EP0082116A1 - Method for the delignification of wood and other lignocellulosic products - Google Patents

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EP0082116A1
EP0082116A1 EP82810536A EP82810536A EP0082116A1 EP 0082116 A1 EP0082116 A1 EP 0082116A1 EP 82810536 A EP82810536 A EP 82810536A EP 82810536 A EP82810536 A EP 82810536A EP 0082116 A1 EP0082116 A1 EP 0082116A1
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EP
European Patent Office
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phenol
aqueous
lignin
acid
cellulose
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EP82810536A
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German (de)
French (fr)
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EP0082116B1 (en
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Hervé Tournier
Allan Johansson
Jean-Pierre Sachetto
Jean-Michel Armanet
Jean-Pierre Michel
Alain Roman
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HYDROCEL Srl
Battelle Memorial Institute Inc
Original Assignee
HYDROCEL Srl
Battelle Memorial Institute Inc
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    • DTEXTILES; PAPER
    • 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
    • D21C3/003Pulping cellulose-containing materials with organic compounds

Definitions

  • the present invention relates to a process for delignifying wood and other lignocellulosic materials and, simultaneously, hydrolyzing the hemicellulose thereof to monomeric sugars in the presence of aqueous acid, of phenol or mixtures of phenols or other phenolic products.
  • This invention relates to improvements made to a similar process which is the subject of a previously filed application, in particular European application No. 81810246.9.
  • the present invention also relates to improvements in the field of the chemistry of wood constituents in general and, more particularly, the efficient separation and isolation of cellulose pulp, wood pentoses and lignin phenols.
  • SCHWEERS (Chemtech 1974, 491; Applied Polymer Synposium 28, 277 (1975)) describes the use of a mixture of one part of sawdust, four parts of phenol, and 10% water acidified with 0.05 % HCl or 2% oxalic acid, this mixture being heated for 3 h at 160 - 170 ° C in an autoclave.
  • cellulose yields of the order of 40 to 60% are obtained relative to the weight of treated wood, this cellulose having a K index (Kappa) of the order of 40 to 100.
  • K index used in the paper industry to define the quality of delignified cellulose, relates inter alia to the content of cellulose in lignin after delignification; this content is approximately equal to K x 0.15 (TAPPI T - 236 m - 60, 1960).
  • phenolic products such as the various xylenols, catechol, resorcinol, hydroquinone, naphthols and naphthalene-diols were used to delignify the wood at a rate of 2% relative to the latter. and heating (in aqueous medium, wood / water suspension 1/1) '90 min at 175 ° C, all followed by extraction with a dioxane-water mixture (WAYMAN and LORA, TAPPI 61 (6), 55 (1978) )). Under these conditions, cellulose yields of the order of 60% with a residual lignin level of 4.6% (use of ⁇ -naphthol) have been observed.
  • APRIL et al (TAPPI 62 (5), 83 (1979)) mention the heating to 205 ° C of sawdust from pine wood in the presence of 15 parts of a 1: 1 mixture of phenol-water, such treatment leading to a cellulose containing no more than 3% lignin. According to this reference, the yields of purified cellulose are of the order of 40%.
  • an object of the present invention consists of a simple and economical means for separating with excellent yields the constituents of wood and other lignocellulosic materials, in particular, straw, bale, bark, dry leaves and other plant residues.
  • Another object of the invention is a process for delignifying the above-mentioned materials and providing an excellent quality cellulose pulp for the manufacture of cellulose solutions or a starting material for the production of glucose.
  • Another object of the invention is to produce industrially wood phenols with excellent yields and pentoses which can then be transformed into synthetic resins, fuels or other chemicals.
  • Another object of the invention is an effective means of recovering useful products from plant waste or wood which are normally burned or thrown in the sewer, which leads to undesirable pollution.
  • the method of the invention makes it possible to achieve the above aims, remedies the above-mentioned shortcomings and also provides other unexpected and surprising advantages as will be seen below. It is characterized by the fact that one part by weight of the lignocellulosic material is heated with at least 0.5 parts by weight of dilute aqueous acid whose pH does not exceed 1.5 and at least 0.4 part phenol or one or more other phenolic compounds. These phenolic compounds are those mentioned above and others to be defined below.
  • the heating temperatures are in the range of reflux temperatures of the phenolic aqueous mixture at ordinary pressure or slightly below or beyond it, for example between about 90 and 110 ° C.
  • the weight of the lignocellulosic material is counted on the basis of the dry matter, that is to say by subtracting the weight of natural moisture.
  • the liquid is stirred or moved so as to ensure good contact between it and the solid to be treated.
  • it is advantageous to continuously percolate the liquid in the solid which allows effective dissolution of the lignin and hydrolysis of the hemicellulose. In this case, the reflux effect of the liquid will provide the desired degree of contact.
  • aqueous acid used is not critical, as long as it is a strong acid.
  • mineral acids such as H 2 SO 4 , HCl, H 3 PO 4 are suitable, but sulfuric and hydrochloric acids are preferred.
  • Strong organic acids can also be used if desired, such as, for example, oxalic, benzene sulfonic acids and other aromatic sulfonic acids, trichloroacetic acid, etc., i.e. general, highly water-soluble acids whose pH is less than 2.
  • HCl is used with a concentration of between 0.5 and 5%, preferably between 1 and 3%.
  • phenol and other phenolic compounds it is possible to use, in addition to hydroxybenzene and most of the commercially available phenols, in particular the following compounds: p-cresol, o-cresol, guaiacol, 4-ethylphenol, 2,4-xylenol, 4-methylguaiacol , 4-ethylguaiacol, 2-ethylguaiacol, 4-vinylguaiacol, 4-prcpylguaiacol, eugenol, 1,3-dimethoxy-pyrogallol, vanillin, 1,3-dimethoxy-5-methylpyrogallol, trans-isoeugenol, catechol, phloroglucinol , homocatechol, etc.
  • any mixtures of these phenols where, also, mixtures of phenolic products resulting from the pyrolysis of phenolignin, the latter being, as already indicated above, the product of reaction between phenol (or other phenolic compounds) with degraded and dissolved lignin during the delignification of wood in the presence of phenol (or other phenols).
  • the phenol-lignin itself (provided that it is not too resinified by reaction with the thermal decomposition products of the pentoses from the hydrolysis of hemicellulose, for example, furfural).
  • this ligno-phenolic phase can then provide, by distillation and pyrolysis, an exceptional yield of wood phenols (a mixture which is perfectly suitable for the use of the present process) which makes the invention autonomous, and even excess, in phenol and other phenolic compounds.
  • the invention therefore makes it possible to produce, under exceptional economic conditions and with excellent yields: cellulose of high degree of purity (even from lignocellulosic products with a high percentage of lignin), easily separable pentoses and usable for other purposes, and phenols, part of which is naturally recycled in the process and the rest can be treated by the usual means (distillation, extraction, etc.) to separate the various components for later use.
  • the amount of acidulated water that is used relative to the lignocellulosic materials ground or in powder is not particularly critical provided that a good liquid / solid contact is ensured and that the quantity of water present is stoichiometrically sufficient to hydrolyze the pentosanes.
  • the stirring or percolation effect provided by the boiling of the water-phenol mixture is sufficient to ensure good contact, continuously renewed , between solid and liquid.
  • the proportion of water relative to the solid must be sufficient to provide a fluid medium, that is to say a suspension of said solid in water and acid.
  • a fluid medium that is to say a suspension of said solid in water and acid.
  • 4 parts of aqueous liquid for one part of solid in suspension is sufficient, but one can operate with more liquid if desired, for example from 5 to 50 parts of liquid; however, using very large volumes of liquid is impractical due to space issues.
  • liquid / solid ratio is rather low, i.e. less than 2: 1 or 3: 1, it is generally sufficient to mix the aqueous acid and the phenols with the plant material divided by kneading, for example in a paddle kneader or, more simply, by simultaneously penetrating the solid and the liquid into a tubular reactor by means of a screw and by slowly moving the intimate mixture of the solid and the liquid in the heating zone of the reactor.
  • the solid / liquid mixture gradually reacts, contracts and acquires sufficient fluidity so that it can be extracted at the opposite end of the reactor by other means of displacement.
  • phenol or phenols for delignification again this is not critical provided that enough is used to ensure good delignification of the wood.
  • more phenol can be used, if desired, i.e., 10, 20 or even 50 parts of phenol.
  • the cellulosic materials in the divided state it is preferred to use, for one part of the cellulosic materials in the divided state, from 1 to 6 parts of phenol and from 1 to 10 parts of dilute acid, for example HCl at 1.5 - 2% or aqueous H 2 S0 4 at 3 - 6% by weight. It is also preferred that the water / phenol weight ratio is greater than 1 and, advantageously, of the order of 3: 2 or 2: 1.
  • the mixture is mixed in a container (laboratory flask, glass or stainless steel reactor in industry) lignocellulosic material in divided form (for example, chips, shavings or sawdust) with dilute acid and phenol or mixture of phenols and the mixture is brought to the boil from 1 to 8 h. If desired, more sophisticated equipment can also be used as will be seen below.
  • 2 to 4 h of reflux are sufficient, which again constitutes an advantage of the invention compared to the prior art where the heating times (under pressure) are much longer. Once the reflux period has ended.
  • the residual solid which is constituted by very pure cellulose (K being of the order of 30 to 100) is drained with a yield of the order of 80 to 90% relative to the theoretical yield of the sample of corrected cellulose like 100% and we have it wash with a little hot water, possibly alkalized with NaOH or KOH and / or a water-soluble solvent (for example, acetone or methanol) in order to remove practically all the phenol. Then we resume the liquid phase (dilute acid plus phenol plus phenol-lignin produced by delignification) and we recycle it with a new portion of sawdust. This recycling can then be repeated at least four times, the efficiency of delignification and the purity of the cellulose produced decreasing only slowly.
  • K being of the order of 30 to 100
  • the aqueous phase rich in pentoses is separated from the lignophenolic phase by simple decantation.
  • the pentoses are then extracted from the aqueous solution by the usual means or, if desired, this solution can be directly treated with heat, so as to transform the pentoses into furan carposés.
  • This aqueous solution can also be subjected to fermentation (preparation of protein substances, alcohol, etc.), the phenol dissolved in this aqueous phase also being able to be recovered therefrom (for example by extraction and by distillation).
  • the liquid organic phase As for the liquid organic phase, it is first distilled, which makes it possible to recover a large quantity of pure phenol and a mixture of lignin phenols; then the indistinguishable residue is pyrolysed, which again provides phenols and a porous carbonaceous residue usable as fuel or as adsorbent carbon as well as volatile materials (gases) also combustible.
  • the liquid / solid ratio exceeds a certain value (of the order of 2: 1 to approximately 4: 1) at which the solid disperses easily in the liquid and at which, when the reaction is finished, the liquid easily separates from the solid by the usual means, for example vacuum filtration or use of filter presses.
  • liquid / solid ratio is less than such a value (in fact this value is not strictly fixed since it can naturally depend on factors such as the nature of the lignocellulosic material, the chopping techniques and the size and the surface condition of the particles), that is to say when the liquid / solid ratio is lower than that at which the solid disperses freely in the liquid and in the case where the liquid is rather in the " adsorbed "on the solid in particular, other handling techniques are preferably used.
  • the solid in particular is kneaded or kneaded together, the aqueous acid and the phenol (or phenols) by any usual means, for example a slow-running agitator, a kneader or the like and the pasty mass kneaded in a device suitable for the heating operation.
  • a device suitable for the heating operation can be a closed tube or a reactor.
  • a screw device advantageously connected to a vertical tubular reactor is advantageously used. The material is introduced in divided form into the hopper of the screw device and the liquids are injected laterally into the conduit of the screw device, which allows an effective liquid / solid mixture during the movement of the materials towards the reactor.
  • the pasty mass is subjected to treatments for separating the components of the lignocellulosic material (that is to say, cellulose, the monomeric sugars and the phenolic compounds) which are still mixed together but potential Lately split from each other (in the chemical sense) by the process described above.
  • treatments include washes similar to the rinsing steps already described with regard to the portions of delignified cellulose.
  • the pasty mass can be taken up with a suitable aqueous solvent to entrain soluble contaminants and separate them from the delignified cellulose. Cane such solvent, hot water saturated with phenol is suitable.
  • the liquid phase entails the phenolic constituents, the acid and the hydrolysis pentoses, this liquid phase then separating out an organic layer (phenol) and an aqueous layer (sugar solution) which can be decanted and which can then be processed. ted separately as described above.
  • phenol phenol
  • aqueous layer sucgar solution
  • the saturation of the phenolic solvent with phenol-lignin will occur rapidly (already after a normal operating cycle ⁇ and there is no need to provide for the restoration. direct play of the phenol-phenol-lignin mixture. Therefore, such cases relate rather to a continuous process according to which the material to be delignified as well as the other reagents are continuously introduced into the apparatus to be delignified, and harvested directly. the products formed with a view to their further purification.
  • Patent USP 3,776,897 relates to the addition of an organic solvent to a sulphite liquor for the delignification of wood after acidification thereof; it results first from the separation of
  • the liquid phase originating from the filtration of the cellulose separated into two phases which were isolated by decantation by means of a tap funnel.
  • the upper aqueous phase analyzed by the method of LISOV & YAROTSKII (IZVEST. AKAD NAUK SSSR, Ser, Khim. (4), 877-88 (1974) contained 1.47 g (85%) of pentoses and 0.43 g (8%) of hexoses accompanied by a small amount of dissolved phenol.
  • the heavier organic phase (42 g) contained the bulk of the phenol, and in solution therein, the phenol-lignin produced by the wood delignification. A significant amount of phenol was also recovered in the cellulose washing waters.
  • Example 1 In a 2 liter flask equipped as described in Example 1, 100 g of beech sawdust (see composition in Example 1), 400 g of phenol and 600 ml of 1.85% aqueous HCl were placed. After 4 h of boiling, it was drained on a büchner and washed with hot 1.85% HCl until a filtrate weighing a total of 1000 g was obtained. A sample of this filtrate was taken for analysis, then the above procedure was repeated using again 100 g of sawdust and the 1000 g of filtrate mentioned above. The above operation was then repeated twice more, still with fresh portions of 100 g of sawdust and, as in the liquid phase, the filtrate from the previous operation. Samples were taken for analysis each time. The results are recorded in Table I below with, including, the results of analysis of the portions of delignified cellulose obtained.
  • Example 1 After the last operation, the liquid was separated as in Example 1 into its aqueous phase and its organic phase.
  • the aqueous phase was extracted with toluene against the current and the extracts, after evaporation of the solvent, added to the organic layer.
  • the aqueous phase contained about 60 g of pentoses. By steam distillation of this aqueous phase, these pentoses were transformed into furfural.
  • the combined organic phases (approximately 490 g) were distilled (73 ° C / 13 Torr) which provided 323 g of phenol (approximately 67%), the remainder consisting of a mixture of wood phenols and partially degraded lignin which was shown by NMR analysis.
  • the residue from the pyrolysis (51.3 g, 30.7%) consisted of porous carbon residue and the difference to make 100% was due to the departure of non-condensable gases.
  • a comparative test was carried out by subjecting 10 g of sawdust to 4 h of hydrolysis in 100 ml of HCl at 1.85% but without phenol.
  • the yield of pentoses was only about 70%, which shows, and this is a surprising and unexpected effect, that the phenols promote the hydrolysis of hemicellulose in lignocellulosic materials at the same time. time they carry out the delignification of these.
  • the delignified paste was separated by wringing and extracted with 5% aqueous caustic soda so as to remove all of the phenol adsorbed in the form of alkaline phenolate (then the phenolate was acidified so that the phenol separated and this second crop of phenol was added to the first crop obtained in the wringing liquid).
  • the content of the aqueous phase in Ce and C 6 sugars was measured.
  • the apparatus shown comprises a reactor 1 filled with particulate plant material up to the level of a screen 2 for retaining the solid but which lets the delignification liquid pass. Via a valve 3, the bottom of the reactor communicates with a tank 4 of the delignification solution. By means of a pump 7, this solution is circulated from the bottom of the tank 4 to the upper part of the reactor 1 by means of the valves 5 and 6. From there, the liquid comes into contact with the particles of the plant material thus effecting continuous leaching of these.
  • the reactor 1 comprises a reflux condenser 8 and the reservoir 4 comprises a condenser 9.
  • the apparatus also comprises two heating mantles 10 and 11 with circulation of liquid for the reactor and the reservoir, respectively; the heating liquid (oil or any liquid) is circulated by a pump and heated by a heating element 13 thermostatically controlled.
  • a bypass valve 14 is placed between the pump 7 and the valve 6 to allow the flow rate of the delignification liquid to be controlled so as to maintain the liquid at gentle boiling in the reactor 1.
  • the total of the phenol in these various fractions is 393 g, which corresponds to almost all of the phenol involved.
  • the washed and dried fiber weighed 15.5 g. Its K index was 87.45, which corresponds to a residual lignin level of 13.11% (2.03 g).
  • the weight of lignin initially present was 4 g; as a result, 50% of this starting lignin has been dissolved.
  • Example 10 Tests similar to those of Example 10 were carried out using 42.5 g of birch chips (38.25 g dry), 53.55 g of phenol and 80.32 g of 1.85 aqueous HCl %. Four samples were heated for different times. The results are reported in Table VII.
  • Example 11 Four tests identical to those of Example 11 were carried out using 110 g portions of birch chips with the addition of 80 g of phenol and 120 g of 1.85% aqueous HCl (sample A) or addition of 160 g of phenol and 240 g of 1.85% HCl (sample B).
  • the heating periods were: 20 min of preheating until reflux, then 2 and 4 h at reflux. After cooling, the fiber was washed with boiling water, hot dilute NaOH and water again.
  • the 80 ml of the organic phase were boiled for 1 hour with 80 ml of the combined washing water fraction and, after cooling and separation of the phases, it was found by analysis that 80% of sugars originally retained in the organic phase had passed in aqueous solution. Thus, the yield of pentoses (dissolved in the aqueous phase) was 76%. The other analytical results showed that 88% of the lignin in the sample had been dissolved, the level of residual lignin in the fiber being 6.3%.
  • Example 15 The same type of tests was carried out as those of Example 15 using 150 g of birch chips (135.6 g dry, having the following composition in% by weight: pentosans 23.4 (potential pentoses 26, 6); cellulose 40.0 (potential hexoses 44.44); lignin 20.33; uronic acids 8.98; acetyl groups 3.6; extractable in water and in organic medium 3.6); 217 g of phenol and 325 g of 1.85% HCl. We carried 4 hours at reflux instead of one hour as in Example 15, all the other working conditions being the same as in this Example. Details and results are shown in Table X.
  • the process of the present invention was also carried out using pheydrolysed lignocellulosic materials instead of raw lignocellulosic materials.
  • This prehydrolysis is carried out by bringing to the boil a mixture of wood chips or other materials in the divided state and aqueous HCl or H 2 SO 4 diluted according to the usual technique. During the prehydrolysis in this dilute acid (for example 1 to 5% by weight in the solution), part of the pentosans is converted into pentoses which dissolve in the prehydrolysis solution.
  • the process according to the invention was carried out, either by removing all or part of the prehydrolysis solution and replacing it with the appropriate quantity of dilute acid and phenol according to the conditions described above, or by leaving in the presence of the prehydrolysis solution and adding the required amount of phenol and adjusting the pH (by adding more water or acid depending on the concentration of the prehydrolysis solution) so as to obtain the desired acid ratios and phenol suitable for the present delignification solution.
  • the main advantage of this variant comprising a prehydrolysis preceding the implementation of the invention consists in a better subsequent recovery of the phenol involved; it is also not known exactly why such conditions improve this recovery of phenol.
  • Another advantage is the shortening in certain cases of the time necessary for the delignification of the specimens of pre-hydrolysed lignocellulosic materials.
  • the prehydrolysis solution can either be treated separately to remove the dissolved pentoses, or it can be combined with the aqueous phase resulting from the delignification in order to a global sugar recovery treatment.
  • red oak shavings having the following composition in% by weight were used: pentosans 18 (potential pentoses 20.5); cellulose 39.9 (potential glucose 44.33); lignin 22.2; uronic acids 3.2; acetyl groups 5; ashes, indeterminate substances and substances extractable from water and solvents, organic 11.68.
  • pentosans 18 potential pentoses 20.5
  • cellulose 39.9 potential glucose 44.33
  • lignin 22.2 uronic acids 3.2
  • acetyl groups 5 ashes, indeterminate substances and substances extractable from water and solvents, organic 11.68.

