Способ получения удобрения на основе азотосодержащего производного гидролизного лигнина

 

Использование, в качестве удобрения в сельском хозяйстве Сущность изобретения: азотсодержащее производное лигнина . Реагент 1: растительное сырье Реагент 2: 0,85%-ная H2S04 Условия реакции: прогрев горячим паром до 175°С, перколяция при 180°С, давление 0,90 МПа в течение 100 мин, отжим гидролизата на 1/3 от первоначальной реакционной массы. Реагент 3: отработанная культуральнэя жидкость , содержащая 10-30 г/дм мочевины Условия реакции: 10-30 кг мочевины на 1 т гидролизной массы при 140-170°С и полный отжим. 1 габл.

С(?IO3 СОВЕ ГСКИХ

СОЦИЯ Л ИСТИ I I:- C KI4X

РГС! !УБЛИК (s»s С 07 6 1/00

ГОСУДЯРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ (21) 4812042/04 (22) 01.03.90 (46) 07.11,92, Бюл. ¹ 41 (76) З,Г, Олейник и Б.Н, Егоров (56) Холькин Ю.И. Технология гидролизного производства, M. изд. Лесная промышленность, 1989, с.97-105.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1735306, кл. С 07 G 1/00, 12.02.90 (решение о выдаче по заявке N 4790002/04, от

20.03,91). (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЯ НА

ОСНОВЕ АЗОТСОДЕРЖАЩЕГО ПРОИЗВОДНОГО ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА

Изобретение относится к области переработки растительного сырья, а именно к способу получения нового удобрения на основе азотсодер>кащего производного гидролизного лигни на, и может найти применение в сельском хозяйстве.

Известен способ перколяционного гидролиза растительного материала (древесных опилок и щепы, растительных отходов сел ьскохозяйствен ного и роизводства), включающий загрузку в гидролизаппарат измельченною растительного сырья и раствора серной кислоты, подогрев массы паром, непрерывную перколяцию горячим водным раствором серной кислоты, промывку лигнина горячей водой, отжим остатков гидролизата (промывных вод). удаление (выстрел) гидролизного лигнина (рН 1,5-2,0) из аппарата в циклон (сцежу). При этом процесс перколяции ведут горячим водным раствором серной кислоты с непрерывным отбором гидролизата, который используют в основном производстве KBK исгочник са5U 1774942 А3 (57) Использование: в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Сущность изобретения: азотсодержащее производное лигнина. Реагент 1: растительное сырье.

Реагент 2: 0,85%-ная Н2304. Условия реакции: прогрев горячим паром до 175 С, перколяция при 180 С, давление 0,90 МПа в течение 100 мин, отжим гидролизата на 1/3 от первоначальной реакционной массы. Реагент 3: отработанная культуральная жидкость, содержащая 10-30 г/дм мочевины.

Условия реакции: 10 — 30 кг мочевины на 1 т гидролизной массы при 140-170 С и полный отжим, 1 габл, харов. Для удаления (отмывания) от лигнина остатков растворенных в гидролизате сахаров (редуцирующих веществ) проводят промывку лигнина горячей технологической водой.

Недостатком данного способа является то, что, несмотря на промывку гидролизного лигнина горячей водой, он содержит значительное количество (0,5 — 0,7Я остатков токсичной серной кислоты и низкое количество минеральных питательных веществ, что затрудняет использование ценного органического вещества — лигнина в качестве удобрения. Вывозимый в отвалы гидролизный лигнин загрязняет окружающую среду.

Более тщательная отмывка усложнит процесс гидролиза за счет использования для промывки большого количества воды (на 1 ч. лигнина 20 ч. воды) и удлинения цикла гидролиза.

