EP2844796A1 - Method for producing pulp having low lignin content from lignocellulosic material - Google Patents

Method for producing pulp having low lignin content from lignocellulosic material

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EP2844796A1
EP2844796A1 EP13723025.6A EP13723025A EP2844796A1 EP 2844796 A1 EP2844796 A1 EP 2844796A1 EP 13723025 A EP13723025 A EP 13723025A EP 2844796 A1 EP2844796 A1 EP 2844796A1
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EP
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hemicellulose
lignin
pulp
solution
temperature
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EP13723025.6A
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Alexander DYBOV
Florian Boeck
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Annikki GmbH
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Annikki GmbH
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Publication date
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    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63Inorganic compounds
    • D21H17/66Salts, e.g. alums
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    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C5/00Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
    • D21C5/005Treatment of cellulose-containing material with microorganisms or enzymes

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of low lignin pulp from lignocellulosic material.
  • the present invention follows the second route:
  • the polymeric components cellulose and lignin
  • lignocellulose are to be separated from lignocellulose, with as few changes as possible in the said components after the separation process.
  • Lignocellulosematerial be removed.
  • the removed lignin is greatly altered in its structure by ring condensation and attack of the sulfur-containing reagents and can usually be used only as a fuel.
  • high temperature processes can lead to the formation of heterocyclic substances (e.g., furfural) from sugars, requiring elaborate recycling processes.
  • the soda process was developed in 1851 by Burgess and Watts and dispenses with the use of environmentally hazardous sulfur compounds. Only sodium hydroxide is used as the digestive chemical, which is why the process must be carried out for sufficient delignification at high temperatures. In comparison with other processes, a high degradation of carbohydrates takes place, so that a lower degree of polymerization and a lower tear strength in the cellulose is obtained. In addition, the method is only suitable for slightly bleachable materials. In some cases, anthraquinone is added to stabilize carbohydrates and for better delignification (soda-anthraquinone method).
  • lignocellulosic material in several stages with an alkaline buffer solution containing Metaborate and sodium carbonate as main components.
  • the process is carried out at a temperature of 160 ° C.
  • a major aspect of the process described in the patent is effective recovery of the digestion chemicals. From US 3,954,553 a process is known in which hardwood is treated with an alkaline solution containing sodium hydroxide and sodium carbonate at a temperature of 340 ° F to 376 ° F (from 171 ° C to 191 ° C) for one hour.
  • the combination of the two chemicals describes efficiencies and selectivities comparable to those of Kraft processes.
  • the soda process offers a way to obtain lignin without or with very low sulfur content compared to the kraft process. In order to obtain the same delignification effect as in the force process, however, the lignin removal must be at even higher
  • the sulfite process was first patented by Benjamin Tilghman in 1867.
  • the first industrial process using this process started in 1874 in Sweden.
  • mixtures of various salts of sulfurous acid are usually added as active reagents.
  • the most widespread are the calcium and
  • Magnesium salts By suitable choice of counterions, the process can be operated from the strongly acidic to the basic environment. A two-step combination of both has also proven useful in some cases.
  • the sulfite chemically modifies the lignin and makes it more soluble in water. Due to the environmental harmfulness of the process, it has today a minor importance, but is often used for the production of chemical pulp, since this easily bleachable cellulose is produced.
  • a process for the production of cellulose wherein lignocellulosic material is treated with magnesium bisulfite, optionally with SO 2 excess, at a temperature between 130 ° C and 165 ° C to remove lignin.
  • the method also includes a combination with a bleaching sequence after removal of the lignin, which is performed exclusively with chlorine-free reagents.
  • DE 103 23 376 describes a process for delignifying lignocellulosic raw materials, wherein the lignin is removed by using sulfites in the presence of an alkaline component, in particular sodium hydroxide or sodium carbonate, or a mixture thereof, in aqueous solution using elevated temperature and elevated pressure , At the beginning of a digestion aqueous sulfite solution is used and the temperature is increased up to the maximum reaction temperature. The alkaline component is added only after the beginning of the digestion.
  • an alkaline component in particular sodium hydroxide or sodium carbonate, or a mixture thereof
  • the Kraft process was developed by Carlerson Dahl in Gdansk in 1884 (see, for example, US 296,935) and involves a process of leaching lignin from the pulp using a mixture of sodium sulfate, sodium carbonate, sodium hydroxide and sodium sulfide under an overpressure of 5 to 14 atmospheres.
  • the lignin is obtained as a soluble alkali metal in the black liquor and has a high sulfur content.
  • Lignin by force process contains between 1.5 and 3.0% sulfur (Marton J. "Lignins;
  • US 2011/0073264 A1 discloses a method for increasing kraft pulp yield and increasing the viscosity of the resulting pulp. This is achieved by pre-treating lignocellulosic material with hot water or steam at a temperature of 160 ° C. Remaining lignin is then removed by treatment with Na 2 S and NaOH under force conditions.
  • Eucalyptus shavings are fermented by inoculation with white rot fungi, whereby lignin is modified and thus more readily degradable in the process force.
  • lignocellulosic material with aqueous solution containing another base is treated to extract acidic material from lignocellulosic material. This extracts a fraction of the hemicellulose, making the actual force process more effective.
  • a method of producing a modified pulp is known wherein wood chips are treated with peroxides in an acidic solution to remove 5-20% of the hemicellulose. With this pretreated wood, a kraft pulp can be produced which contains only between 5% and 9% hemicellulose in dry matter.
  • Lignocellulosic material is pretreated with loaded cooking liquor at a temperature between 20 ° C and 100 ° C.
  • the pretreated lignocellulosic material is heated at a temperature between 135 ° C and 155 ° C and delignified.
  • No. 6,576,084 B1 discloses a process for increasing the yield and viscosity of the pulp.
  • the technique is based on the pretreatment of lignocellulosic material with anthraquinone or polysulfides at a temperature of 80 ° C to 130 ° C. By this measure, a decomposition of cellulose is avoided. Subsequently, the pretreated material is reacted with cooking liquor at a temperature of more than 130 ° C.
  • An advantage of the Kraft process described above is the relatively easy way to produce delignified, readily further bleachable cellulose.
  • a major disadvantage of this is that the potentially high-quality lignin is suitable for further application only limited, since it is separated from the other raw material components by
  • organosolv processes have recently been taken up again. These were first described in the 1970s. At that time were
  • organosolv processes can be subdivided into acidic and basic variants.
  • An acidic process is e.g. The Allcell process, which was acquired and further developed by LIGNOL (C. Arato, E.K. Pye, G. Gjennestad, 2005, The Lignol approach to biorefining of woody biomass to produce ethanol and chemicals; Appl. Biochem.
  • the organocell process for pulp cooking was developed in industrial applications until the 1990s (N. Zier, 1996, Structural Characteristics of Organosolv Lignin with Variation of Parameters, Dissertation, Dresden University of Technology).
  • the process is carried out in two stages, starting with an alcohol-water impregnation (ratio: 3 parts alcohol: 7 parts water) at 110 ° C to 140 ° C and subsequent boiling at 165 ° C to 170 ° C with the addition of 30% sodium hydroxide solution and 0.1% anthraquinone, based on the dry weight of the substrate.
  • the process is suitable for the decomposition of deciduous and coniferous wood, as well as for annual plants.
  • the pulp quality is comparable to kraft pulp and bleached with chlorine-free oxygen. According to various sources, the plant was closed soon after commissioning due to technical problems related in part to the recovery of the high level of caustic soda (El-Sakhawy et al., 1996: Organosolv pulping, (3), ethanol pulping of wheat straw Cellul Chem., Technol. 30, 281-296).
  • WO 2011/014894 and WO 2012/027767 describe low-temperature processes for
  • carbohydrate-cleaving enzyme can be treated.
  • One variant is the use of xylanases, which selectively degrades xylan and strongly with cellulose
  • a disadvantage of such a low-temperature process is, compared to pulp from kraft or soda processes, high lignin content in the cellulose.
  • WO 2010/124312 describes a method for the separation of hemicellulose from a material enriched with hemicellulose and cellulose, which is produced according to WO 2011/014894. This is the, obtained after digestion
  • Chemical pulp is described in WO 2005/118923 Al.
  • the pulp obtained is treated with an at least 5%, preferably 9%, sodium hydroxide solution at a temperature of less than 25 ° C.
  • the obtained xylanh Vietnamese solution can, as in US 2010/0021975 AI concentrated by nanofiltration and precipitated by the addition of mineral acid.
  • the addition of a monohydric or polyhydric alcohol can promote this precipitation. Removal of (residual) lignin
  • EP 1 025 305 discloses a chemical process for lignin depolymerization. It relies on the catalytic action of complexed copper in conjunction with hydrogen peroxide or organic hydroperoxides and is capable of lignin
  • the present invention provides a process for recovering low lignin pulp, characterized by a combination of the measures
  • a) lignocellulosic material with an aqueous solution containing a Ci-6-alcohol and having a pH of 10 to 14, is treated at a temperature below 100 ° C, after which the aqueous solution, in the lignin, from the Lignocellulose was cleaved, is present from the solid, the one with cellulose and
  • Hemicellulose enriched material is separated, b) hemicellulose is removed from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a),
  • alkaline solution with an alkali, alkaline earth or ammonium sulfite such as Na 2 S0 3 and / or with oxygen, whereby lignin goes into solution and pulp with a low lignin content is obtained.
  • an alkali, alkaline earth or ammonium sulfite such as Na 2 S0 3 and / or with oxygen
  • a method provided in accordance with the present invention is also referred to herein as the "method of (in accordance with) the present invention.”
  • lignin-containing organic material is used as the lignocellulosic material, e.g. Annual plants, such as (dry) grasses, or parts of grasses, preferably grasses, straw, energy grasses, such. B.
  • Switchgrass elephant grass or abaca, sisal, bagasse, or atypical
  • Lignocellulosic substrates such as husks, e.g. Lemmas such as rice husks, more preferably straw, energy grasses bagasse or husks, even more preferably straw or bagasse, e.g. Straw, such as wheat straw.
  • the solids content at the beginning of the delignification process according to measure a) is preferably 3 to 30% by weight
  • lignocellulosic material in the aqueous solution is preferably in a consistency of 3 to 30 parts by weight, especially 5 to 20 wt.
  • the alcohol used is preferably an aliphatic alcohol, such as a C 1-6 -alcohol, more preferably a C 1-4 -alcohol, such as ethanol or isopropanol, according to measure a) lignin of
  • the pH of the solution according to measure a) can be adjusted with a base, preferably an inorganic base, for example a hydroxide, such as sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution.
  • a base preferably an inorganic base, for example a hydroxide, such as sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution.
  • the lignin digestion according to measure a) in a process according to the present invention is carried out at a temperature of below 100.degree. C., preferably from 40.degree. C. to 90.degree. C., more preferably from 50.degree. C. to 70.degree. It has been found that when using temperatures of more than 100 ° C increased condensation products of lignin occur, for example, condensed, phenolic fragments of the formulas
  • Hardwood organosolv lignin 0.45 0.25 0.27 0.97 In addition, no sulfur-containing reagents must be used in the digestion process according to measure a), so that according to the method according to present
  • Invention isolated lignin is free of sulfur from sulfur-containing reagents.
  • the present invention is based on the finding that less strongly condensed lignin is obtained from a lignocellulosic material treated with an aqueous basic solution which comprises an alcohol, in particular a C 1-6 -alcohol and a pH of 10 to 14 can be.
  • the treated cellulosic and hemicellulose enriched material proves to be a more useful material for enzymatic degradation to carbohydrate cleavage products.
  • Hemicellulose has a low solubility at higher alcohol concentrations, a selective isolation of pure lignin is possible. Hemicellulose can be in one
  • hemicellulose preferably xylan
  • hemicellulose can be separated by a combination of chemical and enzymatic treatment to give as pure a dexylanated as possible
  • Ligninmantel are covered, resulting in an extremely dense complex. Direct access to the individual polymer classes is made more difficult.
  • the enzymes due to their high molecular weight, are unable to penetrate through the narrow pores in the lignocellulose. This means that a first step must be taken, which increases the porosity of the lignocellulose and thereby enables further enzymatic conversion.
  • the depletion and optionally isolation of the hemicellulose in a process according to the present invention according to measure b) can be carried out chemically or enzymatically.
  • the present invention provides a method according to the present invention in which according to measure b) either
  • Hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) is brought into solution by treatment with at least one carbohydrate-splitting enzyme, or
  • Hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) is brought into solution by treatment with aqueous alkaline solution at a temperature of 20 ° C to 50 ° C, preferably from 25 ° C to 35 ° C, or
  • the dissolved hemicellulose can be isolated by separating the solution from the solid from the solution.
  • the process of the present invention for producing delignified pulp from lignocellulosic material is a process in which the separate isolation of all streams is made possible to obtain high-grade sulfur-free lignin.
  • An essential advantage of the process according to the present invention is the high delignification with high selectivity. By delignification carried out in the digestion according to measure a), the porosity of the cell walls of the lignocellulosic material is increased, so that
  • carbohydrate-cleaving enzymes penetrate the straw and the xylan contained
  • xylan can also be extracted chemically according to one aspect of the measure b). This exploits the high functionalization with acidic residues compared to cellulose.
  • xylan can be selectively extracted from a cellulose and hemicellulose enriched material.
  • the pH according to measure b) is determined by an inorganic base, e.g. a hydroxide, preferably sodium hydroxide, adjusted at a molar amount of 1 to 20 parts by weight based on the amount of liquid.
  • the extraction is preferably carried out at a temperature of 20 ° C to 50 ° C, more preferably from 25 ° C to 35 ° C.
  • pulp is a highly cellulose-fortified material such as, for example, material produced by delignification and dexylanation according to the process described above.
  • the material obtained in accordance with measure b), which has been depleted with hemicellulose removes lignin, namely residual lignin, from the pulp.
  • lignin namely residual lignin
  • the solution obtained after removal of the (residual) lignin also provides opportunities to isolate and utilize the removed lignin.
