FI63439B - Saett att reducera maengden inkruster i samband med hydrolys av pentosanhaltigt material - Google Patents

Description

63439

Tapa vähentää karstan määrää pentosaanipitoisen aineen hydrolyysin yhteydessä Tämä keksintö kohdistuu tapaan vähentää karstan määrää laitteistopinnoilla, putkien pinnoilla ja sentapaisilla pinnoilla pentosaanipitoisen aineen, kuten puuhakkeen, heinän ja sentapaisen hydrolyysin yhteydessä. Lisäämällä pinta-aktiivista seosta estetään määrättyjä reaktiotuotteista saostumasta pinnoille.

Pentosaanipitoista ainetta hydrolysoitaessa saadaan tavallisesti häiritseviä kerrostumia aiheutuen siitä, että reaktiotuotteet tietyssä määrin polymeroituvat ja saostuvat laitteistopinnoille, putkistopinnoille ja sentapaisille pinnoille. Saostumispyrkimys on erityisen merkittävä kylmillä pinnoilla. Koska nämä karstat tukkeavat putket, pumput, lämmönvaihtimet, astiat ja sentapaiset ollaan pakotettuja keskeyttämään tuotanto tasaisin aikavälein laitoksen puhdistamiseksi. Tämä puhdistus on aikaavievä ja aiheuttaa, paitsi suoranaisia kustannuksia puhdistuksesta, myös kustannuksia, jotka johtuvat tuotantokat-koista.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on nyt osoittautunut mahdolliseksi olennaisesti rajoittaa karstan muodostumista lisäämällä pentosaanipitoisen aineen hydrolyysin yhteydessä erityinen pinta^aktiivisten yhdisteiden yhdistelmä, jolla on kyky hienontaa polymeeri ja muodostaa emulsio, joka jäähdytettäessä muuttuu pienten osasten dispersioksi. Keksinnön mukaisessa tavassa suoritetaan hydrolyysi lisäämällä: a) pinta-aktiivista fofaattia, jolla on yleinen kaava 2 63439

R - (OC2H4)n - ^OH

pv I

X - (/ \> jossa R on 6-24 hiiliatomia sisältävä hiilivetyryhmä, n on 6-10 ja X tarkoittaa vetyä tai ryhmää R-(OC2H4)n-, tai sen suolaa tai polyfosfaattia, ja b) pinta-aktiivista yhdistettä, joka on anioninen pH-arvossa 3, jolloin a):n ja b):n välinen määräsuhde on 20:1 - 1:20, edullisesti 15:1 - 1:10.

Fosfaattiesterin a) ja anionisen yhdisteen b) lisäksi voidaan myös lisätä c) ei-ionista pinta-aktiivista alkeenioksidiadduktia, jonka HLB-arvo on 8-14 0-200 %:n määrässä, edullisesti 0-50 % ja kaikkein edullisimmin 5-40 % a):n ja b):n yhteenlasketusta painosta. HLB-arvo on tällöin johdettu N. Schönfeldtin menetelmän mukaisesti,, jota on selostettu julkaisussa "Surface Active Ethylene Oxide Adducts", First English Edition 1969, sivu 227.

Ainesosilla a), b) ja c) ei ole erikseen minkäänlaista tai ainoastaan merkityksetön kyky vähentää karstan muodostumista. Tämän vuoksi on hyvin yllättävää, että a):n ja b):n tai kaikkien kolmen pinta-aktiivisen ainesosan yhdistelmällä on kyky alentaa karstan määrää yli 90 %. Seoksen li-säysmäärä on sopivasti 0,02-2, edullisesti 0,1-1,0 % kuivasta pentosaanipitoisesta aineesta. On myös osoittautunut, että keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan huomattavia määriä aikaisemmassa hydrolyysissä muodostunutta karstaa irrottaa.

Kaavan I mukainen fosfaatti on edullisesti yhdiste, jossa R on suora tai haarautunut, tyydyttynyt tai tyydytty-mätön alifaattinen 8-22 hiiliatomia sisältävä ryhmä, 3 63439 mono-, di- tai trialkyylisubstituoitu fenyyliryhmä, jossa on kaiken kaikkiaan 6-18 hiiliatomia alkyyliryh-missä tai alkyylisykloalkyyliryhmä, jossa on kaikkiaan 8-22 hiiliatomia, ja n on 0-3, edullisesti 0, tai sen suola alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium-tai amiiniyhdisteen kanssa. Fosfaattiesterillä on yhdessä keksinnön mukaisesti selostettujen non- tai anioni-aktiivisten pinta-aktiivisten yhdisteiden kanssa paitsi hyviä emulgoivia ominaisuuksia myös vaahtoa sammuttava ja korroosiota ehkäisevä kyky.

