Sådan får du alkohol fra savsmuld: fremstillingsmetoder. Træalkohol (hydrolysealkohol)

Fremstillingen af ​​alkohol fra kartofler, korn, melasse og sukkerroer kræver indtagelse af store mængder af disse værdifulde råvarer. At erstatte sådanne råvarer med billigere er en af ​​kilderne til at spare fødevarer og reducere omkostningerne til alkohol. Derfor er produktionen af ​​teknisk ethylalkohol fra non-food råvarer for nylig steget markant: træ, sulfitlud og syntetisk fra ethylenholdige gasser.

Fremstilling af alkohol fra træ

Hydrolyseindustrien producerer en række produkter af planteaffald indeholdende cellulose, især fra træaffald: ethylalkohol, fodergær, glukose mv.

I hydrolyseanlæg hydrolyseres cellulose med mineralsyrer til glucose, som bruges til at gære til alkohol, dyrke gær og frigive det i krystallinsk form. Der er hydrolyseanlæg med forskellige profiler: hydrolyse-alkohol, hydrolyse-gær, hydrolyse-glukose. Hydrolyseindustrien er af stor økonomisk betydning; det skyldes, at værdifulde produkter opnås fra lavværdi planteaffald. Især ud fra 1 ton absolut tørt nåletræ opnås 170-200 liter ethylalkohol, hvis produktion ville kræve 0,7 tons korn eller 2 tons kartofler.

Hydrolyseindustrien behandler træ omfattende, hvilket resulterer i, at hydrolyse-alkoholanlæg producerer ud over ethylalkohol andre værdifulde produkter: furfural, lignin, flydende kuldioxid, fodergær.

Råmaterialer til hydrolyseproduktion

Råmaterialet til hydrolyseproduktion er træ i form af forskelligt affald fra skov- og træindustrien: savsmuld, flis, spåner osv. Træets fugtindhold varierer fra 40 til 60%. Savsmuld behandlet af hydrolyseanlæg har normalt et fugtindhold på 40-48%. Sammensætningen af ​​trætørstof omfatter cellulose, hemicelluloser, lignin og organiske syrer.

Træhemicelluloser består af hexosaner: mannan, galactan og pentosaner: xylan, araban og deres methylerede derivater. Lignin er et komplekst aromatisk stof; dets kemiske sammensætning og struktur er endnu ikke fastlagt.

Den kemiske sammensætning af absolut tørt træ er angivet i tabel 1.

Tabel 1 - Kemisk sammensætning af absolut tørt træ

Ud over træ bruges landbrugsplanteaffald også som råmateriale til hydrolyseindustrien: solsikkeskaller, majskolber, bomuldsskaller og kornhalm.

Den kemiske sammensætning af landbrugsplanteaffald er vist i tabel 2.

Tabel 2 - Kemisk sammensætning af landbrugsplanteaffald

Teknologisk diagram over kompleks træbearbejdning

Det teknologiske skema for kompleks træbearbejdning består af følgende trin: træhydrolyse, neutralisering og rensning af hydrolysatet; fermentering af hydrolytisk urt, destillation af hydrolytisk mæsk.

Det knuste træ hydrolyseres med fortyndet svovlsyre, når det opvarmes under tryk. Under hydrolyse nedbrydes hemicelluloser og cellulose. Hemicelluloser omdannes til hexoser: glucose, galactose, mannose og pentoser: xylose og arabinose; cellulose - til glukose. Lignin forbliver som en uopløselig rest under hydrolyse.

Hydrolyse af træ udføres i et hydrolyseapparat - en stålcylindrisk beholder. Som et resultat af hydrolyse opnås et hydrolysat indeholdende ca. 2-3% fermenterbare monosaccharider og en uopløselig ligninrest. Sidstnævnte kan anvendes direkte til fremstilling af byggeplader, i teglproduktion, ved slibning af cement, som brændsel; Efter passende forarbejdning kan lignin anvendes til fremstilling af plast, gummiindustri mv.

Det resulterende hydrolysat sendes til en fordamper, hvor dampen adskilles fra væsken. Den frigivne damp kondenseres og bruges til at adskille furfural, terpentin og methylalkohol fra den. Derefter afkøles hydrolysatet til 75-80°C, neutraliseres i en neutralisator med kalkmælk til pH 4-4,3 og ernæringssalte til gær (ammoniumsulfat, superphosphat) tilsættes. Det resulterende neutralisat sedimenteres for at befri det fra det udfældede calciumsulfat og andre suspenderede partikler. Det bundfældede bundfald af calciumsulfat fraskilles, tørres, brændes, og der opnås alabast, der anvendes i byggeudstyr. Det neutraliserede produkt afkøles til 30-32°C og sendes til gæring. Hydrolysatet fremstillet på denne måde til gæring kaldes urt. Gæring af hydrolytisk urt udføres kontinuerligt i gæringstanke. I dette tilfælde cirkulerer gæren kontinuerligt i systemet; Gær skilles fra mosen ved hjælp af separatorer. Kuldioxiden, der frigives under gæringen, bruges til at frigive flydende eller fast kuldioxid. Moden mæsk indeholdende 1,0-1,5 % alkohol sendes til destillation og rektificering til et mæskrektificeringsapparat, og der opnås ethylalkohol, methylalkohol og fuselolie. Destillationen, der opnås efter destillation, indeholder pentoser og bruges til dyrkning af fodergær.

