СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2000 года по МПК D21C3/20 

Изобретение относится к способу получения целлюлозных полуфабрикатов из измельченного целлюлозного волокнистого материала варкой органическим растворителем и может бить использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве целлюлозы для изготовления бумаги и картона.

Широко известны варки органическим растворителем, где в качестве органического растворителя используют алифатические спирты - метанол и этанол. Так известен способ получения целлюлозной массы из измельченного целлюлозного волокнистого материала путем его обработки щелочным веществом и варки в присутствии варочных средств, включающих органический растворитель, выбранный из группы, состоящей преимущественно из метанола, этанола и их смесей, и щелочное вещество NaOH или Na₂CO₃ (RU 2084574 C1, кл. D 21 C 3/20, 1997).

Известный способ обеспечивает эффективный способ варки растворителем со стабильным pH, который можно использовать с разными видами котлов как в периодических, так и в непрерывных процессах.

Широко известны также варки органическим растворителем, где в качестве органического растворителя используют алифатические спирты в присутствии ароматических спиртов. Например, способ получения волокнистого целлюлозного полуфабриката путем варки в присутствии варочных средств, включающих этанол и добавку - фенол или его производные (SU 1694752 A1, кл. D 21 C 3/20, 1991).

Известный способ обеспечивает снижение содержания остаточного лигнина в целевом продукте и повышение степени его полимеризации.

Известен способ получения целлюлозы путем варки водным раствором метилового или этилового спирта с последующим экстрагированием (варкой) водным раствором фенола (SU 1296014 A3, кл. D 21 C 3/20, 1987).

Данный способ позволяет получать целлюлозу с низким содержанием лигнина, т.е. также направлены на повышение качества целевого продукта.

Известны способы получения целлюлозы путем варки органическим растворителем, где в качестве органического растворителя используют только ароматические спирты. Например, способ получения волокнистого целлюлозного полуфабриката путем варки в присутствии варочных средств, включающих фенолы (крезол) и воду в присутствии добавки соляной кислоты (0,004- 0,2%) или кислоты Льюиса (0,008-1%) и амина (пиридин - 0,01-2%) (JP 2736267 B2, кл. D 21 C 3/02, 1998). Процентное соотношение компонентов добавки указано в пересчете на сухую стружку.

Однако такой способ предусматривает лишь использование чистых химикатов. Ближайшим аналогом настоящего изобретения является способ получения целлюлозы путем варки древесной щепы при температуре 100-250^oC органическим растворителем - смолой на основе фенольных соединений (JP 58-65091 B2, кл. D 21 C 3/20, 1983).

Оптимальная температура варки - 130-210^oC. В качестве варочного раствора используют 20-80%-ный водный раствор фенолов (фенол, крезол, ксиленол и пр. ), полученные термической деструкцией или гидрогенизацией лигнина или его смесью с гемицеллюлозой, т.е. побочных продуктов варки органическим растворителем, где используют химически чистые исходные продукты в качестве варочного раствора. Жидкость, полученная вышеуказанным образом и используемая в качестве варочного раствора, имеет температуру кипения в области 180-240^oC.

Известный способ позволяет исключить из варочных растворов S-содержащие компоненты и тем самым упростить проблемы, связанные с переработкой отработанных щелоков.

Однако известный способ бессерного получения целлюлозы требует расхода не только регенерированных из отработанных щелоков продуктов, но и химически чистых исходных продуктов для варочного раствора.

Новым техническим результатом от использования настоящего изобретения является использование в качестве варочного раствора только отходов производства, а именно отходов лесохимического производства, с одновременным ускорением процесса варки и увеличением селективности варочного раствора по отношению к лигнину.

Этот результат достигается тем, что в способе получения целлюлозы путем варки древесной щепы при температуре 100-250^oC органическим растворителем - смолой на основе фенольных соединений, согласно изобретению, в качестве органического растворителя используют ингибиторное древесно-смоляное масло или его смесь с креозотовым древесно-смоляным маслом при их соотношении соответственно от 70:30 до 65:35, при этом берут указанный продукт, содержащий (в мас.%):
фенолы - 50,0-62,0
органические кислоты - 20,0-30,7
нейтральные вещества - 14,8-26,5,
а варку проводят при соотношении древесно-смоляного масла и воды соответственно от 2,5:1 до 19:1.

