Способ получения фурфурола и устройство для его осуществления

 

1. Способ получения фурн})урола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья при 210-220 С в присутствии кислотного катализатора с использованием в качестве теплоносителя парогазов - продуктов термической деструкции сырья с последующим выделением целевого продукта из парогазов конденсацией, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода фурфурола,, нагрев пентозансодержащего сырья проводят циркуляцией парогазов снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырья, предварительно нагретого до 50-60 С при постоянном его ворошении.

COOS COBETCHHX

РЕСПУБЛИК

3 5ц С 07 D 307/50 ь

Ф l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 3502067/23-04 (22) 11.08.82 (46) 23.08.84. Вюл. Ф 31 (72) А.Я.Кулькевиц, Я.А.Пугулис, А.Л.Рейзиня, Н.А.Ведерников, В.А.Завьялов, Я.Я.Зариньш, А.Г.Полманис, В.Г.Баламс, Я.Я.Далбиньш и В.А.Рибиньш (71) Ордена Трудового Красного Знаме ни институт химии древесины АН Латвийской ССР (53) 547.722.06(088.8) (56) 1. Карливан В.П. и др. Экспериментальная установка для получения фурфурола из отходов лесозаготовок методом пиролиза.-"Гидролизная и лесохимическая промышленность", 1981, 1 3, с.б (прототип)...SU.„1109 97 А (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ получения фурфурола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья при 210-220 С в присутствии кислотного катализатора с использованием в качестве теплоносителя парогазов — продуктов термической деструкции сырья с последующим выделением целевого продукта из парогазов конденсацией, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода фурфурола,. нагрев пентозансодержащего сырья проводят циркуляцией парогазов снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырья, предварительно нагретого до 50-60 С при постоянном его ворошении.

1109397

2. Устройство для получения фурфурола, содержащее реактор, включающий цилиндрический корпус, размещенные

Ь нем разравниватель и скребковый выгружатель. соединенные с патрубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения выхода фурфурола, оно снабжено размещенным в реакторе ложным дном с регулируемой величиной отверстий и установленными над ним последовательно скребковым

Изобретение относится к способу получения фурфурола, который используется в органической химии и химии полимеров.

Известен способ получения фурфуро5 ла пиролизом пентозансодержащего сырья при 180-220 С в присутствии в о качестве кислотного катализатора сер ной кислоты с использованием в качест-10 ве теплоносителя парогаэов, образующихся при нагревании сырья, которые подаются в среднюю часть реактора с последующим выделением целевого продукта из парогазов конденсацией.

Способ осуществляется в устройстве непрерывного действия, содержащем цилиндрический. корпус, размещенные в нем разравниватель и скребковый выгружатель, соединенные с патрубками корпуса, загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы $1).

Недостатком известных способа и устройства является низкий выход фурфурола иэ-за неравномерного нагрева и плотности сырья в реакторе по всей

его толще, обусловленный радиальной

30 циркуляцией парогаэов в слое сырья.

Кроме того, снижение выхода фурфурола происходит иэ-за конденсации части паров фурфурола на поверхности сырья, поступающего в верхнюю часть реактора, перегружателем и лопаточным ворошителем, при этом выход системы циркуляции соединен с верхней частью реактора, а вход — с частью реактора, расположенной под ложным дном.

3. Устройство по п.2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что калорифер размещен между выходом системы циркуляции и газодувкой, 4. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов н снабжены патрубками подачи пара или воды.

1 и на стенках гаэодувки, включенной перед калорифером.

Целью изобретения является повышение выхода фурфурола.

Эта цель достигается тем, что согласно способу получения фурфурола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья в присутствии кислотного катализатора при нагревании до 210-220 С парогаэами — продуктами термической деструкции сырья парогаэы циркулируют снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырья, предварительно о нагретого до 50-60 С при постоянном его ворошенни и целевой продукт выделяетсй из парогаэов конденсацией.

