RU2679902C2 - Способ получения ароматических соединений - Google Patents

Способ получения ароматических соединений Download PDF

Info

Publication number
RU2679902C2
RU2679902C2 RU2017113922A RU2017113922A RU2679902C2 RU 2679902 C2 RU2679902 C2 RU 2679902C2 RU 2017113922 A RU2017113922 A RU 2017113922A RU 2017113922 A RU2017113922 A RU 2017113922A RU 2679902 C2 RU2679902 C2 RU 2679902C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
black liquor
catalyst
aromatic compounds
paragraphs
molecular weight
Prior art date
Application number
RU2017113922A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017113922A3 (ru
RU2017113922A (ru
Inventor
Андре ХЕРЕС
Нилс Ян ШЕНК
Аренд-Ян ЗЕУ
ВАЛЕ Барт ДЕ
Корнелис Ян КАММИНГА
Original Assignee
Хантсмэн Интернэшнл Ллс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хантсмэн Интернэшнл Ллс filed Critical Хантсмэн Интернэшнл Ллс
Publication of RU2017113922A3 publication Critical patent/RU2017113922A3/ru
Publication of RU2017113922A publication Critical patent/RU2017113922A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2679902C2 publication Critical patent/RU2679902C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/002Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal in combination with oil conversion- or refining processes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C11/00Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
    • D21C11/12Combustion of pulp liquors
    • D21C11/125Decomposition of the pulp liquors in reducing atmosphere or in the absence of oxidants, i.e. gasification or pyrolysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/89Silicates, aluminosilicates or borosilicates of titanium, zirconium or hafnium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C4/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms
    • C07C4/08Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by splitting-off an aliphatic or cycloaliphatic part from the molecule
    • C07C4/12Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by splitting-off an aliphatic or cycloaliphatic part from the molecule from hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring, e.g. propyltoluene to vinyltoluene
    • C07C4/14Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by splitting-off an aliphatic or cycloaliphatic part from the molecule from hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring, e.g. propyltoluene to vinyltoluene splitting taking place at an aromatic-aliphatic bond
    • C07C4/16Thermal processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C4/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms
    • C07C4/08Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by splitting-off an aliphatic or cycloaliphatic part from the molecule
    • C07C4/12Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by splitting-off an aliphatic or cycloaliphatic part from the molecule from hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring, e.g. propyltoluene to vinyltoluene
    • C07C4/14Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by splitting-off an aliphatic or cycloaliphatic part from the molecule from hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring, e.g. propyltoluene to vinyltoluene splitting taking place at an aromatic-aliphatic bond
    • C07C4/18Catalytic processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/40Thermal non-catalytic treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/42Catalytic treatment
    • C10G3/44Catalytic treatment characterised by the catalyst used
    • C10G3/48Catalytic treatment characterised by the catalyst used further characterised by the catalyst support
    • C10G3/49Catalytic treatment characterised by the catalyst used further characterised by the catalyst support containing crystalline aluminosilicates, e.g. molecular sieves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G51/00Treatment of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by two or more cracking processes only
    • C10G51/02Treatment of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by two or more cracking processes only plural serial stages only
    • C10G51/04Treatment of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by two or more cracking processes only plural serial stages only including only thermal and catalytic cracking steps
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C11/00Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
    • D21C11/0085Introduction of auxiliary substances into the regenerating system in order to improve the performance of certain steps of the latter, the presence of these substances being confined to the regeneration cycle
    • D21C11/0092Substances modifying the evaporation, combustion, or thermal decomposition processes of black liquor
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C11/00Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
    • D21C11/06Treatment of pulp gases; Recovery of the heat content of the gases; Treatment of gases arising from various sources in pulp and paper mills; Regeneration of gaseous SO2, e.g. arising from liquors containing sulfur compounds
    • D21C11/063Treatment of gas streams comprising solid matter, e.g. the ashes resulting from the combustion of black liquor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2529/00Catalysts comprising molecular sieves
    • C07C2529/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites, pillared clays
    • C07C2529/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • C07C2529/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2529/00Catalysts comprising molecular sieves
    • C07C2529/82Phosphates
    • C07C2529/84Aluminophosphates containing other elements, e.g. metals, boron
    • C07C2529/85Silicoaluminophosphates (SAPO compounds)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2529/00Catalysts comprising molecular sieves
    • C07C2529/89Silicates, aluminosilicates or borosilicates of titanium, zirconium or hafnium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10Feedstock materials
    • C10G2300/1003Waste materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10Feedstock materials
    • C10G2300/1011Biomass
    • C10G2300/1014Biomass of vegetal origin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/30Aromatics
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582Recycling of unreacted starting or intermediate materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения низкомолекулярных ароматических соединений. Способ получения низкомолекулярных ароматических соединений из черного щелока включает: предоставление черного щелока, который является производным от щелочной обработки древесной щепы, где древесная щепа является производной от твердой древесины; подвергание черного щелока обработке пиролизом, чтобы получить от пиролизованного черного щелока газ и массив твердотельного вещества, содержащий обуглившееся вещество и соли, в первом реакторе, где соли являются, в основном, производными от обработки черного щелока; приведение по меньшей мере части газа от пиролизованного черного щелока в контактирование с катализатором во втором реакторе, который отличается от первого реактора, чтобы предоставить конверсионную обработку для получения на выходе продукта конверсии; извлечение низкомолекулярных ароматических соединений из продукта конверсии. Технический результат – более высокий суммарный выход низкомолекулярных ароматических соединений по сравнению с другими источниками биомассы. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения низкомолекулярных ароматических соединений из черного щелока.
Низкомолекулярные ароматические соединения, такие как бензол, толуол, ксилолы и нафталины, представляют собой ценные исходные материалы для большого числа видов применения. Смеси таких соединений содержатся в ароматических топливах, включая бензин. Бензол может также быть использован в качестве промежуточного химического продукта, например, при производстве этилбензола, кумола и циклогексана. Толуол находит применение в качестве растворителя, например, для красок, печатной краски и клеев. Его также применяют в качестве промежуточного химического продукта при получении толуолдиизоцианата, который является исходным материалом для производства полиуретановых пенопластов. Кроме того, он может быть применен при его диспропорционировании до бензола и ксилолов. p-Ксилол применяют при получении терефталевой кислоты, которая является мономером для ряда пластиков, таких как арамид и сложные полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ). o-Ксилол в основном применяют при производстве пластификаторов для поливинилхлорида (ПВХ). Основной рынок для нафталинов заключается в получении фталевой кислоты.
В настоящее время, эти ароматические соединения производят посредством процессов переработки ископаемых топлив. Обычные процессы включают парофазный крекинг, паровой риформинг и каталитический риформинг. Для того, чтобы обеспечить производство этих ароматических соединений более благоприятным образом для окружающей среды и экологически рациональным образом, была проделана значительная исследовательская работа для определения различных, более экологически безопасных исходных материалов для их производства. Такие подходящие исходные материалы включают мусор и биомассу и их смеси.
