,21 ÄÄ 4,26 0,41

0,67 2,25 0,70 1,32 2,01 1,26 2,52 1,77 2,480.67 2.25 0.70 1.32 2.01 1.26 2.52 1.77 2.48

2,15 1,62 2,05 0,84 1,75 3,182.15 1.62 2.05 0.84 1.75 3.18

Oxalsäureoxalic acid

0,025 0,050.025 0.05

0,100.10

2,58 0,58 2,52 0,89 2,372.58 0.58 2.52 0.89 2.37

2,37 -1,48 2,29 1|65 2,182.37-1.48 2.29 1 | 65 2.18

2,20 1,46 2,09 3,61 2,012.20 1.46 2.09 3.61 2.01

-.59 0,90-59.90

2,'13 1,1 2,16 ,742, '13 1,1 2,16, 74

1,93 1,691.93 1.69

gepufferte Säurebuffered acid

2,05 4,152.05 4.15

2,03 4,70 3,19 3,08 1,96 3,45 2.03 4.70 3.19 3.08 1.96 3.45

2S Puffer: (25 ml 0,2m KCl + 6,5 ml 0,2m HCl) verdünnt auf 400 ml für 60:40 und auf 500 ml für 50:50 „2S buffer: (25 ml 0.2m KCl + 6.5 ml 0.2m HCl) diluted to 400 ml for 60:40 and to 500 ml for 50:50 "

S3? Die so gekennzeichneten Werte sind Mikromho und nicht Millimho.S3? The values marked in this way are micromho and not millimho.

5. 4. 19795. 4. 1979

AP G 13 K/ 207AP G 13 K / 207

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Die Werte zeigen, daß hohe Verhältnisse Lösungsmittel/ Wasser, die die Löslichmachung von Lignin begünstigen, niedrigere Leitfähigkeiten soviiohl für starke Säuren, wie HOl, als auch für schwache Säuren, wie Oxalsäure, bei Verhältnissen 60:40 sowohl für Äthanol/Wasser- als auch für Aceton/Wasser-Gemische, verglichen mit Säure/Wasser-Gemischen gleicher Molarität, haben.The data show that high solvent / water ratios favoring solubilization of lignin give lower conductivities for strong acids such as H 2 O, as well as for weak acids such as oxalic acid at 60:40 ratios for both ethanol / water and water for acetone / water mixtures compared to acid / water mixtures of equal molarity.

Im allgemeinen ist festzustellen, daß bei Dicarbonsäuren, in denen die Gruppe» -COOH näher aneinander stehen, die Wirkung der Zumischung von Alkohol auf den pK^-Wert für die erste Dissoziation größer ist als für die zweite. Diese Wirkung ist weniger ausgeprägt bei Säuren, in denen die Gruppen -COOH weiter voneinander entfernt sind. Der Aktivitätsfaktor wird durch die Zugabe von Alkohol für undissoziierte Moleküle weniger beeinflußt als für die Lyoniumionen.In general it can be stated that in the case of dicarboxylic acids in which the group -COOH are closer together, the effect of the admixture of alcohol on the pKa value for the first dissociation is greater than for the second. This effect is less pronounced for acids in which the groups -COOH are further apart. The activity factor is less affected by the addition of alcohol to undissociated molecules than to the ions of the ions.

Y/enn Lösungsmittelgemische mit Säuren vermischt werden, die in einer Molarität über 0,025 bis 0,05 anwesend sein müssen, damit das pH auf 2,5 oder darunter eingestellt wird, so ist die Wirkung des Gemisches hinsichtlich der Abtrennung von Cellulosefaser von Lignocellulose mäßig, weil diese Säuren lange Kochzeiten und/oder hohe Säurekonzentrationen und damit einen hohen Energieverbrauch erfordern und zu extremer Depolymerisation der Cellulose führen. In Tabelle IH sind für eine Anzahl organischer Mono- und Dicarbonsäuren das Entlignifiziervermögen bei einer molaren Konzentration von 0,05 in einem Äthanol/Wasser-Gemisch 60:40 bei 200 0C, die zugehörigen Kappa-Vierte und der Restgehalt an Lignin auf den Fasern, der Grad der Faserabtren* nung und die TAPPI-Viskosität, die den PolymerisationsgradIf solvent mixtures are mixed with acids which must be present in a molarity above 0.025 to 0.05 in order to adjust the pH to 2.5 or below, the effect of the mixture is moderate with respect to the separation of cellulose fiber from lignocellulose. because these acids require long cooking times and / or high acid concentrations and thus high energy consumption and lead to extreme depolymerization of the cellulose. Table IH are for a number of organic mono- and dicarboxylic acids, the Entlignifiziervermögen at a molar concentration of 0.05 in an ethanol / water mixture of 60:40 at 200 0 C, the related kappa fourth and the residual content of lignin on the fibers , the degree of Faserabtren * tion and the TAPPI viscosity, the degree of polymerization

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207 586 5#4/i979 207 586 5 # 4 / i979

AP C 13 K/ 207AP C 13 K / 207

~ 42 - ~ 42 -

der Faser kennzeichnet* angegeben. Es wurde Pichten-Lignocellulose mit eihem Chlorit-holocellulosegehalt von 77i5 % verwendet. Es zeigt sich, daß, sofern bei 30 Minuten keine Fasertrennung erfolgte, ein unzureichend niedriges pH der Kochflüssigkeit allgemein ein mitbestimmender Faktor war, obwohl sich Ausnahmen für den Fall der Monochlor- und der Trichloressigsäure erkennen lassen.the fiber indicates * indicated. Pichten lignocellulose with a chlorite-holocellulose content of 77i5 % was used. It can be seen that, unless fiber separation occurred at 30 minutes, an insufficiently low pH of the cooking liquor was generally a contributory factor, although exceptions can be seen in the case of monochloroacetic and trichloroacetic acids.

Tabelle IIITable III

Sttlignifizierungsvermögen organischer, mit Säure katalysierter LösungsmittelgemischeSttlignification capacity of organic, acid-catalyzed solvent mixtures

y Organische Erste Disso- Erster Ioni- pH des Lösungsmit- Koch-Säure ziationskon- sierungs pK,, telgemisches zeit y Organic First Disso- First ionic-pH of the solution-cooking-acid cation constellation pK ,, telemic time

«4- «^. 4-λ -Ϊ « TT Γ\ TT /~\ fZ Γ\ (Τ? "· _....« J3 A « —. Al«4-« ^. 4-λ -Ϊ «TTΓ \TT/ ~ \ fZ Γ \ (Τ?  "· _...." J3A «-.Al

stante in H9O H9O, 60 % * * Alkoholconstant in H 9 OH 9 O, 60 % * * alcohol

vor dem nach dem min. Kochen Kochenbefore after the min. Cooking cooking

Ausbeute Kappaan Pulpe Zahl/ % RestligninYield Kappaan pulp number / % residual lignin

DPDP

TAPPI-TAPPI

Viskositätviscosity

Ameisen säureAnts acid 1.77 χ1.77 χ 10-4 10 -4 3,75/5,013.75 / 5.01 2,22.2 3,53.5 30 .30. 77,5® KFT77.5® KFT * 1,27* 1.27 12201220 II Essigsäu reAcetic acid 1,76 χ1.76 χ 10-310-3 4,75/6,294.75 / 6.29 2,92.9 3,53.5 30 "30 " KFTKFT -- -- VjJ IVJJ I Oxalsäureoxalic acid 5.9 χ 6,4 χ5.9 χ 6.4 χ 10""5 10 "" 5 1,23/2,521.23 / 2.52 2,052.05 3,23.2 10 2010 20 6767 120/15/6 79/10,3120/15/6 79 / 10,3 1050 9501050 950 L-Apfel- ' säureL-apple acid 3,9 χ 7,8 χ3.9 χ 7.8 χ 10"6 10 " 6 -- • 2,68• 2.68 4,14.1 3030 5656 95/12,495 / 12.4 895895 QQ Malein säureMaleic acid 1,42 χ 8,57 χ1.42 χ 8.57 χ 10""7 10 "" 7 1,30/2,271.30 / 2.27 33 ;33; 3,843.84 6060 5353 75/9,875 / 9.8 750750 VjJ \Year Malon säureMalonic acid 1,49 χ 2,03 χ1.49 χ 2.03 χ 10""? 10~b 10 ""? 10 ~ b 2,75/3,942.75 / 3.94 2,862.86 2,582.58 3030 KFTKFT -- -- ro O -O VJl 03 cnro O -O VJl 03 cn Bernstein säureAmber acid 6,89 x 2,47 x6,89 x 2,47 x 10""I 10""b 10 "" I 10 "" b 4,16/5,644.16 / 5.64 2,752.75 3,283.28 60 .60. 5454 81/10,581 / 10.5 . 783, 783 Fumar säureFumaric acid 9,30 χ 3,62 χ9.30 χ 3.62 χ 10^ .10 ^. 2,8/4,242.8 / 4.24 3030 KFTKFT -- -- ο-Phthal säureo-phthalic acid 1,3 x 3,9 χ1.3 x 3.9 χ 1O""3 10~b 1O "" 3 10 ~ b 2,77/3,842.77 / 3.84 3030 6060 95/12,495 / 12.4 11001100

Fichten-Ghlorit-holocelluloseSpruce Ghlorit-holocellulose

O? a b e 1 1 e III - FortsetzungO? a b e 1 1 e III - continued

Organische · Erste Disso- Erster loni- pH des Lösungsmit- Koch- Ausbeute Kappa- DP ziationskon- sierungs pl« ,telgeraisches it Pul Zhl/Organic · First Disso- First-time pH of the solution-cooking yield Kappa-DP Ziation Con- stitution pl, telgeraic it Pul Zhl /

stante in HO HO 60 % vor däm nconstant in HOHO 60% before d

g Saureg acid

g stante in HpO HpO, 60 %constant in H p OH p O, 60%

d Alkohol Kochen d boil alcohol

vor dämbefore dam

zeitTime

nach dem min. Kochenafter the min. Cook

pppp

an Pulpe Zahl/ TAPPI- % Restlignin Viskositäton pulp number / TAPPI % residual lignin viscosity

Ferula- säureFerulic acid -- -- 3,773.77 4,44.4 3030 ' KFT'KFT 72/9,472 / 9.4 980980 -- a-pa-p Nicotin säureNicotinic acid 1,50 χ 10"^P 1,04 χ 10""'^1.50 χ 10 "^ P 1.04 χ 10""'^ -- 3,453.45 3,553.55 60·60 · 5757 68/8,868 / 8.8 10001000 Salicyl säureSalicylic acid 1,07 x 10"? . 4,0 χ 10"'1.07 x 10 ". 4.0 χ 10" ' 3,0/4,463.0 / 4.46 2,902.90 3,623.62 3030 5353 63/8,1963 / 8.19 520 ι520 ι Trifluor- essigsäureTrifluoroacetic acid 5,88 χ 10"1 5.88 χ 10 " 1 -- 1,961.96 2,30  2.30 ' 15'15 5252 -- II Gallus säureGallic acid 3,9 x 10"5 3.9 x 10 " 5 • -• - 3,723.72 4,14.1 3030 ICB1TICB 1 T -- Monochior- essigsäureMonochloroacetic acid 1,40 χ 10~31.40 χ 10 ~ 3 2,85/4,042.85 / 4.04 2,42.4 3,13.1 30 ·30 · KFTKFT -- Trichior- essigsäureTrichloroacetic acid .2 x 10"1 .2 x 10 " 1 0,70/?0.70 /? 1,981.98 3,653.65 3030 KFT KFT

Alle Kochflüssigkeiten sind Äthanol/WasserGemische 60:40.All cooking liquids are ethanol / water mixtures 60:40.

Alle Säuren sind 0,05 molar. KFT: Keine FasertrennungAll acids are 0.05 molar. KFT: no fiber separation

VjJ _iVjJ _i

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oo i cnoo i cn

207 586207 586

5. 4. 19795. 4. 1979

AP C 13 K/ 207 586AP C 13 K / 207 586

Erfindungsgemäß -wird eine Fasertrennung und Verzuckerung von Lignocellulose durch säurekatalytische -wäßrige/organische Lösungsmittelgemische erreicht.According to the invention, fiber separation and saccharification of lignocellulose by acid-catalytic-aqueous / organic solvent mixtures is achieved.

Lignocellulose, die mit den heißen, -wäßrigen,. angesäuerten organischen Lösungsmittelgemischen gemäß der Erfindung imprägniert sind, unterliegen augenblicklich der Entlignifizierung und Verzuckerung durch das Lösungsmittelgemisch, so daß fortschreitend die Bestandteile voneinander getrennt werden. Anfänglich dringt das Gemisch nur in die 1 eicht zugängliche Hemicellulose und das Lignin ein und hydrolysiert diese, und der gelöste Hemicellulosezucker und Lignin werden in den Hauptteil des Gemisches geführt; von wo sie durch Abziehen der Flüssigkeit entfernt werden können, um eine Zersetzung zu vermeiden undjhre Gewinnung in sehr reinem Zustand zu ermöglichen.Lignocellulose with the hot, watery ,. acidified organic solvent mixtures according to the invention are currently subject to the delignification and saccharification by the solvent mixture, so that progressively the components are separated from each other. Initially, the mixture only penetrates and hydrolyzes the readily accessible hemicellulose and lignin, and the dissolved hemicellulose sugar and lignin are passed into the bulk of the mixture; from where they can be removed by stripping off the liquid to avoid decomposition and to allow their recovery in a very pure state.

Kurz nach Einsetzen der Löslichmachung erfolgt f wenn ein aggressiver saurer Katalysator verwendet wird, eine ungeordnete Hydrolyse des Glucans, die an den zugänglichen Stellen der Cellulosefasern, die durch die Entfernung von Hemicellulose freigelegt werden, beginnt, zu den Mikrofasern und Kristalliten fortschreitet und zu gegebener Zeit die Cellulose bis zu einem niedrigen DP depolyrnerisiert. Die starken Säuren - Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure - haben bei molaren Konzentrationen unter 0,05 als saure katalysierende Verbindungen in dem Lösungsmittelgemisch das Vermögen, den DP-Wert so rasch zu senken, daß zu der Zeit, wenn durch das Kochen eine mechanische Faserabtrennung, beispielsweise durch Raffinieren oder Vermählen des Lignocelluloserückstandes,Shortly after insertion of the solubilization takes place f when an aggressive acid catalyst is used, a random hydrolysis of the glucan, which starts at the accessible sites of the cellulose fibers, which are exposed by the removal of hemicellulose, proceeds to the microfibers and crystallites and at the appropriate time the cellulose is depolarized to a low DP. The strong acids - hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid - have the ability to lower the DP value so rapidly at molar concentrations below 0.05 as acid catalyzing compounds in the solvent mixture that at the time when cooking causes mechanical degradation Fiber separation, for example by refining or grinding the lignocellulose residue,

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möglich gemacht worden ist, der DP-Wert bereits stark gesenkt ist.made possible, the DP value has already been greatly reduced.

Yienn das Kochen weiter fortgesetzt wird, werden durch die hydrolysierende Wirkung des LÖsungsmittelgemisches die Kristallite weiter depolymerisiert, bis eine vollständige Auflösung des Cellulosenetzwerkes erzielt ist. Um dies zu veranschaulichen, wurden zwei Ansätze von Holzchips, einer aus ofentrockener Espe, der andere aus Douglas-Tanne, mit Anfangs-DF-Werten von 1160 bzw. 1120 drei Minuten in einer wäßrigen Acetonlösung 50:50 mit einer Molarität an HCL von Ot02, d. h. einer Konzentration von 0,07 %9 bei 200 0O gekocht. Das Anfangs-pH war 2,8. Der Celluloserückstanä. hatte einen DP-Wert von etwa 120 und enthielt eine nur sehr geringe Menge an Restlignin. Ein solcher DP-Wert entspricht in etwa Ceilulosekristallitlängen in der Ausgangscellulose von 60 nm (600 £). Bei weiterem Kochen des gelösten Materials und des Rückstandes änderte sich der EP-Wert nicht wesentlich, bis die gesamten Peststoffe hydrolysiert waren.As cooking continues, the crystallites are further depolymerized by the hydrolyzing action of the solvent mixture until complete dissolution of the cellulosic network is achieved. To illustrate this, two batches of wood chips, one from oven-dry aspen, the other from Douglas fir, with initial DF values of 1160 and 1120, respectively, were stirred for three minutes in a 50:50 aqueous acetone solution having a molarity of HCL of O. t 02, ie a concentration of 0.07 % 9 at 200 0 O boiled. The initial pH was 2.8. The cellulose residue. had a DP of about 120 and contained only a very small amount of residual lignin. Such a DP value roughly corresponds to cellulose crystallite lengths in the starting cellulose of 60 nm (600 lbs.). Upon further boiling of the solute and residue, the EP value did not change significantly until all of the pesticides were hydrolyzed.

Die Wirkung der anderen starken Säuren in solchen Mengen, daß das pH des Lösungsmittelgemisches nicht über 3*5 und .vorzugsweise 2,5 odör kleiner war, entspricht weitgehend der angegebenen Wirkung von HCl. Wenn eine selektive Auflösung von Hemicellulose und Lignin bei geringer oder gar keiner Hydrolyse des Glucans erwünscht ist, werden zweckmäßig, damit Pulpen mit überlegenen DP-Wert en hoher Qualität erhalten werden, ein geeignetes wasserlösliches, flüchtiges organisches Lösungsmittel, wie Methanol, Äthanol, i- oder n-Propanol, Butanol, Aceton, Methyläthylketon, Dioxan oder Pyridin, mid eine schwache Säure, wie Ma.lein-5 The effect of the other strong acids in such amounts that the pH of the solvent mixture was not more than 3 * 5 and preferably 2.5 or smaller, corresponds largely to the stated effect of HCl. When selective dissolution of hemicellulose and lignin is desired with little or no hydrolysis of the glucan, it is desirable to obtain pulps of superior DP value of high quality suitably a suitable water-soluble, volatile organic solvent such as methanol, ethanol, i.a. or n-propanol, butanol, acetone, methyl ethyl ketone, dioxane or pyridine, with a weak acid, such as Ma.lein- 5

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Oxal-, L-Apfel-, Bernstein-, o-Phthal-, Nicotin- oder Trifluoressigsäure, in einer molaren Konzentration zwischen 0,025 und 0,05 verwendet. Alternativ kann eine der starken Säuren, durch 2Sumischung eines neutralen Salzes der Säure so gepuffert, daß das pk des Lösungsmittelgemisches auf etwa 2,2 oder darunter eingestellt wird, in das wäßrigorganische Lösungsmittelgemisch eingebracht werden, damit eine Abtrennung von Cellulosefasern mit hohen DP-Werten .erzielt werden kann.Oxalic, L-apple, succinic, o-phthalic, nicotinic or trifluoroacetic acid, used in a molar concentration between 0.025 and 0.05. Alternatively, one of the strong acids, buffered by blending a neutral salt of the acid so that the pk of the solvent mixture is adjusted to about 2.2 or below, can be introduced into the aqueous-organic solvent mixture to allow separation of cellulose fibers having high DP values. can be achieved.

