RU2125625C1

RU2125625C1 - Cellulose production process

Info

Publication number: RU2125625C1
Application number: RU97122218A
Authority: RU
Inventors: Ч.Н. Барнаков
Original assignee: Институт химии углеродных материалов СО РАН; Барнаков Чингиз Николаевич
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: pulp-and-paper industry. SUBSTANCE: cellulose is impregnated with sodium sulfite and subjected to preliminary hydrolysis at 170-175 C for 60-120 min until pH 6.0-6.5 is attained. This operation is followed by alkaline cooking with sulfate or soda lye. Sodium sulfide is used in the form of solution consumed in quantity 2.4-3.6 the weight of absolutely anhydrous raw material. EFFECT: improved delignification and reduced sulfur- containing waste due to reduced sulfide uptake. 3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к технологии получения целлюлозы для бумаги и химической переработки. The invention relates to the pulp and paper industry, and in particular to a technology for producing pulp for paper and chemical processing.

Известны способы получения целлюлозы путем предварительного гидролиза растительного сырья и последующей щелочной варки. Предгидролиз растительного сырья (Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы. М., 1990, с. 229-239) проводится при температуре 100-170^oC. Гидролиз позволяет частично удалить легко гидролизуемые пентазаны, экстрактивные вещества и частично разрыхлить структуры клеточных стенок. При последующей сульфатной варке получают продукт, обогащенный α-целлюлозой. После соответствующих обработок его используют для получения вискозного волокна. Недостатки этого процесса известны: это низкий выход получаемой целлюлозы и загрязнение окружающей среды серосодержащими отходами.Known methods for producing cellulose by preliminary hydrolysis of plant materials and subsequent alkaline cooking. Prehydrolysis of plant materials (Yu.N. Nepenin. Production of sulfate cellulose. M., 1990, pp. 229-239) is carried out at a temperature of 100-170 ^o C. Hydrolysis allows you to partially remove easily hydrolyzable pentazans, extractives and partially loosen the structure of cell walls. Subsequent sulphate cooking produces an α-cellulose enriched product. After appropriate treatments, it is used to produce viscose fiber. The disadvantages of this process are known: this is a low yield of cellulose and environmental pollution by sulfur-containing waste.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения целлюлозы (RU, 2045597, D 21 C 1/00, 3/00, 10.10.95) путем пропитки щепы гидроксидом натрия и/или сульфитом натрия при расходе 0,5-10% от массы абсолютно сухой древесины. После удаления пропиточного раствора осуществляется предгидролиз паром пропитанной щепы при температуре 190-230^oC в течение 0,5-10 минут. Далее производится щелочная варка сульфатным или натронным щелоком.Closest to the proposed technical solution is a method of producing cellulose (RU, 2045597, D 21 C 1/00, 3/00, 10.10.95) by impregnating the chips with sodium hydroxide and / or sodium sulfite at a flow rate of 0.5-10% by weight absolutely dry wood. After removal of the impregnating solution, prehydrolysis is carried out with steam of the impregnated chips at a temperature of 190-230 ^o C for 0.5-10 minutes. Next, alkaline cooking is performed with sulfate or soda liquor.

Недостатком рассмотренного процесса являются низкие показатели механической прочности получаемой целлюлозы, так например в самых лучших образцах (сульфатная варка) разрывная длина достигает только 9200 м. А при натронной варке - 6200-6500. Известно, что сульфит натрия является относительно слабым восстановителем, поэтому при той жесткой обработке, которой подвергается щепа, трудно ожидать лучших показателей механической прочности. The disadvantage of the considered process is the low mechanical strength of the resulting pulp, for example, in the best samples (sulphate cooking), the breaking length reaches only 9,200 m. And with soda boiling - 6200-6500. It is known that sodium sulfite is a relatively weak reducing agent; therefore, with the hard processing to which wood chips are subjected, it is difficult to expect better indicators of mechanical strength.

Задачей предлагаемого изобретения является сохранение высоких качественных показателей получаемой целлюлозы за счет более глубокого восстановления углеводного комплекса, который лучше сохраняется в процессе щелочной варки, что позволяет провести лучшую делигнификацию. А также возможное сокращение серосодержащих отходов за счет уменьшения сульфидности процесса. The objective of the invention is to maintain high quality indicators of the resulting pulp due to a deeper recovery of the carbohydrate complex, which is better preserved during alkaline cooking, which allows for better delignification. As well as a possible reduction of sulfur-containing waste by reducing the sulfide process.

Это достигается путем пропитки растительного сырья раствором серосодержащего соединения, предгидролиза пропитанного сырья при повышенной температуре и последующей щелочной варке сульфатным или натронным щелоком и отличается тем, что при пропитке в качестве серосодержащего соединения используется сульфид натрия и предгидролиз проводят в том же растворе сульфида натрия до образования слабокислой среды. This is achieved by impregnating plant materials with a solution of a sulfur-containing compound, prehydrolysis of the impregnated raw materials at elevated temperature and subsequent alkaline cooking with sulfate or soda liquor and is characterized in that sodium sulfide is used as a sulfur-containing compound and prehydrolysis is carried out in the same solution of sodium sulfide to form a slightly acidic Wednesday.

При этом концентрация водного раствора сульфида натрия составляет от 2,4 до 3,6% от массы абсолютно сухого растительного сырья и предгидролиз проводят при температуре 170-175^oC в течение 60-120 мин до pH среды 6,0-5,5.The concentration of an aqueous solution of sodium sulfide is from 2.4 to 3.6% by weight of absolutely dry plant material and prehydrolysis is carried out at a temperature of 170-175 ^o C for 60-120 min to a pH of 6.0-5.5.

