Способ получения фурфурола и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК C07D307/50 

О

со

00

5Г

11 2. Устройство для получения фурфурола, содержащее реактор, включакмций цилиндрический корпус, размещенные 6 нем разравниватель и скребковый выгружатель. соединенные с патрубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы, отли.чающееся тем, что, с целью повьшения выхода фурфурола, оно снабжено размещенным в реакторе ложным дном с регулируемой величиной отверстий и установленными над ним последовательно скребковым 7 перегружателем и лопаточным ворошителем, при этом выход системы циркуляции соединен с верхней частью реактора, а вход - с частью реактора, расположенной под ложным дном, 3.Устройство по п.., отличающееся тем, что калорифер размещен между выходом системы циркуляции и газодувкой, 4.Устройство по п.2, отличающееся тем, что загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов и снабжены патрубками подачи пара или воды.

1. Способ получения фурн})урола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья при 210-220 С в присутствии кислотного катализатора с использованием в качестве теплоносителя парогазов - продуктов термической деструкции сырья с последующим выделением целевого продукта из парогазов конденсацией, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода фурфурола,, нагрев пентозансодержащего сырья проводят циркуляцией парогазов снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырья, предварительно нагретого до 50-60 С при постоянном его ворошении.

Изобретение относится к способу получения фурфурола, который используется в органической химии и химии полимеров.

Известен способ получения фурфурола пиролизом пентозансодержащего сырья при 180-220 С в присутствии в качестве кислотного катализатора серной кислоты с использованием в качестве теплоносителя парогазов, образующихся при нагревании сырья, которые подаются в среднюю часть реактора с последующим ввделением целевого продукта из парогазов конденсацией.

Способ осуществляется в устройстве непрерывного действия, содержащем цилиндрический.корпус, размещенные в нем разравниватель и скребковый выгружатель, соединенные с патрубками корпуса, загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы .1.

Недостатком известных способа и устройства является низкий выход фурфурола из-за неравномерного нагрева и плотности сырья в реакторе по всей его толще, обусловленный радиальной циркуляцией парогазов в слое сьфья. Кроме того, снижение вькода фурфурола происходит из-за конденсации части паров фурфурола на поверхности сырья, поступающего в верхнюю часть реактора

и на стенках газодувки, включенной перед калорифером.

Целью изобретения является повышение выхода фурфурола.

Эта цель достигается тем, что согласно способу получения фурфурола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья в присутствии кислотного катализатора при нагреваНИИ до 210-220 С парогазами - продуктами термической деструкции сырья парогазы циркулируют снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырья, предварительно

нагретого до 50-60°С при постоянном его ворошении и целевой продукт выделяетсй из парогазов конденсацией.

