RU2800851C2 - Method for lignin purification - Google Patents
Method for lignin purification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800851C2 RU2800851C2 RU2021126231A RU2021126231A RU2800851C2 RU 2800851 C2 RU2800851 C2 RU 2800851C2 RU 2021126231 A RU2021126231 A RU 2021126231A RU 2021126231 A RU2021126231 A RU 2021126231A RU 2800851 C2 RU2800851 C2 RU 2800851C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lignin
- alkaline
- membrane filtration
- value
- concentrate
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ FIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[0001] Настоящее изобретение относится к отделению и очищению лигнина. В частности, настоящее изобретение касается двухступенчатого способа получения очищенной соли лигнина из черного щелока. [0001] The present invention relates to the separation and purification of lignin. In particular, the present invention relates to a two-stage process for the production of purified lignin salt from black liquor.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND OF THE INVENTION
[0002] Лигнин представляет собой многообещающий сырьевой материал для продуктов на биооснове. Значительные количества лигнина доступны в отработанных щелоках от промышленной крафт-варки волокнистой массы, то есть, в черном щелоке. Концентрация лигнина в черном щелоке в типичном случае находится в диапазоне только 20-40% (масс.) при расчете на сухое вещество, при этом остаток сухого вещества содержит отработанные химические реагенты для варки волокнистой массы и растворенные нелигниновые компоненты древесины. Для лигниновых продуктов важной является высокая степень чистоты. Таким образом, для достижения возможности использования крафт-лигнина в промышленном масштабе требуются экономически эффективные операции отделения и очищения. [0002] Lignin is a promising raw material for bio-based products. Significant amounts of lignin are available in spent liquors from industrial kraft pulping, ie black liquor. The lignin concentration in black liquor is typically in the range of only 20-40% (w/w) on a dry matter basis, with the remainder of the dry matter containing spent pulping chemicals and dissolved non-lignin wood components. For lignin products, a high degree of purity is important. Thus, cost-effective separation and purification operations are required to achieve industrial scale use of kraft lignin.
[0003] Один хорошо известный способ очищения лигнина представляет собой ультрафильтрование в соответствии с описанием, помимо всего прочего, в публикации Luque et al., TAPPI Pulping Conference 1994, 7. Ультрафильтрование представляет собой технологический процесс фракционирования для получения из щелока при высокой щелочности (рН>12), где лигнин находится в растворенной форме, концентрата, который является обогащенным по высокомолекулярному лигнину (например, 29% при более чем 15000 дальтонов, Luque et al.), и пермеата, который содержит больше низкомолекулярного лигнина и другие низкомолекулярные компоненты черного щелока, неорганические соли и органические кислоты. [0003] One well-known method for purifying lignin is ultrafiltration as described, among other things, in Luque et al. >12) where the lignin is in dissolved form, a concentrate that is enriched in high molecular weight lignin (e.g., 29% at over 15,000 daltons, Luque et al.), and a permeate that contains more low molecular weight lignin and other low molecular weight black liquor components , inorganic salts and organic acids.
[0004] Как это очевидно, ультрафильтрование увеличивает долю высокомолекулярного лигнина в концентрате, но только ненамного, от 15 до 29% лигнина при более чем 15000 дальтонов (Luque et al.). В дополнение к довольно умеренному результату по фракционированию техническая операция ультрафильрования при использовании черного щелока крафт-варки является затруднительной вследствие концентрационной поляризации и загрязнения мембраны. Имеет место непрерывное ослабление скорости потока, и ультрафильтрование представляет собой не очень хороший способ фракционирования для получения продукта, характеризующегося конкретной молярной массой, поскольку загрязнение мембран приводит к возникновению ситуации, когда молекулярно-массовое распределение для концентрированного материала все время изменяется. [0004] As is evident, ultrafiltration increases the proportion of high molecular weight lignin in the concentrate, but only slightly, from 15 to 29% lignin at more than 15,000 daltons (Luque et al.). In addition to a rather moderate fractionation result, the ultrafiltration technique using kraft black liquor is difficult due to concentration polarization and membrane fouling. There is a continuous decrease in the flow rate, and ultrafiltration is not a very good fractionation method to obtain a product with a particular molar mass, because the fouling of the membranes leads to a situation where the molecular weight distribution for the concentrated material changes all the time.
[0005] Один дополнительный пример обыкновенного ультрафильтрования представлен в публикации Rojas et al., «LIGNIN SEPARATION FROM KRAFT BLACK LIQUORS BY TANGENTIAL ULTRAFILTRATION», Science and Technology, La Chimica e l’Industria - Gennaio-Febbraio ‘06 n. 1 - ANNO 88. (2006). В данной статье предлагается один пример проблем, с которыми встречаются при данном подходе. Описывается то, как типичный черный щелок крафт-варки подвергали ультрафильтрованию при использовании типичных мембран. Средняя молекулярная масса для рассматриваемого промышленного черного щелока находилась в диапазоне от приблизительно 1700 до 20000 Да. Значение Mw для концентратов и фильтратов коррелировало с отсечением по молекулярной массе (ОММ) для мембраны. Однако, как это было обнаружено в публикации Rojas et al., эффективный молекулярный размер отфильтрованных частиц был меньшим, чем номинальное отсечение по молекулярной массе для мембраны. Данное различие может быть обусловлено типичным засорением мембран, которое представляет собой имманентную проблему в данном типе области применения, а также уменьшением потока фильтрования вследствие закупоривания и/или загрязнения мембраны. [0005] One additional example of conventional ultrafiltration is provided in Rojas et al., "LIGNIN SEPARATION FROM KRAFT BLACK LIQUORS BY TANGENTIAL ULTRAFILTRATION", Science and Technology, La Chimica e l'Industria - Gennaio-Febbraio '06 n. 1 - ANNO 88. (2006). This article offers one example of the problems encountered with this approach. Describes how a typical kraft black liquor was ultrafiltered using typical membranes. The average molecular weight for the considered industrial black liquor ranged from about 1700 to 20000 Da. The Mw value for concentrates and filtrates correlated with the molecular weight cutoff (OMM) for the membrane. However, as found by Rojas et al., the effective molecular size of the filtered particles was smaller than the nominal molecular weight cutoff for the membrane. This difference may be due to typical membrane fouling, which is an inherent problem in this type of application, as well as a reduction in filtration flow due to plugging and/or fouling of the membrane.
