RU2383675C1 - Process of industrial cellulose pulp, native lignin and unicellular protein production, which is carried out in catalytic reactor - Google Patents
Process of industrial cellulose pulp, native lignin and unicellular protein production, which is carried out in catalytic reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383675C1 RU2383675C1 RU2008126769/12A RU2008126769A RU2383675C1 RU 2383675 C1 RU2383675 C1 RU 2383675C1 RU 2008126769/12 A RU2008126769/12 A RU 2008126769/12A RU 2008126769 A RU2008126769 A RU 2008126769A RU 2383675 C1 RU2383675 C1 RU 2383675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lignin
- solution
- stage
- impregnation
- specified
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
- D21C1/04—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting with acid reacting compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
- D21C11/0007—Recovery of by-products, i.e. compounds other than those necessary for pulping, for multiple uses or not otherwise provided for
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
- D21C3/02—Pulping cellulose-containing materials with inorganic bases or alkaline reacting compounds, e.g. sulfate processes
Landscapes
- Paper (AREA)
- Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к процессу переработки лигноцеллюлозного материала и, в частности, включает катализированный кислотой гидролиз импрегнированной (пропитанной) древесной стружки для частичной деполимеризации матрицы лигнина с последующей перегонкой, конденсацией и регенерацией кислотного катализатора.The invention relates to a process for processing lignocellulosic material and, in particular, includes acid-catalyzed hydrolysis of impregnated (impregnated) wood chips for partial depolymerization of a lignin matrix, followed by distillation, condensation and regeneration of an acid catalyst.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
Известные процессы обработки лигноцеллюлозного материала часто требуют высоких температур и давлений для обеспечения протекания химических реакций с достаточной скоростью. Как результат, для того чтобы выдерживать эти тяжелые условия, необходимы специальные сосуды высокого давления и специализированное оборудование. Это делает производственные мощности очень дорогими для их оснащения и технического обслуживания, а также для эксплуатации, с очень высоким потреблением энергии.Known processes for processing lignocellulosic material often require high temperatures and pressures to ensure that chemical reactions proceed at a sufficient rate. As a result, in order to withstand these difficult conditions, special pressure vessels and specialized equipment are needed. This makes production facilities very expensive for their equipment and maintenance, as well as for operation, with very high energy consumption.
Кроме того, для обеспечения необходимой реакции окисления или восстановления обычно требуются очень сильные (химически активные) химические вещества. Эти химические вещества оказывают агрессивное воздействие на технологическое оборудование, а также на лигноцеллюлозный материал, опять-таки увеличивая расходы предприятия на техническое обслуживание и ремонт. После использования эти химические вещества необходимо утилизировать, что создает потенциальную опасность вредного воздействия на окружающую среду и ее загрязнения. Даже вода, используемая в процессе обработки, может загрязняться и требует тщательного обращения для предотвращения загрязнения и ущерба окружающей среде. Для замены химических веществ, отработавших в процессе обработки, необходимо затем покупать свежие химические вещества.In addition, very strong (chemically active) chemicals are usually required to provide the necessary oxidation or reduction reaction. These chemicals have an aggressive effect on technological equipment, as well as on lignocellulosic material, again increasing the company's costs of maintenance and repair. After use, these chemicals must be disposed of, which creates the potential for harmful effects on the environment and its pollution. Even the water used in the process can be contaminated and must be handled carefully to prevent pollution and environmental damage. To replace the chemicals used in the processing, you must then buy fresh chemicals.
Многие производственные мощности, несмотря на наличие дорогостоящего, сложного оборудования, можно использовать для обработки растительного материала лишь ограниченного выбора. Разные растительные материалы требуют разных технологических условий и химических веществ, а иногда и разных технологических способов, что означает, что другие растительные материалы нельзя перерабатывать без полного переоснащения технологической линии, если вообще можно перерабатывать. Предпочтительно иметь возможность перерабатывать разные виды растительного материала без необходимости в переоснащении или изменении технологического оборудования.Many production facilities, despite the availability of expensive, sophisticated equipment, can be used to process plant material with only a limited selection. Different plant materials require different technological conditions and chemicals, and sometimes different technological methods, which means that other plant materials cannot be processed without a complete re-equipment of the production line, if at all, can be processed. It is preferable to be able to process different types of plant material without the need for re-equipment or modification of process equipment.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание процесса обработки лигноцеллюлозного материала, который устраняет вышеуказанные недостатки и обеспечивает другие необходимые особенности.Therefore, the aim of the present invention is to provide a processing process for lignocellulosic material that eliminates the above disadvantages and provides other necessary features.
Эта и другие цели изобретения станут понятными из приведенных ниже краткого описания изобретения и подробного описания предпочтительного варианта его осуществления.This and other objectives of the invention will become apparent from the following brief description of the invention and a detailed description of a preferred embodiment.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Предлагается система непрерывного и периодического действия для получения целлюлозы, нативного лигнина и одноклеточного белка из любого вида растительности в замкнутом технологическом процессе.A continuous and batch system for the production of cellulose, native lignin and unicellular protein from any type of vegetation in a closed process is proposed.
Гидролитическим процессом в каталитическом реакторе (ПКР) получают промышленную целлюлозу и отделяют сладкий щелок (сахара и гемицеллюлозу) от лигнина в нативной форме - природного лигнина, не измененного высокими температурами или неблагоприятными технологическими условиями. Затем сладкий щелок преобразуют в одноклеточный белок, который могут преобразовывать во многие разные продукты. Технологические воды и каталитические химические вещества используют повторно.Hydrolytic process in a catalytic reactor (RCC) produces industrial cellulose and separates sweet liquor (sugar and hemicellulose) from lignin in its native form - natural lignin not changed by high temperatures or adverse technological conditions. Then the sweet liquor is converted into a unicellular protein, which can be converted into many different products. Process water and catalytic chemicals are reused.
Самым существенным моментом ПКР-процесса является катализированный кислотой гидролиз импрегнированной древесной стружки. С помощью кислотного катализатора осуществляют частичную деполимеризацию матрицы лигнина в химическом реакторе с последующей перегонкой, конденсацией и регенерацией кислотного катализатора и извлечением лигнина в нативной форме. Во многих известных решениях в этой области используют механизмы химической реакции восстановления/окисления. Это базовое отличие механизма реакции обеспечивает значительные преимущества ПКР-процесса.The most significant aspect of the RCC process is acid catalyzed hydrolysis of impregnated wood shavings. Using an acid catalyst, the lignin matrix is partially depolymerized in a chemical reactor, followed by distillation, condensation and regeneration of the acid catalyst and the recovery of lignin in native form. Many well-known solutions in this area use the mechanisms of the chemical reaction of reduction / oxidation. This basic difference in the reaction mechanism provides significant advantages of the RCC process.
Например, растительность пропитывают в растворе азотной кислоты и (или) аммония гидроксида и воды. Спустя некоторое время выдерживания при комнатной температуре и атмосферном давлении этот химический раствор используют повторно. Затем биомассу подают в каталитический реактор и нагревают. Испаренный пропиточный раствор отбирают в абсорбционной башне и возвращают химический раствор. Перед охлаждением биомассу подают в щелочной раствор для отделения целлюлозной массы от черного щелока. Целлюлозную массу могут, как нужно, перерабатывать для получения товарной продукции. Черный щелок перекачивают в отстойник и обрабатывают для осаждения лигнина. Раствор фильтруют для разделения сладкого щелока и лигнина. Лигнин сушат, а сладкий щелок сбраживают для получения одноклеточного белка.For example, vegetation is impregnated in a solution of nitric acid and (or) ammonium hydroxide and water. After some time at room temperature and atmospheric pressure, this chemical solution is reused. Then the biomass is fed into the catalytic reactor and heated. The evaporated impregnation solution is taken in an absorption tower and the chemical solution is returned. Before cooling, the biomass is fed into an alkaline solution to separate the pulp from the black liquor. The pulp can, as necessary, be processed to obtain marketable products. Black liquor is pumped into a sump and treated to precipitate lignin. The solution is filtered to separate the sweet liquor and lignin. The lignin is dried and the sweet liquor is fermented to produce a single-celled protein.
В этом процессе могут использовать любые виды растений, включая древесину лиственных пород, древесину хвойных пород, кустарники, зерновые культуры, траву и т.п. В этом процессе в качестве единственного исходного материала могут использовать опилки (в промышленных масштабах это иногда осуществить невозможно или конкретно не указано в патентах, проверенных к настоящему времени).Any kind of plant can be used in this process, including hardwood, coniferous wood, shrubs, crops, grass, etc. Sawdust can be used as the only starting material in this process (on an industrial scale this is sometimes impossible or is not specifically indicated in patents that have been verified to date).
