DE820369C - Verfahren zur Aufbereitung von Holz oder anderen Faserrohstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Aufbereitung von Holz oder anderen Faserrohstoffen Man hat schon auf verschiedene Weise versucht, die Begleiter der Cellulose im Holz und anderen Faserrohstoffen vor dem eigentlichen Aufschluß zu entfernen, indem man den Faserrohstoff mit Wasser oder verdünnten Mineralsäuren unter Druck erhitzte. Hierbei läßt sich trotz Beachtung besonderer Vorsichtsmaßregeln ein Angriff der Cellulose und eine teilweise Zersetzung der löslich gewordenen Holzbestandteile kaum vermeiden. Der an Cellulose angereicherte Kochrückstand wird wider Erwarten um so schwieriger aufschließbar, je mehr nichtcelluloseartige Stoffe bei der Vorbehandlung aus dem Holz herausgelöst werden. Das Holz färbt sich immer dunkler und läßt sich nur noch bei hoher Temperatur auf alkalischem Wege aufschließen. Dieses eigenartige Verhalten weist auf eine Veränderung hin, die man sich auf Grund der bisherigen Anschauungen von der chemischen Konstitution der verholzten Pflanzenfaser nicht erklären kann.
• Es wurde nun die überraschende Beobachtung gemacht, daß man die mit der Vorhydrolyse verbundenen nachteiligen Veränderungen dadurch vermeiden kann, daß man die zunächst entstehende Lösung möglichst schnell von dem Holz entfernt und verhindert; d aß sie sich zersetzt. Dies erreicht man erfindungsgemäß dadurch, daß man den zerkleinerten Rohstoff bei Drucken über i Atm. und Temperaturen über ioo° mit strömendem Dampf und bzw: oder strömendem Wasser von solcher Strömungsgeschwindigkeit behandelt, daß sich der zunächst gebildete Extrakt nicht unter Abscheidung unlöslicher Stoffe zersetzt, worauf der Rückstand auf alkalischem Wege aufgeschlossen wird. Besonders hohe Ausbeuten in vergleichsweise kurzer Zeit werden erhalten, wenn man erfindungsgemäß das Auslaugen in mehreren Stufen bei zunehmenden Temperaturen vornimmt. Vorteilhaft verwendet man die aus dem Extrakt nach dem Entspannen und gegebenenfalls Eindampfen ent= weichenden Dämpfe erneut zum Auslaugen.
• . Der Trockengehalt der aus dem Reaktionsraum austretenden Holzlösung hängt naturgemäß von dem Verhältnis des Beschickungsgewichtes zur Menge des gebildeten Kondensats ab. Die in der Zeiteinheit gebildete Kondensatmenge hängt von der Oberfläche des Reaktionsraumes ab und ist damit eine Funktion 2. Grades, während der Gefäßinhalt eine Funktion 3. Grades ist. Infolgedessen wird man bei der Vergrößerung des Reaktionsraumes und der damit zunehmenden Beschickungsmenge höhere Konzentrationen der abfließenden Holzlösungen erhalten. Dies wurde durch den Versuch bestätigt; wie es die folgende kleine Übersicht zum Ausdruck bringt Inhalt des Reaktiöns-

