BR112016015776B1

BR112016015776B1 - Método para remover lignina de biomassa lignocelulósica

Info

Publication number: BR112016015776B1
Application number: BR112016015776-1A
Authority: BR
Inventors: Sebastian Von Schoultz
Original assignee: Ch-Bioforce Oy
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2022-07-12
Also published as: US20160326203A1; CN106029978A; WO2015104460A1; BR112016015776A2; CN106029978B; CA2935611A1; RU2682348C2; CA2935611C; FI127582B; RU2016127258A; US10407452B2; EP3092337A1; FI20145018A; RU2016127258A3

Abstract

MÉTODO PARA EXTRAIR LIGNINA. A invenção refere-se a um método para remover lignina de biomassa lignocelulósica. O método compreende alimentar biomassa lignocelulósica e uma primeira solução aquosa em um vaso de reator, sendo que a biomassa lignocelulósica e a primeira solução aquosa formam uma mistura de reação; reduzir a pressão no vaso de reator para menos de 0,08 Mpa (0,8 bar) de pressão absoluta, preferencialmente, 0,05 Mpa (0,5 bar) de pressão absoluta, mais preferencialmente, para menos de 0,02 Mpa (0,2 bar) de pressão absoluta; manter a mistura de reação em uma temperatura de extração predeterminada, e adicionar pelo menos um produto químico para extração, tal como base ou ácido, ao vaso de reação e extrair lignina da biomassa para a fase líquida da mistura de reação.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método para extrair lignina a partir de biomassa lignocelulósica de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente anexa.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0002] A extração de lignina a partir de biomassa pode ser realizada de muitas maneiras diferentes. Os métodos mais comuns são os processos de sulfato e sulfito, sendo que ambos esses processos produzem lignina que contém enxofre. O enxofre é indesejável, por exemplo, se a lignina for destinada a ser usada como combustível, pelo fato de que em tais casos, tanto a lignina como os gases de combustão do combustível têm que passar por dessulfurização dispendiosa. Há processos que produzem lignina, que é livre de enxofre, tal como o processo de polpação soda e vários processos de polpação organosolv, que usam vários solventes tais como acetona, metanol, etanol, butanol, etileno glicol, ácido fórmico e/ou ácido acético.

[0003] Em processos de polpação alcalinos tradicionais, a lignina passa por uma variedade de assim chamadas reações de condensação que aumentam a massa molar de lignina e, portanto, tornam a extração de lignina a partir de biomassa mais difícil. Por exemplo, lig- nina passa por reações alcalinas que produzem formaldeído durante a formação de éter vinílico através das reações β-O-4 relativamente lentas. Entretanto, o formaldeído desempenha uma função principal na condensação de lignina. As reações de condensação também diminuem a reatividade de lignina, especialmente através de reações dos grupos reativos na estrutura aromática. É também bem conhecido que a condensação de lignina é extensiva mediante deslignifica- ção de oxigênio.

[0004] As condições alcalinas, que são usadas nos processos de polpação soda e sulfato, são responsáveis pelas reações de degradação alcalinas de carboidratos, tais como as reações de descasca- mento, que já iniciam sob 100°C. Essas reações causam perdas de carboidrato consideráveis e dispendiosas através da diminuição do rendimento de polpação. Adicionalmente, essas reações são responsáveis pela formação de ácidos no processo. Esses ácidos consomem uma parte principal do álcali valioso durante o processo de pol- pação até mesmo antes de qualquer dissolução considerável de lig- nina tiver sido obtida. Diversos aditivos, tais como antraquinona, po- lissulfetos e boroidreto de sódio têm sido investigados como uma solução; entretanto, as economias de rendimento mal cobrem os custos químicos.

[0005] Em polpação de sulfito ácido, a extração de lignina é de terminada pelo grau de sulfonação de lignina, que torna a lignina mais hidrofílica e solúvel em água. A eficiência de extração de lignina é impedida pelas reações de condensação de lignina. A polpação de sulfito ácido é prejudicial para o rendimento de celulose e hemiceluloses devido a hidrólise ácida de carboidratos em monossacarídeos. Os mo- nossacarídeos podem reagir com bissulfato formando ácidos aldônicos e tiossulfato que causa condensação de lignina extensiva. A polpação de sulfito ácido é também suscetível para outras reações de condensação de lignina que são prejudiciais para extração de lignina.