  • the delignification efficiency is defined as follows:
  • the kappa value is a measure of the residual lignin content of the pulp.
  • Sulphite such as sodium sulphite
  • an inorganic base preferably a hydroxide, e.g. Sodium hydroxide, in a concentration of 0.1 to 3.0 parts by weight, based on the
  • an optimal pH of 9 to 13 can be set.
  • an anthraquinone derivative preferably sodium anthraquinone-2-sulfonate, in an amount of preferably from 0.05 to 5% by weight, more preferably in an amount of 0.1 to 1% by weight, most preferably in in an amount of 0.5% by weight, based on the dry matter, as a mediator to increase delignification efficiency.
  • the (residual) lignin can be removed by means of oxygen treatment at a temperature of 60 to 130 ° C, preferably from 80 ° C to 100 ° C, particularly preferably at 90 ° C. become.
  • an inorganic base for example a hydroxide, such as sodium hydroxide, in an amount of 1.0 to 10.0 parts by weight, preferably in an amount of 6 parts by weight, based on the
  • an oxygen pressure preferably from 1 to 20 bar, particularly preferably 10 bar
  • an anthraquinone derivative preferably sodium anthraquinone-2-sulfonate, in an amount of 0.05 to 5% by weight, preferably in an amount of 0.1 and 1% by weight, particularly preferably in one Amount of 0.5 wt.
  • Added to the dry mass as a mediator as a mediator.
  • Pulp made in accordance with the present invention e.g. with the kappa number and viscosity achievable by the process of the present invention is novel and also subject of the present invention.
  • the present invention provides pulp, preparable, in particular manufactured, by a process of the present invention.
  • Cellulo segehalt based on the dry mass is crushed to a particle size of 2 mm with an ultracentrifugal mill.
  • the crushed straw is suspended in a mixture of water, ethanol (alcohol content 60% by volume) and sodium hydroxide solution (8% by weight, based on dry matter).
  • the mixture is stirred mechanically at a constant temperature of 70 ° C for 18 hours.
  • the resulting solid is squeezed and washed with sufficient water to give a cellulosic and hemicellulose-enriched material. Yield and important parameters of the resulting material are shown in Table 2 below.
  • Material enriched with cellulose and hemicellulose from a) (about 58.2% by weight cellulose content, about 36.9% by weight xylange content, about 8.2% by weight lignin content) is dexylanized in a two-stage sequence. To this end, the material is first suspended in a 10% sodium hydroxide solution heated to 30 ° C. to a dry mass fraction of 10% by weight and stirred at this temperature for 30 minutes. After this time, the homogeneous mixture is filtered off and washed neutral with dilute hydrochloric acid and water. The filter cake obtained is in a 50 mm acetate buffer solution to a
  • the pulp of b) was suspended in water to a dry weight content of 4% by weight. 7.6% by weight of NaOH and 0.5% by weight of Mg 2+ based on the dry weight of the pulp were added to the reaction mixture. The delignification was carried out under 0 2 pressure of 10 bar and at a temperature of 90 ° C for 4 hours. Thereafter, the pulp was washed with a sufficient amount of water and dried. Subsequently, the kappa number and viscosity were determined.
  • Example 2 Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. Carrying out and approach of the delignification correspond to Example la), except that instead of water, a 3% aqueous ethanol solution was used as the reaction medium.
  • Example 1 Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. Carrying out and approach of the delignification correspond to Example 1, but added during the delignification in addition 6.3 parts by weight anthraquinone-2-sulfonic acid sodium salt monohydrate based on the total dried mass as a mediator.
  • Example 2 Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. The procedure and approach of delignification correspond to Example 3, except that instead of water, a 3% aqueous ethanol solution was used as the reaction medium.
  • Example 2 Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. The procedure and approach of (residual) delignification correspond to Example 5, except that instead of water, a 3% ethanol-water mixture was used as the reaction medium.
  • Example 1 Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1.
  • the pulp was suspended in the water to delignify to a dry weight level of 4% by weight and was charged with 64% by weight sodium sulfite and 1.5% by weight sodium hydroxide in the presence of 2.0% by weight anthraquinone-2-sulfonic acid sodium salt monohydrate the
  • the pulp prepared according to Example 7 was bleached with oxygen and alkali.
  • the reaction procedure and the reaction mixture were as in Example 4 for the
  • Example 1 Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1.
  • the procedure and approach of delignification are the same as Example 7, except that the reaction was carried out at a temperature of 140 ° C for 3 hours.
  • the pulp prepared according to Example 9 was bleached with oxygen and alkali.
  • the reaction procedure and the reaction batch corresponded to the information described in Example 4 with respect to the delignification.
  • the kappa value is determined according to DIN 54357 and is a measure of the (residual) lignin content of the pulp.
  • the viscosity was determined in a 0.5 m aqueous copper ethylenediamine solution (CuEn) using a Ubbelohde capillary viscometer after a simplified
  • Bleaching steps are achieved, which corresponds to a total delignification of 86.6%.
  • pulp bleached only with oxygen (example 6)
  • Peroxyacetic acid bleached Peroxyacetic acid was used in an amount of 10% by weight, based on dry matter. The consistency was 4%, the temperature 70 ° C. After a reaction time of 3 hours, the pulp was washed with a sufficient amount of water and dried. Subsequently, a kappa number of 1.2 ml was measured.

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Abstract

The invention relates to a method for obtaining pulp having low lignin content, characterized by a combination of the measures in which a) lignocellulosic material is treated with an aqueous solution, which contains a C1-6 alcohol and has a pH value of 10 to 14, at a temperature below 100°C, whereupon the aqueous solution, in which lignin that was cleaved from the lignocellulose is dissolved, is separated from the solid, which is a material enriched with cellulose and hemicellulose, b) hemicellulose is removed from the material enriched with cellulose and hemicellulose from a), c) the material obtained in b), which is depleted of hemicellulose, is treated in aqueous alkaline solution with an alkali, alkaline-earth, or ammonium sulfite, in particular Na2SO3, and/or with oxygen, wherein lignin goes into solution and pulp having low lignin content is obtained; and pulp that can be produced by means of the method.

Description

Verfahren zur Herstellung von Zellstoff mit niedrigem Ligningehalt aus lignocellulosischem Material  Process for the production of low lignin pulp from lignocellulosic material
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zellstoff mit niedrigem Lignin-Gehalt aus lignocellulosischem Material. The present invention relates to a process for the production of low lignin pulp from lignocellulosic material.
Die Konversion von Lignocellulose kann nach zwei grundlegend verschiedenen Wegen erfolgen: The conversion of lignocellulose can be done in two fundamentally different ways:
1) Mit Hilfe der sogenannten„Thermochemical Platform", bei der die Lignocellulose zunächst vergast wird und die Synthesegase zu gewünschten Produkten umgesetzt werden, und  1) With the help of the so-called "Thermochemical Platform", in which the lignocellulose is first gasified and the synthesis gases are converted to desired products, and
2) mit Hilfe der sogenannten„Sugar Platform", bei der das Hauptinteresse in der Nutzung der in den Polymeren Cellulose und Hemicellulose gebundenen Zuckern,  2) with the aid of the so-called "Sugar Platform", in which the main interest in the use of the bound in the polymers cellulose and hemicellulose sugars,
beziehungsweise in der Nutzung der Polymere selbst besteht.  or in the use of the polymers themselves.
Die vorliegende Erfindung folgt dem zweiten Weg: Es sollen die polymeren Komponenten (Cellulose und Lignin) aus Lignocellulose getrennt werden, wobei möglichst wenige Änderungen in den besagten Komponenten nach dem Trennungsprozess vorliegen. The present invention follows the second route: The polymeric components (cellulose and lignin) are to be separated from lignocellulose, with as few changes as possible in the said components after the separation process.
Bei klassischen Holzaufschlüssen zur Zellstoffherstellung werden im allgemeinen unselektive Aufschlussverfahren verwendet, bei denen Lignin und Xylan gleichzeitig bei hohen Temperaturen in Gegenwart von schwefelhaltigen Reagenzien aus dem In classical wood pulping pulps, unselective pulping processes are generally used in which lignin and xylan are simultaneously removed at high temperatures in the presence of sulfur-containing reagents from the
Lignocellulosematerial entfernt werden. Das entfernte Lignin wird dabei durch Ring- Kondensation und Angriff der schwefelhaltigen Reagenzien stark in seiner Struktur verändert und kann in der Regel nur als Brennstoff genutzt werden. Darüber hinaus kann es durch Hochtemperatur- Verfahren zur Entstehung von heterozyklischen Substanzen (z.B. Furfural) aus Zuckern kommen, was aufwendige Recyclingverfahren notwendig macht. Lignocellulosematerial be removed. The removed lignin is greatly altered in its structure by ring condensation and attack of the sulfur-containing reagents and can usually be used only as a fuel. In addition, high temperature processes can lead to the formation of heterocyclic substances (e.g., furfural) from sugars, requiring elaborate recycling processes.
Eine technologische Verbesserung in diesem Bereich wäre die Entwicklung von A technological improvement in this area would be the development of
Niedertemperaturverfahren (d. h. bei einer Temperatur von unter 100°C und darunter), wobei alle Stoffe in möglichst hoher Reinheit anfallen und die Stoffausbeute maximiert wird. Dies würde einen entscheidenden Fortschritt bedeuten, da Lignocellulosematerial in aufeinanderfolgenden Aufschlüssen bei tiefen Temperaturen (< 100°C) in die einzelnen reinen Stoffklassen Lignin, Xylan und Zellstoff aufgetrennt und anschließend zu Low-temperature process (ie at a temperature of below 100 ° C and below), all substances are obtained in the highest possible purity and the material yield is maximized. This would mean a significant advance, since lignocellulosic material in successive digestions at low temperatures (<100 ° C) separated into the individual pure substance classes lignin, xylan and pulp and then to
höherwertigen Produkten umgesetzt werden kann. Zusätzlich können solche Verfahren aufgrund der niedrigen Temperaturen einen energetisch wirtschaftlichen Prozess darstellen. higher value products can be implemented. In addition, such processes can be an energetically economical process due to the low temperatures.
In der Literatur sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von delignifiziertem Zellstoff bekannt. Es werden im Folgenden diejenigen Verfahren beschrieben, die eine industrielle Anwendung gefunden haben, nämlich„Soda pulping processes" (Soda Prozess),„Kraft pulping processes" (Kraft Prozess), und„Sulfite pulping processes" (Sulfit Prozess). Viele Beispiele und detaillierte Beschreibungen der Techniken kann man dem "Handbook for Pulp & Paper Technologies", 2nd Edition, G. A. Smook, Angus Wilde Publications (1992)" entnehmen. Hier wird der Stand der Technik anhand von Veröffentlichungen beschrieben, die jeweils die aktuellsten Verbesserungen und Modifikationen der besagten Prozesse darstellen. Various processes for producing delignified pulp are known in the literature. The following describes those methods that have found industrial application, namely, "soda pulping processes", "force pulping processes", and "sulfite pulping processes." Many examples and Detailed descriptions of the techniques can be found in the Handbook for Pulp & Paper Technologies, 2nd Edition, GA Smook, Angus Wilde Publications (1992). Here, the prior art will be described in terms of publications which each represent the most recent improvements and modifications of said processes.
Zum "Soda-Prozess" To the "soda process"
Das Soda- Verfahren wurde 1851 von Burgess und Watts entwickelt und verzichtet auf die Verwendung von umweltgefährdenden Schwefelverbindungen. Als Aufschlusschemikalie dient einzig Natriumhydroxid, weshalb der Prozess für eine ausreichende Delignifizierung bei hohen Temperaturen durchgeführt werden muss. Im Vergleich zu anderen Prozessen findet ein hoher Abbau von Kohlenhydraten statt, sodass ein geringerer Polymerisationsgrad und eine geringere Reißfestigkeit bei der Cellulose erhalten wird. Zudem ist das Verfahren nur für leicht bleichbare Materialien geeignet. In einigen Fällen wird Anthrachinon zum Stabilisieren der Kohlenhydrate und für eine bessere Delignifizierung zugegeben (Soda- Anthrachinon- Verfahren) .  The soda process was developed in 1851 by Burgess and Watts and dispenses with the use of environmentally hazardous sulfur compounds. Only sodium hydroxide is used as the digestive chemical, which is why the process must be carried out for sufficient delignification at high temperatures. In comparison with other processes, a high degradation of carbohydrates takes place, so that a lower degree of polymerization and a lower tear strength in the cellulose is obtained. In addition, the method is only suitable for slightly bleachable materials. In some cases, anthraquinone is added to stabilize carbohydrates and for better delignification (soda-anthraquinone method).
In US 6,946,057 B2 wird ein umweltfreundlicher Prozess beschrieben, bei dem US 6,946,057 B2 describes an environmentally friendly process in which
lignocellulosisches Material in mehreren Stufen mit einer alkalischen Pufferlösung, die als Hauptkomponenten Metaborate und Natriumcarbonat enthält, behandelt wird. Der Prozess wird bei einer Temperatur von 160°C durchgeführt. Ein Hauptaspekt des im Patent beschriebenen Verfahrens ist eine effektive Rückgewinnung der Aufschlusschemikalien. Aus US 3,954,553 ist ein Prozess bekannt, bei dem Hartholz mit einer alkalischen Lösung, die Natriumhydroxid und Natriumcarbonat enthält, bei einer Temperatur von 340°F bis 376°F (von 171°C bis 191°C) für eine Stunde behandelt wird. Durch die Kombination der beiden Chemikalien werden Effizienten und Selektivitäten beschrieben, die vergleichbar sind zu jenen aus Kraft- Verfahren. lignocellulosic material in several stages with an alkaline buffer solution containing Metaborate and sodium carbonate as main components. The process is carried out at a temperature of 160 ° C. A major aspect of the process described in the patent is effective recovery of the digestion chemicals. From US 3,954,553 a process is known in which hardwood is treated with an alkaline solution containing sodium hydroxide and sodium carbonate at a temperature of 340 ° F to 376 ° F (from 171 ° C to 191 ° C) for one hour. The combination of the two chemicals describes efficiencies and selectivities comparable to those of Kraft processes.
