WO2012013735A1 - Composition comprising catalyst and lignin and its use for producing an aromatic composition - Google Patents

Composition comprising catalyst and lignin and its use for producing an aromatic composition Download PDF

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Roman Prochazka
Stephan Schunk
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    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the present invention relates to a composition ("composite") containing lignin and at least one catalyst dispersed in the composition.
  • the invention further relates to a process for the preparation of such a catalyst and lignin-containing composition and their use for the preparation of a flavor composition.
  • 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.
  • 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.
  • WO 2008/027699 A2 describes a process in which lignin originating from 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 lignin-enriched fraction are isolated from the digested material, subjected to lignin-enriched fraction of a depolymerization and isolated from the Depolymerisations.
  • 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.
  • 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
  • the process should have at least one of the following properties:
  • Another object is to provide a catalyst-containing composition which is advantageously suitable for use in such a process. It has surprisingly been found that the abovementioned disadvantages are reduced or avoided by subjecting a lignin-containing starting material to pyrolysis, the lignin-containing starting material being partly or wholly present as a composite ("composite") containing at least one catalyst distributed therein. It is particularly advantageous if the composite is subjected to compaction on contacting the lignin-containing starting material with the catalyst and / or subsequently.
  • a first subject of the invention is a composite containing lignin and at least one pyrolysis catalyst dispersed in the composite.
  • Another object of the invention is a composite which is obtainable by a process in which one provides a lignin-containing starting material and brings intimately into contact with at least one pyrolysis catalyst.
  • Another object of the invention is a process for preparing a composite, in which one provides a lignin-containing starting material and intimately brings into contact with a pyrolysis catalyst.
  • a further subject of the invention is a process for the preparation of an aroma composition from a lignin-containing starting material, in which a composite containing lignin and at least one pyrolysis catalyst dispersed in the composite is subjected to pyrolysis.
  • the material is subjected to compaction during and / or after contacting the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst.
  • a further subject matter of the invention is a process for the preparation of a flavoring composition from a lignin-containing starting material, in which: a) a lignin-containing starting material is provided,
  • step b) subjecting the compacted composite obtained in step b) to pyrolysis in a pyrolysis zone
  • step d) the fraction D1) obtained in step d) is at least partially recycled to the pyrolysis zone.
  • the aromatic composition obtained by the process according to the invention corresponds in composition to a high-grade bio-oil. It is characterized by its high content of low molecular weight and higher molecular weight, non-water soluble organic compounds, which are mainly aromatic compounds. It is therefore particularly suitable as an intermediate for the production of biofuels and chemicals.
  • the aromatic composition obtained by the process according to the invention has a high proportion of aromatic compounds with up to 15 aromatic Wrestling up.
  • the content of aromatic compounds having up to 15 aromatic rings is at least 50% by weight, based on the total weight of the aromatic composition.
  • the aromatic composition obtained by the process according to the invention has a high content of mononuclear aromatic compounds.
  • Mononuclear aromatics are also referred to in the context of the invention as "monomeric aromatics”.
  • Polynuclear aromatics having from 2 to 15 aromatic rings are also referred to as "oligomeric aromatics”.
  • the flavor composition obtained by the process according to the invention contains at least 1% by weight, more preferably at least 2% by weight, of mononuclear aromatic compounds.
  • the aroma composition obtained by the process according to the invention can advantageously be subjected to a subsequent dealkylation.
  • the dealkylation products obtained in this way have a markedly increased content of mononuclear dealkylated aromatics compared with the aromatics composition used.
  • the process according to the invention makes it possible to prepare an aromatic composition containing monomeric aromatic compounds selected from benzene, toluene, xylenes, ethylbenzene, phenol, phenol ethers, cresols, xylenols, guasols, veratroles, resorcinols, catechols, hydroquinones and others thereof Links.
  • 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 a complete oxidation of the carbon contained in the lignin-containing starting material to CO2 is necessary.
  • Pyrolysis is generally endothermic.
  • a composite designates a composition for the production of which a lignin-containing starting material and at least one pyrolysis catalyst are brought into intimate contact with one another.
  • the composite according to the invention is comparable to a dispersion in which the catalyst is finely dispersed as a dispersed phase is present in the lignin-containing starting material as a continuous phase.
  • lignin-containing starting material and pyrolysis catalyst are subjected to compaction during and / or after contacting. Compression is a physical treatment in which the components are subjected to a treatment under elevated pressure. Conventional compression methods generally lead to the components being brought into intimate contact. The compression is associated with at least one of the following effects:
  • the composite of the invention contains the lignin preferably in an amount of 60 to 99 wt .-%, particularly preferably from 70 to 95 wt .-%, based on the total weight of the composite.
  • the composite according to the invention preferably contains the pyrolysis catalyst in an amount of from 0.1 to 20% by weight, more preferably from 0.2 to 5% by weight, based on the total weight of the composite.
  • the composite preferably has a content of at normal conditions (20 ° C, 1013 mbar) liquid components of at most 20 wt .-%, particularly preferably of at most 5 wt .-%.
  • the composite preferably has a water content of at most 20% by weight, particularly preferably at most 5% by weight.
  • the composite preferably has an average particle size in the range from 1 to 2000 ⁇ , particularly preferably from 100 to 1000 ⁇ on.
  • the d90 value of the composite is preferably at most 2500 ⁇ , particularly preferably at most 2000 ⁇ .
  • the d50 value of the composite is preferably at most 1500 ⁇ , more preferably at most 1250 ⁇ .
  • the d10 value of the composite is preferably at most 600 ⁇ , more preferably at most 500 ⁇ .
  • the determination of the above-mentioned particle sizes can be carried out by known methods, for. B. dynamic laser light scattering done. To set a desired average particle size and a desired particle size distribution, the usual screening devices can be used.
  • the composite preferably has a bulk density in the range from 0.3 to 0.8 g / l, more preferably from 0.4 to 0.7 g / l.
  • Another object of the invention is a method for producing a composite containing lignin and at least one distributed in the composite pyrolysis catalyst.
  • a lignin-containing starting material is provided and intimately brought into contact with the pyrolysis catalyst.
  • densification takes place, ie. H. the contacting and compacting can take place separately from each other or partially or completely together.
  • lignin-containing starting materials relate in full to both the preparation of the composites according to the invention and the preparation of an aroma composition by the process according to the invention described below.
  • 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 is provided, which contains at least 10 wt .-%, preferably at least 15 wt .-%, based on the dry matter of the material, lignin.
  • suitable are lignin-containing compositions containing 10 to 100 wt .-%, particularly preferably 15 to 95 wt .-%, based on the dry matter of the material, lignin.
  • the term 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.
  • Lignocellulose forms the structural framework of the plant cell wall and contains lignin, hemicelluloses and cellulose as main components. Further constituents of the plant cell wall and thus obtained lignocellulose-containing materials are, for.
  • silicates extractable low molecular weight organic compounds (so-called extractives 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.
  • typical structural units of lignin are p-hydroxyphenylpropane, guaiacylpropane, and syringylpropane linked together by ether bonds and carbon-carbon bonds.
  • 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 various types of wood, ie hardwoods, such as maple, birch, pear, oak, alder, ash, eucalyptus, hornbeam, cherry, linden, walnut, poplar, willow, etc. and conifers such as Douglas fir, spruce, yew, Hemlock, pine, larch, fir, cedar, etc.
  • Wood can be distinguished not only in deciduous and coniferous wood, but also in so-called "hardwoods” and “softwoods”, which is not synonymous with the terms deciduous or conifers.
  • Softwood in contrast to hardwood, is lighter in weight Wood (ie wood with a density of less than 0.55 g / cm 3 , such as willows, poplars, linden and almost all conifers).
  • all hard and all softwoods are suitable for use in the production of the composites of the invention and in the process according to the invention for the preparation of an aromatic composition.
  • the wood used can also be made up, eg. In the form of pellets.
  • Suitable residues in the woodworking industry are not only wood waste but also 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, wood chips, 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 latter also including lignin.
  • a lignocellulose-containing material is provided, 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. In WO 2010/026244.
  • 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 which is selected from hemicellulose, cellulose, degradation products of the aforementioned components, digestion chemicals and mixtures thereof.
  • a lignin-containing fraction which contains at least one further component in addition to lignin is used to provide the lignin-containing starting material, then at least some of the compounds other than lignin can be removed before being brought into contact with the pyrolysis catalyst.
  • the components removed from the lignin-containing fraction are preferably subjected to further work-up and / or thermal recovery, preferably in the course of the cellulose production process from which the lignin-containing fraction was obtained.
  • the pH of the lignin-containing fraction can 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. B. CC> 2 (or resulting therefrom with water carbon dioxide), mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid.
  • 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.
  • At least a portion of the lignin-distinct compounds are removed from the lignin-containing fraction by filtration, centrifugation, extraction, precipitation, distillation, stripping or a combination thereof.
  • the person skilled in the art can use the separation process to determine the composition of the lignin-containing compounds Control the fraction and thus the composite.
  • 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 (Ed.): Mathematical Models and Design Methods in Solid-Liquid Separation, NATO ASI Series E No. 88, Martinus Nijhoff, Dordrecht 1985, pages 90ff.) And cross-flow filtrations (e.g. 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.
  • a solvent which is immiscible with the treatment medium from pulp production or at least one solvent having a miscibility gap can be used, in which lignin and optionally further desired components are soluble in a sufficient amount.
  • the separation of components which can be decomposed without decomposition from the lignin-containing fraction can be carried out by customary distillation methods 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.
  • a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material which comprises at least part of the liquid treatment medium from the digestion is used to provide the lignin-containing starting material.
  • the lignin-containing stream is then subjected to precipitation of a lignin-containing fraction, followed by partial or complete removal of the liquid components, to provide the lignin-containing starting material for the preparation of the composite of the present invention.
  • 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.
  • 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.
  • 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. Particularly suitable is the so-called lignoboost process. Lignoboost methods are described in WO 2006/038863 (EP 1797236 A1) and WO 2006/031 175 (EP 1794363 A1), to which reference is made here.
  • the lignin-containing starting material is already subjected to compaction before being brought into contact with the pyrolysis catalyst. Even with such a “precompacting” is carried out during and / or after contacting with the pyrolysis catalyst usually a further compaction.
  • pyrolysis catalyst also refers to catalyst precursors which are converted into the catalytically active form only before or during pyrolysis.
  • an acidic pyrolysis catalyst is used as the pyrolysis catalyst.
  • Suitable acidic pyrolysis catalysts are Lewis acidic and Bröstedt acidic pyrolysis catalysts.
  • the pyrolysis catalysts suitable for use in the composites of the invention are preferably selected from:
  • Preferred water-insoluble catalysts I) are characterized by a defined acidity.
  • Suitable catalysts I) are oxidic catalysts, which are preferably selected from oxides, oxide mixtures or mixed oxides of the main and sub-group elements.
  • Oxide mixtures are mixtures which have at least two oxides of the main and subgroup elements.
  • Mixed oxides also referred to as multimetal oxides
  • Mixed oxides have a radiographically uniform phase.
  • the catalysts I) may be crystalline, partially crystalline or amorphous.
  • Particularly preferred water-insoluble catalysts I) are oxides, mixed oxides or mixed oxides of the elements magnesium, boron, silicon, aluminum, phosphorus, iron, nickel, cobalt, calcium, sodium and sulfur.
  • Particularly preferred are oxides, mixed oxides or mixed oxides of the elements magnesium, boron, silicon, aluminum, phosphorus, iron and sulfur.
  • the oxides, mixed oxides or mixed oxides can each be crystalline, partially crystalline or amorphous.
  • Particularly preferred water-insoluble catalysts I) are also solid compounds having acidic properties (so-called solid acids).
  • These include zeolites. Suitable zeolites are, in principle, the crystalline, naturally occurring or synthetic framework silicates known under this name. These may vary in composition, but generally have at least one alkali and / or alkaline earth metal in addition to silicon, aluminum and oxygen. In a special embodiment, a naturally occurring zeolite is used.
  • a first subject of the invention is therefore a nickel-containing catalyst obtainable by treating a zeolite with an acidic aqueous nickel salt solution and then calcining.
  • a zeolite may be subjected to modification with metal cations. This includes z.
  • the treatment with an acidic nickel salt solution As the treatment with an acidic nickel salt solution.
  • the treatment of the zeolite with the acidic aqueous metal salt solution is usually carried out by intimately contacting each other. This results in an ion exchange of cations of the zeolite (alkali / alkaline earth metal cations) against metal cations of the treatment solution.
  • the contacting of the zeolite with the salt solution preferably takes place by customary dipping and impregnating methods, as are known for catalyst preparation.
  • the adjustment of the pH can be carried out by addition of inorganic acids, such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or phosphoric acid.
  • inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or phosphoric acid.
  • a nickel salt whose aqueous solution already has a suitable acidic pH is used to prepare the modified zeolites.
  • the nickel salts used are preferably nickel (II) salts. These are used in particular in the form of nitrates, sulfates or acetates.
  • Suitable water-insoluble catalysts I) are furthermore crystalline or partially crystalline or amorphous oxides, mixed oxides or mixed oxides which are obtained in a catalyst factory as a by-product in the case of crushing or sieving. Also suitable are catalysts which are removed as deactivated catalysts in certain processes, for example in the FCC process.
  • Preferred water-soluble catalysts II) in combination with the lignin-containing starting material used for the production of the composites according to the invention have a specific acidity profile which has an advantageous effect in the context of the process according to the invention.
  • Particularly preferred water-soluble catalysts II) are selected from compounds of groups 1, 2, 3 to 12, and 13 to 16 of the Periodic Table of the Elements and mixtures thereof.
  • the water-soluble catalysts II) contain at least one compound containing one of the following elements: Na, K, Mg, Ca, Sr, La, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, B Al, Si, P and S.
  • the water-soluble catalysts II) contain at least one compound containing one of the following elements: Na, Ca, La, V, Mn, Fe, B, Al, Si, P and S.
  • Suitable water-soluble catalysts II are in principle covalent compounds, complex compounds and salts of the abovementioned elements. Suitable salts of these elements may include inorganic or organic counterions. Suitable water-soluble catalysts II) are, in particular, those compounds which are cost-effective and / or which do not introduce any undesired components into the pyrolysis reaction which have to be removed by complicated work-up steps. Such undesirable components may be, for example, halogens such as chlorine or bromine or their compounds. Preference is given to those compounds which do not have to be removed from the pyrolysis process or whose decomposition products do not have to be removed from the pyrolysis process.
  • salts whose anions are preferably selected from sulfate, sulfide, sulfite, acetate, hydroxide, carbonate or nitrate. If a solvent is used for the preparation of the composites of the invention, preference is given to catalysts which are readily soluble in the solvents used to prepare the composites. If in one special embodiment for the preparation of the composite according to the invention a solvent other than water or a water-containing or anhydrous solvent mixture is used, catalysts are preferred which are soluble therein.
  • the pyrolysis catalysts used for preparing the composites of the invention are preferably selected from boric acid, zeolites, silicic acid, alumina, aluminosilicates, zirconium oxide, titanium dioxide, water-soluble nickel salts and water-soluble cobalt salts.
  • a special pyrolysis catalyst is boric acid.
  • Another special pyrolysis catalyst is a zeolite ZSM-5.
  • a naturally occurring zeolite is used as pyrolysis catalyst.
  • boehmite As z. B. under the name Disperal offered by Sasol Germany GmbH.
  • Another special pyrolysis catalyst is nickel acetate.
  • the pyrolysis catalyst comprises the catalyst-containing solid reactor effluent from a pyrolysis in the presence of a composite, as defined above.
  • the production of the composite according to the invention also optionally comprises the combined densification of the lignin-containing starting material and the pyrolysis catalyst.
  • step a) is carried out alone, ie there is no additional compression of the lignin-containing starting material and of the pyrolysis catalyst.
  • Suitable devices for the sole implementation of step a) are z. As drum mixer, rotary tubes or other suitable mixing plants.
  • the lignin-containing starting material and the pyrolysis catalyst are subjected to compaction during and / or after the contacting (steps a) and b)).
  • the compaction is carried out by compacting, extruding, tableting or a combination of at least two of these measures.
  • the steps a) and b) can be carried out separately in time or partially or completely together.
  • first the lignin-containing starting material is brought into contact with the pyrolysis catalyst under conditions in which essentially no compression takes place and the mixture thus obtained is subsequently compressed. Compression is usually associated with intimate contacting of the components.
  • the steps a) and b) can therefore also be carried out together in a compacting device. If the contacting of the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst takes place in the presence of a liquid treatment medium, it is preferable to carry out steps a) and b) separately from one another in terms of time. Thus, partial or complete removal of liquid components prior to compaction is enabled. If a solid lignin-containing starting material is brought into contact with a solid pyrolysis catalyst, it is possible to carry out steps a) and b) separately in time or partially or completely together.
  • the contacting of the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst takes place in a first embodiment in the presence of a liquid treatment medium.
  • the liquid treatment medium is selected from water, water-miscible organic solvents and mixtures thereof.
  • Suitable water-miscible organic solvents are alcohols, such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, tert-butanol, di- and polyols, such as ethanediol and propanediol, tetrahydrofuran, ketones, such as acetone and methyl ethyl ketone, and mixtures thereof.
  • Preferred water-miscible organic solvents are methanol and / or ethanol.
  • the water content of the liquid treatment medium is at least 70 wt .-%, more preferably at least 90 wt .-%, based on the total weight of the liquid treatment medium.
  • water is used as the liquid treatment medium.
  • the pyrolysis catalyst is preferably brought into contact with the lignin-containing starting material as a preparation in the liquid treatment medium.
  • the liquid preparation may be present in the form of a solution, colloidal dispersion or dispersion of the catalyst in the treatment medium.
  • the usual immersion and impregnation processes, as known for catalyst preparation are suitable for contacting.
  • the catalyst preparation in the liquid treatment medium during the treatment of the lignin-containing starting material is moved past this, z. B. by stirring or pumping.
  • the liquid treatment medium is removed after contacting.
  • these are the usual methods, eg. B. by concentration, optionally at elevated temperature and / or under reduced pressure.
  • the contacting of a preparation of the pyrolysis catalyst in the liquid treatment medium with the lignin-containing starting material is carried out by a modified "incipient wetness method". Excess treatment medium is removed after contacting.
  • the contacting of the pyrolysis catalyst in a liquid treatment medium with the lignin-containing starting material is preferably carried out at a temperature of at least 10 ° C, more preferably of at least 20 ° C.
  • the maximum temperature in the treatment is generally not critical, but is for practical reasons preferably below the boiling point of water, eg. B. at most 95 ° C.
  • the duration of the contacting of the pyrolysis catalyst in a liquid treatment medium with the lignin-containing starting material is preferably at least 30 minutes, in particular at least one hour.
  • the treated lignin-containing starting material can additionally be subjected to drying.
  • the temperature during the drying is preferably 30 to 100 ° C, more preferably 40 to 95 ° C.
  • the drying can be done in customary devices, for. As drying cabinets and drying chambers done.
  • a gas stream eg an air stream
  • the contacting of the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst takes place in a second embodiment in the absence of a liquid treatment.
  • development medium Suitable methods for mixing a solid catalyst with the lignin-containing starting material are known mixing methods, for. B. for the preparation of powder mixture.