[0006] Em polpação tradicional, a maior parte das substâncias químicas de polpação já é adicionada no início do processo de polpa- ção. Portanto, as reações de degradação e condensação indesejadas não podem ser evitadas considerando os perfis de tempo e temperatura (1 a 3 h, 70 a 170°C para processo Kraft). Quanto mais longo o tempo de polpação, mais reações de condensação e degradação po- dem ocorrer.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] É o objetivo desta invenção reduzir ou até mesmo superar os problemas relacionados à técnica conhecida.

[0008] Um objetivo da presente invenção é fornecer um método aperfeiçoado para extrair lignina a partir de biomassa.

[0009] Em particular, outro objetivo da invenção é fornecer um mé todo que minimiza de modo eficaz a condensação de lignina indeseja- da e, opcionalmente, também minimiza a hidrólise de carboidrato e reações de descascamento da biomassa.

[00010] O método típico, de acordo com a presente invenção, para remover lignina de biomassa lignocelulósica, compreende - alimentar biomassa lignocelulósica e uma primeira solução aquosa em um vaso de reator, sendo que a biomassa lignoceluló- sica e a primeira solução aquosa formam uma mistura de reação, - reduzir a pressão no vaso de reator para menos de 0,08 Mpa (0,8 bar) de pressão absoluta, preferencialmente, abaixo de 0,05 Mpa (0,5 bar) de pressão absoluta, mais preferencialmente, para menos de 0,02 Mpa (0,2 bar) de pressão absoluta, - manter a mistura de reação em uma temperatura de extração predeterminada, e - adicionar pelo menos um produto químico para extração ao vaso de reação e extrair lignina da biomassa para a fase líquida da mistura de reação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00011] A presente invenção é baseada na constatação de que a pressão reduzida fornece ambiente livre de oxigênio e minimiza as reações de condensação indesejadas de lignina. Após a redução de pressão, a mistura de reação, que compreende biomassa e uma primeira solução aquosa, é mantida em um ambiente no qual a solubili- dade de lignina é mínima e as reações indesejadas, tais como reações de condensação oxidativa de lignina, na mistura de reação, são minimizadas. A presente invenção supera pelo menos alguns dos problemas na técnica conhecida em relação à condensação de lignina durante pré-hidrólise e deslignificação através do uso de pressão reduzida e ambiente livre de oxigênio. Opcionalmente, a presente inovação supera adicionalmente os problemas na técnica conhecida em relação à hidrólise de carboidrato e à reação de descascamento minimizando-se o tempo que a fração de fibra rica em celulose está em contato com o licor de extração de lignina. A presente inovação possibilita, portanto, a separação de até 99% da lignina a partir da fração de fibra contendo celulose com rendimento de celulose igual ou melhor quando comparado à técnica conhecida e com resistência à lâmina comparável. Opcionalmente, uma separação de até 99% dos carboidratos, tais como hemiceluloses, também é obtida.

[00012] Nesse contexto, o termo "biomassa lignocelulósica" é entendido como material de planta, que compreende fibras celulósicas, carboidratos tais como hemiceluloses e lignina. Exemplos de biomassa lignocelulósica adequada são fornecidos posteriormente neste pedido.

[00013] Nesse contexto, o termo "pressão absoluta" é entendido como a pressão acima do vácuo absoluto.

[00014] De acordo com uma modalidade da invenção, a mistura de reação é mantida ou aquecida à temperatura de extração predeterminada. É possível adicionar ao vaso de reação a biomassa e a primeira solução aquosa e, então, aquecer a mistura de reação obtida à temperatura de extração desejada. Alternativamente, a biomassa pode ser adicionada ao vaso de reação e uma primeira solução aquosa pressurizada que tem uma temperatura de 70 a 150°C, preferencialmente 90 a 140°C, pode ser alimentada ao vaso de reator. A temperatura de extração predeterminada pode ser na faixa de 70 a 250°C, preferencial- mente 120 a 200°C, mais preferencialmente 135 a 160°C, ainda mais preferencialmente 140 a 150°C. De acordo com uma modalidade, a temperatura de extração não excede 250°C, preferencialmente, a temperatura de extração não excede 150°C.

