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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines lävoglucosanreichen
Produktes durch die Pyrolyse von lignocellulosehaltigen Stoffen bei einer Temperatur
von über 300° C und Abkühlung des Reaktionsproduktes.
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Lävoglucosan ist als Rohstoff für die Massenproduktion von Sprengstoffen,
Treibstoffen, Weichmachern, oberflächenaktiven Stoffen, Kunststoffen, Harzen und
anderen Produkten geeignet. Dieses Material ist besonders interessant, weil es aus
Holz und anderen sehr billigen Lignocellulosematerialien erzeugt werden kann. Seine
Erzeugung bietet also eine Möglichkeit zur Veredelung von Holzabfällen, wie beispielsweise
Sägemehl und Spänen.
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Aus » Chemical Abstracts «, Bd. 54 (1960), S. 10315, Abs. 1, ist
ein Verfahren zum Gewinnen eines lävoglucosanreichen Produktes durch thermische
Zersetzung von lignocellulosehaltigen Stoffen, wie Holz, bekannt, bei dem die lignocellulosehaltigen
Stoffe auf über 300° C erhitzt und die Zerfallsprodukte abgekühlt werden. Dieses
Verfahren ist zwar nicht mit dem Nachteil anderer Pyrolyseverfahren zur Gewinnung
von Lävoglucosan aus Cellulosematerialien behaftet, daß reine oder praktisch reine
Cellulose, wie Baumwolle, als Ausgangsmaterial verwendet werden muß, kann jedoch
bezüglich der Lävoglucosanausbeute nicht befriedigen.
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Da sowohl Cellulose als auch Lävoglucosan durch die Formel CgHioOg
dargestellt werden können, sollte die Ausbeute an Lävoglucosan theoretisch 100 °/0
des Cellulosegehalts der Lignocellulose betragen. In der Praxis ist jedoch die Lävoglucosanausbeute
bei der Pyrolyse von Lignocellulose nach dem bekannten Verfahren relativ gering,
weil der Ligningehalt der Lignocellulose störend wirkt und unter den Bedingungen
des thermischen Abbaus das Lävoglucosan selbst leicht zu einfacheren Produkten wie
Essigsäure, Aceton, Phenolen, Wasser, Gas und Schwelkoks pyrolysiert wird. Unter
bestimmten Bedingungen kann das Lävoglucosan auch zu Produkten von höherem Molekulargewicht
rückpolymerisieren. Ferner ist es schwierig, das gebildete Lävoglucosan abzutrennen
und zu reinigen.
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Die Erfindung bezweckt daher vor allem die Schaffung eines zweckmäßigen
Verfahrens zur Erzeugung von Lävoglucosan in einer hohen Ausbeute und in einer Form,
in der es für seine verschiedenen industriellen Verwendungen mit relativ geringen
Kosten anwendbar ist, wobei als Ausgangsmaterial cellulosehaltige Abfälle, insbesondere
Lignocelluloseabfälle, wie Sägemehl und Holzspäne, verwendet werden.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Lävoglucosan zwar hitzeempfindlich
ist und bei seiner Erhitzung rasch in die vorstehend angegebenen Produkte abgebaut
werden kann, unter den Pyrolysebedingungen aber aus der Reaktionszone in einer solchen
physikalischen Form austritt, daß es im Kondensat gewannen werden kann. Wenn daher
die Pyrolyse unter den nachstehend angegebenen speziellen Bedingungen durchgeführt
wird, kann das Lävoglucosan entfernt werden, ehe es sich thermisch zersetzen kann,
so daß es in, auch bei der Verwendung von billigem, weil relativ unreinem Ausgangsmaterial,
einer beträchtlichen Ausbeute als primäres Abbauprodukt der Cellulose ; anfällt.
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GegenstandclerErfindung ist somit ein Verfahren der eingangs bezeichneten
Art, das dadurch gekenn-
zeichnet ist, daß man einen lignocellulosehaltigen Stoff,
vorzugsweise Holz, mit einer Teilchengröße von bis zu 4,76 mm in bei der Herstellung
von Lävoglucosan aus Cellulose bekannter Weise zusammen mit einem nichtoxydierenden
Gas, vorzugsweise in einer Wirbelschicht, maximal 30 Sekunden, vorzugsweise nicht
länger als 15 Sekunden, auf eine Temperatur von 316 bis 815°C, vorzugsweise 371
bis 593°C, erhitzt, zumindest die gasförmigen Reaktionsprodukte rasch abzieht und
vorzugsweise nach Abtrennung von bei der Pyrolyse gebildetem Schwelkoks abkühlt
und aus dem erhaltenen Kondensat die wässerige, das Lävoglucosan enthaltende Schicht
abtrennt.
