DE2530386B2

DE2530386B2 - Verfahren zum entfernen von von aussen in ein xylan- hydrolyse- und xylose-extraktionssystem zugefuehrter starker saeure und von bei der hydrolyse entstandener essigsaeure und ameisensaeure aus der erzeugten, diese komponenten enthaltenden waessrigen xyloseloesung unter verwendung von ionenaustauschern

Info

Publication number: DE2530386B2
Application number: DE19752530386
Authority: DE
Inventors: Hans Jörg Dipl.-Ing. Dr.; Keller Rene; Winterthur; Frank Erich Dipl.-Ing Brugg; Pfeiffer (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-08
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE2530386A1; CH585266A5; NL7508853A; SE7607476L; FR2316330A1; BR7604105A; FI761386A; CA1042426A; US4102705A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von von außen in ein Xylan-Hydrolyse· und Xylose-Extraktionssystem zugeführter starker Säure und von bei der Xylan-Hydrolyse entstar.dener Essigsäure und Ameisensäure aus der erzeugten, diese Komponenten enthaltenden wäßrigen Xyloselösung unter Verwendung von Ionenaustauschern.

Bei bekannten Verfahren erfolgt die Gewinnung einer Xyloselösung aus xylanhaltigen Rohstoffen in der Weise, daß das Xylan durch Einwirkung von Säurelösungen hydrolysiert und die gebildete Xylose mit Wasser extrahiert wird. Als Imprägniermittel wird hierbei häufig eine starke Säure verwendet, wobei bekanntlich die Stärke einer Säure vom Grad ihrer Dissoziation abhängt, d.h. von ihrem Gehalt an Wasserstoffionen.

Zu den stärksten Säuren gehören bekanntlich die Mineralsäuren wie Salz-, Salpeter- und Schwefelsäure.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für solche Verfahren, bei welchen eine starke Säure, insbesondere Salzsäure als Imprägniermittel verwindet wird.

Bei der Herstellung von Xyloselösung entstehen bei dem Prozeß aus den xylanhaltigen Rohstoffen außerdem insbesondere Essigsäure und auch Ameisensäure, wobei letztere gegenüber der Essigsäuremenge nur in einer vergleichsweise geringen Menge entsteht.

Aus der DT-AS 10 68 640 ist ein Verfahren zur Entsäuerung von Säurehydrolysaten aus Holz und anderen zellulosehaltigen Rohstoffen bekannt. Bei dem bekannten Verfahren soll das Hydrolysat ausschließlich mit Hilfe von Ionenaustauschern von den Säuren befreit werden.

Jedoch hat es sich die Erfindung demgegenüber zum Ziel gesetzt, eine auschließliche Abtrennung der in wäßrigen Xyloselösung befindlichen Säuren durch Ionenaustauscher zu vermeiden. Ionenaustauscher sind einerseits kostenaufwendige Apparate. Andererseits

W)

b^r> sind reine lonenausiauschverfahren nicht umweltfreundlich, da bei der Regeneration von Ionenaustauschern mit Hilfe einer Lauge, die bei der Neutralisation entstehenden Salze im Abwasser verbleiben wurden.

Die Erfindung hat es sich demgegenüber >.ur Aufgabe gemacht, aus der gewonnenen wäßrigen Xyloselösung vor ihrer Weiterverarbeitung die in ihr enthaltenen störenden Komponenten, wie z. B. insbesondere Salzsäure oder Schwefelsäure und Essig- und Ameisensäure auf wirtschaftlichere Weise als bisher zu entfernen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in einem ersten Verfahrensschritt durch Ionenaustausch die von außen zugeführte starke Saure aus der Lösung abgetrennt und in einem zweiten anschließenden Verfahrensschritt die Lösung eingedampft wird, wobei Wasser, Essig- und Ameisensäure dampfförmig entnommen und sodann kondensiert werden, während aus der, während des Eindampfens entstandenen konzentrierten Xyloselösung die in der Lösung verbliebenen Essigsäure- bzw. Ameisensäurereite durch Ionenaustausch abgetrennt werden.

Die Erfindung verbessert nun in erheblichem Maße das bekannte Verfahren zur Abtrennung von in der gewonnenen Xyloselösung enthaltenen Säuren dadurch, daß die Abtrennung in verschiedenartigen Teilverfahren erfolgt, und zwar dadurch, daß die Essig- und Ameisensäure größtenteils durch Eindampfen abgetrennt wird, wodurch die Ionenaustauscher für die Abtrennung der organischen Säuren wesentlich, d. h. um etwa 50% verkleinert werden können.