  • devices known to those skilled in the art such as drum mixers, rotary kilns or other suitable mixing plants, can be used.
  • the compression can be carried out in a conventional device.
  • Suitable extruders are single-screw machines, intermeshing screw machines or even multi-screw extruders, in particular twin-screw extruders. These may be rotating in the same direction or in opposite directions and optionally equipped with kneading disks.
  • the extruders are generally equipped with an evaporation section. Particular preference is given to extruders of the ZKS series by Werner and Pfleiderer. For tabletting a conventional device can be used.
  • the compaction is carried out by compaction.
  • the compacting can be carried out in a conventional apparatus. These include roller compactors, as z. B. from the company Powtec available.
  • the resulting composite may be subjected to particle size separation in a suitable apparatus.
  • a suitable apparatus include the usual screening devices.
  • the fraction having a sufficiently large particle size can be separated as a product.
  • the fine material in the composite with too small a particle size is usually fed back to the compression.
  • the resulting composite can be subjected to comminution if desired.
  • the comminution preferably takes place simultaneously with a separation on a screening machine.
  • the composites according to the invention and produced by the process according to the invention have a particularly advantageous property profile. This includes at least one of the following properties: 1.) High overall yield of liquid or liquefiable recyclable material
  • composites according to the invention described above and the composites obtained by the process according to the invention described above are advantageously suitable for use in pyrolysis, wherein an aromatics composition is obtained as a desired product.
  • the invention therefore also provides a process for preparing an aroma composition from a lignin-containing starting material, in which a composite containing lignin and at least one acidic pyrolysis catalyst dispersed in the composite is subjected to pyrolysis.
  • a composite containing lignin and at least one acidic pyrolysis catalyst dispersed in the composite is subjected to pyrolysis.
  • the lignin-containing starting material can be used partially or completely in the form of a composite.
  • the lignin-containing starting material is used to at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%, in particular at least 90 wt .-% in the form of a composite.
  • the lignin-containing starting material for pyrolysis is used completely in the form of a composite.
  • the pyrolysis can be carried out batchwise or continuously. Continuous pyrolysis is preferred.
  • the pyrolysis takes place in at least one pyrolysis zone.
  • the pyrolysis zone comprises at least one fixed bed.
  • the fixed beds may comprise at least one inert fixed bed. Also possible is the use of at least one catalytically active fixed bed.
  • the pyrolysis catalyst is preferably used completely in the form of a composite by the process according to the invention. 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 burn-off phase in order to remove low-volatility components from the fixed bed.
  • the pyrolysis zone also z. B. be configured as a rotary kiln or fluidized bed.
  • Both stationary and circulating fluidized beds are suitable.
  • a fluidizing gas 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.
  • a feed gas is preferably fed into the pyrolysis zone.
  • Preferred feed gases contain at least one gas which is selected from nitrogen, carbon dioxide, water vapor, etc. or mixtures of these gases.
  • the feed gas may contain at least one additional gas, the z. B. is selected from hydrogen, methane, carbon monoxide, etc.
  • the pyrolysis is not carried out with the addition of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds.
  • water vapor also belongs to the hydrogen-transferring compounds.
  • substantially no hydrogenating reaction takes place in the course of the pyrolysis.
  • Hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds carried out can also be referred to as "hydrocracking".
  • the aromatic lignin degradation products formed during the pyrolysis 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 cleaved to compounds with a smaller number of nuclei become.
  • reactions such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic cleavage, etc.
  • the substituents replaced by hydrogen are preferred. selected from among alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups and aryloxy groups.
  • the feed gas used for the hydrocracking preferably has a water vapor content of from 2 to 90% by volume, particularly preferably from 5 to 80% by volume, in particular from 10 to 70% by volume.
  • the hydrogen required for the reaction is formed in situ by reaction of water with (mainly organic) components which are either present in the starting material mixture or are formed in the course of steam dealkylation.
  • the formation of hydrogen from methane and water can be named according to the equation CH4 + H2O - CO + 3 H2.
  • an aromatic compound is formed as the target product of the process according to the invention, which contains low molecular weight aromatic compounds, which are preferably selected from benzene and phenolic compounds, such as phenol and / or dihydroxybenzenes.
  • the aroma composition then has, in particular, lower proportions of the following components than in the case of pyrolysis in the absence of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds: mono-, di- and polyalkylated phenols; Alkoxyphenols, such as methoxyphenols; polyalkylated benzenes; Compounds containing two or more aromatic rings.
  • the temperature in the pyrolysis is preferably in a range of 200 to 1500 ° C, more preferably 350 to 950 ° C, especially 380 to 850 ° 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.
  • Suitable processes for the catalyzed pyrolysis of lignin are, for. B. also in
  • 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 from the pyrolysis zone, whereby it is generally expedient discharge the pyrolysis gases and the solid and / or liquid components separately.
  • pyrolysis gas partly gaseous
  • solid and / or liquid eg tarry or "coke
  • the effluent from the pyrolysis zone is subjected to separation to obtain the following three streams:
  • the procedure is such that a gas discharge is taken off continuously or at intervals in the course of the pyrolysis.
  • the non-volatile under the pyrolysis solid and / or liquid components are discharged separately after completion of the pyrolysis.
  • the discharged from the pyrolysis solid and, if present, liquid components are, for. Example, formed during the pyrolysis low volatility components (coke) and the pyrolysis catalyst. If at least one solid aggregate is used for the pyrolysis, the discharge from the pyrolysis zone may also contain fractions of the aggregate.
  • the pyrolysis gas still contains solid and / or liquid components, these can by means of a suitable device, for.
  • a suitable device for.
  • a cyclone are separated from the pyrolysis gas.
  • the catalyst is separated from the solid, strongly coked by-products of the pyrolysis reaction.
  • Soluble catalysts can then be separated with suitable solvents. Suitable solvents are the same as those used to treat the lignin-containing starting material with the fresh catalyst.
  • Insoluble catalysts can be freed of all soluble components and so separated.
  • Preferred solvents are water, ethanol and methanol, particularly preferred as the solvent is water or solvent having a water content greater than 70 vol.%, Particularly preferably with a water content greater than 90 vol.%.
  • the solid mineral containing the used catalyst pyrolysis residue can also be transferred directly by mechanical methods in a suitable fraction and reacted directly with the lignin-containing starting material. It may be useful to add a certain amount of fresh catalyst in order to achieve the desired properties. Preferably, in the process of the invention, when the catalyst is reused, only a small amount of fresh catalyst is added. Fresh catalyst additions of less than 90%, particularly preferably less than 50%, very particularly preferably less than 30%, based on the starting weight of the recycled catalyst material, are preferred. It is also possible to use catalysts or catalyst precursors which, because of their price or other prerequisites, do not have to be recycled to the pyrolysis process.
  • the pyrolysis product contains substituted aromatics and / or polynuclear aromatics.
  • the pyrolysis product may contain, in addition to aromatics, other components selected from water vapor, inert gas (eg, nitrogen), non-aromatic hydrocarbons, H 2, CO, CO 2, sulfur-containing compounds, such as. As H2S, etc. and mixtures thereof.
  • the non-aromatic hydrocarbons are preferably degradation products, such as methane.
  • the pyrolysis product may be subjected to separation to obtain fractions D2) and D3).
  • customary thermal separation processes such as distillation or adsorption, can be used.
  • Fraction D2) is the intended target aromatic composition and has a high proportion of aromatic compounds with up to 15 aromatic rings.
  • the content of aromatic compounds having up to 15 aromatic rings is at least 50% by weight, based on the total weight of the aroma composition.
  • the fraction D2) has a high content of mononuclear aromatic compounds.
  • the fraction D2) preferably contains at least 1% by weight, more preferably at least 2% by weight, of mononuclear aromatic compounds.
  • the monomeric aromatics contained in fraction D2) are preferably selected from benzene, toluene, xylenes, ethylbenzene, phenol, phenol ethers, cresols, xylenols, gujacols, veratroles, resorcinols, catechols, hydroquinones and other compounds which are different therefrom.
  • the fraction D3) contains components which, for. B. are selected from non-aromatic hydrocarbons, especially methane, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and mixtures thereof.
  • the stream D3) may contain further components. When using a lignin-containing starting material from the Kraft process, this includes sulfur-containing by-products, especially H2S.
  • the fraction stream D3) 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 fraction D3) is particularly preferably fed into the waste liquor combustion (recovery boiler).
  • This embodiment has the advantage that no additional devices for steam or power generation or flue gas desulphurisation are required in the combustion of fraction D3).
  • the combustion of the fraction D3) is a desulfurization, z. B. in the form of a hydrogen sulfide removing gas scrubber, followed by a conversion of the formed H2S in elemental sulfur, upstream.
  • the formation of sulfur can by known methods, for. As the Claus process done.
  • a further subject matter of the invention is a process for the preparation of a flavoring composition from a lignin-containing starting material, in which: a) a lignin-containing starting material is provided,
  • step b) subjecting the composite obtained in step b) to pyrolysis in a pyrolysis zone, d) subjecting the effluent from the pyrolysis zone to separation to give the following three streams:
  • step d) the fraction D1) obtained in step d) is at least partially recycled to the pyrolysis zone.
  • the pyrolysis product according to the invention or the aromatic-enriched fraction D2 can advantageously be subjected to a dealkylation for further work-up.
  • a dealkylation process serves the primary purpose of obtaining a higher proportion of low molecular weight aromatic recyclables.
  • 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 nuclei containing compounds are cleaved to compounds with a smaller number of nuclei.
  • the hydrogen-substituted substituents are selected from alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups, aryloxy, etc.
  • the term “dealkylation” also encompasses various reactions associated with molecular weight degradation, such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic cleavage.
  • 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.
  • dealkylation the aromatic lignin degradation products formed during pyrolysis are at least partially converted by the action of hydrogen and / or water vapor so that substituents are replaced by hydrogen and / or several aromatic nuclei-containing compounds are cleaved to compounds with a smaller number of nuclei.
  • dealkylation thus also denotes reactions in which no alkyl substituent is exchanged for hydrogen, such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic salts. tion, etc.
  • the hydrogen-substituted substituents are preferably selected from alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups and aryloxy groups.
  • Suitable dealkylation processes include hydrodealkylation, steam dealkylation or mixtures thereof.
  • hydrodealkylation in addition to the pyrolysis product, 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 water is fed into the dealkylation zone in addition to the pyrolysis product (in pure form or in a mixture with other components), but no molecular hydrogen.
  • the dealkylation process can also be designed as a mixed form of hydrodealkylation and steam dealkylation. Then, in addition to the pyrolysis product, both water and molecular hydrogen are fed into the dealkylation zone.
  • suitable and preferred process parameters are specified in part especially for the hydrodealkylation or the steam dealkylation.
  • 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 H 2 to H 2 0 is in the range of about 40: 60 to 60: 40th
  • 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 in the course of steam dealkylation.
  • the formation of hydrogen from methane and water can be named according to the equation CH 4 + H2O - CO + 3 H2.
  • 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 product is subjected to hydrodealkylation.
  • the reaction 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 the 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, more preferably from 0.2 to 10.
  • H 2 stands for the amount H 2, which theoretically is just the complete one Reaction of the supplied into the Dealkyltechnikszone aromatics to benzene is required, assuming that per mole of substituent 1 mole of H2 reacted.
  • 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 product is subjected to steam dealkylation.
  • the reaction 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 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 valuable 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.
  • FIG. 1 shows a device suitable for carrying out the method according to the invention with a fluidized-bed reactor.
  • FIG. 2 shows a scanning electron micrograph of the composite from Example 8 based on a zeolite as pyrolysis catalyst after pyrolysis.
  • the pyrolysis was carried out in a simple shaft reactor in which the lignin samples were introduced as a fixed bed.
  • the resulting gaseous pyrolysis product was discharged continuously, collected in a receiver and the composition was determined gravimetrically after the end of the experiment.
  • the formed catalyst-containing coke from the inert material metal balls, diameter 1, 5 to 2 mm
  • the composition of the coke also determined gravimetrically.
  • a gas analysis was not carried out, a determination of the gaseous fraction was carried out by subtraction.
  • the reactor was heated with a radiant heater within 15 minutes to a temperature of 400 ° C.
  • a GHSV gas hourly space velocity
  • the reactor had a diameter of 9 mm.
  • Equal volumes of metal spheres and lignin were used. set.
  • soluble catalysts precompacted lignin was used, this premixed with the inert metal balls and then applied the catalyst by the Incipient Wetness method and then dried at 80 ° C.
  • solid catalysts all solids were mixed by mixing with a drum mixer mixed ceramic balls as mixing elements and then compacted on a compactor Powtec .. The compaction was carried out with the following parameters:
  • Example 1 (Comparative) Following the general procedure described above, an untreated lignin (softwood lignin from a lignoboost process) was subjected to pyrolysis. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 38.5% was obtained. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a coke content of 36% was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 38.5% was obtained. The yield of mononuclear aromatic was 5.4 wt .-%, based on the flavor tenanteil in the starting material.
  • a lignin soft lignin from a lignoboost process
  • a zeolite ZSM-5, Module 40, manufactured by Zeochem
  • a coke content of 38.5 wt .-% When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a coke content of 36% by weight was obtained.
  • a bio-oil yield aromatic-containing product
  • the yield of mononuclear aromatic was 3.4 wt .-%, based on the aromatic content in the starting material.
  • a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 39 wt .-% was obtained.
  • the yield of mononuclear aromatic was 9.5 wt .-%, based on the aromatic content in the starting material. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
  • a lignin soft lignin from a lignoboost process loaded with 1% by weight boric acid via aqueous impregnation and previously compacted was subjected to pyrolysis.
  • nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 36% by weight was obtained.
  • a coke content of 35 wt .-% was obtained.
  • a bio-oil yield aromatics-containing product
  • Example 5 Following the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process) loaded with 1% by weight boric acid via aqueous impregnation and previously compacted was subjected to pyrolysis. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 36% by weight was obtained. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a coke content of 35 wt .-% was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatic-containing product) of 65% by weight was obtained.
  • a lignin soft lignin from a lignoboost process
  • Example 6 Following the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process) loaded with 1% by weight of Ni (based on metal) by aqueous impregnation with nickel acetate and previously compacted was subjected to pyrolysis subjected. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 48% by weight was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatic-containing product) of 52% by weight, based on dry lignin, was obtained. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
  • a lignin soft lignin from a lignoboost process
  • Feed gas was a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 33 wt .-%, based on dry lignin, obtained. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
  • Example 8 Pyrolysis in a circulating fluidized bed
  • the plant was operated at a pressure of 1, 2 bar.
  • the fluidizing gas used was an Is / steam mixture containing 40% by volume and 80% by volume of steam.
  • the gas residence times ranged from 0.5 to 2 s.
  • the reaction temperature investigated was between 500 and 800 ° C.
  • a zeolite catalyst-modified and compacted lignin according to Example 2 was subjected to pyrolysis.
  • 2.7 kg of lignin were fed into the reactor over 45 minutes (3.6 kg / h).
  • the reactor temperature was 650 ° C.
  • the fluidizing gas consisted of 19 kg / h of N 2 and 12 kg / h of steam, so that the gas velocity in the reactor was 4 m / s.
  • a coke content of 26.4 wt .-%, based on the lignin used was obtained.
  • the bio-oil yield was 41.1% by weight. based on lignin used.
  • the proportion of mononuclear aromatics was 22.6 wt .-%, and the proportion of polynuclear aromatics was 18.5 wt .-%, each based on the lignin used.
  • the uncondensed gases (CO, CO2, CnHm) had a content of 21, 1 wt .-%, based on the lignin used.
  • An essential advantage when using a catalyst modified and compacted lignin according to the invention is that it results in the formation of larger spherical coke particles, which can then be better separated from the quartz sand.

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Abstract

The present invention relates to a composition ("composite") which comprises lignin and at least one catalyst dispersed in the composition. The invention further relates to a process for producing this type of composition comprising catalyst and lignin and its use for producing an aromatic composition.

Description

Katalysator- und ligninhaltige Zusammensetzung und deren Verwendung zur Herstellung einer Aromatenzusammensetzung  Catalyst and lignin-containing composition and their use for the preparation of an aromatic composition
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung ("Komposit"), die Lignin und wenigstens einen in der Zusammensetzung verteilten Katalysator enthält. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen katalysator- und ligninhaltigen Zusammensetzung und deren Verwendung zur Herstellung einer Aroma- tenzusammensetzung. The present invention relates to a composition ("composite") containing lignin and at least one catalyst dispersed in the composition. The invention further relates to a process for the preparation of such a catalyst and lignin-containing composition and their use for the preparation of a flavor composition.
Die von der Natur ständig produzierten großen Mengen an Biomasse werden bisher nur zu einem geringen Teil als nachwachsender Rohstoff zur stofflichen Nutzung oder zur Energiegewinnung verwendet. Zur Schonung der Rohstoffressourcen werden Ver- fahren benötigt, die den Ersatz fossiler Rohstoffe durch Biomasse-Ausgangsmaterialien ermöglichen. Dabei wird zur Erzielung einer hohen Effizienz eine möglichst vollständige Nutzung des einmal bereitgestellten Biomassematerials angestrebt. The large quantities of biomass constantly produced by nature are so far only used to a limited extent as renewable raw materials for material use or for energy production. In order to protect raw material resources, processes are needed that enable the replacement of fossil raw materials with biomass raw materials. The aim is to achieve a high efficiency as complete as possible use of biomass material once provided.
Bei Verfahren zur Gewinnung von Cellulose fallen als Koppelprodukt größere Mengen an Lignin in Form von Schwarzlauge an. Bei den klassischen Pulping-Prozessen, wie dem Kraft-Aufschluss (Sulfat-Aufschluss), wird diese Schwarzlauge in der Regel in der Papiermühle thermisch verwertet, und die verbleibende Asche wird aufgearbeitet und erneut im Laugungsprozess des Holzes eingesetzt. Neue Verfahren, wie das Ligno- Boost-Verfahren, bieten die Möglichkeit, Lignin aus der Schwarzlauge zu separieren und alternativen Verwendungen zuzuführen. Aus chemischer Sicht ist Lignin interessant als Quelle für Aromaten, wenn es gelingt, diese in hoher Ausbeute aus dem anfallenden Lignin zu entziehen. Dabei ist sowohl die Gewinnung von so genannten "monomeren" Aromaten von Interesse, d. h. von Aromaten mit einem benzolischen Kern, aber unterschiedlichen Substitutionsmustern, als auch die Gewinnung von "oligome- ren" Aromaten (worunter im Rahmen dieser Erfindung Verbindungen mit bis zu 15 aromatischen Ringen verstanden werden) oder "polymeren" Aromaten (worunter im Rahmen dieser Erfindung Verbindungen mit mehr als 15 aromatischen Ringen verstanden werden), d. h. von Aromaten, bei denen zahlreiche aromatische Kerne miteinander verknüpft sind, die jeweils gleiche oder unterschiedliche Substitutionsmuster aufweisen können. 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, Ströme aus verschiedenen Aufschlussverfahren von Lignin oder Ligno- cellulose enthaltenden Stoffen einer Nachbehandlung zur Gewinnung von Wertstoffen zu unterziehen. Ein Überblick über die Entwicklung der katalytischen Pyrolyse von Biomasse-Ausgangsmaterialien findet sich in G. Centi, R. van Santen, Catalysis for Renewables, From Feedstock to Energy Production, Wiley-VCH, Weinheim (2007), Seiten 1 19 - 147. In processes for the production of cellulose fall as by-product larger amounts of lignin in the form of black liquor. In classical pulping processes, such as power digestion (sulfate digestion), this black liquor is typically thermally recovered in the paper mill, and the remaining ash is worked up and reused in the leaching process of the wood. New processes, such as the Ligno-Boost process, offer the possibility of separating lignin from the black liquor and of supplying it to alternative uses. From a chemical point of view, lignin is interesting as a source of aromatics, if it succeeds to extract these in high yield from the resulting lignin. Both the recovery of so-called "monomeric" aromatics of interest, ie of aromatics having a benzene nucleus, but different substitution patterns, as well as the recovery of "oligomeric" aromatic (including in the context of this invention compounds having up to 15 aromatic Rings) or "polymeric" aromatics (which in the context of this invention are compounds having more than 15 aromatic rings), ie aromatics in which numerous aromatic nuclei are linked to one another, each of which may have identical or different substitution patterns. 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 subject streams of various digestion processes of lignin or lignocellulosic materials to aftertreatment for the production of valuable substances. An overview of the development of catalytic pyrolysis of biomass starting materials can be found in G. Centi, R. van Santen, Catalysis for Renewables, From Feedstock to Energy Production, Wiley-VCH, Weinheim (2007), pages 1 19-147.
