SE464358B - Foerfarande och anordning foer att framstaella kolhydratmaterial och kraftmassa av cellulosahaltigt fibermaterial - Google Patents

Description

464 358 2 rialet avlägsnas i lämplig form för att kunna användas för framställning av alkoholer (såsom etanol och butanol), medan samtidigt huvuddelen av det sönderdelade cellulosahaltiga fi- bermaterialet kan utsättas för sulfatkokning och ge kraftmassa.

Den framställda massan har icke endast styrkeegenskaper som ligger inom de önskade gränserna för framställning av kartong, papper eller liknande, utan har faktiskt en högre viskositet och en högre rivstyrka än som gäller för konventionella massa- slag. Detta är fördelaktigt i det avseendet att det är möjligt att utföra syrgasblekning av massan till ett lägre kappatal med ett mindre antal på varandra följande bleksteg. Genom att till- lämpa uppfinningen är det dessutom möjligt att använda en mindre mängd aktivt alkali i kraftmassakokningssteget än eljest vanligt.

Uppfinningen riktar sig på ett förfaringssätt för att av sönderdelat cellulosahaltigt fibermaterial framställa kolväte- material och kraftmassa. De grundläggande stegen är: (a) det sönderdelade cellulosahaltiga fibermaterialet utsät- tes för mild sur förhydrolys. Termen "mild sur förhydrolys“ användes i denna beskrivning och i patentkraven i betydelsen: förhydrolysbehandling som är tillräcklig för att avlägsna en hög procentsats av kolvätematerial (särskilt pentosaner) ur det cellulosahaltiga fibermaterialet (ensamt för sig eller tillsammans med det efterföljande alkaliska extraktionssteget, som skall beskrivas nedan), medan den cellulosahaltiga kompo- nenten av materialet icke påverkas ofördelaktigt i någon vä- sentlig grad. Typiska värden är en syrakoncentration av, eller ekvivalent med, cirka 0,2 - 0,5 % H S04 och en tempe- ratur av ca l20oC eller mindre (t.ex. 105 C - l20OC), (b) det förhydrolyserade sönderdelade cellulosahaltiga fiber- materialet utsättes för mild alkalisk förextraktion. Termen “mild alkalisk förextraktion" användes i denna beskrivning och i patentkraven i betydelsen: alkalisk förextraktion under betingelser som är effektiva för att avlägsna en stor procent- sats av kolvätematerialet (särskilt pentosaner) ur det sönder- delade cellulosahaltiga fibermaterialet (ensamt för sig eller tillsammans med den förut beskrivna milda sura hydrolysen), medan någon väsentlig ofördelaktig påverkan av styrke- eller utbytesegenskaperna icke utövas på huvuddelen av det cellu- losahaltiga fibermaterialet, vilket till sist utsättes för kraftmassakokning. Typiska värden för den alkaliska extrak- 3 4-64 358 tionen är en koncentration av, eller ekvivalent med, cirka 0,5 - 4 % NaOH och en temperatur av cirka 60 - 90OC, (c) hydrolysat med kolvätematerial avlägsnas från det sön- derdelade cellulosahaltiga materialet under utförandet av förhydrolys- och förextraktionsstegen. Hydrolysatet är i första hand användbart som ett utgångsmaterial för framställ- ning av alkohol, och genom att utsätta detsamma för neutra- lisering, klarning, jäsning och destillering kommer både pentos~ och hexos-sockerarterna däri att till sist omvandlas till alkohol, såsom etanol eller butanol, och (d) kraftmassakokning (sulfatkokning) av det förhydrolyserade, förextraherade, sönderdelade cellulosamaterialet utföres för att framställa kraftmassa. Den producerade kraftmassan har väsentligt högre viskositet (och rivstyrka) än massa fram- ställd av samma sönderdelade cellulosahaltiga fibermaterial och under väsentligen identiska kraftmassakokningsförhållan- den, men utan förhydrolys och förextraktion.

Förfaringssättet kan även omfatta ett ytterligare steg bestående i utförande av syrgasdelignifiering av kraftmassan efterföljt av blekning till önskad ljushet, Stegen (a) - (d) praktiseras så, att den alstrade delignifierade kraftmassan får ett lägre kappatal än sådan massa som framställts av samma sönderdelade cellulosahaltiga fibermaterial och under väsent- ligen identiska kraftmassakoknings- och syrgasdelignifierings- förhållanden, men utan förhydrolys och förextraktion. Förfa- ringssättet är användbart särskilt när det cellulosahaltiga fi- bermaterialet utgöres av flis eller sågspån av lövved, och ut- föres företrädesvis så, att förhydrolysen och förextraktionen utföres i ett första kärl och kraftmassakokningen i ett andra kärl. Den sura förhydrolysen utföres företrädesvis med mate- rial och syra strömmande i medström, medan den alkaliska extrak- tionen företrädesvis utföres i ett motströmsflöde av den alka- liska vätskan och materialet.