[00015] A primeira solução aquosa pode compreender pelo menos 10% em peso de água, preferencialmente, 75% em peso de água, mais preferencialmente, pelo menos 85% em peso de água, ainda mais preferencialmente pelo menos 95% em peso de água. De acordo com uma modalidade, a primeira solução aquosa é unicamente água, antes da adição do pelo menos um produto químico para extração.

[00016] A substância química para extração pode ser base ou ácido. O hidróxido de sódio, hidróxido de potássio ou sulfeto de sódio é adequado para uso como a substância química para extração. Alternativamente, ácido fórmico, ácido acético, ácido clorídrico, ácido sulfúrico e as misturas dos mesmos são adequados para os presentes inventores como a substância química para extração. A substância química para extração também pode ser um produto químico ou uma mistura de substâncias químicas que são usadas em processos de polpação de sulfito e sulfato convencionais podem ser usadas. A substância química para extração pode ser usada, por exemplo, nas doses a seguir: 17 a 27% em peso de NaOH; 17 a 27% em peso de KOH; 25 a 37% em peso de Na2S; 40 a 60% em peso de organosolv, tal como acetona ou etanol; 80 a 90% em peso de ácido, tal como ácido fórmico ou acético. As percentagens são calculadas a partir do peso de biomassa seca em forno. Conforme visto, a dose da substância química para extração depende de qual substância química para extração é usada. Um indivíduo versado na técnica tem a capacidade de constatar a dose ideal sem experimentação extensiva.

[00017] O pelo menos um produto químico para extração é adicio- nada ao vaso de reator quando a temperatura de extração é alcançada. Preferencialmente, a substância química para extração é adicionada como uma única dose, como uma "carga".

[00018] A lignina é extraída da biomassa para a fase líquida da mistura de reação, sendo que a fase líquida compreende a primeira solução aquosa e o pelo menos um produto químico para extração. Durante a extração, a lignina é enriquecida para a fase líquida, que pode ser continuamente circulada através da biomassa.

[00019] O tamanho de lasca ou partícula de biomassa não é um parâmetro essencial. As partículas ou lascas preferenciais têm uma espessura abaixo de 10 milímetros. A velocidade e/ou eficiência aprimoradas podem ser, assim, alcançadas sem perdas de rendimento significativas. É possível triturar ou cominuir as partículas de biomassa ou lascas usando-se qualquer equipamento adequado, tal como brita- dor de martelos, moinho de pinos ou similares, em que o comprimento de fibra e integridade não são afetados de modo significativo.

[00020] A quantidade de oxigênio no vaso de reator é reduzida quando a pressão no interior do vaso de reator é reduzida antes do início da extração de lignina. A temperatura da biomassa é 0 a 90°C, mais tipicamente 15 a 70°C, quando a pressão no vaso de reator é reduzida. Preferencialmente, o nível de gás oxigênio é mantido a um mínimo ao longo da extração de lignina. Isso significa que o vaso de reator está fechado e vazamento de ar para o vaso de reator é evitado.

[00021] Durante a extração de lignina, a temperatura da mistura de reação é elevada e o ambiente no vaso de reação é livre de oxigênio. A pressão no interior do reator durante a extração de lignina pode ser 0,5 a 0,8 Mpa (5 a 8 bar) de pressão absoluta, mais tipicamente 0,6 a 0,7 Mpa (6 a 7 bar) de pressão absoluta.