Das von dem Lösungsmittelgemisch gelöste Lignin kann in nichtverunreinigtem Zustand gewonnen werden, indem man es aus der Mutterlauge durch Abdestilliereri der flüchtigen Komponente abtrennt. Dabei fällt es in zuckerfreiem Zustand in solcher Form an, daß es in den üblichen organischen Lösungsmitteln, wie Aceton, Äthanol, Dioxan, Pyridin, MSO, Methylcellusolve und Tetrahydrofuran, gelöst werden kann·The lignin dissolved from the solvent mixture can be recovered in an uncontaminated state by separating it from the mother liquor by distilling off the volatile component. It is obtained in a sugar-free state in such a form that it can be dissolved in the usual organic solvents, such as acetone, ethanol, dioxane, pyridine, MSO, methyl cellosolve and tetrahydrofuran.

Die gelösten Kohlenhydrate, die in monomerer Form vorliegen, können leicht von der verbliebenen Flüssigkeit abgetrennt werden und weiter, beispielsweise durch Fermentieren, Dehydratisieren, Reduktion, Hydrieren, usw., aufgearbeitet werden. Es wurde gefunden, daß die Verzuckerungs- wirkung des Lösungsmittelgemisches auf das Glucan einer Kinetik erster Ordnung folgt, d.h. etwa 5 bis 10 % Glucoseausbeute je Minute Koch zeit bei 200 0O ergibt.The dissolved carbohydrates, which are in monomeric form, can easily be separated from the remaining liquid and further worked up, for example, by fermentation, dehydration, reduction, hydrogenation, etc. It has been found that the saccharification follows effect of the solvent mixture on the glucan first-order kinetics, ie, about 5 to 10% glucose yield per minute cook time at 200 gives 0 O.

-Ausführun^sbei spiel-Execution example

Nachstehend wird die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert* _The invention will be explained in more detail below with reference to some embodiments.

207 586207 586

5·-*. 19795 x - *. 1979

iP C 13 K/ 207iP C 13 K / 207

' ' - 48 In der heiliegenden Zeichnung zeigen:'' - 48 In the healing drawing show:

Fig, 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die erkennen läßt, welche Produkte erhalten werden, wenn Lignocellulose verschieden lange behandelt wird,1 is a schematic representation of the method according to the invention which shows which products are obtained when lignocellulose is treated for a different period of time,

Fig. 2A, 2B, 2C: schematische Darstellungen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Produkten nach Fig. 1t 2A, 2B, 2C are schematic representations of an apparatus for carrying out the method according to the invention for obtaining products according to FIG. 1 t

In den folgenden Beispielen, die bestimmte Kochverfahren beschreiben, wird der Einfluß von Zeit und Temperatur auf die Produktgewinnung untersucht. Die gewählten bevorzugten Temperatur- und Zeitparameter, auf die die verschiedenen Verfahren entsprechend den gewünschten Produkten eingestellt werden, folgen allgemeinen Richtlinien für die Hydrolyse von Lignocellulosebestandteilen,. d.h.:In the following examples, which describe certain cooking processes, the influence of time and temperature on product recovery is examined. The selected preferred temperature and time parameters to which the various processes are adjusted according to the desired products follow general guidelines for the hydrolysis of lignocellulosic components. ie .:

ungefährer Endpunkt für eine Hemicelluloseextraktion: 3 bis 5 Minuten Kochen bei 165 bis 180 0O mit milder Säure oder einem Gemisch Säure/Salz;approximate endpoint for a Hemicelluloseextraktion: 3 to 5 minutes boiling at 165 180 0 O with a mild acid or a mixture of acid / salt;

Produkteί Ligninlösung, Pulpe mit niedrigem Lignihgehalt, Hemicellulosezucker;Productsί lignin solution, low lignin pulp, hemicellulose sugar;

ungefährer Endpunkt für die Gewinnung einer Pulpe hoher Qualitätsapproximate endpoint for the production of a high quality pulp

Kochzeit 5 Minuten mehr bei 200 0C mit milder SäureCooking time 5 minutes more at 200 0 C with mild acid

oder einem Gemisch Säure/Salz;or a mixture of acid / salt;

Produkte: Faserpülpe bester Qualität, Ligninlösung, Xylose- oder Mannosezucker, reduzierte Zucker;Products: best quality fiber pulp, lignin solution, xylose or mannose sugar, reduced sugar;

5i -4. 19795i -4. 1979

C 13 K/ 207 586C 13 K / 207 586

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ungefährer Endpunkt für mikrokristallinen Rückstand:approximate endpoint for microcrystalline residue:

Kochzeit 5 Minuten länger bei 200 0C mit starker Säure;Cooking time 5 minutes longer at 200 0 C with strong acid;

Produkte: Pulpe mit hohem Ligningehalt und niedrigem DP, Ligninlösung, reduzierte Zucker;Products: high lignin pulp and low DP pulp, lignin solution, reduced sugars;

ungefährer Bndpunkt für völlige Verzuckerung:approximate point for complete saccharification:

Kochzeit 4 bis 10 Minuten länger bei 200 0C mit starker Säure;Cooking time 4 to 10 minutes longer at 200 0 C with strong acid;

Produkte: fester Rückstand, Furfural oder Hydroxymethylfurfural, organische Säuren, Methanol.Products: solid residue, furfural or hydroxymethylfurfural, organic acids, methanol.

Es kann Bezug genommen werden auf Figur 1, die die fortschreitende Zerlegung von Lignocellulose und die Arten der Gewinnung von Produkten spezieller Verfahrensvarianten veranschaulicht.Reference may be made to Figure 1, which illustrates the progressive decomposition of lignocellulose and the modes of recovery of products of particular process variants.

Beispiel IExample I

In diesem Beispiel und der zugehörigen Tabelle IV wird das Auflösungsvermögen für die Bestandteile von Cellulose von angesäuerten wäßrig-organischen Lösungsmitteln verglichen. Insbesondere werden Äthanol/vVasser-Säure-Gemische und Aceton/Y/ass er/Säure-Gemische hinsichtlich ihrer Wirkungen auf je 100 g Schnitzel aus Espe oder Douglas-Tanne, verglichen. Je 100 g dieser Schnitzel wurden zusammen mit 1200 ml Kochflüssigkeit aus Wasser und organischem Lösungsmittel 50:50 in einen Versuchszellstoffkocher eingebracht, wobei zwei Ansätze mit acetonhaltigem Gemisch und die anderen beiden mit athanolhaltigem Gemisch imprägniert wurden. Alle Flüssigkeiten enthielten 0,07 Gew.-% HOl alsIn this example and the accompanying Table IV the dissolving power for the constituents of cellulose of acidified aqueous-organic solvents is compared. In particular, ethanol / water / acid mixtures and acetone / Y / acid / acid mixtures are compared with respect to their effects per 100 g of Espe or Douglas fir schnitzel. Each 100 g of these chips were introduced together with 1200 ml of cooking liquid from water and organic solvent 50:50 in a test pulp boiler, wherein two approaches were impregnated with acetone-containing mixture and the other two with ethanol-containing mixture. All liquids contained 0.07 wt.% HI as

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& 4. 1979& 4. 1979

AP C 13 K/ 207AP C 13 K / 207

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hydrolysierenden Katalysator. Die Säure war einer geeigneten Menge an Wasser zugesetzt worden, bevor das organische Lösungsmittel zugemischt wurde, und die Volumkontraktion beim Vermischen wurde mit wäßrigem Lösungsmittel 50;50 ausgeglichen, um die gewünschte Säurekonzentration einzustellen. Von dem Inhalt des Kochers wurden zu den angegebenen Zeiten Proben entnommen ohne daß dabei der Druck im Behälter gesenkt wurde, und diese Proben wurden analysiert ·hydrolyzing catalyst. The acid had been added to an appropriate amount of water before the organic solvent was mixed in, and the volume contraction on mixing was balanced with aqueous solvent 50:50 to adjust the desired acid concentration. Samples were taken from the contents of the digester at the indicated times without lowering the pressure in the container and these samples were analyzed.

Tabelletable

Temperaturtemperature ZeitTime Lösungssolution Espeaspen HolzartSpecies Douglas-TanneDouglas Fir Rest- lignin % Residual lignin % 0C 0 C min.minute mittelmedium Ausbeute an Pulpe % Yield of pulp % Ausbeute an Pulpe % Yield of pulp % 77 47,947.9 Rest- lignin %Residual lignin% 47,547.5 5,85 2,15.85 2.1 77 45.4 31,245.4 31.2 2,42.4 42,0 31,542.0 31.5 200200 10 2010 20 Äthanolethanol 28,628.6 1,8 0,51.8 0.5 26,826.8 2,132.13 3030 43,543.5 34,134.1 1,301.30 77 34,234.2 1,01.0 22,522.5 0,750.75 1010 15,115.1 0,350.35 12,312.3 -- 200200 1515 Acetonacetone 10,410.4 -- 6,56.5 . —, - 2020 3,73.7 -- 2,032.03 3030

Die Werte der Tabelle lassen das überlegene Lösungsvermögen des Gemisches aus Wasser, Aceton und HOl erkennen, da dieThe values in the table indicate the superior dissolving power of the mixture of water, acetone and H 2 O since the

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5; 4ί 1979 "AP G 13 K/ 207 5865; 4ί 1979 "AP G 13 K / 207 586

vollständige Verpülpung von Douglas-Tanne, einer schwer zu verarbeitenden Holzart, nur 20 Minuten erforderte. Wenn in der Kochflüssigkeit als organisches Lösungsmittel Äthanol verwendet wird, werden auch bei Verlängerung der Kochzeit auf 60 Minuten Ausbeuten an Pulpe von nicht weniger als 24 % erhalten. Die in der Tabelle angegebenen Kochzeiten schließen ein Anfangsintervall von 5 Minuten ein, während dessen die Imprägnierung und eine beschränkte Hydrolyse einsetzten, während der Kocher mit der Beschikkung in einem bei 200 0C gehaltenen Glycerinbad auf Verfahrenstemperatur erhitzt wurde.complete disharmony of Douglas fir, a hard-to-process wood species, required only 20 minutes. When ethanol is used as the organic solvent in the cooking liquor, yields of pulp of not less than 24 % are obtained even when the cooking time is extended to 60 minutes. The cooking times indicated in the Table include an initial interval of 5 minutes, during which the impregnation inserting and limited hydrolysis, while the cooker was heated with the Beschikkung in a room kept at 200 0 C glycerin bath at process temperature.

BeispielJEI Beispi elJEI

Der Einfluß der Säurekonzentration und der Angriff der Säure wurden bei konstanter Temperatur von 200 0C nur für Espenholz innerhalb eines beschränkten Bereiches der Verhältnisse V/asser zu Lösungsmittel verglichen« Alle HOl-Kochvorgänge wurden mit einem Lösungsmittelgemisch- aus Wasser und Aceton unter Verwendung eines Gewichtsverhältnisses Holz;Flüssigkeit von 1:10 durchgeführt % alle Oxal·- säurekochvorgänge wurden mit 0,5ni Säure und einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und Äthanol mit einem Verhältnis Holz: Flüssigkeit von 1s10 durchgeführt. Das Säure/Salz-Gemisch HC1/KC1 war 0,0692m KCl und 0,0108m HOl in einem Gemisch aus Äthanol und Wasser im Volumenverhältnis 60:4-0, und das Verhältnis Holz:Flüssigkeit betrug 1:8. Die angegebenen Pülpenausbeuten sind als Gewichts-% der Beschikkung zu verstehen. Zuckermengen und Lignin sind als Prozent der durch das angewandte Hydrolyseverfahren letztlich erzielten Ausbeute zu verstehen. Das ganze Holz enthMt ins-The influence of the acid concentration and the attack of the acid was on aspen wood within a limited range of ratios V / ater compared at a constant temperature of 200 0 C to solvent "All HOL cooking operations were performed with a Lösungsmittelgemisch- of water and acetone, using a weight ratio Wood, liquid carried out 1:10 % All oxalic acid cooking operations were carried out with 0.5N acid and a solvent mixture of water and ethanol with a ratio of wood to liquid of 1s10. The acid / salt mixture HC1 / KCl was 0.0692m KCl and 0.0108m H 2 O in a 60: 4-0 by volume mixture of ethanol and water, and the ratio of wood to liquid was 1: 8. The stated pulp yields are to be understood as weight% of the feed. Sugar quantities and lignin are to be understood as percent of the yield ultimately achieved by the hydrolysis process used. The whole wood contains

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% 4. 1979 % 4. 1979

AP C 13 K/ 207 586AP C 13 K / 207 586

gesamt 19 % abtrennbares Lignin, insgesamt 74 % abtrennbare Holocellulose, 56,3 % als Glucose gewinnbare Cellulose und 17,9 % abtrennbare Hemicellulose, die aus 1,9 % Mannose und 16,0 % Xylose bestand. Die angegebenen Werte zeigen, daß eine Erhöhung der Säurekonzentration von 0,01m auf 0,02m__bei Verwendung von HCl eine nur geringe oder gar keine Wirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante bei konstanter Reaktionstemperatur und etwas unterschiedlichen Verhältnissen organisches Lösungsmittel:Wasser hat. Bei einer Verdreifachung der Konzentration - von 0,02m auf 0,06m ergab sich jedoch eine beträchtliche Wirkung, und der Einfluß einer Erhöhung der Säurekonzentration ist bei den höheren Konzentrationen denjenigen einer Erhöhung der Temperatur auf die Hydrolysegeschwindigkeit vergleichbar»a total of 19 % separable lignin, a total of 74 % separable holocellulose, 56.3 % glucose-recoverable cellulose, and 17.9 % separable hemicellulose, which consisted of 1.9 % mannose and 16.0 % xylose. The values given show that an increase in the acid concentration of 0.01 m to 0.02 m __ when using HCl is little or no effect on the reaction rate constant at constant reaction temperature and slightly different ratios of organic solvent: water has. When the concentration was tripled - from 0.02 m to 0.06 m, however, a considerable effect resulted and the effect of an increase in the acid concentration at the higher concentrations is comparable to that of an increase in the temperature to the hydrolysis rate. »

Tabelletable

Zeit min.Time min. Verhältnis Wasser: organ.Lö- sungsmittelRatio of water: organ.solvent Ausgangsholz Espe:Starting wood aspen: 0,020.02 60,260.2 Lignin Glucose' Mannose XyloseLignin Glucose 'Mannose Xylose 19 % 56,3 % 1,97 % 16,0 % 19% 56.3 % 1.97% 16.0 % Glucoseglucose Mannosemannose Xylosexylose Hydroly- sege- scimndig- keitHydrolysis sensitivity O UiO Ui Temp.Temp. 22 50:5050:50 Säure & Ausbeute Konzentra- Pulpe, tion mAcid & Yield Concentrate pulp m 0,010.01 67,167.1 an Lignin % in Lö sung, % to lignin % in solution, % 1,2 .1,2. 1,31.3 14,914.9 0,110.11 ZZ 22 50:5050:50 HCl,HCl, 0,010.01 65,165.1 15,915.9 0,90.9 1,21.2 14,314.3 IMMIMM 22 40:6040:60 HCl,HCl, 0,020.02 60,260.2 10,510.5 1,21.2 1,31.3 11,111.1 - 200200 2.Second 40:6040:60 HCl,HCl, 0,060.06 59,659.6 11,511.5 1,41.4 1,31.3 14,414.4 0,110.11 22 40:6040:60 HCl,HCl, , 0,05, 0.05 59,459.4 14,114.1 1,11.1 1,41.4 11,411.4 0,190.19 II 77 50:50 { 50:50 { HCl,HCl, -0,05-0.05 .59,4.59,4 16,416.4 0,70.7 1,21.2 2,5*2.5 * - II 77 50:5050:50 3>O3tts 3> O3tt s 0,0250,025 58,158.1 17,717.7 1,61.6 1,61.6 10,1*10.1 * MWM*MWM * 200200 . 7 ., 7. .,.,50:59.,., 50:59 OXA,OXA, 17,717.7 - - -_-_ OXA,OXA, 14,214.2

50:5050:50

HCL/KC1HCL / KC1

65,6·65.6 ·

12,812.8

35 Zuckerwerte vor der sekundären Hydrolyse ; ' ·' . -35 sugar levels before secondary hydrolysis; '·'. -

25 Zuckerwerte nach der sekundären Hydrolyse für 60 Minuten mit 3 %ige:r HgSO^ bei 120 C. fÖ - Oxalsäure25 sugar values after the secondary hydrolysis for 60 minutes with 3%: r HgSO ^ at 120 C. fÖ - oxalic acid

VJlVJL

ο 4=·ο 4 = ·

VaJ _i, VDVaJ _i, VD

roro

VJlVJL

00 iσ» .00 iσ ».