Abstract

A method for delignifying ligno-cellulosic materials and efficiently separate from each other the constituents thereof. Said materials which optionally may be prehydrolized are heated in an aqueous acid medium in the presence of phenol compounds whereby the ratio by weight of liquid to solid is at least 0,5. In the case of low liquid solid ratios i.e. below about 4:1 further aqueous liquid is added to the reaction mass after pulping to aid filtration and draining. After isolating the purified solid cellulose pulp, the liquid phase separates into two layers: an aqueous layer rich with pentoses and an organic layer rich with phenols and lignin, the latter providing, by distillation and pyrolysis of the residue, a quantity of phenols at least equal to that of the phenols used in the delignification stage.

Description

Domaine techniqueTechnical area

La présente invention concerne un procédé pour délignifier le bois et autres matériaux lignocellulosiques et, simultanément, hydrolyser l'hémicellulose de ceux-ci en sucres monomères en présence d'acide aqueux, de phénol ou mélanges de phénols ou autres produits phénoliques. Cette invention concerne des perfectionnements apportés à un procédé similaire faisant l'objet d'une demande pré- cédenment déposée, notamment la demande européenne No. 81810246.9. La présente invention concerne également des améliorations dans le domaine de la chimie des constituants du bois en général et, plus particulièrement, la séparation efficace et l'isolement de la pâte de cellulose, des pentoses du bois et des phénols de la lignine.The present invention relates to a process for delignifying wood and other lignocellulosic materials and, simultaneously, hydrolyzing the hemicellulose thereof to monomeric sugars in the presence of aqueous acid, of phenol or mixtures of phenols or other phenolic products. This invention relates to improvements made to a similar process which is the subject of a previously filed application, in particular European application No. 81810246.9. The present invention also relates to improvements in the field of the chemistry of wood constituents in general and, more particularly, the efficient separation and isolation of cellulose pulp, wood pentoses and lignin phenols.

Technique antérieurePrior art

L'utilisation du phénol et autres composés similaires comportant des fonctions phénoliques pour extraire la lignine du bois et ainsi obtenir de la cellulose suffisamment pure pour la fabrication du papier par exemple, est déjà connue. Ainsi, SCHWEERS (Chemtech 1974, 491; Applied Polymer Synposium 28, 277 (1975)) décrit l'utilisation d'un mélange d'une partie de sciure de bois, quatre parties de phénol, et 10% d'eau acidifiée par 0.05% de HCl ou 2% d'acide oxalique, ce mélange étant chauffé 3 h à 160 - 170°C dans un autoclave. Dans ces conditions, et après séparation de la phase liquide, on obtient des rendements en cellulose de l'ordre de 40 à 60% par rapport au poids de bois traité, cette cellulose ayant un index K (Kappa) de l'ordre de 40 à 100. Cet index K, utilisé dans l'industrie papetière pour définir la qualité de la cellulose délignifiée, se rapporte entre autres au contenu de la cellulose en lignine après délignification; ce contenu est approximativement égal à K x 0,15 (TAPPI T - 236 m - 60, 1960). Dans cette méthode, on peut également utiliser, au lieu du phénol, le produit de pyrolyse de la phénol-lignine, celle-ci étant le produit qui se forme par réaction du phénol avec la lignine lors de là délignification du bois par le phénol (demande de brevet allemand DOS 2.229.673). Cette phénol-lignine, qu'on trouve mélangée à une partie du phénol de départ est normalement séparée de la cellulose délignifiée par essorage et lavage de celle-ci par un solvant organique à l'issue de l'opération de délignification.The use of phenol and other similar compounds comprising phenolic functions for extracting lignin from wood and thus obtaining cellulose which is sufficiently pure for the manufacture of paper for example, is already known. Thus, SCHWEERS (Chemtech 1974, 491; Applied Polymer Synposium 28, 277 (1975)) describes the use of a mixture of one part of sawdust, four parts of phenol, and 10% water acidified with 0.05 % HCl or 2% oxalic acid, this mixture being heated for 3 h at 160 - 170 ° C in an autoclave. Under these conditions, and after separation of the liquid phase, cellulose yields of the order of 40 to 60% are obtained relative to the weight of treated wood, this cellulose having a K index (Kappa) of the order of 40 to 100. This K index, used in the paper industry to define the quality of delignified cellulose, relates inter alia to the content of cellulose in lignin after delignification; this content is approximately equal to K x 0.15 (TAPPI T - 236 m - 60, 1960). In this method, it is also possible to use, instead of phenol, the pyrolysis product of phenol-lignin, the latter being the product which is formed by reaction of phenol with lignin during the delignification of wood by phenol ( German patent application DOS 2,229,673). This phenol-lignin, which is found mixed with a part of the starting phenol, is normally separated from the delignified cellulose by wringing and washing the latter with an organic solvent at the end of the delignification operation.

Par ailleurs, d'autres produits phénoliques, tels que les divers xylénols, le catéchol, le résorcinol, l'hydroquinone, les naphtols et les naphtaléne-diols ont été utilisés pour délignifier le bois au taux de 2% par rapport à celui-ci et chauffage (en milieu aqueux, suspension bois/eau 1/1)' 90 min à 175°C, le tout suivi d'une extraction par un mélange dioxanne-eau (WAYMAN et LORA, TAPPI 61 (6), 55 (1978)). Dans ces conditions, des rendements en cellulose de l'ordre de 60% avec un taux résiduel de lignine de 4,6% (utilisation du β-naphtol) ont été observés.Furthermore, other phenolic products, such as the various xylenols, catechol, resorcinol, hydroquinone, naphthols and naphthalene-diols were used to delignify the wood at a rate of 2% relative to the latter. and heating (in aqueous medium, wood / water suspension 1/1) '90 min at 175 ° C, all followed by extraction with a dioxane-water mixture (WAYMAN and LORA, TAPPI 61 (6), 55 (1978) )). Under these conditions, cellulose yields of the order of 60% with a residual lignin level of 4.6% (use of β-naphthol) have been observed.

En outre, APRIL et al (TAPPI 62 (5), 83 (1979)) mentionnent le chauffage à 205°C de sciure de bois de pin en présence de 15 parties d'un mélange 1:1 de phénol-eau, un tel traitement conduisant à une cellulose ne contenant plus que 3% de lignine. D'après cette référence, les rendements en cellulose purifiée sont de l'ordre de 40%.In addition, APRIL et al (TAPPI 62 (5), 83 (1979)) mention the heating to 205 ° C of sawdust from pine wood in the presence of 15 parts of a 1: 1 mixture of phenol-water, such treatment leading to a cellulose containing no more than 3% lignin. According to this reference, the yields of purified cellulose are of the order of 40%.

Les procédés faisant partie de l'état de la technique décrits ci-dessus sont, certes, intéressants techniquement dans le sens qu'ils permettent de s'affranchir -des conditions classiques de délignifi- caticn (procédé Kraft, sulfitique, etc..) lesquels font appel à des composés soufrés difficilement recyclables après usage et qui sont la source de graves problèmes d'assainissement. Ils ne sont cependant pas exempts de certains défauts, notamment, l'obligation de travailler à des températures supérieures à 100°C et sous pression. Ainsi, de telles conditions peuvent provoquer des problèmes d'étanchéité et de maintien de la pression dans les réacteurs. De plus, comme l'hémicellulose du végétal peut s'hydrolyser en pentoses pendant la délignification, il peut y avoir déccnposition des pentoses libérés par l'hydrolyse de l'hémicellulose en furfural et résinification de celui-ci. Il peut aussi y avoir réaction entre le phénol et la lignine produite par la délignification et les produits de décomposition des pentoses avec formation de résines solides d'où difficultés de récupération et de recyclage des solvants phénoliques mis en jeu.The processes forming part of the state of the art described above are, of course, technically interesting in the sense that they make it possible to get rid of the conventional conditions of delignification (Kraft process, sulfite process, etc.). which use sulfur compounds which are difficult to recycle after use and which are the source of serious sanitation problems. However, they are not free from certain defects, in particular the obligation to work at temperatures above 100 ° C and under pressure. Thus, such conditions can cause sealing and pressure maintenance problems in the reactors. In addition, as the hemicellulose of the plant can hydrolyze into pentoses during delignification, there may be decomposition of the pentoses released by the hydrolysis of hemicellulose into furfural and resinification thereof. There may also be a reaction between phenol and the lignin produced by delignification and the decomposition products of pentoses with the formation of solid resins, hence difficulties in recovering and recycling the phenolic solvents involved.

Aussi, un but de la présente invention consiste en un moyen simple et économique pour séparer avec d'excellents rendements les constituants du bois et d'autres matériaux ligno-cellulosiques, notamment, la paille, la balle, les écorces, les feuilles sèches et autres résidus végétaux.Also, an object of the present invention consists of a simple and economical means for separating with excellent yields the constituents of wood and other lignocellulosic materials, in particular, straw, bale, bark, dry leaves and other plant residues.

Un autre but de l'invention est un procédé pour délignifier les matériaux susmentionnés et fournir une pâte cellulosique d'excellente qualité pour la fabrication des solutions de cellulose ou un matériau de départ pour la production de glucose.Another object of the invention is a process for delignifying the above-mentioned materials and providing an excellent quality cellulose pulp for the manufacture of cellulose solutions or a starting material for the production of glucose.

Un autre but de l'invention est de produire industriellement des phénols de bois avec d'excellents rendements et des pentoses qui peuvent être ensuite transformés en résines synthétiques, combustibles ou autres produits chimiques.Another object of the invention is to produce industrially wood phenols with excellent yields and pentoses which can then be transformed into synthetic resins, fuels or other chemicals.

Un autre but de l'invention est un moyen efficace de récupérer des produits utiles à partir de déchets végétaux ou de bois qui sont normalement brûlés ou jetés à l'égoût, ce qui entraîne des pollutions indésirables.Another object of the invention is an effective means of recovering useful products from plant waste or wood which are normally burned or thrown in the sewer, which leads to undesirable pollution.

D'autres buts apparaîtront au cours de la suite de cette description.Other objects will appear during the rest of this description.

Exposé de l'inventionStatement of the invention

Le procédé de l'invention permet d'atteindre les buts ci-dessus, remédie aux défauts susmentionnés et procure, en outre, d'autres avantages inattendus et surprenants comme on le verra plus loin. Il est caractérisé par le fait qu'on chauffe une partie en poids de la matière ligno-cellulosique avec au moins 0,5 parties en poids d'acide aqueux dilué dont le pH ne dépasse pas 1,5 et au moins 0,4 partie de phénol ou d'un ou plusieurs autres composés phénoliques. Ces composés phénoliques sont ceux mentionnés ci-dessus et d'autres à définir ci-après. Les températures de chauffe sont dans le domaine des températures de reflux du mélange aqueux phénolique à pression ordinaire ou légèrement en deça ou au delà de celle-ci, par exemple entre environ 90 et 110°C. Le poids du matériau ligno-cellulosique est compté sur la base de la matière sèche, c'est-à-dire en en soustrayant le poids d'humidité naturelle. De préférence, on agite ou déplace le liquide de manière à assurer un bon contact entre celui-ci et le solide à traiter. Lorsqu'on utilise des rapports liquide/solide relativement élevés, on a avantage à faire percoler continuellement le liquide dans le solide ce qui permet une dissolution efficace de la lignine et l'hydrolyse de l'hémicellulose. Dans ce cas, l'effet de reflux du liquide fournira le degré de contact recherché. Cependant, suivant la nature du matériau ligno-cellulosique et lorsqu'on utilise des rapports liquide/solide plutôt bas, par exemple dans la gamme de 0.5 à environ 2 ou 4 parties d'acide aqueux ou d'acide aqueux et de phénol dissous par partie de matériau ligno-cellulosique sec (ou de matériau ligno-cellulosique et de phénol non dissous), on peut assurer un bon contact entre les réactifs solides et liquides par malaxage ou pétrissage préliminaire de ceux-ci avant de les chauffer. Au lieu de mettre le liquide en mouvement par ébullition, on peut le faire circuler en contact avec le solide divisé, par exemple au moyen d'une pompe en circuit fermé. De plus, came on travaille à des températures de reflux voisines de 100° à pression ordinaire (ou légèrement au dessus ou au dessous), il n'est pas nécessaire de disposer d'un autoclave résistant à la pression ce qui, au point de vue économique, est inportant.The method of the invention makes it possible to achieve the above aims, remedies the above-mentioned shortcomings and also provides other unexpected and surprising advantages as will be seen below. It is characterized by the fact that one part by weight of the lignocellulosic material is heated with at least 0.5 parts by weight of dilute aqueous acid whose pH does not exceed 1.5 and at least 0.4 part phenol or one or more other phenolic compounds. These phenolic compounds are those mentioned above and others to be defined below. The heating temperatures are in the range of reflux temperatures of the phenolic aqueous mixture at ordinary pressure or slightly below or beyond it, for example between about 90 and 110 ° C. The weight of the lignocellulosic material is counted on the basis of the dry matter, that is to say by subtracting the weight of natural moisture. Preferably, the liquid is stirred or moved so as to ensure good contact between it and the solid to be treated. When using relatively high liquid / solid ratios, it is advantageous to continuously percolate the liquid in the solid, which allows effective dissolution of the lignin and hydrolysis of the hemicellulose. In this case, the reflux effect of the liquid will provide the desired degree of contact. However, depending on the nature of the lignocellulosic material and when rather low liquid / solid ratios are used, for example in the range of 0.5 to about 2 or 4 parts of aqueous acid or aqueous acid and phenol dissolved by part of dry lignocellulosic material (or lignocellulosic material and undissolved phenol), good contact between the solid and liquid reagents can be ensured by kneading or preliminary kneading of them before heating them. Instead of putting the liquid in motion by boiling, it can be circulated in contact with the divided solid, for example by means of a closed-circuit pump. In addition, we work at reflux temperatures close to 100 ° at ordinary pressure (or slightly above or below), it is not necessary to have a pressure-resistant autoclave which, to the point of economic view is important.