Качество и количество получаемого лигнина диктуют условия реакции на протяжении всего технологического процесса. Отличительным преимуществом является исключение «сухого» сырья. На самом деле можно использовать сырой исходный материал, который является даже предпочтительным для катализированного кислотой гидролиза полимера нативного лигнина в зависимости от требуемого количества целлюлозной массы, лигнина и сладкого щелока.The quality and quantity of the obtained lignin dictate the reaction conditions throughout the entire process. A distinctive advantage is the exclusion of “dry” raw materials. In fact, you can use the raw starting material, which is even preferable for acid-catalyzed hydrolysis of the polymer of native lignin, depending on the required amount of pulp, lignin and sweet liquor.
ПКР-процесс варки целлюлозы не требует дополнительного давления на любой стадии, равно как пределов температуры, отличающихся от таковых традиционных процессов сульфатной варки целлюлозы. В основном все температуры на различных стадиях процесса поддерживают ниже +90°С и в реакционную систему внешнее давление не добавляют.The RCC pulping process does not require additional pressure at any stage, as well as temperature limits that differ from those of traditional sulfate pulping processes. Basically, all temperatures at various stages of the process are maintained below + 90 ° C and no external pressure is added to the reaction system.
ПКР-процесс варки целлюлозы - это замкнутая система, в которой практически все использованные химические вещества регенерируют для повторного использования. Воду, которую используют в процессе варки целлюлозы, регенерируют в товарные побочные продукты, фильтруют для повторного использования или отводят как пар. Отведенный пар можно было бы использовать для обеспечения энергии для процесса варки целлюлозы, тем самым исключая даже эту небольшую потерю воды и потенциального источника энергии. Регенерация каталитических химических веществ устраняет необходимость высокой химической себестоимости в течение каждого цикла процесса варки целлюлозы.The RCC pulping process is a closed system in which almost all of the chemicals used are regenerated for reuse. The water used in the pulping process is regenerated into commercial by-products, filtered for reuse, or discharged as steam. The diverted steam could be used to provide energy for the pulping process, thereby eliminating even this slight loss of water and potential energy source. The regeneration of catalytic chemicals eliminates the need for high chemical costs during each cycle of the pulping process.
Для того чтобы снова придать крепость каждому регенерированному химикату перед его повторным введением в технологический процесс, необходимо небольшое количество химических веществ. Регенерация химических веществ не требует для достижения этого расходов на внешнюю энергию (в отличие от нынешних стадий регенерации на крафт-целлюлозных заводах).In order to give strength to each regenerated chemical before it is again introduced into the technological process, a small amount of chemicals is needed. Chemical regeneration does not require external energy costs to achieve this (unlike the current stages of regeneration at kraft pulp mills).
При использовании этого нового процесса достигают следующих выгод.By using this new process, the following benefits are achieved.
1. Можно использовать влажные исходные материалы - не нужно сушить стружку, поскольку вода является важной для гидролиза.1. Wet starting materials can be used - no chips need to be dried, since water is important for hydrolysis.
2. При гидролизе используют низкие температуры, низкие давления и потребляют малую энергию.2. Hydrolysis uses low temperatures, low pressures and consume low energy.
3. Используют слабые кислоты и основания, снижая до минимума расходы на сырье и минимизируя деструкцию готовой продукции.3. Use weak acids and bases, minimizing raw material costs and minimizing the degradation of finished products.
4. Кислотные катализаторы перегоняют и повторно используют, благодаря чему обеспечивают замкнутые циклы.4. Acid catalysts are distilled and reused, which ensures closed cycles.
5. Процесс варки целлюлозы в химическом реакторе является практически не загрязняющим.5. The pulping process in a chemical reactor is virtually non-polluting.
6. Процесс варки целлюлозы в химическом реакторе дает высокий выход нативного лигнина Класона.6. The pulping process in a chemical reactor gives a high yield of native Klason lignin.
7. Процесс варки целлюлозы в химическом реакторе дает высокий выход альфа-целлюлозы.7. The pulping process in a chemical reactor gives a high alpha cellulose yield.
8. Сладкий щелок после осаждения пригоден для сбраживания одноклеточного белка.8. Sweet liquor after precipitation is suitable for fermentation of unicellular protein.
9. При соответствующих конструкциях смесителей процесс в химическом реакторе является расширяемым и в сочетании с прогнозируемыми эксплуатационными расходами обеспечивает окупаемость капиталовложений в строительство менее чем за 2 года.9. With appropriate mixer designs, the process in a chemical reactor is expandable and, in combination with predicted operating costs, provides a return on investment in construction in less than 2 years.
10. Процесс в химическом реакторе является высокоэффективным с расходами, вдвое меньшими расходов типичных крафт-целлюлозных заводов.10. The process in a chemical reactor is highly efficient with costs half that of typical kraft pulp mills.
Это приводит к использованию кислот и основания значительной меньшей концентрации на стадиях пропитки и варки, а также к значительно меньшим температурам.This leads to the use of acids and bases of a significantly lower concentration at the stages of impregnation and cooking, as well as to significantly lower temperatures.
Поскольку ПКР-процесс варки целлюлозы представляет собой замкнутую систему с практически нулевым выбросом химических веществ или воды в окружающую среду, завод, использующий этот процесс, будет легко соблюдать и даже превосходить действующие экологические нормы. При этом не создающий загрязнения целлюлозный завод мог бы и накапливать огромный прибыльный потенциал по системе кредитов за сокращение выбросов двуокиси углерода Агентства по охране окружающей среды.Since the RCC pulping process is a closed system with virtually zero emissions of chemicals or water into the environment, a plant using this process will easily comply with and even exceed current environmental standards. At the same time, the non-polluting pulp mill could also accumulate huge profitable potential under the credit system for reducing carbon dioxide emissions of the Environmental Protection Agency.
Способность перерабатывать широкое разнообразие растительности без какого-либо переоснащения обеспечивает гибкость в производстве целлюлозной массы. В настоящее время заводы рассчитаны на производство конкретных типов целлюлозной массы и в качестве сырья используют древесину конкретных пород. Кроме того, для большинства заводов необходима стружка, отвечающая жестким техническим условиям в части качества. Настоящее изобретение позволяет избежать этих ограничений.The ability to process a wide variety of vegetation without any re-equipment provides flexibility in the production of pulp. Currently, plants are designed for the production of specific types of pulp and use specific wood species as raw materials. In addition, for most factories, chips are required that meet stringent specifications in terms of quality. The present invention avoids these limitations.
Экономическая жизнеспособность ПКР-процесса варки целлюлозы может обеспечиваться уже за счет реализации только целлюлозной массы. Другие выгоды - это потенциальные кредиты Агентства по охране окружающей среды и производство продуктов нативного лигнина и одноклеточного белка для продажи другим. Следует отметить, что одноклеточный белок из растительного источника не будет содержать каких-либо патогенов коровьего бешенства (бычьей губчатой энцефалопатии) и будет предпочтительным кормом для крупного рогатого скота и других сельскохозяйственных животных, выращиваемых в настоящее время для потребления в пищу людьми.The economic viability of the RCC pulping process can already be achieved by selling only pulp. Other benefits are potential Environmental Protection Agency loans and the production of native lignin and unicellular protein products for sale to others. It should be noted that unicellular protein from a plant source will not contain any pathogens of mad cow disease (bovine spongiform encephalopathy) and will be the preferred feed for cattle and other farm animals currently raised for human consumption.
В одном аспекте предлагается способ производства целлюлозной массы и лигнина из лигноцеллюлозного материала, причем целлюлозную массу получают с содержанием целлюлозы, который включает следующие стадии: стадию, на которой лигноцеллюлозный материал приводят в контакт с водным раствором кислоты для пропитки лигноцеллюлозного материала, причем водный раствор кислоты берут с содержанием кислоты примерно от 10 мас.% до примерно 40 мас.%; стадию, на которой лигноцеллюлозный материал нагревают в две стадии, причем первую стадию нагревания осуществляют в течение времени, достаточного для деполимеризации лигнина в лигноцеллюлозном материале практически без деструкции целлюлозы или лигнина в лигноцеллюлозном материале, а вторую стадию нагревания осуществляют при точке кипения кислоты или выше ее для отгонки кислоты; стадию, на которой лигноцеллюлозный материал приводят в контакт с водным раствором щелочи под нагревом для солюбилизации лигнина в щелочном растворе с оставлением черного щелока; стадию, на которой из черного щелока извлекают целлюлозную массу; стадию, на которой в черный щелок добавляют достаточно кислоты для осаждения лигнина; и стадию, на которой из щелока извлекают лигнин.In one aspect, there is provided a method for producing pulp and lignin from a lignocellulosic material, the pulp being obtained with a cellulose content, which comprises the following steps: a step in which the lignocellulosic material is brought into contact with an aqueous acid solution to impregnate the lignocellulosic material, wherein the aqueous acid solution is taken with an acid content of from about 10 wt.% to about 40 wt.%; a stage in which the lignocellulosic material is heated in two stages, the first stage of heating being carried out for a time sufficient to depolymerize lignin in the lignocellulosic material with little or no degradation of cellulose or lignin in the lignocellulosic material, and the second stage of heating is carried out at or above its boiling point acid distillation; a stage in which the lignocellulosic material is brought into contact with an aqueous alkali solution under heating to solubilize the lignin in the alkaline solution with the leaving of black liquor; a stage in which pulp is extracted from black liquor; a stage in which enough acid is added to the black liquor to precipitate lignin; and the stage at which lignin is extracted from the liquor.