Der Soda-Prozess bietet gegenüber dem Kraft-Prozess eine Möglichkeit, Lignin ohne, oder mit sehr geringem Schwefelgehalt zu erhalten. Um denselben Delignifizierungseffekt wie beim Kraft-Prozess zu erhalten, muss aber die Ligninentfernung bei noch höheren The soda process offers a way to obtain lignin without or with very low sulfur content compared to the kraft process. In order to obtain the same delignification effect as in the force process, however, the lignin removal must be at even higher
Temperaturen als im Kraft-Prozess durchgeführt werden, wodurch stärker kondensiertes Lignin erhalten wird. Zusätzlich entstehen beim Erhitzen von Kohlenhydraten bei Soda- Prozess-Temperaturen heterocyclische Substanzen wie Furfural, die aufwendig abgetrennt werden müssen. Temperatures are performed as in the Kraft process, whereby more condensed lignin is obtained. In addition, when carbohydrates are heated at soda-process temperatures, heterocyclic substances such as furfural are formed, which must be separated in a complicated manner.
Zum„Sulfit-Prozess" The "sulphite process"
Der Sulfit-Prozess wurde erstmals von Benjamin Tilghman im Jahre 1867 patentiert. Das erste industrielle Verfahren, das diesen Prozess nutzte, startete 1874 in Schweden. Bei diesem Verfahren werden meist Mischungen verschiedener Salze der schwefligen Säure als aktive Reagenzien zugegeben. Am weitesten verbreitet sind die Calcium- und  The sulfite process was first patented by Benjamin Tilghman in 1867. The first industrial process using this process started in 1874 in Sweden. In this process, mixtures of various salts of sulfurous acid are usually added as active reagents. The most widespread are the calcium and
Magnesiumsalze. Durch geeignete Wahl der Gegenionen kann der Prozess vom stark sauren bis zum basischen Milieu betrieben werden. Auch eine zweistufige Kombination aus beidem hat sich in einigen Fällen als nützlich erwiesen. Klassische Verfahren arbeiten im stark sauren (Calcium, pH=l-2) oder schwach sauren (Magnesium, pH=3-4) Medium. Das Sulfit modifiziert dabei das Lignin chemisch und macht es besser wasserlöslich. Aufgrund der Umweltschädlichkeit des Prozesses besitzt er heute eine untergeordnete Bedeutung, wird jedoch häufig zur Herstellung von Chemiezellstoff verwendet, da hierdurch leicht bleichbare Cellulose erzeugt wird. Magnesium salts. By suitable choice of counterions, the process can be operated from the strongly acidic to the basic environment. A two-step combination of both has also proven useful in some cases. Classic methods work in strongly acidic (calcium, pH = l-2) or weakly acidic (magnesium, pH = 3-4) medium. The sulfite chemically modifies the lignin and makes it more soluble in water. Due to the environmental harmfulness of the process, it has today a minor importance, but is often used for the production of chemical pulp, since this easily bleachable cellulose is produced.
In US 8,038,842 wird eine Methode zur Fraktionierung von lignocellulosischem Material in Cellulose, Hemicellulose und Lignin beschrieben. Dabei erfolgt in einem kontinuierlichen oder schrittweisen Vorgang eine Behandlung mit einer dampfförmigen Mischung von aliphatischem Alkohol, S02, Ammoniak und Wasser, wobei die Konzentration von S02 zwischen 10 Gew.- und 50 Gew.- in der Lösung liegt. Nach dem direkten Kontakt der besagten dampfförmigen Mischung mit lignocellulosischem Material während einer Zeit zwischen 5 Minuten und 3 Stunden bei einer Temperatur zwischen 115°C und 150°C entsteht eine Mischung aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin, von der Cellulose entfernt werden kann. In US 8,038,842 a method for the fractionation of lignocellulosic material in cellulose, hemicellulose and lignin is described. In this case, in a continuous or stepwise process, a treatment with a vaporous mixture of aliphatic alcohol, S0 2 , ammonia and water, wherein the concentration of S0 2 between 10 parts by weight and 50 parts by weight in the solution. After direct contact of said vaporous mixture with lignocellulosic material for between 5 minutes and 3 hours at a temperature between 115 ° C and 150 ° C, a mixture of cellulose, hemicellulose and lignin is formed, from which cellulose can be removed.
Aus US 3,630,832 ist ein kontrollierter Prozess zur Sulfit-Pulpe-Herstellung bekannt, wobei die Verwendung von Natriumsulfid vermieden wird. Der Prozess wird bei einer Temperatur über 145°C und einem pH-Wert zwischen 8 und 11 durchgeführt. Mittels online Analytik wird dabei der pH- Wert überwacht und entsprechend nachreguliert. From US 3,630,832 a controlled process for sulfite pulp production is known wherein the use of sodium sulfide is avoided. The process is carried out at a temperature above 145 ° C and a pH between 8 and 11. By means of online analytics, the pH value is monitored and readjusted accordingly.
Aus EP 1 375 734 ist ein Verfahren zur Herstellung von Cellulose bekannt, wobei lignocellulosisches Material mit Magnesiumbisulfit, wahlweise mit S02-Überschuss, bei einer Temperatur zwischen 130°C und 165°C behandelt wird, um Lignin zu entfernen. Das Verfahren umfasst auch eine Kombination mit einer Bleichsequenz nach der Entfernung des Lignins, die ausschließlich mit chlorfreien Reagenzien verrichtet wird. From EP 1 375 734 a process for the production of cellulose is known wherein lignocellulosic material is treated with magnesium bisulfite, optionally with SO 2 excess, at a temperature between 130 ° C and 165 ° C to remove lignin. The method also includes a combination with a bleaching sequence after removal of the lignin, which is performed exclusively with chlorine-free reagents.
In DE 103 23 376 wird ein Verfahren zum Delignifizieren lignocellulosischer Rohstoffe beschrieben, wobei das Lignin durch Einsatz von Sulfiten in Gegenwart einer alkalischen Komponente, insbesondere Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat, oder einer Mischung davon, in wässriger Lösung unter Anwendung von erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck entfernt wird. Dabei wird zu Beginn eines Aufschlusses wässrige Sulfitlösung eingesetzt und die Temperatur bis auf die maximale Reaktionstemperatur gesteigert. Die alkalische Komponente wird erst nach Beginn des Aufschlusses zugesetzt. DE 103 23 376 describes a process for delignifying lignocellulosic raw materials, wherein the lignin is removed by using sulfites in the presence of an alkaline component, in particular sodium hydroxide or sodium carbonate, or a mixture thereof, in aqueous solution using elevated temperature and elevated pressure , At the beginning of a digestion aqueous sulfite solution is used and the temperature is increased up to the maximum reaction temperature. The alkaline component is added only after the beginning of the digestion.
Obwohl in diesen Sulfit-Prozessen sowohl die Molekularmasse von Cellulose weitgehend erhalten bleibt, als auch ein Abbau von Lignin vermieden wird, haben sie den großen Nachteil, dass das gewonnene Lignin einen Schwefelanteil von ca. 5% enthalten kann (S. Brudin, P. Schoenmaker, J. Sep. Sei. 2010, 33, 439-452), was dessen mögliche Although both the molecular mass of cellulose is largely retained in these sulfite processes, and a lignin degradation is avoided, they have the great disadvantage that the lignin obtained may contain a sulfur content of about 5% (S. Brudin, P. Schoenmaker, J. Sep. Sci. 2010, 33, 439-452), what its possible
Anwendungen sehr einschränkt. Zum„Kraft-Prozess" Restricts applications very much. The "kraft process"
Der Kraft Prozess wurde 1884 von Carl Ferdinand Dahl in Danzig entwickelt (siehe z.B. US 296,935) und beinhaltet ein Verfahren, bei dem mittels einer Mischung aus Natriumsulfat, Natriumcarbonat, Natriumhydroxyd und Natriumsulfid Lignin unter Überdruck von 5 bis 14 Atmosphären aus dem Zellstoff herausgelöst wird. Das Lignin wird dabei als lösliches Alkalilignin in der Schwarzlauge erhalten und besitzt einen hohen Schwefelanteil. Lignin nach Kraft-Prozess enthält zwischen 1,5 und 3,0 % Schwefel (Marton J. "Lignins;  The Kraft process was developed by Carl Ferdinand Dahl in Gdansk in 1884 (see, for example, US 296,935) and involves a process of leaching lignin from the pulp using a mixture of sodium sulfate, sodium carbonate, sodium hydroxide and sodium sulfide under an overpressure of 5 to 14 atmospheres. The lignin is obtained as a soluble alkali metal in the black liquor and has a high sulfur content. Lignin by force process contains between 1.5 and 3.0% sulfur (Marton J. "Lignins;
Occurrence, formation, structure and reactions", 1971, Wiley-Interscience, Eds. Sarkanen K.V. and Ludwig C.H., USA, p 666). Es wird in den meisten Fällen als Energiequelle zur Erzeugung des Wärmebedarfs für den Prozess verbrannt. Das Kraft- Verfahren stellt aktuell das häufigste Verfahren zur Produktion von Papierzellstoff dar. Occurrence, formation, structure and reactions ", 1971, Wiley-Interscience, Eds. Sarkanen KV and Ludwig CH, USA, p 666) It is burned in most cases as an energy source for generating the heat demand for the process currently represents the most common process for the production of paper pulp.
Aus US 2011/0073264 AI ist eine Methode zur Steigerung von Kraft-Pulpe-Ausbeute und zur Erhöhung der Viskosität des erhaltenen Zellstoffs bekannt. Dies wird durch eine Vorbehandlung von Lignocellulosematerial mit heißem Wasser oder Wasserdampf bei einer Temperatur von 160°C erreicht. Verbleibendes Lignin wird danach durch Behandlung mit Na2S und NaOH unter Kraft-Bedingungen entfernt. US 2011/0073264 A1 discloses a method for increasing kraft pulp yield and increasing the viscosity of the resulting pulp. This is achieved by pre-treating lignocellulosic material with hot water or steam at a temperature of 160 ° C. Remaining lignin is then removed by treatment with Na 2 S and NaOH under force conditions.
In US 2011/0067829 AI wird eine Optimierung des Kraft-Prozesses beschrieben, bei der die Schwefelkonzentration durch ein optimiertes Verfahren zur Chemikalienrezyklierung während des Zellstoffaufschlusses konstant gehalten wird. In US 2011/0067829 AI an optimization of the power process is described, in which the sulfur concentration is kept constant by an optimized process for chemical recirculation during the pulping.
Aus US 6,613,192 Bl ist eine Modifikation des Kraft-Prozesses bekannt, bei der From US 6,613,192 Bl a modification of the force process is known in which
Eukalyptus späne durch Beimpfung mit Weißfäulepilzen fermentiert werden, wobei Lignin modifiziert und dadurch leichter im Kraft Prozess abbaubar wird. Eucalyptus shavings are fermented by inoculation with white rot fungi, whereby lignin is modified and thus more readily degradable in the process force.
Aus US 7,824,521 B2 ist eine Optimierung des Kraft Prozesses bekannt, wobei From US 7,824,521 B2 an optimization of the force process is known, wherein
lignocellulosisches Material mit wässriger Lösung, die eine weitere Base enthält, behandelt wird, um säurehaltiges Material aus lignocellulosischem Material zu extrahieren. Hierdurch wird ein Anteil der Hemicellulose extrahiert wodurch der eigentliche Kraft-Prozess effektiver verläuft. Aus US 7,520,958 B2 ist eine Methode zur Herstellung einer modifizierten Pulpe bekannt, wobei Holzspäne mit Peroxiden in einer säurehaltigen Lösung behandelt werden, um 5-20 % der Hemicellulose zu entfernen. Mit diesem vorbehandelten Holz kann eine Kraft-Pulpe erzeugt werden, die nur zwischen 5% und 9% Hemicellulose in der Trockenmasse enthält. lignocellulosic material with aqueous solution containing another base is treated to extract acidic material from lignocellulosic material. This extracts a fraction of the hemicellulose, making the actual force process more effective. From US 7,520,958 B2, a method of producing a modified pulp is known wherein wood chips are treated with peroxides in an acidic solution to remove 5-20% of the hemicellulose. With this pretreated wood, a kraft pulp can be produced which contains only between 5% and 9% hemicellulose in dry matter.
In US 6,153,052 A und US 7,828,930 B2 sind verbesserte Pulp-Prozesse beschrieben, in denen Polysulfide verwendet werden, womit die Ausbeute der Pulpe erhöht werden kann. Die Polysulfide agieren dabei vor allem als Reduktionsmittel, die unerwünschte„Peeling"- Reaktionen inhibieren. In US 6,153,052 A and US 7,828,930 B2 improved pulp processes are described in which polysulfides are used, whereby the yield of the pulp can be increased. The polysulfides act primarily as reducing agents that inhibit unwanted "peeling" - reactions.
In US 7 828 930 B2 und US 6 143 130 wird eine modifizierte Methode des Kraft-Prozesses beschrieben, wobei Polysulfide als aktive Delignifizierungskomponente verwendet werden. Dieses Vorgehen ergibt eine höhere Ausbeute an Pulpe und erlaubt es, Lignin bei niedrigeren Temperaturen (100°C bis 160°C), als im klassischen Kraft-Prozess zu entfernen. In US 7 828 930 B2 and US 6 143 130 a modified method of the Kraft process is described wherein polysulfides are used as active delignification component. This procedure results in a higher yield of pulp and allows lignin to be removed at lower temperatures (100 ° C to 160 ° C) than in the classical kraft process.