Было найдено, что черный щелок от процесса варки целюлозно-бумажной волокнистой массы может быть применен в качестве основы для производства ценных соединений. В процессе производства целлюлозно-бумажной волокнистой массы древесную щепу обрабатывают в варочной системе, чтобы отделить целлюлозные волокна и удалить лигнин, который связывает волокна вместе в природном состоянии древесины. Варка древесной щепы при нагревании и применении химикатов является обычной практикой в данной отрасли промышленности. В этом процессе, например, в крафт-процессе (сульфатной варке), обычно древесную щепу и щелочной варочный раствор вводят в варочный котел, создающий волокнистую целлюлозную массу и растворимую часть, содержащую лигнин, также называемую черным щелоком. После процесса варки образованные волокнистую целлюлозную массу и черный щелок разделяют, чтобы дополнительно обработать в отдельности. Волокнистая целлюлозная масса содержит целлюлозные волокна и типично подвергается дополнительной обработке, чтобы получить бумагу. Черный щелок содержит лигнин, гемицеллюлозы, неорганические соли и другие извлеченные компоненты. Черный щелок часто концентрируют посредством удаления содержащейся воды, чтобы получить черный щелок с массовым содержанием твердотельного вещества между 70 и 90 масс.%. Концентрированный черный щелок также называют «крепким черным щелоком». Концентрирование твердотельных веществ в черном щелоке является процессом, который выполняют на большинстве имеющихся бумажных фабрик. Часть (крепкого) черного щелока может быть обработана дополнительно посредством сжигания в специальных котлах-утилизаторах для выработки энергии и извлечения солей, получаемых от процесса варки. Соли могут быть применены, чтобы восстановить химикаты, требующиеся в процессе производства целлюлозно-бумажной волокнистой массы. Крепкий черный щелок представляется более подходящим для извлечения соли.Было найдено, что по меньшей мере часть черного щелока может быть применена для выработки энергии и получения ценных соединений. Исследования были проведены в прошлом, чтобы предоставлять синтез-газ, который может быть преобразован в топливо для двигателей внутреннего сгорания и другие соединения, такие как спирты, алканы, алкены и эфиры. Также было исследовано повышение ценности лигнина (от крафт-процесса), основного составляющего компонента черного щелока, который отделен от черного щелока, посредством преобразования в ценные соединения, которые могут быть применены для топлива или в других видах применения.
Целью данного изобретения является предоставление способа получения низкомолекулярных ароматических соединений, который может быть применен экономически выгодным образом, в промышленном масштабе, для непрерывного процесса, и который может быть интегрирован с процессом производства на других имеющихся предприятиях, таких как бумажная фабрика.
Другой целью данного изобретения является предоставление низкомолекулярных ароматических соединений из черного щелока, при применении способа, который может быть интегрирован с процессом производства на имеющейся бумажной фабрике, таким образом, что, например, энергия может быть регенерирована, и соли могут быть извлечены для дальнейшего применения в бумажной промышленности.
Кроме того, целью является получение низкомолекулярных ароматических соединений, которые по существу не содержат атомов кислорода.
Эти цели удовлетворяются, по меньшей мере частично, способом в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.
Соответственно, данное изобретение предоставляет способ получения низкомолекулярных ароматических соединений из черного щелока, включающий:
предоставление черного щелока, который является производным от щелочной обработки древесной щепы;
подвергание черного щелока обработке пиролизом, чтобы получить от пиролизованного черного щелока газ и массив твердотельного вещества, содержащий обуглившееся вещество и соли, в первом реакторе, где соли являются в основном производными от обработки черного щелока;
приведение по меньшей мере части газа от пиролизованного черного щелока в контактирование с катализатором во втором реакторе, который отличается от первого реактора, чтобы предоставить конверсионную обработку для получения на выходе продукта конверсии; и
извлечение низкомолекулярных ароматических соединений из продукта конверсии.
Авторы настоящего изобретения нашли, что пиролизованный черный щелок предоставляет газ от пиролизованного черного щелока, который может быть обработан дополнительно каталитическим образом во втором реакторе, и предоставляет низкомолекулярные ароматические соединения. Кроме того, авторы изобретения неожиданно нашли, что не требуется первоначальное отделение определенных соединений, таких как лигнин, и они могут быть применены как таковые в способе по данному изобретению, чтобы получать низкомолекулярные ароматические соединения при достаточно высоком выходе. Кроме того, обработку пиролизом выполняют без добавления катализатора. Авторы данного изобретения неожиданно нашли, что пиролизованный черный щелок без применения катализатора предоставляет газ от черного щелока, который может быть обработан дополнительно каталитическим образом во втором реакторе, и предоставляет низкомолекулярные ароматические соединения. Если катализатор, такой как цеолитовый катализатор, будет присутствовать во время пиролиза, большие количества неорганических солей, присутствующих в черном щелоке, могут контактировать с катализатором и негативным образом влиять на активность. Кроме того, авторы изобретения неожиданно нашли, что способ в соответствии с данным изобретением предоставляет более высокий выход низкомолекулярных ароматических соединений по сравнению с другими источниками биомассы, такими как древесина. Более того, способ в соответствии с данным изобретением также предоставляет более высокий выход низкомолекулярных ароматических соединений, чем лигнин. Это является в особенности случаем, когда применяют черный щелок, который является производным от твердой древесины.
Также было найдено, что большинство ароматических соединений, которые сформированы, уже не замещены атомами кислорода.
Кроме того, способ может быть выполнен на заводе для производства целлюлозно-бумажной волокнистой массы, и энергия, выделенная во время обработки черного щелока, может быть извлечена и применена в процессе производства черного щелока или в процессе отделения целлюлозно-бумажной волокнистой массы от черного щелока. Массив твердотельного вещества, содержащий обуглившееся вещество, которое образовано во время пиролиза, может рассматриваться как отходы, когда целью является получение низкомолекулярных ароматических соединений. Однако авторы изобретения неожиданно нашли, что массив твердотельного вещества, содержащий соль и обуглившееся вещество, образованное во время пиролиза черного щелока и/или при конверсионной обработке, может быть собран, чтобы извлечь соль. Эта соль требуется, чтобы изготовить новую волокнистую целлюлозную массу. По существу вся соль в массиве твердотельного вещества является производным от процесса изготовления черного щелока. Обуглившееся вещество содержит большое количество энергии, которую конвертируют в котле-утилизаторе, и это способствует извлечению соли. Авторы данного изобретения соответственно нашли способ, где имеется баланс между модификацией черного щелока до ценных низкомолекулярных ароматических соединений, наряду с тем, что произведенное обуглившееся вещество является, тем не менее, ценным для дальнейшего применения в бумажной промышленности.
