CS274522B1 - Method of lignocellulosic material treatment with formation of pentoses,lignite and cellulose mixture - Google Patents

Description

Vynález řeší způsob zpracování lignocelulózového materiálu, zejména kukuřičných oklasků, slámy nebo pilin za vzniku pentózy, ligninu a celulózy.

Společenské požadavky, které vyplývají z celosvětového hospodaření se surovinovými zdroji, orientují již řadu lét výzkum a vývoj na využití biomasy, která výhledově představuje základní zdroj uspokojování potřeb lidstva v oblasti produkce potravin a chemikálií, zemědělství a farmacie. Úkol, který se dnes zjevně prezentuje, to je jak zpřístupnit nefosilní cesty, spočívá v ekonomické hydrolýze lignocelulózového komplexu a separaci získaných produktů hydrolýzy. Způsob zpracování lignocelulózových materiálů alkalickou nebo kyselou hydrolýzou za účelem využití rostlinného uhlíku je drahý, protože kyseliny i alkálie musí být regenerovány nebo neutralizovány, což představuje velkou spotřebu alkálií a kyselin a dále zvýšené investiční náklady.

Současně z rozvojem postupů hydrolýzy zředěnými kyselinami se začaly rozvíjet technologie používající koncentrované'nebo velmi koncentrované kyseliny. Známá je technologie navržená Bergiusem. Tento postup spočíval v protiproudné extrakci zvlhčené suroviny s 37% chlorovodíkovou kyselinou. Postup byl zdokonalen Háglundem při použití 42% chlorovodíku a intenzivní chlazením reaktorů.

Další vývoj se týkal použití plynného chlorovodíku. Zjistilo se, že žádoucí hydrolytický účinek se dosahuje až při koncentraci chlorovodíku vyšší jak 90 %.

Pro krmné účely se lignocelulózový materiál hydrolyzuje vodní parou v přítomnosti kyseliny octové, kdy dochází ke štěpení lignocelulózové vazby. Stravitelnost produktu získaného touto hydrolýzou slámy nebo dřeva činí 52 % až 60 % původního materiálu. Tento způsob hydrolýzy je energeticky vysoce náročný. Na zpracování 1 tuny lignocelulózového materiálu je potřeba 350 až 500 kg ostré páry.

Dosavadní známé způsoby zpracování lignocelulózového materiálu jsou energeticky náročné, neřeší separaci hydrolýzou vzniklých produktů. Hydrolýzou získaná směs je určena pouze ke krmným účelům.

Uvedený problém zpracování lignocelulózového materiálu, zejména kukuřičných oklasků a dřevěných odpadů řeší způsob hydrolytického zpracování tohoto materiálu za vzniku pentóz, ligninu a celulózy podle vynálezu, který spočívá v tom, že dezintegrovaný lignocelulózový materiál na 2 až 5 mm částice se smísí s vodou v hmot. poměru sušiny k vodě 1:5 až 12, po ohřátí na 70 až 100 °C se suspenze lisováním zbaví části tekutiny a při hmot. poměru sušiny k vodě 1:1,5 až 3 se kontinuálně hydrolyzuje při teplotě 130 až 140 °C po dobu 10 až 15 min. Lisováním se zhydrolyzovaná suspenze rozdělí na kapalnou fázi obsahující pentózu, která se postupnou expanzí zahustí a na pevnou fázi, u které se přídavkem vody upraví poměr sušiny k vodě na 1:1,5 až 3. Tato suspenze se podrobí druhé hydrolýze při teplotě 200 až 235 °C po dobu 10 až 15 min., ze suspenze po druhé hydrolýze se odlisuje pevná fáze, na níž se za atmosférického tlaku působí extrakčním činidlem, po rozdělení pevné a kapalné fáze se z roztoku po odpaření extrakčního činidla získá práškový lignin a pevný zbytek po extrakci je čistá celulóza.

Při první hydrolýze dochází ke štěpení pentozanů na směs pentóz, které se oddělí odlisováním kapalné fáze. Roztok směsi pentóz se postupnou expanzí zahustí až na roztok, obsahující 50 % pentóz.

Pevná fáze po zředění vodou se podrobí druhé hydrolýze, při které dochází k rozštěpení vazby mezi ligninem a celulózou. Z pevné fáze po druhé hydrolýze se za atmosférického tlaku vyextrahuje čistý lignin acetonem nebo směsí vody s obsahem 22 až 25 % hmot. amoniaku a ethanolu v hmot. poměru 1:1. Po odpaření extrakčního činidla se získá čistý lignin. Zbytek pn extrakci je čistá celulóza.

KapaJiiuu fázi uddělunuu ze suspenze pu druhé hydrolýze lze vrátit zpět do procesu a smísit s pevnou fází po první hydrolýze. Z pevně fáze po druhé hydrolýze podrobeně expanzi při atmosférickém tlaku vzniká pára, kterou lze po předání tepla vrátit zpět do hydrolyzač-

Claims (3)

