WO2011138357A1 - Method for producing at least one low-molecular-weight aromatic valuable material from a lignin-containing starting material - Google Patents

Method for producing at least one low-molecular-weight aromatic valuable material from a lignin-containing starting material Download PDF

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WO2011138357A1
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lignin
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dealkylation
aromatics
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Roman Prochazka
Stefan Bitterlich
Otto Machhammer
Stephan Deuerlein
Dirk Klingler
Emmanouil Pantouflas
Alois Kindler
Bernd Zoels
Joachim Werther
Ernst-Ulrich Hartge
Peng Wang
Bernhard Schult
Frank Rimoschat
Heiko Rohde
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Basf Se
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    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of low molecular weight aromatic recyclables from a lignin-containing starting material produced from biomass.
  • Low molecular weight aromatic compounds and especially phenolic compounds have found wide use as intermediate and value products. They serve z.
  • As a precursor for various resins, surface-active compounds, specialty chemicals, etc. It is known to prepare such compounds from lignin-containing starting materials.
  • there remains a need for a simple, low cost process that enables the provision of a variety of different aromatic products for a variety of applications.
  • US 2,057,117 discloses a process for producing vanillin which comprises heating a starting material selected from lignocellulose, a crude lignin extract and lignosulfonic acid with an aqueous alkali metal hydroxide solution under elevated pressure and adding sulfuric acid to the resulting reaction mixture to form organic To precipitate components and convert the vanillin into a soluble form.
  • WO 99/10450 describes a process for converting lignin into a hydrocarbon fuel.
  • Lignin undergoes base-catalyzed depolymerization and subsequent hydroprocessing.
  • This hydroprocessing involves hydrodeoxygenation and mild hydrocracking. The latter is carried out under conditions in which a partial hydrogenation of the aromatic rings takes place.
  • WO 2008/027699 A2 describes a process in which lignin originating from a pyrolysis of biomass is decarboxylated and hydrodeoxygenated after separation of water-soluble constituents and the organic products from this process step are subsequently subjected to hydrocracking.
  • WO 2010/026244 describes an integrated process for the production of pulp and of at least one low molecular weight valuable material in which
  • step d) isolated from the treatment product obtained in step c) the valuable material (s).
  • a cellulose-enriched fraction and a fraction enriched in lignin are isolated from the digested material, the lignin-enriched fraction is subjected to depolymerization, and an aromatic compound is isolated from the polymerization product.
  • WO 2009/108601 describes a process for producing a starting material for biorefinery processes for producing a biofuel from a lignin-containing starting material.
  • Lignin from a black liquor of the pulping process or else the black liquor itself is subjected to hydroprocessing in the presence of a hydrogen-containing gas and a catalyst on an amorphous or crystalline oxidic support. Specifically, a heterogeneous molybdenum sulfide catalyst is used.
  • black liquor the hydroprocessing can also be carried out in two stages. The process can be carried out either at a refinery site to which lignin or black liquor is being transported, or directly at the site of a paper mill. The subsequent to the hydroprocessing biorefinery process is not described in detail.
  • WO 2009/108599 has a disclosure content comparable to WO 2009/108601 with a focus on papermaking.
  • US 2009/0227823 describes a process for preparing at least one liquid hydrocarbon product from a solid hydrocarbon feedstock (eg, a lignocellulosic material) by subjecting the feedstock to catalytic pyrolysis and subjecting the pyrolysis products to a catalysed sequential reaction to give liquid products ,
  • a solid hydrocarbon feedstock eg, a lignocellulosic material
  • lignocellulosic materials can in principle be converted to three routes into liquid fuels which differ in their primary step: gasification to syngas, pyrolysis to bio-oil, hydrolysis to give sugars and lignin.
  • gasification to syngas gasification to syngas
  • pyrolysis to bio-oil pyrolysis to bio-oil
  • hydrolysis to give sugars and lignin.
  • the bio-oils obtained in the pyrolysis can then be subjected to hydrodeoxygenation in the presence of hydrogen or steam reforming.
  • a first object of the invention is therefore a process for the preparation of a
  • Aromatic composition having a high content of mononuclear, low or unalkylated aromatics from a lignin-containing starting material comprising a) providing a lignin-containing starting material, b) pyrolysis of the lignin-containing starting material to obtain a pyrolysis gas stream, c) substantially the pyrolysis gas stream without separation of a material component in a Dealkyltechnikszone feeds and reacts in the presence of hydrogen and / or water vapor, d) the Dealkyl michszone takes a discharge and subjected to a separation to obtain the Aromatenzusammen arrangement.
  • An aromatics composition with a high content of mononuclear, low or non-alkylated aromatics is understood to mean a composition which, based on its total weight, contains at least 50% by weight of mononuclear aromatic compounds.
  • the content of non-alkylated, non-alkoxylated, at most simply hydroxylated and monoalkylated aromatics is, based on the total weight of the aroma composition, at least 50% by weight in total.
  • pyrolysis is understood as meaning a thermal treatment of the lignin-containing starting material, molecular oxygen being not or only to a small amount being supplied.
  • a small amount is to be understood as an amount which is significantly less than the amount necessary for a complete oxidation of the carbon contained in the lignin-containing starting material to CO2.
  • the amount of molecular oxygen fed in the pyrolysis is preferably at least 50 mol%, more preferably at least 75 mol%, in particular at least 90 mol%, below the amount necessary for complete oxidation of the material contained in the biomass starting material Carbon to CO2 is necessary.
  • Pyrolysis is generally endothermic.
  • dealkylation refers to a reaction of the substituted and / or polynuclear aromatic compounds present in an aromatic composition in the presence of hydrogen and / or water vapor, which are at least partially converted so that substituents are replaced by hydrogen and / or several aromatic Cores containing nuclei are cleaved to compounds with fewer nuclei.
  • the hydrogen-substituted substituents are selected from alkyl groups, hydroxyl groups, alkoxy groups, aryloxy, etc.
  • the term “dealkylation” also encompasses various reactions associated with a reduction in molecular weight, such as dehydroxylation, dealkoxylation, Aromatenspalte.
  • Aromatea cleavage refers to a reaction in which essentially the number of aromatic nuclei per molecule is reduced without the aromatic nuclei themselves being destroyed.
  • step a Provision of a lignin-containing starting material (step a)
  • a lignin-containing starting material is provided in step a).
  • Suitable lignin-containing starting materials are pure lignin and lignin-containing compositions.
  • the lignin content of the compositions is not critical over a wide range, only if the lignin contents are too low can the process no longer be operated economically.
  • a lignin-containing starting material which contains at least 10% by weight, preferably at least 15% by weight, based on the dry matter of the material, of lignin.
  • lignin-containing compositions which contain 10 to 100% by weight, particularly preferably 15 to 95% by weight, based on the dry mass of the material, of lignin.
  • dry matter is understood in the sense of the standard ISO 1 1465.
  • Lignocellulose-containing materials are also suitable for providing a lignin-containing starting material for use in the process according to the invention.
  • Lignocellulose forms the structural framework of the plant cell wall and contains lignin, hemicelluloses and cellulose as main components.
  • Other components of the plant cell wall and thus obtained lignocellulose-containing materials are, for.
  • silicates extractable low molecular weight organic compounds (so-called extract substances, such as terpenes, resins, fats), polymers, such as proteins, nucleic acids and gum (so-called exudate), etc.
  • Lignin is a biopolymer whose basic unit is essentially phenylpropane, which, depending on the natural source, may be substituted with one or more methoxy groups on the phenyl rings and with a hydroxy group on the propylene units. Therefore, typical structural units of lignin are p-hydroxyphenylpropane, guaiacylpropane and syringylpropane, which are linked by ether bonds and carbon-carbon bonds.
  • Suitable starting materials for the process according to the invention are both lignocellulose-containing materials which are used without further chemical treatment in natural composition, such as. As wood or straw, as well as lignocellulosic streams from the processing of lignocellulose, z. B. from processes for cellulose production (pulp process).
  • the lignocellulosic materials which can be used according to the invention are e.g. B. from wood and vegetable fibers available as starting material.
  • Preferred lignocellulosic materials are those of wood and residues of the woodworking industry. These include z. B. the different types of wood, ie hardwoods, such as maple, birch, pear, oak, Er- leek, eucalyptus, hornbeam, cherry tree, linden, walnut, poplar, willow, etc. and conifers such as Douglas fir, spruce, yew, hemlock, pine, larch fir, cedar, etc.
  • Wood can be found not only in deciduous and Softwoods differ, but also in so-called "hardwoods” and “softwoods”, which is not synonymous with the terms deciduous or coniferous wood.
  • Soft wood in contrast to hardwood, means lighter wood (ie wood with a density of less than 0.55 g / cm 3 , such as willows, poplars, lime trees and almost all softwoods).
  • all hardwoods and all softwoods are suitable for use in the process according to the invention.
  • the wood used in the process according to the invention can also be used in ready-made form, for. In the form of pellets. Suitable residues in the woodworking industry are in addition to wood waste and sawdust, parquet sanding dust, etc.
  • Suitable lignocellulosic materials are still natural fibers such as flax, hemp, sisal, jute, straw, coconut fibers, switchgrass (Panicum virgatum) and other natural fibers. Suitable lignocellulosic materials also fall as a residue in agriculture, z. B. in the harvest of grain (wheat straw, corn straw, etc.), corn, sugar cane (bagasse), etc. Suitable lignocellulosic materials are also available as a residue in forestry, z. In the form of branches, barks, woodchips, etc. A good source of lignocellulosic materials are also short rotation crops, which enable high biomass production in a relatively small area.
  • a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material is used to produce cellulose (pulp).
  • the digestion permits at least partial separation of the lignocellulose-containing starting material into cellulose and cellulose accompanying substances, the lignin also being among the latter.
  • a lignocellulose-containing material is provided in step a) of the process according to the invention, subjected to digestion and isolated from the digested material, a cellulose-enriched fraction and a lignin-enriched (and simultaneously depleted in cellulose) fraction.
  • lignin-containing streams are suitable for use in the process according to the invention from all the digestion processes known to those skilled in the art.
  • these processes can be classified with regard to the treatment medium used in aqueous-alkaline processes, aqueous-acidic processes and organic processes. An overview of these methods and the digestion conditions can be found z.
  • the treatment medium used to digest the lignocellulosic materials is capable of solubilizing at least a portion of the lignin.
  • the cellulose contained in the lignocellulose-containing material is generally not or only partially solubilized in the treatment medium.
  • the separation of a cellulose-enriched fraction is then carried out by filtration or centrifugation.
  • a lignin-containing (cellulose-depleted) fraction is isolated from the digested material, which contains, in addition to lignin, at least one further component selected from hemicellulose, cellulose, degradation products of the aforementioned components, pulping chemicals and mixtures thereof.
  • a lignin-containing starting material which contains at least one further component in addition to lignin.
  • a lignin-containing fraction which contains at least one further component in addition to lignin is used to provide the lignin-containing starting material, at least some of the compounds other than lignin can be removed before the pyrolysis in step b).
  • the components removed from the lignin-containing fraction are preferably fed to a further work-up and / or thermal utilization, preferably in the course of the cellulose production process from which the lignin-containing fraction was obtained.
  • the pH of the lignin-containing fraction may first be adjusted to a suitable value.
  • Lignin-containing fractions from aqueous-alkaline processes can be treated with an acid to adjust the pH.
  • Suitable acids are, for.
  • mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid.
  • Particularly preferred acid is CO2 (or the resulting carbon dioxide with water).
  • CO2 is used from an exhaust gas stream of the process according to the invention or a pulp process coupled to the process according to the invention.
  • Suitable is z.
  • the exhaust gas can be introduced into the lignin-containing fraction either directly or after separation from the other components (for example by means of a washing process such as Benfield scrubbing).
  • the carbonates and / or hydrogencarbonates resulting from addition of CU2 can generally be easily incorporated into the coupled pulp process bring back, z. B. in a previously taken to Lignin gapung black liquor.
  • the use of CO2 to adjust the pH of the lignin-containing fraction is therefore associated with lower costs than with the use of other acids and also generally allows a good integration into a pulp process.
  • Lignin-containing fractions from aqueous-acidic processes can be mixed with a base to adjust the pH.
  • Suitable bases are, for.
  • alkali metal bases such as sodium hydroxide or potassium hydroxide
  • alkali metal carbonates such as soda or potassium carbonate
  • alkali metal bicarbonates such as sodium bicarbonate or potassium bicarbonate
  • alkaline earth metal bases such as calcium hydroxide, calcium oxide, magnesium hydroxide or magnesium carbonate, and ammonia or amines.
  • step a) the removal of at least a portion of the lignin-different compounds from the lignin-containing fraction) by filtration, centrifuging, extraction, precipitation, distillation, stripping or a combination thereof.
  • the person skilled in the art can control the composition of the lignin-containing fraction and thus of the lignin-containing starting material for the pyrolysis in step b) via the separation process.
  • the at least partial separation of the components other than lignin can be carried out in one or more stages.
  • Usual filtration methods are z. Cake and depth filtration (eg, described in A.
  • Rushton AS Ward, RG Holdich: Solid-Liquid Filtration and Separation Technology, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1996, pages 177ff., KJ Ives, in A. Rushton (A. Hg.): Mathematical Models and Design Methods in Solid-Liquid Separation, NATO ASI Series E No. 88, Martinus Nijhoff, Dordrecht 1985, pages 90ff.) And crossflow filtrations (eg described in J. Med. Altmann, S. Ripperger, J. Membrane Sci. 124 (1997), pages 1 19-128). Usual centrifugation are z. See, for example, G. Hultsch, H.
  • Suitable apparatus for working up by distillation include distillation columns, such as tray columns, which may be equipped with bells, sieve plates, sieve trays, packings, random packings, valves, side draws, etc., evaporators, such as thin film evaporators, falling film evaporators, forced circulation evaporators, Sambay evaporators, etc., and combinations from that.
  • a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulose material which comprises at least part of the liquid treatment medium from the digestion is used to provide the lignin-containing starting material in step a).
  • the lignin-containing stream is then subjected to a lignin-containing fraction precipitation followed by partial or complete removal of the liquid components to provide the lignin-containing starting material for the pyrolysis in step b).
  • the lignin-containing starting material is provided in the context of a process for the production of cellulose (pulp) into which the production according to the invention of low molecular weight aromatic recyclables is integrated.
  • the removal of at least a portion of the liquid compounds is then carried out in the context of the process for the production of pulp.
  • a black liquor are used, which is taken before or during the individual evaporation steps of the underlying pulp process.
  • a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material with an alkaline treatment medium is used to provide the lignin-containing starting material in step a).
  • a black liquor is used, in particular a black liquor from the sulfate digestion (power digestion).
  • a black liquor from the Kraft digestion can first be acidified to precipitate at least a portion of the lignin contained and then the precipitated lignin can be isolated.
  • the aforementioned acids are suitable.
  • CO2 is used.
  • the pH of the black liquor is lowered to a value of at most 10.5.
  • the isolation of the precipitated lignin is preferably carried out by a filtration process. Suitable filtration methods are those mentioned above.
  • the isolated lignin may be subjected to at least one further work-up step. This includes z. B. a further cleaning, preferably a wash with a suitable washing medium. Suitable washing media are for.
  • mineral acids such as sulfuric acid, preferably in aqueous solution.
  • a black liquor from the kraft digestion is first acidified with CO 2 to precipitate at least part of the lignin contained, then the precipitated lignin is isolated by filtration and the filtrate or filter cake? subjected to a wash with sulfuric acid.
  • a process for isolating lignin from a black liquor by precipitation with CO2 is described in WO 2008/079072, to which reference is made here.
  • lignoboost process which is described in WO
  • step b) of the process according to the invention the lignin-containing starting material is subjected to pyrolysis, a pyrolysis gas stream being obtained.
  • the pyrolysis can be carried out batchwise or continuously. Continuous pyrolysis is preferred.
  • the pyrolysis takes place in at least one pyrolysis zone.
  • the ligninhal- term starting material z. B. as a moist or predried solid by means of suitable transport facilities, such. B. screw conveyor or pneumatic conveying, are registered in a pyrolysis zone.
  • the pyrolysis zone may be designed in various embodiments, for. B. as a rotary kiln or fluidized bed. Both stationary and circulating fluidized beds are suitable.
  • a fluidizing gas preferably water vapor or a gas mixture from one of the subsequent process steps
  • quartz sand Particularly suitable as an additive is quartz sand.
  • Such a fluidized bed process is z.
  • the pyrolysis zone comprises at least one fixed bed.
  • the fixed beds may comprise at least one inert fixed bed and / or at least one catalytically active fixed bed. If the process according to the invention is operated with at least one fixed bed as the pyrolysis zone, then an interval operation may be advantageous in which a pyrolysis phase is followed by a combustion phase in order to remove low-volatility components from the fixed bed.
  • a fluidizing gas can be fed into the pyrolysis zone.
  • Preferred fluidizing gases are water vapor, carbon dioxide, nitrogen, etc., or mixtures of these gases.
  • the pyrolysis is not accompanied by the addition of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds carried out.
  • the hydrogenating reaction takes place essentially exclusively in the dealkylation step c).
  • the pyrolysis is carried out with the addition of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds. This embodiment of the pyrolysis can also be referred to as hydrocracking.
  • the pyrolysis can be carried out in the presence of at least one pyrolysis catalyst.
  • pyrolysis catalyst for example, silica, alumina, aluminosilicates, aluminosilicates with layered structures and zeolites, such as mordenite, faujasite, zeolite-X, zeolite-Y and ZSM-5, zirconium oxide or titanium dioxide.
  • the temperature in the pyrolysis is preferably in a range of 200 to 1500 ° C, more preferably 250 to 1000 ° C, especially 300 to 800 ° C.
  • the pressure in the pyrolysis is preferably in a range of 0.5 to 250 bar (absolute), preferably 1, 0 to 40 bar (absolute).
  • the residence time at the pyrolysis temperature can be a few seconds to several days. In a specific embodiment, the residence time at the pyrolysis temperature is 0.5 second to 5 minutes, more specifically 2 seconds to 3 minutes.
  • Dwell time especially in a fluidized bed reactor results from the quotient of total volume of the reactor to the volume flow of the fluidizing gas under the pyrolysis.
  • Suitable processes for the catalyzed or uncatalyzed pyrolysis of lignin are e.g. Also described in WO 96/09350 (Midwest Research Institute, 1996) or US 4,409,416 (Hydrocarbon Research Institute, 1983), which is incorporated herein by reference.
  • the lignin is converted into a mixture of components which under the conditions of pyrolysis are partly gaseous ("pyrolysis gas”) and partly solid and / or liquid (eg tarry or "coke”) ,
  • a discharge is taken, which can still contain fractions of solid and / or liquid components in addition to the pyrolysis gases. These are z. B. to low-volatility components formed during pyrolysis (coke). If at least one solid aggregate is used for the pyrolysis in step b), the discharge from the pyrolysis zone may also contain fractions of the aggregate. These solid and / or liquid components can be prepared by means of a suitable method. direction, z. As a cyclone, are separated from the pyrolysis gas. Separate solid additives are preferably recycled to the pyrolysis zone. From aggregates different separated components are supplied to another utilization, eg.
  • Example a combustion for heat recovery, which is preferably used again in the inventive method or an integrated method.
  • the fuel gas thus obtained which contains mainly CO2 and water and optionally O2, can also be recycled. It is also possible to bring a discharge from the pyrolysis zone, which contains at least one additive and components which have low volatility under the pyrolysis conditions, into contact with an oxygen-containing gas, preferably air, in a combustion zone which is spatially separate from the pyrolysis zone, which causes it to burn off of low-volatility components ("coke”) produced during pyrolysis.
  • an oxygen-containing gas preferably air
  • the pyrolysis gas stream obtained in step b) contains substituted aromatics and / or polynuclear aromatics.
  • the pyrolysis gas stream may contain, in addition to aromatics, other components selected from water vapor, inert gas (e.g.
  • non-aromatic hydrocarbons H2, CO, CO2, sulfur-containing compounds, such as. As H2S, etc. and mixtures thereof.
