Способ получения фурфурола

/ сокая длительность процесса (150 мин стадии отгонки фурфурола), высокий расход катализатора (200-590 кг серной Кислоты на 1 т фурфурола), водяного пара (35-50 т/т фурфурола). Целлолигниновь 1 й остаток, образующийся после отгонки фурфурола, содержит 24 оставшейся серной кислоты, что значительно затрудняет его использование.Задачей изобретения является интенсификация процесса отгонки фурфурола, снижение расхода катализатора, водяного пара и отходов производства.Задача достигается тем, что способ получения фурфурола включает пропитку сырья катализатором при повышенной температуре, отжим избытка катализатора, прогрев пропитанного сырья с последующей отгонкой фурфурола водяным паром при повышенной температуре и избыточном давлении. В качестве катализатора используют отход производства - лютер фурфурольной колонны, содержащий 1,2-1,8 уксусной и 0,1-0,2 муравьиной кислот и имеющий температуру 90-105 С. В лютер дополнительно вводят сильные минеральные кислоты - серную, или фосфорную, или азотную в количестве 90-120 от содержания активных зольных элементов сырья. Процесс отгонки фурфурола ведут при температуре 185-200 С и избыточном давлении 1,0-1,4 МПа в течение 90-120 мин.Использование лютера позволяет снизить количество отходов производства и прогреть сырье до температуры 60-80 С. Содержащиеся в лютере муравьиная и уксусная кислоты являются селективными катализаторами образования фурфурола. Для устранения негативного влияния зольных элементов сырья на процесс образования фурфурола в лютер дополнительно вводят сильные минеральные кислоты - серную, или фосфорную, или азотную. Эти кислоты взаимодействуют с азотистыми веществами сырья с образованием сульфатов, фосфатов или нитратов аммония, являющимися дополнительными катализаторами образования фурфурола. Количество вводимых минеральных кислот соответствует содержанию активных зольных элементов растительного сырья и равно 90-120 от их содержания. Уменьшение количества минеральных кислот менее 90 активных зольных элементов растительного сырья приводит к неполной нейтрализации этих элементов. Вследствие этого выход фурфурола снижается. Увеличение количества минеральных кислот более 120 приводит к накоплению свободной кислоты в целлолигнине, что отрицательно сказывается на его последующем использовании.Отгонку ведут водяным паром при температуре 185-200 С. Применение указанного интервала температур позволяет инициировать процесс образования фурфурола, повысить его селективность и тем самым снизить потери фурфурола при его удалении из реактора. Снижение температуры ниже 185 С приводит к замедлению скорости процесса и снижению выхода фурфурола вследствие протекания побочных реакций. Увеличение температуры более 200 С также приводит к снижению выхода фурфурола вследствие чрезмерно высокой скорости образования фурфурола и невозможности быстрого его удаления из реактора. Избыточное давление процесса отгонки фурфурола обусловлено суммой парциальных давлений паров воды, фурфурола, уксусной кислоты и других летучих продуктов и зависит от температуры процесса и устанавливается автоматически. Время процесса отгонки фурфурола (90-120 мин) обусловлено скоростью образования фурфурола. Снижение времени менее 90 мин приводит к снижению выхода фурфурола из-за его неполного удаления из реактора. Увеличение времени отгонки более 120 мин не дает значительного увеличения выхода фурфурола и при этом приводит к дополнительному расходу водяного пара.Способ поясняется следующими примерами.В качестве сырья используют измельченные до размеров частиц 5-35 мм стебли кукурузы влажностью 20 с активной зольностью 0,020 г-экв на 100 г абсолютно сухого сь 1 рья (а.с.с). Навеску сырья массой 187,5 г (150 г а.с.с.) загружают в реактор объемом 1 дмз. В реактор заливают 610 мл лютера фурфурольной колонны, содержащего 1,64 уксуснойИ 0,12 муравьиной кислот, в который Добавлено 0,030 г-экв серной Кислоты (100 от содержания активных зольных элементов). Температура лютера составляет 95 С. Реактор герметизируется, и смесь сырья и лютера выдерживают 10 мин. Затем в реактор подают водяной пар, поднимают давление до 0,02 МПа и отжимают свободную жидкость. Количество отжатой жидкости составляет 380 см 3. В отжатой жидкости содержится 1,21 уксусной и 0,06 муравьиной кислот, свободная серная кислота отсутствует. Пропитанное сырье прогревают перегреть 1 м до 240 С водяным паром до температуры 190 