В соответствии с данным изобретением «черный щелок» является растворимой частью, которая присутствует после того, как древесная щепа была обработана посредством процесса сульфатной варки (крафт-процесса) или варки с содой и антрахиноном (Soda-AQ). В этих процессах черный щелок является производным от щелочной обработки древесной щепы. Это может быть выполнено посредством хорошо известного крафт-процесса при применении основной смеси гидроксида натрия и сульфида натрия. Когда хорошо известный процесс варки с содой и антрахиноном («soda-aq») применяют, чтобы получить черный щелок, то используют гидроксид натрия. Антрахинон (aq) может быть применен в качестве добавки при варке волокнистой целлюлозной массы, чтобы уменьшить разложение углеводов. Как в процессе варки с содой и антрахиноном, так и в крафт-процессе могут также быть добавлены дополнительные соли, такие как соли калия, являющиеся сульфидом, сульфатом, тиосульфатом, сульфитом, карбонатом, хлоридом, лигнатом, калийными мылами и солями сахарных кислот и/или силикатом. Также меньшие количества солей кальция и магния могут также быть обнаружены, вероятнее всего в качестве органических комплексов. Соль может также содержать следовые количества различных других катионов и кремнезема. Щелочной раствор, применяемый для щелочной обработки, добавляют к древесной щепе, которую варят в варочном котле таким образом, что разрушаются связи, которые соединяют лигнин с целлюлозой. Это приводит к образованию волокнистой целлюлозной массы, которая является нерастворимой в основной окружающей среде, и жидкости, черного щелока. Черный щелок содержит лигнин, фрагменты лигнина, гемицеллюлозу, карбогидраты от расщепления гемицеллюлозы, карбонат натрия, сульфат натрия и другие неорганические соли и воду. Соль в черном щелоке является в основном производным от щелочной обработки древесной щепы.
Как правило, черный щелок содержит 15 масс.% твердых веществ по массе. Однако предпочтительно в данном изобретении применяют крепкий черный щелок, в котором концентрация твердых веществ находится между 70 масс.% и 90 масс.%. Когда в описании делается ссылка на черный щелок, это может также применяться к «крепкому черному щелоку», если не указано иное.
В одном из вариантов осуществления черный щелок является производным от твердой древесины или мягкой древесины. Наиболее предпочтительно черный щелок является производным от твердой древесины. Твердая древесина является древесиной от покрытосеменных деревьев. Подходящим примером твердой древесины является древесина от тополя, в частности, гибридного тополя. Мягкая древесина является древесиной от голосеменных деревьев. Подходящим примером мягкой древесины является древесина от сосен.
В соответствии с данным изобретением, низкомолекулярные ароматические соединения являются моноароматические соединения, содержащие одно ароматическое кольцо, которое может быть замещенным, и олигомерные ароматические соединения, имеющие структуры с двумя или тремя ароматическое кольцами, которые могут быть замещенными. Примерами низкомолекулярных ароматических соединений являются бензол, толуол, орто-ксилол, мета-ксилол и пара-ксилол, триметилбензол, этилбензол, диэтилбензол, триэтилбензол. Примером олигомерного ароматического соединения является нафталин, который может быть замещенным.
В одном из вариантов осуществления температура во время обработки пиролизом является достаточно высокой, так что черный щелок пиролизуется. Пиролиз в данном контексте означает термохимический процесс, в котором теплоту вводят в процесс в основном посредством твердотельного субстрата, где не присутствует внешний кислород, и посредством нагревания черный щелок расщепляется. Предпочтительно температура во время пиролиза является достаточно низкой, так что твердотельный субстрат остается твердым, и соли, присутствующие в твердотельном субстрате не плавятся. Предпочтительно обработку черного щелока пиролизом выполняют при температуре от 350°C до 700°C и/или при давлении от 0,1 до 6 бар абс.
Пиролиз происходит в первом реакторе, который отличается от второго реактора. Во время пиролиза катализатор не добавляют в первый реактор, если не считать материал (такой как соль), который уже присутствует в черном щелоке вследствие получения черного щелока. Возможно, что соли, присутствующие в черном щелоке, обладают каталитической активностью во время пиролиза.
Предпочтительно, черный щелок протекает через реактор для пиролиза при высокой скорости, так что твердотельный субстрат образует завихрения в реакторе. Предпочтительно, газ, создающий псевдоожижение, добавляют в реактор при высокой скорости для того, чтобы черный щелок и твердотельный субстрат псевдоожижались в реакторе. Газ, создающий псевдоожижение, предпочтительно является инертным газом, таким как N2. Предпочтительно, газов, не являющихся инертными, таких как воздух, O2, H2O, избегают во время пиролиза, поскольку они могут вызывать побочные реакции. Тем не менее, может происходить небольшое просачивание таких газов в реакторном оборудовании, что будет вызывать лишь побочные реакции небольшой значимости.
Посредством нагревания черный щелок пиролизуется и расщепляется на обуглившееся вещество и газ от пиролизованного черного щелока. Обуглившееся вещество является частью массива твердотельного вещества, которая может затем быть использована в качестве твердотельного субстрата. Газ от пиролизованного черного щелока протекает через реактор, и массив твердотельного вещества становится вовлеченным в поток газа от пиролизованного черного щелока. Затем массив твердотельного вещества и газ от пиролизованного черного щелока могут быть разделены. Это может быть выполнено любым известным методом отделения газа от твердотельного вещества. Такие методы включают фильтрацию, электростатическое разделение и инерционное разделение или их комбинацию. Предпочтительно первое отделение газа выполняют при применении инерционного разделения. Эта технология основана на извлечении твердотельных частиц посредством изменения направления потока газа, содержащего твердотельные частицы. Это может быть достигнуто посредством статических сепараторов. Однако это обычно достигают более эффективным образом посредством применения центробежных сил, например, в одном или нескольких циклонах.
Как описано, предпочтительно массив твердотельного вещества, полученный после пиролиза и содержащий обуглившееся вещество и соль, собирают, и он может быть использован в котле-утилизаторе.
Было найдено, что газ от пиролизованного черного щелока содержит синтез-газ (т.е. CO, CO2, H2), углеводороды с олефиновой ненасыщенностью, органические и ароматические соединения, которые содержат кислород, такие как фенолы, метоксифенолы и в незначительной степени кетоны, спирты, эфиры, такие как фурановые эфиры, карбоновые кислоты и т.д., данные соединения могут являться производными от (геми)целлюлозной фракции, присутствующей в черном щелоке. Как описано, авторы данного изобретения нашли, что эти соединения и другие соединения в газе от пиролизованного черного щелока могут быть преобразованы в низкомолекулярные ароматические соединения. После пиролиза газ от пиролизованного черного щелока приводят в контактирование с катализатором во втором реакторе, чтобы предоставить конверсионную обработку для получения продукта конверсии. Контактирование газа от пиролизованного черного щелока с катализатором может происходить в реакторе, который связан с реактором для пиролиза, например, посредством труб. Предпочтительно, газ от пиролизованного черного щелока приводят в контактирование с катализатором непосредственно после стадии пиролиза, необязательно после разделения, без первоначального сохранения и/или охлаждения. Это предотвращает протекание побочных реакций, которые могут происходить в парах пиролизованного черного щелока во время хранения или охлаждения и повторного нагревания.