La nature de l'acide aqueux utilisé n'est pas critique, pour autant qu'il s'agisse d'un acide fort. Ainsi, les acides minéraux tels que H2SO4, HC1, H3PO4 conviennent mais on préfère les acides sulfuriques et chlorhydriques. On peut aussi utiliser des acides organiques forts si on le désire, tels que, par exemple, les acides oxalique, benzène-sulfonique et autres acides aromatiques sulfoniques, l'acide trichloracétique, etc.., c'est-à-dire, en général, les acides fortement hydrosolubles dont le pH est inférieur à 2. De préférence, on utilise du HC1 de concentration comprise entre 0,5 et 5%, de préférence, entre 1 et 3%.The nature of the aqueous acid used is not critical, as long as it is a strong acid. Thus, mineral acids such as H 2 SO 4 , HCl, H 3 PO 4 are suitable, but sulfuric and hydrochloric acids are preferred. Strong organic acids can also be used if desired, such as, for example, oxalic, benzene sulfonic acids and other aromatic sulfonic acids, trichloroacetic acid, etc., i.e. general, highly water-soluble acids whose pH is less than 2. Preferably, HCl is used with a concentration of between 0.5 and 5%, preferably between 1 and 3%.

Il faut noter que des références anciennes (Brevets allemands Nos DE-326.705 et 328.783 (1919)) mentionnent la délignification du bois et autres végétaux par du phénol en présence de catalyseurs acides. On dit dans ces références que de tels catalyseurs comprennent des acides minéraux et organiques et d'autres conposés à réaction acide dans les conditions opératoires tels que AlCl3, CuCl2, SnCl4, TiCl3, le nitrophénol, le chlorophénol, etc.. Les quantités à utiliser de ces catalyseurs sont qualifiées de "plus ou moins" dans la référence 328.783 sans autre renseignement; dans la référence 326.705, on dit que le catalyseur est une solution de HCl à 0,01%. A ce sujet, les présents inventeurs ont trouvé qu'avec un acide aussi dilué (pH supérieur à 2), il n'est pas possible de délignifier efficacement une matière ligno-cellulosique (à 100°C et sous pression ordinaire), comme on le verra ultérieurement dans la partie expérimentale de cette demande. De plus, on n'indique nulle part dans les références en question qu'on peut, en travaillant selon les indications préconisées, effectuer l'hydrolyse pratiquement complète de l'hémicellulose et de séparer, d'avec la cellulose délignifiée, d'une part, les sucres résultant de l'hydrolyse de l'hémicellulose du produit de départ et, d'autre part, les phénols issus de la décan- position de la lignine. En fait, les références disent plutôt qu'après récupération du phénol mis en jeu par distillation de la phase liquide, il reste un résidu qui se transforme en résine infusible. Cela démontre fortement que du furfural s'est formé et qu'il a réagi avec les produits de décomposition de la lignine, ce qu'on veut précisément éviter dans le procédé de la présente invention. Ainsi, bien au contraire, une séparation de ces composants est possible suivant l'invention dans d'excellentes conditions came on le verra ci-après.It should be noted that old references (German patents Nos DE-326.705 and 328.783 (1919)) mention the delignification of wood and other plants by phenol in the presence of acid catalysts. It is said in these references that such catalysts include mineral and organic acids and other acid reaction compounds under operating conditions such as AlCl 3 , CuCl 2 , SnCl 4 , TiCl 3 , nitrophenol, chlorophenol, etc. The quantities to be used of these catalysts are qualified as "more or less" in reference 328.783 without further information; in reference 326.705, it is said that the catalyst is a 0.01% HCl solution. On this subject, the present inventors have found that with an acid as diluted (pH greater than 2), it is not possible to effectively delignify a lignocellulosic material (at 100 ° C. and under ordinary pressure), as will see it later in the experimental part of this request. In addition, nowhere does it indicate in the references in question that it is possible, by working according to the recommended indications, to carry out the practically complete hydrolysis of the hemicellulose and to separate, from the delignified cellulose, a on the one hand, the sugars resulting from the hydrolysis of the hemicellulose of the starting product and, on the other hand, the phenols resulting from the decanposition of lignin. In fact, the references say rather than after recovery of the phenol involved by distillation of the liquid phase, there remains a residue which turns into infusible resin. This strongly demonstrates that furfural has formed and that it has reacted with the decomposition products of lignin, which is precisely to be avoided in the process of the present invention. Thus, on the contrary, a separation of these components is possible according to the invention under excellent cam conditions, as will be seen below.

Il existe aussi une référence (demande de brevet britannique No. 2,036,826 A) qui décrit la délignification de matières ligno-cellulosiques et leur conversion simultanée en sucres par hydrolyse dans une réaction catalysée par les acides et en présence de solvants organiques. Cependant, cette méthode requiert des températures et pressions élevées et, par cela, un appareillage dispendieux.There is also a reference (British patent application No. 2,036,826 A) which describes the delignification of lignocellulosic materials and their simultaneous conversion to sugars by hydrolysis in an acid catalyzed reaction and in the presence of organic solvents. However, this method requires high temperatures and pressures and, therefore, expensive equipment.

Il faut aussi mentionner le fait que, dans la présente invention, l'utilisation de concentrations en HCl nettement supérieures à 5% en poids dans la phase aqueuse est, soit inutile, soit même néfaste. Ainsi, si on effectue la réaction avec de l'acide plus concentré, par exemple à 10% de HCl, il peut se produire des effets indésirables tels que décompositions partielles, résinifications et pertes de rendement. Aussi, on évitera de telles conditions en général à moins qu'on ne désire obtenir certains effets spéciaux. Avec des acides autres que HC1, des proportions plus fortes sont possibles (en raison, par exemple, d'un poids moléculaire supérieur). Par exemple dans le cas de H3PO4, on peut encore admettre une concentration de 10%.It should also be mentioned that, in the present invention, the use of HCl concentrations clearly greater than 5% by weight in the aqueous phase is either unnecessary or even harmful. Thus, if the reaction is carried out with more concentrated acid, for example at 10% HCl, undesirable effects may occur, such as partial decompositions, resinifications and yield losses. Also, such conditions will generally be avoided unless certain special effects are desired. With acids other than HC1, higher proportions are possible (due, for example, to a higher molecular weight). For example in the case of H 3 PO 4 , we can still admit a concentration of 10%.

Comme phénol et autres composés phénoliques, on peut utiliser outre l'hydroxybenzène et la plupart des phénols disponibles commercialement, notamment les composés suivants: p-crésol, o-crésol, guaiacol, 4-éthylphénol, 2,4-xylénol, 4-méthylguaiacol, 4-éthylguaiacol, 2-éthylguaiacol, 4-vinylguaiacol, 4-prcpylguaiacol, eugénol, 1,3-di- méthoxy-pyrogallol, vanilline, 1,3-diméthoxy-5-méthylpyrogallol, trans- isoeugénol, catéchol, phloroglucinol, pyrocatéchol, homocatéchol, etc.. et des mélanges quelconques de ces phénols où, également, des mélanges de produits phénoliques issus de la pyrolyse de la phéno-lignine, celle-ci étant, comme on l'a déjà indiqué plus haut, le produit de réaction entre le phénol (ou des autres composés phénoliques) avec la lignine dégradée et dissoute au cours de la délignification du bois en présence de phénol (ou des autres phénols). De plus, on peut avantageusement utiliser, dans le cadre du présent procédé, en tout ou partie des matières phénoliques, la phénol-lignine elle-même (pour autant qu'elle ne soit pas trop résinifiée par réaction avec les produits de décomposition thermique des pentoses provenant de l'hydrolyse de l'hémicellulose, par exemple, le furfural). Or, c'est là un des avantages inattendus de l'invention: aux températures relativement peu élevées de reflux, l'hydrolyse des pentoses du bois dans l'acide dilué en présence de phénol se fait avec un rendement exceptionnellement élevé et les pentoses qui en proviennent ne subissent qu'un minimum de décomposition en furfural ou autres produits. Il en résulte que la résinification de la phénol-lignine est peu prononcée et que celle-ci peut être réutilisée plusieurs fois, de cycle à cycle, sans que l'efficacité de la délignification en soit notablement diminuée. Ce facteur constitue un avantage considérable par rapport à l'art antérieur où, justement, aux températures mises en oeuvre, de l'ordre de 160°C ou plus, la phénol-lignine se rési- nifie rapidement et perd ainsi ses qualités de solvant de délignification. On notera que lorsqu'on utilise de la phénol-lignine, on a avantage à la mélanger au phénol ou autres composés phénoliques.As phenol and other phenolic compounds, it is possible to use, in addition to hydroxybenzene and most of the commercially available phenols, in particular the following compounds: p-cresol, o-cresol, guaiacol, 4-ethylphenol, 2,4-xylenol, 4-methylguaiacol , 4-ethylguaiacol, 2-ethylguaiacol, 4-vinylguaiacol, 4-prcpylguaiacol, eugenol, 1,3-dimethoxy-pyrogallol, vanillin, 1,3-dimethoxy-5-methylpyrogallol, trans-isoeugenol, catechol, phloroglucinol , homocatechol, etc. and any mixtures of these phenols where, also, mixtures of phenolic products resulting from the pyrolysis of phenolignin, the latter being, as already indicated above, the product of reaction between phenol (or other phenolic compounds) with degraded and dissolved lignin during the delignification of wood in the presence of phenol (or other phenols). In addition, it is advantageous to use, within the framework of the present process, in all or part of the phenolic materials, the phenol-lignin itself (provided that it is not too resinified by reaction with the thermal decomposition products of the pentoses from the hydrolysis of hemicellulose, for example, furfural). However, this is one of the unexpected advantages of the invention: at relatively low reflux temperatures, the hydrolysis of wood pentoses in dilute acid in the presence of phenol takes place with an exceptionally high yield and the pentoses which from it undergo only a minimum of decomposition into furfural or other products. It follows that the resinification of phenol-lignin is not very pronounced and that it can be reused several times, from cycle to cycle, without the efficiency of delignification being significantly reduced. This factor constitutes a considerable advantage compared to the prior art where, precisely, at the temperatures used, of the order of 160 ° C. or more, the phenol-lignin rapidly resins and thus loses its qualities of solvent. delignification. Note that when using phenol-lignin, we has the advantage of mixing it with phenol or other phenolic compounds.

Par ailleurs, le fait que les pentoses ne se décomposent pratiquement pas est un autre avantage puisque, ensuite, on peut les récupérer en vue de leur utilisation ultérieure comme on le verra plus loin.Furthermore, the fact that the pentoses practically do not decompose is another advantage since, afterwards, they can be recovered for later use as will be seen below.

Enfin, et c'est là que réside l'un des avantages les plus marquants et les plus inattendus de l'invention, quand on a affaire à un rapport liquide/solide de 4:1 ou plus, il n'est nullement nécessaire, après séparation de la cellulose purifiée par essorage à la fin d'un cycle, de distiller la phase ligno-phénolique afin d'en récupérer le mélange des phénols devant servir à la délignification d'une nouvelle portion de sciure de bois; suivant le présent procédé, il suffit d'isoler, d'une part, la cellulose délignifiée par essorage et, d'autre part, l'ensemble de la phase aqueuse et de la phénol-lignine contenant le phénol n'ayant pas réagi, cet ensemble étant directement réutilisable, après addition d'une nouvelle portion de sciure de bois, pour l'opération de délignification suivante: cette séquence peut se poursuivre jusqu'à ce que la phase aqueuse atteigne une concentration élevée en pentoses (jusqu'à des valeurs de l'ordre de 200 g/1). A ce stade, il est évident que la solution aqueuse doit être écartée en vue de la récupération des pentoses dissous; de même, à ce stade, la phase de phénol-lignine mélangée aux phénols est également à écarter, ayant perdu de son efficacité en tant que solvant de délignification par surconcentration et par contamination avec les produits de résinification des pentoses. Cependant, et c'est là encore un des avantages de l'invention, cette phase ligno-phénolique peut alors fournir, par distillation et pyrolyse, un rendement exceptionnel en phénols de bois (un mélange qui convient parfaitement à la mise en oeuvre du présent procédé) ce qui rend l'invention autonome, et même excédentaire, en phénol et autres composés phénoliques.Finally, and therein lies one of the most striking and unexpected advantages of the invention, when we are dealing with a liquid / solid ratio of 4: 1 or more, it is in no way necessary, after separation of the purified cellulose by spinning at the end of a cycle, distilling the ligno-phenolic phase in order to recover the mixture of phenols to be used for the delignification of a new portion of sawdust; according to the present process, it suffices to isolate, on the one hand, the delignified cellulose by wringing and, on the other hand, all of the aqueous phase and the phenol-lignin containing the unreacted phenol, this set being directly reusable, after addition of a new portion of sawdust, for the following delignification operation: this sequence can continue until the aqueous phase reaches a high concentration of pentoses (up to values of the order of 200 g / 1). At this stage, it is obvious that the aqueous solution must be discarded in order to recover the dissolved pentoses; similarly, at this stage, the phenol-lignin phase mixed with the phenols is also to be ruled out, having lost its effectiveness as a delignification solvent by over-concentration and by contamination with the resinification products of the pentoses. However, and this is again one of the advantages of the invention, this ligno-phenolic phase can then provide, by distillation and pyrolysis, an exceptional yield of wood phenols (a mixture which is perfectly suitable for the use of the present process) which makes the invention autonomous, and even excess, in phenol and other phenolic compounds.

L'invention permet donc de produire dans des conditions d'éco- nanie exceptionnelle et avec des rendements excellents: de la cellulose de degré de pureté élevé (même à partir de produits ligno-cellulosiques à fort pourcentage de lignine), des pentoses facilement séparables et utilisables à d'autres fins, et des phénols dont une partie est, naturellement, recyclée dans le procédé et le reste peut être traité par les moyens habituels (distillation, extraction, etc.) pour en séparer les divers composants en vue d'une utilisation ultérieure.The invention therefore makes it possible to produce, under exceptional economic conditions and with excellent yields: cellulose of high degree of purity (even from lignocellulosic products with a high percentage of lignin), easily separable pentoses and usable for other purposes, and phenols, part of which is naturally recycled in the process and the rest can be treated by the usual means (distillation, extraction, etc.) to separate the various components for later use.

Dans le procédé de la présente invention, la quantité d'eau acidulée qu'on emploie par rapport aux matières ligno-cellulosiques moulues ou en poudre (bois en copeaux ou en sciure, pailles de blé, de riz, de céréales diverses hachées, épis de mais égrénés et, en général, toutes matières végétales ligno-cellulosiques sèches ou fraîches) n'est pas particulièrement critique à condition qu'un bon contact liquide/solide soit assuré et que la quantité d'eau présente soit stoechiométriquement suffisante pour hydrolyser les pentosanes.In the process of the present invention, the amount of acidulated water that is used relative to the lignocellulosic materials ground or in powder (wood in shavings or in sawdust, straws of wheat, rice, various chopped cereals, ears corn but ginned and, in general, all lignocellulosic vegetable matter dry or fresh) is not particularly critical provided that a good liquid / solid contact is ensured and that the quantity of water present is stoichiometrically sufficient to hydrolyze the pentosanes.