С и ведут сгонку фурфурола при давлении 1,2 МПа в течение 100 мин. Во время сгонки получают 460 см 3 конденсата с содержанием фурфурола 4,33 . Методом ректификации из конденсата выделяют 17,85 г фурфурола. Расход сырья составляет 8,40 г/г фурфурола, катализатора (серной кислоты) - 0,082 г/г фурфурола. В процессе выделения фурфурола образуется 610 см 3 лютера. Общий расход пара (в пересчете на воду) на прогрев сырья, отгонку фурфурола и ректификацию конденсата составляет 530 смз. Удельный расход пара составляет 29,7 г/г фурфурола. Количество отходов производства (отжимных вод) составляет 380 см 3 или 21,3 см 3/г фурфурола. Целлолигниновый остаток имеет волокнистую структуру и содержит 37,6 клетчатки, 2,4 сахаров, 1,8 сырого протеина, 1,4 уксусной кислоты,свободная серная кислота отсутствует. Он пригоден для приготовления грубых кормов,изготовления строительных материалов либо в качестве топлива.В качестве сырья используют измельченную солому рапса с влажностью 14 и активной зольностью 0,014 г-экв на 100 г а.с.с. Навеску сырья массой 174,4 г (150 г а.с.с.) загружают в реактор и заливают 570 см 3 лютера, в который добавлено 0,023 г-экв фосфорной кислоты (110 от активных зольных элементов сырья). Пропитку сырья, отгонку фурфурола и ректификацию конденсата проводят по условиям примера 1. Получают 12,1 г фурфурола, 570 см 3 лютера и 360 смз отжимных вод. Расход сырья составляет 12,4 г/г фурфурола, катализатора (фосфорной кислоты) - 0,062 г/г фурфурола. Удельный расход пара составляет 40,4 г/г фурфурола, а отходов производства (отжимных вод) составляет 29,7 смз/г фурфурола. Целлолигниновый остаток содержит 39,4 клетчатки, 3,7 сахаров, 1,4 сырого протеина, 1,5 уксусной кислоты, 0,03 фосфорной кислоты. Остаток пригоден для приготовления грубых кормов, изготовления строительных материалов либо в качестве топлива.В качестве сырья используют измельченные древесные отходы фанерного производства с влажностью 26 и активной зольностью 0,004 г-экв на 100 г а.с.с. Навеску сырья массой 202,7 г ( 150 г а.с.с.) загружают в реактор и заливают 540 смз лютера, в который добавлено 0,0054 г-экв азотной кислоты (90 от активных зольных элементов сырья). Пропитку сырья, отгонку фурфурола и ректификацию конденсата проводят по условиям примера 1. Получают 10,2 г фурфурола, 540 см 3 лютера и 330 см 3 отжимных вод. Расход сырья составляет 14,7 г/г фурфурола, катализатора (азотной кислоты) - 0,033 г/г фурфурола. Удельный расход пара составляет 54,5 г/г фурфурола, а отходов производства (отжимных вод) - 33,4 смз/г фурфурола. Целлолигниновый остаток имеет волокнистую структуру и не содержит свободных минеральных кислот и пригоден для изготовления древесноволокнистых плит или в качестве топлива.Примеры 4-6 выполнены аналогично условиям примера 1 с использованием в качестве сырья стеблей кукурузы. Отличия состоят в параметрах стадии пропитки сырья и отгонки фурфурола Примерь 1 7-8 выполнены аналогично условиям примера 3 с использованием в качестве сырья древесных отходов фанерного производства.Условия проведения процесса приведены в табл. 1, а показатели процесса - в табл. 2.м) при Пропитка Отгонка фурфурола Мера ВИД СЫРЬЯ ВИД катализатора Расход катализатора, Температура, Давление, Время, от активной зольности С МПа МИН1 стебли Кукурузы лютер серная кислота 100 190 1,2 1002 солома рапса лютер фосфорная кислота 110 190 1,2 1004 стебли кукурузы лютер серная кислота 80 180 1,0 805 стебли кукурузы лютер серная кислота 120 200 1,4 1206 стебли кукурузы лютер серная кислота 130 205 1,6 1407 Древесные ОТХОДЫ лютер серная кислота 100 185 1 0 120фанерного производства 8 Древесные ОТХОДЫ лютер серная кислота 90 200 1,4 90 фанерного производства Древесные отходы 9 фанерного производства вода серная кислота 2050 170 0,8 150(прототип) 10 стебли Кукурузы вода серная кислота 408 170 0,8 150Таблица 2 Показатели процесса получения фурфуролаНе Расход СЫРЬЯ Расход Катали- Расход Пара Г/Г Количество сточ- Состав Целлолигнина, от а.с. Целлолигнина Зри г/г фурфурола Батгрра 1 фурфуродта НХ ВД ста/Г КЛ ТЧаТКа М Н аха а Уксусная Минеральная ер ур уро ур уро е о ос р кислота Кислота 1 8,4 0,082 29,7 21,3 2,4 1,4 отсутствует 2 12,4 39,4 3,7 1,5 0,03 3 14,7 46,3 1,2 0,7 отсутствует 4 16,5 38,4 3 ,6 1,1 отсутствует 5 12,1 0,213 42,7 30,6 3,6 1,4 0,08 6 15,5 4,4 1,3 0,37 7 12,1 1,6 0,4 отсутствует 8 1 1,9 1,4 0,7 отсутствует 9 15,2 2,4 1,6 2,94 10 8,6 0,344 32,7 56,8 1,7 1,5 1,92