JPH06122770A - リグノセルロース物質の液化方法とその装置 - Google Patents

リグノセルロース物質の液化方法とその装置

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JPH06122770A
JPH06122770A JP27421092A JP27421092A JPH06122770A JP H06122770 A JPH06122770 A JP H06122770A JP 27421092 A JP27421092 A JP 27421092A JP 27421092 A JP27421092 A JP 27421092A JP H06122770 A JPH06122770 A JP H06122770A
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JP
Japan
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heating
reaction tank
liquefaction
heating reaction
substance
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Application number
JP27421092A
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English (en)
Inventor
Naoichi Sakota
直一 迫田
Kinichi Shirakawa
欣一 白川
Yasushi Kurimoto
康司 栗本
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Rengo Co Ltd
Original Assignee
Rengo Co Ltd
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Publication date
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  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液化前にリグノセルロース物質を乾燥して水
分を除去することなく、水分を含有したまま液化を開始
し、液化を行いながら、水分および低沸点物を効率的に
除去して、安定したリグノセルロース物質の液化溶液を
得る。 【構成】 リグノセルロース物質と多価アルコールと酸
触媒とを加熱反応槽内で加熱してリグノセルロース物質
を多価アルコールに溶解するリグノセルロース物質の液
化方法において、加熱反応槽内を減圧状態で加熱して発
生する水蒸気および低沸点物を加熱反応槽外に引出して
除去した後、さらに加熱を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、木材などのリグノセ
ルロース物質を液化する方法と装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】パルプ工業や木材工業などから排出され
る木質系廃棄物、稲ワラ、モミガラといった農産廃棄物
などのリグノセルロース物質の有効利用を図るために、
リグノセルロース物質を液化して、接着剤、成形材料、
発泡体、塗料等の樹脂原料として使用することが行われ
つつある。
【0003】従来、リグノセルロース物質を液化する方
法としては、リグノセルロース物質の水酸基の一部に少
なくとも一種の置換基を導入して化学修飾した後、有機
溶剤、フェノール又は多価アルコールに溶解する方法
(特公昭63−1992号、特公昭63−67564
号、特開昭61−171701号)、化学修飾すること
なくそのままリグノセルロース物質を高温(200〜2
60℃)、高圧(30〜50気圧)下でフェノールに溶
解する方法(特開昭62−79230号)、あるいは化
学修飾することなくそのままリグノセルロース物質を酸
触媒の存在下で多価アルコールに溶解する方法(特開平
4−106128号)などが知られている。
【0004】上記従来の液化方法のうち、リグノセルロ
ース物質を酸触媒の存在下で多価アルコールに溶解する
方法は、本願の発明者らが発明したものであるが、この
方法は、リグノセルロース物質に前処理として化学修飾
を行う必要がなく、また、加熱温度も120〜200℃