Figur 1 — Teknologisk diagram over kompleks træbearbejdning på hydrolyse-alkoholanlæg

Ved forarbejdning i henhold til det angivne skema kan følgende mængder af salgbare produkter opnås fra 1 ton absolut tørt nåletræ:

• Ethylalkohol, l………………….. 187
• Flydende kuldioxid, kg………………….. 70
• eller fast kuldioxid, kg………40
• Fodergær, kg………………….. 40
• Furfural, kg……………………………….9.4
• Terpentin, kg…………………………………0,8
• Termisk isolering og konstruktion ligno-plader, m 2 .... 75
• Konstruktionsalabast, kg……..225
• Fuselolie, k g………………..0.3

Produktion af alkohol fra sulfitvæske

Ved fremstilling af pulp af træ efter sulfitmetoden er affaldsproduktet sulfitlud - en brun væske med lugt af svovldioxid. Kemisk sammensætning af sulfitlud (%): vand - 90, tørre stoffer - 10, herunder ligninderivater - lignosulfonater - 6, hexoser - 2, pentoser -1, flygtige syrer, furfural og andre stoffer - ca. 1. Langtidssulfitlud udsat i floder, forurenede de vandet og ødelagde fisk i reservoirer. I øjeblikket har vi en række anlæg til kompleks forarbejdning af sulfitlud til ethylalkohol, fodergær og sulfitvinagekoncentrater. Fremstillingen af ​​alkohol fra sulfitlud består af følgende trin: forberedelse af sulfitlud til gæring, fermentering af sulfitludsurt, destillation af moden sulfitmask.

Fremstillingen af ​​sulfitvæske til fermentering udføres i henhold til et kontinuerligt skema. Luden renses med luft for at fjerne flygtige syrer og furfural, som forsinker gæringsprocessen. Den rensede lud neutraliseres med kalkmælk og opbevares derefter for at forstørre de udfældede krystaller af calciumsulfat og calciumsulfid; Samtidig tilsættes næringssalte til gær (ammoniumsulfat og superfosfat). Så er luden bundfældet. Det bundfældede sediment - slam - drænes i kloakken, og den klarede væske afkøles til 30-32°C. Den på denne måde fremstillede spiritus kaldes urt. Urten sendes til fermenteringsafdelingen og fermenteres på samme måde som træhydrolysater, eller man benytter move-pack metoden. Bevægelig pakning refererer til de cellulosefibre, der er tilbage i væsken. Gæringsmetoden med en bevægelig dyse er baseret på egenskaben af ​​visse gærracer til at blive sorberet på overfladen af ​​cellulosefibre og danne flager af en fibrøs-gærmasse, som i en moden mæsk hurtigt og fuldstændigt sætter sig på bunden af moms. Gæringen udføres i et gæringsbatteri, som består af et hoved- og halekar. I fermenterende urt er cellulosefibre med sorberet gær i kontinuerlig bevægelse under påvirkning af den frigivne kuldioxid. Den fermenterede mæsk kommer fra hovedkarret til halekarret, hvor gæringsprocessen slutter, og fibrene med gær sætter sig i bunden. Den bundfældede gærfibermasse returneres med pumpe til hovedkarret, hvor der samtidig tilføres urt, og den modne mæsk, indeholdende 0,5-1 % alkohol, sendes til destillationsapparatet, og der opnås ethylalkohol, methylalkohol og fuselolie. . Destillationen, der opnås efter destillation, indeholder pentoser og tjener som næringsmedium til dyrkning af fodergær, som derefter adskilles, tørres og frigives som tørgær. Efter adskillelse af gæren inddampes den lignosulfonatholdige destillation til et tørstofindhold på 50-80%. Det resulterende produkt kaldes sulfit-vintage-koncentrat og bruges til fremstilling af plast, byggematerialer, syntetiske garvemidler til læder, støberier og vejbyggeri.

Fra sulfitvinagekoncentrater kan du få et værdifuldt aromatisk stof - vanillin.

Det teknologiske skema for den komplekse forarbejdning af sulfitvæsker til ethylalkohol, fodergær og sulfitvinagekoncentrater er vist i figur 2.

Figur 2 - Procesforløbsdiagram for forarbejdning af sulfitlud til alkohol

Ved forarbejdning af sulfitvæske opnås følgende i form af 1 ton grantræ:

• Ethylalkohol, l……………….. 30-50
• Methylalkohol, l ………………………… 1
• Flydende kuldioxid, l………….. 19-25
• Tørfodergær, kg…. 15
• Sulfit-vintage koncentrater med et fugtindhold på 20%, kg.... 475

Syntetisk produktion af alkohol

Råvarerne til fremstilling af syntetisk ethylalkohol er gasser fra olieraffinaderier, der indeholder ethylen. Derudover kan andre ethylenholdige gasser anvendes: koksovnsgas opnået fra kokskul og tilhørende petroleumsgasser.

I øjeblikket fremstilles syntetisk ethylalkohol på to måder: svovlsyrehydrering og direkte hydrering af ethylen.

Sulfathydrering af ethylen

Fremstillingen af ​​ethylalkohol ved denne metode består af følgende processer: interaktionen af ​​ethylen med svovlsyre, som producerer ethylsvovlsyre og diethylsulfat; hydrolyse af de resulterende produkter til dannelse af alkohol; adskille alkohol fra svovlsyre og rense det.

Råvarerne til svovlsyrehydrering er gasser indeholdende 47-50 vægtprocent. ethylen, samt gasser med mindre ethylenindhold. Processen udføres i henhold til nedenstående skema.

Figur 3 - Teknologisk skema til fremstilling af syntetisk alkohol ved svovlsyrehydrering

Ethylen reagerer med svovlsyre i en reaktionssøjle, som er en lodret cylinder. Inde i søjlen er der hætteplader med overløbsglas. Ethylenholdig gas tilføres til den nederste del af kolonnen af ​​en kompressor, og 97-98% svovlsyre tilføres til toppen af ​​kolonnen for tilbagesvaling. Gassen, der stiger opad, bobler gennem et lag væske på hver plade. Ethylen reagerer med svovlsyre i henhold til følgende reaktioner:

En blanding af ethylsvovlsyre, diethylsulfat og uomsat svovlsyre strømmer kontinuerligt fra reaktionssøjlen. Denne blanding afkøles i køleskabet til 50°C og sendes til hydrolyse, hvor der opstår følgende reaktioner:

Monoethylsulfatet, der stammer fra den anden reaktion, undergår yderligere nedbrydning for at danne et andet alkoholmolekyle.

Direkte hydrering af ethylen

Det teknologiske skema til fremstilling af ethylalkohol ved direkte hydrering af ethylen er præsenteret nedenfor.