  • the non-aromatic hydrocarbons are preferably degradation products, such as methane.
  • the aromatic lignin decomposition products formed during the pyrolysis in step b) are at least partially converted by the action of hydrogen and / or water vapor so that substituents are replaced by hydrogen and / or several compounds containing aromatic nuclei are converted into compounds with less Number of cores are split.
  • dealkylation thus also denotes reactions in which no alkyl substituent is exchanged for hydrogen, such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic cleavage, etc.
  • the substituents replaced by hydrogen are preferably selected from alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups and aryl oxy groups.
  • Dealkylation processes suitable for use in step c) include hydrodekylation, vapor dealkylation or mixtures thereof.
  • hydrodekylation in addition to the pyrolysis gas stream, molecular hydrogen is fed into the dealkylation zone (in pure form or mixed with other components, such as CO), but no water.
  • a pure steam dealkylation in addition to the pyrolysis gas stream, water is fed into the dealkylation zone in addition to the pyrolysis gas stream (in pure form or in a mixture with other components), but no molecular hydrogen.
  • the dealkylation process in step c) can also be used as a mixed form of hydrodealkylation and
  • the reaction gas used for dealkylation then has a mixing ratio of H2 to H2O in the range from about 0.1: 99.9 to 99.9: 0.1.
  • a particularly suitable mixing ratio of H2 to H2O is in the range of about 40:60 to 60:40.
  • the hydrogen required for the reaction is formed in situ in the case of steam dealkylation by reaction of water with (mainly organic) components which are either present in the educt mixture of the steam dealkylation or are formed during steam dealkylation.
  • the formation of hydrogen from methane and water can be named according to the equation CH 4 + H2O - CO + 3 H2.
  • the pyrolysis gas stream from step b) is fed into the dealkylation zone essentially without removal of a material component.
  • components which are difficult to volatilize under the conditions of pyrolysis in step b) and which are not gaseous in the discharge from the pyrolysis zone but solid or liquid are not added to the pyrolysis gas stream.
  • Substantially without separation of a material component in the context of this invention means that of the pyrolysis gas stream obtained in step b). 10 vol .-% are separated before the pyrolysis gas is fed into the Dealkyl michszone. Preferably, at most 1% by volume, more preferably at most 0.5% by volume, of the pyrolysis gas stream obtained in step b) are separated off before the pyrolysis gas stream is fed into the dealkylation zone.
  • substantially no components contained therein are condensed out of the pyrolysis gas stream obtained in step b) before it enters the dealkylation zone.
  • the pyrolysis gas stream obtained in step b) from the pyrolysis gas stream obtained in step b) at most 10 wt .-%, particularly preferably at most 5 wt .-%, in particular at most 0.5 wt .-%, especially at most 0.1 wt .-%, of the condensable contained therein Components condensed out before the pyrolysis gas stream is fed into the Dealkyltechnikszone.
  • the pyrolysis gas stream is maintained under suitable conditions which substantially preclude condensation of components contained therein.
  • the temperature of the pyrolysis gas stream before entering the Dealkyl istszone always at most 200 ° C, more preferably always at most 100 ° C, below the outlet temperature from the pyrolysis zone.
  • the temperature in the dealkylation zone is in a range from 400 to 900 ° C, more preferably from 500 to 800 ° C.
  • the absolute pressure in the dealkylation zone is preferably in the range from 1 to 100 bar, particularly preferably from 1 to 20 bar, in particular from 1 to 10 bar.
  • the pyrolysis gas stream is subjected to a hydrodealkylation in step c).
  • the reaction in step c) takes place in the presence of hydrogen.
  • the temperature in the dealkylation zone for the hydrodealkylation is preferably in the range from 500 to 900 ° C., particularly preferably from 600 to 800 ° C.
  • the absolute pressure in the dealkylation zone for the hydrodealkylation is preferably in a range from 1 to 100 bar, particularly preferably from 1 to 20 bar, in particular from 1 to 10 bar.
  • the feed ratio of H 2 to H 2 is preferably in a range from 0.02 to 50, particularly preferably from 0.2 to 10.
  • H 2 stands for the amount H 2, which is theoretically straightforward full conversion of the aromatics supplied to the dealkylation zone to benzene is required, assuming that 1 mole H is reacted per nuclear substituent.
  • the residence time in the dealkylation zone is preferably in the range from 0.1 to 500 s, more preferably from 0.5 to 200 s.
  • the pyrolysis gas stream is subjected to a steam dealkylation in step c).
  • the reaction in step c) takes place in the presence of water vapor.
  • the temperature in the dealkylation zone for the vapor dealkylation is preferably in the range from 400 to 800 ° C., particularly preferably from 475 to 600 ° C., in particular from 525 to 600 ° C.
  • the absolute pressure in the dealkylation zone for the vapor dealkylation is preferably in a range from 1 to 100 bar, particularly preferably from 1 to 20 bar, in particular from 1 to 10 bar.
  • the amount ratio of H 2 O to C * is preferably in a range from 0.1 to 20 mol / mol, particularly preferably from 0.5 to
  • C * stands for the molar amount of carbon, determined by carbon-based balancing of the pyrolysis or by determining the amounts of the product exhausts from the steam dealkylation by methods known to the person skilled in the art.
  • the molar ratio of H2 to CH4 in the dealkylation zone is preferably in a range of ⁇ 50: 1, particularly preferably ⁇ 25: 1.
  • WHSV is preferably in a range from 0.05 to 10 kg / (L * h), particularly preferably from 0.1 to 2 kg / (L * h).
  • the steam dealkylation can be carried out in the presence or absence of a catalyst. In a specific embodiment, steam dealkylation is carried out in the absence of a catalyst.
  • a catalyzed process for steam dealkylation is in
  • At least one low molecular weight aromatic substance is formed as the target product of the process according to the invention.
  • the low molecular weight aromatic valuable substances are preferably selected from benzene and phenolic compounds, such as phenol and / or dihydroxybenzenes.
  • the dealkylation zone is sampled and subjected to separation to yield the target aromatics composition having a high content of mononuclear, low or unalkylated aromatics.
  • the effluent from the dealkylation zone is subjected to separation to give the following three streams:
  • D2) an enriched in low or non dealkylated aromatics stream
  • D3) an enriched lighter than D1) and D2) by-products stream.
  • the effluent from the dealkylation zone may be subjected to separation to yield additional streams, such as e.g. B. a hydrous stream.
  • Stream D1) is the aromatic compound prepared in the process according to the invention with a high content of mononuclear, low or non-alkylated aromatics.
  • stream D1) can be subjected to a further work-up to obtain the aroma composition prepared according to the invention.
  • the stream D1) contains, based on the total amount of D1), preferably at least 70 wt .-%, more preferably at least 80 wt .-%, in particular at least 90 wt .-%, of mononuclear aromatic.
  • the stream D1) based on the total amount of D1), preferably at most 30 wt .-%, more preferably at most 20 wt .-%, in particular at most 10 wt .-%, of low or non-dealkylated aromatics.
  • dealkylation also refers to the replacement of substituents other than alkyl groups (such as alkoxy groups, aryloxy groups, hydroxy groups, etc.) by hydrogen.
  • stream D1) then also has a high content of aromatics in which one substituent other than alkyl groups has been replaced by hydrogen.
  • stream D1) has a high content of low-alkoxylated or non-alkoxylated aromatics.
  • the stream D2) based on the total amount of D2), preferably at least 70 wt .-%, more preferably at least 80 wt .-%, in particular at least 90 wt .-%, of low or non-dealkylated aromatics.
  • the stream D3) contains components that z. B. are selected from non-aromatic hydrocarbons, especially methane, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and mixtures thereof.
  • the stream D3) may contain further components.
  • a lignin-containing starting material from the Kraft process include sulfur-containing by-products, especially h S.
  • a gaseous effluent is removed from the dealkylation zone and subjected to separation in step d).
  • the well-known thermal Trennver- can be used as a method for separation.
  • the separation of the discharge from the dealkylation zone in step d) preferably comprises an absorption.
  • the gaseous effluent from the dealkylation zone is contacted with a solvent (absorbent), whereby a part of the components contained in the gas stream is absorbed and thus separated.
  • the absorption is carried out in a suitable apparatus, e.g. B. a countercurrent column, bubble column, etc.
  • a suitable apparatus e.g. B. a countercurrent column, bubble column, etc.
  • the absorption is carried out in a countercurrent column.
  • the absorption can be configured in one or more stages.
  • a solvent (unloaded: absorbent, loaded: absorbate) is preferably used in which the aromatics obtained in the dealkylation are soluble in a sufficient amount and the volatile by-products which differ from them are substantially insoluble.
  • an aromatics-laden absorbent is obtained on the one hand.
  • the aromatic components contained in the absorbate correspond in composition to the sum of the aromatics in the streams D1) and D2) plus any aromatics optionally present in the absorbent.
  • the components contained in the remaining gas stream correspond in their composition to stream D3).
  • the gas stream may be subjected to an additional aromatic aromatics removal step. These can then be combined again with the aromatics contained in the separated solvent for joint workup. In general, however, such isolation of aromatics from the separated gas stream is not required.
  • the separation of the discharge from the dealkylation zone in step d) comprises the following substeps: Contacting the discharge from the dealkylation zone obtained in step c) with an absorbent to obtain an aromatics-enriched absorbent and a gas stream D3 enriched in aromatics (or a by-product which is lighter than D1) and D2),
  • the absorbent has a boiling point which is above the components of stream D1). Further preferably, the absorbent has a high dissolving power for the aromatics formed in the dealkylation step.
  • Suitable solvents are, for.
  • aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons aliphatic, cycloaliphatic and aromatic alcohols, amides, such as N-methylpyrrolidone or dimethylformamide.
  • Aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons preferably have a carbon atom number of at least 6.
  • Aliphatic, cycloaliphatic and aromatic alcohols preferably have a carbon atom number of at least 4.
  • the solvent used is an aromatic compound which can be obtained by the process according to the invention. This is specifically a mixture of aromatics that are not or not fully converted in the dealkylation.
  • the solvent used is a partial stream of stream D2) or a mixture of D1) and D2).
  • the solvent can be obtained by partial condensation of the stream from the dealkylation or a gas stream from a downstream of the dealkylation high boiler pre-separation.
  • step d2) the aromatics-enriched absorbate is preferably separated by distillation.
  • the thereby recovered solvent is, optionally after removal of absorbed water, in the absorption (step d1)) recycled.
  • the aromatics are processed further as described above and below.
  • the aromatics-enriched absorbate is preferably separated by distillation in at least one column ("regeneration column").
  • the distillation conditions are preferably selected so that substantially low or non-alkylated aromatics and, if present, water and, as the bottom product, substantially low or non-dealkylated aromatics are obtained as top product.
  • the bottom temperature is chosen so low that undesirable side reactions of the bottom product are substantially avoided. This can be achieved in particular by setting a suitable column pressure and / or by the low-boiling content in the bottoms (the low-content content can be further reduced by a downstream stripping).
  • the top product obtained in the distillation in step d2) contains the target product of the process according to the invention. It can either be withdrawn directly as stream D1) or subjected to further work-up.
  • Water contained in the overhead product can be separated off by known processes.
  • the overhead product after condensation of the vapors from the distillation, can be fed to a phase separator for the removal of water.
  • the resulting water is discharged as another stream from the process.
  • the organic phase from the phase separator can either be at least partially withdrawn as stream D1) or subjected to further work-up.
  • the organic phase from the phase separator can be partly recycled as reflux to the column and / or subjected to a further distillative work-up. This is preferably used for the removal of water still contained and / or undesirable organic components.
  • the bottom product obtained during the distillation in step d2) contains the aromatics which are not or not sufficiently converted in the case of dealkylation, ie it is enriched in aromatics which are sparingly or not dealkylated. It can either be withdrawn directly as stream D2) or subjected to further work-up.
  • Prefers is the resulting in the distillation in step d2) bottom product divided into at least two partial streams.
  • As a solvent recycled.
  • this partial stream if necessary, cooled to a suitable temperature.
  • a second partial stream is withdrawn as stream D2).
  • This stream D2) is preferably at least partially recycled to the dealkylation zone of step c).
  • Stream D2) may be subjected to separation of constituents other than stream D2) prior to recycling to the dealkylation zone of step c).
  • This is z. B. advantageous if an absorption solvent is used, which is not obtained as an intermediate of the process according to the invention. It is also advantageous at this point of stream D2) deduct a purge and z. B. in a combustion device to reduce the accumulation of under the conditions of dealkylation not or slowly reacting components.
  • the stream D2) is preferably subjected to evaporation before it is fed into the dealkylation.
  • a preferred variant is shown in FIG. 2 and explained in the associated description of the figures.
  • the stream D3) obtained in step d), which is depleted of aromatics and enriched in highly volatile by-products, can be put to various uses. This includes on the one hand the combustion.
  • the process according to the invention is spatially close to a pulp process, it may be advantageous to feed stream D3) into an apparatus of the pulp process.
  • the stream D3) is fed into the waste liquor combustion (recovery boiler).
  • Embodiment has the advantage that no additional devices for the steam or power generation or the flue gas desulfurization in the combustion of the stream D3) are needed.
  • the combustion of the stream D3) is a desulfurization, z. B. upstream in the form of a hydrogen sulfide removing gas, followed by a conversion of the formed H2S in elemental sulfur.
  • the formation of sulfur can by known methods, for. As the Claus process done.
  • the stream D3) obtained in step d) is used at least partly for the production of synthesis gas.
  • the separation of the discharge from the dealkylation zone in step d) comprises an absorption, the gas stream leaving the absorption device (stream D3), if appropriate after a cleaning step for the removal of absorbent and / or aromatics, preferably at least partially used for the production of synthesis gas.
  • synthesis gas in the context of the invention refers to a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture.
  • This gas mixture may additionally contain other gases, such as CO2, CH 4 , etc.
  • the inventive method allows the production of synthesis gas with a high content of carbon monoxide and hydrogen.
  • at least one further stream can be used for synthesis gas production, the z. B. water vapor and / or oxygen.
  • the synthesis gas production preferably comprises the following stages:
  • the synthesis gas stream 1 1 produced in the process according to the invention (if necessary after further purification steps known per se for removing water, sulfur-containing components, CO 2, etc.) is used completely or partially for use in at least one process comprising hydrogen, CO or mixtures of both consumed used. These include z.
  • a hydrogenation hydroformylation, carbonylation, methanol synthesis, synthesis of hydrocarbons Fischer-Tropsch, etc.
  • a synthesis gas-containing stream produced in the process or a hydrogen-enriched stream prepared from the synthesis gas is introduced into the pyrolysis in step b). and / or into the dealkylation in step c).
  • a synthesis gas-containing stream produced in the process or a hydrogen-enriched stream prepared from the synthesis gas is fed into the dealkylation in step c).
  • phenol is a higher value material than oxygen-free aromatics, such as benzene.
  • hydrogen which is not produced in the process according to the invention, more expensive and in many cases not or only with great effort available, especially if the dealkylation is to be performed away from a chemical Verbundortortsorts.
  • FIG. 1 A preferred embodiment of the method according to the invention is shown in FIG. 1
  • a lignin-containing starting material (1) is subjected to pyrolysis.
  • the pyrolysis gas (2) is fed together with a hydrogenation gas stream (5) into a dealkylation unit, essentially without any condensation or other separation of the stream being carried out.
  • stream (8) not or incompletely dealkylated product
  • Stream (9) contains substances that have not been dealkylated or to a lesser extent than the desired product;
  • Stream (9) containing volatile by-products. These are selected from methane and other hydrocarbons, H2O, CO, CO2 and sulfur-containing by-products (in the case of lignin from the Kraft process, especially H2S).
  • a stream of water is separated and discharged from the discharge from the dealkylation zone (6).
  • Stream (7) is withdrawn, optionally after further work-up, as a product stream.
  • the enriched in only slightly or non-dealkylated aromatics stream (8) is returned via an evaporation of the dealkylation.
  • a preferred embodiment of the evaporation is shown in FIG. 2 and described below.
  • the stream (9) from the separation containing the volatile byproducts can be used for various purposes, such as e.g. B. a suitable combustion, are supplied, wherein it is advantageous in spatial proximity to a pulp process to lead current (9) in an apparatus of the same, particularly preferably in the waste liquor combustion (recovery boiler).
  • This design has the advantage that no additional apparatus for steam or electricity generation or flue gas desulfurization are needed.
  • the combustion is a deflagration, z. B. in the form of a hydrogen sulfide removing gas scrubber, followed by a conversion of the F S in elemental sulfur (eg Claus process) upstream.
  • stream (9) is fed to a reforming unit in which, optionally with the introduction of an optional stream (10) containing water or oxygen, the organic components contained are converted to a synthesis gas (11) containing CO and H. ,
  • a hydrogen-containing stream (12) obtained from synthesis gas production can be passed into the dealkylation.
  • a hydrogen-containing stream (13) obtained from synthesis gas production can be conducted into the pyrolysis.
  • FIG. 2 shows the evaporation of an aromatics-containing stream, as z. B. in the absorptive and distillative separation of the discharge from the Dealkyltechnikszone as stream D2) (in Figure 1 with (8) denotes) is obtained.
  • Stream (8) is preferably subjected to evaporation before being returned to the dealkylation, as shown in FIG.
  • the Aromatenstrom (8) is preheated in apparatus A to a temperature at which no significant decomposition takes place in the liquid phase.
  • the thus preheated stream (stream 100) is in an apparatus B with a gaseous stream (stream 200) merged, the amount, temperature and composition are chosen so that the stream 100 partially or completely evaporated.
  • Stream 200 contains dealkylation reactants, ie steam in the case of steam dealkylation and hydrogen-containing gas in case of hydrodealkylation (stream 5 in FIG. 1).
  • the amounts of streams 100 and 200 are adjusted so that stream 300 leaving in apparatus B gives a composition favorable for the type of dealkylation chosen.
  • Apparatus B is designed as a liquid-gas contact apparatus according to the prior art, for. B. as a container with jet nozzle or column, wherein stream 100 is supplied at the top. Liquid and gas are passed in cocurrent or countercurrent, in the lower part, if necessary, a low-volatile residue (stream 250) are deducted.
  • apparatus B can also be designed as a fluidized bed. Via the externally heated fluidized material, additional energy can be efficiently entered into the stream 100.
  • stream 300 is split into streams 400 and 500, with dealkylation stream 400 and stream 500 returned to apparatus B via heat exchanger C.
  • This variant allows limiting the temperatures of the streams 100, 200 and 500 (after heat exchangers) to limit values that result from the availability of the heat sources, the thermal stability of the materials and the stability of the materials.
  • the naturally occurring pressure loss along the streams 300, 400 and 500 is compensated by a suitable means for compression.
  • well-known compressor or fans can be used.

Abstract

The present invention relates to a method for producing low-molecular-weight aromatic valuable materials from a lignin-containing starting material generated from biomass.

Description

Verfahren zur Herstellung wenigstens eines niedermolekularen aromatischen Wertstoffs aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial  Process for the preparation of at least one low molecular weight aromatic valuable substance from a lignin-containing starting material
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung niedermolekularer aromatischer Wertstoffe aus einem aus Biomasse erzeugten ligninhaltigen Ausgangsmaterial. Aromatische Verbindungen mit geringem Molekulargewicht und speziell phenolische Verbindungen haben breite Verwendung als Zwischen- und Wertprodukte gefunden. Sie dienen z. B. als Precursor für diverse Harze, oberflächenaktive Verbindungen, SpezialChemikalien, etc. Es ist bekannt, derartige Verbindungen aus ligninhaltigen Ausgangsmaterialien herzustellen. Es besteht jedoch weiterhin Bedarf an einem einfachen, kostengünstigen Verfahren, welches die Bereitstellung einer Vielzahl verschiedener Aromatenprodukte für diverse Einsatzbereiche ermöglicht. The present invention relates to a process for the preparation of low molecular weight aromatic recyclables from a lignin-containing starting material produced from biomass. Low molecular weight aromatic compounds and especially phenolic compounds have found wide use as intermediate and value products. They serve z. As a precursor for various resins, surface-active compounds, specialty chemicals, etc. It is known to prepare such compounds from lignin-containing starting materials. However, there remains a need for a simple, low cost process that enables the provision of a variety of different aromatic products for a variety of applications.
