Способ обработки водного вытекающего потока

Изобретение относится к способу обработки вытекающего водного потока, полученного в ходе получения фурфурола, который осуществляется посредством подвергания вытекающего водного потока, содержащего по меньшей мере один органический растворитель, выбранный из изофорона и метил-изобутил кетона, фурфурол и воду, азеотропной дистилляции с получением потока дистиллята и обработанного вытекающего потока. Изобретение также относится к способу получения фурфурола с применением метил-изобутил-кетона и изофорона в качестве растворителей для фурфурола, в котором метил-изобутил-кетон, изофорон и фурфурол удаляют из водного вытекающего потока на одной стадии азеотропной дистилляции. Технический результат - разработан новый способ обработки вытекающего водного потока, полученного в ходе получения фурфурола, с получением потока дистиллята и обработанного вытекающего потока, имеющего более низкие значения BOD и COD, позволяющий получить фурфурол с высоким выходом. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил., 5 пр.

 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу обработки водного вытекающего потока. В частности настоящее изобретение обеспечивает способ обработки вытекающего водного потока, полученного в ходе получения фурфурола из лигноцеллюлозного сырья. В частности способ включает процесс одновременной дистилляции и извлечения органических растворителей из вытекающего водного потока с применением методики азеотропной дистилляции. Указанный способ в частности относится к обработке вытекающего водного потока, содержащего органические растворители, например, MIBK (метилизобутилкетон) и ISP (изофорон) в качестве растворителей для фурфурола, которые образуют азеотропы с водой. Кроме того, указанный способ существенно уменьшает COD (Химическое потребление кислорода) и BOD (Биохимическое потребление кислорода) указанного вытекающего потока.

Уровень техники

Биомассы в качестве сырья, в частности, лигноцеллюлозная биомасса, как например потоки отходов, производимые в качестве побочного продукта низкой ценности в различных промышленных секторах, таких как сельское хозяйство, являются альтернативой ископаемому топливу, особенно в отношении глобального изменения климата. Лигноцеллюлозная биомасса является наиболее широко доступным возобновляемым сырьем на земле, включающим, но не ограничивающимся этим, например, потоки отходов, образующиеся в качестве побочного продукта с низкой ценностью в различных отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство (например, пустые фруктовые пучки, кукурузная солома, солома, жмых) или лесное хозяйство (например, остатки лесопилки, остатки целлюлозного завода).

Лигноцеллюлозная биомасса [LCM], как правило, состоит из около от 35 до 55% целлюлозы, от 15 до 35% гемицеллюлозы и от 15 до 35% лигнина. Один из продуктов, доступных при обработке лигноцеллюлозной биомассы является фурфурол.

Что касается защиты глобального климата, существует необходимость в оптимизированных методах и процессах для производства фурфурола, например, путем сокращения технологических стадий, предотвращения отходов и загрязнения окружающей среды и, таким образом, сокращения существующих в настоящее время затрат и усилий для будущих поколений.

Промышленные вытекающие водные потоки, как они возникают, например, при производстве фурфурола, могут содержать различные количества органических или неорганических веществ. Эти вытекающие потоки требуют строгой химической или биологической обработки перед сбросом в природные потоки или повторного использования в промышленной или сельскохозяйственной деятельности. Композиционная сложность промышленных вытекающих потоков зависит от процесса, в котором они образуются, и является важным аспектом для безопасной и эффективной очистки этих вытекающих потоков. Многие органические загрязняющие компоненты этих вытекающих потоков представляют собой обычные растворители, используемые в химическом синтезе. Есть и другие органические компоненты сложной природы, которые трудно разлагаются в природе и опасны для различных форм жизни. Было описано много способов очистки промышленных водных вытекающих потоков или потоков сточных вод с использованием различных типов физических, химических или биологических процессов. Тем не менее, выбор этих процессов в значительной степени зависит от композиционной природы очищаемых вытекающих потоков для эффективного использования процессов обработки и положительного результата общей используемой методологии.

В способе получения фурфурола один или более органических растворителей используются во время кислотно-катализируемой дегидратации наряду с водой; и по завершении указанной реакции реакционную массу разделяют на органическую фазу и водную фазу. Образующийся фурфурол переходит в указанную органическую фазу, а водная фаза содержит растворимые продукты реакции. Эта водная фаза или вытекающий водный поток также содержит около 2 мас. % органических растворителей, используемых в растворимой форме. Эти органические растворители и продукты-отходы реакции значительно увеличивают COD и/или BOD указанных потоков, вызывая проблемы эффективного биометанирования и утилизации. Вытекающий поток, имеющий хорошее количество органических растворителей, недостаточно эффективно обрабатывается биологическими процессами из-за его склонности уничтожать или ингибировать рост микроорганизмов, что является ключевым требованием для очистки вытекающих потоков биологическими процессами.

Таким образом, существует потребность в способе обработки вытекающего водного потока, получаемого в ходе получения фурфурола, так чтобы значения COD и BOD для обработанного вытекающего потока были уменьшены.

Задачи изобретения

Задачей настоящего изобретения было создание способа обработки вытекающего водного потока, образующегося при производстве фурфурола, так, чтобы обработанный вытекающий поток имел низкие значения COD и BOD.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа обработки вытекающего водного потока, полученного в процессе производства фурфурола, так чтобы органические растворители в обработанном вытекающем потоке присутствовали в меньших количествах, благодаря чему биометанирование происходит более эффективно, что дополнительно снижает значения COD и BOD.

Задачей настоящего изобретения было обеспечение эффективного способа, в частности непрерывного способа производства фурфурола из различных видов сырья из биомассы, в частности потоков отходов из лигноцеллюлозной биомассы, содержащих ксилозу. Способ должен быть улучшен по сравнению с предыдущими способами предшествующего уровня техники, особенно в том, что не только фурфурол в качестве продукта, но также и добавленные органические растворители полностью извлекаются, т.е. промежуточные продукты, где это применимо, и/или остатки по существу не содержат фурфурол и добавленные органические растворители.

Еще одной задачей было обеспечение благоприятного способа, также с экономической точки зрения, с уменьшенными значениями COD и/или BOD в отношении остатков.

Задача настоящего изобретения также состояла в обеспечении способа, в котором извлекается как можно большее количество продукта (фурфурола) и органических растворителей.

Сущность изобретения

Неожиданно было обнаружено, что когда вытекающий водный поток, содержащий по меньшей мере один органический растворитель, фурфурол и воду, подвергают азеотропной дистилляции, COD вытекающего водного потока уменьшается на от 30% до 45% от первоначального значения COD вытекающего водного потока, и BOD вытекающего водного потока уменьшается на от 20% до 40% от первоначального значения BOD вытекающего водного потока.