5. 4. 19795. 4. 1979

AP C 13 K/ 207 586AP C 13 K / 207 586

Die mit einem gepufferten Gemisch aus starker Säure und Salz erhaltene überlegene Ausbeute an Pulpe und der hohe Wert an gelöstem Lignin maGhen die Gewinnung einer Faser hoher Festigkeit aus Pflanzenmaterialien aller Arten möglicht wie als nächstes gezeigt werden soll·The superior yield of pulp obtained with a buffered mixture of strong acid and salt and the high level of dissolved lignin maGhen make it possible to obtain a high strength fiber from plant materials of all kinds as shown next.

Die Reißlänge der Cellulosepülpe wird stark von der Restviskosität, d.h. dem Polymerisationsgrad der Cellulose nach der Isolierung der Faser beeinflußt. Starke Säuren sind seihst bei niedriger Konzentration nicht spezifisch in ihrer Hydrolysewirkung, insofern als sie alle glycosidisehen Verknüpfungen in der Lignocellulose, einschließlich derjenigen Verknüpfungen, die sich in den Gebieten hoher Ordnung finden, hydrolysieren, d.h. amorphe, mesomorphe und kristalline Cellulose hydrolysieren·The tenacity of the cellulose pulp is greatly affected by the residual viscosity, i. the degree of polymerization of the cellulose after the isolation of the fiber influenced. Strong acids are, at low concentration, not specific in their hydrolysis effect insofar as they hydrolyze, i.e., hydrolyze, all glycosidic linkages in the lignocellulose, including those linkages found in the high-order regions. amorphous, mesomorphic and crystalline cellulose hydrolyze ·

Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung einer weniger aggressiven katalytischen sauren Verbindung, insbesondere einer schwachen oiganischen Säure, nämlich einer Säure mit einer Dissoziationskonstante unter derjenigen der starken Säuren, nämlich Malein-, L-Apfel-, Oxal-, Bernstein-, o-Phthal-, Nicotin-, Salicyl- und Trifluoressigsäure, oder bei Verwendung einer starken Säure im Gemisch mit einem neutralen Puffersalz dieser Säure eine Entlignifizierungswirkung des wäßrig-organischen Lösungsmittelgemisches erzielt wird, die fast ebenso rasch erfolgt, wie es mit dem Gemisch aus starker Säure und Lösungsmittel möglich ist, jedoch eine Cellulosefaser mit beträchtlich verbessertem DP-Wert freisetzt.It has now been found that when using a less aggressive catalytic acidic compound, in particular a weak oganic acid, namely an acid having a dissociation constant below that of the strong acids, namely maleic, L-apple, oxalic, succinic, Phthalic, nicotinic, salicylic and trifluoroacetic acid, or when using a strong acid in admixture with a neutral buffer salt of this acid a Entlignifizierungswirkung of the aqueous-organic solvent mixture is achieved, which is almost as fast as it is with the mixture of strong acid and Solvent is possible, but releases a cellulose fiber with significantly improved DP value.

Ein sehr wesentlich höherer DP-Wert der Cellulosefaser kann unter Anwendung verkürzter EntlignifizierungszeitenA much higher DP value of the cellulose fiber can be achieved using shortened delignification times

5* 4-, 19795 * 4-, 1979

jfiP C 13 K/ 207 586jfiP C 13 K / 207 586

erzielt werden, wenn ein mit Oxalsäure katalysiertes wäßrigorganisches Lösungsraittelgemisch verwendet wird, Bs wurden KP-Werte der freigesetzten Faser nahe denjenigen von praktisch nicht-abgebauter naturfaser festgestellt.when an oxalic acid catalyzed aqueous-organic solvent mixture is used, Bs were found to be KP values of the released fiber close to those of virtually undegraded natural fiber.

BeispiellllBeispiellll I II Ι— « «II ..i .a \ I II Ι- «« II ..i .a \

Eine Anzahl von Ansätzen aus zerkleinertem, ofengetrocknetem Espen- und Fichtenholz von je 5 g wurden in einem Hochdruckkocher aus rostfreiem Stahl mit je 60 ml eines Ge*- misches von Wasser und Äthanol 40:60 gekocht. Jeder Beschickung wurden bestimmte Mengen an HOl, Oxalsäure oder gepuffertem HC1/KC1 zugesetzt. Das Säure/Salz-Gemisch enthielt 0$0692m KCl und 0,0108m HCl in dem Äthanol/ Wasser-Gemisch 60:40, bezogen auf das Volumen, so daß das ImprägnierungsgemisDh. ein pH von 2,2 hatte. Ausbeuten und DP-Werte der verbleibenden Cellulose sind in Tabelle VI zusammengestellt. Der Polymerisationsgrad wurde nach dem Verfahren der Verwendung eines Eisen/Weinsäure/ Natrium-Komplexes bestimmt. Das Verhältnis HolzsPlüssigkeit betrug bei Verwendung, von Espenholz 1:12. und bei Verwendung von Fichtenholz 1:8, ausgenommen des Kochens von Fichtenholz mit HCl, bei dem ein Verhältnis Holz:Flüssigkeit von 1:10 angewandt wurde.A number of 5 g crushed, oven dried aspen and spruce wood jars were cooked in a high pressure stainless steel kettle with 60 ml each of a mixture of water and ethanol 40:60. To each feed was added specific amounts of HIO, oxalic acid or buffered HC1 / KCl. The acid / salt mixture contained 0 $ 0692m KCl and 0.0108m HCl in the 60:40 ethanol / water mixture by volume to give the impregnation mixture. had a pH of 2.2. Yields and DP values of the remaining cellulose are summarized in Table VI. The degree of polymerization was determined by the method of using an iron / tartaric acid / sodium complex. The ratio of wood pulp used in aspen wood was 1:12. and when using spruce wood 1: 8, except for sprinkling with spruce with HCl using a 1:10 wood to liquid ratio.

207 586207 586

5#4. 19795 # 4. 1979

AP 0 13 E/ 207 586AP 0 13 E / 207 586

Temp CTemp C

T a b eT a b e 11 11 e VIe VI ZeitTime Säure undAcid and minmin Konzentration molarConcentration molar Espeaspen

Holzartenwood species

PichteFichte

Aus- Rest- Aus- Rest beute lignin DP beute ligan an ninFrom left to right prey lignin DP prey ligan to nin

Pulpe % Pulp %

Pulpe % Pulp %

Ausgangsholz ίStarting wood ί 55 HOl, 0,02HOl, 0.02 77.361 77.36 1 0,670.67 11401140 77,5077,50 1.31.3 12201220 -- 55 0ΧΑ.3ί,0,Ο50ΧΑ.3ί, 0, Ο5 46,946.9 1,01.0 120120 47,8.47.8. 5,245.24 187187 440440 1010 OXA., 0,05OXA., 0.05 53,253.2 4,94.9 980980 50,950.9 6,426.42 640640 200200 2^ 2 ^ OXA., 0,05OXA., 0.05 51,251.2 3,53.5 700700 InaIna MaMa - - 55 OXA.,0,025OXA., 0.025 -- -- -- 49,249.2 4,54.5 630630 1010 OXA.,0,025OXA., 0.025 59,459.4 5,85.8 11251125 -- «.". 200 .200. 1515 OXA,0,025OXA, 0.025 52,952.9 4,04.0 10251025 6767 15,615.6 987987 33 HOl/KClHOl / KCl 51,951.9 2,312.31 870870 6565 14,3'14.3 ' 675675 77 HOlAOlHOlAOl 65,665.6 6,26.2 465465 -.-. -- 200200 56,8 .56.8. 4,8 4.8 450450 50,950.9 6,096.09

OXA = OxalsäureOXA = oxalic acid

= Werte für Chlorit-holocellulose= Values for chlorite-holocellulose

Diese Werte zeigen die außerordentliche Verbesserung der Festigkeit von Pflanzenfasern jeder Art gegenüber denjenigen, die bisher durch chemische oder Bakterien/Fungus-Wirkung erhalten wurden. Die Festigkeit von Papierbahnen, Laminaten, Filtern, Garnen, Seilen und Tauwerk aus allen faserhaltigen Pflanzen, kann offensichtlich durch die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur FreisetzungThese values show the extraordinary improvement in the strength of plant fibers of all kinds over those previously obtained by chemical or bacterial / fungus action. The strength of paper webs, laminates, filters, yarns, ropes and ropes from all fibrous plants can obviously be demonstrated by the application of the method according to the invention for release

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5ο 4. 19795o 4, 1979

AP 0 13 K/ 20? 586AP 0 13 K / 20? 586

- 57 - .- 57 -.

solcher Fasern sehr wesentlich verbessert -werden.Such fibers are very much improved.

Die halbmechanischen oder halbchemischen Pulpen stellen einen Kompromiß zwischen den hohen Ausbeuten mechanischer Pulpen, beispielsvjeise Holzschliff, und den sehr festen chemischen Pulpen dar, insofern als eine bessere Pulpe mit weniger beschädigten Fasern erhalten werden kann, wenn ein Teil des die Fasern verbindenden Materials, nämlich des Lignins und der Hemicellulosen, entfernt und das Fasernetswerk durch chemische Einwirkung so weit erweicht wird, daß nur geringe Reißkräfte erforderlich sind, um die Fasergruppen zu lockern.The semi-mechanical or semi-chemical pulps represent a compromise between the high yields of mechanical pulps, for example groundwood pulp, and the very strong chemical pulps, in that a better pulp with less damaged fibers can be obtained if a part of the material combining the fibers, namely the pulp Lignins and hemicelluloses, removed and the Faseretswerk is so far softened by chemical action that only low tensile forces are required to loosen the fiber groups.

Eine derart verbesserte Pulpe wird in geringerer Ausbeute, jedoch mit höherer Blattfestigkeit und in viel kürzerer Zeit, als sie erforderlich ist, um eine Pulpe allein durch chemische Einwirkung herzustellen,, erhalten» Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann leicht für die Herstellung von Bahnen sehr hoher Festigkeit mit geringen Kosten und in kurzer Zeit durchgeführt werden, wobei das Kochen entweder in einzelnen Ansätzen oder kontinuierlich oder entweder in nur einer Stufe oder in zwei.Stufen unter Verwendung eines Lösungsmittelgemisches aus entweder Wasser und Äthanol und Wasser und Aceton und einer schwachen Säure oder einer gepufferten starken Säure als Katalysator durchgeführt werden kann·Such improved pulp is obtained in lower yield, but with higher sheet strength and in much less time than is required to make pulp by chemical action alone. The process of the present invention can be easily used for the production of very high webs Strength can be carried out at low cost and in a short time, the cooking either in individual batches or continuously or either in one stage or in two stages using a solvent mixture of either water and ethanol and water and acetone and a weak acid or a buffered strong acid can be carried out as a catalyst

Die Entlignifizierung und Hydrolyse von beispielsweise·zerkleinertem Holz, Stroh, Zuckerrohr oder Bagasse kann bei einer Zellstoffkochertemperatur von etwa 180 0C gewöhnlich in einer Zeit von nur 3 bis 5 Minuten erfolgen. Zu diesemThe delignification and hydrolysis of, for example, comminuted wood, straw, sugar cane or bagasse can usually take place at a pulp temperature of about 180 ° C. in a time of only 3 to 5 minutes. To this

: - 58 - : - 58 -

207 586207 586

% 4ο 1979 % 4o 1979

AP 0 13 K/ 207 586AP 0 13 K / 207 586

· - 58 - · - 58 -

Zeitpunkt ist der Lignocelluloserest zwar erweicht, behält aber noch seine anfängliche Strukturform, wenn das Material in einer Flüssigkeit verrührt wird, und kann trotzdem leicht zu einer Faserdispersion, d.h. einer Pulpe, verarbeitet werden, indem man ihn durch einen oder mehrere Hochdruckschleifer, in denen er hohen Flüssigkeitsscherkräften unterworfen wird, führt, so daß eine, thermomechanische Pulpe gebildet wird. Es können Ligningehalte von 5 bis 6 % erzielt werden, und es wird eine Pulpe mit außerordentlich hoher Festigkeit erhalten.Although the lignocellulose residue is softened, it still retains its initial structural form when the material is stirred in a liquid and yet can easily be made into a fiber dispersion, ie pulp, by one or more high-pressure grinders in which it high liquid shear forces results, so that a, thermo-mechanical pulp is formed. Lignin contents of 5 to 6 % can be achieved and a pulp of exceptionally high strength is obtained.

Die Kochflüssigkeit oder die Kochflüssigkeiten können in der im folgenden beschriebenen Weise weiter verarbeitet werden, um organisches Lösungsmittel und ädere gelöste Materialien zu gewinnen.The cooking liquor or cooking liquors may be further processed in the manner described below to recover organic solvent and other dissolved materials.

Für die Auflösung von Pulpe für die Herstellung regenerierter Cellulose beispielsweise wird ein DP-Wert für gebleichte Pulpe von über 800 und ein Mindestgehalt an c&~Cellulose "von 85 % oder darüber gefordert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diesen Anforderungen genügt, wie im folgenden näher beschrieben.For instance, pulp pulping for the production of regenerated cellulose requires a bleached pulp DP value above 800 and a minimum c &quot; cellulose " content of 85 % or higher described.

Beispiel example TVTV

Eine Anzahl von Ansätzen aus luftgetrockneten Flocken von Espen-Fichten- und Birkenholz von je 20 g mit Flockenabmessungen von etwa 2 cm χ 6 cm χ 0,8 mm - 1,5 mm» Zuckerrohrfasern von 3 mm χ 3 mm χ 10 cm und Weizenstroh von 10 cm Länge, ebenfalls 20 g, wurde durchgeführt. Jede Beschickung wurde mit so viel Lösungsmittelgemisch, daß das Gewichtsverhältnis von Beschickung zu Lösungsmittel-A number of sets of air-dried flakes of aspen, spruce and birch wood of 20 g each with flake dimensions of approximately 2 cm χ 6 cm χ 0,8 mm - 1,5 mm »Sugar cane fibers of 3 mm χ 3 mm χ 10 cm and wheat straw of 10 cm length, also 20 g, was performed. Each feed was mixed with solvent mixture such that the weight ratio of feed to solvent

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7 5867 586

5v 4. 19795/4, 1979

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gemisch 1:10 betrug, in einen Bombenkocher aus rostfreiem Stahl eingebracht. Das lösungsmittelgemisch bestand aus 60 -Teilen Äthanol und 40 Teilen Wasser und enthielt so viel Oxalsäure, daß ihre Konzentration 0,05m war. Die Temperatur des Kochers wurde innerhalb etwa 7 Minuten auf 200 0G gebracht, und das Kochen erfolgte bei dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit. Die erhaltenen Pulpen wurden auf Ausbeute, Restlignin, DP und ς£-Cellulose analysiert. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle VII zusammengestellt.1:10 mixture was placed in a stainless steel bomb cooker. The solvent mixture consisted of 60 parts of ethanol and 40 parts of water and contained so much oxalic acid that its concentration was 0.05m. The temperature of the digester was brought to 200 0 G in about 7 minutes, and the cooking was carried out at this temperature for a certain time. The resulting pulps were analyzed for yield, residual lignin, DP and ε l cellulose. The values obtained are summarized in Table VII.

T aT a bell«bell " 5 VII5 VII 85,485.4 DP TAPPI-Vis- kosität ·DP TAPPI Viscosity · Speziesspecies Kochzeit min.Cooking time min. Ausbeute an Pulpe % Yield of pulp % 85.885.8 970970 Espeaspen 1.51.5 5151 Rest- <*.~Cellu-. lignin lose % % Remainder <*. ~ Cellu-. lignin-free%% 86,086.0 950950 PichteFichte 2020 5757 9,1 ·9.1 · 88,088.0 11001100 Birkebirch 1515 5454 95k95k 89,089.0 13001300 Zuckerrohr rindeSugarcane bark 1515 5353 25 3?25 3? 12801280 WoizenstrohWoizenstroh 1515 5454 33s33s 37s37s

s - Kappa-Zahls - kappa number

Die obigen Werte zeigen, daß alle in dieser Weise erhaltenen Pulpen einen qC-Cellulosegehalt von über 85 % hatten. Alle diese Pulpen sprachen außerordentlich gut auf eine dreistufige Bleichungsfolge aus Chlorieren, Extraktion-Hypochlorit an, wonach der Weißgrad demjenigen gebleichter Pulpen, d.h. 88 %, durchaus vergleichbar war. DieThe above values show that all pulps obtained in this way had a qC-cellulose content of over 85 % . All of these pulps responded extremely well to a three-stage bleaching sequence of chlorination, extraction-hypochlorite, after which the whiteness was quite comparable to that of bleached pulp, ie 88%. The

207 586207 586

5. 4· 19795. 4 · 1979

O 13 K/ 207O 13 K / 207

- 60 ~- 60 ~

oC -Cellulosegehalte lagen in dem Bereich von 95 bis 99 %. Beispiel V oC-cellulose levels ranged from 95 to 99%. Example V

Die Entfernung des größeren Teils des Lignins von Lignocellulose, wie Stroh, Gräsern, Zuckerrohrrückständen und verschiedenen Hart- und Weichhölzern, ist auch schon dafür genutzt worden, die Verdaulichkeit solcher Materialisn durch Wiederkäuer zu verbessern. Die Kosten der Entlignifizierung waren jedoch bisher so hoch, daß ein solches Material nicht mit dem ühlichen Viehfutter konkurrieren konnte. Außerdem wird bei manchen bekannten Verfahren der Entlignifizierung das Restlignin so verändert, daß der Lignocelluloseruckstand für Kinder giftig iste The removal of the major part of lignocellulose lignin, such as straw, grasses, sugar cane residues and various hardwoods and softwoods, has also been used to improve the digestibility of such material by ruminants. However, the cost of the delignification was so high that such a material could not compete with the conventional cattle feed. In addition, in some known methods of delignification, the residual lignin is altered so that the lignocellulosic residue is toxic to children e

Durch die vorliegende Erfindung werden die Kosten der Entlignifizierung weitgehend gesenkt, und man erhält in kurzer Kochzeit einen Eestligningehalt unter 5 %. Eine Anzahl von Versuchen wurden mit je 100 g luftgetrockneter Espe, Douglas-Tanne, Fichte, Bagasse und Weizenstroh durchgeführt. Jede Beschickung, wurde zusammen mit einem Lösungsmittelgemisch aus Aceton und Wasser im Verhältnis 60:40, das 0,02m an Salzsäure war, in einen Zellstoffkocher aus rostfreiem Stahl eingebracht. Die Kochtemperatur betrug nach einer Aufheizzeit von 6 bis 7 Minuten 195 0Ci und es wurden verschiedene Kochzeiten angewandt. Ausbeuten, Eeatligningehalte und Verdaulichkeiten sind in Tabelle VIII zusammengestellt.By the present invention, the cost of Entlignifizierung be largely reduced, and obtained in a short cooking time Eestlignin content below 5%. A number of experiments were carried out with 100 g each of air-dried aspen, Douglas fir, spruce, bagasse and wheat straw. Each feed, together with a 60:40 acetone / water mixed solvent, which was 0.02 M hydrochloric acid, was placed in a stainless steel pulp digester. The cooking temperature was 195 0 Ci after a heating time of 6 to 7 minutes and different cooking times were used. Yields, Eatligningehalte and digestibilities are summarized in Table VIII.

