DE699944C

DE699944C - Process for the continuous production of furfural

Info

Publication number: DE699944C
Application number: DE1938H0156778
Authority: DE
Inventors: Dr Max Alsfeld
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1938-08-12
Filing date: 1938-08-12
Publication date: 1940-12-10

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Furfurol Zur Herstellung von Furfurol aus pentosanhaltigen Materialien, z. B. Stroh, ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Ausgangsmaterial mit etwa 5- bis i o %iger Säure auf 14o bis 18o' erhitzt wird. Hierbei wird das Ausgangsmaterial weitgehend zerstört, so daß es nur noch zu Heizzwecken- herangezogen werden kann. Will man es .nach der Furfurolfabrikation noch zur Herstellung anderer wertvoller Produkte, z. B. Pappe oder Zellstoff, benutzen, so muß das Rohmaterial, z. B. das Stroh, zuerst von den Furfurol liefernden Pentosanen durch eine Extraktion mit verdünnten Säuren bei Temperaturen um ioo° befreit werden. Die- in Wasser unlöslichen Pentosane -gehen hierbei unter der Einwirkung der Säure und der Temperatur in die wasserlöslichen Pentosen über, aus denen das Furfurol durch Erhöhung der Temperatur auf etwa 1q.o bis i8o° in bekannter Reaktion gebildet wird. Zu diesem Zwecke sind zwei Wege vorgeschlagen worden. Entweder erhitzt man den Extrakt für einige Zeit in einem geschlossenen Autoklaven und destilliert dann einen Teil des Wassers und mit ihm das Furfurol ab, oder man führt den Extrakt kontinuierlich durch Rohre, in denen er indirekt auf die erforderliche Temperatur erwärmt wird. Das zuerst genannte Verfahren scheitert an den hohen Verdampfungskosten. Aber auch das zweite Verfahren konnte sich praktisch nicht durchsetzen, da die sich stets neben bzw. aus dem Furfurol bildenden Pölymerisations- und Zerg setzungsprodukte schon nach wenigen Stunden die Rohre vollkommen verstopfen.Process for the continuous production of furfural for production of furfural from pentosan-containing materials, e.g. B. straw, a method is known in which the starting material is heated to 14o to 18o 'with about 5 to 10% acid will. Here, the starting material is largely destroyed, so that it only can be used for heating purposes. If you want it after furfural manufacture nor for the production of other valuable products, e.g. B. use cardboard or cellulose, so the raw material, e.g. B. the straw, first from the furfural supplying pentosans be freed by extraction with dilute acids at temperatures around 100 °. The pentosans, which are insoluble in water, are exposed to the action of the acid and the temperature in the water-soluble pentoses that make up the furfural formed in a known reaction by increasing the temperature to about 10 ° to 180 ° will. Two ways have been suggested for this purpose. Either you heat it the extract for some time in a closed autoclave and then distilled part of the water and with it the furfural, or the extract is carried out continuously through pipes in which it is indirectly heated to the required temperature. The first-mentioned method fails because of the high evaporation costs. But also the second method was practically unable to prevail, as it always did in addition to or from the furfural polymerisation and decomposition products clog the pipes completely after just a few hours.

Es wurde nun gefunden, daß man sehr gut aus einer sauren Pentosenlösung durch Erhitzen Fürfurol im kontinuierlichen Betrieb herstellen kann, wenn man einen Durchlaufautöklaven benutzt, der so bemessen ist, daß sich die Pentosenlösung längere Zeit.' und zwar entsprechend der eingestellten Temperatur ungefähr 3 bis 20 Stunden, in ihm aufhält. Die lange Aufenthaltszeit bietet den Vorteil, daß man die Temperatur,niedriger halten kann. Überraschenderweise zeigte @es sich ferner, daß trotz dieser langen Aufenthalts r' zeiten Polymerisations- bzw. Zersetzung.s-' Produkte nur in sehr geringem Maße treten. Nach Möglichkeit soll die Heizung des Autoklaven und des Extraktes nur durch direkter. Dampf erfolgen. Wenn durch einen ausreichenden Wärmeaustausch für eine genügende Vorwärmung des Extraktes gesorgt wird, bietet das auftretende Kondenswasser keine Schwierigkeiten und nimmt insbesozidere keinen großen Umfang an.It has now been found that Fürfurol can be produced very effectively from an acidic pentose solution by heating in continuous operation if a continuous autoclave is used which is dimensioned so that the pentose solution remains for a longer period of time. ' depending on the set temperature for about 3 to 20 hours, stays in it. The long residence time has the advantage that the temperature can be kept lower. Surprisingly, it also turned out that, despite this long stay, r ' times of polymerization or decomposition. Products only to a very limited extent step. If possible, the heating of the autoclave and the extract should only be direct. Steam take place. If sufficient preheating of the extract is ensured by means of a sufficient heat exchange, the condensation water that occurs does not present any difficulties and, in particular, does not assume a large extent.

