NO329326B1 - Fremgangsmate for fremstilling av furfural fra lignosulfonatspillvaeske - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte til fremstilling av furfural fra lignosulfonatspillvæske som inneholder pentose er beskrevet, prosessen omfatter i det alt vesentlige opprettholdelsen av en kokende tilstand av væsken ved forhåndsbestemte trykk i en tilstrekkelig tid for å omdanne pentosen til furfural og å fjerne det fremstilte furfuralet uten å reagere med pentose, lignosulfonat eller seg selv. Varm luft eller en annen gass under trykk eller varmt kvikksølv kan benyttes for å opprettholde kokingen av væsken for å sikre at furfuralet som er fremstilt overføres fra væskefasen til gassfasen og transporteres fra reaktoren i gasstrømmen. Apparat for å utføre fremgangsmåten som inkluderer en søyleformet reaktor (4) med innretninger (8) for å kontrollere trykket, et innløp for forhåndsvarmet væske, et innløp for varm luft under trykk ved et lavt nivå, et utløp for forbrukt væske og et utløp for gassfasen, hvorfra furfuralet gjenvinnes.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører fremstillingen av furfural fra lignosulfonatspillvæske.

Avhengig av hvilken type tre som skal foredles, resulterer sulfittoppsluttingsprosessen i en spillvæske som kan inneholde fra 0,9 til 5,6% pentose som gjør dette til en kandidat for fremstilling av furfural.

Konvensjonelt fortykkes spillvæsken til et faststofflnnhold på 50% eller fullstendig tørt, og væsken eller det faste stoffet selges som lignosulfat. Pentose er en uønsket bestanddel i denne væsken.

Spillvæsken fra prosessen mettes med kalsiumsulfat, slik at den høye temperaturen som er nødvendig for furfuralfremstilling (foretrukket over 200°C) resulterer i den hurtige og harde avsetningen av kalsiumsulfat på de oppvarmede overflatene, hvilket gjør videre kontinuerlig drift umulig.

Dersom varmevekslere unngås ved substitusjon av direkte damptilførsel, er det ikke mulig å termodynamisk holde væsken i en kokende tilstand under dens oppholdstid på grunn av at substansene i løsning hever kokepunktet. Således er kokepunktet for væsken høyere enn kondensasjonspunktet for damp ved ethvert trykk. Som en konsekvens av dette forblir furfural fremstilt fra pentosen, midlertidig oppløst i væskefasen hvor, under den katalytiske effekten av væskens naturlige surhet, furfural kan reagere med pentose, eller lignosulfonatet, og med seg selv, hvilket således medfører store tap og derved dårlige utbytter.

US 2845441 A, FR 1129139 A og EP 0124507 B2 beskriver fremgangsmåter til fremstilling av furfural fra lignosulfonatspillvæske, der lignosulfonatspillvæsken varmes ved direkte dampinjeksjon og en furfuralrik dampfase kondenseres til å gi furfural.

Det er et formål ved den foreliggende oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte for effektiv fremstilling av furfural fra lignosulfonatvæsker.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte til fremstilling av furfural fra lignosulfonatspillvæske som inneholder pentose kjennetegnet ved at væsken holdes ved dens kokepunkt ved hjelp av en tilleggsvarmekilde og kontrollert dekompresjon i en tilstrekkelig tid for å omdanne pentosen til furfural som øyeblikkelig bringes over i dampfase når det dannes, og å separere den furfuralrike dampfasen fra vaskefasen uten at furfuralen reagerer med pentose, lingosulfat eller seg selv.

Fremgangsmåten kan utføres i en reaktor som kan være en batchvis eller kontinuerlig reaktor.

Ved en foretrukket batch-fremgangsmåte varmes en lignosulfonatvæske ved damp i en reaktor som kontinuerlig trykkavlastes til trykk som er tilstrekkelig til å opprettholde koking av væsken, furfuralet som er dannet migrerer til dampfasen og fjernes med kondensatet og utvinnes.

I en kontinuerlig fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen kokes væsken i en kontinuerlig reaktor ved hjelp av en tilleggsvarmekilde, væsken fjernes mens furfuralet som dannes i det vesentlige øyeblikkelig og fullstendig bringes over i gassfasen som forlater reaktoren og hvorfra det separeres.

Ved en form av oppfinnelsen varmes væsken i reaktoren ved hjelp av en tilleggsvarmekilde, væsken fjernes mens furfuralet som er dannet i det alt vesentlige øyeblikkelig og fullstendig bringes over i gassfasen hvorfra det separeres.

Tilleggsvarmekilden er foretrukket oppvarmet luft under trykk og dette kan tilføres ved et lavt nivå i reaktoren. Luften siver gjennom væsken i reaktoren, og ved å avgi sin varme holder den væsken i en kokende tilstand før den forlater reaktoren.

Væsken tilføres foretrukket til reaktoren ved en temperatur mellom 180 og 280°C.