Далее, когда обработанный вытекающий поток подвергают стадии биометанирования, COD уменьшается на от 45% до 85% от значения COD обработанного вытекающего потока, и BOD уменьшается на от 35% до 80% от значения BOD обработанного вытекающего потока.

Таким образом, для вытекающего водного потока, общее уменьшение COD составляет от 70% до 90%) от первоначального значения COD вытекающего водного потока, и общее уменьшение BOD составляет от 55% до 85% от первоначального значения BOD вытекающего водного потока.

Кроме того, поток дистиллята содержит верхний органический слой и нижний водный слой, компоненты которого могут быть рециклизованы в основную органическую и водную фазу, соответственно, таким образом, увеличивая общую эффективность способа получения фурфурола.

Задача настоящего изобретения была решена с помощью объекта изобретения, изложенного в пункте 1 формулы настоящего изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения, а также описание и примеры показывают дополнительные варианты выполнения настоящего изобретения.

Способ согласно настоящему изобретению, раскрытый в настоящей заявке, обеспечивает новый способ извлечения органических растворителей и фурфурола, которые способны образовывать азеотропы с водой.

Далее описаны конкретные варианты выполнения настоящего изобретения:

1. В варианте выполнения настоящее изобретение относится к способ обработки вытекающего водного потока посредством подвергания вытекающего водного потока, содержащего по меньшей мере один органический растворитель, фурфурол и воду, азеотропной дистилляции с получением потока дистиллята и обработанного вытекающего потока.

2. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором вытекающий водный поток получают посредством:

i) предварительной обработки лигноцеллюлозной биомассы минеральными или органическими кислотами с получением растворимой С5 фракции сахаров, содержащей ксилозу;

ii) регулирования значения рН растворимой С5 фракции сахаров, полученной на стадии i);

iii) обработки растворимой С5 фракции сахаров с установленным значением рН по меньшей мере одним органическим растворителем с получением потока поступающего материала с водной фазой и органической фазой;

iv) воздействия на поток поступающего материала, полученный на стадии iii), температурой в интервале от ≥160°С до ≤220°С в течение периода времени в интервале от ≥10 минут до ≤2 часов, с получением реакционной массы, содержащей фурфурол;

v) фильтрации реакционной массы со стадии iv) с получением жидкой фракции; и

vi) подвергания жидкой фракции, полученной на стадии v), разделению фаз с получением органической фазы, содержащей фурфурол и по меньшей мере один органический растворитель, и вытекающего водного потока, содержащего по меньшей мере один органический растворитель, фурфурол и воду.

3. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором по меньшей мере один органический растворитель выбирают из группы, состоящей из циклических кетонов, диалкилкетонов и бензольных производных.

4. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 3, в котором циклические кетоны выбирают из группы, состоящей из изофорона, циклогексанона и циклопентанона.

5. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 3, в котором диалкилкетоны выбирают из группы, состоящей из метилизобутилкетона, метилэтилкетона, дипропилкетона, этилбутилкетона, диизобутилкетона, метиламилкетона, метилпропилкетона и 5-метил-2-гексанона.

6. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 3, в котором бензольные производные выбирают из группы, состоящей из толуола, ксилола, втор-бутилфенола, дифенилоксида и метилфенилкетона.

7. Способ согласно одному или более из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-6, в котором по меньшей мере один органический растворитель представляет собой по меньшей мере два органических растворителя.

8. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 7, в котором по меньшей мере два органических растворителя выбирают из группы, состоящей из циклических кетонов, диалкилкетонов и бензольных производных.

9. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 7, в котором по меньшей мере два органических растворителя выбирают из группы, состоящей из изофорона, циклогексанона, циклопентанона, метилизобутилкетона, метилэтилкетона, дипропилкетона, этилбутилкетона, диизобутилкетона, метиламилкетона, метилпропилкетона, 5-метил-2-гексанона, толуола, ксилола, втор-бутилфенола, дифенилоксида и метилфенилкетона.

10. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 7 или 8, в котором по меньшей мере два органических растворителя представляют собой метилизобутилкетон и изофорон.

11. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 10, в котором метилизобутилкетон и изофорон присутствуют при соотношении в интервале от 95:5 до 60:40.

12. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 10 или 11, в котором метилизобутилкетон и изофорон присутствуют при соотношении 80:20.

13. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором соотношение водной фазы и органической фазы на стадии iii) находится в интервале от 1:0.5 до 1:3.5.

14. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором соотношение водной фазы и органической фазы на стадии iii) находится в интервале от 1:0.75 до 1:3.2.

15. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором минеральные или органические кислоты на стадии i) выбирают из группы, состоящей из серной кислоты, фосфорной кислоты, щавелевой кислоты или их смесей.

16. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором значение рН растворимой С5 фракции сахаров на стадии i) регулируют в интервале от ≥1 до ≤2.

17. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором на стадии iv) температура находится в интервале от ≥170°С до ≤210°С.

18. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором на стадии iv) температура находится в интервале от ≥180°С до ≤200°С.

19. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором стадию iv) осуществляют в реакционном сосуде.

20. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 19, в котором реакционный сосуд выбирают из группы, состоящей из автоклава, реактора с мешалкой, реактора механически перемешиваемого типа или непрерывного типа, закрытого реактора с мешалкой периодического действия, реактора идеального вытеснения, непрерывного реактора с мешалкой и непрерывного реактора идеального вытеснения.

21. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 2, в котором на стадии v) реакционную массы фильтруют с применением сепаратора твердой и жидкой фаз, декантатора или декантирующей центрифуги.

22. Способ согласно одному или более из вариантов выполнения настоящего изобретения 2-10, в котором органическая фаза стадии vi) содержит метилизобутилкетон в интервале от ≥55 мас. % до ≤70 мас. %, изофорон в интервале от ≥10 мас. % до ≤20 мас. % и фурфурол в интервале от ≥5 мас. % до ≤10 мас. %.

23. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором вытекающий водный поток имеет значение рН в интервале от ≥1 до ≤2.

24. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором азеотропную дистилляцию проводят при температуре в интервале от ≥80°С до ≤100°С.

25. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором азеотропную дистилляцию проводят при температуре в интервале от ≥90°С до ≤98°С.

26. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором азеотропную дистилляцию проводят при температуре в интервале от ≥94°С до ≤96°С.

27. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором азеотропную дистилляцию проводят при давлении в интервале от ≥650 мм рт.ст. до ≤760 мм рт.ст.

28. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором концентрация по меньшей мере одного органического растворителя в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥0.05 мас. % до ≤2 мас. %.

29. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором концентрация метилизобутилкетона в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥0.15 мас. % до ≤0.85 мас. %.

30. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором концентрация изофорона в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥0.05 мас. % до ≤0.45 мас. %.

31. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором концентрация фурфурола в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥0.1 мас. % до ≤0.5 мас. %.

32. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором концентрация воды в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥50 мас. % до ≤99 мас. %.

33. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, в котором метилизобутилкетон, изофорон, фурфурол и вода в вытекающем водном потоке находятся при соотношении в интервале от 1.5:1:1:200 до 3:1:2:2000.

34. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором обработанный вытекающий поток по существу свободен от метил-изобутил кетона, изофорона и фурфурола.

35. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором поток дистиллята подвергают стадии разделения фаз с получением верхнего органического слоя и нижнего водного слоя.

36. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 35, в котором верхний органический слой объединяют с органической фазой со стадии vi).

37. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 35, в котором нижний водный слой объединяют с вытекающим водным потоком со стадии vi).

38. Способ согласно одному или более из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-37, в котором после азеотропной дистилляции COD вытекающего водного потока уменьшается на от 30% до 45% от первоначального значения COD вытекающего водного потока; и BOD вытекающего водного потока уменьшается на от 20% до 40%) от первоначального значения BOD вытекающего водного потока.

39. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2 дополнительно включающий стадию биометанирования обработанного вытекающего потока после азеотропной дистилляции.

40. Способ согласно одному или более из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-39, в котором когда обработанный вытекающий поток подвергают стадии биометанирования, COD уменьшается на от 48% до 85% от значения COD обработанного вытекающего потока, и BOD уменьшается на от 35% до 80%» от значения BOD обработанного вытекающего потока.

41. Способ согласно одному или более из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-40, в котором для вытекающего водного потока общее уменьшение COD составляет от 70% до 90% от первоначального значения COD вытекающего водного потока, и общее уменьшение BOD составляет от 55% до 85% от первоначального значения BOD вытекающего водного потока.

42. Способ получения фурфурола с применением MIBK (метил-изобутил-кетона) и ISP (изофорона) в качестве растворителей для фурфурола, в котором MIBK, ISP и фурфурол удаляют из водного вытекающего потока на одной стадии дистилляции.

Определение терминов

Нижеследующее описание сделано с целью иллюстрации общих принципов настоящего изобретения и не предназначено для ограничения заявленного в настоящей заявке изобретения. Кроме того, конкретные признаки, описанные в данной заявке, могут использоваться в сочетании с другими описанными признаки в каждой из различных возможных комбинаций и перестановок.

Если иное специально не определено в настоящей заявке, все термины должны пониматься в их самой широкой возможной интерпретации, включая значения, подразумеваемые из описания настоящего изобретения, а также значения, понятные специалистам в данной области техники, и/или определенные в словарях, трактатах и т.д.

Термин «лигноцеллюлозная биомасса», применяемый в настоящей заявке, следует понимать как включающий потоки отходов, производимые в качестве побочного продукта с низкой ценностью в различных отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство (например, пустые фруктовые грозди, кукурузная солома, солома, жмых) или лесное хозяйство (например остатки лесопилки, целлюлозного завода), а также исходный материал (например, древесина, энергетический тростник).

Термин «С5 фракция сахаров» означает поток гидролизата, содержащий С5 и С6 олигомеры сахаров (соответственно пентозаны и глюкозаны) и предпочтительно мономеры (пентозы и гексозы), более предпочтительно в основном пентозы, включая, но не ограничиваясь, арабинозу, рибозу, рибулозу, ксилозу, ксилулозу и ее этерифицированные или эстерифицированные производные; мономерно чистая ксилоза является наиболее предпочтительной.

Термин «поток поступающего материала» относится к предварительно обработанной кислотой лигноцеллюлозной биомассе, из которой нерастворимая фракция была удалена, и растворимая водная С5 фракция сахара, содержащая ксилозу и кислоты, была смешана с органическими растворителями.

Реакционную массу, содержащую фурфурол, получают при воздействии на поток поступающего материала высокой температурой в интервале от ≥160°С до ≤220°С в течение периода в интервале от ≥10 минут до ≤2 часов в реакторе высокого давления.

Термин «азеотропная дистилляция» обычно относится к особой методике добавления другого компонента для получения нового, низкокипящего азеотропа, который является гетерогенным (например, получение двух несмешивающихся жидких фаз).

Термин «четырехкомпонентный азеотроп» относится к азеотропной смеси, имеющей четыре компонента.

Термин «вытекающий водный поток» относится к водной фазе, полученной при разделении фаз жидкой фракции реакционной массы, после удаления органической фазы.

Термин «поток дистиллята» относится к потоку, полученному после азеотропной дистилляции вытекающего водного потока. Поток дистиллята содержит верхний органический слой и нижний водный слой.

Термин «нижний поток» относится к обработанному вытекающему потоку. Обработанный вытекающий поток по существу свободен от MIBK, ISP и/или фурфурола. Обработанный вытекающий поток подвергают биометанированию для дальнейшего уменьшения значений COD и BOD.

Термин "по существу свободный от" в отношении обработанного вытекающего потока, означает, что только следы компонентов MIBK, ISP и/или фурфурола могут присутствовать в смеси, особенно, что аналитические методы для качественного и или количественного обнаружения вышеупомянутых соединений приводят к концентрациям менее 0.1 мас. %. Например, концентрация MIBK находится в интервале от ≥0 мас. % до ≤0.05 мас. %, концентрация ISP находится в интервале от ≥0.01 мас. % до ≤0.05 мас. %, концентрация фурфурола находится в интервале от ≥0.02 мас. % до ≤0.08 мас. %.

Биометанирование относится к процессу, посредством которого органический материал микробиологически превращают в анаэробных условиях в биогаз. Микроорганизмы разрушают органическое вещество посредством каскадов биохимических превращений в метан и углекислый газ.

Химическое потребление кислорода (COD) является показательной мерой количества кислорода, которое может потребляться в результате реакций в измеряемом растворе. Это обычно выражается в массе потребленного кислорода потребляемого по объему раствора. Тест COD может быть использован для определения количества органических соединений в воде. COD полезен с точки зрения качества воды, поскольку позволяет определить, какое влияние окажет вытекающий поток сточных вод на принимающий водоем.

Биологическое потребление кислорода (BOD) относится к количеству растворенного кислорода, необходимому аэробным биологическим организмам для расщепления органического материала, присутствующего в данном образце воды при определенной температуре в течение определенного периода времени. Значение BOD чаще всего выражается в миллиграммах потребленного кислорода на литр образца в течение 5 дней инкубации при 20°С, и часто используется в качестве показателя органического загрязнения воды.

Также необходимо отметить, что, как применяется в описании настоящего изобретения и приложенной формуле изобретения, форма единственного числа включает ссылки на множественное число, если иного не указано.