[0006] Черный щелок содержит много неорганических солей и органических алифатических и фенольных соединений, которые ухудшают эксплуатационные характеристики мембраны, что, таким образом, делает технологический процесс фракционирования по молекулярной массе очень проблематичным в соответствии с описанием в публикации Aminzadeh et al., Membrane filtration of kraft lignin: Structural charactEristics and antioxidant activity of the low-molecular-weight fraction, Industrial Crops & Products 112 (2018) 200-209. [0006] Black liquor contains many inorganic salts and organic aliphatic and phenolic compounds that degrade membrane performance, thus making the molecular weight fractionation process very problematic as described in Aminzadeh et al., Membrane filtration of kraft lignin: Structural charactEristics and antioxidant activity of the low-molecular-weight fraction, Industrial Crops & Products 112 (2018) 200-209.
[0007] Таким образом, производство очищенного лигнина из черного щелока при использовании ультрафильтрования не является очень уж подходящим для использования. Очень вероятными являются сохранение низких эксплуатационных характеристик по очищению и очень ограниченные масштабы постоянного течения материала даже для случая периодического промывания УФ-мембран (Aminzadeh et al.). [0007] Thus, the production of purified lignin from black liquor using ultrafiltration is not very suitable for use. Poor cleaning performance and very limited continuous material flow are very likely, even for occasional washing of UV membranes (Aminzadeh et al.).
[0008] Еще один способ очищения крафт-лигнина представлен коммерческим и запатентованным технологическим процессом Lignoboost (WO 2006/038863 и WO 2013/002687). При использовании технологического процесса Lignoboost крафт-лигнин отделяют в рамках двухступенчатого технологического процесса. Первая ступень включает осаждение лигнина, например, в результате добавления СО2, со следующим далее фильтрованием. На второй ступени отфильтрованный осадок повторно суспендируют обычно в растворе H2SO4-вода со следующим далее кислотным промыванием при втором фильтровании. Недостаток данного технологического процесса заключается в потребности в значительных расходах на технологическое оборудование и в добавлении серной кислоты и, тем самым, введении избыточной серы в замкнутый цикл извлечения при крафт-варке целлюлозной массы, что искажает баланс Na/S на целлюлозном заводе. [0008] Another method for purifying kraft lignin is the commercial and patented Lignoboost process (WO 2006/038863 and WO 2013/002687). When using the Lignoboost process, the kraft lignin is separated in a two step process. The first stage involves the precipitation of lignin, for example by adding CO 2 , followed by further filtration. In the second stage, the filter cake is resuspended, usually in a solution of H 2 SO 4 -water, followed by an acid wash in a second filtration. The disadvantage of this process is the need for significant costs for processing equipment and for the addition of sulfuric acid, and thus the introduction of excess sulfur into the closed cycle of extraction during kraft pulping, which distorts the Na/S balance in the pulp mill.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ DEFINITIONS
[0009] В настоящем контексте термин «крупнопористое мембранное фильтрование» относится к фильтрованию в перекрестном потоке для частиц, сформированных из агломерированных макромолекул лигнина. Точка отсечения составляет, по меньшей мере, 40000 дальтонов. Преимущественно, точка отсечения при крупнопористом мембранном фильтровании, соответствующем настоящему изобретению, находится в диапазоне 40000-500000 Да, предпочтительно 50000-200000 Да. [0009] In the present context, the term "large pore membrane filtration" refers to cross-flow filtration for particles formed from agglomerated lignin macromolecules. The cutoff point is at least 40,000 daltons. Advantageously, the cut-off point in the coarse membrane filtration according to the present invention is in the range of 40,000-500,000 Da, preferably 50,000-200,000 Da.
[0010] В настоящем контексте «разбавляющая жидкость» является водной жидкостью, характеризующейся отсутствием значительной ионной силы или значительного количества растворенного органического материала. В дополнение к простой воде примерами разбавляющих жидкостей, широко встречающихся на целлюлозных заводах, являются конденсат из выпарной установки, фильтрат из отбельной установки или производственная горячая вода. [0010] In the present context, a "diluting liquid" is an aqueous liquid characterized by the absence of significant ionic strength or a significant amount of dissolved organic material. In addition to plain water, examples of dilution fluids commonly found in pulp mills are evaporator condensate, bleach leachate, or process hot water.
[0011] В настоящем контексте соль лигнина представляет собой химическую форму лигнина, у которой часть кислотных групп в лигнине диссоциированы, и отрицательный заряд диссоциированных кислотных групп компенсируется катионами. Соль лигнина может включать различные катионы, но в типичном случае имеет место один главный катион, который является тем же самым, что и катион данного технологического процесса щелочной варки волокнистой массы, от которого соль лигнина ведет свое происхождение. Для случая соли крафт-лигнина важнейший катион относится к натрию (Na+). [0011] In the present context, a lignin salt is a chemical form of lignin in which a portion of the acid groups in the lignin are dissociated and the negative charge of the dissociated acid groups is offset by cations. The lignin salt may include various cations, but typically there is one major cation that is the same as the cation of the caustic pulping process from which the lignin salt derives its origin. In the case of the kraft lignin salt, the most important cation is sodium (Na + ).
[0012] В настоящем контексте формируется суспензия осажденного лигнина при уменьшении первоначального значения рН для черного щелока целлюлозного завода до 9-10,5 при использовании кислотного вещества. [0012] In the present context, a precipitated lignin slurry is formed by reducing the initial pulp mill black liquor pH to 9-10.5 using an acidic agent.
