JP5835183B2 - Method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass - Google Patents

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Description

本発明は、バイオマス原料懸濁液を加圧・加熱下に連続的に加水分解処理する連続式加水分解装置を用いて、フルフラール類を高濃度で含有する濃縮液と単糖類及びオリゴ糖類からなる糖類を効率的に製造する方法に関する。   The present invention consists of a concentrated liquid containing a high concentration of furfurals, monosaccharides and oligosaccharides using a continuous hydrolysis apparatus that continuously hydrolyzes a biomass raw material suspension under pressure and heating. The present invention relates to a method for efficiently producing saccharides.

バイオマス資源は、水と炭酸ガスと太陽エネルギーから光合成により生産される有機資源であり、エネルギー源または化学原料として利用可能である。バイオマス資源は、バイオマス資源から生産される生産物の生産量と生産物の利用量を調和させることができれば、炭酸ガスの排出量を増加させないで利用できる再生可能資源である。   Biomass resources are organic resources produced by photosynthesis from water, carbon dioxide and solar energy, and can be used as energy sources or chemical raw materials. Biomass resources are renewable resources that can be used without increasing carbon dioxide emissions, provided that the production of products produced from biomass resources can be harmonized with the usage of the products.

バイオマスとは、生活や産業活動を営む過程で不要物として排出される有機性廃棄物である「廃棄物系バイオマス」、農地にすき込まれたり、山林に放置されたりする農作物の非食用部(例えば、トウモロコシの茎・葉など)や間伐材などの「未利用バイオマス」、食料や木材の生産を目的とせず、物質・エネルギー資源を得ることを目的として、現在の休耕地や未利用地などで栽培される植物である「資源作物」、従来からの手法による品種改良や遺伝子組換技術によって生産性などの機能が改善された資源作物である「新作物」などを指す。   Biomass refers to “waste biomass”, which is organic waste that is discharged as an unnecessary waste in the process of living and industrial activities, and non-edible parts of crops that are scraped into farmland or left in mountain forests ( For example, “unused biomass” such as corn stalks and leaves) and thinned wood, current fallow land and unused land for the purpose of obtaining materials and energy resources without the purpose of producing food and wood. This refers to “resource crops” that are plants cultivated in Japan, and “new crops” that are resource crops whose functions such as productivity have been improved by variety improvement and genetic recombination techniques using conventional techniques.

バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、細胞内含有成分等の成分により構成されており、成分比はバイオマスの種類によって異なっている。例えば、木質系バイオマスは、約50%のセルロース、20−25%のヘミセルロース、20−25%のリグニン、約5%の細胞内含有成分から構成されている。これらの成分は工業的な利用が可能である。
例えば、セルロースは製紙用パルプ、あるいは溶解用パルプとして利用できる。また、セルロースはグルコースの重合体であるので、セルロースからグルコースやセロオリゴ糖を得ることができる。グルコースはエタノールや乳酸の発酵原料、セロオリゴ糖は機能性食品として利用可能である。グルコースを還元して得られた糖アルコール(ソルビトール)は、冷涼感を有する甘味料として広く利用されており、最近ではバイオマス由来プラスチック原料としても注目されている(非特許文献1)。
Biomass is composed of components such as cellulose, hemicellulose, lignin, and intracellular components, and the component ratio varies depending on the type of biomass. For example, woody biomass is composed of about 50% cellulose, 20-25% hemicellulose, 20-25% lignin, and about 5% intracellular components. These components can be used industrially.
For example, cellulose can be used as paper pulp or dissolving pulp. In addition, since cellulose is a glucose polymer, glucose and cellooligosaccharide can be obtained from cellulose. Glucose can be used as a fermentation raw material for ethanol and lactic acid, and cellooligosaccharide can be used as a functional food. Sugar alcohol (sorbitol) obtained by reducing glucose is widely used as a sweetener having a cool feeling, and has recently attracted attention as a biomass-derived plastic raw material (Non-patent Document 1).

バイオマスを加圧熱水処理することによりバイオマスを構成する成分を分解、抽出することができる。加圧熱水とは、温度が100−374℃であり、飽和蒸気圧以上に加圧した高温高圧の液体状態の水のことである。加圧熱水に対するバイオマス構成成分の反応性の違いを利用することで、バイオマスの構成成分の分離を行うことが可能である。例えば、加圧熱水の温度が100−140℃においては、細胞内有用成分(タンニン、テルペン、有機酸)や水溶性リグニンを回収できることが報告されている。また、加圧熱水の温度が140−230℃においては、ヘミセルロースに由来するオリゴ糖や、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトースなどの単糖類を回収できることが報告されている(特許文献1、特許文献2、非特許文献1〜3)。   By treating the biomass with pressurized hot water, the components constituting the biomass can be decomposed and extracted. Pressurized hot water is high-temperature and high-pressure liquid water having a temperature of 100 to 374 ° C. and pressurized to a saturated vapor pressure or higher. By utilizing the difference in the reactivity of biomass constituents with pressurized hot water, it is possible to separate the constituents of biomass. For example, it has been reported that when the temperature of pressurized hot water is 100 to 140 ° C., useful intracellular components (tannin, terpene, organic acid) and water-soluble lignin can be recovered. Moreover, it is reported that oligosaccharides derived from hemicellulose and monosaccharides such as xylose, arabinose, mannose, and galactose can be recovered at a pressurized hot water temperature of 140-230 ° C. (Patent Document 1, Patent Document) 2, non-patent documents 1 to 3).

上記の加圧熱水処理のうち、溶解パルプ製造時にクラフト蒸解法の前工程として用いられる加圧熱水処理は、前加水分解工程と呼ばれる。バイオマスから溶解パルプを製造するには、バイオマス中のヘミセルロースとリグニンを選択的に除去し、セルロース純度を高める必要がある。パルプ製造時の前加水分解は、セルロースの分解を抑制し、ヘミセルロースのみを分解する条件で実施される。前加水分解工程では、バイオマスに水を加えて加熱するだけで、ヘミセルロース中のアセチル基が脱離して酢酸を生成し、酸性となり酸加水分解が進む。ヘミセルロースには、六炭糖であるマンノース、グルコース、ガラクトース、五炭糖であるキシロース、アラビノースが構成糖として含まれている。   Among the above-mentioned pressurized hot water treatments, the pressurized hot water treatment used as a pre-process for kraft cooking at the time of dissolving pulp production is called a pre-hydrolysis step. In order to produce dissolving pulp from biomass, it is necessary to selectively remove hemicellulose and lignin in the biomass to increase the purity of the cellulose. Prehydrolysis at the time of pulp production is carried out under conditions that suppress decomposition of cellulose and decompose only hemicellulose. In the prehydrolysis step, simply adding water to the biomass and heating it results in elimination of the acetyl group in hemicellulose to produce acetic acid, which becomes acidic and acid hydrolysis proceeds. Hemicellulose contains hexose, mannose, glucose, galactose, pentose, xylose, and arabinose as constituent sugars.

前加水分解工程において、ヘミセルロースが加水分解すると上記の糖から構成されるオリゴ糖類が生成される。また、オリゴ糖の加水分解がさらに進むと単糖が生成される。これらの糖の中で、五炭糖であるキシロース、アラビノースは、3分子の水の脱水反応によりフルフラールに変換される(非特許文献4)。バイオマスを前加水分解処理した後の加水分解物(固形分)は、後段のクラフト蒸解工程で加水分解物中に残存するリグニン及びヘミセルロースが除去され、更に次工程で漂白処理を行うことで高純度のセルロース(溶解パルプ)が得られる。   In the prehydrolysis step, when hemicellulose is hydrolyzed, oligosaccharides composed of the above sugars are produced. Further, when the oligosaccharide is further hydrolyzed, a monosaccharide is produced. Among these sugars, xylose and arabinose, which are pentose sugars, are converted to furfural by the dehydration reaction of three molecules of water (Non-patent Document 4). The hydrolyzate (solid content) after pre-hydrolyzing the biomass is highly purified by removing the lignin and hemicellulose remaining in the hydrolyzate in the subsequent kraft cooking step, and further performing bleaching in the next step. Of cellulose (dissolving pulp) is obtained.

前述のように前加水分解工程では、溶解パルプ(セルロース)を効率よく製造することが第1の目的であるため、前加水分解の条件は、溶解パルプの製造に適した条件で実施される。一般的には、原料チップ(乾燥重量)に対して2〜5程度の液比で水を加え、150℃〜180℃で1〜数時間処理される。また、原料の種類や目的とする溶解パルプの品質に応じて適した前加水分解条件が設定される。従って、前加水分解のみではフルフラール類、単糖類、オリゴ糖類を効率良く生産することができないという問題がある。もし、前加水分解で得られた加水分解液に二次的な処理を施しフルフラール類、単糖類、オリゴ糖類を効率的に生産することができれば工業的規模での生産を行う場合、経済性の面でも有利である。   As described above, in the prehydrolysis step, the primary purpose is to efficiently produce dissolved pulp (cellulose), and therefore the prehydrolysis conditions are performed under conditions suitable for the production of dissolved pulp. Generally, water is added at a liquid ratio of about 2 to 5 with respect to the raw material chips (dry weight), and the processing is performed at 150 to 180 ° C. for 1 to several hours. Moreover, suitable prehydrolysis conditions are set according to the kind of raw material and the quality of the target dissolving pulp. Therefore, there is a problem that furfurals, monosaccharides and oligosaccharides cannot be efficiently produced only by prehydrolysis. If the hydrolyzate obtained by pre-hydrolysis can be subjected to secondary treatment to produce furfurals, monosaccharides, and oligosaccharides efficiently, it is economical when producing on an industrial scale. This is also advantageous.

リグノセルロース原料からフルフラールを製造するシステムとして、木材チップを低級脂肪族アルコールを溶媒として連続蒸解装置で蒸解を行い、パルプ製造時の副産物としての黒液からフルフラール等の副産物を回収する方法が報告されている(特許文献3)。このシステムでは、蒸解後の黒液をフラッシュタンクへ移送して気相(エタノールを含む画分)と液相(フルフラールを含む画分)に分離しており、蒸解の薬液として使用したエタノールを気相から回収している。一方、液相に含まれるフルフラール濃度は、0.2〜0.8%であり、後段の工程でフルフラールを濃縮している。フルフラールを効率的に生産するためには可能な限り前段の工程でフルフラール濃度(収率)を高めることが望ましい。現在、バイオマスを原料としたフルフラールの生産に関し、経済的に実用化可能なフルフラールの効率的な分離回収方法は報告されていない。従って、連続的な加水分解で得られた加水分解液を二次的に処理することにより効率的にフルフラールを回収する方法の確立が望まれている。   As a system for producing furfural from lignocellulosic raw materials, a method has been reported in which wood chips are digested with a continuous digester using lower aliphatic alcohol as a solvent, and byproducts such as furfural are recovered from black liquor as a by-product during pulp production. (Patent Document 3). In this system, the black liquor after cooking is transferred to a flash tank and separated into a gas phase (a fraction containing ethanol) and a liquid phase (a fraction containing furfural), and the ethanol used as the chemical for cooking is removed. Recovered from the phase. On the other hand, the furfural concentration contained in the liquid phase is 0.2 to 0.8%, and the furfural is concentrated in the subsequent step. In order to efficiently produce furfural, it is desirable to increase the furfural concentration (yield) in the previous step as much as possible. At present, regarding the production of furfural using biomass as a raw material, an efficient method for separating and recovering furfural that can be put into practical use has not been reported. Therefore, establishment of a method for efficiently recovering furfural by secondarily treating a hydrolyzed solution obtained by continuous hydrolysis is desired.

バイオマス原料からキシロース及びキシロオリゴ糖を製造する方法として、キシラン含有天然物から110℃以上140℃以下の熱水で抽出される成分を除去した水不溶性の残渣を前記処理温度以上200℃以下の熱水で処理する方法(特許文献4)、バイオマスを140〜230℃で加圧熱水処理しヘミセルロースを分解抽出後、前記以上の温度で加圧熱水処理しセルロースを分解抽出する方法(特許文献5)が報告されている。しかし、バイオマスを前加水分解して同時に得られた単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を効率的に分離、回収する技術に関する報告は開示されていない。   As a method for producing xylose and xylooligosaccharides from biomass raw materials, a water-insoluble residue obtained by removing a component extracted from hot water of 110 ° C. or higher and 140 ° C. or lower from a xylan-containing natural product is treated with hot water of the processing temperature or higher and 200 ° C. or lower. (Patent Document 4), and a method of hydrolyzing biomass at 140 to 230 ° C. and decomposing and extracting hemicellulose, and then decomposing and extracting cellulose by treating with pressurized hot water at the above temperature (Patent Document 5) ) Has been reported. However, there is no report regarding a technique for efficiently separating and recovering monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals obtained simultaneously by prehydrolyzing biomass.