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. 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.
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 Kohlenwasserstoff-Kraftstoff beschrieben. Dabei wird Lignin einer basenkatalysierten Depo- lymerisation und anschließend einem Hydroprocessing unterzogen. WO 99/10450 describes a process for converting lignin into a hydrocarbon fuel. Lignin undergoes base-catalyzed depolymerization and subsequent hydroprocessing.
Die WO 2008/027699 A2 beschreibt ein Verfahren, bei dem aus einer Pyrolyse von Biomasse stammendes Lignin nach Abtrennung von wasserlöslichen Bestandteilen decarboxyliert und hydrodeoxygeniert wird und die organischen Produkte aus diesem Prozessschritt anschließend einem Hydrocracking unterzogen werden. WO 2008/027699 A2 describes a process in which lignin originating from 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.
Die WO 2010/026244 beschreibt ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Zellstoff und von wenigstens einem niedermolekularen Wertstoff, bei dem man 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, c) die an Cellulose abgereicherte Fraktion einer Behandlung unter Erhalt wenigstens eines niedermolekularen Wertstoffs unterzieht, und 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) 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 dieses 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 Depolymerisationsprodukt eine Aromatenzusammensetzung isoliert. Die WO 2009/108601 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für Bioraffinerieverfahren zur Herstellung eines Biokraftstoffs aus einem ligninhalti- gen Ausgangsmaterial. Dabei wird Lignin aus einer Schwarzlauge des Pulping-Prozes- ses oder auch die Schwarzlauge selbst einer Hydroprozessierung in Gegenwart eines wasserstoffhaltigen Gases und eines Katalysators auf einem amorphen oder kristalli- nen oxidischen Träger unterzogen. Konkret wird ein heterogener Molybdänsulfid- Katalysator eingesetzt. In one embodiment of this process, a cellulose-enriched fraction and a lignin-enriched fraction are isolated from the digested material, subjected to lignin-enriched fraction of a depolymerization and isolated from the Depolymerisationsprodukt an aromatic composition. 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.
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.
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. 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 ,
Die unveröffentlichten europäischen Patentanmeldungen 10162255.3, 10162256.1 und 10162259.5 beschreiben die Herstellung organischer Wertstoffe aus dem Aufschluss lignocellulosehaltiger Ausgangsmaterialien. The unpublished European patent applications 10162255.3, 10162256.1 and 10162259.5 describe the production of organic recyclables from the digestion of lignocellulose-containing starting materials.
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 weite- re Aufarbeitung zu Phenolharzen, Synthesegas, etc. wiedergegeben. 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. 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.
Unter Bioöl wird im Allgemeinen eine flüssige Fraktion aus der Pyrolyse von Lignin bzw. eines ligninhaltigen Ausgangsmaterials, z. B. eines Lignocellulosematerial aus Holz und/oder Pflanzenfasern, verstanden. Dabei handelt es sich um eine Zusammen- setzung, die höhermolekulare, nicht wasserlösliche organische Verbindungen enthält, wobei es sich hauptsächlich um aromatische Verbindungen (Arene) handelt. Bei heutigen Verfahren zur Ligninpyrolyse wird in der Regel ein möglichst hoher Anteil an Bioöl als wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Biokraftstoffen und Chemikalien angestrebt. Under bio oil is generally a liquid fraction from the pyrolysis of lignin or a lignin-containing starting material, eg. As a lignocellulosic material of wood and / or vegetable fibers understood. This is a cooperation containing higher molecular weight, non-water-soluble organic compounds, which are mainly aromatic compounds (arenes). In today's processes for lignin pyrolysis, the highest possible proportion of bio-oil is generally sought as an important intermediate in the production of biofuels and chemicals.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur pyrolytischen Herstellung einer aromatenhaltigen Produktmischung aus einem lignin- haltigen Ausgangsmaterial zur Verfügung zu stellen. Dabei soll das Verfahren über wenigstens eine der folgenden Eigenschaften verfügen: It is an object of the present invention to provide an improved process for the pyrolytic production of an aromatics-containing product mixture from a lignin-containing starting material. The process should have at least one of the following properties:
1 . ) die Gesamtausbeute an Aromaten bezogen auf den Einsatzstoff soll möglichst hoch sein, 1 . ) the total yield of aromatics based on the starting material should be as high as possible,
2. ) der Anteil an monomeren Aromaten in der Produktmischung soll möglichst hoch sein,  2.) the proportion of monomeric aromatics in the product mixture should be as high as possible,
3. ) eine Teerbildung und/oder der Aufbau von anhaftenden Koksschichten im Reaktorraum sollen möglichst vermieden werden,  3.) tar formation and / or the buildup of adherent coke layers in the reactor space should be avoided as far as possible,
4. ) das Verfahren soll die kostengünstige Aufbringung einer katalytisch wirksamen 4.) the method is the cost effective application of a catalytically active
Komponente auf den Einsatzstoff Lignin ermöglichen. Component on the feed lignin allow.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer katalysatorhaltigen Zusammensetzung, die sich in vorteilhafter Weise für einen Einsatz in einem solchen Verfahren eignet. Überraschenderweise wurde gefunden, dass die zuvor genannten Nachteile vermindert oder vermieden werden, wenn man ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial einer Pyrolyse unterzieht, wobei das ligninhaltige Ausgangsmaterial teilweise oder vollständig als eine Zusammensetzung ("Komposit") vorliegt, die wenigstens einen darin verteilten Katalysator enthält. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Komposit beim Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Katalysator und/oder im Anschluss daran einer Verdichtung unterzogen wird. Another object is to provide a catalyst-containing composition which is advantageously suitable for use in such a process. It has surprisingly been found that the abovementioned disadvantages are reduced or avoided by subjecting a lignin-containing starting material to pyrolysis, the lignin-containing starting material being partly or wholly present as a composite ("composite") containing at least one catalyst distributed therein. It is particularly advantageous if the composite is subjected to compaction on contacting the lignin-containing starting material with the catalyst and / or subsequently.
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Komposit, das Lignin und wenigstens einen in dem Komposit verteilten Pyrolysekatalysator enthält. A first subject of the invention is a composite containing lignin and at least one pyrolysis catalyst dispersed in the composite.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Komposit, das durch ein Verfahren erhältlich ist, bei dem man ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt und innig mit wenigstens einem Pyrolysekatalysator in Kontakt bringt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kompo- sits, bei dem man ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt und innig mit einem Pyrolysekatalysator in Kontakt bringt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Aroma- tenzusammensetzung aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial, bei dem man ein Komposit, das Lignin und wenigstens einen in dem Komposit verteilten Pyrolysekatalysator enthält, einer Pyrolyse unterzieht. Bevorzugt wird bei den zuvor genannten Gegenständen während und/oder nach dem Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Pyrolysekatalysator das Material einer Verdichtung unterzogen. Another object of the invention is a composite which is obtainable by a process in which one provides a lignin-containing starting material and brings intimately into contact with at least one pyrolysis catalyst. Another object of the invention is a process for preparing a composite, in which one provides a lignin-containing starting material and intimately brings into contact with a pyrolysis catalyst. A further subject of the invention is a process for the preparation of an aroma composition from a lignin-containing starting material, in which a composite containing lignin and at least one pyrolysis catalyst dispersed in the composite is subjected to pyrolysis. In the case of the abovementioned objects, the material is subjected to compaction during and / or after contacting the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Aroma- tenzusammensetzung aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial, bei dem man: a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt, A further subject matter of the invention is a process for the preparation of a flavoring composition from a lignin-containing starting material, in which: a) a lignin-containing starting material is provided,
b) das ligninhaltige Ausgangsmaterial mit einem Pyrolysekatalysator in Kontakt bringt und einer Kompaktierung unterzieht, b) bringing the lignin-containing starting material into contact with a pyrolysis catalyst and subjecting it to compaction,
c) das in Schritt b) erhaltene kompaktierte Komposit in einer Pyrolysezone einer Pyrolyse unterzieht, c) subjecting the compacted composite obtained in step b) to pyrolysis in a pyrolysis zone,
d) den Austrag aus der Pyrolysezone einer Auftrennung unter Erhalt der folgenden drei Ströme unterzieht: d) subjecting the effluent from the pyrolysis zone to separation to give the following three streams:
D1 ) einer festen katalysatorhaltigen Fraktion,  D1) of a solid catalyst-containing fraction,
D2) einer an Aromaten angereicherten Fraktion,  D2) an aromatic-enriched fraction,
D3) einer an leichter als D2) flüchtigen Nebenprodukten angereicherten Fraktion,  D3) of a fraction enriched in by-products which are lighter than D2),
e) die in Schritt d) erhaltene Fraktion D1 ) zumindest teilweise in die Pyrolysezone zurückführt. e) the fraction D1) obtained in step d) is at least partially recycled to the pyrolysis zone.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Aromatenzusammensetzung entspricht in ihrer Zusammensetzung einem hochwertigen Bioöl. Sie zeichnet sich durch ihren hohen Anteil an niedermolekularen und höhermolekularen, nicht wasserlösliche organische Verbindungen aus, wobei es sich hauptsächlich um aromatische Verbindungen handelt. Sie eignet sich somit speziell als Zwischenprodukt zur Herstellung von Biokraftstoffen und Chemikalien. The aromatic composition obtained by the process according to the invention corresponds in composition to a high-grade bio-oil. It is characterized by its high content of low molecular weight and higher molecular weight, non-water soluble organic compounds, which are mainly aromatic compounds. It is therefore particularly suitable as an intermediate for the production of biofuels and chemicals.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Aromatenzusammensetzung weist einen hohen Anteil an aromatischen Verbindungen mit bis zu 15 aromatischen Ringen auf. Der Gehalt an aromatischen Verbindungen mit bis zu 15 aromatischen Ringen beträgt insgesamt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aromatenzusammen- setzung, wenigstens 50 Gew.-%. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Aromatenzusammensetzung weist einen hohen Gehalt an einkernigen Aromaten auf. Einkernige Aromaten werden im Rahmen der Erfindung auch als "monomere Aromaten" bezeichnet. Mehrkernige Aromaten mit 2 bis 15 aromatischen Ringen werden auch als "oligomere Aromaten" bezeichnet. Vorzugsweise enthält die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhal- tene Aromatenzusammensetzung wenigstens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 2 Gew.-% an einkernigen Aromaten. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Aromatenzusammensetzung kann vorteilhaft einer anschließenden Dealky- lierung unterzogen werden. Die so erhaltenen Dealkylierungsprodukte weisen einen gegenüber der eingesetzten Aromatenzusammensetzung deutlich erhöhten Gehalt an einkernigen dealkylierten Aromaten auf. The aromatic composition obtained by the process according to the invention has a high proportion of aromatic compounds with up to 15 aromatic Wrestling up. The content of aromatic compounds having up to 15 aromatic rings is at least 50% by weight, based on the total weight of the aromatic composition. The aromatic composition obtained by the process according to the invention has a high content of mononuclear aromatic compounds. Mononuclear aromatics are also referred to in the context of the invention as "monomeric aromatics". Polynuclear aromatics having from 2 to 15 aromatic rings are also referred to as "oligomeric aromatics". Preferably, the flavor composition obtained by the process according to the invention contains at least 1% by weight, more preferably at least 2% by weight, of mononuclear aromatic compounds. The aroma composition obtained by the process according to the invention can advantageously be subjected to a subsequent dealkylation. The dealkylation products obtained in this way have a markedly increased content of mononuclear dealkylated aromatics compared with the aromatics composition used.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere die Herstellung einer Aromatenzusammensetzung, die monomere Aromaten enthält, die ausgewählt sind unter Benzol, Toluol, Xylolen, Ethylbenzol, Phenol, Phenolethern, Kresolen, Xylenole, Guja- colen, Veratrolen, Resorcinen, Brenzcatechinen, Hydrochinonen und weiteren davon verschiedenen Verbindungen. In particular, the process according to the invention makes it possible to prepare an aromatic composition containing monomeric aromatic compounds selected from benzene, toluene, xylenes, ethylbenzene, phenol, phenol ethers, cresols, xylenols, guasols, veratroles, resorcinols, catechols, hydroquinones and others thereof Links.
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 ligninhaltigen 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 a complete oxidation of the carbon contained in the lignin-containing starting material to CO2 is necessary. Pyrolysis is generally endothermic.
Komposit composite
Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein Komposit eine Zusammensetzung, zu deren Herstellung ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial und wenigstens ein Pyrolysekatalysator innig miteinander in Kontakt gebracht werden. Das erfindungsgemäße Komposit ist vergleichbar einer Dispersion, in der der Katalysator als dispergierte Phase fein verteilt in dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial als kontinuierliche Phase vorliegt. Bevorzugt werden ligninhaltiges Ausgangsmaterial und Pyrolysekatalysator während und/oder nach dem Inkontaktbringen einer Verdichtung unterzogen. Verdichten ist eine physikalische Behandlung, bei der man die Komponenten einer Behandlung unter erhöhtem Druck unterzieht. Übliche Verdichtungsverfahren führen in der Regel dazu, dass die Komponenten zudem in innigen Kontakt gebracht werden. Die Verdichtung ist mit wenigstens einem der folgenden Effekte verbunden: In the context of the invention, a composite designates a composition for the production of which a lignin-containing starting material and at least one pyrolysis catalyst are brought into intimate contact with one another. The composite according to the invention is comparable to a dispersion in which the catalyst is finely dispersed as a dispersed phase is present in the lignin-containing starting material as a continuous phase. Preferably, lignin-containing starting material and pyrolysis catalyst are subjected to compaction during and / or after contacting. Compression is a physical treatment in which the components are subjected to a treatment under elevated pressure. Conventional compression methods generally lead to the components being brought into intimate contact. The compression is associated with at least one of the following effects:
Inniges Inkontaktbringen von ligninhaltigem Ausgangsmaterial und Pyrolysekata- lysator, Intimately contacting lignin-containing starting material and pyrolysis catalyst,
feine Verteilung des Pyrolysekatalysators in dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial,  fine distribution of the pyrolysis catalyst in the lignin-containing starting material,
Erhöhung der Dichte,  Increase in density,
Vergrößerung der Teilchengröße,  Increase in particle size,
- gegebenenfalls Verringerung des Gehalts an bei Normalbedingungen (20 °C, 1013 mbar) flüssigen Komponenten. - If necessary, reducing the content of at normal conditions (20 ° C, 1013 mbar) liquid components.
Bezüglich geeigneter und bevorzugter Kompaktierungsvorrichtungen und Kompaktie- rungsverfahren wird auf die weiter unten folgenden Ausführungen Bezug genommen. Auch bezüglich geeigneter und bevorzugter ligninhaltiger Ausgangsmaterialien und Pyrolysekatalysatoren wird auf die weiter unten folgenden Ausführungen Bezug genommen. With regard to suitable and preferred compacting devices and compaction methods, reference is made to the statements below. Also with regard to suitable and preferred lignin-containing starting materials and pyrolysis catalysts, reference is made to the statements below below.
Das erfindungsgemäße Komposit enthält das Lignin vorzugsweise in einer Menge von 60 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt von 70 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Komposits. The composite of the invention contains the lignin preferably in an amount of 60 to 99 wt .-%, particularly preferably from 70 to 95 wt .-%, based on the total weight of the composite.
Das erfindungsgemäße Komposit enthält den Pyrolysekatalysator vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,2 bis 5 Gew.-%, bezo- gen auf das Gesamtgewicht des Komposits. The composite according to the invention preferably contains the pyrolysis catalyst in an amount of from 0.1 to 20% by weight, more preferably from 0.2 to 5% by weight, based on the total weight of the composite.
Das Komposit weist vorzugsweise einen Gehalt an bei Normalbedingungen (20 °C, 1013 mbar) flüssigen Komponenten von höchstens 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von höchstens 5 Gew.-% auf. Speziell weist das Komposit vorzugsweise einen Was- sergehalt von höchstens 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von höchstens 5 Gew.-%, auf. The composite preferably has a content of at normal conditions (20 ° C, 1013 mbar) liquid components of at most 20 wt .-%, particularly preferably of at most 5 wt .-%. In particular, the composite preferably has a water content of at most 20% by weight, particularly preferably at most 5% by weight.
Das Komposit weist vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 1 bis 2000 μΐτι, besonders bevorzugt von 100 bis 1000 μΐτι, auf. Der d90-Wert des Komposits beträgt vorzugsweise höchstens 2500 μιτι, besonders bevorzugt höchstens 2000 μιτι. Der d50-Wert des Komposits beträgt vorzugsweise höchstens 1500 μιτι, besonders bevorzugt höchstens 1250 μιτι. The composite preferably has an average particle size in the range from 1 to 2000 μΐτι, particularly preferably from 100 to 1000 μΐτι on. The d90 value of the composite is preferably at most 2500 μιτι, particularly preferably at most 2000 μιτι. The d50 value of the composite is preferably at most 1500 μιτι, more preferably at most 1250 μιτι.
Der d10-Wert des Komposits beträgt vorzugsweise höchstens 600 μιτι, besonders bevorzugt höchstens 500 μιτι. The d10 value of the composite is preferably at most 600 μιτι, more preferably at most 500 μιτι.
Die Bestimmung der oben genannten Teilchengrößen kann nach bekannten Verfahren, z. B. dynamische Laserlichtstreuung, erfolgen. Zur Einstellung einer gewünschten mittleren Teilchengröße und einer gewünschten Teilchengrößenverteilung können die dafür üblichen Siebvorrichtungen eingesetzt werden. The determination of the above-mentioned particle sizes can be carried out by known methods, for. B. dynamic laser light scattering done. To set a desired average particle size and a desired particle size distribution, the usual screening devices can be used.
