RU2248421C1 - High-refined cellulose production process - Google Patents
High-refined cellulose production process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2248421C1 RU2248421C1 RU2004101220/12A RU2004101220A RU2248421C1 RU 2248421 C1 RU2248421 C1 RU 2248421C1 RU 2004101220/12 A RU2004101220/12 A RU 2004101220/12A RU 2004101220 A RU2004101220 A RU 2004101220A RU 2248421 C1 RU2248421 C1 RU 2248421C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- delignification
- temperature
- wood
- cooking
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и предназначено для получения высокооблагороженной целлюлозы, используемой для производства химических волокон и пленок.The invention relates to the pulp and paper industry and is intended to produce highly refined pulp used for the production of chemical fibers and films.
Известны способы получения целлюлозы, включающие варку измельченного растительного сырья с раствором пероксида водорода в присутствии многокомпонентного катализатора (смеси вольфрамовой кислоты или ее солей, молибденовой кислоты или ее солей и серной кислоты при соотношениях мольных долей компонентов в смеси соответственно 0,2...0,4; 0,2...0,4; 0,2...0,6) с последующей щелочной экстракцией или без нее. При этом не образуется токсичных и дурно пахнущих побочных продуктов варки, а геми-целлюлозы сохраняют высокую реакционную способность благодаря отсутствию реакций их стабилизации при варке (RU, №2206654, МКИ 7 D 21 С 3/04, 3/22, бюл. №17, 2003; RU, №2212483, МКИ 7 D 21 С 3/04, 3/22, бюл. №26, 2003).Known methods for producing cellulose, including the cooking of crushed plant materials with a solution of hydrogen peroxide in the presence of a multicomponent catalyst (a mixture of tungsten acid or its salts, molybdenum acid or its salts and sulfuric acid with molar fractions of the components in the mixture, respectively, 0.2 ... 0, 4; 0.2 ... 0.4; 0.2 ... 0.6) with subsequent alkaline extraction or without it. In this case, toxic and foul-smelling by-products of cooking are not formed, and hemi-cellulose retains high reactivity due to the absence of stabilization reactions during cooking (RU, No. 2206654, MKI 7 D 21 C 3/04, 3/22, bull. No. 17 , 2003; RU, No. 2212483, MKI 7 D 21 S 3/04, 3/22, bull. No. 26, 2003).
Недостатками известных способов являются высокое содержание гемицеллюлоз и низкая массовая доля альфа-целлюлоз в получаемой пероксидной целлюлозе, что не позволяет получать высокооблагороженную целлюлозу и использовать ее в качестве сырья для химической переработки (для производства химических волокон и пленок).The disadvantages of the known methods are the high content of hemicelluloses and the low mass fraction of alpha cellulose in the resulting peroxide cellulose, which does not allow to obtain highly refined cellulose and use it as a raw material for chemical processing (for the production of chemical fibers and films).
Наиболее близким по технической сущности является способ получения высокооблагороженной древесной целлюлозы, включающий водный или кислотный предгидролиз, сульфатную варку, отбелку и щелочное облагораживание (Технология целлюлозы. В 3-х томах. Т.2 Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы. М.: Лесная пром-сть, 1990. – С 229).The closest in technical essence is a method of producing highly refined wood pulp, including aqueous or acid prehydrolysis, sulphate cooking, bleaching and alkaline refinement (Cellulose technology. In 3 volumes. T.2 Nepenin Yu.N. Production of sulfate cellulose. M .: Forest industry, 1990. - С 229).
Недостатком известного способа является применение сульфида натрия для делигнификации древесины при сульфатной варке, что приводит к образованию в ходе технологического процесса токсичных и дурно пахнущих веществ (сероводорода, метилмеркаптана, диметилсульфида и др.) и создает экологически неблагоприятную обстановку в окрестностях предприятия. Кроме того, в ходе сульфатной варки протекают реакции как деградации полисахаридов (peeling-процесс), так и их стабилилизации (stopping-процесс). Оба эти процесса приводят к накоплению в целлюлозе низкомолекулярных фракций полисахаридов, устойчивых к действию щелочи. В результате не реализуются в полной мере возможности удаления гемицеллюлоз (особенно пентазаной) при последующем щелочном облагораживании целлюлозы.The disadvantage of this method is the use of sodium sulfide for delignification of wood during sulfate cooking, which leads to the formation of toxic and foul-smelling substances (hydrogen sulfide, methyl mercaptan, dimethyl sulfide, etc.) during the process and creates an environmentally unfavorable environment in the vicinity of the enterprise. In addition, during sulfate cooking, both degradation of polysaccharides (peeling process) and their stabilization (stopping process) occur. Both of these processes lead to the accumulation in cellulose of low molecular weight fractions of polysaccharides that are resistant to alkali. As a result, the possibilities of removing hemicelluloses (especially pentazane) during the subsequent alkaline refinement of cellulose are not fully realized.