特開平10−327900号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-327900 特開2002―59118号公報JP 2002-59118 A 特表平8−500854号公報Japanese National Patent Publication No. 8-500854 特開2000−236899号公報JP 2000-236899 A 特開2002―59118号公報JP 2002-59118 A

柴田 昌男、「バイオマス利用技術の開発を目指して−加圧熱水による処理技術−」、平成13年度産業技術総合研究所九州センター研究講演会要旨集Masao Shibata, “Toward the development of biomass utilization technology -Treatment technology with pressurized hot water”, 2001 AIST Kyushu Center research lecture summary 坂木 剛、「加圧熱水によるバイオマスの成分分離」Vol.7、 ページ245−248、日本エネルギー学会講演要旨集、1998年Takeshi Sakaki, “Separation of Biomass Components by Pressurized Hot Water” Vol. 7, pp. 245-248, Abstracts of the Japan Institute of Energy, 1998 安藤 浩毅、外5名、「加圧熱水を用いた木質バイオマスの分解挙動」、鹿児島県工業技術センター研究報告 No.14,ページ、2000Hiroshi Ando and five others, "Decomposition behavior of woody biomass using pressurized hot water", Kagoshima Prefectural Industrial Technology Center research report No. 14, page, 2000 Furfural:Hemicellulose/xylosederived biochemical, Ajit Singh Mamman, Biofuels Bioproducts and Biorefining, Volume 2,Issue 5,p.p.438−454 (2008)Furrural: Hemicellose / xylosed biochemical, Ajing Singh Maman, Biofuels Bioproducts and Biorefining, Volume 2, Issue 5, p. p. 438-454 (2008)

本発明の課題は、バイオマスを連続的に加水分解して得られた加水分解液に含まれるフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類を効率的に生産する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides contained in a hydrolyzed solution obtained by continuously hydrolyzing biomass.

本発明者らは、原料バイオマスを含有する水性懸濁液を連続式加水分解装置の原料供給口から連続的に供給し、装置内を移動する間に、単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧、加熱条件下でバイオマスを加水分解処理し、加水分解処理バイオマスと加水分解生成物含有水溶液からなる加水分解処理懸濁液を加水分解装置の排出口から取り出す方法において、連続式加水分解装置の中間位置における加水分解処理懸濁液から加水分解液を分離して取り出し、二次加水分解装置でフルフラール類含有蒸気相と単糖類及びオリゴ糖類含有液相を形成させる二次加水分解処理を行う工程を組み合わせることにより、フルフラール類の高濃度液を効率的に生産できることを見出し、下記の発明を完成するに至ったものである。   The inventors continuously supply an aqueous suspension containing raw material biomass from the raw material supply port of the continuous hydrolysis apparatus, and produce monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals while moving through the apparatus. In a method in which biomass is hydrolyzed under pressurized and heated conditions, and a hydrolyzed suspension composed of hydrolyzed biomass and hydrolyzed product-containing aqueous solution is taken out from the outlet of the hydrolyzing device, continuous hydrolysis A secondary hydrolysis treatment is performed in which the hydrolyzed liquid is separated and removed from the hydrolyzed suspension at an intermediate position of the apparatus, and the secondary hydrolyzer forms a vapor phase containing furfurals and a liquid phase containing monosaccharides and oligosaccharides. It has been found that by combining the steps to be performed, a high-concentration liquid of furfurals can be efficiently produced, and the following invention has been completed.

(1)バイオマスの水性懸濁液を連続式一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、該装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を取り出し、該一次加水分解処理液を二次加水分解装置に送って二次加水分解処理して二次分解生成物を生成させ、該二次加水分解装置内の二次加水分解生成物からフルフラール類含有蒸気相を分離して取出し、蒸留処理してフルフラール類含有濃縮液として回収し、該フルフラール類含有蒸気相を分離した後の液相として単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液を取り出すことを特徴とする、バイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 (1) Biomass under pressure and heating conditions to produce monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals while continuously supplying an aqueous suspension of biomass from the supply port of the continuous primary hydrolysis apparatus and moving through the apparatus The solid-liquid separation device at the intermediate position between the supply port and the discharge port of the primary hydrolysis device is continuously discharged from the discharge port of the primary hydrolysis device. The primary hydrolysis treatment liquid separated from the hydrolysis treatment suspension in the apparatus is taken out from an intermediate outlet provided with the apparatus, and the primary hydrolysis treatment liquid is sent to a secondary hydrolysis apparatus for secondary hydrolysis treatment. To produce a secondary decomposition product, separate and remove the furfural-containing vapor phase from the secondary hydrolysis product in the secondary hydrolysis apparatus, and perform distillation treatment to recover the furfural-containing concentrated liquid, full And wherein the retrieving the saccharide-containing liquid containing the monosaccharides and oligosaccharides as a liquid phase after separation of Lahr analog-containing vapor phase, furfurals method of monosaccharides and oligosaccharides from biomass.

(2)前記二次加水分解処理生成物から取り出される前記単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液の少なくとも一部を二次加水分解装置に循環供給して前記一次加水分解処理液とともに加水分解処理することを特徴とする(1)項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 (2) At least a part of the saccharide-containing liquid containing the monosaccharide and oligosaccharide extracted from the secondary hydrolysis treatment product is circulated and supplied to a secondary hydrolysis apparatus to be hydrolyzed together with the primary hydrolysis treatment liquid. The method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass as described in the item (1), wherein the treatment is performed.

(3)前記二次加水分解生成物からのフルフラール類含有蒸気相の取出しは、前記二次加水分解装置内における二次加水分解処理中に発生するフルフラール類含有蒸気相を二次加水分解装置から連続的に取り出す方法及び二次加水分解処理終了後の二次加水分解生成物から発生するフルフラール類含有蒸気相を二次加水分解装置から取り出す方法から選ばれるいずれかの方法によって行われることを特徴とする(1)項又は(2)項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 (3) The removal of the furfural-containing vapor phase from the secondary hydrolysis product is obtained by removing the furfural-containing vapor phase generated during the secondary hydrolysis process in the secondary hydrolysis apparatus from the secondary hydrolysis apparatus. It is carried out by any method selected from a method of continuously taking out and a method of taking out the furfural-containing vapor phase generated from the secondary hydrolysis product after the completion of the secondary hydrolysis treatment from the secondary hydrolysis apparatus. A method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass according to (1) or (2).

(4)前記二次加水分解処理生成物からフルフラール類含有蒸気相を分離した後の液相に、該液相を二次加水分解装置から取り出す前に、二次加水分解装置内を減圧して液相からフルフラール類含有蒸気を発生させる処理、及び、二次加水分解装置内の液相中に不活性ガスあるいは水蒸気を吹き込んで液相からフルフラール類含有蒸気を発生させる処理から選ばれる少なくとも1種の処理により、該液相中に残存するフルフラール類を追加回収すると共に該液相中の糖類濃度を向上させる処理を施すことを特徴とする(1)項〜(3)項のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 (4) In the liquid phase after separating the furfural-containing vapor phase from the secondary hydrolysis treatment product, before taking out the liquid phase from the secondary hydrolysis apparatus, the inside of the secondary hydrolysis apparatus is depressurized. At least one selected from a treatment for generating furfural-containing vapor from the liquid phase and a treatment for generating an inert gas or water vapor into the liquid phase in the secondary hydrolysis apparatus to generate the furfural-containing vapor from the liquid phase The process (1) to (3) is characterized in that by the treatment of (2), a furfural remaining in the liquid phase is additionally recovered and a saccharide concentration in the liquid phase is improved. A method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from the biomass described in 1.


(5)前記二次加水分解装置内から取り出した液相からなる単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液に対して、前記二次加水分解装置内から取り出した後に該糖類含有液中で新たに生成するフルフラール類を分離回収すると共に該糖類含有液中の糖類濃度を向上させる蒸留処理を行うことを特徴とする(1)項〜(4)項のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。
)
(5) With respect to a saccharide-containing liquid containing monosaccharides and oligosaccharides composed of a liquid phase taken out from the secondary hydrolyzer, the saccharide-containing liquid is newly added after being taken out from the secondary hydrolyzer. (1) to (4), wherein the furfurals produced in the process are separated and recovered, and the saccharide concentration in the saccharide-containing liquid is increased. A method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides.

(6)前記連続式一次加水分解装置の前記排出口の近傍から水性洗浄液を一次加水分解装置内に供給して前記固−液分離装置を備えた中間取出口と前記排出口との間で加水分解処理懸濁液と向流接触させることを特徴とする(1)項〜(5)項のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 (6) An aqueous cleaning liquid is supplied into the primary hydrolyzer from the vicinity of the outlet of the continuous primary hydrolyzer, and water is added between the intermediate outlet provided with the solid-liquid separator and the outlet. The method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass according to any one of items (1) to (5), wherein the solution is brought into countercurrent contact with the decomposition-treated suspension.

(7)前記バイオマスが木質系バイオマスであることを特徴とする(1)項〜(6)項のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 (7) The method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass according to any one of (1) to (6), wherein the biomass is woody biomass.

本発明によれば、バイオマスを水性懸濁液の状態で連続的に加水分解処理する一次加水分解装置内を移動する加水分解処理懸濁液から固−液分離によって単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を含有する一次加水分解処理液を取り出して、二次加水分解装置でさらに単糖類やオリゴ糖類を加水分解する条件下で加水分解処理するとともに、該二次加水分解装置内から二次加水分解処理生成物をフルフラール類含有蒸気相と単糖類及びオリゴ糖類を含有する水溶液からなる液相に分離して取り出し、該蒸気相を蒸留装置に送って濃縮することにより、高濃度フルフラール類含有液を高収率でかつ低コストで生産することができる方法が提供される。   According to the present invention, monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals are obtained by solid-liquid separation from a hydrolyzed suspension that moves in a primary hydrolysis apparatus that continuously hydrolyzes biomass in the form of an aqueous suspension. The primary hydrolysis treatment liquid containing sucrose is taken out and subjected to a hydrolysis treatment under the conditions of further hydrolyzing monosaccharides and oligosaccharides in the secondary hydrolysis device, and the secondary hydrolysis treatment from within the secondary hydrolysis device The product is separated into a liquid phase composed of a furfural-containing vapor phase and an aqueous solution containing monosaccharides and oligosaccharides, and the vapor phase is sent to a distillation apparatus to concentrate, whereby a high-concentration furfural-containing liquid is obtained. A method is provided that can be produced in a yield and at a low cost.

本発明のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法を実施するための装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the apparatus for enforcing the manufacturing method of furfurals, monosaccharides, and oligosaccharides from the biomass of this invention. 本発明の方法を実施するための装置とは異なる比較例の方法を実施する装置を示す図である。It is a figure which shows the apparatus which implements the method of the comparative example different from the apparatus for implementing the method of this invention. 本発明のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法を実施するための一例を示す図である。It is a figure which shows an example for implementing the manufacturing method of the furfurals, monosaccharide, and oligosaccharide from the biomass of this invention. 本発明のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法を実施するための一例を示す図である。It is a figure which shows an example for implementing the manufacturing method of the furfurals, monosaccharide, and oligosaccharide from the biomass of this invention.

以下、本発明のフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法をさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the method for producing the furfurals, monosaccharides and oligosaccharides of the present invention will be described in more detail.

(バイオマスの種類)
本発明で用いるバイオマスとしては、五炭糖を構成糖として含む材料であれば、特に制限なく使用することができる。例えば、木質系原料であれば、樹木、林地残材、間伐材、廃材等のチップ又は樹皮、製材工場等から発生するおが屑、街路樹の剪定枝葉、建築廃材等が挙げられ、広葉樹、針葉樹共に用いることができる。草本系として、ケナフ、稲藁、麦わら、コーンコブ、バガス等の農産廃棄物、油用作物やゴム等の工芸作物の残渣及び廃棄物(例えば、EFB: Empty Fruit Bunch)、草本系エネルギー作物のエリアンサス、ミスカンサスやネピアグラス等のリグノセルロース系バイオマスが挙げられる。また、バイオマスとしては、木材由来の紙、古紙、パルプ、パルプスラッジ、スラッジ、下水汚泥等、食品廃棄物、等を原料として利用することができる。これらのバイオマスは、単独、あるいは複数を組み合わせて使用することができる。また、バイオマスは、乾燥固形物であっても、水分を含んだ固形物であっても、スラリーであっても用いることができる。バイオマスが乾燥固形物または水分を含んだ固形物であれば、水と混合させスラリー状態にした後に、加水分解反応装置に供給することが好ましい。
(Type of biomass)
As the biomass used in the present invention, any material containing pentose sugar as a constituent sugar can be used without particular limitation. For example, wood-based materials include chips, bark of wood, forest residue, thinned wood, waste wood, sawdust generated from sawmills, pruned branches of street trees, construction waste, etc. Can be used. Agricultural waste such as kenaf, rice straw, straw, corn cob, bagasse, etc., residue and waste of industrial crops such as oil crops and rubber (for example, EFB: Empty Fruit Bunch), herbaceous energy crop areas And lignocellulosic biomass such as Nanthus, Miscanthus and Napiergrass. Further, as biomass, food waste such as paper derived from wood, waste paper, pulp, pulp sludge, sludge, sewage sludge, and the like can be used as raw materials. These biomasses can be used alone or in combination. The biomass can be used as a dry solid, a solid containing water, or a slurry. If the biomass is a dry solid or a solid containing water, it is preferably mixed with water to form a slurry and then supplied to the hydrolysis reaction apparatus.