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Die Abkühlung des Pyrolyseprodukts kann dadurch erfolgen, daß die
kondensierbaren Gase, welche das Lävoglucosan enthalten, in einer einzigen Stufe
kondensiert werden, wobei ein flussiges Produkt erhalten wird, dem Schwelkoks beigemischt
ist. Von dem so erhaltenen, aus Flüssigkeit und Schwelkoks bestehenden Produkt wird
dann die nichtkondensierbare Gaskomponente, d. h. das)) Produktgas «, abgetrenat.
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Das aus der Flüssigkeit und dem Schwelkoks bestehende Produkt teilt
sich in zwei deutlich unterscheidbare Schichten, und zwar in eine nichtwässerige
Schicht, welche Schwelkoks, Teer und Phenolkörper enthält, und einelävoglucosanhaltige,
wässerige Schicht.
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Durch Behandlung der wässerigen Schicht nach einem an sich bekannten
Verfahren kann man dann das Lävoglucosan in einer hohen Ausbeute gewinnen.
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Das Pyrolyseprodukt kann nach seiner Entfernung aus der Reaktionszone
auch rasch auf eine Temperatur abgekühlt werden, die knapp oberhalb der Kondensationstemperatur
der darin enthaltenen kondensierbaren gasförmigen Komponenten und der von dem Schwelkoks
abgetrennten, gasförmigen Komponenten liegt. Die gasförmigen Komponenten werden
dann abgekühlt, wodurch die kondensierbaren Gase, einschließlich des Lävoglucosans,
weiterkondensiert werden. Die so erhaltene gasförmige Phase wird dann von der gebildeten
flüssigen Phase getrennt, die sich, wie vorstehend erwähnt ist, in zwei deutlich
unterscheidbare Schichten teilt.
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Als Rohmaterialien für das vorliegend beschriebene Verfahren können
verschiedene lignocellulosehaltige Materialien verwendet werden, beispielsweise
Baumwollinters, Zellstoffschnitzel, Zuckerrohrbagasse, Maisstroh, Maiskolben, Baumrinde
und besonders das Holz von verschiedenen Baumarten, insbesondere Holzabfälle wie
Sägemehl, Holzspäne und-flocken, die in großen Mengen billig erhältlich sind und
derzeit in der Holzindustrie Abfall darstellen.
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Das lignocellulosehaltige Rohmaterial braucht nicht vorbehandelt
zu werden, außer daß es zu Teilchen zerkleinert werden muB, die in einem gasförmigen
Medium suspendiert werden können. Die Größe der Teilchen kann zwar etwas variieren,
soll jedoch, wie bereits erwähnt, eine Siebgröße von 4,76 mm nicht überschreiten.
Als Ausgangsmaterial verwendetes Sägemehl kann man vorteilhafterweise sieben, damit
große Splitter oder andere große Teile ausgesiebt werden, welche die Verarbeitung
des Materials stören könnten.
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Es ist ferner zweckmäßig, den Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials
unter 5 Gewichtsprozent zu halten. Dies ist vorteilhaft, um die Kosten zu vermeiden,
die fur das Verdampfen einer großen Wassermenge erforderlich sind. Ferner ist es
zweckmäßig, die Temperatur in dem Reaktionsgefäß auf dem gewünschten bzw. erforderlichen
Niveau zu halten.
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Das Trocknen des Materials kann auf jede gewünschte Weise erfolgen,
vorzugsweise durch reine Lufttrocknung oder durch Suspensionstrocknung in einem
heißen Gas, und soll den Feuchtigkeitsgehalt auf 2 bis 5 °/0 herabsetzen.
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Die Zeichnung zeigt ein Fließdiagramm zur Erläuterung einer bevorzugten
Arbeitsweise, wobei beispielsweise Sägemehl oder ein anderes Lignocellulosematerial
verwendet wird. Im ersten Verfahrensschritt werden das Sägemehl oder ein anderes
Ausgangsmaterial auf Lignocellulosebasis und ein geeignetes gasformiges Medium in
ein Reaktionsgefäß eingebracht. Man kann für diesen Zweck zwar verschiedene Gase
verwenden, doch soll das verwendete Gas unter den Pyrolysebedingungen im wesentlichen
nicht oxydierend wirken, ferner nichtexplosiv und vorzugsweise ungiftig sein. Zu
diesen Gasen gehören daher Stickstoff, Kohlendioxyd, Wasserdampf und das Produktgas,
d. h. das gasformige Produkt, das beim pyrolytischen Abbau der Lignocellulose erhalten
wird.