При этом устройство для получения фурфурола, содержащее реактор, включающий цилиндрический корпус, размещенные в нем разравниватель и скребковый выгружатель, соединенные с патрубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы, снабжено размещенным в реакторе ложным дном с регулируемой ; величиной отверстий и установленными над ним последовательно скребковьм перегружателем и лопаточным ворошителем, при этом выход системы циркуляции соединен с верхней частью реактора, а вход - с частью реактора, рас311положенной под ложным дном, калорифер размещен между выходом системы циркуляции и газодувкой, а загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов и снабжены патрубками подачи пара или воды. Низкотемпературный термолиз сырья с использованием в качестве теплоносителя парогазор при принудительной их циркуляции через всю толщу материала, находящегося в состоянии постоянного перемешивания и движения сверху вниз за счет непрерывной работы скребкового перегружателя лопастного ворошителя и равномерного обтекания газовым потоком путем его равномерного распределения отверстия ми ложного дна, создает благоприятные условия для одинакового прогрева частиц материала по всему объему сырья, а постоянное ворошение его исключает образование в толще сырья мертвых зон - уплотнений и пустот. Это, в свою очередь, снижает аэродинамическое сопротивление потоку паро газов, что позволяет поддерживать ег скорость в пределах 1,5-2 м/с. При такой скорости обдува частиц образовавшийся фурфурол не успевает разлагаться при его выделении из толщи древесных частиц. Все это способствует более полному извлечению фурфурола из пентозансодержащего сырья и увеличению его выхода. Кроме того, загрузка сырья шнекпрессом с одновременной обработкой паром позволяет поднять температуру поступающего в реактор сырья до 5060 С, благодаря чему исключается кон денсация проходящих через материал парогазов на поступающем холодном сырье. На это же направлено и подклю чение калорифера перед газодувкой (в направлении движения потока) в системе циркуляции, потому что исклю чается тем самым конденсация частиц парогазов на холодных стенках и полостях газопувки. На чертеже приведено устройство для получения фурфурола (общий вид разрезе). Устройство содержит реактор с ци линдрическим корпусом 1 с расположе ньо4И в нем разравнивателем 2, лопас ным ворошителем 3 и скребковьм пере гружателем 4, имеющим ложное дно 5 регулируемыми по величине отверстия 6 управляемыми с помощью заслонок 7. На дне корпуса реактора расположен скребковый выгружатель 8. Лопастной ворошитель 3, скребковый перегружатель 4 и скребковый выгружатель 8 сидят на одном валу и приводятся во вращение гидроприводом. Сверху к корпусу 1 крепится загрузочньй шнекпресс 9, а в нижней части корпуса к приемному бункеру прикреплен выгрузочный шнек-пресс 10. Корпусы шнекпрессов снабжены штуцерами 11 для подачи пара или воды. Система циркуляции состоит из газодувки 12 и калорифера 13, соединенных трубопроводами с верхней частью корпуса 1 реактора со стороны калорифера 13, а с нижней его частью со стороны газодувки 12 в месте, находящемся ниже уровня ложного дна 5. Отбор части парогазов на конденсацию производится из системы циркуляции перед калорифером 13. Герметизация реактора достигается путем применения в качестве загрузочных и разгрузочных устройств шнекпрессов, создающих достаточно плотную пробку на входе сырья и выходе целлолигнина из реактора. Производительность работы реактора регулируется положением заслонок 7, рычаги управления которых выведены наружу, а скорость циркулирующего потока парогазов регулируется заслонкой, установленной перед входом в реактор, причем количество парогазов на конденсацию регулируется заслонкой на выходе из реактора (не показана). Пример. Щепу из отходов лесозаготовок березы и ольхи размером 18-20 мм с примесью 27,5% коры, относительной влажностью 42,5% и с потенциальным содержанием 13,5% фурфурола непрерывным потоком в количестве 2610 кг/ч подают в червячно-лопастной смеситель и обрабатывают 6%-ным раствором серной кислоты из расчета 1,75% моногидрата на а.с.д. Обработанную .катализатором щепу загружают шнек-прессом 9 в реактор 1 с полезным объемом 12,3 м, причем щепу в шнекпрессе предварительно подогревают водяным паром путем конденсации его на поверхности щепы. Давление пара на входе в шнек-пресс 2 , расход 150 кг/ч, температура щепы на входе в реактор . Образующуюся при низкотемпературном термолизе парогазовую смесь через верхний штуцер реактора 1 отводят на циркуляцию (в количестве 27600 м/ч) 11 и на конденсацию (в количестве АЗОО мз/ч). Циркулирующая часть парогазовой смеси вначале поступает в калорифер 13, где подогревается до , зате газодувкой 12 нагнетается через нижний штуцер в нижнюю часть реактора и через отверстия 6 в ложном дне 5 и толщу сырья опять поступает в верх нюю часть реактора 1. Благодаря вращению вала реактора 1 скребковый перегружатель 4 непрерывно перегружает сырье из верхней части реактора в нижнюю через регули руемце отверстия 6 в ложном дне 5, а ворощитель 3 своими лопастями обеспе чивает постоянное ворошение сырья в верхней части реактора. Разравнива:тель 2 равномерно распределяет поступающее сырье по всему объему реак тора 1. Все это обеспечивает противоточную обработку сырья парогазовой смесью снизу вверх при постоянном его ворошении. Из нижней части реактора 1 твердый остаток низкотемпературного термолиза сырья - целлолигнин скребковым выгружателем 8 и шнек-прессом 10 выгружают из реактора. Для предотвращения самовозгорания целлолигнина в корпус шнек-пресса 10 подается вода в количестве 180 кг/ч. Парогазы, идущие на конденсацию, поступают в кожухотрубчатый теплообменник. В результате конденсации парогазов в количестве 4300 м /ч (2680 кг/ч), постоянно отбиравшихся на конденсацию, получают фурфуролсодержащий конденсат в количестве 2570 кг/ч с содержанием 133,5 кг/ч фурфурола и 128 кг/ч летучих кислот в пересчете на уксусную. Неконденсирующиеся газы в количестве 110 кг/ч выбрасываются в атмосферу. Выход фурфурола из перерабатываемого сырья составляет кг/ч«100 % „ .Ь 2610 кг/ч 7ft Ifl trr/u i В установившемся режиме (через 2 ч после пуска реактора) процесс характеризуется следующим параметрами: температура циркулирующей парогазовой смеси на входе в реактор 210-215°С, на выходе из реактора 102 , скорость парогазовой смеси по свободному сечению реактора в нижней части 1,97 м/с, в верхней части 1,57 м/с, число оборотов вала, реактора 0,8 об/мин, скорость прохождения сырья через реактор 6 м/ч. Предельные значения скорости газового потока установлены экспериментально и эта зависимость приводится в уабл.1. IТ а б л и ц а 1 Из приведенной табл.1 видно, что выход фурфурола постоянно увеличивается с увеличением скорости парогазовой смеси до 2,0 м/с. Дальнейшее увеличение скорости теплоносителя практически не влияет на выход фурфурола, а при увеличении ее свьпое 2,0 м/с происходит даже снижение выхода фурфурола за счет выноса сырья и уменьшения времени его нахождения в зоне реакции. Выбран нижний предел скорости, равный 1,5 м/с, а верхний - 2,0 м/с по следующим соображениям. Нижний предел соответствует началу снижения прироста выхода фурфурола, а верхний - максимальному выходу. Ведение процесса при скорости потока выше 2 м/с экономически нецелесообразно из-за большого рас71109397