(一次加水分解装置)
本発明の方法で用いる一次加水分解装置は、連続的にバイオマスを加圧・加熱条件下に加水分解処理することができると共に、加水分解処理されているバイオマスと、単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類及びその他の有機酸等の加水分解生成物を含む水溶液とからなる加水分解処理懸濁液から、加水分解生成物を含む水溶液であって、加水分解処理温度と圧力を維持した状態の一次加水分解処理液を分離して取り出すことができる固−液分離装置を備えた中間取出口を有している連続式の加圧、加熱加水分解処理装置である。
(Primary hydrolysis equipment)
The primary hydrolysis apparatus used in the method of the present invention is capable of continuously hydrolyzing biomass under pressure and heating conditions, as well as hydrolyzed biomass, monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals. And other hydrolyzed suspensions comprising hydrolyzed products such as organic acids, and the hydrolyzed aqueous solution containing hydrolyzed products and maintaining the hydrolyzing temperature and pressure. It is a continuous pressurization and heating hydrolysis treatment device having an intermediate outlet provided with a solid-liquid separation device capable of separating and taking out the treatment liquid.

一次加水分解装置としては、図1に示すように、バイオマスと水よりなる原料懸濁液供給管路1が接続されている供給口Aと加水分解処理されたバイオマスを含有する加水分解処理懸濁液の排出管路2が接続されている排出口Bと、該原料懸濁液の供給口Aと加水分解処理懸濁液の排出口Bとの中間部において、単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する圧力及び温度条件下で懸濁液中のバイオマスが加水分解処理されている加水分解処理懸濁液から、水溶性の加水分解生成物を含有する水溶液からなる一次加水分解処理液を連続的に分離して取り出すことができる固−液分離装置Sを備えた中間取出口Gを持つ塔式の一次加水分解装置R1が挙げられる。   As shown in FIG. 1, as a primary hydrolysis apparatus, a hydrolyzed suspension containing a hydrolyzed biomass and a supply port A to which a raw material suspension supply pipe 1 made of biomass and water is connected. Monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals at the intermediate portion between the outlet B to which the liquid outlet pipe 2 is connected, and the feed port A for the raw material suspension and the outlet B for the hydrolyzed suspension From the hydrolyzed suspension in which the biomass in the suspension is hydrolyzed under pressure and temperature conditions to produce a primary hydrolyzed liquid consisting of an aqueous solution containing a water-soluble hydrolyzed product. And a column-type primary hydrolysis apparatus R1 having an intermediate outlet G equipped with a solid-liquid separation apparatus S that can be separated and taken out.

図1の装置において、原料バイオマスは、原料懸濁液供給管路1が接続されている供給口Aより水性懸濁液の状態で一次加水分解装置R1内に連続的に供給され、加圧、加熱条件下で加水分解処理を受けながら装置内を移動し、他方の加水分解処理懸濁液を排出する移送管路2が接続されている排出口Bから加水分解処理されたバイオマスを含有する加水分解処理懸濁液として連続的に加水分解処理懸濁液の移送管路2に排出される。そして、装置内を移動する加水分解処理懸濁液からは、一次加水分解装置1の供給口Aから排出口Bに至る中間部に設置されている固−液分離装置Sにより水溶性の加水分解生成物を含有する加水分解処理液が分離され、加水分解処理の圧力と温度を維持したまま該装置中間部の中間取出口Gから連続的に一次加水分解処理液の移送管路3に取り出されて二次加水分解装置R2(二次反応釜BR2)に送られ、二次加水分解処理される。   In the apparatus of FIG. 1, the raw material biomass is continuously supplied into the primary hydrolysis apparatus R1 in the state of an aqueous suspension from a supply port A to which the raw material suspension supply pipe line 1 is connected. Hydrolysis containing biomass hydrolyzed from the outlet B to which the transfer line 2 for discharging the other hydrolyzed suspension is connected while being hydrolyzed under heating conditions. The hydrolyzed suspension is continuously discharged as a hydrolyzed suspension to the transfer line 2. Then, from the hydrolysis treatment suspension moving in the apparatus, the water-soluble hydrolysis is performed by the solid-liquid separation apparatus S installed in the intermediate part from the supply port A to the discharge port B of the primary hydrolysis apparatus 1. The hydrolyzed liquid containing the product is separated and continuously taken out from the intermediate outlet G of the intermediate part of the apparatus to the transfer line 3 of the primary hydrolyzed liquid while maintaining the pressure and temperature of the hydrolyzing process. Then, it is sent to the secondary hydrolysis apparatus R2 (secondary reaction kettle BR2) and subjected to secondary hydrolysis treatment.

図1の装置における一次加水分解装置R1において、中間取出口Gから加水分解処理液が取り出された後の装置内の加水分解処理懸濁液に、原料懸濁液に使用されている水性液と同種の水性液を補給することを目的として、中間取出口Gの下方位置に水性液の供給口を設けることもできる。   In the primary hydrolysis apparatus R1 in the apparatus of FIG. 1, the aqueous liquid used for the raw material suspension is added to the hydrolysis treatment suspension in the apparatus after the hydrolysis treatment liquid is taken out from the intermediate outlet G. For the purpose of replenishing the same kind of aqueous liquid, an aqueous liquid supply port may be provided at a position below the intermediate outlet G.

図1の装置における一次加水分解装置R1においては、一次加水分解装置R1の円筒部の側面に中間取出口Gが一箇所だけ設けられているが、この中間取出口Gは1箇所に限定されず、2箇所以上の位置に設けることもできる。例えば、中間取出口Gの下方の位置に、加水分解処理液部分のみを分離して装置外に取り出すことができる第二の中間取出口が設けられている加水分解装置であってもよい。また、たとえば、第三の中間取出口を更に設ける場合には、第二の中間取出口と第三の中間取出口の間にも水性液供給口を設けて、必要に応じて水性液を一次加水分解装置R1内に供給できるようにすることができる。   In the primary hydrolysis apparatus R1 in the apparatus of FIG. 1, only one intermediate outlet G is provided on the side surface of the cylindrical portion of the primary hydrolysis apparatus R1, but the intermediate outlet G is not limited to one. It can also be provided at two or more positions. For example, the hydrolyzing apparatus may be provided with a second intermediate outlet that can separate only the hydrolysis treatment liquid portion and take it out of the apparatus at a position below the intermediate outlet G. Further, for example, when a third intermediate outlet is further provided, an aqueous liquid supply port is also provided between the second intermediate outlet and the third intermediate outlet, and the aqueous liquid is supplied as the primary liquid as necessary. It can be made possible to supply into the hydrolysis apparatus R1.

固−液分離装置Sとしては、メッシュ(網目)が10μm〜5cmの範囲のストレーナーやフィルターが採用される。ストレーナーとしては、目詰まりのトラブルの回避と分離される水溶液中への懸濁物質の随伴を極力避けるために40〜500μmの範囲のストレーナーが好適に採用される。   As the solid-liquid separator S, a strainer or a filter having a mesh (mesh) in the range of 10 μm to 5 cm is employed. As the strainer, a strainer in the range of 40 to 500 μm is preferably employed in order to avoid clogging troubles and avoid the entrainment of suspended substances in the separated aqueous solution as much as possible.

図1に示されているように、洗浄液供給装置Wから供給管路6により一次加水分解装置R1の底部に洗浄液を供給して、一次加水分解装置R1の中間取出口Gから底部排出口Bに移動する加水分解処理懸濁液と向流接触させることができる。洗浄液の供給管路6からの洗浄液は、連続的に供給しても良いし、断続的に供給してもよい。供給管路6からの洗浄液としては、水や酸を含む水溶液を用いることが望ましいが、中間取出口Gから移送管路3に取り出される加水分解処理液に悪影響を及ぼさない水溶液であれば特に制限なく用いることができる。底部に供給された洗浄液は、加水分解処理懸濁液の移動方向とは逆に底部から上方へ移動し、装置中間の固−液分離装置Sを備えた中間取出口Gから加水分解処理液と混合状態で移送管路3に取り出される。   As shown in FIG. 1, the cleaning liquid is supplied from the cleaning liquid supply device W to the bottom of the primary hydrolyzing device R1 through the supply pipe 6, and is passed from the intermediate outlet G of the primary hydrolyzing device R1 to the bottom outlet B. It can be in countercurrent contact with the moving hydrolyzed suspension. The cleaning liquid from the cleaning liquid supply line 6 may be supplied continuously or intermittently. As the cleaning liquid from the supply pipe 6, it is desirable to use an aqueous solution containing water or acid, but there is no particular limitation as long as it does not adversely affect the hydrolysis treatment liquid taken out from the intermediate outlet G to the transfer pipe 3. Can be used. The cleaning liquid supplied to the bottom moves upward from the bottom in the direction opposite to the direction of movement of the hydrolysis treatment suspension, and the hydrolysis treatment liquid and the intermediate treatment outlet G provided with the solid-liquid separation device S in the middle of the apparatus. It is taken out to the transfer line 3 in a mixed state.

上記のような向流洗浄操作を採用することによって、上部から下部へ移動する加水分解処理されたバイオマスを含有する水性懸濁液であって、前記固−液分離装置Sで加水分解処理液の一部が除かれている懸濁液中の加水分解生成物(単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類等)を洗浄液中に移行させて前記移送管路3に取り出される加水分解処理液として回収できるので、加水分解処理バイオマスを含有する懸濁液に随伴されて加水分解装置R1の底部の排出口Bから加水分解処理懸濁液とともに管路2に排出される加水分解生成物の損失が抑制されるというメリットがある。   By adopting the counter-current washing operation as described above, an aqueous suspension containing hydrolyzed biomass that moves from the upper part to the lower part, which is hydrolyzed by the solid-liquid separator S Since the hydrolysis products (monosaccharides, oligosaccharides, furfurals, etc.) in the suspension from which a part has been removed can be transferred to the washing liquid and recovered as a hydrolysis treatment liquid taken out to the transfer pipe 3 The loss of the hydrolysis product accompanying the suspension containing the hydrolyzed biomass and being discharged into the pipeline 2 together with the hydrolyzed suspension from the outlet B at the bottom of the hydrolyzer R1 is suppressed. There is a merit.

(一次加水分解条件)
本発明の方法において、一次加水分解装置R1内での加水分解処理は、加圧下における熱水処理、酸処理、アルカリ処理等の方法を用いて行うことができるが、生成する単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を効率的に回収するためには、加圧、加熱状態の水又は酸水溶液を用いた処理が望ましい。加圧、加熱状態の水による処理の場合、バイオマスを水と混合し、加圧、加熱して加水分解を行う。酸水溶液処理の方法としては、バイオマスを酸を含む水と混合し、加圧、加熱して加水分解を行う。酸水溶液処理で用いる酸は特に限定されないが、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、酢酸、シュウ酸等を用いることができる。
(Primary hydrolysis conditions)
In the method of the present invention, the hydrolysis treatment in the primary hydrolysis apparatus R1 can be performed using a method such as hydrothermal treatment, acid treatment, alkali treatment under pressure, but the monosaccharides and oligosaccharides produced In order to efficiently recover furfurals, a treatment using pressurized or heated water or an aqueous acid solution is desirable. In the case of treatment with pressurized and heated water, the biomass is mixed with water and hydrolyzed by applying pressure and heating. As a method for the acid aqueous solution treatment, biomass is mixed with water containing an acid, and hydrolyzed by pressurization and heating. The acid used in the acid aqueous solution treatment is not particularly limited, and sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, oxalic acid, and the like can be used.

加水分解処理に供するバイオマスを含有する水性懸濁液のpHは0.5〜5.0の範囲が好ましい。
加水分解処理の温度としては、120〜250℃で行うことができるが、140〜230℃が好ましく、150〜180℃がより好ましい。
加水分解処理の圧力は、0.35MPa〜2.8MPaであることが好ましい。
バイオマスと混合する水性液体とバイオマスの質量比(水性液体/バイオマス)は2〜8の範囲が好ましい。バイオマスと水性液体を混合して水性懸濁液原料を調製し、一次加水分解装置に供給して加水分解装置内で所定の温度と圧力で加水分解処理する。
The pH of the aqueous suspension containing biomass to be subjected to hydrolysis treatment is preferably in the range of 0.5 to 5.0.
Although it can carry out at 120-250 degreeC as a temperature of a hydrolysis process, 140-230 degreeC is preferable and 150-180 degreeC is more preferable.
The hydrolysis treatment pressure is preferably 0.35 MPa to 2.8 MPa.
The mass ratio (aqueous liquid / biomass) of the aqueous liquid and biomass mixed with the biomass is preferably in the range of 2-8. A biomass and an aqueous liquid are mixed to prepare an aqueous suspension raw material, which is supplied to a primary hydrolysis apparatus and hydrolyzed at a predetermined temperature and pressure in the hydrolysis apparatus.

