CS271264B1 - Method of lignocellulosic material prehydrolysis - Google Patents

Description

Vynález sa týká spůsobu predhydrolýzy razných druhov lignocelulózového materiálu.

Doterajší spósob výroby buničín určených na ďalšie chemické spracovanie pozostáva z predhydrolýzy štiepok dřeva a iného lignocelulózového materiálu (LCM) vo vodě použitím hydromodulu,t. j. poměru dřevo : voda = 1 : 2,5 až 1 : 4 a z alkalickej, obvykle sulfátovej delignifikácie predhydrolyzovaného materiálu.

Nevýhodou doterajšieho spósobu predhydrolýzy štiepok dřeva a iného LCM určeného na výrobu viskózových a iných chemických buničín je tvorba enormného množstva predhydrolyzátu, pre ktorý sa nenašlo vhodné priemyselné využitie a ktoré sa nemóže likvidovať v existujúcej Čističke odpadných vód. Při výrobě viskózovej buničiny z buká tvoří sa cca 4 m^ predhydrolyzátu na t buničiny.

Predhydrolyzát obsahuje časť degradovaného polysacharidického podielu dřeva vo formě monosacharidov, oligosacharidov a iných látok. Obsah monosacharidov v predhydrolyzáte dřeva buká je nízký a činí cca 16 až 17 kg/m\ Priemyselná utilizácia tohto podielu by bola neekonomická. Chemické alebo biochemické využitie predhydrolyzátu na produkciu xylózy, drevnej melasy, furfuralu, kyseliny octovej alebo krmných bielkovín vyžaduje jeho dodatočnú hydrolýzu. Obsah monosacharidov v predhydrolyzáte po jeho dodatočnej hydrolýze vzras tie na 40 až 45 kg/m\ Takéto zužitkovanie predhydrolyzátu vyžaduje ďalšie dodatočné výrobně zariadenie a je spojené s vysokými investičnými a výrobnými nákladmi, čím sa stává ekonomicky nevýhodné.

Zužitkovanie celého množstva predhydrolyzátu produkovaného velkým závodom na výrobu xylózy a drevnej melasy je prakticky nereálné, pretože okrem zariadenia na dodatočnú hydrolýzu, vyžaduje rózné ďalšie zariadenia na zahusfovanie, vypudzovanie furfuralu, filtráciu apod., ktoré pře tvorbu inkrustov je potřebné sústavne čistit. Potřeba horúcich alkálií na sústavné čistenie používaného zariadenia by bola vysoká a vyžadovala by ďalšie zariadenie na ich regeneráciu a opátovné použitie, čím by sa výrobný proces ešte viac zkomplikoval.

Spósob predhydrolýzy LCM podZa vynálezu, využitý pri výrobě buničín určených na ďalšie chemické spracovanie odstraňuje nedostatky doteraz používaného spósobu predhydrolýzy.

Podstata riešenia spočívá v tom, že predhydrolýza štiepok dřeva alebo iného LCM sa uskutočňuje v zmesnej fáze voda - pára,t.j. při nízkom hydromodule použitím poměru dřevo : : voda = 1 : 1 až 1 ; 1,8 podl’a druhu použitého LCM a pře štiepky buká pri hydromodule 1 : : 1,2 až 1 : 1,3. Ostatné podmienky predhydrolýzy sú rovnaké aké sa používajú při klasickej predhydrolýze vodou,t.j. při hydromodule 1 ; 2,5 až 1 : 4. Při použití kontinuálného izotermického varáka doba predhydrolýzy činí 20 až 180 min. při teplote 150 až 190 °C podTa druhu použitého LCM. Pre štiepky buká výhodná doba predhydrolýzy je 50 až 100 min. pri. teplote 165 aý 170 °C. Pri použití diskontinuálneho varáka doba výhrevu na maximálnu teplo tu predhydrolýzy činí 1 až 2 hod. a doba výdrže při maximálnej teplote 0,5 až 2 hod. podTa druhu použitého LCM. Pře štiepky buká výhodná doba výhrevu je 90 až 100 min. a doba výdrže pri maximálnej teplote 90 až 120 min.