Aus EP 0 468 016 ist ein Prozess zur Kraft-Pulpe-Herstellung bekannt, wobei From EP 0 468 016 a process for kraft pulp production is known, wherein
lignocellulosisches Material mit beladener Kochlauge bei einer Temperatur zwischen 20°C und 100°C vorbehandelt wird. Das so vorbehandelte lignocellulosische Material wird bei einer Temperatur zwischen 135°C und 155 °C erhitzt und delignifiziert. Lignocellulosic material is pretreated with loaded cooking liquor at a temperature between 20 ° C and 100 ° C. The pretreated lignocellulosic material is heated at a temperature between 135 ° C and 155 ° C and delignified.
Aus US 6,576,084 Bl ist ein Verfahren zur Erhöhung von Ausbeute sowie Viskosität der Pulpe bekannt. Die Technik beruht auf der Vorbehandlung von lignocellulosischem Material mit Anthrachinon oder Polysulfiden bei einer Temperatur von 80°C bis 130°C. Durch diese Maßnahme wird eine Zersetzung von Cellulose vermieden. Anschließend wird das vorbehandelte Material mit Kochlauge bei einer Temperatur von mehr als 130°C umgesetzt. No. 6,576,084 B1 discloses a process for increasing the yield and viscosity of the pulp. The technique is based on the pretreatment of lignocellulosic material with anthraquinone or polysulfides at a temperature of 80 ° C to 130 ° C. By this measure, a decomposition of cellulose is avoided. Subsequently, the pretreated material is reacted with cooking liquor at a temperature of more than 130 ° C.
Ein Vorteil des oben beschriebenen Kraft-Prozesses ist die relativ einfache Möglichkeit zur Herstellung von delignifizierter, leicht weiter bleichbarer Cellulose. Ein großer Nachteil davon ist, dass das potentiell hochwertige Lignin für die weitere Anwendung nur beschränkt tauglich ist, da es nach Abtrennung von den anderen Rohstoffkomponenten durch An advantage of the Kraft process described above is the relatively easy way to produce delignified, readily further bleachable cellulose. A major disadvantage of this is that the potentially high-quality lignin is suitable for further application only limited, since it is separated from the other raw material components by
Hochtemperatur-Kondensationsreaktionen stark in seiner Struktur verändert ist. Darüber hinaus wird das Lignin durch die Reaktion mit Sulfid stark mit Schwefel modifiziert. Weitere Delignifizierungsmethoden High-temperature condensation reactions is greatly altered in its structure. In addition, the lignin is strongly modified with sulfur by the reaction with sulfide. Other delignification methods
Als relativ neue Konzepte sind in der letzten Zeit Organosolv Prozesse wieder aufgegriffen worden. Diese wurden erstmals in den 1970er Jahren beschrieben. Damals wurden  As relatively new concepts, organosolv processes have recently been taken up again. These were first described in the 1970s. At that time were
Strategien zu einem„extended cooking" entwickelt, das im Wesentlichen darauf beruhte, den Delignifizierungsgrad zu erhöhen und den Bleichaufwand zu senken. Als Lösungsmittel wurden vorwiegend Alkohole, wie Ethanol oder Methanol verwendet, die hauptsächlich die Löslichkeit des Lignins erhöhen sollten, während als eigentliche Aufschlusschemikalien weiterhin Säuren, Alkali, Sulfit oder Sulfid oder oxidative Reagenzien fungierten (H. Strategies for "extended cooking" based essentially on increasing the degree of delignification and reducing bleaching have been used as solvents, predominantly alcohols, such as ethanol or methanol, which should primarily increase the solubility of lignin, while being the actual digestion chemicals acids, alkalis, sulphite or sulphide or oxidative reagents (H.
Hergert, 1998, Developments in organosolv pulping; In: R.A. Young and M. Akhtar, Environmental^ friendly technologies for the pulp and paper industry; John Wiley & Sons Inc., New York, 5-68). Hergert, 1998, Developments in organosolv pulping; In: R.A. Young and M. Akhtar, Environmental Friendly Technologies for the pulp and paper industry; John Wiley & Sons Inc., New York, 5-68).
Grundlegend lassen sich Organosolv-Prozesse in saure und basische Varianten unterteilen. Ein saurer Prozess ist z.B. der Allcell Prozess, der von der Firma LIGNOL übernommen und weiter entwickelt wurde (C. Arato, E.K. Pye, G. Gjennestad, 2005, The Lignol approach to biorefining of woody biomass to produce ethanol and chemicals; Appl. Biochem. Fundamentally, organosolv processes can be subdivided into acidic and basic variants. An acidic process is e.g. The Allcell process, which was acquired and further developed by LIGNOL (C. Arato, E.K. Pye, G. Gjennestad, 2005, The Lignol approach to biorefining of woody biomass to produce ethanol and chemicals; Appl. Biochem.
Biotechnol., Vol. 121-124, p. 871-882). Als Substrate werden Holz, Stroh oder Bagasse verarbeitet. Die zugrundeliegende chemische Reaktion ist die autohydrolytische Spaltung von Hemicelluose bei einem pH- Wert von 2,0 bis 3,8, der sich durch die vom Xylan abgespaltene Essigsäure ergibt (Bedingungen: 180°C bis 195°C, Ethanolkonzentration: 35 Gew.-% bis 70 Gew.-%, Flüssigkeit zu Feststoff Verhältnis: von 4: 1 bis 10: 1, Reaktionszeit 30 bis 90 Minuten). Dadurch wird zum Teil Cellulose in Form von unlöslichen Biotechnol., Vol. 121-124, p. 871-882). Wood, straw or bagasse are used as substrates. The underlying chemical reaction is the autohydrolytic cleavage of hemicelluose at a pH of 2.0 to 3.8, which results from the cleaved by xylan acetic acid (conditions: 180 ° C to 195 ° C, ethanol concentration: 35 wt. % to 70% by weight, liquid to solid ratio: from 4: 1 to 10: 1, reaction time 30 to 90 minutes). This is partly cellulose in the form of insoluble
Oligosacchariden und ein großer Teil der Hemicellulose zu löslichen Oligo- und Oligosaccharides and much of the hemicellulose to soluble oligo- and
Monosacchariden abgespalten. Ein Teil der Pentosen wird unter den Reaktionsbedingungen zu Furfural oxidiert. Lignin wird ebenfalls teilweise hydrolysiert und fällt gemeinsam mit den anderen Abbauprodukten in der Kochlauge an, aus der die Abbauprodukte dann gewonnen werden. Der andere, nicht hydrolysierte Teil, verbleibt im Feststoff und kann zum Beispiel enzymatisch zu Zuckern hydrolysiert und zu Ethanol vergoren werden. Das im Feststoff verbliebene Lignin (20% bis 25% des ursprünglichen) fällt als Cleaved monosaccharides. Part of the pentoses is oxidized to furfural under the reaction conditions. Lignin is also partially hydrolyzed and falls together with the other degradation products in the cooking liquor, from which the degradation products are then recovered. The other, unhydrolyzed part, remains in the solid and can, for example, be hydrolyzed enzymatically to sugars and fermented to ethanol. The lignin remaining in the solid (20% to 25% of the original) falls as
Fermentationsrückstand an und kann nur noch verbrannt werden. Es kann gesagt werden, dass bei sauren Prozessen einerseits die gewonnene Ligninmenge relativ niedrig ist und der Ligninabbau nicht vom Hemicellulose Abbau entkoppelt werden kann. Aufgrund des relativ schlechten Ligninabbaus entsteht ein Faserstoff mit einem Restligningehalt, der im Falle einer Verwendung als Chemierohstoff einen erheblichen Bleichaufwand erfordern würde und für diese Verwendung ungeeignet ist. Es wird daher primär die Verwendung als Rohstoff für die Bioalkohol Gewinnung angestrebt, wenngleich es Berichte gibt, die belegen, dass die Zugänglichkeit des Restlignins im Zellstoff relativ hoch ist (E.K. Pye, J. H. Lora, 1991, The Allcell Process - A Proven Alternative to Kraft Pulping, TAPPI Journal March 1991, 113-117). Fermentation residue on and can only be burned. It can be said that in acidic processes, on the one hand, the amount of lignin obtained is relatively low and lignin degradation can not be decoupled from hemicellulose degradation. Due to the relatively poor lignin degradation results in a pulp with a residual lignin content, which would require a considerable bleaching effort in the case of use as a chemical raw material and is unsuitable for this use. It is therefore primarily intended to be used as a raw material for the production of bio-alcohol, although there are reports which show that the accessibility of the residual lignin in the pulp is relatively high (EK Pye, JH Lora, 1991, The All Cell Process - A Proven Alternative to Kraft Pulping, TAPPI Journal March 1991, 113-117).
Basische Organosolv-Prozesse wurden in der Vergangenheit wesentlich weniger untersucht als saure, da bei hohem Natronlaugeeinsatz, im Speziellen bei Verwendung von Stroh als Substrat, hohe technische Anforderungen an die Rückgewinnung der Natronlauge gestellt werden (Marton & Granzow 1982, Use of ethanol in alkaline pulping; WO 82/01568). In the past, basic organosolv processes have been investigated much less than acid, since high technical requirements for the recovery of caustic soda are required for high sodium hydroxide use, especially when using straw as substrate (Marton & Granzow 1982, Use of ethanol in alkaline pulping WO82 / 01568).
In Deutschland wurde in den 90er Jahren der Organocell-Prozess zur Zellstoffkochung bis zur industriellen Anwendung entwickelt (N. Zier, 1996, Strukturelle Merkmale eines Organosolv-Lignins bei Variation der Parameter; Dissertation, Technische Universität Dresden). Der Prozess läuft zweistufig ab, beginnend mit einer Alkohol- Wasser- Imprägnierung (Verhältnis: 3 Teile Alkohol : 7 Teile Wasser) bei 110°C bis 140°C und anschließender Kochung bei 165°C bis 170°C unter Zusatz von 30% Natronlauge und 0,1% Anthrachinon, bezogen auf das Trockengewicht des Substrats. Der Prozess ist für den Aufschluss von Laub- und Nadelholz, sowie auch für Einjahrespflanzen geeignet. Die Zellstoffqualität ist mit der von Kraft-Zellstoff vergleichbar und konnte mit Sauerstoff chlorfrei gebleicht werden. Verschiedenen Angaben zufolge wurde die Anlage bald nach Inbetriebnahme auf Grund technischer Probleme wieder geschlossen, die zum Teil mit der Rückgewinnung der hohen Menge an Natronlauge zusammenhingen (El-Sakhawy et al., 1996: Organosolv pulping, (3), ethanol pulping of wheat straw; Cellul. Chem. Technol. 30, 281-296). In Germany, the organocell process for pulp cooking was developed in industrial applications until the 1990s (N. Zier, 1996, Structural Characteristics of Organosolv Lignin with Variation of Parameters, Dissertation, Dresden University of Technology). The process is carried out in two stages, starting with an alcohol-water impregnation (ratio: 3 parts alcohol: 7 parts water) at 110 ° C to 140 ° C and subsequent boiling at 165 ° C to 170 ° C with the addition of 30% sodium hydroxide solution and 0.1% anthraquinone, based on the dry weight of the substrate. The process is suitable for the decomposition of deciduous and coniferous wood, as well as for annual plants. The pulp quality is comparable to kraft pulp and bleached with chlorine-free oxygen. According to various sources, the plant was closed soon after commissioning due to technical problems related in part to the recovery of the high level of caustic soda (El-Sakhawy et al., 1996: Organosolv pulping, (3), ethanol pulping of wheat straw Cellul Chem., Technol. 30, 281-296).
Für ein rentables Bioraffinerieverfahren, das nicht auf die Gewinnung von Bioalkohol, sondern die Nutzung aller Hauptkomponenten der Lignocellulose als Chemie- oder Materialrohstoff abzielt, ist die Gewinnung eines möglichst hohen Anteils des vorhandenen Lignins erforderlich. Dies sollte in einem einheitlichen Produktstrom mit geringen For a profitable biorefinery process that is not based on the extraction of bio-alcohol, but the use of all the main components of lignocellulose as a chemical or Material raw material, the extraction of the highest possible proportion of the existing lignin is required. This should be in a consistent product stream with low
Verunreinigungen durch Abbauprodukte aus anderen Komponenten erfolgen. Contaminated by degradation products from other components.
Aus WO 2011/014894 und WO 2012/027767 sind Niedertemperaturverfahren zur WO 2011/014894 and WO 2012/027767 describe low-temperature processes for
Abtrennung des besagten Lignins aus lignocellulosischem Material wie Stroh, Bagasse, Energiegräser und oder Spelzen bekannt. Der Aufschlussprozess sieht einen Separation of the said lignin from lignocellulosic material such as straw, bagasse, energy grasses and or husks known. The digestion process sees one
Niedertemperaturprozess zur Delignifizierung bei unter 100°C vor, wonach das entstandene mit Cellulose und Hemicellulose angereicherte Material mit mindestens einem Low-temperature process for delignification at below 100 ° C, after which the resulting enriched with cellulose and hemicellulose material with at least one
kohlenhydratspaltenden Enzym behandelt werden kann. Eine Variante ist die Verwendung von Xylanasen, wodurch selektiv Xylan abgebaut wird und stark mit Cellulose carbohydrate-cleaving enzyme can be treated. One variant is the use of xylanases, which selectively degrades xylan and strongly with cellulose
angereichertes Material entsteht. Ein Nachteil eines solchen Niedertemperaturverfahrens ist der, im Vergleich zu Zellstoff aus Kraft- oder Soda-Prozessen, hohe Ligningehalt in der Cellulose. enriched material is formed. A disadvantage of such a low-temperature process is, compared to pulp from kraft or soda processes, high lignin content in the cellulose.
