Viacstupňový spôsob spracovania pentózanových surovín a odpadov s výrobou 2-furaldehydu a pyrolýzneho uhlíka

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Organické suroviny a odpady s obsahom min. 10 % hmotn. pentózanov, ako sú listnaté dreviny a ich odpady, rýchlorastúce listnaté dreviny, napr. vŕba, kukuričné oklasky, slnečnicové šupky, obilné otruby, bavlníkové tobole a i., sa použijú na katalyzovanú alebo autokatalyzovanú výrobu 2-furaldehydu, s použitím kyselín alebo kyslých solí, výhodne fosforečných katalyzátorov, ako je kyselina trihydrogénfosforečná alebo trojitý superfosfát a pod. Vzniknutý ligníncelulózový zvyšok sa bezprostredne alebo po predchádzajúcom prirodzenom či umelom sušení na vlhkosť 2 až 25 % hmotn. použije na výrobu pyrolýzneho uhlia s obsahom fixného uhlíka min. 65 % hmotn. a uloží sa do pôdy na zvýšenie jej úrodnosti a dlhodobú sekvestráciu uhlíka na tisícky rokov.

Text

Pozerať všetko

SLOVENSKÁ REPUBLIKA PATENTOVÝ SPIS(19) SK 288265 Číslo prihlášky 60-2011 Dátum podania prihlášky 21. 6. 2011 (13) Druh dokumentu B 6 Cislo prioritnej prihlášky Dátum podania prioritnej prihlášky (51) ĺľlĺ- C 1- 0015.01) Krajina alebo regionálna organizácia priority Bol-I 31/00 Dátum zverejnenia prihlášky 2. 1. 2013 Vestník UPV SR č. 1/2013URAD patentu verejnosti 30. 3. 2015PRIEMYSELNEHO Číslo pôvodnej prihláškyČíslo pôvodnej prihlášky úžitkového vzoru v prípade odbočeniaČíslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCTČíslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCTČíslo podania európskej patentovej prihlášky(54) Názov Viacstupňový spôsob spracovania pentózanových surovín a odpadov s výrobou Z-furaldehydu a pyrolýzneho uhlíka.Organické suroviny a odpady s obsahom min. 10 hmotn. pentózanov, ako sú listnaté dreviny a ich odpady, rýchlorastúce listnaté dreviny, napr. vrba, kukuričné oklasky, slnečnicové šupky, obilné otruby, bavlníkové tobole a i., sa použijú na katalyzovanú alebo autokatalyzovanú výrobu Z-furaldehydu, s použitím kyselín alebo kyslých solí, výhodne fosforečných katalyzátorov, ako je kyselina trihydrogénfosforečná alebo trojitý superfosfát a pod. Vzniknutý ligníncelulózový zvyšok sa bezprostredne alebo po predchádzajúcom prirodzenom či umelom sušení na vlhkost 2 až 25 hmotn. použije na výrobu pyrolýzneho uhlia s obsahom fixného uhlüa min. 65 hmotn. a uloží sa do pôdy na zvýšenie jej úrodnosti a dlhodobú sekvestľáciu uhlíka na tisícky rokov.Vynález sa týka environmentálnej technológie spracovania pentózanových surovín a odpadov, ako je listnaté drevo, drevo plantážnicky pestovaných rýchlorastúcich listnatých drevín, napr. vŕby, zvyškové drevo z lesnej ťažby, zvyšky z prerezávok hrozna a ovocných drevín, zmesná biomasa z parkov a pod., rôzne poľnohospodárske odpady ako kukuričné oklasky, pšeničná slama a i., viacstupňovým spôsobom, pričom zvyšok z jedného stupňa sa stáva surovinou nasledujúceho stupňa. Po nanesení katalyzátora na predmetnú surovinu alebo odpad sa vyrobí cenná chemikália Z-furaldehyd. Podstatné Časť vstupnej suroviny alebo odpadu po výrobe Z-furaldehydu cca 60 - 80 hmotn. zo vstupnej suroviny, ktorá bola ťažko odstrániteľným zvyškom,rýchle podliehajúcim plesniam, sa podrobí pyrolýze, pričom vzniknuté pyrolýzne uhlie sa použije na zvýšenie úrodnosti pôdy a zároveň dlhodobú sekvestráciu uhlíka.V patente č. 279808 z r. 1999 (Ladomerský, J., Pajtík, J. Spôsob kontinuálnej