Способ получения удобрения на основе азотосодержащего производного гидролизного лигнина Советский патент 1992 года по МПК C07G1/00 

Изобретение относится к области переработки растительного сырья, а именно к способу получения нового удобрения на основе азотсодержащего производного гидролизного лигнина, и может найти применение в сельском хозяйстве

Известен способ перколяционного гидролиза растительного материала (древесных опилок и щепы, растительных отходов сельскохозяйственного производства), включающий загрузку в гидролизапларат измельченного растительного сырья и раствора серной кислоты, подогрев массы паром, непрерывную перколяцию горячим водным раствором серной кислоты, промывку лигнина горячей водой, отжим остатков гидролизата (промывных вод), удаление (выстрел) гидролизного лигнина (рН 1.5-2,0) из аппарата в циклон (сцежу) При этом процесс перколяции ведут горячим водным раствором серной кислоты с непрерывным отбором гидролизата. который используют в основном производстве кяк источник сахаров. Для удаления (отмывания) от лигнина остатков растворенных в гидролизэте сяха- ров (редуцирующих веществ) проводят промывку лигнина горячей технологической водой.

Недостатком данного способа является то, что, несмотря на промывку гидролизного лигнина горячей водой, он содержит значительное количество (0,5-0,7%) остатков токсичной серной кислоты и низкое количество минеральных питательных веществ что затрудняет использование ценного органического вещества - лигнина в качестве удобрения. Вывозимый в отвалы гидролизный лигнин загрязняет окружающую среду Более тщательная отмывка усложнит процесс гидролиза за счет использования для промывки большого количества воды (на 1 ч лигнина 20 ч. воды) и удлинения цикла гидролиза.

Наиболее близким к предлагаемому целевому продукту является удобрение, полученное на основе азотсодержащего

производного гидролизного лигнина путем перколяционного гидролиза растительного сырья, частичного (на 1 /3)отжима гидролизной массы в аппарате, промывки гидролизного лигнина водным раствором мочевины (10-20 г/дм3), полного отжима гидролизата (жидкости) и выгрузки азотсодержащего органического удобрения -из гидролизаппа- рата в циклон.

Недостатком данного способа является то, что получаемое органическое удобрение, кроме азота, не содержит достаточных количеств минеральных веществ, необходимых для роста и развития растений, не может быть использовано в качестве субстрата для выращивания растений (зеленой массы) лиг- попониым способом, а для его осуществления требуется технологическая или водопроводная вода.

Целью изобретения является повышение качества целевого продукта, утилизация отходов и улучшение экологичности гидролизного производства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе после завершения стадии перколяции гидролиза растительного сырья горячим водным раствором серной кислоты, отжима гидролизата до уменьшения гидролизной массы на 1/3 осуществляют промывку лигнина отработанной культурэльной жидкостью или обесспирто- ванной бардой, содержащей 10-30 г/дм мочевины (карбамида), взятой из расчета 10-30 кг мочевины на 1 т гидролизной массы в аппарате при температуре 140-170°С и давлении 0,5-0,8 МПэ. Далее проводят полный отжим остатка жидкости (гидре .изата), доводят давление до 0,6-0,7 МПаи выгружают целевой продукт в циклон.

Сущность способа нейтрализации кислот и аммонизации лигнина в зоне накопления лигнина в гидролизаппарате обусловлена тем. что мочевина при температуре более 90°С, особенно при 140- 170°С, и в кислой среде гидролизуется с образованием диоксида углерода и аммиака. ОКЖ или ПСБ, содержащая органические (в т.ч. кислоты) и неорганические вещества и обладающая буферными свойствами, способна в начальной стадии гидролиза мочевины нейтрализовать аммиак с образованием в основном солей органических кислот, а затем растворять аммиак с образованием гидроксида аммония. Перколируя через толщу гидролизного лигнина такая жидкость нейтрализует кислоты лигнина. Вследствие повышения в ОКЖ рН от 4,0 -4.5 до нейтрального и особенно щелочного значения происходит осаждение и ко- агуляция части неорганических и

органических веществ, которые отфильтровываются лигнином. При высокой температуре и давлении также происходит активация лигнина аммиаком и минеральными веществами ОКЖ, что способствует образованию более биологически активных веществ и увеличению ионообменных свойств лигнина, которые способствуют насыщению его макро- и микроэлементами из

0 ОКЖ или ПСБ.