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Dampf kann vorteilhaft als gasförmiges Medium verwendet werden, weil
er eine hohe Wärmekapazität besitzt und die Lignocellulose rasch auf die Reaktionstemperatur
erhitzt. Während der Kondensation der in dem Produkt enthaltenen, kondensierbaren
Gase wird ferner der Dampf in Wasser umgewandelt, so daß er zur vollständigen Kondensation
der aerosol-oder rauchförmigen Teerstoffe beiträgt, die in beträchtlicher Menge
vorhanden sind und nur schwer kondensiert werden können. Durch eine Steuerung der
verwendeten Dampfmenge kann die Verdünnung der erhaltenen wässerigen Schicht auf
den für die Weiterverarbeitung erforderlichen Wert eingestellt werden.
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Dampf soll jedoch nicht als Sattdampf, sondern als HeiBdampf verwendet
werden, damit eine einwandfreie Erhitzung gewährleistet und eine übermäßige Verdünnung
des Produkts mit Wasser verhindert wird.
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Das nichtkondensierbare gasförmige Produkt der Pyrolysereaktion,
d. h. das Produktgas, kann ebenfalls vorteilhaft als gasfcrmiges Medium verwendet
werden.
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Seine Zusammensetzung variiert zwar etwas, doch besteht es vorwiegend
aus Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Methan und kleinen Mengen ungesättigter Kohlenwasserstoffe.
Diese Produkte fallen in einer solchen Menge an, daß sie als Suspensions-und Mitnahmemedium,
zum vollständigen Ausfüllen des Systems und zum Ersatz von Gasverlusten verwendet
werden können.
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Unabhängig von seiner Beschaffenheit wird das Gas auf eine Temperatur
vorerhitzt, die so hoch ist, daB das Lignocellulosematerial bei seiner Vermischung
mit dem Gas auf die Pyrolysetemperatur gebracht wird. Das Gas wird also auf eine
solche Temperatur vorerhitzt, daß es nach seiner Vermischung mit den festen Lignocelluloseteilchen
in dem vorbestimmten Mischungsverhältnis das Lignocellulosematerial auf eine Temperatur
in dem allgemeinen Bereich von 316 bis 815°C bringt.
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Das Mengenverhältnis zwischen dem Gas und den Teilchen ist von verschiedenen
Faktoren abhängig, beispielsweise von der Art und der Kapazität des verwendeten
Reaktionsgefäßes, der Art der Lignocellulose, der Größe der Lignocelluloseteilchen
und dem Verfahren, nach dem die Reaktionsprodukte weiterverarbeitet werden. Es muß
so viel Gas verwendet werden, daß es die Teilchen suspendiert und durch die Verarbeitungsstufen
transportiert. Bei Verwendung
eines zu großen Gasanteils wird jedoch das Verfahren
unwirtschaftlich und die fraktionierte Destillation der Reaktionsprodukte I Im allgemeinen
kann man pro Kilogramm Lignocellulose 1,25 bis 8,11 Nm3 Gas verwenden.
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Das Reaktionsgefäß, durch welches die in dem Gas suspendierten Teilchen
transportiert werden, kann von jeder beliebigen Art sein, sofern es nur die Durchführung
einer Pyrolysereaktion der angegebenen Art in seinem Innern gestattet. Im allgemeinen
besitzt das Reaktionsgefäß eine mit einem Eintritt für den Gasstrom und das zu pyrolysierende
Gut sowie mit einem Austritt für den Schwelkoks und die gasförmigen Komponenten
des Reaktionsprodukts versehene Kammer, die so groß ist, daß die gewünschte Verweilzeit
erhalten wird.
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Dem Reaktionsgefäß sind Mittel zur genauen Steuerung seiner Temperatur
zugeordnet, da die Ausbeute des Lävog'u, osanprodukts temperaturabhängig ist. Diese
Mittel können Mittel zur Wärmezufuhr umfassen, besonders, wenn das Rohmaterial einen
hohen Feuchtigkeitsgehalt hat.