バイオマスの加水分解処理時間は、バイオマスの種類や一次加水分解装置R1内の温度等に応じて適宜選択できる。例えば、140〜230℃で加水分解処理する場合、加水分解処理時間は0.5〜180分の範囲で適宜選択される。
以上の条件下での加水分解処理により、セルロースを主体とする加水分解処理バイオマスと、バイオマス中のヘミセルロースの加水分解生成物であるフルフラール類や、ヘミセルロース及びセルロースの加水分解生成物である各種のオリゴ糖類、単糖類などを含有する加水分解処理液よりなる加水分解処理懸濁液が得られる。
The hydrolysis treatment time of biomass can be appropriately selected according to the type of biomass, the temperature in the primary hydrolysis apparatus R1, and the like. For example, when the hydrolysis treatment is performed at 140 to 230 ° C., the hydrolysis treatment time is appropriately selected within the range of 0.5 to 180 minutes.
By hydrolyzing under the above conditions, hydrolyzed biomass mainly composed of cellulose, furfurals that are hydrolyzed products of hemicellulose in the biomass, and various oligos that are hydrolyzed products of hemicellulose and cellulose. A hydrolyzed suspension comprising a hydrolyzed liquid containing saccharides, monosaccharides and the like is obtained.

生成するフルフラール類としては、フルフラール、5−ヒドロキシメチルフルフラール等が挙げられる。生成するオリゴ糖類としては、キシロオリゴ糖、セロオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖等が挙げられ、前記オリゴ糖にアラビノース、マンノース、グルコース、キシロース、グルクロン酸、4−O−メチルグルクロン酸等が側鎖として付加したオリゴ糖も含まれる。生成する単糖類としては、キシロース、アラビノース、グルコース、ガラクトース、マンノース等が挙げられる。   Examples of the generated furfural include furfural and 5-hydroxymethylfurfural. Examples of oligosaccharides to be generated include xylooligosaccharides, cellooligosaccharides, galactooligosaccharides, and the like. Sugar is also included. Examples of monosaccharides to be generated include xylose, arabinose, glucose, galactose, mannose and the like.

一次加水分解装置R1内で加水分解処理されたバイオマスを含有する加水分解処理懸濁液は、一次加水分解装置R1の中間位置に設置されている固−液分離装置Sで水溶性の加水分解生成物を含有する水溶液からなる一次加水分解処理液が分離されて中間取出口Gから移送管路3に取り出された後、セルロースを主体とする加水分解処理バイオマスを含有する懸濁液として一次加水分解装置R1の排出口Bに接続されている加水分解処理懸濁液の移送管路2から装置外に排出される。一次加水分解装置R1の中間位置の固−液分離装置Sから排出口B方向に移動する加水分解処理懸濁液を、洗浄液供給装置Wから供給管路6により一次加水分解装置R1内に供給する洗浄液と向流接触させることによって洗浄して排出口から排出することもできる。   The hydrolyzed suspension containing the biomass hydrolyzed in the primary hydrolyzer R1 is water-soluble and hydrolyzed by the solid-liquid separator S installed at the intermediate position of the primary hydrolyzer R1. After the primary hydrolysis treatment liquid composed of the aqueous solution containing the product is separated and taken out from the intermediate outlet G to the transfer pipe 3, the primary hydrolysis is carried out as a suspension containing hydrolysis treatment biomass mainly composed of cellulose. It is discharged out of the apparatus from the transfer pipe 2 for the hydrolyzed suspension connected to the outlet B of the apparatus R1. A hydrolyzed suspension that moves in the direction of the discharge port B from the solid-liquid separator S at the intermediate position of the primary hydrolyzer R1 is supplied from the cleaning liquid supply device W into the primary hydrolyzer R1 through the supply line 6. It can also be cleaned and discharged from the outlet by making countercurrent contact with the cleaning liquid.

一次加水分解装置R1から加水分解処理懸濁液の移送管路2に排出された加水分解処理懸濁液中のセルロースを主体とするバイオマスよりなる固形分は、バイオマス由来の有用成分の製造原料として利用することができる。
また、固形分の移送管路7によって蒸解工程に送られてパルプの製造原料として用いることができるので、本発明の加水分解方法は、溶解パルプ製造工程でクラフト蒸解の前工程である前加水分解工程とすることもできる。
Solid content composed of biomass mainly composed of cellulose in the hydrolysis-treated suspension discharged from the primary hydrolysis apparatus R1 to the transfer pipeline 2 of the hydrolysis-treated suspension is a raw material for producing useful components derived from biomass. Can be used.
Moreover, since it can be sent to a cooking process by the solid content transfer pipe line 7 and can be used as a raw material for pulp production, the hydrolysis method of the present invention is a pre-hydrolysis which is a pre-process of kraft cooking in a dissolving pulp manufacturing process. It can also be a process.

溶解パルプの製造を目的として一次加水分解装置R1で一次加水分解処理(前加水分解)を行う場合、一次加水分解処理は溶解パルプの製造に適した条件(セルロースの過分解を防ぐ条件)で行われるため、副産物として得られるフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類は、一次加水分解処理のみでは効率よく生産することができない。しかし、このような一次加水分解処理が行われる場合であっても、一次加水分解装置R1で得られる加水分解処理液に二次的な加水分解処理を施すことにより、フルフラール類を効率よく生産することが可能である。
本発明の方法においては、一次加水分解装置R1から移送管路3に取り出された一次加水分解処理液は、二次加水分解装置R2に供給される。
When primary hydrolysis treatment (prehydrolysis) is performed in the primary hydrolysis apparatus R1 for the purpose of producing dissolved pulp, the primary hydrolysis treatment is performed under conditions suitable for producing dissolved pulp (conditions for preventing excessive decomposition of cellulose). Therefore, the furfurals, monosaccharides and oligosaccharides obtained as by-products cannot be efficiently produced only by the primary hydrolysis treatment. However, even when such a primary hydrolysis treatment is performed, furfurals are efficiently produced by subjecting the hydrolysis treatment liquid obtained by the primary hydrolysis apparatus R1 to a secondary hydrolysis treatment. It is possible.
In the method of the present invention, the primary hydrolysis treatment liquid taken out from the primary hydrolysis apparatus R1 to the transfer pipe 3 is supplied to the secondary hydrolysis apparatus R2.

(二次加水分解装置)
本発明の方法で用いる二次加水分解装置R2は、前記一次加水分解処理液を加圧・加熱条件下に加水分解処理することができる連続式あるいはバッチ式の加水分解装置である。二次加水分解装置R2の形態は特に限定されないが、例えば、図1に示すような二次反応釜BR2が挙げられる。
二次加水分解装置R2は、複数の装置を並列で設置することもでき、一次加水分解処理液を複数の二次加水分解装置で同時に処理することもできる
(Secondary hydrolysis equipment)
The secondary hydrolysis apparatus R2 used in the method of the present invention is a continuous or batch hydrolysis apparatus that can hydrolyze the primary hydrolysis treatment liquid under pressure and heating conditions. Although the form of secondary hydrolysis apparatus R2 is not specifically limited, For example, secondary reaction kettle BR2 as shown in FIG. 1 is mentioned.
The secondary hydrolysis apparatus R2 can also install a plurality of apparatuses in parallel, and can simultaneously treat the primary hydrolysis treatment liquid with the plurality of secondary hydrolysis apparatuses.

図1〜図4の装置においては、一次加水分解処理液は、移送管路3が接続されている一次加水分解装置R1の中間取出口Gより水溶液の状態で取り出され、加圧・加熱加水分解が行われる二次反応釜BR2に供給される。二次反応釜BR2への一次加水分解処理液の供給は、連続的でもよいし断続的でもよい。   In the apparatus of FIGS. 1 to 4, the primary hydrolysis treatment liquid is taken out in the form of an aqueous solution from the intermediate outlet G of the primary hydrolysis apparatus R1 to which the transfer pipe 3 is connected, and is pressurized and heated for hydrolysis. Is supplied to the secondary reaction vessel BR2. The supply of the primary hydrolysis treatment liquid to the secondary reaction kettle BR2 may be continuous or intermittent.

(二次加水分解条件)
本発明の方法において、二次加水分解装置R2での加水分解処理は、加圧下における熱水処理、酸処理、アルカリ処理等の方法を用いて行うことができるが、生成するフルフラール類を効率的に回収するためには、加圧、加熱状態の水又は酸水溶液を用いた処理が望ましい。酸水溶液処理の方法としては、一次加水分解処理液に酸を含む水を混合し、加圧、加熱して加水分解を行う。酸水溶液処理で用いる酸は特に限定されないが、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、酢酸、シュウ酸等を用いることができる。
(Secondary hydrolysis conditions)
In the method of the present invention, the hydrolysis treatment in the secondary hydrolysis apparatus R2 can be carried out using a method such as hot water treatment, acid treatment, alkali treatment under pressure, but the generated furfurals are efficiently treated. In order to recover the water, a treatment using pressurized or heated water or an aqueous acid solution is desirable. As a method of the acid aqueous solution treatment, water containing an acid is mixed with the primary hydrolysis treatment liquid, and hydrolysis is performed by applying pressure and heating. The acid used in the acid aqueous solution treatment is not particularly limited, and sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, oxalic acid, and the like can be used.

二次加水分解装置に供給される一次加水分解処理液のpHは0.5〜5.0の範囲が好ましい。
加水分解処理の温度としては、120〜250℃で行うことができるが、140〜230℃が好ましく、170〜200℃がより好ましい。230℃を超えるとフルフラールが重合してフルフラールの損失が進む傾向があるため好ましくない。圧力は、0.35〜2.8MPaであることが好ましい。
The pH of the primary hydrolysis treatment solution supplied to the secondary hydrolysis apparatus is preferably in the range of 0.5 to 5.0.
Although it can carry out at 120-250 degreeC as a temperature of a hydrolysis process, 140-230 degreeC is preferable and 170-200 degreeC is more preferable. If it exceeds 230 ° C., furfural tends to polymerize and the loss of furfural tends to proceed, which is not preferable. The pressure is preferably 0.35 to 2.8 MPa.

本発明の方法を図1の装置によってバッチ式で行う場合は、二次加水分解処理後に二次加水分解装置(二次反応釜BR2)の上部のバルブV(移送管路21)を開き、蒸気相を取り出して蒸留装置EVへ移送し、蒸留装置EVでフルフラール濃縮液を分離する。一方、連続式で行う場合は、二次加水分解装置(二次反応釜BR2)の上部のバルブV(移送管路21)の代替として減圧バルブを用い、二次加水分解処理を行いながら減圧バルブを開いて蒸気相を取出し、蒸留装置EVへ移送し、蒸留装置EVでフルフラール類含有濃縮液を分離する。前記二次加水分解装置(バッチ式、連続式)から取り出した蒸気相を蒸留装置EVへ移送する前にコンデンサーC(凝縮器)で凝縮してもよい。フルフラール類を含有する蒸気相を蒸留濃縮する蒸留装置EVは、複数の装置を直列あるいは並列で設置してなる装置であってもよい。二次加水分解装置から取り出した蒸気相を蒸留装置で蒸留する方法は、二次加水分解液(液相)を直接蒸留装置で蒸留する方法と比較して、蒸留する液量を低減できるため蒸留に要する時間を短縮することができるし、蒸留に要するエネルギーも低減できるのでフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の生産性が高くなるとうメリットがある。   When the method of the present invention is carried out batchwise using the apparatus of FIG. 1, the valve V (transfer line 21) at the top of the secondary hydrolysis apparatus (secondary reaction kettle BR2) is opened after the secondary hydrolysis treatment, The phase is removed and transferred to the distillation apparatus EV, and the furfural concentrate is separated by the distillation apparatus EV. On the other hand, in the case of continuous operation, a pressure reducing valve is used as an alternative to the valve V (transfer line 21) at the upper part of the secondary hydrolysis apparatus (secondary reaction kettle BR2), and the pressure reducing valve is used while performing the secondary hydrolysis treatment And the vapor phase is taken out, transferred to the distillation apparatus EV, and the furfural-containing concentrate is separated by the distillation apparatus EV. The vapor phase taken out from the secondary hydrolysis apparatus (batch type or continuous type) may be condensed in the condenser C (condenser) before being transferred to the distillation apparatus EV. The distillation apparatus EV for distilling and concentrating a vapor phase containing furfurals may be an apparatus in which a plurality of devices are installed in series or in parallel. The method of distilling the vapor phase taken out from the secondary hydrolyzer with the distillation device can reduce the amount of liquid to be distilled compared to the method of distilling the secondary hydrolyzed liquid (liquid phase) directly with the distiller. The time required for this can be shortened, and the energy required for distillation can also be reduced, so that the productivity of furfurals, monosaccharides and oligosaccharides is increased.

二次加水分解装置内で蒸気相を分離した液相には、主に単糖類やオリゴ糖類が含まれている。蒸気相を除去した状態の液相を液相取出管路11に取り出してオリゴ糖類や単糖類を分離・精製するための工程へ移送することもできるし、タンク等に貯蔵することもできる。タンク等に貯蔵する場合は、二次加水分解装置の後に、液相として取り出される糖類等含有水溶液を冷却する冷却装置を設置してもよい。
また、液相の移送管路11に取り出した後に管路内等でオリゴ糖類や単糖類からフルフラール類が生成する場合には、濃縮分離装置や蒸留装置に移送してフルフラール類を分離し、回収することもできる。濃縮分離装置としては、フラッシュタンク、フラッシュサイクロン等が使用される。
The liquid phase obtained by separating the vapor phase in the secondary hydrolysis apparatus mainly contains monosaccharides and oligosaccharides. The liquid phase from which the vapor phase has been removed can be taken out to the liquid phase extraction pipe 11 and transferred to a process for separating and purifying oligosaccharides and monosaccharides, or stored in a tank or the like. When storing in a tank etc., you may install the cooling device which cools aqueous solution containing saccharides etc. taken out as a liquid phase after a secondary hydrolysis apparatus.
In addition, when furfurals are produced from oligosaccharides or monosaccharides in the pipeline after being taken out into the liquid phase transfer pipeline 11, the furfurals are separated and recovered by transfer to a concentration / separation apparatus or distillation apparatus. You can also As the concentration separator, a flash tank, a flash cyclone, or the like is used.