Das Komposit weist vorzugsweise eine Schüttdichte im Bereich von 0,3 bis 0,8 g/l, besonders bevorzugt von 0,4 bis 0,7 g/l, auf. The composite preferably has a bulk density in the range from 0.3 to 0.8 g / l, more preferably from 0.4 to 0.7 g / l.
Herstellung des Komposits Production of the composite
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Komposits, das Lignin und wenigstens einen in dem Komposit verteilten Pyrolysekatalysator enthält. Dabei wird ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitgestellt und innig mit dem Pyrolysekatalysator in Kontakt gebracht. Bevorzugt erfolgt während und/oder nach dem Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Pyrolysekatalysator eine Verdichtung, d. h. das Inkontaktbringen und das Verdichten können zeitlich getrennt voneinander oder teilweise oder vollständig gemeinsam erfolgen. Another object of the invention is a method for producing a composite containing lignin and at least one distributed in the composite pyrolysis catalyst. In this case, a lignin-containing starting material is provided and intimately brought into contact with the pyrolysis catalyst. Preferably, during and / or after the contacting of the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst, densification takes place, ie. H. the contacting and compacting can take place separately from each other or partially or completely together.
Bereitstellung eines ligninhaltigen Ausgangsmaterials Provision of a lignin-containing starting material
Die folgenden Ausführungen zu ligninhaltigen Ausgangsmaterialien beziehen sich in vollem Umfang sowohl auf die Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite als auch auf die Herstellung einer Aromatenzusammensetzung nach dem im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. The following statements on lignin-containing starting materials relate in full to both the preparation of the composites according to the invention and the preparation of an aroma composition by the process according to the invention described below.
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. Bevorzugt wird ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitgestellt, das mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse des Materials, Lignin enthält. Bevorzugt geeignet sind ligninhaltige Zusammensetzungen, 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. 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. Preferably, a lignin-containing starting material is provided, which contains at least 10 wt .-%, preferably at least 15 wt .-%, based on the dry matter of the material, lignin. Preferably suitable are lignin-containing compositions containing 10 to 100 wt .-%, particularly preferably 15 to 95 wt .-%, based on the dry matter of the material, 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 sind auch lignocel- lulosehaltige Materialien. Lignocellulose bildet das Strukturgerüst der pflanzlichen Zellwand und enthält als Hauptbestandteile Lignin, Hemicellulosen und Cellulose. Weitere Bestandteile der pflanzlichen Zellwand und somit daraus erhaltener lignocellulosehalti- ger Materialien sind z. B. Silicate, extrahierbare niedermolekulare organische Verbindungen (so genannte Extraktstoffe, wie Terpene, Harze, Fette), Polymere, wie Protei- ne, Nukleinsäuren und Pflanzengummi (so genanntes Exsudat), etc. Also suitable for providing a lignin-containing starting material are lignocellulose-containing materials. Lignocellulose forms the structural framework of the plant cell wall and contains lignin, hemicelluloses and cellulose as main components. Further constituents of the plant cell wall and thus obtained lignocellulose-containing materials are, for. As silicates, extractable low molecular weight organic compounds (so-called extractives 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, Guaiacylpropan und Syringylpropan, die durch Etherbindungen und Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bindungen miteinander verbunden sind. 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. Thus, typical structural units of lignin are p-hydroxyphenylpropane, guaiacylpropane, and syringylpropane linked together by ether bonds and carbon-carbon bonds.
Als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäßen Komposite und das erfindungsge- mäße Verfahren zur Herstellung einer Aromatenzusammensetzung 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 Cellu- lose-Herstellung (Zellstoff-Verfahren). 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, Eucalyptus, 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 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite und in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Aromatenzusammensetzung eignen sich prinzipiell alle Hart- und alle Weichhöl- zer. Das 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, Kokosfa- sern, Switchgrass (Panicum virgatum) und andere Naturfasern. Geeignete Lignocellu- losematerialien 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 Biomasse- Produktion 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 various types of wood, ie hardwoods, such as maple, birch, pear, oak, alder, ash, eucalyptus, hornbeam, cherry, linden, walnut, poplar, willow, etc. and conifers such as Douglas fir, spruce, yew, Hemlock, pine, larch, fir, cedar, etc. Wood can be distinguished not only in deciduous and coniferous wood, but also in so-called "hardwoods" and "softwoods", which is not synonymous with the terms deciduous or conifers. Softwood, in contrast to hardwood, is lighter in weight Wood (ie wood with a density of less than 0.55 g / cm 3 , such as willows, poplars, linden and almost all conifers). In principle, all hard and all softwoods are suitable for use in the production of the composites of the invention and in the process according to the invention for the preparation of an aromatic composition. The wood used can also be made up, eg. In the form of pellets. Suitable residues in the woodworking industry are not only wood waste but also 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, wood chips, 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 Auf- trennung 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 latter also including lignin.
In einer bevorzugten Ausführung wird ein lignocellulosehaltiges Material bereitgestellt, einem Aufschluss unterzogen und aus dem aufgeschlossenen Material eine an Cellu- lose angereicherte Fraktion und eine an Lignin angereicherte (und gleichzeitig an Cellulose abgereicherte) Fraktion isoliert. In a preferred embodiment, a lignocellulose-containing material is provided, 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 erfin- dungsgemäßen 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. 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.
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. 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. In front- 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 Komponente 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 which is selected from hemicellulose, cellulose, degradation products of the aforementioned components, digestion chemicals and mixtures thereof.
In vielen Fällen ist es für Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite und die Pyro- lyse zur Herstellung einer Aromatenzusammensetzung unkritisch, wenn ein ligninhalti- ges Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das zusätzlich zu Lignin wenigstens eine weitere Komponente enthält. In many cases, it is not critical for the preparation of the composites of the invention and the pyro- lysis for the preparation of an aroma composition 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 dem Inkontaktbringen mit dem Pyrolysekatalysator 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 thermi- sehen 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, then at least some of the compounds other than lignin can be removed before being brought into contact with the pyrolysis catalyst. The components removed from the lignin-containing fraction (organic components and / or inorganic process chemicals) are preferably subjected to further work-up and / or thermal recovery, 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 ein- gestellt 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. CC>2 (bzw. die daraus mit Wasser resultierende Kohlensäure), Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure. 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. To remove at least a portion of the compounds other than lignin, the pH of the lignin-containing fraction can 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. B. CC> 2 (or resulting therefrom with water carbon dioxide), mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid. 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 die Entfernung zumindest eines Teils der von Lignin verschiedenen Verbindungen aus der ligninhaltigen Fraktion durch Filtration, Zentrifugieren, Extraktion, Fällung, Destillation, Strippen oder einer Kombination davon. Der Fachmann kann dabei über das Trennungsverfahren die Zusammensetzung der ligninhaltigen Fraktion und somit des Komposits 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 Techno- logy, 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. beschrieben 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 ein eine Mischungslücke aufweisendes Lösungsmit- tel 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 Destillationsverfahren 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 ein ligninhaltiger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulosematerials eingesetzt, der zumindest noch einen Teil des flüssigen Behandlungsmediums aus dem Aufschluss umfasst. Vorzugsweise wird der ligninhaltige Strom dann zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials für die Herstellung des erfindungsgemäßen Komposits einer Fällung einer ligninhaltigen Fraktion, gefolgt von einer teilweisen oder vollständigen Entfernung der flüssigen Komponenten, unterzogen. Preferably, at least a portion of the lignin-distinct compounds are removed from the lignin-containing fraction by filtration, centrifugation, extraction, precipitation, distillation, stripping or a combination thereof. The person skilled in the art can use the separation process to determine the composition of the lignin-containing compounds Control the fraction and thus the composite. 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 (Ed.): Mathematical Models and Design Methods in Solid-Liquid Separation, NATO ASI Series E No. 88, Martinus Nijhoff, Dordrecht 1985, pages 90ff.) And cross-flow filtrations (e.g. 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. For example, a solvent which is immiscible with the treatment medium from pulp production or at least one solvent having a miscibility gap can be used, in which lignin and optionally further desired components are soluble in a sufficient amount. The separation of components which can be decomposed without decomposition from the lignin-containing fraction can be carried out by customary distillation methods 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 specific embodiment, a lignin-containing stream from the digestion of a lignocellulosic material which comprises at least part of the liquid treatment medium from the digestion is used to provide the lignin-containing starting material. Preferably, the lignin-containing stream is then subjected to precipitation of a lignin-containing fraction, followed by partial or complete removal of the liquid components, to provide the lignin-containing starting material for the preparation of the composite of the present invention.
Vorzugsweise wird zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials 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. Vorzugsweise wird der pH-Wert der 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. 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. Preferably, the pH of the
Schwarzlauge auf einen Wert von höchstens 10,5 abgesenkt. Die Isolierung des ausgefallenen Lignins erfolgt bevorzugt durch ein Filtrationsverfahren. Geeignete Filtrationsverfahren sind die zuvor Genannten. Gewünschtenfalls 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. Besonders geeignet ist das so genannte Lignoboost- Verfahren. Lignoboost-Verfahren sind in der WO 2006/038863 (EP 1797236 A1 ) und WO 2006/031 175 (EP 1794363 A1 ) beschrieben ist, worauf hier Bezug genommen wird. Black liquor 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. Particularly suitable is the so-called lignoboost process. Lignoboost methods are described in WO 2006/038863 (EP 1797236 A1) and WO 2006/031 175 (EP 1794363 A1), to which reference is made here.
In einer speziellen Ausführung wird das ligninhaltige Ausgangsmaterial bereits vor dem Inkontaktbringen mit dem Pyrolysekatalysator einer Kompaktierung unterzogen. Auch bei einer solchen "Vorkompaktierung" erfolgt während und/oder nach dem Inkontaktbringen mit dem Pyrolysekatalysator in der Regel eine weitere Kompaktierung. In a special embodiment, the lignin-containing starting material is already subjected to compaction before being brought into contact with the pyrolysis catalyst. Even with such a "precompacting" is carried out during and / or after contacting with the pyrolysis catalyst usually a further compaction.
Pyrolysekatalysator Der Begriff "Pyrolysekatalysator" bezeichnet im Rahmen der Erfindung auch Katalysatorvorläufer, die erst vor oder während der Pyrolyse in die katalytisch aktive Form überführt werden. Pyrolysis Catalyst In the context of the invention, the term "pyrolysis catalyst" also refers to catalyst precursors which are converted into the catalytically active form only before or during pyrolysis.
Bevorzugt wird als Pyrolysekatalysator ein acider Pyrolysekatalysator eingesetzt. Ge- eignete acide Pyrolysekatalysatoren sind Lewis-acide und Bröstedt-acide Pyrolysekatalysatoren. Preferably, an acidic pyrolysis catalyst is used as the pyrolysis catalyst. Suitable acidic pyrolysis catalysts are Lewis acidic and Bröstedt acidic pyrolysis catalysts.
Die für den Einsatz in den erfindungsgemäßen Kompositen geeigneten Pyrolysekatalysatoren sind vorzugsweise ausgewählt unter: The pyrolysis catalysts suitable for use in the composites of the invention are preferably selected from:
I) wasserunlöslichen Katalysatoren I) water-insoluble catalysts
II) wasserlöslichen Katalysatoren, und II) water-soluble catalysts, and
Mischungen davon. Mixtures thereof.
Bevorzugte wasserunlösliche Katalysatoren I) sind durch eine definierte Acidität cha- rakterisiert. Geeignet als Katalysatoren I) sind oxidische Katalysatoren, die vorzugsweise ausgewählt sind unter Oxiden, Oxidgemischen oder Mischoxiden der Haupt- und Nebengruppenelemente. Oxidgemische sind Mischungen, die wenigstens zwei Oxide der Haupt- und Nebengruppenelemente aufweisen. Preferred water-insoluble catalysts I) are characterized by a defined acidity. Suitable catalysts I) are oxidic catalysts, which are preferably selected from oxides, oxide mixtures or mixed oxides of the main and sub-group elements. Oxide mixtures are mixtures which have at least two oxides of the main and subgroup elements.
Mischoxide (auch als Multimetalloxide bezeichnet) weisen neben Sauerstoff mindes- tens zwei verschiedene Metallatome auf, wobei es sich um voneinander verschiedene Metalle oder um gleiche Metalle in verschiedenen Oxidationsstufen handeln kann. Mischoxide weisen eine röntgenographisch einheitliche Phase auf. Mixed oxides (also referred to as multimetal oxides) have, in addition to oxygen, at least two different metal atoms, which may be metals which differ from one another or identical metals in different oxidation states. Mixed oxides have a radiographically uniform phase.
Die Katalysatoren I) können kristallin, teilkristallin oder amorph sein. Besonders bevor- zugte wasserunlösliche Katalysatoren I) sind Oxide, gemischte Oxide oder Mischoxide der Elemente Magnesium, Bor, Silicium, Aluminium, Phosphor, Eisen, Nickel, Kobalt, Calcium, Natrium und Schwefel. Insbesondere bevorzugt sind Oxide, gemischte Oxide oder Mischoxide der Elemente Magnesium, Bor, Silicium, Aluminium, Phosphor, Eisen und Schwefel. Speziell bevorzugt sind Oxide, gemischte Oxide oder Mischoxide der Elemente Bor, Silicium und Aluminium. Die Oxide, gemischten Oxide oder Mischoxide können dabei jeweils kristallin, teilkristallin oder amorph sein. The catalysts I) may be crystalline, partially crystalline or amorphous. Particularly preferred water-insoluble catalysts I) are oxides, mixed oxides or mixed oxides of the elements magnesium, boron, silicon, aluminum, phosphorus, iron, nickel, cobalt, calcium, sodium and sulfur. Particularly preferred are oxides, mixed oxides or mixed oxides of the elements magnesium, boron, silicon, aluminum, phosphorus, iron and sulfur. Especially preferred are oxides, mixed oxides or mixed oxides of the elements boron, silicon and aluminum. The oxides, mixed oxides or mixed oxides can each be crystalline, partially crystalline or amorphous.
Besonders bevorzugte wasserunlösliche Katalysatoren I) sind weiterhin Festkörperverbindungen mit aciden Eigenschaften (so genannte Festkörpersäuren). Dazu zählen Zeolithe. Geeignete Zeolithe sind prinzipiell die unter dieser Bezeichnung bekannten kristallinen, natürlich vorkommenden oder synthetischen Gerüstsilikate. Diese können in ihrer Zusammensetzung variieren, weisen jedoch im Allgemeinen neben Silizium, Aluminium und Sauerstoff wenigstens ein Alkali- und/oder Erdalkalimetall auf. In einer speziellen Ausführung wird ein natürlich vorkommender Zeolith eingesetzt. Particularly preferred water-insoluble catalysts I) are also solid compounds having acidic properties (so-called solid acids). These include zeolites. Suitable zeolites are, in principle, the crystalline, naturally occurring or synthetic framework silicates known under this name. These may vary in composition, but generally have at least one alkali and / or alkaline earth metal in addition to silicon, aluminum and oxygen. In a special embodiment, a naturally occurring zeolite is used.
Geeignet sind weiterhin Zeolith-analoge Strukturen, acide Aluminiumoxide und Modifikationen davon. Bevorzugt sind Modifikationen, die einen Einfluss auf die Stärke oder Zahl der aciden Zentren haben. Ein erster Gegenstand der Erfindung ist daher ein ni- ckelhaltiger Katalysator, erhältlich durch Behandeln eines Zeoliths mit einer sauren wässrigen Nickelsalzlösung und anschließendes Kalzinieren. Also suitable are zeolite-analogous structures, acidic aluminas and modifications thereof. Preferred are modifications which have an influence on the strength or number of acidic centers. A first subject of the invention is therefore a nickel-containing catalyst obtainable by treating a zeolite with an acidic aqueous nickel salt solution and then calcining.
Zur Herstellung eines modifizierten Zeoliths kann z. B. ein Zeolith einer Modifizierung mit Metallkationen unterzogen werden. Dazu zählt z. B. die Behandlung mit einer sauren Nickelsalzlösung. Die Behandlung des Zeoliths mit der sauren wässrigen Metall- Salzlösung erfolgt in der Regel durch inniges miteinander Inkontaktbringen. Dabei kommt es zu einem lonenaustausch von Kationen des Zeoliths (Alkali-/Erdalkalimetall- kationen) gegen Metallkationen der Behandlungslösung. Vorzugsweise erfolgt das Inkontaktbringen des Zeoliths mit der Salzlösung durch übliche Tauch- und Tränkverfahren, wie sie zur Katalysatorherstellung bekannt sind. Die Einstellung des pH-Werts kann durch Zusatz anorganischer Säuren, wie Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure, erfolgen. Beispielsweise wird zur Herstellung der modifizierten Zeolithe ein Nickelsalz eingesetzt, dessen wässrige Lösung bereits einen geeigneten sauren pH-Wert aufweist. Als Nickelsalze verwendet man vorzugsweise Nickel(ll)salze. Diese werden insbesondere in Form der Nitrate, Sulfate oder Acetate eingesetzt. For the preparation of a modified zeolite z. For example, a zeolite may be subjected to modification with metal cations. This includes z. As the treatment with an acidic nickel salt solution. The treatment of the zeolite with the acidic aqueous metal salt solution is usually carried out by intimately contacting each other. This results in an ion exchange of cations of the zeolite (alkali / alkaline earth metal cations) against metal cations of the treatment solution. The contacting of the zeolite with the salt solution preferably takes place by customary dipping and impregnating methods, as are known for catalyst preparation. The adjustment of the pH can be carried out by addition of inorganic acids, such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or phosphoric acid. For example, a nickel salt whose aqueous solution already has a suitable acidic pH is used to prepare the modified zeolites. The nickel salts used are preferably nickel (II) salts. These are used in particular in the form of nitrates, sulfates or acetates.
Geeignete wasserunlösliche Katalysatoren I) sind weiterhin kristalline oder teilkristalline oder amorphe Oxide, gemischte Oxide oder Mischoxide, die in einer Katalysatorfabrik als Nebenprodukt bei Brechen oder Sieben anfallen. Geeignet sind auch Katalysato- ren, die als deaktivierte Katalysatoren bei bestimmten Prozessen entfernt werden, wie zum Beispiel beim FCC-Prozess. Suitable water-insoluble catalysts I) are furthermore crystalline or partially crystalline or amorphous oxides, mixed oxides or mixed oxides which are obtained in a catalyst factory as a by-product in the case of crushing or sieving. Also suitable are catalysts which are removed as deactivated catalysts in certain processes, for example in the FCC process.
Bevorzugte wasserlösliche Katalysatoren II) weisen in Kombination mit dem zur Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite eingesetzten ligninhaltigen Ausgangsma- terial ein bestimmtes Aciditätsprofil auf, das sich vorteilhaft im Sinne des erfindungsgemäßen Prozesses auswirkt. Preferred water-soluble catalysts II) in combination with the lignin-containing starting material used for the production of the composites according to the invention have a specific acidity profile which has an advantageous effect in the context of the process according to the invention.