Anioniaktiivinen pinta-aktiivinen yhdiste b) voidaan periaatteessa vapaasti valita sulfaatti- ja sulfonaatti-yhdisteistä. Muutamia periaatteellisesti tärkeimmistä yhdistetyypeistä, jotka ovat käytettävissä ovat R-OSO3H ·, R-^S03H ·, R-S03H ; ROOCCH2 roocchso3 jossa R tarkoittaa 8-22 hiiliatomia sisältävää hydrofobista ryhmää, tai sen suolaa alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium- tai amiiniyhdisteen kanssa.

Anionisista pinta-aktiivisista yhdisteistä voidaan erityi-sest- mainita alkyyliaryylisulfonaatti, jolla on yleinen kaava

^3©-S°3H

K3 jossa R^, R2 ja R3 toisistaan riippumatta tarkoittavat 1-18 hiiliatomia sisältävä alkyyliryhmää tai vetyä, jolloin hiiliatomien kokonaismäärä alkyyliryhmissä on 6-22, tai sen suola alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium- tai amiiniyhdisteen kanssa. Sopivia sulfonaatteja ovat dodekyylibentseenisulfonaatti ja nonyylibentseeni-sulfonaatti.

4 63439

Eräs toinen sopiva anionisesti pinta-aktiivinen yhdiste on alkyylisulfaatti, joka voidaan havainnollistaa ylei-sekkä kaavalla r-oso3h jossa R on suora tai haarautunut, tyydyttynyt tai tyydyt-tymätön alifaattinen 8-22 hiiliatomia sisältää ryhmä, tai sen suola alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium- tai amiiniyhdisteen kanssa. Erityisinä esimerkkeinä alkyylisulfaateista voidaan mainita lauryylisulfaat-ti, myristyylisulfaatti, stearyylisulfaatti ja oleyyli-sulfaatti.

Kolmas sopiva anioninen yhdiste on α-olefiinisulfonaat-ti, joka sisältää 8-22 hiiliatomia sisältävän alifaatti-sen hiilivetytähteen.

Keksinnön mukainen nonioninen pinta-aktiivinen yhdiste c) voi periaatteessa muodostua kaikista tunnetuista tyypeistä. Ensisijaisia ovat monoalkyylifenolien, dialkyy-lifenolien, rasva-alkoholien, sekundääristen alkoholien, rasvahappojen, rasvahappoamidien ja alkyylimerkaptaanien sekä hydroksyylipitoisten alkyylisulfidien, alkyylisulf-oksidien ja alkyylisulfonien alkyleenioksidiadduktit, joissa yhdisteissä hiiliatomien kokonaismäärä hydrofobisessa osassa on 8-22 hiiliatomia, ja polyalkyleenigly-koliketjussa on 4-40 alkyleeniglykoliryhmää. Erityisen suosittuja ovat nonioniset yhdisteet, joihin kuuluu yleinen kaava

R0<c2H40>Pl<cnH2n0)p2H

jossa R tarkoittaa alifaattista tai sykloalifaattista ryhmää, jossa on 8-22, edullisesti 8-14 hiiliatomia tai mono- tai dialkyylifenyyliryhmää, jossa on kokonaisuu-desaan 4-24, edullisesti 8-18 hiiliatomia alkyyliryh-missä, n on 3 tai 4, p^ on 4-40, edullisesti 5-12, kun 5 63439 R on alifaattinen tai sykloalifaattinen ryhmä ja 6-18, kun R on mono-, tai dialkyylifenyyliryhmä, ja P2 on 0- 5, edullisesti 0-3. Erityisiä esimerkkejä sopivista nonionisista pinta-aktiivisista yhdisteistä, joita tämä kaava käsittää, ovat dekyylialkoholin, lauryylialkoho-lin, myristyylialkoholin, setyylialkoholin, stearyylial-koholin, eikosyylialkoholin, oleyylialkoholin, syklo-oktanolin, syklododekanolin, sykloheksadekanolin, oktyy-lifenolin, nonyylifenolin, dodekyylifenolin, heksadekyy-lifenolin, dibutyylifenolin, dioktyylifenolin ja dino-nyylifenolin etyleenioksidiadduktit.