При этом устройство для получения фурфурола, содержащее реактор, включающий цилиндрический корпус, размещенные в нем разравниватель и скребковый выгружатель, соединенные с пат- рубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парагазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы, снабжено размещенным в реакторе ложным дном с регулируемой величиной отверстий и установленными над ним последовательно скребковым перегружателем и лопаточным ворошителем, при этом выход системы циркуляции соединен с верхней частью реактора, а вход — с частью реактора, рас30

Пример ° Щепу из отходов лесозаготовок березы и ольхи размером !

8-20 мм с примесью 27,5Х коры, относительной влажностью 42,5Х и с потенциальным содержанием 13,5Х фурфурола непрерывным потоком в количестве 2610 кг/ч подают в червячно-лопастной смеситель и обрабатывают 6Х-ным раствором серной кислоты иэ расчета

1,75Х моногидрата на а.с.д. Обработанную .катализатором щепу загружают шнек-прессом 9 в реактор 1 с полезным объемом 12 3 м, причем щепу в шнекпрессе предварительно подогревают водяным паром путем конденсации его на поверхности щепы. Давление пара на входе в шнек-пресс 2 кгс/см, расход 150 кг/ч, температура щепы на входе в реактор 62 С.

Образующуюся при низкотемпературном термолизе парогазовую смесь через верхний штуцер реактора 1 отводят на циркуляцию (в количестве 27600 м /ч) з 1109397 положенной под ложным дном, калорифер размещен между выходом системы циркуляции и гаэодувкой, а загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов и снабжены патрубками подачи пара или воды.

Ниэкотемпературный термолиз сырья с использованием в качестве теплоносителя парогазов при принудительной их циркуляции через всю толщу мате- !0 риала, находящегося в состоянии постоянного перемешивания и движения сверху вниз за счет непрерывной работы скребкового перегружателя ло- пастного ворошителя и равномерного обтекания газовым потоком путем его равномерного распределения отверстиями ложного дна, создает благоприятные условия для одинакового прогрева частиц материала по всему объему 20 сырья, а постоянное ворошение его исключает образование в толще сырья

"мертвых" зон — уплотнений н пустот.

Это,в свою очередь, снижает аэродинамическое сопротивление потоку паро-.25 газов, что позволяет поддерживать его скорость в пределах 1,5-2 м/с. При такой скорости обдува частиц образовавшийся фурфурол не успевает разлагаться при его выделении из толщи древесных частиц. Все это способствует более полному извлечению фурфурола из пентозансодержащего сырья и увеличению его выхода.

Кроме того, загрузка сырья шнек35 прессом с одновременной обработкой паром позволяет поднять температуру . поступающего в реактор сырья до 5060 С, благодаря чему исключается конденсация проходящих через материал 40 парогазов на поступающем холодном сырье, На это же направлено и подключение калорифера перед газодувкой (в направлении движения потока) в системе циркуляции, потому что исключается тем самым конденсация частиц парогазов на холодных стенках и полостях гаэопчвки.

На чертеже приведено устройство для получения фурфурола (общий вид в

50 разрезе).

Устройство содержит реактор с цилиндрическим корпусом 1 с расположенными в нем разравнивателем 2, лопастным ворошителем 3 и скребковым перегружателем 4, имеющим ложное дно 5 с

55 регулируемыми по величине отверстиями

6, управляемыми с помощью заслонок

7. На дне корпуса реактора располо4 жен скребковый выгружатель 8. Лопастной ворошитель 3, скребковый перегружатель 4 и скребковый выгружатель 8 сидят на одном валу и приводятся во вращение гидроприводом. Сверху к корпусу 1 крепится загрузочный шнекпресс 9, а в нижней части корпуса к приемному бункеру прикреплен выгрузочный шнек-пресс 10. Корпусы шнекпрессов снабжены штуцерами 11 для подачи пара или воды, Система циркуляции состоит иэ газодувки 12 и калорифера 13, соединенных трубопроводами с верхней частью корпуса 1 реактора со стороны калорифера 13, а с нижней

его частью со стороны газодувки 12 в месте, находящемся ниже уровня ложного дна 5. Отбор части парогазов на конденсацию производится из системы циркуляции перед калорифером 13.

