DE10297032T5

DE10297032T5 - Verfahren zur Zellstoffherstellung

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Publication number: DE10297032T5
Application number: DE10297032T
Authority: DE
Inventors: Esa Rousu; Pasi Rousu; Juha Anttila; Päivi Rousu
Original assignee: Chempolis Oy
Current assignee: Chempolis Oy
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-08-05
Also published as: GB2393190A; GB2393190B; FI20011541A; CN100387774C; US20040231810A1; GB0400273D0; US7097738B2; FI117632B; WO2003006737A1; FI20011541A0; CN1527896A

Abstract

Verfahren zur Zellstoffherstellung aus einem faserbasierten Rohmaterial, aufweisend eine Kochstufe, wobei ein auf organischen Säuren basierendes Kochreagens bei einer Temperatur von 105 bis 160°C verwendet wird, und eine Gewinnungsstufe des besagten Kochreagens, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochreagens auch Furfural enthält, das von der Gewinnungsstufe des besagten Kochreagens erhalten wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Zellstoffherstellungsverfahren, die auf organischen Chemikalien basieren und in denen krautartige Pflanzen, insbesondere Getreidestroh, als Rohmaterial verwendet werden.
Indem gegenwärtige Verfahren zur Herstellung von chemischer Zellulose angewandt werden, kann Zellulosestoff ökonomisch und umweltfreundlich produziert werden, wenn Holzrohmaterialien benutzt werden. Es ist aber weder technisch noch ökonomisch gelungen, aus krautartigen Pflanzen, d.h. nichtholzartigen Materialien, Zellulose zu produzieren, die die Umweltanforderungen erfüllen würde.
Um die Umweltwirkungen von chemischer Zellstoffherstellung zu beseitigen, sind auf organischen Kochlösungsmitteln basierende "Organosolv"-Verfahren entwickelt worden. Die Organosolv-Verfahren gründen sich auf die Ausnutzung von organischen Lösungsmitteln, typischerweise organischen Säuren, in Delignifizierung. Viele von diesen Verfahren gründen sich auf schwefelfreie und chlorfreie Chemikalien, was als eine Voraussetzung für die industrielle Ausführung von geschlossener Zirkulation von Chemikalien angesehen werden kann. Solche Verfahren werden zum Beispiel in WO 96/26403 (Chempolis Oy) und WO 00/60160 (Chempolis Oy) beschrieben.
Nichtholzartiges Material wird besonders vorteilhaft in sauren Verhältnissen delignifiziert. In diesem Falle liegt das im nichtholzartigen Material enthaltene Silizium in einer sehr schwer löslichen Form vor und verursacht somit keine Probleme bei der Gewinnung von Chemikalien. In alkalischen Kochverfahren löst sich dagegen Silizium in der Kochlauge und verursacht Probleme. Deshalb ist die umweltfreundlichste und ökonomischste Delignifizierungsweise derart, dass Delignifizierung mit organischen Lösungsmitteln in sauren Verhältnissen ausgeführt wird. Besonders vorteilhaft wird ein Verfahren angewandt, bei dem die in der Kochung zu verwendenden Chemikalien im Prozess selbst gebildet werden.
