DE3149587A1 - Verfahren und vorrichtung zur hydrolytischen spaltung von cellulose - Google Patents

Description

PATENTANWALTJDJRWN&i^/^AlijFRED RAU

D-8500 NÜRNBERG 91 POSTFACH 91 04 80 LANGE ZEILE 30 TELEFON 09 11 / 3 71 47 TELEX 06 / 23 965

-4-

VNR: 106984 Nürnberg, den 14.12.1981

S/Lö

Werner & Pfleiderer, Theodorstraße 10, 7000 Stuttgart 30

Verfahren und Vorrichtung zur hydrolytischen Spaltung von Cellulose

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Im Zuge der energiewirtschaftlichen Gesamtentwicklung gewinnt Alkohol als Treibstoff bzw. als Treibstoffzusatz zunehmend an Bedeutung. Alkohol für derartige Zwecke kann aus Cellulose bzw. cellulosehaltiger Biomasse in zwei Stufen hergestellt werden, indem man zunächst Cellulose zu Zucker hydrolysiert und diesen dann zu Äthanol vergärt. Während die Fermentation von Zucker zu Äthanol technisch gut beherrscht wird, bleibt die Hydrolyse der Cellulose der

kritische Verfahrensschritt, der über die Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens entscheidet.

Bei den bekannten, im wesentlichen auf Bergius und Scholler (DE-PS 577 850) beruhenden Verfahren der säurekatalysierten Hydrolyse von Cellulose liegen Unzulänglichkeiten vor allem darin, daß der Energieinhalt des erzeugten Alkohols häufig niedriger ist als die zum Betrieb der Gesamtanlage erforderliche Energie, die vor allem in Form von Heizdampf und

• a ft ·

-χ-

elektrischem Strom zur Verfügung gestellt werden muß.

So sind z. B. aus den DE-PSen 15 67 350 und 15 67 335 Perkolator-Festbettreaktoren für eine halbkontinuierliche Hydrolyse bekannt, wobei schubweise verdünnte Schwefelsäure über ein Festbett aus Holzschnitzeln rieselt, und wobei bei einer Hydrolysetemperatur von 120 bis 145 ⁰C und einer Verweilzeit von 15 bis 60 Minuten Celxulose zu Glukose mit einer Ausbeute von ca. 50 % umgesetzt wird. Neben der relativ ungünstigen Glukoseausbeute ist hierbei ein hoher spezifischer Energieeinsatz erforderlich.

Ein wesentlicher theoretischer Ansatz zur Verbesserungen resultiert aus der Veröffentlichung von Hans E. Grethlein in der Zeitschrift "Biotechnology and Bioengineering", Vol. II (1978), Seiten 503 bis 525 "Comparison of the Economics of Acid and Enzymatic Hydrolysis of Newsprint". Dort wurde postuliert, daß eine hohe Ausbeute an Glukose bezogen auf die eingesetzte ALPHA-Cellulose erreicht wird, wenn die Hydrolysetemperaturen über 250 ⁰C bis auf 300 ⁰C bei Drücken von 40 bis 90 bar gesteigert werden, und wenn verdünnte Schwefelsäure mit einer Konzentration bis zu 2,0 % eingesetzt und die Hydrolysezeit extrem kurz bemessen wird.

Ausgehend von dieser Situation liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche hoho Ausbeuten an voryärbarem Zucker bezogen auf die eingesetzte Cellulose von über 60 % erreicht werden, durch welche der Energiebedarf möglichst gering, insbesondere unter 0,5 kg Dampf pro kg Trockenmasse und weniger als 0,01 kWh Antriebsenergie pro kg Trockenmasse gehalten wird, durch welche die Investitions-

- y-

kosten in einem vertretbarem Rahmen bleiben und schließlich eine Umweltfreundlichkeit des Verfahrens selbst als auch der zu beseitigenden Nebenprodukte gewährleistet wird.