[0013] В настоящем контексте в результате фильтрования на фильтрующей среде формируется фильтровальный осадок из суспензии осажденного лигнина. [0013] In the present context, as a result of filtration on the filter medium, a filter cake is formed from a suspension of precipitated lignin.
[0014] В настоящем контексте агломерат лигнина является объединенным агрегатом макромолекул лигнина в коллоидальном состоянии, при этом размер частиц агрегата является достаточно большим (>50 килодальтонов) для отфильтровывания (сохранения на мембране) при крупнопористом мембранном фильтровании. Как это важно отметить, данные лигниновые частицы агломератов имеют, по меньшей мере, в десять раз больший размер, чем макромолекулы лигнина в первоначальном черном щелоке (в типичном случае 5 килодальтонов), который протекает через крупнопористую мембрану. [0014] In the present context, a lignin agglomerate is a combined aggregate of lignin macromolecules in a colloidal state, with the particle size of the aggregate being large enough (>50 kilodaltons) to be filtered (retained on the membrane) by large-pore membrane filtration. It is important to note that these lignin particles of the agglomerates are at least ten times larger than the lignin macromolecules in the original black liquor (typically 5 kilodaltons) that flows through the large pore membrane.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF THE INVENTION
[0015] Изобретение определяется признаками независимого пункта формулы изобретения. Некоторые конкретные варианты осуществления определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. [0015] The invention is defined by the features of an independent claim. Some specific embodiments are defined in dependent claims.
[0016] Цель изобретения как раз и заключается в преодолении, по меньшей мере, некоторых из недостатков, относящихся к техническим решениям известного уровня техники, описанным в разделе, касающемся уровня техники. [0016] The purpose of the invention is precisely to overcome at least some of the shortcomings related to the technical solutions of the prior art, described in the section relating to the prior art.
[0017] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения очищенной соли лигнина из щелочного отработанного щелока от химической варки лигноцеллюлозных сырьевых материалов. Способ включает стадии: [0017] In accordance with a first aspect of the present invention, there is provided a process for producing a purified lignin salt from alkaline waste liquor from chemical digestion of lignocellulosic raw materials. The method includes the steps:
- уменьшения значения рН для отработанного щелока с формированием суспензии осажденного лигнина, - reducing the pH value for the waste liquor with the formation of a suspension of precipitated lignin,
- фильтрования осажденного лигнина с формированием фильтровального осадка, содержавшего лигнин, и фильтрата, - filtering the precipitated lignin with the formation of a filter cake containing lignin and a filtrate,
- примешивания фильтровального осадка, содержавшего лигнин, к разбавляющей жидкости с формированием коллоида агломерата щелочного лигнина, - admixing the filter cake containing lignin to the diluting liquid with the formation of a colloid of alkaline lignin agglomerate,
- проведения для коллоида агломерата щелочного лигнина крупнопористого мембранного фильтрования, - conducting coarse-pore membrane filtration for the colloid of alkaline lignin agglomerate,
- извлечения концентрата очищенной соли лигнина. - extracting the concentrate of purified lignin salt.
Концентрат очищенного лигнина составляет продукт. Низкомолекулярные органические и неорганические компоненты удаляются в проточной жидкости. The purified lignin concentrate constitutes the product. Low molecular weight organic and inorganic components are removed in the flowing fluid.
[0018] Необходимо отметить новое неожиданное открытие: примешивание фильтровального осадка осажденного лигнина к водному раствору в определенных контролируемых условиях, описанных ниже, в результате приводит к формированию крупных агломератов лигнина, которые могут быть отделены и обогащены при использовании крупнопористого мембранного фильтрования. При использовании данного изобретения получают значительные преимущества, что делает возможным способ, который позволяет: [0018] It is worth noting a surprising new discovery: admixing a filter cake of precipitated lignin into an aqueous solution under certain controlled conditions, described below, results in the formation of large lignin agglomerates that can be separated and enriched using coarse membrane filtration. Significant advantages are obtained by using the present invention, which makes possible a method that allows:
- избегать использования мелкопористых обыкновенных ультрафильтрационных мембран и всех связанных с ними затруднений, - to avoid the use of finely porous ordinary ultrafiltration membranes and all the difficulties associated with them,
- отделять относительно чистый лигниновый продукт в результате удерживания агломератов лигнина на крупнопористой мембране и допущения прохождения насквозь низкомолекулярных органических и неорганических компонентов и, тем самым, их удаление, - to separate a relatively pure lignin product as a result of holding lignin agglomerates on a large-pore membrane and allowing low molecular weight organic and inorganic components to pass through and, thereby, their removal,
- избегать кислотного промывания и использования серной кислоты, что исказило бы химический баланс целлюлозного завода, поставляющего отработанный щелок. - avoid acid washing and the use of sulfuric acid, which would distort the chemical balance of the pulp plant supplying the waste liquor.
[0019] Преимущественно, уменьшение значения рН отработанного щелока проводят в результате добавления H2SO4, HCl, SO2 или СО2. Предпочтительно уменьшение значения рН осуществляют в результате добавления СО2. [0019] Preferably, the decrease in the pH value of the spent liquor is carried out by adding H 2 SO 4 , HCl, SO 2 or CO 2 . Preferably, the decrease in pH value is carried out by adding CO 2 .
[0020] Преимущественно, уменьшение значения рН отработанного щелока проводят при температуре в диапазоне 40-85°С. [0020] Preferably, the decrease in the pH value of the waste liquor is carried out at a temperature in the range of 40-85°C.
[0021] Преимущественно, значение рН отработанного щелока уменьшают до менее чем 11. Предпочтительно значение рН для отработанного щелока уменьшают до 9-10,5. [0021] Advantageously, the pH of the spent liquor is reduced to less than 11. Preferably, the pH of the spent liquor is reduced to 9-10.5.