Es hat sich herausgestellt, dass in vielen Organosolv-Verfahren Furfural während der Zelluloseproduktion produziert wird. Man hat im allgemeinen behauptet, dass die Furfuralherstellung in sauren Verhältnissen Delignifizierung erschwert, weil Furfural mit Lignin und anderen Verbindungen des Pflanzenmaterials reagieren kann, wobei karamellartige Polymere entstehen. Das wurde zum Beispiel bei einem auf Essigsäure basierenden Organosolv-Verfahren (Zil'bergleit, M. A. & Glushko, T. V., Products from the Polymerization of Furfural and Hydroxymethylfurfural in Acetic Acid, Khimia Drevesiny (Riga), 1991, Nr. 1, 66–68) sowie bei saurer Vorhydrolyse eines konventionellen Sulfatprozesses (Kosaya, G.S., Koseleva, V.D. & Prokopeva, M.A., New Process of Preliminary Hydrolysis, Bumaznaja promyslennost, 1982, Nr. 9, 12–13) festgestellt. Man hat auch bemerkt, dass Furfural auch in der Sulfitkochung reagiert und dabei Zellstoffschwärzung verursacht (Oblak-Ramer M., Budin D. & Lipic, B., Concerning the basics of condensation of lignins in magnesium bisulphite digestion. Part 1. Influence of processing time, temperature and thiosulphate, Zellstoff und Papier 40 (1991), Nr. 1, 10–13). Die Ausnutzung von Furfural im eigentlichen Delignifizierungsprozess ist in der fachbezogenen Literatur nicht beschrieben worden; stattdessen ist Furfural meistens vom Prozess getrennt worden. Es ist beispielsweise vorgeschlagen worden, dass das vom Alcell-Prozess (WO 93/15261, Lora et al.) und vom Formacell-Prozess (Lehnen, R., Saake, B & Nimz H.H., Furfural and Hydroxymethylfurfural as Byproducts of FORMACELL Pulping, Holzforschung 55 (2001), Nr. 2, 199–204) getrennte Furfural als ein Handelsprodukt verwendet würde.
Früher hat sich herausgestellt, dass Zellulosestoff von hoher Qualität hergestellt werden kann, indem vorteilhaft eine Mischung von Ameisensäure, Essigsäure und Wasser in Delignifizierung benutzt wird (WO 99/57364, Chempolis Oy). Überraschenderweise hat man bemerkt, dass Zellstoff aus einer auf organischen Säuren basierenden Delignifizierungsmischung hergestellt werden kann, wobei auch Furfural eingesetzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das auf organischen Säuren basierende Zellstoffherstellungsprozess zu verbessern. Die Erfindung basiert darauf, dass Lignin von einem faserbasierten Rohmaterial gelöst wird, wobei Furfural in Delignifizierung neben organischen Säuren eingesetzt wird.
Es stellte sich heraus, dass die Zellstoffausbeute durch die Benutzung von Furfural verbessert werden konnte, was auch die Gewinnung von Chemikalien vereinfachte. Der Hemizellulosegehalt von Zellulosestoff kann erhöht werden, ohne den Ligningehalt des Zellstoffes zu ändern. Dabei werden die Ausbeute und Eigenschaften des Zellstoffes besser. Die beim Verfahren einzusetzenden Chemikalien, z.B. organische Säuren und Furfural, werden im Prozess selbst, insbesondere auf der Gewinnungsstufe der Kochchemikalien gebildet, was das Verfahren noch vorteilhafter macht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zellstoffherstellung aus einem faserbasierten Rohmaterial, aufweisend eine Kochstufe, wobei ein auf organischen Säuren basierendes Kochreagens bei einer Temperatur von 105 bis 160°C verwendet wird, und eine Gewinnungsstufe des besagten Kochreagens. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das für Delignifizierung verwendete Kochreagens auch Furfural enthält, das von der Gewinnungsstufe des besagten Kochreagens erhalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Verbindung mit verschiedenen organischen Säuren und ihren Mischungen angewandt werden. Typisch wird Ameisensäure, Essigsäure oder deren Mischung verwendet. Neben den organischen Säuren enthält das Kochreagens meistens Wasser. Die Gehalte der organischen Säure sind typisch von 0 bis 90%, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens, und die Säure kann aus Ameisensäure, Essigsäure oder deren Mischung bestehen. Wenn eine Mischung von Ameisensäure und Essigsäure als Kochreagens benutzt wird, enthält sie vorteilhaft 40 bis 80% Ameisensäure und 8 bis 50%, vorteilhaft 8 bis 40%, und besonders vorteilhaft 8 bis 35% Essigsäure, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Kochreagens auch Furtural. Der Furturalgehalt ist typisch 0,01 bis 10%, vorteilhaft 1,0 bis 7,5%, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens. Das im Prozess gebildete Furfural kompensiert in der Praxis die Säureverluste des Prozesses und verringert die Menge der Make-up-Säure. Der optimale Furturalgehalt ist von 2,5 bis 7,5%, gerechnet vom Gesamtgehalt des Kochreagens. Auch größere Furturalmengen können eingesetzt werden, aber dabei soll die Kochung meistens verstärkt werden, indem beispielsweise die Kochtemperatur erhöht wird oder die Kochzeit verlängert wird.