と比較的低く、しかも高圧にする必要がないので、実際
に、工業化する上で最も好ましい方法であるといえる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、原料となる
木材などのリグノセルロース物質には、通常水分を含ん
でいるが、水分を含んだリグノセルロース物質をそのま
ま加熱した場合、水分が残存する間は水の潜熱のために
液化反応に必要な温度にまで昇温されず、液化反応に必
要な120〜200℃という温度まで昇温するには、長
時間を要するという問題がある。さらに、液化時に生ず
る低沸点物の臭気がそのまま液化溶液に残るという問題
もある。
【0006】また、加熱時間が長くなると、一旦液化し
たリグニンなどの木材成分が再縮合して、未溶解の残渣
が増したり粘度が高くなったりして安定した液化溶液が
得られないと共に、収率が悪くなるという問題もある。
【0007】このような問題を解決するために、予め原
料となるリグノセルロース物質を完全乾燥しておくこと
も考えられるが、このようなことは実験室のレベルで行
うことはできても、工業的な製造レベルでは、時間とコ
ストがかかるので、実際に行うことはできない。
【0008】そこで、この発明は、原料中に水分が含有
していても、短時間で液化反応に必要な温度にまで昇温
が可能な方法と装置を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために、リグノセルロース物質と多価アルコ
ールと酸触媒とを加熱反応槽内で加熱してリグノセルロ
ース物質を多価アルコールに溶解するリグノセルロース
物質の液化方法において、加熱反応槽内を減圧状態で加
熱して発生する水蒸気と低沸点物を加熱反応槽外に引出
して除去するようにしたのである。
【0010】また、上記の液化方法は、リグノセルロー
ス物質と多価アルコールと酸触媒とを加熱する加熱反応
槽に、加熱反応槽内を減圧し、加熱中に発生する水蒸気
および低沸点物を引出す排気装置を接続した装置によっ
て実施することができる。
【0011】
【作用】上記のように、加熱中に加熱反応槽内を減圧状
態にすると、水分が短時間で気化し、発生した蒸気を引
出すことによって、短時間で、液化反応に必要な120
〜200℃という温度に昇温することができる。また、
減圧状態にすることにより、液化中に低沸点物が効率的
に除去されるので、液化溶液に低沸点物の臭気が残らな
い。
【0012】そして、加熱反応槽内の減圧と、発生した
水蒸気および低沸点物の引出しは、加熱反応槽に排気装
置を接続することによって行うことができる。
【0013】
【実施例】図1は、この発明に係るリグノセルロース物
質を液化する装置の概略構成を示している。
【0014】加熱反応槽1は、密閉可能であり、上部
に、リグノセルロース物質を投入する原料投入口2、溶
媒の多価アルコールと酸触媒の混合液を投入する溶媒投
入口3および発生する蒸気を排気する排気口4が形成さ
れ、下部に、液化溶液を引出す引出口5が形成されてい
る。この加熱反応槽1は、二重壁構造になっており、こ
の二重壁の内部に熱媒体供給口6から加圧蒸気を供給す
ることにより、加熱を行っている。加熱方式は、特に限
定されないが、この加圧蒸気による加熱は、温度コント
ロールを行い易いという利点がある。また、液化反応終
了後には、上記二重壁の内部には、熱媒体供給口6から
冷却水が蒸気に代わって供給され、液化溶液が冷却され
るようになっている。加熱反応槽1には、攪拌装置7が
設置され、液化中の混合物の攪拌が可能になっている。
【0015】また、上記加熱反応槽1の内面は、液化反
応に酸を触媒として使用するため、耐酸性の良好な材質
によって形成されている。
【0016】上記加熱反応槽1の溶媒投入口3には、溶
媒タンク8がポンプ9を介して接続され、溶媒タンク8
で混合調整した多価アルコールと酸触媒とが加熱反応槽
1に供給されるようになっている。
【0017】溶媒タンク8には、溶媒である多価アルコ
ールと酸触媒とを混合調整するための攪拌装置10が設
置されている。この攪拌装置10は、高粘度溶媒が効率
よく混ざる攪拌羽根と高トルクの攪拌モータとを備えて
いる。この溶媒タンク8の内面は、フッ素樹脂コーティ
ングしステンレス鋼など耐酸性の良好な材料によって形
成されている。
【0018】上記加熱反応槽1の排気口4には、排気装
置が接続されている。この排気装置は、真空ポンプ11
と、真空ポンプ11と排気口4との間に設置された凝縮
器12とによって構成され、真空ポンプ11によって引