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C 13 K/ 207 586C 13 K / 207 586

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Tabelle VIIITable VIII

Speziesspecies Kochzeit min·Cooking time min · Ausbeute %Yield% Rest- lignin % Residual lignin % Verdaulichkeit des trockenen Materials, % Digestibility of the dry material, % Espeaspen 77 4040 0,390.39 91,391.3 88th 3636 0,140.14 92,592.5 Douglas-Douglas 77 4040 3,433.43 75,475.4 Tannefir 88th 3030 2,732.73 84,884.8 PichteFichte 77 4545 5,005.00 74.074.0 88th 3737 3,6 .3.6. 74,474.4 Bagassebagasse 55 6464 5,75.7 56,456.4 77 5050 3.53.5 67,167.1 Weisenstrohas straw 77 6464 3,63.6 78,678.6 1515 2,82.8 89,189.1

Die angegebene Verdaulichkeit wurde in vitro nach dem Ver fahren von R.W. Mellengerger et al, ,1970» J. Anim. Sei. 3 1005-1011, ermittelt. Jede Pulpe vjurde auf eine Teilchengröße von 0,8 mm (to pass 20 mesh screen) vermählen« und das Pulver wurde mit Pansenflüssigkeit von geschlachteten Rindern inkubiert*The stated digestibility was determined in vitro by the method of R.W. Mellengerger et al., 1970 »J. Anim. Be. 3 1005-1011, determined. Each pulp was ground to a particle size of 0.8 mm (to pass 20 mesh screen) and the powder was incubated with rumen fluid from slaughtered cattle.

Die obigen Werte zeigen, daß es nach dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich ist, ein.ausgezeichnetes Rinderfutter aus bisher nur schlecht oder überhaupt nicht hierfür verwendbarem Pflanzenmaterial herzustellen» Durch die Gewinnung von Nebenprodukten aus der Kochflüssigkeit, wie Lignin, Zuckern, und rückgeführtem Lösungsmittel werdenThe above values show that it is possible by the process according to the invention to produce an excellent cattle feed from heretofore poorly or not at all suitable vegetable material. By recovering by-products from the cooking liquid such as lignin, sugars and recycled solvent

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die Kosten der Durchführung des Verfahrens und der dafür erforderlichen Anlage gesenkt. Die verwendete Vorrichtung kann ein Einstufenkocher sein, wobei für die Imprägnierung mit dem Lösungsmittelgemisch bei Raumtemperatur ein offener Trog verwendet wird. Die Anlage besteht aus einer unter Druck arbeitenden Beschickungsvorrichtung für die Holzteilchen, einem Gatter, das einem Druck von 35 bar standzuhalten vermag, einem Heizsystem, einem Hochdruckheiz- und Injektionssystem für Flüssigkeit, Rückführungsleitungen, einer Kühl- und Waschvorrichtung am Boden, einer Zentrifuge mit Spüleinrichtung, einem einfachen Entspannungsverdampfer zur Rückgewinnung von Lösungsmittel, einem Mischer für die Beschickung und einer Pelletisiervorrichtung für die Pulpe.reduced the cost of carrying out the process and the required equipment. The apparatus used may be a one-pass kettle using an open trough at room temperature for impregnation with the solvent mixture. The plant consists of a pressurized wood particle feeder, a gate capable of withstanding a pressure of 35 bar, a heating system, a high pressure heating and injection system for liquid, return lines, a bottom cooling and washing device, a purging centrifuge , a simple flash evaporator for solvent recovery, a feed mixer and a pelletizer for the pulp.

Beispiel VIExample VI

Einige organische Säuren, die im Gemisch mit wäßrig-organischen Lösungsmittelgemischen die Fasertrennung begünstigen, haben besondere Vorteile, wenn es Ziel der Hydrolyse ist, Hemicellulose und Lignin aufzulösen, jedoch einen hohen DP der Faser zu erhalten, indem sie sich bei der Kochtemperatur allmählich zersetzen, wodurch ihre Wirkung auf das Glucan beschränkt wird. Beispielsweise zersetzt sich bei den höheren Kochtemperaturen Oxalsäure zu CO2 und HpO und Salicylsäure zu Phenol und COp, so daß die anfangs rasch erfolgende Hydrolyse mit dem 0,05m Katalysator zu Beginn des Kochens eine frühzeitige Freisetzung der Faser durch das so katalysierte Lösungsmittelgemisch ermöglicht, während die Hydrolysewirkung, wenn die Cellulose freigelegt ist, milder wird.Some organic acids, which promote fiber separation in admixture with aqueous-organic solvent mixtures, have particular advantages when it is the aim of the hydrolysis to dissolve hemicellulose and lignin, but to obtain a high DP of the fiber by gradually decomposing at the cooking temperature, whereby their effect on the glucan is limited. For example, at the higher cooking temperatures, oxalic acid decomposes to CO 2 and HpO and salicylic acid to phenol and COp, so that the initial rapid hydrolysis with the 0.05M catalyst at the start of cooking allows early release of the fiber through the solvent mixture so catalyzed the hydrolysis effect when the cellulose is exposed becomes milder.

5o.4. 19795o.4. 1979

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Eine Versuchsreihe ohne Lignocellulose mit Oxalsäure als Katalysator in einem Äthanol/V/asser-Gemisch 60:40 und einer Säurekonzentration von 0,05m wurde durch Kochen bei 200 C durchgeführt· Das pH wurde von Zeit zu Zeit über eine. Periode von 30 Minuten gemessen, und Proben wurden entnommen, um die Flüssigkeit zu titrieren und die Restsäure zu messene Eine weitere Versuchsreihe wurde durchgeführt, wobei eine Flüssigkeit, die kein organisches Lösungsmittel enthielt, verwendet wurde, und in einer weiteren Versuchsreihe ?;urden gleiche Teile Aceton und Wasser verwendet. Die in Tabelle IX zusammengestellten Werte zeigen eine fortschreitende und rasche Abnahme der Azidität des Lösungsmittelgemisches mit der Zeit, wobei diese Senkung bei Äthanol/Wasser am größten und mit Wasser allein am geringsten ist. . -.·.·A test series without lignocellulose with oxalic acid as catalyst in an ethanol / Vaser mixture 60:40 and an acid concentration of 0.05 m was carried out by boiling at 200 ° C. The pH was from time to time over a. Period of 30 minutes, and samples were taken to titrate the liquid and to measure the residual acid. Another series of experiments was conducted using one liquid containing no organic solvent and, in another series of experiments, equal parts Acetone and water used. The values summarized in Table IX show a progressive and rapid decrease in the acidity of the solvent mixture over time, with this reduction being greatest for ethanol / water and lowest for water alone. , -. ·.

Tabelle IXTable IX

Kochcook H2OH 2 O + OXAkk+ OXAkk LösungsmittelgemischeSolvent mixtures 0 + OXA.35K0 + OXA.35K Aceton/HgOAcetone / HgO + OXAkh+ OXAkh zeit min*time min * pHpH Oj05 Rest naOHs OXAk- ml %Oj05 balance NaOHs OXAccml% Äthanol/HpEthanol / Hp Rest Ö2A3EK % Remainder Ö2A3EK % pH 0,05 NaOH mlpH 0.05 NaOH ml Rest OXÄ.BKRest OXA.BK pH 0905 s · NaOH mlpH 0 9 05 s · NaOH ml

O 1,71 50,5 100. 2,02 51.15 100. 1,90 51,3 100,O 1.71 50.5 100. 2.02 51.15 100. 1.90 51.3 100,

7 2,10 32,9 65,2 2,45 19,0 36,9 2,30 25,3 49,47 2.10 32.9 65.2 2.45 19.0 36.9 2.30 25.3 49.4

10 2,20 25,8 57,0 2,91 11,0 24,4 2,91 19,4 37,810 2.20 25.8 57.0 2.91 11.0 24.4 2.91 19.4 37.8

36,5 3,26 10,4 20,5 2,95 189O 35,136.5 3.26 10.4 20.5 2.95 18 9 O 35.1

33.4 3,37 9,0 17,5 3,10 16,8 32,733.4 3.37 9.0 17.5 3.10 16.8 32.7

33.9 3,41 8,7 16,9 3.11 16,2 31,633.9 3.41 8.7 16.9 3.11 16.2 31.6

33,8 3,45 8,0 15,5 3,13 15,4 32,033.8 3.45 8.0 15.5 3.13 15.4 32.0

1515 2,882.88 1818 ,22 2020 3.053:05 1616 ,9, 9 2525 3.043:04 1717 ,0, 0 3030 3,043.04 1717 ,1,1

s verbraucht durch 25 ml-Probe sss = Oxalsäure s consumed by 25 ml sample sss = oxalic acid

Kochflüsßigkeit - 64 -Cooking fluid - 64 -

207 586207 586

; 4. 19795 · ; 4. 1979

AP C 13 K/ 207 586AP C 13 K / 207 586

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Die praktische Anwendbarkeit dieses Phänomens wurde durch eine Versuchsreihe, bei der Espen-, Fichten- und Birkenholz· flocken bei 200 0C in einem Lösungsmittelgemisch Äthanol/ Wasser 60:40, angesäuert durch Zugabe von Oxalsäure auf eine Säurekonzentration von 0,05m gekocht wurde, studiert. In Tabelle X sind die Ausbeuten an Pulpe, Restlignin und HP der Faser zusammengestellt·The practical applicability of this phenomenon was flakes by a series of experiments in which aspen, spruce and birch wood · at 200 0 C in a solvent mixture of ethanol / water 60:40, acidified by adding oxalic acid was cooked to an acid concentration of 0.05 M, educated. Table X summarizes yields of pulp, residual lignin and HP of the fiber.

Kochzeit min·Cooking time min · T a b e 1 1 T abe 1 1 e Xe X EP TAPPI- Visko- sitätEP TAPPI Viscosity Anfangs- konzentra· tion Oxal' säureInitial concentration of oxalic acid Speziesspecies 88th Ausbeute an PulpeYield of pulp Restlignin Kappa-Zahl/ % Residual lignin kappa number / % 12501250 0,.025m0, .025m 1010 62,362.3 58/7,54 .58 / 7.54. 12001200 0,025m.0.025M. Espeaspen 1515 59,6359.63 52/6,8552 / 6.85 11801180 0,025m0.025M 1010 5151 39/5,1939 / 5.19 987987 0,05m0.05m 1515 6767 120/15,6120 / 15.6 -- 0,05m0.05m 2020 6565 110/14,3110 / 14.3 950950 0,05m0.05m FichteSpruce 3030 57,357.3 95/12,395 / 12.3 - 0,05m0.05m 1010 5656 97/12,697 / 12.6 13601360 0,05m0.05m 1515 63,263.2 35/4,5535 / 4.55 13201320 0,05m0.05m Birkebirch 2020 60,860.8 25/3,2525 / 3.25 11701170 0,05m0.05m 5757 27/3,5127 / 3.51

5; Λ; 19795; Λ; 1979

AP C 13 K/ 207 586AP C 13 K / 207 586

~ 65 -~ 65 -

Die Geschwindigkeit des Verlustes "an Holzsubstanz beträgt etwa 2,5 % je 5 Minuten Kochzeitverlängerung nach einer anfänglichen Aufheizzeit von etwa 7 Minuten. Die Freisetzung der Faser erfolgt bei Espe, in einer Kochzeit von 7»5 Minuten und bei Fichte in einer Kochzeit von 8,5 bis 9 Minuten· Die geringen Kochverluste lassen erkennen, daß die Zersetzung der Säure die Beibehaltung hoher DP-Werte der Faser begünstigt. . r The rate of loss of woody substance is about 2.5 % for every 5 minutes cooking time extension after an initial heat up time of about 7 minutes The fiber is released in aspen, in a cooking time of 7 to 5 minutes and in spruce in a cooking time of 8 blank, 5 to 9 minutes · the low cooking losses seen that the decomposition of the acid promotes the retention of high DP-values of the fiber.. r

Wenn der Zellstoffkocher ein Behälter ist, bei dem Einlaß- und Auslaßöffnungen in großem Abstand voneinander an entgegengesetzten Enden des Behälters angeordnet sind und der mit Mitteln zur Bewegung der Lignocellulose und des Lösungsaiittelgemisches ausgestattet ist, kann die Relativbewegung zwischen strömender Flüssigkeit und fortschreitender Lignocellulose so gewählt werden, daß Ausbeute und Gewinnung der Produkte sowie die Faserqualität optimal werden. Die Entscheidung, ob Flüssigkeit und Feststoffe parallel zueinander oder im Gegenstrom geführt werden, hängt davon ab, welches Ziel durch das Kochen erreicht werden soll. Allgemein ist die Entlignifizierungswirkung des Kochens am größten , wenn zu Beginn des Kochens die höchste Säurekonzentration vorliegt. Durch Parallelführung von Lösungsmittelgemisch und Lignocellulose ist das Hydrolysierungsvermögen am größten* Wenn jedoch temperaturempfindliche Hemicellulosezucker in höchstmöglicher Reinheit gewonnen werden sollen, muß die Verweilzeit der Flüssigkeit so kurz wie möglich sein, um eine säurekatalysierte thermische Umwandlung von Xylose und.Mannose zu vermeiden, so daß in diesem Fall die Gegenstromführung zu bevorzugen ist. Wenn dem Lösungsmittelgemisch temperaturempfindliche organische Katalysatoren, wie Oxalsäure undIf the digester is a container, are arranged at the inlet and outlet ports at a large distance from each other at opposite ends of the B e hälters and which is provided with means for movement of the lignocellulose and Lösungsaiittelgemisches, the relative movement between the flowing liquid and progressive lignocellulose so can be chosen that the yield and recovery of the products and the fiber quality are optimal. The decision as to whether liquid and solids are run in parallel or in countercurrent depends on which target is to be achieved by cooking. In general, the entlignification effect of cooking is greatest when the highest acid concentration is present at the beginning of cooking. However, if it is desired to obtain temperature-sensitive hemicellulose sugars in the highest possible purity, the residence time of the liquid must be as short as possible in order to avoid acid-catalyzed thermal conversion of xylose and mannose, so that In this case, the countercurrent flow is preferable. If the solvent mixture temperature-sensitive organic catalysts such as oxalic acid and

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-2-07.586-2-07.586

4.. 1979 5 · 4 .. 1979

AP C 13 K/ 207 586 cAP C 13 K / 207 586 c

- 66 -- 66 -

Salicylsäure, zugemischt werden,"muß die Gegenstromführung angewandt werden, um eine vorzeitige Verschlechterung des Hydrolysierungsvermögens des Lösungsmittelgemisches zu vermeiden. Dies wird bei Anwendung einer Anlage gemäß Fig. 2A, B und C, die die Gewinnung des gesamten Bereiches von Produkten, die aus Lignocellulose gewonnen werden können, wie durch Fig. 1 veranschaulicht, betriebe η werden kann, berücksichtigt.Salicylic acid, "the countercurrent flow must be used to avoid premature deterioration of the hydrolyzability of the solvent mixture, using a plant as shown in Figures 2A, B and C, to recover the entire range of products made from lignocellulose can be obtained, as illustrated by Fig. 1, η operations can be considered.

Gemäß Figuren 2A, 2B und 20 werden Lignocelluloseschnitzel kontinuierlich vom Förderband 1 als Beschickung auf eine Schnecke 2 geworfen und durch diese mit bestimmter Geschwindigkeit einer Hochdruckschnecke 3 einer Vorimprägnierungsvorrichtung 5 zugeführt. Die Schnitzel, die am Ende der Schnecke 3 ankommen, werden mit einem Lösungsmittelgemisch, das von der Druckpumpe P zugepumpt und durch Einlaß 4 am Eintrittsende dieser Vorrichtung zugeführt wird, auf eine Temperatur über 100 0C und vorzugsweise 150 0C vorgewärmt, um die Imprägnierung einzuleiten.According to FIGS. 2A, 2B and 20, lignocellulosic chips are continuously thrown from the conveyor belt 1 as feed to a screw 2 and are fed through them at a specific speed to a high-pressure screw 3 of a pre-impregnation device 5. The chips that arrive at the end of the screw 3 are preheated with a solvent mixture which is pumped by the pressure pump P and supplied through inlet 4 at the inlet end of this device to a temperature above 100 0 C and preferably from 150 0 C to the impregnation initiate.