蒸気相を除去した後の液相には、主要成分としてオリゴ糖類や単糖類からなる糖類以外に、バイオマスの加水分解を促進する酢酸等の有機酸が含まれているため、図1に示すように糖類等含有水溶液の循環管路22を経由して一次加水分解装置R1の頂部の供給管路1の原料懸濁液中に循環混合することもできる。
蒸気相を除去した後の液相よりなる糖類等含有液を一次加水分解装置へ循環供給すると含まれているオリゴ糖や単糖類がフルフラール類に分解される。また、有機酸により一次加水分解処理で単糖類及びオリゴ糖類の加水分解が促進されてフルフラールの収率が向上する。
Since the liquid phase after removing the vapor phase contains an organic acid such as acetic acid that promotes hydrolysis of biomass in addition to saccharides composed of oligosaccharides and monosaccharides as main components, as shown in FIG. In addition, the mixture can be circulated and mixed into the raw material suspension in the supply line 1 at the top of the primary hydrolysis apparatus R1 via the circulation line 22 of the aqueous solution containing sugars or the like.
When a saccharide-containing liquid composed of a liquid phase after removing the vapor phase is circulated and supplied to the primary hydrolysis apparatus, the contained oligosaccharides and monosaccharides are decomposed into furfurals. In addition, the hydrolysis of monosaccharides and oligosaccharides is promoted by the primary hydrolysis treatment with the organic acid, and the yield of furfural is improved.

図3に示すように、蒸気相を除去した後の液相として取り出される糖類等含有液を糖類等含有液の循環管路24を経由して二次加水分解装置への一次加水分解処理液の移送管路3へ循環供給することもできる。蒸気相を除去した後の液相(糖類等含有液)を二次加水分解装置に供給される一次加水分解処理液に供給することにより、オリゴ糖類や単糖類がフルフラール類に分解される。また、有機酸により二次加水分解処理で単糖類及びオリゴ糖類の加水分解が促進されてフルフラールの収率が向上する。   As shown in FIG. 3, the saccharide-containing liquid taken out as the liquid phase after removing the vapor phase is supplied to the secondary hydrolysis apparatus via the circulation line 24 for the saccharide-containing liquid. It can also be circulated and supplied to the transfer line 3. By supplying the liquid phase (liquid containing saccharides or the like) after removing the vapor phase to the primary hydrolysis treatment liquid supplied to the secondary hydrolysis apparatus, oligosaccharides and monosaccharides are decomposed into furfurals. In addition, the hydrolysis of monosaccharides and oligosaccharides is promoted by the secondary hydrolysis treatment with the organic acid, and the yield of furfural is improved.

図1に示すように、前記の蒸気相を除去した後の液相(糖類等含有液)を、糖類等含有液の循環管路22から分岐させた糖類等含有液の移送管路27によりエネルギーを回収するためのボイラー(回収ボイラーBO)へ移送してエネルギーとして回収することもできる。ボイラーとしては、パルプ製造工程においては、例えば黒液回収ボイラーが挙げられる。二次加水分解装置からの糖類等含有液を前記ボイラーへ移送する前に減圧濃縮装置等により濃縮してもよい。
回収ボイラーで回収したエネルギーをフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造工程内で利用することができる。
As shown in FIG. 1, the liquid phase (liquid containing saccharides, etc.) after removing the vapor phase is energized by a transfer line 27 for liquids containing saccharides etc. branched from the circulation line 22 for liquids containing saccharides etc. It can also be transferred to a boiler (recovery boiler BO) for recovering and recovered as energy. As a boiler, in a pulp manufacturing process, a black liquor recovery boiler is mentioned, for example. The saccharide-containing liquid from the secondary hydrolysis apparatus may be concentrated by a vacuum concentration apparatus or the like before being transferred to the boiler.
The energy recovered by the recovery boiler can be used in the production process of furfurals, monosaccharides and oligosaccharides.

前記の二次加水分解装置で蒸気相を除去した後の液相(糖類等含有液)を、その中に残存しているフルフラール類、及び移送工程の途中等で新たに生成される場合があるフルフラール類を回収するために、前記糖類等含有液を追加量のフルフラール類を回収する工程に移送して処理をすることもできる。   The liquid phase (liquid containing saccharides, etc.) after removing the vapor phase by the secondary hydrolysis apparatus may be newly generated in the middle of the furfurals remaining in the liquid phase and the transfer process. In order to recover the furfurals, the saccharide-containing liquid can be transferred to a step of recovering an additional amount of furfurals for processing.

図4に示すように、二次加水分解装置で蒸気相を除去した後の液相中に残存しているフルフラール類を減圧装置VACを用いて二次加水分解装置R2内を減圧することにより液相からさらにフルフラール類を回収することができる。また、二次加水分解装置で蒸気相を除去した後の液相にエアー、あるいは蒸気を吹き込むことにより液相からフルフラール類を回収することもできる。前記の操作により、フルフラール類を含む画分と糖類を含む画分とを容易に分離することができるというメリットがある。
また、エネルギーコストを低減した状態でフルフラール類を効率的に回収することができる。
As shown in FIG. 4, the furfurals remaining in the liquid phase after the vapor phase is removed by the secondary hydrolysis apparatus are reduced by reducing the pressure in the secondary hydrolysis apparatus R2 using the pressure reduction apparatus VAC. Further furfurals can be recovered from the phase. Further, furfurals can be recovered from the liquid phase by blowing air or steam into the liquid phase after the vapor phase is removed by the secondary hydrolysis apparatus. By the above operation, there is an advantage that a fraction containing furfurals and a fraction containing saccharides can be easily separated.
In addition, furfurals can be efficiently recovered with reduced energy costs.

(オリゴ糖類、単糖類の分離工程)
前記の蒸気相を除去した後の液相(糖類等含有液)に含まれる単糖類及びオリゴ糖類は、一般的に糖の精製プロセスで用いられる方法で分離・精製することができる。単糖類やオリゴ糖類を含む糖類糖含有液の濃縮装置としては、エバポレーター等を用いることができる。また、UF膜(限外濾過膜)、RO膜(逆浸透膜)、NF膜(ナノフィルトレーション)、分子ふるいクロマトグラフィー、疑似移動床クロマトグラフィー等を用いてオリゴ糖類を濃縮したり、オリゴ糖類及び単糖類を分離することができる。糖類糖含有液に含まれる着色成分等の不純物は、活性炭、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、吸着樹脂等を用いて除去することができる。精製した単糖類を含む水溶液は、結晶化させて精製することができる。また、精製した糖液をスプレードライヤーや凍結乾燥装置などを用いて粉末化することも可能である。
(Oligosaccharide, monosaccharide separation process)
Monosaccharides and oligosaccharides contained in the liquid phase (sugar-containing liquid) after removing the vapor phase can be separated and purified by a method generally used in a sugar purification process. An evaporator or the like can be used as an apparatus for concentrating a saccharide sugar-containing liquid containing monosaccharides and oligosaccharides. In addition, oligosaccharides can be concentrated using UF membrane (ultrafiltration membrane), RO membrane (reverse osmosis membrane), NF membrane (nanofiltration), molecular sieve chromatography, simulated moving bed chromatography, etc. Saccharides and monosaccharides can be separated. Impurities such as coloring components contained in the saccharide sugar-containing liquid can be removed using activated carbon, a cation exchange resin, an anion exchange resin, an adsorption resin, or the like. The aqueous solution containing the purified monosaccharide can be purified by crystallization. Moreover, it is also possible to pulverize the refined sugar solution using a spray dryer or a freeze-drying apparatus.

以下、本発明の方法を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the method of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1〜5
ユーカリ・ペリータのチップ(厚さ2mm)とイオン交換水とを、チップ(乾燥)1質量部に対してイオン交換水5質量部の割合で混合して原料バイオマスを含有する原料懸濁液を調製した。
図1に示す一次加水分解装置R1(木村化工機製)の頂部供給口Aに接続している原料懸濁液の供給管路1から上記原料懸濁液を連続的に400質量部/時で供給し、一次加水分解装置R1で170℃、0.79MPaで加水分解処理を行い、加水分解処理された原料含有懸濁液を加水分解装置の底部排出口Bより減圧バルブVPを開いて加水分解処理懸濁液の移送管路2に連続的に排出した。加水分解装置内の滞留時間は3時間に設定した。
また、装置底部の向流洗浄液供給装置Wから供給管路6により洗浄水を400質量部/時で供給して、加水分解装置の中央部における目開き80μmのステンレス製金網(固液分離装置S)が設置されている一次加水分解装置R1の中央部の中間取出口Gから下方に移動する加水分解処理懸濁液と向流接触させた。
原料懸濁液の供給開始3時間後から、前記中間取出口G(加水分解処理時間1.5時間の位置)より、加水分解装置内の温度及び圧力を維持した状態で加水分解処理懸濁液から一次加水分解処理液(260質量部/時)を移送管路3のバルブVを開いて取り出して二次反応釜BR2へ移送した。
二次反応釜BR2に移送された一次加水分解処理液の液量が100Lに達した時点でバルブV(管路3)を閉じ、一次加水分解装置からの一次加水分解処理液の移送を停止した。但し、一次加水分解装置内の圧力が二次加水分解装置内の圧力より高い実施例では、バルブVの代替として、減圧バルブVPを使用して一次加水分解処理液を取り出した(図示せず)。二次反応釜BR2に移送する一次加水分解処理液には硫酸濃度が0.3%(W/V)となるように硫酸を添加した。
Examples 1-5
A raw material suspension containing raw material biomass is prepared by mixing eucalyptus and perita chips (thickness 2 mm) and ion-exchanged water at a ratio of 5 parts by weight of ion-exchanged water to 1 part by weight of chip (dry). did.
The raw material suspension is continuously supplied at 400 parts by mass / hour from the raw material suspension supply pipe 1 connected to the top supply port A of the primary hydrolysis apparatus R1 (manufactured by Kimura Chemical Co., Ltd.) shown in FIG. Then, hydrolysis is performed at 170 ° C. and 0.79 MPa in the primary hydrolysis device R1, and the hydrolyzed raw material-containing suspension is hydrolyzed by opening the decompression valve VP from the bottom outlet B of the hydrolysis device. The suspension was continuously discharged to the transfer line 2. The residence time in the hydrolysis apparatus was set to 3 hours.
Further, the cleaning water is supplied from the counter-current cleaning liquid supply device W at the bottom of the apparatus through the supply pipe 6 at 400 parts by mass / hour, and a stainless steel wire mesh having an opening of 80 μm at the center of the hydrolysis apparatus (solid-liquid separation apparatus S). ) Is placed in countercurrent contact with the hydrolyzed suspension that moves downward from the intermediate outlet G at the center of the primary hydrolyzer R1.
From 3 hours after the start of the supply of the raw material suspension, the hydrolysis treatment suspension is maintained in the state where the temperature and pressure in the hydrolysis apparatus are maintained from the intermediate outlet G (position of the hydrolysis treatment time of 1.5 hours). The primary hydrolysis treatment liquid (260 parts by mass / hour) was taken out by opening the valve V of the transfer line 3 and transferred to the secondary reaction vessel BR2.
When the amount of the primary hydrolysis treatment liquid transferred to the secondary reaction kettle BR2 reached 100 L, the valve V (pipe 3) was closed to stop the transfer of the primary hydrolysis treatment liquid from the primary hydrolysis apparatus. . However, in the example in which the pressure in the primary hydrolysis apparatus is higher than the pressure in the secondary hydrolysis apparatus, the primary hydrolysis treatment liquid was taken out using the pressure reducing valve VP instead of the valve V (not shown). . Sulfuric acid was added to the primary hydrolysis treatment liquid transferred to the secondary reaction kettle BR2 so that the sulfuric acid concentration was 0.3% (W / V).