Plynná fáza po skončení predhydrolýzy sa oddělí od predhydrolyzovaných Štiepok v cyklóne alebo vyprázdňovacej nádrži a spracuje sa doposial’ používaným postupom. Takto sa získajú prchavé zložky predhydrolyzátu, hlavně furfural. Móže sa však získať aj kyselina octová připadne aj kyselina mravčia. Zbývajúce neprchavé zložky predhydrolyzátu ako sú: monosacharidy, oligosacharidy, lignin a iné zložky drevnej hmoty ostanu v predhydrolyzovaných Štiepkach a v priebehu následnej sulfátovej alebo nátronovej delignifikácie predhydrolyzovaných štiepok sa buď rozložia alebo sa stanů súčasťou čierneho výluhu. Dosiahne sa tým zvýšenie organického podielu sušiny výluhu, čo priaznivo ovplyvní jako spal’ovanie v regenerácii a zvýši produkciu рагу.

CS 271264 Bl

V případe, že závod okrem viskózovej buničiny vyrába aj xylózu a drevnú melasu vo formě sirupu, potom potřebné množstvo predhydrolyzátu pře výrobu xylózy a drevnej melasy sa vyrobí doposial’ používanou technológiou ,t.,j . predhydrolýzou štiepok vo vodě při súčasne používanom hydromodule. Touto technológiou sa vyrobí len také množstvo viskózovej buničiny, pri ktorom sa získá požadované množstvo predhydrolyzátu, ktoré je potřebné pre plánovaná výrobu xylózy a sirupu. Ostatná výroba viskózovej buničiny sa uskutoční predhydrolýzou v zmesnej fáze voda - para, t.j. při nízkom hydromodule podl’a vynálezu.

Výroba viskózovej buničiny a iných druhov buničín určených na ďalšie chemické spracovanie podía vynálezu vyžaduje dodržanie určitých nevyhnutných podmienok.

Prvou podmienkou je dosiahnutie rovnomernej predhydrolýzy štiepok. Toto sa dosiahne a zaistí dokonalou impregnáciou a nasiaknutím štiepok vodou. Druhou podmienkou je přítomnost dostatočného množstva sýtej рагу s takým tepelným obsahom, aby sa dosiahla požadovaná teplota predhydrolýzy napr. 170 °C a aby táto teplota bola rovnoměrně rozdělena v celom varnom priestore kde sa predhydrolýza uskutočňuje. Trefou podmienkou je dosiahnutie dostatočnej hlbky predhydrolýzy. Požadovaná hlbka predhydrolýzy sa zaistí po dodržaní predchádzajúcich podmienok použitím dostatočnej maximálnej teploty a doby predhydrolýzy.

Dodržanie vyššie uvedených podmienok predhydrolýzy v zmesnej fáze voda - para podl’a vynálezu je zárukou rovnoměrného priebehu predhydrolýzy všetkých štiepok a celej hmoty kaž dej štiepky. Vyžaduje sa taká hlbka predhydrolýzy vyjádřená dostatočnou stratou drevnej hmoty, ktorá zaručuje odstránenie hlavného podielu hemicelulóz a tým aj dokonalý a rovnoměrný priebeh óalšej následnej dovárky predhydrolyzovaných štiepok sultánovým alebo nátronovým varným postupom. Výsledkom potom je rovnoměrně odvarená buničina s vysokou akcesibilitou a reakčnou schopnosťou a tým aj dobrou spracovatelnosťou v dalších výrobných procesoch.

Uskutočnením predhydrolýzy v zmesnej fáze voda - para,t.j. pri nízkom hydromodule, ato sa to uplatňuje vo vynáleze, nedochádza к tvorbě predhydrolyzátu а к znečistovaniu životného prostredia jeho nežiadúcimi zložkami. Buničiny vyrobené použitím predhydrolýzy sposobom uvedeným vo vynáleze vykazujú rovnaké alebo aj lepšie kvalitativně charakteristiky ako buničiny vyrobené doposial používaným postupom. Hlavným prínosom predhydrolýzy LCM v zmesnej fáze voda - pára, tj. pri nízkom hydromodule, ako sa to uplatňuje vo vynáleze, je zamedzenie tvorby nežiadúceho predhydrolyzátu, ktorého fyzická likvidácia je náročná, ekonomicky nevýhodná a technicky skoro neriešitelná, pričom vynález při správnej organizácii výroby umožňuje získať rovnaké množstvo doposial vyrábaných produktov ako sú: buničina, xylóza, dřevná melasa a furfural v požadovanom množstve a kvalitě.