[00022] De acordo com uma modalidade da invenção, os carboidratos, tais como hemiceluloses e possivelmente também outros carboi- dratos, podem ser separados da biomassa antes da extração de ligni- na usando-se um procedimento de pré-hidrólise. Nesse caso, os carboidratos, tais como hemiceluloses, são removidos da biomassa antes da extração de lignina a fim de produzir um extrato de lignina com alta pureza, sendo que os sólidos secos do extrato compreendem 70 a 99 % em peso de lignina. Tem sido observado que as reações de des- cascamento e hidrólise indesejadas de carboidratos também são minimizadas quando a pressão reduzida é empregada. Os carboidratos são preferencialmente separados da biomassa, anteriormente à extração de lignina, extraindo-se a mistura de reação com uma segunda solução aquosa. O pH da segunda solução aquosa pode ser 3 a 10, preferencialmente 4 a 9, mais preferencialmente 4 a 5, ainda mais pre-ferencialmente 4,5 a 5. Tem sido observado que mais do que 85% de polissacarídeos, tais como hemiceluloses, pode se tornar dissolvido para a segunda solução aquosa. A temperatura durante a separação dos carboidratos pode ser na faixa de 140 a 160°C, preferencialmente entre 145°C e 155°C.

[00023] A extração de lignina para a segunda solução aquosa durante a separação dos carboidratos é preferencialmente minimizada. Após a separação dos carboidratos, a segunda solução aquosa é descarregada do vaso de reação. Os sólidos secos da segunda solução aquosa descarregada compreendem tipicamente menos do que 2% em peso de lignina.

[00024] A segunda solução aquosa compreende normalmente pelo menos 75% de água, preferencialmente pelo menos 85% de água, mais preferencialmente pelo menos 95% de água.

[00025] No caso de a separação de carboidratos ser realizada antes da extração de lignina, a segunda solução aquosa é coletada e deslocada com a primeira solução aquosa antes de extração da lignina da biomassa.

[00026] De acordo com uma modalidade da invenção, o pH durante a extração de lignina é > 10, preferencialmente > 12, mais preferencialmente > 13. Tem sido observado que quando a mistura de reação é submetida à solução aquosa em que a lignina é solúvel, tal como água que tem um pH acima de 13, é possível que mais do que 90% da ligni- na na biomassa seja liberada para a solução a partir da fração de fibra de biomassa. O pH pode ser ajustado usando-se quaisquer substâncias químicas adequadas, tais como bases fortes ou similares. Por exemplo, o hidróxido de sódio (NaOH) pode ser usado.

[00027] A extração de lignina pode ser continuada circulando-se a primeira solução aquosa através da mistura de reação desde que o teor de lignina reduzido desejado da biomassa seja alcançado.

[00028] O extrato rico em lignina é separado da biomassa e descarregado do vaso de reator. De acordo com uma modalidade, a lignina extraída, após a separação da biomassa, é usada para a produção de energia ou combustível e/ou como matéria-prima para produtos químicos, tais como fibras de carbono, fenóis ou biocompósitos.

[00029] Após a separação do extrato rico em lignina, a biomassa, que compreende fibras, é recuperada do vaso de reação. De acordo com uma modalidade, a biomassa, após a extração de lignina, é usada para a produção de papel, papelão ou similares; para a produção de polpa de dissolução ou nanocelulose; para a produção de péletes ou como matéria-prima para combustível e/ou para a produção de aglomerados de partícula (aglomerado de madeira).

[00030] De acordo com uma modalidade da invenção, a biomassa é selecionada a partir de materiais à base de madeira ou de materiais de não madeira, tais como bambu, bagaço, cânhamo, trigo ou palha de arroz. Os materiais à base de madeira adequados são, por exemplo, lascas de pinheiro (Pinus sylvestris), vidoeiro (betula pendula) ou abeto (picea abies).

[00031] De acordo com uma modalidade da invenção, o extrato rico em lignina de uma extração prévia é reusado para a extração da biomassa. A lignina no extrato rico em lignina da extração prévia pode em si funcionar como um produto químico para a extração para lignina ainda ligada à biomassa. Ao mesmo tempo, a consistência do extrato rico em lignina é aumentada, que torna os custos de evaporação menores.

