СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2004 года по МПК D21C3/00 D21C3/02 D21C3/04 D21C3/20 

Предлагаемое изобретение касается способа получения целлюлозы методом варки целлюлозосодержащего растительного сырья (далее - "сырье") с использованием химически активных веществ, а конкретно - делигнификации сырья с использованием катализатора делигнификации.

Известно [Никитин В. М. "Теоретические основы делигнификации", Москва, Лесная промышленность, 1981 г., т.1], что задачей процесса варки сырья является растворение, разрушение лигнинов, находящихся в межклеточном пространстве сырья, с последующим их выделением при условии максимального сохранения структуры стенок клеток сырья.

Одним из наиболее эффективных катализаторов делигнификации является антрахинон [Holton H. H., Chapman F.L. Kraft hubling with antraquinon, Tappi, 1977, v 60, N 11, p.121-125]. Его применение позволяет улучшить показатели варки сырья по следующим параметрам:
- увеличение выхода целлюлозы;
- уменьшение степени непровара сырья;
- сокращение продолжительности варки;
- сокращение расхода активной щелочи;
- снижение расхода сырья;
- увеличение прочности целлюлозы в сухом и влажном состоянии на разрыв и продавливание;
- ускорение размалываемости целлюлозы;
- снижение дурнопахнущих серосодержащих соединений в выбросах в атмосферу.

Увеличение выхода целлюлозы при использовании добавки антрахинона в процессе сульфатной варки древесины до одинаковой степнеи провара может составить 1,5-2%, при натронном способе до 3-5% при незначительном улучшении показателей механической прочности [Basta J., Samuelson О., Sodium hydroxide cooking with addition of antraquinone. "Svensk Papperstidning". 1981, v.84, N12, p.79-83].

Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозы путем варки целлюлозосодержащего растительного сырья с добавкой катализатора делигнификации - антрахинона (SU 827659, D 21 C 3/02, опубл. 02.10.1981 года).

Однако в связи с тем, что антрахинон является относительно дорогим и дефицитным продуктом, его использование в варке целлюлозы представляется затруднительным. Этим объясняется медленное освоение этого прогрессивного способа варки целлюлозы.

Задачей изобретения была разработка такого способа варки целлюлозы с использованием катализатора, содержащего антрахинон, который бы обеспечил высокие показатели процесса делигнификации при повышении экономичности процесса.

Для решения этой задачи предложен способ получения целлюлозы путем варки целлюлозосодержащего растительного сырья с добавлением катализатора делигнификации, включающего антрахинон, и отличающийся тем, что в качестве катализатора делигнификации используют отход производства антрахинона, получаемого каталитическим парофазным окислением антрацена - композицию, содержащую кроме антрахинона фталевый ангидрид, фенантрен, антрацен, пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси, при следующем соотношении, мас.%:
Антрахинон - 50-95
Фталевый ангидрид - 1-30
Фенантрен, антрацен - 1-10
Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-15
или отход в виде пасты следующего состава, мас.%:
Антрахинон - 21-55
Фталевый ангидрид - 1-15
Фенантрен, антрацен - 1-7
Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-25
Вода - Остальное
Известно [Ворожцов Н.Н. Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей. -М.: ГОНТИ ХЛ, 1955], что основным способом получения антрахинона является каталитическое парофазное окисление антрацена. Антрацен проходит в токе воздуха через реактор, где происходит его окисление в антрахинон. После протекания реакции антрахинон выделяют из газовой смеси охлаждением в конденсаторах. Обедненная антрахиноном газовая смесь перед выбросом в атмосферу очищается в скрубберах мокрого улавливания, орошаемых водой. В результате переработки антрацена в антрахинон образуются два вида отходов производства антрахинона: шлам после периодической очистки конденсаторов (антрахинон очистки) и паста со скрубберов мокрого улавливания системы очистки отходящих газов (паста антрахинона) с нижеуказанным составом, %.

1. Антрахинон очистки:
Антрахинон - 50-95
Фталевый ангидрид - 1-30
Фенантрен+антрацен - 1-10
Крбазол, пиромеллитовый ангидрид, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-15
2. Паста антрахинона:
Вода - 21-70
Антрахинон - 21-55
Фталевый ангидрид - 1-15
Фенантрен+антрацен - 1-7
Карбазол, пиромеллитовый ангидрид, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-25
Выделение чистого антрахинона (с содержанием основного вещества до 98,5%) из этих отходов очень сложно, энергоемко и экономически себя не оправдывает. До настоящего времени эти отходы не использовались, а выбрасывались в отвал или частично сжигались.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Примеры 1-14.

Сульфатную варку целлюлозы марки ОСН осуществляют с применением катализаторов, состав которых приведен в табл. 1, условия варки следующие:
время варки 45 мин; температура 170^oС;
активная Nа₂O - 99,4 г/л; NaOH - 73,2 г/л.