Besonders bevorzugte wasserlösliche Katalysatoren II) sind ausgewählt unter Verbindungen der Gruppen 1 , 2, 3 bis 12, sowie 13 bis 16 des Periodensystems der Elemen- te und Mischungen davon. Insbesondere enthalten die wasserlöslichen Katalysatoren II) wenigstens eine Verbindung, die eines der folgenden Elemente enthält: Na, K, Mg, Ca, Sr, La, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, B, AI, Si, P und S. Speziell enthalten die wasserlöslichen Katalysatoren II) wenigstens eine Verbindung, die eines der folgenden Elemente enthält: Na, Ca, La, V, Mn, Fe, B, AI, Si, P und S. Particularly preferred water-soluble catalysts II) are selected from compounds of groups 1, 2, 3 to 12, and 13 to 16 of the Periodic Table of the Elements and mixtures thereof. In particular, the water-soluble catalysts II) contain at least one compound containing one of the following elements: Na, K, Mg, Ca, Sr, La, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, B Al, Si, P and S. Specifically, the water-soluble catalysts II) contain at least one compound containing one of the following elements: Na, Ca, La, V, Mn, Fe, B, Al, Si, P and S.
Geeignet als wasserlösliche Katalysatoren II) sind prinzipiell kovalente Verbindungen, Komplexverbindungen und Salze der zuvor genannten Elemente. Geeignete Salze dieser Elemente können anorganische oder organische Gegenionen aufweisen. Als wasserlösliche Katalysatoren II) kommen insbesondere solche Verbindungen in Frage, die kostengünstig und/oder die keine unerwünschte Komponenten in die Pyrolysereaktion mit einbringen, die durch aufwendige Aufarbeitungsschritte entfernt werden müssen. Solche unerwünschten Komponenten können beispielsweise Halogene wie Chlor oder Brom oder deren Verbindungen sein. Bevorzugt sind solche Verbindungen, die nicht aus dem Pyrolyseprozess entfernt werden müssen oder deren Zersetzungspro- dukte nicht aus dem Pyrolyseprozess entfernt werden müssen. Dazu zählen Salze, deren Anionen vorzugsweise ausgewählt sind unter Sulfat, Sulfid, Sulfit, Acetat, Hydroxid, Carbonat oder Nitrat. Sofern zur Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite ein Lösungsmittel eingesetzt wird, sind Katalysatoren bevorzugt, die gut in den zur Herstellung der Komposite eingesetzten Lösungsmitteln löslich sind. Sofern in einer speziellen Ausführung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite ein von Wasser verschiedenes Lösungsmittel oder ein wasserhaltiges oder wasserfreies Lösungsmittelgemisch eingesetzt wird, sind Katalysatoren bevorzugt, die darin löslich sind. Suitable water-soluble catalysts II) are in principle covalent compounds, complex compounds and salts of the abovementioned elements. Suitable salts of these elements may include inorganic or organic counterions. Suitable water-soluble catalysts II) are, in particular, those compounds which are cost-effective and / or which do not introduce any undesired components into the pyrolysis reaction which have to be removed by complicated work-up steps. Such undesirable components may be, for example, halogens such as chlorine or bromine or their compounds. Preference is given to those compounds which do not have to be removed from the pyrolysis process or whose decomposition products do not have to be removed from the pyrolysis process. These include salts whose anions are preferably selected from sulfate, sulfide, sulfite, acetate, hydroxide, carbonate or nitrate. If a solvent is used for the preparation of the composites of the invention, preference is given to catalysts which are readily soluble in the solvents used to prepare the composites. If in one special embodiment for the preparation of the composite according to the invention a solvent other than water or a water-containing or anhydrous solvent mixture is used, catalysts are preferred which are soluble therein.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Komposite eingesetzten Pyrolysekatalysatoren sind vorzugsweise ausgewählt unter Borsäure, Zeolithen, Kieselsäure, Tonerde, Aluminosilicaten, Zirkoniumoxid, Titandioxid, wasserlöslichen Nickelsalzen und wasserlöslichen Cobaltsalzen. The pyrolysis catalysts used for preparing the composites of the invention are preferably selected from boric acid, zeolites, silicic acid, alumina, aluminosilicates, zirconium oxide, titanium dioxide, water-soluble nickel salts and water-soluble cobalt salts.
Ein spezieller Pyrolysekatalysator ist Borsäure. A special pyrolysis catalyst is boric acid.
Ein weiterer spezieller Pyrolysekatalysator ist ein Zeolith ZSM-5. Another special pyrolysis catalyst is a zeolite ZSM-5.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird als Pyrolysekatalysator ein natürlich vorkommender Zeolith eingesetzt. In a further specific embodiment, a naturally occurring zeolite is used as pyrolysis catalyst.
Ein weiterer spezieller Pyrolysekatalysator ist Boehmit, wie es z. B. unter der Bezeichnung Disperal von der Sasol Deutschland GmbH angeboten wird. Another special pyrolysis catalyst is boehmite, as z. B. under the name Disperal offered by Sasol Germany GmbH.
Ein weiterer spezieller Pyrolysekatalysator ist Nickelacetat. Another special pyrolysis catalyst is nickel acetate.
Ein weiterer spezieller Pyrolysekatalysator ist Cobaltacetat. In einer speziellen Ausführungsform umfasst der Pyrolysekatalysator den katalysator- haltigen festen Reaktoraustrag aus einer Pyrolyse in Gegenwart eines Komposits, wie zuvor definiert. Another special pyrolysis catalyst is cobalt acetate. In a specific embodiment, the pyrolysis catalyst comprises the catalyst-containing solid reactor effluent from a pyrolysis in the presence of a composite, as defined above.
Inkontaktbringen und Kompaktieren Contacting and compacting
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Komposits umfasst das Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Pyrolysekatalysator (= Schritt a)). The preparation of the composite according to the invention comprises contacting the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst (= step a)).
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Komposits umfasst weiterhin optional das gemeinsame Verdichten des ligninhaltigen Ausgangsmaterials und des Pyrolysekatalysators. The production of the composite according to the invention also optionally comprises the combined densification of the lignin-containing starting material and the pyrolysis catalyst.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt a) alleine ausgeführt, d. h. es erfolgt keine zusätzliche Verdichtung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials und des Pyrolysekatalysators. Geeignete Vorrichtungen für die alleinige Durchführung des Schritts a) sind z. B. Fassmischer, Drehrohre oder andere geeignete Mischwerke. In a first preferred embodiment, the step a) is carried out alone, ie there is no additional compression of the lignin-containing starting material and of the pyrolysis catalyst. Suitable devices for the sole implementation of step a) are z. As drum mixer, rotary tubes or other suitable mixing plants.
In einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform wird das ligninhaltige Aus- gangsmaterial und der Pyrolysekatalysator während und/oder nach dem Inkontaktbrin- gen einer Verdichtung unterzogen (Schritte a) und b)). In a second particularly preferred embodiment, the lignin-containing starting material and the pyrolysis catalyst are subjected to compaction during and / or after the contacting (steps a) and b)).
Bevorzugt erfolgt die Verdichtung durch Kompaktieren, Extrudieren, Tablettieren oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Maßnahmen. Preferably, the compaction is carried out by compacting, extruding, tableting or a combination of at least two of these measures.
Die Schritte a) und b) können dabei zeitlich getrennt voneinander oder teilweise oder vollständig gemeinsam erfolgen. In einer bevorzugten Ausführung wird zunächst das ligninhaltige Ausgangsmaterial mit dem Pyrolysekatalysator unter Bedingungen in Kontakt gebracht, bei denen im Wesentlichen keine Verdichtung erfolgt und das so erhal- tene Gemisch anschließend verdichtet. Eine Verdichtung ist in der Regel mit einem innigen Inkontaktbringen der Komponenten verbunden. Die Schritte a) und b) können daher auch gemeinsam in einer Verdichtungsvorrichtung durchgeführt werden. Erfolgt das Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Pyrolysekatalysator in Gegenwart eines flüssigen Behandlungsmediums, so ist es bevorzugt, die Schrit- te a) und b) zeitlich getrennt voneinander durchzuführen. Somit wird eine teilweise oder vollständige Entfernung flüssiger Komponenten vor der Verdichtung ermöglicht. Wird ein festes ligninhaltiges Ausgangsmaterial mit einem festen Pyrolysekatalysator in Kontakt gebracht, so ist es möglich, die Schritte a) und b) zeitlich getrennt voneinander oder teilweise oder vollständig gemeinsam durchzuführen. The steps a) and b) can be carried out separately in time or partially or completely together. In a preferred embodiment, first the lignin-containing starting material is brought into contact with the pyrolysis catalyst under conditions in which essentially no compression takes place and the mixture thus obtained is subsequently compressed. Compression is usually associated with intimate contacting of the components. The steps a) and b) can therefore also be carried out together in a compacting device. If the contacting of the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst takes place in the presence of a liquid treatment medium, it is preferable to carry out steps a) and b) separately from one another in terms of time. Thus, partial or complete removal of liquid components prior to compaction is enabled. If a solid lignin-containing starting material is brought into contact with a solid pyrolysis catalyst, it is possible to carry out steps a) and b) separately in time or partially or completely together.
Das Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Pyrolysekatalysator erfolgt in einer ersten Ausführungsform in Gegenwart eines flüssigen Behandlungsmediums. Bevorzugt ist das flüssige Behandlungsmedium ausgewählt unter Wasser, wassermischbaren organischen Lösungsmitteln und Mischungen davon. Geeignete wassermischbare organische Lösungsmittel sind Alkohole, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, tert.-Butanol, Di- und Polyolen, wie Ethandiol und Propandiol, Tetrahydrofuran, Ketone, wie Aceton und Methylethylketon und Mischungen davon. Bevorzugte wassermischbare organische Lösungsmittel sind Methanol und/oder Ethanol. The contacting of the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst takes place in a first embodiment in the presence of a liquid treatment medium. Preferably, the liquid treatment medium is selected from water, water-miscible organic solvents and mixtures thereof. Suitable water-miscible organic solvents are alcohols, such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, tert-butanol, di- and polyols, such as ethanediol and propanediol, tetrahydrofuran, ketones, such as acetone and methyl ethyl ketone, and mixtures thereof. Preferred water-miscible organic solvents are methanol and / or ethanol.
Bevorzugt beträgt der Wassergehalt des flüssigen Behandlungsmediums wenigstens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen Behandlungsmediums. Insbesondere wird als flüssiges Behandlungsmedium Wasser eingesetzt. Bevorzugt wird der Pyrolysekatalysator als Zubereitung in dem flüssigen Behandlungsmedium mit dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht. Die flüssige Zubereitung kann dabei in Form einer Lösung, kolloidalen Dispersion oder Dispersion des Katalysators in dem Behandlungsmedium vorliegen. Zum Inkontaktbringen eignen sich beispielsweise die üblichen Tauch- und Tränkverfahren, wie sie zur Katalysatorherstellung bekannt sind. Bevorzugt wird die Katalysatorzubereitung in dem flüssigen Behandlungsmedium während der Behandlung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials an diesem vorbei bewegt, z. B. durch Rühren oder Umpumpen. Preferably, the water content of the liquid treatment medium is at least 70 wt .-%, more preferably at least 90 wt .-%, based on the total weight of the liquid treatment medium. In particular, water is used as the liquid treatment medium. The pyrolysis catalyst is preferably brought into contact with the lignin-containing starting material as a preparation in the liquid treatment medium. The liquid preparation may be present in the form of a solution, colloidal dispersion or dispersion of the catalyst in the treatment medium. For example, the usual immersion and impregnation processes, as known for catalyst preparation, are suitable for contacting. Preferably, the catalyst preparation in the liquid treatment medium during the treatment of the lignin-containing starting material is moved past this, z. B. by stirring or pumping.
Bevorzugt wird das flüssige Behandlungsmedium nach dem Inkontaktbringen entfernt. Dazu eignen sich die üblichen Verfahren, z. B. durch Einengen, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur und/oder unter vermindertem Druck. In einer speziellen Ausführung erfolgt das Inkontaktbringen einer Zubereitung des Pyrolysekatalysators in dem flüssigen Behandlungsmedium mit dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial nach einem modifizierten "incipient wetness-Verfahren". Dabei wird nach dem Inkontaktbringen überschüssiges Behandlungsmedium entfernt. Das Inkontaktbringen des Pyrolysekatalysators in einem flüssigen Behandlungsmedium mit dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens 10 °C, besonders bevorzugt von wenigstens 20 °C. Die Maximaltemperatur bei der Behandlung ist in der Regel unkritisch, liegt jedoch aus praktischen Gründen vorzugsweise unterhalb des Siedepunkts von Wasser, z. B. bei höchstens 95 °C. Preferably, the liquid treatment medium is removed after contacting. These are the usual methods, eg. B. by concentration, optionally at elevated temperature and / or under reduced pressure. In a specific embodiment, the contacting of a preparation of the pyrolysis catalyst in the liquid treatment medium with the lignin-containing starting material is carried out by a modified "incipient wetness method". Excess treatment medium is removed after contacting. The contacting of the pyrolysis catalyst in a liquid treatment medium with the lignin-containing starting material is preferably carried out at a temperature of at least 10 ° C, more preferably of at least 20 ° C. The maximum temperature in the treatment is generally not critical, but is for practical reasons preferably below the boiling point of water, eg. B. at most 95 ° C.
Die Dauer des Inkontaktbringens des Pyrolysekatalysators in einem flüssigen Behandlungsmedium mit dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial beträgt vorzugsweise wenigstens 30 Minuten, insbesondere wenigstens eine Stunde. The duration of the contacting of the pyrolysis catalyst in a liquid treatment medium with the lignin-containing starting material is preferably at least 30 minutes, in particular at least one hour.
Vor dem Verdichtungsschritt kann man das behandelte ligninhaltige Ausgangsmaterial zusätzlich einer Trocknung unterziehen. Die Temperatur bei der Trocknung beträgt vorzugsweise 30 bis 100 °C, besonders bevorzugt 40 bis 95 °C. Die Trocknung kann in dazu üblichen Vorrichtungen, z. B. Trockenschränken und Trockenkammern, erfolgen. Zur Trocknung kann zusätzlich ein Gasstrom (z. B. ein Luftstrom) an dem behandelten ligninhaltigen Ausgangsmaterial vorbeigeleitet werden. Before the densification step, the treated lignin-containing starting material can additionally be subjected to drying. The temperature during the drying is preferably 30 to 100 ° C, more preferably 40 to 95 ° C. The drying can be done in customary devices, for. As drying cabinets and drying chambers done. For drying, a gas stream (eg an air stream) may additionally be conducted past the treated lignin-containing starting material.
Das Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Pyrolysekatalysator erfolgt in einer zweiten Ausführungsform in Abwesenheit eines flüssigen Behand- lungsmediums. Geeignete Verfahren zur Vermischung eines festen Katalysators mit dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial sind bekannte Mischverfahren, z. B. zur Herstellung von Pulvermischung. Dazu können dem Fachmann bekannte Vorrichtungen, wie Fassmischer, Drehrohre oder andere geeignete Mischwerke, eingesetzt werden. The contacting of the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst takes place in a second embodiment in the absence of a liquid treatment. development medium. Suitable methods for mixing a solid catalyst with the lignin-containing starting material are known mixing methods, for. B. for the preparation of powder mixture. For this purpose, devices known to those skilled in the art, such as drum mixers, rotary kilns or other suitable mixing plants, can be used.
Das Verdichten kann in einer dafür üblichen Vorrichtung durchgeführt werden. The compression can be carried out in a conventional device.
Geeignete Extruder sind Einschneckenmaschinen, kämmende Schneckenmaschinen oder auch Mehrwellenextruder, insbesondere Zweischnecken-Extruder. Diese können gleichsinnig oder gegensinnig drehend und gegebenenfalls mit Knetscheiben ausgerüstet sein. Wenn bei der Extrusion ein Lösungsmittel verdampft werden muss, sind die Extruder im Allgemeinen mit einem Verdampfungsteil ausgerüstet. Besonders bevorzugt sind Extruder der ZKS-Baureihe von Werner und Pfleiderer. Zum Tablettieren kann eine dafür übliche Vorrichtung eingesetzt werden. Suitable extruders are single-screw machines, intermeshing screw machines or even multi-screw extruders, in particular twin-screw extruders. These may be rotating in the same direction or in opposite directions and optionally equipped with kneading disks. When a solvent needs to be evaporated during extrusion, the extruders are generally equipped with an evaporation section. Particular preference is given to extruders of the ZKS series by Werner and Pfleiderer. For tabletting a conventional device can be used.
Besonders bevorzugt erfolgt das Verdichten durch Kompaktieren. Das Kompaktieren kann in einer dafür üblichen Vorrichtung durchgeführt werden. Dazu zählen Walzen- Kompaktoren, wie sie z. B. von der Fa. Powtec erhältlich sind. Particularly preferably, the compaction is carried out by compaction. The compacting can be carried out in a conventional apparatus. These include roller compactors, as z. B. from the company Powtec available.
Das erhaltene Komposit kann einer Auftrennung nach Maßgabe der Teilchengröße in einer dafür geeigneten Vorrichtung unterzogen werden. Dazu zählen die dafür üblichen Siebvorrichtungen. Die Fraktion mit einer ausreichend großen Teilchengröße kann als Produkt abgetrennt werden. Das Feingut im Komposit mit einer zu geringen Partikel- große wird in der Regel erneut der Verdichtung zugeführt. The resulting composite may be subjected to particle size separation in a suitable apparatus. These include the usual screening devices. The fraction having a sufficiently large particle size can be separated as a product. The fine material in the composite with too small a particle size is usually fed back to the compression.
Das erhaltene Komposit kann gewünschtenfalls einer Zerkleinerung unterzogen werden. Vorzugsweise erfolgt die Zerkleinerung gleichzeitig mit einer Auftrennung auf einer Siebmaschine. The resulting composite can be subjected to comminution if desired. The comminution preferably takes place simultaneously with a separation on a screening machine.
Die erfindungsgemäßen und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Komposite weisen bei einem Einsatz in der Pyrolyse ein besonders vorteilhaftes Eigenschaftsprofil auf. Dazu zählt wenigstens eine der folgenden Eigenschaften: 1 .) hohe Gesamtausbeute an flüssigem oder verflüssigbarem Wertstoff When used in pyrolysis, the composites according to the invention and produced by the process according to the invention have a particularly advantageous property profile. This includes at least one of the following properties: 1.) High overall yield of liquid or liquefiable recyclable material
(darunter wird im Rahmen der Erfindung eine organische Verbindung oder eine Zusammensetzung aus wenigstens zwei organischen Verbindungen verstanden, die unter Normalbedingungen (20 °C, 1013 mbar) flüssig vorliegen oder unzer- setzt verflüssigbar sind; Verflüssigung bezeichnet dabei den Übergang vom fes- ten in den flüssigen Aggregatzustand im Sinne von Schmelzen und nicht Solubili- sierung unter Zugabe eines Lösungsmittels), (In the context of the invention, this is understood as meaning an organic compound or a composition of at least two organic compounds which are liquid under normal conditions (20 ° C., 1013 mbar) or which are liquefiable without being liquefied; in the liquid state of aggregation in the sense of melting and not solubilization with the addition of a solvent),
2. ) hohe Gesamtausbeute an Aromaten bezogen auf den Einsatzstoff,  2.) high overall yield of aromatics based on the starting material,
3. ) hoher Anteil an monomeren Aromaten im Pyrolyseprodukt,  3.) high proportion of monomeric aromatics in the pyrolysis product,
4.) geringer Anteil an unter den Pyrolysebedingungen schwerflüchtigen Verbindungen, 4.) low proportion of compounds which have low volatility under the pyrolysis conditions,
5. ) Vermeidung einer Teerbildung und/oder des Aufbaus von anhaftenden Koksschichten im Reaktorraum und anderen Anlageteilen,  5.) Prevention of tar formation and / or the buildup of adherent coke layers in the reactor space and other parts of the plant,
6. ) Bildung eines (katalysatorhaltigen) Kokses mit definierter kornartiger Struktur, der einen Transport durch die Anlage erleichtert und/oder gut recyclebar ist.  6.) Formation of a (catalyst-containing) coke with a defined granular structure, which facilitates transport through the plant and / or is easily recyclable.