Die "ibenetzten Schnitzel werden über den Hochdruckschnekkenförderer 6 in den ersten Behälter 9 eines Zwei stufenkochea?s 100 eingeführt. Im Behälter 9 werden die Schnitzel mit einer ersten, vorgeheizten Kochflüssigkeit, die durch Leitung 7 und Vorratstank 8 sowie die Heizvorrichtung 7A zugeführt wird, vermischt und vorbehandelt. Diese· Flüssigkeit ist so zusammengesetzt, daß sie Lignin zu lösen und Hemicellulose teilweise zu hydrolysieren vermag und kann aus 70 bis 30 Teilen Aceton und 30 bis 70 Teilen Wasser, vorzugsweise etwa 50 Teilen Lösungsmittel und 50 Teilen Wasser, bestehen. Alternativ kann die Flüssigkeit aus Äthanol und Wasser im gleichen Verhältnis bestehenThe sliced chips are introduced via the high-pressure screw conveyor 6 into the first container 9 of a two-stage cooker 100. In the container 9, the slices are mixed with a first, preheated cooking liquid supplied through line 7 and storage tank 8 and the heating device 7A This liquid is formulated to dissolve lignin and to partially hydrolyze hemicellulose, and may consist of 70 to 30 parts acetone and 30 to 70 parts water, preferably about 50 parts solvent and 50 parts water the liquid consists of ethanol and water in the same ratio

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5. 4. 19795. 4. 1979

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und enthält eine solche Menge an katalysierender saurer bindung, die Oxalsäure sein kann, daß sie in einer Konzentration von 0,025m bis 0,05m in dem Lösungsmittelgemisch anwesend ist und das Gemisch ein pH in dem Bereich von 3*5 bis etwa 1,7» vorzugsweise etwa 2,2 hat. Das Verhältnis Holz:Flüssigkeit -wird in der Imprägnierungszone zwischen 1:4 und 1:151 vorzugsweise bei etwa 1:10, gehalten· Die Temperatur der in den Behälter 9 eintretenden Flüssigkeit beträgt 180 0C oder darüber, sojdaß die Temperatur der Flocken oder Schnitzel rasch erhöht und die Auflösung von Lignin und Hemicellulose eingeleitet wird.and containing such an amount of acid catalyzing acid bond which may be oxalic acid present in the solvent mixture at a concentration of from 0.025m to 0.05m and the mixture has a pH in the range of from 3 * 5 to about 1.7 ». preferably about 2.2. The ratio of wood: -is liquid in the impregnation zone of between 1: 4 and 1: 151 preferably about 1:10 held · The temperature of air entering the container 9 liquid is 180 0 C or above, the temperature of the sojdaß flakes or shavings increased rapidly and the dissolution of lignin and hemicellulose is initiated.

Die'Flüssigkeit wird in Bewegung gehalten,,entweder indem man sie zwischen der Einlaßstelle und dem Filterring 10 umlaufen läßt oder durch Gegenströmung« Wenn die Strömungs richtuDgen parallel sind, tritt das Lösungsmittelgemisch durch den Filterring 10 aus und strömt durch Leitung und die Heizvorrichtung 12 zum Einlaß des Behälters zurück, sofern sie nicht nach einer bestimmten Imprägnierungszeit über den Filterring 10 und die Leitung 13 abgezogen und der Entspannungskammer 14 zugeführt wird, veo eine EntEpannungsverdampfung der flüchtigen Materialien erfolgt, wonach sie durch den Kondensator 15 geführt werden, wo ein Teil der Dämpfe des organischen Materials durch Leitung 16 abgeblasen wird, um dann in der Kondensorleitung 67 gesammelt zu werden.The liquid is kept in motion, either by circulating it between the inlet site and the filter ring 10, or by countercurrent flow. When the flow directions are parallel, the solvent mixture exits through the filter ring 10 and flows through line and heater 12 Inlet of the container, unless it is withdrawn after a certain impregnation time on the filter ring 10 and the conduit 13 and the expansion chamber 14 is fed, followed by an EntEpannungsverdampfung of the volatile materials, after which they are passed through the condenser 15, where some of the vapors of the organic material by L TION 16 is blown off to be then collected in the Kondensorleitung 67th

Die Hauptmenge des zurückgewonnenen ersten Lösungsmittelgemisches, die extrahiertes Lignin und extrahierte Zucker enthält und daher als "verbraucht" bezeichnet wird, wird in leitung 17 gesammelt und dem Tank 18 zugeführt. Bei einem in dem ersten Druckbehälter 9 herrschenden DruckThe bulk of the recovered first solvent mixture containing extracted lignin and extracted sugars and therefore referred to as "spent" is collected in line 17 and fed to the tank 18. At a prevailing in the first pressure vessel 9 pressure

5i 4. 19795i 4. 1979

AP C 13 K/ 207AP C 13 K / 207

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von 19 bis 22 bar (280 to 320 psi) kann daß Verweilzeit der Flocken oder Schnitzel etwa 5 Minuten betragen und hängt von der Temperatur ab, die in dem Bereich von bis 1850O oder darüber liegen kann. In Tabelle XI sind Analysenv?erte eines Lignocelluloserückstandes, der durch den PiIterring 10 tritt und aus 100 g ofengetrocknetem Holz mit einem ersten Lösungsmittelgemisch aus Aceton/ Wasser 50:50, mit HCl in einer Konzentration von 0,02m oder einer Konzentration von 0,07 % angesäuert, erhalten wurde, angegeben,from 19 to 22 bar (280 to 320 psi), the residence time of the flakes or chips may be about 5 minutes and depends on the temperature, which may be in the range of up to 185 ° C or above. In Table XI are analyzes of a lignocellulosic residue passing through the pitting ring 10 and of 100 g of oven dried wood with a first mixed solvent of acetone / water 50:50, with HCl in a concentration of 0.02m or a concentration of 0.07 % acidified, obtained, indicated,

Tabelle XITable XI

Temp· Koch- HolzartenTemp · cooking wood species

Oq zeit ' '·Oq time '' ·

min. Espe Douglas-Tanneminute Aspen Douglas fir

Rest Rest- Lignin Xylose Rest Rest- Lig- Man-Remainder residual lignin xylose residue residual ligand

Pest- lig- in Lö- in Lö- Fest- lig- nin nosePestlig- in Lö- in Lö- Festigin- nin nose

stof- nin sung sung stof- nin in Lö-insolution of stof-nin in Lö-in

ff>_ _ _ _ f (Λ ' ff> _ _ _ _ f (Λ '

0/ Of Of 0/ "™ Cy 0~ 0 / of of 0 / "Cy0 ~

180 5 69 2,3 74-H 93h 67 5t7 46s180 5 69 2.3 74-H 93h 67 5t7 46s

Die Werte bedeuten extrahierte Komponente in % der potentiell von dem ofentrockenen Holz extrahiertenThe values mean extracted component in % of the potentially extracted from the oven-dry wood

Menge:Amount:

Espe Lignin 19 %, Espe Xylose 16 %, Douglas-Tanne Lignin 31,5 %, Douglas-Tanne Mannose 10,8 %.Aspen lignin 19%, aspen xylose 16%, Douglas fir lignin 31.5%, Douglas fir mannose 10.8%.

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5. 4. 19795. 4. 1979

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Die im Behälter 9 teilgekochten-Schnitzel werden durch den Filterring 10 geführt.und treten unter der Wirkung einer konischen Beschickungssehnecke 20 in den zweiten Behälter ein. Der Grad der Verjüngung der Beschickungsschnecke 20 muß der Auflösungsgeschwindigkeit der Peststoffe, deren Volumen kontinuierlich sinkt, während sie sich durch die- sen Behälter 19 bewegen, angepaßt werden» Das zweite Lösungsmittelgemisch wird über Leitung 21 und Vorerhitzer 22 von dem Tank 23 zugeführt und tritt mit einer Temperatur von 210 0C in den Behälter 19 ein. Die Verweilzeit der in diesem Behälter 19 fortschreitenden Schnitzel wird durch die Geschwindigkeit, mit der die Beschickungssehnecke. 20 angetrieben wird, gesteuert, und diese 'Steuerung ist das Hauptmittel, durch das das Verfahren dem gewünschten Produkt angepaßt wird, verbunden mit der Geschwindigkeit, mit der der feste Rückstand durch den zweiten Filterring geführt wird. In diesem Abschnitt ist der Flüssigkeitsumlauf wesentlich, und die Bewegung des zweiten Lösungsmittelgemisches erfolgt parallel zu derjenigen der Feststoffe mit einer Geschwindigkeit, die etwas oder wesentlich größer als diejenige der Feststoffe ist.The parisels, which are partially cooked in the container 9, are guided through the filter ring 10 and enter the second container under the effect of a conical feed throat 20. The degree of rejuvenation of the feed screw 20 must be adjusted to the rate of dissolution of the pesticides, the volume of which continuously decreases as they move through this container 19. The second mixed solvent is supplied via line 21 and preheater 22 from the tank 23 and enters a temperature of 210 0 C in the container 19 a. The residence time of the chips progressing in this container 19 is determined by the speed at which the feed chute. 20 is controlled, and this control is the main means by which the process is adapted to the desired product, associated with the rate at which the solid residue is passed through the second filter ring. In this section the liquid circulation is essential and the movement of the second solvent mixture is parallel to that of the solids at a rate which is somewhat or substantially greater than that of the solids.

Das zweite Lösungsmittelgemisch wird nach einer bestimmten Kontaktzeit durch den Filterring 24, die Leitung 25 und den Erhitzer 26 von dem Behälter 19 abgezogen, so daß die Kochtemperatur genau eingehalten werden kann. Der sich in dem Behälter 19 bei Verwendung eines Lösungsmittelgeniisches Aceton/Wssser 50:50, das 0,07 % HCl enthält und ein pH von 2,2 hat, entwickelnde Druck beträgt etwa 24 bar (480 psi). Wenn die Flüssigkeit an gelöstem Material angereichert ist oder ihre maximale Verweilzeit erreicht hat, wird sie durch Leitung 27 und die Entspan-The second solvent mixture is withdrawn from the container 19 after a certain contact time through the filter ring 24, the conduit 25 and the heater 26, so that the cooking temperature can be maintained accurately. The pressure developing in vessel 19 using a solventgenic acetone / wssser 50:50 containing 0.07 % HCl and having a pH of 2.2 is about 24 bar (480 psi). If the liquid is enriched in dissolved material or has reached its maximum residence time, it will be passed through line 27 and the

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5. 4. 19795. 4. 1979

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nungseindampfkammer 28, die mit einem zweiten Kondensor 29 verbunden ist, abgezogen. Das Kondensat wird direkt in den Tank 31 geleitet, während der Dampf über Leitung 30 in die Kondensorleitung 67 geführt vard. Unter normalen Bedingungen sind in dem zweiten Behälter 19 bei den beschriebenen Bedingungen zur Abtrennung der Faser von dem . Lignocelluloserückstand etv;a 2 Minuten erforderlich. Ausbeuten und gewonnene Produkte für die Verwendung von Espe und Douglas-Tanne sind in Tabelle XII zusammengestellt·deduction chamber 28, which is connected to a second condenser 29, deducted. The condensate is passed directly into the tank 31, while the steam via line 30 in the condenser 67 led out vard. Under normal conditions are in the second container 19 at the conditions described for the separation of the fiber from the. Lignocellulosic residue is required for 2 minutes. Yields and recovered products for the use of aspen and Douglas fir are summarized in Table XII.

Tabelle XIITable XII

Temp· Koch- Holzarten _____Temp · cooking wood species _____

°C JJi* Espe Douglas-Tanne° C JJi * Aspen Douglas fir

Pest- Rest- Lignin Red. Fest- Rest- Lig- ·· Red-Pest residual lignin red. Solid residual lig. ·· red

.stoff-lig- in Lö- Zucker stoff- lig- nin Zuk-substance-lig- in Lö- sugar- substance- lig-

aus- nin sung ges. aus- nin in kerexcl. ninin in ker

beute beute Lösg. ges.Loot Loot Solv. ges.

200 2 + 5 50,5 1Λ 5,0h 10,5» 47,5 3,5 46,0 11,0 — 1 200 2 + 5 50.5 1Λ 5.0h 10.5 »47.5 3.5 46.0 11.0 - 1

ges.ges.

κ Biese Yferte geben die prozentuale Menge an der extrahierten Komponente, bezogen auf die potentiell extrahierbare Menge, an (vgl. Tabelle XI).κ Biese Yferte indicates the percentage of extracted component based on the potentially extractable amount (see Table XI).

Wenn die Bildung von Dehydratationsprodukten in der abgezogenen Flüssigkeit, die erfolgt, wenn die gelösten Zucker längere Zeit einer hohen Temperatur und einem niedrigen pHWhen the formation of dehydration products in the withdrawn liquid, which takes place when the dissolved sugar for a long time a high temperature and a low pH

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5V 4. 19795V 4. 1979

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ausgesetzt werden, vermieden werden soll, wird die Flüssigkeit, beispielsweise mit Kalkwasser, rasch neutralisiert und in einem Tank gelagert, bis sie weiter verarbeitet wird. Für die Weiterverarbeitung werden organische Lösungsmittel abgedampft und die ausgefallenen Lignine durch Filtration/Zentrifugieren abgetrennt. Die wäßrige Lösung kann dann entweder mit einem Konservierungsstoff gelagert oder,. beispielsweise bis zu einer Konzentration von 20 bis etwa 50 %% zu einem Sirup eingedampft werden.be avoided, the liquid, for example, with lime water, quickly neutralized and stored in a tank until it is processed further. For further processing, organic solvents are evaporated and the precipitated lignins are separated by filtration / centrifugation. The aqueous solution may then be stored either with a preservative or. for example, to a concentration of from 20 to about 50 %% to a syrup.

Um die Kochtemperaturen einzuhalten, kann es manchmal notwendig sein, von außen Wärme zuzuführen, um die in den endothermen Umsetzungen verbrauchte Wärme-, Wärmeverluste in der Vorrichtung usw., zu kompensieren. Daher, müssen beide Behälter des Kochers einzeln mit Heiz- und Steig rvorrichtungen ausgestattet werden. Die erste Stufe muß bei niedrigerer Temperatur gehalten werden, um einen Abbau von Hemicellulosezucker zu vermeiden, während die Hauptkochstufe bei einer höheren Temperatur durchgeführt werden muß, insbesondere wenn durch das Verfahren Glucan hydrolysiert werden soll.In order to maintain cooking temperatures, it may sometimes be necessary to add heat from the outside to compensate for the heat, heat losses in the device, etc. consumed in the endothermic reactions. Therefore, both tanks of the cooker must be equipped individually with heating and rising rvorrichtungen. The first stage must be kept at a lower temperature to avoid degradation of hemicellulose sugar, while the main cooking stage must be carried out at a higher temperature, especially if the process is intended to hydrolyze glucan.

Wenn das Hauptprodukt Pulpe sein soll, werden die durch den Filterring 24 in die Vorwaschzone 32 eintretenden Feststoffe sofort mit einer kalten, säurefreien Flüssigkeit, die vom Tank 34 über Leitung 33 zugeführt wird, besprüht. Diese Zone dient als Kühlzone, in der die Temperatur der Pulpe bis zu einem Wert gesenkt wird, bei dem jede weitere Hydrolyse zum Stillstand kommt und eine erneute Fällung des Lignins aus der restlichen verbrauchten Flüssigkeit vermieden wird* Die in diesem Abschnitt erwünschte Konsistenz der Pulpe ist 20 %, If the main product is to be pulp, the solids entering the prewashing zone 32 through the filter ring 24 are immediately sprayed with a cold, acid-free liquid supplied from the tank 34 via line 33. This zone serves as a cooling zone in which the temperature of the pulp is reduced to a level at which any further hydrolysis ceases and a re-precipitation of the lignin from the remaining spent liquid is avoided. The consistency of the pulp desired in this section is 20 %,

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5. 4. 19795. 4. 1979

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Der Flüssigkeitsumlauf wird durch Leitung 33 und Leitung fortgesetzt, bevor die Pulpe durch die Hochdruckbeschickungsschnecke 36 und die mit mittlerem Druck arbeitende Beschickungsschnecke 37 in die Hochdruckvorrichtung 38 ein- · geführt wird, wo die Entfaserung beendet wird, bevor die Pulpe durch Leitung 39 in den Eindampftank 40 eingeführt wird, wo sie vollständig gekühlt und von einem verminderten Druck von etwa 3,4 bis 10,3 bar (about 50 to 150 psi) befreit wird. Entspannung und Abblasen eines Teils der flüchtigen Komponenten und Produkte in der "verbrauchten" Flüssigkeit kann über Leitung 41, die mit der Kondensorleitung 67 verbunden ist, erfolgen. Die etwas gekühlte, entspannte Pulpe wird mittels der Förderschnecke 42 in eine Spinn-Entwässerungsvorrichtung 43 eingeführt, wo sie kontinuierlich mit weiteren geringen Mengen an kaltem Wasser aus Leitung 44 gewaschen wird, um restliche wasserlösliche Produkte zu entfernen. Der Abfluß von dieser Entwässerungsvorrichtung wird zum Teil durch Leitung 45 der Leitung 33 und zum Teil durch Leitung 53 dem Flüssigkeitsgewinnungs/Aufbewahrungssystem zugeführt·The liquid recirculation is continued through line 33 and line before the pulp is fed through high pressure feed screw 36 and intermediate pressure feed screw 37 into high pressure device 38 where defibration is terminated before the pulp passes through line 39 into the evaporation tank 40, where it is fully cooled and released from a reduced pressure of about 3.4 to 10.3 bar (about 50 to 150 psi). Relaxation and bleeding of a portion of the volatile components and products in the "spent" liquid may occur via line 41 connected to the condenser line 67. The somewhat cooled, expanded pulp is fed by means of the screw conveyor 42 into a spin dewatering device 43 where it is continuously washed with further small amounts of cold water from line 44 to remove residual water soluble products. The effluent from this dewatering device is fed in part through line 45 to line 33 and partly through line 53 to the liquid recovery / storage system.