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Ferner können gegebenenfalls Mittel zum Evakuieren der Reaktionskammer
vorgesehen werden, weil es sich gezeigt hat, daß bei Durchf ührung der Reaktion
unter einem Vakuum von weniger als 100 mm, vorzugsweise weniger als 25 mm, die Ausbeute
an Schwelkoks sinkt und die Ausbeute an lävulosehaltigen, flüssigen Produkten wesentlich
steigt. Weitere Vorteile des Arbeitens unter vermindertem Druck sind die rasche
Entfernung der Produkte und die Möglichkeit der Einstellung und Steuerung der Produktausbeuten
innerhalb von weiten Bereichen.
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Gegebenenfalls kann zur Erzielung-der vorstehend angegebenen Zwecke
ein Wirbelschicht-Reaktionsgefäß verwendet werden. In ein derartiges Reaktionsgefäß
werden die lignocellulosehaltigen Teilchen und das erhitzte Gas zusammen oder getrennt
voneinander in einem solchen Mengenverhältnis eingeführt, daß die Teilchen eine
Wirbelschicht bilden. Durch die Pyrolyse werden die festen Teilchen in Schwelkoks
umgewandelt, der relativ leicht ist und daher mit dem Gasstrom aus dem Reaktionsgefäß
herausgeführt wird.
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Durch die Regelung der Geschwindigkeit des Stromes relativ zu den
Dimensionen des Reaktionsgefäßes und den Mengen, in denen die Materialien in das
Reaktionsgefäß eingeführt werden, können die gasförmigen Komponenten des Reaktionsprodukts
im wesentlichen unmittelbar, d. h. wenige Sekunden, nach ihrer Bildung aus der Reaktionszone
entfernt werden. Wie vorstehend ausgeführt wurde, ist dies kritisch, wenn ein pyrolytischer
Abbau des erhaltenen Lävoglucosans verhindert und eine hohe Ausbeute dieses Produkts
erhalten werden soll.
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In dem Reaktionsgefäß wird eine Temperatur in dem Bereich von 316
bis 815° C aufrechterhalten. Zur Erzielung einer besonderen hohen Ausbeute an Lävoglucosan
wird in dem Reaktionsgefäß vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 371 bis 593°C
aufrechterhalten.
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Die Strömungsmenge des Gases wird so eingestellt, daß die gasförmigen
Pyrolyseprodukte der hohen Temperatur nur minimal ausgesetzt werden, da sie im wesentlichen
unmittelbar nach ihrer Bildung aus dem Reaktionsgefäß herausgeführt werden. Man
kann auf diese Weise erreichen, daß das gasförmige Produkt der hohen Temperatur
nicht länger als 30 Sekunden,
vorzugsweise nicht länger als 15 Sekunden,
ausgesetzt ist. Die, gewählte Reaktionszeit ist in erster Linie von der Teilchengröße
und der Pyrolysetemperatur abhängig. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Holzverkohlungsverfahren,
die erst nach vielen Stunden vollständig durchgeführt waren.
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. Da die Reaktionszeit relativ kurz ist, wird eine übermäßige Schwelkoksbildung
vermieden und das -Auftreten von Sekundärreaktionen, in denen das Lävoglucosan zersetzt
oder rückpolymerisiert wird, auf ein Minimum herabgesetzt, da bei den in dem Reaktionsgefäß
gleichzeitig stattfindenden Reaktionen eine rasche Entfernung des Lävoglucosans
für die Umwandlung von Cellulose in Lävoglucosan und für die . Verhinderung der
weiteren Zersetzung dieses Produkts in unerwünschte Nebenprodukte wesentlich ist.
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Während die kondensierbare Gaskomponente des Reaktionsprodukts rasch
aus dem Reaktionsgefäß . entfernt werden muß, gilt dies nicht für die feste Komponente,
den Schwelkoks, der länger in der Reaktionszone bleiben kann. Diese Situation kann
in einem Wirbelschicht-Reaktionsgefäß auftreten, wenn das gasförmige Reaktionsprodukt
im wesentlichen sofort abgezogen wird, während die feste Komponente länger in dem
Reaktionsgefäß bleiben kann, bis sie vollständig in Schwelkoks und gasförmige Produkte
umgewandelt worden ist.