Figur 4 — Teknologisk diagram over direkte hydrering af ethylen ved fremstilling af ethylalkohol

Råmaterialet til den direkte hydreringsmetode er gas med et højt ethylenindhold (94-96%). Ethylen komprimeres af en kompressor til 8-9 kPa. Komprimeret ethylen blandes med vanddamp i visse proportioner. Interaktionen mellem ethylen og vanddamp udføres i et kontaktapparat - en hydrator, som er en lodret hul cylindrisk søjle af stål, hvori der er en katalysator (phosphorsyre aflejret på aluminosilikat).

En blanding af ethylen og vanddamp ved 280-300°C under et tryk på ca. 8,0 kPa føres ind i en hydrator, hvori de samme parametre opretholdes. Når ethylen interagerer med vanddamp, ud over hovedreaktionen af ​​dannelsen af ​​ethylalkohol, forekommer der sidereaktioner, hvilket resulterer i diethylether, acetaldehyd og ethylenpolymerisationsprodukter. Synteseprodukterne fjerner en lille mængde fosforsyre fra hydratoren, som efterfølgende kan have en ætsende effekt på udstyr og rørledninger. For at undgå dette neutraliseres syren i synteseprodukterne med alkali. Efter neutralisering ledes synteseprodukterne gennem en saltudskiller, og afkøles derefter i en varmeveksler, og der sker kondensering af vand-alkoholdampe. En blanding af vandig-alkoholisk væske og uomsat ethylen opnås. Uomsat ethylen separeres fra væsken i en separator. Det er en lodret cylinder, hvori der er installeret skillevægge, der kraftigt ændrer gasstrømmens hastighed og retning. Ethylen fra separatoren ledes ud i cirkulationskompressorens sugeledning og sendes til blanding med frisk ethylen. Vand-alkoholopløsningen, der strømmer fra separatoren, indeholder 18,5-19% vol. alkohol Det koncentreres i en stripningskolonne og sendes i form af dampe til en destillationskolonne til oprensning. Alkoholen opnås med en styrke på 90,5 % vol. Syntetiske alkoholfabrikker bruger metoden til direkte hydrering af ethylen.

Fremstillingen af ​​syntetisk alkohol, uanset fremstillingsmetoden, er meget mere effektiv end produktionen af ​​alkohol fra fødevareråvarer. For at opnå 1 ton ethylalkohol fra kartofler eller korn er det nødvendigt at bruge 160-200 arbejdsdage, fra olieraffineringsgasser kun 10 arbejdsdage. Prisen på syntetisk alkohol er cirka fire gange mindre end prisen på alkohol fra fødevareråvarer.

Du er i skoven... Tykke og tynde træstammer er stimlet rundt. For en kemiker består de alle af det samme materiale - træ, hvoraf hovedparten er organisk stof - fiber (C 6 H 10 O 5) x. Fiber danner væggene i planteceller, dvs. deres mekaniske skelet; Vi har det ret rent i fibrene af bomuldspapir og hør; i træer findes den altid sammen med andre stoffer, oftest lignin, af næsten samme kemiske sammensætning, men med andre egenskaber. Den grundlæggende formel for fiber C 6 H 10 O 5 falder sammen med formlen for stivelse, roesukker har formlen C 12 H 2 2O 11. Forholdet mellem antallet af hydrogenatomer og antallet af oxygenatomer i disse formler er det samme som i vand: 2:1. Derfor blev disse og lignende stoffer kaldt "kulhydrater" i 1844, det vil sige stoffer, der tilsyneladende (men faktisk ikke) bestod af kulstof og vand.

Kulhydratfibrene har en høj molekylvægt. Dens molekyler er lange kæder, der består af individuelle led. I modsætning til hvide stivelseskorn er fiber stærke tråde og fibre. Dette forklares af den anderledes, nu præcist etablerede, strukturelle struktur af stivelse og fibermolekyler. Ren fiber kaldes teknisk set cellulose.

I 1811 gjorde akademiker Kirchhoff en vigtig opdagelse. Han tog almindelig stivelse fra kartofler og behandlede den med fortyndet svovlsyre. Under påvirkning af H 2 SO 4 var der hydrolyse stivelse og det blev til sukker:

Denne reaktion var af stor praktisk betydning. Produktionen af ​​stivelse og sirup er baseret på det.

Men fiber har samme empiriske formel som stivelse! Det betyder, at du også kan få sukker af det.

Faktisk i 1819 blev forsukring af fibre ved hjælp af fortyndet svovlsyre først udført. Til disse formål kan koncentreret syre også anvendes; Den russiske kemiker Vogel opnåede i 1822 sukker fra almindeligt papir, der virkede på det med en 87% opløsning af H 2 SO 4.

I slutningen af ​​det 19. århundrede. Praktiserende ingeniører er allerede blevet interesseret i at få sukker og alkohol fra træ. I øjeblikket fremstilles alkohol af cellulose i fabriksskala. Metoden, opdaget i et reagensglas af en videnskabsmand, udføres derefter i en ingeniørs store stålapparat.

Lad os besøge hydrolyseanlægget... Savsmuld, spåner eller træflis fyldes i enorme rådnetanke (perkolatorer). Dette er affald fra savværker eller træforarbejdningsvirksomheder. Tidligere blev dette værdifulde affald brændt eller blot smidt på en losseplads. En svag (0,2-0,6%) opløsning af mineralsyre (oftest svovlsyre) passerer gennem perkolatorer med en kontinuerlig strøm. Det er umuligt at holde den samme syre i apparatet i lang tid: sukkeret, der er indeholdt i det, opnået fra træ, ødelægges let. I perkolatorer er trykket 8-10 atm, og temperaturen er 170-185°. Under disse forhold forløber cellulosehydrolyse meget bedre end under normale forhold, hvor processen er meget vanskelig. Perkolatorer producerer en opløsning, der indeholder omkring 4 % sukker. Udbyttet af sukkerholdige stoffer under hydrolyse når 85% af det teoretisk mulige (ifølge reaktionsligningen).