Как применяется в настоящей заявке, термин "около" в сочетании со значением относится к плюс и минус 10% от указанного значения, если не указано иное. Например, температура около 50°С относится к температуре 50°С±5°С и т.д.

Любые указания количества, приведенные в настоящем изобретении, должны рассматриваться как указания количества по массе, если не указано иное.

Реакции или стадии способа согласно настоящему изобретению проводят при атмосферном давлении 760 мм рт.ст. Специалист в данной области техники осведомлен о том факте, что температура кипения, температура дистилляции и т.д. зависят от атмосферного давления или давления системы, в которой выполняются стадии. Следовательно, изменение давления вызывает изменения температуры кипения, температуры дистилляции и т.д. Тем не менее, специалист в данной области техники определяет эти изменения с помощью простых методов, таких как измерение температуры, или с помощью таблиц из уровня техники.

В настоящем изобретении термин «и/или» включает любую и все комбинации одного или более связанных перечисленных признаков.

Описание чертежа

На Фиг. 1 изображена схема технологического процесса предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения для извлечения органических растворителей из промышленных вытекающих потоков, т.е. вытекающих водных потоков. Различные элементы процесса идентифицированы, и направленное движение различных потоков в ходе процесса показано для описания признаков настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает способ обработки вытекающего водного потока, образованного в ходе получения фурфурола, с применением методики азеотропной дистилляции.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, в способе получения фурфурола из лигноцеллюлозной биомассы, как например потоки отходов LCM, после предварительной обработки С5 фракция сахара, содержащая ксилозу, обработанной кислотой лигноцеллюлозной биомассы отделяется и подвергается получению фурфурола с помощью термохимического процесса, в котором органические растворители используются в водной реакционной смеси. По завершению реакции реакционную массу разделяют на органическую фазу и водную фазу. Органическая фаза содержит большую часть фурфурола и используемых органических растворителей, таких как MIBK (метилизобутилкетон), изофорон (ISP) и т.д. Водная фаза содержит растворимые гумины и небольшие количества органических компонентов, не более чем около 2 мас. %, происходящих из используемых растворителей наряду с продуктом и побочными продуктами термохимической обработки. Указанная водная фаза образует вытекающий водный поток, который имеет высокие значения COD и BOD из-за большого количества органических веществ в нем.

Вытекающий водный поток содержит по меньшей мере один органический растворитель, фурфурол и воду.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения по меньшей мере один растворитель выбирают из группы, состоящей из циклических кетонов, диалкилкетонов и бензольных производных.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, циклические кетоны выбирают из группы, состоящей из изофорона, циклогексанона и циклопентанона.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, диалкилкетоны выбирают из группы, состоящей из метилизобутилкетона, метилэтилкетона, дипропилкетона, этилбутилкетона, диизобутилкетона, метиламилкетона, метилпропилкетона и 5-метил-2-гексанона.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, бензольные производные выбирают из группы, состоящей из толуола, ксилола, втор-бутилфенола, дифенилоксида и метилфенилкетона.

В варианте выполнения настоящего изобретения, по меньшей мере один органический растворитель означает по меньшей мере два органических растворителя.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, по меньшей мере два органических растворителя выбирают из группы, состоящей из циклических кетонов, диалкилкетонов и бензольных производных.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, по меньшей мере два органических растворителя выбирают из группы, состоящей из изофорона, циклогексанона, циклопентанона, метилизобутилкетона, метилэтилкетона, дипропилкетона, этилбутилкетона, диизобутилкетона, метиламилкетона, метилпропилкетона, 5-метил-2-гексанона, толуола, ксилола, втор-бутилфенола, дифенилоксида и метилфенилкетона.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, по меньшей мере два органических растворителя представляют собой метилизобутилкетон и изофорон.

Способ согласно настоящему изобретению по существу относится к обработке (очищению) вытекающего водного потока.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, настоящее изобретение относится к способу получения фурфурола с применением MIBK (метилизобутилкетона) и ISP (изофорона) в качестве растворителей для фурфурола, в котором MIBK, ISP и фурфурол удаляют из водного вытекающего потока за одну стадию дистилляции.

Благодаря одной стадии дистилляции добавленные органические растворители, такие как MIBK и ISP, для фурфурола, а также продукт фурфурол удаляют, так что водный вытекающий поток по существу свободен от MIBK, ISP и/или фурфурола.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, одна стадия дистилляции представляет собой азеотропную дистилляцию.

Дистиллят используется для отделения указанных органических растворителей в чистой форме для повторного использования, а также для уменьшения COD и BOD вытекающих потоков, образующихся в способе согласно настоящему изобретению.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, одна стадию дистилляции представляет собой дистилляцию четырехкомпонентного азеотропа.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, одна стадия дистилляции представляет собой гетерогенную азеотропную дистилляцию. Это позволяет очень просто отделить верхнюю органическую фазу дистиллята от нижней водной фазы, например, путем декантации или с использованием разделительной воронки и, в одном варианте, без стадии дистилляции.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения MIBK, ISP, фурфурол и воду удаляют на одной стадии дистилляции в виде четырехкомпонентного азеотропа с точкой кипения около 88°С при атмосферном давлении.

Одну стадию дистилляции проводят в одном варианте выполнения настоящего изобретения при температуре от 80°С до 100°С, предпочтительно при от 90°С до 98°С, особенно от 94°С до 96°С при атмосферном давлении.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, концентрация MIBK составляет от 0.15 мас. % до 0.85 мас. %, концентрация ISP составляет от 0.05 мас. % до 0.45 мас. %, концентрация фурфурола составляет от 0.1 мас. % до 0.5 мас. %, количество воды составляет от 95 мас. % до 98 мас. % в водном вытекающем потоке. Водный вытекающий поток содержит по меньшей мере 50 мас. %, 60 мас. % предпочтительно 70 мас. %, 80 мас. %, более предпочтительно 90 мас. %, 91 мас. %, 92 мас. %, 93 мас. %, 94 мас. %, особенно по меньшей мере 95 мас. % воды.

Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения водный вытекающий поток является результатом разделения фаз жидкой фракции на органическую фазу и водный вытекающий поток.

Соотношение MIBK: ISP: фурфурол: вода в водном вытекающем потоке составляет от 1.5:1:1:200 до 3:1:2:2000.