[0022] Преимущественно, крупнопористое мембранное фильтрование проводят при температуре в диапазоне 20-85°С. [0022] Preferably, large-pore membrane filtration is carried out at a temperature in the range of 20-85°C.
[0023] Преимущественно, крупнопористое мембранное фильтрование проводят при значении рН в диапазоне 7-11. [0023] Preferably, large-pore membrane filtration is carried out at a pH value in the range of 7-11.
[0024] Далее варианты осуществления будут рассмотрены более подробно при обращении к прилагающимся чертежам. [0024] Further embodiments will be discussed in more detail with reference to the accompanying drawings.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0025] ФИГУРА 1 представляет собой общую схематическую диаграмму технологического процесса очищения лигнина, соответствующего изобретению. [0025] FIGURE 1 is a general schematic diagram of a lignin purification process according to the invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0026] В соответствии с приведенным выше кратким обсуждением изобретения представляется способ получения очищенной соли щелочного лигнина. Способ представляет собой двухступенчатый технологический процесс в соответствии с общим описанием изобретения на фигуре 1. [0026] In accordance with the above brief discussion of the invention, a process for preparing a purified alkaline lignin salt is provided. The method is a two-stage technological process in accordance with the General description of the invention in figure 1.
[0027] На первой ступени настоящего изобретения суспензия осажденного щелочного лигнина формируется из отработанного щелока от щелочной варки волокнистой массы, то есть, черного щелока (1), (уровень содержания сухого твердого вещества в типичном случае в диапазоне 25-45% (масс.)) в результате уменьшения значения рН до 9-10,5 (3) при температуре в диапазоне 40-85°С. Сформированную суспензию щелочного лигнина отфильтровывают (5), формируя фильтровальный осадок (7), содержащий лигнин, и жидкость пермеата (6), содержащую растворимые компоненты черного щелока, которые отбирают обратно в технологический процесс химического цикла целлюлозного завода. [0027] In the first step of the present invention, a precipitated alkaline lignin slurry is formed from spent alkaline pulping liquor, i.e., black liquor (1), (dry solids content typically in the range of 25-45% (wt.) ) by reducing the pH to 9-10.5 (3) at a temperature in the range of 40-85°C. The formed alkaline lignin slurry is filtered (5), forming a filter cake (7) containing lignin and a permeate liquid (6) containing soluble components of black liquor, which are taken back to the chemical cycle of the pulp mill.
[0028] На второй ступени вышеупомянутый содержащий лигнин фильтровальный осадок (7) смешивают с разбавляющей жидкостью (8) при использовании определенных контролируемых смешивания и температуры (9) и при формировании коллоида агломерата щелочного лигнина (10) в типичном случае при уровне содержания сухого твердого вещества 10% (масс.). Это новое неожиданное открытие - существование щелочного лигнина в виде крупных коллоидальных частиц агломератов в разбавленном водном растворе, где данные частицы характеризуются средней массой частиц 50 килодальтонов, и где они делают возможным производство очищенной соли щелочного лигнина, подходящее для использования с промышленной и технической точек зрения. [0028] In the second stage, the aforementioned lignin-containing filter cake (7) is mixed with a dilution liquid (8) using certain controlled mixing and temperature (9) and forming an alkaline lignin agglomerate colloid (10) typically at a
[0029] Коллоид агломерата щелочного лигнина (10) подают на крупнопористую мембрану (11), характеризующуюся размером пор отсечения в диапазоне 50-200 килодальтонов, в типичном случае в температурном диапазоне 20-85°С. Щелочной лигнин остается в концентрате (12), в то время как большинство более мелких частиц и низкомолекулярных растворимых компонентов проходит через крупнопористую мембрану в пермеат (13). Различие и техническое преимущество являются значительными в сопоставлении с обыкновенным ультрафильтрованием лигнина из черного щелока при использовании в типичном случае мембран специальной технологии, характеризующихся размером пор на 5 килодальтонов. [0029] Alkaline lignin agglomerate colloid (10) is fed onto a large porous membrane (11) having a cut-off pore size in the range of 50-200 kilodaltons, typically in the temperature range of 20-85°C. Alkaline lignin remains in the concentrate (12), while most of the smaller particles and low molecular weight soluble components pass through the large-pore membrane into the permeate (13). The difference and technical advantage is significant compared to conventional ultrafiltration of black liquor lignin, typically using special technology membranes having a pore size of 5 kilodaltons.
[0030] Одно значительное преимущество настоящего изобретения в сопоставлении с мембранным отделением (ультрафильтрованием) лигнина предшествующего уровня техники заключается в возможности обогащения щелочного лигнина в виде крупных коллоидальных частиц, в данном случае называемых агломератами щелочного лигнина. Это очевидно, поскольку обогащенный концентрат может быть изготовлен на крупнопористой мембране, характеризующейся отсечением по «молекулярной массе» в диапазоне 50-200 килодальтонов. В данном случае это называется крупнопористым мембранным фильтрованием. Термин «крупнопористый» применительно к практике в типичном случае обозначает размер пор мембраны, в десять раз больший, чем размер пор, использованный при обыкновенном ультрафильтровании. [0030] One significant advantage of the present invention over prior art membrane separation (ultrafiltration) of lignin is the ability to enrich alkali lignin in the form of large colloidal particles, here referred to as alkali lignin agglomerates. This is evident since the enriched concentrate can be made on a large pore membrane having a "molecular weight" cut-off in the range of 50-200 kilodaltons. In this case, this is called large-pore membrane filtration. The term "coarse pore" in practice typically refers to a membrane pore size ten times larger than the pore size used in conventional ultrafiltration.