次に、上記のように硫酸を添加した一次加水分解処理液を二次反応釜BR2で200℃で二次加水分解処理を行った。二次加水分解処理の反応時間を10分(実施例1)、30分(実施例2)、60分(実施例3)、120分(実施例4)、180分(実施例5)で実施した。二次加水分解処理後、二次反応釜BR2に接続している蒸気相の移送管路21のバルブVを開いて蒸気相を取り出し、蒸気相をコンデンサーCで100℃まで冷却して凝縮液の移送管路4に凝縮液(フルフラール類含有水溶液)として取り出した。取り出した凝縮液を蒸留装置EVに送って濃縮し、フルフラール類を含有する濃縮液(20℃)をフルフラール類濃縮液回収管路25から回収した。回収したフルフラール類濃縮液に含まれるフルフラール類の含有量を下記の方法で測定して、原料(乾燥質量)に対するフルフラール類の収率を算出した。
また、フルフラール1kg当たりの回収に必要な蒸留に要するエネルギー(MJ/フルフラール−kg)、及びフルフラール類の蒸留に要する時間(分/フルフラール−kg)を測定した。
また、蒸気相が除かれた後の液相を二次反応釜BR2の底部の移送管路11により取り出し、液相に含まれる単糖類、オリゴ糖類を下記の方法で測定して、原料(乾燥質量)に対する単糖類及びオリゴ糖類の収率を算出した。結果を表1に示す。
Next, the secondary hydrolysis treatment with the sulfuric acid added thereto as described above was subjected to secondary hydrolysis treatment at 200 ° C. in the secondary reaction kettle BR2. The reaction time of the secondary hydrolysis treatment was 10 minutes (Example 1), 30 minutes (Example 2), 60 minutes (Example 3), 120 minutes (Example 4), and 180 minutes (Example 5). did. After the secondary hydrolysis treatment, the vapor phase is taken out by opening the valve V of the vapor phase transfer line 21 connected to the secondary reaction kettle BR2, and the vapor phase is cooled to 100 ° C. with the condenser C. It extracted to the transfer pipe line 4 as a condensate (furfural containing aqueous solution). The taken out condensate was sent to a distillation apparatus EV and concentrated, and a concentrate (20 ° C.) containing furfurals was recovered from the furfurals concentrated liquid recovery line 25. The content of furfural contained in the recovered furfural concentrate was measured by the following method, and the yield of furfural with respect to the raw material (dry mass) was calculated.
Further, the energy required for distillation required for recovery per kg of furfural (MJ / furfural-kg) and the time required for distillation of furfurals (minute / furfural-kg) were measured.
Further, the liquid phase after the vapor phase is removed is taken out by the transfer line 11 at the bottom of the secondary reaction kettle BR2, and monosaccharides and oligosaccharides contained in the liquid phase are measured by the following method to obtain a raw material (dried The yields of monosaccharides and oligosaccharides relative to (mass) were calculated. The results are shown in Table 1.

[糖分析]
糖分析は、DIONEX社製 糖分析システム(ICS5000)を用いた。カラムはCarbo Pac PA−1 (2×250mm)を用い、20mM NaOH溶液を溶離液とし、0.25ml/minの流速で単糖を溶出させた。検出には、パルスアンペロメトリー検出器を用いた。単糖の標品として、グルコース、ガラクトース、マンノース、アラビノース、キシロースを用いた。これらの各成分の検量線を作成し、試料中の各単糖の含有量を求めた。
[Sugar analysis]
For sugar analysis, a sugar analysis system (ICS5000) manufactured by DIONEX was used. Carbo Pac PA-1 (2 × 250 mm) was used as a column, and a monosaccharide was eluted at a flow rate of 0.25 ml / min using a 20 mM NaOH solution as an eluent. For detection, a pulse amperometry detector was used. Glucose, galactose, mannose, arabinose, and xylose were used as preparations of monosaccharides. A calibration curve for each of these components was prepared, and the content of each monosaccharide in the sample was determined.

[オリゴ糖類含有量の計算]
試料中の全糖量から、4質量%硫酸で加水分解を行う前の試料中の各単糖の含有量を差し引いた値をオリゴ糖類の含有量とした。
[Calculation of oligosaccharide content]
The value obtained by subtracting the content of each monosaccharide in the sample before hydrolysis with 4% by mass sulfuric acid from the total amount of sugar in the sample was taken as the oligosaccharide content.

[フルフラール類の定量]
フルフラール類の定量にはAgilent Technоlоgies社製 HPLCシステムを用いた。カラムは、Bio−Rad社製 Aminex HPX87P(7.8×300mm)を用い、5mM硫酸を溶離液とし、1ml/minの流速でフルフラール類を溶出させた。検出にはUV−Vis検出器を用いた。フルフラール類の標品として、フルフラールを用い、検量線を作成し、試料中の含有量を求めた。
[Quantitative determination of furfurals]
For the determination of furfurals, an HPLC system manufactured by Agilent Technologies was used. The column was Aminex HPX87P (7.8 × 300 mm) manufactured by Bio-Rad, and 5 mM sulfuric acid was used as an eluent to elute furfurals at a flow rate of 1 ml / min. A UV-Vis detector was used for detection. Using a furfural as a standard for furfurals, a calibration curve was created to determine the content in the sample.

比較例1〜5
図2に示す装置を用い、実施例1と同様の方法で一次加水分解処理及び二次加水分解処理を行った。二次加水分解処理の反応時間を10分(比較例1)、30分(比較例2)、60分(比較例3)、120分(比較例4)、180分(比較例5)で実施した。
二次加水分解処理後、二次加水分解装置(二次反応釜BR2)内の圧力が常圧になってから二次反応釜BR2内の二次加水分解処理生成物の全量を移送管路11aのバルブVを開いて取り出して蒸留装置EVへ移送し、蒸留装置EVで蒸留分離してフルフラール類含有濃縮液を回収管路25から回収した。一方、単糖類及びオリゴ糖類を含む水溶液を回収管路26から回収した。
前記フルフラール類含有濃縮液に含まれるフルフラール類の含有量を実施例1と同様の方法で測定して、原料(乾燥質量)に対するフルフラール類の収率を算出した。また、フルフラール1kg当たりの回収に必要な蒸留に要するエネルギー(MJ/フルフラール−kg)及びフルフラール類の蒸留に要する時間(分/フルフラール−kg)を測定した。また、蒸留装置EVの糖類等含有水溶液の回収管路26から回収した水溶液に含まれる単糖類、オリゴ糖類を実施例1と同様の方法で測定して、原料(乾燥質量)に対する単糖類及びオリゴ糖類の収率を算出した。結果を表1に示す。
Comparative Examples 1-5
A primary hydrolysis treatment and a secondary hydrolysis treatment were performed in the same manner as in Example 1 using the apparatus shown in FIG. The reaction time for the secondary hydrolysis treatment was 10 minutes (Comparative Example 1), 30 minutes (Comparative Example 2), 60 minutes (Comparative Example 3), 120 minutes (Comparative Example 4), and 180 minutes (Comparative Example 5). did.
After the secondary hydrolysis treatment, the total amount of the secondary hydrolysis treatment product in the secondary reaction vessel BR2 is transferred to the transfer line 11a after the pressure in the secondary hydrolysis apparatus (secondary reaction vessel BR2) reaches normal pressure. The valve V was opened and taken out, transferred to the distillation apparatus EV, and separated by distillation with the distillation apparatus EV, and the furfural-containing concentrate was recovered from the recovery line 25. On the other hand, an aqueous solution containing monosaccharides and oligosaccharides was recovered from the recovery line 26.
The content of furfurals contained in the furfurals-containing concentrated solution was measured by the same method as in Example 1, and the yield of furfurals with respect to the raw material (dry mass) was calculated. Further, the energy required for distillation required for recovery per kg of furfural (MJ / furfural-kg) and the time required for distillation of furfurals (minute / furfural-kg) were measured. In addition, the monosaccharides and oligosaccharides contained in the aqueous solution recovered from the recovery line 26 of the aqueous solution containing sugars and the like of the distillation apparatus EV are measured by the same method as in Example 1, and the monosaccharides and oligos relative to the raw material (dry mass) are measured. The yield of saccharide was calculated. The results are shown in Table 1.

Figure 0005835183
Figure 0005835183

実施例1〜5のバッチ式の二次加水分解装置(二次反応釜BR2)で二次加水分解処理(200℃)を行い、二次加水分解処理後の二次反応釜BR2から取り出される蒸気相から蒸留装置でフルフラール類を回収し、二次反応釜から取り出される液相から単糖類及びオリゴ糖類を回収する方法では、比較例1〜5の二次加水分解処理後の二次反応釜内の二次加水分解処理液の全量を直接蒸留装置に送ってフルフラール類と単糖類及びオリゴ糖類とを分離して回収する方法と比較して、蒸留に要するエネルギーを低減することができた。また、フルフラール類を含む蒸気相の量を少なくすることができるため蒸留装置でフルフラール類の濃縮に要する時間が短縮できた。以上の結果から、実施例1〜5の方法により効率的なフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の生産が可能となることが判明した。   Vapor taken out from secondary reaction kettle BR2 after secondary hydrolyzing treatment (200 ° C.) in batch type secondary hydrolyzing apparatus (secondary kettle BR2) of Examples 1 to 5 In the method of recovering furfurals from the phase with a distillation apparatus and recovering monosaccharides and oligosaccharides from the liquid phase taken out from the secondary reaction kettle, the secondary reaction kettle after the secondary hydrolysis treatment of Comparative Examples 1 to 5 Compared with the method of separating and recovering the furfurals, monosaccharides and oligosaccharides by directly sending the total amount of the secondary hydrolysis treatment liquid to a distillation apparatus, the energy required for distillation could be reduced. Moreover, since the amount of the vapor phase containing furfurals can be reduced, the time required for concentrating the furfurals with a distillation apparatus can be shortened. From the above results, it has been found that efficient production of furfurals, monosaccharides and oligosaccharides is possible by the methods of Examples 1 to 5.

実施例6〜10
実施例1において、二次反応釜BR2で、170℃で、10分(実施例6)、30分(実施例7)、60分(実施例8)、120分(実施例9)、180分(実施例10)の反応時間で二次加水分解処理を行った。それ以外の操作は実施例1と同様の方法で実施した。結果を表2に示す。
Examples 6-10
In Example 1, in secondary reaction kettle BR2, at 170 ° C., 10 minutes (Example 6), 30 minutes (Example 7), 60 minutes (Example 8), 120 minutes (Example 9), 180 minutes The secondary hydrolysis treatment was performed in the reaction time of (Example 10). The other operations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

比較例6〜10
比較例1において、二次反応釜BR2で、170℃で10分(比較例6)、30分(比較例7)、60分(比較例8)、120分(比較例9)、180分(比較例10)の反応時間で二次加水分解処理を行った。それ以外の操作は比較例1と同様の方法で実施した。結果を表2に示す。
Comparative Examples 6-10
In Comparative Example 1, in the secondary reaction kettle BR2, at 170 ° C. for 10 minutes (Comparative Example 6), 30 minutes (Comparative Example 7), 60 minutes (Comparative Example 8), 120 minutes (Comparative Example 9), 180 minutes ( The secondary hydrolysis treatment was performed for the reaction time of Comparative Example 10). Other operations were carried out in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0005835183
Figure 0005835183

実施例6〜10のバッチ式の二次加水分解装置(二次反応釜BR2)で二次加水分解処理(170℃)を行い、二次反応釜BR2から取り出される蒸気相から蒸留装置でフルフラール類を回収し、二次反応釜BR2から取り出される液相から単糖類及びオリゴ糖類を回収する方法では、比較例6〜10の二次反応釜BR2内の加水分解処理生成物の全量を直接蒸留装置に送ってフルフラール類と単糖類及びオリゴ糖類とを分離して回収する方法と比較して、蒸留に要するエネルギーを低減することができた。また、フルフラール類を含む水溶液の量を少なくすることができるため蒸留装置でフルフラール類の濃縮に要する時間が短縮できた。   A secondary hydrolysis treatment (170 ° C.) was performed in the batch type secondary hydrolysis apparatus (secondary reaction kettle BR2) of Examples 6 to 10, and the furfurals were removed from the vapor phase taken out from the secondary reaction kettle BR2 by a distillation apparatus. In the method of recovering monosaccharides and oligosaccharides from the liquid phase taken out from the secondary reaction kettle BR2, the total amount of hydrolysis treatment products in the secondary reaction kettle BR2 of Comparative Examples 6 to 10 is directly distilled. Compared with the method of separating and recovering furfurals from monosaccharides and oligosaccharides, the energy required for distillation could be reduced. Moreover, since the amount of the aqueous solution containing furfurals can be reduced, the time required for concentrating the furfurals with a distillation apparatus can be shortened.

実施例11〜15
実施例1において、二次反応釜BR2で、140℃で、10分(実施例11)、30分(実施例12)、60分(実施例13)、120分(実施例14)、180分(実施例15)の反応時間で二次加水分解処理を行った。それ以外の操作は実施例1と同様の方法で実施した。結果を表3に示す。
Examples 11-15
In Example 1, it is 10 minutes (Example 11), 30 minutes (Example 12), 60 minutes (Example 13), 120 minutes (Example 14), 180 minutes at 140 ° C. in the secondary reaction kettle BR2. The secondary hydrolysis treatment was performed in the reaction time of (Example 15). The other operations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

比較例11〜15
比較例1において、二次反応釜BR2で140℃で、10分(比較例11)、30分(比較例12)、60分(比較例13)、120分(比較例14)、180分(比較例15)の反応時間で二次加水分解処理を行った。それ以外の操作は比較例1と同様の方法で実施した。結果を表3に示す。
Comparative Examples 11-15
In Comparative Example 1, in the secondary reaction kettle BR2 at 140 ° C., 10 minutes (Comparative Example 11), 30 minutes (Comparative Example 12), 60 minutes (Comparative Example 13), 120 minutes (Comparative Example 14), 180 minutes ( The secondary hydrolysis treatment was performed for the reaction time of Comparative Example 15). Other operations were carried out in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in Table 3.