Ainsi, si le rapport liquide/solide est plutôt élevé, par exemple 2:1 ou plus, l'effet d'agitation ou de percolation fourni par l'ébullition du mélange eau-phénol est suffisant pour assurer un bon- contact, continuellement revouvelé, entre solide et liquide. Ainsi, pour garantir un bon reflux, il faut que la proportion d'eau par rapport au solide soit suffisante pour fournir un milieu fluide, c'est-à-dire une suspension dudit solide dans l'eau et l'acide. De manière générale 4 parties de liquide aqueux pour une partie de solide en suspension (en poids) est suffisante, mais on peut opérer avec plus de liquide si on le désire, par exemple de 5 à 50 parties de liquide; cependant, utiliser de très grands volumes de liquide n'est guère pratique à cause des problèmes d'encombrement.Thus, if the liquid / solid ratio is rather high, for example 2: 1 or more, the stirring or percolation effect provided by the boiling of the water-phenol mixture is sufficient to ensure good contact, continuously renewed , between solid and liquid. Thus, to guarantee good reflux, the proportion of water relative to the solid must be sufficient to provide a fluid medium, that is to say a suspension of said solid in water and acid. Generally 4 parts of aqueous liquid for one part of solid in suspension (by weight) is sufficient, but one can operate with more liquid if desired, for example from 5 to 50 parts of liquid; however, using very large volumes of liquid is impractical due to space issues.

On se souviendra qu'on peut également assurer un bon contact solide/liquide en agitant ce dernier grâce à un agitateur ou en le faisant circuler en continu par une pompe à travers un lit du matériau solide divisé. Si le rapport liquide/solide est plutôt bas, c'est-à-dire inférieur à 2:1 ou 3:1, il est généralement suffisant de mélanger l'acide aqueux et les phénols avec le matériau végétal divisé par pétrissage, par exemple dans un pétrisseur à palette ou, plus simplement, en faisant pénétrer simultanément le solide et le liquide dans un réacteur tubulaire au moyen d'une vis et en déplaçant lentement le mélange intime du solide et du liquide dans la zone de chauffage du réacteur. Le mélange solide/liquide réagit progressivement, se contracte et acquiert une fluidité suffisante pour qu'on puisse l'extraire à l'extrémité opposée du réacteur par d'autres moyens de déplacement.It will be remembered that good solid / liquid contact can also be ensured by agitating the latter with an agitator or by circulating it continuously by a pump through a bed of divided solid material. If the liquid / solid ratio is rather low, i.e. less than 2: 1 or 3: 1, it is generally sufficient to mix the aqueous acid and the phenols with the plant material divided by kneading, for example in a paddle kneader or, more simply, by simultaneously penetrating the solid and the liquid into a tubular reactor by means of a screw and by slowly moving the intimate mixture of the solid and the liquid in the heating zone of the reactor. The solid / liquid mixture gradually reacts, contracts and acquires sufficient fluidity so that it can be extracted at the opposite end of the reactor by other means of displacement.

En ce qui concerne la quantité du phénol ou des phénols de délignification, encore une fois celle-ci n'est pas critique pour autant qu'on en utilise assez pour assurer une bonne délignification du bois. Ainsi, si 4 parties de phénol ou du mélange de phénols sont en général suffisantes pour 10 parties de matières ligno-cellulosiques divisées, on peut utiliser, si on le désire, plus de phénol, c'est-à-dire, 10, 20 ou même 50 parties de phénol. Utiliser beaucoup de phénol et beaucoup de phase aqueuse acide peut, au premier abord, paraître avantageux car, alors, on pourra recycler la phase liquide un plus grand nombre de fois avant de l'écarter pour en extraire les pentoses et les phénols utiles; cependant, cet avantage est, en fait, assez illusoire car, alors, la quantité de matière solide par rapport au volume total du milieu réactionnel étant plus faible, le rendement de chaque cycle en sera d'autant diminué et le rendement global utile après un certain nombre de cycles ne sera pas essentiellement modifié.As regards the quantity of phenol or phenols for delignification, again this is not critical provided that enough is used to ensure good delignification of the wood. Thus, if 4 parts of phenol or the mixture of phenols are generally sufficient for 10 parts of divided lignocellulosic materials, more phenol can be used, if desired, i.e., 10, 20 or even 50 parts of phenol. Using a lot of phenol and a lot of acidic aqueous phase may, at first, seem advantageous because, then, we can recycle the liquid phase a greater number of times before removing it to extract the pentoses and useful phenols; however, this advantage is, in fact, quite illusory because, then, the quantity of solid matter relative to the total volume of the reaction medium being lower, the yield of each cycle will be all the more reduced and the overall yield useful after a certain number of cycles will not be essentially changed.

En conséquence, dans la pratique générale de l'invention, on préfère utiliser, pour une partie des matières cellulosiques à l'état divisé, de 1 à 6 parties de phénol et de 1 à 10 parties d'acide dilué, par exemple du HCl à 1,5 - 2% ou du H2S04 aqueux à 3 - 6% en poids. On préfère également que le rapport en poids eau/phénol soit supérieur à 1 et, avantageusement, de l'ordre de 3:2 ou 2:1.Consequently, in the general practice of the invention, it is preferred to use, for one part of the cellulosic materials in the divided state, from 1 to 6 parts of phenol and from 1 to 10 parts of dilute acid, for example HCl at 1.5 - 2% or aqueous H 2 S0 4 at 3 - 6% by weight. It is also preferred that the water / phenol weight ratio is greater than 1 and, advantageously, of the order of 3: 2 or 2: 1.

De manière générale, pour mettre en oeuvre l'invention avec des rapports liquide/solide de l'ordre de 2:1 à 4:1 ou plus, on mélange dans un récipient (ballon au laboratoire, réacteur en verre ou en acier inoxydable dans l'industrie) la matière ligno-cellulosique en forme divisée (par exemple, éclats, copeaux ou sciure de bois) avec l'acide dilué et le phénol ou le mélange de phénols et on porte à l'ébullition de 1 à 8 h. Si désiré, un appareillage plus élaboré peut également être utilisé comme on le verra plus loin. En général, 2 à 4 h de reflux sont suffisantes, ce qui constitue encore un avantage de l'invention par rapport à l'art antérieur où les temps de chauffe (sous pression) sont beaucoup plus longs. Une fois la période de reflux terminée. on essore le solide résiduel qui est constitué par de la cellulose très pure (K étant de l'ordre de 30 à 100) avec un rendement de l'ordre de 80 à 90% par rapport au rendement théorique de l'échantillon en cellulose corrpté comme 100% et on la lave avec un peu d'eau chaude éventuellement alcalinisée par NaOH ou KOH et/ou un solvant hydroconpatible (par exemple, l'acétone ou le méthanol) afin d'en enlever pratiquement tout le phénol. Puis on reprend la phase liquide (acide dilué plus phénol plus phénol-lignine produits par la délignification) et on la recycle avec une nouvelle portion de sciure de bois. On peut alors répéter au moins quatre fois ce recyclage, l'efficacité de la délignification et la pureté de la cellulose produite ne diminuant que lentement.In general, to implement the invention with liquid / solid ratios of the order of 2: 1 to 4: 1 or more, the mixture is mixed in a container (laboratory flask, glass or stainless steel reactor in industry) lignocellulosic material in divided form (for example, chips, shavings or sawdust) with dilute acid and phenol or mixture of phenols and the mixture is brought to the boil from 1 to 8 h. If desired, more sophisticated equipment can also be used as will be seen below. In general, 2 to 4 h of reflux are sufficient, which again constitutes an advantage of the invention compared to the prior art where the heating times (under pressure) are much longer. Once the reflux period has ended. the residual solid which is constituted by very pure cellulose (K being of the order of 30 to 100) is drained with a yield of the order of 80 to 90% relative to the theoretical yield of the sample of corrected cellulose like 100% and we have it wash with a little hot water, possibly alkalized with NaOH or KOH and / or a water-soluble solvent (for example, acetone or methanol) in order to remove practically all the phenol. Then we resume the liquid phase (dilute acid plus phenol plus phenol-lignin produced by delignification) and we recycle it with a new portion of sawdust. This recycling can then be repeated at least four times, the efficiency of delignification and the purity of the cellulose produced decreasing only slowly.

Après un certain nombre de cycles, on sépare la phase aqueuse riche en pentoses de la phase ligno-phénolique par simple décantation. On extrait alors les pentoses de la solution aqueuse par les moyens habituels ou, si désiré, on peut directement traiter cette solution par la chaleur, de manière à transformer les pentoses en carposésfuranniques. On peut également soumettre cette solution aqueuse à la fermentation (préparation de matières protéiques, d'alcool, etc..), le phénol dissous dans cette phase aqueuse pouvant également en être récupéré (par exemple par extraction et par distillation).After a certain number of cycles, the aqueous phase rich in pentoses is separated from the lignophenolic phase by simple decantation. The pentoses are then extracted from the aqueous solution by the usual means or, if desired, this solution can be directly treated with heat, so as to transform the pentoses into furan carposés. This aqueous solution can also be subjected to fermentation (preparation of protein substances, alcohol, etc.), the phenol dissolved in this aqueous phase also being able to be recovered therefrom (for example by extraction and by distillation).

Quant à la phase organique liquide, on la distille d'abord, ce qui permet de récupérer une quantité importante de phénol pur et un mélange de phénols de lignine; puis on pyrolyse le résidu indistil- lable ce qui fournit encore des phénols et un résidu carboné poreux utilisable comme combustible ou carme charbon adsorbant ainsi que des matières volatiles (gaz) également combustibles.As for the liquid organic phase, it is first distilled, which makes it possible to recover a large quantity of pure phenol and a mixture of lignin phenols; then the indistinguishable residue is pyrolysed, which again provides phenols and a porous carbonaceous residue usable as fuel or as adsorbent carbon as well as volatile materials (gases) also combustible.

Il faut mentionner qu'on peut, à la fin de l'opération de délignification d'une charge de matière ligno-cellulosique et après séparation par décantation de la phase phénolique de la phase aqueuse, remettre en contact cette dernière, à chaud, avec la pâte cellulosique délignifiée afin de parfaire l'élimination du reste des phénols encore adsorbés sur celle-ci. Après un tel rinçage de la cellulose délignifiée par la phase aqueuse, on remarque que celle-ci se sépare à nouveau au refroidissement en deux phases qu'on peut isoler par décantation. En conséquence, on peut répéter ce "rinçage" une ou plusieurs fois si désiré chaque fois avec la phase aqueuse dont une partie du phénol a été éliminée. Par ce moyen, on peut réduire le volume total de solvents (ou d'eau alcaline) nécessaire au lavage de la cellulose à la fin de la réaction et augmenter ainsi le taux de récupération des phénols de la phase aqueuse.It should be mentioned that, at the end of the delignification operation of a charge of lignocellulosic material and after separation by decantation of the phenolic phase from the aqueous phase, bring the latter back into contact, hot, with cellulosic pulp delignified in order to complete the elimination of the rest of the phenols still adsorbed thereon. After such rinsing of the cellulose delignified by the aqueous phase, it is noted that the latter separates again upon cooling into two phases which can be isolated by decantation. Consequently, this "rinsing" can be repeated one or more times if desired each time with the aqueous phase from which part of the phenol has been removed. By this means, it is possible to reduce the total volume of solvents (or alkaline water) necessary for washing the cellulose at the end of the reaction and thus to increase the recovery rate of the phenols from the aqueous phase.

Les modifications décrites ci-dessus sont principalement applicables lorsque, suivant le présent procédé, le rapport liquide/solide dépasse une certaine valeur (de l'ordre de 2:1 à environ 4:1) à laquelle le solide se disperse facilement dans le liquide et à laquelle, lorsque la réaction est finie, le liquide se sépare facilement du solide par les moyens habituels, par exemple filtration sous vide ou usage de filtre-presses. Lorsque le rapport liquide/solide est inférieur à une telle valeur (en fait cette valeur n'est pas strictement fixée puisqu'elle peut naturellement dépendre de facteurs tels que la nature du matériau ligno-cellulosique, les techniques de hâ- chage et la dimension et l'état de surface des particules), c'est-à-dire quand le rapport liquide/solide est inférieur à celui auquel le solide se disperse librement dans le liquide et dans le cas où le liquide est plutôt à l'état "adsorbé" sur le solide en particulier, on utilise de préférence d'autres techniques de manipulation. Ainsi, dans de tels cas, on malaxe ou pétrit ensemble le solide en particulier, l'acide aqueux et le phénol (ou phénols) par un moyen usuel quelconque, par exemple un agitateur à marche lente, un malaxeur ou autre et on introduit la masse pâteuse pétrie dans un dispositif approprié à l'opération de chauffe. Un tel dispositif peut être un tube fermé ou un réacteur. A l'échelle industrielle on utilise avantageusement un dispositif à vis relié à un réacteur tubulaire vertical. On introduit le matériau sous forme divisée dans la trémie du dispositif à vis et on injecte les liquides latéralement dans le conduit du dispositif à vis, ce qui permet un mélange efficace liquide/solide lors du déplacement des matériaux en direction du réacteur. Ces matériaux sont alors progressivement introduits en continu dans le réacteur par son extrémité supérieure et le mélange est chauffé dans celui-ci pendant le temps voulu, par exemple de 0,5 à 2 h en tout, ce qui occasionne sa contraction et sa fluidisation partielle (par hydrolyse et délignification), la masse pâteuse se rassemble au fend du réacteur d'où on la retire par d'autres moyens usuels, par exemple un second convoyeur à vis.The modifications described above are mainly applicable when, according to the present process, the liquid / solid ratio exceeds a certain value (of the order of 2: 1 to approximately 4: 1) at which the solid disperses easily in the liquid and at which, when the reaction is finished, the liquid easily separates from the solid by the usual means, for example vacuum filtration or use of filter presses. When the liquid / solid ratio is less than such a value (in fact this value is not strictly fixed since it can naturally depend on factors such as the nature of the lignocellulosic material, the chopping techniques and the size and the surface condition of the particles), that is to say when the liquid / solid ratio is lower than that at which the solid disperses freely in the liquid and in the case where the liquid is rather in the " adsorbed "on the solid in particular, other handling techniques are preferably used. Thus, in such cases, the solid in particular is kneaded or kneaded together, the aqueous acid and the phenol (or phenols) by any usual means, for example a slow-running agitator, a kneader or the like and the pasty mass kneaded in a device suitable for the heating operation. Such a device can be a closed tube or a reactor. On an industrial scale, a screw device advantageously connected to a vertical tubular reactor is advantageously used. The material is introduced in divided form into the hopper of the screw device and the liquids are injected laterally into the conduit of the screw device, which allows an effective liquid / solid mixture during the movement of the materials towards the reactor. These materials are then gradually introduced continuously into the reactor through its upper end and the mixture is heated in the latter for the required time, for example from 0.5 to 2 hours in all, which causes its contraction and its partial fluidization. (by hydrolysis and delignification), the pasty mass collects at the bottom of the reactor from which it is removed by other usual means, for example a second screw conveyor.

A sa sortie du réacteur, on soumet la masse pâteuse à des traitements de séparation des composants du matériau ligno-cellulosique (c'est-à-dire, la cellulose, les sucres monomères et les composés phénoliques) lesquels sont encore mélangés ensembles mais potentiellement scindés les uns des autres (au sens chimique) par le procé- décrit ci-dessus. De tels traitements conprennent des lavages similaires aux étapes de rinçage déjà décrites en ce qui concerne les portions de cellulose délignifiée. La masse pâteuse peut être reprise par un solvent aqueux convenable pour entraîner les contaminants solubles et les séparer de la cellulose délignifiée. Canne tel solvant, de l'eau chaude saturée de phénol convient. En effet, si on traite la masse par un tel solvant puis qu'on l'essore sur un filtre par exemple, la phase liquide entraîne les constituants phénoliques, l'acide et les pentoses d'hydrolyse, cette phase liquide se séparant ensuite en une couche organique (phénol) et une couche aqueuse (solution de sucres) décantables et qui peuvent être ensuite trai-. tées séparément comme on l'a décrit auparavant. Bien entendu, dans les cas où le rapport liquide/solide est plutôt faible, la saturation du solvant phénolique par la phénol-lignine se produira rapidement (déjà après un cycle opératoire normalement} et il n'y a pas lieu de prévoir la remise en jeu directe du mélange phénol-phénol-lignine. Aussi, de tels cas se rapportent-ils plutôt à un procédé en continu suivant lequel on introduit continuellement le matériau à délignifier ainsi que les autres réactifs dans l'appareil à délignifier, et on récolte directement les produits formés en vue de leur purification ultérieure.On leaving the reactor, the pasty mass is subjected to treatments for separating the components of the lignocellulosic material (that is to say, cellulose, the monomeric sugars and the phenolic compounds) which are still mixed together but potential Lately split from each other (in the chemical sense) by the process described above. Such treatments include washes similar to the rinsing steps already described with regard to the portions of delignified cellulose. The pasty mass can be taken up with a suitable aqueous solvent to entrain soluble contaminants and separate them from the delignified cellulose. Cane such solvent, hot water saturated with phenol is suitable. Indeed, if the mass is treated with such a solvent and then spun on a filter for example, the liquid phase entails the phenolic constituents, the acid and the hydrolysis pentoses, this liquid phase then separating out an organic layer (phenol) and an aqueous layer (sugar solution) which can be decanted and which can then be processed. ted separately as described above. Of course, in cases where the liquid / solid ratio is rather low, the saturation of the phenolic solvent with phenol-lignin will occur rapidly (already after a normal operating cycle} and there is no need to provide for the restoration. direct play of the phenol-phenol-lignin mixture. Therefore, such cases relate rather to a continuous process according to which the material to be delignified as well as the other reagents are continuously introduced into the apparatus to be delignified, and harvested directly. the products formed with a view to their further purification.