[0031] Крупнопористое мембранное фильтрование, соответствующее настоящему изобретению, отличается от ультрафильтрования несколькими усовершенствованиями и преимуществами. Прежде всего, совершенно не требуются плотные и технически очень требовательные мембраны для отделения макромолекул, у которых отсечение по молекулярной массе в типичном случае составляет 5 килодальтонов. Крупнопористые мембраны на 50-200 килодальтонов намного легче эксплуатировать и обслуживать. Во-вторых, исходный материал в виде фильтровального осадка, содержащего лигнин, уже подвергался очищению: множество растворимых низкомолекулярных компонентов, в особенности, неорганических солей, было удалено из фильтровального осадка в виде фильтрата. Поэтому технологический процесс мембранного фильтрования с повторным разбавлением на второй ступени существенным образом происходит в более чистой окружающей среде, и, таким образом, поляризация и загрязнение мембраны являются в значительной степени менее ярко выраженными. В-третьих, конечным продуктом является продукт, представляющий собой концентрат соли щелочного лигнина. Отсутствует потребность в кислотном промывании или других ступенях вторичного очищения, которые требуют использования дополнительных химических реагентов, искажающих отправление на рецикл и вторичное использование удаленных компонентов в пермеате. [0031] Coarse pore membrane filtration according to the present invention differs from ultrafiltration in several improvements and advantages. First of all, dense and technically very demanding membranes are not required to separate macromolecules, which typically have a molecular weight cutoff of 5 kilodaltons. Coarse pore membranes of 50-200 kilodaltons are much easier to operate and maintain. Secondly, the lignin-containing filter cake feedstock has already been purified: many soluble low molecular weight components, especially inorganic salts, have been removed from the filter cake as filtrate. Therefore, the second-stage re-dilution membrane filtration process substantially takes place in a cleaner environment, and thus polarization and fouling of the membrane are largely less pronounced. Thirdly, the end product is an alkaline lignin salt concentrate. There is no need for acid washing or other secondary purification steps that require the use of additional chemicals that distort the recycling and reuse of removed components in the permeate.
[0032] На стадии крупнопористого мембранного фильтрования могут быть использованы доступные на коммерческих условиях обыкновенные типы мембран. Мембраны могут быть сконструированы из органических материалов, таких как полимеры РР, РЕ, PTFE, полиакриловый материал, ацетат целлюлозы, полиакрилонитрил, полисульфон и тому подобное. Также могут быть использованы и высокодолговечные неорганические материалы мембран, такие как оксид алюминия или диоксид циркония, но такие материалы не требуются. [0032] Commercially available conventional types of membranes can be used in the coarse membrane filtration step. The membranes can be constructed from organic materials such as PP, PE, PTFE polymers, polyacrylic material, cellulose acetate, polyacrylonitrile, polysulfone, and the like. Highly durable inorganic membrane materials such as alumina or zirconia can also be used, but such materials are not required.
[0033] Преимущественно, крупнопористое мембранное фильтрование проводят при рН в диапазоне от 7 до 11 и при температуре в диапазоне 20-85°С. [0033] Preferably, large-pore membrane filtration is carried out at a pH in the range of 7 to 11 and at a temperature in the range of 20-85°C.
[0034] Концентрат может быть использован как таковой или может быть подвергнут дополнительной обработке, такой как упаривание, лиофильное высушивание или распылительное высушивание. Одна возможная дополнительная обработка заключается в дополнительном очищении продукта в результате разбавления концентрата и повторения крупнопористого мембранного фильтрования один или несколько раз. [0034] The concentrate may be used as such or may be subjected to additional processing such as evaporation, freeze drying or spray drying. One possible post-treatment is to further purify the product by diluting the concentrate and repeating the coarse membrane filtration one or more times.
[0035] Различные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше, но специалист в соответствующей области техники также осознает и существование дополнительных незначительных изменений, которые попадали бы в объем настоящего изобретения. На охват и объем настоящего изобретения не должны быть наложены ограничения любыми из описанных выше иллюстративных вариантов осуществления, но они должны быть определены только в соответствии с формулой изобретения и ее эквивалентами. [0035] Various embodiments of the present invention have been described above, but the person skilled in the relevant field of technology is also aware of the existence of additional minor changes that would fall within the scope of the present invention. The scope and scope of the present invention should not be limited by any of the illustrative embodiments described above, but should be defined only in accordance with the claims and their equivalents.
ПРИМЕР 1. Производство очищенной соли крафт-лигнина при использовании крупнопористого мембранного фильтрования EXAMPLE 1 Production of Purified Kraft Lignin Salt Using Coarse Membrane Filtration
[0036] Значение рН для черного щелока от крафт-варки целлюлозы хвойных пород древесины уменьшали до 10,0 при использовании СО2 при 60°С. Суспензия осажденного лигнина отфильтровывали для формирования фильтровального осадка, содержащего крафт-лигнин при уровне содержания сухого вещества 57%. Фильтровальный осадок, содержащий лигнин, смешивали с деионизированной водой для формирования коллоида агломерата лигнина при уровне содержания сухого твердого вещества 10%. Объем коллоида агломерата лигнина подвергали предварительному фильтрованию и крупнопористому мембранному фильтрованию при использовании мембраны с отсечением 50 кДа Alfa Laval-GR51PP. Испытание на крупнопористое мембранное фильтрование проводили при 50°С для достижения уменьшения объема Vr=0,7 (Vr=Vпермеат/Vпервоначальный). Получающиеся в результате концентрации твердых веществ, высушенных в печи до постоянной массы, в объемах концентрата и пермеата составляли, соответственно, 19% и 2,7%. [0036] The pH value for black liquor from kraft softwood pulp was reduced to 10.0 using CO 2 at 60°C. The precipitated lignin slurry was filtered to form a filter cake containing kraft lignin at a dry matter level of 57%. The filter cake containing lignin was mixed with deionized water to form a lignin agglomerate colloid at a dry solids level of 10%. The lignin agglomerate colloid volume was subjected to pre-filtration and coarse membrane filtration using an Alfa Laval-GR51PP 50 kD cutoff membrane. A large pore membrane filtration test was performed at 50° C. to achieve a volume reduction Vr=0.7 (Vr=Vpermeate/Vinitial). The resulting concentrations of solids, dried in an oven to constant weight, in volumes of concentrate and permeate were, respectively, 19% and 2.7%.