Figure 0005835183
Figure 0005835183

実施例11〜15のバッチ式の二次加水分解装置(二次反応釜BR2)で二次加水分解処理(140℃)を行い、二次反応釜BR2から取り出される蒸気相から蒸留装置でフルフラール類を回収し、二次反応釜BR2から取り出される液相から単糖類及びオリゴ糖類を回収する方法では、比較例11〜15の二次加水分解処理後の二次反応釜BR2内の加水分解処理生成物の全量を直接蒸留装置に送ってフルフラール類と単糖類及びオリゴ糖類とを分離して回収する方法と比較して、蒸留に要するエネルギーを低減することができた。また、フルフラール類を含む水溶液の量を少なくすることができるため蒸留装置でフルフラール類の濃縮に要する時間が短縮できた。   In the batch-type secondary hydrolysis apparatus (secondary reaction vessel BR2) of Examples 11 to 15, secondary hydrolysis treatment (140 ° C.) is performed, and the furfurals are obtained from the vapor phase taken out from the secondary reaction vessel BR2 using a distillation apparatus. In the method of recovering the monosaccharide and oligosaccharide from the liquid phase taken out from the secondary reaction kettle BR2, the hydrolysis treatment in the secondary kettle BR2 after the secondary hydrolysis treatment of Comparative Examples 11-15 Compared with the method in which the entire amount of the product was sent directly to a distillation apparatus to separate and recover the furfurals, monosaccharides and oligosaccharides, the energy required for distillation could be reduced. Moreover, since the amount of the aqueous solution containing furfurals can be reduced, the time required for concentrating the furfurals with a distillation apparatus can be shortened.

実施例16〜20
図1に示す装置で実施例1と同様の方法で一次加水分解処理を行った。一次加水分解処理液(260質量部/時)を移送管路3のバルブVを開いて連続的に取り出し、二次反応釜BR2へ移送した。二次反応釜BR2で170℃で連続的に二次加水分解処理を行なった。二次加水分解処理(二次反応釜BR2)の滞留時間を10分(実施例16)、30分(実施例17)、60分(実施例18)、120分(実施例19)、180分(実施例20)で実施した。二次加水分解処理開始後、二次反応釜BR2に接続されている蒸気相の移送管路21のバルブ(減圧バルブ)を開いて蒸気相を連続的に取り出し、取り出した蒸気をコンデンサーCで100℃まで冷却して移送管路4に凝縮液(フルフラール類含有水溶液)を取り出した。前記凝縮液を蒸留装置EVに移送して濃縮し、フルフラール類を含有する濃縮液を回収管路25から回収した。
前記フルフラール類濃縮液に含まれるフルフラール類の含有量を下記の方法で測定して、原料(乾燥質量)に対するフルフラール類の収率を算出した。また、フルフラール1kg当たりの回収に必要な蒸留に要するエネルギー(MJ/フルフラール−kg)及びフルフラール類の蒸留に要する時間(分/フルフラール−kg)を測定した。
また、二次反応釜の液相を連続的に二次反応釜BR2の底部の移送管路11に取り出し、二次反応釜の液相に含まれる単糖類、オリゴ糖類を実施例1と同様の方法で測定して、原料(乾燥質量)に対する単糖類及びオリゴ糖類の収率を算出した。結果を表4に示す。
Examples 16-20
The primary hydrolysis treatment was performed in the same manner as in Example 1 using the apparatus shown in FIG. The primary hydrolysis treatment liquid (260 parts by mass / hour) was continuously removed by opening the valve V of the transfer line 3 and transferred to the secondary reaction kettle BR2. Secondary hydrolysis was continuously performed at 170 ° C. in the secondary reaction vessel BR2. The residence time of the secondary hydrolysis treatment (secondary reaction kettle BR2) is 10 minutes (Example 16), 30 minutes (Example 17), 60 minutes (Example 18), 120 minutes (Example 19), 180 minutes. (Example 20). After the start of the secondary hydrolysis treatment, the vapor phase transfer line 21 connected to the secondary reaction vessel BR2 is opened (pressure reduction valve) to continuously take out the vapor phase. After cooling to 0 ° C., a condensate (furfural-containing aqueous solution) was taken out to the transfer line 4. The condensate was transferred to the distillation apparatus EV and concentrated, and a concentrate containing furfurals was recovered from the recovery line 25.
The content of the furfural contained in the furfural concentrate was measured by the following method, and the yield of the furfural with respect to the raw material (dry mass) was calculated. Further, the energy required for distillation required for recovery per kg of furfural (MJ / furfural-kg) and the time required for distillation of furfurals (minute / furfural-kg) were measured.
Further, the liquid phase of the secondary reaction kettle is continuously taken out to the transfer line 11 at the bottom of the secondary reaction kettle BR2, and the monosaccharides and oligosaccharides contained in the liquid phase of the secondary reaction kettle are the same as in Example 1. It measured by the method and the yield of the monosaccharide and oligosaccharide with respect to the raw material (dry mass) was computed. The results are shown in Table 4.

比較例16〜20
図2に示す装置で実施例16と同様の方法で一次加水分解処理及び二次加水分解処理を行った。二次加水分解処理の反応時間を10分(比較例16)、30分(比較例17)、60分(比較例18)、120分(比較例19)、180分(比較例20)で実施した。
二次加水分解処理開始後、二次反応釜BR2に接続されている管路11aのバルブ(減圧バルブ)を開いて二次加水分解処理液を連続的に蒸留装置EVへ移送し、蒸留装置EVで濃縮してフルフラール濃縮液を回収管路25により回収した。
前記フルフラール濃縮液に含まれるフルフラール類の含有量を測定して、原料(乾燥質量)に対するフルフラール類の収率を算出した。また、フルフラール1kg当たりの回収に必要な蒸留に要するエネルギー(MJ/フルフラール−kg)を測定した。また、蒸留装置EVの管路26から回収した水溶液に含まれる単糖類、オリゴ糖類を実施例1と同様の方法で測定して、原料(乾燥質量)に対する単糖類及びオリゴ糖類の収率を算出した。
結果を表4に示す。
Comparative Examples 16-20
The primary hydrolysis treatment and the secondary hydrolysis treatment were performed in the same manner as in Example 16 using the apparatus shown in FIG. The reaction time for the secondary hydrolysis treatment was 10 minutes (Comparative Example 16), 30 minutes (Comparative Example 17), 60 minutes (Comparative Example 18), 120 minutes (Comparative Example 19), and 180 minutes (Comparative Example 20). did.
After starting the secondary hydrolysis treatment, the valve (pressure reduction valve) of the pipe line 11a connected to the secondary reaction kettle BR2 is opened, and the secondary hydrolysis treatment liquid is continuously transferred to the distillation device EV. The furfural concentrate was recovered by a recovery line 25.
The content of furfural contained in the furfural concentrate was measured, and the yield of furfural with respect to the raw material (dry mass) was calculated. Further, the energy required for distillation required for recovery per kg of furfural (MJ / furfural-kg) was measured. In addition, the monosaccharides and oligosaccharides contained in the aqueous solution recovered from the pipeline 26 of the distillation apparatus EV are measured by the same method as in Example 1, and the yields of the monosaccharides and oligosaccharides relative to the raw material (dry mass) are calculated. did.
The results are shown in Table 4.

Figure 0005835183
Figure 0005835183

実施例16〜20の連続式の二次加水分解装置(二次反応釜BR2)で二次加水分解処理(170℃)を行い、二次反応釜BR2から連続的に取り出される蒸気相から蒸留装置でフルフラール類を回収し、二次反応釜BR2から取り出される液相から単糖類及びオリゴ糖類を回収する方法では、比較例16〜20の連続式の二次加水分解装置(二次反応釜BR2)で二次加水分解処理(170℃)を行い、二次加水分解処理液から連続的に蒸留装置でフルフラール類(気相)と単糖類及びオリゴ糖類(液相)とを分離して回収する方法と比較して、蒸留に要するエネルギーを低減することができた。また、フルフラール類を含む水溶液の容量を低減すことができたため蒸留装置でフルフラール類の濃縮に要する時間が短縮できた。
さらに、実施例16〜20では、二次加水分解処理において連続的に二次反応釜BR2からフルフラール類(蒸気相)を除去することにより、加水分解液に含まれる糖類(単糖類及びオリゴ糖類)とフルフラール類の副反応が抑制されるとともに、単糖類及びオリゴ糖類からのフルフラール類への生成が促進された結果、フルフラール類の収率が向上したものと推定される。
A secondary hydrolyzing treatment (170 ° C.) was performed in the continuous secondary hydrolyzing apparatus (secondary reaction kettle BR2) of Examples 16 to 20, and a distillation apparatus was obtained from the vapor phase continuously taken out from the secondary reaction kettle BR2. In the method of recovering furfurals in the above and recovering monosaccharides and oligosaccharides from the liquid phase taken out from the secondary reaction kettle BR2, the continuous secondary hydrolysis apparatus (secondary kettle BR2) of Comparative Examples 16-20 is used. A secondary hydrolysis process (170 ° C) is performed in the process, and furfurals (gas phase), monosaccharides and oligosaccharides (liquid phase) are separated and recovered continuously from the secondary hydrolysis process liquid using a distillation apparatus. Compared with, the energy required for distillation could be reduced. Moreover, since the volume of the aqueous solution containing furfurals could be reduced, the time required for concentration of furfurals with a distillation apparatus could be shortened.
Furthermore, in Examples 16 to 20, saccharides (monosaccharides and oligosaccharides) contained in the hydrolyzate are obtained by continuously removing furfurals (vapor phase) from the secondary reaction vessel BR2 in the secondary hydrolysis treatment. It is presumed that the yield of furfurals was improved as a result of the suppression of the side reaction between the saccharides and furfurals and the promotion of the production of mono- and oligosaccharides into furfurals.

実施例21
図3に示す装置で実施例17と同様の方法で実施した。但し、二次加水分解処理開始後、二次反応釜BR2の移送管路11のバルブ(減圧バルブ)を開いて二次反応釜BR2から液相を連続的に取り出し、該液相の一部(100質量部/時)を循環管路24を経由して、二次反応釜BR2に供給される一次加水分解処理液(管路3)に連続的に循環供給した。それ以外の操作は全て実施例17と同様の方法で試験した。結果を表5に示す。
Example 21
It implemented by the method similar to Example 17 with the apparatus shown in FIG. However, after starting the secondary hydrolysis treatment, the valve (pressure reducing valve) of the transfer line 11 of the secondary reaction vessel BR2 is opened to continuously take out the liquid phase from the secondary reaction vessel BR2, and a part of the liquid phase ( 100 parts by mass / hour) was continuously circulated and supplied to the primary hydrolysis treatment liquid (line 3) supplied to the secondary reaction vessel BR2 via the circulation line 24. All other operations were tested in the same manner as in Example 17. The results are shown in Table 5.

比較例21
実施例21において、二次反応釜から取り出される液相を循環させない試験を実施して比較例21(実施例17と同一)とした。結果を表5に示す。
Comparative Example 21
In Example 21, a test in which the liquid phase taken out from the secondary reaction kettle was not circulated was performed as Comparative Example 21 (same as Example 17). The results are shown in Table 5.

Figure 0005835183
Figure 0005835183

二次反応釜BR2から移送管路11に取り出される液相を連続的に循環させた試験(実施例21)では、二次加水分解処理液を循環させない試験(比較例21)と比較してフルフラール類の収率が向上した。   In the test (Example 21) in which the liquid phase taken out from the secondary reaction kettle BR2 to the transfer line 11 was continuously circulated (Furfural compared with the test in which the secondary hydrolysis treatment liquid was not circulated (Comparative Example 21)). The yield of the product was improved.

実施例22
実施例7と同様の方法で試験を実施し、二次加水分解処理後、二次反応釜BR2に接続している移送管路21のバルブVを開いて蒸気相を取り出し、実施例7と同様の方法で蒸気相よりフルフラール類を含有する濃縮液(20℃)を回収した(フルフラール類濃縮液A)。
次に、図4に示すように二次反応釜BR2(液相)を90℃に維持し減圧装置VACを用いて二次反応釜BR2内を減圧し、当該液相よりフルフラール類を含有する蒸気相を移送管路21に取り出し、これをコンデンサーCに送って凝縮した。当該凝縮液を蒸留装置EVに送って濃縮し、フルフラール類を含有する濃縮液(20℃)を回収した(フルフラール類濃縮液B)。
前記各フルフラール類濃縮液(フルフラール類濃縮液A及びフルフラール類濃縮液B)に含まれるフルフラール類の含有量を測定して、原料(乾燥質量)に対するフルフラール類の収率(フルフラール類濃縮液A及びフルフラール類濃縮液Bの合計値)を算出した。二次加水分解処理後の蒸気相が除かれた後の液相を減圧装置VACでフルフラール類を回収しない試験(実施例7)を比較例とした。結果を表6に示す。
Example 22
The test was carried out in the same manner as in Example 7. After the secondary hydrolysis treatment, the vapor phase was taken out by opening the valve V of the transfer line 21 connected to the secondary reaction vessel BR2, and the same as in Example 7. In this way, a concentrated liquid (20 ° C.) containing furfurals was recovered from the vapor phase (furfurals concentrated liquid A).
Next, as shown in FIG. 4, the secondary reaction kettle BR2 (liquid phase) is maintained at 90 ° C., and the pressure in the secondary reaction kettle BR2 is reduced using the pressure reducing device VAC, and steam containing furfurals from the liquid phase. The phase was removed to transfer line 21 and sent to condenser C for condensation. The condensate was sent to a distillation apparatus EV and concentrated to recover a concentrate (20 ° C.) containing furfurals (furfurals concentrate B).
The content of furfurals contained in each of the above-mentioned furfural concentrates (furfural concentrate A and furfural concentrate B) is measured, and the yield of furfurals relative to the raw material (dry mass) (furfural concentrates A and A). The total value of the furfural concentrate B) was calculated. A test (Example 7) in which the liquid phase after removing the vapor phase after the secondary hydrolysis treatment was not recovered with the decompression device VAC was used as a comparative example. The results are shown in Table 6.

