Способ получения фурфурола и устройство для его осуществления

СВОЗ СОВЕТСКИХасцалОПНесиипРЕСПУБЛИК заЭ С 07 П 307/50 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт химии древесины АН Латвийской ССР(56) 1. Карливан В,П. и др. Экспериментальная установка для полученияфурфурола из отходов лесозаготовокметодом пиролиза.- Гидролизная и ле"сохимическая промышленность", 1981,1 3, с.б (прототип). 80,1109 97 А(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛАИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ получения фурфуроланизкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья при 210-220 Св присутствии кислотного катализатора с использованием в качестве теплоносителя парогазов - продуктовтермической деструкции сырья с последующим выделением целевого продукта из парогазов конденсацией, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода фурфурола, нагрев пентозансодержащего сырья проводят циркуляцией парогазов снизу вверхсо скоростью 1,5-2 м/с через слойпентозансодержащего сырья, предварн"тельно 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 вы" гружатель, соединенные с патрубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы, отличающееся 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 фурфуро 5ла пиролизом пентозансодержащегосырья при 180-220 С в присутствии вокачестве кислотного катализатора серной кислоты с использованием в качест ве теплоносителя парогаэов, образующихся при нагревании сырья, которыеподаются в среднюю часть реактора споследующим выделением целевого продукта из парогазов конденсацией.Способ осуществляется в устройстве непрерывного действия, содержащемцилиндрический. корпус, размещенные внем разравниватель и скребковый выгружатель, соединенные с патрубкамикорпуса, загрузочное и разгрузочноеустройства и соединенную с реакторомсистему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы 11,Недостатком известных способа иустройства является низкий выход фурфурола иэ-за неравномерного нагреваи плотности сырья в реакторе по всейего толще, обусловленный радиальной30циркуляцией парогаэов в слое сырья.Кроме того, снижение выхода фурфурола происходит иэ-за конденсации частипаров 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. и на стенках гаэодувки, включенной перед калорифером.Целью изобретения является повыше ние выхода фурфурола,Эта цель достигается тем, что согласно способу получения фурфурола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья в присутствии кислотного катализатора при нагревании до 210-220 фС парогаэами - продуктами термической деструкции сырья парогаэы циркулируют снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пенто" зансодержащего сырья, предварительноонагретого 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 П р и м е рЩепу из отходов лесозаготовок березы и ольхи размером 8-20 мм с примесью 27,5 Х коры, относительной влажностью 42,5 Х и с потенциальным содержанием 13,5 Ж фурфурола непрерывным потоком в количестве 2610 кг/ч подают в червячно-лопастной смеситель и обрабатывают 6 Е-ным раствором серной кислоты иэ расчета 1,757 моногидрата на а.с.д. Обработанную .катализатором щепу загружают шнек-прессом 9 в реактор 1 с полезным объемом 12,3 м, причем щепу в шнек- прессе 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 110939положенной под ложным дном, калорифер размещен между выходом системыциркуляции и гаэодувкой, а загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов и снабженыпатрубками подачи пара или воды.Ниэкотемпературный термолиз сырьяс использованием в качестве теплоносителя парогазов при принудительнойих циркуляции через всю толщу мате- Ориала, находящегося в состоянии постоянного перемешивания и движениясверху вниз за счет непрерывной работы скребкового перегружателя ло-пастного ворошителя и равномерногообтекания газовым потоком путем егоравномерного распределения отверстиями ложного дна, создает благоприятные условия для одинакового прогревачастиц материала по всему объему 10сырья, а постоянное ворошение егоисключает образование в толще сырья"мертвых" зон - уплотнений н пустот.Это,в свою очередь, снижает аэродинамическое сопротивление потоку паро-.2газов, что позволяет поддерживать егоскорость в пределах 1,5-2 м/с. Притакой скорости обдува частиц образовавшийся фурфурол не успевает разлагаться при его выделении из толщидревесных частиц. Все это способствует более полному извлечению фурфурола из пентозансодержащего сырья иувеличению его выхода.