Xylanabtrennung Xylanabtrennung
In WO 2010/124312 ist eine Methode zur Abtrennung von Hemicellulose aus einem mit Hemicellulose und Cellulose angereicherten Material, welches nach WO 2011/014894 hergestellt wird, beschrieben. Hierbei wird das, nach dem Aufschluss erhaltene  WO 2010/124312 describes a method for the separation of hemicellulose from a material enriched with hemicellulose and cellulose, which is produced according to WO 2011/014894. This is the, obtained after digestion
Feststoffgemisch in einem Acetatpuffer suspendiert und mit Xylanasen behandelt, um selektiv Hemicellose zu depolymerisieren und in Lösung zu bringen. Der nach Abtrennung erhaltene stark mit Cellulose angereicherte Feststoff kann anschließend, zum Beispiel durch Umsetzung mit Cellulasen, zur Gewinnung von Glucose verwendet werden. Suspended solid mixture in an acetate buffer and treated with xylanases to selectively depolymerize hemicellose and bring into solution. The highly cellulose-enriched solid obtained after separation can then be used to obtain glucose, for example by reaction with cellulases.
Eine chemische Methode zur Xylanabtrennung aus Kraft- Pulpe zur Erzeugung von A chemical method for xylan separation from kraft pulp for the production of
Chemiezellstoff ist in WO 2005/118923 AI beschrieben. Hierbei wird die erhaltene Pulpe mit einer mindestens 5 igen, bevorzugt 9 igen Natronlaugelösung bei einer Temperatur von weniger als 25°C behandelt. Die erhaltene xylanhhaltige Lösung kann, wie in US 2010/0021975 AI durch Nanofiltration aufkonzentriert und durch Zugabe von Mineralsäure präzipitiert werden. Wie in AT 503 624 beschrieben ist, kann die Zugabe eines ein- oder mehrwertigen Alkohols diese Präzipitation fördern. Entfernung von (restlichem) Lignin Chemical pulp is described in WO 2005/118923 Al. In this case, the pulp obtained is treated with an at least 5%, preferably 9%, sodium hydroxide solution at a temperature of less than 25 ° C. The obtained xylanhhaltige solution can, as in US 2010/0021975 AI concentrated by nanofiltration and precipitated by the addition of mineral acid. As described in AT 503 624, the addition of a monohydric or polyhydric alcohol can promote this precipitation. Removal of (residual) lignin
Zur Entfernung von Lignin, bzw. zur Spaltung von Lignin sind aus der Literatur  For the removal of lignin, or for the cleavage of lignin are from the literature
beispielsweise folgenden Methoden bekannt: For example, the following methods are known:
Aus EP 1 025 305 ist ein chemisches Verfahren zur Lignin-Depolymerisation bekannt. Es beruht auf der katalytischen Wirkung von komplexiertem Kupfer in Verbindung mit Wasserstoffperoxid oder organischen Hydroperoxiden und ist imstande, Lignin bei EP 1 025 305 discloses a chemical process for lignin depolymerization. It relies on the catalytic action of complexed copper in conjunction with hydrogen peroxide or organic hydroperoxides and is capable of lignin
Temperaturen unter 100°C oxidativ zu spalten. Die dabei eingesetzten Komplexbildner sind Pyridinderivate. An synthetischen Ligninmodellen konnte nachgewiesen werden, dass bei Verwendung von Η202 als Oxidationsmittel eine Spaltung in der Propylseitenkette des Ligninmoleküls erfolgt, wodurch das Ligninpolymer zu oligomeren Untereinheiten zerfällt. Bei Einsatz des Kupfer-Systems mit Hydroperoxiden ist es möglich Holz zu delignifizieren. Das auf H202 basierte System scheint technisch besser umsetzbar zu sein. Es wurde als Bleichzusatz bei der Peroxidbleiche von Kraft-Zellstoff getestet und führte zu einem verbesserten Delignifizierungsgrad. Ein Nachteil eines solchen Systems ist der große Verbrauch hochpreisiger Reagenzien, wie z.B. H202 oder Pyridinderivaten und die strukturelle Veränderung des Lignins. To cleave temperatures below 100 ° C oxidatively. The complexing agents used are pyridine derivatives. Synthetic lignin models have been used to demonstrate that when von 2 0 2 is used as the oxidant, a cleavage occurs in the propyl side chain of the lignin molecule, causing the lignin polymer to break down into oligomeric subunits. When using the copper system with hydroperoxides, it is possible to delignify wood. The system based on H 2 0 2 seems technically better to implement. It was tested as a bleaching additive in the peroxide bleaching of kraft pulp and resulted in an improved degree of delignification. A disadvantage of such a system is the high consumption of high-priced reagents, such as H 2 0 2 or pyridine derivatives and the structural change of the lignin.
In US 4,560,437 wird beschrieben, dass Holz-Pulpe vor dem eigentlichen Bleichprozess einem Zweitaufschluss unter Natriumsulfitzugabe unterworfen werden kann, wodurch die Effektivität der folgenden Bleichschritte, im speziellen der Sauerstoffbleiche, gesteigert werden und somit Kosten für Bleichchemikalien eingespart werden sollen. Beste Ergebnisse konnten unter Verwendung von 25 bis 30 kg S02 (in Form von Natriumsulfit) pro Tonne von der ungebleichten Pulpe bei einem pH- Wert von 8 erzielt werden. US Pat. No. 4,560,437 describes that wood pulp may be subjected to a second digestion with sodium sulphite addition before the actual bleaching process, whereby the effectiveness of the following bleaching steps, in particular oxygen bleaching, should be increased and thus costs for bleaching chemicals should be saved. Best results could be achieved using 25 to 30 kg S0 2 (in the form of sodium sulfite) per tonne of the unbleached pulp at pH 8.
Zudem wird in„Oxidation of Lignin Using Aqueous Polyoxometalates in the Presence of Alcohols" (ChemSusChem 2008, 1, 763-769) beschrieben, dass die delignifizierende Wirkung von Polyoxometallaten unter Sauerstoffatmosphäre in Gegenwart von aliphatischen Alkoholen erheblich gesteigert werden kann. Es wird gefolgert, dass im katalytischen Zyklus Alkoxyradikale gebildet werden, die die Ligninspaltung initiieren. In EP 0 524 127 wird detailliert auf den Effekt von Ethanol als Additiv in der Sauerstoffbleiche von Pulpe eingegangen. Es wird gezeigt, dass durch die Zugabe katalytischer Mengen an Ethanol die Delignifizierungseffizienz und Selektivität In addition, "Oxidation of Lignin Using Aqueous Polyoxometalates in the Presence of Alcohols" (ChemSusChem 2008, 1, 763-769) describes that the delignifying effect of polyoxometalates under an oxygen atmosphere in the presence of aliphatic alcohols can be significantly increased. that in the catalytic cycle alkoxy radicals are formed which initiate the lignin cleavage. EP 0 524 127 describes in detail the effect of ethanol as an additive in the oxygen bleaching of pulp. By adding catalytic amounts of ethanol it is shown that the delignification efficiency and selectivity
gleichermaßen gesteigert werden können. can be increased equally.
Auch in US 5,609,723 ist beschrieben, dass eine höhere Effizienz der Sauerstoffbleiche bei gleichbleibender Zellstoffviskosität erreicht werden kann, wenn mehrwertige Alkohole zu der Bleichlösung hinzugegeben werden. Aus US 6,923,887 ist zudem bekannt, dass die Effizienz der Peroxidbleiche durch die Zugabe eines organischen Lösungsmittels, bevorzugt ein Ci-2-Alkohol, gesteigert werden kann. It is also described in US Pat. No. 5,609,723 that a higher efficiency of oxygen bleaching can be achieved with a constant pulp viscosity when polyhydric alcohols are added to the bleaching solution. From US 6,923,887 is also known that the efficiency of the peroxide bleach by the addition of an organic solvent, preferably a Ci-2-alcohol, can be increased.
In US 4,004,967 wird ebenfalls von einer erhöhten Selektivität der Bleiche von Kraft- Zellstoff durch die Zugabe von Polyolen oder einwertigen Alkoholen berichtet. Beste Effekte wurden jedoch bei einer Zugabe von Formaldehyd erzielt. US 4,004,967 also reports increased bleach selectivity of kraft pulp by the addition of polyols or monohydric alcohols. However, best effects were achieved with the addition of formaldehyde.
Bei allen beschriebenen Verfahren wird als alleiniges Kriterium die Qualität der Cellulose betrachtet. Dabei wird vernachlässigt, dass Lignin auch eine wertvolle Rohstoffkomponente darstellt. In all the methods described, the sole criterion considered is the quality of the cellulose. It is neglected that lignin is also a valuable raw material component.
Im Gegensatz zu den beschriebenen Prozessen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem zusätzlich zum isolierten Lignin ein stark mit Cellulose angereichertes Material mit niedrigem Lignin-Gehalt (Kappa < 10) ohne wesentliche Depolymerisation der Cellulose erhalten werden kann. In contrast to the processes described, it is an object of the present invention to provide a process in which, in addition to isolated lignin, a high cellulosic, low lignin content material (kappa <10) can be obtained without substantial depolymerization of the cellulose.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff mit niedrigem Ligningehalt zur Verfügung, das gekennzeichnet ist durch eine Kombination der Massnahmen, dass In one aspect, the present invention provides a process for recovering low lignin pulp, characterized by a combination of the measures
a) lignocellulosisches Material mit einer wässrigen Lösung, welche einen Ci-6-Alkohol enthält und einen pH-Wert von 10 bis 14 aufweist, bei einer Temperatur unter 100°C behandelt wird, worauf die wässrige Lösung, in der Lignin, das aus der Lignocellulose abgespalten wurde, gelöst vorliegt, vom Feststoff, der ein mit Cellulose und a) lignocellulosic material with an aqueous solution containing a Ci-6-alcohol and having a pH of 10 to 14, is treated at a temperature below 100 ° C, after which the aqueous solution, in the lignin, from the Lignocellulose was cleaved, is present from the solid, the one with cellulose and
Hemicellulose angereichertes Material darstellt, abgetrennt wird, b) Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material aus a) entfernt wird, Hemicellulose enriched material is separated, b) hemicellulose is removed from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a),
c) das in b) erhaltene Material, das mit Hemicellulose abgereichert ist, in wässriger c) the material obtained in b), which has been depleted in hemicellulose, in aqueous
alkalischer Lösung mit einem Alkali, Erdalkali oder Ammoniumsulfit, wie Na2S03 und/oder mit Sauerstoff, behandelt wird, wobei Lignin in Lösung geht und Zellstoff mit niedrigem Ligningehalt erhalten wird. alkaline solution with an alkali, alkaline earth or ammonium sulfite such as Na 2 S0 3 and / or with oxygen, whereby lignin goes into solution and pulp with a low lignin content is obtained.
Ein Verfahren, das gemäß vorliegender Erfindung zur Verfügung gestellt wird, wird hierin auch als„Verfahren nach (gemäß) vorliegender Erfindung" bezeichnet. A method provided in accordance with the present invention is also referred to herein as the "method of (in accordance with) the present invention."
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird als lignocellulosisches Material Lignin enthaltendes, organisches Material eingesetzt, z.B. Einjahrespflanzen, wie (trockene) Gräser, oder Teile von Gräsern, vorzugsweise Gräser, Stroh, Energie gräser, wie z. B. In a process of the present invention, lignin-containing organic material is used as the lignocellulosic material, e.g. Annual plants, such as (dry) grasses, or parts of grasses, preferably grasses, straw, energy grasses, such. B.
Switchgrass, Elefantengras oder Abaca, Sisal, Bagasse, oder untypische Switchgrass, elephant grass or abaca, sisal, bagasse, or atypical
Lignocellulosesubstrate, wie Spelzen, z.B. Deckspelzen, wie Reisspelzen, besonders bevorzugt Stroh, Energiegräser Bagasse oder Spelzen, noch mehr bevorzugt Stroh oder Bagasse, z. B. Stroh, wie Weizenstroh. Lignocellulosic substrates such as husks, e.g. Lemmas such as rice husks, more preferably straw, energy grasses bagasse or husks, even more preferably straw or bagasse, e.g. Straw, such as wheat straw.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung beträgt der Feststoffgehalt bei Beginn des Delignifizierungprozess gemäß Massnahme a) bevorzugt 3 bis 30 Gew.- des In a process according to the present invention, the solids content at the beginning of the delignification process according to measure a) is preferably 3 to 30% by weight
lignocellulosischen Materials in der wässrigen Lösung, und liegt vorzugsweise in einer Stoffdichte von 3 bis 30 Gew.- , insbesondere 5 bis 20 Gew.- vor. lignocellulosic material in the aqueous solution, and is preferably in a consistency of 3 to 30 parts by weight, especially 5 to 20 wt. Before.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, wird als Alkohol bevorzugt ein aliphatischer Alkohol, wie ein Ci-6-Alkohol, besonders bevorzugt ein Ci-4-Alkohol, wie Ethanol oder Isopropanol eingesetzt, um gemäß Massnahme a) Lignin von In a process according to the present invention, the alcohol used is preferably an aliphatic alcohol, such as a C 1-6 -alcohol, more preferably a C 1-4 -alcohol, such as ethanol or isopropanol, according to measure a) lignin of
lignocellulosischem Material abzutrennen. Separate lignocellulosic material.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung kann der pH- Wert der Lösung gemäß Massnahme a) mit einer Base, bevorzugt einer anorganischen Base, beispielswiese einem Hydroxid, wie Natronlauge, Kalilauge eingestellt werden. Der Ligninaufschluss gemäß Massnahme a) in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird bei einer Temperatur von unter 100°C, bevorzugt von 40°C bis 90°C, besonders bevorzugt von 50°C bis 70°C durchgeführt. Es hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung von Temperaturen von mehr als 100°C verstärkt Kondensationsprodukte des Lignins auftreten, z.B. kondensierte, phenolische Fragmente der Formeln In a process according to the present invention, the pH of the solution according to measure a) can be adjusted with a base, preferably an inorganic base, for example a hydroxide, such as sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution. The lignin digestion according to measure a) in a process according to the present invention is carried out at a temperature of below 100.degree. C., preferably from 40.degree. C. to 90.degree. C., more preferably from 50.degree. C. to 70.degree. It has been found that when using temperatures of more than 100 ° C increased condensation products of lignin occur, for example, condensed, phenolic fragments of the formulas
diphenylmethane die durch Ringkondensationsreaktionen entstehen. Es wurde mittels 2D NMR Untersuchung herausgefunden, dass der Gehalt von solchen Fragmenten in gemäß der vorliegenden Erfindung isoliertem Lignin überaschendweise wesentlich niedriger ist, als bei Vergleichs- Ligninen, die durch eine Hochtemperaturextraktion hergestellt wurden, wie unten in Tabelle 1 gezeigt ist:  diphenylmethanes formed by ring condensation reactions. It was found by 2D NMR study that the content of such fragments in lignin isolated according to the present invention is surprisingly much lower than in comparative lignins prepared by high temperature extraction, as shown in Table 1 below:
Tabelle 1 Table 1
Kondensierte phenolische Fragmente in Lignin, Condensed phenolic fragments in lignin,
Lignin mmol/g Lignin mmol / g
Diphenylmethan 4-0-5 5-5 Total Diphenylmethane 4-0-5 5-5 Total
Lignin erhalten nach dem Verfahren Lignin obtained after the procedure
gemäß vorliegender Erfindung 0,02 0,06 0,10 0,18 according to the present invention 0.02 0.06 0.10 0.18
Soda-Lignin aus Weizenstroh 0,04 0,09 0,12 0,25Soda lignin from wheat straw 0,04 0,09 0,12 0,25
Soda-Lignin aus Sarkanda Grass 0,36 0,21 0,28 0,84Sarkand Grass soda lignin 0.36 0.21 0.28 0.84
Soda-Lignin aus Agrarfaser 0,40 0,25 0,31 0,96Agricultural fiber soda lignin 0.40 0.25 0.31 0.96
Organosolv-Lignin aus Laubholz 0,45 0,25 0,27 0,97 Darüber hinaus müssen im Aufschlussprozess gemäß Massnahme a) keine schwefelhaltigen Reagenzien eingesetzt werden, sodass das gemäß dem Verfahren nach vorliegender Hardwood organosolv lignin 0.45 0.25 0.27 0.97 In addition, no sulfur-containing reagents must be used in the digestion process according to measure a), so that according to the method according to present
Erfindung isolierte Lignin frei von Schwefel aus schwefelhaltigen Reagenzien ist. Invention isolated lignin is free of sulfur from sulfur-containing reagents.