Изобретение решает задачу получения высокооблагороженной целлюлозы без образования серосодержащих продуктов, улучшение экологичности процесса и снижение энергетических затрат.The invention solves the problem of obtaining highly refined cellulose without the formation of sulfur-containing products, improving the environmental friendliness of the process and reducing energy costs.
Для решения этой задачи измельченную древесину подвергают водному или кислотному предгидролизу, древесный остаток делигнифицируют водным раствором пероксида водорода в присутствии катализатора с последующей щелочной экстракцией, полученную целлюлозу отбеливают и облагораживают щелочным способом.To solve this problem, the crushed wood is subjected to aqueous or acid prehydrolysis, the wood residue is delignified with an aqueous solution of hydrogen peroxide in the presence of a catalyst, followed by alkaline extraction, the resulting cellulose is bleached and refined with an alkaline method.
Технический результат при использовании изобретения заключается в получении высококачественной целлюлозы, максимально полном удалении гемицеллюлоз (в том числе пентозанов), улучшении технологических параметров производства - снижение температуры варки и давления, улучшении экологичности процесса - отсутствие вредных выбросов токсичных и дурно пахнущих веществ при сохранении высокого качества получаемой целлюлозы, снижение энергетических затрат.The technical result when using the invention is to obtain high-quality cellulose, the most complete removal of hemicelluloses (including pentosans), improving the technological parameters of production - reducing the cooking temperature and pressure, improving the environmental friendliness of the process - no harmful emissions of toxic and foul-smelling substances while maintaining the high quality obtained pulp, reducing energy costs.
Для достижения указанного технического результата в способе получения высокооблагороженной целлюлозы, включающем кислотный или водный предгидролиз измельченной древесины, делигнификацию древесного остатка, отбелку и щелочное облагораживание целлюлозы, согласно изобретению делигнификацию древесного остатка проводят путем катализируемой пероксидной варки с последующей щелочной экстракцией окисленного лигнина при атмосферном давлении и температуре ниже 100°С.To achieve the specified technical result in a method for producing highly refined cellulose, including acid or water prehydrolysis of chopped wood, delignification of wood residue, bleaching and alkaline refinement of cellulose, according to the invention, wood residue remains delignified by catalytic peroxide cooking followed by alkaline extraction of oxidized lignin at atmospheric pressure below 100 ° C.
Предложенный способ получения высокооблагороженной целлюлозы отличается от прототипа тем, что делигнификацию предгидролизованной древесины проводят пероксидом водорода в присутствии катализатора с последующей щелочной экстракцией окисленного лигнина. Эти особенности лежат в основе заявляемого способа.The proposed method for producing highly refined cellulose differs from the prototype in that the delignification of prehydrolyzed wood is carried out with hydrogen peroxide in the presence of a catalyst followed by alkaline extraction of oxidized lignin. These features are the basis of the proposed method.
Способ получения высокооблагороженной целлюлозы осуществляется следующим образом.A method of producing highly refined pulp is as follows.