Наиболее близкил1 к предлагаемому целевому продукту является удобрение, полученное на основе азогсодержащего

1774942 производного гидролизного лигнина путем перколяционно о гидролиза растительного сырья, частичного (на 1/3) отжима гидролизной массы в аппарате, промывки гидролизного лигнина водным раствором мочевины (10-20 г/дм ), полного отжима гидролизата

3 (жидкости) и выгрузки азотсодержащего ор ганического удобрения -из гидролизаппарата в циклон, Недостатком данного способа является то, что получаемое органическое удобрение, кроме азота, не содержит достаточных количеств минеральных веществ, необходимых для роста и развития растений, не может быть использовано в качестве субстрата для выращивания растений (зеленой массы) лигпопонным способом, а для его осуществления требуется технологическая или водопроводная вода.

Целью изобретения является повышение качества целевого продукта, утилизация отходов и улучшение экологичности гидролизного производства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе после завершения стадии перколяции гидролиза растительного сырья горячим водным раствором серной кислоты, от>кима гидролизата до уменьщения гидролизной массы на 1/3 осуществляют промывку лигнина отработанной культурэльной жидкостью или обесспиртованной бардой, содер>кащей 10-30 г/дм мочевины (карбамида), взятой из расчета

10-30 кг мочевины на 1 т гидролизной массы в аппарате при температуре 140 — 170 С и давлении 0,5-0,8 МПа. Далее прововят полный отжим остатка жидкости (гидр .изата), доводят давление до 0,6 — 0,7 МПа и выгру>кают целевой продукт в циклон.

Сущность способа нейтрализации кислот и аммонизации лигнина в зоне накопления лигнина в гидролизаппарате обусловлена тем, что мочевинэ при температуре более 90 С, особенно при 140170 С, и в кислой среде гидролизуется с образованием диоксида углерода и аммиака. ОКЖ или ПСБ, содержащая органи-.еские (в т.ч. кислоты) и неорганические вещества и обладающая буферными свойствами, способна в начальной стадии гидролиза мочевины нейтрализовать аммиак с образованием в основном солей органических кислот, а затем растворять аммиак с образованием гидроксида аммония. Перколируя через толщу гидролизного лигнина такая жидкость нейтрализует кислоты лигнина. Вследствие повышения в ОКЖ рН от

4,0-4.5 до нейтрального и особенно щелочного значения происходит оса>кдение и коэгуля ция части неорганических и туральной жидкости.

Раствор мбчевины с массовой долей 1030 г/дм на ОКЖ или ПСБ гоТовят перед з

35 использованием его для перколяционной промывки в гидролизаппарэте. При этом

ОКЖ и ПСБ подогревают до температуры

80 — 900С, Выбор температурного режима обус40 ловлен тем, что при менее 140 С интенсивность гидролиза мочевины значительно замедляется, а выше 170 С способствует быстрому протеканию процесса гидролизэ с избыточным пенообразованием за счет

45 органических веществ ОКЖ или ПСБ. Высокое давление в аппарате способствует уменьшению пенообразования.

При использовании для перколяции на i т лигнинэ 1 м раствора мочевины с масз

50 совой долей менее 10 г/дм (менее 10 кг/т лигнина) качество конечного продукта ухудшается, а более 30 г/дм (более 30 кг/т экономически нецелесообразно. При выборе верхнего значения концентрации мочевины

55 (до 30 г/дм ) также принята во внимание з выраженная кислотность (рН 4,0 -4,5) ОКЖ и

ПСБ. Часть аммиака, образовавшегося при гидролизе мочевины, нейтрализуется кислотами этой жидкости с обрэзовэни. м легко диссоциирующих солей, которые при высо5

30 органических веществ, которые отфильтровываются лигнином. При высокой температуре и давлении также происходит активация лигнина аммиаком и минеральными веществами ОКЖ, что способствует образованию более биологически активных веществ и увеличению ионообменных свойств лигнина, которые способствуют насыщению его макро- и микроэлементами из

ОКЖ или ПСБ.

ОКЖ вЂ” отработанная культуральная жидкость, получаемая после выращивания кормовых дрожжей и отделения путем сепарирования дрожжевой биомассы. Онэ содержит 0,9 — 1,37 сухих органических и неорганических (0,18 — 0,27 o) веществ, в т.ч.

