Dilute acid hydrolysis of cellulose

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2007
Major/Subject
Selluloosatekniikka
Mcode
Puu-23
Degree programme
Language
fi
Pages
90 s. + (6)
Series
Abstract
Työn tavoitteena oli selvittää sulfaattikeitetyn sellun hydrolyysiä laimealla hapolla ja mahdollisuutta integroida laimeahappoprosessia sellutehtaalle. Lisäksi esitettiin kirjallisuudesta löydettyjä kineettisiä malleja selluloosan hydrolyysille ja vertailtiin saatuja tuloksia löydettyihin malleihin. Laimeahappohydrolyysissä selluloosaa hydrolysoidaan käyttämällä korkeita lämpötiloja ja laimeita happoja. Selluloosa hydrolysoituu hitaasti, koska kiteinen rakenne ja vetysidokset estävät hydrolyysin etenemistä ja reaktio etenee huomattavasti nopeammin selluloosan amorfisilla kuin kiteisillä alueilla. Ongelmana on glukoosin hajoaminen hydroksimetyylifurfuraaleiksi käytetyissä olosuhteissa. Hajoamista voidaan välttää käyttämällä jatkuvatoimista reaktoria, jossa glukoosia poistetaan jatkuvasti. Kokeellisessa osassa hydrolysoitiin sellutehtaan eri vaiheista otettuja massoja rikkihapolla sekoitusreaktorissa. Kokeissa selvitettiin olosuhteiden (happokonsentraatio, sakeus, viipymäaika) ja raaka-aineen (ennen happivaihetta, happivaiheen jälkeen, valkaisun jälkeen, valkaistu, kuivattu ja kuivattu Wiley jauhettu) vaikutusta hydrolyysiin. Glukoosisaanto määritettiin kaasukromatografilla. Lisäksi määritettiin hydrolyysissä liuenneen kiintoaineen määrää eli massahäviötä. Glukoosisaanto oli vain n. 10 - 15 % raaka-aineesta ja massahäviö 30 - 60 %. Glukoosisaannon pieni osuus massahäviöstä johtuu glukoosin hajoamisesta, glukoosioligomeereistä ja muista liuenneista puun komponenteista. Happokonsentraatiota lisäämällä massahäviö ja glukoosisaanto kasvoivat. Viipymäajan pidentäminen ei lisännyt massahäviötä, koska reaktio ei edennyt kiteisessä selluloosassa. Kaksivaiheisella käsittelyllä 2 p- % H2SO4 saatiin hajoamaan 58 % alkuperäisestä massasta. Sellutehtaan eri vaiheista otetut raaka-aineet reagoivat melko samanlaisesti. Kuivaamattoman valkaistun sellun massahäviö oli suurempi kuin kuivatun. Kuivatussa sellussa sarveistuminen hidasti hydrolyysiä. Jauhatus helpotti hydrolyysiä ja massahäviö olikin 6 % enemmän kuin vastaavalle jauhamattomalle. Laimeahappoprosessi ei ole vielä nykytekniikoilla taloudellisesti kannattava eikä ole olemassa teolliseen käyttöön soveltuvaa reaktoria. Selluloosan kiteinen osuus liukenee erittäin hitaasti, jolloin hydrolyysi vaatii useita vaiheita, mikä monimutkaistaa prosessia ja alentaa sen kannattavuutta. Suurimmat edut integroinnissa saavutetaan siinä, että sellutehtaalla on valmiina tarvittavat käyttöhyödykkeet. Lisäksi etua syntyy siinä, että raaka-aineen logistiikka on olemassa. Nykyisellä sellun hinnalla etanoliprosessin kannattavuus voitaisiin saada selluprosessin tasolle, jos etanolin hinta olisi n. 1 /litra. Olettaen että hydrolyysin saanto olisi n. 80 % ja fermentoinnin n. 90 %.
Description
Supervisor
Dahl, Olli
Thesis advisor
Aittamaa, Juhani
Parviainen, Kari
Keywords
dilute acid hydrolysis, laimeahappohydrolyysi
Other note
Citation