Было найдено, что каталитическая конверсионная обработка включает преобразование комплексных ароматических соединений в низкомолекулярные ароматические соединения, преобразование ароматических соединений, содержащих кислород, и алифатических соединений, содержащих кислород, в низкомолекулярные ароматические соединения без атомов кислорода, и преобразование углеводородов, таких как олефины, в низкомолекулярные ароматические соединения.
Предпочтительно применяют цеолитовый катализатор. Предпочтительно катализатор выбирают из алюмосиликатов, силикоалюмофосфатов (SAPO), силикалитов и их комбинаций. Было найдено, что катализатор предпочтительно является кислотным. На кислотность может влиять структура алюмосиликата и также соотношение между силикатными частями и алюминатными частями в алюмосиликате. Кислотность может, например, быть достигнута посредством ионного обмена катализатора с аммонийными солями и последующего его обжига. Отношение кремнезема к глинозему (SAR) важно для потенциальной кислотности катализатора. При низком отношении кремнезема к глинозему и если практически все активные центры были приведены в форму H+, результирующий катализатор является высококислотным. Подходящие отношения кремнезема к глинозему включают те, что находятся в интервале от 5 до 300, предпочтительно от 10 до 150, более предпочтительно от 20 до 90, например, 23, 45 или 80. Другим свойством, которое может играть роль в эксплуатационных характеристиках катализатора, является диаметр пор. Было найдено, что особенно хорошие результаты получают, если наибольший размер внутренних пор катализаторов находится в интервале от 4,5 до 12 Å, предпочтительно от 5 до 7 Å. Специалисту в данной области техники известно, что катализатор может иметь разные размеры пор. Без намерения установления связи с теорией, полагают, что поры катализатора образуют полости, в которые могут проникать молекулы газа от пиролизованного черного щелока. Молекулы способны покидать данные полости лишь, когда они уменьшены в размере. Более высокомолекулярные ароматические соединения могут таким образом быть конвертированы в низкомолекулярные ароматические соединения, и ароматические соединения, имеющие более длинные замещающие группы, такие как группы, содержащие кислород, принуждаются к удалению заместителей.
Катализатор предпочтительно является цеолитом, который выбран из группы, состоящей из ZSM-5, ZSM-11, ZSM-35, ZSM-23, ферриерита, цеолита Бета, цеолита Y, цеолита X, морденита, цеолита A, IM-5, SSZ-20, SSZ-55, MCM-22, TNU-9, NU-87, ZSM-57, ZSM-48, EU-1, SSZ-35, SSZ-44, ультрастабильного цеолита Ultrastable Y (US-Y), SBA-15, AL-SBA15, ZSM-18, LZ-135, ZSM-10, MCM-68, SSZ-57, ECR-1, ITQ-25, COK-14, MOR, ZSM-12 SSZ-48 и их комбинаций. Наиболее предпочтительными катализаторами являются ZSM-5, цеолит Y, Бета и ZSM-23 или их комбинации. Предпочтительными комбинациями являются комбинация цеолита Бета и ZSM-5; и комбинация цеолита Y и ZSM-5. Когда применяют комбинации катализаторов, они могут иметь разную кислотность.
Как указано выше, кислотность катализатора играет роль в конверсии газа от пиролизованного черного щелока. Кислотность может быть связана с отношением кремнезема к глинозему катализатора, когда катализатор является цеолитовым катализатором. Когда катализатор является цеолитовым катализатором, также размер пор цеолитового катализатора является показателем в способе в соответствии с данным изобретением. Хорошие результаты были получены посредством применения катализатор ZSM-5, имеющего кислотность 23, 45 или 80.
Конверсионная обработка может также быть выполнена, когда добавки добавлены к катализатору. Фосфор может быть применен, чтобы увеличить гидротермическую стабильность катализатора. Также другие трехвалентные редкоземельные элементы могут быть применены (например, европий). Катализатор может также иметь градиент кислотности, которая изменяется в зависимости от расстояния до поверхности цеолита, и может быть в большей или меньшей степени кислотным на поверхности по сравнению с сердцевиной катализатора. Градиент может быть следствием процедуры синтеза или обработки после синтеза, например, обработки катализатора паром.
Конверсионную обработку выполняют подходящим образом при температуре в интервале от 200 до 1000°C. Сравнительно высокие температуры, такие как от 350 до 650°C, являются предпочтительными, поскольку они склонны к увеличению формирования ароматических соединений из паровой фазы. Давление подходящим образом находится в интервале от 1 до 4 бар абс. При конверсионной обработке катализатор подходящим образом присутствует при массовом отношении газа от пиролизованного черного щелока к катализатору в интервале от 5:1 до 1:20, и более предпочтительно в интервале от 1:1 до 1:5.
Катализатор может быть сформирован вместе со связующим, связывающим катализатор. Связующее предоставляет прочность катализатору. Связующее может быть выбрано из неорганических огнеупорных оксидов, в особенности оксида алюминия, кремнезема, кремнезема-оксида алюминия, диоксида титана, диоксида циркония, каолина и их смесей. В дополнение к предоставлению механической прочности, связующее может оказывать положительное действие на характеристики катализатора.
Когда применяют связующее, количество связующего в таких комбинациях может варьироваться в пределах широких интервалов. Подходящим образом количество связующего в катализаторе находится в интервале от 0 до 80 масс.%, предпочтительно от 40 до 70 масс.%, в расчете на общую массу катализатора, содержащего связующее. Такое соотношение предоставляет связанный катализатор с удовлетворительной механической прочностью.
Каталитическая конверсионная обработка по данному способу может быть выполнена в неподвижном слое. Газ от пиролизованного черного щелока может в этом случае быть пропущен через слой в виде восходящего или нисходящего потока. Однако, поскольку конверсия в ароматические соединения может приводить к некоторому осаждению углеродистых отложений на катализаторе, постепенное деактивирование может происходить в таком неподвижном слое. Поэтому также возможно выполнение конверсионной обработки в подвижном или псевдоожиженном слое. В случае псевдоожиженного слоя катализатор подают непрерывно и пропускают флюидизированным образом к выходу при том, что он окружен парами. Пары содержат первоначально пары от газа от пиролизованного черного щелока (которые содержат фенолы и другие оксигенированные соединения) и будут конвертироваться с течением времени в низкомолекулярные ароматические соединения, которые в значительной степени деоксигенированы. Затем катализатор отделяют от паров, и он может затем быть подан в регенератор, где его подвергают контактированию с газом, содержащим кислород, чтобы удалить любые углеродистые отложения, которые осаждены на катализаторе. Специалисту в данной области техники будет понятна концепция регенерации катализатора в устройстве с псевдоожиженным слоем. Регенерация является более эффективной, когда катализатор импрегнирован металлом.