6-70 мг общего азота, 2,5 — 15 мг соединений фосфора, 10-20 мг калия, 2 — 4 мг магния и другие макро- и микроэлементы.

Высокая кислотность (рН 4,0 — 4,5) в основном обусловлена органическими кислотами, ОКЖ обычно не утилизируется, а спускается в промстоки завода.

ПСБ — послеспиртовая бэрда (обесспиртованная барда) является отходом спиртового производства и содержит значительное количество пентоз и органических кислот. По минеральному составу несколько превосходит ОКЖ. Обычно используется для производства кормовых дрожжей в виде добавки к питательной куль1774942

10

50 кой температуре быстро вступают в реакции замещения и реакции аммонизации макромолекул лигнина. Однако реакция аммонизации лигнина более интенсивно происходит с гидроксидом аммония, особенно в нейтральной или щелочной среде.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В гидролиэаппарат объемом 30 м загружают 3,8 т абсолютно сухого э (a.c.) растительного сырья (смесь 1:1 хвойной древесной щепы и опилок 50%-ной влажности), пропитывают массу 0,8%-ным раствором серной кислоты, прогревают горячим паром до 175 С, Проводят перколяцию горячим (180 С) 0,85% ным раствором серной кислоты при избыточном давлении

0,90 МПа в течение 100 мин и отжимают гидролизат на 1/3 от первоначальной массы содержимого аппарата (до рабочего запаса жидкости).

Затем в гидролизаппарат. содержащий

7,0 т гидролизного лигнина, при избыточном давлении 0,6 МПа подают в течение 8 мин 7,0 м горячей (150 С) ОКЖ, содержащей 20 г/дм мочевины, производят повторный (полный) отжим и выгружают конечный продукт в циклон.

Характеристика качества конечного продукта приведена в таблице.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1 в гидролизаппарате обьемом 30 м . Условия перколяционного гидролизэ: 3,8 т а.с. растительного сырья, пропитка 0,8%-ным горячим раствором серной кислоты, прогрев массы до 175"С, перколяция горячим (180 С) 0,85%-ным раствором серной кислоты при 0,95 МПа в течение 80 мин. На 7,0 т гидролизного лигнина в течение 10 мин при 0,8 МПа в аппарат подают 7 м горячей (170 С) ОКЖ, содержащей 10 г/дм мочевины.

Пример 3, Способ осуществляют аналогично примеру 1 в гидролизаппарате обьемом 30 м, Условия перколяционного гидролиза: 3,8 т а.с. расти.-"льного сырья, пропитка 1% Hûì горячи- раствором серной кислоты, подогрев массы в течение 30 мин до температуры 160 С. перколяция горячим (187 С) 0,55%-ным рагтвором серной кислоты при 1,2 МПа продолжительностью

80 мин. На 7 т гидролизного лигнина в течение 9 мин в аппарат полэ1от при 0,5 МПа подогретой до 140"С 7 м ПСE. содержащей

30 г/дм мочевины.

Пример 4 (по прототипу). Способ осуществляют аналогич11о примеру 1 в гидЭ ролизаппарате обьемом 30 ", . Условия перколяционного гидролиза 3,8 т а.с, растительного сырья. пропр1i1:а 0.8% «,f/ раствором серной кислоты, прогрев оря чим паром до 178 С, перколяция горячим (180 С) 0,85%-ным раствором сернои кисло ты в течение 100 мин. На 7 т i идролиэного лигнина в течение 8 мин (при избыточном давлении 0,6 МПа) в аппарат подают 7 м горячега (1аО C) воанага рвсгнггря, содержащего 20 г/дм мочевины.

Качество конечного продукта приведе но в таблице.

Из приведенной таблицы видно, что конечный продукт по заявляемому способу обладает рядом новых положительных свойств, По сравнению с полученным по прототипу продуктом, стимулирующий эффект на корневую систему растений, доля минеральных веществ и лигнопонные свойствавновом продуктеувели иваются более, чем в 2 раза, а содержание связанного азота и доля прорастания семян пшеницы увеличиваются на 30%. В конечном продукте также отсутствуют серная кислота и мочевина, а его кислотность нейтральная или близкая к нейтральной.