Pyrolyse pyrolysis
Die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Komposite und die nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Komposite eignen sich vorteilhaft für den Einsatz in einer Pyrolyse, wobei als ein Wertprodukt eine Aromatenzu- sammensetzung erhalten wird. The composites according to the invention described above and the composites obtained by the process according to the invention described above are advantageously suitable for use in pyrolysis, wherein an aromatics composition is obtained as a desired product.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer Aroma- tenzusammensetzung aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial, bei dem man ein Komposit, das Lignin und wenigstens einen in dem Komposit verteilten aciden Pyrolysekatalysator enthält, einer Pyrolyse unterzieht. Bezüglich geeigneter und bevorzugter Ausführungsformen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials, des Pyrolysekatalysators und des Komposits wird auf die vorher gemachten Angaben in vollem Umfang Bezug genommen. The invention therefore also provides a process for preparing an aroma composition from a lignin-containing starting material, in which a composite containing lignin and at least one acidic pyrolysis catalyst dispersed in the composite is subjected to pyrolysis. With regard to suitable and preferred embodiments of the lignin-containing starting material, the pyrolysis catalyst and the composite, reference is made in full to the information given above.
Zur Pyrolyse kann das ligninhaltige Ausgangsmaterial teilweise oder vollständig in Form eines Komposits eingesetzt werden. Bevorzugt wird das ligninhaltige Ausgangsmaterial zu mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 70 Gew.-%, insbesonde- re zu mindestens 90 Gew.-% in Form eines Komposits eingesetzt. In einer speziellen Ausführungsform wird das ligninhaltige Ausgangsmaterial zur Pyrolyse vollständig in Form eines Komposits eingesetzt. For pyrolysis, the lignin-containing starting material can be used partially or completely in the form of a composite. Preferably, the lignin-containing starting material is used to at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%, in particular at least 90 wt .-% in the form of a composite. In a specific embodiment, the lignin-containing starting material for pyrolysis is used completely in the form of a composite.
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. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Pyrolysezone wenigstens ein Festbett. Die Festbetten können wenigstens eine inerte Festbettschüttung umfassen. Möglich ist auch der Einsatz wenigs- tens einer katalytisch aktiven Festbettschüttung. Bevorzugt wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Pyrolysekatalysator vollständig in Form eines Komposits eingesetzt. Wird das erfindungsgemäße Verfahren mit wenigstens einem Festbett als Pyrolysezone betrieben, so kann ein Intervall betrieb vorteilhaft sein, bei dem sich an eine Pyrolysephase eine Abbrandphase anschließt, um schwerflüchtige Komponenten aus dem Festbett zu entfernen. In einer alternativen Ausführung kann die Pyrolysezone auch z. B. als Drehrohrofen oder Wirbelschicht ausgestaltet sein. Geeignet sind sowohl stationäre als auch zirkulierende Wirbelschichten. Bei der Ausführung der Pyrolysezone als Wirbelschicht wird ein Wirbelgas 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. The pyrolysis takes place in at least one pyrolysis zone. In a preferred embodiment, the pyrolysis zone comprises at least one fixed bed. The fixed beds may comprise at least one inert fixed bed. Also possible is the use of at least one catalytically active fixed bed. The pyrolysis catalyst is preferably used completely in the form of a composite by the process according to the invention. 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 burn-off phase in order to remove low-volatility components from the fixed bed. In an alternative embodiment, the pyrolysis zone also z. B. be configured as a rotary kiln or fluidized bed. Both stationary and circulating fluidized beds are suitable. In the execution of the pyrolysis as a fluidized bed a fluidizing gas 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.
Zur Pyrolyse wird vorzugsweise ein Feedgas in die Pyrolysezone eingespeist. For pyrolysis, a feed gas is preferably fed into the pyrolysis zone.
Bevorzugte Feedgase enthalten wenigstens ein Gas, das ausgewählt ist unter Stick- stoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, etc. oder Mischungen dieser Gase. Zusätzlich kann das Feedgas wenigstens ein weiteres Gas enthalten, das z. B. ausgewählt ist unter Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid, etc. Preferred feed gases contain at least one gas which is selected from nitrogen, carbon dioxide, water vapor, etc. or mixtures of these gases. In addition, the feed gas may contain at least one additional gas, the z. B. is selected from hydrogen, methane, carbon monoxide, etc.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Pyrolyse nicht unter Zusatz von Wasserstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen und/oder Wasserstoff übertragenden Verbindungen durchgeführt. Zu den Wasserstoff übertragenden Verbindungen zählt speziell auch Wasserdampf. In dieser Ausführungsform erfolgt im Rahmen der Pyrolyse wesentlich keine hydrierende Umsetzung. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die Pyrolyse unter Zusatz vonIn a first preferred embodiment, the pyrolysis is not carried out with the addition of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds. In particular, water vapor also belongs to the hydrogen-transferring compounds. In this embodiment, substantially no hydrogenating reaction takes place in the course of the pyrolysis. In a second preferred embodiment, the pyrolysis with the addition of
Wasserstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen und/oder Wasserstoff übertragenden Verbindungen durchgeführt. Diese Ausgestaltung der Pyrolyse kann auch als "Hydrocracken" bezeichnet werden. Bei dieser Ausführungsform werden die bei der Pyrolyse entstandenen aromatischen Lignin-Abbauprodukte durch Einwirkung von Wasserstoff und/oder Wasserdampf zumindest teilweise so umgewandelt, dass Substi- tuenten durch Wasserstoff ersetzt werden und/oder mehre aromatische Kerne enthaltende Verbindungen zu Verbindungen mit geringerer Anzahl von Kernen gespalten werden. Umfasst sind dabei auch Reaktionen wie Dehydroxylierung, Dealkoxylierung, Aromatenspaltung, etc. Die durch Wasserstoff ersetzten Substituenten sind Vorzugs- weise ausgewählt unter Alkylgruppen, Hydroxygruppen, Alkoxygruppen und Aryloxy- gruppen. Bevorzugt weist das zum Hydrocracken eingesetzte Feedgas einen Wasserdampfgehalt von 2 bis 90 Vol.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 80 Vol.-%, insbesondere von 10 bis 70 Vol.-%, auf. Im Falle der Dampfdealkylierung wird der zur Umset- zung erforderliche Wasserstoff in situ durch Reaktion von Wasser mit (hauptsächlich organischen) Komponenten gebildet, die entweder im Eduktgemisch 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. Wird die Pyrolyse unter Zusatz von Wasserstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen und/oder Wasserstoff übertragenden Verbindungen durchgeführt, so wird eine Aromatenzusammensetzung als Zielprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet, die niedermolekulare aromatische Verbindungen enthält, die bevorzugt ausgewählt sind unter Benzol und phenolischen Verbindungen, wie Phenol und/oder Dihydroxybenzolen. Die Aromatenzusammensetzung weist dann insbesondere geringere Anteile an den folgenden Komponenten auf als bei einer Pyrolyse in Abwesenheit von Wasserstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen und/oder Wasserstoff übertragenden Verbindungen: mono-, di-, und polyalkylierte Phenole; Alkoxyphenole, wie Methoxyphenole; polyalkylierte Benzole; Verbindungen, die zwei oder mehr aromatische Ringe enthalten. Hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds carried out. This embodiment of the pyrolysis can also be referred to as "hydrocracking". In this embodiment, the aromatic lignin degradation products formed during the pyrolysis 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 cleaved to compounds with a smaller number of nuclei become. Also included are reactions such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic cleavage, etc. The substituents replaced by hydrogen are preferred. selected from among alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups and aryloxy groups. The feed gas used for the hydrocracking preferably has a water vapor content of from 2 to 90% by volume, particularly preferably from 5 to 80% by volume, in particular from 10 to 70% by volume. In the case of steam dealkylation, the hydrogen required for the reaction is formed in situ by reaction of water with (mainly organic) components which are either present in the starting material mixture or are formed in the course of steam dealkylation. As an example, the formation of hydrogen from methane and water can be named according to the equation CH4 + H2O - CO + 3 H2. If the pyrolysis is carried out with the addition of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds, an aromatic compound is formed as the target product of the process according to the invention, which contains low molecular weight aromatic compounds, which are preferably selected from benzene and phenolic compounds, such as phenol and / or dihydroxybenzenes. The aroma composition then has, in particular, lower proportions of the following components than in the case of pyrolysis in the absence of hydrogen and / or hydrogen-containing gases and / or hydrogen-transferring compounds: mono-, di- and polyalkylated phenols; Alkoxyphenols, such as methoxyphenols; polyalkylated benzenes; Compounds containing two or more aromatic rings.
Die Temperatur bei der Pyrolyse liegt vorzugsweise in einem Bereich von 200 bis 1500 °C, besonders bevorzugt 350 bis 950 °C, insbesondere 380 bis 850 °C. The temperature in the pyrolysis is preferably in a range of 200 to 1500 ° C, more preferably 350 to 950 ° C, especially 380 to 850 ° 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 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 Pyrolysetemperatur 0,5 Sekunden bis 5 Minuten, spezieller 2 Sekunden bis 3 Minuten. 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.
Geeignete Verfahren zur katalysierten Pyrolyse von Lignin sind z. B. auch in Suitable processes for the catalyzed pyrolysis of lignin are, for. B. also in
WO 96/09350 (Midwest Research Institute, 1996) oder US 4,409,416 (Hydrocarbon WO 96/09350 (Midwest Research Institute, 1996) or 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. Aus der Pyrolysezone wird ein Austrag entnommen, wobei es in der Regel zweckmäßig ist, die Pyrolysegase und die festen und/oder flüssigen Komponenten separat auszutragen. 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") , A discharge is taken from the pyrolysis zone, whereby it is generally expedient discharge the pyrolysis gases and the solid and / or liquid components separately.
Bevorzugt wird der Austrag aus der Pyrolysezone einer Auftrennung unter Erhalt der folgenden drei Ströme unterzogen wird: Preferably, the effluent from the pyrolysis zone is subjected to separation to obtain the following three streams:
D1 ) einer festen katalysatorhaltigen Fraktion, D1) of a solid catalyst-containing fraction,
D2) einer an Aromaten angereicherten Fraktion, D2) an aromatic-enriched fraction,
D3) einer an leichter als D2) flüchtigen Nebenprodukten angereicherten Fraktion.  D3) of a fraction which is enriched in by-products which are lighter than D2).
In der Regel wird zur Gewinnung des Austrags aus der Pyrolysezone so vorgegangen, dass im Verlauf der Pyrolyse kontinuierlich oder in Intervallen ein Gasaustrag entnommen wird. Dieser enthält alle unter den Pyrolysebedingungen flüchtigen Komponenten. Dazu zählen die erfindungsgemäß angestrebte Aromatenzusammensetzung und leich- ter als diese flüchtigen Komponenten. Die unter den Pyrolysebedingungen schwerflüchtigen festen und/oder flüssigen Komponenten werden nach Abschluss der Pyrolyse separat ausgetragen. Bei den aus der Pyrolysezone ausgetragenen festen und, falls vorhanden, flüssigen Komponenten handelt es sich z. B. um bei der Pyrolyse gebildete schwerflüchtige Komponenten (Koks) sowie den Pyrolysekatalysator. Sofern zur Pyro- lyse wenigstens ein fester Zuschlagsstoff eingesetzt wird, kann der Austrag aus der Pyrolysezone auch Anteile des Zuschlagsstoffs enthalten. Sofern das Pyrolysegas noch feste und/oder flüssige Komponenten enthält, können diese mittels einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einem Zyklon, vom Pyrolysegas abgetrennt werden. Zur Gewinnung der Fraktion D1 ) wird der Katalysator von den festen, stark kokshalti- gen Nebenprodukten der Pyrolysereaktion getrennt. Prinzipiell stehen hier im Rahmen des Verfahrens mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Beispielsweise kann nach thermischer Verwertung des kokshaltigen Nebenproduktes ein Aufschluss der mineralischen Asche erfolgen. Lösliche Katalysatoren können dann mit geeigneten Lösungs- mittein abgetrennt werden. Geeignete Lösungsmittel sind dieselben wie sie zur Behandlung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem frischen Katalysator eingesetzt werden. Unlösliche Katalysatoren können von allen löslichen Komponenten befreit und so abgetrennt werden. Bevorzugt als Lösungsmittel sind Wasser, Ethanol und Methanol, besonders bevorzugt ist als Lösungsmittel Wasser oder Lösungsmittel mit einem Wasseranteil größer als 70 vol.%, besonders bevorzugt mit einem Wasseranteil größer als 90 vol.%. Die Versetzung der Asche mit Aufschlussmitteln, wie Alkalien oder anderen dem Fachmann bekannten nützlichen Chemikalien, und der Durchführung geeigneter, dem Fachmann bekannter Verfahren, wie thermischer oder hydrothermaler Behandlung, ist ebenfalls im erfindungsgemäßen Verfahren explizit enthalten. As a rule, in order to obtain the discharge from the pyrolysis zone, the procedure is such that a gas discharge is taken off continuously or at intervals in the course of the pyrolysis. This contains all volatile under the pyrolysis conditions components. These include the aromatic composition desired according to the invention and lighter than these volatile components. The non-volatile under the pyrolysis solid and / or liquid components are discharged separately after completion of the pyrolysis. The discharged from the pyrolysis solid and, if present, liquid components are, for. Example, formed during the pyrolysis low volatility components (coke) and the pyrolysis catalyst. If at least one solid aggregate is used for the pyrolysis, the discharge from the pyrolysis zone may also contain fractions of the aggregate. If the pyrolysis gas still contains solid and / or liquid components, these can by means of a suitable device, for. As a cyclone, are separated from the pyrolysis gas. To obtain fraction D1), the catalyst is separated from the solid, strongly coked by-products of the pyrolysis reaction. In principle, several options are available in the context of the method. For example, after thermal utilization of the coke-containing by-product, a digestion of the mineral ash can take place. Soluble catalysts can then be separated with suitable solvents. Suitable solvents are the same as those used to treat the lignin-containing starting material with the fresh catalyst. Insoluble catalysts can be freed of all soluble components and so separated. Preferred solvents are water, ethanol and methanol, particularly preferred as the solvent is water or solvent having a water content greater than 70 vol.%, Particularly preferably with a water content greater than 90 vol.%. The dislocation of the ash with disintegrants, such as alkalis or other useful chemicals known to those skilled in the art, and the performance of suitable, the specialist known method, such as thermal or hydrothermal treatment, is also explicitly included in the method according to the invention.
Prinzipiell kann aber der feste mineralische den gebrauchten Katalysator enthaltende Pyrolyserückstand auch direkt durch mechanische Methoden in eine geeignete Fraktion überführt werden und direkt mit dem ligninhaltigen Ausgangsmaterial umgesetzt werden. Hierbei kann es sinnvoll sein, eine gewisse Menge an frischem Katalysator zuzusetzen, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Wiederverwendung des Katalysators nur eine kleine Menge an Frisch-Katalysator zugesetzt. Bevorzugt sind Frisch-Katalysator- zusätze von weniger als 90 %, besonders bevorzugt von weniger als 50 %, ganz besonders bevorzugt von weniger als 30 %, bezogen auf die Einsatzmasse des wiederverwendeten Katalysatormaterials. Möglich ist ebenfalls die Nutzung von Katalysatoren oder Katalysatorvorläufern, die aufgrund ihres Preises oder anderer Vorraussetzungen nicht in den Pyrolyseprozess zurückgeführt werden müssen. Hierbei sind insbesondere solche Katalysatoren oder Katalysatorvorläufer bevorzugt, die nach Abbrand des Kokses wieder in einen Lau- gungsprozess, wie er z. B. im Rahmen eines Holzaufschlusses durchgeführt wird, z. B. einen Kraft-Prozess, zurückgeführt werden können. In principle, however, the solid mineral containing the used catalyst pyrolysis residue can also be transferred directly by mechanical methods in a suitable fraction and reacted directly with the lignin-containing starting material. It may be useful to add a certain amount of fresh catalyst in order to achieve the desired properties. Preferably, in the process of the invention, when the catalyst is reused, only a small amount of fresh catalyst is added. Fresh catalyst additions of less than 90%, particularly preferably less than 50%, very particularly preferably less than 30%, based on the starting weight of the recycled catalyst material, are preferred. It is also possible to use catalysts or catalyst precursors which, because of their price or other prerequisites, do not have to be recycled to the pyrolysis process. In this case, preference is given in particular to those catalysts or catalyst precursors which, after combustion of the coke, return to a leaching process, as described, for example, in US Pat. B. is carried out as part of a wood pulp, z. As a force process, can be traced.
Das Pyrolyseprodukt enthält substituierte Aromaten und/oder mehrkernige Aromaten. Das Pyrolyseprodukt kann zusätzlich zu Aromaten weitere Komponenten enthalten, die ausgewählt sind unter Wasserdampf, Inertgas (z. B. 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. The pyrolysis product contains substituted aromatics and / or polynuclear aromatics. The pyrolysis product may contain, in addition to aromatics, other components selected from water vapor, inert gas (eg, nitrogen), non-aromatic hydrocarbons, H 2, CO, CO 2, sulfur-containing compounds, such as. As H2S, etc. and mixtures thereof. The non-aromatic hydrocarbons are preferably degradation products, such as methane.
Das Pyrolyseprodukt kann einer Auftrennung unter Erhalt der Fraktionen D2) und D3) unterzogen werden. Dazu können übliche thermische Trennverfahren, wie Destillation oder Adsorption, zum Einsatz kommen. The pyrolysis product may be subjected to separation to obtain fractions D2) and D3). For this purpose, customary thermal separation processes, such as distillation or adsorption, can be used.