出された排気中の水分と脂肪族化合物、フェノールのよ
うな放香族化合物およびテルペン化合物等の低沸点物
が、凝縮器12によって凝縮されて排気中から除去され
るようになっている。凝縮器12の下方には、凝縮液の
受けタンク13が設置されている。
【0019】上記のように構成された装置を使用してリ
グノセルロース物質を液化する方法について説明する。
【0020】まず、加熱反応槽1の下部の引出口5を閉
じて、加熱反応槽1内に、原料投入口2と溶媒投入口3
から、原料のリグノセルロース物質と溶媒の多価アルコ
ールと酸触媒とを投入して、原料投入口2と溶媒投入口
3を閉じる。
【0021】原料のリグノセルロース物質としては、木
粉、木材繊維、木材チップ、単板くずなどの木材を粉砕
したもの、ワラやモミガラなどの植物繊維素、GP、T
MP(サーモメカニカルパルプ)、古紙などの紙、パル
プ類などがある。
【0022】また、溶媒の多価アルコールは、2価以上
のアルコールであり、例えばポリエチレングリコール、
ポリプロピレングリコール、グリセリン、エチレングリ
コール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジ
ール、ポリカプロラクトンなどが包含される。これらの
多価アルコールは単独で用いてもよいが、これらを2種
以上混合して用いてもよい。
【0023】原料のリグノセルロース物質と溶媒の多価
アルコールとの割合は、多価アルコール100重量部に
対してリグノセルロース物質10〜1000重量部であ
る。
【0024】酸触媒としては、鉱酸、有機酸、あるいは
ルイス酸でもよく、例えば硫酸、塩酸、トルエンスルホ
ン酸、フェノールスルホン酸、塩化アルミニウム、塩化
亜鉛やシフッ化ホウ素などを使用することができる。
【0025】加熱反応槽1に、上記のようにして、リグ
ノセルロース物質と多価アルコールと酸触媒とを投入し
た後、攪拌装置7で攪拌しながら、二重壁内に蒸気を通
して加熱を開始する。この加熱途中において、真空ポン
プ11を駆動して、加熱反応槽1内を減圧状態にすると
共に、排気口4から加熱によって発生する蒸気を引出し
て凝縮器12で凝縮させ、排気中の水分と低沸点物を除
去する。
【0026】この後、真空ポンプ11を停止して、加熱
を続行し、加熱反応槽1内の温度を120〜200℃に
して所定時間液化反応を行う。
【0027】以上のようにして、リグノセルロース物質
を液化することができる。
【0028】〔実験例1〕50L容量の加熱反応槽1
に、原料のリグノセルロースとしてすぎの製材引き屑を
5.9kg(含水率15.3%、嵩比重0.172g/
cm3 )投入した後、溶媒タンク8で充分に混合した溶
媒と酸触媒(PCL303「ダイセル化学工業製」1
3.5kg、エチレングリコール1.5kg、硫酸0.
45kg)を投入した。
【0029】この後、加熱反応槽1の二重壁内に、加圧
蒸気(蒸気圧力6.8kg/cm2、約165℃)を通
して、加熱反応槽1の内部の混合物を加熱したところ、
加熱反応槽1中の溶液温度は徐々に上昇を始めた。混合
物中の水分が沸騰し始める110℃付近で真空ポンプ1
1を約4分間運転し、加熱反応槽1中の水分及び低沸点
物を凝縮器12を介して引き出し除去した。このとき、
1176gの蒸留物が得られた。
【0030】そして、水分を除去した後、真空ポンプ1
1を止めて、さらに加熱反応槽1中の溶液温度が145
℃に達するまで加熱した。その後、蒸気圧力をコントロ
ールし、溶液温度を145℃に保持しながら60分間反
応を続けた。なお、加熱を始めてから、溶液温度が14
5℃に達するまで72分(減圧時間4分を含む)を要し
た。
【0031】溶液温度を145℃に保持しながら60分
間液化反応を行った後、加熱を中止して、加熱反応槽1
の二重壁内に冷却水を通して液化溶液を冷却し、液化溶
液の温度が約100℃になったところで液化溶液を引出
口5から引出して種々の物性測定を行った。その結果
は、下記のとおりであって、得られた液化溶液の収率は
94.5%と高く、低粘度、低水分であり、低沸点物が
除去されているので嫌悪感のある臭気もなく極めて良好
な液化溶液が得られた。
【0032】水酸基価 382KOHmg/g 含水率 0.74% 粘 度 39600cps20℃ 〔比較例1〕実験例1において加熱反応槽1中で発生す
る水蒸気を真空ポンプ11で引き出すことなしに液化反
応を行った。
【0033】すなわち、実験例1と同様に、50L容量
の加熱反応槽1に、原料のリグノセルロースとしてすぎ