I apparaten för utförande av förfaringssättet att fram- ställa kolvätematerial och kraftmassa enligt föreliggande upp- finning ingår flera konventionella komponenter, såsom en flis- binge, ett basningskärl, en högtrycksmatare och en kontinuer- 464 358 4 lig kokare. Det väsentliga tillskottet till de konventionella komponenterna utgöres av anordnandet av ett "första" vertikalt kärl mellan basningskärlet och högtrycksmataren å ena sidan och kokaren å andra sidan. Detta första kärl omfattar ett materi- alinlopp vid toppen, en sur hydrolyszon, hydrolysatavdragnings- ' silar, och en motströms alkalisk förextraktionszon nära bott- nen. Behandlat material matas från bottnen av det första kär- 5 let till toppen av kokaren. Syra för förhydrolysen kan tillsät- tas i en återcirkulationsslinga ansluten till det första kär- lets förhydrolyszon, eller kan tillsättas i den nivåtank som tillför ersättningsvatten för flistillförseln till högtrycks- mataren. Alkalit tillsättes i en återcirkulationsslinga till- hörande förextraktionssteget, och den återcirkulerade vätskan kyles för att bibehålla önskad förextraktionstemperatur (som normalt är väsentligt lägre än förhydrolystemperaturen).

Alkoholframställning enligt föreliggande uppfinning kan ske helt oberoende (d.v.s. även när framställning av kraft- massa icke är önskvärd eller praktisk) och kan ge ett maximalt utbyte av alkohol från biomassan. När till exempel cellulosa- fibermaterial av låg kvalitet (ur massaframställningssynpunkt) användes, t.ex. bagass, föres materialet sedan det sönderdelats och uppslammats direkt till hydrolys-extraktionskärlet. I det- ta fall är kärlet i stort sett identiskt med det första kärlet vid det ovan beskrivna förfaringssättet och apparaten. Det sura hydrolyssteget och det alkaliska extraktionssteget före- tas vid syra- och bas-koncentrationer och vid värden på tem- peratur och behandlingstider som är tillräckliga för att åstad- komma sådan behandling av hemicellulosan i biomassamaterialet att pentos- och hexos-sockerarterna kan avskiljas därifrån i ett hydrolysat som har för litet innehåll av furfural för att i någon väsentlig grad förhindra jäsning och tillväxt av mikro- organismer, under det att cellulosan i biomassan icke hydroly- seras i någon väsentlig grad. Cellulosakomponenten kan tvättas och avvattnas och därefter förbrännas för att tillvarataga dess dess energiinnehåll, under det att hydrolysatet avlägsnas från den hydrolyserade och extraherade biomassan. Hydrolysatet neutraliseras och klarnas samt utsättes för jäsning så att ~4e4 ass pentos- och hexos-sockerarterna däri förjäses. Alkohol fram- ställes sedan ur de jästa pentos- och hexos-sockerarterna.

Parametrarna för den sura hydrolysen och den alkaliska extraktionen vid utförandet av den ovan beskrivna metoden för alkoholframställning kan skilja sig något från de parametrar som gäller för det tillvägagångssätt som avser framställning av kraftmassa. Syrakoncentrationen kan' t.ex. ligga inom om- rådet från ca 0,3 till ca 2 % HZSO4, eller ekvivalenta värden och den alkaliska koncentrationen kan vara ca 1,5 till ca 6 % NaOH eller ekvivalent därmed. Hydrolysbetingelserna kan ligga inom ett temperaturomrâde från ca 10500 till ca 13500, med ett föredraget värde vid ca l20oC, under det att extraktionstem- peraturerna kan ligga mellan ca GOOC och ca l20oC.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att behandla sönderdelat cellulosafibermaterial så att största möjliga mängd användbart kolvätematerial avlägsnas därur, medan man företrädesvis samtidigt har kvar materialet i ett tillstånd medgflande kraftmassakokning av detsamma i och för framställning av kraftmassa med tillfredsställande (och för vissa parametrar t.o.m. förbättrade) styrkeegenskaper. Detta och andra syften med uppfinningen framgår av följande detaljerade beskrivning och de efterföljande patentkraven.

Fig. l är en schematisk bild av en som exempel vald apparat enligt föreliggande uppfinning för framställning av kolvätematerial och kraftmassa från sönderdelat cellulosa- haltigt fibermaterial. Fig. 2 är en schematisk bild som visar den efterföljande behandlingen av hydrolysatet från apparaten enligt fig. l, avseende den slutliga framställningen av alkohol därur. Fig. 3 är en schematisk bild av en modifika- tion av apparaten enligt fig. l, avseende tillförandet av syra till förhydrolyssteget. Fig. 4 är en schematisk bild av en som exempel vald apparat för den efterföljande behandlingen av kraftmassan, som utmatas från kokaren i fig. l, och hän- för sig speciellt till syrgasdelignifiering av massan. Fig. 5 är en schematisk bild av en som exempel vald apparat för utfö- rande av förfaringssättet enligt föreliggande uppfinning, vid vilken en maximal mängd kolväte och lignin för framställning av _ 8464 358 6 alkohol avlägsnas från den sönderdelade och uppslamade bio- massan.