In einem Aspekt beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass aus einem mit einer wässrigen basischen Lösung, welche einen Alkohol, insbesondere einen Ci-6-Alkohol und einen pH- Wert von 10 bis 14 aufweist, behandeltes lignocellullosisches Material weniger stark kondensiertes Lignin gewonnen werden kann. Zudem erweist sich das behandelte mit Cellulose und Hemicellulose angereicherte Material als besser verwertbares Material für einen enzymatischen Abbau zu Kohlenhydratspaltprodukten. In one aspect, the present invention is based on the finding that less strongly condensed lignin is obtained from a lignocellulosic material treated with an aqueous basic solution which comprises an alcohol, in particular a C 1-6 -alcohol and a pH of 10 to 14 can be. In addition, the treated cellulosic and hemicellulose enriched material proves to be a more useful material for enzymatic degradation to carbohydrate cleavage products.
Ein Vorteil des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung ist, dass dadurch, dass An advantage of the method according to the present invention is that in that
Hemicellulose bei höheren Alkoholkonzentrationen eine geringe Löslichkeit besitzt, eine selektive Isolierung von reinem Lignin möglich ist. Hemicellulose kann in einem Hemicellulose has a low solubility at higher alcohol concentrations, a selective isolation of pure lignin is possible. Hemicellulose can be in one
Folgeschritt gemäß Massnahme b) vom mit Cellulose und Hemicellulose angereicherten Lignocellulosematerial als reines Produkt isoliert werden. Following step (b) of cellulose and hemicellulose-enriched lignocellulosic material as a pure product.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung können in etwa 59% bis 92% des Gesamtlignins entfernt werden. Dies ermöglicht eine weitere enzymatische Umsetzung, um Hemicellulose, bevorzugt Xylan, von Cellulose zu trennen. Alternativ, und in einem Aspekt gemäß vorliegender Erfindung, kann Hemicellulose durch eine Kombination von chemischer und enzymatischer Behandlung abgetrennt werden, um möglichst reine dexylanierte In a process of the present invention about 59% to 92% of the total lignin can be removed. This allows for further enzymatic conversion to separate hemicellulose, preferably xylan, from cellulose. Alternatively, and in one aspect of the present invention, hemicellulose can be separated by a combination of chemical and enzymatic treatment to give as pure a dexylanated as possible
Cellulose zu erhalten. To obtain cellulose.
Ein vorrangehender enzymatischer Abbau des Xylans hat sich dagegen als weniger effektiv herausgestellt, da die Zucker der Lignocellulose in eng vernetzten, polymeren, kristallinen Strukturen der Cellulose und Hemicellulose vorliegen, die zusätzlich von einem However, a predominant enzymatic degradation of xylan has been found to be less effective, since the sugars of lignocellulose are present in tightly crosslinked, polymeric, crystalline structures of cellulose and hemicellulose, in addition to a
Ligninmantel umhüllt sind, wodurch sich ein äußerst dichter Komplex ergibt. Ein direkter Zugang zu den einzelnen Polymerklassen ist dadurch erschwert. Die Enzyme sind aufgrund ihres hohen Molekulargewichts nicht imstande, durch die engen Poren in die Lignocellulose einzudringen. Dies bedeutet, dass ein erster Schritt gesetzt werden muss, der die Porosität der Lignocellulose erhöht und dadurch die weitere enzymatische Umsetzung ermöglicht. Die Abreicherung und gegebenenfalls Isolierung der Hemicellulose in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung gemäß Massnahme b) kann chemisch oder enzymatisch erfolgen. Ligninmantel are covered, resulting in an extremely dense complex. Direct access to the individual polymer classes is made more difficult. The enzymes, due to their high molecular weight, are unable to penetrate through the narrow pores in the lignocellulose. This means that a first step must be taken, which increases the porosity of the lignocellulose and thereby enables further enzymatic conversion. The depletion and optionally isolation of the hemicellulose in a process according to the present invention according to measure b) can be carried out chemically or enzymatically.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung zur Verfügung, in dem gemäß Massnahme b) entweder In a further aspect, the present invention provides a method according to the present invention in which according to measure b) either
Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material aus a) durch Behandlung mit mindestens einem kohlenhydratspaltenden Enzym in Lösung gebracht wird, oder Hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) is brought into solution by treatment with at least one carbohydrate-splitting enzyme, or
Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material aus a) durch Behandlung mit wässriger alkalischer Lösung bei einer Temperatur von 20°C bis 50°C, bevorzugt von 25°C bis 35°C, in Lösung gebracht wird, oder  Hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) is brought into solution by treatment with aqueous alkaline solution at a temperature of 20 ° C to 50 ° C, preferably from 25 ° C to 35 ° C, or
Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material aus a) sowohl durch Behandlung mit wässriger alkalischer Lösung bei einer Temperatur von 20°C bis 50°C, bevorzugt von 25°C bis 35°C, als auch durch Behandlung mit mindestens einem kohlenhydratspaltenden Enzym in Lösung gebracht wird. Hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) both by treatment with aqueous alkaline solution at a temperature of 20 ° C to 50 ° C, preferably from 25 ° C to 35 ° C, as well as by treatment with at least one carbohydrate-splitting enzyme is brought into solution.
Die gelöste Hemicellulose kann durch Abtrennung der Lösung vom Feststoff aus der Lösung isoliert werden. The dissolved hemicellulose can be isolated by separating the solution from the solid from the solution.
Die kombinierten Massnahmen a) und b) in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung haben sich als besonders geeignet zur Abreicherung von Cellulose aus einem The combined measures a) and b) in a process according to the present invention have proven to be particularly suitable for depleting cellulose from a
lignocellulosischem Material herausgestellt. lignocellulosic material exposed.
Gegenüber den Methoden des Standes der Technik ist das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung zur Herstellung delignifizierten Zellstoffs aus lignocellulosischem Material ein Prozess, bei dem die separate Isolation aller Teilströme unter Gewinnung von hochwertigem schwefelfreiem Lignin ermöglicht wird. Ein wesentliche Vorteil des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung ist die hohe Delignifizierung bei hoher Selektivität. Durch die im Aufschluss durchgeführte Delignifizierung gemäß Massnahme a) wird die Porosität der Zellwände des lignocellulosischen Materials erhöht, so dass Compared with the methods of the prior art, the process of the present invention for producing delignified pulp from lignocellulosic material is a process in which the separate isolation of all streams is made possible to obtain high-grade sulfur-free lignin. An essential advantage of the process according to the present invention is the high delignification with high selectivity. By delignification carried out in the digestion according to measure a), the porosity of the cell walls of the lignocellulosic material is increased, so that
kohlehydratspaltende Enzyme in das Stroh eindringen und das enthaltene Xylan carbohydrate-cleaving enzymes penetrate the straw and the xylan contained
hydrolysieren können. Zudem können Aktivitätsverluste der Enzyme durch unspezifische Bindungen an das Lignin verringert werden. Zur Entfernung von Hemicellulose, insbesonders Xylan aus dem Lignocellulose-Material unter Konservierung der Cellulose gemäß Massnahme b) in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung eignen sich reine endo-l,4-ß-Xylanasen, z.B. Enzympräparate mit reiner Endoxylanase-Aktivität. can hydrolyze. In addition, activity losses of the enzymes can be reduced by non-specific binding to the lignin. For the removal of hemicellulose, in particular xylan from the lignocellulosic material with preservation of the cellulose according to measure b) in a method of the present invention, pure endo-l, 4-.beta.-xylanases, e.g. Enzyme preparations with pure endoxylanase activity.
Mischenzyme mit ß-Xylosidase oder α-L-Arabinofuranosidase Aktivität setzen in zu großen Teilen auch Cellulose um und müssen deshalb ausgeschlossen werden. Als Enzympräparate mit reiner Endoxylanase-Aktivität eignen sich beispielsweise Pentopan BG™ sowie Pulpzyme HC™. Die enzymatischen Reaktionen werden je nach Enzym bei den optimalen Bedingungen und pH-Werten durchgeführt. Mixing enzymes with β-xylosidase or α-L-arabinofuranosidase activity also convert too much cellulose and must therefore be excluded. As enzyme preparations with pure endoxylanase activity are, for example, Pentopan BG ™ and Pulpzyme HC ™. Depending on the enzyme, the enzymatic reactions are carried out under the optimum conditions and pH values.
Neben der enzymatischen Hydrolyse kann Xylan gemäß einem Aspekt der Masssnahme b) auch chemisch extrahiert werden. Hierbei wird die im Vergleich zur Cellulose hohe Funktionalisierung mit sauren Resten ausgenutzt. Durch Verwendung einer stark basischen Lösung kann Xylan selektiv aus einem mit Cellulose und Hemicellulose angereicherten Material extrahiert werden. Im Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird der pH- Wert gemäß Massnahme b) durch eine anorganische Base, z.B. einem Hydroxid, vorzugsweise Natronlauge, bei einer Stoffmenge von 1 bis 20 Gew.- bezogen auf die Flüssigkeitsmenge eingestellt. Die Extraktion wird bevorzugt bei einer Temperatur von 20°C bis 50°C, besonders bevorzugt von 25°C bis 35°C durchgeführt. In addition to the enzymatic hydrolysis xylan can also be extracted chemically according to one aspect of the measure b). This exploits the high functionalization with acidic residues compared to cellulose. By using a strongly basic solution, xylan can be selectively extracted from a cellulose and hemicellulose enriched material. In the process according to the invention, the pH according to measure b) is determined by an inorganic base, e.g. a hydroxide, preferably sodium hydroxide, adjusted at a molar amount of 1 to 20 parts by weight based on the amount of liquid. The extraction is preferably carried out at a temperature of 20 ° C to 50 ° C, more preferably from 25 ° C to 35 ° C.
Als Pulpe bezeichnet man, sofern nichts anderes angegeben ist, ein stark mit Cellulose angereichertes Material, wie zum Beispiel gemäß dem oben beschriebenen Verfahren durch Delignifizierung und Dexylanierung hergestelltes Material. Unless otherwise indicated, pulp is a highly cellulose-fortified material such as, for example, material produced by delignification and dexylanation according to the process described above.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird gemäß Massnahme c) das gemäß Massnahme b) erhaltene Material, das mit Hemicellulose abgereichert ist, Lignin, nämlich restliches Lignin, aus der Pulpe entfernt. Dazu wird entweder ein Sulfit, insbesondere ein Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumsulfit, bevorzugt Natriumsulfit und/oder Sauerstoff eingesetzt, um eine Pulpe mit kleinem Lignin-Gehalt zu erhalten. Es hat sich herausgestellt, dass die Anwendung einer Kombination von Sulfit und Sauerstoff zu einer wesentlich erhöhten Delignifizierungseffizienz führt. In a process according to the present invention, according to measure c), the material obtained in accordance with measure b), which has been depleted with hemicellulose, removes lignin, namely residual lignin, from the pulp. For this purpose, either a sulfite, in particular an alkali, alkaline earth or ammonium sulfite, preferably sodium sulfite and / or oxygen used to obtain a pulp with a low lignin content. It has been found that the use of a combination of sulfite and oxygen results in a significantly increased delignification efficiency.
Die nach Entfernung des (restlichen) Lignins erhaltende Lösung bietet ferner Möglichkeiten, das entfernte Lignin zu isolieren und zu nutzen. The solution obtained after removal of the (residual) lignin also provides opportunities to isolate and utilize the removed lignin.
Die Delignifizierungseffizienz ist wie folgt definiert: The delignification efficiency is defined as follows:
(Startwert Kap;pa— Endwert Kappa) x 100 (Start value cap; pa- end value kappa) x 100
Delignifizierungseffizienz = Delignification efficiency =
Startwert Kappa  Starting value Kappa
Der Kappa- Wert ist ein Maß für den Restligningehalt des Zellstoffs. The kappa value is a measure of the residual lignin content of the pulp.
