FR2529904A1 - Process for hydrogenolysis of matter of lignocellulosic origin - Google Patents
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Abstract
Description
Le présent brunet décrit un procédé d'hydrogénolyse de matières lignocellulosiques consistas, essentiellement à traiter, par un gaz contenant de l'hydrogène à pression voisine de l'atmosphère, les dites matières préalablement séchées et/ml torréfiées, fragmentées et/ou broyées, et mises en suspension dans un liquide organique constitué d'un alcool lourd et d'un dérivé anthraquinonique. The present brunet describes a process for the hydrogenolysis of lignocellulosic materials consisting essentially of treating, with a gas containing hydrogen at pressure close to the atmosphere, the said previously dried materials and / ml roasted, fragmented and / or ground, and suspended in an organic liquid consisting of a heavy alcohol and an anthraquinone derivative.
Il est connu de réaliser l'hydroliquéfaction de matières lignocellulosiques par des traitements énergiques comme par exemple l'application d'hydrogène sous une pression de 300 bars à une température de 300 à 4000Csur une suspension des dites matières dans un hydrocarbure. La transposition industrielle de tels procédés s'avére difficile, sinon impossible, du fait des conditions opératoires extrêmes proposées. La mise en continu de tels traitements impose la solution au problème de l'introduction et de l'extraction en continu de matières premières et des produits finis. Aucun matériel ne permet aujourd'hui de solutionner les. difficultés de transfert de matières aussi hétérogènes que les dérivés lignoceilulosiques de l'extérieur vers l'intérieur d'une enceinte réactionnelle opérant sous 300 bars. It is known to carry out the hydroliquefaction of lignocellulosic materials by energetic treatments such as for example the application of hydrogen under a pressure of 300 bars at a temperature of 300 to 4000 ° C. on a suspension of said materials in a hydrocarbon. The industrial transposition of such processes proves difficult, if not impossible, because of the extreme operating conditions proposed. The continuous implementation of such treatments imposes the solution to the problem of the continuous introduction and extraction of raw materials and finished products. No material today allows to solve them. difficulties in transferring materials as heterogeneous as lignoceilulosic derivatives from the outside to the inside of a reaction vessel operating at 300 bars.
Le demandeur a découvert un mélange réactionnel hydrogénant permettant d'obtenir une hydrogénalyse de matières lignocellulosiques dans des conditions opératoires accessibles, ne nécessitant notamment pas l'application de pressions différentes de celles de l'ambiante. The applicant has discovered a hydrogenating reaction mixture which makes it possible to obtain a hydrogen analysis of lignocellulosic materials under accessible operating conditions, in particular not requiring the application of pressures different from those of ambient.
Le principe fondamental auquel fait application le procédé selon l'invention consiste dans la découverte que 1' éthylhydroanthraquinone, en solution dans un solvant approprié, libère son hydrogène au contact d'une matière lignocellulosique telle que le bois et que son hydrogénation coneommittante maintient un équilibre permanent entre ce produit et son homologue oxydé -l'éthyl- anthraquinone. The fundamental principle to which the process according to the invention applies consists in the discovery that ethylhydroanthraquinone, in solution in an appropriate solvent, liberates its hydrogen on contact with a lignocellulosic material such as wood and that its corresponding hydrogenation maintains a balance permanent between this product and its oxidized counterpart - ethyl- anthraquinone.
Nous décrivons maintenant les différents stades du procédé tel qu'il apparait sur la figure 1. Nous supposons que la matière première est constituée de bois en forme de plaquettes forestières ou papetières de dimensions conventionnelles. D'autres matières lignocellulosiques sont utilisables tels que la paille, les balles de riz, les écorces, les noyaux de fruits, et d'une manière générale toute matière lignocellulosique annuellement renouvelée. Sont exclus par contre du champ d'application du procédé, les produits ligneux fossiles tels que lignite, tourbes, houilles ou même les matières ligneuses naturelles carbonisées. We now describe the different stages of the process as it appears in Figure 1. We assume that the raw material consists of wood in the form of wood chips or paper mills of conventional dimensions. Other lignocellulosic materials can be used such as straw, rice hulls, bark, fruit kernels, and in general any lignocellulosic material which is renewed annually. On the other hand are excluded from the scope of the process, fossil wood products such as lignite, peat, coal or even natural charred woody materials.