При этом в способе используют ингибиторное древесно-смоляное масло (ТУ 13-0281078- 131-90) или смесь его с креозотовым древесно-смоляным маслом, характеризующиеся температурой кипения основной фракции 245- 290^oC. Количество низкокипящей фракции (t_кип. до 240^oC) в ингибиторном древесно-смоляном масле составляет ≈ 26%, а смесь ингибиторного древесно-смоляного масла и креозотового древесно-смоляного масла при их соотношении от 70:30 до 65:35 содержит низкокипящей фракции (t_кип. до 240^oC) до 50%.

Групповой состав ингибиторного и креозотового древесно-смоляных масел приведен в табл. 1
При этом фенолы представлены следующими индивидуальными веществами: фенол - 5,4%; крезолы - 11,4%; ксилинолы -11,1%; гвоякол и его гомологи - 20,1%; пирокатехин - 6,7%;, сирингол и его производные - 45,3%.

Использование в качестве варочного раствора отходов лесохимического производства вышеприведенного состава, содержащего от 50% до 74% высококипящей фракции с температурой кипения 245- 290^oC, позволяет проводить варку более интенсивно и повысить качество целевого продукта за счет увеличения селективности варочного раствора к лигнину. При этом, как и в способе-прототипе, осуществляется процесс безвредного получения целлюлозы с использованием варочного раствора на основе природной среды.

Оптимальные результаты реализации предлагаемого способа получены при соотношении в варочном растворе древесно-смоляного масла и воды от 2,5:1 до 19:1.

Предложенный способ осуществляют следующим образом, отраженным в нижеприведенных примерах:
Пример 1. Способ получения целлюлозы осуществляют следующим образом: загружают 150 г березовой щепы с влажностью 8,5%, заливают 604,5 мм варочной жидкости и осуществляют варку. При этом в качестве органического растворителя используют ингибиторное древесно-смоляное масло; соотношение масла и воды в варочной жидкости 16:1, а режим варки следующий:
27 мин - нагрев от 95 до 170^oC
240 мин - варка при t = 170^oC
10 мин - сдувка
Используемый органический растворитель характеризуется следующими характеристиками:
групповой состав: фенолы - 54,4%; органические кислоты - 30,8%; нейтральные вещества - 14,8%
фракционный состав: влага (до 200^oC) - 4%; масло с t_кип. - 200-240^oC - 22%; масло с t_кип. - 250-290^oC - 56%; пек -11%.

Полученную целлюлозу промывают методом вытеснения варочной жидкости и определяют стандартными методами показатели качества. Показатели качества целевого продукта приведены в таблице 2.

Пример 2. Способ получения целлюлозы осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что в качестве органического растворителя используют смесь ингибиторного и креозотового древесно-смоляного масел при их массовом соотношении 65:35, а соотношение органического растворителя и воды в варочной жидкости составляет 19:1. Используемый органический растворитель характеризуется следующими характеристиками:
групповой состав; фенолы - 50%; органические кислоты - 23,5%; нейтральные вещества - 26,5%;
фракционный состав: содержание масла с t_кип. = 245-290^oC ≈ 50%.

Варку осуществляют при t = 250^oC, τ = 30 мин.

Показатели качества целевого продукта приведены в таблице 2.

Пример 3. Способ получения целлюлозы осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что в качестве органического растворителя используют смесь ингибиторного и креозотового древесно-смоляных масел при их соотношении 70: 30, а соотношение органического растворителя и воды в варочной жидкости составляет 2,5: 1. Используемый органический растворитель характеризуется следующими характеристиками:
групповой состав: фенолы - 56%; органические кислоты - 30,0%; нейтральные вещества - 14,0%;
фракционный состав: содержание масла с t_кип. 245-29^oC ≈ 50%.

Варку осуществляют при t = 150^oC, τ = 150 мин.