Es ist zweckmäßig, den Extrakt oben in den Autoklaven ein- und unten. wieder abzuführen. Durch diese Arbeitsweise werden gebildete Zersetzungsprodukte zum größten Teil unten mit hinausgeführt und entfernt, während durch eine umgekehrte Flüssigkeitsführung Polymerisations- und Zersetzungsprodukte zum größten Teil im Autoklaven verbleiben und nachteilig auf die Furfurolbildung einwirken. Weiterhin aber wird durch diese Flüssigkeitsführung der Vorteil einer restlosen Erfassung des Autoklaveninhaltes ohne Umschalten geboten. ' Es ist weiter wünschenswert, daß sich die direkte Dampfheizung gleichfalls oben im Autoklaven unterhalb des Flüssigkeitseintritts befindet. Hierdurch werden Wärmeströmungen und ein Verstopfen des Dampfaustritts verhindert. Schließlich wählt man die Höhe des stehend angeordneten Autoklaven vorteilhaft größer als den Querschnitt. Ein Rührwerk ist nicht notwendig.It is advisable to put the extract in the top and bottom of the autoclave. to dissipate again. This procedure results in decomposition products formed for the most part down with led out and removed while by a reverse Liquid conduction Polymerization and decomposition products for the most part in the Autoclaves remain and have a detrimental effect on furfural formation. Farther however, this liquid flow has the advantage of complete detection of the autoclave contents without switching. 'It is further desirable that The direct steam heating is also located above in the autoclave below the liquid inlet is located. This prevents heat flows and clogs the steam outlet prevented. Finally, it is advantageous to choose the height of the upright autoclave larger than the cross section. An agitator is not necessary.

Es ist zweckmäßig, den Ablauf aus der Pentosen-Furfurol-Umwandlung mit der eintretenden Pentosenlösung in Wärmeaustausch zu setzen. Dadurch wärmt sich die am höchsten aufzuheizende Lösung vor, so daß bei Einscbaltung moderner Wärmeaustauscher nur noch wenige Grade durch Fremdheizung aufzubringen sind. Es kann dann ferner die Erwärmung von der Temperatur des Austauschers auf die Furfurolumwandlungstemperatur durch direkte Frischdampfheizung erfolgen, ohne daß die Lösungen in unzulässiger und unwirtschaftlicher Weise durch Kondenswasser verdünnt werden.It is expedient to proceed from the pentose-furfural conversion to put in heat exchange with the incoming pentose solution. This warms you up the solution that needs to be heated up the highest, so that when modern heat exchangers are switched on only a few degrees still need to be applied by external heating. It can then also the heating from the temperature of the exchanger to the furfural conversion temperature take place by direct live steam heating, without the solutions in impermissible and be diluted uneconomically by condensation water.

Eine direkte Heizung der Pentosenlösung und des Umwandlungsapparates ist von ausschlaggebender Bedeutung für eine gute Furfurolausbeute, da bei indirekter Heizung die hohe Temperatur der Gefäßwand die Verlust bringenden Polymerisations- und Zerfallreaktionen des Furfurols außerordentlich steigert.A direct heating of the pentose solution and the conversion apparatus is of decisive importance for a good furfural yield because it is indirect Heating the high temperature of the vessel wall the loss-making polymerization and the decomposition reactions of furfural are greatly increased.