En résumé, le présent procédé présente par rapport à l'état de la technique les avantages suivants:

  • a) Tenpérature réactionnelle modérée, ce qui permet de travailler dans des récipients non scellés et pouvant fonctionner à la pression atmosphérique où légèrement en dessous et au-dessus de celle-ci.
  • b) Excellente efficacité de dissolution des pentosanes dans la phase aqueuse (rendements de l'ordre de 98%) et possibilité inmédia- te de récupérer et utiliser les pentoses ainsi formés.
  • c) Minime formation de produits de réaction phénol-lignine dissoute et dégradation très limitée des pentoses aux températures de travail et, partant, formation minimum de résines entre les phénols et ces produits de dégradation, d'où récupération aisée des phénols et même formation d'un excédent de ceux-ci.
  • d) Séparation aisée des trois phases clé du procédé: phase solide, cellulose d'un haut degré de pureté; phase aqueuse riche en pentoses et phase ligno-phénolique dont, par distillation d'abord puis pyrolyse ensuite, on récupère une portion considérable de produits utiles.
  • e) Mise en valeur complète des constituants du bois, les pertes étant maintenues à un minimum. Dans les procédés classiques, la lignine et les pentoses sont plus ou moins perdus.
  • f) Qualité de la cellulose obtenue et excellent rendement de purification.
  • g) Autonomie du procédé relativement aux matières premières. Après une première addition de phénol, la fabrication peut se poursuivre au moyen des phénols récupérés sans apport extérieur. De plus, énergétiquement parlant, le résidu charbonneux combustible ainsi que les volatils récupérés rend le procédé autonome qui ne comprend aucune étape d'évaporation et de concentration de grands volumes aqueux.
  • h) Lorsqu'on utilise des rapports liquide/solide relativement élevés, le recyclage répété de la phase liquide pour délignifier plusieurs portions successives de matières ligno-cellulosiques fournit, après plusieurs cycles, une phase aqueuse dont la concentration en sucres est très élevée.
  • i) La lignine non pyrolisée peut être utilisée directement can- me combustible (peu polluant car ne contenant ni soufre, ni minéraux), comme source de phénols ou comme matière première de résines poly- mériques.
  • j) Possibilité de mettre en jeu une variété étendue de déchets ligno-cellulosiques (bois de qualités et d'essences diverses, matières herbacées, feuilles déchets de papeterie, bagasse, pailles, écorces, etc..) à l'état vert ou sec, l'eau nécessaire à la réaction étant facilement mesurée selon le degré d'humidité de la matière de départ. Ainsi, on peut utiliser aussi bien des cannes à sucre fraîchement extraites (bagasse verte) que des cannes à sucre après séchage (bagasse sèche), la quantité d'eau à ajouter dans le réacteur étant plus forte dans le second cas.
In summary, the present process has the following advantages over the state of the art:
  • a) Moderate reaction temperature, which makes it possible to work in unsealed containers which can operate at atmospheric pressure or slightly below and above it.
  • b) Excellent efficiency of dissolution of the pentosans in the aqueous phase (yields of the order of 98%) and immediate possibility of recovering and using the pentoses thus formed.
  • c) Minimal formation of dissolved phenol-lignin reaction products and very limited degradation of pentoses at working temperatures and, consequently, minimum formation of resins between phenols and these degradation products, hence easy recovery of phenols and even formation of 'a surplus of these.
  • d) Easy separation of the three key phases of the process: solid phase, cellulose of a high degree of purity; aqueous phase rich in pentoses and ligno-phenolic phase from which, by distillation first and then pyrolysis, a considerable portion of useful products is recovered.
  • e) Complete development of wood constituents, losses being kept to a minimum. In conventional processes, lignin and pentoses are more or less lost.
  • f) Quality of the cellulose obtained and excellent purification yield.
  • g) Autonomy of the process relative to raw materials. After a first addition of phenol, the production can continue using the phenols recovered without external input. In addition, energetically speaking, the combustible carbon residue as well as the volatiles recovered makes the process autonomous which does not include any stage of evaporation and concentration of large aqueous volumes.
  • h) When relatively high liquid / solid ratios are used, the repeated recycling of the liquid phase to delignify several successive portions of lignocellulosic materials provides, after several cycles, an aqueous phase whose sugar concentration is very high.
  • i) Non-pyrolized lignin can be used directly as a fuel (low polluting because it contains no sulfur or minerals), as a source of phenols or as a raw material for polymer resins.
  • j) Possibility of bringing into play a wide variety of lignocellulosic waste (wood of various qualities and essences, herbaceous materials, leaves stationery waste, bagasse, straw, bark, etc.) in a green or dry state , the water necessary for the reaction being easily measured according to the degree of humidity of the starting material. Thus, it is possible to use both freshly extracted sugar canes (green bagasse) as well as sugar canes after drying (dry bagasse), the amount of water to be added to the reactor being greater in the second case.

On mentionnera encore, en tant que contexte général, certaines références dont l'objet est plus ou moins en rapport avec l'invention. Le brevet USP 3,776,897 concerne l'addition d'un solvant organique à une liqueur sulfitique de délignification du bois après acidification de celle-ci; il en résulte d'abord la séparation deWe will also mention, as a general context, certain references whose object is more or less related to the invention. Patent USP 3,776,897 relates to the addition of an organic solvent to a sulphite liquor for the delignification of wood after acidification thereof; it results first from the separation of

hemicellulose et, ensuite, la séparation d'une solution aqueuse 1e sucres et d'une phase organique contenant la lignine. Quoiqu'on puisse voir certaines analogies entre ce procédé de séparation et la mise en oeuvre de la présente invention, cet art antérieur ne peut rendre l'invention évidente. En effet, l'extraction sélective des composants d'un mélange par une opération de séparation en deux liquides non-miscibles est connue en général dans l'industrie chimique et, dans ce contexte, la référence n'enseigne rien de plus qu'un manuel de chimie expérimentale. Ainsi, le domaine général auquel se rapporte la référence, c'est-à-dire celui des liqueurs sulfitiques alcalines qu'on doit acidifier au préalable et le degré négligeable d'hydrolyse des pentosanes, etc., ne fournit pas aux spécialistes l'information susceptible de conduire à la présente invention.hemicellulose and then the separation of an aqueous solution 1 e sugars and an organic phase containing lignin. Although we can see certain analogies between this separation process and the implementation of the present invention, this prior art cannot make the invention obvious. Indeed, the selective extraction of the components of a mixture by an operation of separation into two immiscible liquids is generally known in the chemical industry and, in this context, the reference teaches nothing more than a textbook of experimental chemistry. Thus, the general field to which the reference relates, that is to say that of alkaline sulfite liquors which must be acidified beforehand and the negligible degree of hydrolysis of pentosans, etc., does not provide specialists with the information likely to lead to the present invention.

Le brevet français No. 1.430.458 fournit un enseignement très voisin de celui du brevet US évoqué ci-dessus et ne permet pas non plus de réaliser le procédé de l'invention. Il existe encore une troisième référence, le brevet britannique GB 341,861 suivant lequel on distille à 300°C les résidus d'évaporation de solutions alcalines de digestion de la ligno-cellulose. De tels résidus, riches en pentosanes et pauvres en lignine (voir page 1, lignes 60 - 85) fournissent, par distillation, des mélanges d'acides, d'hydrocarbures, de phénols, de furfural et gaz divers, un tel résultat ne semblant guère différent de celui de la distillation sèche du bois (à l'exception du méthanol). Finalement, une dernière référence (TAPPI 52, 486 - 488 (1969)) traite de la conversion en furfural des pentoses résiduels tirés d'une liqueur sulfitique de délignification du bois. Il ne semble pas qu'on puisse trouver dans cette référence une quelconque information utilisable par analogie pour réaliser la présente invention.French patent No. 1,430,458 provides a teaching very close to that of the US patent mentioned above and does not allow either to carry out the process of the invention. There is also a third reference, the British patent GB 341,861 according to which the evaporation residues of alkaline digestion solutions of lignocellulose are distilled at 300 ° C. Such residues, rich in pentosans and poor in lignin (see page 1, lines 60 - 85) provide, by distillation, mixtures of acids, hydrocarbons, phenols, furfural and various gases, such a result not appearing not much different from that of dry distillation of wood (except methanol). Finally, a last reference (TAPPI 52, 486 - 488 (1969)) deals with the conversion to furfural of the residual pentoses drawn from a sulphite liquor for the delignification of wood. It does not seem that one can find in this reference any information usable by analogy to carry out the present invention.

Les exenples qui suivent illustrent l'invention en détail.The following examples illustrate the invention in detail.

Exemple 1Example 1

Dans un ballon de pyrex de 250 ml équipé d'un condenseur, on a placé 10 g de sciure de hêtre à 10% d'humidité (contenant 17,25% de pentosanes, 53,6% de cellulose, 27,4% de lignine et 1,2% de cendres), 40 g de phénol et 60 ml de HCl aqueux à 1,85% (pH 0,3). On a fait bouillir 4 h à reflux après quoi on a essoré sur büchner et lavé à l'eau chaude et à l'acétone les fibres solides sur büchner; rendement 4 g, 78%, Kappa = 40; taux de lignine = 6% (analyse par méthode TAPPI T 122 OS-74).In a 250 ml pyrex flask equipped with a condenser, 10 g of beech sawdust at 10% humidity (containing 17.25% of pentosans, 53.6% of cellulose, 27.4% of lignin and 1.2% ash), 40 g of phenol and 60 ml of 1.85% aqueous HCl (pH 0.3). We boiled for 4 h at reflux after which the solid fibers were wrung on büchner and washed with hot water and acetone on büchner; yield 4 g, 78%, Kappa = 40; lignin level = 6% (analysis by TAPPI T 122 OS-74 method).

Après refroidissement, la phase liquide provenant de la filtration de la cellulose s'est séparée en deux phases qu'on a isolées par décantation au moyen d'un entonnoir à robinet. La phase supérieure, aqueuse, analysée par la méthode de LISOV & YAROTSKII (IZVEST. AKAD NAUK SSSR, Ser, Khim. (4), 877-88 (1974) contenait 1,47 g (85%) de pentoses et 0,43 g (8%) d'hexoses accompagnés d'une petite quantité de phénol dissous. La phase organique, plus lourde (42 g), contenait le gros du phénol, et en solution dans celui-ci, la phénol-lignine produite par la délignification du bois. On a également récupéré une quantité notable de phénol dans les eaux de lavage de la cellulose.After cooling, the liquid phase originating from the filtration of the cellulose separated into two phases which were isolated by decantation by means of a tap funnel. The upper aqueous phase, analyzed by the method of LISOV & YAROTSKII (IZVEST. AKAD NAUK SSSR, Ser, Khim. (4), 877-88 (1974) contained 1.47 g (85%) of pentoses and 0.43 g (8%) of hexoses accompanied by a small amount of dissolved phenol. The heavier organic phase (42 g) contained the bulk of the phenol, and in solution therein, the phenol-lignin produced by the wood delignification. A significant amount of phenol was also recovered in the cellulose washing waters.

Exemple 2Example 2

Dans un ballon de 2 1 équipé comme décrit à l'Exemple 1, on a placé 100 g de sciure de hêtre (voir composition à l'Exemple 1), 400 g de phénol et 600 ml de HCl aqueux à 1,85%. Après 4 h de chauffe à ébullition, on a essoré sur büchner et on a lavé avec du HCl à 1,85% chaud jusqu'à obtention d'un filtrat pesant, au total, 1000 g. On a prélevé un échantillon de ce filtrat aux fins d'analyse, puis on a répété l'opération ci-dessus en utilisant, à nouveau, 100 g de sciure et les 1000 g de filtrat mentionnés ci-dessus. On a ensuite répété encore deux fois l'opération précitée, toujours avec des portions fraîches de 100 g de sciure et, carme phase liquide, le filtrat de l'opération précédente. On a chaque fois prélevé des échantillons aux fins d'analyse. Les résultats sont consignés au Tableau I ci-dessous avec, y compris, les résultats d'analyse des portions de cellulose délignifiée obtenues.

Figure imgb0001
In a 2 liter flask equipped as described in Example 1, 100 g of beech sawdust (see composition in Example 1), 400 g of phenol and 600 ml of 1.85% aqueous HCl were placed. After 4 h of boiling, it was drained on a büchner and washed with hot 1.85% HCl until a filtrate weighing a total of 1000 g was obtained. A sample of this filtrate was taken for analysis, then the above procedure was repeated using again 100 g of sawdust and the 1000 g of filtrate mentioned above. The above operation was then repeated twice more, still with fresh portions of 100 g of sawdust and, as in the liquid phase, the filtrate from the previous operation. Samples were taken for analysis each time. The results are recorded in Table I below with, including, the results of analysis of the portions of delignified cellulose obtained.
Figure imgb0001

Après la dernière opération, le liquide a été séparé comme à l'Exenple 1 en sa phase aqueuse et sa phase organique. La phase aqueuse a été extraite au toluène à contre-courant et les extraits, après évaporation du solvant, ajoutés à la couche organique. La phase aqueuse contenait environ 60 g de pentoses. Par distillation à la vapeur de cette phase aqueuse, on a transformé ces pentoses en furfural.After the last operation, the liquid was separated as in Example 1 into its aqueous phase and its organic phase. The aqueous phase was extracted with toluene against the current and the extracts, after evaporation of the solvent, added to the organic layer. The aqueous phase contained about 60 g of pentoses. By steam distillation of this aqueous phase, these pentoses were transformed into furfural.

Les phases organiques combinées (environ 490 g) ont été distillées (73°C/13 Torr) ce qui a fourni 323 g de phénol (environ 67%), le restant étant constitué par un mélange de phénols de bois et de lignine partiellement dégradée ce qui a été montré par analyse par RMN.The combined organic phases (approximately 490 g) were distilled (73 ° C / 13 Torr) which provided 323 g of phenol (approximately 67%), the remainder consisting of a mixture of wood phenols and partially degraded lignin which was shown by NMR analysis.

On a ensuite pyrolysé sous azote à 450°C le résidu non distillé ce qui a fourni 111,6 g (68% du résidu) d'un mélange anhydre de phénol (62,4%) et de composés phénoliques (37,6%) qu'on a soumis à une chranatographie en phase gazeuse (voir SCHWEERS & RECHY, PAPIER, 26 (10a), 585 (1972)) ce qui a permis d'identifier un certain nombre de phénols typiques résultant de la dégradation de la lignine du bois, par exemple, le guaiacol, les crésols, les méthyl- et éthyl- guaiacols, etc..The undistilled residue was then pyrolyzed under nitrogen at 450 ° C. which provided 111.6 g (68% of the residue) of an anhydrous mixture of phenol (62.4%) and phenolic compounds (37.6% ) which was subjected to gas phase chranatography (see SCHWEERS & RECHY, PAPIER, 26 (10a), 585 (1972)) which made it possible to identify a certain number of typical phenols resulting from the degradation of lignin wood, for example, guaiacol, cresols, methyl- and ethyl- guaiacols, etc.

Le résidu de la pyrolyse (51,3 g, 30,7%) consistait en résidu charbonneux poreux et la différence pour faire 100% était due au départ de gaz non condensables.The residue from the pyrolysis (51.3 g, 30.7%) consisted of porous carbon residue and the difference to make 100% was due to the departure of non-condensable gases.

Exemple 3Example 3

On a procédé exactement came dans les Exemples précédents en utilisant 5 g de sciure de bois, 30 ml de HCl aqueux à 1,85% et 20 g du mélange des phénols obtenus par pyrolyse dans l'Exenple 2. On a ainsi obtenu 2 g de cellulose, K = 33; 5% de lignine. La phase aqueuse contenait 0,85 g, 98,6% de la quantité théorique des pentoses sur la base du contenu en hémicellulose de la sciure utilisée, 0,24 g, 9% d'hexoses et 1 g de phénol. La phase organique (21 g) contenait 8,3 g de phénol séparé par distillation.We proceeded exactly as in the previous Examples using 5 g of sawdust, 30 ml of 1.85% aqueous HCl and 20 g of the mixture of phenols obtained by pyrolysis in Example 2. We thus obtained 2 g cellulose, K = 33; 5% lignin. The aqueous phase contained 0.85 g, 98.6% of the theoretical amount of pentoses based on the hemicellulose content of the sawdust used, 0.24 g, 9% hexoses and 1 g of phenol. The organic phase (21 g) contained 8.3 g of phenol separated by distillation.