Водный раствор сульфида натрия концентрацией от 2,4 до 3,6% от массы абсолютно сухого сырья имеет сильно щелочную среду, которая остается и после пропитки. Но в процессе нагревания раствора до 170-175^oC и выдержки при этой температуре в течение 60-120 мин происходит гидролиз растительного сырья, в результате чего появляется углекислый газ, различные органические кислоты, которые сдвигают pH раствора в кислую область. При достижении pH раствора 6,0-5,5 гидролиз останавливается путем сбрасывания давления и слива гидролизата. Указанная концентрация сульфида натрия позволяет получить необходимое количество гидросульфида натрия, максимальная растворимость которого достигается при pH 6,0-5,5. Необходимо отметить, что восстановительный потенциал гидросульфида в слабокислой среде (pH 6,0-5,5) намного выше, чем сульфид иона в щелочной среде. Поэтому происходит глубокое восстановление углеводного комплекса, который может даже сохраняться в условиях натронной варки, что позволяет проводить более глубокую делигнификацию растительного сырья, сохраняя высокие физико-механические свойства получаемой целлюлозы.An aqueous solution of sodium sulfide with a concentration of 2.4 to 3.6% by weight of absolutely dry raw materials has a strongly alkaline environment, which remains after impregnation. But in the process of heating the solution to 170-175 ^o C and holding at this temperature for 60-120 min, the hydrolysis of plant materials occurs, resulting in carbon dioxide, various organic acids that shift the pH of the solution to the acidic region. When the pH of the solution reaches 6.0-5.5, hydrolysis is stopped by depressurizing and draining the hydrolyzate. The indicated concentration of sodium sulfide allows you to get the required amount of sodium hydrosulfide, the maximum solubility of which is achieved at a pH of 6.0-5.5. It should be noted that the reduction potential of hydrosulfide in a slightly acidic medium (pH 6.0-5.5) is much higher than the sulfide ion in an alkaline medium. Therefore, there is a deep recovery of the carbohydrate complex, which can even be maintained under conditions of soda boiling, which allows for a deeper delignification of plant materials, while maintaining the high physical and mechanical properties of the resulting cellulose.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Растительное сырье, например щепа древесины, заливается водным раствором сульфида натрия при гидромодуле 1:3 или 1:4. Концентрация сульфида натрия составляет от 2,4 до 3,6% от массы абсолютно сухой щепы, температура раствора может быть от 20 до 100^oC. Предгидролиз проводят при температуре 170-175^oC в течение 60-120 мин до слабокислой среды (pH 6,0-5,5), после чего раствор сливается. Обработанную таким образом щепу подвергают варке сульфатным или натронным щелоком при гидромодуле 1:4; подъем температуры до 170^oC в течение 90-120 мин, стоянка на указанной конечной температуре 60-120 мин.Plant materials, such as wood chips, are poured with an aqueous solution of sodium sulfide with a water module of 1: 3 or 1: 4. The concentration of sodium sulfide is from 2.4 to 3.6% by weight of absolutely dry wood chips, the temperature of the solution can be from 20 to 100 ^o C. Prehydrolysis is carried out at a temperature of 170-175 ^o C for 60-120 minutes to slightly acidic medium (pH 6.0-5.5), after which the solution is drained. The chips thus treated are subjected to cooking with sulphate or soda liquor with a 1: 4 hydraulic module; raising the temperature to 170 ^o C for 90-120 minutes, parking at the indicated final temperature 60-120 minutes

Предлагаемый способ апробирован в лабораторных условиях с использованием щепы из сосны и осины в автоклаве без циркуляции щелока. The proposed method is tested in laboratory conditions using wood chips from pine and aspen in an autoclave without liquor circulation.

Режим осуществления процесса при конкретных параметрах и показатели полученной целлюлозы представлены в табл. 1 и 2. The mode of the process for specific parameters and indicators of the resulting pulp are presented in table. 1 and 2.

Из данных таблиц видно, что физико-механические показатели полученной целлюлозы с использованием сульфида натрия на стадии предгидролиза как при варке сульфатным, так и натронным щелоком одинаково высоки. При этом по ряду показателей, например при повышении выхода на 2-3% по сравнению с прототипом, разрывная длина даже при варке натронным щелоком остается на уровне лучших образцов сульфатной варки. Это позволяет снизить сульфидность процесса до 6%. From these tables it can be seen that the physicomechanical parameters of the obtained cellulose using sodium sulfide at the stage of prehydrolysis during cooking with sulfate and soda liquor are equally high. At the same time, according to a number of indicators, for example, when the yield is increased by 2–3% compared with the prototype, the breaking length, even when cooking with sodium hydroxide, remains at the level of the best samples of sulfate cooking. This allows to reduce the sulfide process up to 6%.

Claims

1. The method of producing cellulose by impregnating plant materials with a solution of a sulfur-containing compound, prehydrolysis of the impregnated raw materials at elevated temperature and subsequent alkaline cooking with sulfate or soda liquor, characterized in that sodium sulfide is used as a sulfur-containing compound and prehydrolysis is carried out in the same sodium sulfide solution to the formation of a slightly acidic environment.

2. The method according to claim 1, characterized in that the impregnation is carried out with an aqueous solution of sodium sulfide at a flow rate of 2.4-3.6% by weight of absolutely dry raw materials.

3. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the prehydrolysis is carried out at 170-175 ^o C for 60-120 minutes to a pH of 6.0-5.5.