Es ist bekannt, Ströme aus verschiedenen Aufschlussverfahren von Lignin oder Ligno- cellulose enthaltenden Stoffen einer Nachbehandlung zur Gewinnung von Wertstoffen zu unterziehen. It is known to subject streams of various digestion processes of lignin or lignocellulosic materials to aftertreatment for the production of valuable substances.
Die US 2,057,1 17 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Vanillin, bei dem man ein Ausgangsmaterial, ausgewählt unter Lignocellulose, einem rohen Lignin-Extrakt und Ligninsulfonsäure, mit einer wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung unter erhöhtem Druck erhitzt und das erhaltene Reaktionsgemisch mit Schwefelsäure versetzt, um organische Bestandteile auszufällen und das Vanillin in eine lösliche Form zu überführen. US 2,057,117 discloses a process for producing vanillin which comprises heating a starting material selected from lignocellulose, a crude lignin extract and lignosulfonic acid with an aqueous alkali metal hydroxide solution under elevated pressure and adding sulfuric acid to the resulting reaction mixture to form organic To precipitate components and convert the vanillin into a soluble form.
In der WO 99/10450 wird ein Verfahren zur Umwandlung von Lignin in einen Kohlen- wasserstoff-Kraftstoff beschrieben. Dabei wird Lignin einer basenkatalysierten Depo- lymerisation und anschließend einem Hydroprocessing unterzogen. Dieses Hydropro- cessing umfasst eine Hydrodeoxygenierung und ein mildes Hydrocracking. Letzteres wird unter Bedingungen durchgeführt, bei denen eine teilweise Hydrierung der aromatischen Ringe erfolgt. WO 99/10450 describes a process for converting lignin into a hydrocarbon fuel. Lignin undergoes base-catalyzed depolymerization and subsequent hydroprocessing. This hydroprocessing involves hydrodeoxygenation and mild hydrocracking. The latter is carried out under conditions in which a partial hydrogenation of the aromatic rings takes place.
WO 2008/027699 A2 beschreibt ein Verfahren, bei dem aus einer Pyrolyse von Biomasse stammendes Lignin nach Abtrennung von wasserlöslichen Bestandteilen de- carboxyliert und hydrodeoxygeniert wird und die organischen Produkte aus diesem Prozessschritt anschließend einem Hydrocracking unterzogen werden. Die WO 2010/026244 beschreibt ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Zellstoff und von wenigstens einem niedermolekularen Wertstoff, bei dem man WO 2008/027699 A2 describes a process in which lignin originating from a pyrolysis of biomass is decarboxylated and hydrodeoxygenated after separation of water-soluble constituents and the organic products from this process step are subsequently subjected to hydrocracking. WO 2010/026244 describes an integrated process for the production of pulp and of at least one low molecular weight valuable material in which
a) ein lignocellulosehaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt und einem Aufschluss mit einem Behandlungsmedium unterzieht, a) providing a lignocellulose-containing starting material and subjecting it to digestion with a treatment medium,
b) aus dem aufgeschlossenen Material eine an Cellulose angereicherte Fraktion und wenigstens eine an Cellulose abgereicherte Fraktion isoliert, wobei die an Cellulose abgereicherte Fraktion zumindest einen Teil des Behandlungsmediums aus Schritt a) umfasst, b) isolating from the digested material a cellulose-enriched fraction and at least one cellulose-depleted fraction, the cellulose-depleted fraction comprising at least part of the treatment medium from step a),
c) die an Cellulose abgereicherte Fraktion einer Behandlung unter Erhalt wenigstens eines niedermolekularen Wertstoffs unterzieht, und c) subjecting the cellulose-depleted fraction to a treatment to obtain at least one low molecular weight valuable substance, and
d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Behandlungsprodukt den Wertstoff/die Wertstoffe isoliert. d) isolated from the treatment product obtained in step c) the valuable material (s).
In einer Ausführung des Verfahrens wird aus dem aufgeschlossenen Material eine an Cellulose angereicherte Fraktion und eine an Lignin angereicherte Fraktion isoliert, die an Lignin angereicherte Fraktion einer Depolymerisation unterzogen und aus dem De- polymerisationsprodukt eine Aromatenzusammensetzung isoliert.  In one embodiment of the process, a cellulose-enriched fraction and a fraction enriched in lignin are isolated from the digested material, the lignin-enriched fraction is subjected to depolymerization, and an aromatic compound is isolated from the polymerization product.
WO 2009/108601 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für Bioraffinerieverfahren zur Herstellung eines Biokraftstoffs aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial. Dabei wird Lignin aus einer Schwarzlauge des Pulping-Prozesses oder auch die Schwarzlauge selbst einer Hydroprozessierung in Gegenwart eines wasserstoffhaltigen Gases und eines Katalysators auf einem amorphen oder kristallinen oxidischen Träger unterzogen. Konkret wird ein heterogener Molybdänsulfid- Katalysator eingesetzt. Beim Einsatz von Schwarzlauge kann die Hydroprozessierung auch zweistufig erfolgen. Das Verfahren kann entweder an einem Raffinerie-Standort durchgeführt werden, zu dem Lignin oder Schwarzlauge transportiert wird oder direkt am Standort einer Papiermühle. Das sich an die Hydroprozessierung anschließende Bioraffinerieverfahren ist nicht näher beschrieben. WO 2009/108601 describes a process for producing a starting material for biorefinery processes for producing a biofuel from a lignin-containing starting material. Lignin from a black liquor of the pulping process or else the black liquor itself is subjected to hydroprocessing in the presence of a hydrogen-containing gas and a catalyst on an amorphous or crystalline oxidic support. Specifically, a heterogeneous molybdenum sulfide catalyst is used. When using black liquor, the hydroprocessing can also be carried out in two stages. The process can be carried out either at a refinery site to which lignin or black liquor is being transported, or directly at the site of a paper mill. The subsequent to the hydroprocessing biorefinery process is not described in detail.
Die WO 2009/108599 hat einen zur WO 2009/108601 vergleichbaren Offenbarungsgehalt mit dem Fokus auf der Papierherstellung. WO 2009/108599 has a disclosure content comparable to WO 2009/108601 with a focus on papermaking.
M. Stöcker beschreibt in der Angew. Chem. 2008, 120, 9340 - 9351 , die katalytische Umwandlung lignocellulosereicher Biomasse zur Gewinnung von BTL (biomass-to- liquid)-Kraftstoffen in Bioraffinerien. Dabei sind schematisch auch der Einsatz eines aus der Biomasse erhaltenen Ligninmaterials in einer Pyrolyse zu Bioöl und eine weitere Aufarbeitung zu Phenolharzen, Synthesegas, etc. wiedergegeben. Die US 2009/0227823 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von wenigstens einem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt aus einem festen Kohlenwasserstoffausgangsmaterial (z. B. einem Lignocellulosematerial), bei dem man das Ausgangsmaterial einer katalytischen Pyrolyse unterzieht und die Pyrolyseprodukte einer katalysierten Folge- Umsetzung unter Erhalt flüssiger Produkte unterzieht. M. Stoecker describes in the Angew. Chem. 2008, 120, 9340 - 9351, the catalytic conversion of lignocellulose-rich biomass for the recovery of BTL (biomass-to-liquid) fuels in biorefineries. In this case, the use of a lignin material obtained from the biomass in a pyrolysis to bio-oil and a further work-up to phenolic resins, synthesis gas, etc. are also shown schematically. US 2009/0227823 describes a process for preparing at least one liquid hydrocarbon product from a solid hydrocarbon feedstock (eg, a lignocellulosic material) by subjecting the feedstock to catalytic pyrolysis and subjecting the pyrolysis products to a catalysed sequential reaction to give liquid products ,
G. W. Huber et al. beschreiben in Chem. Rev. 2006, 106, 4044 - 4098, die Synthese von Kraftstoffen aus Biomasse. Danach können Lignocellulosematerialien prinzipiell auf drei Routen in flüssige Kraftstoffe überführt werden, die sich in ihrem Primärschritt unterscheiden: Vergasung zu Synthesegas, Pyrolyse zu Bioöl, Hydrolyse unter Gewinnung von Zuckern und Lignin. Die in der Pyrolyse erhaltenen Bioöle können anschließend einer Hydrodeoxygenierung in Gegenwart von Wasserstoff oder einem steam reforming unterzogen werden. Dieses Dokument lehrt jedoch nicht, ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial zunächst einer Pyrolyse und anschließend im Wesentlichen ohne Abtrennung einer Stoffkomponente und insbesondere ohne Kondensation direkt einem Dealkylierungsverfahren zu unterziehen, mit dem primären Zweck, niedermolekulare aromatische Wertstoffe zu gewinnen. G.W. Huber et al. describe in Chem. Rev. 2006, 106, 4044-4098, the synthesis of fuels from biomass. After that, lignocellulosic materials can in principle be converted to three routes into liquid fuels which differ in their primary step: gasification to syngas, pyrolysis to bio-oil, hydrolysis to give sugars and lignin. The bio-oils obtained in the pyrolysis can then be subjected to hydrodeoxygenation in the presence of hydrogen or steam reforming. However, this document does not teach to subject a lignin-containing starting material initially to a pyrolysis and then essentially without separation of a substance component and in particular without condensation directly to a dealkylation process, with the primary purpose of obtaining low molecular weight aromatic recyclables.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass man die bei der Pyrolyse von ligninhalti- gen Materialien erhaltenen Pyrolyseprodukte in vorteilhafter Weise ohne Abtrennung einer Stoffkomponente und insbesondere ohne vorgeschaltete Kondensation unter zumindest teilweiser Gas/Aromaten-T rennung einem Dealkylierungsverfahren (oder vergleichbaren Verfahren zum weiteren Molekulargewichtsabbau) unterziehen kann. Ein erster Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung einerSurprisingly, it has been found that the pyrolysis products obtained during the pyrolysis of lignin-containing materials can advantageously be subjected to a dealkylation process (or comparable processes for further molecular weight reduction) without separation of a substance component and in particular without preceding condensation under at least partial gas / aromatic separation , A first object of the invention is therefore a process for the preparation of a
Aromatenzusammensetzung mit hohem Gehalt an einkernigen, gering oder nicht alky- lierten Aromaten aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial, bei dem man a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt, b) das ligninhaltige Ausgangsmaterial einer Pyrolyse unterzieht, wobei ein Pyrolysegasstrom erhalten wird, c) den Pyrolysegasstrom im Wesentlichen ohne Abtrennung einer stofflichen Kom- ponente in eine Dealkylierungszone einspeist und in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Wasserdampf umsetzt, d) der Dealkylierungszone einen Austrag entnimmt und einer Auftrennung unter Gewinnung der Aromatenzusammensetzung unterzieht. Unter einer Aromatenzusammensetzung mit hohem Gehalt an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten wird eine Zusammensetzung verstanden, die, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, wenigstens 50 Gew.-% an einkernigen Aromaten enthält. Der Gehalt an nicht alkylierten, nicht alkoxylierten, an höchstens einfach hydroxylierten und an monoalkylierten Aromaten beträgt insgesamt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aromatenzusammensetzung, wenigstens 50 Gew.-%. Aromatic composition having a high content of mononuclear, low or unalkylated aromatics from a lignin-containing starting material comprising a) providing a lignin-containing starting material, b) pyrolysis of the lignin-containing starting material to obtain a pyrolysis gas stream, c) substantially the pyrolysis gas stream without separation of a material component in a Dealkylierungszone feeds and reacts in the presence of hydrogen and / or water vapor, d) the Dealkylierungszone takes a discharge and subjected to a separation to obtain the Aromatenzusammensetzung. An aromatics composition with a high content of mononuclear, low or non-alkylated aromatics is understood to mean a composition which, based on its total weight, contains at least 50% by weight of mononuclear aromatic compounds. The content of non-alkylated, non-alkoxylated, at most simply hydroxylated and monoalkylated aromatics is, based on the total weight of the aroma composition, at least 50% by weight in total.
Unter Pyrolyse wird im Rahmen der Erfindung eine thermische Behandlung des lignin- haltigen Ausgangsmaterials verstanden, wobei molekularer Sauerstoff nicht oder nur in geringer Menge zugeführt wird. Unter geringer Menge ist dabei eine Menge zu verstehen, die deutlich geringer ist als die Menge, die für eine vollständige Oxidation des in dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoffs zu CO2 notwendig ist. Bevorzugt liegt die in der Pyrolyse zugeführte Menge an molekularem Sauerstoff um mindestens 50 Mol-%, besonders bevorzugt um mindestens 75 Mol-%, insbesondere um mindestens 90 Mol-% unterhalb der Menge, die für eine vollständige Oxidation des in dem Biomasse-Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoffs zu CO2 notwendig ist. Die Pyrolyse erfolgt im Allgemeinen endotherm. In the context of the invention, pyrolysis is understood as meaning a thermal treatment of the lignin-containing starting material, molecular oxygen being not or only to a small amount being supplied. A small amount is to be understood as an amount which is significantly less than the amount necessary for a complete oxidation of the carbon contained in the lignin-containing starting material to CO2. The amount of molecular oxygen fed in the pyrolysis is preferably at least 50 mol%, more preferably at least 75 mol%, in particular at least 90 mol%, below the amount necessary for complete oxidation of the material contained in the biomass starting material Carbon to CO2 is necessary. Pyrolysis is generally endothermic.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet "Dealkylierung" eine Umsetzung der in einer Aromatenzusammensetzung enthaltenen substituierten und/oder mehrkernigen aromatischen Verbindungen in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Wasserdampf, wobei diese zumindest teilweise so umgewandelt werden, dass Substituenten durch Wasserstoff ersetzt werden und/oder mehre aromatische Kerne enthaltende Verbindungen zu Verbindungen mit geringerer Anzahl von Kernen gespalten werden. Die durch Wasser- stoff ersetzten Substituenten sind dabei ausgewählt unter Alkylgruppen, Hydroxygrup- pen, Alkoxygruppen, Aryloxy, etc. Im Rahmen der Erfindung umfasst die Bezeichnung "Dealkylierung" auch davon verschiedene Reaktionen, die mit einem Molekulargewichtsabbau verbunden sind, wie Dehydroxylierung, Dealkoxylierung, Aromatenspal- tung. Aromatenspaltung bezeichnet dabei eine Reaktion, bei der im Wesentlichen die Anzahl der aromatischen Kerne pro Molekül reduziert wird, ohne dass die aromatischen Kerne selbst zerstört werden. In the context of the invention, "dealkylation" refers to a reaction of the substituted and / or polynuclear aromatic compounds present in an aromatic composition in the presence of hydrogen and / or water vapor, which are at least partially converted so that substituents are replaced by hydrogen and / or several aromatic Cores containing nuclei are cleaved to compounds with fewer nuclei. The hydrogen-substituted substituents are selected from alkyl groups, hydroxyl groups, alkoxy groups, aryloxy, etc. In the context of the invention, the term "dealkylation" also encompasses various reactions associated with a reduction in molecular weight, such as dehydroxylation, dealkoxylation, Aromatenspalte. Aromatea cleavage refers to a reaction in which essentially the number of aromatic nuclei per molecule is reduced without the aromatic nuclei themselves being destroyed.
Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße separate Durchführung von Pyrolyse und Dealkylierung besonders vorteilhaft ist, auch wenn in beiden Schritten unter Um- ständen zum Teil die gleichen Reaktionen ablaufen. It has been found that the separate carrying out of pyrolysis and dealkylation according to the invention is particularly advantageous, even if in some cases the same reactions take place in both steps.
Bereitstellung eines ligninhaltigen Ausgangsmaterials (Schritt a) Provision of a lignin-containing starting material (step a)
Erfindungsgemäß wird in Schritt a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitgestellt. Geeignete ligninhaltige Ausgangsmaterialien sind reines Lignin und ligninhaltige Zusammensetzungen. Dabei ist der Ligningehalt der Zusammensetzungen in weiten Bereichen unkritisch, lediglich bei zu geringen Ligningehalten lässt sich das Verfahren nicht mehr wirtschaftlich betreiben. According to the invention, a lignin-containing starting material is provided in step a). Suitable lignin-containing starting materials are pure lignin and lignin-containing compositions. In this case, the lignin content of the compositions is not critical over a wide range, only if the lignin contents are too low can the process no longer be operated economically.
Bevorzugt wird in Schritt a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitgestellt, das mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse des Materials, Lignin enthält. Bevorzugt geeignet sind ligninhaltige Zusammenset- zungen, die 10 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 95 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse des Materials, Lignin enthalten. Im Rahmen dieser Erfindung wird der Begriff Trockenmasse im Sinne der Norm ISO 1 1465 verstanden. Preferably, in step a), a lignin-containing starting material is provided which contains at least 10% by weight, preferably at least 15% by weight, based on the dry matter of the material, of lignin. Preferably suitable are lignin-containing compositions which contain 10 to 100% by weight, particularly preferably 15 to 95% by weight, based on the dry mass of the material, of lignin. In the context of this invention, the term dry matter is understood in the sense of the standard ISO 1 1465.
Geeignet zur Bereitstellung eines ligninhaltigen Ausgangsmaterials für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind auch lignocellulosehaltige Materialien. Ligno- cellulose bildet das Strukturgerüst der pflanzlichen Zellwand und enthält als Hauptbestandteile Lignin, Hemicellulosen und Cellulose. Weitere Bestandteile der pflanzlichen Zellwand und somit daraus erhaltener lignocellulosehaltiger Materialien sind z. B. Silicate, extrahierbare niedermolekulare organische Verbindungen (so genannte Extrakt- Stoffe, wie Terpene, Harze, Fette), Polymere, wie Proteine, Nukleinsäuren und Pflanzengummi (so genanntes Exsudat), etc. Lignocellulose-containing materials are also suitable for providing a lignin-containing starting material for use in the process according to the invention. Lignocellulose forms the structural framework of the plant cell wall and contains lignin, hemicelluloses and cellulose as main components. Other components of the plant cell wall and thus obtained lignocellulose-containing materials are, for. As silicates, extractable low molecular weight organic compounds (so-called extract substances, such as terpenes, resins, fats), polymers, such as proteins, nucleic acids and gum (so-called exudate), etc.
Lignin ist ein Biopolymer, dessen Grundeinheit im Wesentlichen Phenylpropan ist, welches, je nach der natürlichen Quelle, mit einer oder mehreren Methoxygruppen an den Phenylringen und mit einer Hydroxygruppe an den Propyleinheiten substituiert sein kann. Daher sind typische Struktureinheiten des Lignins p-Hydroxyphenylpropan, Guai- acylpropan und Syringylpropan, die durch Etherbindungen und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen miteinander verbunden sind. Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich sowohl lignocellulosehaltige Materialien, die ohne weitere chemische Behandlung in natürlicher Zusammensetzung eingesetzt werden, wie z. B. Holz oder Stroh, als auch ligninhaltige Ströme aus der Verarbeitung von Lignocellulose, z. B. aus Verfahren zur Cellulose- Herstellung (Zellstoff- Verfahren). Lignin is a biopolymer whose basic unit is essentially phenylpropane, which, depending on the natural source, may be substituted with one or more methoxy groups on the phenyl rings and with a hydroxy group on the propylene units. Therefore, typical structural units of lignin are p-hydroxyphenylpropane, guaiacylpropane and syringylpropane, which are linked by ether bonds and carbon-carbon bonds. Suitable starting materials for the process according to the invention are both lignocellulose-containing materials which are used without further chemical treatment in natural composition, such as. As wood or straw, as well as lignocellulosic streams from the processing of lignocellulose, z. B. from processes for cellulose production (pulp process).