ОКЖ - отработанная культуральная жидкость, получаемая после выращивания кормовых дрожжей и отделения путем сепарирования дрожжевой биомассы. Она со5 держит 0,9-1.,3% сухих органических и неорганических (0,18-0,27%) веществ, в т.ч. 6-70 мг% общего азота, 2,5-15 мг% соединений фосфора, 10-20 мг% калия, 2-4 мг% магния и другие макро- и микроэлементы.

0 Высокая кислотность (рИ 4,0-4,5) в основном обусловлена органическими кислотами. ОКЖ обычно не утилизируется, а спускается в промстоки завода.

ПСБ - послеспиртовая барда (обесспир5 тованная барда) является отходом спиртового производства и содержит значительное количество пентоз и органи- ческих кислот. По минеральному составу не- сколько превосходит ОКЖ. Обычно

0 используется для производства кормовых дрожжей в виде добавки к питательной куль- туральной жидкости.

Раствор мочевины с массовой долей 10- 30 г/дм на ОКЖ или ПСБ готовят перед

5 использованием его для перколяционной промывки в гидролизаппарате. При этом ОКЖ и ПСБ подогревают до температуры 80-90°С.

Выбор температурного режима обус0 ловлен тем, что при менее 140°С интенсивность гидролиза мочевины значительно замедляется, а выше 170°С способствует быстрому протеканию процесса гидролиза с избыточным пенообразованием за счет

5 органических веществ ОКЖ или ПСБ. Высокое давление в аппарате способствует уменьшению пенообразования

При использовании для перколяции на 1 т лигнина 1 м3 раствора мочевины с мас0 совой долей менее 10 г/дм3 (менее 10 кг/т лигнина) качество конечного продукта ухудшается, а более 30 г/дм (более 30 кг/т экономически нецелесообразно. При выборе верхнего значения концентрации мочевины

5 (до 30 г/дм3) также принята во внимание выраженная кислотность (рН 4,0 4,5) ОКЖ и ПСБ. Часть аммиака, образовавшегося при гидролизе мочевины, нейтрализуется кислотами этой жидкости с образованием легко диссоциирующих солей, которые при р.ысокои температуре быстро вступают в реакции замещения и реакции аммонизации макромолекул лигнина. Однако реакция аммонизации лигнина более интенсивно происходит с гидроксидом аммония, особенно в нейтральной или щелочной среде.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В гидролизаппарат объемом 30 м3 загружают 3,8 т абсолютно сухого (а.с.) растительного сырья (смесь 1:1 хвойной древесной щепы и опилок 50%-ной влажности), пропитывают массу 0,8%-ным раствором серной кислоты, прогревают горячим паром до 175°С. Проводят перколя- цию горячим (180°С) 0,85%-ным раствором серной кислоты при избыточном давлении 0,90 МПа в течение 100 мин и отжимают гидролизат на 1 /3 от первоначальной массы содержимого аппарата (до рабочего запаса жидкости).

Затем в гидролизаппарат. содержащий 7,0 т гидролизного лигнина, при избыточном давлении 0,6 МПа подают в течение 8 мин 7,0 м3 горячей (150°С) ОКЖ, содержащей 20 г/дм мочевины,производят повторный (полный) отжим и выгружают конечный продукт в циклон.

Характеристика качества конечного продукта приведена в таблице.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1 в гидролизаппарате объемом 30 м . Условия перколяционного гидролиза: 3,8 т а.с растительного сырья, пропитка 0,8%-ным горячим раствором серной кислоты, прогрев массы до 175°С, пер- коляция горячим (180°С) 0,85%-ным раствором серной кислоты при 0.95 МПа в течение 80 мин. На 7,0 т гидролизного лигнина в течение 10 мин при 0,8 МПа в аппарат подают 7 м3 горячей (170°С) ОКЖ, содержащей 10 г/дм мочевины.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1 в гидролизаппарате объемом 30 м . Условия перколяционного гидролиза: 3,8 т а.с. растительного сырья, пропитка 1%-ным горячи -1 раствором серной кислоты, подогрев маг.гы в течение 30 мин до температуры 160°С. перколяция горячим (187°С) 0.55%-ным раствором серной кислоты при 1,2 МПа продолжительностью 80 мин. На 7 т гидролизного лш нина в течение 9 мин в аппарат подают при 0.5 МПа подогретой до 140°С7м ПСБ, содержащей 30 г/дм мочевины.

Пример 4 (по прототипу). Способ осуществляют аналогично примеру 1 в гидролизаппарате объемом 30 ri УСЛОВИЯ пер- коля ц ионного гидролиза 3,8 т а.с.