En revanche, le demandeur a trouvé que les matières lignocellulosiques torréfiées, notamment par application d'un des procédés décrits dans les brevets français nO 81.16.463 et nO 80.06.044 conviennent particulièrement bien et apparaissent même supérieures aux mêmes matières brutes ou simplement séchées. La raison essentielle en est que les matières torréfiées se prêtent à un broyage facile, permettant de le réduire à une grande finesse, facilitant ainsi leur aptitude réactionnelle dans le milieu liquide. On the other hand, the applicant has found that roasted lignocellulosic materials, in particular by applying one of the methods described in French patents Nos. 81.16.463 and No. 80.06.044 are particularly suitable and appear even superior to the same raw materials or simply dried. The main reason is that the roasted materials lend themselves to easy grinding, making it possible to reduce it to great finesse, thus facilitating their reaction ability in the liquid medium.
hesplaquettesde bois brut sont introduites dans le séchoir (1) ou par tous moyens connus, leur eau résiduelle est éliminée jusqu'à une teneur inférieure ou égale à 10 Ó et de préférence inférieure à 5 m. The raw wood chips are introduced into the dryer (1) or by any known means, their residual water is eliminated to a content less than or equal to 10 Ó and preferably less than 5 m.
Elles sont ensuite traitées par torréfaction (2) par un des procédés susmentionnés à une température voisine de 2500C.Lesgaz issus de la torréfaction sont récupérés et valorisés par leur contenu en acide acétique. They are then treated by roasting (2) by one of the aforementioned processes at a temperature in the region of 2500 C. The gases obtained from roasting are recovered and recovered by their content of acetic acid.
Les plaquettes torréfiées sont soumises à un broyage par tous. moyens connus dans l'appareil (3) qui peut être par exemple un broyeur à marteaux, un broyeur à boulets ou un broyeur à disques. Il est également conforme à 1 'inven- tion de réaliser le broyage de plaquettes mélangées préalablement au liquide organique réactionnel. Ceci est particulièrement avantageux pour-l'emploi de broyeurs à disques réalisant alors une finesse de suspension très grande. En règle principale, la dimension particulière du produit broyé se situe vers 80 microns ou en dessous. The roasted wafers are subjected to grinding by all. known means in the apparatus (3) which can be for example a hammer mill, a ball mill or a disc mill. It is also in accordance with the invention to grind plates mixed beforehand with the reaction organic liquid. This is particularly advantageous for the use of disc mills then achieving a very fine suspension fineness. As a general rule, the particular dimension of the ground product is around 80 microns or below.
L'hydrogénolyse est réalisée dans l'enceinte (4) dans laquelle est intro duit lenliquide organique réactionnel portant en suspension la matière ligno csffllulosique broyés dans une proportion comprise entre 1 partie de solide pour 2 à 15 parties de liquide et de préférence dans une proportion de l'ordre de 1 partie de solide pour 10 parties de liquide. The hydrogenolysis is carried out in the enclosure (4) into which is introduced said reaction organic liquid liquid carrying in suspension the lignosulphosic material ground in a proportion of between 1 part of solid for 2 to 15 parts of liquid and preferably in a proportion of the order of 1 part of solid for 10 parts of liquid.
Le liquide réactionnel est constitué d'uns solution d'éthylanthraquinone dans un alcool lourd de type OXO en C13 - C15
Le gaz réducteur est constitué d'hydrogène ou dDun mélange gazeux contenant au moins 1O % d'hydrogène. Ce gaz est admis dans le réacteur de manière à réaliser un contact convenable gaz/suspension, soit par simple barbotage, soit par des méthodes diffusionnelles habituellement réalisées dans tout réacteur gaz-liquide La pression réactionnelle est voisine de la pression atmosphérique mais peut prendre des valeurs légèrement supérieures dans la mesure où ctsci n'entraine pas de difficulté technologique particulière.La température est maintenue par tous moyens connus entre 240 et 300 0C et de préférence vers 2800C.La durée réactionnelle est fonction du débit gazeux et de la finesse du solide en suspension. Ainsi pour un solide inférieur à 80 microns et un débit d'hydrogène de 500 lZh par kg de bois secs la durée réactionnelle est d'environ 3 heures.The reaction liquid consists of a solution of ethylanthraquinone in a heavy alcohol of OXO type C13 - C15
The reducing gas consists of hydrogen or a gas mixture containing at least 10% of hydrogen. This gas is admitted into the reactor so as to make suitable gas / suspension contact, either by simple bubbling, or by diffusion methods usually carried out in any gas-liquid reactor. The reaction pressure is close to atmospheric pressure but can take values slightly higher insofar as ctsci does not cause any particular technological difficulty. The temperature is maintained by all known means between 240 and 300 ° C. and preferably around 2800 C. The reaction time is a function of the gas flow rate and the fineness of the solid in suspension. Thus, for a solid less than 80 microns and a hydrogen flow rate of 500 lZh per kg of dry wood, the reaction time is approximately 3 hours.