On a procédé à un essai comparatif en soumettant 10 g de sciure à 4 h d'hydrolyse dans 100 ml de HCl à 1,85% mais sans phénol. Dans ce cas, le rendement en pentoses n'a été que de 70% environ ce qui montre, et c'est là un effet surprenant et inattendu, que les phénols favorisent l'hydrolyse de l'hémicellulose des matières ligno-cellulosiques en même temps qu'ils effectuent la délignification de celles-ci.A comparative test was carried out by subjecting 10 g of sawdust to 4 h of hydrolysis in 100 ml of HCl at 1.85% but without phenol. In this case, the yield of pentoses was only about 70%, which shows, and this is a surprising and unexpected effect, that the phenols promote the hydrolysis of hemicellulose in lignocellulosic materials at the same time. time they carry out the delignification of these.

Exemple 4Example 4

Dans un ballon de 500 ml équipé d'un réfrigérant et d'un agitateur, on a introduit 100 g du mélange de phénols tel qu'obtenu par pyrolyse à l'Exemple 2 et 123 g de formaldéhyde en solution aqueuse à 37%. On a ajouté encore 4,7 g de Ba(OH)2.8H20 et on a agité le mélange 2 h à 70°C. On a alors acidifié à pH 6-7 avec du H2SO4 à 10% et procédé à une concentration sous pression réduite à une température ne dépassant pas 70°C jusqu'à obtention d'une masse visqueuse. Cette masse constitue une résine type "RESOL" au stade "A" de polymérisation. On l'utilise, par exemple, pour la fabrication de laminés, d'adhésifs pour agglomérés et de vernis thermo-durcissables suivant les moyens habituels.100 g of the mixture of phenols as obtained by pyrolysis in Example 2 and 123 g of formaldehyde in 37% aqueous solution were introduced into a 500 ml flask equipped with a condenser and a stirrer. An additional 4.7 g of Ba (OH) 2 .8H 2 O was added and the mixture was stirred for 2 h at 70 ° C. Was then acidified to pH 6-7 with 10% H 2 SO 4 and concentrated under reduced pressure at a temperature not exceeding 70 ° C until a viscous mass was obtained. This mass constitutes a “RESOL” type resin at the “A” stage of polymerization. It is used, for example, for the manufacture of laminates, adhesives for agglomerates and thermosetting varnishes according to the usual means.

Exemple 5Example 5 Etude des paramètres opérationnelsStudy of operational parameters

Dans le but de mieux connaître l'influence de paramètres opérationnels tels que température, temps réactionnel, concentration d'acide, rapport phénol/solide, on a entrepris une série d'essais avec des échantillons de 30 g (1 partie) de bagasse sèche (composition moyenne: cellulose 40,2%; hémicellulose 25,6%; lignine 22,2%; extractibles 7,24%; cendres 4,76%) qu'on a traités par des mélanges différents de phénol et d'eau acidifiée, à différentes températures et pendant des temps différents. Puis on a séparé la pâte délignifiée par essorage et on l'a extraite à la soude caustique aqueuse à 5% de manière à éliminer tout le phénol adsorbé sous forme de phénolate alcalin (puis on a acidifié le phénolate afin que le phénol se sépare et on a ajouté cette seconde récolte de phénol à la première récolte obtenue dans le liquide d'essorage). En addition à la détermination du poids de la pâte de cellulose purifiée et de son contenu en lignine résiduelle, on a mesuré la teneur de la phase aqueuse en sucres Ce et C6 (pentoses et hexoses).In order to better understand the influence of operational parameters such as temperature, reaction time, acid concentration, phenol / solid ratio, we undertook a series of tests with samples of 30 g (1 part) of dry bagasse (average composition: cellulose 40.2%; hemicellulose 25.6%; lignin 22.2%; extractable 7.24%; ash 4.76%) which have been treated with different mixtures of phenol and acidified water , at different temperatures and for different times. Then the delignified paste was separated by wringing and extracted with 5% aqueous caustic soda so as to remove all of the phenol adsorbed in the form of alkaline phenolate (then the phenolate was acidified so that the phenol separated and this second crop of phenol was added to the first crop obtained in the wringing liquid). In addition to determining the weight of the purified cellulose pulp and its residual lignin content, the content of the aqueous phase in Ce and C 6 sugars (pentoses and hexoses) was measured.

Pour les analyses, on a procédé comme suit: pour le phénol dans l'eau, on l'a converti en tribromophénol par le brome à pH 0-1 suivi de titration à rebours de l'excès de brome par le thiosulfate en présence de KI. On a aussi procédé à l'analyse par VPC (colonne DC 550, huile de silicone; température de la colonne: 147°C; détecteur à ionisation de flamme; températures de l'injecteur: 190°C; gaz porteur: azote au taux de 60 ml/min). On a également eu recours à l'analyse HPLC (High Performance Liquid Chranatography) (colonne C-18 RP-WATERS-Bondapack 10 u; solvant: acétone/eau 40/60 à 1 ml/min; détection à À = 254 mu; standard interne: acétcphénone).For the analyzes, the procedure was as follows: for phenol in water, it was converted into tribromophenol by bromine at pH 0-1 followed by reverse titration of the excess bromine by thiosulfate in the presence of KI. The analysis was also carried out by VPC (DC 550 column, silicone oil; column temperature: 147 ° C; flame ionization detector; injector temperatures: 190 ° C; carrier gas: nitrogen at the rate 60 ml / min). HPLC (High Performance Liquid Chranatography) analysis was also used (column C-18 RP-WATERS-Bondapack 10 u; solvent: acetone / water 40/60 at 1 ml / min; detection at À = 254 mu; internal standard: acetcphenone).

On a analysé les sucres provenant de l'hydrolyse dans la phase aqueuse et les fractions de lavage par la méthode à l'o-toluidine. Les résultats de ces analyses sont portés dans les Tableaux qui suivent.The sugars from hydrolysis in the aqueous phase and the washing fractions were analyzed by the o-toluidine method. The results of these analyzes are given in the Tables which follow.

Les paramètres opératoires utilisés dans les essais décrits ainsi que les résultats figurent aux Tableaux II à IV ci-après. Dans ces Tableaux, la colonne intitulée "solides séparés" (parties en poids) concerne la somme de la cellulose isolée, la lignine non dissoute, les cendres et d'autres impuretés insolubles. Le % en poids de la lignine de cette cellulose est à la colonne suivante. Les chiffres concernant les sucres libérés par hydrolyse sont donnés en % par rapport à la valeur théorique (100%) représentée par le contenu en cellulose et hémicellulose de l'échantillon de départ.

Figure imgb0002
The operating parameters used in the tests described as well as the results are shown in Tables II to IV below. In these Tables, the column entitled "separate solids" (parts in weight) refers to the sum of the isolated cellulose, undissolved lignin, ash and other insoluble impurities. The% by weight of the lignin of this cellulose is in the following column. The figures concerning the sugars released by hydrolysis are given in% compared to the theoretical value (100%) represented by the cellulose and hemicellulose content of the initial sample.
Figure imgb0002

Les chiffres du Tableau II indiquent qu'une prolongation du temps réactionnel améliore la dissolution de la lignine et l'hydrolyse des pentosanes. La quantité de sucres C6 dissous ne change guère. Les résultats à 100°C sont meilleurs qu'à 90°C.The figures in Table II indicate that an extension of the reaction time improves the dissolution of lignin and the hydrolysis of pentosans. The amount of dissolved C 6 sugars hardly changes. The results at 100 ° C are better than at 90 ° C.

Figure imgb0003
Figure imgb0003

Les chiffres du Tableau III indiquent que, mis à part une légère variation du taux de lignine dans la cellulose, la diminution du taux de phénol utilisé pour la délignification n'a pas grande importance.

Figure imgb0004
The figures in Table III indicate that, apart from a slight variation in the level of lignin in cellulose, the decrease in the level of phenol used for delignification is of little importance.
Figure imgb0004

Les données du Tableau IV montrent que des concentrations faibles d'acide, telles que celles divulguées par HARTMUTH (brevet allemand 326,705) ne conviennent pas pour réaliser l'invention dans les conditions choisies, c'est-à-dire ébullition à la pression ordinaire. Trop d'acide est également néfaste aussi bien en ce qui concerne la production des pentoses que du phénol.The data in Table IV show that low concentrations of acid, such as those disclosed by HARTMUTH (German patent 326,705) are not suitable for carrying out the invention under the chosen conditions, i.e. boiling at ordinary pressure . Too much acid is also harmful both for the production of pentoses and phenol.

Exemple 6Example 6

Cet exenple sera mieux compris si on se réfère au dessin en annexe qui représente schématiquement un appareillage pilote pour la délignification de produits végétaux hachés suivant l'invention.This exenple will be better understood if reference is made to the appended drawing which schematically represents a pilot apparatus for the delignification of chopped plant products according to the invention.

L'appareil représenté comprend un réacteur 1 rempli de matériau végétal particulaire jusqu'au niveau d'un écran 2 de retenue du solide mais qui laisse passer le liquide de délignification. Par l'intermédiaire d'une vanne 3, le fond du réacteur communique avec un réservoir 4 de la solution de délignification. Au moyen d'une pcm- pe 7, on fait circuler cette solution du fond du réservoir 4 à la partie supérieure du réacteur 1 grâce aux vannes 5 et 6. De là, le liquide entre en contact avec les particules du matériau végétal effectuant ainsi un lessivage continuel de celles-ci. Le réacteur 1 comprend un réfrigérant à reflux 8 et le réservoir 4 comprend un réfrigérant 9. L'appareil comprend encore deux manteaux chauffants 10 et 11 à circulation de liquide pour le réacteur et le réservoir, respectivement; le liquide de chauffage (huile ou un liquide quelconque) est mis en circulation par une pompe et chauffé par un élément de chauffe 13 contrôlé thermostatiquement. Une vanne de dérivation 14 est placée entre la pompe 7 et la vanne 6 pour permettre de contrôler le débit de circulation du liquide de délignification de manière à maintenir le liquide à douce ébullition dans le réacteur 1.The apparatus shown comprises a reactor 1 filled with particulate plant material up to the level of a screen 2 for retaining the solid but which lets the delignification liquid pass. Via a valve 3, the bottom of the reactor communicates with a tank 4 of the delignification solution. By means of a pump 7, this solution is circulated from the bottom of the tank 4 to the upper part of the reactor 1 by means of the valves 5 and 6. From there, the liquid comes into contact with the particles of the plant material thus effecting continuous leaching of these. The reactor 1 comprises a reflux condenser 8 and the reservoir 4 comprises a condenser 9. The apparatus also comprises two heating mantles 10 and 11 with circulation of liquid for the reactor and the reservoir, respectively; the heating liquid (oil or any liquid) is circulated by a pump and heated by a heating element 13 thermostatically controlled. A bypass valve 14 is placed between the pump 7 and the valve 6 to allow the flow rate of the delignification liquid to be controlled so as to maintain the liquid at gentle boiling in the reactor 1.

Le fonctionnement de l'appareil va de soi pour l'homme de métier d'après la description qui précède et le dessin. D'autres commentaires sont donc superflus et il suffit de donner les paramétres opératoires du présent Exemple: dans un réacteur 1 dont la double enveloppe 10 présente un diamètre intérieur de 40 mm et une longueur de 370 mm, on a tassé 67 g de bagasse hachée à 10% d'humidité (60,3 g de bagasse sèche). Ce réacteur est relié au sommet à un réfrigérant 8 refroidi à l'eau. Le fond de la colonne a été relié au réservoir thermostatisé 4 contenant la quantité requise de phénol aqueux acidifié pour la délignification, soit 400 g de phénol (pureté 99,5%) et 600 ml d'HCl aqueux à 1,85%. On a chauffé le phénol aqueux à 100°, tenpérature à laquelle la dissolution de phénol dans l'eau est complète et la phase est homogène. On a mis cette phase en circulation au moyen de la ponpe de recirculation en téflon 7. On a réglé le flux de liquide de manière à en maintenir le niveau à une valeur adéquate au-dessus du lit fixe de bagasse au moyen de la vanne de dérivation 14; par cela, on a aussi rendu homogène le liquide circulant dans le circuit. On a maintenu 3 h le liquide en circulation après équilibrage de la température à 100°C. Dans le lit fixe de bagasse, on a maintenu le liquide en légère ébullition par élévation de la tenpérature de l'huile de chauffe thermostatisée à 120°C. Après la fin de la réaction, on a arrêté la pompe et on a essoré le liquide par gravité pendant le refroidissement. On a recueilli et on a refroidi le liquide dans le réservoir 4. Puis on a séparé la couche organique (phase organique principale) de la couche aqueuse par décantation. La couche aqueuse, après séparation du premier jet de substances organiques, a été remise en circulation 3 h à 100° à travers le lit de pâte de bagasse. Par ce traitement, on a séparé un surplus de phénol qui était retenu par la fibre. On a refroidi la phase liquide (phase aqueuse principale) à température ambiante de manière qu'elle se sépare à nouveau en deux couches. On a à nouveau décanté la nouvelle couche organique (second jet de phénol) de la couche aqueuse et on l'a réunie au premier jet. Puis on a lavé la cellulose restant dans le réacteur 1 carme suit:

  • 1er lavage: On a remis 500 ml d'eau dans le circuit et on l'a mis en circulation 2,5 h à 100°C. Puis on a évacué cette eau sous léger vide et on l'a mise en réserve aux fins d'analyse.
  • 2ème lavage (à l'alcali): On a fait circuler à nouveau 2 h à travers le lit de fibres une solution de 10 g d'hydroxyde de sodium dans 500 ml d'eau à 40° (température maximum). On a évacué cette solution sous pression légèrement réduite et on l'a acidifiée à pH 5 avec du HCl. On a soumis cette solution à l'analyse du phénol.
  • 3ème lavage (à l'acide): Q1 a retiré la pâte cellulosique du réacteur et, sur un entonnoir de büchner, on l'a lavée par petites portions d'eau acidulée à pH 4 de manière à éliminer toute trace d'alcalinité (total de la solution de lavage: 2 1). On a essoré la pâte de cellulose par centrifugation dans un panier jusqu'à un taux d'humidité résiduelle de 50 - 60%. On a prélevé un aliquot de cette fibre et on l'a séchée pour déterminer le rendement total: trouvé 29 g de fibre de bagasse.
The operation of the device goes without saying for the skilled person from the above description and the drawing. Other comments are therefore superfluous and it suffices to give the operating parameters of the present Example: in a reactor 1 whose double jacket 10 has an inside diameter of 40 mm and a length of 370 mm, 67 g of chopped bagasse have been packed at 10% humidity (60.3 g dry bagasse). This reactor is connected at the top to a water-cooled refrigerant 8. The bottom of the column was connected to the thermostatically controlled tank 4 containing the required quantity of acidified aqueous phenol for delignification, ie 400 g of phenol (purity 99.5%) and 600 ml of 1.85% aqueous HCl. The aqueous phenol was heated to 100 °, the temperature at which the dissolution of phenol in water is complete and the phase is homogeneous. This phase was put into circulation by means of the Teflon recirculation ponpone 7. The flow of liquid was adjusted so as to maintain the level at an adequate value above the fixed bed of bagasse by means of the valve. bypass 14; by this, the liquid circulating in the circuit has also been made homogeneous. The circulating liquid was kept for 3 hours after equilibration of the temperature at 100 ° C. In the fixed bagasse bed, the liquid was kept slightly boiling by raising the temperature of the thermostatically controlled heating oil to 120 ° C. After the end of the reaction, the pump was stopped and the liquid was drained by gravity during cooling. The liquid was collected and cooled in the tank 4. Then the organic layer (main organic phase) was separated from the aqueous layer by decantation. The aqueous layer, after separation of the first jet of organic substances, was recirculated for 3 hours at 100 ° through the bed of bagasse dough. By this treatment, an excess of phenol which was retained by the fiber was separated. The liquid phase (main aqueous phase) was cooled to room temperature so that it again separated into two layers. The new organic layer was decanted again (second stream of phenol) from the aqueous layer and combined with the first stream. Then the cellulose remaining in the reactor was washed 1 carme follows:
  • 1st wash: 500 ml of water were put back into the circuit and it was put into circulation for 2.5 h at 100 ° C. This water was then removed under slight vacuum and placed in reserve for analysis.
  • 2nd wash (with alkali): A solution of 10 g of sodium hydroxide in 500 ml of water at 40 ° (maximum temperature) was circulated again for 2 hours through the fiber bed. This solution was drained under slightly reduced pressure and acidified to pH 5 with HCl. This solution was subjected to phenol analysis.
  • 3rd wash (with acid): Q1 removed the cellulose pulp from the reactor and, on a büchner funnel, it was washed with small portions of acidulated water at pH 4 so as to remove all traces of alkalinity ( total washing solution: 2 1). The cellulose pulp was drained by centrifugation in a basket to a residual moisture level of 50-60%. An aliquot of this fiber was removed and dried to determine the total yield: found 29 g of bagasse fiber.