[00032] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o método pode compreender pelo menos as etapas a seguir: - biomassa é alimentada em um vaso de reator, tal como sintetizador, - a pressão do vaso de reator é reduzida para menos de 0,05 Mpa (0,5 bar) de pressão absoluta, preferencialmente abaixo de 0,02 Mpa (0,2 bar) de pressão absoluta, - uma segunda solução aquosa é alimentada ao reator, em que a lignina de segunda solução aquosa não é solúvel e a solução que tem um valor de pH entre 4 e 9, preferencialmente entre 4,5 e 5, - a circulação da segunda solução aquosa é iniciada através da biomassa, - a temperatura no vaso de reator é aumentada, - opcionalmente, a segunda solução aquosa rica em carboidratos, tal como hemiceluloses, é removida e substituída por solução limpa quando a consistência da segunda solução aquosa não aumenta, isto é, permanece estável ou diminui, ou quando uma consistência desejada é alcançada, - uma primeira solução aquosa é alimentada ao vaso de reator, - a temperatura no vaso de reator é ajustada, - pelo menos um produto químico para extração é adicionada, - a fase líquida é circulada até o kappa desejado (teor de lignina) da biomassa ser alcançado, - o extrato rico em lignina é removido com uma solução limpa, tal como água.

[00033] O método, de acordo com a presente invenção, pode ser realizado como um processo de batelada ou como um processo contínuo.

[00034] Uma vantagem da presente invenção é a possibilidade de encurtar o tempo que é necessário para a extração de lignina da biomassa. Típico tempo de extração é 10 a 120 min, preferencialmente 15 a 90 min, mais preferencialmente 15 a 60 min, por vezes até mesmo 15 a 30 min.

EXPERIMENTAL

[00035] Algumas modalidades da invenção são descritas nos exemplos não limitantes a seguir.

EXEMPLO 1

[00036] O objetivo do Exemplo 1 é demonstrar o efeito de pressão reduzida na extração de lignina a partir de lascas de vidoeiro.

[00037] A disposição de reator compreende um vaso de pressão de 7 l, bomba de circulação, aquecedor de óleo e uma bomba a vácuo.

[00038] Três experimentos foram realizados, com o uso, cada um, de 978 g de lascas de vidoeiro dissolvidas em oxigênio. A quantidade total de água no interior do reator foi 7.110 ml e a carga alcalina (Na- OH) foi 30 g/l. Mediu-se a quantidade total de material liberado, lignina residual nas lascas de acordo com TAPPI T 222 om-02 e o álcali residual de acordo com SCAN-N 33:94.

[00039] Experimento 1: adicionar o álcali ao reator, aquecer o reator de 25°C a 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, manter a 150°C durante 120 min.

[00040] Experimento 2: reduzir a pressão no interior do reator para uma pressão absoluta de 0,02 Mpa (0,2 bar), adicionar o álcali ao reator, liberar a pressão de modo que o reator estivesse em pressão atmosférica, aquecer o reator de 25°C para 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, manter a 150°C durante 120 min.

[00041] Experimento 3: reduzir a pressão no interior do reator para uma pressão absoluta de 0,02 Mpa (0,2 bar), em que um ambiente livre de oxigênio foi obtido, adicionar o álcali ao reator, iniciar o aquecimento com uma pressão absoluta de 0,02 Mpa (0,2 bar), aquecer o reator de 25°C para 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, manter a 150°C durante 120 min. O ambiente livre de oxigênio foi mantido ao longo do Experimento.

[00042] A percentagem de biomassa liberada no licor de cozimento foi de 56%, 54% e 48% para os Experimentos 1, 2 e 3 respectivamente. O teor de lignina residual de lascas foi de 17%, 14% e 5% para os Experimentos 1, 2 e 3 respectivamente. O álcali residual (NaOH, g/l) foi 13,9, 15,0 e 18,3 para os Experimentos 1, 2 e 3, respectivamente. Após lavar e peneirar, o rendimento total foi de 40%, 42% e 48% para os Experimentos 1, 2 e 3 respectivamente.