Den som exempel valda föredragna utföringsformen av apparaten enligt föreliggande uppfinning visas schematiskt i fig. l. Med användning av denna apparat är det möjligt att framställa kolvätematerial i form av ett hydrolysat, som se- dan kan behandlas för att framställa alkohol, såsom etanol, , butanol eller butandiol. En apparat för behandling av hydro- lysatet visas schematiskt i fig. 2, Apparaten enligt fig. l kan också användas för framställning av kraftmassa, som sedan kan syrgasdelignifieras eller behandlas på annat sätt för att framställa en mängd olika pappersprodukter av en hög kvalitet.

Bland konventionella komponenter i apparaten enligt fig. 1 _ingår en flisbinge l0, i vilken inlägges ett förråd av trä- flis, t.ex. flis av lövved (t.ex. lönn), eller flis av barr- ved (t.ex. tall) vari kan ingå träkomponenter i form av spe- tor, nålar eller lika små fragment, sågspån eller dylikt. Fli- sen matas via en flismatare ll och en lågtrycksmatare 12 in i ett horisontellt basningskärl 13 för att slutligen avlevereras i inloppsledningen 14 som leder till högtrycksmataren 15. Al- ternativt kan basning ske i flisbingen och flisen därfrån matas direkt ned i ledningen 14. I en under lågt tryck stående åter- cirkulationsledning 16 föres vätska från högtrycksmataren 15 tillbaka till inloppsledningen 14. I ledningen 16 finns ett bräddavlopp, från vilket vätska strömmar genom ledningen 17 till nivåtanken 18. Vätska som cirkulerar i högtrycksledningen 19 sättes under tryck medelst en pump 20 och föres genom hög- trycksledningen 21 till toppen av ett första behandlingskärl 22.

Från toppen av kärlet 22 återföres vätskan till ledningen 19.

Det första kärlet 22 är ett vertikalt tryckkärl i vilket utföres mild sur förhydrolys och mild alkalisk förextraktion av träflisen. Den sura förhydrolysen sker medan syra och flis rör sig i medström i en övre del 23 av kärlet 22. Syran som skall åtfölja flisen tillsättes i nivåtanken 18, såsom antydes av inloppsledningen 24. Koncentrationen av syran i vätskan i nivåtanken 18 kan regleras noggrant, och vätskan med önskad syrakoncentration föres från tanken 18 via ledningen 25 till 464 358 återcirkulationsledningen 19 från kärlet 22. Den milda syran håller högtrycksmataren 15 fri från beläggningar. Sur förhyd- rolys av flisen äger rum i den långa strömningsbana där syra är i kontakt med flisen (från högtrycksmataren 15 till toppen av kärlet 22) liksom i medströmsflödet i den övre delen 23 av kärlet 22.

Typiska förhydrolysbetingelser som användes vid till- lämpning av uppfinningen är: en koncentration av, eller ekvi- valent med, ca 0,2 - 0,5 % HZSO4 och en temperatur av ca l20OC eller lägre (t.ex. ca l05OC - l20oC). För att hålla tempera- turen under den sura förhydrolysen vid det önskade värdet av- drages vätska vid slutet av förhydrolyszonen 23 i kärlet 22 genom silar 27 medelst pumpen 28 och uppvärmes sedan i en upp- värmningsapparat 29 (som kan vara en ångvärmare) före införan- det i återcirkulationsledningen l9. Trycket i förhydrolys- zonen kan normalt vara ca 13,6 at.

Kärlet 22 har även en undre zon 3l, vari utföres alka- lisk förextraktion i motström. En alkalisk lösning tillsättes genom ett centralt rör 32 och strömmar från området invid en bottensil 33 uppåt mot gränsytan till den sura förhydrolys- zonen 23. överskjutande alkalisk lösning avdrages genom botten- silen 33 medelst pumpen 34 och ledes genom en kylare 35, vari- från den återföree till det eentreie röret 32. Nytt elkeli tillsättes till detta flöde genom ledningen 36. Värdena på flöden och tillsatser, kärldimensioner etc. är så valda att det alkaliska innehållet är i huvudsak förbrukat vid den tid- punkt då det når området invid den mittre silen 38. Denna sil 38 befinner sig vid gränsytan mellan zonen 23 för sur förhyd- rolys i medström och zonen 3l för alkalisk förextraktion i mot- ström. Hydrolysat som bildats under den sura förhydrolysen och under den alkaliska förextraktionen strömmar genom den mittre silen 38 ut i hydrolysatavloppsledningen 40. Hydroly- satet kan sedan behandlas på något lämpligt sätt, t.ex. med användning av den i fig. 2 visade apparaten.