Катализатор, который регенерирован таким образом, может, обычно непрерывным образом, быть возвращен на стадию конверсионной обработки.
После каталитической конверсионной обработки формируется продукт конверсии, который содержит низкомолекулярные ароматические соединения, такие как бензол, толуол, ксилол и/или нафталин. Кроме того, когда применяют цеолитовый катализатор, такой как H-ZSM-5, низкомолекулярные ароматические соединения в основном содержат бескислородные низкомолекулярные ароматические соединения. Продукты конверсии по существу не содержат фенолов и других ароматических соединений, содержащих атомы кислорода.
Низкомолекулярные ароматические соединения затем извлекают из продукта конверсии. Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможно извлечение различных ароматических соединений в отдельности. В качестве альтернативы, возможно извлечение всех ароматических соединений в одной фракции. Специалист в данной области техники будет выбирать желательный уровень фракционирования в соответствии с требованиями и видами применения ароматических соединений.
Продукт конверсии не состоит только лишь из низкомолекулярных ароматических соединений. Он также содержит некоторые побочные продукты, такие как олефины. Иногда желательно извлекать олефины в отдельности из ароматических соединений. Также могут присутствовать другие побочные продукты, такие как алканы, такие как метан, водород, монооксид углерода, диоксид углерода и вода. Поэтому продукт конверсии предпочтительно подвергают фракционированию, получая низкомолекулярные ароматические соединения в качестве отдельной фракции или фракций, таких как бензол-толуол-ксилольная фракция (БТК-фракция) и фракция, содержащая другие низкомолекулярные ароматические соединения, необязательно одну или несколько олефиновых фракций и остаток.
Остаток может быть подвергнут сжиганию, чтобы выработать энергию для нагревания потоков различных исходных материалов и промежуточных продуктов. По меньшей мере часть одной или нескольких олефиновых фракций может быть возвращена в процесс каталитической конверсионной обработки. Также возможно возвращение по меньшей мере части одной или нескольких олефиновых фракций в процесс обработки пиролизом. Также по меньшей мере часть олефиновой фракции может быть возвращена в процесс конверсионной обработки и в процесс обработки пиролизом. По меньшей мере часть одной или нескольких олефиновых фракций может быть возвращена либо в один из процессов обработки пиролизом и конверсионной обработки, либо в оба эти процесса. Кроме того, остаток может также быть каталитически преобразован в продукт второй конверсии, обогащенный низкомолекулярными ароматическими соединениями, в дополнительном последующем реакторе. Газы, такие как водяной газ и спирты в газообразной форме, могут быть добавлены к остатку, что может способствовать формированию низкомолекулярных ароматических соединений.
Выход низкомолекулярных ароматических соединений может быть увеличен посредством добавления дополнительных реагентов к процессу конверсионной обработки. Такие дополнительные реагенты могут быть подходящим образом выбраны из группы, состоящей из дополнительных олефинов, спиртов, альдегидов, кетонов, кислот и их комбинаций. Дополнительные реагенты соответственно имеют от 1 до 6 атомов углерода. Примеры подходящих дополнительных реагентов включают водород, бутан, изобутен, пентены и гексены, метанол, этанол, пропанол или изопропанол и гексанол, формальдегид и ацетальдегид, ацетон, метилэтилкетон, муравьиную кислоту и уксусную кислоту.
Подходящим способом извлечения ароматических соединений из продукта конверсии является способ, в котором продукт конверсии пропускают в экстракционную колонну. Жидкий углеводород распыляют в продукт конверсии, тем самым охлаждая продукт конверсии и предоставляя растворитель для ароматических соединений. Кислородсодержащие соединения, такие как муравьиная кислота, пропионовая кислота и т.д., включая воду, которые могут быть сформированы во время данного процесса, легко отделяются от смеси продукта конверсии и жидких углеводородов. Таким образом ароматические углеводороды извлекают вместе с жидкими углеводородами. После отделения фазы жидких углеводородов, которая содержит ароматические соединения, от фазы, которая содержит кислородсодержащие соединения, включая воду, фазу жидких углеводородов подходящим образом подвергают фракционированию, чтобы получить низкомолекулярные ароматические соединения.
Соответственно, данное изобретение также предоставляет способ извлечения ароматических соединений из парового потока, который содержит ароматические соединения и кислородсодержащие соединения, такие как продукты конверсии, данный способ включает приведение парового потока в контактирование с жидким углеводородным абсорбентом, чтобы получить углеводородную фазу, содержащую ароматические соединения, и фазу кислородсодержащих соединений, и отделение углеводородной фазы от фазы кислородсодержащих соединений. Ароматические соединения могут быть подходящим образом извлечены из углеводородной фазы посредством любого известного способа, включая фракционирование. Жидкий углеводородный абсорбент может быть алифатическим, циклоалифатическим или ароматическим. Применение алифатических или циклоалифатических углеводородов имеет то преимущество, что может быть выполнено отделение ароматических соединений и может быт легко определено, что имеет место извлечение ароматических соединений из исходного сырья. Если ароматические углеводороды применяют в качестве жидких углеводородных абсорбентов, то преимущество заключается в том, что отсутствует необходимость в применении посторонних продуктов в процессе. Ароматические углеводороды, которые применяют для этой цели, могут являться продуктом от более ранней конверсии. Это означает, что фракция ароматических соединений, которая была отделена от продукта конверсии, может быть для последующего экстрагирования ароматических соединений из продукта конверсии. Это имеет то преимущество, что отсутствует необходимость в дополнительном фракционировании, чтобы извлекать экстракционный растворитель, т.е. жидкий углеводород, в отдельности. Жидкий углеводород выбирают подходящим образом из углеводородов, содержащих от 6 до 12 атомов углерода. Температура и давление могут быть выбраны специалистом в данной области техники по его желанию.
Изобретение будет далее разъяснено посредством приведенных ниже примеров и фигур.
Фиг. 1 показывает хроматографическую диаграмму хроматографического анализа газа от пиролизованного черного щелока, который был обработан с применением катализатора в эксперименте в граммовом масштабе.
Фиг. 2 показывает хроматографическую диаграмму хроматографического анализа газа от пиролизованного черного щелока, который был обработан с применением катализатора в шнековом реакторе.
Фиг. 3 показывает результаты анализа пламенноионизационным детектором (FID), полученные в газохроматографическом анализе, представляющие относительные количества бензола, толуола, ксилола (бензол-толуол-ксилольной фракции); других моноароматических соединений; нафталинов; азуленов и других ароматических соединений.