Ris. 8. Et visuelt diagram over produktionen af ​​hydrolytisk alkohol fra træ.

For Sovjetunionen, som har store skove og støt udvikler den syntetiske gummiindustri, er det af særlig interesse at få alkohol fra træ. Tilbage i 1934 besluttede den XVII kongres for All-Union Kommunistpartiet (bolsjevikkerne) at udvikle produktionen af ​​alkohol fra savsmuld og affald fra papirindustrien fuldt ud. De første sovjetiske hydrolyse-alkoholfabrikker begyndte at fungere regelmæssigt i 1938. I løbet af årene med den anden og tredje femårsplan byggede og lancerede vi fabrikker til fremstilling af hydrolysealkohol - alkohol fra træ. Denne alkohol bliver nu i stigende grad forarbejdet til syntetisk gummi. Dette er alkohol fra non-food råvarer. Hver million liter hydrolytisk ethylalkohol frigiver omkring 3 tusinde tons brød eller 10 tusinde tons kartofler og derfor omkring 600 hektar dyrket areal til mad. For at opnå denne mængde hydrolytisk alkohol har du brug for 10 tusinde tons savsmuld med 45 procent fugtindhold, som kan producere et savværk med gennemsnitlig produktivitet pr. driftsår.

Hvordan får man alkohol eller andet flydende brændstof fra savsmuld?

1. i Tyskland i slutningen af ​​Anden Verdenskrig kørte alle kampvogne på syntetisk. savsmuldsbrændstof. og biler i Brasilien kører på alkohol, 20% af bilerne der kører på alkohol. så det er sandt, du kan bruge gæring, destillere det og få alkohol, og du har en bil
   Måske kan du få metan ved hjælp af bakterier? så endnu bedre
2. Jeg deler min oplevelse, så skal det være! Generelt tager du 1 kg. Du tørrer savsmuldet eller andet meget forsigtigt, og tilsætter derefter 1/3 af volumen elektrolyt (svovlsyre) til kolben eller andet gennem køleskabet (der vil være sublimering der)... Jeg råder dig til at købe et køleskab 450 fra Labtech og ikke svede det. man varmer det op til en temperatur på 150 grader, og man får Methylalkohol, og der er dets estere og andre BRÆNDBARE reaktionsprodukter. væsken kan have forskellige farver. men sædvanligvis blålig, meget flygtig. Ja, når du laver mad, glem ikke at tilføje stykker korund (aluminiumoxid), det er en katalysator. Så snart væsken i beholderen eller kolben bliver sort, så den ikke kan genkendes, skal du skifte den og fylde den næste portion på. fra 1 kg får du omkring 470 ml. alkohol, men kun 700 noget. Gør dette i et åbent område, godt ventileret og væk fra mad. Ja, glem ikke en maske og åndedrætsværn. Si den sorte (brugte) væske, og det øverste lag brænder meget godt efter tørring. tilføje dette til brændstoffet også.
3. Nåletræarter - dårlige. Typisk opnås hydrolysealkohol fra løvtræer. Her er der faktisk to muligheder, og begge er praktisk talt umulige at implementere derhjemme. Men afføringsvodka er i det store og hele en joke, da produktionen er ineffektiv, og forbruget af det endelige produkt kan være sundhedsfarligt. Første mulighed. Du skal lægge savsmuldet i en ret stor bunke på gaden, våde den med vand og lade den stå i et par år (præcis to år eller mere). Anaerobe mikroorganismer vil sætte sig i midten af ​​dyngen, som gradvist vil nedbryde cellulose til monomerer (sukker), som allerede kan fermenteres. Næste - som almindelig måneskin. Eller den anden mulighed, som er ved at blive implementeret i industrien. Savsmuld koges med en svag opløsning af svovlsyre ved højt tryk. I dette tilfælde sker cellulosehydrolyse inden for få timer. Næste - destillation som sædvanlig.
   Hvis vi ikke kun overvejer ethylalkohol, kan vi gå en anden vej, men igen sælges det praktisk talt ikke derhjemme. Dette er tør destillation af savsmuld. Råvaren skal opvarmes i en forseglet beholder til 800-900 grader. og opsaml undslippende gasser. Når disse gasser afkøles, kondenserer creosot (hovedproduktet), methanol og eddikesyre. Gasser er en blanding af forskellige kulbrinter. Resten er trækul. Det er denne slags kul, der kaldes trækul i industrien, og ikke fra en brand. Det blev tidligere brugt i metallurgi i stedet for koks. Efter dens yderligere forarbejdning opnås aktivt kul. Creosot er en harpiks, der bruges til at tjære sveller og telegrafstænger. Gas kan bruges som almindelig naturgas. Nu væsker. Methyl, eller træ, alkohol destilleres fra væsken ved temperaturer op til 75 grader. Det kan passere til brændstof, men udbyttet er lille, og det er meget giftigt. Næste er eddikesyre. Ved neutralisering med kalk opnås calciumacetat, eller, som det tidligere hed, gråt træeddikepulver. Når det brændes, fås acetone - hvorfor ikke brændstof? Sandt nok, nu opnås acetone fuldstændig syntetisk.
   Det virker som om jeg ikke har glemt noget. Så hvornår åbner vi en creosotbutik?
4. "Og hvis vi ikke destillerede vodka fra savsmuld, hvad skulle vi så gøre med fem flasker?" (V.S. Vysotsky)
5. gæring af sukkerholdige stoffer. for eksempel cellulose. Kun til acceleration har du brug for en enzym-gær. og om methylalkohol... ja, faktisk, i små doser er det dødeligt.
6. Sublimering.
7. Cellulosen skal gæres og derefter destilleres

Produktionen af ​​ethylalkohol fra savsmuldsbiomasse udføres på tre måder:

ved hydrolyse af savsmuldstræ efterfulgt af gæring af hydrolysatet med passende gær til ethanol

forgasning af træ, savsmuld og andet fast husholdningsaffald ved hjælp af pyrolyse med dannelse af syntesegas (CO + H2) og efterfølgende gæring af syntesegassen af ​​passende bakterier til ethanol,

pyrolysenedbrydning af savsmuld og fast affald med dannelse af syntesegas, fremstilling af methylalkohol fra syntesegas og efterfølgende katalytisk omdannelse af methanol til ethanol (homogeniseringsreaktion).