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Lignocellulosematerialien sind z. B. aus Holz- und Pflanzenfasern als Ausgangsstoff erhältlich. Bevorzugte Lignocellulosematerialien sind solche aus Holz und Rückständen der holzverarbeitenden Industrie. Dazu zählen z. B. die verschiedenen Holzarten, d. h. Laubhölzer, wie Ahorn, Birke, Birnbaum, Eiche, Er- le, Esche, Eukalyptus, Hainbuche, Kirschbaum, Linde, Nussbaum, Pappel, Weide, etc. und Nadelhölzer, wie Douglasie, Fichte, Eibe, Hemlock, Kiefer, Lärche Tanne, Zeder, etc. Holz lässt sich nicht nur in Laub- und Nadelhölzer unterscheiden, sondern auch in so genannte "Harthölzer" und "Weichhölzer", was nicht mit den Begriffen Laub- bzw. Nadelhölzer synonym ist. Weichholz bezeichnet im Unterschied zu Hartholz leichteres Holz (d. h. Hölzer mit einer Darrdichte unter 0,55 g/cm3, beispielsweise Weiden, Pappeln, Linden und fast alle Nadelhölzer). Für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich prinzipiell alle Hart- und alle Weichhölzer. Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Holz kann auch in konfektionierter Form, z. B. in Form von Pellets, vorliegen. Geeignete Rückstände bei der holzverarbeitenden Industrie sind neben Holzabfällen auch Sägespäne, Parkettschleifstaub, etc. Geeignete Lignocellulosematerialien sind weiterhin Naturfaserstoffe, wie Flachs, Hanf, Sisal, Jute, Stroh, Kokosfasern, Switchgrass (Panicum virgatum) und andere Naturfasern. Geeignete Lignocellulosematerialien fallen auch als Rückstand in der Landwirtschaft an, z. B. bei der Ernte von Getreide (Weizenstroh, Maisstroh, etc.), Mais, Zuckerrohr (Bagasse), etc. Geeignete Lignocellulosematerialien fallen auch als Rückstand in der Forstwirtschaft an, z. B. in Form von Ästen, Rinden, Holzchips, etc. Eine gute Quelle für Lignocellulosematerialien sind auch Kurzumtriebsplantagen (short rotation crops), die eine hohe Biomasseproduktion auf relativ kleiner Fläche ermöglichen. The lignocellulosic materials which can be used according to the invention are e.g. B. from wood and vegetable fibers available as starting material. Preferred lignocellulosic materials are those of wood and residues of the woodworking industry. These include z. B. the different types of wood, ie hardwoods, such as maple, birch, pear, oak, Er- leek, eucalyptus, hornbeam, cherry tree, linden, walnut, poplar, willow, etc. and conifers such as Douglas fir, spruce, yew, hemlock, pine, larch fir, cedar, etc. Wood can be found not only in deciduous and Softwoods differ, but also in so-called "hardwoods" and "softwoods", which is not synonymous with the terms deciduous or coniferous wood. Soft wood, in contrast to hardwood, means lighter wood (ie wood with a density of less than 0.55 g / cm 3 , such as willows, poplars, lime trees and almost all softwoods). In principle, all hardwoods and all softwoods are suitable for use in the process according to the invention. The wood used in the process according to the invention can also be used in ready-made form, for. In the form of pellets. Suitable residues in the woodworking industry are in addition to wood waste and sawdust, parquet sanding dust, etc. Suitable lignocellulosic materials are still natural fibers such as flax, hemp, sisal, jute, straw, coconut fibers, switchgrass (Panicum virgatum) and other natural fibers. Suitable lignocellulosic materials also fall as a residue in agriculture, z. B. in the harvest of grain (wheat straw, corn straw, etc.), corn, sugar cane (bagasse), etc. Suitable lignocellulosic materials are also available as a residue in forestry, z. In the form of branches, barks, woodchips, etc. A good source of lignocellulosic materials are also short rotation crops, which enable high biomass production in a relatively small area.
Bevorzugt wird zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials ein ligninhalti- ger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulosematerials zur Herstellung von Cel- lulose (Zellstoff) eingesetzt. Durch den Aufschluss wird eine zumindest teilweise Auftrennung des lignocellulosehaltigen Ausgangsmaterials in Cellulose und Cellulose- Begleitstoffe ermöglicht, wobei zu Letzteren auch das Lignin zählt. Preferably, to provide the lignin-containing starting material, a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material is used to produce cellulose (pulp). The digestion permits at least partial separation of the lignocellulose-containing starting material into cellulose and cellulose accompanying substances, the lignin also being among the latter.
In einer bevorzugten Ausführung wird in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein lignocellulosehaltiges Material bereitgestellt, einem Aufschluss unterzogen und aus dem aufgeschlossenen Material eine an Cellulose angereicherte Fraktion und eine an Lignin angereicherte (und gleichzeitig an Cellulose abgereicherte) Fraktion isoliert. In a preferred embodiment, a lignocellulose-containing material is provided in step a) of the process according to the invention, subjected to digestion and isolated from the digested material, a cellulose-enriched fraction and a lignin-enriched (and simultaneously depleted in cellulose) fraction.
Verfahren zum Aufschluss lignocellulosehaltiger Materialien zur Herstellung von Cellulose sind prinzipiell bekannt. Prinzipiell eignen sich für einen Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren ligninhaltige Ströme aus allen dem Fachmann bekannten Aufschlussverfahren. Grundsätzlich lassen sich diese Verfahren hinsichtlich des eingesetzten Behandlungsmediums einteilen in wässrig-alkalische Verfahren, wässrig-saure Verfahren und organische Verfahren. Eine Übersicht über diese Verfahren und die Aufschlussbedingungen findet sich z. B. in der WO 2010/026244. Das zum Aufschluss der lignocellulosehaltigen Materialien eingesetzte Behandlungsmedium ist befähigt, zumindest einen Teil des Lignins zu solubilisieren. Die in dem lignocellulosehaltigen Material enthaltene Cellulose hingegen wird in dem Behandlungsmedium in der Regel nicht oder nur zu einem geringen Anteil solubilisiert. Vor- zugsweise erfolgt die Abtrennung einer an Cellulose angereicherten Fraktion dann durch Filtration oder Zentrifugieren. Processes for the digestion of lignocellulose-containing materials for the production of cellulose are known in principle. In principle, lignin-containing streams are suitable for use in the process according to the invention from all the digestion processes known to those skilled in the art. In principle, these processes can be classified with regard to the treatment medium used in aqueous-alkaline processes, aqueous-acidic processes and organic processes. An overview of these methods and the digestion conditions can be found z. In WO 2010/026244. The treatment medium used to digest the lignocellulosic materials is capable of solubilizing at least a portion of the lignin. By contrast, the cellulose contained in the lignocellulose-containing material is generally not or only partially solubilized in the treatment medium. Preferably, the separation of a cellulose-enriched fraction is then carried out by filtration or centrifugation.
Bevorzugt wird aus dem aufgeschlossenen Material eine ligninhaltige (an Cellulose abgereicherte) Fraktion isoliert, die zusätzlich zu Lignin wenigstens eine weitere Kom- ponente enthält, die ausgewählt ist unter Hemicellulose, Cellulose, Abbauprodukten der zuvor genannten Komponenten, Aufschlusschemikalien und Mischungen davon. Preferably, a lignin-containing (cellulose-depleted) fraction is isolated from the digested material, which contains, in addition to lignin, at least one further component selected from hemicellulose, cellulose, degradation products of the aforementioned components, pulping chemicals and mixtures thereof.
In vielen Fällen ist es für die Pyrolyse in Schritt b) unkritisch, wenn ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das zusätzlich zu Lignin wenigstens eine weitere Komponente enthält. In many cases, it is not critical for the pyrolysis in step b) if a lignin-containing starting material is used which contains at least one further component in addition to lignin.
Wird zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials eine ligninhaltige Fraktion eingesetzt, die zusätzlich zu Lignin wenigstens eine weitere Komponente enthält, so kann vor der Pyrolyse in Schritt b) zumindest ein Teil der von Lignin verschiedenen Verbindungen entfernt werden. Die aus der ligninhaltigen Fraktion entfernten Komponenten (organische Komponenten und/oder anorganische Prozesschemikalien) werden vorzugsweise einer weiteren Aufarbeitung und/oder thermischen Verwertung, vorzugsweise im Rahmen des Verfahrens zur Celluloseherstellung, aus dem die ligninhaltige Fraktion erhalten wurde, zugeführt. If a lignin-containing fraction which contains at least one further component in addition to lignin is used to provide the lignin-containing starting material, at least some of the compounds other than lignin can be removed before the pyrolysis in step b). The components removed from the lignin-containing fraction (organic components and / or inorganic process chemicals) are preferably fed to a further work-up and / or thermal utilization, preferably in the course of the cellulose production process from which the lignin-containing fraction was obtained.
Zur Entfernung zumindest eines Teils der von Lignin verschiedenen Verbindungen kann zunächst der pH-Wert der ligninhaltigen Fraktion auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Ligninhaltige Fraktionen aus wässrig-alkalischen Verfahren (wie z. B. dem Kraft-Prozess) können zur Einstellung des pH-Werts mit einer Säure versetzt werden. Geeignete Säuren sind z. B. CO2, Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure. Besonders bevorzugt als Säure ist CO2 (bzw. die daraus mit Wasser resultierende Kohlensäure). Vorzugsweise wird CO2 aus einem Abgasstrom des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gekoppelten Zellstoffverfahrens eingesetzt. Geeignet ist z. B. das Abgas aus einer Schwarzlaugeverbrennung (recovery boiler) oder einem Kalkbrennofen. Dabei kann das Abgas entweder direkt oder nach Abtrennung von den anderen Komponenten (z. B. mittels eines Waschverfahrens wie Benfield-Wäsche) in die ligninhaltige Fraktion eingeleitet werden. Die durch CÜ2-Zugabe entstehenden Carbonate und/oder Hydro- gencarbonate lassen sich in der Regel einfach in das gekoppelte Zellstoff-Verfahren zurückführen, z. B. in eine zuvor zur Ligningewinnung entnommene Schwarzlauge. Der Einsatz von CO2 zur Einstellung des pH-Werts der ligninhaltigen Fraktion ist somit mit geringeren Kosten verbunden als beim Einsatz anderer Säuren und ermöglicht zudem in der Regel eine gute Integration in ein Zellstoffverfahren. To remove at least a portion of the compounds other than lignin, the pH of the lignin-containing fraction may first be adjusted to a suitable value. Lignin-containing fractions from aqueous-alkaline processes (such as the Kraft process) can be treated with an acid to adjust the pH. Suitable acids are, for. As CO2, mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid. Particularly preferred acid is CO2 (or the resulting carbon dioxide with water). Preferably, CO2 is used from an exhaust gas stream of the process according to the invention or a pulp process coupled to the process according to the invention. Suitable is z. As the exhaust from a black liquor combustion (recovery boiler) or a lime kiln. In this case, the exhaust gas can be introduced into the lignin-containing fraction either directly or after separation from the other components (for example by means of a washing process such as Benfield scrubbing). The carbonates and / or hydrogencarbonates resulting from addition of CU2 can generally be easily incorporated into the coupled pulp process bring back, z. B. in a previously taken to Ligningewinnung black liquor. The use of CO2 to adjust the pH of the lignin-containing fraction is therefore associated with lower costs than with the use of other acids and also generally allows a good integration into a pulp process.
Ligninhaltige Fraktionen aus wässrig-sauren Verfahren können zur Einstellung des pH- Werts mit einer Base versetzt werden. Geeignete Basen sind z. B. Alkalimetallbasen, wie Natronlauge oder Kalilauge, Alkalicarbonate, wie Soda oder Kaliumcarbonat, Alka- lihydrogencarbonate, wie Natriumhydrogencarbonat oder Kaliumhydrogencarbonat und Erdalkalimetallbasen, wie Calciumhydroxid, Calciumoxid, Magnesiumhydroxid oder Magnesiumcarbonat, sowie Ammoniak oder Amine. Lignin-containing fractions from aqueous-acidic processes can be mixed with a base to adjust the pH. Suitable bases are, for. As alkali metal bases, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, alkali metal carbonates, such as soda or potassium carbonate, alkali metal bicarbonates, such as sodium bicarbonate or potassium bicarbonate and alkaline earth metal bases, such as calcium hydroxide, calcium oxide, magnesium hydroxide or magnesium carbonate, and ammonia or amines.
Vorzugsweise erfolgt in Schritt a) die Entfernung zumindest eines Teils der von Lignin verschiedenen Verbindungen aus der ligninhaltigen Fraktion) durch Filtration, Zentrifu- gieren, Extraktion, Fällung, Destillation, Strippen oder einer Kombination davon. Der Fachmann kann dabei über das Trennungsverfahren die Zusammensetzung der ligninhaltigen Fraktion und somit des ligninhaltigen Ausgangsmaterials für die Pyrolyse in Schritt b) steuern. Die zumindest teilweise Abtrennung der von Lignin verschiedenen Komponenten kann einstufig oder mehrstufig erfolgen. Übliche Filtrationsverfahren sind z. B. die Kuchen- und Tiefenfiltration (z. B. beschrieben in A. Rushton, A. S. Ward, R. G. Holdich: Solid-Liquid Filtration and Separation Technology, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1996, Seiten 177ff., K. J. Ives, in A. Rushton (Hg.): Mathematical Models and Design Methods in Solid-Liquid Separation, NATO ASI Series E Nr. 88, Martinus Nijhoff, Dordrecht 1985, Seiten 90ff.) und Cross-flow-Filtrationen (z. B. be- schrieben in J. Altmann, S. Ripperger, J. Membrane Sei. 124 (1997), Seiten 1 19 - 128). Übliche Zentrifugationsverfahren sind z. B. in G. Hultsch, H. Wilkesmann, "Filtering Centrifuges," in D. B. Purchas, Solid-Liquid Separation, Upland Press, Croydon 1977, Seiten 493 - 559; und in H. Trawinski, Die äquivalente Klärfläche von Zentrifugen, Chem. Ztg. 83 (1959), Seiten 606 - 612, beschrieben. Zur Extraktion kann z. B. ein mit dem Behandlungsmedium aus der Zellstoffherstellung nicht mischbares Lösungsmittel oder zumindest eine Mischungslücke aufweisendes Lösungsmittel eingesetzt werden, in dem Lignin und gegebenenfalls weitere gewünschte Komponenten in einer ausreichenden Menge löslich ist. Die Abtrennung unzersetzt verdampfbarer Komponenten aus der ligninhaltigen Fraktion kann nach üblichen, dem Fachmann bekannten Destilla- tionsverfahren erfolgen. Geeignete Vorrichtungen zur destillativen Aufarbeitung umfassen Destillationskolonnen, wie Bodenkolonnen, die mit Glocken, Siebplatten, Siebböden, Packungen, Füllkörpern, Ventilen, Seitenabzügen, etc. ausgerüstet sein können, Verdampfer, wie Dünnschichtverdampfer, Fallfilmverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Sambay-Verdampfer, etc. und Kombinationen davon. In einer speziellen Ausführung wird zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials in Schritt a) ein ligninhaltiger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulose- materials eingesetzt, der zumindest noch einen Teil des flüssigen Behandlungsmedi- ums aus dem Aufschluss umfasst. Vorzugsweise wird der ligninhaltige Strom dann zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials für die in Schritt b) erfolgende Pyrolyse einer Fällung einer ligninhaltigen Fraktion, gefolgt von einer teilweisen oder vollständigen Entfernung der flüssigen Komponenten, unterzogen. Vorzugsweise erfolgt die Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung von Cellulose (Zellstoff), in das die erfindungsgemäße Herstellung niedermolekularer aromatischer Wertstoffe integriert ist. Preferably, in step a) the removal of at least a portion of the lignin-different compounds from the lignin-containing fraction) by filtration, centrifuging, extraction, precipitation, distillation, stripping or a combination thereof. The person skilled in the art can control the composition of the lignin-containing fraction and thus of the lignin-containing starting material for the pyrolysis in step b) via the separation process. The at least partial separation of the components other than lignin can be carried out in one or more stages. Usual filtration methods are z. Cake and depth filtration (eg, described in A. Rushton, AS Ward, RG Holdich: Solid-Liquid Filtration and Separation Technology, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1996, pages 177ff., KJ Ives, in A. Rushton (A. Hg.): Mathematical Models and Design Methods in Solid-Liquid Separation, NATO ASI Series E No. 88, Martinus Nijhoff, Dordrecht 1985, pages 90ff.) And crossflow filtrations (eg described in J. Med. Altmann, S. Ripperger, J. Membrane Sci. 124 (1997), pages 1 19-128). Usual centrifugation are z. See, for example, G. Hultsch, H. Wilkesmann, "Filtering Centrifuges," DB Purchas, Solid-Liquid Separation, Upland Press, Croydon 1977, pp. 493-559; and in H. Trawinski, The Equivalent Clarifying Surface of Centrifuges, Chem. Ztg. 83 (1959), pages 606-612. For extraction z. As a non-miscible with the treatment medium from the pulp production solvent or at least one miscibility-exhibiting solvent can be used in the lignin and optionally other desired components in a sufficient amount is soluble. The separation of components which can be decomposed without decomposition from the lignin-containing fraction can be carried out by customary distillation processes known to the person skilled in the art. Suitable apparatus for working up by distillation include distillation columns, such as tray columns, which may be equipped with bells, sieve plates, sieve trays, packings, random packings, valves, side draws, etc., evaporators, such as thin film evaporators, falling film evaporators, forced circulation evaporators, Sambay evaporators, etc., and combinations from that. In a special embodiment, a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulose material which comprises at least part of the liquid treatment medium from the digestion is used to provide the lignin-containing starting material in step a). Preferably, the lignin-containing stream is then subjected to a lignin-containing fraction precipitation followed by partial or complete removal of the liquid components to provide the lignin-containing starting material for the pyrolysis in step b). Preferably, the lignin-containing starting material is provided in the context of a process for the production of cellulose (pulp) into which the production according to the invention of low molecular weight aromatic recyclables is integrated.
In einer speziellen Ausführung erfolgt die Entfernung zumindest eines Teils der flüssi- gen Verbindungen dann im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung von Zellstoff. So kann zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials z. B. eine Schwarzlauge eingesetzt werden, die vor oder im Verlauf der einzelnen Eindampf schritte des zugrundeliegenden Zellstoffverfahrens entnommen wird. Vorzugsweise wird zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials in Schritt a) ein ligninhaltiger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulosematerials mit einem alkalischen Behandlungsmedium eingesetzt. Besonders bevorzugt wird eine Schwarzlauge eingesetzt, insbesondere eine Schwarzlauge aus dem Sulfat-Aufschluss (Kraft- Aufschluss). Zur Bereitstellung eines ligninhaltigen Materials kann eine Schwarzlauge aus dem Kraft-Aufschluss zunächst zur Fällung wenigstens eines Teils des enthaltenen Lignins angesäuert und anschließend das ausgefallene Lignin isoliert werden. Zum Ansäuern eignen sich die zuvor genannten Säuren. Insbesondere wird CO2 eingesetzt. Vorzugsweise wird der pH-Wert der Schwarzlauge auf einen Wert von höchstens 10,5 abgesenkt. Die Isolierung des ausgefallenen Lignins erfolgt bevorzugt durch ein Filtra- tionsverfahren. Geeignete Filtrationsverfahren sind die zuvor Genannten. Gewünsch- tenfalls kann das isolierte Lignin wenigstens einem weiteren Aufarbeitungsschritt unterzogen werden. Dazu zählt z. B. eine weitere Reinigung, vorzugsweise eine Wäsche mit einem geeigneten Waschmedium. Geeignete Waschmedien sind z. B. Mineralsäuren, wie Schwefelsäure, vorzugweise in wässriger Lösung. In einer speziellen Ausfüh- rung wird dann zur Bereitstellung eines ligninhaltigen Materials eine Schwarzlauge aus dem Kraft-Aufschluss zunächst zur Fällung wenigstens eines Teils des enthaltenen Lignins mit CO2 angesäuert, anschließend das ausgefallene Lignin durch Filtration isoliert und das Filtrat oder Filterkuchen? einer Wäsche mit Schwefelsäure unterzogen. Ein Verfahren zur Isolierung von Lignin aus einer Schwarzlauge durch Fällung mit CO2 ist in der WO 2008/079072 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Besonders geeignet ist auch das so genannte Lignoboost-Verfahren, das in der WO In a specific embodiment, the removal of at least a portion of the liquid compounds is then carried out in the context of the process for the production of pulp. Thus, to provide the lignin-containing starting material z. B. a black liquor are used, which is taken before or during the individual evaporation steps of the underlying pulp process. Preferably, a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material with an alkaline treatment medium is used to provide the lignin-containing starting material in step a). Particularly preferably, a black liquor is used, in particular a black liquor from the sulfate digestion (power digestion). To provide a lignin-containing material, a black liquor from the Kraft digestion can first be acidified to precipitate at least a portion of the lignin contained and then the precipitated lignin can be isolated. For acidification, the aforementioned acids are suitable. In particular, CO2 is used. Preferably, the pH of the black liquor is lowered to a value of at most 10.5. The isolation of the precipitated lignin is preferably carried out by a filtration process. Suitable filtration methods are those mentioned above. If desired, the isolated lignin may be subjected to at least one further work-up step. This includes z. B. a further cleaning, preferably a wash with a suitable washing medium. Suitable washing media are for. For example, mineral acids such as sulfuric acid, preferably in aqueous solution. In a special embodiment, to supply a lignin-containing material, a black liquor from the kraft digestion is first acidified with CO 2 to precipitate at least part of the lignin contained, then the precipitated lignin is isolated by filtration and the filtrate or filter cake? subjected to a wash with sulfuric acid. A process for isolating lignin from a black liquor by precipitation with CO2 is described in WO 2008/079072, to which reference is made here. Also particularly suitable is the so-called lignoboost process, which is described in WO
2006/038863 (EP 1797236 A1 ) und WO 2006/031 175 (EP 1794363 A1 ) beschrieben ist, worauf ebenfalls Bezug genommen wird. 2006/038863 (EP 1797236 A1) and WO 2006/031 175 (EP 1794363 A1), to which reference is also made.