[0037] 81% лигнина в подаваемом исходном материале извлекали в объеме концентрата, в то время как 63% основных неорганических анионов (карбоната, сульфата) и 41% натрия переводили в пермеат. Концентрация лигнина в концентрате составляла 82% от совокупного уровня содержания сухого вещества в сопоставлении с 67% в подаваемом исходном материале. Концентрация основных неорганических анионов (карбоната и сульфата) в пермеате составляла более или менее половину от соответствующей концентрации в подаваемом исходном материале. Результаты указывают на значительное обогащение лигнина в концентрате и неорганических веществ в пермеате. Более подробные результаты демонстрируются в представленной ниже таблице 1. [0037] 81% of the lignin in the feedstock was recovered in the volume of the concentrate, while 63% of the basic inorganic anions (carbonate, sulfate) and 41% of the sodium were converted to permeate. The concentration of lignin in the concentrate was 82% of the total dry matter content compared to 67% in the feed source material. The concentration of the main inorganic anions (carbonate and sulfate) in the permeate was more or less than half of the corresponding concentration in the feed source. The results indicate a significant enrichment of lignin in the concentrate and inorganic matter in the permeate. More detailed results are shown in Table 1 below.
Таблица 1. Концентрация и выход избранных компонентов в объемах подаваемого исходного материала, концентрата и пермеата для испытания на крупнопористое мембранное фильтрование в примере 1. Table 1. Concentration and Yield of Selected Components in Volumes of Feed, Concentrate, and Permeate for the Coarse Membrane Filtration Test of Example 1.
ПРИМЕР 2. Дополнительное очищение соли лигнина в результате неоднократного крупнопористого мембранного фильтрования. EXAMPLE 2. Additional purification of lignin salt as a result of repeated large-pore membrane filtration.
[0038] Объем концентрата из примера 1 смешивали с деионизированной водой для достижения уровня содержания сухого твердого вещества 10% и подвергали еще одному испытанию на крупнопористое мембранное фильтрование при использовании мембраны с отсечением 50 кДа Alfa Laval-GR51PP. Испытание проводили при 50°С и продолжали вплоть до достижения уменьшения объема Vr=0,7 (Vr=Vпермеат/Vпервоначальный). Получающиеся в результате концентрации твердых веществ, высушенных в печи до постоянной массы, в объемах концентрата и пермеата составляли, соответственно, 21% и 1,3%. [0038] A volume of the concentrate from Example 1 was mixed with deionized water to achieve a dry solids level of 10% and subjected to another coarse membrane filtration test using a 50 kDa Alfa Laval-GR51PP membrane. The test was carried out at 50° C. and continued until the volume reduction Vr=0.7 (Vr=Vpermeate/Vinitial) was achieved. The resulting concentrations of solids, dried in an oven to constant weight, in volumes of concentrate and permeate were, respectively, 21% and 1.3%.
[0039] 95% лигнина в подаваемом исходном материале № 2 извлекали в концентрате, в то время как более, чем половину карбоната переводили через мембрану в пермеат. Концентрация лигнина в концентрате составляла 90% от совокупного уровня содержания сухого вещества в сопоставлении с 82% в подаваемом исходном материале. Результаты из примера 2 указывают на достижение значительного дополнительного очищения лигнина в результате повторного разбавления концентрата и повторения крупнопористого мембранного фильтрования. Более подробные результаты демонстрируются в представленной ниже таблице 2. [0039] 95% of the lignin in
[0040] [0040]
Таблица 2. Концентрация и выход избранных компонентов в объемах подаваемого исходного материала, концентрата и пермеата для второго испытания на крупнопористое мембранное фильтрование в примере 2. Table 2. Concentration and Yield of Selected Components in Volumes of Feed, Concentrate, and Permeate for the Second Coarse Membrane Filtration Test in Example 2.
[0041] Как это демонстрируют ПРИМЕР 1 и ПРИМЕР 2, крупнопористое мембранное фильтрование эффективно обогащает и очищает агломераты лигнина в концентрате. Высокое удерживание лигнина достигается при использовании мембраны на 50 кДа. Данный аспект является исключительным в сопоставлении, например, с отделением и очищением макромолекул лигнина в результате ультрафильтрования черного щелока, что при одновременном использовании более мелкопористой мембраны на 15 кДа в результате приводит только к небольшому обогащению по лигнину в концентрате (20-30% лигнина в подаваемом исходном материале, Vr=0,9). [Wallberg et al. (2003), Holmqvist et al. (2005)]. [0041] As shown in EXAMPLE 1 and EXAMPLE 2, coarse membrane filtration effectively enriches and purifies the lignin agglomerates in the concentrate. High lignin retention is achieved using a 50 kDa membrane. This aspect is exceptional in comparison, for example, with the separation and purification of lignin macromolecules as a result of ultrafiltration of black liquor, which, with the simultaneous use of a finer 15 kDa membrane, results in only a slight enrichment in lignin in the concentrate (20-30% lignin in the supplied source material, Vr=0.9). [Wallberg et al. (2003), Holmqvist et al. (2005)].
[0042] Как это должно быть понятно, на варианты осуществления раскрытого изобретения не накладывают ограничений конкретными структурами, технологическими стадиями или материалами, раскрытыми в настоящем документе, но они распространяются и на свои эквиваленты, как это должны осознавать специалисты в соответствующей области техники. Как это также должно быть понятно, терминология, использованная в настоящем документе, используется для целей только описания конкретных вариантов осуществления и не предполагается накладывающей ограничения. [0042] As will be appreciated, embodiments of the disclosed invention are not limited to the specific structures, process steps, or materials disclosed herein, but are extended to their equivalents, as those skilled in the art will recognize. As should also be understood, the terminology used herein is used for the purpose of describing specific embodiments only and is not intended to be limiting.