Med hydrolysemetoden bliver alkoholudbyttet kun 200 liter fra 1 ton savsmuld. Og med pyrolysemetoden til forarbejdning vil alkoholudbyttet være 400 liter fra 1 ton savsmuld. Og omkostningerne ved alkoholproduktion i det andet tilfælde er 10 rubler / liter og afhænger af produktionens omfang og omkostningerne ved savsmuld.

Sammenligning af forskellige typer biobrændstoffer

Biobrændstof	Årligt udbytte fra 1 hektar jord	Biobrændstof = Tilsvarende	Pris
Rapsolie	1.480 liter	1 liter = 0,96 liter diesel	1,18 Euro (maj 2008)
Rapsolie Methylester (Biodiesel)	1.550 liter	1 liter = 0,91 liter Diesel	1,40 Euro (juni 2008)
Bioethanol	2.560 liter	1 liter = 0,65 liter benzin
Biomasse til flydende BtL	4 030 liter	1 liter = 0,97 liter Diesel
Biomethan	3.540 kg	1 kg = 1,40 liter benzin	0,93 Euro (juni 2008)

Baseret på disse data kan vi konkludere, at mikrobiologisk produktion af ethanol fra biomasseforgasningsprodukter ved pyrolyse er mere økonomisk gennemførlig.

Fysiske egenskaber, forekomst i natur og struktur af cellulose/fiber.

Træcellulose, eller fiber, er et polysaccharid, som er hovedstoffet, som plantecellernes vægge er bygget af (cellulose - celle). Fiber er hovedbestanddelen af ​​træ (op til 70%), som findes i skallen på frugter, frø osv. og findes ikke i animalske organismer. Fiber er et fast fibrøst stof, der er uopløseligt i enten vand eller almindelige organiske opløsningsmidler.

Bomuld er næsten rene fibre; hør- og hampefibre består også hovedsagelig af fibre; fiber i træ er omkring 50%. Papir- og bomuldsstoffer er produkter fremstillet af fiber. Mange fødevarer indeholder også fibre (mel, korn, kartofler, grøntsager)

Typisk er fibre i træ ledsaget af såkaldte hemicelluloser (halvfiber) - polysaccharider dannet af pentoser (pentosaner) og har sammensætningen (C5H8O4)x, samt hexoser som mannose (mannaner) eller galactose (galaktaner). Derudover indeholder træ lignin - et meget komplekst stof indeholdende seksleddede benzenringe...

Bord. Komponentsammensætning af aspetræ og halm, % hvede

Råmateriale	Cellulose	Lignin	Hemicellulose	Ekstrakter	Aske
Hvede strå	48,7	21,4	23,2
Almindelig asp	46,3	21,8	24,0

Molekylvægten af ​​fiber er stor og når flere millioner. Ligesom stivelse består fibermolekyler af C6H10O5-enheder. Der er fra flere hundrede til flere titusinder af sådanne enheder i fibermolekyler. Derfor udtrykkes fibersammensætningen ligesom stivelse med formlen (C6H10O5)

n. Fiber adskiller sig dog i sin struktur fra stivelse ved, at strukturen af ​​fibermolekyler ikke har en forgrenet, men en trådlignende struktur, som følge af hvilken fiber kan danne fibre.

Studiet af fiberesterificeringsreaktioner (se nedenfor) fører til den konklusion, at hver C 6 H 10 O 5-enhed indeholder tre hydroxylgrupper. På dette grundlag er fiberens molekylære formel afbildet som følger:

Kemiske egenskaber og anvendelser af fiber. Ved normale temperaturer påvirkes fibre ikke af fortyndede syrer og baser, men koncentrerede syrer gør det.

Hvis en klump vat (fiber) anbringes i en blanding af koncentrerede syrer - salpeter og svovlsyre (nødvendigt som vandfjernende middel) i 8-10 minutter, vil der opstå en esterificeringsreaktion: en ester af fiber og salpetersyre vil opnås - nitrofiber. I udseende adskiller nitrofibre sig næsten ikke fra almindelige fibre, men når de antændes i luft, brænder de øjeblikkeligt (en klump nitroret vat, når den brændes på håndfladen, har ikke tid til at brænde den), når den opvarmes i en indelukket rummet og fra detonation eksploderer det. Afhængig af antallet af esterificerede hydroxylgrupper dannes skumfiduser med forskelligt nitrogenindhold. Fuldstændig nitrering af fiber fører til dannelsen af ​​trinitrocellulose:

Når de opvarmes med fortyndede syrer, gennemgår fibre, ligesom stivelse, hydrolyse og bliver i sidste ende til glucose:

(C6H10O5) n+

nH2O ==> nC6H12O6

Produkter af cellulose/fiberforarbejdning ved hydrolyse finder en række anvendelser (Se figur. Struktur og forarbejdning af cellulose (fiber) ved hydrolyse). I form af træ bruges det til bygninger og adskillige produkter. Papir er lavet af fiber (træmasse). Stoffer, tråde og reb er lavet af hamp, hør og bomuldsfibre. Ved kemisk forarbejdning af fibre fremstilles alkohol, kunstsilke, sprængstoffer og meget mere.

Fremstilling af hydrolytisk alkohol fra savsmuld. Da fibre producerer glucose ved hydrolyse, og glucose som bekendt kan omdannes til ethylalkohol (ethanol) eller butylalkohol (butanol), kan alkohol derfor opnås ved kemisk forarbejdning af træ.

Fremstillingen af ​​ethylalkohol fra savsmuld ved hjælp af en af ​​metoderne udføres som følger. Det skal forstås, at produktionen af ​​alkohol fra træ ved hydrolyse af træ og efterfølgende gæring altid er mere metalkrævende og omkostningstung end for eksempel forgasning af træ med efterfølgende katalytisk omdannelse af den resulterende syntesegas til alkohol eller benzinfraktioner.

