способ получения целлюлозы

Формула изобретения

Способ получения целлюлозы путем варки целлюлозосодержащего растительного сырья с добавлением катализатора делигнификации, включающего антрахинон, отличающийся тем, что в качестве катализатора делигнификации используют отход производства антрахинона, получаемого каталитическим парофазным окислением антрацена, композицию, содержащую антрахинон, фталевый ангидрид, фенантрен, антрацен, пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Антрахинон 50-95

Фталевый ангидрид 1-30

Фенантрен, антрацен 1-10

Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси 1-15

или отход в виде пасты следующего состава, мас.%:

Антрахинон 21-55

Фталевый ангидрид 1-15

Фенантрен, антрацен 1-7

Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси 1-25

Вода Остальное

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение касается способа получения целлюлозы методом варки целлюлозосодержащего растительного сырья (далее - "сырье") с использованием химически активных веществ, а конкретно - делигнификации сырья с использованием катализатора делигнификации.

Известно [Никитин В. М. "Теоретические основы делигнификации", Москва, Лесная промышленность, 1981 г., т.1], что задачей процесса варки сырья является растворение, разрушение лигнинов, находящихся в межклеточном пространстве сырья, с последующим их выделением при условии максимального сохранения структуры стенок клеток сырья.

Одним из наиболее эффективных катализаторов делигнификации является антрахинон [Holton H. H., Chapman F.L. Kraft hubling with antraquinon, Tappi, 1977, v 60, N 11, p.121-125]. Его применение позволяет улучшить показатели варки сырья по следующим параметрам:

- увеличение выхода целлюлозы;

- уменьшение степени непровара сырья;

- сокращение продолжительности варки;

- сокращение расхода активной щелочи;

- снижение расхода сырья;

- увеличение прочности целлюлозы в сухом и влажном состоянии на разрыв и продавливание;

- ускорение размалываемости целлюлозы;

- снижение дурнопахнущих серосодержащих соединений в выбросах в атмосферу.

Увеличение выхода целлюлозы при использовании добавки антрахинона в процессе сульфатной варки древесины до одинаковой степнеи провара может составить 1,5-2%, при натронном способе до 3-5% при незначительном улучшении показателей механической прочности [Basta J., Samuelson О., Sodium hydroxide cooking with addition of antraquinone. "Svensk Papperstidning". 1981, v.84, N12, p.79-83].

Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозы путем варки целлюлозосодержащего растительного сырья с добавкой катализатора делигнификации - антрахинона (SU 827659, D 21 C 3/02, опубл. 02.10.1981 года).

Однако в связи с тем, что антрахинон является относительно дорогим и дефицитным продуктом, его использование в варке целлюлозы представляется затруднительным. Этим объясняется медленное освоение этого прогрессивного способа варки целлюлозы.

Задачей изобретения была разработка такого способа варки целлюлозы с использованием катализатора, содержащего антрахинон, который бы обеспечил высокие показатели процесса делигнификации при повышении экономичности процесса.

Для решения этой задачи предложен способ получения целлюлозы путем варки целлюлозосодержащего растительного сырья с добавлением катализатора делигнификации, включающего антрахинон, и отличающийся тем, что в качестве катализатора делигнификации используют отход производства антрахинона, получаемого каталитическим парофазным окислением антрацена - композицию, содержащую кроме антрахинона фталевый ангидрид, фенантрен, антрацен, пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси, при следующем соотношении, мас.%:

Антрахинон - 50-95

Фталевый ангидрид - 1-30

Фенантрен, антрацен - 1-10

Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-15

или отход в виде пасты следующего состава, мас.%:

Антрахинон - 21-55

Фталевый ангидрид - 1-15

Фенантрен, антрацен - 1-7

Пиромеллитовый ангидрид, карбазол, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-25

Вода - Остальное

Известно [Ворожцов Н.Н. Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей. -М.: ГОНТИ ХЛ, 1955], что основным способом получения антрахинона является каталитическое парофазное окисление антрацена. Антрацен проходит в токе воздуха через реактор, где происходит его окисление в антрахинон. После протекания реакции антрахинон выделяют из газовой смеси охлаждением в конденсаторах. Обедненная антрахиноном газовая смесь перед выбросом в атмосферу очищается в скрубберах мокрого улавливания, орошаемых водой. В результате переработки антрацена в антрахинон образуются два вида отходов производства антрахинона: шлам после периодической очистки конденсаторов (антрахинон очистки) и паста со скрубберов мокрого улавливания системы очистки отходящих газов (паста антрахинона) с нижеуказанным составом, %.