Die entwässerte Pulpe wird durch die Schnecke 47 den Sieben 48 zugeführt, während sie mit Wasser aus Leitung erneut aufgeschlämmt wird. Das auf dem Sieb zurückbleibende Grobmaterial wird in einem Sammler 51 gewaschen und von dort durch Leitung 52 zur Imprägnierungszone 2 zurückgepumpt. Der büttenfertige Stoff wird in den ersten Preßwäscher 50 gewaschen, wo er weiter mit Wasser gewaschen wird. Das Waschwasser, das arm an gelöstem Material ist, wird durch Leitungen 53; 46 und 45 zurückgeführt und teilweise über eine Fortsetzung der Leitung 53 zur Auf-The dewatered pulp is fed through the screw 47 to the screens 48 while being re-slurried with water from the line. The remaining on the screen coarse material is washed in a collector 51 and pumped from there through line 52 to the impregnation zone 2. The finished material is washed in the first Preßwäscher 50, where it is further washed with water. The wash water, which is low in dissolved material, is passed through lines 53; 46 and 45, and partly on a continuation of the 53

207 586207 586

5. 4-, 19795. 4-, 1979

AP G 13 K/ 207 586AP G 13 K / 207 586

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bewahrung von verbrauchter Kochflüssigkeit geführt, um Zucker davon abzutrennen. Die. zuckerfreie Pulpe wird mittels eines Abstreifers 54 von dem Drahtnetz des Preßwäschers 50 abgestrichen und über eine Fördervorrichtung 55 dem zweiten Preßwäscher 56 zugeführt, wo sie mit Lösungsmittel gewaschen wird, um adsorbiertes oder wieder..gefälltes Lignin zu entfernen· Das durch Leitung 57 zugeführte Lösungsmittel hat eine hohe Konzentration an flüchtigem organischem Material, um das vom vorangehenden Wäscher 50 kommende Restwasser zu kompensieren, und ist vorzugsweise ein gutes Ligninlösungsmittelgemisch, wie Aceton/Wasser 80:20 oder auch.reines Aceton· Da der Ligningehalt in diesem Stadium niedrig ist - gewöhnlich zwischen 1 und 3 % beträgt wird diese Flüssigkeit mit Vorteil in der Zone 32 als erste.Waschflüssigkeit verwendet und dieser Zone durch die Leitungen 58, 46 und 45 zugeführt. Die abgestrichene, mit Lösungsmittel benetzte Pulpe wird durch QuetschwalzenConservation of spent cooking liquor to separate sugar from it. The. Sugar-free pulp is scraped off the wire mesh of the scrubber 50 by means of a scraper 54 and fed via a conveyor 55 to the second scrubber 56, where it is washed with solvent to remove adsorbed or re-precipitated lignin a high concentration of volatile organic material to compensate for the residual water coming from the previous scrubber 50 and is preferably a good lignin solvent mixture such as acetone / water 80:20 or even pure acetone. Since the lignin content is low at this stage, usually between 1 and 3 % , this liquid is advantageously used in the zone 32 as the first washing liquid and supplied to this zone through the lines 58, 46 and 45. The slaked, solvent-wetted pulp is squeezed through squeeze rolls

59 geführt, um den Lösungsmitteigehalt weiter zu senken, bevor sie über einen Trockner 61 der Verpackungsstation 63 zugeführt wird. Gesammelter Abfluß wird durch Leitung59 to further reduce the Lösungsmitteigehalt before it is fed via a dryer 61 of the packing station 63. Collected drain is through pipe

60 ebenfalls in die Waschzone 32 zurückgeführt. Die Dämpfe aus dem Trockner werden durch Leitung 62 einem Kon-, densor zugeführt, um zurückgewonnen zu werden.60 also returned to the washing zone 32. The vapors from the dryer are fed through line 62 to a condenser to be recovered.

Die getrocknete Pulpe kann entweder als Kollerstoff zu Ballen verpackt oder zu Bahnen verformt werden. Die Y^eitere Verarbeitung der Pulpe kann in üblicher Weise erfolgen und muß hier nicht besprochen werden. Wenn sie als Viehfutter verwendet werden soll, kann sie als Nudelpülpe hergestellt werden. Wenn sie zu einer Bahn verarbeitet wird, kann die Trocknung nach dem Abtreiben der Waschflüssigkeit abgebrochen und die Pulpe dann erneut aufge-The dried pulp can either be packaged as Kollerstoff into bales or be formed into sheets. The further processing of the pulp can be done in the usual way and need not be discussed here. If it is to be used as animal feed, it can be made as a pasta pulp. When it is made into a web, the drying may be stopped after the washing liquid has been removed and the pulp may then be rebuilt.

5. 4. 19795. 4. 1979

AP C 13 K/ 207AP C 13 K / 207

schlämmt werden, wonach sie in einer Maschine zu Blättern üblicher Abmessungen verarbeitet werden kann. Alternativ kann als Futter zu verwendende Pulpe bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 10 % getrocknet, mit 3 % Harnstoff, 10 bis 20 % Alfalfamehl und färbendem Material, wie einem gelb-grünen Farbstoff pflanzlicher Herkunft, vermischt werden, um der sonst geschmacklosen, farblosen und geruchlosen vjeißen Pulpe ein besseres Aussehen und einen besseren Geschmack zu verleihen. Das Futter kann dann pelletisiert und mit einem geeigneten Feuchtigkeitsgehalt in dem Bereich von 15 bis 20 % als Futter für Wiederkäuer abgepackt werden·be sludged, after which they can be processed in a machine to sheets of conventional dimensions. Alternatively, pulp to be used as feed may be dried to a moisture content of about 10 % , blended with 3 % urea, 10 to 20 % alfalfa flour and coloring material, such as a yellow-green dye of vegetable origin, to give the otherwise tasteless, colorless and to give a better appearance and a better taste to odorless vjeißen pulp. The feed may then be pelleted and packaged with a suitable moisture content in the range of 15 to 20% as feed for ruminants.

Die Gewinnung des organischen Lösungsmittels oder der Lösungsmittel, die in den Lösungsmittelgemischen verwendet werden, und gelöster Produkte aus den abgezogenen Kochflüssigkeiten ist ein wesentlicher Teil des Verfahrens gemäß der Erfindung, da durch sie die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich gesteigert werden kann. Die in den Tanks 13 und 31 gesammelten verbrauchten Flüssigkeiten müssen getrennt aufgearbeitet werden, da sie gelöste Feststoffe von letztlich verschiedener Verwendbarkeit enthalten. Die im Tank 31 gesammelte abgezogene Kochflüssigkeit wird durch Lgitung 64 einem Entspannungseindampfer 65 oder einer (nicht gezeigten) Batterie solcher Vorrichtungen zugeführt, wo restliche organische flüchtige Materialien als Dampf über Leitung 66 durch gesteuerte Destillation abgezogen werden, wobei so gearbeitet wird, daß eine Verkohlung oder ein anderer Abbau der gelösten Zucker, wie eine Karamelisierung, vermieden wird. Die restliche wäßrige Lösung, die die gelösten Zucker, einen Teil des wasserlösli-The recovery of the organic solvent or solvents used in the solvent mixtures and dissolved products from the extracted cooking liquors is an essential part of the process according to the invention, as it can substantially increase the economics of the process. The spent liquids collected in tanks 13 and 31 must be worked up separately because they contain dissolved solids of ultimately different utility. The stripped cooking liquid collected in the tank 31 is fed through line 64 to a flash steamer 65 or to a battery (not shown) of such devices where residual organic volatile materials are withdrawn as steam via line 66 by controlled distillation, operating to produce a char another breakdown of dissolved sugars, such as caramelization, is avoided. The remaining aqueous solution containing the dissolved sugars, part of the water-soluble

5· 4. 19795 · 4, 1979

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chen Lignins und etwaige Zuckerabbauprodukte, wie Humussubstanzen, enthält, wird durch Leitung 76 einem Absetztank 77 zugeführt, um die gringe Menge an ausgefallenem Lignin durch Absetzenlassen abzutrennen.containing lignin and any sugar degradation products, such as humic substances, is fed through line 76 to a settling tank 77 to separate the small amount of precipitated lignin by settling.

Die klare Zuckerlösung, die die Hauptmenge an aus dem Lignocelluloserückstand hydrolysierter Glucose enthält, wird dann über Leitung 78 dem Tank 79 zugeführt. Das Sediment vom Tank 77 wird über Leitung 80 dem Spinntrockungs-Zentrifugenabwäscher 85 zugeführt, um bei 86 Lignin zu gewinnen« während die Zuckerlösung zu einem Glucosetank 79 zurückgeführt wird.The clear sugar solution containing the bulk of glucose hydrolyzed from the lignocellulosic residue is then fed to tank 79 via line 78. The sediment from tank 77 is fed via line 80 to the spin-drying centrifuge scrubber 85 to recover lignin at 86 ° while the sugar solution is returned to a glucose tank 79.

Das so abgetrennte Lignin, das durch Aufarbeiten des Inhalts vom Tank 18 gewonnen wird, wie weiter unten beschrieben, fällt in pulveriger Form an und hat eine ausgezeichnete Löslichkeit in den üblichen· Ligninlösungsmitteln, wie Äthanol, Aceton, DMSO, Furfural und Tetrahydrofuran. Aus acetonischen Lösungen können die Lignine leicht gereinigt werden, indem man sie insgesamt oder in Fraktionen durch Einbringen in Wasser im Überschuß oder in ein anderes schlechtes Ligninlösungsmittel fällt, wobei wesentlich ist, daß die Ligninlösung durch Aufnahme von pulverförmigem Lignin in einem Minimum von Aceton hergestellt wird, Bei der Ausfällung von Lignin aus wäßrig-äthanolischen Lösungen können Schx^rigkeiten auftreten, da das Lignin leicht gUMaiartig verklebt, wenn der kritische Temperaturbereich - 60 bis 70 0C - nicht eingehalten wird· Dieses Problem kann auch insbesondere bei der Lösungsmittelabtrennung auftreten, so daß die Restlösung große Klumpen von halb geschmolzenem Lignin enthält undThe thus separated lignin obtained by working up the contents of the tank 18 as described below is in powdery form and has excellent solubility in the usual · lignin solvents such as ethanol, acetone, DMSO, furfural and tetrahydrofuran. From acetone solutions, the lignins can be easily purified by precipitating them in whole or in fractions by incorporation in excess of water or in another poor lignin solvent, it being essential that the lignin solution be prepared by incorporation of powdered lignin in a minimum of acetone In the precipitation of lignin from aqueous-ethanolic solutions Schx tigkeiten occur because the lignin gum-like sticking when the critical temperature range - 60 to 70 0 C - is not respected · This problem can also occur especially in the solvent removal, so that the residual solution contains large lumps of semi-molten lignin and

207'586"' .,-*207'586 ", - *

5· 4. 19795 · 4, 1979

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nur teilweise durch Fällung geklärt werden kann. Die Zugabe von Aceton zu einer solchen Lösung, um das gefällte Lignin wieder so weit in Lösung zu bringen, daß eine klare Lösung erhalten wird, ermöglicht eine klare Fällung des Lignins durch Entspannungsabdampfen des Acetons und die Abtrennung des pulverförmigen Lignins. Harthölzer, wie Espenholz, ergeben gewöhnlich einen feineren Niederschlag, und die Ligninniederschläge können leichter durch Zentrifugieren als durch Filtrieren abgetrennt werden.only partially by precipitation can be clarified. The addition of acetone to such a solution as to bring the precipitated lignin into solution again so that a clear solution is obtained, allows a clear precipitation of the lignin by flash evaporation of the acetone and the separation of the powdered lignin. Hardwoods, such as aspen wood, usually give a finer precipitate, and the ligninous precipitates are easier to separate by centrifuging than by filtration.

Die im Tank 18 gesammelten Prehydrolysate enthalten die Hauptmenge des gelösten Lignins und die wertvollen Hemicellulosezucker und werden über Leitung 81 einem Entspannungseindampfer 82 oder einer (nicht-gezeigten) Batterie solcher Eindampfer zugeführt. Die darin in Freiheit gesetzten Dämpfe werden durch die Kondensorleitung 83 geführt, während die wäßrige Lösung, die das ausgefällte Lignin und Hemicsllulosezucker mit sich führt, durch Leitung 84 dem Spinntrocknungs-Sentrifugalwäsdier 85 zugeführt wird, wo die Zuckerlösung von dem Lignin, das bei 86 gesammelt wird, abgetrennt wird. Die .klare Hemicellulosezuckerlösung aus dem unteren Teil der Zentrifuge 85 wird dem Tank 87 zugeführt. Das gesammelte Kondensat strömt in Leitung 67 durch einen Vorerhitzer 68, um die gewünschte Dampftemperatur einzustellen, bevor sie in den Fraktionskondensor 69 eintritt, wo die flüchtigen Komponenten gemäß ihren Siedepunkten, die in dem Bereich von etwa 50 bis 250 0C liegen, abgetrennt werden. In einer solchen Fraktionierkolonne werden zunächst die höchstsiedenden Fraktionen (Furfurale, Lävulinsäure, einschließlich Essigsäure, die sich durch Umwandlung von Acetylen bildet), dann die Fraktionen mit mittleren Siede-The prehydrolysates collected in the tank 18 contain the bulk of the dissolved lignin and the valuable hemicellulose sugars and are supplied via line 81 to a flash steamer 82 or to a battery (not shown) of such evaporators. The vapors released therein are passed through the condenser line 83, while the aqueous solution carrying the precipitated lignin and hemicellulose sugar is fed through line 84 to the spin-drying sentrifugal scrubber 85, where the sugar solution is collected from the lignin collected at 86 is, is separated. The clear hemicellulose sugar solution from the lower part of the centrifuge 85 is supplied to the tank 87. The collected condensate flows in line 67 through a preheater 68 to set the desired steam temperature before entering the fraction condenser 69, where the volatile components are separated according to their boiling points, which are in the range of about 50 to 250 ° C. In such a fractionation column, first the highest-boiling fractions (furfurals, levulinic acid, including acetic acid, which is formed by conversion of acetylene), then the fractions with medium boiling

4. 19794. 1979

C 13 K/ 207 586C 13 K / 207 586

punkten (organische Flüssigkeiten und flüchtige Säuren) und schließlich das am niedrigsten siedende organische Kochlösungsmittel (Methanol, Ithanol, Propanol, Aceton, Methyläthylketon oder Dioxan) einschließlich des durch Zersetzung von Methoxylen bei hoher Temperatur gebildeten Methanols " entfernt·points (organic liquids and volatile acids) and finally the lowest boiling organic cooking solvent (methanol, ethanol, propanol, acetone, methyl ethyl ketone or dioxane) including the methanol formed by decomposition of methoxyls at high temperature.

Die Destillate aus dieser Kolonne -werden durch LeitungenThe distillates from this column are through lines

92 einer Anzahl Tanks, wie 93, 94-, 95 zugeführt/Methanol92 of a number of tanks, such as 93, 94, 95 fed / methanol

wird vom oberen Ende der Kolonne zusammen mit dem Hauptteil des Acetons und seinem Azeotrop mit Wasser, das 18 % Wasser enthält, gewonnen. Methanol beeinträchtigt das Auflösungsvermögen anderer organischer Lösungsmittel, die in dem Lö« sungsmittelgemis ch verwendet werden, nicht merklich, jedoch sollte seine Menge unter 5 bis 10 % des Gemisches gehalten •werden.is recovered from the top of the column along with the major portion of the acetone and its azeotrope with water containing 18 % water. Methanol does not appreciably affect the resolving power of other organic solvents used in the solvent mixture, but its amount should be kept below 5 to 10 % of the mixture.

Von dem Azeotrop Aceton/Wasser wird das Aceton abgetrennt, indem man das Azeotrop durch eine Rektifizierkolonne 71 führt, wonach das wasserfreie Lösungsmittel über Leitung 72I- zum Tank 75 zurückgeführt wird, oder das wäßrige Lösungsmittel kann dem Tank 73 zugeführt werden. Die Zusammensetzungen der verschiedenen Kochflüssigkeiten werden durch Abziehen von Lösungsmittel aus den Tanks 75 und 73, aus der Wasserleitung 89 und aus dem Säuretank 88 eingestellt, wobei das Mischen bei 90 einreguliert wird, von wo das Gemisch durch Leitung 91 den Tanks 8 (erstes Lösungsmittelgemisch), 23 (zweites Lösungsmittelgemisch) und 34 (Waschflüssigkeit) zugeführt wird.D a is separated s acetone by passing the azeotrope through a rectifying column 71, after which the anhydrous solvent is recycled via line 7 2 I- to the tank 75 of the azeotrope of acetone / water, or the aqueous solvent can be supplied to the tank 73rd The compositions of the various cooking liquors are adjusted by drawing solvent from tanks 75 and 73, from water line 89, and from acid tank 88, with mixing being regulated at 90, from where the mixture is fed through lines 91 to tanks 8 (first solvent mixture). , 23 (second solvent mixture) and 34 (washing liquid) is supplied.

Eine Analyse der gewonnenen Produkte am Ende des Kochens in der zweiten Stufe ist für Espenholz und Douglas-TanneAn analysis of the recovered products at the end of second stage cooking is for aspen wood and Douglas fir

5έ 4ο 19795έ 4o 1979

AP C 13 K/ 207 586AP C 13 K / 207 586

in Tabelle XIII zusammengestellt·compiled in Table XIII.

!tabelle XIII! table XIII

Holz Temp· Zeit Aus- Rest- gelöst. Gl. MGXA j?Wood Temp · Z e it off residual solved. Eq. MGXA j?