Typiska betingelser för den milda alkaliska förextrak- tionen är en alkalisk koncentration av, eller ekvivalent med, ca 0,5 - 4 % NaOH och en temperatur av ca 60 - 90OC. Emedan 464 358 8 temperaturen i den alkaliska förextraktionszonen 31 är avse- värt lägre än i den sura förhydrolyszonen 23, användes kylaren . Trycket i den alkaliska förextraktionszonen 31 är ej sär- skilt kritisk, men kan vara av storleksordningen ca 15 at.

Behandlingstiderna i de båda zonerna 23, 31 kan varieras i , erforderlig grad beroende av påfyllningen av träflis, kapaci- teten hos den efterföljande kokaren etc. men kan normalt vara = ca 60 min. i vardera zonen.

Den förhydrolyserade och förextraherade träflisen matas från kärlets 32 bottenzon 42 ut i ledningen 43. En roterande skrapa 44 kan finnas vid detta ställe för att underlätta ut- matningen. Ledningen 43 går till toppen av en konventionell kontinuerlig kokare 45, och anordningar finns för att återföra vätska genom ledningen 46 till kärlets 22 bottenzon 42. Till- sättning av vitlut sker i ledningen 46, såsom antydes av led- ningen 47, och vidare uppvärmes vätskan, t.ex. medelst vär- maren 48, så att vätskan har nästan koktemperatur när den införes i toppen av kokaren 45. Detta är speciellt önskvärt enär flismassan vid bottnen av den alkaliska förextraktions- zonen 31 vanligen har en relativt låg temperatur (t.ex. av storleksordningen 60 - 90°C).

Den i fig. 3 visade apparaten är väsentligen identisk med apparaten enligt fig. l, och samma hänvisningsbeteckning- ar har använts för motsvarande komponenter. Den enda avvikel- sen hos apparaten i fig. 3 är det speciella sätt på vilket syra för förhydrolysen tillsättes. I stället för att till- sätta syran i nivåtanken 18 tillsättes densamma i detta fall i en återcirkulationsledning 30, som leder till det centrala röret 37, och vidare är en uppvärmningsapparat 29 anordnad i återcirkulationsslingan. Hydrolysatet avdrages i detta fall från båda silarna 27 och 38.

I toppdelen 50 av den kontinuerliga kokaren 45 utsättes flisen för kraftmassakokning, (d.v.s. en kemisk sulfatkoknings- process). Vanligtvis väljes konventionella kokningsbetingelser (t.ex. l65°C, 90 min. behandlingstid, och ett tryck av 15 at).

Emellertid kan en mindre mängd aktivt alkali användas i zonen 9 464 ass 50, enär organiskt material avlägsnats genom förhydrolys och alkalisk förextraktion. Konventionell motströmstvätt sker i zonen 52, tvättvätskan avdrages genom ledningen 53 och uppvär- mes i värmaren 54, och till sist utmatas kraftmassa genom led- ningen 55 vid bottnen av kärlet 45. Den genom ledningen 55 avgående massan är riktig kraftmassa med styrkeegenskaper jämförbara med kraftmassa som framställts i konventionella kokare utan tillämpning av förhydrolys och förextraktion. I själva verket har den massa som framställes enligt uppfinning- en en högre viskositet och en högre rivstyrka än konventio- nellt framställd kraftmassa, fastän andra styrkeparametrar kan vara obetydligt sämre än som eljest normalt (ehuru allt- jämt inom godtagbara gränser). Genom att tillämpa uppfin- ningen är det sålunda möjligt att framställa kraftmassa med mycket liten försämring av utbytet och styrkan, medan samti- digt ett hydrolysat erhålles som är lämpligt att användas för framställning av alkohol. Sålunda erhålles en maximal mängd av produkter med hög kvalitet från en given volym träflis och med en mycket liten mängd spill eller lågvärdiga produkter.

Exempel på resultat som erhålles vid tillämpning av för- faringssättet enligt uppfinningen i jämförelse med konventio- nella resultat anges i Tabell I och II. Den använda lövmassan var en viss.lönnsortA(Northeastern Maple). I lövmassasatsen A var 31 % av flispartiklarna tjockare än 7 mm, i satsen B var inga tjockare än 7 mm, medan endast få av flispartiklarna i satsen C var tjockare än 7 mm. Den använda barrveden var flis av en viss tallsort (Southern Pine). Med undantag för kok nr 8 var förhållandet vätska:ved i förhydrolyszonen och den alkaliska zonen 2,0 resp. 2,5. För sats nr 8 var förhållandena 3,7 resp. 3,6. För samtliga kok med undantag av nr l och 2 var förhållan- det vätska:ved i kraftkokningszonen lika med 3,2. För kok nr l och 2 var förhållandet 4,0. Ingen tvättning utfördes mellan stegen. Det tryck som upprätthölls i det sura förhydrolysste- get var ca 13,6 at, medan det var ca 15 at i de andra stegen.