1. Антрахинон очистки:

Антрахинон - 50-95

Фталевый ангидрид - 1-30

Фенантрен+антрацен - 1-10

Крбазол, пиромеллитовый ангидрид, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-15

2. Паста антрахинона:

Вода - 21-70

Антрахинон - 21-55

Фталевый ангидрид - 1-15

Фенантрен+антрацен - 1-7

Карбазол, пиромеллитовый ангидрид, алкилантрахиноны и другие примеси - 1-25

Выделение чистого антрахинона (с содержанием основного вещества до 98,5%) из этих отходов очень сложно, энергоемко и экономически себя не оправдывает. До настоящего времени эти отходы не использовались, а выбрасывались в отвал или частично сжигались.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Примеры 1-14.

Сульфатную варку целлюлозы марки ОСН осуществляют с применением катализаторов, состав которых приведен в табл. 1, условия варки следующие:

время варки 45 мин; температура 170^oС;

активная Nа₂O - 99,4 г/л; NaOH - 73,2 г/л.

Результаты испытания полученной целлюлозы приведены в табл. 2. В этой же таблице приведены результаты испытания целлюлозы, полученной сульфатной варкой целлюлозы марки ОСН с использованием в качестве катализатора антрахинона.

Как видно из табл. 2, использование отходов антрахинона в качестве катализаторов при непрерывной сульфатной варке целлюлозы марки ОСН позволяет получить выход целлюлозы такой же, как при применении антрахинона, а сопротивление раздиру в отдельных случаях увеличить на 10-60 м.

Примеры 15-20.

Сульфатную варку целлюлозы марки ЦВВ с применением катализаторов, состав которых приведен в таблице, проводят в следующих условиях:

время варки 45 мин; температура варки 175^oС;

активная Na₂O - 94,0 г/л.

Результаты испытания полученной целлюлозы приведены в табл. 3, где одновременно приведены результаты испытаний целлюлозы, полученной сульфатной варкой целлюлозы марки ЦВВ в присутствии антрахинона, а также без катализаторов.

Как видно из табл. 3, использование отходов антрахинона в качестве катализаторов при сульфатной варке целлюлозы марки ЦВВ позволяет повысить выход ~ на 2%, снизить жесткость целлюлозы на 10-12 единиц, снизить процент кепровара в ряде случаев более чем в 2 раза, а также снизить расход Nа₂О на 1,5-2%. При этом остальные показатели находятся на том же уровне, что и показатели целлюлозы, получаемые в результате варки без применения катализатора.

Примеры 21-23.

Натронную варку целлюлозы проводят в следующих условиях:

время варки 100 мин; температура варки 172^oС;

активная Nа₂О - 20,0 г/л.

Результаты испытания полученной целлюлозы приведены в табл. 4. В этой таблице приведены результаты испытаний целлюлозы, полученной в результате натронной варки без катализатора, а также - с применением антрахинона в качестве катализатора. Как видно из табл. 4, натронная варка с применением предлагаемых катализаторов обеспечивает такие же показатели качества обработанной целлюлозы, как и с применением антрахинона в качестве катализатора, по сравнению с целлюлозой, полученной варкой без применения катализатора, обеспечивается повышение выхода на 8-9%, снижение жесткости на 10-11 единиц и значительное уменьшение непровара.

Примеры 24-26.

Моносульфитную варку полуцеллюлозы проводят в следующих условиях:

время варки 30 мин; температура варки 170-172^oС;

активная Na₂О - 22,94 г/л; SО₂ - 70,4 г/л; рН 9,8-9,85

Результаты испытания целлюлозы, полученной в результате варки в присутствии предлагаемых катализаторов, антрахинона, а также в отсутствии катализатора, приведены в табл. 5.

Как видно из табл. 5, предлагаемые катализаторы в условиях моносульфитной варки обеспечивают получение полуцеллюлозы такого же качества, как и при применении антрахинона в качестве катализатора, а по сравнению с полуцеллюлозой, полученной без применения катализатора, обеспечивают повышение выхода, уменьшение расходов SО₂ на варку.

Предлагаемый способ обеспечивает получение целлюлозы хорошего при одновременном повышении экономичности процесса за счет использования в качестве катализатора отходов производства антрахинона. Кроме того, применение предлагаемого способа позволит улучшить экологию производства антрахинона за счет исключения сжигания или захоронения отходов.