Результаты испытания полученной целлюлозы приведены в табл. 2. В этой же таблице приведены результаты испытания целлюлозы, полученной сульфатной варкой целлюлозы марки ОСН с использованием в качестве катализатора антрахинона.

Как видно из табл. 2, использование отходов антрахинона в качестве катализаторов при непрерывной сульфатной варке целлюлозы марки ОСН позволяет получить выход целлюлозы такой же, как при применении антрахинона, а сопротивление раздиру в отдельных случаях увеличить на 10-60 м.

Примеры 15-20.

Сульфатную варку целлюлозы марки ЦВВ с применением катализаторов, состав которых приведен в таблице, проводят в следующих условиях:
время варки 45 мин; температура варки 175^oС;
активная Na₂O - 94,0 г/л.

Результаты испытания полученной целлюлозы приведены в табл. 3, где одновременно приведены результаты испытаний целлюлозы, полученной сульфатной варкой целлюлозы марки ЦВВ в присутствии антрахинона, а также без катализаторов.

Как видно из табл. 3, использование отходов антрахинона в качестве катализаторов при сульфатной варке целлюлозы марки ЦВВ позволяет повысить выход ~ на 2%, снизить жесткость целлюлозы на 10-12 единиц, снизить процент кепровара в ряде случаев более чем в 2 раза, а также снизить расход Nа₂О на 1,5-2%. При этом остальные показатели находятся на том же уровне, что и показатели целлюлозы, получаемые в результате варки без применения катализатора.

Примеры 21-23.

Натронную варку целлюлозы проводят в следующих условиях:
время варки 100 мин; температура варки 172^oС;
активная Nа₂О - 20,0 г/л.

Результаты испытания полученной целлюлозы приведены в табл. 4. В этой таблице приведены результаты испытаний целлюлозы, полученной в результате натронной варки без катализатора, а также - с применением антрахинона в качестве катализатора. Как видно из табл. 4, натронная варка с применением предлагаемых катализаторов обеспечивает такие же показатели качества обработанной целлюлозы, как и с применением антрахинона в качестве катализатора, по сравнению с целлюлозой, полученной варкой без применения катализатора, обеспечивается повышение выхода на 8-9%, снижение жесткости на 10-11 единиц и значительное уменьшение непровара.

Примеры 24-26.

Моносульфитную варку полуцеллюлозы проводят в следующих условиях:
время варки 30 мин; температура варки 170-172^oС;
активная Na₂О - 22,94 г/л; SО₂ - 70,4 г/л; рН 9,8-9,85
Результаты испытания целлюлозы, полученной в результате варки в присутствии предлагаемых катализаторов, антрахинона, а также в отсутствии катализатора, приведены в табл. 5.

Как видно из табл. 5, предлагаемые катализаторы в условиях моносульфитной варки обеспечивают получение полуцеллюлозы такого же качества, как и при применении антрахинона в качестве катализатора, а по сравнению с полуцеллюлозой, полученной без применения катализатора, обеспечивают повышение выхода, уменьшение расходов SО₂ на варку.

Предлагаемый способ обеспечивает получение целлюлозы хорошего при одновременном повышении экономичности процесса за счет использования в качестве катализатора отходов производства антрахинона. Кроме того, применение предлагаемого способа позволит улучшить экологию производства антрахинона за счет исключения сжигания или захоронения отходов.

Способ касается получения целлюлозы методом варки целлюлозосодержащего растительного сырья с использованием катализатора делигнификации и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Целлюлозосодержащее растительное сырье подвергают варке в присутствии катализатора делигнификации целлюлозы. В качестве последнего используют отход производства антрахинона, получаемого каталитическим парофазным окислением антрацена, являющийся композицией, содержащей антрахинон, фталевый ангидрид, фенантрен, антрацен, пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси при определенном соотношении компонентов. Отход антрахинона может быть использован также в виде пасты при определенном соотношении компонентов. Техническим результатом является обеспечение высоких показателей процесса делигнификации при повышении его экономичности. 5 табл.

Способ получения целлюлозы путем варки целлюлозосодержащего растительного сырья с добавлением катализатора делигнификации, включающего антрахинон, отличающийся тем, что в качестве катализатора делигнификации используют отход производства антрахинона, получаемого каталитическим парофазным окислением антрацена, композицию, содержащую антрахинон, фталевый ангидрид, фенантрен, антрацен, пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Антрахинон 50-95

Фталевый ангидрид 1-30

Фенантрен, антрацен 1-10

Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси 1-15

или отход в виде пасты следующего состава, мас.%:

Антрахинон 21-55

Фталевый ангидрид 1-15

Фенантрен, антрацен 1-7

Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси 1-25

Вода Остальное