I0 464 358 TABELL I LÖVMASSAKOK Kok nr 1 2 3 4 . 5 Lövmassasats A C B C C Förhydrolys Ingen Ingen Ingen HZSO4-lösning, % 1 0,3 Temperatur, OC 105 120 Tid, min. 60 60 Total torr- substans, % 1,6 1,1 Slutligt pH 1,5 2,0 Alkalisk extraktion Ingen Ingen ïn9en NaOH, % av ved 1,5 1,5 Temperatur, OC 60 60 Tid, min. 60 60 Total torr- substans, % l,l 1,2 Slutligt pH 9,4 , Extraherad torr- substans, (% av ved) Förhydrolyssteget 1,8 Extraktionssteget 1,9 2,1 æ6ta1t I 1,9 3,9 Kraftmassakokning Aktivt alkali, % 15,5 15,5 16 14 14 Max. temp. °c 163 163 157 162 162 Tid vid max. temp. 90 90 60 80 80 min.

Alkaliåterstod, g/lit. 7,0 9,3 3,7 5,4 K-tal 15,6 15,2 16,2 15,4 11,5 Totalt utbyte, % 51 52,5 47,8 52,6 48,8 Totalt rejekt, % 3,7 ' 4,6 0,9 0,4 Viskositet, CP 53 59,5 122 59,2 73 Pentosan, % 21,2 11,3 22,3 19,5 'Pappersegenskaper 400 Can.Standard Freeness PFI varv/min. 300 200 550 300 200 Sprängstyrka 28 30 32 31 31 Rivstyrka 68 84 67 86 94 Dragstyrka 6,4 6,4 6,4 7,2 7,0 Skrymdensitet 1,64 1,60 1,49 1,56 1,5 6 7 8 C C 1,0 1,0 0,3 90 90 120 90 60 60 0,85 1,7 2,0 3,0 4,0 60 60 90 60 60 90 I I I 8I I I OI I I 2Il I I 217 I I 14 13,2 12,8 162 161 159 80 80 80 7,0 6,8 8,4 12,8 14,2 11,9 50,4 51,0 46,3 0,5 1,3 1,7 66,7 66 76,7 ,5 22,5 14,0 100 150 28 32 94 89 6,2 6,8 3 1,58 1,52 I\ H TABELL II TALLMASSAKOK Kok nr 9 10 ll 12 13 _14__ Förhydrolys Ingen Ingen Ingen HZSO4-lösning, % 1,0 0,3 0,5 Temperatur, OC 105 120 120 Tid, min. 45 60 60 Total torrsubstans, % 1,2 1,3 1,9 Slutligt pH 1,4 1,3 1,9 Alkalisk extraktion Ingen Ingen Ingen NaOH, % av ved 1,5 1,5 1,9 Temperatur, OC 60 60 120 Tid, min. 60 60 60 Vätska/trä 3,0 2,0 1,8 Slutligt pH 1,3 8,4 6,1 Extraherad torrsubstans % av ugnstorr ved) Förhydrolyssteget 2,2 3,2 Extraktionssteget 1,7 2,5 2,9 Totalt 1,7 4,7 6,1 Kraftmassakokning Aktivt alkali 17,2 18 15,5 14 14 14 Max temp., °c ~ 170 171,5 170 170 170 170 Tid vid max.temp., min. 90 90 90 90 90 90 Alkaliåterstod, g/lit. 9,6 8,5 6,0 9,5 K-tal 21,3 22,8 23,8 27,0 23,7 22,2 Totalt utbyte, % 46,9 47,6 44,7 49,2 45,1 43,4 Totalt rejekt, % 0,5 1,8 0,7 0,7 0,6 0,9 Viskositet, cP 40,7 38,6 61,4 47,2 48,7 46,3 Viskositet/K-tal 1,9 1,7 2,6 1,7 2,1 2,1 Pentosan, % 8,2 6,9 5,8 7,6 5,8 4,6 Pappersegenskaper 400 CSF PFI varv/min. 8300 9100 6500 8300 7000 8000 Sprängstyrka 66 70 63 65 63 61 Rivstyrka 218 212 233 228 225 217 Dragstyrka 8,4 9,5 8,9 8,7 8,8 7,8 Skrymdensitet 1,71 1,72 1,60 1,78 1,68 1,68 4.464 ass 12 På grund av den höga viskositeten och det låga kappata- let hos den kraftmassa som erhålles efter kokningen, när den sura förhydrolysen och alkaliska förextraktionen enligt före- liggande uppfinning praktiseras, är det möjligt att utföra syr- gasblekning (eller annan syrgasdelignifiering) till ett lägre kappatal med färre efterföljande bleksteg och under bibehål - lande av tillfredsställande styrkeegenskaper hos massan. Det- ta kan åstadkommas med användning av den apparat som visas i fig. 4, varvid massaledningen 55 och filtratledningen 57 till- hörande apparaten i fig. l förbindes med motsvarande ledningar i fig. 4.