  raumes in 1 . . . . . . . . io ' Zoo 10 000

  Gewicht der' Holz-

  füllung in kg ..... 2,5 25 2500

  Gehalt der Extrakt-

  Lösung in g je 1 .... io bis 30 4o bis 85 ioo bis 130

  Kondensatmenge in 1. . 40 150 6500

  Die festen Extraktstoffe, die man durch Eindampfen der Lösung zu einem wasserarmen Sirup oder vorteilhaft durch Zerstäubungstrocknung bzw. durch Ausfällen mit Äthanol oder Aceton in fester Form gewinnen kann, bilden fast farblose, feinpulvrige, in Wasser leicht lösliche Stoffe. Zum Unterschied von den bisher bei der Vorhydrolyse mit Wasser oder verdünnten Säuren erhaltenen dunkelgefärbten Produkten stehen diese neuen Stoffe dem Holz in chemischer Hinsicht viel näher und lassen sich in wesentlich besserer Ausbeute gewinnen. Sie enthalten im Gegensatz zu den bisherigen Holzhydrolysaten außer Kohlehydraten auch solche vorerst noch kohlehydratartige Substanzen, die unter, den bisher bekännten Bedingungen der Holzverzuckerung, Vorhydrolyse und Zellstoffgewinnung in Lignin oder Ligninsulfosäure übergehen. Für diese Erzeugnisse der Holzveredelung eröffnen sich vermehrte und neue Verwendungsmöglichkeiten, z. B. als Futtermittel, Klebstoffe oder gegebenenfalls nach weiterem hydrolytischem Abbau zur Spiritusgewinnung oder Eiweißsynthese. Besonders aussichtsreich erscheint - ihre unmittelbare Verwendung ohne jegliche chemische Weiterverarbeitung. Ein weiterer großer Vorteil des neuen Holzveredelungsverfahrens besteht darin, daß die erhaltenen Extraktstoffe völlig frei von Säuren, anorganischen Salzen, Schwefel, Chlor, Arsen und Schwermetallen sind, was ihrer Verwendung außerordentlich zustatten kommt. Erhitzt man die Holzlösungen für sich hinreichende Zeit auf höhere Temperaturen, z. B. auf i2o° oder unter Zusatz von Mineralsäuren auf 8o bis ioo°, so entsteht durch Zersetzung eine in Wasser unlösliche Abscheidung, die je nach den Versuchsbedingungen 5 bis 35% von der Gewichtsmenge der festen Extraktstoffe beträgt und welche sich überraschenderweise als Lignin erwies. Die pflanzliche Substanz enthält also nicht, wie man bisher angenommen hatte, bereits fertig vorgebildetes Lignin, sondern dieses bildet sich erst nachträglich beim längeren Erhitzen auf höhere Temperaturen, insbesondere aber durch die Wirkung der zum Aufschluß verwendeten- Alkalien und Säuren. Es ist also kein Naturprodukt "sondern ein Kunstprodukt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bezweckt also, das Holz unter solchen Bedingungen zu verarbeiten, daß die unerwünschte Ligninbildung weitgehend verhindert und das Holz als wertvoller Rohstoff besser ausgenutzt wird.
• Der cellulosereiche Kochrückstand ist noch ziemlich hellgefärbt. Einen Teil seines Ligningehaltes kann man durch Behandeln mit verdünnter Natronlauge, z. B. von i°/, und darunter, oder durch Ausziehen mit einigen organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Methanol, Äthanol, Aceton oder Essigsäure, in Lösung bringen. Der Holzrückstand läßt sich jedoch auch unmittelbar auf alkalischem Wege leicht aufschließen, wobei man einen sehr hell gefärbten, an a-Cellulose reichen Zellstoff gewinnt, der nur noch wenig Hemicellulosen enthält. Er läßt sich im Gegensatz zu den bisherigen dunklen Sulfatzellstoffen sehr leicht bleichen und bildet ohne vorherige Veredelung ein wertvolles Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kunstfaserstoffen. Der zum Aufschluß erforderliche Chemikalieneinsatz ist wesentlich geringer als beim unmittelbaren Aufschluß des Holzes, da ein erheblicher Anteil der Inkrusten bereitsvorher entfernt wurde. Aus Buchen-, Birken- und Fichtenholz erhält man bei einer Ausbeute von etwa 35 bis 40% des ursprünglichen Holzes ohne alkalische Nachbehandlung einen Edelzellstoff. Auch Gräser bzw. Stroh eignen sich für die Extraktionsbehandlung gemäß der Erfindung. Beispiel i ioo Teile aschefrei und wasserfrei gedachtes zerkleinertes Fichtenholz füllt man- in ein zylindrisches, gegen Wärmeverluste gut geschütztes Druckgefäß und leitet von oben bei erhöhtem Druck gesättigtenWasserdampf von io5 bis 1o7° ein. Nachdem sich die Holzspäne mit dem anfänglich in größerer Menge gebildeten Kondensat gesättigt haben, sammelt sich am unteren Ende des Auslaugegefäßes eine Holzlösung an, die man fortwährend unter Druck abfließen läßt. Man drosselt dann die Dampfzufuhr weiter, so daß die abfließende Lösung etwa 2 bis 3°/o festen Trockenrückstand enthält. Der' nichtkondensierte Dampf wird nach dem Abtrennen vom Kondensat zwecks erneuter Verwendung dem zur Extraktion dienenden Frischdampf zugeführt. Man erhält 3o Teile eines hellfarbigen Holzextraktes sowie 5,8 Teile Essigsäure und 68 Teile ausgelaugten Holzrückstand, der nach dem alkalischen Aufschluß 4o Teile Edelzellstoff