В другом аспекте предлагается способ переработки лигноцеллюлозного материала, включающий стадию пропитки, на которой лигноцеллюлозный материал замачивают в пропиточном растворе; первую стадию рецикла, на которой пропиточный раствор сливают, фильтруют, придают ему крепость и возвращают на стадию пропитки; стадию каталитической реакции, на которой замоченный лигноцеллюлозный материал энергично перемешивают в камере каталитической реакции и нагревают до температуры выше точки испарения пропиточного раствора, получая при этом испаренный пропиточный раствор и лигнин; вторую стадию рецикла, на которой испаренный пропиточный раствор конденсируют и возвращают на стадию сатурации; стадию варки, на которой лигнин энергично перемешивают в варочном котле в присутствии темно-серого чугуна и щелочного раствора для получения целлюлозной массы и черного щелока полной крепости; стадию переработки, на которой целлюлозную массу сливают, промывают и сушат, получая при этом высушенную целлюлозную массу и разбавленный черный щелок; третью стадию рецикла, на которой разбавленный черный щелок возвращают на стадию варки; стадию разделения, на которой черный щелок полной крепости охлаждают и энергично перемешивают в присутствии кислотного раствора, получая при этом сладкий щелок и осаживая лигнин природной формы; стадию фильтрования, на которой сладкий щелок фильтруют для извлечения лигнина природной формы; и стадию брожения, на которой сладкий щелок добавляют к бактериям в бродильном аппарате, получая при этом одноклеточный белок как продукт брожения. В качестве пропиточного раствора могут использовать раствор азотной кислоты или раствор аммония гидроксида.In another aspect, a method for processing lignocellulosic material is provided, comprising an impregnation step in which the lignocellulosic material is soaked in an impregnation solution; the first stage of recycling, in which the impregnation solution is drained, filtered, imparted strength and returned to the stage of impregnation; a catalytic reaction step in which the soaked lignocellulosic material is vigorously mixed in the catalytic reaction chamber and heated to a temperature above the evaporation point of the impregnation solution, thereby obtaining an evaporated impregnation solution and lignin; the second stage of recycling, in which the evaporated impregnating solution is condensed and returned to the stage of saturation; a cooking step, in which the lignin is vigorously mixed in a digester in the presence of dark gray cast iron and an alkaline solution to obtain pulp and black liquor of full strength; a processing step in which the pulp is drained, washed and dried, thereby obtaining a dried pulp and diluted black liquor; a third recycling step in which the diluted black liquor is returned to the cooking step; the separation stage, in which the black liquor of full strength is cooled and vigorously stirred in the presence of an acidic solution, thereby obtaining a sweet liquor and precipitating a natural form of lignin; a filtration step in which the sweet liquor is filtered to recover the natural form of lignin; and a fermentation step in which sweet liquor is added to the bacteria in the fermenter, thereby obtaining a unicellular protein as a fermentation product. As an impregnating solution, you can use a solution of nitric acid or a solution of ammonium hydroxide.
В другом аспекте предлагается устройство для переработки лигноцеллюлозного материала, которое содержит питатель пропиточного бака для подачи лигноцеллюлозного материала и пропиточного раствора в пропиточный бак, причем пропиточный бак содержит выпуск пропиточного бака; камеру каталитической реакции, соединенную с пропиточным баком через выпуск пропиточного бака, причем камера каталитической реакции содержит первую мешалку и выпуск каталитической камеры; устройство варочного котла, соединенное с камерой каталитической реакции через выпуск камеры каталитической реакции, причем устройство варочного котла содержит механизм второй мешалки и выпуск варочного котла; сепаратор лигнина, соединенный с устройством варочного котла через выпуск варочного котла, причем сепаратор лигнина содержит механизм третьей мешалки и выпуск сепаратора; и бродильный аппарат, соединенный с сепаратором лигнина через выпуск сепаратора.In another aspect, there is provided a device for processing lignocellulosic material, which comprises an impregnation tank feeder for feeding the lignocellulosic material and impregnation solution to the impregnation tank, wherein the impregnation tank comprises an outlet of the impregnation tank; a catalytic reaction chamber connected to the impregnation tank through the outlet of the impregnation tank, wherein the catalytic reaction chamber comprises a first mixer and an outlet of the catalytic chamber; a digester device connected to the catalytic reaction chamber through the outlet of the catalytic reaction chamber, the digester device comprising a second stirrer mechanism and an outlet for the digester; a lignin separator connected to the digester apparatus through the outlet of the digester, the lignin separator comprising a third stirrer mechanism and an outlet for the separator; and a fermenter connected to the lignin separator via a separator outlet.
В еще одном аспекте пропиточный бак может содержать выпуск рециркуляции, предназначенный для рециркуляции пропиточного раствора и возврата его в пропиточный бак. В еще одном аспекте устройство варочного котла может содержать устройство конденсации пропиточного раствора, предназначенное для рециркуляции указанного пропиточного раствора и возврата его в указанный пропиточный бак.In yet another aspect, the impregnation tank may comprise a recirculation outlet for recirculating the impregnation solution and returning it to the impregnation tank. In yet another aspect, the digester apparatus may comprise an impregnation solution condensation device for recirculating said impregnation solution and returning it to said impregnation tank.
В еще одном аспекте предлагается одноклеточный белок, полученный с использованием вышеуказанного устройства или вышеуказанным способом. В еще одном аспекте предлагается лигнин природной формы, полученный с использованием вышеуказанного устройства или вышеуказанным способом.In yet another aspect, a unicellular protein is prepared using the above device or the above method. In yet another aspect, a natural form of lignin obtained using the above device or the above method is provided.