Q0 min beute lig- Lignin oder Q 0 min pre-lig-lignin or

an nin HMFat nin HMF

Pulpepulp

200200 77 50,650.6 1.41.4 8585 66 .8.8th 5151 6161 9393 6565 1,01.0 Espeaspen 2ßO2ßO 88th 43,543.5 0,20.2 9191 1717 ,0, 0 7676 8686 4040 7070 5.85.8 200200 77 47,547.5 3,53.5 8686 2020 9595 3434 5757 2020 1.01.0 D-TD-T 200200 88th 41,841.8 2,72.7 9595 4040 1818 55 11 11 6,26.2

D-T = Douglas-Tanne Gl, = Glucose M = Mannose G = Galactose • X= Xylose A = Arabinose F = FuffuralD-T = Douglas fir Gl, = glucose M = mannose G = galactose • X = xylose A = arabinose F = fuffural

HMF = HydroxymethylfurfuralHMF = hydroxymethylfurfural

Alle in Tabelle XIII angegebenen Zucker wurden als redu~ zierbare Monosaccharide abgetrennt und gewonnen und erforderten keine Sekundärhydrolyse, um sie in diesen Zustand zu überführen, wie es bei den meisten bekannten Verzuckerungsprodukten erforderlich war. Das Lignin in der Lösung wurde als "gefälltes" Lignin erhalten und ist in Prozent des potentiell gewinnbaren Lignins angegeben. Kein Derivat des Lignins mit Komponenten der Kochflüssigkeit oder mit während der Hydrolyse gebildeten Materialien wurde isoliert. Das Lignin behielt seine gute Löslichkeit in den meisten "guten" Ligninlösungsmitteln, auch nach mehreren Ausfüllungen aus Aceton·All the sugars listed in Table XIII were separated and recovered as reducible monosaccharides and did not require secondary hydrolysis to convert them to that required by most known saccharification products. The lignin in the solution was obtained as "precipitated" lignin and is expressed as a percentage of the potentially recoverable lignin. No derivative of the lignin with components of the cooking liquor or materials formed during the hydrolysis was isolated. The lignin retained its good solubility in most "good" lignin solvents, even after several fillings of acetone.

7 5*7 5 *

5· 4. 19795 · 4, 1979

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Die Pulpen enthielten nach 8 Minuten Kochzeit 95 % Glucan und hatten den folgenden Weißgrad, gemessen auf der GE-Skala, wobei die erste Zahl sich auf 7 Minuten Kochzeit und die zweite auf 8 Minuten Kochzeit bezieht:The pulps after eight minutes of cooking contained 95 % glucan and had the following whiteness, as measured on the GE scale, with the first number referring to 7 minutes cooking time and the second to 8 minutes cooking time:

Espe 70 %, 78 %\ Douglas-Tanne 57 %, 62 %.Aspen 70%, 78 % Douglas fir 57 %, 62%.

Die relative Kristallinität der Pulpen betrug 0,6 und war damit höher als diejenige des Ausgangsmaterials, nämlich 0,4 bis 0,45-The relative crystallinity of the pulps was 0.6 and was thus higher than that of the starting material, namely 0.4 to 0.45

Die bei 7 Minuten Kochzeit gemessene geringe Ausbeute an Furfural ist der Tatsache zuzuschreiben, daß Hemicellulose und Glucose von der abgezogenen ersten Kochflüssigkeit abgetrennt wurden, bevor eine weitere Hydratation erfolgen konnte. · · ·.-.·The low yield of furfural measured at 7 minutes cooking time is attributable to the fact that hemicellulose and glucose were separated from the withdrawn first cooking liquor before further hydration could occur. · · · · · · ·

Interessant ist, daß am Ende, des Kochens der zweiten Stufe auch et?ja 2 % organische Säuren und 3 % Methanol erhalten wurden.It is interesting that at the end of the cooking of the second stage also 2 % organic acids and 3 % methanol were obtained.

Die Eigenschaften einer Anzahl Pulpen hoher Qualität, wie sie am Ende des Trockners 61 erhalten werden können, wurden bestimmt, indem man in einer weiteren Versuchsreihe Weichhölzer und Harthölzer, nämlich Fichte, Kiefer (Southern Pine) und Douglas-Tanne sowie Espe und Birke, und Landwirtschaftsrückstände, nämlich Zuckerrohrrinde und Weizenstroh, im Zellstoffkocher aufschloß. Jeder Versuch umfaßte 2 Kochs.tufen, wobei die Temperatur des ersten Lösungsmittelgemisches unter 185 0O und die Zeit 5 bis 6 Minuten betrug und das abschließende Kochen bei 200 0G für eine ausreichende Zeit, daß die Faser nur durch Einwirkung von Flüssigkeit auf den Rückstand, in der Flüssigkeit ab-The properties of a number of high quality pulps, such as can be obtained at the end of the drier 61, were determined by further testing softwoods and hardwoods, namely spruce, pine (Southern pine) and Douglas fir, aspen and birch, and Agricultural residues, namely sugar cane bark and wheat straw, were digested in the digester. Each experiment included 2 Kochs.tufen, wherein the temperature of the first solvent mixture below 185 0 O, and the time was 5 to 6 minutes and the final boiling at 200 0 G for a sufficient time that the fiber only by the action of liquid on the residue in which liquid

207 586207 586

:' 5. 4. 1979 AP C 13 K/ 207: '5. 4. 1979 AP C 13 K / 207

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getrennt werden konnte, durchgeführt wurden. Der saure Katalysator war entweder 0,02m HCl oder 0,025m oder 0,05m Oxalsäure oder 0,025m HOl/KCl, wodurch das pH auf 2,2 eingestellt wurde·could be separated. The acid catalyst was either 0.02 M HCl or 0.025 M or 0.05 M oxalic acid or 0.025 M Hl / KCl to adjust the pH to 2.2.

Die Pulpen wurden gemäß TAPPI-Standard-Methoden analysiert. Die Kappa-Zahl des Lignins nach T-236; die Viskosität nach T-23O; der Weißgrad nach T-217; die Canadian-Standard-Freeness nach T-227; die Standard-Festigkeitsbestimmungen nach Bewertung der Mahlgeschwindigkeit in einer PFI-Mühle nach BOIT B-6-1; und die Herstellung von Standard-Handblättern nach T-205. Die Festigkeitstests waren TAPPI Standard T-220, T-231, T-403, T-4-04 und T-414·. Die Handblattgewichte lagen in dem Bereich von 59 bis 61 g/m · Einige der Pulpen von Tabelle XIV wurden noch einer modifizierten Dreistufenbehandlung, nämlich Chlorieren, Alkaliexfcraktion, Hypochloritbleichen nach BCIT T-4-. 5. 6-1, das zum Bleichen geringer Mengen Pulpe entwickelt wurde,, unterworfen. In der Tabelle sind einige Vierte für nach dem Kraft^Verfahren erhaltene Pulpen angegeben, wozu zu bemerken ist, daß zwar die chemischen Konzentrationen und Konsistenzen, die für die Stahdardverfahren zum Bleichen vorgeschlagen werden, eingehalten wurden, daß aber beim Bleichen der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen Pulpen Modifikationen vorgenommen wurden, indem die . Zeiten von 60 auf 30 Minuten für die Chlorierung bei 20 0G, von 90 auf 10 Minuten für die Alkaliextralction bei 75 0C und von 90 auf 10 Minuten für die Hypochloritstufe, wie sie für die Herstellung von Kraft-Pülpen mit viel niedrigeren Kappa-Zahlen angewandt werden, gesenkt wurden· Die Fasern wurden auf einem Büchner-Trichter ge-The pulps were analyzed according to TAPPI standard methods. The kappa number of lignin after T-236; the viscosity after T-23O; the whiteness according to T-217; the Canadian standard freeness after T-227; the standard strength determinations after grinding speed assessment in a PFI mill after BOIT B-6-1; and the production of standard T-205 handsheets. The strength tests were TAPPI Standard T-220, T-231, T-403, T-4-04 and T-414 ·. The handsheet weights ranged from 59 to 61 g / m · Some of the pulps of Table XIV were still undergoing a modified three-stage treatment, namely chlorination, alkali extraction, hypochlorite bleaching according to BCIT T-4-. 5. 6-1, which was developed for bleaching small amounts of pulp, subjected. The table gives some of the fourth pulps obtained by the Kraft process, it being noted that, although the chemical concentrations and consistencies proposed for the bleaching standard processes are complied with, in bleaching they comply with the process according to the process of US Pat Modifications of the invention obtained by the invention were made by the. Times of 60 to 30 minutes for the chlorination at 20 0 G, from 90 to 10 minutes for Alkaliextralction at 75 0 C and from 90 to 10 minutes for the hypochlorite, as for the production of kraft pulps with much lower kappa Numbers were applied, the fibers were lowered on a Buchner funnel

5·· ^. 19795 ·· ^. 1979

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waschen und zu gleichmäßigen Kuchen über einem Filterpapier verformt und zwischen Löschpapier getrocknet, bis sie lufttrocken waren· Der Weißgrad der gebleichten Pulpe wurde nach TAPPI-Standard T-218 gemessen. Tabelle XV zeigt die zum Teil sehr geringfügigen Änderungen der Eigenschaften der Pulpe durch das milde Bleichen, das erforderlich ist, um einen sehr hohen Weißgrad zu erzielen.The whiteness of the bleached pulp was measured according to TAPPI Standard T-218. The whiteness of the bleached pulp was measured to be uniform cake over a filter paper and dried between blotter paper until air-dry. Table XV shows the sometimes very slight changes in pulp properties due to the mild bleaching required to achieve a very high whiteness.

-&Γ-- & Γ-

T ab el le XIV-AT from the XIV-A

Lignocellu lose, Säure, Kochzeit min.Lignocellu loose, acid, cooking time min. Aus beuteFrom booty Grob- teil- chenCoarse particles Ausbeute· gesiebtYield · sieved Kappa- zahlKappa number Rest-' ligninResidual lignin Weiß gradWhite degree TAPPI Visko sität cpTAPPI Viscosity cp EPEP Weiß grad nach BleichenWhite degree to bleaching CSPCSP \ ISA \ ISA ASP-KRAPTASP Krapt 54,054.0 -- __ 4,04.0 __ ,__ ,__ S IS I ASP-OXA-10ASP OXA-10 59,6359.63 0,980.98 58,8858.88 39,939.9 5,195.19 7272 41,341.3 17801780 8888 671671 II ASP-OXA-15ASP OXA-15 54,9954.99 0,750.75 54,0154.01 10,010.0 1,351.35 6363 21,321.3 12801280 8888 705705 ASP-HOl-8ASP HOl-8 46,7546,75 1,091.09 45,6645.66 20,220.2 2,632.63 4242 2,942.94 380380 8484 453453 ASP-B-10ASP-B-10 57,8057,80 0,190.19 57,6157.61 19,119.1 2,482.48 5151 6,676.67 700700 -- 542542 SPR-KRAPTSPR Krapt 50,050.0 -- -- -- 5,05.0 3535 -- -- to*to * -- SPR-OXA-20SPR OXA-20 57,3057.30 0,220.22 57,0857.08 79,579.5 10,3410.34 4545 10,2810.28 950950 8484 730730 ΩΩ SPR-HCl-10SPR-HCl 10 50,9550.95 0,220.22 . 50,73, 50.73 46,446.4 6,036.03 3838 2,072.07 300300 -- 145145 VjJ «i ro OVJJ "ro O SPR-HB-10SPR-HB-10 50,9650.96 0,190.19 50,7750.77 48,448.4 6,096.09 4545 3,713.71 440440 8585 617617 Vn 03Vn 03 MGs-KRAJO?MG-KRAJO? 54,054.0 -- -- -- 3,03.0 -- -- -- -- SOAN-OXA-9SOAN-OXA-9 55,0555.05 0,420.42 54,5454.54 16,0.16.0. 2,082.08 5151 22,4722.47 13801380 8080 485485 BAG-HCl-6BAG-HCl 6 43,3743.37 0,260.26 43,1143.11 50,050.0 6,506.50 3939 2,912.91 380380 - 229229 **

Ausbeu-Grob- te teil- % chenAusbuh-Grob- te teil- % chen __ T a b eT a b e lielie XIY-AXIY-A - F ο- F o r t s €r t s € i t Z U i t TO Weiß-' CSF grad nach Bleichen . .% White - CSF grade after bleaching. .% -_-_ -- O 4*O 4 * Lignocellu lose, Säure Kochzeit min.Lignocellu loose, acid cooking time min. 58,058.0 0,840.84 Aus beute gesiebiSucked from prey Kappa- zahlKappa number Rest- lig- ' ninResidual 'nin Weiß gradWhite degree TAPPI- Visko- sität cpTAPPI viscosity cp DPDP 430430 670670 IHE-KRAFTIHE KRAFT 56,2056,20 1,131.13 8,88.8 ._._ 8383 185185 743743 WHS-OXA-10WHS-OXA-10 43,7343.73 0,400.40 55,3655.36 50,050.0 6,506.50 5454 22,1122.11 13601360 -- 748748 2,2)2,2) WHB-HCl-8.WHB-HCl. 8 59,6559.65 1,501.50 42,6042,60 23,423.4 3,423.42 6161 3,2 '3,2 ' 400400 8181 768768 SOP-OXA-10SOP OXA-10 60,2560.25 MMMM 59,2559,25 53,653.6 7,627.62 4141 5,78"5.78 " 600600 8282 SOP -HB -10SOP -HB -10 54,054.0 0,770.77 58,7558.75 78,778.7 10,2310.23 4141 9,649.64 850850 -.-. BIR-KRAFTBIR KRAFT 60,8860.88 1,601.60 -- -- 4,04.0 -- -- -- 8686 BIR-OXA-15BIR-OXA-15 58,7558.75 60,1160.11 25,025.0 3,253.25 4343 21,9921.99 13201320 7575 DF-OXA-15DF-OXA-15 57,1557.15 80,9 ·80.9 · 10,5110.51 3535 8,718.71 810810 Zuckerrohrrinde; BAG BIR - Birke; DF = Puffer: (KOl-HCl, pHSugarcane bark; BAG BIR - Birch; DF = buffer: (KOl-HCl, pH ASP = Espe; SPR = Fichte; BAGs = Bagasse,Ό. Mark; SCAN = Bagasse; WHE =.Weizenstroh; SOP = Kiefer (Southern Pine); Douglas-Tanne; OXA = Oxalsäure; HGl = Salzsäure; B, HB =ASP = aspen; SPR = spruce; BAGs = bagasse, Ό. Mark; SCAN = bagasse; WHE = .wheat straw; SOP = Pine (Southern Pine); Douglas fir; OXA = oxalic acid; HGl = hydrochloric acid; B, HB =

OXA, HB, B in Äthanol/H~0 60:40 und HCl in Aceton/H20 60:40^OXA, HB, B in ethanol / H ~ 0 60:40 and HCl in acetone / H 2 O 60: 40 ^

VjOVjO

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VJl COVJl CO

207207

% ft-.· 1979 % ft. · 1979

AP C 13 Κ/207 586AP C 13 Κ / 207 586

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4· O CN 4- CN V OJ OJ V OJ V4 · O CN 4- CN V OJ OJ V OJ V

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- κ Λ ^ λ * Λ ^* Λ Λ Λ __^- κ Λ ^ λ * Λ ^ * Λ Λ Λ __ ^

207 5B6207 5B6

Tabelle XVTable XV

5. 4. 19795. 4. 1979

AP C 13 K/ 207 586AP C 13 K / 207 586

Holzart und BleichzustandWood species and bleaching condition

Ausbeute Rest- Weiß- CFS 300Yield residual white CFS 300

% Lignin grad Breaking TEAR BURST? % % Lengthtm % Lignin grad Breaking TEAR BURST? %% Length t m

Pichte: nichtPitch: not

gebleicht nachBleached after

Bleichenbleaching

Birke:Birch:

nichtNot

gebleicht nachBleached after

Bleichenbleaching

57.3 · 10,3 45 770057.3 · 10.3 45 7700

4-9,64 to 9.6

57,257.2

84- 696Ό84- 696Ό

82,082.0

67,767.7

60,88 3,25 4-3 10560 68,060.88 3.25 4-3 10560 68.0

86 9460 57,686 9460 57.6

47,0 38,447.0 38.4

65-64,8·65 to 64.8 ·

In der obigen Beschreibung ist das Verfahren, nach dem die neuen Solvolysemethoden zum Abtrennen der Faser aus dem Cellulosebestandteil von Lignocellulose durchgeführt werden können, erläutert,, Es wurde gezeigt, daß gewisse fluche tige wasserlösliche organische Flüssigkeiten, die im Gemisch mit Wasser Ligninlösungsmittel sind, mit einer sauren katalytisehen Verbindung, vorzugsweise einer milden Säure, wie einer organischen Säure, oder einer gepufferten starken Säure, versetzt werden können", um durch Hydrolyse Hemicellulose und Lignin innerhalb von Minuten der Imprägnierung der Lignocellulose mit dem heißen, einen solchen · Katalysator enthaltenden Lösungsmittelgemisch zu lösen. Wenn zu Beginn ein Lösungsmittelgemisch, das einen mildenIn the above description, the method by which the novel solvolysis methods for separating the fiber from the cellulose component of lignocellulose can be carried out is explained. It has been shown that certain volatile water-soluble organic liquids mixed with water are lignin solvents an acidic catalytic compound, preferably a mild acid, such as an organic acid, or a buffered strong acid, can be added to, by hydrolysis, hemicellulose and lignin within minutes of the impregnation of the lignocellulose with the hot solvent mixture containing such catalyst If at the beginning a solvent mixture, which a mild

207 536207 536

5. 4. 19795. 4. 1979

AP C 13 K/ 207AP C 13 K / 207

Katalysator enthält, verwendet wird, kann eine Faserfestjgkeit der freigesetzten Cellulose von nahezu dem natürlichen DP-Wert erzielt werden. Durch Abziehen des Lösungsmittelgemisches und Kühlen und Abtrennen der flüchtigen Materialien können die gelösten Hemicellulosezucker in hoher Ausbeute und hoher Reinheit und reines Lignin als blasses Pulver erhalten werden. Aus Harthölzern kann eine Faser mit DP-Werten von über 1000 und aus Weichhölzern eine Faser mit EP-Werten über 800 erhalten werden. Wenn der Lignocelluloserückstand weiter mit heißen Lösungsmittelgemisch unter Verwendung eines stark sauren Katalysators behandelt wird, kann die Verzuckerung bis zu jedem Stadium der Auflösung der Feststoffe und Zucker durchgeführt werden, und es können Zuckerdehydratationsprodukte , organische Säuren, Furfural und Methanol erhalten werden.Catalyst containing is used, a Faserfestjgkeit the released cellulose can be achieved by almost the natural DP value. By removing the solvent mixture and cooling and separating the volatile materials, the dissolved hemicellulose sugars can be obtained in high yield and high purity and pure lignin as a pale powder. From hardwoods a fiber with DP values of over 1000 and from softwoods a fiber with EP values over 800 can be obtained. When the lignocellulosic residue is further treated with hot solvent mixture using a strong acid catalyst, saccharification can be carried out until each stage of dissolution of the solids and sugars, and sugar dehydration products, organic acids, furfural and methanol can be obtained.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist eine wesentliche Kosteneinsparung gegenüber Kraft-Verfahren, bei denen 30 bis 40 % Chemikalien je Tonne Holz verwendet werden, möglich, da in dem Verfahren gemäß der Erfindung nur 3 bis 6 % an saurem Katalysator, bezogen auf das Holzgewicht, verwendet werden. Durch die kontinuierliche Rückgewinnung von organischem Lösungsmittel und die Gewinnung von Lignin und Zuckern hoher Qualität werden die Kosten für nichtzurückgewinnbare Chemikalien mehr als aufgehoben. Außerdem werden aus der Lignocellulose organische Säuren gebildet.With the process according to the invention, a substantial cost saving over Kraft processes using 30 to 40 % chemicals per tonne of wood is possible because in the process according to the invention only 3 to 6% of acidic catalyst, based on the wood weight , be used. Continuous recovery of organic solvents and high quality lignin and sugars more than offset the cost of non-recoverable chemicals. In addition, organic acids are formed from the lignocellulose.

