DE972606C - Verfahren zum Aufschluss von Lignin und ligninhaltigem Material - Google Patents

Verfahren zum Aufschluss von Lignin und ligninhaltigem Material

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DE972606C
DE972606C DEI6734A DEI0006734A DE972606C DE 972606 C DE972606 C DE 972606C DE I6734 A DEI6734 A DE I6734A DE I0006734 A DEI0006734 A DE I0006734A DE 972606 C DE972606 C DE 972606C
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lignin
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hydrogen
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DEI6734A
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Johann Dr Giesen
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08HDERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H6/00Macromolecular compounds derived from lignin, e.g. tannins, humic acids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zum Aufschluß von Lignin und ligninhaltigem Material Das Lignin weist bekanntlich je nach Herkunft und Gewinnung sehr verschiedene Eigenschaften auf. So ist beispielsweise das sogenannte native Lignin in vielen organischen Lösungsmitteln löslich; auch das Cuproxam-Lignin und das Methanol-Salzsäure-Lignin verhalten sich ähnlich. Dagegen sind die technischen Lignine, die bei den Holzverzuckerungsverfahren gewonnen werden, vielfach völlig unlöslich. Diese Unlöslichkeft deutet darauf hin, daß auf Grund der wenig schonenden Gewinnungsmethoden offenbar ein weitgehend kondensiertes Material gebildet wurde.
  • Für dieses technische Lignin hat sich bisher keine geeignete Verwendung gefunden, da es einer chemischen Umwandlung in brauchbare Produkte kaum zugänglich ist. Laboratoriumsmäßig war die Hydrierung löslicher Lignine in gewissem Umfang erfolgreich. So wurden von H a r r i s und Mitarbeitern aus Methanol-Salzsäure-L ignin insbesondere hydroaromatische Verbindungen und Methanol erhalten. Von Freudenberg, Lautsch und Mitarbeitern wurden außer löslichen auch unlösliche Lignine in wäßrigalkalischer Suspension hydriert. Sie erhielten dabei mit Palladium als Katalysator etwa 5oo/o Phenole, wovon etwa i8%, bezogen auf Lignin, destillierbar waren. Der Kupferchromit-Katalysator (im folgenden abgekürzt: Cu-Cr-O) nach A dk i n s lieferte Eiach Angabe dieser Autoren jedoch keine befriedigenden Ergebnisse. Adkins selbst arbeitete mit »dem Cu-Cr-O-Kontakt in Dioxanlösung, und zwar nur mit löslichen Ligninen. Er erhielt hydroaromatische Produkte und Methanol.
  • Während die nach den genannten Verfahren gewonnenen hydroaromatischen Produkte bisher praktisch von untergeordneter Bedeutung sind, stellen die nicht hydrierten Phenole technisch sehr wertvolle Produkte dar. Es war daher das Ziel des vorliegenden Aufschlußverfahrens, aus dem Lignin phenolartige Stoffe herzustellen, und zwar vor allem niedrigsiedende Phenole. Dabei sollte die Aufspaltung des Ligninmoleküls im wesentlichen durch Hydrolyse erfolgen, wodurch der Wasserstoffverbrauch gegenüber der bisher zumeist angewandten hydrierenden Spaltung herabgesetzt wird.
  • Dieses Ziel wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Lignin in wäßriger neutraler Suspension bei Temperaturen über 300° C und Drücken über 35o at in Gegenwart eines Kupferchromit-Katalysators so lange mit Wasserstoff behandelt wird, bis etwa o,9 bis 1,8 Mol Wasserstoff pro ioo g Lignin aufgenommen sind.
  • Dem wäßrigen Medium können Phenole oder die aus dem Ligninaufschluß erhaltenen destillierbaren Reaktionsprodukte zugesetzt werden.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden 95% des Lignins umgesetzt. Neben Wasser und Gasen erhält man 70% ätherlösliche Produkte, von denen 5o%, bezogen auf Lignin, bei 2 mm destillierbar sind. Das Destillat besteht zu 8o % aus Phenolen, d. h., 40% des Lignins werden in destillierbare Phenole übergeführt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann für jede Art von Lignin angewandt werden, insbesondere auch für das nach dem Holzverzuckerungsverfahren gewonnene unlösliche Lignin. Zweckmäßigerweise wird dieses, das beispielsweise mit einem Wassergehalt von 5o bis 6o% anfällt, an der Luft bis auf einen Wassergehalt von 35 bis 45% getrocknet und dann staubfein gemahlen, z. B. mittels einer Kugelmühle.
  • Der Cu-Cr-O-Katalysator kann in bekannter Weise nach Adkins (Journ. amer. chem. Soc., 53, iogi E 1931) hergestellt werden. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich und zeitraubend, wenn eine genügende Aktivität erreicht werden soll. Es wurde nun gefunden, daß man die getrennte Herstellung des Katalysators umgehen kann, indem man den Katalysator als Chromat auf dem Lignin ausfällt und dann unter den beschriebenen Bedingungen den Ligninaufschluß durchführt, wobei sich unter den Reaktionsbedingungen Kupferchromoxyd bildet. Überraschenderweise hat dieser in wesentlich einfacherer und leichter reproduzierbarer Weise hergestellte Katalysator dieselbe Wirkung wie der nach dem Adkinsschen Verfahren hergestellte.