Die Vorteile der Erfindung gehen eindeutig aus nachstehenden Beispielen und Vergleichsversuchen hervor: Beispiel i Eine schwefelsaure Pentosenlösung vom pH-Wert 1,3 und einer Konzentration von II g Pentosen pro Liter wurde zur über- ung der Pentosen in Furfurol durch zwei eu hIlr "hintereinandergescbaltebe, indirekt mit Dampf auf 18o° erhitzte Röhrenvorwärmer gepumpt. Nach 2 Stunden waren die Rohre, deren Querschnitt etwa 20 mm betrug, vollkommen verstopft: Beispiele Durch einen I,5 cbm fassenden innern verbleiten Stählautoklaven wurde eine schwefelsaure Pentosenlösung von ,unten ;nach oben mit einer Geschwindigkeit von etwa ioo l pro Stunde gepumpt. Der pH-Wert der Lösung lag bei 1,3 und die Pentosenkonzentration bei 19,8 pro Liter. Der Autoklav und mit ihm der Extrakt würden durch indirekte Dampfheizung auf i5o° erwärmt. Der Extrakt wurde nach dem Verlassen des Autoklaven zuerst durch einen Kühler sowie durch ein Filter geführt und dann auf eine Kolonne gegeben. Nach einem iotägigen Versuch wurde eine Furfurolausbeute von 27,80/0 erhalten. 33,6% der Pentosen wurden nicht angegriffen. Die _ Verluste durch Polymerisation und Zersetzung betrugen 38,6%. Im Autoklav, besonders an den Wänden befanden sich viele Zersetzungsprodukte.The advantages of the invention emerge clearly from the following examples and comparative experiments: Example i A sulfuric acid pentose solution from pH 1.3 and a concentration of II g of pentoses per liter was used to the pentoses in furfural by two eu hIlr "One behind the other, pipe preheaters heated indirectly with steam to 180 ° were pumped. After 2 hours the pipes, the cross-section of which was about 20 mm, were completely clogged pumped above at a rate of about 100 liters per hour. The pH of the solution was 1.3 and the pentose concentration was 19.8 per liter. The autoclave and with it the extract would be heated to 150 ° by indirect steam heating After leaving the autoclave, the extract was first passed through a condenser and a filter and then transferred to a column. After a 10-day experiment, a furfural yield of 27.80 / 0. 33.6% of the pentoses were not attacked. Losses due to polymerization and decomposition amounted to 38.6% There were many decomposition products in the autoclave, especially on the walls.

Beispiel 3 Durch denselben Autoklaven wurde nach Füllung eine schwefelsaure Pentosenlösung mit 17,5 g Pentosen pro Liter und einem PH-Wert von 1,3 mit einer Geschwindigkeit voll II8I/Sturide von oben nach unten gepumpt. Autoklav und Extrakt wurden durch eine direkte Dampfheizung, die sich unter dem Flüssigkeitseintritt befand, auf i 5o bis I55° erwärmt. Die weitere Verarbeitung erfolgte wie oben im Beispiel 2 angegeben. Nach einem 3tägigen Versuch wurde eine Furfurolausbeute von 550/6 erhalten. 31 0/0 der Pentosen waren nicht umgesetzt. Die Polymerisations- und Zersetzungsprodukte betrugen 14 %. Die Wandungen des Autoklaven zeigten nur einen geringen Ansatz von Zersetzungsprodukten. Die nicht umgesetzten Pentosen wandern in die Extraktion. zurück.Example 3 After filling, sulfuric acid became through the same autoclave Pentose solution with 17.5 g of pentoses per liter and a pH of 1.3 with a Speed full II8I / Sturide pumped from top to bottom. Autoclave and extract were made by direct steam heating, which is located under the liquid inlet found, warmed to 150-155 °. The further processing took place as above in Example 2 given. After a 3-day experiment, a furfural yield of 550/6 received. 31% of the pentoses were not implemented. The polymerization and decomposition products were 14%. The walls of the autoclave only showed a small amount of decomposition products. The unreacted pentoses migrate into the extraction. return.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the continuous production of Furfural from acidic, aqueous pentose solutions, characterized in that the optionally preheated pentose solutions in the heat exchange process continually be pumped through an autoclave heated by direct steam heating, in which they stay between 3 and 70 hours depending on the temperature maintained, and in the known heating to temperatures of about iq.o to 18o ° the pentoses are converted into furfural. a. Method according to claim i, characterized in that the pentose solutions and one above in the autoclave be discharged again below. . 3. The method according to claims i and a, thereby characterized in that -the steam inlet in the autoclave above, namely below the - liquid ingress is.