Claims (16)

10.1.1980 54 ,146/1810.1.1980 54, 146/18 Erfindungsanspruchinvention claim Verfahren zum Abbauen von Lignocellulosematerialien durch Kochen mit einem angesäuerten Gemisch aus 70 bis 30 Teilen Wasser und 30 bis 70 Teilen eines organischen Lösungsmittels unter Druck und bei einer Temperatur in dem Bereich von 160 bis. 210 C, gekennzeichnet dadurch, daß man als organisches Lösungsmittel einen wasserlöslichen niedrigmolekularen aliphatischen Alkohol und als Säure eine organische Säure, nämlich Oxal-, Malein-, o-Phthal-, L-Äpfel-, Bernstein-, Nicotin-, Salicyl- oder Trifluoressigsäure, oder eine mit einem ihrer neutralen puffernden Salze gepufferte starke Säure, nämlich Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure, oder als organisches Lösungsmittel ein niedrig-molekulares aliphatisches Keton und als Säure eine der obigen starken Säuren verwendet, das pH des angesäuerten Gemisches in dem Bereich von 1,7 bis 3>5 hält und nach anfänglicher Imprägnierung des Lignocellulosematerials die angegebenen Bedingungen wenigstens drei Minuten beibehält, nach dem Kochen die Kochflüssigkeit abzieht, den Rückstand wäscht, von der abgezogenen KochflUssigkeit organisches Lösungsmittel und flüchtige Abbauprodukte abdestilliert und dann kondensiert und von der verbleibenden Lösung die nicht-flüchtigen Abbauprodukte abtrennt.A process for decomposing lignocellulose materials by boiling with an acidified mixture of 70 to 30 parts water and 30 to 70 parts organic solvent under pressure and at a temperature in the range of 160 to. 210 C, characterized in that the organic solvent is a water-soluble low molecular weight aliphatic alcohol and acid as an organic acid, namely oxalic, maleic, o-phthalic, L-malic, succinic, nicotinic, salicylic or trifluoroacetic acid or a strong acid buffered with one of its neutral buffering salts, namely hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid or phosphoric acid, or as organic solvent a low molecular weight aliphatic ketone and acid one of the above strong acids used, the pH of the acidified mixture in the range from 1.7 to 3> 5, and after initial impregnation of the lignocellulosic material, maintaining the specified conditions for at least three minutes, boiling off the cooking liquor after boiling, washing the residue, distilling off organic solvent and volatile degradation products from the withdrawn cooking liquor and then condensing and evaporating remaining solution separates the non-volatile degradation products. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man als organisches Lösungsmittel Methanol, Äthanol oder Aceton verwendet.Process according to item 1, characterized in that the organic solvent used is methanol, ethanol or acetone. 10.1·1980 54 146/1810.1 · 1980 54 146/18 Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß man ein angesäuertes Lösungsmittelgemisch, das 60 bis 40 Teile Wasser und 40 bis 60 Teile organisches Lösungsmittel enthält, verwendet.Process according to item 2, characterized in that an acidified solvent mixture containing 60 to 40 parts of water and 40 to 60 parts of organic solvent is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß man das Lignocellulosematerial und das angesäuerte Lösungsmittelgemisch im Gewichtsverhältnis 1:4 bis 1:12 verwendet.Process according to one of the preceding points, characterized in that the lignocellulosic material and the acidified solvent mixture are used in a weight ratio of 1: 4 to 1:12. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man die flüchtigen Materialien durch Dampfdestillation abtrennt, so daß Lignin ausfällt, und diese flüchtigen Materialien fraktioniert kondensiert und dadurch organisches Lösungsmittel und flüchtige thermische Umwandlungsprodukte und flüchtige Hydrolyseprodukte, nämlich Methanol, Furfural, 5-Hydroxymethylfurfural, Lävulinsäure, Ameisensäure und Essigsäure, gewinnt und voneinander trennt·A process according to any of claims 1 to 4, characterized by separating the volatile materials by steam distillation to precipitate lignin and fractionally condensing these volatile materials and thereby organic solvent and volatile thermal conversion products and volatile hydrolysis products, namely methanol, furfural, 5-hydroxymethylfurfural , Levulinic acid, formic acid and acetic acid, wins and separates from one another · Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man von der abgezogenen Kochflüssigkeit nach Abdestillieren der flüchtigen Bestandteile das ausgefällte Lignin abfiltriert, es dann in einem Ligninlösungsmittel bis zur Sättigung wieder auflöst, unlösliches Material von der Lösung abfiltriert und die Ligninlösung sprülitrocknet oder durch Vermischen der Lösung mit Wasser reines feinteiliges Lignin fällt.A process according to items 1 to 4, characterized in that the precipitated lignin is filtered from the drawn off cooking liquid after distilling off the volatiles, it is then dissolved again in a lignin solvent to saturation, insoluble material is filtered off from the solution and the lignin solution is spray-dried or by mixing the solution with water pure finely divided lignin falls. Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß man zur Auflösung des aus der Kochflüssigkeit gefällten Lignins Aceton, Furfural, Dimethylsulfoxid oder Tetra-A method according to item 6, characterized in that acetone, furfural, dimethylsulfoxide or tetra-lithium is dissolved to dissolve the lignin precipitated from the cooking liquor. 10.1.1980 54 146/1810.1.1980 54 146/18 hydrofuran verwendet.used hydrofuran. 8. Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß man die verbleibende wäßrige Zuckerlösung durch Dampfabstreifen bis zu einem Gehalt an gelösten Peststoffen von 20 bis 50 % einengt und die dabei abgetrennten flüchtigen Materialien fraktioniert kondensiert.8. The method according to item 6, characterized in that one restricts the remaining aqueous sugar solution by steam stripping to a content of dissolved pesticides of 20 to 50 % and condenses the separated volatile materials fractionated. 9» Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man zur Gewinnung von Cellulose von • hohem Polymerisationsgrad als organisches Lösungsmittel Methanol oder Äthanol und als Säure Oxalsäure verwendet. 9 »method according to one of the items 1 to 4, characterized in that one uses for the recovery of cellulose from • high degree of polymerization as the organic solvent methanol or ethanol and as the acid oxalic acid. 10. Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß man das Lignocellulosematerial· mit dem angesäuerten Lösungsmittelgemisch für eine Zeit von etwa fünf Minuten bei einer Temperatur von etwa 180 0C kocht, dann die Kochflüssigkeit abzieht und den teilweise entlignifizierten Rückstand so lange mit frischem Lösungsmittelgemisch bei einer Temperatur von nicht über 210 0C und nahe an 200 0C kocht, bis die Cellulosefasern durch Flüssigkeitsbewegung abtrennbar sind, die Kochflüssigkeit abzieht und den Celluloserückstand mit Aceton und anschließend mit Y/asser wäscht.10. The method according to item 9, characterized in that one cooks the lignocellulosic material · with the acidified solvent mixture for a time of about five minutes at a temperature of about 180 0 C, then the cooking liquid is withdrawn and the partially entlignifizierten residue with fresh solvent mixture at a temperature of not more than 210 0 C and close to 200 0 C boils until the cellulose fibers are separated by liquid movement, the cooking liquid is withdrawn and washed the cellulose residue with acetone and then with Y / asser. 11. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man zur Gewinnung einer Cellulose von hohem Polymerisationsgrad als organisches Lösungsmittel Äthanol11. The method according to item 1 to 4, characterized in that to obtain a cellulose of high degree of polymerization as the organic solvent ethanol "und als Säure eine mit einem ihrer neutralen Salze"and as acid one with one of their neutral salts 207 586207 586 10.1.1980 54 146/1810.1.1980 54 146/18 gepufferte starke Säure verwendet.buffered strong acid used. 12. Verfahren nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß man das Lignocellulosematerial mit der Kochilüssigkeit etwa fünf Minuten bei etwa 180 0C kocht, dann die Kochflüssigkeit abzieht und den teilweise entlignifizierten Rückstand so lange mit frischem Ijösungsmittelgemisch bei einer Temperatur von nicht über 210 0C und nahe an 200 0C kocht, bis die Cellulosefasern durch Plüssigkeitsbewegung abtrenn-• bar sind, dann die Kochflüssigkeit abzieht und den Rückstand mit Aceton und dann mit Y/asser wäscht.12. The method according to item 11, characterized in that boiling the lignocellulosic material with the cooking liquid for about five minutes at about 180 0 C, then the cooking liquid is removed and the partially entlignifizierten residue as long with fresh Ijösungsmittelgemisch at a temperature of not more than 210 0 C. and boils close to 200 0 C, until the cellulose fibers by severing Plüssigkeitsbewegung • are bar, the cooking liquor is withdrawn, and the residue with acetone and then with Y / ater washes. 13· Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man zur Gewinnung einer Cellulose von niedrigem Polymerisat!onsgrad als organisches Lösungsmittel Aceton und als Säure Salzsäure verwendet.Process according to items 1 to 4, characterized in that acetone is used as the organic solvent to obtain a cellulose of low degree of polymerisation, and hydrochloric acid is used as the acid. 14. Verfahren nach Punkt 13» gekennzeichnet dadurch,14. Method according to item 13 »characterized by daß man das Lignocellulosematerial etwa fünf Minuten bei etwa 180 0C kocht, die erste Kochflüssigkeit abzieht und den teilweise entlignifizierten Rückstand mit frischem Lösungsmittelgemisch so lange bei einer Temperatur in dem Bereich von 180 0C bis 200 0C kocht, bis eine Teilverzuckerung der Cellulose erfolgt ist, die Kochflüssigkeit abzieht und den Rückstand mit Aceton und dann mit Y/asser wäscht.by boiling the lignocellulosic material about five minutes at about 180 0 C, the first cooking liquid, and the partially delignified residue with fresh solvent mixture is withdrawn as long at a temperature in the range of from 180 0 C to 200 0 C boiling until a Teilverzuckerung of the cellulose takes place remove the cooking liquor and wash the residue with acetone and then with water. 15· Verfahren nach Punkt 13 und 14, gekennzeichnet dadurch, daß man zur Gewinnung einer mikrokristallinen ' Cellulose die zweite Kochstufe so lange bei einerMethod according to items 13 and 14, characterized in that, for the purpose of obtaining a microcrystalline cellulose, the second cooking stage is used for a while 20 7 58620,7586 10·1.1980 54 146/1810 · 1.1980 54 146/18 Temperatur von 200 bis 210 0C durchführt, bis die Cellulosefaser durch Hydrolyse amorpher Polyglucose bis in den kristallinen Bereich abgebaut ist»Temperature of 200 to 210 0 C carried out until the cellulose fiber is degraded by hydrolysis of amorphous polyglucose into the crystalline region » 16. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man für eine praktisch vollständige Verzuckerung der Lignocellulose als organisches Lösungsmittel Aceton und als Säure Salzsäure verwendet.16. The method according to item 1 to 4, characterized in that one uses acetone for an almost complete saccharification of the lignocellulose as the organic solvent and hydrochloric acid as the acid. 17· Verfahren nach Punkt 16, gekennzeichnet dadurch, daß man in einer ersten Stufe durch Kochen des Lignocellulosematerials mit einem Lösungsmittelgemisch, das ein pH in dem Bereich von 3,5 bis 2,2 hat, bei einer Temperatur von etwa 180 0C für eine Zeit von etwa fünf Minuten die Cellulose freisetzt, die Kochflüssigkeit abzieht, und in einer zweiten Stufe den Rückstand mit einem der ersten Kochflüssigkeit gleichen Lösungsmittelgemisch, das jedoch ein sauberes pH in dem Bereich von 2,2 bis 1,7 hat, so lange bei einer Temperatur von etwa 200 0C kocht, bis die Cellulose, praktisch vollständig in !Lösung gegangen ist.Process according to item 16, characterized in that, in a first stage, by boiling the lignocellulosic material with a solvent mixture having a pH in the range of 3.5 to 2.2 at a temperature of about 180 ° C for a Time of about five minutes releases the cellulose, stripping the cooking liquor, and in a second stage the residue with a solvent similar to that of the first cooking liquor but having a clean pH in the range of 2.2 to 1.7, so long for a Temperature of about 200 0 C boils until the cellulose has gone virtually completely in! Solution. 18. Verfahren nach Punkt 16, gekennzeichnet dadurch, daß man das Lignocellulosematerial mit dem Lösungsmittelgemisch mit einem pH in dem Bereich von 2,2 bis 1,7 so lange bei einer Temperatur von etwa 200 0C kocht, bis es vollständig gelöst ist.18. The method according to item 16, characterized in that one cooks the lignocellulosic material with the solvent mixture having a pH in the range of 2.2 to 1.7 at a temperature of about 200 0 C until it is completely dissolved. 19· Verfahren nach den Punkten 16 und 18, gekennzeichnet dadurch, daß man zum vollständigen Abbau des Lignocellulosematerials zu Lignin und Kohlenhydratabbauprodukten das Material mit einem LösungsmittelgemischProcess according to points 16 and 18, characterized in that the material is mixed with a solvent mixture to completely decompose the lignocellulosic material into lignin and carbohydrate degradation products 207 586207 586 10.1.1980 54 146/1810.1.1980 54 146/18 mit einem pH in dem Bereich von 3,5 bis 1,7 so lange bei einer Temperatur von etwa 200 0C kocht, bis das Lignin und Kohlenhydrate in Lösung gegangen sind und Pentosen und Hexosen in ihre Purfurale umgewandelt sind.boils at a temperature of about 200 0 C and a pH in the range 3.5 to 1.7 until the lignin and carbohydrates have gone into solution and pentoses and hexoses are converted to their Purfurale. 20. Verfahren nach Punkt 9 oder 11, gekennzeichnet dadurch, daß man das Material etwa fünf Minuten bei einer Temperatur von etwa 180 0C mit dem angesäuerten Lösungsmittelgemisch kocht, die Kochflüssigkeit abzieht, den Rückstand mit Lösungsmittel und mit heißem Wasser wäscht und den Rückstand dann einem Hochdruckdefibrator zuführt.20. The method according to item 9 or 11, characterized in that the material is boiled for about five minutes at a temperature of about 180 0 C with the acidified solvent mixture, the cooking liquid is removed, the residue is washed with solvent and with hot water and then the residue fed to a high pressure defibrator. 21. Verfahren nach Punkt 10 oder 12, gekennzeichnet dadurch, daß man das angesäuerte Lösungsmittelgemisch und das Lignocellulosematerial in einen Druckbehälter mit Einlaß und Auslaß einbringt, das Lösungsmittelgemisch kontinuierlich durch das Lignocellulosematerial umlaufen läßt und, wenn das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, mit größerer Geschwindigkeit als das Lignocellulosematerial dem Auslaß zuführt, so daß seine Verweilzeit in Kontakt mit den Chips nicht mehr als fünf Minuten beträgt, wonach die Kochflüssigkeit abgezogen wird, während frisches Lösungsmittelgemisch zum Ersatz des abgezogenen Gemisches eingeführt wird.21. The method according to item 10 or 12, characterized in that one introduces the acidified solvent mixture and the lignocellulosic material in a pressure vessel with inlet and outlet, the solvent mixture is circulated continuously through the lignocellulosic material and, if the process is carried out continuously, at a faster rate than feeding the lignocellulosic material to the outlet so that its residence time in contact with the chips is not more than five minutes, after which time the cooking liquid is withdrawn while fresh solvent mixture is introduced to replace the withdrawn mixture. 22. Verfahren nach einem der Punkte 14, 15 und 17, gekennzeichnet dadurch, daß man die angesäuerten Lösungsmittelgemische und das Lignocellulosematerial in einen Druckbehälter mit Einlaß und Auslaß ein-22. Method according to one of the items 14, 15 and 17, characterized in that the acidified solvent mixtures and the lignocellulosic material are introduced into a pressure vessel with inlet and outlet. - 33 - - 33 - 10.1.1980 54 146/1810.1.1980 54 146/18 bringt und jedes Lösungsmittelgemisch während der betreffenden Kochzeiten kontinuierlich durch das Lignocellulosematerial umlaufen läßt, und, wenn das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, das erste Lösungsmittelgemisch in der gleichen Richtung wie die Lignocellulose, -jedoch mit größerer. Geschwindigkeit als diese dem Auslaß zuführt und das zv/eite Lösungsinittelgemisch im Gegenstrom zu dem Lignocelluloserückstand führt.and allowing each solvent mixture to circulate continuously through the lignocellulosic material during the cooking times in question and, if the process is carried out continuously, the first solvent mixture in the same direction as the lignocellulose, but with greater. Speed as it delivers to the outlet and the zv / eite solvent mixture leads in countercurrent to the lignocellulosic residue. Hierzu'/ Seiten ZeichnungenFor this' / pages drawings
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