Ausgangspunkt für die erfindungsgemäße Lösung waren experimentelle Untersuchungen der Kinetik der Hydrolyse, durch welche die theoretischen Grundlagen ergänzt und für eine technische Anwendung vervollständigt wurden. Die Experimente ergaben, daß die Ausbeute an vergärbarem Zucker in Abhängigkeit von der Reaktionszeit ein Maximum durchläuft, daß bei steigenden Temperaturen höher und schmaler wird und bei kurzen Verweilzeiten liegt. Die Selektivität zu vergärbarem Zucker fällt bei höheren Temperaturen bei steigendem Umsatz langsamer ab. Diese Ergebnisse, welche im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel in folgenden noch näher beschrieben werden, führen zu der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis, daß die gewünschte maximale Ausbeute zu Zucker in besonders vorteilhafter Weise durch eine taktweise Temperaturführung erreicht werden kann.

Dementsprechend wird die erfindungsgemäße Aufgabe bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Durch eine derartige Abstimmung der Reaktionsdauer auf die jeweilige Temperaturstufe wird erreicht, daß das jeweilige Maximum der Ausbeute erfaßt wird, so daß insgesamt die größtmögliche Ausbeute erzielt werden kann. Grundsätzlich läßt sich der Parameter Temperatur in weiten Bereichen frei wählen, wenn nur die entsprechende Abnahme der Reaktionsdauer mit zunehmender Temperatur gewährleistet wird. Die Zahl der Reaktionsstufen wird so bemessen, daß das Verhältnis von zur Einstellung der für die jeweilige Stufe

3U9587

charakteristischen Daten zur Reaktionsdauer dieser Stufe ausreichend hoch und im Rahmen eines großtechnischen Prozesses hinx'eichend beherrschbar bleibt. Durch das Arbeiten mit verschiedenen Reaktionsstufen wird es weiterhin möglich/ daß die Heizdampfzufuhr nicht kontinuierlich bzw. in einem Zug erfolgen muß, sondern entsprechend den einzelnen Reaktionsstufen erfolgen kann, was grundsätzlich eine sehr günstige Verwertung d^r insgesamt angesetzten Dampfmenge gestattet.

Eine sehr vorteilhafte Möglichkeit der quantitativen Bemessung der einzelnen Reaktionsstufen ermöglicht das Vorgehen nach Anspruch 2. Der dort angegebene Zusammenhang zwischen Reaktionstemperatur und -dauer ermöglicht es auch,die Temperaturstufen so zu legen, daß sich technisch beherrschbare Reaktionszeiten ergeben.

Durch ein Vorgehen gemäß Anspruch 3 wird die angestrebte höchstmögliche Ausnutzung des eingesetzten Dampfes weitestgehend verwirktlicht. Man geht dabei davon aus, daß das erfindungsgemäße Verfahren quasikontinuierlich durchgeführt wird, d. h. daß sich eine Vielzahl von Reaktionsstufendurchläufen aneinander anschließt. Auf diese Weise werden die Vorteile einer kontinuierlichen Arbeitsweise mit der günstigen Situation hinsichtlich der Ausbeute bei diskontinuierlichen Verfahren vereint=

Eine ebenfalls in Richtung einer Minimierumj des benötigten Heißdampfes gehende Maßnahme wird durch Anspruch 4 vorgeschlagen.

Zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dient eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5. Ein danach vorgesehener Schüttbettreaktor schafft die Voraussetzungen für die gemäß der Erfindung angestrebten kurzen bis sehr kurzen Reaktionszeiten,, da dort die Reaktionszeiten der Stufe sehr schnell eingestellt werden können.

Durch die gemäß Anspruch 6 vorgesehene Vorwärmkammer, kann die Abwärme vorteilhaft ausgenutzt werden und durch deren Zuordnung zum eigentlichen Reaktionsgefäß ergeben sich sehr kurze Transportwege für die der Hydrolyse zu unterwerfenden Produkte.

Anspruch 7 zeigt eine besonders günstige Möglichkeit der Zuführung des Ausgangsmaterials auf, welche insbesondere auch einen quas!kontinuierlichen Betrieb ermöglicht.