растительного сырья пропитка 08% ным раствором серной кислоты, прогрев горя чим паром до 178°С, перколяция горячим (180°С) 0,85%-ным раствором серной киспо 5 ты в течение 100 мин На 7 т гидролизного лигнина в течение 8 мин (при избыточном давлении 0,6 МПа) в аппарат подают 7 м горячего (150°С) водного растпора, содер жащего 20 г/дм мочевины 10Качество конечного продукта приводе

но в таблице.

Из приведенной таблицы видно, что конечный продукт по заявляемому способу обладает рядом новых положительных

15 свойств. По сравнению с полученным по прототипу продуктом, стимулирующий эффект на корневую систему растений, доля минеральных веществ и лигнопонные свойства в новом продукте увеличиваются более.

0 чем в 2 раза, а содержание связанного азота и доля прорастания семян пшеницы увеличиваются на 30%. В конечном продукте также отсутствуют серная кислота и мочевина, а его кислотность нейтральная или близкая

5 к нейтральной.

Таким образом, раствор мочевины на ОКЖ или ПСБ с массовой долей 10 -30 г/дм3, используемый для обработки гидролизного лигнина из расчета 10-30 кг мочевины на 1

0 т гидролизного лигнина, осуществляемой после перколяционной стадии технологического цикла общепринятого гидролиза растительного сырья, обеспечивает получение нового удобрения на основе азотсодержа5 щего производного гидролизного лигнина, дополнительно обогащенного питательными и стимулирующими веществами ОКЖ или ПСБ.

Полученное азотсодержащее произ0 водное гидролизного лигнина может быть использовано в качестве удобрения, а также в качестве субстрата для выоащмвания растений гидропонным (лигнопонным) способом.

5Способ получения нового удобрения,

содержащего ценные для улучшения плодородия почв органические, минеральные (в т.ч. связанный с лигнином азот) и биологически активные вещества, дает

0 возможность эффективно утилизировать отходы гидролизного производства и претворить гидролизный лигнин из многотоннажного (почти 2 млн т в год)отхода гидролизного производства в доход для

5 отрасли страны

Использование ОКЖ (излишков ПСБ) для получения удобрения по заявляемому способу сыграет определенную ропь в утилизации сточных вод гидроличчыч предприятий и создании .замкнут н систем

использования воды и уменьшения сброса сточных вод в водоемы.

Гидролизный лигнин, ОКЖ и ПСБ из загрязнителей внешней среды становятся улучшателями плодородия почв.

Затраты на получение удобрения do заявляемому способу составляют не более 2 руб./т, а экономический эффект от ёнедре- ния способа не менее 3 руб./т конечного продукта. Расходы на освоение способа компенсируются в течение 4-6 мес.

Формула изобретения

Способ получения удобрения на основе азотсодержащего производного гидролизного лигнина путем перколяционного гидролиза растительного сырья, частичного отжима гидролизата, промывки раствором мочевины и полного отжима промывной жидкости, отличающийся тем, что, с

целью повышения качества целевого продукта, утилизации отходов и улучшения эко- логичности гидролизного производства, в качестве промывочного раствора используют отработанную культуральную жидкость

или обесспиртованную барду, содержащую мочевину в количестве 10-30 г/дм , а процесс промывки проводят при соотношении 10-30 кг мочевины на 1 т гидролизной массы в аппарате при температуре 140-170°С и

давлении 0,5-0,8 МПа,

Использование, в качестве удобрения в сельском хозяйстве Сущность изобретения: азотсодержащее производное лигнина. Реагент 1: растительное сырье Реагент 2: 0,85%-ная H2S04 Условия реакции: прогрев горячим паром до 175°С, пер- коляция при 180°С, давление 0,90 МПа в течение 100 мин, отжим гидролизата на 1/3 от первоначальной реакционной массы. Реагент 3: отработанная культуральнэя жидкость, содержащая 10-30 г/дм мочевины Условия реакции: 10-30 кг мочевины на 1 т гидролизной массы при 140-170°С и полный отжим. 1 габл.

Характеристика конечного продукта

Предлагаемый, с использованием раствора но- чееииы на ОКВ20

То «те 10

Предлагаемый, с использованием раствора моче вини на ПСБ30

По прототипу, с использованием водного раствора мочевины 20

44 42

46 21

91 91

96 63

36,0 33,4

38,6 15.2

220

190

260 100