I et hydrolyseapparat opvarmes træaffald, såsom savsmuld og flis, med svovlsyre (se figur). Fiber hydrolyseres til glucose (se ovenfor). Svovlsyren neutraliseres derefter med kalkopløsning, og det resulterende bundfald af CaSO4 fraskilles. Den resulterende glucoseopløsning fermenteres i store kar i nærværelse af gær. Efter gæring skilles opløsningen fra gæren, og alkohol destilleres fra den i destillationskolonner; Gæren sendes tilbage til gæringstanken.

Fra 1 ton tørt træ opnås på denne måde op til 200 liter ethylalkohol (ethanol); med andre ord kan 1 ton savsmuld erstatte 1 ton kartofler eller 300 kg korn ved fremstilling af alkohol. Hvis vi tænker på, at der indtages en stor mængde alkohol i produktionen af ​​syntetisk gummi og andre produkter, bliver det tydeligt, hvor vigtig produktionen af ​​ethylalkohol fra træ er for at spare på fødevareråvarer.

I Rusland udføres produktionen af ​​alkohol fra savsmuld på en række hydrolyseanlæg. Se et eksempel på at få blandet benzin E-85 (85 % ethanol + 15 % benzin) hos Kirov BioKhimZavod LLC. Et stort tonnage affaldsprodukt fra hydrolyseproduktionen af ​​alkohol fra savsmuld er lignin, hvis nedbrydning på en losseplads tydeligvis ikke aromatiserer luften. Men ifølge amerikanske videnskabsmænd vil nikkelkatalysatoren behandle lignin.

Den næste, ikke mindre interessante måde at behandle træsavsmuld på, er pyrolyse, der producerer syntesegas (en blanding af CO og H2) og den efterfølgende syntese af alkoholer, syntetisk benzin, dieselbrændstof og andre ting.

Succes i den kvalitative udvikling af dette område blev opnået af forskere fra Institute of Petrochemical Synthesis opkaldt efter. A.V. Topchiev RAS, som udviklede en teknologi, der sikrer produktion af højoktan miljøvenlig syntetisk benzin ved hjælp af den mest enkle og økonomiske ordning til forarbejdning af træcellulose med et godt udbytte af det endelige produkt, der opfylder de lovende krav i Euro-4-standarden.

Essensen af ​​deres metode til fremstilling af syntetisk benzin fra træcellulose er som følger.
For det første opnås syntesegas, der indeholder brint, carbonoxider, vand, ureageret carbonhydrid, der er tilbage efter produktionen, og som også indeholder eller ikke indeholder ballastnitrogen fra træcellulose ved forhøjet tryk. Derefter, ved kondensation, separeres vand og fjernes fra syntesegassen, og derefter udføres gasfase, et-trins katalytisk syntese af dimethylether. Den således opnåede gasblanding, uden at isolere dimethylether fra den, ledes under tryk over en katalysator - en modificeret højsiliciumzeolit ​​- for at fremstille benzin, og gasstrømmen afkøles for at isolere syntetisk benzin.

Syntesegas fremstilles af træcellulose på forskellige måder, for eksempel i processen med delvis oxidation af kulbrinteråmaterialer under tryk, hvilket gør det muligt katalytisk at behandle det uden yderligere kompression. Eller det opnås ved katalytisk reformering af kulbrinteråmaterialer med damp eller ved autotermisk reformering. I dette tilfælde udføres processen ved at tilføre luft eller luft beriget med ilt eller ren ilt. Andre muligheder blev også fejlrettet. På det tredje trin udføres selve Fischer-Tropsch-processen, hvor syntesen af ​​flydende kulbrinter sker på basis af syntesegaskomponenter. For eksempel, når syngas (en blanding af carbonmonoxid CO og hydrogen H2) ledes over en katalysator indeholdende reduceret jern (rent jern Fe) opvarmet til 200°C, dannes blandinger af overvejende mættede carbonhydrider (syntetisk benzin).

For første gang blev syntetisk flydende brændstof GTL produceret i betydelige mængder i Tyskland under 2. Verdenskrig 1939-45, hvilket skyldtes mangel på olie. Syntesen blev udført ved 170-200 °C, tryk 0,1-1 Mn/m2 (1-10 am) med en Co-baseret katalysator; Som et resultat blev der opnået benzin (Kogazin 1 eller syntin) med et oktantal på 40-55, højkvalitets dieselbrændstof (Kogazin II) med et cetantal på 80-100 og fast paraffin. Tilsætning af 0,8 ml tetraethylbly pr. 1 liter syntetisk benzin øgede dets oktantal fra 55 til 74. Syntese under anvendelse af en Fe-baseret katalysator blev udført ved 220 °C og derover under et tryk på 1-3 Mn/m2 (kl. 10-30). Syntetisk benzin fremstillet under disse betingelser indeholdt 60-70% olefincarbonhydrider med normal og forgrenet struktur; dens oktantal er 75-78. Efterfølgende blev produktionen af ​​syntetisk flydende brændstof SLT fra CO og H2 ikke bredt udviklet på grund af dets høje omkostninger og lave effektivitet af de anvendte katalysatorer. Ud over syntetisk benzin og dieselbrændstof produceres højoktanbrændstofkomponenter syntetisk og tilsættes dem for at øge anti-bankeegenskaberne. Disse omfatter: isooctan, opnået ved katalytisk alkylering af isobutan med butylener; polymerbenzin - et produkt af katalytisk polymerisation af propan-propylenfraktion osv. Se lit.: Rapoport I. B., Artificial liquid fuel, 2. udgave, M., 1955; Petrov A.D., Kemi af motorbrændstoffer, M., 1953; Lebedev N.N., Kemi og teknologi for grundlæggende organisk og petrokemisk syntese, M., 1971).

Damp (ved en temperatur på 200°C eller mere) passerer over strygejernet.

Afhængigt af temperaturen dannes følgende på reaktorvæggene: Fe + H2O = FeO + H2 + varme (rust) eller 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 + varme (skala).