Příklad prevedenia štiepky buká sa namočia do vody na taká dobu, aby dokonale nasiakli vodou a vypudil sa vzduch přítomný v štiepkach. Prebytočná voda sa odfiltruje a použije na ďalšiu impregnáciu štiepok. Impregnácia štiepok sa može uskutočniť aj parou tak, že použitá para sa nechá zkondenzovat a vzniklá voda ostane nasiaknutá v štiepkach. Dokonale naimpregnované štiepky sa podrobia kontinuálnej izotermickej predhydrolýze napr. 80 min. při 170 °C za přítomnosti přebytku sýtej рагу dostatočného tepelného obsahu. Predhydrolýza sa može uskutočniť aj v diskontinuálnom zariadení použitím napr. doby výhrevu 90 min. na 170 °C a doby výdrže 90 min. při maximálnej teplote.

Příjem vody dokonale nasiaknutých štiepok dřeva buká odpovedá 120 % až 125 % počítané na hmotnosť suchých štiepok, resp. hmotnost štiepok narastie na 220 % až 225 % póvodnej hmotnosti. Znamená to, že hydromodul dokonale nasiaknutých štiepok dřeva buká odpovedá poměru dřevo : voda = 1 : 1,2 resp. poměru 1 : 1,25. Prídavkom dostatečného množstva sýtej рагу o požadovanom tepelnom obsahu, predhydrolýza sa uskutočřiuje v zmesnej fáze voda - para .

Nasiaknutá voda ostává v predhydrolyzovaných štiepkach a po přidaní potřebných alkálií sa stává súčasťou varného roztoku v druhom alkalickom varnom stupni. Organický podiel dřeva degradovaný v priebehu predhydrolýzy zvýši organický podiel sušiny výluhu po následnej alkalickej dovárke predhydrolyzovaných Štiepok. Z časti organického podielu dřeva sa tvoria v priebehu predhydrolýzy prchavé zložky (furfural, kyselina octová a mravčia, metanol a pod.), ktoré odchádzajú z varáka s odplynmi.

Vařák po skončení predhydrolýzy sa odplyní a zložky přítomné v parnej fáze, najma furfural, sa získajú obvyklým spůsobom. Predhydrolyzované štiepky sa dovaria sulfátovým alebo nátronovým varným postupom s použitím alebo bez použitia katalýzy antrachinonom.

Výroba buničiny určenej na Salšie chemické spracovanie sa může takto produkovat v jednom vařáku v ktorom sa uskutoční predhydrolýza v zmesnej fáze při nízkom hydromodule, po ktorej následuje sulfátová alebo nátronová dovárka. Výroba buničiny sa móže uskutočniť aj v dvoch varných zariadeniach, pričom predhydrolýza v zmesnej fáze sa realizuje v kontinuálně pracujúcom vařáku z ktorého štiepky sa vystrelia pod tlakom do vyprázdňovacej nádrže a dovaria v diskontinuálne pracujúcom vařáku. Móže sa použiť aj obrátěný postup při ktorom štiepky sa predhydrolyzujú v diskontinuálne pracujúcom vařáku a dovaria v kontinuálně pracujúcom vařáku. Spósob výroby závisí od zariadenia, ktoré má závod к dispozícii.