Et kontrollert kretsløp kan frembringes for å holde trykket i toppen av reaktoren på en verdi som er svakt under trykket for den tilførte væsken. På denne måten forårsaker den resulterende frigjørende dampen at væsken gjennomgår en mindre trykksenking til en lavere temperatur som tvinger furfuralet over i dampfase, mens den oppvarmede luften opprettholder en kokende tilstand for væsken gjennom hele reaktoren. Således blir furfuralet som fremstilles fra pentosen øyeblikkelig og fullstendig fordampet ved sin dannelse; og forenes med luften og noe fordampet vann til å danne en gassaktig blanding med minimum utbyttetap av furfural, fordi reaksjoner mellom furfural og pentose på den ene siden, og med lignosulfonater på den andre siden ikke kan foregå på grunn av at pentosen og lignosulfonatene er igjen i løsningen. Reaksjonen av furfural med seg selv unngås ved fraværet av hydrogenioner i dampfasen.

Oppholdstiden i reaktoren er valgt slik at fullstendig omdannelse av pentosen oppnås. Ingen tilsetning av syre er nødvendig på grunn av den naturlige surheten av væsken som bevirker en tilstrekkelig sterk katalyse.

Ingen varmevekslere er nødvendige, og derved unngås problemene forbundet med kalsiumsulfat, som diskutert over.

Istedenfor å benytte oppvarmet luft som tilleggsvarmekilden kan andre egnede oppvarmede gasser eller gassblandinger (slik som varm forbrenningsgass) eller varmt kvikksølv benyttes, hvor alle disse lett separeres fra væsken ved slutten av reaksjonen.

Det vil forstås at varmen som er nødvendig ved tilleggsvarmemiddelet er relativt liten, da hovedsakelig alt som er nødvendig av dette er å fordampe furfuralet som fremstilles. Den lave varmen av fordampning av furfural, spesielt ved høye temperaturer, sikrer et lavt tilleggsvarmebehov.

Utbyttet av furfural øker med den økende temperaturen i reaktoren mens tapene forårsaket av reaksjoner med pentose og lignosulfonater, så vel som bisulfltter minkes ved høyere temperaturer grunnet entropieffekten av alle aggregeringsreaksjoner.

Det vil forstås at det ikke er nødvendig å tilsette noen syre til væsken for katalyse, da den naturlige surheten i væsken bevirker en tilstrekkelig sterk katalyse.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beskrevet nedenfor med referanse til det vedlagte flytdiagrammet.

En pumpe 1 tilfører en lignosulfonatspillvæske gjennom en in-line blander 2, der damp-tilførsel varmer den til en temperatur mellom 180 og 280°C, som således hever trykket tilsvarende. Ved hjelp av en strupeventil 3, underkastes væsken en mindre trykk-reduksjon i toppen av en termisk isolert søyleformet reaktor 4, og strømmer deretter nedover for å forlate reaktoren i bunnen via en syklon 5, hvilket resulterer i dekompresjon, avkjøling og fortykning.

Komprimert luft varmes elektrisk i en varmeveksler og denne tilføres via kontroll-kretsløp 7 i bunnen av reaktoren. Den varme luften siver oppover, og avgir sin varme til væsken og holder derved væsken i en kokende tilstand før den forlater toppen av reaktoren via et kontroUkretsløp 8, en kondensator 9 og en atmosfærisk absorpsjons-kolonne 10 utstyrt med en sirkulasjonspumpe 11.

Kontrollkretsløpet holder trykket i toppen av reaktoren ved en verdi som er svakt under trykket til den innkommende væsken, slik at væsken i frigjørende damp gjennomgår en mindre trykksenking til en noe lavere temperatur mens den varme luften som tilføres i bunnen sikrer kontinuerlig koking av væsken i hele reaktoren. Furfuralet som er dannet fordampes øyeblikkelig og fullstendig og forenes med luften og dampen for å danne en gassaktig blanding som kondenseres i 9 og deretter samles opp i tank 12. Små mengder furfural som er trukket ut med luft gjenvinnes i absorpsjonskolonnen og samles opp i

tank 12.

Tilførselshastigheten av væsken og dimensjonene av reaktoren velges for å tilpasse en forhåndsbestemt oppholdstid av væsken i reaktoren.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av furfural fra lignosulfonatspillvæske som inneholder pentose, karakterisert ved at væsken holdes ved dens kokepunkt ved hjelp av en tilleggsvarmekilde og kontrollert dekompresjon i en tilstrekkelig tid for å omdanne pentosen til furfural som øyeblikkelig bringes over i dampfase når det dannes, og å separere den furfuralrike dampfasen fra vaskefasen uten at furfuralen reagerer med pentose, lingosulfat eller seg selv.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tilleggsvarmekilden er oppvarmet luft under trykk som tilføres ved et lav nivå i reaktoren (4), der tilførselshastigheten, temperaturen og trykket til tilleggsvarmekilden er forhåndsbestemt, slik at den avgir sin varme ved perkolasjon gjennom væsken for å holde væsken i en kokende tilstand.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den delvise dekompresjonen i reaktoren fører til en temperatur mellom 170 og 270°C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at tilleggsvarmekilden er en varm forbrenningsgass.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at tilleggsvarmekilden er en fordelaktig gassblanding.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at tilleggsvarmekilden er forvarmet luft under trykk.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert v e d at tilleggsvarmekilden er varmt, flytende kvikksølv.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at tilleggsvarmekilden er en gass ved en temperatur mellom 400 og 2000°C.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at tilleggsvarmekilden er en gass ved en temperatur mellom 600 og 2000°C.