nn;L r циркуляцию газового потока, количества кислоты, потока. Примеры на проведение про- испольэуемой в качестве катализатора/ цесса в указанных пределах скоростей приведены в табл.2.

Количество щепы с отн. влажностью

42,5%, кг

Расход 6%-ной серной кислоты, считая

на абс. сухую щепу 1%

Количество циркулирукяцей парогазовой

смеси,

Температура циркулирующей парогазовой смеси,с:

Необходимо также, чтобы предварительная температура щепы была 5060С.

Во-первых, при таком подогреве щепы исключается возможность конденсации проходящей через матери парогазовой смеси, что имеет место при ее контакте с холодньвч сьфьем. При этом на поверхности холодного сырья в первую очередь конденсируются более высококипящие компоненты парогазовой смеси, в том числе и фзффурол, который сразу же разрушается при контакТаблица 2

2610

2610

1,75

1,75

30870

35280

те с серной кислотой, находящейся на поверхности сырья.

Во-вторых, усилие, необходимое дл создания шнек-прессом плотной непро1ницаем( для воздуха пробки из щепы, подогретой до 50-60 0, в 2-3 раза меньше, чем для холодной щепы, что требует более мощного шнека и приво да. Указываемая температура 50-60 0 : является средней или условной и получается расчетньм путем. Величины средней условной температуры щепы приведены в табл.3.

:ТаблицаЗ В действительности же механизм нагрева щепы и ее температура следующие. Исходное сырье за время движения в шнеке подвергается воздействию пара давлением 1,2 кгс/см (в нашем конкретном случае) и температуры в течение одной минуты. За это время поверхность сырья (щепы) нагревается до 100°С, а внутри значительно меньше. Зная количество подводимого пара (массу пара) и его температуру или массу сконденсированного пара, а также начальную температуру, теплопроводность и теплоемкость сырья, легко рассчитать среднюю температуру сырья Расход тепла на получение 1 кг фурфуролсодержащего конденсата составляет 638 ккал против 712 ккал по известному способу. Снижение тепловых затрат происходит за счет более высо кой производительности процесса полу чения фурфурола. Измеренная средняя скорость парогазовой смеси в реакторе по известному способу составляет 0,6 м/с. Вначале парогазы, идущие на конденсацию, поступают в кожухотрубчаты теплообменник. В результате конденсации парогазов в количестве 1320 кг/ч, постоянно отбирающихся на конденсацию, получают фурфуролсодержащий конденсат в количестве 1316 кг/ч с содержанием 38,2 кг фурфурола и 28,6 кг летучих кислот в пересчете на уксусную. Неконденсирунмдиеся газы после промывки в количестве 47,4 кг/ч выбрасываются в атмосферу. Далее конденсат вместе с промывными водами от очистки неконденсирующихся газов поступает на вьщеление и очистку фурфурола в трехколонном аппарате, состоящем из основной колонны с 41 колпачковыми тарелками, работающей при атмосферном давлении, и двух вакуум-ректификационных колонн обезвоживающей (16 тарелок) и отгонной (30 тарелок), После отгонки получают фурфурол в количестве 31,0 кг/ч - 90% I сорта и 10% II сорта. Выход фурфу Ьола по пpeдлa aeмoму способу достигает 8,5-9,0% от а.с.д., что превосходит выход фурфурола по известному способу в 1,12-1,32 раза (6,8-7,6%).

Сырье .и П На конденсацию