Pyrolyse (Schritt b) Pyrolysis (step b)
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das ligninhaltige Ausgangsmaterial einer Pyrolyse unterzogen, wobei ein Pyrolysegasstrom erhalten wird. In step b) of the process according to the invention, the lignin-containing starting material is subjected to pyrolysis, a pyrolysis gas stream being obtained.
Die Pyrolyse kann diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen. Die kontinuierliche Pyrolyse ist bevorzugt. The pyrolysis can be carried out batchwise or continuously. Continuous pyrolysis is preferred.
Die Pyrolyse erfolgt in wenigstens einer Pyrolysezone. Zur Pyrolyse kann das ligninhal- tige Ausgangsmaterial z. B. als feuchter oder vorgetrockneter Feststoff mittels geeigneter Transporteinrichtungen, wie z. B. Schneckenförderer oder einer pneumatischen Förderung, in eine Pyrolysezone eingetragen werden. The pyrolysis takes place in at least one pyrolysis zone. For pyrolysis, the ligninhal- term starting material z. B. as a moist or predried solid by means of suitable transport facilities, such. B. screw conveyor or pneumatic conveying, are registered in a pyrolysis zone.
Die Pyrolysezone kann in verschiedenen Ausführungsformen gestaltet sein, z. B. als Drehrohrofen oder Wirbelschicht. Geeignet sind sowohl stationäre als auch zirkulierende Wirbelschichten. Bei der Ausführung der Pyrolysezone als Wirbelschicht wird ein Wirbelgas (vorzugsweise Wasserdampf oder ein Gasgemisch aus einem der nachfolgenden Verfahrensschritte) und als Wirbelgut ein unter den gegebenen Bedingungen inerter körniger Zuschlagsstoff zugeführt. Besonders geeignet als Zuschlagsstoff ist Quarzsand. Ein solches Wirbelschichtverfahren ist z. B. in der US 4,409,416 A beschrieben. In einer alternativen Ausführung umfasst die Pyrolysezone wenigstens ein Festbett. Die Festbetten können wenigstens eine inerte Festbettschüttung und/oder wenigstens eine katalytisch aktive Festbettschüttung umfassen. Wird das erfindungsgemäße Verfahren mit wenigstens einem Festbett als Pyrolysezone betrieben, so kann ein Intervallbetrieb vorteilhaft sein, bei dem sich an eine Pyrolysephase eine Abbrand- phase anschließt, um schwerflüchtige Komponenten aus dem Festbett zu entfernen. The pyrolysis zone may be designed in various embodiments, for. B. as a rotary kiln or fluidized bed. Both stationary and circulating fluidized beds are suitable. In the execution of the pyrolysis zone as a fluidized bed, a fluidizing gas (preferably water vapor or a gas mixture from one of the subsequent process steps) and as a fluidized material under the given conditions inert granular additive is supplied. Particularly suitable as an additive is quartz sand. Such a fluidized bed process is z. For example, in US 4,409,416 A described. In an alternative embodiment, the pyrolysis zone comprises at least one fixed bed. The fixed beds may comprise at least one inert fixed bed and / or at least one catalytically active fixed bed. If the process according to the invention is operated with at least one fixed bed as the pyrolysis zone, then an interval operation may be advantageous in which a pyrolysis phase is followed by a combustion phase in order to remove low-volatility components from the fixed bed.
Zur Pyrolyse kann ein Wirbelgas in die Pyrolysezone eingespeist werden. Bevorzugte Wirbelgase sind Wasserdampf, Kohlendioxid, Stickstoff, etc. oder Mischungen dieser Gase. Bevorzugt wird ein Verdünnungsgas eingesetzt, das unter den Bedingungen der Pyrolyse im Wesentlichen keine Reaktion mit dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial oder den daraus resultierenden Pyrolyseprodukten eingeht. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Pyrolyse nicht unter Zusatz von Wasserstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen und/oder Wasserstoff übertragenden Verbindungen durchgeführt. In dieser Ausführungsform erfolgt die hydrierende Umsetzung im Wesentlichen ausschließlich im Dealkylierungsschritt c). In einer zweiten geeigneten Ausführungsform wird die Pyrolyse unter Zusatz von Wasserstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen und/oder Wasserstoff übertragenden Verbindungen durchgeführt. Diese Ausgestaltung der Pyrolyse kann auch als Hydrocracken bezeichnet werden. For pyrolysis, a fluidizing gas can be fed into the pyrolysis zone. Preferred fluidizing gases are water vapor, carbon dioxide, nitrogen, etc., or mixtures of these gases. Preference is given to using a diluent gas which, under the conditions of pyrolysis, undergoes essentially no reaction with the lignin-containing starting material or the pyrolysis products resulting therefrom. In a first preferred embodiment, the pyrolysis is not accompanied by the addition of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds carried out. In this embodiment, the hydrogenating reaction takes place essentially exclusively in the dealkylation step c). In a second suitable embodiment, the pyrolysis is carried out with the addition of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds. This embodiment of the pyrolysis can also be referred to as hydrocracking.
Die Pyrolyse kann gewünschtenfalls in Gegenwart wenigstens eines Pyrolysekatalysators erfolgen. Als Pyrolysekatalysatoren eignen sich z. B. Kieselsäure, Tonerde, Alumi- nosilicate, Aluminosilicate mit Schichtstrukturen und Zeolithe, wie Mordenit, Faujasit, Zeolith-X, Zeolith-Y und ZSM-5, Zirkoniumoxid oder Titandioxid. If desired, the pyrolysis can be carried out in the presence of at least one pyrolysis catalyst. As pyrolysis z. For example, silica, alumina, aluminosilicates, aluminosilicates with layered structures and zeolites, such as mordenite, faujasite, zeolite-X, zeolite-Y and ZSM-5, zirconium oxide or titanium dioxide.
Die Temperatur bei der Pyrolyse liegt vorzugsweise in einem Bereich von 200 bis 1500 °C, besonders bevorzugt 250 bis 1000 °C, insbesondere 300 bis 800 °C. Der Druck bei der Pyrolyse liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 250 bar (absolut), bevorzugt 1 ,0 bis 40 bar (absolut). The temperature in the pyrolysis is preferably in a range of 200 to 1500 ° C, more preferably 250 to 1000 ° C, especially 300 to 800 ° C. The pressure in the pyrolysis is preferably in a range of 0.5 to 250 bar (absolute), preferably 1, 0 to 40 bar (absolute).
Die Verweilzeit bei der Pyrolysetemperatur kann wenige Sekunden bis mehrere Tage betragen. In einer speziellen Ausführungsform beträgt die Verweilzeit bei der Pyrolyse- temperatur 0,5 Sekunden bis 5 Minuten, spezieller 2 Sekunden bis 3 Minuten. DieThe residence time at the pyrolysis temperature can be a few seconds to several days. In a specific embodiment, the residence time at the pyrolysis temperature is 0.5 second to 5 minutes, more specifically 2 seconds to 3 minutes. The
Verweilzeit speziell bei einem Wirbelschichtreaktor ergibt sich aus dem Quotienten von Gesamtvolumen des Reaktors zum Volumenstrom des Wirbelgases unter den Pyrolysebedingungen. Geeignete Verfahren zur katalysierten oder unkatalysierten Pyrolyse von Lignin sind z. B. auch in WO 96/09350 (Midwest Research Institute, 1996) oder US 4,409,416 (Hydrocarbon Research Institute, 1983) beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. In der Pyrolysezone wird das Lignin umgesetzt zu einem Gemisch von Komponenten, die unter den Bedingungen der Pyrolyse zum einen Teil gasförmig ("Pyrolysegas") und zum anderen Teil fest und/oder flüssig (z. B. teerartig oder als "Koks") vorliegen. Dwell time especially in a fluidized bed reactor results from the quotient of total volume of the reactor to the volume flow of the fluidizing gas under the pyrolysis. Suitable processes for the catalyzed or uncatalyzed pyrolysis of lignin are e.g. Also described in WO 96/09350 (Midwest Research Institute, 1996) or US 4,409,416 (Hydrocarbon Research Institute, 1983), which is incorporated herein by reference. In the pyrolysis zone, the lignin is converted into a mixture of components which under the conditions of pyrolysis are partly gaseous ("pyrolysis gas") and partly solid and / or liquid (eg tarry or "coke") ,
Aus der Pyrolysezone wird ein Austrag entnommen, der neben den Pyrolysegasen noch Anteile an festen und/oder flüssigen Komponenten enthalten kann. Dabei handelt es sich z. B. um bei der Pyrolyse gebildete schwerflüchtige Komponenten (Koks). Sofern zur Pyrolyse in Schritt b) wenigstens ein fester Zuschlagsstoff eingesetzt wird, kann der Austrag aus der Pyrolysezone auch Anteile des Zuschlagsstoffs enthalten. Diese festen und/oder flüssigen Komponenten können mittels einer geeigneten Vor- richtung, z. B. einem Zyklon, vom Pyrolysegas abgetrennt werden. Abgetrennte feste Zuschlagsstoffe werden vorzugsweise in die Pyrolysezone zurückgeführt. Von Zuschlagsstoffen verschiedene abgetrennte Komponenten werden einer anderweitigen Verwertung zugeführt, z. B. einer Verbrennung zur Wärmegewinnung, die vorzugswei- se wieder in dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einem integrierten Verfahren eingesetzt wird. Das dabei erhaltene Brenngas, das vorwiegend CO2 sowie Wasser und gegebenenfalls O2 enthält, kann ebenfalls einer Verwertung zugeführt werden. Es ist auch möglich, einen Austrag aus der Pyrolysezone, der wenigstens einen Zuschlagsstoff und unter den Pyrolysebedingungen schwerflüchtige Komponenten ent- hält, in einer von der Pyrolysezone räumlich getrennten Abbrandzone mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas, vorzugsweise Luft, in Kontakt zu bringen, was zum Abbrennen von bei der Pyrolyse entstandenen schwerflüchtigen Komponenten ("Koks") führt. Durch eine geeignete Trenneinrichtung wird der Zuschlagsstoff dann vom entstandenen Brenngas abgetrennt und durch eine geeignete Fördereinrichtung in die Pyrolyse- zone zurück geführt. From the pyrolysis zone, a discharge is taken, which can still contain fractions of solid and / or liquid components in addition to the pyrolysis gases. These are z. B. to low-volatility components formed during pyrolysis (coke). If at least one solid aggregate is used for the pyrolysis in step b), the discharge from the pyrolysis zone may also contain fractions of the aggregate. These solid and / or liquid components can be prepared by means of a suitable method. direction, z. As a cyclone, are separated from the pyrolysis gas. Separate solid additives are preferably recycled to the pyrolysis zone. From aggregates different separated components are supplied to another utilization, eg. Example, a combustion for heat recovery, which is preferably used again in the inventive method or an integrated method. The fuel gas thus obtained, which contains mainly CO2 and water and optionally O2, can also be recycled. It is also possible to bring a discharge from the pyrolysis zone, which contains at least one additive and components which have low volatility under the pyrolysis conditions, into contact with an oxygen-containing gas, preferably air, in a combustion zone which is spatially separate from the pyrolysis zone, which causes it to burn off of low-volatility components ("coke") produced during pyrolysis. By a suitable separator, the aggregate is then separated from the resulting fuel gas and passed back through a suitable conveyor in the pyrolysis zone.
Die vom Austrag aus der Pyrolysezone unmittelbar abgetrennten, d. h. unter den Pyrolysebedingungen nicht verdampfbaren (= gasförmigen) festen und/oder flüssigen Anteile, werden erfindungsgemäß nicht dem Pyrolysegas zugerechnet und gelten nicht als vom Pyrolysegas abgetrennte stoffliche Komponente im Sinne der Erfindung. The immediately separated from the discharge from the pyrolysis zone, d. H. Under the pyrolysis not vaporizable (= gaseous) solid and / or liquid fractions, are not attributed to the pyrolysis gas according to the invention and are not considered as separated from the pyrolysis material component in the context of the invention.
Der in Schritt b) erhaltene Pyrolysegasstrom enthält substituierte Aromaten und/oder mehrkernige Aromaten. Der Pyrolysegasstrom kann zusätzlich zu Aromaten weitere Komponenten enthalten, die ausgewählt sind unter Wasserdampf, Inertgas (z. B. The pyrolysis gas stream obtained in step b) contains substituted aromatics and / or polynuclear aromatics. The pyrolysis gas stream may contain, in addition to aromatics, other components selected from water vapor, inert gas (e.g.
Stickstoff), nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen, H2, CO, CO2, schwefelhaltigen Verbindungen, wie z. B. H2S, etc. und Mischungen davon. Bei den nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen handelt es sich bevorzugt um Abbauprodukte, wie Methan. Nitrogen), non-aromatic hydrocarbons, H2, CO, CO2, sulfur-containing compounds, such as. As H2S, etc. and mixtures thereof. The non-aromatic hydrocarbons are preferably degradation products, such as methane.
Dealkylierung (Schritt c) Dealkylation (step c)
In der Dealkylierung werden die bei der Pyrolyse in Schritt b) entstandenen aromatischen Lignin-Abbauprodukte durch Einwirkung von Wasserstoff und/oder Wasserdampf zumindest teilweise so umgewandelt, dass Substituenten durch Wasserstoff ersetzt werden und/oder mehre aromatische Kerne enthaltende Verbindungen zu Ver- bindungen mit geringerer Anzahl von Kernen gespalten werden. Wie zuvor bereits ausgeführt, bezeichnet "Dealkylierung" somit auch Reaktionen, bei denen kein Alkyl- substituent gegen Wasserstoff ausgetauscht wird, wie Dehydroxylierung, Dealkoxylie- rung, Aromatenspaltung, etc. Die durch Wasserstoff ersetzten Substituenten sind vor- zugsweise ausgewählt unter Alkylgruppen, Hydroxygruppen, Alkoxygruppen und Aryl- oxygruppen. In the dealkylation, the aromatic lignin decomposition products formed during the pyrolysis in step b) are at least partially converted by the action of hydrogen and / or water vapor so that substituents are replaced by hydrogen and / or several compounds containing aromatic nuclei are converted into compounds with less Number of cores are split. As previously stated, "dealkylation" thus also denotes reactions in which no alkyl substituent is exchanged for hydrogen, such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic cleavage, etc. The substituents replaced by hydrogen are preferably selected from alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups and aryl oxy groups.
Für den Einsatz in Schritt c) geeignete Dealkylierungsverfahren umfassen die Hydro- dealkylierung, die Dampfdealkylierung oder Mischformen davon. Im Falle einer reinen Hydrodealkylierung im Sinne der Erfindung wird in die Dealkylierungszone zusätzlich zum Pyrolysegasstrom molekularer Wasserstoff (in reiner Form oder in Mischung mit anderen Komponenten, wie z. B. CO) eingespeist, aber kein Wasser. Im Falle einer reinen Dampfdealkylierung im Sinne der Erfindung wird in die Dealkylierungszone zu- sätzlich zum Pyrolysegasstrom Wasser eingespeist (in reiner Form oder in Mischung mit anderen Komponenten), aber kein molekularer Wasserstoff. Das Dealkylierungsverfahren in Schritt c) kann auch als Mischform von Hydrodealkylierung und Dealkylation processes suitable for use in step c) include hydrodekylation, vapor dealkylation or mixtures thereof. In the case of pure hydrodealkylation according to the invention, in addition to the pyrolysis gas stream, molecular hydrogen is fed into the dealkylation zone (in pure form or mixed with other components, such as CO), but no water. In the case of a pure steam dealkylation according to the invention, water is fed into the dealkylation zone in addition to the pyrolysis gas stream (in pure form or in a mixture with other components), but no molecular hydrogen. The dealkylation process in step c) can also be used as a mixed form of hydrodealkylation and
Dampfdealkylierung ausgestaltet sein. Dann wird in die Dealkylierungszone zusätzlich zum Pyrolysegasstrom sowohl Wasser als auch molekularer Wasserstoff eingespeist. Im Folgenden werden geeignete und bevorzugte Verfahrensparameter zum Teil speziell für die Hydrodealkylierung oder die Dampfdealkylierung angegeben. Der Fachmann ist mit diesen Angaben in der Lage, geeignete und bevorzugte Verfahrensparameter für eine Mischform aus Hydrodealkylierung und Dampfdealkylierung zu ermitteln. Bevorzugt weist das zur Dealkylierung eingesetzte Reaktionsgas dann ein Mischungs- Verhältnis von H2 zu H2O im Bereich von etwa 0,1 : 99,9 bis 99,9 : 0,1 auf. Ein speziell geeignetes Mischungsverhältnis von H2 zu H2O liegt im Bereich von etwa 40 : 60 bis 60 : 40. Dampfdealkylierung be configured. Then, in addition to the pyrolysis gas stream, both water and molecular hydrogen are fed into the dealkylation zone. In the following, suitable and preferred process parameters are given in part specifically for the hydrodealkylation or the steam dealkylation. With this information, the person skilled in the art is able to determine suitable and preferred process parameters for a mixed form of hydrodealkylation and steam dealkylation. Preferably, the reaction gas used for dealkylation then has a mixing ratio of H2 to H2O in the range from about 0.1: 99.9 to 99.9: 0.1. A particularly suitable mixing ratio of H2 to H2O is in the range of about 40:60 to 60:40.
Der zur Umsetzung erforderliche Wasserstoff wird im Falle der Dampfdealkylierung in situ durch Reaktion von Wasser mit (hauptsächlich organischen) Komponenten gebildet, die entweder im Eduktgemisch der Dampfdealkylierung enthalten sind oder im Laufe der Dampfdealkylierung entstehen. Exemplarisch kann hier die Entstehung von Wasserstoff aus Methan und Wasser gemäß der Gleichung CH4 + H2O - CO + 3 H2 genannt werden. The hydrogen required for the reaction is formed in situ in the case of steam dealkylation by reaction of water with (mainly organic) components which are either present in the educt mixture of the steam dealkylation or are formed during steam dealkylation. As an example, the formation of hydrogen from methane and water can be named according to the equation CH 4 + H2O - CO + 3 H2.