Neben Furfural kann das Kochreagens auch andere Furanverbindungen enthalten.
Furfural wird im eigentlichen Prozess, typisch auf der Gewinnungsstufe von Kochchemikalien gebildet. Typischerweise wird die aus dem Prozess gewonnene und bezüglich der gelösten Feststoffe konzentrierte Kochflüssigkeit zugelassen, bei einer erhöhten Temperatur zu reagieren. In diesem Falle reagiert die in der Kochflüssigkeit enthaltene organische Substanz, wie Hemizellulose und Lignin, wobei Furfural und im Prozess einzusetzende Kochchemikalien, d.h. Ameisensäure und Essigsäure, als Reaktionsprodukte entstehen. Die Säuren können als solche in der Kochung genutzt werden. Gemäß der Erfindung hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass auch das als Reaktionsprodukt erhaltene Furfural in der Kochung genutzt werden kann. Demnach braucht man nicht, das Furfural separat von der Mischung von Kochsäuren zu trennen, sondern die Furfural enthaltende Mischung kann als solche in der Kochung verwendet werden. Das vermindert die Belastung auf dem Trennabschnitt des Prozesses.
Die für die Reaktion der konzentrierten Kochflüssigkeit eingesetzte Temperatur beträgt typisch 50 bis 250°C.
Furfural wird mit Säuren im Gewinnungsprozess von Kochchemikalien, d.h. Kochsäuren, in die Kochung gebracht. Die Gewinnung von Kochsäuren weist typisch Verdampfung, Trocknung/Trennung von Lignin und Konzentration von Säuren durch Destillation auf.
Das Gewinnungssystem von Kochchemikalien weist typisch eine Verdampfungsstufe auf, wobei die von der Trennung von Kochflüssigkeit und Zellstoff erhaltene, verwendete Kochflüssigkeit verdampft wird. Die Verdampfung kann bei einer Temperatur von 50 bis 180°C unter einem Unterdruck oder Überdruck ausgeführt werden. Die Verdampfung ergibt als Kondensat eine konzentrierte, Ameisensäure und Essigsäure enthaltende Mischung, die in die Kochung zurückgeführt wird, und ein Verdampfungskonzentrat, in dem Essigsäure, Ameisensäure und Furfural während der Verdampfung aus der organischen Substanz der Kochflüssigkeit und/oder aus den in der organischen Substanz enthaltenen organischen Säuren gebildet sind. Der Feststoffgehalt des Verdampfungskonzentrats ist typisch 20 bis 85%, insbesondere 40 bis 80%. Im auf diese Weise erhaltenen Verdampfungskonzentrat kann mehr Ameisensäure, Essigsäure und Furfural derart gebildet werden, dass es bei einer erhöhten Temperatur (z.B. 50 bis 250°C) ohne Verdampfung reagiert. Die Reaktionszeit kann zum Beispiel 0,5 min bis 24 h betragen. Gemäß der vorliegenden Erfindung hat sich ergeben, dass auch Furfural in der Kochung benutzt werden kann, und somit kann die erhaltene, Furfural enthaltende Säuremischung als solche in der Kochung benutzt werden, ohne dass das Furfural getrennt wird.