  • Das Verfahren soll erläutert, aber nicht eingeschränkt werden durch folgende Beschreibungen beispielsweiser Ausführungen: Beispiel i In einem 3-1-Rührautoklav wird ein Gemisch aus 400 g Holzverzuckerungslignin mit einem Wassergehalt von 494% und einem Gehalt von 56 g Kupferchromat, das auf dem Lignin ausgefällt wurde, und iooo ccm Wasser unter Wasserstoffdrucke erhitzt.
  • Das nach Eintragen von Lignin in eine verdünnte Kupfernitratlösung von bekanntem Gehalt auf dem Lignin mit Kaliumchromatlösung gefällte Kupferchromat dient als Katalysator. Das nach 6- bis 7stündigem Erhitzen auf 32o° C unter einem Wasserstoffdruck von 4oo at entstehende und nach dem Erkalten als teerige Masse erhaltene Reaktionsprodukt wird durch Filtrieren oder Zentrifugieren vom Katalysator getrennt. Die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes durch Destillation bei 15 mm Hg ergibt: 46 g eines zwischen etwa ioo und 25o° C übergehenden phenolischen Öles, das rund 75% laugelösliche Anteile enthält. Durch Extraktion der wäßrigen Schicht werden 13 g Phenole erhalten. die vorwiegend aus Brenzcatechin bestehen.
  • Die Ausbeute an destillierbaren Produkten beträgt also insgesamt 59 g, entsprechend 40% des angewandten Trockenlignins.
  • Beispiel 2 400g Lignin mit einem Wassergehalt von 42,o "/o im Gemisch mit iooo ccm Wasser und 8o g Cu-Cr-O-Katalysator nach A d h i n s werden in einem 3-1-Rührautoklav 7 Stunden unter einem Wasserstoffdruck von etwa 4oo at auf 34o° C erhitzt. Die Aufarbeitung, entsprechend Beispiel i, ergibt: gi g eines zwischen 50 und 25o° C bei 2o mm Druck übergehenden Destillates, das 76,1% Phenole enthält. Aus der wäßrigen Phase werden gewonnen 25 g ätherlösliche Stoffe mit einem Siedepunkt über ioo° C, vorwiegend Brenzcatechin: insgesamt also 126 g destillierbare Produkte entsprechend 5o% Ausbeute, bezogen auf Lignin.
  • Beispiel 3 In einem 5-1-Rührautoklav wird ein Gemisch aus 5oo g Holzverzuckerungslignin mit 4o,o% Wassergehalt, entsprechend '300g Trockenlignin, iooo g Phenol und 8oo ccm Wasser nach Zusatz von Cu-Chromoxyd als Katalysator unter einem Wasserstoffdruck von etwa 40o at 6 bis 7 Stunden auf 310'C erhitzt. Nach dem Erkalten werden eine obere wäßrige Schicht und eine homogene Lösung des Reaktionsproduktes in der Phenol als untere Schicht erhalten. Aus dieser unteren homogenen, durch Filtrieren oder Zentrifugieren vom Katalysator befreiten Lösung werden, nach Abdestillieren des Phenols, 18o g Öl als Destillat zwischen Zoo und 33o° C, entsprechend einer Ausbeute von 6o% des angewandten Trockenlignins, gewonnen. Dieses Öl ist zu 7o bis 8o% in Natronlauge löslich. p Beispiel 4 i:296 g eingedampfte Sulfitablauge, enthaltend 204- Lignin, werden mit Ätznatron neutralisiert und mit 33g Kupferchromoxyd (Adk i n s) in einem 2-1-Rührautoklav 6 Stunden bei einem Wasserstoffdruck von rund 40o at auf 32o° C erhitzt. Das nach dem Erkalten anfallende Reaktionsprodukt besteht aus dickflüssigem Teer neben einer klaren wäßrigen Lösung. Die Aufarbeitung, analog Beispiel i, ergibt: 52 g eines phenolischen Öles als Destillat aus der teerigen Masse, siedend zwischen 65 und 22o° C (bei 2 mm Hg), und i9 g ätherlösliche Stoffe aus der wäßrigen Lösung. Mit insgesamt 71 g destillierbaren Produkten beträgt die Ausbeute 3q.,80/0, bezogen auf die angewandte Ligninmenge.
  • Beispiel s 126o g eingedampfte Sulfitablauge mit 222 g Lignin, neutralisiert mit Ätznatron, werden nach Zusatz von 71 g auf Kieselgur gefälltem Kupferchromat als Katalysator in einem 3-1-Rührautoklav 6 Stunden bei einem Wasserstoffdruck von rund 4oo at auf 32o° C erhitzt.
  • Durch Aufarbeitung, wie oben beschrieben, werden 75 g destillierbare Anteile, entsprechend 338% des eingesetzten Lignins, erhalten.
  • Beispiel 6 (mit Bezug auf die Abbildung) Ein im Anrührbehälter i befindliches, aus etwa i Teil Trockenlignin, 5 Teilen Wasser und Katalysator (s. oben) bestehendes Gemisch, wird von der Einspritzpumpe 2 angesaugt und dem unteren Ende des vertikalen Kontaktrohres 3 (etwa o,5 1 Gemisch pro Stunde) zugeführt. Hier tritt gleichzeitig der von der Umlaufpumpe 9 geförderte und im Vorwärmer i i auf 3oo bis 400° C vorerhitzte Wasserstoff ein, so daß Flüssigkeit und Gas unter einem Druck von 7oo at von unten nach oben durch das Kontaktrohr 3 fließen, dessen Temperatur durch einen elektrischen Heizmantel auf 3oo bis 400° C gehalten wird. Das Reaktionsgemisch tritt zusammen mit dem Wasserstoff am oberen Ende des Kontaktrohres aus und gelangt in den Abscheider 4, der die flüssigen Anteile aufnimmt, während das Gas durch den Kühler 5 abzieht, in dem leichtflüchtige Anteile niedergeschlagen werden und in den Abscheider zurückfließen. Über den Zwischen-Behälter 6 werden die angesammelten flüssigen Reaktionsprodukte zusammen mit dem Katalysator nach außen abgezogen.
  • Auf dem Wege vom Kühler 5 zur Umlaufpumpe 9 wird das Gas in dem Nachkühler 7 und Abstreifer 8 von leichtflüchtigen Stoffen befreit. Ein Teil des so gereinigten Gases wird, 12, entspannt und bei 13 durch Frischwasserstoff ersetzt, der zusammen mit dem nicht verbrauchten Wasserstoff in den Kreislauf zurückkehrt. Die im Umlauf befindliche Gasmenge wird mit der Ringwaage io gemessen (etwa 70 1/Stunde).