Вышеприведенное описание предназначалось лишь в качестве общего краткого описания и лишь некоторых из аспектов изобретения. Оно не предназначалось для установления пределов или требований изобретения. Другие аспекты будут понятны из подробного описания предпочтительного варианта осуществления и формулы изобретения.The above description was intended only as a general brief description and only some of the aspects of the invention. It was not intended to set the limits or requirements of the invention. Other aspects will be apparent from the detailed description of a preferred embodiment and claims.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛАBRIEF DESCRIPTION OF THE GRAPHICAL MATERIAL
Далее приводится описание предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:The following is a description of a preferred embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг.1 представлен схематический вид используемых частей в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления процесса;figure 1 presents a schematic view of the used parts in accordance with a preferred embodiment of the process;
на фиг.2 представлен механизм катализированного кислотой гидролиза;figure 2 presents the mechanism of acid catalyzed hydrolysis;
на фиг.3 представлены блок-схема и массовый баланс для целлюлозной массы, лигнина и белка в течение процесса в каталитическом реакторе (азотная кислота);figure 3 presents a block diagram and mass balance for pulp, lignin and protein during the process in a catalytic reactor (nitric acid);
на фиг.4 представлены блок-схема и массовый баланс для целлюлозной массы, лигнина и белка в течение процесса в каталитическом реакторе (аммония гидроксид);figure 4 presents a block diagram and mass balance for pulp, lignin and protein during the process in a catalytic reactor (ammonium hydroxide);
на фиг.5 представлена калибровочная кривая для горячей плиты для ПКР-экспериментов; иfigure 5 presents a calibration curve for a hot plate for RCC experiments; and
на фиг.6 приведены несколько фотографий волокон, полученных ПКР-процессом из различных источников волокна.figure 6 shows several photographs of the fibers obtained by the RCC process from various sources of fiber.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT
На фиг.1 представлена схема предпочтительного варианта осуществления процесса. Стружка из питателя 2 помещается в пропиточную камеру 4 вместе с пропиточным раствором. После замачивания стружки в течение соответствующего времени излишний пропиточный раствор удаляют и очищают, например, механизмом фильтра 6, и собирают в регенерационную цистерну 10. Затем ему придают крепость и возвращают, например, насосом 12 в пропиточную камеру 4.Figure 1 presents a diagram of a preferred embodiment of the process. Chips from
Тем временем пропитанную стружку подают соответствующими средствами, например шнековым механизмом 8, в каталитический реактор 20. Для управления подачей стружки из пропиточной камеры 4 в каталитический реактор 20 могут использовать различные механизмы. В этом предпочтительном варианте осуществления пропитанную стружку могут держать в сборном баке 14 до того, как ее можно будет подавать через бункер 16 в измерительный механизм 18. После этого измерительным механизмом 18 управляют со скоростью подачи стружки в каталитический реактор 20.Meanwhile, the impregnated chips are fed by appropriate means, for example, by a screw mechanism 8, to the
В каталитическом реакторе 20 стружку нагревают нагревателем 22 до температуры выше температуры испарения пропиточного раствора, но достаточно низкой, чтобы не ухудшить свойства образованных соединений лигнина. Кроме того, стружку перемешивают для обеспечения тщательного нагрева биомассы.In the
Испаренный пропиточный раствор отводят из каталитического реактора 20 с помощью определенного механизма, например насосом 24, и собирают в конденсационной камере или абсорбционной башне 26. Пропиточный раствор конденсируют и возвращают в регенерационную цистерну 10 для повторного использования в пропиточной камере 4.The evaporated impregnation solution is withdrawn from the
Через выпуск 28 катализированную биомассу пропускают в варочный котел 30, в котором биомассу смешивают со щелочным раствором. Смесь нагревают и энергично перемешивают в присутствии темно-серого чугуна для получения черного щелока и целлюлозной массы.Through
Излишний черный щелок удаляют из сваренной целлюлозной массы с помощью определенного средства, например пресса 32. Удаленный черный щелок собирают в баке 34 и возвращают в варочный котел 30, например, насосом 36. Прессованную целлюлозную массу обрабатывают, например, в мойке 38 (при необходимости в этом).Excess black liquor is removed from the cooked pulp using a specific tool, such as a
Черный щелок из варочного котла 30 пропускают в бак для лигнина 40, где его охлаждают, энергично перемешивают и подкисляют, чтобы осадить лигнин, образуя при этом сладкий щелок и лигнин.The black liquor from the
Сладкий щелок и лигнин пропускают через разделительное устройство, например фильтр 42, где лигнин собирают для последующей переработки. Сладкий щелок пропускают через фильтр 42 в бродильный аппарат 44.Sweet liquor and lignin are passed through a separation device, for example a
В бродильном аппарате 44 в сладкий щелок добавляют бактерии для получения одноклеточного белка, который затем могут перерабатывать при необходимости в этом.In the
Далее описывается процесс в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Этот процесс схематически представлен на блок-схемах на фиг.3 и 4 для пропиточного раствора азотной кислоты и пропиточного раствора аммония гидроксида соответственно.The following describes a process in accordance with a preferred embodiment of the invention. This process is shown schematically in the flowcharts of FIGS. 3 and 4 for an impregnating solution of nitric acid and an impregnating solution of ammonium hydroxide, respectively.
1. Сырье приготавливают путем рубки пород растений на удобные отрезки древесины лиственных и хвойных пород в стружку размером, примерно соответствующим размеру промышленно выпускаемой стружки, используемой сегодня. Однако могут использовать и стружку меньших размеров благодаря тому, что из-за более слабых химических веществ и более низких температур, которые используют в ПКР-процессе, получают волокна большей длины.1. Raw materials are prepared by chopping plant breeds into convenient pieces of hardwood and coniferous wood into shavings about the size of approximately the size of industrially produced shavings used today. However, they can also use smaller chips due to the fact that due to the weaker chemicals and lower temperatures that are used in the RCC process, fibers of greater length are obtained.
2. Сырье загружают в пропиточную камеру 4 и сатурируют пропиточным раствором. В качестве пропиточного раствора могут использовать азотную кислоту, аммония гидроксид и (или) оба химиката. Например, если в качестве сырья берут древесину лиственных пород и используют азотную кислоту, стружку могут замачивать в 15%-ном растворе HNO3 на 18 часов. Если в качестве сырья берут древесину хвойных пород или другую растительность, их могут замачивать в 12%-ном растворе HNO3 на 16 часов. Если в качестве пропиточного раствора используют аммония гидроксид, стружку замачивают в 10%-ном растворе NH4OH независимо от сырья.2. The feed is loaded into the
3. Излишний пропиточный раствор сливают, фильтруют и возвращают в регенерационную цистерну 10 для придания крепости для повторного использования.3. Excessive impregnation solution is drained, filtered and returned to the
4. Пропитанный материал передают в каталитический реактор 20 при рН 2-5. На этой стадии температуру поддерживают равной 60-85°С не более 80 минут. Для обеспечения высокого выхода и качества готовой продукции, особенно неизмененных соединений лигнина, важно, чтобы каталитический реактор 20 поддерживали в этих оптимальных пределах температуры и времени. Если материал выдерживают дольше оптимального времени, происходит чрезмерное окисление материала вместо предпочтительной каталитической гидролизации лигнинового полимера, что приводит к ингибированию последующих стадий. Если пропитанный материал нагревают выше оптимальной температуры, то снижают выход и изменяют необходимое состояние лигнина (получая худшего качества смолистый продукт). Время выдерживания при оптимальной температуре находится в пределах 10-80 минут в зависимости от используемого сырья. Химическая реакция на стадии каталитической реакции показана на фиг.2.4. The impregnated material is transferred to a
Во время нагревания пропитанного материала пропиточный раствор высвобождают в виде пара, отбирают и направляют в конденсационную камеру или абсорбционную башню 26, где его собирают для повторного использования. Спустя достаточное время лигнин каталитически гидролизуют в необходимое молекулярное состояние, и при этом обеспечивают готовность сырья к прохождению стадии щелочной ванны.During heating of the impregnated material, the impregnation solution is released in the form of steam, taken and sent to a condensation chamber or
На этой каталитической стадии важно энергичное перемешивание, поскольку в случае большого реактора будет недостаточно времени для полного нагревания всей массы пропитанного материала перед прохождением на стадию щелочной варки, что отразится на выходе и качестве готовой продукции.Vigorous mixing is important at this catalytic stage, since in the case of a large reactor there will not be enough time to completely heat the entire mass of impregnated material before passing to the alkaline cooking stage, which will affect the output and quality of the finished product.
5. В материал, который пропускают из каталитического реактора 20 в варочный котел 30, добавляют каустическую соду. Крепость каустической соды выбирают такой:5. Caustic soda is added to the material that is passed from the
4 л 20%-ного раствора NaOH в 200 л воды, если в качестве сырья используют древесину лиственных пород; 4 л 15%-ного раствора NaOH в 200 л воды, если в качестве сырья используют древесину хвойных пород или другие виды растений.4 l of a 20% solution of NaOH in 200 l of water, if hardwood is used as raw material; 4 l of a 15% solution of NaOH in 200 l of water, if softwood or other types of plants are used as raw materials.
Щелочную ванну нагревают до оптимального температурного диапазона 60-85°С в течение 60 минут. На протяжении этой щелочной стадии, при рН 9-12, смесь энергично перемешивают в присутствии темно-серого чугуна и осуществляют отделение целлюлозной массы от черного щелока. Целлюлозную массу пропускают через сетчатые фильтры и пресс для извлечения любого черного щелока. Черный щелок возвращают в щелочной варочный котел. После удаления всей целлюлозной массы из щелочной ванны ее (целлюлозную массу) промывают и сушат, а оставшийся черный щелок возвращают в варочный котел 30, после чего пропускают в бак для лигнина 40.The alkaline bath is heated to an optimum temperature range of 60-85 ° C for 60 minutes. During this alkaline stage, at pH 9-12, the mixture is vigorously stirred in the presence of dark gray cast iron and the pulp is separated from the black liquor. The pulp is passed through strainers and a press to extract any black liquor. Black liquor is returned to the alkaline digester. After removing all of the pulp from the alkaline bath, it (the pulp) is washed and dried, and the remaining black liquor is returned to the
Фотографии волокон, которые получают этим процессом с использованием различных исходных материалов, приведены на фиг.6. Свойства целлюлозной массы, которую получают ПКР-процессом на этой стадии, приведены в таблице 1.Photographs of the fibers obtained by this process using various starting materials are shown in FIG. 6. The properties of the pulp, which is obtained by the RCC process at this stage, are shown in table 1.