výroby Z-furaldehydu) sa vyriešil problém kontinuálnej katalytickej výroby Z-furaldehydu zo surovín s obsahom viac ako 15 hmotn. pentózanov v prepočte na sušinu. Aplikáciou menej silných neprchavých ánorganických katalyzátorov v kontinuálnom spôsobe sa objavila výroba s vyššími výťažkami ako pri predtým aplikovanej bezkatalytickej kontinuálnej výrobe Z-furaldehydu. Napriek tomu sa problémy s odstraňovaním zvyšku po výrobe Z-furaldehydu nepodarilo odstrániť. Zloženie a vlastnosti zvyšku po výrobe Z-furaldehydu sú závislé od použitej suroviny a technológie výroby. Teoreticky by bolo možné zhodnotiť tento zvyšok po výrobe Z-furaldehydu sušením a výrobou brikiet, ktoré by boli vhodné ako redukovadlo - náhrada drevného uhlia pri výrobe niektorých druhov ferozliatin, pretože V porovnaní s natívnym drevom sú obohatené o uhlík a uvoľňujú podstatne nižší obsah prchavých látok pri horení (30 - 35 ). Ale tento typ výrobku je pre hutnícky proces málo atraktívny. Pri našich pokusoch s jeho aplikáciou do pôdy sa nezaznamenal výrazný pozitívny efekt na rast skúšobných plodín, ale neboli zistené ani prípadné negatívne dopady. Zrejme príčinou bol relatívne nízky obsah fixného uhlíka vo zvyšku po výrobe Z-furaldehydu a okrem toho vysoký podiel novovzniknutej štruktúry podobnej lignínu.Doteraz nie je známy postup využitia zvyšku z výroby Z-furaldehydu katalyzovaného kyselinou fosforečnou a jej soľami na výrobu pyrolýzneho uhlíka s podielom fosforu, ktorý sa využije aplikáciou do pôdy a na dlhodobú sekvestráciu uhlíka.Uvedené nedostatky odstraňuje viacstupňová environmentálna technológia spracovania pentózanových surovín a odpadov s výrobou Z-furaldehydu a nadväzným využitím zvyšku po výrobe Z-ñlraldehydu na výrobu pyrolýzneho uhlia, ktoré pri aplikácii do pôdy zvyšuje jej úrodnosť, pridáva pôde pomaly sa uvoľňujúci fosfor, fiXuje dusík, s minerálnyrni látkami vytvára komplexy obdobne ako humus, zlepšuje fyzikálne vlastnosti pôdy - zadržiavanie vody a živín v nej rozpustených, zlepšuje prevzdušnenie, je substrátom pre bohatú mikroflóru a navyše predstavuje trvalú sekvestráciu uhlíka na tisícky rokov.Podľa technického riešenia sa dajú spracovať suroviny a odpady s obsahom pentózanov min. 10 hmotn. Pentózanové suroviny a odpady sa v prvom stupni impregnujú alebo nastriekajú zriedeným roztokom kyselín alebo ich solí, výhodne sa použije zriedená kyselina trihydrogénfosforečná alebo jej soli, alebo superfosfát, príp. iná fosforečná soľ s koncentráciou od 1 do 30 hmotn. a v množstvách od 1 do 10 hmotn. v prepočte na bezvodý katalyzátor sušiny suroviny. Takto upravená hmota sa v druhom stupni dávkuje do kontinuálneho alebo diskontinuálneho reaktora. Kontinuálny reaktor sa vyhrieva na teplotu 130 - 200 °C a zdržný čas suroviny v reaktore je 40 až 80 minút. Diskontinuálny reaktor sa vyhrieva na teplotu 130 - 200 °C a zdržný čas suroviny v reaktore je 40 až 100 minút, vznikajúci Z-furaldehyd sa kontinuálne vydestiluje prehriatou vodnou parou uvedenej teploty s hydromodulom odberu destilátu k surovine od 0,5 z l až do 3 1 litrov kondenzátu na 1 kg sušiny suroviny.V treťom stupni nezreagovaný zvyšok z výroby Z-furaldehydu sa bez sušenia alebo po predbežnom prirodzenom, či umelom sušení na vlhkosť 2 až Z 5 hmotn. podrobí pyrolýze v diskontinuálnej alebo kontinuálnej retorte. Podmienky v diskontinuálnej retorte sú teploty 200 až 700 °C a čas karbonizácie