Герметизация реактора достигается путем применения в качестве загрузочных и разгрузочных устройств шнекпрессов, создающих достаточно плотную пробку на входе сырья и выходе целлолигнина из реактора.

Производительность работы реактора регулируется положением заслонок 7, рычаги управления которых выведены наружу, а скорость циркулирующего потока парогазов регулируется заслонкой, установленной перед входом в реактор, причем количество парогазов на конденсацию регулируется заслонкой на выходе иэ реактора (He показана).

1109397 и на конденсацию (в количестве

4300 м /ч).

Циркулирующая часть парогазовой смеси вначале поступает в калорифер

13, где подогревается до 213 С, .затем 5 гвзодувкой 12 нагнетается череэ нижний штуцер в нижнюю часть реактора и через отверстия б в ложном дне 5 и толщу сырья опять поступает в верхнюю часть реактора 1.

Благодаря вращению вала реактора

1 скребковый перегружатель 4 непрерывно перегружает сырье из верхней части реактора в нижнюю через регулируемь1е отверстия 6 в ложном дне 5, а ворошитель 3 своими лопастями обеспечивает постоянное ворошение сырья в верхней части реактора. Разравниватель 2 равномерно распределяет поступающее сырье по всему объему реак- >О тора 1. Все это обеспечивает противоточную обработку сырья парогазовой смесью снизу вверх при постоянном

его ворошении.

Из нижней части реактора 1 твердый остаток низкотемпературного термолиза сырья — целлолигнин скребковым выгружателем 8 и шнек-прессом

10 выгружают из реактора. Для предотвращения самовозгорания целлолиг- ЗО нина в корпус шнек-пресса 10 подается вода в количестве 180 кг/ч.

Парогазы, идущие на конденсацию, поступают в кожухотрубчатый теплообменник. В результате конденсации парогазов в количестве 4300 м /ч .(2680 кг/ч), постоянно отбиравшихся на конденсацию, получают фурфуролсодержащий конденсат в количестве

2570 кг/ч с содержанием 133,5 кг/ч 40 фурфурола и 128 кг/ч летучих кислот в пересчете на уксусную. Неконденсирующиеся газы в количестве 110 кг/ч выбрасываются в атмосферу.

Выход фурфурола из перерабатываемого сырья составляет

113 5 кг/ч ° 100 Ж

100-42 5

2610 кг/ч

В установившемся режиме (через

2 ч после пуска реактора) процесс характеризуется следующим параметрами; температура циркулирующей паро55 газовой смеси на входе в реактор

210-215 С, на выходе из реактора 102110 С, скорость парогазовой смеси по свободному сечению реактора в нижней части 1,97 м/с, в верхней части 1,57 м/с, число оборотов вала реактора 0,8 об/мин, скорость прохождения сырья через реактор 6 м /ч.

Предельные значения скорости газового потока установлены экспериментально и эта зависимость приводится в эабл.1.

1 Таблица 1

Скорость, м/с

Выход фурфурола, X от а.с.д.

7,1

О,б

7,3

0,8

7,8

8,0

1,2

8,5

8,8

8,9

1,6

8,9

9,0

2,0

9,0

8,9

3,0

Из приведенной табл. 1 видно, что выход фурфурола постоянно увеличивается с увеличением скорости парогазовой смеси до 2,0 и/с. Дальнейшее увеличение скорости теплоносителя практически не влияет на выход фурфурола, а при увеличении ее свыше

2, О м/с происходит даже снижение выхода фурфурола за счет выноса сырья и уменьшения времени его нахождения в зоне реакции. Выбран нижний предел скорости, равный 1,5 и/с, а верхний — 2,0 м/с по следующим соображениям. Нижний предел соответствует началу снижения прироста выхода фурфурола, а верхний — максимальному выходу. Ведение процесса при скорости потока выше 2 м/с экономически нецелесообразно из-за большого рас"

7 1109397 хода энергии на усиленную циркуляцию потока. Примеры на проведение процесса в указанных пределах скоростей газового потока, количества кислоты, используемой в качестве катализатора, приведены в табл.2.

