187696. lajstromszámú szabadalom • Szakaszos eljárás furfurol előállítására, pentozán-tartalmú növényi hulladékokból és pentóz oldatokból
1 187 696 2 b) Ha a kigőzölést a maximális furfurolhozam érdekében optimalizáljuk. c) Ha a képződött furfurolt a savakból, lehetőleg hidegen elválasztjuk. Eljárásunk fő célkitűzése a furfurolkihozatal javítása valamennyi meghatározó folyamat egy időben való kedvezőbbé tételével. A találmány tehát eljárás furfurol előállítására pentozántartalmú növényi hulladékokból és/vagy pentózoldatokból, amelynek során a növényi hulladékot és/vagy pentózoldatokat tartalmazó biomasszát savasan hidrolizáljuk emelt hőmérsékleten - célszerűen 110-180 °C-on - és a kapott furfurolt kigőzöléssel elkülönítjük. A találmány lényege abban van, hogy a hidrolízis során a biomassza tömegét 5-I5-szörös tömegű, 4-8 tömeg% ásványi savat tartalmazó vízzel érintkeztetjük, és a hidrolízist 0,5-2 tömeg% mennyiségű három vegyértékű fém-oxid vagy fémsó jelenlétében végezzük, miközben a furfurolt a savas melléktermékek koncentrációjának mértékében gőzöljük ki, majd a kigőzöléssel kapott kondenzátumot apoláris ioncserélőn vezetjük át, amelyről a furfurolt ismert módon, előnyösen alkohollal, aluáljuk. Találmányunk szerint a biomassza tömegét 5.. .15-szörös tömegű folyadékfázissal érintkeztetjük, így a reaktortérben csupán 10.. .50 g/1 pentózkoncentrációjú vizes oldat képződhet. A folyamatok gyorsítására a folyadékfázis 4.. .8 tömeg% kénsavat tartalmaz, a mellékreakciók visszaszorítására pedig 1 tömeg% mennyiségben vagy nyers foszfátport, vagy vörösiszap port tartalmaz. A reakciót 145.. . 165 °C-on kell végrehajtani úgy, hogy a reaktorteret kívülről fűtjük, így külön gőz bevezetése nélkül a vizes fázist adott ütemben elpárologtathatjuk, illetve a furfurolban dús fázist kondenzáltathatjuk. Mivel elméleti és gyakorlati úton is kimutatható, hogy a furfurolkihozatal nemcsak a kiforralt furfuroltartalmú vízgőz mennyiségével, hanem ciklikus üzemben az elvitel ütemezésétől is függ (Marton Gy.-Vass J.-Hung. J. Ind. Chem. 4. 179-199, 1976) azonos gözmennyiség elvétel esetén akkor kapunk maximális furfurolhozamot, ha a gőzelvételt a főként szerves savakból álló melléktermékek koncentrációjának növekedésével arányosan végezzük. A vizes fázis 90%-os elpárologtatását maximálisan 1 óra alatt el kell végezni. A kondenzként kapott híg furfurololdatot jelentős ecet- és hangyasavtartalma miatt 25 °C-ra hűtjük, a lebegő szennyeződésektől megszűrjük, majd egy eddigiekben nem alkalmazott „hideg” eljárást alkalmazunk, mely gazdaságosan alkalmazható híg vizes oldatból való furfurol szelektív kinyerésére. E szerint szűrés után olyan adszorpciós műgyanta oszlopon vezetjük át a vizes oldatot, ami csak a furfurolt adszorbeálja. A savtartalmú kondenz további feldolgozásra (savkinyerésre) kerülhet. Az oszlopon megkötött furfurolt metanollal célszerű leoldani. A furfurol-metanol elegy két egyensúlyi tányérnak megfelelő oszlopban szétrektifikálható. Ugyanez az eljárás követendő 10... 150 g/I koncentrációjú pentózoldat feldolgozása esetén is. Ha szilárd növényi anyagból végeztük a furfurol előállítást, a visszamaradó, sötétbarna biomassza nedvességtartalma mintegy 80 s%. A nedves maradék préseléssel tömöríthető, brikettálható anélkül, hogy kötőanyagra szükség lenne. A nedves tömör rítmény 20 °C-os, 70-80% relatív nedvességtartalmú levegőn 4-5 nap alatt kiszárad. Az így nyert brikett fűtőértéke 10 000...15 000 kJ/kg, hamujának mennyisége a száraz anyagra számítva 5-6 s%. A találmányt részletesen kiviteli példán ismertetjük. Példa 1 kg 8 s% nedvességtartalmú és 14,5 s% potenciális furfuroltartalmú nádszárzúzalékot (effektiv részecskemérete 10-20 mm) 8 literes, 6 s%-os kénsav oldatban áztatunk, majd egy 10 literes saválló acélból készült konténeres reaktorba helyezünk, ami külső olajfütéssel rendelkezik, célszerűen 180-190 °C-os olajhőmérséklettel. A mellékreakciók visszaszorítására 1,5 tömeg% mennyiségben vörösiszap port adagolunk. Amikor a reakcióelegy 120 °C-os hőmérsékletet ér el, megindítjuk a kigőzölést. A kigőzölést úgy ütemezzük, hogy a kondenzátort elhagyó vizes fázis árama arányos legyen a képződő savas melléktermékek koncentrációjával, azaz a kondenzátum vezetőképességével, és óránként 7 liter kondenzátum képződjék. A reaktortér véghőmérséklete 155-165 °C legyen. A kapott* 7 liter kondenzátum furfuroltartalma átlagosan 15 g/1, szervessav-tartalma 10 g/1, vagyis a furfurol hozama 77%. Ezután a hűtőt elhagyó, szűrt kondenzátumot egy 2 liter töltettérfogatú apoláris (például AMBERLITE XAD-4) adszorpciós műgyanta tartalmú oszlopon vezetjük át. (Az átfolyó oldat savtartalma rektifikációval kinyerhető!) Az oszlopon megkötött furfurolt 2 liter metanollal eluáljuk. A metanolos eluátum 50 g/1 furfurol-tartalmú lesz, vagyis a művelet hatásfoka 95%. A furfuroltartalmú metanol tányéros rektifikáló oszlopon fejtermékként, a furfurol pedig 99% tisztaságban fenéktermékként megkapható. E művelet hatásfoka 92%. A furfurolkinyerés teljes hatásfoka tehát 67%. A reaktorból kijövő szilárd maradékanyag nedvesen brikettálható, térszárítóban tüzelésre alkalmas mértékig szárítható. Szabadalmi igénypont Szakaszos eljárás furfurol előállítására pentozántartalmú növényi hulladékokból és/vagy pentózoldatokból, amelynek során a növényi hulladékot és/vagy a pentózoldatokat tartalmazó biomaszszát savasan hidrolizáljuk emelt hőmérsékleten - célszerűen 110-180 °C-on - és a kapott furfurolt kigőzöléssel elkülönítjük, azzal jellemezve, hogy a hidrolízis során a biomassza tömegét 5-15-szörös tömegű, 4-8 tömeg% ásványi savat tartalmazó vízzel érintkeztetjük, és a hidrolízist 0,5-2 tömeg0 (1 mennyiségű, előnyösen 1,5 tömeg% mennyiségű, három vegyértékű fém-oxid vagy fémsó jelenlétében valósítjuk meg, miközben a furfurolt a savas melléktermékek koncentrációjának mértékében gőzöljük ki, majd a kigőzöléssel kapott kondenzátumot apoláris ioncserélőn vezetjük át, amelyről a furfurolt ismert módon, előnyösen alkohollal, elualjuk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Ábra nélkül 3