Es ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass der Pyrolysegasstrom aus Schritt b) im Wesentlichen ohne Abtrennung einer stofflichen Komponente in die Dealkylierungszone eingespeist wird. Dabei werden Komponenten, die unter den Bedingungen der Pyrolyse in Schritt b) schwerflüchtig sind und im Austrag aus der Pyrolysezone nicht gasförmig, sondern fest oder flüssig vorliegen, nicht dem Pyrolysegasstrom zugerechnet. It is an essential feature of the process according to the invention that the pyrolysis gas stream from step b) is fed into the dealkylation zone essentially without removal of a material component. In this case, components which are difficult to volatilize under the conditions of pyrolysis in step b) and which are not gaseous in the discharge from the pyrolysis zone but solid or liquid are not added to the pyrolysis gas stream.
"Im Wesentlichen ohne Abtrennung einer stofflichen Komponente" bedeutet im Rahmen dieser Erfindung, dass von dem in Schritt b) erhaltenen Pyrolysegasstrom höchs- tens 10 Vol.-% abgetrennt werden, bevor der Pyrolysegasstrom in die Dealkylierungszone eingespeist wird. Vorzugsweise werden von dem in Schritt b) erhaltenen Pyrolysegasstrom höchstens 1 Vol.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,5 Vol.-% abgetrennt, bevor der Pyrolysegasstrom in die Dealkylierungszone eingespeist wird. "Substantially without separation of a material component" in the context of this invention means that of the pyrolysis gas stream obtained in step b). 10 vol .-% are separated before the pyrolysis gas is fed into the Dealkylierungszone. Preferably, at most 1% by volume, more preferably at most 0.5% by volume, of the pyrolysis gas stream obtained in step b) are separated off before the pyrolysis gas stream is fed into the dealkylation zone.
Insbesondere werden von dem in Schritt b) erhaltenen Pyrolysegasstrom vor dessen Eintritt in die Dealkylierungszone im Wesentlichen keine darin enthaltenen Komponenten auskondensiert. Speziell werden von dem in Schritt b) erhaltenen Pyrolysegasstrom höchstens 10 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 5 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,5 Gew.-%, speziell höchstens 0,1 Gew.-%, der darin enthaltenen kondensierbaren Komponenten auskondensiert, bevor der Pyrolysegasstrom in die Dealkylierungszone eingespeist wird. Der Pyrolysegasstrom wird unter geeigneten Bedingungen gehalten, die eine Kondensation von darin enthaltenen Komponenten im Wesentlichen ausschließen. In particular, substantially no components contained therein are condensed out of the pyrolysis gas stream obtained in step b) before it enters the dealkylation zone. Specifically, from the pyrolysis gas stream obtained in step b) at most 10 wt .-%, particularly preferably at most 5 wt .-%, in particular at most 0.5 wt .-%, especially at most 0.1 wt .-%, of the condensable contained therein Components condensed out before the pyrolysis gas stream is fed into the Dealkylierungszone. The pyrolysis gas stream is maintained under suitable conditions which substantially preclude condensation of components contained therein.
Bevorzugt liegt die Temperatur des Pyrolysegasstroms vor dem Eintritt in die Dealkylierungszone immer höchstens 200 °C, besonders bevorzugt immer höchstens 100 °C, unterhalb der Austrittstemperatur aus der Pyrolysezone. Bevorzugt liegt die Temperatur in der Dealkylierungszone in einem Bereich von 400 bis 900 °C, besonders bevorzugt von 500 bis 800 °C. Preferably, the temperature of the pyrolysis gas stream before entering the Dealkylierungszone always at most 200 ° C, more preferably always at most 100 ° C, below the outlet temperature from the pyrolysis zone. Preferably, the temperature in the dealkylation zone is in a range from 400 to 900 ° C, more preferably from 500 to 800 ° C.
Bevorzugt liegt der absolute Druck in der Dealkylierungszone in einem Bereich von 1 bis 100 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 20 bar, insbesondere von 1 bis 10 bar. The absolute pressure in the dealkylation zone is preferably in the range from 1 to 100 bar, particularly preferably from 1 to 20 bar, in particular from 1 to 10 bar.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird der Pyrolysegasstrom in Schritt c) einer Hydrodealkylierung unterzogen. Dazu erfolgt die Umsetzung in Schritt c) in Gegenwart von Wasserstoff. Bevorzugt liegt die Temperatur in der Dealkylierungszone für die Hydrodealkylierung in einem Bereich von 500 bis 900 °C, besonders bevorzugt von 600 bis 800 °C. In a first preferred embodiment, the pyrolysis gas stream is subjected to a hydrodealkylation in step c). For this, the reaction in step c) takes place in the presence of hydrogen. The temperature in the dealkylation zone for the hydrodealkylation is preferably in the range from 500 to 900 ° C., particularly preferably from 600 to 800 ° C.
Bevorzugt liegt der absolute Druck in der Dealkylierungszone für die Hydrodealkylierung in einem Bereich von 1 bis 100 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 20 bar, insbe- sondere von 1 bis 10 bar. The absolute pressure in the dealkylation zone for the hydrodealkylation is preferably in a range from 1 to 100 bar, particularly preferably from 1 to 20 bar, in particular from 1 to 10 bar.
Bevorzugt liegt für die Hydrodealkylierung das Einsatzmengenverhältnis von H2 zu H2 (stöchiometrisch) in einem Bereich von 0,02 bis 50, besonders bevorzugt von 0,2 bis 10. H2 (stöchiometrisch) steht dabei für die Menge H2, die theoretisch gerade für die vollständige Umsetzung der in die Dealkylierungszone zugeführten Aromaten zu Benzol benötigt wird, unter der Annahme, dass je Kernsubstituent 1 Mol H abreagiert. For the hydrodealkylation, the feed ratio of H 2 to H 2 (stoichiometric) is preferably in a range from 0.02 to 50, particularly preferably from 0.2 to 10. H 2 (stoichiometric) stands for the amount H 2, which is theoretically straightforward full conversion of the aromatics supplied to the dealkylation zone to benzene is required, assuming that 1 mole H is reacted per nuclear substituent.
Bevorzugt liegt für die Hydrodealkylierung die Verweilzeit in der Dealkylierungszone in einem Bereich von 0,1 bis 500 s, besonders bevorzugt von 0,5 bis 200 s. For the hydrodealkylation, the residence time in the dealkylation zone is preferably in the range from 0.1 to 500 s, more preferably from 0.5 to 200 s.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird der Pyrolysegasstrom in Schritt c) einer Dampfdealkylierung unterzogen. Dazu erfolgt die Umsetzung in Schritt c) in Gegenwart von Wasserdampf. In a second preferred embodiment, the pyrolysis gas stream is subjected to a steam dealkylation in step c). For this purpose, the reaction in step c) takes place in the presence of water vapor.
Bevorzugt liegt die Temperatur in der Dealkylierungszone für die Dampfdealkylierung in einem Bereich von 400 bis 800 °C, besonders bevorzugt von 475 bis 600 °C, insbesondere von 525 bis 600 °C. Bevorzugt liegt der absolute Druck in der Dealkylierungszone für die Dampfdealkylierung in einem Bereich von 1 bis 100 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 20 bar, insbesondere von 1 bis 10 bar. The temperature in the dealkylation zone for the vapor dealkylation is preferably in the range from 400 to 800 ° C., particularly preferably from 475 to 600 ° C., in particular from 525 to 600 ° C. The absolute pressure in the dealkylation zone for the vapor dealkylation is preferably in a range from 1 to 100 bar, particularly preferably from 1 to 20 bar, in particular from 1 to 10 bar.
Bevorzugt liegt für die Dampfdealkylierung das Einsatzmengenverhältnis von H2O zu C* in einem Bereich von 0,1 bis 20 mol/mol, besonders bevorzugt von 0,5 bis For the steam dealkylation, the amount ratio of H 2 O to C * is preferably in a range from 0.1 to 20 mol / mol, particularly preferably from 0.5 to
2 mol/mol. C* steht dabei für die Stoffmenge Kohlenstoff, bestimmt durch Kohlenstoffbezogene Bilanzierung der Pyrolyse oder durch Bestimmung der Mengen der Produkt- austräge aus der Dampfdealkylierung mittels dem Fachmann bekannten Methoden. Bevorzugt liegt für die Dampfdealkylierung das Molverhältnis von H2 zu CH4 in der Dealkylierungszone in einem Bereich von < 50 : 1 , besonders bevorzugt von < 25 : 1 . 2 mol / mol. C * stands for the molar amount of carbon, determined by carbon-based balancing of the pyrolysis or by determining the amounts of the product exhausts from the steam dealkylation by methods known to the person skilled in the art. For steam dealkylation, the molar ratio of H2 to CH4 in the dealkylation zone is preferably in a range of <50: 1, particularly preferably <25: 1.
Bevorzugt liegt für eine Dampfdealkylierung in Abwesenheit eines Dealkylierungskata- lysators das Molverhältnis von OR (mit R = H, Alkyl) zu Cgesamt in der Dealkylierungszo- ne in einem Bereich von > 0,05 : 1 , besonders bevorzugt von 0,1 : 1 bis 0,2 : 1. Preferably, for a steam dealkylation in the absence of Dealkylierungskata- lysators the molar ratio of OR (where R = H, alkyl) to C ge including in the Dealkylierungszo- ne in a range of> 0.05: 1, more preferably from 0.1: 1 to 0.2: 1.
Bevorzugt liegt für eine Dampfdealkylierung in Abwesenheit eines Dealkylierungskata- lysators das Verhältnis von OR (mit R = H, Alkyl) zu Cabs aitbar in der Dealkylierungszone in einem Bereich von > 0,5 : 1 , besonders bevorzugt von 1 : 1 bis 10 : 1 , insbesondere von 1 : 1 bis 2 : 1 . Preferably, for steam dealkylation in the absence of a dealkylation catalyst, the ratio of OR (with R = H, alkyl) to Cabs in the dealkylation zone is in the range of> 0.5: 1, more preferably from 1: 1 to 10: 1 , in particular from 1: 1 to 2: 1.
Bevorzugt liegt für die Dampfdealkylierung WHSV in einem Bereich von 0,05 bis 10 kg/(L*h), besonders bevorzugt von 0,1 bis 2 kg/(L*h). Die Dampfdealkylierung kann in Anwesenheit oder in Abwesenheit eines Katalysators erfolgen. In einer speziellen Ausführung erfolgt die Dampfdealkylierung in Abwesenheit eines Katalysators. Ein katalysiertes Verfahren zur Dampfdealkylierung ist in For the steam dealkylation, WHSV is preferably in a range from 0.05 to 10 kg / (L * h), particularly preferably from 0.1 to 2 kg / (L * h). The steam dealkylation can be carried out in the presence or absence of a catalyst. In a specific embodiment, steam dealkylation is carried out in the absence of a catalyst. A catalyzed process for steam dealkylation is in
WO 2008/148807 A1 beschrieben. Auf dieses Dokument und die darin zitierte Literatur zu geeigneten Katalysatoren wird hier in vollem Umfang Bezug genommen. Weitere Informationen zu Katalysatortypen und Verfahrensschritten der Dampfdealkylierung können der WO 2007/051852 A1 , WO 2007/051851 A1 , WO 2007/051855 A2, WO 2007/051856 A1 , WO 2008/135581 A1 und WO 2008/135582 A1 WO 2008/148807 A1. Reference is made in its entirety to this document and the references cited therein to suitable catalysts. Further information on catalyst types and process steps of steam dealkylation can be found in WO 2007/051852 A1, WO 2007/051851 A1, WO 2007/051855 A2, WO 2007/051856 A1, WO 2008/135581 A1 and WO 2008/135582 A1
(EP 2008055585) entnommen werden, ohne sich dadurch einzuschränken. Die US 3,775,504 beschreibt, dass eine Dampfdealkylierung eigentlich aus einer Kombination von Dampfdealkylierung und Hydrodealkylierung besteht, da systemimmanent zumindest ein Teil des erzeugten Wasserstoffs gleich wieder umgesetzt wird. (EP 2008055585), without thereby limiting. US Pat. No. 3,775,504 describes that steam dealkylation actually consists of a combination of steam dealkylation and hydrodealkylation, since at least part of the hydrogen generated is inherently reacted again at the same time.
Im Dealkylierungsschritt c) wird wenigstens ein niedermolekularer aromatischer Wert- stoff als Zielprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet. Die niedermolekularen aromatischen Wertstoffe sind bevorzugt ausgewählt unter Benzol und phenolischen Verbindungen, wie Phenol und/oder Dihydroxybenzolen. In the dealkylation step c), at least one low molecular weight aromatic substance is formed as the target product of the process according to the invention. The low molecular weight aromatic valuable substances are preferably selected from benzene and phenolic compounds, such as phenol and / or dihydroxybenzenes.
Sie weisen insbesondere geringere Anteile an den folgenden Komponenten auf als der Pyrolyseaustrag vor der Einspeisung in den Dealkylierungsschritt c): mono-, di-, und polyalkylierten Phenolen; Alkoxyphenolen, wie Methoxyphenolen; polyalkylierten Benzolen; Verbindungen, die zwei oder mehr aromatische Ringe enthalten. Diese Komponenten werden im Folgenden als "gering oder nicht dealkylierte Aromaten" bezeichnet. Auftrennung des Austrags aus der Dealkylierungszone (Schritt d)) In particular, they have lower proportions of the following components than the pyrolysis effluent before being fed into the dealkylation step c): mono-, di- and polyalkylated phenols; Alkoxyphenols, such as methoxyphenols; polyalkylated benzenes; Compounds containing two or more aromatic rings. These components are referred to below as "low or non dealkylated aromatics". Separation of the discharge from the dealkylation zone (step d))
Der Dealkylierungszone wird ein Austrag entnommen und einer Auftrennung unter Gewinnung der als Zielprodukt angestrebten Aromatenzusammensetzung mit hohem Gehalt an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten unterzogen. The dealkylation zone is sampled and subjected to separation to yield the target aromatics composition having a high content of mononuclear, low or unalkylated aromatics.
Bevorzugt wird der Austrag aus der Dealkylierungszone einer Auftrennung unter Erhalt der folgenden drei Ströme unterzogen: Preferably, the effluent from the dealkylation zone is subjected to separation to give the following three streams:
D1 ) einem an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten angereicherten Strom, D1) an enriched in mononuclear, low or non-alkylated aromatics stream,
D2) einem an gering oder nicht dealkylierten Aromaten angereicherten Strom, D3) einem an leichter als D1 ) und D2) flüchtigen Nebenprodukten angereicherten Strom. D2) an enriched in low or non dealkylated aromatics stream, D3) an enriched lighter than D1) and D2) by-products stream.
Gegebenenfalls kann der Austrag aus der Dealkylierungszone einer Auftrennung unter Erhalt weiterer Ströme unterzogen werden, wie z. B. einem wasserhaltigen Strom. Optionally, the effluent from the dealkylation zone may be subjected to separation to yield additional streams, such as e.g. B. a hydrous stream.
Strom D1 ) ist die in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aromatenzusam- mensetzung mit hohem Gehalt an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten. Ergänzend dazu kann Strom D1 ) einer weiteren Aufarbeitung unter Erhalt der erfin- dungsgemäß hergestellten Aromatenzusammensetzung unterzogen werden. Stream D1) is the aromatic compound prepared in the process according to the invention with a high content of mononuclear, low or non-alkylated aromatics. In addition, stream D1) can be subjected to a further work-up to obtain the aroma composition prepared according to the invention.
Der Strom D1 ) enthält, bezogen auf die Gesamtmenge von D1 ), vorzugsweise wenigstens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-%, insbesondere wenigstens 90 Gew.-%, an einkernigen Aromaten. The stream D1) contains, based on the total amount of D1), preferably at least 70 wt .-%, more preferably at least 80 wt .-%, in particular at least 90 wt .-%, of mononuclear aromatic.
Der Strom D1 ) enthält, bezogen auf die Gesamtmenge von D1 ), vorzugsweise höchstens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 20 Gew.-%, insbesondere höchstens 10 Gew.-%, an gering oder nicht dealkylierten Aromaten. Wie eingangs erwähnt, bezeichnet im Rahmen der Erfindung "Dealkylierung" auch den Austausch von Substituenten, die von Alkylgruppen verschieden sind (wie Alkoxygrup- pen, Aryloxygruppen, Hydroxygruppen, etc.), durch Wasserstoff. Je nach Zusammensetzung des in Schritt a) bereitgestellten ligninhaltige Ausgangsmaterial bzw. des in Schritt c) erhaltenen Pyrolysegasstroms, weist Strom D1 ) dann auch einen hohen Ge- halt an Aromaten auf, bei denen ein von Alkylgruppen verschiedener Substituent durch Wasserstoff ersetzt wurde. Speziell weist Strom D1 ) einen hohen Gehalt an gering alkoxylierten oder nicht alkoxylierten Aromaten auf. The stream D1), based on the total amount of D1), preferably at most 30 wt .-%, more preferably at most 20 wt .-%, in particular at most 10 wt .-%, of low or non-dealkylated aromatics. As mentioned above, in the context of the invention "dealkylation" also refers to the replacement of substituents other than alkyl groups (such as alkoxy groups, aryloxy groups, hydroxy groups, etc.) by hydrogen. Depending on the composition of the lignin-containing starting material provided in step a) or of the pyrolysis gas stream obtained in step c), stream D1) then also has a high content of aromatics in which one substituent other than alkyl groups has been replaced by hydrogen. Specifically, stream D1) has a high content of low-alkoxylated or non-alkoxylated aromatics.
Der Strom D2) enthält, bezogen auf die Gesamtmenge von D2), vorzugsweise wenigs- tens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-%, insbesondere wenigstens 90 Gew.-%, an gering oder nicht dealkylierten Aromaten. The stream D2), based on the total amount of D2), preferably at least 70 wt .-%, more preferably at least 80 wt .-%, in particular at least 90 wt .-%, of low or non-dealkylated aromatics.
Der Strom D3) enthält Komponenten, die z. B. ausgewählt sind unter nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen, speziell Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendi- oxid und Mischungen davon. Abhängig von dem in Schritt a) bereitgestellten ligninhal- tigen Ausgangsmaterial kann der Strom D3) weitere Komponenten enthalten. Bei Einsatz eines ligninhaltigen Ausgangsmaterials aus dem Kraft-Prozess zählen dazu schwefelhaltige Nebenprodukte, speziell h S. Vorzugsweise wird aus der Dealkylierungszone ein gasförmiger Austrag entnommen und in Schritt d) einer Auftrennung unterzogen. The stream D3) contains components that z. B. are selected from non-aromatic hydrocarbons, especially methane, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and mixtures thereof. Depending on the lignin-containing starting material provided in step a), the stream D3) may contain further components. When using a lignin-containing starting material from the Kraft process include sulfur-containing by-products, especially h S. Preferably, a gaseous effluent is removed from the dealkylation zone and subjected to separation in step d).
Als Verfahren zur Auftrennung können die allgemein bekannten thermischen Trennver- fahren eingesetzt werden. As a method for separation, the well-known thermal Trennver- can be used.
Bevorzugt umfasst die Auftrennung des Austrage aus der Dealkylierungszone in Schritt d) eine Absorption. Bei der Absorption wird der gasförmige Austrag aus der Dealkylierungszone mit einem Lösungsmittel (Absorptionsmittel) in Kontakt gebracht, wobei ein Teil der in dem Gasstrom enthaltenen Komponenten absorbiert und somit abgetrennt wird. The separation of the discharge from the dealkylation zone in step d) preferably comprises an absorption. In the absorption, the gaseous effluent from the dealkylation zone is contacted with a solvent (absorbent), whereby a part of the components contained in the gas stream is absorbed and thus separated.
Die Absorption wird in einer geeigneten Vorrichtung durchgeführt, z. B. einer Gegen- stromkolonne, Blasensäule, etc. Bevorzugt wird die Absorption in einer Gegenstromko- lonne durchgeführt. The absorption is carried out in a suitable apparatus, e.g. B. a countercurrent column, bubble column, etc. Preferably, the absorption is carried out in a countercurrent column.
Die Absorption kann ein- oder mehrstufig ausgestaltet sein. The absorption can be configured in one or more stages.