Die Entfernung des (restlichen) Lignins in einer Variante gemäß Massnahme c) in einem Verfahren der vorliegender Erfindung unter Verwendung von Sulfit, z.B. Natriumsulfit, wird bei einer Temperatur von 90 °C bis 150 °C, bevorzugt von 120 °C bis 140 °C, durchgeführt. The removal of the (residual) lignin in a variant according to measure c) in a process of the present invention using sulfite, e.g. Sodium sulfite, at a temperature of 90 ° C to 150 ° C, preferably from 120 ° C to 140 ° C, performed.
Es wurde überraschenderweise herausgefunden, dass eine bessere Delignifizierung unter alkalischen Bedingungen stattfindet. Sulfit, wie Natriumsulfit, wird bevorzugt in einer Menge von 10 bis 100 Gew.- , insbesondere bevorzugt 20 Gew.- , bezogen auf die Trockenmasse, eingesetzt. Als Base wird eine anorganische Base, bevorzugt ein Hydroxid, z.B. Natronlauge, in einer Konzentration von 0,1 bis 3,0 Gew.- , bezogen auf die It has surprisingly been found that better delignification occurs under alkaline conditions. Sulphite, such as sodium sulphite, is preferably used in an amount of from 10 to 100% by weight, particularly preferably 20% by weight, based on the dry mass. As the base, an inorganic base, preferably a hydroxide, e.g. Sodium hydroxide, in a concentration of 0.1 to 3.0 parts by weight, based on the
Trockenmasse, verwendet. Damit kann ein optimaler pH-Wert von 9 bis 13 eingestellt werden. Zudem kann in einer Ausführungsform des Verfahrens ein Anthrachinonderivat, bevorzugt Natriumanthraquinon-2-sulfonat, in einer Menge vorzugsweise von 0,05 bis 5 Gew.- , insbesondere bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.- , am meisten bevorzugt in einer Menge von 0,5 Gew.- bezogen auf die Trockenmasse als Mediator hinzugegeben werden, um die Delignifizierungseffizienz zu erhöhen. Dry matter, used. Thus, an optimal pH of 9 to 13 can be set. In addition, in one embodiment of the process, an anthraquinone derivative, preferably sodium anthraquinone-2-sulfonate, in an amount of preferably from 0.05 to 5% by weight, more preferably in an amount of 0.1 to 1% by weight, most preferably in in an amount of 0.5% by weight, based on the dry matter, as a mediator to increase delignification efficiency.
In einer anderen Variante des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung gemäß Massnahme c) kann das (restliche) Lignin mittels Sauerstoff-Behandlung bei einer Temperatur von 60 bis 130°C, bevorzugt von 80°C bis 100°C, besonders bevorzugt bei 90°C entfernt werden. In another variant of the method according to the present invention according to measure c), the (residual) lignin can be removed by means of oxygen treatment at a temperature of 60 to 130 ° C, preferably from 80 ° C to 100 ° C, particularly preferably at 90 ° C. become.
Dabei wird eine anorganische Base, z.B. ein Hydroxid, wie Natronlauge, in einer Menge von 1,0 bis 10,0 Gew.- , bevorzugt in einer Menge von 6 Gew.- , bezogen auf die In this case, an inorganic base, for example a hydroxide, such as sodium hydroxide, in an amount of 1.0 to 10.0 parts by weight, preferably in an amount of 6 parts by weight, based on the
Trockenmasse, eingesetzt. Bei entsprechenden Sauerstoffbleiche wird ein Sauerstoffdruck, vorzugsweise von 1 bis 20 bar, besonders bevorzugt 10 bar, eingesetzt. Zudem wird in einer Ausführungsform dieses Verfahrens ein Anthrachinonderivat, bevorzugt Natriumanthra- quinon-2-sulfonat, in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.- , bevorzugt in einer Menge von 0,1 und 1 Gew.- , insbesondere bevorzugt in einer Menge von 0,5 Gew.- bezogen auf die Trockenmasse als Mediator hinzugegeben. Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass eine Ausführungsform, in der eine wässrige Lösung mit 0,1 bis 60 Vol-% Alkohol, bevorzugt 1 bis 5 Vol.- , insbesondere bevorzugt 3 Vol.-% eingesetzt wird, eine verbesserte Delignifizierungseffizienz ergibt. Dry matter, used. With appropriate oxygen bleaching an oxygen pressure, preferably from 1 to 20 bar, particularly preferably 10 bar, is used. In addition, in one embodiment of this process, an anthraquinone derivative, preferably sodium anthraquinone-2-sulfonate, in an amount of 0.05 to 5% by weight, preferably in an amount of 0.1 and 1% by weight, particularly preferably in one Amount of 0.5 wt. Added to the dry mass as a mediator. Surprisingly, it has been found that an embodiment in which an aqueous solution with 0.1 to 60% by volume of alcohol, preferably 1 to 5% by volume, particularly preferably 3% by volume is used, gives improved delignification efficiency.
Zur Erreichung einer angestrebten Delignifizierungseffizienz bei der Entfernung von restlichem Lignin des nach der Abtrennung von Hemicellulose und Lignin erhaltenen Zellstoffs können die jeweiligen prozentuellen Zusammensetzungen aller In order to achieve a desired delignification efficiency in the removal of residual lignin of the pulp obtained after the separation of hemicellulose and lignin, the respective percentage compositions of all
Delignifizierungskomponenten sowie die Reaktionsparameter Temperatur, Reaktionsdauer und Feststoffkonzentration angepasst werden. Delignification components and the reaction parameters temperature, reaction time and solids concentration can be adjusted.
Zellstoff, der gemäß vorliegender Erfindung hergestellt wurde, z.B. mit der durch das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung erreichbaren Kappazahl und Viskosität, ist neu und ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Pulp made in accordance with the present invention, e.g. with the kappa number and viscosity achievable by the process of the present invention is novel and also subject of the present invention.
In einen anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung Zellstoff, herstellbar, inbesondere hergestellt, nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung. In another aspect, the present invention provides pulp, preparable, in particular manufactured, by a process of the present invention.
Mit den nachfolgenden Beispielen wird der Einfluss des Ethanol- und des Mediator-Gehalts, sowie der Reaktionsdauer auf die Delignifizierungseffizienz aufgezeigt. The following examples show the influence of the ethanol and mediator content as well as the reaction time on the delignification efficiency.
In den nachfolgenden Beispielen sind alle Temperaturen in °C angegeben. In the following examples all temperatures are given in ° C.
Beispiel 1 example 1
a) Aufschluss Weizenstroh (21,0 Gew.-% Ligningehalt, 20,9 Gew.-% Xylangehalt, 36,8 Gew.-% a) digestion Wheat straw (21.0% by weight lignin content, 20.9% by weight xylan content, 36.8% by weight
Cellulo segehalt bezogen auf die Trockenmasse) wird auf eine Partikelgröße von 2 mm mit einer Ultrazentrifugalmühle zerkleinert. Das zerkleinerte Stroh wird in einer Mischung aus Wasser, Ethanol (Alkoholgehalt 60 Vol.-%) und Natronlauge (8 Gew.-% bezogen auf Trockenmasse) suspendiert. Die Mischung wird bei konstanter Temperatur von 70 °C für 18 Stunden mechanisch gerührt. Anschließend wird der erhaltene Feststoff abgepresst und mit ausreichender Menge Wasser gewaschen, wobei ein mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material erhalten wird. Ausbeute und wichtige Parameter vom erhaltenden Material sind unten in der Tabelle 2 dargestellt. Cellulo segehalt based on the dry mass) is crushed to a particle size of 2 mm with an ultracentrifugal mill. The crushed straw is suspended in a mixture of water, ethanol (alcohol content 60% by volume) and sodium hydroxide solution (8% by weight, based on dry matter). The mixture is stirred mechanically at a constant temperature of 70 ° C for 18 hours. Subsequently, the resulting solid is squeezed and washed with sufficient water to give a cellulosic and hemicellulose-enriched material. Yield and important parameters of the resulting material are shown in Table 2 below.
Tabelle 2 Table 2
Aufschlussparameter  informative parameters
Feststoffausbeute 60,1 + 3,1 % Solids yield 60.1 + 3.1%
Delignifizierung 78 + 6 %  Delignification 78 + 6%
Ligningehalt des Feststoffs 8,2 +1,1 %  Lignin content of the solid 8.2 + 1.1%
Delignifizierung 75 + 5 %  Delignification 75 + 5%
Extrahiertes Lignin 15,8 +1,18 g  Extracted lignin 15.8 +1.18 g
pro 100 g Weizenstroh  per 100 g wheat straw
Extrahierter Zucker 1,4 ± 0,4 g  Extracted sugar 1.4 ± 0.4 g
pro 100 g Weizenstroh b) Dexylanierung (chemisch und enzymatisch)  per 100 g wheat straw b) dexylanation (chemical and enzymatic)
Mit Cellulose und Hemicellulose angereicherte Material aus a) (ca. 58,2 Gew.- Cellulo segehalt, ca. 36,9 Gew.- Xylangehalt, ca. 8.2 Gew.- Ligningehalt) wird in einer zweistufigen Sequenz dexylanisiert. Das Material wird dazu zunächst in einer auf 30°C temperierten 10 -igen Natronlauge bis zu einem Trockenmasseanteil von 10 Gew.- suspendiert und bei dieser Temperatur für 30 Minuten gerührt. Nach dieser Zeit wird die homogene Mischung abfiltriert und mit verdünnter Salzsäure und Wasser neutralgewaschen. Der erhaltene Filterkuchen wird in einer 50 mm Acetatpufferlösung bis zu einem  Material enriched with cellulose and hemicellulose from a) (about 58.2% by weight cellulose content, about 36.9% by weight xylange content, about 8.2% by weight lignin content) is dexylanized in a two-stage sequence. To this end, the material is first suspended in a 10% sodium hydroxide solution heated to 30 ° C. to a dry mass fraction of 10% by weight and stirred at this temperature for 30 minutes. After this time, the homogeneous mixture is filtered off and washed neutral with dilute hydrochloric acid and water. The filter cake obtained is in a 50 mm acetate buffer solution to a
Feststoff anteil von 10 % bezogen auf die Trockenmasse suspendiert, woraufhin der pH-Wert auf 5 korrigiert wird. Zu dieser Mischung werden 150 U Pentopan BG™ pro g Zellstoff hinzugegeben, woraufhin die Suspension für 72 Stunden auf 50°C erhitzt wird. Danach wird die wässrige Phase abgepresst und mit der doppelten Menge an Wasser gewaschen, wobei die Pulpe erhalten wird. Es wurde eine Feststoffausbeute von 75% der eingesetzten Trockenmasse erhalten. Die wichtige Parameter der Pulpe sind unten in Tabelle 3 zusammengestellt. Solid content of 10% based on the dry mass suspended, whereupon the pH is corrected to 5. To this mixture is added 150 U of pentopane BG ™ per g of pulp, after which the suspension is heated to 50 ° C for 72 hours. After that will the aqueous phase is squeezed out and washed with twice the amount of water, whereby the pulp is obtained. A solids yield of 75% of the dry matter used was obtained. The important parameters of the pulp are summarized in Table 3 below.
Tabelle 3 Table 3
Parameter Zusammensetzung Parameter composition
Cellulose 80,9 % Cellulose 80.9%
(Rest)xylan 2,2 %  (Remainder) xylan 2.2%
Asche 1,0 %  Ash 1.0%
(Rest)lignin 10,4 %  (Remainder) lignin 10.4%
(Rest)arabinan 0,7 %  (Rest) arabinan 0.7%
Andere Zucker und Uronsäuren 1,8 %  Other sugars and uronic acids 1.8%
MW Cellulose 2200 kDa  MW cellulose 2200 kDa
Kristallform Cellulose I + II  Crystal form cellulose I + II
Kappazahl 57,6  Kappa number 57.6
CuEn Viskosität 694 ml/g  CuEn viscosity 694 ml / g
Polymerisationsgrad 1850  Degree of polymerization 1850
Weißgrad 32,6 % ISO c) Delignifizierung  Whiteness 32.6% ISO c) delignification
Die Pulpe aus b) wurde im Wasser bis zu einem Trockenmasseanteil von 4 Gew.-% suspendiert. 7,6 Gew.-% NaOH und 0,5 Gew.-% Mg2+ bezogen auf die Trockenmasse des Zellstoffs wurden der Reaktionsmischung zugesetzt. Die Delignifizierung wurde unter 02 Druck von 10 bar und bei Temperatur von 90°C während 4 Stunden durchgeführt. Danach wurde die Pulpe mit einer ausreichenden Menge Wasser gewaschen und getrocknet. Anschließend wurde die Kappa-Zahl und Viskosität bestimmt. The pulp of b) was suspended in water to a dry weight content of 4% by weight. 7.6% by weight of NaOH and 0.5% by weight of Mg 2+ based on the dry weight of the pulp were added to the reaction mixture. The delignification was carried out under 0 2 pressure of 10 bar and at a temperature of 90 ° C for 4 hours. Thereafter, the pulp was washed with a sufficient amount of water and dried. Subsequently, the kappa number and viscosity were determined.
Beispiel 2 Aufschluss und Dexylanierung wurden wie im Beispiel 1 durchgeführt. Durchführung und Ansatz der Delignifizierung entsprechen Beispiel la), außer, dass anstatt Wasser eine 3 ige wässrige Ethanollösung als Reaktionsmedium verwendet wurde. Example 2 Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. Carrying out and approach of the delignification correspond to Example la), except that instead of water, a 3% aqueous ethanol solution was used as the reaction medium.
Beispiel 3 Example 3
Aufschluss und Dexylanierung wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Durchführung und Ansatz der Delignifizierung entsprechen Beispiel 1, wobei aber bei der Delignifizierung zusätzlich 6,3 Gew.- Anthrachinon-2-sulfonsäure Natriumsalz Monohydrat bezogen auf die gesamte getrocknete Masse als Mediator hinzugegeben wurden.  Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. Carrying out and approach of the delignification correspond to Example 1, but added during the delignification in addition 6.3 parts by weight anthraquinone-2-sulfonic acid sodium salt monohydrate based on the total dried mass as a mediator.