1. Způsob zpracování lignocelulózového materiálu, zejména za vzniku pentóz, ligninu a celulózy kontinuální hydrolýzou rozemletého ve vodě nabobtnalého tohoto materiálu, vyznačující se tím, že dezíntegrovaný lignoceluliiový materiál se za tepla 80 až 100 °C nechá nabobtnat s vodou v poměru 1:5 až 12, po úpravě poměru sušiny k vodě na 1:1,5 až 3, nejlépe odlisováním části vody, se suspenze podrobí první kontinuální hydrolýze při teplotě 130 až 140 °C po dobu 10 až 15 min., lisováním se zhydrolyzovaná suspenze rozdělí na kapalnou fázi, obsahující pentózu, která se postupnou expanzí zahustí a na pevnou fázi, u které se přídavkem vody upraví poměr sušiny k vodě na 1:1,5 až 3, získaná suspenze se podrobí druhé hydrolýze při teplotě 200 až 230 °C po dobu 10 až 15 min., ze suspenze po druhé hydrolýze se odlisuje pevná fáze, na níž se za atmosférického tlaku působí extrakčním činidlem, po rozdělení pevné a kapalné fáze se z roztoku po odpaření extrakčního činidla získá práškový lignin a zbytek po extrakci je čistá celulóza.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že na odlisovanou pevnou fázi po druhé hydrolýze a po atmosférické expanzi se působí acetonem při 15 až 40 °C.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že na odlisovanou pevnou fázi po druhé hydrolýze a po atmosférické expanzi se působí směsí vodného roztoku s 22 až 25 % hmot. amoniaku a ethanolu v hmot. poměru 1:1 při 15 až 40 °C.

CS 274 522 BI ního procesu jako kapalnou fázi nebo do zásobníku vstupní suspenze pro její ohřev.

Uvedený způsob umožňuje zpracování lignocelulózového materiálu a separaci jeho hydrolýzou vzniklých složek, to je směs pentóz, lignin a celulóza, které jsou důležitými surovinami pro potravinářský a farmaceutický průmysl a zemědělství.

Nečiní se nároky na použití kyselin nebo alkálií. Z hlediska energetického je nenáročný. Zahušťování pentóz se provádí v expanzní odpařovací stanici bez nároků na případný ohřev. Použití kapalné fáze oddělené ze suspenze po druhé hydrolýze k rozrušení pevné fáze po první hydrolýze přináší další úsporu energií a vody. Při způsobu zpracování podle vynálezu dochází k vyčerpávajícímu využití všech složek lignocelulózového materiálu. Celulózu, získanou tímto způsobem, lze enzymaticky štěpit komplexním celulózovým systémem z Trichoderma viride za vzniku glukózy. Kvalita získaného ligninu umožňuje jeho použití jako přísada do pryží, jako náhrada fenolu nebo pro výrobu vanilinu.

Uvedený způsob zpracování lignocelulózového materiálu podle vynálezu lze realizovat na zařízení, které sestává z dezintegrační linky, směsovače a zásobníku s vyhrívacím zařízením na bobtnající suspenzi. Na zásobník suspenze je přes šnekový plnicí lis napojen první hydrolyzér, k němuž přes další šnekový převáděcí lis je připojen druhý hydrolyzér. Na druhý hydrolyzér je napojen výtlačný lis, který ústí do atmosférického expandéru. Expandér je napojen na extraktor, který je jednak přes sušicí linku spojen se zásobníkem na lignin a jednak se zásobníkem celulózy. Výstup kapaliny z výtlačného lisu po druhé hydrolýze je připojen do prostoru vstupu pevné fáze do druhého hydrolyzéru. Výstup kapaliny z převáděcího lisu za prvním hydrolyzérem je připojen na expanzní odpařovací stanici.

Příklad 1 - 500 kg sušiny kukuřičných vřeten bylo rozdrceno na částečky 0,2 až 5 mm a smícháno s vodou v hmot. poměru 1:10 při teplotě 90 °C. Tato suspenze byla hydrolyzována při hmot.poměru sušiny k vodě 1:3 a při 130 °C a tlaku po dobu 15 min. Potom byla suspenze převáděcím lisem rozdělena na pevnou fázi, která byla dopravena do druhého hydrolyzéru a na kapalnou fázi, která byla expanzně zahuštěna na roztok obsahující 50 % hmot. směsi pentóz. Pevná fáze po smísení s vodou na hmot. poměr sušina-voda = 1:3 byla podrobena hydrolýze při 230 °C, při tlaku 2,8 MPa a celkové době zdržení 15 min. Suspenze byla výtlačným lisem rozdělena na tekutou fázi, která byla použita opět k ředění pevné fáze po první hydrolýze a na pevnou fázi, která po atmosférické expanzi byla extrahována acetonem při teplotě 25 °C. Extrakční zbytek reprezentoval 180 kg čisté celulózy a z roztoku po.odpaření acetonu bylo získáno 65 kg práškového ligninu. Zahuštěný 50% roztok obsahoval 200 kg pentóz, převážně xylozu.

Příklad 2

500 kg sušiny pšeničné slámy bylo rozdrceno na částečky 0,2 až 5 mm a smícháno s vodou v hmot. poměru 1:5 při teplotě 90 °C. Tato suspenze byla hydrolyzována při hmot. poměru sušiny k vodě 1:1,5 a při 140 °C a tlaku po dobu 15 min. Potom byla suspenze převáděcím lisem rozdělena na pevnou fázi, která byla dopravena do druhého hydrolyzéru a na kapalnou fázi, která byla expanzně zahuštěna na roztok obsahující 50 % hmot. směsi pentóz. Pevná fáze po smísení s vodou na hmot. poměr sušina-voda = 1:1,5 byla podrobena hydrolýze při 200 °C, při tlaku 2,5 MPa a celkové době zdržení 15 min. Suspenze byla výtlačným lisem rozdělena na tekutou fázi, která byla použita opět k ředění pevné fáze po první hydrolýze a na pevnou fázi, která po atmosférické expanzi byla extrahována acetonem při teplotě 25 °C. Extrakční zbytek reprezentoval 210 kg čisté celulózy a z roztoku po odpaření acetonu bylo získáno 80 kg práškového ligninu. Zahuštěný 50% roztok obsahoval 150 kg pentóz, převážně xylózu.

Zahuštěný roztok pentóz lze buň použít ke krmným účelům, nebo pomocí membránové ultrafiltrace rozdělit na jednotlivé čisté pentózy.