6. Черный щелок пропускают в бак для лигнина 40 и быстро охлаждают до температуры 43-50°С (это важно для поддерживания нативного состояния лигнина). В этот момент в черный щелок добавляют 10%-ный раствор серной кислоты, если в качестве пропиточного раствора использовали азотную кислоту; добавляют 12%-ный раствор хлористоводородной кислоты, если в качестве пропиточного раствора использовали аммония гидроксид. Отношение серная кислота/черный щелок берут таким: 2 л кислоты / 200 л черного щелока при рН 2-5. До того как смесь охладят до температуры ниже 43°С, включают мешалки для осаждения лигнина из черного щелока. На процесс разделения отводят примерно 1 час.6. Black liquor is passed into the
7. Из бака для лигнина 40 смесь сладкого щелока и осажденного лигнина высвобождают в бродильный аппарат. Сладкий щелок пропускают через фильтр 42, а порошок лигнина оставляют сверху фильтра. Нативный лигнин передают в сушилку, где его сушат при температуре 43-50°С. Отклонение от этого диапазона разрушает нативное состояние лигнина. Свойства нативного лигнина приведены в таблице 2.7. From the
8. В бродильный аппарат 44 в сладкий щелок добавляют бактерии (торула) для активирования процесса брожения. По окончании брожения одноклеточный белок фильтруют, сушат и расфасовывают или промывают для снижения pH и используют в других целях.8. In the
9. Остаточную воду из процесса брожения обрабатывают и возвращают в технологический процесс.9. The residual water from the fermentation process is processed and returned to the process.
В каталитическом реакторе 20 и варочном котле 30 используют мешалки, которые важны для достижения оптимальных результатов в части требуемого выхода и качества готового продукта.Agitators are used in the
В каталитическом реакторе 20 мешалки используют для достижения и поддерживания оптимального диапазона температур для деполимеризации лигнина. Во избежание нежелательного окисления лигнина оптимальной температуры необходимо достигать как можно быстрее. Это окисление приведет к тому, что соединения лигнина начнут образовываться из кетона, альдегида и т.п. - химических классов, все из которых являются нежелательными. Кроме того, окисление лигнина приведет к образованию участков расщепления, для обеспечения сшивания между лигниновыми полимерами - еще один нежелательный результат. Окисление приведет к низким выходам нативного лигнина и сладких щелоков в зависимости от степени окислительной реакции в каталитической камере. Конструкцию мешалок выбирают в зависимости от типа технологической установки - периодического или непрерывного действия. Мешалки используют для быстрого повышения температуры пропитанной биомассы и начала распада самой биомассы.In the
В установке периодического действия мешалками в каталитическом реакторе 20 будут, кроме того, непрерывно передавать пропитанную биомассу в щелочную ванну или варочный котел 30.In a batch plant, the mixers in the
В варочном котле 30 мешалки используют для достижения оптимального выхода продукции. Прореагировавшей биомассе просто позволяют падать в щелочной раствор и находиться в нем, и поверхность стружки будут подвергать варке. Тем самым обеспечат выделение лигнина из стружки и в щелочной раствор. Оставляя лигнин слишком долго в присутствии NaOH, вызывают начало его окисления - нежелательный результат. Используют очень энергичное перемешивание, чтобы разорвать стружку на еще меньшие кусочки, чтобы обеспечить быстрое использование NaOH до начала окисления лигнина в значительных количествах. В результате получают молекулы натрия, прикрепленные в точках расщепления на лигниновых полимерах, делая лигнин растворимым в воде.In a
Кроме того, с помощью мешалок добиваются однородных оптимальных диапазонов температуры. Рабочие условия технологического процесса следующие.In addition, uniform temperature ranges are obtained with the help of stirrers. The operating conditions of the process are as follows.
Для того чтобы переработать 60 кг сосновой стружки, стружку пропитывают 315 литрами раствора аммиачной кислоты с содержанием 27,5 л азотной кислоты и 4 л аммония гидроксида.In order to process 60 kg of pine shavings, the shavings are impregnated with 315 liters of ammonia acid solution containing 27.5 liters of nitric acid and 4 liters of ammonium hydroxide.
Через 12 часов пропитки кислотный раствор отбирают для последующей рециркуляции, а в реактор помещают стружку для проведения реакции каталитического гидролиза при температуре 75°С, максимум 80°С в течение 90 минут; при этом учитывают, что при достижении во время реакции температуры стружки 75°С, газами рекуперировали NOx в воде или в кислотных растворах повторного использования.After 12 hours of impregnation, the acid solution was selected for subsequent recycling, and shavings were placed in the reactor to carry out the catalytic hydrolysis reaction at a temperature of 75 ° C, maximum 80 ° C for 90 minutes; it is taken into account that when the temperature of the chip reaches 75 ° C during the reaction, NO x is recovered by gases in water or in acidic reuse solutions.
По окончании реакции стружку выгружают в щелочную ванну для делигнификации стружки, где ее предварительно нагревают при температуре 75°С в смеси 315 л NaOH при 4%. Реакцию делигнификации осуществляют при температуре примерно 80°С и до максимальной температуры 90°С в течение 90 минут. После чего нагревание прекращают и дают стружке остыть до 75°С, после чего смесь пропускают через фильтр для отделения целлюлозы от черного щелока.At the end of the reaction, the chips are discharged into an alkaline bath to delignify the chips, where it is preheated at a temperature of 75 ° C in a mixture of 315 L NaOH at 4%. The delignification reaction is carried out at a temperature of about 80 ° C and up to a maximum temperature of 90 ° C for 90 minutes. Then the heating is stopped and the chips are allowed to cool to 75 ° C, after which the mixture is passed through a filter to separate cellulose from black liquor.
Черный щелок направляют в бак для лигнина, где его энергично перемешивают, и где в него осторожно добавляют концентрированную серную кислоту до снижения рН до 3,0. Ему дают отстояться, а затем пропускают через фильтр для отделения лигнина от сладкого щелока.The black liquor is sent to the lignin tank, where it is vigorously stirred, and where concentrated sulfuric acid is carefully added to it until the pH drops to 3.0. He is allowed to settle, and then passed through a filter to separate lignin from sweet liquor.
Отфильтрованный сладкий щелок направляют в бродильный аппарат, где в него могут добавить бактерий для получения одноклеточного белка.The filtered sweet liquor is sent to a fermenter, where bacteria can be added to produce a unicellular protein.
В конце процесса лигнин и целлюлозу промывают для извлечения излишка кислоты и каустической соды соответственно. В качестве воду, которую использовали для процесса, берут водопроводную или проточную воду.At the end of the process, lignin and cellulose are washed to extract excess acid and caustic soda, respectively. As the water that was used for the process, take tap or running water.
Ниже проведены сведения об экспериментах, проведенных с использованием предлагаемого процесса. В таблице 3 перечислены значения рН использованных кислот и оснований, а калибровочная кривая для использованной горячей плиты представлена в табличной форме в таблице 4 и графически на фиг.5.Below is information about experiments conducted using the proposed process. Table 3 lists the pH values of the acids and bases used, and the calibration curve for the used hot plate is presented in tabular form in table 4 and graphically in figure 5.
Проба с азотной кислотой.Sample with nitric acid.
19 маяMay 19
В 500 мл слоя стружки сосны Веймутова (Sun Seed - Son thing Special) - масса 64,49 г - добавили 500 мл H2О и оставили намокать на 15 минут. Излишек воды слили. Взвесили массу во влажном состоянии - 503,75 г (воронка Бюхнера, вакуумированная в течение 15 минут) вместе с химическим стаканом. Масса химического стакана 390,21 г, а масса впитавшейся воды 113,54-64,49=49,05 г.In a 500 ml layer of Veymutov pine shavings (Sun Seed - Son thing Special) - weight 64.49 g - 500 ml of H 2 O was added and left to wet for 15 minutes. Excess water was drained. The mass was weighed in the wet state — 503.75 g (Buchner funnel evacuated for 15 minutes) together with a beaker. The weight of the beaker is 390.21 g, and the mass of absorbed water is 113.54-64.49 = 49.05 g.
В 11:00 19 мая влили в 700 мл азотной кислоты. Температура стружки и кислоты была 60°F (15,6°C).At 11:00 on May 19, they poured into 700 ml of nitric acid. The temperature of the chips and acid was 60 ° F (15.6 ° C).
Осталось 440 мл Н2О (от замачивания стружки).440 ml of H 2 O remained (from soaking chips).
% Н2О=49,05/113,54=43,2%% H 2 O = 49.05 / 113.54 = 43.2%
Настройка горячей плиты на 83°С (182°F) или 1.8-1.6 (выключенный выключатель).Setting the hot plate to 83 ° C (182 ° F) or 1.8-1.6 (off switch).
В 9:05 - в воронку Бюхнера добавили пропиточный раствор HNО3. Слив самотеком в течение 30 минут и время замачивания 21 час 55 минут до 20 мая.At 9:05 - an impregnating solution of HNO 3 was added to the Buchner funnel. Gravity drain for 30 minutes and soaking time 21 hours 55 minutes until May 20.
20 маяMay 20
После пропитки стружка (влажная) весила 215,96 гAfter impregnation, the shavings (wet) weighed 215.96 g
215,96-113,54=102,4/215,96×100%=47,42% азотной кислоты215.96-113.54 = 102.4 / 215.96 × 100% = 47.42% nitric acid
102,42 г азотной кислоты102.42 g of nitric acid
102,42 г азотной кислоты по объему соответствуют примерно 800 мл.102.42 g of nitric acid by volume correspond to approximately 800 ml.