Durch die Ausgestaltung des Reaktorgefäßes gemäß Anspruch 8 wird bei der Dampfzuführung eine gute Produktfluidisierung und bei der Dampfentspannung eine günstige Produkt-/Dampftrennung erzielt. Die Dichtkräfte für das Ein- und Auslaßventil werden durch den Überdruck im Inneren des Reaktorgefäßes aufgebracht, so daß die hydraulischen oder pneumatischen Betätigungseinrichtungen mit nur geringen Kräften arbeiten können.

Die gemäß Anspruch 9 vorgesehenen Abstreifeinrichtungen beseitigen Cellulosereste, welche in der Vorwärmkammer während des Vorwärmvorgangs an der Betätigungsstange haften bleiben. Zusätzlich können zur Reinigung der Ventilschließteile noch Wasserduschen vorgesehen sein.

J Ί 4 y b ö 7

O *

- sf -

Durch eine Ausgestaltung nach Anspruch 10 wird ebenfalls erreicht, daß das zu hydrolysierende Material im Reaktorgefäß fluidisiert und allseits von kondensierendem Wasserdampf umgeben wird. Hierdurch wird eine Klumpenbildung vermieden, durch welche sich die Aufheizzeiten verlängern würden.

Durch die Anordnung des Ringdüsenkanalb nach Anspruch 11 wird die aus kinetischen Gründen wichtige schnelle Entspannung am Ende jeder Taktstufe mitgefördert. Die Entspannungsgeschwindigkeit darf maximal so bemessen sein, daß kein Hydrolyseprodukt bzw. verbliebenes Ausgangsmaterial aus dem Reaktorgefäß durch die Dampfablaßleitung entweicht.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 12 wird insbesondere die Verwirklichung des Frischdampf sparenden Verfahrensschritts gemäß Anspruch 3 ermöglicht, was entsprechend für die Maßnahme des Anspruchs 13 im Hinblick auf das verfahrensmäßige Vorgehen nach Anspruch 4 gilt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schnitt durch das Reaktorgefäß;

Fig. 2 ein die einzelnen Reaktionsstufen veranschaulichendes Diagramm;

AO

Fig. 3 eine grafische Darstellung der experimentell gewonnenen Ergebnisse für die Abhängigkeit von Selektivität und Umsatz von Cellulose und Ausbeute von Zucker in Abhängigkeit von der Reaktionszeit;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Selektivität zu Zucker vom Umsatz von Cellulose und

Fig. 5 die Abhängigkeit des spezifischen Dampfverbrauchs von der Zahl der Hydrolysestufen bzw. der Dampfspeicher.

Die Grundlagen für das erfindungsgemäße Vorgehen bilden die im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten Experimente, deren Ergebnisse sich wie folgt zusammenfassen lassen: -

Wie in Fig. 3 dargestellt, durchläuft die Ausbeute A an vergärbarem Zucker, d. h. die Menge an Zucker bezogen auf die eingesetzte Alpha-Cellulose, in Abhängigkeit von der Reaktionszeit ein Maximum, das bei steigenden Temperaturen höher und schmaler wird und bei kürzeren Verweilzeiten liegt. In Fig. 3 sind für drei Temperaturbereiche drei entsprechende Maxima dargestellt. Der Umsatz U an Cellulose verläuft nach einer Exponentialfunktion von 0 % bei einer Verweilzeit 0 gegen 100 % bei sehr langen Verweilzeiten (vergleiche ebenfalls Fig. 3). Die zusätzliche Bestimmung der Selektivität S zu vergärbarem Zucker, d. h. die Menge an Zucker bezogen auf die umgesetzte Menge an Alpha-Cellulose, ergibt, wie in Fig. 4 dargestellt, daß die Selektivität S bei einer Temperatur von 175 ⁰C bei einem Umsatz von 0 %

3U9587

β · ♦

ΛΑ

bei ca. 100 % beginnt und dann bei höheren Umsätzen rasch abfällt. Dagegen beginnt die Selektivität S bei einem Umsatz von 0 % bei der Temperatur 2 25 ⁰C bei 95 %, bei 260⁰C sogar erst bei 90 %,und der Abfall erfolgt dabei jeweils bei steigendem Umsatz langsamer« Diese Erscheinung ist durch eine konkurrierende Reaktion bei höheren Temperaturen zu erklären.