Es ist auch möglich, die somit erhaltene Mischung, die Furfural, Ameisensäure, Essigsäure und Wasser enthält, in verschiedene Fraktionen beispielsweise durch Destillation zu trennen. Dabei werden als Destillationsfraktionen Furfural, eine Mischung von Ameisensäure und Essigsäure und Wasser erhalten. Die Mischung von Ameisensäure und Essigsäure wird in die Kochung zurückgeführt, um sie als Kochsäure zu benutzen. Die erhaltene Furfuralfraktion kann auch in die Kochung zurückgeführt werden, um sie als die Furfuralkomponente des Kochreagens zu benutzen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Kochzeit typisch 20 bis 120 min und die Kochtemperatur 105 bis 160°C, vorteilhaft 105 bis 150°C, besonders vorteilhaft 105 bis 140°C. Durch die Benutzung von Furfural als eine Komponente des Kochreagens wird die Kochzeit nicht wesentlich verlängert oder die Kochtemperatur erhöht.
Ein typisches Verhältnis vom Kochreagens zum Rohmaterial beträgt 2,5:1 bis 10:1.
Wenn hohe Ameisensäuregehalte in der Kochung eingesetzt werden, wird Ameisensäure als Formiatester an den Zellstoff gebunden, d.h. der Zellulosestoff wird formyliert. Formiatester können hydrolysiert werden, indem die katalytische Aktivität von Ameisensäure ausgenutzt wird. Typischerweise lässt man die an den Zellstoff chemisch gebundene Ameisensäure bei einer Temperatur von 50 bis 95°C zu einer freien Ameisensäure reagieren, wobei der ursprüngliche Gehalt von freier Ameisensäure 3 bis 20% beträgt. Das Verfahren wird unter einem Normaldruck ausgeführt und die Reaktionszeit beträgt zum Beispiel 0,5 bis 4 h.
Wenn Essigsäure in der Kochung verwendet wird, wird der Zellstoff azetyliert. Das hat man in auf Essigsäure basierenden Organosolv-Verfahren festgestellt (z. B. Pan, X-J. & Sano, Y., Atmospheric Acetic Acid Pulping of Rice Straw IV: Physico-Chemical Characterization of Acetic Acid Lignins from Rice Straw and Woods, Holzforschung 53 (1999), 590–596, und Sacke B., Lehnen, R., Lummitsch, S. & Nimz, H.H., Production of Dissolving and Paper Grade Pulps by the Formacell Process. Proceedings of the 8th International Symposium on Wood and Pulping Chemistry, Helsinki 1995, 2: 237–242). Der Acetylierungsgrad ist proportional zu dem eingesetzten Essigsäuregehalt. Je mehr Essigsäure in der Kochung verwendet wird, desto mehr Acetatester werden im Zellstoff gebildet. Zur Gewinnung von gebundener Essigsäure muss die Acetatester hydrolysiert werden. Verseifung, d.h. alkalische Hydrolyse, ist als ein denkbares Verfahren zur Gewinnung von Essigsäure vorgeschlagen worden (Pan, X-J. & Sano, Y., Atmospheric Acetic Acid Pulping of Rice Straw IV: Physico-Chemical Characterization of Acetic Acid Lignins from Rice Straw and Woods, Holzforschung 53 (1999), 590–596, und Saake B., Lehnen, R., Lummitsch, S. & Nimz, H.H., Production of Dissolving and Paper Grade Pulps by the Formacell Process. Proceedings of the 8th International Symposium on Wood and Pulping Chemistry, Helsinki 1995, 2: 237–242 ). Dabei reagiert die hydrolysierte Essigsäure jedoch zu dem Alkali entsprechenden Acetatsalzen, weshalb die Essigsäure nicht direkt wiedervenwendet werden kann.