od 0,5 až 10 h. Podmienky v kontinuálnej retorte sú teploty 250 až 900 °C a čas karbonizácie 5 až 120 minút. Ďalším variantom riešenia je, že nezreagovaný zvyšok z výroby Z-furaldehydu sa bez sušenia alebo po predbežnom prirodzenom či umelom sušení na vlhkosť 2 až 25 hmotn. podrobí dezintegrácii a rýchlej pyrolýze pri teplotách 150 až 900 °C a čase karbonizácie 1 až 20 minút.Produkt pyrolýzy je využiteľný na zlepšenie kvality pôdy a úrodnosti a na sekvestráciu uhlíka.Nadväznosť technologických procesov a takmer 100 -né zhodnotenie vstupnej suroviny umožňuje efektívne využívať široké rozpätie surovín a odpadov s obsahom pentózanov min. 10 hmotn. oproti doterajším postupom využívajúcich pentózanové suroviny s obsahom pentózanov minimálne 15 hmotn. a miesto doteraz odpadového zvyšku po výrobe Z-furaldehydu sa získava cenný pyrolýzny uhlík s podielom fosforu na zúrodňovanie pôdy a dlhodobú sekvestráciu uhlíka.V diskontinualnom reaktore s objemom 100 l bol vyrobený Ž-furaldehyd postupom podľa schémy l.Vzniknutý LCZ (ligníncelulózový zvyšok), ktorý obsahoval viac než 60 fosforu použitého na katalýzu Z-furaldehydu, bol sušený v laboratórnej sušiarni a následne granulovaný v lise na rozmery granúl s priemerom 2,5 cm a hrúbkou 0,5 cm. V laboratórnom elektricky vyhrievanom reaktore bolo pripravené pyrolýzne uhlie z granulovaného LCZ. Teplota pyrolýzy granúl LCZ bola 500 - 550 °C, čas pyrolýzy 30 min. Výťažok pyrolýzneho uhlia bol 27 - 30 (v prepočte na suchý LCZ) a obsah fixného uhlíka 80 - 87 .ćšišéškísnzšenzeąä šwfąxresšgšçsšxysłiu aěałzą ruzłešą Zašłmsšsšćšąväa v nxiąazsišckě stvpaššf íšàš 3Na modelovú kontinuálnu výrobu Z-furaldehydu bola použitá zmes štiepok, triesok, kôry a bukových pilín. Zmes sa dávkovala kontinuálne vrchu reaktora a priebežne sa nanášala 20 roztokom H 3 PO 4 v nmožstve 3 čistej kyseliny trihydrogénfosforečnej na sušinu suroviny. Zmes sa prefukovala nasýtenou alebo mierne prehriatou vodnou parou s tlakom 1,0 - 1,1 MPa. Zároveň sa z vrchnej časti rektora Cez chladič odoberala nadbytočná časť vodnej pary spolu so Vzniknutým 2-furaldehydom. Zo suroviny vznikajúci li gníncelulózový zvyšok (LCZ) s obsahom viac než 70 vstupného fosforu sa kontinuálne odoberal z dna reaktora.Analogicky sa uskutočnila porovnávacia výroba Z-furaldehydu pri rovnakých podmienkach bez katalyzátora. Pri porovnávacej kontinuálnej autokatalyzovanej výrobe Z-furaldehydu zo zmesi bukových štiepok, triesok, kôry a pilín Vznikal podobný (ako V predchádzajúcom prípade) LCZ tmavohnedej latky jemne Vláknitého charakteru, ktorý nadobúda pri expanznom Vyprazdňovaní reaktora. Pri expanzii nastáva defibracia nielen pilín, ale aj triesok a malých kúskov dreva a kôry, takže expandovaný LCZ aj pri spracovaní zmesi pilín a štiepok, resp. V inom prípade oklaskov, má Vláknitý charakter. LCZ predstavuje množstvo cca 70 - 75 pôvodnej suroviny obohatenej o uhlík.Vzniknuté LCZ boli predsušené na vlhkosť pod 20 a podrobené pyrolýze ako V príklade l. Výťažok drevného uhlia z LCZ po katalýze vstupnej suroviny na výrobu 2-furaldehydu kyselinou trihydrogénfosforečnou pri teplote 420 °C sa pohyboval od 31 do 35 s obsahom fixného uhlíka 75 - 79 V prepočte na sušinu a z pyrolýzy LCZ po autokatalytickej výrobe Z-furaldehydu 34 - 37 hmotn., s obsahom fixného uhlíka 70 - 72 hmotn. V prepočte na sušinu.V diskontinuálnom reaktore o objeme 100 l ako V príklade l bol vyrobený