Aus diesen experimentellen Befunden resultiert der erfindungsgemäße Grundgedanke, daß eine maximale Ausbeute zu Zucker in besonders günstiger Weise durch eine taktweise Temperaturführung erhalten werden kann. Auf der Basis der in Fig. 3 und 4 dargestellten Versuchsergebnisse ergibt sich als eine vorteilhafte Möglichkeit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Reaktionsstufendurchlauf, wie er in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Es wird demnach das zu hydrolysierende Material, wie z. B. Altpapier, Restholz, Stroh u. dgl., in an sich bekannter Weise zunächst zerkleinert, dann in einer verdünnten Schwefelsäure oder einer anderen geeigneten Säurelösung von 0,5 bis 10 % imprägniert, anschließend auf 10 bis 80 Gew. % Feuchte mechanisch entwässert und dann in erneut zerkleinerter Form locker in eine Vorwärmkammer eines Reaktorgefäßes eingeschüttet. In der Vorwärmkammer erfolgt mittels Abdampf eines vorhergehenden Reaktionsstufendurchlaufs eine Erwärmung des Ausgangsmaterials von Raumtemperatur auf 100 ⁰C durch Kondensation des Dampfes. Danach wird das Material von der Vorwärmkammer in das eigentliche Reaktorgefäß geleitet.

Al

In einer ersten Reaktionsstufe I läßt man nun bei einer Temperatur von 175 ⁰C während einer Reaktionszeit von 40 see. den Celluloseumsatz von 0 bis 4 % ansteigen. In der folgenden Stufe II wird der Umsatz bei einer Temperatur von 225 ⁰C während einer Reaktionszeit von 4,5 see. von 4 % bis 30 % gesteigert, und schließlich wird der Umsatz in Stufe III bei einer Temperatur von 260 ⁰C während einer Reaktionszeit von 1,3 see. von 30 % auf 85 % erhöht. Nach Ablauf der Reaktionsdauer der letzten Stufe III wird die Temperatur durch Entspannen des Dampfes im Reaktionsgefäß schnell abgesenkt, um eine weitere Reaktion zu verhindern, welche bevorzugt den gebildeten Zucker zersetzen würde.

Man erkennt vor dem Hintergrund der experimentellen Ergebnisse, daß durch diese Betriebsweise sich eine höhere Ausbeute an vergärbaren Zuckern ergibt, als wenn man die Reaktionstemperatur sofort sprungartig auf 260 ⁰C anheben und die Reaktion vom Umsatz 0 auf 85 % fortschreiten lassen würde.

Durch die im folgenden beispielhaft beschriebene Dampfführung wird neben einer hohen Ausbeute auch ein minimaler Frischdampfverbrauch erzielt. Unter der Voraussetzung ausgeglichener Dampf- und Energiebilanzen in einem Reaktorgefäß bei jeder Reaktionsstufe wird bei einer frei gewählten Zahl von 3 Stufen wie folgt vorgegangen:

Die zur Materialaufwärmung zum Zustand a (auf 100 °C vorgewärmtes Material) auf Zustand b {Reaktionsstufe I) und zur Druckbeaufschlagung des Reaktionsgefäßes vom Druck P₁ auf p₂ erforderliche Dampfmenge ist gleich derjenigen, die bei einer stufenweisen Entspannung vom Zustand c

(Reaktionsstufe II) in den Zustand b frei wird. Ein Dampfspeicher im Zustand b ist daher in der Lage, aus dem eingespeisten Entspannungsdampf aus der Zustandsänderung c - b den erforderlichen Heizdampf für die Zustandsänderung a - b zu liefern.