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Aufschluß von Lignin und ligninhaltigem Material bei höheren Temperaturen und Drücken und in Gegenwart von Hydrierungskatalysatoren, insbesondere Kupferchromit, dadurch gekennzeichnet, daß das Lignin in wäßriger neutraler Suspension bei Temperaturen über 300° C und Drücken über 35o at in Gegenwart eines Cu-Cr-O-Katalysators so lange mit Wasserstoff behandelt wird, bis etwa o,9 bis 1,8 Mol Wasserstoff pro ioo g Lignin aufgenommen sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Lignin gefälltes Kupferchromat als Katalysator verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Holzverzuckerungslignin als ligninhaltiges Material verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man der wäßrigen Suspension Phenole oder die aus dem Ligninaufschluß erhaltenen destillierbaren Reaktionsprodukte zusetzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 74 (194) S. 387 bis 397; Journal of the American Chemical Society, 6o (1938) S. 1467 bis 1470; Industrial and Engineering Chemistry, 41 (1949) S. 2o63 bis 2o67; Zeitschrift für angewandte Chemie, 61 (1949) S. 4oo bis 4o5.
DEI6734A 1952-03-05 1952-12-20 Verfahren zum Aufschluss von Lignin und ligninhaltigem Material Expired DE972606C (de)

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CH1089935X 1952-03-05

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