[00043] De acordo com os resultados, uma pressão reduzida (Experimento 2 comparado com o Experimento 1) fornece uma deslignifica- ção um pouco melhor. Entretanto, quando a extração de lignina foi realizada em pressão reduzida, isto é, ambiente livre de oxigênio, a des- lignificação foi superior com o menor consumo de álcali nesses Experimentos. A máxima deslignificação foi alcançada após 90 minutos de extração em todos os experimentos. 30 minutos adicionais de tempo de extração não mudaram a consistência de extrato no Experimento 3 com ambiente livre de oxigênio. Entretanto, nos Experimentos 1 e 2, a concentração de carboidrato do extrato continuou a aumentar, indicando reações de descascamento de carboidrato.

EXEMPLO 2

[00044] O objetivo do Exemplo 2 era investigar o efeito de pré- hidrólise na qualidade de polpa soda.

[00045] A mesma disposição de reator foi usada conforme no Exemplo 1. A determinação de hemiceluloses e pectinas em fibras de madeira e polpa foi realizada através de metanólise de ácido e croma- tografia gasosa, conforme descrito em Nord Pulp Pap Res J11(4):216- 219.

[00046] Dois experimentos foram realizados usando-se 970 g de lascas de vidoeiro dissolvidas em oxigênio em ambos os Experimentos 1 e 2. Durante a deslignificação, a carga de álcali (NaOH) foi de 30 g/l.

[00047] Experimento 1: Com oxigênio atmosférico presente, o reator foi preenchido com água comum de torneira, o reator foi aquecido de 25°C a 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, mantido a 150°C durante 90 min, a solução de pré-hidrólise foi deslocada por água de torneira, 220 g de NaOH foi bombeado para o reator (como uma solução 10% p/p), a solução de extração foi circulada durante 90 minutos, o licor rico em lignina é descarregado.

[00048] Experimento 2: a pressão no interior do reator foi reduzida para uma pressão absoluta de 0,02 Mpa (0,2 bar), o reator foi preenchido com água comum de torneira, o reator foi aquecido de 25°C a 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, mantido a 150°C durante 90 min, a solução de pré-hidrólise foi deslocada por água de torneira, 220 g de NaOH foi bombeado para o reator (como uma solução 10% p/p), a solução de extração foi circulada durante 90 minutos, o licor rico em lig- nina foi descarregado.

[00049] Para os Experimentos 1 e 2, as soluções de pré-hidrólise continham 13% e 19% dos sólidos secos totais das lascas de vidoeiro, respectivamente, e o teor de hemicelulose das soluções foi de 90% e 96%, respectivamente. Os resultados demonstram claramente que uma pressão reduzida, isto é, um ambiente livre de oxigênio, possibili- ta uma extração de hemicelulose muito melhor e produz um extrato de pureza mais alta do que se o oxigênio atmosférico estivesse presente. A composição de lascas de vidoeiro no Experimento 2 é mostrada na Figura 1 como uma função do tempo. A quantidade de hemicelulose, lignina e celulose nas lascas é medida como uma percentagem de madeira seca de lasca original.

[00050] Para os Experimentos 1 e 2, a solução de extração alcalina continha 39% e 36% dos sólidos secos totais das lascas de vidoeiro original, respectivamente, e o teor de hemicelulose dos licores eram de 28% e 14%, respectivamente.

[00051] Para os Experimentos 1 e 2, o teor de lignina residual foi de 10% e 2,5%, respectivamente, e o teor de hemicelulose das lascas finais dos Experimento 2 foi de 0,14%.

[00052] A polpa do Experimento 2 foi refinada e comparada à polpa Kraft de vidoeiro completamente branqueada comercial refinada ao mesmo grau. O índice de ruptura para a polpa do Experimento 2 e a polpa de referência foi de 7,1 e 5,7 Nm2/kg, respectivamente, e a resistência à tração foi 62 e 64 kNm/kg, respectivamente. Os resultados mostram claramente que a polpa do Experimento 2 fornece resistência à lâmina comparável ou melhor quando comparado à polpa de referência comercial embora o teor de hemicelulose seja abaixo de 0,2% enquanto a polpa de referência contém 17% de hemicelulose.