Другим объектом настоящего изобретения является четырехкомпонентный, предпочтительно гетерогенный азеотроп MIBK, ISP, фурфурола и воды, в котором концентрация MIBK составляет от около 55 до 65%, концентрация ISP составляет от около 20 мас. % до 25 мас. %, концентрация фурфурола составляет от около 12 мас. % до 18 мас. %; таким образом, общее количество, включая концентрацию воды, составляет 100%. Кроме того, воды должна присутствовать для образования четырехкомпонентного азеотропа, по меньшей мере при концентрации 0.1 мас. %

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, способ согласно настоящему изобретению включает указанную одну стадию дистилляции, в котором концентрация MIBK составляет от около 55 мас. % до 65 мас. %, концентрация ISP составляет от около 20 мас. % до 25 мас. %, концентрация фурфурола составляет от около 12 мас. % до 18 мас. % в четырехкомпонентном азеотропе; причем общее количество, включая концентрацию воды, составляет 100 мас. %. Дополнительно, вода должна присутствовать для образования четырехкомпонентного азеотропа, по меньшей мере при концентрации 0.1 мас. %.

В варианте выполнения настоящего изобретения, четырехкомпонентный азеотроп имеет точку кипения в интервале от ≥70°С до ≤90°С при атмосферном давлении.

Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения обработанный водный вытекающий поток после одной стадии дистилляции по существу свободен от MIBK, ISP и/или фурфурола.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, способ согласно настоящему изобретению включает по меньшей мере одну из следующих стадий перед одной стадией дистилляции:

Стадия 1: обеспечение С5 фракции сахаров, содержащей ксилозу, полученной из предварительно обработанной кислотой лигноцеллюлозной биомассы, как например потоки отходов LCM; необязательно удаление нерастворимой фракции из предварительно обработанной кислотой лигноцеллюлозной биомассы с получением растворимой С5 фракции сахаров, содержащей ксилозу; установление значения рН растворимой С5 фракции сахаров; и смешивание м органическими растворителями MIBK и ISP;

Стадия 2: превращение ксилозы в фурфурол посредством нагревания смеси;

Стадия 3: отделение твердой фракции; и/или

Стадия 4: отделение органической фазы от жидкой фракции со стадии 3 и выделение фурфурола.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, указанный способ включает семь стадий:

стадия 1] получение потока поступающего материала;

стадия 2] получение реакционной массы;

стадия 3] фильтрация реакционной массы;

стадия 4] разделение фаз;

стадия 5] азеотропная дистилляция;

стадия 6] биометанирование и

стадия 7] обработка потока дистиллята.

Согласно настоящему изобретению каждая стадия может содержать один или более элементов, которые должны быть выполнены специально или необязательно, как требуется для извлечения органических растворителей и для безопасной и экологически чистой обработки указанного вытекающего водного потока. Специалист в данной области техники может оценить различные варианты и/или комбинации этих элементов, которые могут использоваться для выполнения задач настоящего изобретения, раскрытых в настоящей заявке.

Стадия 1: Получение потока поступающего материала

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, лигноцеллюлозная биомасса, как например потоки отходов LCM, предварительно обрабатывают минеральными или органическими кислотами, и нерастворимую фракцию удаляют. Предварительная обработка может проводиться минеральными или органическими кислотами, предпочтительно выбранными из группы, состоящей из H2SO4, Н3РО4, щавелевой кислоты и их смесей

Оставшаяся растворимая фракция содержит ксилозу и кислоты в водном потоке. Значение рН указанной растворимой фракции, регулируемое основанием, составляет от 1 до 2, и смешивают со смесью растворителей, образующих поток поступающего материала. Используемые растворители представляют собой MIBK с изофороном при соотношении MIBK: ISP от 95: 5 до 60:40, предпочтительно 80:20. Кроме того, другие органические растворители, такие как толуол, дифенилоксид, втор-бутилфенол, циклогексанон, циклопентанон, метилизобутилкетон, метилэтилкетон, дипропилкетон, этилбутилкетон, диизобутилкетон, метиламилкетон, метилпропилкетон, 5-метилен-2-гексанон, ксилол, метилфенилкетон или их комбинация также могут быть использованы.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, соотношение водной фазы и органической фазы на этой стадии доводят до от 1:0.5 до 1:3.5, предпочтительно от 1:0.75 до 1:3.2 по массе.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, никакая дополнительная соль (или соли) или ее водный раствор не добавляются в ходе способа согласно настоящему изобретению. В одной альтернативе никакая дополнительная соль (или соли) или ее водный раствор не добавляются при предварительной кислотной обработке способа согласно настоящему изобретению. Потоки, соответственно растворы согласно настоящему изобретению, особенно на стадии 1, могут содержать соли, особенно сульфатные и/или фосфатные соли, которые образуются в результате химической реакции in situ, но активное добавление соли (солей) не происходит.

Соль определяется в соответствии с настоящим изобретением как соединение, возникающее в результате химической реакции между кислотой и основанием, в которой атомы водорода кислоты замещаются катионами основания. Катионы представляют собой катионы металлов или катионы четвертичного аммония.

Стадия 2: Получение реакционной массы

В одном альтернативном варианте жидкий поток, содержащий или состоящий из растворимой фракции кислотной обработки С5 фракции сахаров лигноцеллюлозной биомассы, содержащей ксилозу и кислоты, выгружается в сосуд реактора.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, указанный поток поступающего материала подвергают высокой температуре от 160°С до 220°С, предпочтительно от 170°С до 210°С, более предпочтительно от 180°С до 200°С, в течение от 10 минут до 2 часов в реакторе высокого давления, приводя к образованию реакционной массы. Применяемым реактором на этой стадии может быть реактор CSTR периодического действия, типа механического перемешивания или непрерывного типа, в котором время пребывает от 10 минут до 2 часов при высокой температуре от 160°С до 220°С. При этих условиях ксилоза, присутствующая в потоке поступающего материала, превращается в фурфурол благодаря кислотной дегидратации.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения указанный реакционный сосуд представляет собой автоклав. В другом варианте выполнения настоящего изобретения указанный реактор представляет собой закрытый реактор с мешалкой периодического действия. В другом варианте выполнения настоящего изобретения указанный реактор представляет собой реактор идеального вытеснения. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения указанный реактор представляет собой непрерывный реактор с мешалкой или непрерывный реактор идеального вытеснения.

Альтернативно применяемый реактор может быть типом реактора с мешалкой, типом реактора механического перемешивания или непрерывного типа.

После превращения в одном из вариантов более 90% ксилозы вся реакционная масса подвергается следующей стадии обработки.

Стадия 3: Фильтрация реакционной массы

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, указанную реакционную массу со стадии 2 охлаждают до комнатной температуры, и твердую фракцию в одном варианте выполнения настоящего изобретения отделяют от жидкой фракции с помощью сепаратора жидкой и твердой фаз, например, путем фильтрации или с помощью декантатора или декантирующей центрифуги. Это приводит к удалению нерастворимых гуминов из указанной реакционной массы.