Das Verfahren der Erfindung kann somit auch eine Stufe enthalten, auf der an den Zellstoff chemisch gebundene organische Säuren freigesetzt werden, indem man den Zellstoff bei einer Temperatur von 50 bis 120°C reagieren lässt, wobei der Gehalt von freien Säuren von 2 bis 90% beträgt. In diesem Fall reagieren Formiatester und Acetatester zu freier Ameisensäure und freier Essigsäure.
Die Hydrolyse von Acetatestern setzt aber eine längere Reaktionszeit als die Hydrolyse von Formiatestern voraus. Aus diesem Grund werden die Acetatester vorteilhaft z.B. in einem Zellstoffspeicherungsbehälter hydrolysiert, wo die Verweilzeit ausreichend lang ist.
Zellstoffentesterung wird typisch während des Zellstoffwaschens in einem Zellstoffbehälter zwischen den Waschstufen ausgeführt.
Die chemisch gebundenen, in der organischen Substanz, typisch Lignin, enthaltenen organischen Säuren, die vom Zellstoff getrennt sind, können auch auf dieselbe Weise freigesetzt werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Stufe aufweisen, auf der die chemisch gebundenen, in der organischen Substanz enthaltenen organischen Säuren, die vom Zellstoff getrennt sind, freigesetzt werden, indem man die organische Substanz bei einer Temperatur von 50 bis 180°C reagieren lässt, wenn der Gehalt von freien Säuren von 2 bis 90% beträgt.
Die Entesterung von organischer Substanz, typisch Lignin, wird für das von der Verdampfung der Kochflüssigkeit erhaltene Konzentrat oder während der Verdampfung ausgeführt.
Die im Lignin enthaltenen chemisch gebundenen Säuren, die vom Zellstoff getrennt sind, können auch in die Kochflüssigkeit während Ligninfällung freigesetzt werden, indem die vom Zellstoffwaschen erhaltene Waschsäure oder eine andere verdünnte Säure oder Wasser benutzt wird. Die Ligninfällung wird für die Kochflüssigkeit ausgeführt, wenn beispielsweise Lignin und Hemizellulose separat zu gewinnen sind.
Gemäß der Erfindung hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich die Gesamtausbeute von Zellstoff vergrössert, wenn organische Säuren teilweise durch Furfural in der Kochung ersetzt werden. Wenn auf der anderen Seite Furfural der Kochflüssigkeit zugefügt wird, wird die Delignifizierung bis zu einem gewissen Grade verlangsamt. Das Kochen des Zellstoffes bis zum erwünschten Ligningehalt wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Kochzeit verlängert oder die Kochtemperatur erhöht wird. Furfural scheint keinen bedeutsamen Einfluss auf die papiertechnischen Zellstoffeigenschaften zu haben.
Die erfindungsgemäße Verwendung von Furfural als Teil von Kochchemikalien hat auch vorteilhaften Einfluss auf die Gewinnung von Chemikalien. Die Gewinnung von Kochchemikalien umfasst typisch Trennstufen, z.B. Destillation, wobei eine Mischung von Kochsäuren, Furfural und Wasser in Säure-, Wasser- und Furfuralfraktionen getrennt werden. Wenn ein Teil der in der Kochung eingesetzten Säuren durch Furfural ersetzt wird, kann die Förderung in der Destillationsanlage verringert und die Investitions- und Operationskosten der Destillationsanlage vermindert werden. Ausser dass Furfural als eine Kochchemikalie gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, kann es als Hilfsmittel der Destillation ausgenutzt werden, um die Trennung von Wasser und Säuren zu vereinfachen. Eine bekannte Tatsache ist ausserdem, dass die Korrosivität von Furfural geringer als die von organischen Säuren ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ausgeführt werden, indem zum Beispiel ein Rohrreaktor eingesetzt wird, dessen Dimensionen 0,5 < L/D < 25, vorteilhaft 1 < L/D < 15 sind. Der Reaktor ist mit einer Zirkonium- oder Teflonschicht ausgekleidet.