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Die Zusammensetzung des das Reaktionsgefäß verlassenden Produkts
variiert zwar etwas, doch enthält dieses Produkt allgemein 10 bis 50 Gewichtspro--zent
Schwelkoks, 15 bis 60 °/0 nichkondensierbare Gase und 20 bis 65 0/, kondensierbare
Gase. Dieses Gemisch wird zur Trennung in seine Bestandteile weiterverarbeitet.
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Wie aus dem Fließschema hervorgeht, wird das Gemisch in der ersten
Trennstufe durch einen Scheider zur Trennung in eine feste und eine Gasphase gefühtt.
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Dieser Scheider kann aus einem Stoffilter, einem Fliehkraftscheider
oder vorzugsweise einem zyklonartigen Scheider bestehen. Der Scheider wird während
des Trennvorgangs auf einer Temperatur gehalten, die knapp über der Kondensationstemperatur
der darin enthaltenen kondensierbaren Gase liegt, damit ein Verlegen der Teile des
Scheiders mit Teer vermieden und ein Verlust von wertvollen Süchtigen Produkten
verhindert wird. Ferner ist die Verweilzeit in dem heißen Scheider möglichst kurz,
nicht länger als wenige Sekunden, damit die Zersetzung des Lävoglucosans verhindert
oder auf ein Minimum reduziert wird.
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Das den Scheider verlassende, feste Produkt besteht aus Schwelkoks
mit einem Gehalt an festem Kohlenstoff in einer Größenordnung von 65 bis 90 Gewichtsprozent,
wenn das in dem Reaktionsgefäß befindliche, Iignocellulosehaltige Ausgangsmaterial
im wesentlichen vollständig umgewandelt worden ist. Der Gehalt an festem Kohlenstoff
kann durch entsprechende Steuerung der Betriebsgrößen auf einen Wert eingestellt
werden7 der für den beabsichtigten Verwendungszweck des Produkts erwünscht ist.
Wenn das Produkt beispielsweise als Holzkohle für Absorptionszwecke verwendet werden
soll, ist es zweckmäßig im wesentlichen teerfrei. Wenn es dagegen zur Herstellung
von Brennstoffbriketts dienen soll, ist ein niedrigerer Kohlenstoffgehalt zulässig,
wobei der erhöhte Teergehalt als Bindemittel dient, das die Schwelkoksteilchen in
den Briketts zusammenhält.
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Das gasfs3rmige Produkt, das den Scheider verläßt, der eine lrennung
ån eine feste und eine gasförmige
Phase herbeiführt, enthält kondensierbarc und nichtkondensierbare
Gase und wird durch seine Weiterverarbeitung in diese beiden Arten von gasförmigen
Produkten getrennt.
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Zu diesem Zweck wird das gasförmige Produkt durch eine Kühleinrichtung
gefiihrt, die zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bei der Gewinnung der kondensierbaren
Stoffe aus einer Batterie von einzelnen, wassergekühlten, korrosionsbeständigen
Kühlern besteht, die hintereinandergeschaltet sind. Es wurde vorstehend bereits
erwähnt, daß bei Verwendung von Heißdampf als Gas der in dieser Stufe zu Wasser
kondensierte Dampf das kondensierte Produkt so stark verdünnt, daß es für die Weiterverarbeitung
geeignet ist.
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Als Produkte der Kondensationsstufe werden ein gasförmiges Produkt
(Produktgas) und ein llüssiges Produkt erhalten.
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Das Produktgas wird in einer Ausbeute von 15 bis 60 Gewichtsprozent
des trockenen Ausgangsmaterials erhalten. Es enthält Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd,
Methan und andere gesättigte Kohlenwasserstoffe, sowie eine kleine Menge Äthylen
und andere ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Seine genaue Zusammensetzung variiert
und ist in erster Linie von der Temperatur abhängig, bei der die Pyrolyse durchgefiihrt
wurde. Bei der Pyrolyse von Sägemehl von Douglastanne bei 454 bzw. 593°C werden
beispielsweise die nachstehend in Gewichtsprozent angegebenen Ergebnisse erhalten.
| Temperatur |
| 454°C t 593°C |
| Kohlendioxyd...... 30 40 |
| . 50 35 |
| Gesättigte Kohlenwasserstoffe, |
| wie Methan 12 18 |
| Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, |
| wie Athylen......... 3 2 |
| Sauerstoff... 1,5 1 |
Das auf diese Weise erhaltene Produktgas kann für mehrere wichtige Zwecke verwendet
werden. Infolge seines hohen Kohlenmonoxydgehalts kann es als Brennstoff oder nach
dem Auswaschen seines Kohlendioxydgehalts mit Kalk als Rohstoff für die Kohlenmonoxydsynthese
verwendet werden. Ferner kann das Produktgas ohne fraktionierte Destillation oder
weitere Behandlung als das gasförmige Medium verwendet werden, das für die hier
beschriebene Pyrolyse erforderlich ist.