Massan i ledningen 55 kan föras till en konventionell diffusionstvättapparat 59 och sedan införas i förvaringsbe- hållaren 60 för att slutligen föras genom sileriet 61 till filtertvätten 62, ångmixen 63 och tjoskmassapumpen 64, innan syrgas och alkali tillsättes därtill från ledningen 65 strax före höghastighetsblandaren 66. Syrgasblekning eller -delig- nifiering sker sedan i reaktorkärlet 67. I den beskrivna appa- raten kan ingå en mångfald förut kända anordningar, och massan kan behandlas vid medelkonsistens (t.ex. ca 8 - 12 %, som är konsistensen vid utmatning ur kokaren 45), eller också kan den behandlas vid icke fullt så hög konsistens. Den delignifierade massan föres sedan till en andra diffusionstvättapparat 68 och därefter till ett hypokloritblekningskärl 69 eller liknande, och slutligen överföres massan genom ledningen 70 till en pappers- maskin. Antalet på varandra följande blekningssteg utgör ett minimum: det kan räcka med det enda steget 69 som visas i fig. 4, och under vissa omständigheter är ej ens detta steg nödvän- digt.

Resultaten i Tabell III och IV belyser resultaten av syr- gasdelignifiering och efterföljande blekning utförda på den massa som erhålles från några av koken i Tabell I och II, och antyder de fördelar som kan ernås genom uppfinningen. Exempel- vis är skillnaden i kappatal vid samma blekningsbetingelser för koken nr 2 och 3 en skillnad som ligger mellan 4,7 och 4,0.

Detta kan betyda en skillnad av ca 30 % med avseende på den klordioxid som erfordras för att åstadkomma blekning till en ljushet av 91+ i ett enda steg. Detta kan betyda skillnaden 13 TABELL III SYRGASDELIGNIFIERING OCH BLEKNINGSDATA FÖR LÖVMASSAVED Prov __2_ Kappa-tal (40 ml) 15,2 Viskositet (0,5 % CED) 59,5 Syrgassteg: 7 at, 22% kons.

NaOH, % 1,8 3,5 3,8 Temperatur, °c 115 120 125 Tid, min. 60 60 60 Kappa-tal 5,9 4,7 4,6 Viskositet (cP) 27,8 15,4 12,8 Viskositet/Kappa-tal 4,7 3,3 2,8 Utbyte, % (uppskattat) 93,6 Ljushet, SCAN 67,1 c1o2= 72°c, 150 min.

C102, % 1,45 NaOH-buffer, % 0,73 Slutligt pH 4,2 Tillgänglig C1-rest, g/1it_ 0 Ljushet, SCAN 89,2 Viskositet (cP) 13,1 Peroxid 72oC, 90 min.

HZOZ, % 0,5 Total alkalitet, % 0,8 Slutligt pH 10,4 Rest, % av massan 0,17 Ljushet, SCAN 92,3 Viskositet (cP) 12,1 464 358 __l_ 3 14,2 15,5 66 122 2,5 3,5 115 120 60 60 4,8 4,0 ,8 16,3 4,3 4,1 95,7 94,5 1,45 1,15 0,87 0,52 4,8 4,6 0,13 0 90,8 91,8 ,9 14,4 0,5 0,8 ,4 0,17 93,3 13,9 2,9 115 50 4,6 ,7 4,2 464 358 PROV Râmaterial Dc D: 2 min. frl: 60 min. 2o°c,3,5% kons. 50% ersättn.

E 60 min. 75°c, 10% kons.

D 150 min. 72oC, 9% kons.

E 60 min. _ 72OC, 10% kons.

D 210 min. 72°c, 9% kons.

W TABELL IV BATA FÖR FEMSTEGSBLEKNING ll 3 9 2 Tall Löv Tall Löv Kappa-tal (40 ml) 23,9 15,5 21,3 15,3 Visk. (0,5% CED) 61 122 40,7 59,5 Totalt tillgängl. Cl 6,33 4,25 6,25 4,46 % C102 (som C102) 1,20 0,81 1,19 0,85 % C12 3,16 2,12 3,13 2,23 Tillgängl. Cl-rest, g/lit 0,01 0,01 0,02 0,05 % NaOH 2,5 1,7 2,5 1,75 Slutligt pH 12,2 12,1 12,1 12,1 Kappa-tal (25 ml) 3,0 2,2 2,7 1,1 Visk. (0,5%) *í_ 50,0 (68) 40,0 44,4 Utbyte % (uppskattat) 95,5 96,0 95,9 96,2 % C102 0,85 0,67 0,78 0,50 % NaOH (buffer) 0,43 0,29 0,39 0,20 Slutligt pH (3,8) 4,1 3,5 4,4 Tillgängl. Cl-rest,g/lit. Spår 0,08 Spår 0,11 % NaOH 0,35 0,35 0,35 0,35 s1ut1igt pH 11,4 11,3 11,6 11,5 % C102 0,40 0,30 0,40 0,30 % NaOH (buffer) 0,12 0,09 0,12 0,08 Slutligt pH 4,4 5,1 4,3 5,1 Tillgängl. Cl-rest, g/lit 0,16 0,18 0,17 0,18 Ljushet (SCAN) 92,0 93,8 92,0 92,7 Viskositet (0,5) 37 47 27.5 38,9 Totalt utbyte (uppskattafi 94,6 94,9 IS 464 358 mellan att behöva ha ett efterföljande peroxidsteg eller att ej ha ett sådant. Blekningsresultaten tyder även på att kraft- massans styrkeegenskaper bibehålles under den efterföljande syr- gasdelignifieringen.

