DE3312450C2 - Zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen Stoffen durch saure Hydrolyse - Google Patents
Zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen Stoffen durch saure HydrolyseInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen Stoffen durch saure Hydrolyse. Bisher wurde Furfurol durch Einwirkung von verdünnter Säure auf pentosanhaltige Rohstoffe bei Temperaturen über 160°C gewonnen. Die Cellulose wurde bisher entweder bei hohen Temperaturen mit verdünnter oder bei tiefen Temperaturen mit konzentrierter Säure hydrolysiert. Hohe Temperaturen und Drücke verursachen hohen Verschleiß, verdünnte Säuren bedeuten verdünnte Zuckerkonzentrationen und hohen Energieverbrauch. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Vorteile der verschiedenen Verfahren und schließt deren Nachteile aus. Dies geschieht dadurch, daß die ursprünglich eingesetzte, verdünnte Säure während der Behandlung durch Trocknung aufkonzentriert wird.
Description
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen
Roh- und Reststoffen durch saure Hydrolyse.
Das Furfurol entsteht durch Dehydratation der bei der Hydrolyse aus dem Pentosan gebildeten Pentose.
Die Glucose entsteht durch Hydrolyse der Cellulose.
Man unterscheidet die Hydrolyse mit verdünnten Säuren bei Temperaturen zwischen 100 und 200° C und
die Hydrolyse mit konzentrierten Säuren bei Temperatüren zwischen 20 und 6O0C.
Bei der Hydrolyse mit verdünnten Säuren stehen dem Vorteil des geringen Säureverbrauches erhebliche
Nachteile gegenüber.
Die hohen Temperaturen bewirken neben der Zuckerbildung dessen Zerfall. Um die Verluste in Grenzen
halten zu können, muß die Hydrolyse deshalb in mehreren Stufen durchgeführt werden. Die Substrate
hahen demzufolge nur geringe Konzentrationen. Energie- und Wasserverbräuche sind entsprechend hoch.
Hohe Drücke und Temperaturen bedingen auch hohen Verschleiß der Werkstoffe für die Reaktionsapparate.
Die Hydrolyse mit konzentrierten Säuren ist nahezu verlustfrei und kann in nur einer Stufe durchgeführt
werden. Verschleißprobleme gibt es nicht.
Die hohe Säurekonzentration bei der Hydrolyse macht allerdings eine Säurerückgewinnung unumgänglich,
die wiederum hohe Wasser- und Energieverbräuche mit sich bringt. Trotz Säurerückgewinnung ist der
Säureverbrauch erheblich. Ein schwieriges Problem bildet die gleichmäßige Verteilung der Säure in den zu
hydrolysierenden Stoffen.
Die Dehydratation der Pentose zu Furfurol wird derzeit ausnahmslos mit verdünnten Säuren bei Temperaturen
zwischen 150 und 200°C durchgeführt. b5
Es sind Verfahren bekannt, bei denen zuerst die leichter hydrolysierbaren Hemicellulosen mit verdünnten
Säuren hydrolysiert und extrahiert und anschließend die schwerer zu spaltende Cellulose mit konzentrierter Säure
hydrolysiert und danach extrahiert werden. In allen Fällen wird die für die Vorhydrolyse benötigte dünnere
Säure mit den Vorzuckern extrahiert.
Für die Haupthydrolyse wird dann neue, hochkonzentrierte Säure zugegeben und danach mit den Hauptzukkern
aus dem Rückstand ausgewaschen. Dabei wird die Säure verdünnt und muß später wieder aufkonzentriert
werden. Bei allen Verfahren beträgt das Säureangebot zwischen 100 und 200% (bezogen auf atro Rohstoff),
was eine Rückgewinnung der Säure unumgänglich macht. Die erforderliche Rückgewinnung bedingt sehr
hohe lnvestitions- und Energiekosten. Die Säureverluste liegen bei 3—5% (bez. auf atro Rohstoff).
Der vorliegenden Erfindung wurden folgende Aufgaben zugrundegelegt:
1. Es sollen die Vorteile der verschiedenen Hydrolyseverfahren erhalten und deren Nachteile eliminiert
werden.
2. Dabei sollen die Aufwendungen für die maschinelle Ausrüstung und die thermische Energie so gering
wie möglich gehalten werden.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß so gelöst, daß man das zu hydrolysierende Material mit verdünnter
Säure imprägniert, dann die Säure durch Trocknung des Materials soweit aufkonzentriert, daß die Hydrolyse
der Pentosane zu Pentose bei Temperaturen unter 1OC0C durchgeführt werden kann, diese vollständig
durchführt und danach die Säure durch weitere Trocknung soweit aufkonzentriert, daß die Pentosen bei Temperaturen
um 1000C zu Furfurol dehydratisiert werden
können.
Die Erfindung vereint die Vorteile der vorgenannten Verfahren, schließt deren Nachteile weitgehend aus und
weist zusätzlich folgende Vorteile auf:
1. Es werden insgesamt nur etwa 5% Säure (bez. auf atro Rohstoff) angeboten. Für die Haupthydrolyse
wird keine zusätzliche Säure zugegeben. Eine Säurerückgewinnung ist deshalb nicht erforderlich. Die
lnvestitions- und Energiekosten sind etwa 50% geringer als bei den bekannten Verfahren.