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Das nüssige Produkt wird zunächst in Form einer braunen Flüssigkeit
erhalten, die sich beim Stehenlassen in eine nichtwässerige und eine wässerige Schicht
teilt. Diese beiden Schichten können voneinander getrennt werden, indem man das
ganze flüssige Produkt in einem Flüssigkeitsscheider geeigneter Ausbildung behandelt.
Auf diese Weise werden eine nichtwässerige Schicht oder Fraktion, die etwa 20 bis
60 Gewichtsprozent des ganzen flüssigen Produkts ausmacht, und eine wässerige Schicht
oder Fraktion, die etwa 40 bis 80 °J0 des ganzen flüssigen Produkts ausmacht, voneinander
getrennt.
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Die nichtwässerige Schicht besteht vorwiegend aus Teeren und Phenolkörpern
wie Guaiacol, den Kresolen, Kreosol und den höheren Phenolen. Diese Stoffe werden
in einer Ausbeute von 4 bis 35 Gewichtsprozent
des Trockengewichts
des Ausgangsmaterials erhalten und können entweder direkt oder nach weiterer fraktionierter
Destillation für die verschiedenen industriellen Zwecke verwendet werden, für welche
diese Stoffe geeignet sind.
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Die wässerige Schicht enthält eine feste Komponente, die in einer
wässerigen Flüssigkeit gelöst ist.
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Die wässerige Flüssigkeit besteht in erster Linie aus Wasser, enthält
jedoch auch beträchtliche Mengen Ameisensäure, Essigsäure und lösliche Phenole.
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Die feste Komponente der wässerigen Schicht macht 14 bis 38 Gewichtsprozent
des trockenen Lignocellulosegehalts aus und besteht aus verschiedenen Kohlehydraten,
wie Lävoglucosan, und von Kohlehydraten abgeleiteten Säuren, beispielsweise Saccharsäure,
Saccharinsäure und Humussäure, sowie anderen Spaltprodukten von Zuckern. Diese Produkte
können von der wässerigen Flüssigkeit, in der sie gelöst sind, abgetrennt oder direkt
verwendet werden. Sie können auch auf geeignete Weise voneinander getrennt und den
jeweiligen Verwendungszwecken zugeführt werden.
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So können die von Kohlehydraten abgeleiteten Säuren, die in einer
Ausbeute von 10 bis 25 Gewichtsprozent der trockenen Lignocellulose erhalten werden,
als chemische Zwischenprodukte oder als Ersatz für Zitronensäure in Lebensmitteln
verwendet werden.
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Das Lävoglucosan, das in einer Menge von 7 bis 25 Gewichtsprozent
der trockenen Lignocellulose erhalten wird, kann als Rohmaterial in vielen chemischen
Verfahren verwendet werden, beispielsweise in der Massenerzeugung von Weichmachern,
oberflächenaktiven Substanzen, Kunststoffen, Harzen u. dgl.
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Produkten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den nachstehenden Ausführungsbeispielen
erläutert, in denen Teile als Gewichtsteile angegeben sind.
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Beispiel 1 Sägemehl von Douglastanne, das auf eine Siebgröße von
bis zu 4,76 mm ausgesiebt worden ist und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 Gewichtsprozent
hat, wird kontinuierlich mit heißem Produktgas gemischt, und zwar in einer Menge
von etwa 5,9 Nm3 Gas pro Kilogramm Sägemehl. Das Gas wird auf eine Temperatur von
815° C vorerhitzt.
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Die so erhaltene Suspension von Sägemehlteilchen in Gas wird kontinuierlich
in ein Wirbelschicht-Reaktionsgefäß eingeleitet, das mit einer Heizeinrichtung zur
Aufrechterhaltung einer Reaktionstemperatur von 399 bis 427° C versehen ist.
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Während der Pyrolyse werden die gasförmigen Reaktionsprodukte nach
einer Verweilzeit von etwa 2 Sekunden kontinuierlich aus dem Reaktionsgefäß abgezogen.