Muita sopivia nonionisia pinta-aktiivisia yhdisteitä ovat alkyylimerkaptaanien ja luonnollisten tai synteettisesti johdettujen karboksyylihappojen alkyleenioksidiadduktit. Näitä yhdisteitä voidaan havainnollistaa yleisellä kaavalla

SA(C2H4°)p1<cnH2n0>p2H

jossa R ja n, p^ ja P2 tarkoittavat samaa kuin yllä kun taas A tarkoittaa rikkiä tai ryhmää

O

II

- c - o -

Sopivia nonionisia yhdisteitä ovat myös alkyyliamido-alkyleenioksidiadduktit, edullisesti ne, joilla on yleinen kaava

O ^<C2H40> H RC-N

\(C2H4°)n2H

jossa R tarkoittaa samaa kuin yllä ja n^ ja nj ovat 1- 20.

Nonionisten pinta-aktiivisten yhdisteiden lisäryhmä, joka tässä yhteydessä on käyttökelpoinen, ovat nk. kappa- 6 63439 lepolymeerit. Nämä rakentuvat segmenteistä, jotka muodostuvat etyleenioksidin, propyleenioksidin ja mahdollisesti butyleenioksidin additiopolymeereistä. Propyleeni-oksidi- ja vaihtoehtoisesti butyylioksidiosan tai -osien moolipainon tulee tässä olla 1000-4000, kun taas etylee-nioksidiosan tai -osien moolipaino on noin 500-2000.

Keksintöä toteutettaessa voidaan pinta-aktiiviset ainesosat lisätä erikseen tai seoksena. Käytännön syistä on osoittautunut soveliaaksi ensin valmistaa pinta-aktiivis-ten yhdisteiden vesiliuos ja sen jälkeen lisätä tämä vesiliuos sopivana määränä. Pinta-aktiivisten yhdisteiden lisäyksen aika ja paikka ei ole kriittinen muissa suhteissa kuin että tämän tulee tapahtua viimeistään silloin ja sillä kohtaa, jossa karstaongelma esiintyy. Lisäys tapahtuu edullisesti reaktiovaiheen hydrolysaatti-seokseen tai hydrolysaattiin ja kondensaattiin sitä seu-raavissa käsittelyvaiheissa.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkkien avulla. Esimerkit 1-6

Autoklaaviin panostettiin 220 g kuivaksi laskettua pyök-kipuuta hakkeen muodossa teräslankakoriin ja kokonaisuudessaan 770 g vettä. Autoklaavi suljettiin ja kuumennettiin 179°C:een 65 minuutissa ja pidettiin tässä lämpö tilassa 75 min. Hydrolyysin päätyttyä laskettiin hydro-lysaatti ulos ja johdettiin metalliastiaan, jossa hydro-lysaatti jäähdytettiin huoneen lämpötilaan ja pidettiin siinä 24 tuntia. Kun hydrolysaatti vietiin metalliastiaan, lisättiin vesiliuosta, jossa oli alla olevassa taulukossa esiintyvät yhdisteet. Pinta-aktiivisten yhdisteiden kokonaismäärä oli 0,55 g. 24 tunnin jälkeen metalli-astiassa laskettiin hydrolysaatti ulos ja karstan määrä määritettiin. Seuraavat tulokset saatiin.

7 63439

Esimerkki Kunkin pinta-aktiivisen Saostuminen, yhdisteen paino-% pinta- karstan prosen-aktiivisten yhdisteiden tuaalinen määrä kokonaismäärästä ^ panostetusta pX pyökkipuusta A (nollakoe) 000 2,44 B 100 0 0 2,10 C 0 100 0 2,05 D 0 0 100 1,56 E 0 50 50 1,65 F 50 0 50 2,35 1 50 50 0,34 2 80 10 10 0,10 3 55 22,5 22,5 0,20 4 25 65 10 0,60 5 10 80 10 0,32 6 25 10 65 0,66 XF = C-^Q-alkyylifosfaatti A = natriumdodekyylibentseenisulfonaatti

N = C9H17~@~°<C2H40)6H

Tuloksesta ilmenee, että keksinnön mukaisella tavalla saatiin merkittävä vaikutus. Saostunut määrä aleni noin 60-95 %. Pinta-aktiivisten yhdisteiden erilliskäyttö tai käyttö muina yhdistelminä kuin keksinnön mukaisesti antoi ainoastaan rajoitetun parannuksen.

