CN102084055B - 生物质的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含有纤维状结构和多糖的生物质的处理方法。按照所述方法，使所述生物质经历提取处理，其中在超过0.6MPa的绝对压力和至少160℃的温度下，将所述生物质在水相中加热，从所述物质中分离多糖。按照本发明，在所述提取期间，经历所述提取处理的所述生物质的pH不会被明显降低，而在所述处理之后，将压力可控地降低，使所述生物质的纤维状结构不会被分解。回收从所述物质中分离得到的多糖，作为第一部分，所述生物质的纤维状结构作为第二部分，并且使所述部分中的至少一种经历进一步加工。通过本发明的方式，可以通过适用于工业规模的方法，从原料中分离出有价值的化合物和化合物组。
Description
本发明涉及按照权利要求1的前序用于处理生物质的方法。
根据上述方法，通过提取从生物质中分离出生物质中所含有的化合物，例如糖及其衍生物和相应多糖。
众所周知的是，树木和其它植物除了含有木质素和纤维素之外，还含有约25％重量的半纤维素，半纤维素主要由己糖和戊糖组成。对于针叶树而言，己糖的比例更大，而对于阔叶树以及对于草本植物和秸秆(straw)而言，戊糖的比例更大。由苔藓植物(Bryophytes)的死亡部分所形成的泥炭，例如泥炭藓，其显示介于上述两类植物之间的己糖与戊糖的比例。分离自木材的半纤维素在纤维和纸张加工以及纤维和纸制品中是有价值的化合物。半纤维素和尤其是针叶树的半乳糖葡萄糖甘露聚糖是用于化工和食品工业的具有潜在价值的原料。分离自阔叶树的木糖是木糖醇的原料。通过针叶树的半纤维素水解形成单体而得到的己糖可用于使用常规酵母菌株的乙醇产生。而且，一年生和多年生植物及其部分，例如草芦(canary reed grass)和玉米秸秆、以及沼泽植物和由它们的死亡部分所形成的泥炭，都含有有用的多糖，其构成用于化学工业、制药业以及例如生产乙醇的目的原料。
已知大量方法可用于从木材中分离半纤维素化合物。传统上，用碱从木材中提取半纤维素，其中用氢氧化钠或氢氧化钾溶解例如木聚糖的戊糖和例如葡甘露聚糖的己糖，所述糖可从所述碱中沉淀下来。在碱提取期间，多糖容易降解并且木材被分解。
还有一种已知方法：其中通过热水将从木材中溶出的化合物分离出来(热水提取)。在这种情况下，将戊糖和己糖溶于最高温度为160度的水中，其中戊糖和己糖还可进一步降解成糠醛和羟甲基-糠醛。这两种都是有毒物质，可抑制用于例如乙醇发酵的微生物的细胞活性并影响其生长。
因此，用于分离多糖的传统解决方案就是所谓的水蒸汽爆炸(steam explosion)，其中将已经碾碎或以其它方式细化(diminuted)到合适的细度(筛号1-5mm)的原料加入到反应器中，在其中用无机酸升高材料的酸度，然后在约10Mpa的压力和约190-206℃的温度下采用相对短的停留时间加热，然后突然降低压力，使原料破碎。
为了酸化，可使用例如约0.1-0.5重量％浓度的硫酸。
水蒸汽爆炸有着与上述热水提取同样的问题，尤其是形成有毒化合物。使用酸性化合物就代表着相当大的额外成本并且还会参与促进抗压设备的增加的腐蚀。水蒸汽爆炸之后，纤维状基质被破坏，因此其不适用于利用其机械性能的应用。
还有一些已知方法：其中组合采用蒸汽和液体以及酸，用于提取碎屑。因此，公开PCT申请号WO2007/090926公开了处理木屑的方法，其中先在无水条件下蒸煮木屑，然后在150-180℃、尤其是在约170℃下将其连续加热。然后将稀释的水解产物液加入到蒸煮过的木屑中并用于提取和水解木屑。回收废液并部分地用于再循环。
公开PCT申请号WO 00/61276公开了热水解方法，其中在最高185℃在水相中加热木屑，然后加入硫酸并在185-205℃下连续处理。
按照这些多步骤方法，不能在受控条件下达到足够的效率。