Le taux de conversion exprimé comme étant le pourcentage de matière de départ transformée en liquide ou gaz croit avec la durée réactionnelle pour atteindre et même dépasser 95 m . Si l'on tient compte des cendres présentes au départ dans la matière première, le taux de conversion fait apparaitre une transformation quasi-quantitative des molécules lignocellulosiques d'origine. The conversion rate expressed as the percentage of starting material transformed into liquid or gas increases with the reaction time to reach and even exceed 95 m. If we take into account the ash present at the start in the raw material, the conversion rate reveals a quasi-quantitative transformation of the original lignocellulosic molecules.
Celles-ci sont transformées en composés hydrocarbonés plus ou moins oxygénés,de poids moléculaire suffisamment faible pour être entrainés en continu à l'extérieur du réacteur et peuvent être immédiatement fractionnés dans un appareil (6) adéquat. Les fractions obtenues peuvent être utilisées soit comme combustible substituable aux hydrocarbures pétroliers, soit comme composés organiques de synthèse dans l'industrie chimique. These are transformed into more or less oxygenated hydrocarbon compounds, of molecular weight sufficiently low to be continuously entrained outside the reactor and can be immediately fractionated in a suitable apparatus (6). The fractions obtained can be used either as a substitutable fuel for petroleum hydrocarbons, or as synthetic organic compounds in the chemical industry.
La consommation en solvant demeure faible car le mélange réactionnel peut être lui-même recyclé en continu tel qu'indiqué sur la figure 1. Un moyen simple de récupération du catalyseur consiste dans son oxydation à l'air suivie d'un refroidissement. Le composé oxydé, soit l'éthylanthraquinone est pratiquement insoluble à froid dans l'alcool lourd utilisé par opposition à la solubilité du dérivé réduit, l'éthylhydroanthraquinone, ou même du même produit oxydé dans le mélange à 2500C. The solvent consumption remains low because the reaction mixture can itself be recycled continuously as indicated in FIG. 1. A simple means of recovering the catalyst consists in its oxidation in air followed by cooling. The oxidized compound, namely ethylanthraquinone, is practically insoluble when cold in the heavy alcohol used as opposed to the solubility of the reduced derivative, ethylhydroanthraquinone, or even of the same product oxidized in the mixture at 2500C.
Le bilan pondéral de l'opération apparait comme suint pour 100;9 de bois sec à l'vair (15 Ó d'humidité)
Résidu solide (dont cendres) 1 à 5 Ó
Liquide 80 à 90 Q
Gaz 10 à 15
Sur liquide, soluble dans T.H.F. = 95 Ó dont 25 Ó distillent à 1500C (sous 1 atm).The weight balance of the operation appears as oozing for 100; 9 of air-dried wood (15 Ó of humidity)
Solid residue (including ash) 1 to 5 Ó
Liquid 80 to 90 Q
Gas 10 to 15
On liquid, soluble in THF = 95 Ó including 25 Ó distilling at 1500C (under 1 atm).
EXEMPLE
3
Dans un réacteur muni d'une agitation, on introduit 1 000 cm d'un mélange organique contenant, en poids, 90 tD d'acropol 35 et 10 Ó d'éthylanthraquinone
On additionne à ce mélange une sciure de bois préalablement séchée, de granulométrie moyenne égale au mu, en proportion telle que ie volume occupé par le bois soit sensiblement égale à la moitié de celui de la phase organique. Ce réacteur est balayé par un courant d'hydrogène de 50 l/h. Le milieu est porté assez rapidement (1 heure environ) à une température de 2500C puis progressivement en trois heures de 2500C à 3000C.EXAMPLE
3
1000 cm of an organic mixture containing, by weight, 90 tD of acropol 35 and 10% of ethylanthraquinone are introduced into a stirred reactor.
To this mixture is added a previously dried sawdust, of average particle size equal to mu, in proportion such that the volume occupied by the wood is substantially equal to half that of the organic phase. This reactor is swept by a stream of hydrogen of 50 l / h. The medium is brought fairly quickly (about 1 hour) to a temperature of 2500C and then gradually over three hours from 2500C to 3000C.
A l'issue de cette réaction, on recueille un produit d'hydrogénolyse du bois soluble à 95 m dans le tétrahydrofurane correspondant à 84:0 en poids du bois traité. La quantité de bois non transformé s'élève à 3 S. At the end of this reaction, a hydrogenolysis product of the wood soluble at 95 m in tetrahydrofuran corresponding to 84: 0 by weight of the treated wood is collected. The amount of unprocessed wood is 3 S.
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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