Стадия 4: Разделение фаз

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, указанную жидкую фракцию подвергают стадии разделения фаз на водную фазу и основную органическую фазу. Затем указанную основную органическую фазу удаляют из водной фазы [(также известный как) а.k.а. вытекающий водный поток] и подвергают установлению значения рН до 7 посредством NaHCO₃. Указанная основная органическая фаза в одном варианте выполнения настоящего изобретения 64 мас. % MIBK, 16 мас. % изофорона и 8 мас. % фурфурола, все по массе. Затем подвергают нормальной дистилляции для извлечения чистых органических компонентов.

Тогда как указанный вытекающий водный поток подвергают одной стадии дистилляции, в одном варианте выполнения настоящего изобретения подвергают (стадии) операции азеотропной дистилляции.

Стадия 5: Азеотропная дистилляция

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, указанный водный вытекающий поток (поток), содержащий по меньшей мере два органических растворителя и фурфурол наряду с непрореагировавшими сахарами, растворимыми гуминами и растворимыми солями, подвергают операции азеотропной дистилляции. Значение рН вытекающего потока составляет от 1.8 до 2 с темной окраской. Значение COD и BOD указанного вытекающего водного потока также является очень высоким.

Чтобы уменьшить COD и BOD и извлечь органические компоненты, указанный поток подвергают азеотропной дистилляции при от 80°С до 100°С, предпочтительно при от 90°С до 98°С, особенно при от 94°С до 96°С при атмосферном давлении. Указанная азеотропная дистилляция дает поток дистиллята и нижний поток - также называемый обработанный вытекающий поток - с до 40% уменьшением COD и до 35%) уменьшением BOD по сравнением со входящим потоком, т.е. вытекающим водным потоком. Эта стадия улучшает качество указанного обработайного вытекающего потока с точки зрения уменьшения COD и BOD, который далее подвергается биометанированию.

Необязательно, после фильтрации реакционной массы отделенные твердые гумины [со стадии 3], содержащие следы растворителей, и продукт смешивают с указанным вытекающим водным потоком, чтобы извлечь из него дополнительные органические компоненты.

Стадия 6: Биометанирование

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, указанный обработанный вытекающий поток [теперь содержащий небольшие количества органических компонентов] подвергают стадии анаэробного биометанирования после увеличения его значения рН до 6 с применением оксида магния. Значение рН конечного потока после биометанирования составляет 7.7, и эта обработка показывает по меньшей мере 45% уменьшение значения COD и по меньшей мере 35% уменьшение значения BOD по сравнению со входным потоком, т.е. значениями обработанного вытекающего потока. Общее уменьшение значения COD в способе согласно настоящему изобретению составляет до 85%, и общее уменьшение значения BOD составляет до 80% от начальных значений, т.е. значений для вытекающего водного потока.

Стадия 7: Обработка потока дистиллята

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, указанный поток дистиллята содержит две фазы, верхний органический слой и нижний водный слой.

Указанный верхний органический слой после отделения смешивают с основной органической фазой для извлечения. В то время как указанный нижний водный слой, имеющий конечное количество органических компонентов, смешивают с указанным вытекающим водным потоком и обрабатывают для повышения общей эффективности способа.

Различные варианты выполнения настоящего изобретения, включая раскрытые в зависимых пунктах формулы изобретения, могут быть объединены друг с другом любым желаемым образом. Настоящее изобретение далее иллюстрируется посредством следующих неограничивающих примеров.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения, способ получения фурфурола аналогичен способу, раскрытому в заявке PCT/IB2016/050138, которая включена посредством ссылки, и дополнительно включает способ обработки вытекающего водного потока, полученного в ходе получения фурфурола, согласно настоящему изобретению.

Далее описаны конкретные варианты выполнения настоящего изобретения:

1. Способ получения фурфурола с применением MIBK (метил-изобутил-кетона) и ISP (изофорона) в качестве растворителей для фурфурола, в котором MIBK, ISP и фурфурол удаляют из водного вытекающего потока на одной стадии дистилляции.

2. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, в котором дна стадия дистилляции представляет собой азеотропную дистилляцию.

3. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором одна стадия дистилляции представляет собой дистилляцию четырехкомпонентного азеотропа.

4. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором одна стадия дистилляции представляет собой гетерогенную азеотропную дистилляцию.

5. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором MIBK, ISP, фурфурол и воду удаляют на одной стадии дистилляции в виде четырехкомпонентного азеотропа с точкой кипения 88°С при атмосферном давлении.

6. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором одну стадию дистилляции проводят при температуре от 80°С до 100°С, предпочтительно при от 90°С до 98°С, особенно при от 94°С до 96°С при атмосферном давлении.

7. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором концентрация MIBK составляет от 0.15% до 0.85%, концентрация ISP составляет от 0.05% до 0.45%, концентрация фурфурола составляет от 0.1% до 0.5%, в водном вытекающем потоке.

8. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором концентрация MIBK составляет от около 55% до 65%, концентрация ISP составляет от около 20% до 25%, концентрация фурфурола составляет от около 12% до 18%, в четырехкомпонентном азеотропе.

9. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором водный вытекающий поток является результатом разделения фаз жидкой фракции на органическую фазу водный вытекающий поток.

10. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором обработанный водный вытекающий поток после одной стадии дистилляции по существу свободен от MIBK, ISP и/или фурфурола.

11. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, включающий по меньшей мере одну из следующих стадий перед одной стадией дистилляции:

Стадия 1: обеспечение С5 фракции сахаров, содержащей ксилозу, полученной из предварительно обработанной кислотой лигноцеллюлозной биомассы, и смешивание с органическими растворителями MIBK и ISP,

Стадия 2: превращение ксилозы в фурфурол посредством нагревания смеси,

Стадия 3: отделение твердой фракции,

Стадия 4: отделение органической фазы от жидкой фракции со стадии 3 и выделение фурфурола.

12. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 11, в котором на стадии 1 нерастворимую фракцию удаляют из предварительно обработанной кислотой лигноцеллюлозной биомассы.

13. Способ согласно вариантам выполнения настоящего изобретения 1, 11 и/или 12, в котором рН соответствующей смеси устанавливают на по меньшей мере одной стадии.

14. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором дистиллят одной стадии дистилляции по п. 1 разделяют на органическую фазу и водную фазу.

15. Способ согласно любому из предшествующих вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором обработанный вытекающий поток подвергают анаэробному биометанированию.

Преимущества

Заявленный способ обработки вытекающего водного потока, образованного в ходе получения фурфурола, обеспечивает одно или более из следующих преимуществ:

1. Общие значения COD и BOD вытекающего водного потока уменьшаются на от 70% до 85% от первоначального значения COD вытекающего водного потока; и на от 55% до 80% от первоначального значения BOD вытекающего водного потока, соответственно.