本发明的一个目的在于消除已知技术相关问题并提供一种用于从生物材料中分离多糖的全新方法。
具体地讲，本发明涉及这样的新方法：通过该方法可处理生物质，可提取其半纤维素和其它提取物的所需部分，而不影响纤维状基质的进一步使用。本发明的另一个目的是提供用于从木材、一年生和多年生植物(例如grass-stemmed plant和苔藓)和泥炭中回收半纤维素的方法。
本发明是基于以下发现：用加压热水，可选择性分离多种化合物和化合物组，而基本上不会破坏生物质的结构和从中获得的或者通过这些所分离的化合物的受控分解而获得化合物(The invention is basedon the finding that with pressurized hot water it is possible selectively toseparate various compounds and groups of compounds essentially withoutharming the structure of the biomass and the compounds obtainedtherefrom or alternatively by controlled splitting of these separatedcompounds.)。
在本发明中发现，如果在整个提取过程中在使水一直保持为液相的高压力下进行水提取，可以无需预先酸化而进行水提取。通过持续反应直至达到所需提取程度，然后通过以受控方式将压力降低，以不使纤维状基质分解，得到的半纤维素化合物基本上呈寡聚物和聚合物的形式，而使纤维状基质适用于例如在进一步加工后用于生产纤维状制品。
可将本发明的处理方法整合到木材加工业或能源产业的加工链中，作为其组成部分。
可将所提取的半纤维素浓缩物水解成单体和醇类，而且醇类(例如所谓的生物乙醇)和这类化合物可从水解产物中产生，或者它们可用作化学制品。因此，从这些同样的纤维状原料，可以生产例如原料，用于生物燃料和纸张或纸板。
更具体地讲，本发明方法的主要特征正如权利要求1的特征部分所述。
用本发明可得到相当大的优势。因此，不加任何化学物而进行提取，仅用热水来提取，是相当简单而明显的分离半纤维素而基本上不破坏它们的方式。因为生物质的纤维状结构未受破坏，所以可以以降低的化学消耗而从中得到高品质的纤维状制品(例如纸张或纸板)。通过选择温度(和相应压力)，可直接影响到是哪些半纤维素化合物能溶于提取液以及在所有半纤维素中有多大的部分被提取出来。不需要单独的化学处理，因为得自从半纤维素侧基分解下来的化合物对提取液的pH有影响并参与促进半纤维素溶于水相。
通过在生物质原料的预处理中使用加压热水提取，可以容易地分离并使用适于大规模工业化操作的方法同时在其它进一步处理之前不破坏有价值的化合物和化合物组(例如半乳糖葡萄糖甘露聚糖、木聚糖、寡聚物、聚合物、单体)或者不破坏残留在固相中的组分(例如纤维素(sellulose)和木质素)。也可按照受控方式在工序中使化合物分解。
作为一个可被提及的基于试验结果的实例，可通过分批提取，使用30-60分钟的提取时间从已处于170-180℃的碾碎的云杉锯屑中提取超过90％重量的半乳糖葡萄糖甘露聚糖。
所得半纤维素化合物是用于生产生物燃料的有用原料。只要考虑到这一方面，所述方法的优势确实是相当大的。芬兰森林的年生长量总计约100Mm3，针叶纤维树材的使用约25Mm3，估计森林的使用潜力还剩余约15Mm3。例如，针叶树材中所含有的半纤维素，转化成乙醇，相当于约5Mt乙醇，这占目前汽油驱动车每年燃料消耗量的相当大的部分。可纳入使用的泥炭来源的数量估计有30,000TWh，以能量单位来表示。能源的总消耗量在例如芬兰，每年是400TWh。森林业正使用开发良好的系统以用于回收原料并使用通用生产设备以用于木材精制。