Таблица

Параметры процесса

1,75 2,0

2610

2610

2610

1,75

1,75

26460

30870

35280

На входе в реактор

215

215

215

120

120

120

132,0

133,5

135,0

8,8

9,0

8,9 те с серной кислотой, находящейся на поверхности сырья.

Во-вторых, усилие, необходимое для создания шнек-прессом плотной непроницаем<ф для воздуха пробки из щепы, подогретой до 50-60 С, в 2-3 раза меньше, чем для холодной щепы, что требует более мощного шнека и приво да. Указываемая температура 50-60 С является средней или условной и получается расчетным путем. Величины средней условной температуры щепы приведены в табл.3.

Таблица 3

193,5

177,4

1,5

1,2

100 га

2610

8 9

Количество щепы с отн. влажностью

42,5%, кг

Расход 6%-ной серной кислоты, считая на абс. сухую щепу 1%

Количество циркулирующей парогазовой смеси, м /ч

Температура циркулирующей парогазовой смеси, С:

На выходе из реактора

Количество фурфурола в фурфуролсодержащем конденсате, кг

Выход фурфурола из перерабатываемого сырья, %

Необходимо также, чтобы предварительная температура щепы была 5060 С.

Во-первых, при таком подогреве щепы исключается B0$MoxHOcTb конден-,1О сации проходящей через материал парогазовой смеси, что имеет место при ее контакте с холодным сырьем. При этом на поверхности холодного сырья в первую очередь конденсируются более вы- 4 сококипяшие компоненты парогазовой

1 смеси, в том числе и фурфурол, который сразу же разрушается при контакСкорости газового потока, м/с

1109397

1О

Продолжение табл. 3

2610

145, 1

128, 9

100

1,0

8,9

9610

0,8

1ОО го

9,0

В действительности же механизм нагрева щепы и ее температура следующие. Исходное сырье за время движения в шнеке подвергается воздействию пара давлением 1,2 кгс/см (в нашем конкретном случае) и температуры

100 С в течение одной минуты. За это время поверхность сырья (щепы) нагревается до 100 С, а внутри— значительно меньше. Зная количество подводимого пара (массу пара) и его температуру или массу сконденсированного пара, а также начальную температуру, теплопроводность и теплоемкость сырья, легко рассчитать среднюю температуру сырья. 25

Расход тепла на получение 1 кг фурфуролсодержащего конденсата составляет 638 ккал против 712 ккал по известному способу. Снижение тепловых затрат происходит за счет более высо-" кой производительности процесса получения фурфурола.

Измеренная средняя скорость парогазовой смеси в реакторе по известному способу составляет 0,6 м/с.

Вначале парогазы, идущие на конденсацию, поступают в кожухотрубчатый теплообменник. В результате конденсации парогазов в количестве 1320 кг/ч, постоянно отбирающихся на конденсацию, получают фурфуролсодержащий конденсат в количестве 1316 кг/ч с содержанием 38,2 кг фурфурола и 28,6 кг летучих кислот в пересчете на уксусную. Неконденсирующиеся газы после промывки в количестве 4?,4 кг/ч выбрасываются в атмосферу. Далее конденсат вместе с промывными водами от очистки неконденсирующихся газов поступает на выделение и очистку фурфурола в трехколонном аппарате, состоящем из основной колонны с 41 колпачковыми тарелками, работающей при атмосферном давлении, и двух вакуум-ректификационных колонн обезвожнвающей (16 тарелок) и отгонной (30 тарелок).

После отгонки получают фурфурол в количестве 31,0 кг/ч — 90X 1 сорта и

10X II сорта.

Выход фурфуфола по предлагаемому способу достигает 8,5"9,0Ж от а,с.д., что превосходит выход фурфурола по известному способу в

1,12- I,32 раза (6,8-7,67).

1109397

Сырье

Составитель Э.Скачкова

Редактор В.Данко Техред М.Надь

Корректор С.Шекмар

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 5995/16 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5