Измельченное растительное сырье подвергают водному предгидролизу при температуре 160-170°С или кислотному предгидролизу при температуре 110-120°С и варке с раствором пероксида водорода в присутствии катализатора, например многокомпонентного смешанного катализатора - вольфрамовой кислоты или ее солей (мольная доля в смешанном катализаторе 0,2...0,4), молибденовой кислоты или ее солей (мольная доля 0,2...0,4) и серной кислоты (мольная доля 0,2...0,6), при температуре 70...95°С. Твердый остаток промывают водой и обрабатывают раствором щелочи при температуре 60-97°С и атмосферном давлении для удаления продуктов окисления. Полученную целлюлозу отбеливают и облагораживают по общепринятым схемам и технологическим режимам.The crushed plant raw materials are subjected to aqueous prehydrolysis at a temperature of 160-170 ° C or acid prehydrolysis at a temperature of 110-120 ° C and cooking with a solution of hydrogen peroxide in the presence of a catalyst, for example a multicomponent mixed catalyst - tungsten acid or its salts (mole fraction in the mixed catalyst 0 , 2 ... 0.4), molybdenum acid or its salts (molar fraction 0.2 ... 0.4) and sulfuric acid (molar fraction 0.2 ... 0.6), at a temperature of 70 .. .95 ° C. The solid residue is washed with water and treated with an alkali solution at a temperature of 60-97 ° C and atmospheric pressure to remove oxidation products. The resulting pulp is bleached and refined according to generally accepted schemes and technological conditions.
Пример 1.Example 1
Для проведения водного предгидролиза древесину ели (100 г) в виде стружки и 500 г воды загружают в автоклав, быстро нагревают до 160°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Древесный остаток (выход 84 г) промывают водой, переносят в стеклянную колбу и обрабатывают раствором пероксида водорода с катализатором. Условия обработки: гидромодуль 4; начальная концентрация пероксида водорода 17%; суммарная концентрация комплексного катализатора 0,010 моль/дм3 (в том числе серной кислоты 0,0034 моль/дм3, вольфрамата натрия 0,0033 моль/дм3, молибдата натрия 0,0033 моль/дм3); температура 87°С; давление атмосферное; продолжительность процесса 2,5 ч. Твердый остаток промывают водой и обрабатывают в стеклянной колбе раствором гидроксида натрия при следующих условиях: гидромодуль 4; начальная концентрация NaOH 4%; температура 97°С; давление атмосферное; продолжительность 2,5 ч. Полученную целлюлозу освобождают от остатков лигнина обработкой раствором гипохлорита натрия при температуре 23°С в течение 1 ч (расход активного хлора корректируют в зависимости от содержания лигнина) и проводят холодное щелочное облагораживание. Условия облагораживания: концентрация волокнистой суспензии 5%, концентрация гидроксида натрия 9%, температура 15°С, продолжительность процесса 3 ч. По окончании процесса целлюлозу промывают дистиллированной водой, высушивают на воздухе при комнатной температуре и анализируют стандартными методами. Выход облагороженной целлюлозы 32 г. Результаты анализов приведены в таблице.To carry out water prehydrolysis, spruce wood (100 g) in the form of shavings and 500 g of water are loaded into an autoclave, quickly heated to 160 ° C and maintained at this temperature for 2 hours. The woody residue (84 g) is washed with water, transferred to a glass the flask and treated with a solution of hydrogen peroxide with a catalyst. Processing conditions: hydromodule 4; initial concentration of hydrogen peroxide 17%; the total concentration of the complex catalyst is 0.010 mol / dm 3 (including sulfuric acid 0.0034 mol / dm 3 , sodium tungstate 0.0033 mol / dm 3 , sodium molybdate 0.0033 mol / dm 3 ); temperature 87 ° C; atmospheric pressure; the duration of the process is 2.5 hours. The solid residue is washed with water and treated in a glass flask with sodium hydroxide solution under the following conditions: hydromodule 4; initial concentration of NaOH 4%; temperature 97 ° C; atmospheric pressure; duration 2.5 hours. The resulting cellulose is freed from lignin residues by treatment with sodium hypochlorite solution at a temperature of 23 ° C for 1 hour (the consumption of active chlorine is adjusted depending on the lignin content) and a cold alkaline enrichment is carried out. The conditions for upgrading: the concentration of the fibrous suspension is 5%, the concentration of sodium hydroxide is 9%, the temperature is 15 ° C, the duration of the process is 3 hours. At the end of the process, the cellulose is washed with distilled water, dried in air at room temperature and analyzed by standard methods. The yield of enriched cellulose 32 g. The results of the analyzes are shown in the table.