В 10:00 начали перегонку (установка на 5); было 605 мл слитой азотной кислоты - в слитой кислоте рН был ниже нуля.At 10:00 distillation began (setting at 5); there was 605 ml of drained nitric acid - in the drained acid the pH was below zero.
Через 10 минут переключили в сторону понижения на 1.6. Пропустили чистую азотную кислоту. Температура пара 90°С - азотная кислота падала в сборный химический стакан со 100 мл Н2О.After 10 minutes, they were switched downwards by 1.6. Missed pure nitric acid. Steam temperature 90 ° C - nitric acid fell into a prefabricated beaker with 100 ml of H 2 O.
Через 25 минут измерили температуру стружки - 194°F (88.9°С)After 25 minutes, the chip temperature was measured - 194 ° F (88.9 ° C)
Проба №1 - 50 мл слитого пропиточного раствора HNО3 - рН ниже нуля.Sample No. 1 - 50 ml of a drained impregnating solution of HNO 3 - pH below zero.
Мы регенерировали 110 мл перегнанного объема HNО3/H2О - прошли 10 мл чистой HNО3 - 10×100%=9.09%We regenerated 110 ml of distilled volume of HNO 3 / H 2 O - passed 10 ml of pure HNO 3 - 10 × 100% = 9.09%
Проба №2 - первая регенерация через 25 минут,Sample No. 2 - the first regeneration after 25 minutes,
дистиллят - 100 мл Н2О и 10 мл HNО3. Объем регенерации - 110 мл.distillate - 100 ml of H 2 O and 10 ml of HNO 3 . The volume of regeneration is 110 ml.
Влили 10 мл 15%-ного NaOH в 1 л Н2О (смесь для щелочной ванны).Poured 10 ml of 15% NaOH into 1 L of H 2 O (alkaline bath mixture).
11:40 - щелочной варочный котел с температурой 75°С, ввели стружку при перемешивании при настройке 10 - добавили 2 болта из темно-серого чугуна.11:40 - an alkaline digester with a temperature of 75 ° C, introduced shavings with stirring at setting 10 - added 2 bolts of dark gray cast iron.
Регенерация пробы через 80 минут, дистиллят - 100 мл Н2О и 1.5 мл HNО3. Объем регенерации - 101.5 мл.Sample regeneration after 80 minutes, distillate - 100 ml of H 2 O and 1.5 ml of HNO 3 . The volume of regeneration is 101.5 ml.
12:10 - добавили 12 болтов из темно-серого чугуна.12:10 - 12 bolts of dark gray cast iron were added.
12:25 - добавили 90 мл 15%-ного NaOH, температура 87°С - снизили настройку горячей плиты до 4.12:25 - added 90 ml of 15% NaOH, temperature 87 ° С - reduced the setting of the hot plate to 4.
Температура в 13:15 была 96°С (слишком горячая).The temperature at 13:15 was 96 ° C (too hot).
Сцедили целлюлозную массу из черного щелока. Объем черного щелока был 920 мл. Отобрали 40 мл пробы (проба №#4).The pulp from black liquor was screened. The volume of black liquor was 920 ml. 40 ml of sample were taken (sample No. # 4).
Черный щелок охладили в ванне холодной воды - температура была 44°С.The black liquor was cooled in a bath of cold water - the temperature was 44 ° C.
В черный щелок добавили 10 мл 10%-ной H2SО4 в осажденный лигнин и отфильтровали. Время было 13:45.10 ml of 10% H 2 SO 4 was added to the black liquor in the precipitated lignin and filtered. The time was 13:45.
0,86 г массы фильтровальной бумаги.0.86 g of filter paper.
Добавили еще 10 мл 10%-ной H2SО4 и отфильтровали.An additional 10 ml of 10% H 2 SO 4 was added and filtered.
Третья добавка кислоты - 80 мл 10%-ной H2SО4 в 15:15 - закрыли и оставили до утра.The third acid supplement - 80 ml of 10% H 2 SO 4 at 15:15 - was closed and left until morning.
Вода, использованная для промывки целлюлозной массы - 1600 млWater used for washing pulp - 1600 ml
Получили черный щелок- 1000 мл.Received black liquor - 1000 ml.
21 маяMay 21st
Сухая целлюлозная масса 22,08 г - светло-коричневая, крупнозернистая, короткое волокно.Dry cellulose mass 22.08 g - light brown, coarse-grained, short fiber.
Фильтровальная бумага №1 - 1,22 г - белая, лигнин - 0,36 г.Filter paper No. 1 - 1.22 g - white, lignin - 0.36 g.
(Тара 0,86 г) #2 - 0,99 г - белая, лигнин - 0,13 г.(Tara 0.86 g) # 2 - 0.99 g - white, lignin - 0.13 g.
Вакуумный фильтр 1000 мл смеси сладкий щелок/лигнин после отстаивания до утра (9:20).Vacuum filter 1000 ml of a mixture of sweet liquor / lignin after settling until morning (9:20).
Сладкий щелок - объем 910 млSweet liquor - volume 910 ml
Масса щелока и фильтровальной бумаги - 3,95 гThe mass of liquor and filter paper - 3.95 g
Масса лигнина = 3,95-0,86=3,09 г (твердые и черные куски)Lignin mass = 3.95-0.86 = 3.09 g (hard and black pieces)
Всего лигнина = 3,09+0,36+0,13=3,58 гTotal lignin = 3.09 + 0.36 + 0.13 = 3.58 g
Черный щелок: удельная масса - 0,999Black liquor: specific gravity - 0.999
Сладкий щелок: удельная масса - 1,003Sweet liquor: specific gravity - 1.003
Азотная кислота - 20 маяNitric acid - May 20
В 100,04 г свежей стружки добавили 700 мл 12%-ной HNО3 - использовали приблизительно 300 мл - слишком много.In 100.04 g of fresh chips, 700 ml of 12% HNO 3 was added - approximately 300 ml was used - too much.
16:00 - начало пропитки стружки сосны риверсайдской - стружка и щепа со дна конвейера в загрузочный док; температура пропитки - 66°F (18,9°С).16:00 - start of impregnation of Riverside pine shavings - shavings and wood chips from the bottom of the conveyor to the loading dock; impregnation temperature - 66 ° F (18.9 ° C).
10:15 - слив полученного объема HNО3 660 мл - сливали в течение 15 минут (проба №6) - болты массой 183,79 г.10:15 - discharge of the obtained volume of HNO 3 660 ml - was drained for 15 minutes (sample No. 6) - bolts weighing 183.79 g.
В 10:40 поместили стружку в перегонный аппарат. Температура стружки была 72°F (22,2°С) - вручную отрегулировали настройки горячей плиты: 1.0-1.6.At 10:40, the chips were placed in the distillation apparatus. The chip temperature was 72 ° F (22.2 ° C) - manually adjusted the settings of the hot plate: 1.0-1.6.
10:55 - температура стружки 140°F (60°С) - температура пара 37°С.10:55 - chip temperature 140 ° F (60 ° C) - steam temperature 37 ° C.
11:05 - температура стружки 184°F (84,4°С)- температура пара 70°С.11:05 - chip temperature 184 ° F (84.4 ° C) - steam temperature 70 ° C.
Начали 80-минутный обратный отсчет в 11:05.We started the 80-minute countdown at 11:05.
11:10- температура стружки 190°F (87,8°С) - температура пара 76°С.11: 10 - chip temperature 190 ° F (87.8 ° C) - steam temperature 76 ° C.
11:25 - температура стружки 184°F (84,4°С) - температура пара 64°С.11:25 - chip temperature 184 ° F (84.4 ° C) - steam temperature 64 ° C.
11:45 - температура стружки 183°F (83,9°С) - температура пара 64°С.11:45 - chip temperature 183 ° F (83.9 ° C) - steam temperature 64 ° C.
12:00 - температура стружки 184°F (84,4°С) - температура пара 64°С.12:00 - chip temperature 184 ° F (84.4 ° C) - steam temperature 64 ° C.
12:05 - настройка горячей плиты на 2.0 для отгонки азотной кислоты.12:05 - setting the hot plate to 2.0 for distillation of nitric acid.
12:10 - температура стружки 196°F (91,1°С)- температура пара 75°С.12:10 - chip temperature 196 ° F (91.1 ° C) - steam temperature 75 ° C.
12:20 - температура стружки 198°F (92,2°С) - температура пара 85°С.12:20 - chip temperature 198 ° F (92.2 ° C) - steam temperature 85 ° C.
12:30 - температура стружки - температура пара 87°С.12:30 - chip temperature - steam temperature 87 ° C.
Объем азотной кислоты (собранный из перегонки) был 105.5 мл (проба №7), рН=0.70=5,5 мл HNО3.The volume of nitric acid (collected from distillation) was 105.5 ml (sample No. 7), pH = 0.70 = 5.5 ml of HNO 3 .