Die zur Materialerwärmung vom Zustand b auf c und zur Druckbeaufschlagung des Reaktors aui Druck p₃ erforderliche Dampf inende ₍ ist gleich derjenigen, die bei der Entspannung vom Zustand d in den Zustand c frei wird. Ein zweiter Dampfspeicher im Zustand c ist daher in der Lage_? aus dem eingespeisten Entspannungsdampf aus der Zustandsänderung d - c den erforderlichen Heizdampf für die Zustandsänderung b - d zu liefern.

Die zur Materialerwärmung vom Zustand c auf d und zur Druckbeaufschlagung des Reaktorgefäßes auf den Druck p. erforderliche Dampfmenge muß von einem Dampferzeuger geliefert werden. Sein Druck p₅ wird zweckmäßig sehr hoch gewählt, z. B. 100 bar, damit die Aufheizzeit von Zustand c auf d sehr kurz im Vergleich zur Reaktionszeit ist.

Der Abdampf aus der letzten Entspannungsstufe, der Zustandsänderung von b nach a wird zur Vorwärmung des mit Säure imprägnierten Materials in der Vorwärmkammer herangezogen. Nach erfolgter Aufwärmung kann ein neuer vollständiger Reaktionsstufendurchlauf beginnen.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß die für den letzten Aufheizschritt erforderliche spezifische Dampfmenge d_ mit zunehmender Stufenzahl bzw. Zahl der Dampfspeicher und mit abnehmendem Wassergehalt des eingesetzten, imprägnierten, cellulosehaltigen Materials abnimmt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung. Diese umfaßt ein abschnittsweise konkav ausgebildetes Reaktorgefäß 1. Dieses ist als Hochdruckbehälter ausgebildet. Die Innenseite des Gefäßes 1 ist mit einem säurebeständigen, schlecht wärmeleitenden Werkstoff, wie Keramik, überzogen, um das Kondensieren von Wasserdampf und daraus sich ergebende Verluste nach Möglichkeit zu vermeiden. Darüberhinaus ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Wärmeisolierung vorgesehen.

Oberhalb des Reaktorgefäßes 1 ist eine Vorwärmkammer 2 angeordnet. Diese ist über eine Einlaßöffnung 3 mit dem Reaktorgefäß 1 verbunden. Die Einlaßöffnung 3 wird durch ein bewegliches Ventilschließteil 4 verschlossen, welches in seiner geöffneten Position gestrichelt dargestellt ist. Dieses bildet zusammen mit einer die Vorwärmkammer 2 durchsetzenden Betätigungsstange 5 und hydraulischen oder pneumatischen Betätigungseinrichtungen 6 ein Einlaßventil 7. Um die Betätigungsstange 5 sind Abstreifeinrichtungen 8 zum Abstreifen dort haftenbleibender Reste des Ausgangsmaterials vorgesehen, welche über hydraulische oder pneumatische Antriebseinrichtungen 9 betätigt werden.

An der Unterseite des Reaktorgefäßes 1 ist eine Auslaßöffnung 10 vorgesehen, welche durch ein Ventilschließteil 11 abgeschlossen wird, dessen geöffnete Position ebenfalls gestrichelt dargestellt ist. Das Ventilschließteil 11 ist über eine Betätigungsstange 12 mit einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigungseinrichtung 13 verbunden, wobei die Betätigungsstange 12 einen sich an die Auslaßöffnung 10 anschließenden Produkt-Auslaßkanal 14*durchsetzt. Ventilschließteil 11, Betätigungsstange 12 und Betätigungseinrichtung 13 bilden zusammen ein Auslaßventil

3U9587

• «·» β

• * ο a

- γε -

Die Vorwärmkammer 2 weist seitlich eine Zuführöffnung auf/ an die sich ein horizontaler Kanal 16 mit einem darin längsbeweglichen, dichtend geführten Stößel 17 anschließt. In den Kanal 16 mündet von oben ein trichterförmiges Unterteil 18 eines Materialvorratsbehälters 19.