Fig. 2 visar exempel på en apparat för behandling av hydrolysat som bortledes från ledningen 40 i och för alkohol- framställning. Hydrolysatet ledes till blandningsbehållaren 70, där det neutraliseras, går vidare till klaringsapparaten 7l och sedan till en konventionell jäsningsapparat 72. Den från jäsningsapparaten avgående "mäsken" passerar genom en konventionell jästavskiljningsapparat 73 och vidare genom led- ningen 74 till destillationstornet 75, där ånga tillföres för destillationen. En del av det från jästavskiljningsapparaten 73 avskilda materialet ledes genom ledningen 77 tillbaka till jäsningsapparaten 72, medan en annan del ledes genom ledningen 78 till en ugn 79 där denna del kan förbrännas för att alstra ånga. Ångan kan användas för tillsättning vid punkten 76 och/ eller för att driva en turbin 80 eller liknande. 7 I jäsningsapparaten 71 användes lämpligt valda mikroor- ganismer för att åstadkomma jäsning av pentos- och hexos- sockerarterna i hydrolysatet. Flera exempel på allmänt till- gängliga mikroorganismer för ändamålet är: en mikroorganism som renodlats vid Auburn University och klassificerats som AU-l-D3; Fusarium-svamparter som utvecklats av Argone Natio- nal Laboratory; och Bacillus Macerans, som utvecklats av The University of California i Berkeley och Lawrence Berkeley La- boratory.

Fig. 5 visar apparater som kan användas vid ett förfa- ringssätt för framställning av alkohol enligt föreliggande uppfinning ur biomassa som icke är av tillräckligt hög kva- litet för kraftmassaframställning. Vid denna utföringsform har samma hänvisningssiffror använts för detaljer som har mot- svarighet i de andra figurerna. Den biomassa som tillföres till apparaten enligt fig. 5 kan vara bagass eller liknande biomassa som innehåller kolhydrat och lignin. Genom till- lämpning av uppfinningen avses att åstadkomma hydrolys av hemicellulosa i biomassan för att kunna avskilja pentos- och hexos-sockerarterna därur i ett hydrolysat. Avskiljningen kan ske på sådant sätt att hydrolysatet innehåller en alltför liten 464 ass M mängd furfural för att i någon väsentlig grad förhindra till- växt av mikroorganismer vid jäsningen. Där t.ex. mikroorga- nismerna Au-1-D3 användes, bör koncentrationen av furfural be- gränsas till 0,18 % (eller mindre).

När apparaten enligt fig. 5 användes är syftet att maxi- mera mängden material som bortgår i hydrolysatet, enär den bio- massa som utmatas från kärlet 22 kommer att brännas eller på annat sätt användas för syften där material av låg kvalitet kan godtagas. Såsom visas i fig. 5, går det utmatade materia- let genom ledningen 43 och en blåsventil 82 till en blåstank 83 och en tvättpress 84. Filtratet från tvättpressen 84 ledes till filtratbehållaren 85 och âterföres slutligen genom ledningen 86 till bottnen av kärlet 22. Den återstående avvattnade bio- massan går genom utmatningsledningen 87 till ugnen 88 för att användas till alstring av ånga eller dyl.

När apparaten enligt fig. 5 användes kan betingelserna i avseende på sur hydrolys och alkalisk extraktion vara något strängare än vid apparaten enligt fig. l, enär syftet är att återvinna mesta möjliga material ur hydrolysatet, och där före- ligger inga krav på styrkeegenskaper hos det material som ut- matas genom ledningen 43. Den sura hydrolysen kan sålunda ut- föras vid en koncentration av 0,3 - 2 % H2SO4, eller ekviva-A lent därtill, och vid en temperatur av ca 105 - l35°C. Det alkaliska extraktionssteget kan utföras med en koncentration av 1,5 - 6 % NaOH och vid en temperatur av 60 - l20°C. Behand- lingstiden i vartdera fallet kan vara ca 60 minuter, och tryck- förhållandena i kärlet 22 kan vara ungefär samma som vid appa- raten enligt fig. l. Det avlägsnade hydrolysatet i ledningen 40 kan utsättas för i princip sama behandling som vid fig. 2, med den skillnaden att det utmatade märialet från jästavskilj- ningsapparaten 73 ledes till en centrifug 90, varifrån den av centrifugen avskilda kraftmassan går genom ledningen 91 till ugnen 88, medan vätskan avgår genom ledningen 92 för att slut- ligen användas som tvättvatten i pressen 84.