Vorteilhaft werden krautartige Pflanzen als Rohmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt. Krautartige Pflanzen beziehen sich im allgemeinen auf nichtholzartige Faserquellen. Die wichtigsten Faserquellen sind Stroh, z.B. Getreidestroh (Reis, Weizen, Roggen, Hafer, Gerste); Heu, z.B. Esparto-, Sabei- und Zitronengras; Schilf, z.B. Papyrus, Schilfrohr, Zuckerrohr, d.h. Bagasse, und Bambus; Bastfasern, z.B. Stämme von Faserflachs und Ölflachs, Kenaf, Jute, Hanf; Blattfasern, z.B. Manilahanf und Sisal, und Samenhaare, wie Baumwolle und Linterfasern von Baumwolle. Ein wichtiges Rohmaterial, das in Finnland wächst, ist Rohrglanzgras.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch auf Holzmaterial anwendbar.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren.
Beispiel 1
Weizenstroh wurde gekocht, wobei eine Mischung eingesetzt wurde, die 44% Ameisensäure, 35,2% Essigsäure und 2,5% Furfural als Kochreagens enthielt (der Rest der Mischung bestand aus Wasser). Die Kochtemperatur betrug 125°C und die Kochzeit war 35 min. Das Verhältnis vom Kochreagens zum Rohmaterial war 5:1.
Die Kochung wurde in einem mit Zr ausgekleideten Kochreaktor ausgeführt, der ein Volumen von 1 Liter hatte und dessen Dimensionen LID = 2,56 betrugen. Im Reaktor wurde äussere elektrische Heizung benutzt.
Lignin wurde aus dem erhaltenen delignifizierten Zellstoff mit einer Säure gewaschen, die eine Konzentration von 44% Ameisensäure und 35,2% Essigsäure hatte. Danach wurde der Zellstoff bei einer Temperatur von 65°C mit einer Persäure gewaschen, die in situ hergestellt wurde, indem 1 Wasserstoffperoxyd vom Gewicht des Faserrohmaterials zugefügt wurde. Nach dem Waschen wurde der Zellstoff bei einer Temperatur von 70°C entestert, wobei die Säurekonzentration 10% (4 h) war. Schliesslich wurde der Zellstoff mit Wasser gewaschen.
Der erhaltene Zellstoff wurde mit einer Alkaliextraktion und zweimal mit Wasserstoffperoxyd gebleicht. Die Helligkeit des gebleichten Zellstoffes war 81,7 ISO (gemessen gemäß Standards SCAN-CM 11:75 und SCAN-P 3:93). Seine Zugfestigkeit betrug 57,4 kNm/kg (gemessen gemäß des Standards SCAN-P. 67:93) und seine SR war 35 (gemessen gemäß des Standards SCAN-CM 26:99).
Beispiel 2
Brauner (ungebleichter) Zellstoff wurde aus Weizenstroh auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 produziert. Die Tabelle 1 stellt die Kochverhältnisse mit verschiedenen Furfuralgehalten (Gew.-%) dar, wobei die Kappa-Zahl des Zellstoffes die gleiche ist. Die in der Tabelle gezeigten Gehalte von Furfural, Ameisensäure (HCOOH), Essigsäure (CH₃COOH) und Wasser sind aufgrund des Gesamtgewichts des Kochreagens (Gew.-%) gerechnet worden.
Aus den Ergebnissen der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass Furfural die Ausbeute des Zellstoffes verbessert.
Beispiel 3
Rohrglanzgras wurde mit einem Laborkocher gekocht, wobei eine Mischung eingesetzt wurde, die 42% Ameisensäure, 40% Essigsäure und 0,1% Furfural als Kochreagens enthielt (der Rest der Mischung bestand aus Wasser). Die Kochtemperatur betrug 125°C und die Kochzeit war 55 min.