Die Fraktion D2) ist die als Zielprodukt angestrebte Aromatenzusammensetzung und weist einen hohen Anteil an aromatischen Verbindungen mit bis zu 15 aromatischen Ringen auf. Der Gehalt an aromatischen Verbindungen mit bis zu 15 aromatischen Ringen beträgt insgesamt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aromatenzusammensetzung, wenigstens 50 Gew.-%. Die Fraktion D2) weist einen hohen Gehalt an einkernigen Aromaten auf. Vorzugsweise enthält die Fraktion D2) wenigstens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 2 Gew.-% an einkernigen Aromaten. Die in der Fraktion D2) enthaltenen monomeren Aromaten sind vorzugsweise ausgewählt sind unter Benzol, Toluol, Xylolen, Ethylbenzol, Phenol, Phenolethern, Kresolen, Xylenole, Gujacolen, Veratrolen, Resorcinen, Brenzcatechinen, Hydrochinonen und weiteren davon verschiedenen Verbindungen. Die Fraktion D3) enthält Komponenten, die z. B. ausgewählt sind unter nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen, speziell Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid 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 H2S. Fraction D2) is the intended target aromatic composition and has a high proportion of aromatic compounds with up to 15 aromatic rings. The content of aromatic compounds having up to 15 aromatic rings is at least 50% by weight, based on the total weight of the aroma composition. The fraction D2) has a high content of mononuclear aromatic compounds. The fraction D2) preferably contains at least 1% by weight, more preferably at least 2% by weight, of mononuclear aromatic compounds. The monomeric aromatics contained in fraction D2) are preferably selected from benzene, toluene, xylenes, ethylbenzene, phenol, phenol ethers, cresols, xylenols, gujacols, veratroles, resorcinols, catechols, hydroquinones and other compounds which are different therefrom. The fraction D3) contains components which, for. 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, this includes sulfur-containing by-products, especially H2S.
Die Fraktion Strom D3), die 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, Fraktion D3) in eine Vorrichtung des Zellstoffprozesses einzuspeisen. Besonders bevorzugt wird die Fraktion D3) in die Ablaugeverbrennung (recovery boiler) eingespeist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Vorrichtungen für die Dampf- oder Stromerzeugung oder die Rauchgasentschwefelung bei der Verbrennung der Fraktion D3) benötigt werden. In einer anderen Variante wird der Verbrennung der Fraktion D3) eine Entschwefelung, z. B. in Form einer Schwefelwasserstoff entfernenden Gaswäsche, 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. The fraction stream D3), 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 fraction D3) into an apparatus of the pulp process. The fraction D3) is particularly preferably fed into the waste liquor combustion (recovery boiler). This embodiment has the advantage that no additional devices for steam or power generation or flue gas desulphurisation are required in the combustion of fraction D3). In another variant, the combustion of the fraction D3) is a desulfurization, z. B. in the form of a hydrogen sulfide removing gas scrubber, followed by a conversion of the formed H2S in elemental sulfur, upstream. The formation of sulfur can by known methods, for. As the Claus process done.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Aroma- tenzusammensetzung aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial, bei dem man: a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt, A further subject matter of the invention is a process for the preparation of a flavoring composition from a lignin-containing starting material, in which: a) a lignin-containing starting material is provided,
b) das ligninhaltige Ausgangsmaterial mit einem Pyrolysekatalysator in Kontakt bringt und einer Kompaktierung unterzieht, b) bringing the lignin-containing starting material into contact with a pyrolysis catalyst and subjecting it to compaction,
c) das in Schritt b) erhaltene Komposit in einer Pyrolysezone einer Pyrolyse unterzieht, d) den Austrag aus der Pyrolysezone einer Auftrennung unter Erhalt der folgenden drei Ströme unterzieht: c) subjecting the composite obtained in step b) to pyrolysis in a pyrolysis zone, d) subjecting the effluent from the pyrolysis zone to separation to give the following three streams:
D1 ) einer festen katalysatorhaltigen Fraktion,  D1) of a solid catalyst-containing fraction,
D2) einer an Aromaten angereicherten Fraktion,  D2) an aromatic-enriched fraction,
D3) einer an leichter als D2) flüchtigen Nebenprodukten angereicherten Fraktion;  D3) a fraction enriched in by-products which are lighter than D2);
e) die in Schritt d) erhaltene Fraktion D1 ) zumindest teilweise in die Pyrolysezone zurückführt. Bezüglich geeigneter und bevorzugter Ausgestaltungen der Verfahrensschritte a) bis e) wird auf die vorherigen Ausführungen zu diesen Schritten in vollem Umfang Bezug genommen. e) the fraction D1) obtained in step d) is at least partially recycled to the pyrolysis zone. With regard to suitable and preferred embodiments of the method steps a) to e), reference is made in full to the previous statements relating to these steps.
Das erfindungsgemäße Pyrolyseprodukt oder die an Aromaten angereicherte Fraktion D2 können zur weiteren Aufarbeitung vorteilhaft einer Dealkylierung unterzogen werden. Ein Dealkylierungsverfahren dient dem primären Zweck, einen höheren Anteil an niedermolekularen aromatischen Wertstoffen zu gewinnen. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet "Dealkylierung" eine Umsetzung der in einer Aromatenzusammensetzung enthaltenen substituierten und/oder mehrkernigen aromatischen Verbindungen in Ge- genwart von Wasserstoff und/oder Wasserdampf, wobei diese zumindest teilweise so umgewandelt werden, dass Substituenten durch Wasserstoff ersetzt werden und/oder mehrere aromatische Kerne enthaltende Verbindungen zu Verbindungen mit geringerer Anzahl von Kernen gespalten werden. Die durch Wasserstoff ersetzten Substituenten sind dabei ausgewählt unter Alkylgruppen, Hydroxygruppen, Alkoxygruppen, Aryl- oxy, etc. Im Rahmen der Erfindung umfasst die Bezeichnung "Dealkylierung" auch davon verschiedene Reaktionen, die mit einem Molekulargewichtsabbau verbunden sind, wie Dehydroxylierung, Dealkoxylierung, Aromatenspaltung. 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. The pyrolysis product according to the invention or the aromatic-enriched fraction D2 can advantageously be subjected to a dealkylation for further work-up. A dealkylation process serves the primary purpose of obtaining a higher proportion of low molecular weight aromatic recyclables. 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 nuclei containing compounds are cleaved to compounds with a smaller number of nuclei. The hydrogen-substituted substituents are selected from alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups, aryloxy, etc. In the context of the invention, the term "dealkylation" also encompasses various reactions associated with molecular weight degradation, such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic cleavage. 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.
In der Dealkylierung werden die bei der Pyrolyse 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 Verbindungen mit geringerer Anzahl von Kernen gespalten werden. Wie zuvor bereits ausgeführt, bezeichnet "Dealkylierung" somit auch Reaktionen, bei denen kein Alkylsubstituent gegen Wasserstoff ausgetauscht wird, wie Dehydroxylierung, Dealkoxylierung, Aromatenspal- tung, etc. Die durch Wasserstoff ersetzten Substituenten sind vorzugsweise ausgewählt unter Alkylgruppen, Hydroxygruppen, Alkoxygruppen und Aryloxygruppen. In dealkylation, the aromatic lignin degradation products formed during pyrolysis are at least partially converted by the action of hydrogen and / or water vapor so that substituents are replaced by hydrogen and / or several aromatic nuclei-containing compounds are cleaved to compounds with a smaller number of nuclei. As has already been stated, "dealkylation" thus also denotes reactions in which no alkyl substituent is exchanged for hydrogen, such as dehydroxylation, dealkoxylation, aromatic salts. tion, etc. The hydrogen-substituted substituents are preferably selected from alkyl groups, hydroxy groups, alkoxy groups and aryloxy groups.
Geeignete Dealkylierungsverfahren umfassen die Hydrodealkylierung, die Dampfdeal- kylierung oder Mischformen davon. Im Falle einer reinen Hydrodealkylierung im Sinne der Erfindung wird in die Dealkylierungszone zusätzlich zum Pyrolyseprodukt 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 zusätzlich zum Pyrolyseprodukt Wasser eingespeist (in reiner Form oder in Mischung mit anderen Komponenten), aber kein molekularer Wasserstoff. Das Dealkylierungsverfahren kann auch als Mischform von Hydrodealkylierung und Dampfdealkylierung ausgestaltet sein. Dann wird in die Dealkylierungszone zusätzlich zum Pyrolyseprodukt sowohl Wasser als auch molekularer Wasserstoff eingespeist. Im Folgenden werden geeignete und bevorzugte Verfah- rensparameter 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 Mischungsverhältnis 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 H20 liegt im Bereich von etwa 40 : 60 bis 60 : 40. Suitable dealkylation processes include hydrodealkylation, steam dealkylation or mixtures thereof. In the case of pure hydrodealkylation according to the invention, in addition to the pyrolysis product, 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 product (in pure form or in a mixture with other components), but no molecular hydrogen. The dealkylation process can also be designed as a mixed form of hydrodealkylation and steam dealkylation. Then, in addition to the pyrolysis product, both water and molecular hydrogen are fed into the dealkylation zone. In the following, suitable and preferred process parameters are specified in part especially 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 H 2 to H 2 0 is in the range of about 40: 60 to 60: 40th
Der zur Umsetzung erforderliche Wasserstoff wird im Falle der Dampfdealkylierung in situ durch Reaktion von Wasser mit (hauptsächlich organischen) Komponenten gebil- det, 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. Bevorzugt liegt die Temperatur in der Dealkylierungszone in einem Bereich von 400 bis 900 °C, besonders bevorzugt von 500 bis 800 °C. 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 in the course of 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. 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 das Pyrolyseprodukt einer Hydrodealkylierung unterzogen. Dazu erfolgt die Umsetzung 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 product is subjected to hydrodealkylation. For this purpose, the reaction 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 Hydrodealkylie- rung 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 for the hydrodealkylation is preferably in the 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 H2 abreagiert. For the hydrodealkylation, the feed ratio of H 2 to H 2 (stoichiometric) is preferably in a range from 0.02 to 50, more preferably from 0.2 to 10. H 2 (stoichiometric) stands for the amount H 2, which theoretically is just the complete one Reaction of the supplied into the Dealkylierungszone aromatics to benzene is required, assuming that per mole of substituent 1 mole of H2 reacted.
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 das Pyrolyseprodukt einer Dampfdealkylierung unterzogen. Dazu erfolgt die Umsetzung in Gegenwart von Wasserdampf. In a second preferred embodiment, the pyrolysis product is subjected to steam dealkylation. For this, the reaction 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.
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 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 Kombina- tion von Dampfdealkylierung und Hydrodealkylierung besteht, da systemimmanent zumindest ein Teil des erzeugten Wasserstoffs gleich wieder umgesetzt wird. (EP 2008055585), without thereby limiting. US 3,775,504 describes that steam dealkylation actually consists of a combination tion of steam dealkylation and hydrodealkylation, since systemically inherent at least a portion of the hydrogen produced is reacted again immediately.
Im Dealkylierungsschritt wird wenigstens ein niedermolekularer aromatischer Wertstoff 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, at least one low molecular weight aromatic valuable 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: mono-, di-, und po- lyalkylierten Phenolen; Alkoxyphenolen, wie Methoxyphenolen; polyalkylierten Benzolen; Verbindungen, die zwei oder mehr aromatische Ringe enthalten. In particular, they have lower proportions of the following components than the pyrolysis effluent before being fed into the dealkylation step: mono-, di- and polyalkylated phenols; Alkoxyphenols, such as methoxyphenols; polyalkylated benzenes; Compounds containing two or more aromatic rings.
Figurenbeschreibung figure description
Figur 1 zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einem Wirbelschichtreaktor. FIG. 1 shows a device suitable for carrying out the method according to the invention with a fluidized-bed reactor.
Figur 2 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme des Komposits aus Beispiel 8 auf Basis eines Zeoliths als Pyrolysekatalysator nach der Pyrolyse. FIG. 2 shows a scanning electron micrograph of the composite from Example 8 based on a zeolite as pyrolysis catalyst after pyrolysis.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert. Beispiele The invention will be further illustrated by the following non-limiting examples. Examples
Bei allen hier aufgeführten Beispielen wurde die Pyrolyse in einem einfachen Schachtreaktor durchgeführt, bei dem die Ligninproben als Festbett eingebracht wurden. Das entstehende gasförmige Pyrolyseprodukt wurde kontinuierlich ausgetragen, in einer Vorlage aufgefangen und die Zusammensetzung nach Versuchsende gravimetrisch bestimmt. Nach Abschluss der Pyrolyse wurde der feste Reaktorinhalt ausgetragen, der gebildete, katalysatorhaltige Koks vom Inertmaterial (Metallkugeln, Durchmesser 1 ,5 bis 2 mm) getrennt und die Zusammensetzung des Kokses ebenfalls gravimetrisch bestimmt. Eine Gasanalyse erfolgte nicht, eine Bestimmung des gasförmigen Anteils erfolgte über Differenzbildung. Der Reaktor wurde mit einer Strahlungsheizung innerhalb von 15 Minuten auf eine Temperatur von 400 °C aufgeheizt. Mit dem Feedgas wurde eine GHSV (gas hourly space velocity) von 20 000 h 1, bezogen auf das eingesetzte Ligninvolumen, eingestellt (Einwaage 2,5 g). Der Reaktor hatte einen Durchmesser von 9 mm. Es wurden gleiche Volumenanteile an Metallkugeln und Lignin ein- gesetzt. Bei Einsatz löslicher Katalysatoren wurde vorkompaktiertes Lignin eingesetzt, dieses mit den inerten Metallkugeln vorgemischt und anschließend der Katalysator nach der "Incipient Wetness' -Methode aufgetragen und anschließend bei 80 °C getrocknet. Bei Einsatz fester Katalysatoren wurden alle Feststoffe durch Mischung mit einem Fassmischer unter Zuhilfenahme von Keramikkugeln als Mischelemente gemischt und anschließend auf einem Kompaktor der Firma Powtec kompaktiert. Die Kompaktierung wurde mit folgenden Parametern durchgeführt: In all the examples given here, the pyrolysis was carried out in a simple shaft reactor in which the lignin samples were introduced as a fixed bed. The resulting gaseous pyrolysis product was discharged continuously, collected in a receiver and the composition was determined gravimetrically after the end of the experiment. After completion of the pyrolysis of the solid reactor contents was discharged, the formed catalyst-containing coke from the inert material (metal balls, diameter 1, 5 to 2 mm) separated and the composition of the coke also determined gravimetrically. A gas analysis was not carried out, a determination of the gaseous fraction was carried out by subtraction. The reactor was heated with a radiant heater within 15 minutes to a temperature of 400 ° C. With the feed gas, a GHSV (gas hourly space velocity) of 20 000 h 1 , based on the lignin volume used, set (weight 2.5 g). The reactor had a diameter of 9 mm. Equal volumes of metal spheres and lignin were used. set. When using soluble catalysts precompacted lignin was used, this premixed with the inert metal balls and then applied the catalyst by the Incipient Wetness method and then dried at 80 ° C. When using solid catalysts, all solids were mixed by mixing with a drum mixer mixed ceramic balls as mixing elements and then compacted on a compactor Powtec .. The compaction was carried out with the following parameters:
Walzendruck: 250 bar Roller pressure: 250 bar
Siebeinsatz: 1000 μιτι Sieve insert: 1000 μιτι
Geschwindigkeit Rotorsiebmühle: 100 min 1 Speed of the Rotary Sieve Mill: 100 min 1
Geschwindigkeit Walzwerk: 5 min 1 Speed rolling mill: 5 min 1
Walzentyp: gerillt Roll type: grooved
Wiederholungen: 10 Repetitions: 10
Für alle Pyrolyseversuche wurde ein Komposit mit einer Teilchengröße von 500 bis 1000 μιτι, bestimmt nach Siebanalyse, eingesetzt.  For all pyrolysis a composite with a particle size of 500 to 1000 μιτι, determined by sieve analysis, was used.
Alle Ausbeuten sind bezogen auf die getrocknete Einwaage des Lignins.  All yields are based on the dried weight of lignin.
Beispiel 1 (Vergleich) Nach der oben beschriebenen allgemeinen Vorgehensweise wurde ein unbehandeltes Lignin (Softwood-Lignin aus einem Lignoboost-Prozess) einer Pyrolyse unterzogen. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde ein Koksanteil von 38,5 % erhalten. Bei der Verwendung eines Gemischs aus 70 % Stickstoff und 30 % Wasserdampf als Feedgas wurde ein Koksgehalt von 36 % erhalten. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 38,5 % erhalten. Die Ausbeute an einkernigen Aromaten betrug 5,4 Gew.-%, bezogen auf den Aroma- tenanteil im Ausgangsprodukt. Bei Verwendung eines Gemischs aus 70 % Stickstoff und 30 % Wasserdampf als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 36 % erhalten. Die Ausbeute an einkernigen Aromaten betrug 3,5 Gew.- %, bezogen auf den Aromatenanteil im Ausgangsprodukt. Nach Ausbau des festenExample 1 (Comparative) Following the general procedure described above, an untreated lignin (softwood lignin from a lignoboost process) was subjected to pyrolysis. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 38.5% was obtained. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a coke content of 36% was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 38.5% was obtained. The yield of mononuclear aromatic was 5.4 wt .-%, based on the flavor tenanteil in the starting material. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a bio-oil yield (aromatic-containing product) of 36% was obtained. The yield of mononuclear aromatic was 3.5% by weight, based on the aromatic content in the starting material. After expanding the fixed
Reaktorinhalts wurden teer- und koksartige Anhaftungen an den Stahlkugeln beobachtet. In the reactor contents, tarry and coke-like adhesions were observed on the steel balls.
