1.3.3. Лесохимическое сырье
Традиционным хорошо развитым в России, богатой лесом, являлось лесохимическое производство. Наряду с коксохимией до Второй мировой войны это производство давало основную массу сырьевых продуктов, в т. ч. и для ХФП. В настоящее время их доля существенно снизилась. Основным производством является химическая переработка древесины, включающая в себя сухую перегонку, производство целлюлозы и выделение природных продуктов.
Из живицы деревьев выделяют скипидар, канифоль и камфору. Данные продукты обладают биологической активностью, к сожалению, с каждым годом их производство сокращается. При сухой перегонке древесины получают активированный древесный уголь, деготь, газ (СО, СО2) и отгоняют метанол, ацетон и уксусную кислоту. Практически ни одно из биотехнологических производств не может работать без активированного угля, который используется для очистки продуктов. Кроме того, активированный уголь является лекарственным препаратом. Количество метанола, ацетона и уксусной кислоты незначительно и уже не может обеспечить потребности в них промышленности. В состав дегтя входят фенол, толуол, ксилолы, смолы и другие вещества. Его используют в медицине для лечения кожных заболеваний.
Наиболее развитым производством является целлюлозно–бумажное. Кратко рассмотрим основные процессы. До сих пор основным носителем информации является бумажный (хотя доля электронных носителей информации увеличивается). В 1990 г. производство целлюлозы в СССР составляло около 7 500 тысяч тонн. При производстве целлюлозы используются в основном два метода: сульфитная варка и сульфатная варка. По первому методу древесину обрабатывают при 135 –150 оС в течение 4 – 12 часов раствором, содержащим 3 – 6 % свободного SO2 и 2 % бисульфита кальция, магния или аммония. При этом в раствор уходят лигнины (формулы лигнинов приведены в разделе 3.3.), отделяется диметилсульфид, который окисляют до диметилсульфоксида (ДМСО – суперрастворитель). Олиго- и моносахариды, а также и смолистые вещества также переходят в раствор. Данный способ дает целлюлозу высокого качества. При сульфатном методе древесину или целлюлозосодержащие продукты обрабатывают раствором NaOH и Na2S при 170 – 175 оС. По этому способу получают целлюлозу для технической бумаги. Имеется несколько способов получения ванилина из лигнина, но пока они не нашли применения, и основная масса лигнина сжигается или идет в качестве наполнителя в полимерные материалы. При пиролизе лигнина могут быть получены активированный уголь и фенол.
Из пентозосодержащего сырья (кукурузные кочерыжки, солома и т. п.) гидролизом выделяют целлюлозу, из гидролизата (см. раздел 3.3.) термолизом при 140 – 190 оС получают фурфурол и левулиновую кислоту. Гидролиз целлюлозы дает моносахариды (в основном гексозы), из которых получают многоатомные спирты (сорбит, маннит и др., а из пентоз – ксилит, арабит). Гидролизат идет на сбраживание и получение этилового спирта (основная масса технического этанола – гидролизный). Из 1 т сухой древесины получают 170 кг этанола и до 120 кг CO2. Основные сырьевые продукты для ХФП, получаемые из древесины и целлюлозосодержащих продуктов:
Гидролизат идет также на производство дрожжей, антибиотиков, органических кислот и др. продуктов.
Микробиолоические производства с использованием гидролизата, а также выделение природных веществ из растительного сырья и продуктов животного происхождения не рассматриваются в данном разделе, т. к. номенклатура их чрезвычайно велика. Часть из них рассмотрена в третьей главе. Следует лишь отметить крупнотоннажное производство – гидролиз жиров, которое дает глицерин, стеариновую и олеиновую кислоты, аминокислоты.