Disse er standardreaktioner til fremstilling af brint i industrien. De brugte jernoxider skal derefter reduceres tilbage til jern.

Dette gøres således: FeO + CO = Fe + CO2.

CO dannes, når CH (benzin) rammer et varmt strygejern.

Syntetisk benzin , opnået ved katalytisk hydrogenering af carbonmonoxid, har et lavt oktantal; For at opnå højkvalitetsbrændstof til forbrændingsmotorer skal det underkastes yderligere behandling.

Methylalkohol (methanol) i industrien opnås hovedsageligt fra syntesegas, der er et resultat af omdannelsen af ​​naturgas metan. Reaktionen udføres ved en temperatur på 300-600 °C og et tryk på 200-250 kgf/cm i nærværelse af zinkoxid og andre katalysatorer: CO + H2 -----> CH3OH

Fremstillingen af ​​methylalkohol (methanol) fra syntesegas er vist i et forenklet kredsløbsdiagram

Homologisering af methanol til ethanol. Homologisering er en reaktion, hvor en organisk forbindelse omdannes til sin homolog ved at indføre en methylengruppe CH2. I 1940 blev reaktionen af ​​methanol med syntesegas, katalyseret af cobaltoxid ved et tryk på 600 atm, udført for første gang, hvilket producerede ethanol som hovedprodukt:

Anvendelsen af ​​cobaltcarbonyl Co2(CO)8 som katalysatorer gjorde det muligt at reducere reaktionstrykket til 250 atm, mens omdannelsesgraden af ​​methanol til ethanol var 70%, og hovedproduktet, ethanol, blev dannet med en selektivitet på 40 %. Biprodukter fra reaktionen er acetaldehyd og eddikesyreestere. Efterfølgende blev der foreslået mere selektive katalysatorer baseret på kobolt- og rutheniumforbindelser med tilsætning af phosphinligander, og det viste sig, at reaktionen kan accelereres ved at indføre promotorer - jodidioner. I øjeblikket er der opnået en selektivitet for ethanol på 90 %. Selvom mekanismen for homologering ikke er blevet fuldt etableret, kan den anses for at være tæt på mekanismen for methanolcarbonylering.

Isobutylalkohol bruges til fremstilling af isobutylen, som opløsningsmiddel og også som råmateriale til fremstilling af nogle flotationsreagenser og vulkaniseringsacceleratorer i gummiindustrien.

I industrien fremstilles isobutylalkohol af carbonmonoxid CO og hydrogen H2, svarende til syntesen af ​​methanol. Reaktionsmekanismen består af følgende transformationer:

Dehydreringen af ​​isobutylalkohol til isobutylen er en katalytisk reaktion. Elimineringen af ​​vand fra isobutylalkoholmolekyler sker ved 370 °C og et tryk på 3-4 atm. Alkoholdamp ledes over en katalysator - renset aluminiumoxid (aktivt aluminiumoxid).

Et af de generelle teknologiske skemaer til fremstilling af isobutylen ved dehydrering af isobutylalkohol er præsenteret nedenfor.

Efterfølgende esterificering af isobutylen med ethylalkohol giver et oxygenholdigt additiv til benzin - miljøvenlig ethyl-tert-butylether (ETBE), som har et oktantal på 112 point (Forskningsmetode).

Ethyl-tert-butylether ETBE er et produkt af syntesen af ​​isobuten med ethanol:

Det teknologiske skema er meget enkelt: råvarekomponenterne, opvarmet i en varmeveksler, passerer gennem en reaktor, hvor overskydende varme fjernes (reaktionen er meget eksoterm) og adskilles i to kolonner.

I den første rektifikationskolonne separeres n-butan og butylener fra reaktionsblandingen, som derefter bruges til alkylering (isomerisering), og i den anden separeres færdiglavet ETBE fra toppen, og overskydende methanol fra bunden. som returneres til råblandingen.

Katalysatoren er en ionbytterharpiks (sulfoniske kationbyttere), omdannelsesgraden er 94 % (for isobutylen), renheden af ​​den resulterende ETBE er 99 %.

For 1 ton ETBE forbruges 360 kg ethanol (100 % ethylalkohol) og 690 kg 100 % isobuten.

Ris. Ordning for opnåelse af ETBE:

1 - reaktor; 2, 3 - destillationskolonner; Strømme: I - isobuten; II - ethanol; III - butan og butylener; IV - ETBE; V - ethanol genbrug.

Brændværdien af ​​ETBE er lavere end for benzin; ETBE bruges som højoktanadditiver til benzin, hvilket øger deres DNP og forbedrer fordelingen af ​​oktantal blandt lavtkogende fraktioner af katalytisk reformeret benzin. Den optimale effekt opnås ved at tilsætte 11% ETBE blanding til 89-90% basisbenzin med OC og /OC = 85/91, hvorefter AI-93 benzin opnås, men dens brændværdi falder fra 42,70 MJ/kg (uden additiv). ) op til 41,95 MJ/kg.

  Eddikesyre er en organisk forbindelse med molekylformlen CH3COOH og er en forløber for fremstilling af forskellige andre kemikalier, der tjener forskellige slutbrugerindustrier såsom tekstiler, maling, gummi, plast og andre. Dets vigtigste anvendelsessegmenter omfatter fremstilling af vinylacetatmonomer (VAM), renset terephthalsyre (PTA), eddikesyreanhydrid og esteropløsningsmidler (ethylacetat og butylacetat).

Kompetence hos eddikesyreproducenter: BP Plc (UK), Celanese Corporation (USA), Eastman Chemical Company (USA), Daicel Corporation (Japan), Jiangsu Sofo (Group) Co. Ltd. (Kina), LyondellBasell Industries NV (Holland), Shandong Hualu-Hengsheng Chemical Co. Ltd. (Kina), Shanghai Huayi (Group) Company (Kina), Yankuang Cathay Coal Chemicals Co. Ltd. (Kina) og Kingboard Chemical Holdings Ltd. (Hong Kong).