Bevorzugt wird zur Absorption ein Lösungsmittel (unbeladen: Absorbens, beladen: Ab- sorbat) eingesetzt, in dem die bei der Dealkylierung erhaltenen Aromaten in einer ausreichenden Menge löslich sind und die davon verschiedenen leicht flüchtigen Nebenprodukte im Wesentlichen nicht löslich sind. Dabei werden zusammen mit den einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten (= Zielprodukt) auch die gering oder nicht dealkylierten zumindest teilweise absorbiert. For absorption, a solvent (unloaded: absorbent, loaded: absorbate) is preferably used in which the aromatics obtained in the dealkylation are soluble in a sufficient amount and the volatile by-products which differ from them are substantially insoluble. In this case, together with the mononuclear, low or non-alkylated aromatics (= target product) and the low or non-dealkylated at least partially absorbed.
Bei der Absorption wird somit zum einen ein mit Aromaten beladenes Absorbat erhalten. Die in dem Absorbat enthaltenen aromatischen Komponenten entsprechen von ihrer Zusammensetzung der Summe der Aromaten in den Strömen D1 ) und D2) zuzüglich gegebenenfalls im Absorptionsmittel enthaltener Aromaten. Die in dem verbleiben- den Gasstrom enthaltenen Komponenten entsprechen von ihrer Zusammensetzung dem Strom D3). Gewünschtenfalls kann der Gasstrom einem zusätzlichen Reinigungsschritt zur Entfernung von Aromaten unterzogen werden. Diese können dann wieder mit den in dem abgetrennten Lösungsmittel enthaltenen Aromaten zur gemeinsamen Aufarbeitung vereinigt werden. In der Regel ist eine solche Isolierung von Aromaten aus dem abgetrennten Gasstrom jedoch nicht erforderlich. During absorption, therefore, an aromatics-laden absorbent is obtained on the one hand. The aromatic components contained in the absorbate correspond in composition to the sum of the aromatics in the streams D1) and D2) plus any aromatics optionally present in the absorbent. The components contained in the remaining gas stream correspond in their composition to stream D3). If desired, the gas stream may be subjected to an additional aromatic aromatics removal step. These can then be combined again with the aromatics contained in the separated solvent for joint workup. In general, however, such isolation of aromatics from the separated gas stream is not required.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Auftrennung des Austrage aus der Dealkylierungszone in Schritt d) die folgenden Teilschritte: Inkontaktbringen des in Schritt c) erhaltenen Austrage aus der Dealkylierungszo- ne mit einem Absorptionsmittel unter Erhalt eines an Aromaten angereicherten Absorbats und eines an Aromaten abgereicherten (bzw. eines an leichter als D1 ) und D2) flüchtigen Nebenprodukten angereicherten) Gasstroms D3), In a preferred embodiment, the separation of the discharge from the dealkylation zone in step d) comprises the following substeps: Contacting the discharge from the dealkylation zone obtained in step c) with an absorbent to obtain an aromatics-enriched absorbent and a gas stream D3 enriched in aromatics (or a by-product which is lighter than D1) and D2),
Auftrennung des Absorbats in einen das Absorptionsmittel enthaltenden Strom, einen an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten angereicherten Strom D1 ) und einen an gering oder nicht dealkylierten Aromaten angereicherten Strom D2), Separation of the absorbate into a stream containing the absorbent, a stream D 1 enriched in mononuclear, low or non-alkylated aromatics and stream D 2 enriched in slightly or non-dealkylated aromatics,
Zurückführung des das Absorptionsmittel enthaltenden Stroms in den Schritt d1 ), gegebenenfalls Zurückführung wenigstens eines Teils des Stroms D2) in die Dealkylierungszone von Schritt c). Recycling the absorbent-containing stream to step d1), optionally recycling at least a portion of stream D2) to the dealkylation zone of step c).
Bevorzugt weist das Absorptionsmittel einen Siedepunkt auf, der oberhalb der Komponenten des Strom D1 ) liegt. Des Weiteren bevorzugt weist das Absorptionsmittel ein hohes Lösungsvermögen für die im Dealkylierungsschritt gebildeten Aromaten auf. Geeignete Lösungsmittel sind z. B. aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Alkohole, Amide, wie N-Methylpyrrolidon oder Dimethylformamid. Aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe weisen vorzugsweise eine Kohlenstoffatomanzahl von wenigstens 6 auf. Aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Alkohole weisen vorzugsweise eine Kohlenstoffatomanzahl von wenigstens 4 auf. Preferably, the absorbent has a boiling point which is above the components of stream D1). Further preferably, the absorbent has a high dissolving power for the aromatics formed in the dealkylation step. Suitable solvents are, for. As aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons, aliphatic, cycloaliphatic and aromatic alcohols, amides, such as N-methylpyrrolidone or dimethylformamide. Aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons preferably have a carbon atom number of at least 6. Aliphatic, cycloaliphatic and aromatic alcohols preferably have a carbon atom number of at least 4.
In einer besonders bevorzugten Variante wird als Lösungsmittel eine Aromatenzu- sammensetzung eingesetzt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist. Dabei handelt es sich speziell um ein Gemisch von in der Dealkylierung nicht oder unvollständig umgesetzten Aromaten. In einer besonders bevorzugten Variante wird als Lösungsmittel ein Teilstrom von Strom D2) oder ein Gemisch aus D1 ) und D2) verwendet. Bei dieser Variante kann das Lösungsmittel gewonnen werden durch Teilkondensation des Stromes aus der Dealkylierung oder eines Gasstromes aus einer der Dealkylierung nachgeschalteten Schwersieder-Vorabtrennung. Hier kann es vorteilhaft sein, zwischen die genannte Teilkondensation und die Absorption noch eine weitere Teilkondensation zu schalten, in der insbesondere Wasser auskondensiert wird. In a particularly preferred variant, the solvent used is an aromatic compound which can be obtained by the process according to the invention. This is specifically a mixture of aromatics that are not or not fully converted in the dealkylation. In a particularly preferred variant, the solvent used is a partial stream of stream D2) or a mixture of D1) and D2). In this variant, the solvent can be obtained by partial condensation of the stream from the dealkylation or a gas stream from a downstream of the dealkylation high boiler pre-separation. Here, it may be advantageous to switch between the said partial condensation and the absorption of a further partial condensation in which in particular water is condensed out.
Auch bei dieser Variante findet zusammen mit der Absorption von Wertprodukt eine zumindest teilweise Absorption der nicht oder unvollständig umgesetzten Aromaten statt. D. h. auch in dieser Variante entsprechen die in dem Absorbat enthaltenen aro- matischen Komponenten von ihrer Zusammensetzung der Summe der Aromaten der Ströme D1 ) und D2). In this variant as well, together with the absorption of desired product, at least partial absorption of the aromatics which are not reacted or not fully converted takes place. Ie. In this variant too, the aro- matic components of their composition of the sum of the aromatics of the streams D1) and D2).
In Schritt d2) wird das an Aromaten angereicherte Absorbat vorzugsweise destillativ aufgetrennt. Das dabei zurückgewonnene Lösungsmittel wird, gegebenenfalls nach Abtrennung von absorbiertem Wasser, in die Absorption (Schritt d1 )) zurückgeführt. Die Aromaten werden weiterverarbeitet wie zuvor und im Folgenden beschrieben. In step d2), the aromatics-enriched absorbate is preferably separated by distillation. The thereby recovered solvent is, optionally after removal of absorbed water, in the absorption (step d1)) recycled. The aromatics are processed further as described above and below.
Bevorzugt wird in Schritt d2) das an Aromaten angereicherte Absorbat in wenigstens einer Kolonne ("Regenerationskolonne") destillativ aufgetrennt. Bevorzugt werden die Destillationsbedingungen so gewählt werden, dass als Kopfprodukt im Wesentlichen gering oder nicht alkylierte Aromaten und, falls vorhanden, Wasser und als Sumpfprodukt im Wesentlichen die gering oder nicht dealkylierten Aromaten anfallen. Es versteht sich, dass bei der destillativen Auftrennung in Schritt d2) die Sumpftemperatur so gering gewählt wird, dass unerwünschte Nebenreaktionen des Sumpfprodukts im Wesentlichen vermieden werden. Dies kann insbesondere durch Einstellen eines geeigneten Kolonnendrucks und/oder durch den Leichtsiedergehalt im Sumpf erreicht werden (der Leichtsiedergehalt kann durch eine nachgeschaltete Strippung weiter ver- ringert werden). In step d2), the aromatics-enriched absorbate is preferably separated by distillation in at least one column ("regeneration column"). The distillation conditions are preferably selected so that substantially low or non-alkylated aromatics and, if present, water and, as the bottom product, substantially low or non-dealkylated aromatics are obtained as top product. It is understood that in the distillative separation in step d2), the bottom temperature is chosen so low that undesirable side reactions of the bottom product are substantially avoided. This can be achieved in particular by setting a suitable column pressure and / or by the low-boiling content in the bottoms (the low-content content can be further reduced by a downstream stripping).
Das bei der Destillation in Schritt d2) anfallende Kopfprodukt enthält das Zielprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es kann entweder unmittelbar als Strom D1 ) abgezogen oder einer weiteren Aufarbeitung unterzogen werden. Im Kopfprodukt enthal- tenes Wasser kann nach bekannten Verfahren abgetrennt werden. Dazu kann das Kopfprodukt nach Kondensation der Brüden aus der Destillation einem Phasenschei- der zur Wasserabtrennung zugeführt werden. Das resultierende Wasser wird als weiterer Strom aus dem Verfahren ausgeschleust. Die organische Phase aus dem Phasen- scheider kann entweder zumindest teilweise als Strom D1 ) abgezogen oder einer wei- teren Aufarbeitung unterzogen werden. Die organische Phase aus dem Phasenschei- der kann teilweise als Rücklauf auf die Kolonne zurückgeführt und/oder einer weiteren destillativen Aufarbeitung unterzogen werden. Diese dient vorzugsweise der Entfernung von noch enthaltenem Wasser und/oder von unerwünschten organischen Komponenten. The top product obtained in the distillation in step d2) contains the target product of the process according to the invention. It can either be withdrawn directly as stream D1) or subjected to further work-up. Water contained in the overhead product can be separated off by known processes. For this purpose, the overhead product, after condensation of the vapors from the distillation, can be fed to a phase separator for the removal of water. The resulting water is discharged as another stream from the process. The organic phase from the phase separator can either be at least partially withdrawn as stream D1) or subjected to further work-up. The organic phase from the phase separator can be partly recycled as reflux to the column and / or subjected to a further distillative work-up. This is preferably used for the removal of water still contained and / or undesirable organic components.
Das bei der Destillation in Schritt d2) anfallende Sumpfprodukt enthält die bei der Deal- kylierung nicht oder nicht ausreichend umgesetzten Aromaten, d. h. es ist an gering oder nicht dealkylierten Aromaten angereichert. Es kann entweder unmittelbar als Strom D2) abgezogen oder einer weiteren Aufarbeitung unterzogen werden. Bevorzugt wird das bei der Destillation in Schritt d2) anfallende Sumpfprodukt in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt. Vorzugsweise wird ein erster Teilstrom in Schritt d) der absorpti- ven Auftrennung des Austrage aus der Dealkylierungszone, z. B. als Lösungsmittel, zurückgeführt. Dazu wird dieser Teilstrom, soweit erforderlich, auf eine geeignete Temperatur gekühlt. Ein zweiter Teilstrom wird als Strom D2) abgezogen. Dieser Strom D2) wird vorzugsweise zumindest teilweise in die Dealkylierungszone von Schritt c) zurückgeführt. Der Strom D2) kann vor der Rückführung in die Dealkylierungszone von Schritt c) einer Abtrennung von Bestandteilen, die nicht zum Strom D2) gehören, unterzogen werden. Dies ist z. B. dann vorteilhaft, falls ein Absorptionslösungsmittel ver- wendet wird, das nicht als Zwischenprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens anfällt. Es ist zudem vorteilhaft, an dieser Stelle von Strom D2) noch einen Purgestrom abzuziehen und z. B. in eine Verbrennungsvorrichtung zu führen, um die Anreicherung von unter den Bedingungen der Dealkylierung nicht oder langsam reagierenden Komponenten zu verringern. The bottom product obtained during the distillation in step d2) contains the aromatics which are not or not sufficiently converted in the case of dealkylation, ie it is enriched in aromatics which are sparingly or not dealkylated. It can either be withdrawn directly as stream D2) or subjected to further work-up. Prefers is the resulting in the distillation in step d2) bottom product divided into at least two partial streams. Preferably, a first substream in step d) of the absorptive separation of the discharge from the Dealkylierungszone, z. As a solvent, recycled. For this purpose, this partial stream, if necessary, cooled to a suitable temperature. A second partial stream is withdrawn as stream D2). This stream D2) is preferably at least partially recycled to the dealkylation zone of step c). Stream D2) may be subjected to separation of constituents other than stream D2) prior to recycling to the dealkylation zone of step c). This is z. B. advantageous if an absorption solvent is used, which is not obtained as an intermediate of the process according to the invention. It is also advantageous at this point of stream D2) deduct a purge and z. B. in a combustion device to reduce the accumulation of under the conditions of dealkylation not or slowly reacting components.
Der Strom D2) wird vor seiner Einspeisung in die Dealkylierung vorzugsweise einer Verdampfung unterzogen. Eine bevorzugte Variante ist in Figur 2 wiedergegeben und in der zugehörigen Figurenbeschreibung erläutert. Der in Schritt d) erhaltene Strom D3), der an Aromaten abgereichert und an leicht flüchtigen Nebenprodukten angereichert ist, kann verschiedenen Verwendungen zugeführt werden. Dazu zählt zum einen die Verbrennung. Bei räumlicher Nähe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem Zellstoffprozess kann es vorteilhaft sein, Strom D3) in eine Vorrichtung des Zellstoffprozesses einzuspeisen. Besonders bevorzugt wird der Strom D3) in die Ablaugeverbrennung (recovery boiler) eingespeist. DieseThe stream D2) is preferably subjected to evaporation before it is fed into the dealkylation. A preferred variant is shown in FIG. 2 and explained in the associated description of the figures. The stream D3) obtained in step d), which is depleted of aromatics and enriched in highly volatile by-products, can be put to various uses. This includes on the one hand the combustion. When the process according to the invention is spatially close to a pulp process, it may be advantageous to feed stream D3) into an apparatus of the pulp process. Particularly preferably, the stream D3) is fed into the waste liquor combustion (recovery boiler). These
Ausführung hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Vorrichtungen für die Dampf- oder Stromerzeugung oder die Rauchgasentschwefelung bei der Verbrennung des Stroms D3) benötigt werden. In einer anderen Variante wird der Verbrennung des Stroms D3) eine Entschwefelung, z. B. in Form einer Schwefelwasserstoff entfernenden Gaswä- sehe, gefolgt von einer Umwandlung des gebildeten H2S in elementaren Schwefel, vorgeschaltet. Die Bildung von Schwefel kann nach bekannten Verfahren, z. B. dem Claus-Prozess, erfolgen. Embodiment has the advantage that no additional devices for the steam or power generation or the flue gas desulfurization in the combustion of the stream D3) are needed. In another variant, the combustion of the stream D3) is a desulfurization, z. B. upstream in the form of a hydrogen sulfide removing gas, followed by a conversion of the formed H2S in elemental sulfur. The formation of sulfur can by known methods, for. As the Claus process done.
Bevorzugt wird der in Schritt d) erhaltene Strom D3) zumindest teilweise zur Herstel- lung von Synthesegas einsetzt. Wenn nach der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Auftrennung des Austrage aus der Dealkylierungszone in Schritt d) eine Absorption umfasst, wird der die Absorptionsvorrichtung verlassende Gasstrom (Strom D3), gegebenenfalls nach einem Reinigungs- schritt zur Entfernung von Absorptionsmittel und/oder Aromaten, vorzugsweise zumindest teilweise zur Herstellung von Synthesegas einsetzt. Preferably, the stream D3) obtained in step d) is used at least partly for the production of synthesis gas. If, according to the preferred embodiment of the process according to the invention described above, the separation of the discharge from the dealkylation zone in step d) comprises an absorption, the gas stream leaving the absorption device (stream D3), if appropriate after a cleaning step for the removal of absorbent and / or aromatics, preferably at least partially used for the production of synthesis gas.
Der Begriff "Synthesegas" bezeichnet im Rahmen der Erfindung ein Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch. Dieses Gasgemisch kann zusätzlich weitere Gase enthalten, wie CO2, CH4, etc. Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Synthesegas mit hohem Gehalt an Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Gegebenenfalls kann zur Synthesegasherstellung wenigstens ein weiterer Strom eingesetzt werden, der z. B. Wasserdampf und/oder Sauerstoff enthält. Es ist auch möglich, einen Abgasstrom aus der Pyrolyse in Schritt b) und/oder der Dealkylierung in Schritt c) bei der Synthesegasherstellung einzusetzen. Dabei kann es sich z. B. um ein Abbrandgas aus der Verbrennung schwer flüchtiger Komponenten handeln. Durch die Einspeisung eines solchen Abgasstroms kann das H2/CO-Verhältnis des Synthesegases verringert werden. The term "synthesis gas" in the context of the invention refers to a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture. This gas mixture may additionally contain other gases, such as CO2, CH 4 , etc. Advantageously, the inventive method allows the production of synthesis gas with a high content of carbon monoxide and hydrogen. Optionally, at least one further stream can be used for synthesis gas production, the z. B. water vapor and / or oxygen. It is also possible to use an exhaust gas stream from the pyrolysis in step b) and / or the dealkylation in step c) in the syngas production. It may be z. B. to act as a combustion gas from the combustion of volatile components. By feeding such an exhaust gas stream, the H2 / CO ratio of the synthesis gas can be reduced.
Die Synthesegasherstellung umfasst vorzugsweise die folgenden Stufen: The synthesis gas production preferably comprises the following stages:
eine Reformierungsstufe,  a reforming stage,
- eine Konvertierungsstufe (in die nötigenfalls noch zusätzliches Wasser geführt wird), in der die Wassergas-Shift-Reaktion (CO + H20 H2 + C02) abläuft, gegebenenfalls eine Stufe zur teilweisen Abtrennung von Sauergasen, wie z. B. C02. Die Ausführung der Synthesegas-Erzeugung entspricht dabei dem Stand der Technik, wie er z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Artikel "Gas Production", DOI: 10.1002/14356007.a12_169.pub2, beschrieben ist. - A conversion stage (in the still necessary additional water is performed), in which the water gas shift reaction (CO + H 2 0 H 2 + C0 2 ) takes place, optionally a stage for the partial separation of acid gases, such as. B. C0 2 . The execution of the syngas generation corresponds to the prior art, as he z. In Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, article "Gas Production", DOI: 10.1002 / 14356007.a12_169.pub2.