2. Способ обработки вытекающего водного потока гарантирует, что органические растворители в обработанном вытекающем потоке находятся в меньших количествах, так что биометанирование происходит более эффективно, что дополнительно снижает значения COD и BOD.

3. Верхний органический слой и нижний водный слой потока дистиллята объединяют с основной органической фазой и водной фазой, соответственно, таким образом, увеличивая общую эффективность способа получения фурфурола.

Приведенные ниже примеры дают более широкое понимание изобретения без каких-либо ограничений в отношении изменений, которые могут быть оценены специалистом в данной области. Неограничивающее резюме различных экспериментальных результатов дано в примерах и таблицах, которые демонстрируют преимущества и новые аспекты способа применения методики азеотропной дистилляции для эффективной очистки водных органических промышленных вытекающих потоков.

В целом, описав изобретение, можно получить дополнительное понимание, обратившись к определенным конкретным примерам, которые представлены в настоящей заявке только с целью иллюстрации и не предназначены для ограничения, если не указано иное.

Примеры

Соединения

Метилизобутилкетон

Изофорон,

Серная кислота, применяемая для предварительной обработки лигноцеллюлозной биомассы,

NaOH, NaHCO₃, и MgO, применяемые для установления значения рН,

доступны от Sigma-Aldrich.

Способы

Анализ метилизобутилкетона, изофорона, фурфурола и гидроксилметилфурфурола (HMF) в вытекающем водном потоке, дистиллята и обработанного вытекающего потока осуществляли с применением стандартных методик газовой хроматографии (GC). Например, лабораторные аналитические методики доступны на National Renewable Energy lab (NREL), веб-сайт http://www.nrel.gov/.

Химическое потребление кислорода (COD) измеряли в соответствии со способами American Public Health Association's Standard для оценки воды и сточных вод. 22nd Edition 2012, page No 5-20 to 5-21 (section 5220 D. Closed Reflux Colorimetric Method) и;

Биологическое потребление кислорода (BOD) измеряли в соответствии со способами American Public Health Association's Standard для оценки воды и сточных вод. 22nd Edition 2012, page No 5-5 to 5-10 (section 5210 B. 5-Day BOD Test).

Пример 1

Около 3,5 кг потока концентрированного сырья, содержащего 20 мас. % ксилозы, было получено из предварительно обработанных кислотой потоков отходов лигноцеллюлозной биомассы, например, из жмыха сахарного тростника. Этот поток также содержал около 2 мас. % серной кислоты, используемой в указанной реакции предварительной обработки. Затем указанный поток подвергали регулированию значения рН до значения рН 1,6 с использованием 50% раствора NaOH или порошка оксида магния. Затем в этот поток добавляли смесь 2800 г метилизобутилкетона (MIBK) и 700 г изофорона (в соотношении 80:20) с образованием реакционной смеси. Эту реакционную смесь подвергали воздействию температуры 180°С в закрытом реакторе с мешалкой, работающем при 650 оборотах в минуту в течение 1 часа. После завершения термической обработки полученную таким образом реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, и твердые вещества [твердые гумины], остающиеся в массе, удаляют фильтрацией и позволяют разделиться на две фазы: основную органическую фазу и водную фазу. Затем указанную основную органическую фазу удаляли из водной фазы [а.к.а. вытекающий водный поток в Примерах 2 и 3] и подвергают установлению значения рН до 7 с помощью NaHCO₃. Основную органическую фазу подвергали дистилляции для извлечения фурфурола, MIBK и изофорона. Вытекающий водный поток из нескольких партий был получен в соответствии с процедурой, описанной выше. При этом указанный вытекающий водный поток подвергался способу согласно настоящему изобретению, раскрытому в примерах ниже.

Пример 2

Вытекающий водный поток, полученный из примера 1 выше, содержал 4100 частей на миллион (0.41% мас./мас.) MIBK, 1600 частей на миллион (0.16% мас./мас.) изофорона, 2600 частей на миллион (0.26% мас./мас.) фурфурола и 1800 частей на миллион (0.18% мас./мас.) HMF (гидроксиметилфурфурола) в качестве органических компонентов наряду с непрореагировавшими сахарами, растворимыми гуминами, растворимыми солями и т.д.. Значение рН вытекающего потока составляло около 1.8 с томной окраской. Химическое потребление кислорода (COD) для этого потока было высоким при 110000 частей на миллион, и биологическое потребление кислорода (BOD) составляло 28000 частей на миллион. Чтобы уменьшить COD и извлечь органические компоненты, указанный вытекающий водный поток 11.5 кг (11500 г) подвергли азеотропной дистилляции при 95°С. Указанная азеотропная дистилляция водного вытекающего потока обеспечила 1.9 кг (1900 г) дистиллята, названного поток дистиллята [он был обработан в соответствии с Примером 5]. Дистиллят содержал верхний органический слой 50.70 г и нижний водный слой 1851.3 г. Нижний поток дистилляции указанной азеотропной дистилляции образовал обработанный вытекающий поток. Значение COD указанного обработанного вытекающего потока уменьшилось до 75,000 частей на миллион. Таким образом, указанная азеотропная дистилляция стадия не только способствует извлечению/рециклизации органических растворителей и продукта фурфурола, но также уменьшает значение COD на 32% от начального значения на той. Эта операция улучшила общие экономические показатели процесса получения фурфурола и дополнительно улучшила качество указанного обработанного вытекающего потока, подвергаемого биометанированию. Указанный обработанный вытекающий поток не содержал MIBK, содержал 100 частей на миллион (0.01% мас./мас.) изофорона, 500 частей на миллион (0.05% мас./мас.) фурфурола и 2100 частей на миллион (0.21% мас./мас.) HMF, в качестве органических компонентов [смотрите Таблицу 1]. Указанная стадия азеотропной дистилляции для извлечения органических растворителей удалила более 90% растворителей, которые были способны образовывать азеотропы с водой. Затем, указанный обработанный вытекающий поток далее подвергли установлению значения рН до около 6 с применением оксида магния. Этот вытекающий поток затем подвергли стадии анаэробного биометанирования. Скорость потока указанного вытекающего потока в реактор биометанирования составляла от 10 до 30 л/день. Значение рН выходящего потока составляло около 7.8. Конечное значение COD обработанного вытекающего потока составляло около 16,500 частей на миллион через 45 дней, показывая около 78% уменьшение значения COD. Общее уменьшение значения COD после азеотропной дистилляции и биометанирования составило 85% от начального значения COD вытекающего водного потока. Подобным образом, значения BOD вытекающего водного потока значительно уменьшились после азеотропной дистилляции, т.е. на 20% от первоначального значения BOD вытекающего водного потока, и посредством дальнейшей стадии биометанирования, т.е. на 73% от значения BOD обработанного вытекающего потока. Таким образом, общее уменьшение значения BOD после азеотропной дистилляции и биометанирования составило 79% от первоначального значения BOD вытекающего водного потока [Таблица 1].