[0043] Ссылка по всему ходу изложения данного описания изобретения на «один вариант осуществления» или «некий вариант осуществления» имеет значение включения конкретных признака, структуры или характеристики, описанных в связи с данным вариантом осуществления, в, по меньшей мере, один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, случаи появления фраз «в одном варианте осуществления» или «в некоем варианте осуществления» в различных местах по всему ходу изложения данного описания изобретения необязательно во всех случаях относятся к одному и тому же варианту осуществления. [0043] Reference throughout this specification to "one embodiment" or "an embodiment" is intended to include a particular feature, structure, or characteristic described in connection with a given embodiment in at least one embodiment. of the present invention. Thus, occurrences of the phrases "in one embodiment" or "in an embodiment" in various places throughout this specification do not necessarily refer to the same embodiment in all instances.
[0044] В соответствии с использованием в настоящем документе множество позиций, структурных элементов, композиционных элементов и/или материалов могут быть представлены для удобства в общем перечне. Однако данные перечни должны восприниматься так, как если бы каждый элемент перечня был бы индивидуально идентифицирован как отдельный и уникальный элемент. Таким образом, никакой индивидуальный элемент такого перечня не должен восприниматься как фактически эквивалентный любому другому элементу того же самого перечня исключительно на основании их представления в общей группе при отсутствии указаний на противоположное. В дополнение к этому, в настоящем документе могут обращаться к различным вариантам осуществления и примерам настоящего изобретения совместно с альтернативами для различных его компонентов. Как это должно быть понятно, такие варианты осуществления, примеры и альтернативы не должны восприниматься в качестве фактически эквивалентов друг другу, но должны рассматриваться в качестве отдельных и автономных представлений настоящего изобретения. [0044] In accordance with the use in this document, many items, structural elements, composite elements and/or materials can be presented for convenience in the General list. However, these lists should be understood as if each item in the list were individually identified as a separate and unique item. Thus, no individual element of such a list should be taken as effectively equivalent to any other element of the same list solely on the basis of their presentation in the general group, unless otherwise indicated. In addition, this document may refer to various embodiments and examples of the present invention in conjunction with alternatives for its various components. As is to be understood, such embodiments, examples, and alternatives are not to be taken as actually equivalent to one another, but are to be considered as separate and stand-alone representations of the present invention.
[0045] Кроме того еще, описанные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим для использования образом в одном или нескольких вариантах осуществления. В следующем далее описании изобретения приводятся многочисленные конкретные детали, такие как примеры длин, ширин, профилей и тому подобного, для обеспечения исчерпывающего понимания вариантов осуществления изобретения. Однако, как это должны понимать специалисты в соответствующей области техники, изобретение может быть реализовано на практике и при отсутствии одной или нескольких конкретных деталей или при использовании других способов, компонентов, материалов и тому подобного. В других случаях хорошо известные структуры, материалы или операции не демонстрируются или не описываются подробно во избежание затруднения понимания аспектов изобретения. [0045] In addition, the features, structures, or characteristics described may be combined in any suitable manner for use in one or more embodiments. In the following description of the invention, numerous specific details are given, such as examples of lengths, widths, profiles, and the like, to provide a thorough understanding of embodiments of the invention. However, as will be understood by those skilled in the art, the invention may be practiced without one or more specific details, or using other methods, components, materials, and the like. In other instances, well-known structures, materials, or operations are not shown or described in detail in order to avoid obscuring aspects of the invention.
[0046] Несмотря на иллюстративность вышеприведенных примеров принципов настоящего изобретения в одной или нескольких конкретных областях применения для специалистов в соответствующей области техники должна быть очевидной и возможность реализации многочисленных модификаций по форме, использованию и деталям воплощения без подключения дара изобретательства и без отклонения от принципов и концепций изобретения. В соответствии с этим, не предполагается наложение на изобретение ограничений помимо того, как при использовании формулы изобретения, представленной ниже. [0046] Despite the illustrative nature of the above examples of the principles of the present invention in one or more specific applications, it should be obvious to specialists in the relevant field of technology and the possibility of implementing numerous modifications in form, use and details of embodiment without involving the gift of invention and without deviating from the principles and concepts inventions. Accordingly, the invention is not intended to be limiting beyond the use of the claims below.
[0047] Глаголы «содержать» и «включать» используются в данном документе в качестве некатегорических ограничений, которые как не исключают, так и не требуют существования также и неперечисленных признаков. Признаки, перечисленные в зависимых пунктах формулы изобретения, являются свободно объединяемыми друг с другом, если только однозначно не будет утверждаться другого. Кроме того еще, как это должно быть понятно, использование терминов «один» и «некий», то есть, формы единственного числа, по всему ходу изложения данного документа не исключает множества. [0047] The verbs "comprise" and "include" are used herein as non-categorical restrictions that neither exclude nor require the existence of non-listed features as well. The features listed in the dependent claims are freely combinable with one another, unless otherwise explicitly stated. In addition, as should be clear, the use of the terms "one" and "some", that is, the singular form, throughout the course of this document does not exclude a plurality.
ПЕРЕЧЕНЬ ЦИТИРОВАНИЯ LIST OF CITATIONS
Патентная литература Patent Literature
WO 2006/038863 WO2006/038863
WO 2013/002687 W02013/002687
Непатентная литература Non-Patent Literature
1. Luque, Rodriquez, Alvarez, Cova, TAPPI Pulping Conference 1994, p.507. 1. Luque, Rodriquez, Alvarez, Cova, TAPPI Pulping Conference 1994, p.507.