 Celanese er en af ​​verdens største producenter af acetylprodukter (kemiske mellemprodukter såsom eddikesyre til stort set alle større industrier); acetylmellemprodukter udgør omkring 45% af det samlede salg. Celanese bruger en methanolcarbonyleringsproces (reaktionen af ​​methanol og carbonmonoxid); Katalysatoren anvendt i reaktionen og det resulterende produkt (eddikesyre) renses ved destillation.

 I januar 2013 blev Celanese tildelt et amerikansk patent (#7863489) for en direkte og selektiv proces til fremstilling af ethanol ud fra eddikesyre ved hjælp af en platin/tin-katalysator. Patentet dækker en fremgangsmåde til selektiv fremstilling af ethanol under anvendelse af eddikesyres dampfasereaktion under hydrogenering på en katalysatorsammensætning til fremstilling af ethanol. I en udførelsesform for den foreliggende opfindelse frembringer reaktionen af ​​eddikesyre og hydrogen over en platin/tin-katalysator understøttet på silica, grafit, calciumsilicat eller aluminiumsilicat selektivt ethanol i dampfasen ved en temperatur på ca. 250°C.

 Omkostninger ved produktion af ethylalkohol gennem eddikesyre og kvalitetsfordele

 Pris for eddikesyre, eddikesyreanhydrid, vinylacetatmonomer i USA

 Priser for eddikesyre, eddikesyreanhydrid, vinylacetatmonomer i Europa

 Priser for eddikesyre, eddikesyreanhydrid, vinylacetatmonomer i Asien

I dag ved mange mennesker, hvordan man laver methanol selv med deres egne hænder derhjemme. De tilbereder også alkohol fra savsmuld. Det er fremstillingen af ​​alkohol fra savsmuld, der anses for at være den enkleste og mest økonomiske af alle andre metoder, der kendes i dag. Samtidig virker det kun kompliceret og tidskrævende ved første øjekast. Faktisk vil det være ret simpelt at gentage denne proces, selv for en nybegynder. Det vigtigste er at kende alle de grundlæggende principper for fremstilling af methylalkohol, og også tage højde for nogle af procedurens tricks, som fagfolk afslører for alle. Standardteknologi til fremstilling af det pågældende kemikalie i hjemmet består normalt af flere hovedtrin. Først opnås malt fra kornafgrøder, derefter koges en pasta fra let fordærvede kartofler, hvilket resulterer i forarbejdning af stivelse.

Næste trin er gæring. På den er gær allerede tilsat til den forhåndstilberedte blanding. Jo højere omgivelsestemperaturen er, jo hurtigere vil det være muligt at overvinde den fase, der diskuteres. Men det er i stand til at fuldføre på egen hånd selv under normale naturlige forhold. Selvfølgelig, hvis der blev valgt gær af høj kvalitet. Næstsidste stadie kaldes "destillation". Det kan kaldes det mest arbejdskrævende og tidskrævende. Denne fase kræver altid et specielt apparat, som forresten moderne håndværkere nemt kan lave med deres egne hænder. Og endelig er der kun rengøring tilbage. Dette er det allersidste trin i alkoholproduktionen derhjemme. Produktet er næsten klar, men det mangler den ønskede gennemsigtighed. Dette kan opnås ved at bruge det mest almindelige kaliumpermanganat, som væsken infunderes med i 24 timer. Til sidst er der kun tilbage at filtrere produktet.

Siden for nylig er mængden af ​​fossile råvarer, der er egnet til produktion af alkohol i hjemmet, gradvist begyndt at falde, er der behov for at finde nye muligheder. Som bekendt er der mangel på korn, så det var nødvendigt at finde et værdigt alternativ. Og det blev hurtigt fundet – det var savsmuld. I dag er dette råmateriale det mest tilgængelige for alle. At finde det er ikke svært. Og lige så vigtigt er savsmuld billigt. Og i nogle tilfælde kan du finde dem helt gratis. Det er ikke overraskende, at de råvarer, der diskuteres, er meget populære blandt alle, der er involveret i produktionen af ​​alkohol derhjemme. Sandt nok kræver produktionen af ​​dette stof visse færdigheder fra en person, såvel som erhvervelsen af ​​noget ekstra udstyr.

Først og fremmest skal du forberede savsmuld. For eksempel 1 kilo af det originale produkt. Det er meget vigtigt, at savsmuldet skæres grundigt. De skal tørres grundigt, før du kan begynde at producere methanol. Det er bedst at undgå at bruge en ovn og andre lignende muligheder til dette formål. Det vil være nok at hælde et tyndt lag savsmuld på en ren avis i et mørkt, godt ventileret rum og lade det stå sådan i flere dage. Råvarerne skal naturligvis heller ikke indeholde urenheder eller snavs. Eksperter bemærker, at hårdttræssavsmuld er bedst egnet til denne proces. Men det er bedre ikke at bruge råvarer fra nåletræer.

Gennem køleskabet, hvor sublimering og en elektrolyt vil blive udført, for hvilken svovlsyre er perfekt, sendes det grundigt tørrede savsmuld til en bekvem kolbe eller anden lignende beholder. De skal fylde det 2/3 af det samlede volumen. Dernæst skal du opvarme massen til 150 grader. Den færdige væske har normalt en let blålig farvetone. Selvfølgelig skal vi ikke glemme at bruge en katalysator af høj kvalitet. For eksempel kan du bruge aluminiumoxid - dele af korund. Du kan hælde den næste portion i den beholder, du bruger, umiddelbart efter at væsken i den er blevet sort. Det er meget vigtigt at beskytte dine åndedrætsorganer med en respirator eller en speciel maske. Det er bedst også at overveje holdbare handsker. Rummet, hvor savsmuldsprit fremstilles, skal være rummeligt og grundigt ventileret. Dette bør ikke gøres i køkkenet, da der er madvarer rundt omkring.

Det færdige stof kan bruges som brændstof og til andre lignende formål. Men det anbefales ikke at indtage den resulterende alkohol internt og bruge den til yderligere tilberedning af alkoholholdige drikkevarer. Fra kun et kilo tørret savsmuld kan du få cirka en halv liter (lidt mindre) færdig methanol.