So wird zunächst die starke, korrosiv wirkende, in das Hydrolyse- und Extraktionssystem von außen zugeführte Säure selektiv durch Ionenaustausch abgetrennt, so daß eine Beschädigung und unter Umständen eine Zerstörung der nachgeschalteten Anlagenteile vermieden wird. Sodann werden die schwächeren Säuren, d. h. Essig- und Ameisensäure durch Eindampfen aus der Xyloselösung abgetrennt und diese dabei eingedickt. Schließlich werden aus der eingedickten Xyloselösung durch Ionenaustausch noch die in ihr enthaltenen Essig- und Ameisensäurerestmengen abgetrennt. Da diese Ionenaustauscher im Vergleich zu denjenigen, die von aus dem Hydrolyse- und Extraktionssystem stammenden Hydrolysat (Xyloselösung + starke Säure + Essig- und Ameisensäure) durchsetzt werden, nur noch von einer wesentlich geringeren Menge durchsetzt werden, sind nur kleine Apparate erforderlich. Somit werden die Kosten entsprechend reduziert und auch die bei der Regeneration ins Abwasser geleiteten Salze sind nur noch in äußerst geringen Mengen vorhanden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß eine Teilmenge des Wassers und der Essig- und Ameisensäure, welche als Kondensat aus der Eindampfung erhalten werden, in das Hydrolyse- und Extraktionssystem flüssig zurückgeführt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die in das Hydrolyse- und Extraktionssystem eingeleitete Menge an reinem Wasser entsprechend reduziert werden kann, und außerdem vergrößert sich die Konzentration der nach dem Eindampfen erhaltenen Lösung. Daher vermindert sich der Aufwand an der weiteren Aufbereitung. Beispielsweise kann in einem solchen Aufbereitungsprozeß durch Flüssig/Flüssig-Extraktion reine Essig- bzw. Ameisensäure gewonnen werden oder in einem biologischen Abbauprozeß reines Wasser wieder zurückgewonnen werden. Diese Aufbereitungsprozesse bilden jedoch nicht den Gegenstand der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. In

F i g. I ist ein Schema einer Gesamtanlage, bestehend aus einem Xylan-Hydrolyse- und Xylose-Extraktionssystern, einem System für die Abtrennung der Säuren und einem System für die weitere Aufbereitung der Essig- und Ameisensäurelösung,dargestellt;

Fig. 2 zeigt im Detail eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Systems für die Abtrennung der Säuren aus der Xyloselösung.

In schematischer Weise ist in Fig. I ein Xylan-Ilydrolyse- und Xylose-Extraktionssystem 1 zur Gewinnung einer Xyloselösung dargestellt. An das System ist eine Zuführung 2 für einen xylanhaltigen Rohstoff, z. B. Buchenholz und eine Wegführung 3 für den behandelten Rohstoff, sowie eine Zuführleitung 4 für Wasserdampf, eine Einspeiseleitung 5 für reines Wasser und eine Einspeiseieitung 6 für eine starke Säure, insbesondere Salzsäure, angeschlossen. Aus der im System ! gewonnenen wäßrigen, die Säuren enthaltenden Xyloselösung wird, nachdem sie im Filter 7 von Schwebestoffen befreit worden ist, in einer lonenaustauschervorrichtung 8, die im folgenden anhand der Fig. 2 eingehend beschrieben wird, Salzsäure abgetrennt. In der Eindampfvorrichtung 9 wird aus der Lösung Wasser, Essig und Ameisensäure dampfförmig ausgeschieden, in einem Kondensator 10 verflüssigt, eine Teilmenge in die Einspeiseleitung 5 zurückgeführt, während die Restmenge entweder in ein Flüssig/Flüssig-Extraktionssystem 11 eingeleitet wird zur Gewinnung reiner Essig- und Ameisensäure oder in ein biologisches Abbausystem 12 bekannter Ausführung, in welchem reines Wasser zurückgewonnen wird.

Aus der Xylosekonzentratlösung werden in einer lonenaustauschervorrichtung 13 vor ihrer weiteren Aufbereitung die Restmengen an Essig- und Ameisensäureabgetrennt.

Die in F i g. 2 dargestellte Anlage zur Abtrennung der in der wäßrigen Xyloselösung enthaltenen Säuren zeigt im Detail die lonenaustauschervorrichtung 8, die Eindampfervorrichtung 9 und die lonenaustauschervorrichtung 13.