3. Orlando J. Rojas, John Song, Dimitris S. Argyropoulos Forest Biomaterials Laboratory, College of Natural Resources, North Carolina State University, Raleigh, NC 27695-8005, USA, Juan Bullón Department of Chemical Engineering, Universidad de Los Andes, Mérida (Venezuela), «LIGNIN SEPARATION FROM KRAFT BLACK LIQUORS BY TANGENTIAL ULTRAFILTRATION», Science and Technology, La Chimica e l’Industria - Gennaio-Febbraio ‘06 n. 1 - ANNO 88. (Year 2006). 3. Orlando J. Rojas, John Song, Dimitris S. Argyropoulos Forest Biomaterials Laboratory, College of Natural Resources, North Carolina State University, Raleigh, NC 27695-8005, USA, Juan Bullón Department of Chemical Engineering, Universidad de Los Andes, Mérida (Venezuela), "LIGNIN SEPARATION FROM KRAFT BLACK LIQUORS BY TANGENTIAL ULTRAFILTRATION", Science and Technology, La Chimica e l'Industria - Gennaio-Febbraio '06 n. 1 - ANNO 88. (Year 2006).
4. Selda Aminzadeh, Maris Lauberts, Galina Dobelev, Jevgenija Ponomarenkov, Tuve Mattsson, Mikael E. Lindström, Olena Sevastyanova, Membrane filtration of kraft lignin: Structural charactEristics and antioxidant activity of the low-molecular-weight fraction, Industrial Crops & Products 112 (2018) 200-209. 4. Selda Aminzadeh, Maris Lauberts, Galina Dobelev, Jevgenija Ponomarenkov, Tuve Mattsson, Mikael E. Lindström, Olena Sevastyanova, Membrane filtration of kraft lignin: Structural charactEristics and antioxidant activity of the low-molecular-weight fraction, Industrial Crops & Products 112 (2018) 200-209.
5. Wallberg, O.; Jönsson, A.-S.; Wimmerstedt, R., Ultrafiltration of kraft black liquor with a ceramic membrane, Desalination 2003, 156, 145-153. 5. Wallberg, O.; Jönsson, A.-S.; Wimmerstedt, R., Ultrafiltration of kraft black liquor with a ceramic membrane, Desalination 2003, 156, 145-153.
6. Holmqvist, A; Wallberg, O.; Jönsson, A.-S., Ultrafiltration of Kraft Black Liquor from Two Swedish Pulp Mills, Chem. Eng. Res. Des. 2005, 83, 994-999. 6. Holmqvist, A; Wallberg, O.; Jönsson, A.-S., Ultrafiltration of Kraft Black Liquor from Two Swedish Pulp Mills, Chem. Eng. Res. Des. 2005, 83, 994-999.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19397504.2 | 2019-02-08 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021126231A RU2021126231A (en) | 2023-03-10 |
RU2800851C2 true RU2800851C2 (en) | 2023-07-31 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2406867A (en) * | 1943-12-31 | 1946-09-03 | Smith Paper Mills Ltd Howard | Method of treating lignocellulosic material |
US3048576A (en) * | 1958-11-04 | 1962-08-07 | West Virginia Pulp & Paper Co | Continuous acidulation and coagulation of lignin in black liquor |
RU2532107C2 (en) * | 2012-11-22 | 2014-10-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Method of processing lignocellulose stock |
CN108623817A (en) * | 2018-05-31 | 2018-10-09 | 华南理工大学 | A kind of green convenient method of the purifying lignin from raw alkaline lignin |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2406867A (en) * | 1943-12-31 | 1946-09-03 | Smith Paper Mills Ltd Howard | Method of treating lignocellulosic material |
US3048576A (en) * | 1958-11-04 | 1962-08-07 | West Virginia Pulp & Paper Co | Continuous acidulation and coagulation of lignin in black liquor |
RU2532107C2 (en) * | 2012-11-22 | 2014-10-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Method of processing lignocellulose stock |
CN108623817A (en) * | 2018-05-31 | 2018-10-09 | 华南理工大学 | A kind of green convenient method of the purifying lignin from raw alkaline lignin |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Niemi et al. | Fractionation of organic and inorganic compounds from black liquor by combining membrane separation and crystallization | |
CN101736638B (en) | Processing method of paper-making pulping black liquor | |
CN108623054A (en) | A kind of pulp and paper making wastewater zero discharge processing method and processing device that multimembrane is integrated | |
CN101274947B (en) | Method for extracting lignosulphonate from sodium sulfite bamboo pulp waste liquor | |
CN110615896B (en) | Method for preparing lignosulfonate water reducing agent from dissolving pulp pulping waste liquid | |
JP2015504363A (en) | Method for preparing an aqueous solution containing lignin | |
CN208667350U (en) | A kind of pulp and paper making wastewater zero discharge processing unit that multimembrane is integrated | |
RU2800851C2 (en) | Method for lignin purification | |
CN103669069A (en) | Treatment and recycle process for sulfite pulping waste liquid | |
CA3127737C (en) | Method for lignin purification | |
US10870947B2 (en) | Process for isolation of hemicelluloses from biomass pulping process waters or spent liquors | |
US7854847B2 (en) | Process of purifying wood pulp with caustic-borate solution and recovering the purifying chemical | |
FI126765B (en) | A process for the preparation of a lignin component, a lignin component and its use, and a product | |
BR112021015241A2 (en) | METHOD FOR PURIFICATION OF LIGIN | |
onsson et al. | Treatment of C-stage and E-stage effluents from a bleach plant using a ceramic membrane | |
EP3510195B1 (en) | Method and system for treating spent pulping liquor | |
KR20220006564A (en) | Method of recovering water and chemicals from a plant for treating effluent from a pulp and paper manufacturing plant | |
WO2019241408A1 (en) | Methods and processes for lignin isolation/extraction | |
Hao | Black liquor in pulp mill and its treatment | |
JPS58143883A (en) | Purification of waste water in making pulp of used paper | |
TW202330751A (en) | Method for the treatment of a fibrous raw material | |
FI117719B (en) | Procedure for the treatment of pigment waste sludge from the paper industry | |
PL232637B1 (en) | Method for removing mineral fine fraction redundancy during processing of waste paper mass and the installation intended for processing of waste paper mass | |
CN107602429A (en) | A kind of method that MF production technologies are improved using membrane technology |