Am Reaktorgefäß 1 ist unterhalb des Schljp.ßteils 4 des Einlaßventils 7 ein Ringdüsenkanal 2ü mit einez Mehrzahl von Dampfeinlaßdüsen 21 vorgesehen. Der Ringdüsenkanal ist mit einer Dampfauslaßöffnung 2 2 und einer Dampfauslaßleitung 23 verbunden. Von der Dampfauslaßleitung 23 führt eine Leitung 2 4 über eine Absperreinrichtung 25 zur Vorwärmkammer 2, während die Dampfauslaßleitung 23 ihrerseits mit Dampfdruckspeichereinrichtungen 26 und 27 verbunden ist. Den Dampfdruckspeichereinrichtungen 26 bzw. 27 sind Absperreinrichtungen 28 bzv.% 29 zugeordnet.

Ein zweiter Ringdüsenkanal 30 befindet sich im Reaktorgefäß 1 oberhalb des Schließteils 11 des Auslaßventils 14 und ist mit einer Dampfeinlaßöffnung 31 und einer Dampfeinlaßleitung 32 verbunden. Die Dampfeinlaßleitung 32 ist über Absperreinrichtungen 33 und 34 bzw. 35 einerseits mit einer nicht dargestellten Frischdampf quelle und andererseits mit den Dampfdruckspeichereinrichtungen 26 bzw. 27 verbunden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird so betrieben, daß in den Materialvorratsbehälter 1t das bereits vorimprägnierte, entwässerte und zerkleinerte cellulosehaltige Material eingefüllt wird. Das trichterförmige Unterteil 18 wirkt zusammen mit dem Kanal 16 als Dosierwanne, welche vom Stößel 17 in Fig. 1 in der Ausgangsposition rechts begrenzt wird. Durch eine Längsbewegung des Stößels 17 wird das Material in die Vorwärmkammer 2 geschoben, wobei das

Einlaßventil 7 sich in der geschlossenen Position befindet. In der Endlage verschließt der Stößel 17 die Zuführöffnung 15. An die Qualität dieser Abdichtung brauchen keine besonderen Anforderungen gestellt zu werden.

Nun wird in die Vorwärmkammer 2 bei geöffneter Absperreinrichtung 25 über die Leitung 24 Abdampf aus der letzten Entspannungsstufe des jeweils vorherigen Reaktionsstufendurchlaufs eingelassen. Durch die Kondensationswärme des Abdampfes wird das Material von Raumtemperatur auf ca. 100 ⁰C aufgeheizt. Daraufhin öffnet das Einlaßventil 7, so daß das Material aus der Vorwärmkammer 2 locker in das Reaktionsgefäß 1 bei geschlossenem Auslaßventil 14 fallen kann. Durch Betätigung der Abstreifeinrichtung wird verhindert, daß zurückgebliebene Materialreste unerwünschte Brücken bilden. Beim Schließen des Einlaßventils 7 kann die Dichtfläche durch einen Dampfstrahl gereinigt werden. Die Abstreifeinrichtung 8 und der Stößel 17 bewegen sich ebenfalls in ihre Ausgangsstellung zurück und sind damit bereit, den Beschickungsvorgang zu wiederholen.

Im Reaktionsgefäß 1 laufen nun die Reaktionsstufen in der vorstehend beschriebenen Weise ab, indem nacheinander Dampf aus den Dampfdruckspeichereinrichtungen 26 und über die Einlaßleitung 32 und schließlich Frischdampf durch Öffnen der Absperreinrichtung 33 zugeführt wird. Der jeweils zugegebene Dampf strömt über den Ringdüsenkanal 30 ein, so daß das zu hydrolysierende Material im Reaktionsgefäß fluidisiert wird.