В 13:00 добавили пропитанную стружку в щелочную ванну при температуре 80°С.At 13:00, impregnated chips were added to an alkaline bath at a temperature of 80 ° C.
В 13:05 добавили еще 10 мл 15%-ного NaOH.At 13:05, another 10 ml of 15% NaOH was added.
В 13:10 добавили еще 10 мл 15%-ного NaOH.At 13:10 another 10 ml of 15% NaOH was added.
В 13:15 добавили еще 10 мл 15%-ного NaOH.At 13:15 another 10 ml of 15% NaOH was added.
Извлекли 830 мл черного щелока, собрали пробу №8.830 ml of black liquor were recovered, sample No. 8 was collected.
Добавили 30 мл H2SО4. Температура в 14:30 была 36°С.30 ml of H 2 SO 4 was added. The temperature at 14:30 was 36 ° C.
Отфильтровали целлюлозную массу (100/0-15% палочек в длинноволоконной целлюлозной массе - желтый цвет - 1200 мл).The pulp was filtered (100 / 0-15% of the sticks in the long-fiber pulp - yellow - 1200 ml).
Промывка водой.Flushing with water.
22 мая22nd of May
Сладкий щелок после фильтрования - 740 мл - светло-желто-соломенного цвета,Sweet liquor after filtration - 740 ml - light yellow straw color,
40 мл, проба №9N.40 ml, sample No. 9N.
Целлюлозная масса, высушенная при 100°С - масса 42,67 г.Pulp dried at 100 ° C. — 42.67 g.
Лигнин, фильтровальная ткань, 10:30 (сушка до следующего дня) - масса 1.60 г.Lignin, filter cloth, 10:30 (drying until the next day) - weight 1.60 g.
Лигнин, фильтровальная бумага №1, 11:00 (сушка на воздухе до следующего дня) - масса 2,89-0,86=2,83 г.Lignin, filter paper No. 1, 11:00 (air drying until the next day) - weight 2.89-0.86 = 2.83 g.
Лигнин, фильтровальная бумага №2, 11:15 (сушка на воздухе до следующего дня) - масса 2,82-0,86=1,96 г.Lignin, filter paper No. 2, 11:15 (air drying until the next day) - mass 2.82-0.86 = 1.96 g.
Лигнин, фильтровальная бумага №3, 11:30 (сушка на воздухе до следующего дня) - масса 1,51-0,86=0,65 г.Lignin, filter paper No. 3, 11:30 (air drying until the next day) - mass 1.51-0.86 = 0.65 g.
Светло-коричневый лигнин - общая масса 7,04 гLight brown lignin - total weight 7.04 g
Ватманская фильтровальная бумага №4 - фильтровальная ткань нейлон, мелкое переплетение, с опытно-промышленной установкиWhatman filter paper No. 4 - filter cloth nylon, fine weave, from a pilot plant
Черный щелок: удельная масса - 0,985Black liquor: specific gravity - 0.985
Сладкий щелок: удельная масса - 0,989Sweet liquor: specific gravity - 0.989
Водопроводная вода: удельная масса - 0,982 при 20°СTap water: specific gravity - 0.982 at 20 ° C
Специалистам в данной области будет ясно, что возможны другие изменения вышеописанных вариантов осуществления в пределах объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.Those skilled in the art will appreciate that other changes to the above described embodiments are possible within the scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (12)
стадию пропитки, на которой указанный лигноцеллюлозный материал замачивают в пропиточном растворе;
первую стадию рецикла, на которой указанный пропиточный раствор сливают, фильтруют, придают ему крепость и возвращают на указанную стадию пропитки;
стадию каталитической реакции, на которой указанный замоченный лигноцеллюлозный материал энергично перемешивают в камере каталитической реакции и нагревают до температуры выше точки испарения указанного пропиточного раствора, получая при этом испаренный пропиточный раствор и лигнин;
вторую стадию рецикла, на которой указанный испаренный пропиточный раствор конденсируют и возвращают на указанную стадию сатурации;
стадию варки, на которой указанный лигнин энергично перемешивают в варочном котле в присутствии темно-серого чугуна и щелочного раствора для получения целлюлозной массы и черного щелока полной крепости;
стадию переработки, на которой указанную целлюлозную массу сливают, промывают и сушат, получая при этом высушенную целлюлозную массу и разбавленный черный щелок;
третью стадию рецикла, на которой указанный разбавленный черный щелок возвращают на стадию варки;
стадию разделения, на которой указанный черный щелок полной крепости охлаждают и энергично перемешивают в присутствии кислотного раствора, получая при этом сладкий щелок и осаживая лигнин природной формы;
стадию фильтрования, на которой указанный сладкий щелок фильтруют для извлечения лигнина природной формы; и
стадию брожения, на которой указанный сладкий щелок добавляют к бактериям в бродильном аппарате, получая при этом одноклеточный белок как продукт брожения.1. A method of processing lignocellulosic material, including:
an impregnation step in which said lignocellulosic material is soaked in an impregnation solution;
the first stage of recycling, at which the specified impregnating solution is drained, filtered, give it strength and returned to the specified stage of impregnation;
a catalytic reaction step in which said soaked lignocellulosic material is vigorously mixed in a catalytic reaction chamber and heated to a temperature above the evaporation point of said impregnation solution, thereby obtaining an evaporated impregnation solution and lignin;
a second recycle step in which said evaporated impregnation solution is condensed and returned to said saturation step;
a cooking step in which said lignin is vigorously mixed in a digester in the presence of dark gray cast iron and an alkaline solution to obtain a pulp and full strength black liquor;
a processing step in which said pulp is drained, washed and dried, thereby obtaining a dried pulp and diluted black liquor;
a third recycling step wherein said diluted black liquor is returned to the cooking step;
a separation step in which said full strength black liquor is cooled and vigorously mixed in the presence of an acidic solution, thereby obtaining a sweet liquor and precipitating a natural form of lignin;
a filtration step in which said sweet liquor is filtered to recover the natural form of lignin; and
a fermentation step, wherein said sweet liquor is added to the bacteria in the fermenter, thereby obtaining a unicellular protein as a fermentation product.