EXEMPLO 3

[00053] O objetivo do Exemplo 3 era investigar o efeito de pré- hidrólise na qualidade de polpa soda.

[00054] A mesma disposição de reator foi usada conforme no Exemplo 1. A determinação de hemiceluloses e pectinas em fibras de madeira e polpa foi realizada através de metanólise de ácido e croma- tografia gasosa, conforme descrito em Nord Pulp Pap Res J11(4):216- 219.

[00055] O Exemplo 3 foi realizado usando-se 970 g de lascas de pinheiro dissolvidas em oxigênio no Experimento. Durante a deslignifi- cação, a carga de álcali (NaOH) foi de 50 g/l:

[00056] Exemplo 3: a pressão no interior do reator foi reduzida para uma pressão absoluta de 0,02 Mpa (0,2 bar), o reator foi preenchido com água comum de torneira, o reator foi aquecido de 25°C a 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, mantido a 150°C durante 90 min, a solução de pré-hidrólise foi deslocada por água de torneira, 400 g de NaOH foi bombeado para o reator (como uma solução 10% p/p), a solução de extração foi circulada durante 90 minutos, o extrato rico em lignina foi descarregado.

[00057] No Exemplo 3, o teor de lignina residual foi de 10% e o teor de hemicelulose das lascas finais foi de 2,14%. O índice de ruptura para a polpa do Exemplo 3 foi SR 41, 13,2 Nm2/kg resp. e a resistência à tração foi de 65 kNm/kg.

EXEMPLO 4

[00058] O objetivo do Exemplo 4 era investigar o efeito de pré- hidrólise na qualidade de polpa soda.

[00059] A mesma disposição de reator foi usada conforme no Exemplo 1. A determinação de hemiceluloses e pectinas em fibras de madeira e polpa foi realizada através de metanólise de ácido e croma- tografia gasosa, conforme descrito em Nord Pulp Pap Res J11(4):216- 219.

[00060] O Exemplo 4 foi realizado usando-se 1.000 g de lascas de abeto dissolvidas em oxigênio. Durante a deslignificação, a carga de álcali (NaOH) foi de 50 g/l:

[00061] Exemplo 4: a pressão no interior do reator é reduzida para uma pressão absoluta de 0,02 Mpa (0,2 bar), o reator foi preenchido com água de torneira comum, o reator foi aquecido de 25°C a 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, mantido a 150°C durante 90 min, a solução de pré-hidrólise foi deslocada por água de torneira, 400 g de NaOH foi bombeado para o reator (como uma solução 10% p/p), a solução de extração foi circulada durante 90 minutos, o extrato rico em lignina foi descarregado.

[00062] No Exemplo 4, o teor de lignina residual foi de 6% e o teor de hemicelulose das lascas finais foi de 1,9%. O índice de ruptura para a polpa do Exemplo 4 foi SR 40, 12,2 Nm2/kg resp. e a resistência à tração foi de 55 kNm/kg.

EXEMPLO 5

[00063] O objetivo do Exemplo 5 era investigar o efeito de pré- hidrólise na qualidade de polpa soda.

[00064] A mesma disposição de reator foi usada conforme no Exemplo 1. A determinação de hemiceluloses e pectinas em fibras de polpa e madeira foi realizada através de metanólise de ácido e cromatografia gasosa, conforme descrito em Nord Pulp Pap Res J11(4):216-219.

[00065] O Exemplo 5 foi realizado usando-se 745 g de bagaço dissolvido em oxigênio. Durante a deslignificação, a carga de álcali (Na- OH) foi de 30 g/l.

[00066] Exemplo 5: a pressão no interior do reator foi reduzida para uma pressão absoluta de 0,02 Mpa (0,2 bar), o reator foi preenchido com água comum de torneira, o reator foi aquecido de 25°C a 150°C a uma taxa de 1,5°C/min, mantido a 150°C durante 90 min, a solução de pré-hidrólise foi deslocada por água de torneira, 220 g de NaOH foi bombeada para o reator (como uma solução 10% p/p), a solução de extração foi circulada durante 90 minutos, o extrato rico em lignina foi descarregado.