Показатели качества целевого продукта приведены в таблице 2.

Пример 4. Способ получения целлюлозы осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что в качестве органического растворителя используют ингибиторное масло, характеризующееся следующими показателями:
групповой состав: фенолы - 62,0%; органические кислоты - 20,0%; нейтральные вещества - 18,0%;
Фракционный состав: содержание масла с t_кип. = 245-290^oC ≈ 75,0%.

При этом соотношение органического растворителя и воды в варочной жидкости составляет 16:1.

Варку осуществляют при t = 200^oC, τ = 75 мин.

Показатели качества целевого продукта приведены в таблице 2.

Целлюлозу, сваренную по условиям примера 4, отбеливают по схеме: КЩО-Д-Щ_г-Д-К, где Щ_г - щелочение с добавкой гипохлорита натрия. Режим отбелки и показатели качества беленой целлюлозы приведены в таблице 3.

Пример 5. Способ получения целлюлозы осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что на варку берут хвойную щепу, а варку осуществляют по следующему режиму:
время нагрева от 94 до 180^oC - 30 мин
варка при 180^oC - 240 мин
сдувка -10 мин
Показатели качества целевого продукта приведены в таблице 2.

Анализ таблицы 2 показывает, что использование в качестве органического растворителя - отхода лесохимического производства - ингибиторного древесно-смоляного масла, содержащего высококипящей фракции до 56-75% и его смеси с креозотовым древесно-смоляным маслом при их соотношении от 70:30 до 65:55, обеспечивающим содержание высококипящей фракции масла до 50%, позволяет варить лиственную и хвойную древесину безвредным способом и получать качественную, легко размалываемую и белимую целлюлозу. При этом процесс варки осуществляется с высокой селективностью по отношению к лигнину, что обеспечивает малые повреждения целлюлозы и, как показывают примеры (1-5), степень полимеризации для лиственной целлюлозы составляет 1150-1420 СП, а для хвойной целлюлозы - 990 СП.

Кроме того, предлагаемый способ достаточно экономичен, что обеспечивается следующим:
- варочная жидкость - отходы производства;
- при реализации способа не используются агрессивные химикаты, а значит, нет повышенных требований к исполнению оборудования;
- способ реализуется в оптимальных условиях за достаточно недлительный временной отрезок;
- повышенный выход целлюлозы по сравнению с традиционными способами варки.

Способ касается производства целлюлозных полуфабрикатов из измельченного целлюлозного волокнистого материала варкой органическим растворителем и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве целлюлозы для изготовления бумаги и картона. Варку древесной щепы осуществляют при 100-250°С органическим растворителем - смолой на основе фенольных соединений. В качестве органического растворителя используют ингибиторное древесно-смоляное масло или его смесь с креозотовым древесно-смоляным маслом при их соотношении от 70.30 до 65:35. Указанный продукт содержит фенолы, органические кислоты, нейтральные вещества. Варку проводят при соотношении смолы и воды соответственно от 2,5:1 до 19:1. При этом используют ингибиторное древесно-смоляное масло или смесь его с креозотовым древесно-смоляным маслом с температурой кипения основной фракции 245-290°С. Способ позволяет использовать отходы лесохимического производства с одновременным ускорением процесса варки и увеличением селективности варочного раствора по отношению к лигнину. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения целлюлозы путем варки древесной щепы при 100 - 250^oC органическим растворителем - смолой на основе фенольных соединений, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют ингибиторное древесно-смоляное масло или его смесь с креозотовым древесно-смоляным маслом при их соотношении от 70 : 30 до 65 : 35, при этом берут указанный продукт, содержащий, мас.%:
Фенолы - 50,0 - 62,0
Органические кислоты - 20,0 - 30,7
Нейтральные вещества - 14,8 - 26,5
а варку проводят при соотношении смолы и воды соответственно от 2,5 : 1 до 19 : 1. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ингибиторное древесно-смоляное масло или смесь его с креозотовым древесно-смоляным маслом с температурой кипения основной фракции 245 - 290^oC.