の製材引き屑を5.9kg(含水率15.3%;嵩比重
0.172g/cm3 )を投入した後、溶媒タンク8で
充分に混合した溶媒と酸触媒(PCL303「ダイセル
化学工業製」13.5kg、エチレングリコール1.5
kg、硫酸0.45kg)を投入した。
【0034】この後、加熱反応槽1の二重壁内に、加圧
蒸気を通して、加熱反応槽1の内部の混合物を加熱した
ところ、加熱反応槽1内の溶液温度が120℃付近で凝
縮器12より蒸留物が流れ出し、溶液の昇温速度が極端
に遅くなった。これは原料のすぎが持つ水分の潜熱によ
り熱量が奪われるためと考えられる。したがって、この
水分が蒸散除去されるまで温度上昇が遅くなることとな
り、真空ポンプ11で水蒸気を引き出さずに反応を続け
たところ145℃に溶液温度が達するまで240分を要
した。
【0035】その後、実験例1と同様に、溶液温度を1
45℃に保持しながら60分間液化反応を行った後、加
熱を中止して、加熱反応槽1の二重壁内に冷却水を通し
て液化溶液を冷却し、液化溶液の温度が約100℃にな
ったところで加熱反応槽1の引出口5から液化溶液を引
き出して種々の物性測定を行った。その結果は下記のと
おりであり、液化溶液の収率は84.4%であった。収
率が実験例1より劣るのは加熱時間が長くなったため
に、液化が進む一方で加熱反応槽1の内壁に一旦液化し
た成分が再縮合を起こし付着したためである。
【0036】そのため、実験例1より時間を多く費やし
ても実験例1と同等の収率を得ることはできなかった。
【0037】水酸基価 297KOHmg/g 含水率 0.64% 粘 度 73300cps20℃
【0038】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、水分
を含有するリグノセルロース物質の液化反応中に、水分
を効率的に除去することが可能となり、液化前にリグノ
セルロース物質を完全乾燥して水分を除去する必要がな
くなるので、含水木材などを直接原料として利用するこ
とができ、実用的なレベルでのリグノセルロース物質の
液化が可能になる。
【0039】また、原料として臭気の原因となる低沸点
物のテルペン化合物を多量に含有する木材を使用して
も、この発明によれば、液化中に低沸点物が効率的に除
去され、液化溶液に低沸点物の臭気が残らないので、原
料の種類に拘らず臭気のない良好な液化溶液を得ること
ができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る液化装置の概略構成図
【符号の説明】
1 加熱反応槽 2 原料投入口 3 溶媒投入口 4 排気口 5 引出口 6 熱媒体供給口 7 攪拌装置 8 溶媒タンク 9 ポンプ 10 攪拌装置 11 真空ポンプ 12 凝縮器 13 受けタンク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リグノセルロース物質と多価アルコール
    と酸触媒とを加熱反応槽内で加熱してリグノセルロース
    物質を多価アルコールに溶解するリグノセルロース物質
    の液化方法において、加熱反応槽内を減圧状態で加熱し
    て発生する水蒸気および低沸点物を加熱反応槽外に引出
    して除去することを特徴とするリグノセルロース物質の
    液化方法。
  2. 【請求項2】 リグノセルロース物質と多価アルコール
    と酸触媒とを加熱する加熱反応槽に、加熱反応槽内を減
    圧し、加熱中に発生する水蒸気および低沸点物を引出す
    排気装置を接続したことを特徴とするリグノセルロース
    物質の液化装置。
JP27421092A 1992-10-13 1992-10-13 リグノセルロース物質の液化方法とその装置 Pending JPH06122770A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005281374A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Fuji Carbon Kk リグノセルロース由来ポリオール及びその製造方法並びにポリウレタン発泡体
JP2011178938A (ja) * 2010-03-03 2011-09-15 Sakuranomiya Kagaku Kk 木質系物質からの液化樹脂原料組成物の製造方法、液化樹脂原料組成物および塗料

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