[00067] Os resultados do Exemplo 5 demonstram claramente que um ambiente livre de oxigênio possibilita uma boa extração de hemice- lulose. Para o Exemplo 5, o teor de lignina residual foi 4% e o teor de hemicelulose da polpa final foi 1,1%. Nenhum índice de tração ou rup- tura foi realizado.

[00068] Mesmo se a invenção fosse descrita com referência ao que parece ser, no presente documento as modalidades mais práticas e preferenciais, verifica-se que a invenção não deve ser limitada às modalidades descritas acima, mas a invenção é destinada a abranger também diferentes modificações e soluções técnicas equivalentes dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para remover lignina de biomassa lignocelulósi- ca, o método caracterizado pelo fato de que compreende: alimentar biomassa lignocelulósica e uma primeira solução aquosa, que compreende pelo menos 95 % de água, em um vaso de reator, a biomassa lignocelulósica e a primeira solução aquosa formando uma mistura de reação, reduzir a pressão no vaso de reator para menos de 0,08 Mpa (0,8 bar) de pressão absoluta, preferencialmente 0,05 Mpa (0,5 bar) de pressão absoluta, mais preferencialmente abaixo de 0,02 Mpa (0,2 bar) de pressão absoluta, e logo aquecer a mistura de reação em uma temperatura de extração predeterminada de 70-250°C, e adicionar pelo menos um produto químico para extração, que compreende uma base ou um ácido, ao vaso de reação quando a temperatura de extração for atingida, e extrair lignina da biomassa para a fase líquida da mistura de reação.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adiciona o pelo menos um produto químico para extração como uma única dose quando a temperatura de extração predeterminada for atingida.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a substância química para extração compreende uma base, que é hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de magnésio, sulfeto de sódio, um ácido, que é ácido fórmico, ácido acético, ácido clorídrico ou ácido sulfúrico, ou um solvente orgânico, que é ácido acético, acetona, etanol ou qualquer mistura dos mesmos.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o produto químico para extração compreende uma base e o pH durante a extração de lignina é > 10, preferencial- mente > 12, mais preferencialmente >13.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que usa extrato rico em lignina de uma extração prévia tal como um produto químico para extração.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura de extração predeterminada está na faixa de, 110 a 250°C, preferencialmente, 120 a 200°C, mais preferencialmente, 135 a 160°C, ainda mais preferencialmente, 140 a 150°C.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a pressão no interior do vaso de reator durante a extração de lignina é 0,5 a 0,8 Mpa (5 a 8 bar) de pressão absoluta, mais tipicamente 0,6 a 0,7 MPa (6 a 7 bar) de pressão absoluta.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que separa carboidratos da mistura de reação, anteriormente à extração de lignina, extraindo-se a mistura de reação com uma segunda solução aquosa.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o pH da segunda solução aquosa é 3 a 10, preferencialmente 4 a 9, mais preferencialmente 4 a 5, ainda mais preferencialmente 4,5 a 5.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que adiciona pelo menos uma sequestrante de oxigênio químico, tal como ácido ascórbico ou similar, à primeira solução aquosa e/ou à segunda solução aquosa.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que continua a extração de lig- nina circulando-se a fase líquida da mistura de reação através da biomassa desde que o teor de lignina reduzido desejado da biomassa se- ja alcançado.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que usa a biomassa, após a extração de lignina, - para a produção de papel, papelão ou similar; - para a produção de polpa de dissolução ou nanocelulose; - para a produção de péletes como matéria-prima para combustível; e/ou - para a produção de aglomerado de partículas (aglomerado de madeira).

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que usa a lignina extraída, após a separação da mistura de reação, para a produção de energia ou combustível e/ou as matéria-prima para produtos químicos, tais como fibras de carbono, fenóis e biocompósitos.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a biomassa é selecionada a partir de biomassa que compreende materiais à base de madeira, tais como gênero Pinus, Betula ou Picea e/ou de materiais de não madeira, tais como bambu, bagaço, cânhamo, trigo ou palha de arroz.