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Das aus dem Schwelkoks, den kondensierbaren und den nichtkondensierbaren
Gasen bestehende Produkt wird rasch durch einen isolierten zyklonartigen Scheider
geführt, dessen Temperatur knapp über der Kondensationstemperatur der in dem Produkt
enthaltenen kondensierbaren Gase gehalten wird. Dadurch erhält man ein Schwelkoksprodukt
mit einem Gehalt von etwa 70°/0 festem Kohlenstoff in einer Ausbeute von 20 Gewichtsprozent
des ofentrockenen Ausgangsmaterials.
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Das den Zyklonscheider verlassende, gasförmige Produkt wird durch
eine Reihe von wassergekühlten Kühlern geführt, in denen die kondensierbaren von
den nichtkondensierbaren Gasen getrennt werden.
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Letztere fallen in einer Ausbeute von 15 Gewichtsprozent des Ausgangsmaterials
an und weisen in Gewichtsprozent folgende Zusammensetzung auf : Kohlenmonoxyd.....................
43 Kohlendioxyd....................... 43 Gesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Methan.......................
8 Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Athylen....................... 2 Sauerstoff...........................
1 Die kondensierbaren Gase werden zu einer braunen Flüssigkeit kondensiert, die
sich in zwei deutlich unterscheidbare Schichten, bestehend aus einer wässerigen
und einer nichtwässerigen Schicht teilt. Diese beiden Schichten werden voneinander
getrennt. Die nichtwässerige Schicht macht 21 und die wässerige Schicht 79 Gewichtsprozent
des ganzen flüssigen Produktes aus.
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Die nichtwässerige Schicht besteht aus einem Gemisch von Teeren und
substituierten Phenolsubstanzen.
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Die wässerige Schicht hat folgende Zusammensetzung : Wasser.............................
25 Flüchtige Säuren, wie Essigsäure 2 Von Kohlehydraten abgeleitete Säuren.. 42
Lävoglucosan 31 Vorstehend sind die Anteile in Gewichtsprozent der flüssigen Schicht
ausgedrückt. Die Ausbeute an Lävoglucosan, bezogen auf das Trockengewicht des als
Ausgangsmaterial verwendeten Sägemehls, beträgt 16 Gewichtsprozent.
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Beispiel 2 Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch abweichend davon
im Reaktionsgefäß eine Reaktionstemperatur von nur 316°C aufrechterhalten wird.
Es werden folgende Ausbeuten in Gewichtsprozent des Sägemehls (ofentrocken) erhalten
: Gewichtsprozent Schwelkoks...................... 48 Nichtwässerige Schicht...............
8 Wässerige Schicht mit einem Gehalt von 46 °/o Lävoglucosan................ 26
Gas............................. 18 Beispiel 3 Beispiel 1 wird erneut wiederholt,
wobei jedoch im Reaktionsgefäß eine Temperatur von 704°C aufrechterhalten wird.
Dabei erzielt man folgende Ausbeuten : Gewichtsprozent Schwelkoks.....................
13 Nichtwässerige Schicht............... 9 Wässerige Schicht mit einem Gehalt von
41 °/o Lävoglucosan................ 22 Gas............................... 56 Beispiel
4 In diesem Beispiel wird Heißdampf als Trägergas verwendet.
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Beispiel 1 wird wiederholt, wobei man jedoch an Stelle von Produktgas
Heißdampf als Träger verwendet. Der Dampf wird in der Kühleinrichtung kondensiert
und durch Frischdampf ersetzt, der mit dem Sagemehl vorgemischt wurde. Auf diese
Weise wird ein kontinuierlicher
Betrieb des Reaktionsgefäßes aufrechterhalten.
Es werden folgende Ausbeuten erzielt Gewichtsprozent Schwelkoks............ 11 Nichwässerige
Schicht................ 8 Wässerige Schicht mit einem Gehalt von 51 °/o Lävoglucosan
49 Gas........... 32 Vergleichsbeispiel Dieses Beispiel zeigt die nachteilige Wirkung
einer verlängerten Verweilzeit im Reaktionsgefäß auf die Produktion von Lävoglucosan.
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Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch der Durchsatz durch das
Reaktionsgefäß so eingestellt wird, daß die Verweilzeit des gasförmigen Produkts
5 Minuten beträgt.
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Bei Aufarbeiten des Reaktionsprodukts zeigt sich, daß bis auf in
der wässerigen Schicht vorhandene Spuren kein Lävoglucosan vorhanden ist.