Фиг. 4 показывает диаграмму результатов анализа газовой хроматографией/масс-спектрометрией (GC-MS) низкомолекулярных ароматических соединений в масс.% нескольких источников биомассы, которые были обработаны в соответствии со способом по данному изобретению. Масс.% представляют массу низкомолекулярных ароматических соединений по отношению к количеству органических веществ в исходном материале биомассы.
Примеры
1. Пиролиз черного щелока и последующая конверсия газа от пиролизованного черного щелока посредством реактора в граммовом масштабе
Черный щелок получали от стандартного крафт-процесса при применении эвкалиптовой древесины в качестве преобладающего сырьевого материала и подвергали сублимационной сушке (BLFD). Полученный черный щелок (BLFD) первоначально пиролизовали и затем модифицировали при применении реактора в граммовом масштабе, содержащего узел пиролиза и модифицирующий узел, которые соединены один с другим. Постоянный поток N2 с расходом 7 мл/мин применяли в качестве газового потока для того, чтобы поддерживать инертную атмосферу. Узел пиролиза заполняли примерно 1,5-2,0 г черного щелока, подвергнутого сублимационной сушке (BLFD), и модифицирующий узел заполняли примерно 10 граммами катализатора H-ZSM-5. Установку реактора в граммовом масштабе помещали в псевдоожиженный песчаный слой (T=510°C) таким образом, что модифицирующий узел размещали первоначально в псевдоожиженном слое, с тем, чтобы узел достигал температуры 510°C, и затем узел пиролиза, содержащий черный щелок, подвергнутый сублимационной сушке (BLFD), вводили в псевдоожиженный слой, так что пиролиз начинался при температуре 510°C. Пиролиз занимает примерно 1,5-15 мин. Реакция пиролиза вызывает увеличение газового потока вследствие газов, которые производятся при этом. Пиролиз завершают от момента, когда газовый поток имеет снова примерно тот же самый расход, что и первоначальный поток N2. Полученный газ от пиролизованного черного щелока затем конвертируют в модифицирующем узле посредством каталитической обработки. Конвертированный газ от пиролизованного черного щелока затем конденсируют посредством приведения газа до температуры -15°C в охлаждающем узле. Охлаждающий узел затем промывают небольшими количествами петролейного эфира. Посредством фазового разделения конденсата водный слой отделяют от слоя органических веществ.
Количество водного слоя составляет до 20,1 масс.% в расчете на массу черного щелока, подвергнутого сублимационной сушке (BLFD).
Количество конденсированного и конвертированного пиролизованного черного щелока, который остается в органической фазе, составляет до 20,2 масс.% в расчете на массу черного щелока, подвергнутого сублимационной сушке (BLFD).
Фиг. 1 показывает газохроматографический анализ отделенного органического слоя, который является соответственно черным щелоком, подвергнутым сублимационной сушке, пиролизованным при 510°C, и который является каталитически конвертированным и затем конденсированным. Для того, чтобы исключить присутствующие большие количества петролейного эфира, хроматограмма показывает лишь пики, возникающие через 4 минуты.
Как показано на Фиг. 1, анализ газовой хроматографией/масс-спектрометрией (GC-MS) показывает, что черный щелок может быть преобразован в низкомолекулярные ароматические соединения, такие как бензол, толуол и ксилол.
2. Ароматические соединения, производные от пиролизованного черного щелока, который затем подвергают конвертированию при применении шнекового реактора
Черный щелок получали от стандартного крафт-процесса при применении эвкалиптовой древесины в качестве преобладающего сырьевого материала. Эксперименты с пиролизом черного щелока выполняли в установке непрерывного действия, промежуточной между лабораторной и полузаводской, при использовании технологии с применением шнекового реакторе. В инертной атмосфере (поток N2 с расходом 125 мл/мин) черный щелок (218 мл, 390 г, общее содержание твердых веществ 71,7%) подавали в реактор для пиролиза и интенсивно перемешивали с песком при температуре 500°C. Затем пары пиролизованного черного щелока приводили в контактирование при непрерывном потоке N2 с предварительно нагретым неподвижным слоем смеси катализатора (280 г H-ZSM-5(23)) при T=550°C для дополнительного преобразования. Полученный продукт конверсии конденсируют при T=-15°C, с последующим охлаждением и затем улавливанием охлаждаемой ловушкой (жидким азотом, T=-196°C). Все узлы для конденсата промывали органическим растворителем (петролейным эфиром) для того, чтобы собрать все конденсаты. Слой органических веществ отделяли от водного слоя и концентрировали в роторном вакуумном испарителе (выход 2,70 г, не оптимизирован).
Фиг. 2 показывает газохроматографическую диаграмму пиролизованного черного щелока в петролейном эфире, который был обработан катализатором H-ZSM-5 катализатор в соответствии с вышеописанной процедурой, выполненной в шнековом реакторе. Помимо моноароматических соединений бензола (Rf=4,90), толуола (Rf=6,16), п-ксилола (7,71), о,м-ксилола (8,18) также более высокоароматические соединения образуются при применяемых условиях.
Фиг. 3 отображает, на основании величин, полученных пламенноионизационным детектором (FID) в газохроматографическом (GC) анализе, соотношение между бензол-толуол-ксилольной (BTX) фракцией (бензол, толуол, ксилолы), другими моноароматическими соединениями, нафталинами, азуленами и другими ароматическими соединениями при образованных реакционных условиях.
3. Черный щелок, производный от твердой древесины, по сравнению с другими источниками биомассы.
Несколько источников биомассы было обработано. Щелок от крафт-процесса для твердой древесины северных/южных пород представляет собой черный щелок, полученный при применении крафт-обработки твердой древесной щепы. Натронный щелок от твердой древесины южных пород представляет собой черный щелок, полученный при применении обработки водным раствором соды древесной щепы твердой древесины.
Гибридный тополь представляет собой древесную щепу от твердой древесины гибридного тополя.
Сосновая древесина представляет собой древесную щепу от сосен.
Лигнин от крафт-процесса представляет собой лигнин, полученный из черного щелока, который был произведен крафт-обработкой.
Все источники биомассы обрабатывали аналогичным образом при применении тандемного микрореактора Frontier Lab, модель RX-3050TR, снабженного одним пробоотборником (PY1-1040), который установлен на газовом хроматографе/масс-спектрометре (GC-MS). Первый реактор пиролизует биомассу при 500°C. Газ от пиролизованной биомассы, поступающий от первого реактора, конвертируют во втором другом реакторе, содержащем катализатор H-ZSM-5, при 600°C. Реактор для пиролиза загружают 1,0-1,5 мг черного щелока. В реактор с катализатором загружают примерно 8 мг катализатора. Катализатор применяют для нескольких последовательных экспериментов без регенерации. Конвертированный газ от пиролизованного черного щелока сразу же анализировали газовой хроматографией/масс-спектрометрией (GC-MS).