Z-furaldehyd z kukuričných oklaskov s prídavkom katalyzátora 4 trojitého superfosfátu (44 P 205) V prepočte na sušinu. Odber vznikajúceho Z-furaldehyd bol kontinuálny za čas 90 min. Vznikol hrubozmitý, tmavohnedý ligníncelulózový zvyšok s obsahom fosforu viac ako 60 vstupného fosforu. Obsah popola V prepočte na sušinu LCZ bol 4,9 . Extrakt studenou Vodou 8,2 , benzén-etanolový extrakt 16,0 a extrakt horúcou vodou 0,9 . Lignín metódou Tappi 42,6 a celulóza metódou Kürschner - Hofflera 40,5 . Posledné dva údaje svedčia o tom, že tento produkt by sa V pôde Veľmi pomaly odbúraval. LCZ po predsušení na vlhkosť pod 30 sa podrobil laboratórnej pyrolýze pri 350 °C počas 25 min. Vznikla hmota s bohatým zastúpením organicky Viazaného uhlíka 76 - 78 a z poľnohospodárskeho hľadiska so zaujímavým podielom superfosfátu.V diskontinualnom reaktore s objemom 100 l ako V príklade l bol vyrobený Z-furaldehyd z extrahovaných štiepok Vŕby z koreňovej Čistiarne odpadových vôd. Štiepky boli extrahované Vodou a etanolom. Výťažok Z-furaldehydu bol 7,6 hmotn. a kyseliny octovej 3,1 hmotn. V prepočte na sušinu štiepok. LCZ bol pyrolyzovaný pri 550 C s výťažkom 39 - 40 hmotn. V prepočte na sušinu LCZ a obsahoval viac než 50 vstupného fosforu.Využitie organických surovín a odpadov s obsahom n 1 in. lO hmotn. Pentózanov, ako sú listnaté dreviny a ich odpady, rýchlorastúce listnaté dreviny, napr. vrba, kukuričné oklasky, slnečnicové šupky, obilné otruby, baVlmkoVé tobole a i. na katalyzovanú alebo autokatalyzovanú Výrobu 2-furaldehydu, s použitím kyselín alebo kyslých solí, výhodne fosforečných katalalyzatorov, ako je kyselina trihydrogénfosforečná alebo trojitý superfosfát a pod., a následné spracovanie zvyšku po výrobe 2-furaldehydu na Výrobu pyrolýzneho uhlíka s podielom fosforu a jeho konečným uložením do pôdy na zvýšenie jej úrodnosti a dlhodobú sekvestráciu uhlíka na tisícky rokov.l. Viacstupňový spôsob spracovania pentózanových surovín a odpadov s výrobou Z-furaldehydu a pyrolýzneho uhlíka, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že pentózanové suroviny alebo odpady s obsahom minimalne 10 hmotn. pentózanov sa V prvom stupni impregnujú alebo nastriekajú zriedeným roztokom kyselín alebo ich solí, Výhodne sa použije zriedená kyselina trihydrogénfosforečná alebo jej soli, alebo superfosfát, s koncentráciou od l do 30 hmotn. a V množstvách od l do 10 hmotn. v prepočte na bezvodý katalyzátor a sušinu suroviny, V druhom stupni sa z takto upravenej hmoty vyrobí Z-furaldehyd bud kontinuálnym spôsobom pri teplote 130 - 220 °C a zdržnom čase suroviny V reaktore 10 až 80 minút, alebo diskontinuálnym spôsobom pri teplote 130 - 200 °C a zdržnom čase suroviny v reaktore 40 až 100 minút a následne V treťom stupni sa zvyšok po výrobe 2-furaldehydu podrobí pyrolýze, pričom pyrolýzny produkt sa uloží do pôdy na zvýšenie jej úrodnosti a dlhodobú sekvestráciu uhlíka.

MPK / Značky

MPK: B01J 31/04

Značky: spôsob, uhlíka, výrobou, 2-furaldehydu, odpadov, viacstupňový, pyrolýzneho, pentozánových, spracovania, surovin

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/5-288265-viacstupnovy-sposob-spracovania-pentozanovych-surovin-a-odpadov-s-vyrobou-2-furaldehydu-a-pyrolyzneho-uhlika.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Viacstupňový spôsob spracovania pentózanových surovín a odpadov s výrobou 2-furaldehydu a pyrolýzneho uhlíka</a>

Podobne patenty