Det är sålunda tydligt, att man enligt föreliggande upp- finning åstadkommit ett förfaringssätt och en apparat som 17 464 358 kan avlägsna kolvätematerial av hög kvalitet (lämpligt för framställning av alkohol) från flis (särskilt lövmassaflis) med en minimal inverkan på det slutliga utbytet och styrkan av kraftmassan (och faktiskt t.o.m. kan öka massans viskosi- tet och rivstyrka). Å andra sidan ser man att en maximal mängd av kolvätematerial av hög kvalitet kan avlägsnas från den tillförda biomassan, särskilt pentos- och hexos-socker- arter, och att alkohol kan framställas på ett i energiavseen- de gynnsamt sätt.

Uppfinningen har ovan visats och beskrivits i det utfö- rande som för närvarande anses vara det mest praktiska och föredragna, men det är uppenbart för en fackman att modifika- tioner därav kan utföras inom ramen för uppfinningen, vars omfattning bestämmes av den vidaste tolkningen av efterföl- jande patentkrav för att innesluta alla ekvivalenta förfa- ringssätt och anordningar.

Claims (6)

18 464 358 PATENTKRAV ll fibermaterial framställa kolhydratmaterial och kraftmassa, Förfaringssätt för att av sönderdelat cellulosahaltigt k ä n n e t e c k n a t av följande kontinuerligt utförda steg: (a) sättes för mild sur förhydrolys genom att sönderdelat cellu- det sönderdelade cellulosahaltiga fibermaterialet ut- losahaltigt fibermaterial och syra frammatas i medström i en SO koncentration av, eller ekvivalent med, ca 0,2 - 0,5 % H2 4 och vid en temperatur av ca l20°C eller lägre; (b) rialet utsättes för mild alkalisk förextraktion genom att sön- det förhydrolyserade sönderdelade cellulosahaltiga fibermate- derdelat cellulosahaltigt fibermaterial och alkali bringas att strömma i motström vid en koncentration av, eller ekvivalent med, ca 0,5 - 4 % NaOH och vid en temperatur av ca 60 - 90°C; (c) från det sönderdelade cellulosahaltiga materialet under ut- hydrolysat med innehåll av kolhydratmaterial avskiljes förandet av förhydrolys- och förextraktionsstegen; och (d) losahaltiga fibermaterialet kokas för att framställa kraftmassa. det förhydrolyserade, förextraherade sönderdelade cellu-

2. material framställa kolvätematerial och kraftmassa, omfattande Apparat för att av sönderdelat cellulosahaltigt fiber- en högtrycksmatare (15) med en inloppsledning (19) och en un- der högt tryck stående utloppsledning (2l); och organ (10-l4) för att tillföra en uppslamning av sönderdelat cellulosafiber- material till nämnda högtrycksmatare för att överföras till dennas utloppsledning, k ä n n e t e c k n a d av: ett förs- (J 19 464 358 ta vertikalt kärl (22) med ett inlopp vid toppen för sönder- delat cellulosahaltigt fibermaterial, vilket kärl i sin toppdel har en zon (23) för behandling i medström och har avdragnings- organ (27) för vätska från det första kärlets toppdel till nämnda inloppsledning (19) på nämnda högtrycksmatare (15) vilket kärl (22) har en bottendel (31) som bildar en motströmsbehandlings- zon med organ (33, 35) för avdragning och kylning av vätska från området i närheten av denna bottendels botten, organ (32) för återförande av vätskan till nämnda bottendel, och hydrolysat- avdragningsorgan (38) som är anordnade vid en gränsyta mellan nämnda kärls toppdel och bottendel; ett andra vertikalt kärl (45) som bildar en kontinuerlig kokare; en utmatningsledning (43) från bottnen av nämnda första kärl i förbindelse med toppen av nämnda andra kärl; och en vätskeåterföringsledning (46) som sträcker sig från nämnda andra kärls toppdel tillbaka till bott- nen av det första kärlet.

3. Apparat enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda vätskeavdragningsorgan från nämnda första kärls toppdel omfattar en sil (27) vid nämnda toppdels undre parti, en ledning som sträcker sig från nämnda sil till nämn- da högtrycksmatare (15), och en pump (28) samt en uppvärmnings- apparat (29) som är placerade i denna ledning; samt syratill- förselorgan (25) som är anslutna till denna ledning till hög- trycksmataren.

4. Apparat enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda avdragningsorgan från det första kärlets toppdel omfattar en ledning (30) som sträcker sig från ett mittparti av nämnda kärls toppdel, och att en pump och en uppvärmningsapparat (29) är placerade i denna ledning, samt att ett till nämnda ledning (30) anslutet, centralt rör (37) är placerat i det första kärlets toppdel. 20 464 358

5. Apparat enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, art en uppvärmningsapparat (48) och en ledning (47) för tillsättning av vitlut står i förbindelse med återförings- ledningen (46) från den kontinuerliga kokaren till det första kärlets botten.

6. Apparat enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av neutraliseringsorgan, klarningsorgan, jästank och des- tillationsorgan för att framställa alkohol av hydrolysat, anordnade i verksam förbindelse med nämnda hydrolysatavdrag- ningsorgan (38).