Анализ продуктов выполняли посредством газовой хроматографии (GC) при применении прибора Hewlett Packard серии 5890, снабженного колонкой Restek Rx1-5Sil (длина 30 м, диаметр 0,25 мм и пленка 10 мкм), и масс-спектрометра (MS) с детектором Hewlett Packard серии 5972. Температуру инжекции устанавливали при 280°C, при разделении 50:1.
Фиг. 4 показывает результаты анализа газовой хроматографией/масс-спектрометрией (GC-MS) нескольких низкомолекулярных ароматических соединений, которые были получены при применении нескольких материалов биомассы. Черный щелок от твердой древесины имеет более высокий выход в отношении низкомолекулярных ароматических соединений по сравнению с другими источниками биомассы.

Claims (20)

1. Способ получения низкомолекулярных ароматических соединений из черного щелока, включающий:
предоставление черного щелока, который является производным от щелочной обработки древесной щепы, где древесная щепа является производной от твердой древесины;
подвергание черного щелока обработке пиролизом, чтобы получить от пиролизованного черного щелока газ и массив твердотельного вещества, содержащий обуглившееся вещество и соли, в первом реакторе, где соли являются, в основном, производными от обработки черного щелока;
приведение по меньшей мере части газа от пиролизованного черного щелока в контактирование с катализатором во втором реакторе, который отличается от первого реактора, чтобы предоставить конверсионную обработку для получения на выходе продукта конверсии;
извлечение низкомолекулярных ароматических соединений из продукта конверсии.
2. Способ по п. 1, в котором обработку пиролизом выполняют без добавления катализатора.
3. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором обработку пиролизом черного щелока выполняют при температуре от 350°C до 700°C при давлении между 0,1 и 6 бар абс.
4. Способ по любому одному из пп. 1-3, в котором по меньшей мере часть массива твердотельного вещества собирают и нагревают до температуры, которая является достаточно высокой, чтобы извлечь соль в массиве твердотельного вещества.
5. Способ по любому одному из пп. 1-4, в котором конверсионная обработка включает преобразование комплексных ароматических соединений в низкомолекулярные ароматические соединения, преобразование ароматических соединений, содержащих кислород, и алифатических соединений, содержащих кислород, в низкомолекулярные ароматические соединения без атомов кислорода, и/или преобразование углеводородов, таких как олефины, в низкомолекулярные ароматические соединения.
6. Способ по любому одному из пп. 1-5, в котором конверсионную обработку выполняют при температуре между 200°C и 1000°C, предпочтительно между 350°C и 650°C.
7. Способ по любому одному из пп. 1-6, в котором при конверсионной обработке катализатор присутствует при массовом отношении газа от пиролизованного черного щелока к катализатору в интервале от 5:1 до 1:20, и более предпочтительно в интервале от 1:1 до 1:5.
8. Способ по любому одному из пп. 1-7, в котором катализатор является цеолитовым катализатором, подходящим образом, выбранным из алюмосиликатов, силикоалюмофосфатов (SAPO), силикалитов и/или их комбинаций.
9. Способ по любому одному из пп. 1-8, в котором катализатор является кислотным и/или предпочтительно сделан кислотным посредством ионного обмена аммонийными солями и последующего обжига.
10. Способ по любому одному из пп. 1-9, в котором катализатор имеет отношение кремнезема к глинозему от 5 до 300, предпочтительно от 10 до 150, более предпочтительно от 20 до 90.
11. Способ по любому одному из пп. 1-10, в котором катализатор имеет наибольший размер внутренних пор в интервале от 4,5 до 12 Å, предпочтительно от 5 до 7 Å.
12. Способ по любому одному из пп. 1-11, в котором катализатор выбран из группы, состоящей из ZSM-5, ZSM-11, ZSM-35, ZSM-23, ферриерита, цеолита Бета, цеолита Y, цеолита X, морденита, цеолита A, IM-5, SSZ-20, SSZ-55, MCM-22, TNU-9, NU-87, ZSM-57, ZSM-48, EU-1, SSZ-35, SSZ-44, ультрастабильного цеолита Ultrastable Y (US-Y), SBA-15, AL-SBA15, ZSM-18, LZ-135, ZSM-10, MCM-68, SSZ-57, ECR-1, ITQ-25, COK-14, MOR, ZSM-12 SSZ-48 и их комбинаций и предпочтительно является ZSM-5.
13. Способ по любому одному из пп. 1-12, в котором катализатор связывают посредством связующего, чтобы образовать связанный катализатор, и где связующее выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, кремнезема, кремнезема-оксида алюминия, диоксида титана, диоксида циркония, каолина и их смесей.
14. Способ по любому одному из пп. 1-13, в котором количество связующего в связанном катализаторе находится в интервале от 0 до 80 мас.%, предпочтительно от 40 до 70 мас.%, в расчете на массу связанного катализатора.
15. Способ по любому одному из пп. 1-14, в котором конверсионную обработку выполняют в неподвижном слое, подвижном слое или псевдоожиженном слое.
16. Способ по любому одному из пп. 1-15, в котором извлечение ароматических соединений происходит посредством подвергания продукта конверсии фракционированию для получения фракции, обогащенной низкомолекулярными ароматическими соединениями.