Beispiel 2 Example 2
Nach der oben beschriebenen allgemeinen Vorgehensweise wurde ein Lignin (Soft- wood Lignin aus einem Lignoboost-Prozess), das mit 2 Gew.-% eines Zeoliths (ZSM-5, Modul 40, Hersteller Zeochem) über Feststoffmischung beladen und anschließend kompaktiert wurde, einer Pyrolyse unterzogen. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde ein Koksanteil von 38,5 Gew.-% erhalten. Bei der Verwendung eines Gemisches von 70 % Stickstoff und 30 % Wasserdampf als Feedgas wurde ein Koksgehalt von 36 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 53 Gew.-% erhalten. Die Ausbeute an einkernigen Aromaten betrug 3,4 Gew.-%, bezogen auf den Aromatenanteil im Ausgangsprodukt. Bei Verwendung eines Gemischs aus 70 % Stickstoff und 30 % Wasserstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 39 Gew.-% erhalten. Die Ausbeute an einkernigen Aromaten betrug 9,5 Gew.-%, bezogen auf den Aromatenanteil im Ausgangsprodukt. Nach Ausbau des festen Reaktor- inhalts wurden keine teer- und koksartige Anhaftungen an den Stahlkugeln beobachtet. Following the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process) loaded with 2% by weight of a zeolite (ZSM-5, Module 40, manufactured by Zeochem) over solid mixture and then compacted Subjected to pyrolysis. When using nitrogen as Feed gas was obtained a coke content of 38.5 wt .-%. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a coke content of 36% by weight was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatic-containing product) of 53% by weight was obtained. The yield of mononuclear aromatic was 3.4 wt .-%, based on the aromatic content in the starting material. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% hydrogen as feed gas, a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 39 wt .-% was obtained. The yield of mononuclear aromatic was 9.5 wt .-%, based on the aromatic content in the starting material. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
Beispiel 3 Example 3
Nach der oben beschriebenen allgemeinen Vorgehensweise wurde ein Lignin (Soft- wood Lignin aus einem Lignoboost-Prozess), das mit 1 Gew.-% Borsäure über wässri- ge Imprägnierung beladen und das vorher kompaktiert wurde, einer Pyrolyse unterzogen. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde ein Koksanteil von 36 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung eines Gemischs aus 70 % Stickstoff und 30 % Wasserdampf als Feedgas wurde ein Koksanteil von 35 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung von Stick- stoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 65 Gew.- % erhalten. Bei Verwendung eines Gemischs aus 70 % Stickstoff und 30 % Wasserstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 62 Gew.- %, bezogen auf trockenes Lignin, erhalten. Nach Ausbau des festen Reaktorinhalts wurden keine teer- und koksartigen Anhaftungen an den Stahlkugeln beobachtet. Following the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process) loaded with 1% by weight boric acid via aqueous impregnation and previously compacted was subjected to pyrolysis. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 36% by weight was obtained. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a coke content of 35 wt .-% was obtained. When using nitrogen as feed gas, a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 65% by weight was obtained. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% hydrogen as feed gas, a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 62% by weight, based on dry lignin, was obtained. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
Beispiel 4 Example 4
Nach der oben beschriebenen allgemeinen Vorgehensweise wurde ein Lignin (Soft- wood Lignin aus einem Lignoboost-Prozess), das mit 3,3 Gew.-% Disperal (Firma Sa- sol) über Feststoffmischung beladen und anschließend kompaktiert wurde, einer Pyrolyse unterzogen. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde ein Koksanteil von 47 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 40 Gew.-%, bezogen auf trockenes Lignin, erhalten. Nach Ausbau des festen Reaktorinhalts wurden keine teer- und koksartigen Anhaftungen an den Stahlkugeln beobachtet. Following the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process), which was loaded with 3.3% by weight of disperal (Saasol) over solid mixture and then compacted, was subjected to pyrolysis. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 47% by weight was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatic-containing product) of 40% by weight, based on dry lignin, was obtained. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
Beispiel 5 Nach der oben beschriebenen allgemeinen Vorgehensweise wurde ein Lignin (Soft- wood Lignin aus einem Lignoboost-Prozess), das mit 1 Gew.-% Borsäure über wässri- ge Imprägnierung beladen und das vorher kompaktiert wurde, einer Pyrolyse unterzogen. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde ein Koksanteil von 36 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung eines Gemischs aus 70 % Stickstoff und 30 % Wasserdampf als Feedgas wurde ein Koksanteil von 35 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 65 Gew.- % erhalten. Bei Verwendung eines Gemischs aus 70 % Stickstoff und 30 % Wasserstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 62 Gew.- %, bezogen auf trockenes Lignin, erhalten. Nach Ausbau des festen Reaktorinhalts wurden keine teer- und koksartigen Anhaftungen an den Stahlkugeln beobachtet. Example 5 Following the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process) loaded with 1% by weight boric acid via aqueous impregnation and previously compacted was subjected to pyrolysis. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 36% by weight was obtained. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% water vapor as feed gas, a coke content of 35 wt .-% was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatic-containing product) of 65% by weight was obtained. When using a mixture of 70% nitrogen and 30% hydrogen as feed gas, a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 62% by weight, based on dry lignin, was obtained. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
Beispiel 6 Nach der oben beschriebenen allgemeinen Vorgehensweise wurde ein Lignin (Soft- wood Lignin aus einem Lignoboost-Prozess), das mit 1 Gew.-% Ni (bezogen auf Metall) durch wässrige Imprägnierung mit Nickelacetat beladen und das vorher kompaktiert wurde, einer Pyrolyse unterzogen. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde ein Koksanteil von 48 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 52 Gew.-%, bezogen auf trockenes Lignin, erhalten. Nach Ausbau des festen Reaktorinhalts wurden keine teer- und koksartigen Anhaftungen an den Stahlkugeln beobachtet. Example 6 Following the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process) loaded with 1% by weight of Ni (based on metal) by aqueous impregnation with nickel acetate and previously compacted was subjected to pyrolysis subjected. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 48% by weight was obtained. When nitrogen was used as the feed gas, a bio-oil yield (aromatic-containing product) of 52% by weight, based on dry lignin, was obtained. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls.
Beispiel 7 Example 7
Nach der oben beschriebenen allgemeinen Vorgehensweise wurde ein Lignin (Soft- wood Lignin aus einem Lignoboost-Prozess), das mit 5 Gew.-% Co (bezogen auf Metall) durch wässrige Imprägnierung mit Cobaltacetat beladen und das vorher kompaktiert wurde, einer Pyrolyse unterzogen. Bei Verwendung von Stickstoff als Feedgas wurde ein Koksanteil von 64 Gew.-% erhalten. Bei Verwendung von Stickstoff alsAccording to the general procedure described above, a lignin (soft lignin from a lignoboost process) loaded with 5 wt% Co (based on metal) by aqueous impregnation with cobalt acetate and previously compacted was subjected to pyrolysis. When nitrogen was used as the feed gas, a coke content of 64% by weight was obtained. When using nitrogen as
Feedgas wurde eine Bioölausbeute (aromatenhaltiges Produkt) von 33 Gew.-%, bezogen auf trockenes Lignin, erhalten. Nach Ausbau des festen Reaktorinhalts wurden keine teer- und koksartigen Anhaftungen an den Stahlkugeln beobachtet. Beispiel 8: Pyrolyse in einer zirkulierenden Wirbelschicht Feed gas was a bio-oil yield (aromatics-containing product) of 33 wt .-%, based on dry lignin, obtained. After removal of the solid reactor contents, no tar and coke-like buildup was observed on the steel balls. Example 8: Pyrolysis in a circulating fluidized bed
Allgemeine Vorgehensweise: Es wurde eine Anlage eingesetzt, wie in Figur 1 dargestellt. Eine kontinuierlich zugeführte, mit Katalysator modifizierte und kompaktierte Lig- ninmenge wurde in einer zirkulierenden Wirbelschicht pyrolysiert. Die Zufuhr des Lig- nin-Komposits erfolgte über eine Dosierschnecke. Die zugeführte Ligninmenge wurde gravimetrisch bestimmt. Das mit Katalysator modifizierte und kompaktierte Lignin hatte eine Partikelgröße zwischen 0,5 und 2 mm. Der Pyrolysereaktor (zirkulierende Wirbelschicht) hatte einen Durchmesser von 80 mm und eine Höhe von 1900 mm. Er wurde elektrisch bis 1 100 °C beheizt. Als Bettmaterial wurde Quarzsand mit einer mittleren Partikelgröße von 250 μιτι eingesetzt. Der Quarzsand wurde nach der Pyrolyse über einen Zyklon in den Reaktor zurückgeführt. Die Anlage wurde bei einem Druck von 1 ,2 bar betrieben. Als Wirbelgas wurde ein Is /Dampf-Gemisch, mit 40 Vol.-% bzw. 80 Vol.-% Dampf, eingesetzt. Die Gasverweilzeiten lagen im Bereich von 0,5 bis 2 s. Die untersuchte Reaktionstemperatur lag zwischen 500 und 800 °C. General Procedure: A system was used as shown in FIG. A continuously fed, catalyst-modified and compacted amount of ligin was pyrolyzed in a circulating fluidized bed. The supply of ligament Nin-composites took place via a metering screw. The supplied amount of lignin was determined gravimetrically. The catalyst-modified and compacted lignin had a particle size between 0.5 and 2 mm. The pyrolysis reactor (circulating fluidized bed) had a diameter of 80 mm and a height of 1900 mm. It was electrically heated to 1 100 ° C. Quartz sand with a mean particle size of 250 μιτι was used as bed material. The quartz sand was returned to the reactor after pyrolysis via a cyclone. The plant was operated at a pressure of 1, 2 bar. The fluidizing gas used was an Is / steam mixture containing 40% by volume and 80% by volume of steam. The gas residence times ranged from 0.5 to 2 s. The reaction temperature investigated was between 500 and 800 ° C.
In der oben beschriebenen Anlage wurde ein mit einem Zeolith-Katalysator modifiziertes und kompaktiertes Lignin gemäß Beispiel 2 einer Pyrolyse unterzogen. Dazu wurden 2,7 kg Lignin über 45 min (3,6 kg/h) in den Reaktor zugeführt. Die Reaktortempe- ratur lag bei 650 °C. Das Wirbelgas bestand aus 19 kg/h N2 und 12 kg/h Dampf, so dass die Gasgeschwindigkeit im Reaktor bei 4 m/s lag. Aus der Pyrolyse wurde ein Koksanteil von 26,4 Gew.-%, bezogen auf eingesetztes Lignin, erhalten. Die Bioölaus- beute lag bei 41 ,1 Gew.-%. bezogen auf eingesetztes Lignin. Der Anteil der einkernigen Aromaten lag bei 22,6 Gew.-%, und der Anteil der mehrkernigen Aromaten lag bei 18,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf eingesetztes Lignin. Die nicht kondensierten Gase (CO, CO2, CnHm) hatten einen Anteil von 21 ,1 Gew.-%, bezogen auf eingesetztes Lignin. In the plant described above, a zeolite catalyst-modified and compacted lignin according to Example 2 was subjected to pyrolysis. For this purpose, 2.7 kg of lignin were fed into the reactor over 45 minutes (3.6 kg / h). The reactor temperature was 650 ° C. The fluidizing gas consisted of 19 kg / h of N 2 and 12 kg / h of steam, so that the gas velocity in the reactor was 4 m / s. From the pyrolysis, a coke content of 26.4 wt .-%, based on the lignin used, was obtained. The bio-oil yield was 41.1% by weight. based on lignin used. The proportion of mononuclear aromatics was 22.6 wt .-%, and the proportion of polynuclear aromatics was 18.5 wt .-%, each based on the lignin used. The uncondensed gases (CO, CO2, CnHm) had a content of 21, 1 wt .-%, based on the lignin used.
Ein wesentlicher Vorteil beim Einsatz eines erfindungsgemäßen mit Katalysator modifi- zierten und kompaktierten Lignins ist, dass es zur Bildung von größeren kugelförmigen Kokspartikeln kommt, die sich dann vom Quarzsand besser abtrennen lassen. An essential advantage when using a catalyst modified and compacted lignin according to the invention is that it results in the formation of larger spherical coke particles, which can then be better separated from the quartz sand.

Claims

Patentansprüche claims
Komposit, enthaltend Lignin und wenigstens einen im Komposit verteilten Pyrolysekatalysator. Composite comprising lignin and at least one pyrolysis catalyst distributed in the composite.
Komposit nach Anspruch 1 , das Lignin in einer Menge von 60 bis 99 Gew.-%, bevorzugt von 70 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kompo- sits, enthält. Composite according to claim 1, which contains lignin in an amount of 60 to 99 wt .-%, preferably from 70 to 95 wt .-%, based on the total weight of Kompos, contains.
Komposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Pyrolysekatalysator in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt von 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Komposits, enthält. Composite according to one of the preceding claims, which contains the pyrolysis catalyst in an amount of 0.1 to 20 wt .-%, preferably from 0.2 to 5 wt .-%, based on the total weight of the composite.
Komposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Gehalt an bei Normalbedingungen (20 °C, 1013 mbar) flüssigen Komponenten von höchstens 20 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 5 Gew.-%, aufweist. Composite according to one of the preceding claims, which has a content of at normal conditions (20 ° C, 1013 mbar) liquid components of at most 20 wt .-%, preferably of at most 5 wt .-%.
Komposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 1 bis 2000 μΐτι, bevorzugt von 100 bis 1000 μΐτι, aufweist. Composite according to one of the preceding claims, which has an average particle size in the range of 1 to 2000 μΐτι, preferably from 100 to 1000 μΐτι having.
Komposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Schüttdichte im Bereich von 0,3 bis 0,8 g/L, bevorzugt von 0,4 bis 0,7 g/L, aufweist. Composite according to one of the preceding claims, which has a bulk density in the range of 0.3 to 0.8 g / L, preferably from 0.4 to 0.7 g / L.
Verfahren zur Herstellung eines Komposits, das Lignin und wenigstens einen im Komposit verteilten Pyrolysekatalysator enthält, bei dem man ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt und mit dem Pyrolysekatalysator in innigen Kontakt bringt. A method of making a composite comprising lignin and at least one pyrolysis catalyst dispersed in the composite comprising providing a lignin-containing feedstock and intimately contacting the pyrolysis catalyst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei während und/oder nach dem Inkontaktbringen des ligninhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Pyrolysekatalysator das Material einer Verdichtung unterzogen wird. The method of claim 7, wherein during and / or after contacting the lignin-containing starting material with the pyrolysis catalyst, the material is subjected to a densification.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Verdichtung durch Kompaktieren, Extrudieren, Tablettieren oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Maßnahmen erfolgt. The method of claim 8, wherein the densification is by compacting, extruding, tableting or a combination of at least two of these measures.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Verdichtung durch Kompaktieren erfolgt. 10. The method of claim 8, wherein the compaction is done by compaction.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitgestellt wird, das mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse des Materials, Lignin enthält. 1 1. A method according to any one of claims 7 to 10, wherein 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 Ansprüche 7 bis 1 1 , wobei zur Bereitstellung des I ig— ninhaltigen Ausgangsmaterials ein Lignocellulosematerial aus Holz und/oder Pflanzenfasern eingesetzt wird. A process according to any one of claims 7 to 11, wherein a lignocellulosic material of wood and / or vegetable fibers is used to provide the starting material containing ninin.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei zur Bereitstellung des I ig— ninhaltigen Ausgangsmaterials ein ligninhaltiger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulosematerials zur Herstellung von Cellulose (Zellstoff) eingesetzt wird. A process according to any one of claims 7 to 12, wherein a lignocellulosic stream from the digestion of a lignocellulosic material for the production of cellulose (pulp) is used to provide the starting material containing ninin.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei zur Bereitstellung des ligninhaltigen Ausgangsmaterials ein ligninhaltiger Strom aus dem Aufschluss eines Lignocellulosematerials mit einem alkalischen Behandlungsmedium eingesetzt wird, bevorzugt eine Schwarzlauge, insbesondere eine Schwarzlauge aus dem Lignoboost- Verfahren. The method of claim 13, wherein for providing the lignin-containing starting material, 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 lignoboost process.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei das ligninhaltige Ausgangsmaterial vor dem Inkontaktbringen mit dem Pyrolysekatalysator einer Kom- paktierung unterzogen wird. The method of any one of claims 7 to 14, wherein the lignin-containing starting material is subjected to compacting prior to contacting with the pyrolysis catalyst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei der Pyrolysekatalysator ausgewählt ist unter Borsäure, Zeolithen, Kieselsäure, Tonerde, Aluminosilicaten, Zirkoniumoxid, Titandioxid, wasserlöslichen Nickelsalzen, wasserlöslichen Co- baltsalzen und Mischungen davon. A process according to any one of claims 7 to 15, wherein the pyrolysis catalyst is selected from boric acid, zeolites, silicic acid, alumina, aluminosilicates, zirconia, titania, water-soluble nickel salts, water-soluble cobalts salts and mixtures thereof.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei der Pyrolysekatalysator den katalysatorhaltigen festen Reaktoraustrag aus einer Pyrolyse in Gegenwart eines Komposits, enthaltend Lignin und wenigstens einen im Komposit verteilten Pyrolysekatalysator, umfasst. The process of any one of claims 7 to 15, wherein the pyrolysis catalyst comprises the catalyst-containing solid reactor effluent from pyrolysis in the presence of a composite containing lignin and at least one composite pyrolysis catalyst.
18. Komposit erhältlich durch ein Verfahren, wie in einem der Ansprüche 7 bis 17 definiert. A composite obtainable by a process as defined in any one of claims 7 to 17.
19. Verfahren zur Herstellung einer Aromatenzusammensetzung aus einem ligninhaltigen Ausgangsmaterial, bei dem man ein Komposit, das Lignin und wenigstens einen in dem Komposit verteilten Pyrolysekatalysator enthält, einer Pyrolyse unterzieht. 19. A process for preparing a flavor composition from a lignocellulosic starting material comprising subjecting a composite containing lignin and at least one pyrolysis catalyst dispersed in the composite to pyrolysis.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ligninhaltiges Ausgangsmaterial vollständig in Form eines Komposits bereitgestellt wird. 20. The method of claim 19, wherein lignin-containing starting material is provided completely in the form of a composite.
21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, bei dem man das Pyrolyseprodukt zumindest teilweise in eine Dealkylierungszone einspeist und in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Wasserdampf umsetzt. 21. Process according to one of Claims 19 or 20, in which the pyrolysis product is at least partially fed into a dealkylation zone and reacted in the presence of hydrogen and / or water vapor.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei der Austrag aus der Pyrolysezone in einer Auftrennung unter Erhalt der folgenden drei Ströme unterzogen wird: 22. The method according to any one of claims 16 or 17, wherein the discharge from the pyrolysis zone is subjected to a separation to obtain the following three streams:
D1 ) einer festen katalysatorhaltigen Fraktion, D1) of a solid catalyst-containing fraction,
D2) einer an Aromaten angereicherten Fraktion,  D2) an aromatic-enriched fraction,
D3) einer an leichter als D2) flüchtigen Nebenprodukten angereicherten Fraktion.  D3) of a fraction which is enriched in by-products which are lighter than D2).
23. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem man die Fraktion D1 ) zumindest teilweise in die Pyrolysezone zurückführt. 23. The method according to claim 18, wherein the fraction D1) is at least partially recycled to the pyrolysis zone.
24. Verfahren zur Herstellung einer Aromatenzusammensetzung aus einem ligninhal- tigen Ausgangsmaterial, bei dem man: a) ein ligninhaltiges Ausgangsmaterial bereitstellt, 24. A process for the preparation of an aromatic composition from a lignin-containing starting material, comprising: a) providing a lignin-containing starting material,
b) das ligninhaltige Ausgangsmaterial mit einem Pyrolysekatalysator in Kontakt bringt und einer Kompaktierung unterzieht,  b) bringing the lignin-containing starting material into contact with a pyrolysis catalyst and subjecting it to compaction,
c) das in Schritt b) erhaltene kompaktierte Komposit in einer Pyrolysezone einer Pyrolyse unterzieht,  c) subjecting the compacted composite obtained in step b) to pyrolysis in a pyrolysis zone,
d) den Austrag aus der Pyrolysezone einer Auftrennung unter Erhalt der fol- genden drei Ströme unterzieht:  d) subjecting the effluent from the pyrolysis zone to separation to give the following three streams:
D1 ) einer festen katalysatorhaltigen Fraktion,  D1) of a solid catalyst-containing fraction,
D2) einer an Aromaten angereicherten Fraktion,  D2) an aromatic-enriched fraction,
D3) einer an leichter als D2) flüchtigen Nebenprodukten angereicherten Fraktion;  D3) a fraction enriched in by-products which are lighter than D2);
e) die in Schritt d) erhaltene Fraktion D1 ) zumindest teilweise in die Pyrolysezone zurückführt. e) the fraction D1) obtained in step d) is at least partially recycled to the pyrolysis zone.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem man die an Aromaten angereicherte Fraktion D2) zumindest teilweise in eine Dealkylierungszone einspeist und in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Wasserdampf umsetzt. 25. The method according to any one of claims 22 to 24, wherein the aromatics enriched fraction D2) is at least partially fed into a Dealkylierungszone and reacted in the presence of hydrogen and / or water vapor.
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