Der resultierende Zellstoff wurde gewaschen und entestert, wobei eine Säuremischung, die 13% Ameisensäure, 12% Essigsäure und 75% Wasser enthielt, bei einer Temperatur von 95°C eingesetzt wurde. Die Gehalte der gebundenen Säuren, als Prozente vom Gewicht des Zellstoffes werden als Funktion der Zeit in der Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Aus den Ergebnissen der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass sich die Gehalte der gebundenen Säuren als Funktion der Zeit verringern, d.h. die Säuren werden aus ihren Estern durch den katalytischen Einfluss der Säuren freigesetzt.
Dem Fachmann ist offenbar, dass, während sich die Technologie entwickelt, die Idee der Erfindung auf verschiedene Weisen implementiert werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen werden somit auf die oben beschriebenen Beispiele nicht beschränkt, sondern sie können im Rahmen der Ansprüche variieren.
Zusammenfassung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zellstoffherstellung aus einem faserbasierten Rohmaterial, wobei als Kochreagens eine Lösungsmittelmischung benutzt wird, die auf organischen Säuren basiert und auch Furfural enthält. Das Verfahren ist insbesondere auf krautartige Pflanzen anwendbar.

Claims

Verfahren zur Zellstoffherstellung aus einem faserbasierten Rohmaterial, aufweisend eine Kochstufe, wobei ein auf organischen Säuren basierendes Kochreagens bei einer Temperatur von 105 bis 160°C verwendet wird, und eine Gewinnungsstufe des besagten Kochreagens, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochreagens auch Furfural enthält, das von der Gewinnungsstufe des besagten Kochreagens erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Furfuralgehalt des Kochreagens 0,01 bis 10% beträgt, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Furfuralgehalt des Kochreagens 1,0 bis 7,5% beträgt, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Furfuralgehalt des Kochreagens 2,5 bis 7,5% beträgt, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochreagens als organische Säure Ameisensäure, Essigsäure oder deren Mischung enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ameisensäuregehalt des Kochreagens 0 bis 90% beträgt, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Essigsäuregehalt des Kochreagens 0 bis 90% beträgt, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochreagens als organische Säuren 80 bis 40% Ameisensäure und 8 bis 50%, vorteilhaft 8 bis 40%, und besonders vorteilhaft 8 bis 35% Essigsäure enthält, gerechnet vom Gesamtgewicht des Kochreagens.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kochtemperatur 105 bis 150°C, vorteilhaft 105 bis 140°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kochzeit von 20 bis 120 min ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis vom Kochreagens zum Rohmaterial in der Kochung 2,5:1 bis 10:1 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass krautartige Pflanzen als Rohmaterial des Zellstoffes verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Furfural erhalten worden ist, indem man die konzentrierte, von der Verdampfung des verwendeten Kochreagens erhaltene Kochflüssigkeit bei einer erhöhten Temperatur auf der Gewinnungsstufe des besagten Kochreagens reagieren lässt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch eine Stufe aufweist, auf der die an den Zellstoff chemisch gebundenen organischen Säuren freigesetzt werden, indem man den Zellstoff bei einer Temperatur von 50 bis 120°C reagieren lässt, wobei der Gehalt von freien Säuren von 2 bis 90% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin eine Stufe aufweist, auf der die in der vom Zellstoff getrennten organischen Substanz enthaltenen chemisch gebundenen organischen Säuren freigesetzt werden, indem man die organische Substanz bei einer Temperatur von 50 bis 180°C reagieren lässt, wenn der Gehalt von freien Säuren von 2 bis 90% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin eine Stufe aufweist, auf der die chemisch gebundenen organischen Säuren, die vom im Zellstoff enthaltenen Lignin getrennt sind, durch eine verdünnte Säure während Ligninfällung freigesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochreagens auch andere Furanverbindungen enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrreaktor, dessen Dimensionen 0,5 < L/D < 25, vorteilhaft 1 < L/D < 15 sind, als Kochreaktor verwendet wird.