RU2017113922A 2014-09-22 2015-09-22 Способ получения ароматических соединений RU2679902C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14185750 2014-09-22
EP14185750.8 2014-09-22
PCT/EP2015/071655 WO2016046163A2 (en) 2014-09-22 2015-09-22 Process for the preparation of aromatic compounds

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017113922A3 RU2017113922A3 (ru) 2018-10-24
RU2017113922A RU2017113922A (ru) 2018-10-24
RU2679902C2 true RU2679902C2 (ru) 2019-02-14

Family

ID=51625816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017113922A RU2679902C2 (ru) 2014-09-22 2015-09-22 Способ получения ароматических соединений

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10927498B2 (ru)
EP (1) EP3197984B1 (ru)
JP (1) JP6383489B2 (ru)
CN (1) CN106715653A (ru)
BR (1) BR112017005777A2 (ru)
CA (1) CA2961851C (ru)
CL (1) CL2017000691A1 (ru)
PL (1) PL3197984T3 (ru)
RU (1) RU2679902C2 (ru)
WO (1) WO2016046163A2 (ru)
ZA (1) ZA201701099B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819383C1 (ru) * 2019-09-02 2024-05-20 ХАНТСМЭН ИНТЕРНЭШНЛ ЭлЭлСи Способ получения улучшенной бионефти из черного щелока

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3786356A1 (en) 2019-09-02 2021-03-03 Huntsman International LLC A process for manufacturing an upgraded bio-oil from black liquor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120029243A1 (en) * 2010-07-29 2012-02-02 Basf Se Catalyst- and lignin-comprising composition and its use for preparing an aromatics composition
RU2010140629A (ru) * 2009-10-05 2012-04-10 Метсо Пауэр Ой (Fi) Способ и установка для переработки черного щелока целлюлозного завода
RU2011113398A (ru) * 2008-09-08 2012-10-27 Басф Се (De) Способ интегрированного получения целлюлозы и пригодных для повторного использования низкомолекулярных веществ
US20130232852A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Thesis Chemistry, Llc Method for tiered production of biobased chemicals and biofuels from lignin
US20130324772A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-05 University Of Massachusetts Method for converting a hydrocarbonaceous material to a fluid hydrocarbon product comprising p-xylene
WO2014146128A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 The Coca-Cola Company Mesoporous mfi-zeolite catalysts, methods of preparing the same and uses

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4493797A (en) * 1983-12-22 1985-01-15 Domtar Inc Apparatus and method involving supercritical fluid extraction
US5504259A (en) * 1992-10-29 1996-04-02 Midwest Research Institute Process to convert biomass and refuse derived fuel to ethers and/or alcohols
JP4105171B2 (ja) * 2005-03-17 2008-06-25 株式会社巴川製紙所 クラフトパルプ黒液のガス化方法と水素製造方法
US20070169412A1 (en) * 2006-01-26 2007-07-26 Georgia Tech Research Corporation Sulfur- and alkali-tolerant catalyst
WO2008156524A1 (en) * 2007-06-14 2008-12-24 Exxonmobil Upstream Research Company Process for purification of hydrocarbons
CN102015969B (zh) * 2008-03-04 2015-05-27 马萨诸塞大学 固体生物质的催化热解及相关的生物燃料、芳烃化合物和烯烃化合物
US20110272108A1 (en) * 2010-05-07 2011-11-10 Basf Se Process for producing pulp and at least one organic liquid or liquefiable material of value with offgas recycling
GB2498292B (en) * 2010-09-13 2017-11-08 Lummus Technology Inc Low temperature sulfur tolerant tar and sulfur removal with concomitant synthesis gas conditioning
CN103046415A (zh) * 2011-10-11 2013-04-17 北京林业大学 造纸黑液快速热裂解处理工艺
EP2948525B1 (en) * 2013-01-22 2020-10-07 Anellotech, Inc. Gas jet injector reactor and method for catalytic fast pyrolysis
JP6078882B2 (ja) * 2013-08-02 2017-02-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 炭化水素の製造方法
DK3198075T3 (en) * 2014-09-22 2019-04-01 Huntsman Int Llc PROCEDURE FOR TREATING BLACK BLOOD

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2011113398A (ru) * 2008-09-08 2012-10-27 Басф Се (De) Способ интегрированного получения целлюлозы и пригодных для повторного использования низкомолекулярных веществ
RU2010140629A (ru) * 2009-10-05 2012-04-10 Метсо Пауэр Ой (Fi) Способ и установка для переработки черного щелока целлюлозного завода
US20120029243A1 (en) * 2010-07-29 2012-02-02 Basf Se Catalyst- and lignin-comprising composition and its use for preparing an aromatics composition
US20130232852A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Thesis Chemistry, Llc Method for tiered production of biobased chemicals and biofuels from lignin
US20130324772A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-05 University Of Massachusetts Method for converting a hydrocarbonaceous material to a fluid hydrocarbon product comprising p-xylene
WO2014146128A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 The Coca-Cola Company Mesoporous mfi-zeolite catalysts, methods of preparing the same and uses

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819383C1 (ru) * 2019-09-02 2024-05-20 ХАНТСМЭН ИНТЕРНЭШНЛ ЭлЭлСи Способ получения улучшенной бионефти из черного щелока

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017113922A3 (ru) 2018-10-24
US10927498B2 (en) 2021-02-23
BR112017005777A2 (pt) 2017-12-12
WO2016046163A3 (en) 2016-09-15
ZA201701099B (en) 2018-04-25
EP3197984B1 (en) 2023-08-16
PL3197984T3 (pl) 2024-02-12
WO2016046163A2 (en) 2016-03-31
JP6383489B2 (ja) 2018-08-29
EP3197984A2 (en) 2017-08-02
CN106715653A (zh) 2017-05-24
JP2017532395A (ja) 2017-11-02
RU2017113922A (ru) 2018-10-24
US20180237989A1 (en) 2018-08-23
CA2961851A1 (en) 2016-03-31
CA2961851C (en) 2022-04-26
CL2017000691A1 (es) 2017-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Imran et al. An overview of catalysts in biomass pyrolysis for production of biofuels
Jae et al. Depolymerization of lignocellulosic biomass to fuel precursors: maximizing carbon efficiency by combining hydrolysis with pyrolysis
Park et al. Catalytic vapor cracking for improvement of bio-oil quality
Zhang et al. Catalytic fast pyrolysis of straw biomass in an internally interconnected fluidized bed to produce aromatics and olefins: effect of different catalysts
KR102462762B1 (ko) 촉매적 급속 열분해 공정으로부터 귀중한 성분을 회수하기 위한 개선된 방법
US20160304788A1 (en) Biomass-derived chemical intermediates
US20170247617A1 (en) Process for the Preparation of Aromatic Compounds
Bertero et al. Equilibrium FCC catalysts to improve liquid products from biomass pyrolysis
CA2863893C (en) Catalytic conversion of ligno-cellulosic biomass into fuels and chemicals
US20180298294A1 (en) Systems and methods for producing fuel intermediates
Wang et al. Pyrolysis mechanism of hemicellulose monosaccharides in different catalytic processes
CA3029162A1 (en) Process for the preparation of low molecular weight aromatics (btx) and biofuels from biomass
RU2679902C2 (ru) Способ получения ароматических соединений
Pinto et al. Ketal Sugar Conversion Into Green Hydrocarbons by Faujasite Zeolite in a Typical Catalytic Cracking Process
EP3380587A2 (en) Process of upgrading light hydrocarbons and oxygenates produced during catalytic pyrolysis of biomass
Wang et al. Reduction of the variety of phenolic compounds in bio-oil via the catalytic pyrolysis of pine sawdust
Iliopoulou et al. Nanocatalysis in the fast pyrolysis of lignocellulosic biomass
Wang et al. Influence of the Zeolite ZSM-5 on Catalytic Pyrolysis of Biomass via TG-FTIR
RU2819383C1 (ru) Способ получения улучшенной бионефти из черного щелока
US20220290370A1 (en) A process for manufacturing an upgraded bio-oil from black liquor
Jae Production of green aromatics and olefins from lignocellulosic biomass by catalytic fast pyrolysis: Chemistry, catalysis, and process development
Tan et al. Catalysts in Biomass Pyrolysis: A Brief Review
Gong et al. Biobased Paraxylene
Yarbay Şahin AN OVERVIEW OF PYROLYSIS CAPABILITIES OF MESOPOROUS CATALYSTS
Masoud Biomass pyrolysis and catalytic upgrading of pyrolysis vapors for the production of fuels and chemicals/Masoud Asadieraghi