питатель пропиточного бака для подачи лигноцеллюлозного материала и пропиточного раствора в пропиточный бак, причем указанный пропиточный бак содержит выпуск пропиточного бака;
камеру каталитической реакции, соединенную с указанным пропиточным баком через указанный выпуск пропиточного бака, причем камера каталитической реакции содержит первую мешалку и выпуск каталитической камеры;
устройство варочного котла, соединенное с указанной камерой каталитической реакции через указанный выпуск камеры каталитической реакции, причем указанное устройство варочного котла содержит механизм второй мешалки и выпуск варочного котла;
сепаратор лигнина, соединенный с указанным устройством варочного котла через указанный выпуск варочного котла, причем сепаратор лигнина содержит механизм третьей мешалки и выпуск сепаратора; и
бродильный аппарат, соединенный с указанным сепаратором лигнина через выпуск сепаратора.8. A device for processing lignocellulosic material containing:
an impregnation tank feeder for supplying lignocellulosic material and an impregnation solution to the impregnation tank, said impregnation tank comprising an outlet of the impregnation tank;
a catalytic reaction chamber connected to said impregnation tank through said outlet of the impregnation tank, the catalytic reaction chamber comprising a first stirrer and a catalytic chamber outlet;
a digester device connected to said catalytic reaction chamber through said outlet of the catalytic reaction chamber, said digester apparatus comprising a second stirrer mechanism and an outlet of the digester;
a lignin separator connected to the specified device of the digester through the specified outlet of the digester, the lignin separator comprising a third stirrer mechanism and an outlet for the separator; and
a fermenter connected to said lignin separator via a separator outlet.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CA2005/001862 WO2007065241A1 (en) | 2005-12-07 | 2005-12-07 | A novel catalytic reactor process for the production of commercial grade pulp, native lignin and unicellular protein |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008126769A RU2008126769A (en) | 2010-01-20 |
| RU2383675C1 true RU2383675C1 (en) | 2010-03-10 |
Family
ID=38122427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008126769/12A RU2383675C1 (en) | 2005-12-07 | 2005-12-07 | Process of industrial cellulose pulp, native lignin and unicellular protein production, which is carried out in catalytic reactor |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1969175B1 (en) |
| CN (1) | CN101326326A (en) |
| AT (1) | ATE553246T1 (en) |
| AU (1) | AU2005338842B2 (en) |
| BR (1) | BRPI0520735B1 (en) |
| RU (1) | RU2383675C1 (en) |
| WO (1) | WO2007065241A1 (en) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007533434A (en) * | 2004-04-02 | 2007-11-22 | スキル アソシエイツ インコーポレイテッド | Biomass conversion device and process |
| US9127325B2 (en) | 2008-07-24 | 2015-09-08 | Abengoa Bioenergy New Technologies, Llc. | Method and apparatus for treating a cellulosic feedstock |
| CA2638157C (en) | 2008-07-24 | 2013-05-28 | Sunopta Bioprocess Inc. | Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock |
| CA2638150C (en) | 2008-07-24 | 2012-03-27 | Sunopta Bioprocess Inc. | Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock |
| CA2650913C (en) | 2009-01-23 | 2013-10-15 | Sunopta Bioprocess Inc. | Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock |
| US8915644B2 (en) | 2008-07-24 | 2014-12-23 | Abengoa Bioenergy New Technologies, Llc. | Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock |
| CA2638159C (en) | 2008-07-24 | 2012-09-11 | Sunopta Bioprocess Inc. | Method and apparatus for treating a cellulosic feedstock |
| CA2638160C (en) | 2008-07-24 | 2015-02-17 | Sunopta Bioprocess Inc. | Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock |
| CA2650919C (en) | 2009-01-23 | 2014-04-22 | Sunopta Bioprocess Inc. | Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock |
| JP4629164B2 (en) * | 2009-05-26 | 2011-02-09 | 日本製紙株式会社 | Cooking method of lignocellulosic material |
| EP2767633A1 (en) | 2009-08-24 | 2014-08-20 | Abengoa Bioenergy New Technologies, Inc. | Method for producing ethanol, and co-products from cellulosic biomass |
| JP2011001677A (en) * | 2010-01-08 | 2011-01-06 | Toa Kogyo:Kk | Apparatus and method for producing pulp, and high concentration pulper |
| CA2754662C (en) | 2010-05-07 | 2015-07-07 | Abengoa Bioenergy New Technologies, Inc. | Process for recovery of values from a fermentation mass obtained in producing ethanol and products thereof |
| US9371612B2 (en) | 2011-02-22 | 2016-06-21 | Andritz Inc. | Method and apparatus to produce pulp using pre-hydrolysis and Kraft cooking |
| FI126512B (en) | 2011-03-09 | 2017-01-13 | Nanorefix Oy | Method for separating lignin from plant material and product obtained |
| MY169376A (en) | 2012-03-12 | 2019-03-26 | Georgia Pacific Llc | Method for producing levulinic acid from lignocellulosic biomass |
| US20160130752A1 (en) * | 2013-05-29 | 2016-05-12 | Kiram Ab | Method for the treatment of spent pulping liquor for the removal and production of a lignin containing product |
| CN104499370B (en) * | 2014-11-25 | 2017-01-11 | 南通新世纪机电有限公司 | Adhesive film paper dipping drying method |
| CN105860091A (en) * | 2016-05-24 | 2016-08-17 | 安徽瑞丝环保能源有限公司 | Device for extracting lignin by water-assisted dissolution |
| SE540305C2 (en) * | 2017-02-07 | 2018-06-05 | Valmet Oy | System and method for silica removal in a pulping process |
| CN106939526B (en) * | 2017-05-17 | 2018-06-29 | 四川省犍为凤生纸业有限责任公司 | A kind of pulping system of Environment-friendlyfood-grade food-grade true qualities bamboo pulp |
| CN109092212B (en) * | 2017-06-20 | 2024-03-22 | 北京化工大学 | Single-bed two-stage continuous operation furfural and paper pulp and lignin poly-generation system and method |
| FI129846B (en) * | 2019-02-01 | 2022-09-30 | Andritz Oy | Method for producing oxidized lignin in kraft pulp mill |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB583074A (en) * | 1945-03-07 | 1946-12-06 | English Cellulose Derivatives | Improvements relating to processes for the production of cellulose pulp |
| DE2215739C2 (en) * | 1971-04-09 | 1985-05-15 | Kilborn Engineering Ltd., Toronto, Ontario | Process for pulping chopped wood |
| EP0012775B1 (en) * | 1978-12-20 | 1984-05-16 | Eric S. Prior | Process for pulping ligno-cellulosic material |
| SE434283B (en) * | 1982-12-01 | 1984-07-16 | Mo Och Domsjoe Ab | PROCEDURE FOR DELIGNIFICATION OF CELLULOSAMASSA WITH NITROGEN OXIDES AND Oxygen |
| EP0364632A1 (en) * | 1988-10-17 | 1990-04-25 | Zeneca Limited | Production of lignin |
| US5944953A (en) * | 1996-03-12 | 1999-08-31 | Le Centre Specialise En Pates Et Papiers (Cspp) Du College D'enseignement General Et Professionnel De Trois-Riveres | Process for simultaneous mechanical and chemical defibration of corn stalks and straw materials |
| FI122654B (en) * | 1997-12-08 | 2012-05-15 | Ovivo Luxembourg Sarl | Process for making paper cellulose pulp |
| US20030041982A1 (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-06 | Prior Eric S. | Organic biomass fractionation process |
| AU2003291874A1 (en) * | 2003-06-03 | 2005-01-21 | David Tarasenko | Method for producing pulp and lignin |
-
2005
- 2005-12-07 AT AT05816018T patent/ATE553246T1/en active
- 2005-12-07 RU RU2008126769/12A patent/RU2383675C1/en not_active IP Right Cessation
- 2005-12-07 CN CNA2005800522284A patent/CN101326326A/en active Pending
- 2005-12-07 WO PCT/CA2005/001862 patent/WO2007065241A1/en active Application Filing
- 2005-12-07 AU AU2005338842A patent/AU2005338842B2/en not_active Ceased
- 2005-12-07 BR BRPI0520735A patent/BRPI0520735B1/en not_active IP Right Cessation
- 2005-12-07 EP EP05816018A patent/EP1969175B1/en not_active Not-in-force
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008126769A (en) | 2010-01-20 |
| CN101326326A (en) | 2008-12-17 |
| AU2005338842A1 (en) | 2007-06-14 |
| WO2007065241A1 (en) | 2007-06-14 |
| BRPI0520735A2 (en) | 2009-05-26 |
| ATE553246T1 (en) | 2012-04-15 |
| EP1969175B1 (en) | 2012-04-11 |
| AU2005338842B2 (en) | 2011-08-11 |
| EP1969175A1 (en) | 2008-09-17 |
| BRPI0520735B1 (en) | 2017-05-09 |
| EP1969175A4 (en) | 2011-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2383675C1 (en) | Process of industrial cellulose pulp, native lignin and unicellular protein production, which is carried out in catalytic reactor | |
| US7396434B2 (en) | Catalytic reactor process for the production of commercial grade pulp, native lignin and unicellular protein | |
| CA1100266A (en) | Organosolv delignification and saccharification process for lignocellulosic plant materials | |
| CA1245011A (en) | Countercurrent acid hydrolysis | |
| CA2786949C (en) | Method for scale removal during a lignocellulosic conversion process | |
| US20040244925A1 (en) | Method for producing pulp and lignin | |
| RU2534067C2 (en) | Method of obtaining cellulose from lignocellulose-containing biomass | |
| CN1352716A (en) | Method for separating lignocellulose-containing biomass | |
| US9382283B2 (en) | Oxygen assisted organosolv process, system and method for delignification of lignocellulosic materials and lignin recovery | |
| CN105274894B (en) | A kind of method that metal catalytic organic acid separates lignocellulosic component | |
| CN110230228A (en) | The method of stalk coproduction cellulosic material, furfural and lignin | |
| JP2015525313A (en) | Chemical pulp manufacturing method | |
| CN109706769A (en) | A kind of method that organic acid separation lignocellulosic is blended in small molecule aldehyde organic matter | |
| CN103526623B (en) | A kind of xylanase pretr eatment improves the method for soda-oxygen pulping effect | |
| CN103556517A (en) | Method for improving oxygen-alkali pulping effect through laccase pretreatment | |
| Cabrera et al. | Integrated forest biorefineries: green liquor extraction in eucalyptus wood prior to kraft pulping | |
| CA2529228C (en) | A novel catalytic reactor process for the production of commercial grade pulp, native lignin and unicellular protein | |
| US20140187760A1 (en) | Lignin Precipitation Methods | |
| EP3333310B1 (en) | Method and system for treating biomass | |
| RU2750146C2 (en) | Methods for obtaining bioplastics and bioproducts from manure | |
| CA1173602A (en) | Process for producing special high alpha-cellulose pulps by means of a multistage cook including an acid prehydrolysis | |
| RU2763880C1 (en) | Method for producing cellulose from miscanthus for chemical processing | |
| NZ568905A (en) | A novel catalytic reactor process for the production of commercial grade pulp, native lignin and unicellular protein | |
| CA1088260A (en) | Process for manufacturing a semifinished product from ground vegetable raw material | |
| RU2793493C2 (en) | Method for manufacturing soluble wood fibre pulp |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181208 |