Пример 2.Example 2
Для проведения кислотного предгидролиза 100 г древесины ели в виде стружки и 500 г серной кислоты концентрацией 0,3% загружают в автоклав, быстро нагревают до температуры 115°С и выдерживают при этой температуре в течение 2,5 ч. Древесный остаток (выход 82 г) промывают водой, переносят в стеклянную колбу и проводят катализируемую пероксидную варку, щелочную экстракцию, отбелку и облагораживание аналогично примеру 1. Целлюлозу промывают дистиллированной водой, высушивают на воздухе при комнатной температуре и анализируют стандартными методами. Выход облагороженной целлюлозы 31,0 г. Результаты анализов приведены в таблице.To carry out acid prehydrolysis, 100 g of spruce wood in the form of shavings and 500 g of sulfuric acid with a concentration of 0.3% are loaded into an autoclave, quickly heated to a temperature of 115 ° C and kept at this temperature for 2.5 hours. Woody residue (yield 82 g ) washed with water, transferred to a glass flask and carried out catalyzed peroxide cooking, alkaline extraction, bleaching and enrichment as in Example 1. Cellulose is washed with distilled water, dried in air at room temperature and analyzed by standard methods. The yield of enriched cellulose is 31.0 g. The results of the analyzes are shown in the table.
Пример 3. По способу прототипу с использованием водного предгидролиза.Example 3. According to the prototype method using aqueous prehydrolysis.
Для проведения водного предгидролиза древесину ели (100 г) в виде стружки и 500 г воды загружают в автоклав, быстро нагревают до 160°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Древесный остаток (выход 84 г) промывают водой и делигнифицируют изотермической сульфатной варкой в автоклаве при условиях: гидромодуль 4,5; концентрация NaOH 50 г/дм3; концентрация Na2S г/дм3; температура 170°С; давление 0,9 МПа; продолжительность процесса 2 ч. Отбелку и облагораживание проводят аналогично примеру 1. Целлюлозу промывают дистиллированной водой, высушивают на воздухе при комнатной температуре и анализируют стандартными методами. Выход облагороженной целлюлозы 29,9 г. Результаты анализов приведены в таблице.To carry out water prehydrolysis, spruce wood (100 g) in the form of shavings and 500 g of water are loaded into an autoclave, quickly heated to 160 ° C and maintained at this temperature for 2 hours. The woody residue (84 g yield) is washed with water and delignified with isothermal sulfate cooking in an autoclave under the conditions of: hydromodule 4.5; the concentration of NaOH 50 g / DM 3 ; concentration of Na 2 S g / dm 3 ; temperature 170 ° C; pressure 0.9 MPa; the duration of the process is 2 hours. The bleaching and refinement is carried out analogously to example 1. Cellulose is washed with distilled water, dried in air at room temperature and analyzed by standard methods. The yield of enriched cellulose 29.9 g. The results of the analyzes are shown in the table.
Пример 4. По способу-прототипу с использованием кислотного предгидролиза.Example 4. According to the prototype method using acid prehydrolysis.
Для проведения кислотного предгидролиза 100 г древесины ели в виде стружки и 500 г серной кислоты концентрацией 0,3% загружают в автоклав, быстро нагревают до температуры 115°С и выдерживают при этой температуре в течение 2,5 ч. Древесный остаток (выход 82 г) промывают водой и проводят сульфатную варку, отбелку и облагораживание, как в примере 3. Целлюлозу промывают дистиллированной водой, высушивают на воздухе при комнатной температуре и анализируют стандартными методами. Выход облагороженной целлюлозы 30,5 г. Результаты анализов приведены в таблице.To carry out acid prehydrolysis, 100 g of spruce wood in the form of shavings and 500 g of sulfuric acid with a concentration of 0.3% are loaded into an autoclave, quickly heated to a temperature of 115 ° C and kept at this temperature for 2.5 hours. Woody residue (yield 82 g ) washed with water and carry out sulfate cooking, bleaching and enrichment, as in example 3. Cellulose is washed with distilled water, dried in air at room temperature and analyzed by standard methods. The yield of enriched cellulose is 30.5 g. The results of the analyzes are shown in the table.
Как видно из данных таблицы, заявленный способ имеет следующие преимущества перед известными:As can be seen from the table, the claimed method has the following advantages over the known:
- ниже температура и давление при проведении делигнифицирующей стадии процесса (щелочной экстракции);- lower temperature and pressure during the delignification stage of the process (alkaline extraction);
- меньше массовая доля пентозанов в целлюлозе при сопоставимых прочих показателях свойств, что является предпосылкой для лучшей перерабатываемости целлюлозы по вискозному способу;- less mass fraction of pentosans in cellulose with comparable other properties indicators, which is a prerequisite for better pulp processability by the viscose method;
- в технологическом процессе получения целлюлозы не используются соединения серы, что является предпосылкой для снижения техногенной нагрузки на природную среду и для улучшения качества жизни.- sulfur compounds are not used in the pulp production process, which is a prerequisite for reducing the technogenic load on the environment and for improving the quality of life.