Bei der stufenweisen Entspannung nach Beendigung des Reaktionsstufendurchlaufs wird Dampf über den oberen Ringdüsenkanal 20 und die Leitung 23 abgezogen und je nach Reaktionsstufe den Dampfdruckspeichereinrichtungen 26 oder 27 zugeführt. Der Abdampf der letzten Entspannungsstufe wird über die Absperreinrichtung 25 der Vorwärmkammer 2 zugeleitet. Damit iot die Vorrichtung wieder bereit, im quasikontinuierlichen Betrieb einen neuen Reaktionszyklus zu durchlaufen.

Claims (1)

1. J IΛ a D 8 / RAU

   D-8500 NORNBEBG »1 POSTFACH 91 04 80 IANGE ZEIlIE 30 TELEFON OV 1) / 3 71 A7 TELEX 06 / 23 965

   106984 Nürnberg, den 14.12.1981

   S/Lö

   Werner & Pfleiderer, Theodorstraße 10, 7000 Stuttgart 30

   nsprüche

   1 ο Verfahren zur hydrolytischen Spaltung von Cellulose umfassend eine Säure- und Entwässerungsbehandlung der zerkleinerten Celluloserohmasse und das anschließende Einwirkenlassen von Wasserdampf mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in einem Reaktorgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfbeaufschlagung in mehreren aufeinanderfolgenden, diskreten Reaktionsstufen mit jeweils definierten Temperatur- und Druckwerten derart vorgenommen wird,, daß die Temperatur von einer zur nächsten Stufe steigt und die Reaktionsdauer abnimmt und im Anschluß an die letzte Reaktionsstufe eine schnelle Entspannung erfolgt.

   2', Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsdauer aufeinanderfolgender Reaktionsstufen abhängig von der zunehmenden Reaktionstemperntür annähernd exponentiell abnehmend bemessen wird.

   3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der letzten Reaktionsstufe eine schnelle, den durchlaufenen Reaktionsstufen entsprechende stufenweise

   Entspannung vorgenommen, Dampf aus verschiedenen Entspannungsstufen separaten Druckspeichern zugeführt und der Abdampf einer n+1 - ten Reaktionsstufe bei quasikontinuierlicher Arbeitsweise zur Einstellung der Reaktionsbedingungen einer η-ten Reaktionsstufe des jeweils nächsten vollständigen Reaktionsstufendurchlaufs herangezogen wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf der letzten Entspannungsstufe zur Vorwärmung des Celluloserohmaterials herangezogen wird.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Hochdruck- Schüttbettreaktor umfaßt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine oberhalb des eigentlichen Reaktorgefäßes (1)des Schüttbettreaktors angeordnete, mit diesem verbundene Vorwärmkammer (2).

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Vorwärmkammer (2) führender, etwa horizontaler Kanal (16) mit einem darin dichtend geführten, im Kanal (16) längsverschiebbaren Stößel (17) vorgesehen ist, wobei oberhalb des Kanals (16) ein in diesen mündender Materialvorratsbehälter (19) angeordnet ist und der Stößel (17) in seiner einen Endposition den Materialvorratsbehälter (19) und die Vorwärmkammer (2) abdichtet.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorgefäß (1) oben bzw. unten durch ein Einlaß- bzw. Produkt-Auslaßventil (7 bzw. 14) begrenzt und wenigstens abschnittsweise konisch ausgebildet ist.

   3U9587

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkteinlaßventil (7) über eine die Vorwärmkammer (2) durchsetzende Stange (5) betätigbar ist, wobei um die Stange (5) Abstreifeinrichtungen (8) vorgesehen sind.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch einen im Bereich der Uxiterseite das Reaktorgefäßes (1) mit der Dampfeinlaßleitung (32) verbundenen Ringdüsenkanal (30).

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch einen im Bereich der Oberseite des Reaktorgefäßes (1) mit der Dampfablaßleitung (23) verbundenen Ringdüsenkanal (21).

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit den Dampfeinlaß- und Dampfauslaßleitungen (32 bzw. 23) absperrbar verbundene Dampfdruckspeichereinrichtung (26 bzw. 27).

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch eine mit der Dampfauslaßleitung (23) absperrbar verbundene, zur Vorwärmkammer (2) führende Leitung (24).