Esimerkit 7-10

Samoin kuin yllä olevassa esimerkissä 3 suoritettiin pyökkipuun hydrolyysi, mutta ainoastaan sillä poik keuksella, että esimerkeissä 7 ja .8 oli alkyylifosfaatti- 6 3 4 3 9 8 esteri C -alkyylifosfaatti, tai nonyylifenoksitetra- 16-20 (etyleenioksi)fosfaatti, ja esimerkeissä 8 ja 9 oli anio-ninen yhdiste C12_14-alkyylisulfaatti tai C]_4_ig"a~0le“ fiinisulfonaatti. Seuraavat tulokset saatiin.

Esimerkki_ Saostuminen 7 0,37 8 0,54 9 0,35 10 0,68

Esimerkeistä 7-10 ilmenee, että keksinnön mukainen tapa vähensi merkittävästi karstan määrää.

Claims (6)

9 63439

1. Tapa vähentää karstan määrää laitteistopinnoilla ja putkistopinnoilla pentosaanipitoisen aineen, kuten puu-hakkeen ja heinän hydrolyysin yhteydessä, tunnettu siitä, että lisätään a) fosfaattia, jolla on yleinen kaava R-(OC,H.) - O .OH 2. n \ / T xpX X - 0 0 jossa R on 6-24 hiiliatomia sisältävä hiilivetyryhmä, n on 0-10 ja X tarkoittaa vetyä tai ryhmää R-(OC2H4)n-, tai sen suolaa tai polyfosfaattia 0,02-2 % pentosaanipitoisen aineen kuivaksi lasketusta painosta, ja b) pinta-aktiivista yhdistettä, joka on anioninen pH-arvossa 3 0,02-2 % pentosaanipitoisen aineen kuivaksi lasketusta painosta, jolloin määräsuhde a)/b) on 20:1 - 1:20, edullisesti 15:1 - 1:10.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että a):n ja b):n lisäksi lisätään myös nonionista pinta-aktiivista alkyleenioksidiadduktia c) jonka HLB-arvo on 8-14 määrässä, joka on 0-200 %, edullisesti 0-50, ja kaikkein edullisimmin 5-40 % a):n ja b):n yhteenlasketusta painosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tapa, tunnet-t u siitä, että lisätään a) ja b) 0,1-1 % pentosaanipitoisen aineen kuivaksi lasketusta painosta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että kaavan I fosfaatti on yhdiste, jossa R on alifaattinen 8-22 hiiliatomia sisältävä ryhmä tai alkyylisubstituoitu fenyyliryhmä, jossa on kaiken kaikkiaan 6-18 hiiliatomia alkyyliryhmissä, ja n on 0-3, edullisesti 0, tai sen suola alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium- tai amiiniyhdisteen kanssa. 10 63439

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että anioninen yhdiste on sulfaatti- tai sulfonaattiyhdiste.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että anioninen yhdiste on alkyyliaryylisulfonaatti, jolla on yleinen kaava «2^0>-SO3H R3 jossa R.| , Rj ja R^ toisistaan riippumatta tarkoittavat 1-18 hiiliatomia sisältävää alkyyliryhmää tai vetyä, jolloin hiiliatomien kokonaismäärä alkyyliryhmissä on 6-22, tai sen suolaa alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium- tai amiiniyhdisteen kanssa, tai alkyylisulfaatti jolla on yleinen kaava r-oso3h jossa R on suora tai haarautunut, tyydyttynyt tai tyydytty-mätön alifaattinen ryhmä, jossa on 8-22 hiiliatomia, tai sen suolaa alkalimetalli-, maa-alkalimetalli-, ammonium-tai amiiniyhdisteen kanssa, tai α-olefiinisulfonaatti, jossa on 8-22 hiiliatomia sisältävä alifaattinen hiilivetytähde. 63439 11