Пример 3

Вытекающий водный поток, полученный в примере 1, содержал 6900 частей на миллион (0.69% мас./мас.) MIBK, 2700 частей на миллион (0.27% мас./мас.) изофорона, 3300 частей на миллион (0.33% мас./мас.) фурфурола и 1600 частей на миллион (0.16%) мас./мас.) HMF в качестве органических компонентов наряду с непрореагировавшими сахарами, растворимыми гуминами, растворимыми солями и т.д.. Значение рН вытекающего потока составляло около 1.8 с томной окраской. Химическое потребление кислорода (COD) для этого потока было высоким при 72,000 частей на миллион, и биологическое потребление кислорода (BOD) составляло 29000 частей на миллион. Чтобы уменьшить COD и извлечь органические компоненты, указанный вытекающий водный поток массой 700 г подвергли азеотропной дистилляции при 95°С. Указанная азеотропная дистилляция водного вытекающего потока обеспечила 7.5 г дистиллята, названного поток дистиллята. Дистиллят содержал верхний органический слой 7.5 г и нижний водный слой 110.2 г. Нижний поток дистилляции указанной азеотропной дистилляции образовал обработанный вытекающий поток. Значение COD указанного обработанного вытекающего потока уменьшилось до 43,000 частей на миллион. Таким образом, указанная азеотропная дистилляция стадия не только способствует извлечению/рециклизации органических растворителей и продукта фурфурола, но также уменьшает значение COD на 40% от начального значения на этой стадии. Эта операция улучшила общие экономические показатели процесса получения фурфурола и дополнительно улучшила качество указанного обработанного вытекающего потока, подвергаемого биометанированию. Указанный обработанный вытекающий поток содержал 100 частей на миллион (0.01% мас./мас.) MIBK, 200 частей на миллион (0.02% мас./мас.) изофорона, 800 частей на миллион (0.08%) мас./мас.) фурфурола и 1900 частей на миллион (0.19%) мас./мас) HMF, в качестве органических компонентов [смотрите Таблицу 2]. Указанная стадия азеотропной дистилляции для извлечения органических растворителей удалила более 90% растворителей, которые были способны образовывать азеотропы с водой. Затем, указанный обработанный вытекающий поток далее подвергли установлению значения рН до около 6 с применением оксида магния. Этот вытекающий поток затем подвергли стадии анаэробного биометанирования. Конечное значение COD обработанного вытекающего потока составляло около 22,000 частей на миллион через 30 дней, показывая около 48% уменьшение значения COD. Общее уменьшение значения COD после азеотропной дистилляции и биометанирования составило 70% от начального значения COD вытекающего водного потока. Подобным образом, значения BOD вытекающего водного потока значительно уменьшились после азеотропной дистилляции, т.е. на 31% от первоначальных значений BOD вытекающего водного потока, и посредством дальнейшей стадии биометанирования, т.е. на 35%) от значения BOD обработанного вытекающего потока. Таким образом, общее уменьшение значения BOD после азеотропной дистилляции и биометанирования составляло 55%от начального значения BOD вытекающего водного потока.

Пример 4

Отделенные твердые гумины Примера 1 также содержали растворители и продукт. Эти органические соединения не могут быть легко извлечены путем промывания другими растворителями и другими методами. Указанные твердые гумины необязательно добавляли в указанный вытекающий водный поток примера 2 для извлечения из него указанных органических компонентов. Таким образом, твердые гумины после удаления указанных органических компонентов были обработаны и безопасно сохранены для будущего использования в котлах для выработки энергии.

Пример 5

Указанный поток дистиллята Примера 2 включал две фазы, где верхний органический слой составлял 50.7 г, а водный слой составлял 1,85 кг (1851,3 г). Указанный верхний органический слой после выделения смешивали и обрабатывали с основной органической фазой примера 1. Указанный водный слой, содержащий конечное количество органических компонентов, рециркулировали с указанным вытекающим водным потоком Примера 1, повышая общую эффективность способа согласно настоящему изобретению.

1. Способ обработки вытекающего водного потока посредством подвергания вытекающего водного потока, содержащего по меньшей мере один органический растворитель, выбранный из изофорона и метил-изобутил кетона, фурфурол и воду, азеотропной дистилляции с получением потока дистиллята и обработанного вытекающего потока.

2. Способ по п. 1, в котором вытекающий водный поток получают посредством

i) предварительной обработки лигноцеллюлозной биомассы минеральными или органическими кислотами с получением растворимой C5 фракции сахаров, содержащей ксилозу;

ii) регулирования значения pH растворимой C5 фракции сахаров, полученной на стадии i);

iii) обработки растворимой C5 фракции сахаров с установленным значением рН по меньшей мере одним органическим растворителем с получением потока поступающего материала с водной фазой и органической фазой;

iv) воздействия на поток поступающего материала, полученного на стадии iii), температурой в интервале от ≥ 160°C до ≤ 220°C в течение периода времени в интервале от ≥ 10 минут до ≤ 2 часов с получением реакционной массы, содержащей фурфурол;

v) фильтрации реакционной массы со стадии iv) с получением жидкой фракции; и

vi) подвергания жидкой фракции, полученной на стадии v), разделению фаз с получением органической фазы, содержащей фурфурол и по меньшей мере один органический растворитель, и вытекающего водного потока, содержащего по меньшей мере один органический растворитель, фурфурол и воду.

3. Способ по п. 1, в котором азеотропную дистилляцию проводят при температуре в интервале от ≥ 80°C до ≤ 100°C.

4. Способ по п. 1, в котором азеотропную дистилляцию проводят при давлении в интервале от ≥ 650 мм рт.ст. до ≤ 760 мм рт.ст.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором концентрация по меньшей мере одного органического растворителя в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥ 0.05 мас.% до ≤ 2 мас.%.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором концентрация метилизобутилкетона в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥ 0.15 мас.% до ≤ 0.85 мас.%.

7. Способ по п. 1 или 2, в котором концентрация изофорона в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥ 0.05 мас.% до ≤ 0.45 мас.%.

8. Способ по п. 1 или 2, в котором концентрация фурфурола в вытекающем водном потоке находится в интервале от ≥ 0.1 мас.% до ≤ 0.5 мас.%.

9. Способ по п. 1 или 2, дополнительно включающий стадию биометанирования обработанного вытекающего потока после азеотропной дистилляции.

10. Способ получения фурфурола с применением MIBK (метил-изобутил-кетона) и ISP (изофорона) в качестве растворителей для фурфурола, в котором MIBK, ISP и фурфурол удаляют из водного вытекающего потока на одной стадии дистилляции, представляющей собой азеотропную дистилляцию.