Najideálnejšie riešenie výroby buničiny určenej pře ďalšie chemické spracovanie je po užitie batérie diskontinuálnych varákov (např. 8 varákov) z ktorých časť (např. 2 varáky)_sa vyčlenia pře predhydrolýzu vodou pře produkciu takého množstva predhydrolyzátu, ktoré pokryje potřebu plánovanej výroby xylózy a drevnej melasy. Toto množstvo predhydrolyzátu sa prakticky likviduje tým, Že zbytok po kryŠtalizácii xylózy sa zahustí a předá ako sirup (dřevná melasa) na výkrm hospodářských zvierat alebo na iné účely. V ostatných diskontinuálnych varákoch sa aplikuje predhydrolýza v zmesnej fáze pri nízkom hydromodule, spósobom podl’a vynálezu, při ktorom sa netvoří predhydrolyzát. Použitím takéhoto vyrobného postupu závod nebude znečisťovat odpadně vody predhydrolyzátom a nebude mať problémy spojené s lik vidáciou nežiadúceho prebytočného predhydrolyzátu.

Odstranenie hemicelulóžového podielu determinované hlbkou predhydrolýzy určuje kvalitu varábanej viskózovej alebo inej chemickej buničiny. Hl’bka predhydrolýzy závisí od použitého LCM a móže odpovedať strate hmotnosti v rozsahu 10 % až 40 %. Při spracování štiepok buká hl’bka predhydrolýzy odpovedá strate hmotnosti 22 % až 31 %.

Vlastnosti viskózovej buničiny vyrobenej predhydrolýzou štiepok buká v zmesnej fáze voda - para při nízkom hydromodule sú uvedené v tab. 1 a tab. 2. V oboch tabulkách pře porovnanie sa uvádzajú tiež charakteristiky viskózovej buničiny pripravenej predhydrolýzou \o vodě doposial používaným postupom pri hydromodule 1 : 4. Z výsledkov uvedených v oboch tabulkách vyplývá, že predhydrolýzou štiepok buká v zmesnej fáze voda - para při nízkom hydromodule, podl’a vynálezu, možno pripraviť viskózové buničiny s rovnakými alebo lepšími kva litatívnými charakteristikami ako vykazujú viskózové buničiny připravené zo štiepok predhydrolyzovaných vo vodě doposial’ používaným postupom při hydromodule 1 : 4.

Bielená viskózové buničina z buká připravená predhydrolýzou v zmesnej fáze - voda při nízkom hydromodule odpovedájúcom poměru 1 : 1,2 podlá vynálezu (uvedená v tab. 2), vykazuj nízké hodnoty rozpustnosti v zriedených roztokoch NaOH a vysoký obsah alfa-celulozy odpove dajúci hodnotě 96,4 % až 97,1 %. Obsah dřevných gúm vyjádřený hodnotou rozpustnosti v 5%-nom roztoku NaOH činí 1,0 % až 2,2 % a je nižší ako sa vyžaduje pře viskózovou buničinu z buká I akostnej treidy. Buková viskózová buničina I akostnej treidy musí vykazovat rozpustnost v 5 %-nom roztoku NaOH maxim. 3 % a obsah alfacelulózy minim. 94,1 %,

Analytické charakteristiky viskózovej buničiny pripravenej podťa vynálezu zaraduje toito druh buničiny medzi velmi kvalitně a sú zárukou, že vyrobená buničina bude mať dobru spracovatelnosť a hodí sa pře spracovanie viskózovým postupom pri výrobě viskózového hodvá bu a stříže. Ďalšie analytické hodnoty viskózovej buničiny ako sú viskozita a bělost možno ovplyvniť v priebehu výroby podmienkami bielenia,t;j. zanáškou aktívného chlóru a NaOH a v rozsahu požadovaných hodnót nemajú rozhodujúci vplyv na spracovatelnosť pripravenej buniči ny.

Claims (1)

1. PREDMET VYNÁLEZU

   Spčsob predhydrolýzy lignocelulózového materiálu vrátane dřevných Štiepok při teplote v rozsahu 165 až 175 °C s výhodou při 170 °C v priebehu 50 až 100 min. s výhodou 80 min., vyznačený tým, že predhydrolýza sa uskutoční v zmesnej fáze voda - para při nízkom hydromodule, použitím poměru lignocelulózový materiál: voda = 1 : 1 až 1 : 1,8 s výhodou použitia poměru dřevo : voda = 1 : 1,2 až 1 : 1,3.