Beispiel 4 Example 4
Aufschluss und Dexylanierung wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Durchführung und Ansatz der Delignifizierung entsprechen Beispiel 3, außer dass anstatt Wasser eine 3 ige wässrige Ethanollösung als Reaktionsmedium verwendet wurde.  Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. The procedure and approach of delignification correspond to Example 3, except that instead of water, a 3% aqueous ethanol solution was used as the reaction medium.
Beispiel 5 Example 5
Aufschluss und Dexylanierung wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Durchführung und Ansatz der (Rest)delignifizierung entsprechen Beispiel 3, außer dass die Reaktionszeit auf 16 Stunden verlängert wurde.  Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. Procedure and approach of (residual) delignification correspond to Example 3, except that the reaction time was extended to 16 hours.
Beispiel 6 Example 6
Aufschluss und Dexylanierung wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Durchführung und Ansatz der (Rest)delignifizierung entsprechen Beispiel 5, außer dass anstatt Wasser eine 3 - ige Ethanol- Wasser-Mischung als Reaktionsmedium verwendet wurde.  Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. The procedure and approach of (residual) delignification correspond to Example 5, except that instead of water, a 3% ethanol-water mixture was used as the reaction medium.
Beispiel 7 Example 7
Aufschluss und Dexylanierung wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Pulpe wurde zur Delignifizierung im Wasser bis zu einem Trockenmasseanteil von 4 Gew.- suspendiert und mit 64 Gew.- Natriumsulfit und 1,5 Gew.- Natriumhydroxid in Gegenwart von 2,0 Gew.- Anthrachinon-2-sulfonsäure Natriumsalz Monohydrat bezogen auf die  Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. The pulp was suspended in the water to delignify to a dry weight level of 4% by weight and was charged with 64% by weight sodium sulfite and 1.5% by weight sodium hydroxide in the presence of 2.0% by weight anthraquinone-2-sulfonic acid sodium salt monohydrate the
Trockenmasse der Pulpe umgesetzt. Die Reaktionszeit betrug 1 Stunde bei einer Temperatur von 130°C. Nach der Delignifizierung wurde die Pulpe mit einer ausreichenden Menge Wasser gewaschen und getrocknet. Anschließend wurde die Kappa-Zahl und Viskosität bestimmt. Dry mass of pulp reacted. The reaction time was 1 hour at a temperature of 130 ° C. After delignification, the pulp became a sufficient amount Washed water and dried. Subsequently, the kappa number and viscosity were determined.
Beispiel 8 Example 8
Die nach dem Beispiel 7 hergestellte Pulpe wurde mit Sauerstoff und Alkali gebleicht. Die Reaktionsdurchführung und der Reaktionsansatz waren wie im Beispiel 4 für die  The pulp prepared according to Example 7 was bleached with oxygen and alkali. The reaction procedure and the reaction mixture were as in Example 4 for the
Delignifizierung beschrieben. Delignification described.
Beispiel 9 Example 9
Aufschluss und Dexylanierung wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Durchführung und Ansatz der Delignifizierung entsprechen Beispiel 7, außer dass die Reaktion bei Temperatur von 140°C während 3 Stunden durchgeführt wurde.  Digestion and dexylanation were carried out as in Example 1. The procedure and approach of delignification are the same as Example 7, except that the reaction was carried out at a temperature of 140 ° C for 3 hours.
Beispiel 10 Example 10
Die nach dem Beispiel 9 hergestellte Pulpe wurde mit Sauerstoff und Alkali gebleicht. Die Reaktionsdurchführung und der Reaktionsansatz entsprachen den in Beispiel 4 bezüglich der Delignifizierung beschriebenen Angaben.  The pulp prepared according to Example 9 was bleached with oxygen and alkali. The reaction procedure and the reaction batch corresponded to the information described in Example 4 with respect to the delignification.
Die Kappa-Zahlen und Viskositätsergebnisse der einzelnen Delignifizierungsmethoden sind unten in Tabelle 4 dargestellt. The kappa numbers and viscosity results of the individual delignification methods are shown in Table 4 below.
Der Kappa-Wert wird nach DIN 54357 bestimmt und ist ein Maß für den (Rest)ligningehalt des Zellstoffs. Die Viskositätsbestimmung wurde in 0,5 m wässriger Kupferethylendiamin- Lösung (CuEn) mit einem Ubbelohde-Kapilarviskosimeter nach einer vereinfachten  The kappa value is determined according to DIN 54357 and is a measure of the (residual) lignin content of the pulp. The viscosity was determined in a 0.5 m aqueous copper ethylenediamine solution (CuEn) using a Ubbelohde capillary viscometer after a simplified
Versuchdurchführung vorgenommen, wobei dieselbe Kapillare für Probe und Blindwert verwendet wurde (SCAN-C 15:62, SCAN-C 16:62 und SCAN-CM 15:88). The same capillary was used for sample and blank (SCAN-C 15:62, SCAN-C 16:62 and SCAN-CM 15:88).
Wie man aus Tabelle 4 unten erkennen kann, konnte eine deutlich stärkere Reduktion der Kappa-Zahl in den Versuchen erreicht werden, in denen EtOH von Anfang an zugesetzt wurde. Die Delignifizierung seffizienz ist hierbei überraschenderweise wesentlich stärker als bei vergleichbaren Bleichprozessen von Kraft-Zellstoff. As can be seen from Table 4 below, a significantly greater reduction in kappa number could be achieved in the experiments in which EtOH was added from the beginning. The delignification efficiency here is surprisingly much stronger than in comparable bleaching processes of kraft pulp.
Tabelle 4 Kappa, Delignifizierungseffizienz, Viskosität, Table 4 Kappa, delignification efficiency, viscosity,
mL % mL/L  mL% mL / L
Beispiel 1 31,8 44,5 699  Example 1 31.8 44.5 699
Beispiel 2 27,8 51,5 740  Example 2 27.8 51.5 740
Beispiel 3 28,3 50,6 717  Example 3 28.3 50.6 717
Beispiel 4 24,7 56,9 758  Example 4 24.7 56.9 758
Beispiel 5 18,1 68,4 715  Example 5 18.1 68.4 715
Beispiel 6 14,6 74,5 736  Example 6 14.6 74.5 736
Beispiel 7 29,7 48,2 915  Example 7 29.7 48.2 915
Beispiel 8 9,7 83,1 809  Example 8 9.7 83.1 809
Beispiel 9 19,4 66,3 971  Example 9 19.4 66.3 971
Beispiel 10 7,7 86,6 843  Example 10 7.7 86.6 843
Wenn die Pulpe vor der Sauerstoffbleiche zusätzlich mit Na2S03 delignifiziert wurde, konnte überraschenderweise eine wesentlich niedrigere Kappa-Zahl von 7,7 ml nach zwei When the pulp was additionally delignified with Na 2 S0 3 prior to oxygen bleaching, surprisingly, a significantly lower kappa number of 7.7 ml could be obtained after two
Bleichschritten erreicht werden, was insgesamt einer Delignifizierung von 86,6 % entspricht. Im Vergleich zu nur mit Sauerstoff gebleichtem Zellstoff (Beispiel 6) besteht eine Kappa- Zahldifferenz von ca. 6,9 ml. Diese Differenz ist bedeutsam im Hinblick auf die industrielle Anwendung, wenn man bedenkt, dass allgemein bei niedriger Kappa-Zahl die Bleaching steps are achieved, which corresponds to a total delignification of 86.6%. Compared to pulp bleached only with oxygen (example 6), there is a kappa number difference of about 6.9 ml. This difference is significant in terms of industrial application, considering that, in general, at low kappa number
Ligninentfernung schwieriger ist und teure selektive Delignifizierungsreagenzien benötigt werden. Darüber hinaus ist die Viskosität des in einem zweistufigen Verfahren Lignin removal is more difficult and expensive selective delignification reagents are needed. In addition, the viscosity of in a two-stage process
delignifizierten Zellstoffs höher als die von Zellstoff, der nur mit Sauerstoff gebleicht wurde. Beispielsweise wurde die nach dem Beispiele 10 hergestellte Pulpe weiterhin mit delignified pulp higher than that of pulp bleached with oxygen only. For example, the pulp produced according to Example 10 was further used with
Peroxyessigsäure gebleicht. Peroxyessigsäure wurde in einer Menge von 10 Gew.- , bezogen auf Trockenmasse, eingesetzt. Die Stoffdichte betrug 4%, die Temperatur 70°C. Nach einer Reaktionszeit von 3 Stunden wurde der Zellstoff mit einer ausreichenden Menge Wasser gewaschen und getrocknet. Anschließend wurde eine Kappa-Zahl von 1,2 ml gemessen. Peroxyacetic acid bleached. Peroxyacetic acid was used in an amount of 10% by weight, based on dry matter. The consistency was 4%, the temperature 70 ° C. After a reaction time of 3 hours, the pulp was washed with a sufficient amount of water and dried. Subsequently, a kappa number of 1.2 ml was measured.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff mit niedrigem Ligningehalt, gekennzeichnet durch eine Kombination der Massnahmen, dass 1. A process for the production of low lignin pulp characterized by a combination of the measures
a) lignocellulosisches Material mit einer wässrigen Lösung, welche einen C1-6- Alkohol enthält und einen pH-Wert von 10 bis 14 aufweist, bei einer Temperatur unter 100°C behandelt wird, worauf die wässrige Lösung, in der Lignin, das aus der Lignocellulose abgespalten wurde, gelöst vorliegt, vom Feststoff, der ein mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material darstellt, abgetrennt wird, b) Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereicherten Material aus a) entfernt wird, a) lignocellulosic material with an aqueous solution containing a C 1-6 - alcohol and having a pH of 10 to 14, is treated at a temperature below 100 ° C, whereupon the aqueous solution, in the lignin, the the lignocellulose is cleaved, separated from the solid, which is a material enriched with cellulose and hemicellulose, b) hemicellulose is removed from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a),
c) das in b) erhaltene Material, das mit Hemicellulose abgereichert ist, in wässriger alkalischer Lösung mit einem Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumsulfit, insbesondere Na2S03, und/oder mit Sauerstoff, behandelt wird, wobei Lignin in Lösung geht und Zellstoff mit niedrigem Ligningehalt erhalten wird. c) the material obtained in b), which is depleted in hemicellulose, in aqueous alkaline solution with an alkali, alkaline earth or ammonium sulfite, in particular Na 2 S0 3 , and / or treated with oxygen, wherein lignin goes into solution and Pulp with low lignin content is obtained.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in b) Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material aus a) durch 2. The method according to claim 1, characterized in that in b) hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) by
Behandlung mit mindestens einem kohlenhydratspaltenden Enzym in Lösung gebracht wird.  Treatment with at least one carbohydrate-cleaving enzyme is brought into solution.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in b) Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material aus a) durch 3. The method according to claim 1, characterized in that in b) hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) by
Behandlung mit wässriger alkalischer Lösung bei einer Temperatur von 20°C bis 50°C, bevorzugt von 25°C bis 35°C, in Lösung gebracht wird.  Treatment with aqueous alkaline solution at a temperature of 20 ° C to 50 ° C, preferably from 25 ° C to 35 ° C, brought into solution.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in b) Hemicellulose aus dem mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material aus a) sowohl durch Behandlung mit wässriger alkalischer Lösung bei einer Temperatur von 20°C bis 50°C, bevorzugt von 25°C bis 35°C, als auch durch Behandlung mit mindestens einem kohlenhydratspaltenden Enzym in Lösung gebracht wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that in b) hemicellulose from the cellulosic and hemicellulose-enriched material from a) both by treatment with aqueous alkaline solution at a temperature of 20 ° C to 50 ° C, preferably from 25 ° C. to 35 ° C, as is brought into solution by treatment with at least one carbohydrate-splitting enzyme.
5. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in c) eine Temperatur von 90°C bis 150°C, bevorzugt von 120°C bis 140°C verwendet wird, wenn Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumsulfit eingesetzt wird. 5. The method according to claim any one of claims 1 to 4, characterized in that in c) a temperature of 90 ° C to 150 ° C, preferably from 120 ° C to 140 ° C is used when alkali, alkaline earth or ammonium sulfite is used.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in C) eine Temperatur von 60°C bis 130°C, bevorzugt von 80°C bis 100°C verwendet wird, wenn Sauerstoff eingesetzt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in C) a temperature of 60 ° C to 130 ° C, preferably from 80 ° C to 100 ° C is used when oxygen is used.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that as
lignocellulosisches Material Stroh, Bagasse, Energiegräser, insbesondere  lignocellulosic material straw, bagasse, energy grasses, in particular
Elefanten gras, Switchgras, und/oder Spelzen, insbesondere Deckspelzen, eingesetzt wird.  Elephant grass, switch grass, and / or husks, especially lobes, is used.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das lignocellulosische Material in der wässrigen Lösung in einer Stoffdichte von 3 bis 30 Gew.- bezogen auf die Trockenmasse vorliegt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the lignocellulosic material in the aqueous solution in a consistency of 3 to 30 wt .- based on the dry mass.
9. Verfahren nach einm der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in c) ein Anthrachinonderivat, bevorzugt Natriumanthraquinon-2-sulfonat, in einer Menge von 0.05 bis 5 Gew.- , bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.- , insbesondere bevorzugt in einer Menge von 0,5 Gew.- bezogen auf die Trockenmasse als 9. The method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in c) an anthraquinone derivative, preferably sodium anthraquinone-2-sulfonate, in an amount of 0.05 to 5 parts by weight, preferably in an amount of 0.1 to 1 wt .-, particularly preferably in an amount of 0.5% by weight based on the dry mass as
Mediator hinzugegeben wird.  Mediator is added.
10. Zellstoff, herstellbar, inbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 10. Pulp, producible, in particular produced according to one of claims 1 to 9.
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