Указанные преимущества предлагаемого способа получения облагороженной целлюлозы достигаются за счет замены сульфатного метода делигнификации на катализируемый пероксидный метод делигнификации.The indicated advantages of the proposed method for producing enriched cellulose are achieved by replacing the sulfate method of delignification with a catalyzed peroxide method of delignification.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004101220/12A RU2248421C1 (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | High-refined cellulose production process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004101220/12A RU2248421C1 (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | High-refined cellulose production process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2248421C1 true RU2248421C1 (en) | 2005-03-20 |
Family
ID=35454142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004101220/12A RU2248421C1 (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | High-refined cellulose production process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2248421C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8182650B2 (en) | 2005-05-24 | 2012-05-22 | International Paper Company | Modified Kraft fibers |
RU2688377C1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-05-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Национальная Исследовательская Компания" | Cellulose refining method |
RU2731174C1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-08-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Method of producing high-processed pulp |
-
2004
- 2004-01-14 RU RU2004101220/12A patent/RU2248421C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. Т.2. Производство сульфатной целлюлозы. - М.: Лесная промышленность, 1990, с.229. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8182650B2 (en) | 2005-05-24 | 2012-05-22 | International Paper Company | Modified Kraft fibers |
RU2454494C2 (en) * | 2005-05-24 | 2012-06-27 | Интернэшнл Пэйпа Кампани | Method to produce modified cellulose for use in products from paper or paper web, bleached modified sulfate cellulose, paper or cardboard |
US8328983B2 (en) | 2005-05-24 | 2012-12-11 | International Paper Company | Modified kraft fibers |
RU2688377C1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-05-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Национальная Исследовательская Компания" | Cellulose refining method |
RU2731174C1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-08-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Method of producing high-processed pulp |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2967571C (en) | Process for the production of a treated pulp, treated pulp, and textile fibres produced from the treated pulp | |
US10266610B2 (en) | Method of processing and fractionating biomass and use of fractions thus obtained | |
RU2401352C2 (en) | Cellulose mass and method of boiling | |
WO2011154847A2 (en) | Methods for manufacturing paper fibers and bioethanol from lignocellulosic biomass | |
WO2019158616A1 (en) | Novel methods for processing lignocellulosic material | |
US9771687B2 (en) | Crosslinked cellulose as precursor in production of high-grade cellulose derivatives and related technology | |
CA3074194A1 (en) | Modified sulfuric acid and uses thereof | |
RU2248421C1 (en) | High-refined cellulose production process | |
EP3093389B1 (en) | Dissolving pulp | |
Granatier et al. | Birch fractionation in γ-valerolactone with the emphasis on pulp properties: prehydrolysis, acid-catalyzed, and alkaline-catalyzed concept | |
US2947657A (en) | Extraction of cellulose from vegetable matter | |
RU2312946C1 (en) | Cellulose production process | |
WO1999060027A1 (en) | Process for preparing a high purity chemical-free microcrystalline cellulose from a chemically produced cellulose | |
NZ202296A (en) | Pretreatment of wood prior to sulphate cooking for manufacture of cellulose pulp | |
SU1730299A1 (en) | Method of producing cellulose for chemical processing | |
RU2212483C1 (en) | Cellulose production process | |
EP4301923A1 (en) | Compositions comprising sulfuric acid and carbonyl-containing nitrogenous base compounds | |
Paananen | High-yield Pulping of Scots Pine under Strongly Alkaline Conditions | |
CA3110364A1 (en) | Modified sulfuric acid and uses thereof | |
CA3110367A1 (en) | Modified sulfuric acid and uses thereof | |
FI127296B (en) | Method for processing and fractionating biomass | |
CA3110389A1 (en) | Modified sulfuric acid and uses thereof | |
Košíková et al. | Influence of molybdate compounds in sulphite pulping and oxygen delignification |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060115 |