Dans la réaction, on a donc utilisé 67 g de bagasse (60,3 g à l'état sec), 400 g de phénol, 600 ml d'HCl aqueux à 1,85%. Le total des composants est donc d'environ 1067 g.In the reaction, 67 g of bagasse (60.3 g in the dry state), 400 g of phenol, 600 ml of 1.85% aqueous HCl were therefore used. The total of the components is therefore approximately 1067 g.

On a recouvré, après la réaction et avant recirculation, 472 g de phase aqueuse principale, 294,5 g de phase organique principale et environ 300 g de pâte humide, ce qui, au total, correspond de près aux valeurs ci-cessus. Après les 3 h de recirculation, réextraction de la fibre et la réunion des couches organiques, les poids respectifs étaient: phase aqueuse principale 377,5 g (analyse, 7,2% de phénol = 27,2 g de phénol); phases organiques réunies: 424 g (analyse, 71,6% = 303,94 g de phénol); premières eaux de lavage: 466,3 g (analyse, 7,45 = 34,74 g de phénol); second lavage alcalin: 611 g (analyse, 4,65 = 28,4 g de phénol); troisième lavage acide: 2006 g (analyse, contenu en phénol négligeable). Ainsi, le total du phénol dans ces diverses fractions est de 393 g, ce qui correspond à presque tout le phénol mis en jeu.After the reaction and before recirculation, 472 g of main aqueous phase, 294.5 g of main organic phase and approximately 300 g of wet paste were recovered, which, in total, corresponds closely to the above values. After the 3 h of recirculation, re-extraction of the fiber and the union of the organic layers, the respective weights were: main aqueous phase 377.5 g (analysis, 7.2% of phenol = 27.2 g of phenol); combined organic phases: 424 g (analysis, 71.6% = 303.94 g of phenol); first wash water: 466.3 g (analysis, 7.45 = 34.74 g of phenol); second alkaline wash: 611 g (analysis, 4.65 = 28.4 g of phenol); third acid wash: 2006 g (analysis, negligible phenol content). Thus, the total of the phenol in these various fractions is 393 g, which corresponds to almost all of the phenol involved.

La fibre récupérée (29 g = 48% de la bagasse sèche) avait un nombre K = 13, ce qui correspond à 2,7% de lignine résiduelle. On a hydrolysé des aliquots de cette fibre dans du HCl 40% et, par analyse des solutions résultantes diluées, on a trouvé que l'échantillon contenait 78,75% de cellulose (par analyse des sucres en C6) et 3,5% d'hémicellulose (d'après l'analyse des sucres en C5) . La différence, 17,75%, est due à la lignine résiduelle, aux cendres et à d'autres composants insolubles.The fiber recovered (29 g = 48% of the dry bagasse) had a number K = 13, which corresponds to 2.7% of residual lignin. Aliquots of this fiber were hydrolyzed in 40% HCl and, by analysis of the resulting dilute solutions, the sample was found to contain 78.75% cellulose (by analysis of C 6 sugars) and 3.5% hemicellulose (from analysis of C 5 sugars). The difference, 17.75%, is due to residual lignin, ash and other insoluble components.

On a distillé sous pression réduite 100 g de la phase organique (contenant, en principe, 28,3 g de substances autres que du phénol libre), ce qui a fourni 97 g de phénol humide plus un résidu de 3 g de lignine humide. On en a déduit (en se rapportant au total de la phase organique) que le contenu total de celle-ci en lignine était de 10,6 g.100 g of the organic phase were distilled under reduced pressure (containing, in principle, 28.3 g of substances other than free phenol), which gave 97 g of wet phenol plus a residue of 3 g wet lignin. It has been deduced therefrom (referring to the total of the organic phase) that the total lignin content thereof is 10.6 g.

Exenple 7Example 7 Délignification du bois avec de l'acide oxalique à la place de HC1.Delignification of wood with oxalic acid in place of HC1.

On a utilisé: 20 g de sciure de bouleau (22,2 g à l'état humide), 80 g de phénol, 100 ml d'une solution 0,5 N d'acide oxalique (22,5 g/1), 100 ml d'eau. On a chauffé 4,5 h à 100°C.We used: 20 g of birch sawdust (22.2 g in the wet state), 80 g of phenol, 100 ml of a 0.5 N solution of oxalic acid (22.5 g / 1), 100 ml of water. 4.5 hours were heated to 100 ° C.

Après refroidissement et élimination par filtrage du liquide, on a lavé la fibre sur le filtre par plusieurs portions d'eau chaude. On a récupéré un total de 2 1 de phase aqueuse. La phase organique était de 0,055 1. Le rendement en sucres monomères du liquide était: pentoses (C5): 31,55%, hexoses (C6): 15,12%.After cooling and filtering off the liquid, the fiber was washed on the filter with several portions of hot water. A total of 2 L of aqueous phase was recovered. The organic phase was 0.055 1. The yield of monomeric sugars in the liquid was: pentoses (C 5 ): 31.55%, hexoses (C 6 ): 15.12%.

La fibre lavée et séchée pesait 15,5 g. Son indice K était de 87,45, ce qui correspond à un taux de lignine résiduaire de 13,11% (2,03 g). Le poids de lignine initialement présente était de 4 g; en conséquence, 50% de cette lignine de départ a été dissoute.The washed and dried fiber weighed 15.5 g. Its K index was 87.45, which corresponds to a residual lignin level of 13.11% (2.03 g). The weight of lignin initially present was 4 g; as a result, 50% of this starting lignin has been dissolved.

Exemple 8Example 8

On a fait bouillir 4 h 20 g de bagasse sèche à 100° avec 80 g de vanilline et 120 g d'HCl aqueux à 1,85%. On a filtré à chaud sur un büchner et on a lavé le solide avec 600 ml d'eau bouillante (par portions) et 200 ml de solution aqueuse de NaOH à 1% puis de nouveau à l'eau jusqu'à neutralité. Le rendement en fibre délignifiée était de 8,9 g (à sec); K = 20 (3% de lignine). Après repos, le liquide s'est séparé en deux couches; la phase organique a été prélevée et distillée de manière à récupérer la vanilline. Dans la phase aqueuse se trouvaient 92% des pentoses par rapport à la théorie et 12% des hexoses (provenant de l'hydrolyse de la cellulose).20 g of dry bagasse were boiled for 4 h at 100 ° with 80 g of vanillin and 120 g of 1.85% aqueous HCl. It was filtered hot on a buchner and the solid was washed with 600 ml of boiling water (in portions) and 200 ml of 1% aqueous NaOH solution and then again with water until neutral. The yield of delignified fiber was 8.9 g (dry); K = 20 (3% lignin). After standing, the liquid separated into two layers; the organic phase was removed and distilled so as to recover the vanillin. In the aqueous phase were found 92% of pentoses compared to the theory and 12% of hexoses (coming from the hydrolysis of cellulose).

Exenple 9Example 9

On a répété la procédure de l'Exemple 8 mais en utilisant 100 g d'un mélange 1:1:1 de o-, p- et m-crésols et 150 ml d'HCl aqueux à 1,85%. Après lavage comme ci-dessus, la phase aqueuse a donné 96% de sucres en C5 et 15% de sucres en C6; on a récupéré les crésols par distillation de la phase organique. La pyrolyse du résidu a fourni une récolte de phénols de bois. Rendement en fibre sèche 8,1 g; K = 18,7 (2,8% de lignine).The procedure of Example 8 was repeated but using 100 g of a 1: 1: 1 mixture of o-, p- and m-cresols and 150 ml of 1.85% aqueous HCl. After washing as above, the aqueous phase gave 96% of C 5 sugars and 15% of C 6 sugars; the cresols were recovered by distillation of the organic phase. Pyrolysis of the residue produced a crop of wood phenols. Dry fiber yield 8.1 g; K = 18.7 (2.8% lignin).

Exemple 10Example 10

On a pétri ensemble 60 g de bagasse hachée (poids calculé sur la base du produit sec), 84 g de phénol et 126 g de HCl aqueux à 1,85% jusqu'à inprégnation complète du solide par. le liquide. Puis on a divisé le matériau humide en 4 parts, on a introduit chacune de celles-ci dans un tube en verre de 100 ml fermé avec un bouchon. On a chauffé ces tubes pendant des temps différents (voir plus loin) sans agitation, puis après refroidissement, on a traité la masse réactionnelle comme dans les Exemples précédents afin d'en séparer les constituants. Les résultats concernant les rendements de cellulose délignifiée et la lignine résiduelle de celle-ci apparaissent au Tableau V. Les essais ont été effectués deux fois et les résultats en sont une moyenne.

Figure imgb0005
60 g of chopped bagasse (weight calculated on the basis of the dry product), 84 g of phenol and 126 g of 1.85% aqueous HCl were kneaded together until the solid was completely impregnated with. the liquid. Then the wet material was divided into 4 parts, each of which was introduced into a 100 ml glass tube closed with a stopper. These tubes were heated for different times (see below) without stirring, then after cooling, the reaction mass was treated as in the previous examples in order to separate the constituents. The results concerning the yields of delignified cellulose and the residual lignin thereof appear in Table V. The tests were carried out twice and the results are an average.
Figure imgb0005

Les résultats ci-dessus montrent qu'un chauffage prolongé n'apporte pas une amélioration notable.The above results show that prolonged heating does not provide a noticeable improvement.

Exemple 11Example 11

On a placé 111 g (100 g entièrement sec) de bagasse deshumidi- fiée dans un évaporateur rotatif (ROTAVAPOR) avec 160 g de phénol et 240 g de HCl aqueux à 1,85%. On a fait tourner l'évaporateur 30 min à température ordinaire afin d'assurer un bon mélange, puis on a chauffé à reflux (bain à 105°) . On a réalisé 4 essais indépendants résumés au Tableau VI ci-dessous.

Figure imgb0006
111 g (100 g completely dry) of dehumidified bagasse were placed in a rotary evaporator (ROTAVAPOR) with 160 g of phenol and 240 g of 1.85% aqueous HCl. The evaporator was run 30 min at room temperature to ensure good mixing, then heated to reflux (105 ° bath). 4 independent tests were carried out summarized in Table VI below.
Figure imgb0006

Exemple 12Example 12

On a effectué des essais similaires à ceux de l'Exemple 10 en utilisant 42,5 g de copeaux de bouleau (38,25 g sec), 53,55 g de phénol et 80,32 g d'HCl aqueux à 1,85%. Quatre échantillons ont été chauffés pendant des temps différents. Les résultats sont consignés au Tableau VII.

Figure imgb0007
Tests similar to those of Example 10 were carried out using 42.5 g of birch chips (38.25 g dry), 53.55 g of phenol and 80.32 g of 1.85 aqueous HCl %. Four samples were heated for different times. The results are reported in Table VII.
Figure imgb0007

Exemple 13Example 13

On a effectué quatre essais identiques à ceux de l'Exemple 11 à partir de portions de 110 g de copeaux de bouleau avec addition de 80 g de phénol et 120 g d'HCl aqueux à 1,85% (échantillon A) ou addition de 160 g de phénol et 240 g d'HCl à 1,85% (échantillon B). Les périodes de chauffe ont été: 20 min de préchauffage jusqu'au reflux, puis 2 et 4 h à reflux. Après refroidissement, on a lavé la fibre avec de l'eau bouillante, du NaOH dilué chaud et de nouveau de l'eau.Four tests identical to those of Example 11 were carried out using 110 g portions of birch chips with the addition of 80 g of phenol and 120 g of 1.85% aqueous HCl (sample A) or addition of 160 g of phenol and 240 g of 1.85% HCl (sample B). The heating periods were: 20 min of preheating until reflux, then 2 and 4 h at reflux. After cooling, the fiber was washed with boiling water, hot dilute NaOH and water again.

Les résultats figurent au Tableau VIII.

Figure imgb0008
The results are shown in Table VIII.
Figure imgb0008

Ces résultats ne montrent pas de différences notables excepté en ce qui concerne la quantité de cellulose transformée en hexoses qui augmente avec les proportions d'acide et de phénol utilisés.These results show no significant differences except with regard to the quantity of cellulose transformed into hexoses which increases with the proportions of acid and of phenol used.

Exemple 14Example 14

On a porté 1 h au reflux dans un évaporateur rotatif un mélange de 111 g de bagasse hachée (100 g à l'état parfaitement sec), 160 g de phénol et 240 g d'acide sulfurique aqueux lN (4,625% en poids}. Puis on a filtré et essoré, ce qui a fourni un liquide se séparant en deux couches (80 ml de couche organique et 75 ml de couche aqueuse). On a lavé la fibre sur le filtre par plusieurs portions d'eau bouillante puis avec une solution 1N de NaOH. Les eaux de lavage ont été réunies à la phase aqueuse (75 ml). Le solide, séché, pesait 42,9 g.A mixture of 111 g of chopped bagasse (100 g in a perfectly dry state), 160 g of phenol and 240 g of 1N aqueous sulfuric acid (4.625% by weight) was brought to reflux in a rotary evaporator for 1 hour. Then filtered and drained, which gave a liquid which separated into two layers (80 ml of organic layer and 75 ml of aqueous layer). The fiber was washed on the filter with several portions of boiling water and then with a 1N NaOH solution. The washing waters were combined with the aqueous phase (75 ml). The solid, dried, weighed 42.9 g.

On a analysé la lignine et les sucres dans les fractions ci-dessus et on a obtenu les résultats suivants (la distribution des sucres est donnée en % de la quantité théorique contenue dans la bagasse) :

  • Fractions aqueuses combinées: C5, 60%; C6, 9%; lignine, -.
  • Phase organique: C5, 20%; C6, 1%; lignine, 88%.
  • Fibre sèche: C5, 20%; C6, 90%; lignine, 12%.
The lignin and the sugars were analyzed in the above fractions and the following results were obtained (the distribution of the sugars is given in% of the theoretical amount contained in the bagasse):
  • Combined aqueous fractions: C 5 , 60%; C6.9%; lignin, -.
  • Organic phase: C 5 , 20%; C 6.1 %; lignin, 88%.
  • Dry fiber: C 5 , 20%; C 6 , 90%; lignin, 12%.

On a fait bouillir 1 h les 80 ml de la phase organique avec 80 ml de la fraction des eaux de lavage réunies et, après refroidissement et séparation des phases, on a trouvé par analyse que 80% de sucres originellement retenus dans la phase organique avaient passé en solution aqueuse. Ainsi, le rendement des pentoses (dissous dans la phase aqueuse) était de 76%. Les autres résultats analytiques ont montré que 88% de la lignine de l'échantillon avait été dissoute, le taux de lignine résiduelle dans la fibre étant de 6,3%.The 80 ml of the organic phase were boiled for 1 hour with 80 ml of the combined washing water fraction and, after cooling and separation of the phases, it was found by analysis that 80% of sugars originally retained in the organic phase had passed in aqueous solution. Thus, the yield of pentoses (dissolved in the aqueous phase) was 76%. The other analytical results showed that 88% of the lignin in the sample had been dissolved, the level of residual lignin in the fiber being 6.3%.

Exemple 15Example 15

On a mis 1 h à reflux, avec 160 g de phénol et 240 g d'HCl aqueux à 1,85%, 110 g de bagasse brute (100 g à l'état parfaitement sec) ayant la composition suivante en % en poids: pentosanes 25,6; cellulose 40,2; lignine 25,8; SiO2 plus les extractibles dans l'eau et les extractibles par solvants organiques 12. On a essoré sur un filtre, ce qui a fourni une masse C de fibres et un filtrat se séparant en deux couches au repos: une phase aqueuse et une phase organique AP. On a décanté la phase aqueuse et on a lavé le solide C sur le filtre avec celle-ci ;puis on a pressé fortement la fibre C et, après repos, le total des liquides expulsés s'est à nouveau séparé en une phase aqueuse BW et une phase organique BP qu'on a ajoutée à AP. Puis on a à nouveau lavé C avec de l'eau chaude et on a bien essoré par pressage. Le liquide de lavage D a été récolté et analysé pour son contenu en phénol, sucres, acide et autres substances dissoutes. Des analyses semblables ont été faites sur les autres fractions: BW, AP + BP et la fibre C. Les résultats figurent au Tableau IX.