Figure 0005835183
Figure 0005835183

二次加水分解処理後の蒸気相が除かれた後の液相を90℃で減圧蒸留することにより、液相に残存しているフルフラール類をさらに回収することができた結果、フルフラール収率が向上した。   As a result of further recovering furfural remaining in the liquid phase by distillation under reduced pressure at 90 ° C., the liquid phase after the vapor phase after the secondary hydrolysis treatment was removed, Improved.

本発明の方法は、生活や産業活動を営む過程で不要物として排出される廃棄物系バイオマス、農作物の非食用部や間伐材などの未利用バイオマスを原料として、医薬中間体、フラン樹脂などのプラスチック原料であるフルフリルアルコールの製造原料として用いられるフルフラール類や、食品、食品添加物、発酵原料などに用いられる単糖類、オリゴ糖類などの有用物質を化石原料によらずに安定供給することに途を拓くものであるし、山林の保守管理や廃棄物処理の分野にも大きく貢献するものである。   The method of the present invention is based on waste biomass discharged as unnecessary substances in the process of living and industrial activities, raw biomass such as non-edible parts of crops and thinned wood, raw materials such as pharmaceutical intermediates and furan resins. To provide a stable supply of useful substances such as furfurals used as raw materials for furfuryl alcohol, a raw material for plastics, and monosaccharides and oligosaccharides used in foods, food additives, fermentation raw materials, etc. It opens the way and contributes greatly to the fields of forest management and waste disposal.

1:原料懸濁液供給管路
2,3,4,7,11,11a,21,27:移送管路
6:洗浄液供給管路
7:固形分移送管路
22,24:循環管路
25,26:回収管路
27:移送管路
28:減圧管路
A:原料懸濁液供給口
B:加水分解処理懸濁液排出口
BO:エネルギー回収ボイラー
BR2:二次反応釜
C:コンデンサー
EV:蒸留装置
VAC:減圧装置
G:中間取出口
R1:一次加水分解装置
R2:二次加水分解装置
S:固−液分離装置
V,VP:バルブ
W:洗浄液供給装置
1: Raw material suspension supply lines 2, 3, 4, 7, 11, 11a, 21, 27: Transfer line 6: Cleaning liquid supply line 7: Solid content transfer line 22, 24: Circulation line 25, 26: Recovery line 27: Transfer line 28: Pressure reduction line A: Raw material suspension supply port B: Hydrolysis treatment suspension discharge port BO: Energy recovery boiler BR2: Secondary reaction kettle C: Condenser EV: Distillation Device VAC: Pressure reducing device G: Intermediate outlet R1: Primary hydrolysis device R2: Secondary hydrolysis device S: Solid-liquid separation device V, VP: Valve W: Cleaning liquid supply device

Claims (8)

バイオマスの水性懸濁液を連続式一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、該装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を取り出し、該一次加水分解処理液を二次加水分解装置に送って二次加水分解処理して二次加水分解生成物を生成させ、該二次加水分解装置内の二次加水分解生成物からフルフラール類含有蒸気相を分離して取出し、蒸留処理してフルフラール類含有濃縮液として回収し、該フルフラール類含有蒸気相を分離した後の液相として単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液を取り出し、その少なくとも一部を二次加水分解装置に循環供給して前記一次加水分解処理液とともに加水分解処理することを特徴とする、バイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 Primary biomass is added under pressure and heating conditions that produce monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals while continuously supplying an aqueous suspension of biomass from the supply port of a continuous primary hydrolysis device and moving through the device. A hydrolyzed suspension was continuously discharged from the outlet of the primary hydrolyzer, and a solid-liquid separation device was provided at an intermediate position between the supply port and the outlet of the primary hydrolyzer. From the intermediate outlet, the primary hydrolysis treatment liquid separated from the hydrolysis treatment suspension in the apparatus is taken out, and the primary hydrolysis treatment liquid is sent to the secondary hydrolysis apparatus to carry out the secondary hydrolysis treatment. to produce a hydrolysis product, it is taken out by separating the furfural analog-containing vapor phase from the secondary hydrolysis product in the secondary hydrolysis system, distillation and recovered as furfural analog-containing concentrate, the Acquisition of full Removed saccharide-containing liquid which contains monosaccharides and oligosaccharides as a liquid phase after separating Lumpur analog-containing vapor phase, circulated and supplied to together with the primary hydrolysis treatment liquid on at least a portion of the secondary hydrolysis system A method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass, which comprises hydrolyzing . バイオマスの水性懸濁液を連続式一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、該装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を取り出し、該一次加水分解処理液を二次加水分解装置に送って二次加水分解処理して二次加水分解生成物を生成させ、該二次加水分解装置内の二次加水分解生成物からフルフラール類含有蒸気相を分離して取出し、蒸留処理してフルフラール類含有濃縮液として回収し、該フルフラール類含有蒸気相を分離した後の液相としての単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液を取り出す前に、二次加水分解装置内を減圧して該液相からフルフラール類含有蒸気を発生させる処理、及び、二次加水分解装置内の該液相中に不活性ガスあるいは水蒸気を吹き込んで該液相からフルフラール類含有蒸気を発生させる処理から選ばれる少なくとも1種の処理により、該液相中に残存するフルフラール類を追加回収すると共に該液相中の糖類濃度を向上させる処理を施すことを特徴とする、バイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 Primary biomass is added under pressure and heating conditions that produce monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals while continuously supplying an aqueous suspension of biomass from the supply port of a continuous primary hydrolysis device and moving through the device. A hydrolyzed suspension was continuously discharged from the outlet of the primary hydrolyzer, and a solid-liquid separation device was provided at an intermediate position between the supply port and the outlet of the primary hydrolyzer. From the intermediate outlet, the primary hydrolysis treatment liquid separated from the hydrolysis treatment suspension in the apparatus is taken out, and the primary hydrolysis treatment liquid is sent to the secondary hydrolysis apparatus to carry out the secondary hydrolysis treatment. A hydrolyzed product is produced, and the furfural-containing vapor phase is separated from the secondary hydrolyzed product in the secondary hydrolyzing apparatus, taken out, and subjected to distillation treatment to be recovered as a furfural-containing concentrated liquid. Before taking out a saccharide-containing liquid containing monosaccharides and oligosaccharides as a liquid phase after separating the vapor-containing vapor phase, the pressure in the secondary hydrolysis apparatus is reduced to remove furfural-containing vapor from the liquid phase. The liquid is produced by at least one treatment selected from a treatment for generating and a treatment for generating a furfural-containing vapor from the liquid phase by blowing an inert gas or water vapor into the liquid phase in the secondary hydrolysis apparatus. A method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass , which comprises additionally collecting furfurals remaining in the phase and improving the concentration of sugars in the liquid phase . 前記二次加水分解処理生成物からフルフラール類含有蒸気相を分離した後の液相に、該液相を二次加水分解装置から取り出す前に、二次加水分解装置内を減圧して液相からフルフラール類含有蒸気を発生させる処理、及び、二次加水分解装置内の液相中に不活性ガスあるいは水蒸気を吹き込んで液相からフルフラール類含有蒸気を発生させる処理から選ばれる少なくとも1種の処理により、該液相中に残存するフルフラール類を追加回収すると共に該液相中の糖類濃度を向上させる処理を施すことを特徴とする、請求項1に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 Before the liquid phase is taken out from the secondary hydrolysis apparatus, the pressure in the secondary hydrolysis apparatus is reduced from the liquid phase to the liquid phase after separating the furfural-containing vapor phase from the secondary hydrolysis treatment product. At least one process selected from a process for generating a furfural-containing vapor and a process for generating a furfural-containing vapor from the liquid phase by blowing an inert gas or water vapor into the liquid phase in the secondary hydrolysis apparatus. The furfurals, monosaccharides and oligos from biomass according to claim 1, wherein the furfurals remaining in the liquid phase are additionally recovered and subjected to a treatment for improving the saccharide concentration in the liquid phase. A method for producing sugars. バイオマスの水性懸濁液を連続式一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、該装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を取り出し、該一次加水分解処理液を二次加水分解装置に送って二次加水分解処理して二次加水分解生成物を生成させ、該二次加水分解装置内の二次加水分解生成物からフルフラール類含有蒸気相を分離して取出し、蒸留処理してフルフラール類含有濃縮液として回収し、該フルフラール類含有蒸気相を分離した後の液相として単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液を二次加水分解装置から取り出し、取り出した単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液に対して、該糖類含有液中で新たに生成するフルフラール類を分離回収すると共に該糖類含有液中の糖類濃度を向上させる蒸留処理を行うことを特徴とする、バイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 Primary biomass is added under pressure and heating conditions that produce monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals while continuously supplying an aqueous suspension of biomass from the supply port of a continuous primary hydrolysis device and moving through the device. A hydrolyzed suspension was continuously discharged from the outlet of the primary hydrolyzer, and a solid-liquid separation device was provided at an intermediate position between the supply port and the outlet of the primary hydrolyzer. From the intermediate outlet, the primary hydrolysis treatment liquid separated from the hydrolysis treatment suspension in the apparatus is taken out, and the primary hydrolysis treatment liquid is sent to the secondary hydrolysis apparatus to carry out the secondary hydrolysis treatment. A hydrolyzed product is produced, and the furfural-containing vapor phase is separated from the secondary hydrolyzed product in the secondary hydrolyzing apparatus, taken out, and subjected to distillation treatment to be recovered as a furfural-containing concentrated liquid. The saccharide-containing liquid containing monosaccharides and oligosaccharides is taken out from the secondary hydrolyzer as a liquid phase after separating the vapor-containing vapor phase, and the extracted saccharide-containing liquid containing monosaccharides and oligosaccharides is removed. And furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass, characterized in that the furfurals newly produced in the saccharide-containing liquid are separated and recovered and subjected to a distillation treatment for improving the saccharide concentration in the saccharide-containing liquid. Manufacturing method. 前記二次加水分解装置内から取り出した液相からなる単糖類及びオリゴ糖類を含有する糖類含有液に対して、該糖類含有液中で新たに生成するフルフラール類を分離回収すると共に該糖類含有液中の糖類濃度を向上させる蒸留処理を行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 The saccharide-containing liquid that separates and recovers furfurals newly produced in the saccharide-containing liquid with respect to the saccharide-containing liquid containing monosaccharides and oligosaccharides composed of a liquid phase taken out from the secondary hydrolysis apparatus. The method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass according to any one of claims 1 to 3, wherein a distillation treatment for improving the concentration of saccharides therein is performed . 前記二次加水分解生成物からのフルフラール類含有蒸気相の取出しは、前記二次加水分解装置内における二次加水分解処理中に発生するフルフラール類含有蒸気相を二次加水分解装置から連続的に取り出す方法及び二次加水分解処理終了後の二次加水分解生成物から発生するフルフラール類含有蒸気相を二次加水分解装置から取り出す方法から選ばれるいずれかの方法によって行われることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 Extraction of the furfural-containing vapor phase from the secondary hydrolysis product is performed by continuously removing the furfural-containing vapor phase generated during the secondary hydrolysis process in the secondary hydrolysis apparatus from the secondary hydrolysis apparatus. It is performed by any method selected from a method of taking out and a method of taking out a furfural-containing vapor phase generated from the secondary hydrolysis product after the completion of the secondary hydrolysis treatment from the secondary hydrolysis apparatus , The manufacturing method of the furfurals, monosaccharide, and oligosaccharide from the biomass of any one of Claims 1-5. 前記連続式一次加水分解装置の前記排出口の近傍から水性洗浄液を一次加水分解装置内に供給して前記固−液分離装置を備えた中間取出口と前記排出口との間で加水分解処理懸濁液と向流接触させることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。 Aqueous cleaning liquid is supplied into the primary hydrolyzer from the vicinity of the outlet of the continuous primary hydrolyzer, and the hydrolysis treatment is suspended between the intermediate outlet provided with the solid-liquid separator and the outlet. The method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass according to any one of claims 1 to 6, characterized in that they are brought into countercurrent contact with a turbid liquid . 前記バイオマスが木質系バイオマスであることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のバイオマスからのフルフラール類、単糖類及びオリゴ糖類の製造方法。The method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass according to any one of claims 1 to 7, wherein the biomass is woody biomass.
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