Таким образом, раствор л очевины .на

ОКЖ или ПСБ с массовой долей 10-30 г/дм, используемый для обработки гидролизного лигнина из расчета 10-30 кг мочевины на 1 т гидролизного лигнина, осуществляемой после перколяционной стадии технологического цикла общепринятого гидролиза растительного сырья, обеспечивает получение нового удобрения на основе аэотсодержащего производного гидролизного лигнина, дополнительно обогащенного питательными и стимулирующими веществал1и ОКЖ или ПСБ.

Полученное азотсрдержащее производное гидролизного лигнина может быть использовано в качестве удобрения, а также в качестве субстрата для выоащивания растений гидропонным (лигнопонным) способом.

Способ получения нового удобрения, содержащего ценные для улучшения плодородия почв органические. минеральные (в т.ч. связанный с лигнинол1 азот) и биологически актиBHые вещества, дает возможность эффективно утилизировать отходы гидролизного производства и претворить гидролизный лигнин из MHQготоннажного(почти? млн.т в год) отхода гидролизного производства в доход для отрасли страны.

Использование ОКЖ (иэлп«Iкîв ПСБ) для получения удобрен я по заявляемому способу сыграет определ1.íну1о роль в утилизации сточных вод г11дролиз.1ых предприятии и создании ээмкну1ых систем

1774942

Характеристика конечного продукта

Характеристика конечного продукта

Примеры

Способ получения продукта

Содеряание в растворе ночевины, / т рН вытяяки

1:10 наличие стинулирущщего зф>ренте на корневуп систену пшеницы, 2 минеральные еедоля пророслых сенян пщеницы через 72 ч,ь связанный азот

r/êã а.с вещества азота не ночевин. общего, нг/дмз ли гнопонные свойства > кг/н кв. бн она ссы, за 10 дн. при 2,9 кг/н кв. пщеницы ночевина, гlкг щестеа, гlкг а.с, вещества

1 Предлагаеный, с использованиен раствора ночееииы íà OKl

20,8

14,0

6,8

9,4

94

36,0

33,4

300

220

2 То ще

10

190

3 Предлагаеный, с исполь зованием раствора ноче" вины на ПСБ

320 7,4 31,7 46 96 38,6 260

4 По прототипу> с использованием водного раствора ночевины

16>0

1,6

19 ° 2

7,3

100

Составитель З.Олейник

Редактор H.ÍèêîëbñK 34 Техред М,Моргентал Корректор Л.Ливринец

Заказ 3943 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при f КНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патен1", г. Ужгород. ул.Гагарина 101 использования воды и уменьшения сброса сточных вод в водоемы, Гидролизный лигнин, ОКЖ и ПСБ из загрязнителей внешней среды становятся улучшателями плодородия почв.

Затраты на получение удобрения t1o заявляемому способу составляют не более 2 руб./т, а экономический зффект от внедрения способа не менее 3 руб./т конечного продукта. Расходы на освоение способа компенСируются в течение 4-6 мес.

Формула изобретения

Способ получения удобрения на основе азотсодержащего производного гидролизного лигнина путем перколяционного гидролиза растительного сырья, частичного отжима гидролизата, промывки раствором мочевины и полного отжима промывной жидкости, о тл ич а ю щи и с я тем, что, с

5 целью повышения качества целевого продукта, утилизации отходов и улучшения экологичности гидролизного производства, в качестве промывочного раствора используют отработанную культуральную жидкость

10 или обесспиртованную барду, содеожащую мочевину в количестве 10-30 г/дм, а процесс промывки проводят при соотношении

10 — 30 кг мочевины на 1 т гидролизной массы в аппарате при температуре. 140 — 170 С и

15 давлении 05-0,8 МПа,