In einer bevorzugten Variante wird das in dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Synthesegas Strom 1 1 (nötigenfalls nach weiteren an sich bekannten Reinigungsschritten zur Entfernung von Wasser, schwefelhaltigen Komponenten, CO2, etc.) vollständig oder teilweise einer Verwendung in mindestens einem Verfahren, das Wasserstoff, CO oder Mischungen aus beiden verbraucht, eingesetzt. Dazu zählen z. B. eine Hydrierung, Hydroformylierung, Carbonylierung, Methanolsynthese, Synthese von Koh- lenwasserstoffen nach Fischer-Tropsch, etc. In a preferred variant, the synthesis gas stream 1 1 produced in the process according to the invention (if necessary after further purification steps known per se for removing water, sulfur-containing components, CO 2, etc.) is used completely or partially for use in at least one process comprising hydrogen, CO or mixtures of both consumed used. These include z. As a hydrogenation, hydroformylation, carbonylation, methanol synthesis, synthesis of hydrocarbons Fischer-Tropsch, etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein in dem Verfahren erzeugter synthesegashaltiger Strom oder ein aus dem Synthesegas hergestellter, an Wasserstoff angereicherter Strom in die Pyrolyse in Schritt b) und/oder in die Dealkylierung in Schritt c) eingespeist. Eine Anreicherung des Synthesegases an Wasserstoff kann, wie zuvor beschrieben, durch Wassergas-Shift-Reaktion erfolgen. Bevorzugt wird ein in dem Verfahren erzeugter synthesegashaltiger Strom oder ein aus dem Synthesegas hergestellter, an Wasserstoff angereicherter Strom in die Dealkylierung in Schritt c) eingespeist. Der besondere Vorteil dieser Variante ist, dass der Anteil von Phenol(en) an den Produkten der Dealkylierung höher ist als bei der reinen Dampfdealkylierung, d. h. ohne Wasserstoffzufuhr. Die höhere Phenolbildung stellt einen wirtschaftlichen Vorteil dar, da Phenol ein hochwertigerer Wertstoff ist als sauerstofffreie Aromaten, wie Benzol. Zudem ist Wasserstoff, der nicht im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, kostspieliger und in vielen Fällen nicht oder nur mit hohem Aufwand verfügbar, vor allem dann, wenn die Dealkylierung abseits eines chemischen Verbundstandorts durchgeführt werden soll. In a preferred embodiment of the method according to the invention, a synthesis gas-containing stream produced in the process or a hydrogen-enriched stream prepared from the synthesis gas is introduced into the pyrolysis in step b). and / or into the dealkylation in step c). An enrichment of the synthesis gas to hydrogen, as described above, carried out by water gas shift reaction. Preferably, a synthesis gas-containing stream produced in the process or a hydrogen-enriched stream prepared from the synthesis gas is fed into the dealkylation in step c). The particular advantage of this variant is that the proportion of phenol (s) in the products of the dealkylation is higher than in the pure steam dealkylation, ie without hydrogen supply. The higher phenol formation represents an economic advantage, since phenol is a higher value material than oxygen-free aromatics, such as benzene. In addition, hydrogen, which is not produced in the process according to the invention, more expensive and in many cases not or only with great effort available, especially if the dealkylation is to be performed away from a chemical Verbundortortsorts.
Figurenbeschreibung figure description
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Bild 1 dargestellt. A preferred embodiment of the method according to the invention is shown in FIG.
Ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial (1 ) wird einer Pyrolyse unterzogen. A lignin-containing starting material (1) is subjected to pyrolysis.
Das Pyrolysegas (2) wird zusammen mit einem Hydriergasstrom (5) in eine Dealkylie- rungseinheit geführt, im Wesentlichen, ohne dass eine Kondensation oder andere Auf- trennung des Stromes durchgeführt wird. The pyrolysis gas (2) is fed together with a hydrogenation gas stream (5) into a dealkylation unit, essentially without any condensation or other separation of the stream being carried out.
Der Austrag aus der Dealkylierungszone (6) wird einer Auftrennung in die folgenden drei Ströme unterzogen: The discharge from the dealkylation zone (6) is subjected to separation into the following three streams:
Wertprodukt (Strom (7)), ein Stoff bzw. Stoffgemisch, das durch die oben be- schriebene Dealklierung entstanden ist;  Value product (stream (7)), a substance or substance mixture which has arisen through the above-described deal-deal;
nicht oder unvollständig dealkyliertes Produkt (Strom (8)). Dieses enthält Stoffe, die nicht oder in geringerem Umfang als das Wertprodukt dealkyliert worden sind; Strom (9), der leicht flüchtige Nebenprodukte enthält. Diese sind ausgewählt unter Methan und anderen Kohlenwasserstoffen, H2O, CO, CO2 und schwefelhalti- gen Nebenprodukten (bei Lignin aus dem Kraft-Prozess vor allem H2S).  not or incompletely dealkylated product (stream (8)). This contains substances that have not been dealkylated or to a lesser extent than the desired product; Stream (9) containing volatile by-products. These are selected from methane and other hydrocarbons, H2O, CO, CO2 and sulfur-containing by-products (in the case of lignin from the Kraft process, especially H2S).
Optional wird vom Austrag aus der Dealkylierungszone (6) ein Wasserstrom abgetrennt und ausgeschleust. Strom (7) wird, gegebenenfalls nach einer weiteren Aufarbeitung, als Produktstrom abgezogen. Optionally, a stream of water is separated and discharged from the discharge from the dealkylation zone (6). Stream (7) is withdrawn, optionally after further work-up, as a product stream.
Der an nur gering oder nicht dealkylierten Aromaten angereicherte Strom (8) wird über eine Verdampfung wieder der Dealkylierung zugeführt. Eine bevorzugte Ausführung der Verdampfung ist in Figur 2 abgebildet und im Folgenden beschrieben. The enriched in only slightly or non-dealkylated aromatics stream (8) is returned via an evaporation of the dealkylation. A preferred embodiment of the evaporation is shown in FIG. 2 and described below.
Der die leichtflüchtigen Nebenprodukte enthaltende Strom (9) aus der Auftrennung kann verschiedenen Verwendungen, wie z. B. einer geeigneten Verbrennung, zuge- führt werden, wobei es bei räumlicher Nähe zu einem Zellstoffprozess vorteilhaft ist, Strom (9) in einen Apparat desselben zu führen, besonders bevorzugt in die Ablaugeverbrennung (recovery boiler). Diese Ausführung hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Apparate für die Dampf- oder Stromerzeugung oder die Rauchgasentschwefelung benötigt werden. In einer anderen Variante wird der Verbrennung eine Entschwe- feiung, z. B. in Form einer Schwefelwasserstoff entfernenden Gaswäsche, gefolgt von einer Umwandlung des F S in elementaren Schwefel (z. B. Claus-Prozess), vorgeschaltet. The stream (9) from the separation containing the volatile byproducts can be used for various purposes, such as e.g. B. a suitable combustion, are supplied, wherein it is advantageous in spatial proximity to a pulp process to lead current (9) in an apparatus of the same, particularly preferably in the waste liquor combustion (recovery boiler). This design has the advantage that no additional apparatus for steam or electricity generation or flue gas desulfurization are needed. In another variant, the combustion is a deflagration, z. B. in the form of a hydrogen sulfide removing gas scrubber, followed by a conversion of the F S in elemental sulfur (eg Claus process) upstream.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird Strom (9) einer Reformierungs- einheit zugeführt, in der, gegebenenfalls unter Einspeisung eines Wasser oder Sauerstoff enthaltenden optionalen Stroms (10), die enthaltenen organischen Komponenten zu einem CO und H enthaltenden Synthesegas (1 1 ) umgewandelt werden. In a particularly preferred embodiment, stream (9) is fed to a reforming unit in which, optionally with the introduction of an optional stream (10) containing water or oxygen, the organic components contained are converted to a synthesis gas (11) containing CO and H. ,
Sofern es sich bei der Dealkylierung um eine Hydrodealkylierung handelt, kann ein aus der Synthesegas-Erzeugung erhaltener wasserstoffhaltiger Strom (12) in die Dealkylierung geführt werden. When the dealkylation is a hydrodealkylation, a hydrogen-containing stream (12) obtained from synthesis gas production can be passed into the dealkylation.
Sofern zur Pyrolyse Wasserstoff eingesetzt wird, kann ein aus der Synthesegas- Erzeugung erhaltener wasserstoffhaltiger Strom (13) in die Pyrolyse geführt werden. If hydrogen is used for the pyrolysis, a hydrogen-containing stream (13) obtained from synthesis gas production can be conducted into the pyrolysis.
Figur 2 zeigt die Verdampfung eines aromatenhaltigen Stroms, wie er z. B. bei der ab- sorptiven und destillativen Auftrennung des Austrage aus der Dealkylierungszone als Strom D2) (in Figur 1 mit (8) bezeichnet) anfällt. Strom (8) wird vor der Rückführung in die Dealkylierung vorzugsweise einer Verdampfung unterzogen, wie sie in Figur 2 dar- gestellt ist. Figure 2 shows the evaporation of an aromatics-containing stream, as z. B. in the absorptive and distillative separation of the discharge from the Dealkylierungszone as stream D2) (in Figure 1 with (8) denotes) is obtained. Stream (8) is preferably subjected to evaporation before being returned to the dealkylation, as shown in FIG.
Der Aromatenstrom (8) wird in Apparat A auf eine Temperatur vorgewärmt, bei der in flüssiger Phase noch keine nennenswerte Zersetzung stattfindet. Der so vorgewärmte Strom (Strom 100) wird in einem Apparat B mit einem gasförmigen Strom (Strom 200) zusammengeführt, dessen Menge, Temperatur und Zusammensetzung so gewählt sind, dass der Strom 100 teilweise oder vollständig verdampft. Der Strom 200 enthält Reaktanden der Dealkylierung, d. h. im Falle der Dampfdealkylierung Wasserdampf und im Falle der Hydrodealkylierung ein Wasserstoff enthaltendes Gas (Strom 5 in Figur 1 ). Die Mengen der Ströme 100 und 200 werden so eingestellt, dass sich in dem Apparat B verlassenden Strom 300 eine für die gewählte Art der Dealkylierung günstige Zusammensetzung ergibt. The Aromatenstrom (8) is preheated in apparatus A to a temperature at which no significant decomposition takes place in the liquid phase. The thus preheated stream (stream 100) is in an apparatus B with a gaseous stream (stream 200) merged, the amount, temperature and composition are chosen so that the stream 100 partially or completely evaporated. Stream 200 contains dealkylation reactants, ie steam in the case of steam dealkylation and hydrogen-containing gas in case of hydrodealkylation (stream 5 in FIG. 1). The amounts of streams 100 and 200 are adjusted so that stream 300 leaving in apparatus B gives a composition favorable for the type of dealkylation chosen.
Apparat B ist als Flüssig-Gas-Kontaktapparat gemäß Stand der Technik ausgeführt, z. B. als Behälter mit Strahldüse oder Kolonne, wobei Strom 100 oben zugeführt wird. Flüssigkeit und Gas werden im Gleich- oder Gegenstrom geführt, im unteren Teil kann nötigenfalls ein schwerflüchtiger Rückstand (Strom 250) abgezogen werden. Alternativ kann Apparat B auch als Wirbelschicht ausgeführt werden. Über das extern beheizte Wirbelgut lässt sich effizient zusätzliche Energie in den Strom 100 eintragen. Apparatus B is designed as a liquid-gas contact apparatus according to the prior art, for. B. as a container with jet nozzle or column, wherein stream 100 is supplied at the top. Liquid and gas are passed in cocurrent or countercurrent, in the lower part, if necessary, a low-volatile residue (stream 250) are deducted. Alternatively, apparatus B can also be designed as a fluidized bed. Via the externally heated fluidized material, additional energy can be efficiently entered into the stream 100.
In einer bevorzugten Variante wird Strom 300 aufgeteilt in die Ströme 400 und 500, wobei Strom 400 zur Dealkylierung und Strom 500 über einen Wärmeübertrager C in Apparat B zurück geführt wird. Diese Variante erlaubt die Begrenzung der Temperaturen der Ströme 100, 200 und 500 (nach Wärmeübertrager) auf Grenzwerte, die sich aus der Verfügbarkeit der Wärmequellen, der thermischen Stabilität der Stoffe und der Stabilität der Werkstoffe ergeben. Der entlang der Ströme 300, 400 und 500 naturgemäß entstehende Druckverlust wird durch eine geeignete Einrichtung zur Verdichtung ausgeglichen. Hierfür können allgemein bekannte Verdichter oder Ventilatoren eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, den Apparat B vollständig oder teilweise als Flüssigkeitsstrahl-Ventilator auszuführen, wobei Strom 100 als Treibmedium verwendet wird. In diesem Fall kann, sofern die Menge von Strom 100 nicht für die benötigte Verdichtungsleistung ausreicht, Flüssigkeit über Apparat B im Kreislauf gefahren werden. In a preferred variant, stream 300 is split into streams 400 and 500, with dealkylation stream 400 and stream 500 returned to apparatus B via heat exchanger C. This variant allows limiting the temperatures of the streams 100, 200 and 500 (after heat exchangers) to limit values that result from the availability of the heat sources, the thermal stability of the materials and the stability of the materials. The naturally occurring pressure loss along the streams 300, 400 and 500 is compensated by a suitable means for compression. For this purpose, well-known compressor or fans can be used. But it is also possible to carry out the apparatus B completely or partially as a liquid jet fan, wherein current 100 is used as the driving medium. In this case, if the amount of stream 100 is not sufficient for the required compaction performance, liquid can be circulated via apparatus B in the circuit.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung einer Aromatenzusammensetzung mit hohem Gehalt an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial, bei dem man a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt, b) das ligninhaltige Ausgangsmaterial einer Pyrolyse unterzieht, wobei ein Pyrolysegasstrom erhalten wird, c) den Pyrolysegasstrom im Wesentlichen ohne Abtrennung einer stofflichen Komponente in eine Dealkylierungszone einspeist und in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Wasserdampf umsetzt, d) der Dealkylierungszone einen Austrag entnimmt und einer Auftrennung unter Gewinnung der Aromatenzusammensetzung unterzieht. A process for the preparation of an aromatics composition high in mononuclear, low or unalkylated aromatics from a lignocellulosic starting material comprising: a) providing a lignocellulosic starting material, b) pyrolysis of the lignocellulosic starting material to obtain a pyrolysis gas stream, c) the pyrolysis gas stream essentially without separation of a material component in a Dealkylierungszone feeds and reacts in the presence of hydrogen and / or steam, d) the Dealkylierungszone takes a discharge and subjected to a separation to obtain the Aromatenzusammensetzung.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Schritt a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitgestellt wird, das mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse des Materials, Lignin enthält. A method according to claim 1, wherein in step a) a lignin-containing starting material is provided which contains at least 10% by weight, preferably at least 15% by weight, based on the dry matter of the material, of lignin.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials in Schritt a) ein Lignocellulosematerial aus Holz und/oder Pflanzenfasern eingesetzt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein for providing the lignin-containing starting material in step a) a lignocellulosic material of wood and / or vegetable fibers is used.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials in Schritt a) ein ligninhaltiger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulosematerials zur Herstellung von Cellulose (Zellstoff) eingesetzt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein for providing the lignin-containing starting material in step a) a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material for the production of cellulose (pulp) is used.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials in Schritt a) ein ligninhaltiger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulosematerials mit einem alkalischen Behandlungsmedium eingesetzt wird, bevorzugt eine Schwarzlauge, insbesondere eine Schwarzlauge aus dem Kraft-Aufschluss (Sulfat-Aufschluss). The method of claim 4, wherein for providing the lignin-containing starting material in step a) a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material is used with an alkaline treatment medium, preferably a black liquor, in particular a black liquor from the Kraft pulping (sulfate pulping).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials in Schritt a) eine Schwarzlauge angesäuert wird, so dass zumin- dest ein Teil des enthaltenen Lignins ausfällt und das ausgefallene Lignin durch Filtration isoliert wird. 6. The method of claim 5, wherein to provide the lignin-containing starting material in step a) a black liquor is acidified, so that at least at least part of the lignin contained precipitates and the precipitated lignin is isolated by filtration.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in Schritt b) erhaltene Pyrolysegasstrom substituierte Aromaten und/oder mehrkernige Aro- maten enthält. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the pyrolysis gas stream obtained in step b) contains substituted aromatics and / or polynuclear aromatics.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von dem in Schritt b) erhaltenen Pyrolysegasstrom vor dessen Eintritt in die Dealkylierungszone im Wesentlichen keine darin enthaltenen Komponenten auskondensiert werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein from the pyrolysis gas stream obtained in step b) prior to its entry into the Dealkylierungszone substantially no components contained therein are condensed out.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Pyrolysegasstroms nach dem Austritt aus der Pyrolysezone und vor dem Eintritt in die Dealkylierungszone immer höchstens 200 °C, besonders bevorzugt immer höchstens 100 °C, unterhalb der Austrittstemperatur aus der Pyrolysezone liegt. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the temperature of the pyrolysis gas stream after exiting the pyrolysis zone and before entering the Dealkylierungszone always at most 200 ° C, more preferably always at most 100 ° C, below the outlet temperature from the pyrolysis zone.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung in Schritt c) eine Hydrodealkylierung oder eine Dampfdealkylierung oder eine Mischform davon umfasst. A process according to any one of the preceding claims, wherein the reaction in step c) comprises a hydrodealkylation or a vapor dealkylation or a mixed form thereof.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur in der Dealkylierungszone in einem Bereich von 400 bis 900 °C, bevorzugt von 500 bis 800 °C, liegt. 1 1. A process according to any one of the preceding claims, wherein the temperature in the dealkylation zone is in a range of from 400 to 900 ° C, preferably from 500 to 800 ° C.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der absolute Druck in der Dealkylierungszone in einem Bereich von 1 bis 100 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 20 bar, insbesondere von 1 bis 10 bar, liegt. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the absolute pressure in the dealkylation zone in a range of 1 to 100 bar, more preferably from 1 to 20 bar, in particular from 1 to 10 bar, is located.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Austrag aus der Dealkylierungszone in Schritt d) einer Auftrennung unter Erhalt der folgenden drei Ströme unterzogen wird: 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the discharge from the dealkylation zone in step d) is subjected to a separation to obtain the following three streams:
D1 ) einem an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten angereicherten Strom, D1) an enriched in mononuclear, low or non-alkylated aromatics stream,
D2) einem an gering oder nicht dealkylierten Aromaten angereicherten Strom, D3) einem an flüchtigen Nebenprodukten, die leichter als D1 ) und D2) sind, angereicherten Strom. D2) an enriched in low or non dealkylated aromatics stream, D3) an enriched stream of volatile by-products lighter than D1) and D2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auftrennung des Austrags aus der Dealkylierungszone in Schritt d) eine Absorption umfasst. A process according to any one of the preceding claims, wherein the separation of the effluent from the dealkylation zone in step d) comprises absorption.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Auftrennung des Austrags aus der Dealkylierungszone in Schritt d) die folgenden Teilschritte umfasst: d1 ) Inkontaktbringen des in Schritt c) erhaltenen Austrags aus der Dealkylierungszone mit einem Absorptionsmittel unter Erhalt eines an Aromaten angereicherten Absorbats und eines an Aromaten abgereicherten Gasstroms D3), The process of claim 14, wherein the separation of the discharge from the dealkylation zone in step d) comprises the following substeps: d1) contacting the effluent from the dealkylation zone obtained in step c) with an absorbent to obtain an aromatics-enriched absorbate and an aromatics-depleted Gas stream D3),
Auftrennung des Absorbats in einen das Absorptionsmittel enthaltenden Strom, einen an einkernigen, gering oder nicht alkylierten Aromaten angereicherten Strom D1 ) und einen an gering oder nicht dealkylierten Aromaten angereicherten Strom D2), Separation of the absorbate into a stream containing the absorbent, a stream D 1 enriched in mononuclear, low or non-alkylated aromatics and stream D 2 enriched in slightly or non-dealkylated aromatics,
Zurückführung des das Absorptionsmittel enthaltenden Stroms Recycling the stream containing the absorbent
Schritt en ), d4) gegebenenfalls Zurückführung wenigstens eines Teils des Stroms D2) in die Dealkylierungszone in Schritt c).  Step en), d4) optionally recycling at least part of the stream D2) into the dealkylation zone in step c).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei man den in Schritt d) erhaltenen Strom D3) zumindest teilweise zur Herstellung von Synthesegas einsetzt. Process according to one of claims 13 to 15, wherein the stream D3) obtained in step d) is used at least partly for the production of synthesis gas.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei man den in Schritt d) erhaltenen Strom zumindest teilweise einer Reformierung und/oder Konvertierung unterzieht. The process of claim 16, wherein the stream obtained in step d) is at least partially subjected to reforming and / or conversion.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei man einen synthesegashaltigen Strom oder einen aus dem Synthesegas hergestellten, an Wasserstoff angereicherten Strom in die Pyrolyse in Schritt b) und/oder in die Dealkylie- rung in Schritt c) einspeist. A process according to any one of claims 16 or 17, wherein a synthesis gas-containing stream or a hydrogen-enriched stream prepared from the synthesis gas is fed into the pyrolysis in step b) and / or into the dealkylation in step c).
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