ergibt. Beispiel 2 Behandelt man Birkenholz mit heißem Wasser von 13o bis i35° oder mit gesättigtem Wasserdampf der gleichen Temperatur, d. h. von 3 bis 4 Atm_ so erfolgt die Auslaugung des Holzes bedeutend schneller, so daß nach 12 Stunden bereits 25 bis 3o°/, der Inkrusten in Lösung gehen. Erhitzt man weiter, so werden schließlich 42°/o feste Extraktstoffe erhalten sowie 9°/o Essigsäure. Die Menge des Holzrückstandes beträgt dann nur noch 55%. Er läßt sich auf alkalischem Wege ebenfalls leicht aufschließen und liefert einen sehr hell gefärbten, leicht bleichfähigen Edelzellstoff, der folgende Konstanten zeigt: a-Cellulose 95,8°/0, Holzgummi 2,2°/0, Viskosität 78. Beispiel 3 In einer Diffuseurbatterie, die aus mehreren hintereinandergeschalteten Gefäßen besteht, behandelt man Hackspäne von Buchenholz mit einem langsamen Strom von heißem Wasser, das auf 16o bis i65° gehalten wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers wird so eingestellt, daß man eine hellgefärbte, nahezu klare Holzlösung mit wenigstens 20 g festen, nichtflüchtigen Extraktstoffen im Liter erhält. Die aus dem letzten Behälter abfließende Extraktlösung dient zum Vorwärmen des Frischwassers. Das Auslaugen wird so lange fortgesetzt, bis sich das Gewicht des Holzes um 45 bis 48°/o vermindert hat. Der Holzrückstand wird dann 3 Stunden mit Sulfatlauge üblicher Zusammensetzung bei 165 bis 17o° gekocht. Man erhält 35°/o Edelzellstoff mit 96°/o a-Cellulose und 2,4°/o Holzgummi. Die Holzlösung liefert beim Eindampfen unter vermindertem Druck 45°/o eines in Wasser leicht löslichen Holzextraktes und 6,3% Essigsäure. Beispiel 4 Ein mit strömendem Sattdampf bei i65° während 24 Stunden behandeltes Fichtenholz ergab auf iooTeile (atro) einen Holzrückstand von 71 Teilen, ferner 32,5 Teile Holzextrakt und 2,9 Teile Essigsäure. Nach dem alkalischen Aufschluß erhält man 36,4 TeileEdelzellstoff mit einem Gehalt an 95,90/0 a-Cellulose, 2,10/p Holzgummi und einer Viskosität von 84. Der Holzextrakt wies eine Konzentration von 24,5 g/1 auf. Beispiel 5 Ein druckfestes, aus säurebeständigem Baustoff bestehendes zylindrisches Extraktionsgefäß, beispielsweise ein Sulfitzellstoffkocher von io cbm Inhalt, wird mit 25oo kg trockengedachtem Buchenholz in Form von Hackspänen gefüllt. Am oberen Ende des Gefäßes leitet man gesättigten Wasserdampf ein. Durch ein am Boden des Gefäßes angebrachtes Druckminderventil fließt das gebildete Kondensat fortlaufend ab. Durch Einstellung des Dampfeintritts- und -ausgangsventils wird während 12 Stunden ein Druck von i bis 2 atü aufrechterhalten. In den nächsten 12 Stunden steigert man den Druck im Innern des Extraktionsgefäßes durch entsprechende Ventilstellungen allmählich von 2 auf 4,5 atü und schließlich während weiterer 12 Stunden nach und nach auf 6 atü. Das während dieser Zeit mit etwas nichtkondensiertem Dampf abfließende Kondensat, 6 bis 8 cbm, enthält insgesamt 75o kg feste Extraktstoffe sowie i5o kg Essigsäure. Die sich im Anfang des Auslaugevorganges bildenden Holzlösungen enthalten nur 2o bis 40 g nichtflüchtige Bestandteile je Liter. Nach 6 Stunden werden Gehalte von 65 bis 9o g je Liter und nach einigen weiteren Stunden ioo bis 130 g je Liter erreicht. Die Konzentration der nach 24stündigem Auslaugen gebildeten Kondensate nimmt allmählich wieder ab und fällt schließlich unter den im Anfang beobachteten Wert. Die mit dem Auslaugen einhergehende Essigsäurebildung nimmt einen ähnlichen Verlauf. Nach 36stündiger Dampfbehandlung bei i2o bis 16o° ist die Holzbeschickung so weit ausgelaugt, daß man beim Aufschluß des Kochrückstandes mit Sulfatlauge 850 g hochwertigen Edelzellstoff von 96°/o a-Cellulosegehalt erhält. Unterbricht man die Dampfbehandlung nach 24stündigem Auslaugen des Holzes und schließt sodann den Holzrückstand in gleicher Weise auf, so erhält man 92o kg Edelzellstoff von 94,8% a-Cejlulosegehalt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Aufbereitung von Holz oder anderen Faserrohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man den zerkleinerten Rohstoff bei Drucken über i Atm. und Temperaturen über ioo° mit strömendem Dampf und bzw. oder strömendem Wasser von solcher Strömungsgeschwindigkeit behandelt, daß sich der zunächst gebildete Extrakt nicht unter Abscheidung unlöslicher Stoffe zersetzt, worauf der Rückstand auf alkalischem Wege aufgeschlossen und der Extrakt auf Kohlehydrate und Essigsäure verarbeitet werden kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man das Auslaugen in mehreren Stufen bei zunehmenden Temperaturen vornimmt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus dem Extrakt nach dem Entspannen und gegebenenfalls Eindampfen entweihenden Dämpfe erneut zum Auslaugen verwendet.