Die lonenaustauschervorrichtung 8 weist zwei parallelgeschaltete Ionenaustauscher 21 und 22 auf, die z. B. eine Füllung von makroporösen Kunstharzen enthält. Diese Ionenaustauscher befinden sich abwechselnd im Extraktions- bzw. Regeneralionsbetrieb. Während einer Zeitspanne wird das Hydrolysat durch die Leitung 20 bei geöffneten Ventilen 21a und 2\b (Ventile 21c und 21c/ sind geschlossen) in den Ionenaustauscher 21 eingespeist. Sobald der Ionenaustauscher mit Salzsäure beladen ist, werden die Ventile 21a und 21 b geschlossen und die Ventile 21c und 2idgeöffnet, um den Inhalt an Xyloselösung zu entleeren, dadurch, daß reines Wasser durch die Leitung 23 in den Ionenaustauscher 21 eingespeist wird. Sodann wird der Regenerationsprozeß eingeleitet, dadurch, daß eine wäßrige Lauge, z. B. Natronlauge durch Leitung 23 in den Austauscher 21 eingespeist wird. Der Ionenaustauscher 22, in welchem in einem vorangegangenen Zeitabschnitt Salzsäure aus dem Hydrolysat extrahiert worden ist, wird während der Extraktionsphase des Ionenaustauschers 21 regeneriert. Hierzu wird bei geöffnetem Ventil 22c und 22c/ (Ventile 22a und 226 sind geschlossen) durch die Leitung 23 eine wäßrige Lauge in den Ionenaustauscher eingeleitet und die bei der Neutralisation des lonenaus-

ί tauscherbettes entstandene Salzlösung aus dem Ionenaustauscher in ein nicht dargestelltes Abwasserbecken weggeführt.

Im Eindampfer 9, der von einem Heizmittel, ζ. U. Wasserdampf durch eine Leitung 24a beschickt wird

in und der den Eindampfer durch eine Leitung 24b als Kondensat verlaßt, verdampft aus dem Hydrolysat in ihm enthaltene Essig- und Ameisensäure und Wasser. Dieser Dampf wird im Kondensator 10 verflüssigt und eine Teilmenge durch die Leitung 25 in das Hydrolyse-

i-, und Extraktionssystem zurückgeführt, während die restliche Teilmenge durch eine Leitung 26 entweder in ein Flüssig/Flüssig-Extraktionssystem 11 (vgl. I ig. 1) oder in ein biologisches Abbausystem 12 (vgl. Fig. I) eingespeist wird. Die Ventile 25a und 26a dienen zur

:o Mengeneinstellung.

Aus der im Eindampfer 9 eingedickten Xyloselösung werden im lonenaustauschersystem 13, welches aus zwei parallelgeschalteten Ionenaustauschern 27 und 28 besteht, und die sich analog zum lonenaustauschersy-

:-, stern 8 ebenfalls wechselweise im Extraktions- bzw. Regenerationsbetrieb befinden, die noch vorhandene Essigsäure- bzw. Ameisensäure abgetrennt. In den Zuleitungen für reines Wasser und für das Regenerationsmittel, ebenfalls eine wäßrige Lauge, sind die

so Ventile 27cund 28c bzw. in den Ableitungen die Ventile 27c/ und 28d vorgesehen, während in den Zuleitungen für das Xylosekonzentrat die Ventile 27a und 28a bzw. in den Ableitungen aus den Ionenaustauschern die Ventile 276 und 286 angeordnet sind. Da die Betriebsweise

η dieses Systems mit derjenigen des loncnaustausehersystems 8 übereinstimmt, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf ein näheres Eingehen hierauf verzichtet.

Durch Leitung 29 wird das von Säure befreite

in Xylosekonzentrat der weiteren Aufbereitung zugeführt, während durch Leitung 30 die Salzlösung in ein nicht dargestelltes Abwasserbecken eingeleitet wi^rd.

Nachstehend wird ein Zahlenbeispiel für das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel angegeben.

π Die Zahlenwerte beziehen sich auf Mengenangaben an den Stellen A bis E in F i g. 2.

Zahlenbeispiel
A Hydrolysat
enthaltend 40 kg Salzsäure

90 kg organische Säuren
(Essig- und Ameisensäure)

Vi B Hydrolysat

enthaltend 90 kg organische Säuren

C Kondensat
enthaltend 81kg organische Säuren

^h0 D Xylosekonzentrat

enthaltend 9 kg organische Säuren

E Xylosekonzentrat frei von Säuren

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von von außen in ein Xylan-Hydrolyse- und Xylose-Extraktionssystem , zugeführter starker Säure und von bei der Hydrolyse entstandener Essigsäure und Ameisensäure aus der erzeugten, diese Komponenten enthaltenden wäßrigen Xyloselösung unter Verwendung von Ionenaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß in in einem ersten Verfahrensschritt durch Ionenaustausch die von außen zugeführte starke Säure aus der Lösung abgetrennt und in einem zweiten anschließenden Verfahrensschritt die Lösung eingedampft wird, wobei Wasser, Essig- und Ameisensäu- ι > re dampfförmig entnommen und sodann kondensiert werden, während aus der, während des Eindainpfcns entstandenen konzentrierten Xyloselösung die in der Lösung verbliebene Essigsäure- bzw. Ameisensäurereste durch Ionenaustausch abgetrennt wer- _>o den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des Wassers und der Essig- und Ameisensäure, welche als Kondensat aus der Eindampfung erhalten werden, in das Hydrolyse- y. und Extraktionssystem in flüssiger Form zurückgeführt wird.