Кроме того, загрузка сырья шнек 35прессом с одновременной обработкойпаром позволяет поднять температуру .поступающего в реактор сырья до 5060 С, благодаря чему исключается конденсация проходящих через материалпарогазов на поступающем холодномсырье, На это же направлено и подключение калорифера перед газодувкой(в направлении движения потока) всистеме циркуляции, потому что исключается тем самым конденсация частицпарогазов на холодных стенках и полостях гаэопчвки.На чертеже приведено устройстводля получения фурфурола (общий вид в50 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 с55регулируемыми по величине отверстиями6, управляемыми с помощью заслонок7. На дне корпуса реактора располо 4жен 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 шнек- пресс 9, а в нижней части корпуса к приемному бункеру прикреплен выгрузочный шнек-пресс 1 О. Корпусы шнек- прессов 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 шнек- прессов, 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 (не показана).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 регулируемь 1 е 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 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.45Выход фурфурола из перерабатываемого сырья составляет113 5 кг/ч 100 Е100-42 5 ф2610 кг/ч100В установившемся режиме (через 2 ч после пуска реактора) процесс характеризуется следующим параметрами; температура циркулирующей паро.55 газовой смеси на входе в реактор 210-215 С, на выходе из реактора 102- 110 С, скорость парогазовой смеси по свободному сечению реактора внижней 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 мз/ч.Предельные значения скорости газового потока установлены экспериментально и эта зависимость приводится в эабл.1.1 Таблица 1 Выход фурфурола,Х от а.с.д. Скорость, м/с О,б 7,3 0,8 7,8 8,0 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 м/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 2 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 непроницаемф 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 привода. Указываемая температура 50-60 С является средней или условной и по" лучается расчетным путем. Величины средней условной температуры щепы приведены в табл.3.Таблица 3 5 5 193,177,4 10 10,9 26 0 Количество щепы с отн. влажностью42,5%, кг Расход 6%-ной серной кислоты, считаяна абс. сухую щепу 1% Количество циркулирующей парогазовойсмеси, м /ч Температура циркулирующей парогазовойсмеси, С: На выходе из реактора Количество фурфурола в фурфуролсодержащем конденсате, кг Выход фурфурола из перерабатываемогосырья, % Необходимо также, чтобы предварительная температура щепы была 50- 60 С.Во-первых, при таком подогреве щепы исключается возможность конден- ВО 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 высококипяшие компоненты парогазовой1смеси, в том числе и фурфурол, который сразу же разрушается при контак" Скорости газового потока, м/с1109397 1 ОПродолжение табл. 3 610 145, 1 1,0 961 100 г 10 25 30 по предлагаемот 8,5"9,07 отодит выход фуру способу в-7,67). 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 сконденси" рованного пара, а также начальную температуру, теплопроводность и теплоемкость сырья, легко рассчитать среднюю температуру сырья.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 полу чения 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 кглетучих кислот в пересчете на уксусную. Неконденсирующиеся газы послепромывки в количестве 4,4 кг/ч выбрасываются в атмосферу. Далее конденсат вместе с промывными водами оточистки неконденсирующихся газов поступает на выделение и очистку фурфурола в трехколонном аппарате, состоящем из основной колонны с 4 1 колпачковыми тарелками, работающей при атмосферном давлении, и двух вакуум-ректификационных колонн обезвожнвающей(16 тарелок) и отгонной (30 тарелок).После отгонки получают фурфурол вколичестве 31,0 кг/ч - 902 1 сорта и107. П. сорта,Выход фурфу 15 ола му способу достига а,с.д., что превос фурола по известно 1,12-1,32 раза (6,.4/ Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,аэ 5995/16 Тираж ВНИИПИ Госуд по делам 113035, Москв410 По рственного комитета СС обретений и открытий Ж, Раушская наб.,