Figure imgb0009
Was refluxed for 1 hour, with 160 g of phenol and 240 g of 1.85% aqueous HCl, 110 g of raw bagasse (100 g in the perfectly dry state) having the following composition in% by weight: pentosanes 25.6; cellulose 40.2; lignin 25.8; SiO 2 plus extractable in water and extractable by organic solvents 12. It was filtered on a filter, which provided a mass C of fibers and a filtrate separating into two layers at rest: an aqueous phase and a phase organic AP. The aqueous phase was decanted and the solid C was washed on the filter with it; then the C fiber was strongly pressed and, after standing, the total of the liquids expelled again separated into an aqueous phase BW and an organic phase BP which was added to AP. Then we washed again C with hot water and wrung well by pressing. Wash liquid D was collected and analyzed for its content of phenol, sugars, acid and other dissolved substances. Similar analyzes were made on the other fractions: BW, AP + BP and fiber C. The results are shown in Table IX.
Figure imgb0009

Exemple 16Example 16

On a effectué le même type d'essais que ceux de l'Exemple 15 au moyen de 150 g de copeaux de bouleau (135,6 g sec, ayant la composition suivante en % en poids: pentosanes 23,4 (pentoses potentiels 26,6); cellulose 40,0 (hexoses potentiels 44,44); lignine 20,33; acides uroniques 8,98; groupes acétyle 3,6; extractibles à l'eau et en milieu organique 3,6); 217 g de phénol et 325 g de HCl à 1,85%. On a porté 4 h à reflux au lieu d'une h comme dans l'Exenple 15, toutes les autres conditions de travail étant les mêmes que dans cet Exemple. Les détails et résultats figurent au Tableau X.

Figure imgb0010
The same type of tests was carried out as those of Example 15 using 150 g of birch chips (135.6 g dry, having the following composition in% by weight: pentosans 23.4 (potential pentoses 26, 6); cellulose 40.0 (potential hexoses 44.44); lignin 20.33; uronic acids 8.98; acetyl groups 3.6; extractable in water and in organic medium 3.6); 217 g of phenol and 325 g of 1.85% HCl. We carried 4 hours at reflux instead of one hour as in Example 15, all the other working conditions being the same as in this Example. Details and results are shown in Table X.
Figure imgb0010

Exemple 17Example 17

On a aussi effectué le procédé de la présente invention au moyen de matériaux ligno-cellulosiques phéhydrolysés au lieu de matériaux ligno-cellulosiques bruts. Cette préhydrolyse est effectuée en portant à l'ébullition un mélange de copeaux de bois ou autres matériaux à l'état divisé et d'HCl ou d'H2SO4 aqueux dilué suivant la technique habituelle. Pendant la préhydrolyse dans cet acide dilué (par exenple 1 à 5% en poids dans la solution), une partie des pentosanes se convertit en pentoses qui se dissolvent dans la solution de préhydrolyse. Puis, après coup, on a effectué le procédé suivant l'invention, soit en enlevant tout ou partie de la solution de préhydrolyse et en la remplaçant par la quantité convenable d'acide dilué et de phénol selon les conditions décrites auparavant, soit en laissant en présence la solution de préhydrolyse et en ajoutant la quantité requise de phénol et en ajustant le pH (en. ajoutant plus d'eau ou d'acide suivant la concentration de la solution de préhydrolyse) de manière à obtenir les rapports voulus d'acide et de phénol convenant à la présente solution de délignification. L'avantage principal de cette variante comprenant une préhydrolyse précédant la mise en oeuvre de l'invention consiste en une meilleure recupé- ration ultérieure du phénol mis en jeu; on ne sait d'ailleurs pas exactement pourquoi de telles conditions améliorent cette récupération du phénol. Un autre avantage est le raccourcissement dans certains cas du temps nécessaire à la délignification des spécimens de matières ligno-cellulosiques préhydrolysées. Lorsqu'on sépare au préalable la solution de préhydrolyse avant de mettre en oeuvre la méthode suivant l'invention, on peut soit la traiter séparément pour en retirer les pentoses dissous, soit la combiner avec la phase aqueuse résultant de la délignification en vue d'un traitement global de récupération des sucres.The process of the present invention was also carried out using pheydrolysed lignocellulosic materials instead of raw lignocellulosic materials. This prehydrolysis is carried out by bringing to the boil a mixture of wood chips or other materials in the divided state and aqueous HCl or H 2 SO 4 diluted according to the usual technique. During the prehydrolysis in this dilute acid (for example 1 to 5% by weight in the solution), part of the pentosans is converted into pentoses which dissolve in the prehydrolysis solution. Then, afterwards, the process according to the invention was carried out, either by removing all or part of the prehydrolysis solution and replacing it with the appropriate quantity of dilute acid and phenol according to the conditions described above, or by leaving in the presence of the prehydrolysis solution and adding the required amount of phenol and adjusting the pH (by adding more water or acid depending on the concentration of the prehydrolysis solution) so as to obtain the desired acid ratios and phenol suitable for the present delignification solution. The main advantage of this variant comprising a prehydrolysis preceding the implementation of the invention consists in a better subsequent recovery of the phenol involved; it is also not known exactly why such conditions improve this recovery of phenol. Another advantage is the shortening in certain cases of the time necessary for the delignification of the specimens of pre-hydrolysed lignocellulosic materials. When the prehydrolysis solution is separated beforehand before implementing the method according to the invention, it can either be treated separately to remove the dissolved pentoses, or it can be combined with the aqueous phase resulting from the delignification in order to a global sugar recovery treatment.

On a utilisé 100 g (sur la base de la matière sèche) de copeaux de chêne rouge ayant la composition suivante en % en poids: pentosanes 18 (pentoses potentiels 20,5); cellulose 39,9 (glucose potentiel 44,33); lignine 22,2; acides uroniques 3,2; groupes acétyles 5; cendres, substances indéterminées et matières extractibles à l'eau et aux solvants, organiques 11,68. On a fait bouillir cette matière 2 h dans 1 1 d'H2SO4 à 4%. Puis on a séparé le solide et on l'a fait bouillir 2 h avec un mélange de 240 g d'HCl aqueux à 1,85% et 160 g de phénol. Après refroidissement, on a ajouté 1 1 d'acétone, on a filtré et on a lavé le solide avec de l'acétone; puis on a extrait ce solide plusieurs heures dans un soxhlet. Toutes les liqueurs aqueuses et acétoniques ont été combinées et analysées pour déterminer la quantité de phénol récupérée. La quantité de phénol non récupérée se montait à 3 - 3,5 g seulement (environ 2%). Lors d'un essai de contrôle (sans étape de préhydrolyse), la quantité de phénol non récupérée était de 4% environ. Par ailleurs, dans l'essai, la quantité de lignine résiduelle dans la fibre délignifiée n'était que de 2,3% en poids alors que ce chiffre était de 4,8% dans le cas des essais témoins.100 g (on a dry matter basis) of red oak shavings having the following composition in% by weight were used: pentosans 18 (potential pentoses 20.5); cellulose 39.9 (potential glucose 44.33); lignin 22.2; uronic acids 3.2; acetyl groups 5; ashes, indeterminate substances and substances extractable from water and solvents, organic 11.68. We boiled this material 2 h in 1 1 of H 2 SO 4 at 4%. The solid was then separated and boiled for 2 h with a mixture of 240 g of 1.85% aqueous HCl and 160 g of phenol. After cooling, 1 l of acetone was added, filtered and the solid was washed with acetone; then this solid was extracted for several hours in a soxhlet. All the aqueous and acetone liquors were combined and analyzed to determine the amount of phenol recovered. The amount of phenol not recovered amounted to only 3 - 3.5 g (approximately 2%). During a control test (without a prehydrolysis step), the quantity of phenol not recovered was approximately 4%. Furthermore, in the test, the amount of residual lignin in the delignified fiber was only 2.3% by weight, while this figure was 4.8% in the case of the control tests.

Exemple 18Example 18

On a fait bouillir 1,5 h 107 g de paille de blé (100 g sec) avec 240 g de phénol et 360 g d'HCl à 1,85%. Le produit brut avait l'analyse suivante (% en poids): Pentosanes 24,58; cellulose 41,55: lignine 17,26; acides uroniques 0,89; acétyles 5,54; SiO2 2,37; extractibles à l'eau et extractibles en milieu organique 5,65. Les étapes ultérieures de séparation ont été conduites exactement comme aux Exemples 15 et 16 et les résultats sont consignés au Tableau XI. Les chiffres sont en grammes.

Figure imgb0011
1.5 h 107 g of wheat straw (100 g dry) were boiled with 240 g of phenol and 360 g of 1.85% HCl. The crude product had the following analysis (% by weight): Pentosanes 24.58; cellulose 41.55: lignin 17.26; uronic acids 0.89; acetyls 5.54; SiO 2 2.37; extractable in water and extractable in organic medium 5.65. The subsequent separation steps were carried out exactly as in Examples 15 and 16 and the results are reported in Table XI. The figures are in grams.
Figure imgb0011

Claims (16)

1. Procédé pour délignifier le bois ou autres matières ligno-cellulosiques et simultanément hydrolyser l'hémicellulose de ceux-ci en pentoses correspondants, suivant lequel on chauffe ce bois ou autres matériaux ligno-cellulosiques avec une solution aqueuse acide de phénol ou autres composés phénoliques et finalement, on sépare la cellulose délignifiée de ladite solution aqueuse acide de phénol, caractérisé par le fait qu'on utilise 1 partie en poids dudit matériau ligno-cellulosique, au moins 0,5 partie en poids d'acide aqueux. dilué à pH inférieur à 1,5, au moins 0,4 partie en poids de phénol ou autres composés phénoliques; et qu'on chauffe sous pression ordinaire à la température de reflux du mélange aqueux.1. Process for delignifying wood or other lignocellulosic materials and simultaneously hydrolyzing the hemicellulose thereof to corresponding pentoses, according to which this wood or other lignocellulosic materials are heated with an aqueous acidic solution of phenol or other phenolic compounds and finally, the delignified cellulose is separated from said aqueous acidic phenol solution, characterized in that 1 part by weight of said lignocellulosic material is used, at least 0.5 part by weight of aqueous acid. diluted to pH less than 1.5, at least 0.4 part by weight of phenol or other phenolic compounds; and heated under ordinary pressure to the reflux temperature of the aqueous mixture. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'acide est choisi parmi HCl, H2SO4, H3PO4, les acides organiques forts, l'acide oxalique, l'acide benzène sulfonique, l'acide trichloracétique et d'autres acides alcoyl- et aryl-sulfoniques et des mélanges de ces acides.2. Method according to claim 1, characterized in that the acid is chosen from HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , strong organic acids, oxalic acid, benzene sulfonic acid, acid trichloroacetic and other alkyl and aryl sulfonic acids and mixtures of these acids. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'acide est l'acide chlorhydrique aqueux ou l'acide sulfurique aqueux.3. Method according to claim 2, characterized in that the acid is aqueous hydrochloric acid or aqueous sulfuric acid. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la concentration du HC1 est de 1 à 3% en poids et celle de H2SO4 3 à 6% en poids.4. Method according to claim 3, characterized in that the concentration of HC1 is 1 to 3% by weight and that of H 2 SO 4 3 to 6% by weight. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les autres composés phénoliques consistent en un mélange de phénols fournis par la distillation pyrolytique de la fraction de lignine provenant de ladite délignification.5. Method according to claim 1, characterized in that the other phenolic compounds consist of a mixture of phenols provided by pyrolytic distillation of the lignin fraction from said delignification. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les composés phénoliques comprennent la phénol-lignine produite lors de ladite délignification en mélange avec de l'hydroxyben- zène et/ou les phénols fournis par la distillation pyrolytique de la fraction de lignine provenant de la délignification.6. Method according to claim 1, characterized in that the phenolic compounds comprise the phenol-lignin produced during said delignification in mixture with hydroxybenzene and / or the phenols supplied by the pyrolytic distillation of the lignin fraction from delignification. 7. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le rapport en poids réactifs liquides/réactifs solides est plus élevé que le domaine d'environ 2:1 à 4:1, caractérisé par le fait qu'après l'opération de chauffage, on sépare la cellulose délignifiée par filtration et essorage, ce qui fournit un filtrat se résolvant en deux phases distinctes, c'est-à-dire une phase aqueuse contenant dissous les pentoses résultant de l'hydrolyse de l'hémicellulose du matériau de départ soumis à la délignification et une phase organique constituée de la majeure partie du phénol ou autres ccnposés phénoliques utilisés et contenant dissoute la phénol-lignine provenant de la délignification, puis qu'on sépare ces deux phases distinctes.7. The method of claim 1, wherein the weight ratio liquid reagents / solid reactants is higher than the range of about 2: 1 to 4: 1, characterized in that after o After heating, the delignified cellulose is separated by filtration and spinning, which provides a filtrate which resolves in two distinct phases, that is to say an aqueous phase containing dissolved pentoses resulting from the hydrolysis of hemicellulose from starting material subjected to delignification and an organic phase consisting of the major part of the phenol or other phenolic compounds used and containing dissolved phenol-lignin originating from the delignification, then these two distinct phases are separated. 8. Procédé suivant la revendication 1 dans laquelle le rapport en poids réactifs liquides/réactifs solides est inférieur au dcmai- ne 2:1 à 4:1, caractérisé par le fait qu'après chauffage de la masse réactionnelle, on ajoute un surplus de liquide aqueux à celle-ci de façon à améliorer la filtration et l'essorage, et qu'on sépare la cellulose délignifiée des réactifs liquides suivant la revendication 7.8. The method of claim 1 wherein the weight ratio liquid reagents / solid reagents is less than the range 2: 1 to 4: 1, characterized in that after heating the reaction mass, a surplus of aqueous liquid thereto so as to improve filtration and spinning, and separating the delignified cellulose from the liquid reagents according to claim 7. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le liquide aqueux en surplus est de l'eau chaude saturée en phénol.9. Method according to claim 8, characterized in that the excess aqueous liquid is hot water saturated with phenol. 10. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on sépare les pentoses de la phase aqueuse par concentration, cristallisation et isolation ou en la chauffant pour transformer ces pentoses en furfural et en isolant ce furfural.10. Method according to claim 7, characterized in that the pentoses are separated from the aqueous phase by concentration, crystallization and isolation or by heating it to transform these pentoses into furfural and by isolating this furfural. 11. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on distille la phase organique, ce qui fournit un distillat et un résidu puis qu'on pyrolyse le résidu, ce qui fournit des composés phénoliques, un résidu carboné combustible et des gaz combustibles.11. Method according to claim 7, characterized in that the organic phase is distilled, which provides a distillate and a residue and that the residue is pyrolysed, which provides phenolic compounds, a combustible carbon residue and gases combustibles. 12. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on en fait une première mise en oeuvre puis qu'on fait une seconde mise en oeuvre toujours selon le procédé de la revendication 7 en utilisant carme composés phénoliques la phase organique obtenue lors de la première mise en oeuvre.12. Method according to claim 7, characterized in that it is made a first implementation then that a second implementation is always carried out according to the method of claim 7 using carme phenolic compounds the organic phase obtained during from the first implementation. 13. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on en fait une première mise en oeuvre puis qu'on fait une seconde mise en oeuvre toujours selon le procédé de la revendication 1 en utilisant, en tant que milieu réactionnel phénolé aqueux acide, la phase liquide totale obtenue après séparation de la cellulose délignifiée lors de la première mise en oeuvre.13. Method according to claim 1, characterized in that it is made a first implementation then that a second implementation is always carried out according to the method of claim 1 using, as the aqueous phenol reaction medium acid, the total liquid phase obtained after separation of the cellulose lignified during the first implementation. 14. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on utilise ensuite la phénol-lignine et les phénols qui en résultent pour fabriquer des résines synthétiques.14. Method according to claim 7, characterized in that the phenol-lignin and the resulting phenols are then used to manufacture synthetic resins. 15. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise la cellulose délignifiée qui en résulte pour fabriquer, à choix, de la pâte à papier, des dérivés cellulosiques, de la viscose, des esters et éthers cellulosiques, de la carboxyméthylcellu- lose et des sucres (glucose) dérivés de la cellulose par hydrolyse.15. The method of claim 1, characterized in that the resulting delignified cellulose is used to manufacture, as desired, paper pulp, cellulose derivatives, viscose, cellulose esters and ethers, carboxymethylcellulose and sugars (glucose) derived from cellulose by hydrolysis. 16. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'avant de chauffer le matériau ligno-cellulosique avec ledit mélange d'acide aqueux et de phénol, on soumet ce matériau à une étape de préhydrolyse dans de l'acide aqueux dilué.16. The method of claim 1, characterized in that before heating the lignocellulosic material with said mixture of aqueous acid and phenol, this material is subjected to a prehydrolysis step in dilute aqueous acid.
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