2. Durch die Tocknung der vorhydrolysierten Stoffe steigt die Pentosekonzentration so hoch, daß das
bei der Dehydratisierung entstehende Furfurol direkt verdampft und verlustfrei abgezogen werden
kann.
3. Bei der Trocknung werden mit dem Wasser die bei der Vorhydrolyse gebildete Essigsäure und andere
Extraktstoffe abgezogen und können dann aufkonzentriert werden. Nebenreaktionen mit dem Furfurol
oder der Glucose sind ausgeschlossen.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand eines Anwendungsbeispiels beschrieben werden.
Ein zu Hackschnitzel oder Häckseln vorzerkleinerter Rohstoff wird bei etwa 105°C mittels Dampf entlüftet
und anschließend durch Eintauchen in eine verdünnte Säure imprägniert. Dabei wird die Säure gleichmäßig
an der inneren Oberfläche des Stoffes verteilt. Die Säurekonzentration im Stoff beträgt beispielsweise 5%, das
Verhältnis Feststoff zu Flüssigkeit 1 :1,5.
Nun wird das Fest-Flüssig-Verhältnis mittels Lufttrocknung
auf 1 :0,4 erhöht. Die Säurekonzentration steigt dann auf etwa 20% an. Bei dieser Konzentration
können die Stoffe durch Erhitzen auf 95°C vorhydrolysiert werden. Nach etwa 1 Stunde sind die Pentosane in
Pentosen umgesetzt Aus den Acetylgruppen hat sich Essigsäure gebildet, die mit anderen, flüchtigen Extrakt-Stoffen
in der anschließenden Trocknung ausgetrieben wird. Dabei steigt das Verhältnis Fest-Flüssig von 1 :0,6
auf 1 :0,25. Die Säurekonzentration erreicht 50%. Durch Erhitzen des Stoffes auf ca. 1000C werden die
Pentosen zu Furfurol dehydratisiert, das verdampft und abgezogen wird. Gleichzeitig beginnt die Hydrolyse der
Cellulose zu Glucose. Nach 60 Minuten ist die Hydrolyse abgeschlossen. Der Stoff wird durch Zugabe von
Wasser abgekühlt und in eine fließfähige Suspension verwandelt, deren Zuckergehalt zwischen 15 und 20%
liegt Die Suspension wird nun neutralisiert und kann in einer Äthanolfermentation entzuckert werden. Nach
der Fermentation wird der Alkohol ausdestilliert. Danach wird der feste Rückstand aus der Schlempe abfiltriert
und zwecks Dampferzeugung verbrannt. Die klare Schlempe wird zur Verdünnung des hydrolysierten
Stoffes wiederverwendet
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Claims (3)
1. Zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen Stoffen
durch saure Hydrolyse, wobei in der ersten Stufe verdünnte und in der zweiten Stufe höherkonzen
trierte Säure zur Anwendung kommen, dadurch
gekennzeichnet, daß man das zu hydrolysierende Material mit verdünnter Säure imprägniert,
dann die Säure durch Trocknung des Materials soweit aufkonzentriert, daß die Hydrolyse der Pentosane
zu Pentose bei Temperaturen unter 100° C durchgeführt werden kann, diese vollständig durchführt
und danach die Säure durch weitere Trocknung soweit aufkonzentriert, daß die Pentosen bei
Temperaturen um 180° C zu Furfurol dehydratisiert werden kennen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe zwischen Vor- und Haupthydrolyse
zerfasert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Stoffe nach der Furfurolbildung
solange fortgesetzt wird, bis die während der Furfurolbildung aus der Cellulose entstehende
Glucose oder nur ein Teil davon zu Hydroxymethylfurfurol umgewandelt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833312450 DE3312450C2 (de) | 1983-04-07 | 1983-04-07 | Zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen Stoffen durch saure Hydrolyse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833312450 DE3312450C2 (de) | 1983-04-07 | 1983-04-07 | Zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen Stoffen durch saure Hydrolyse |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3312450A1 DE3312450A1 (de) | 1984-10-11 |
DE3312450C2 true DE3312450C2 (de) | 1985-02-07 |
Family
ID=6195639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833312450 Expired DE3312450C2 (de) | 1983-04-07 | 1983-04-07 | Zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Furfurol und Glucose aus cellulosehaltigen Stoffen durch saure Hydrolyse |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3312450C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BR112013012614A2 (pt) * | 2010-11-25 | 2016-09-20 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | método para despolimerização catalisada por ácido de celulose |
CA2904425A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Method for breaking down lignocellulosic biomass |
Family Cites Families (3)
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DE1027150B (de) * | 1954-10-16 | 1958-03-27 | Chemische Holzverwertung Ges M | Verfahren zur stufenweisen Hydrolyse von cellulosehaltigen Pflanzenstoffen mit Salzsaeure |
DE1034560B (de) * | 1956-12-12 | 1958-07-17 | Udic Sa Lausanne | Verfahren zur selektiven Trennung von Zuckerloesungen |
DE3040850C2 (de) * | 1980-10-30 | 1982-11-18 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Gewinnung wasserlöslicher Saccharide aus cellulosehaltigem Material |
-
1983
- 1983-04-07 DE DE19833312450 patent/DE3312450C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3312450A1 (de) | 1984-10-11 |
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