同样，泥炭工业有着其自身的配送和精制系统并且目前部分泥炭用于森林业的能源生产，材料流量在同一点交汇(Similarly，the peat industry has its own distribution and refining systems and a partof the peat is at present used in the energy production of the forestindustry，the flows of materials meeting in the same point.)。当将木材流所含的至少部分半纤维素用于基于生物的原料和交通用燃料的生产时，这产生了相当大一部分的能量自我含有(energy self-containment)和生态上可持续的能源解决方案。
应当指出的是，由针叶树制造的燃料，例如生物乙醇或其它相应醇类，是基于可再生的生物质并且在使用期间从中释放的二氧化碳相当于之前与生物质结合的量，这表明它是二氧化碳中性的。收获和运输链仅使用了木材所含能量的一少部分。
通过使用生物乙醇，可以减少通过使用化石燃料所引起的废气的二氧化碳排放和其它排放，并且也可减少与油运输的相关风险。
提取之后，可通过除去木质素而将生物质留下不溶性部分、例如不溶性木材基质进一步精制成纤维素。通过热水来提取半纤维素，改变了纤维素纤维与残余基质的结合，而且这些改变还提供了开发以需要较少能量和化学物的方式来进行纤维素纸浆的生产工序的机会。在这些情况下，主要不溶性木质素化合物的能量可用于直接发热和发电或者木质素可通过费托反应(Fischer-Tropsch process)而用作例如生物柴油的原料。同样，从具有较低热值的泥炭藓和泥炭半纤维素可分离为它们自身的部分(a fraction of their own)，而残留在固相中的木质纤维素可用作不同能量产品的原料。
不仅所提取的半纤维素适合用作燃料的原料，而且它也可用于木材加工业，尤其是纸张和纸板的生产。它可通过例如与木材基质脱木质化之后所得到的纤维素原料混合，从而提高原料产率。因为提取液无化学物，所以可将其直接使用(it can already as such)、任选在稀释或浓缩之后，泵入例如造纸机或纸板机的纸浆处理中，然后加入到造纸机中。
借助于参考附图的详细描述，将更进一步分析本发明。
图1显示各种泥炭藓种类(Sphagnum)的碳水化合物组成；
图2以柱状图形式表明，在通过连续提取而进行的试验中，提取条件对从云杉锯屑中提取的所得半纤维素的量的影响以及对所提取糖的比例的影响；
图3以柱状图方式表明残留纤维状物质的半纤维素含量；和
图4表明提取液的pH水温度而变化。
在本发明的方法中，通过水提取，从生物质、尤其是含有纤维状基质的生物质中分离糖(半纤维素)及其衍生物，所述提取是在加压条件下，在超过160℃的温度下，通过尽可能少地降解非提取纤维状结构而进行的。
提取介质，即水，在整个提取过程中至少基本上保持为水相，压力保持在相应范围。在实践中，绝对压力为至少1.5巴(0.15MPa)，通常约2-100巴(0.2-10MPa)，尤其是约6-20巴(0.6-2MPa)。
因为在提取期间保持压力，所以纤维状结构保持完整并且避免了水蒸汽爆炸导致的纤维状基质的降解。处理之后，以受控方式释放压力，因此也可避免生物质的纤维状结构的降解。在实践中，可以通过在步骤中，在降低温度的同时降低压力。根据一个实施方案，根据提取容器的体积，在约1-60分钟内释放压力。关键的是：在降低压力期间保持周围环境与生物质内部之间的压力差为如此之小，以至于当将其释放时不使内部压力分解纤维状基质。通过例如处理压力和生物质的结构/孔隙率及其气体渗透性，来测定合适的压力差。通常，目的是降低压力，使压力差最高为处理压力的50％，尤其是约20％，优选最高10％。
已经发现，通过适用加压热水提取，木材和其它植物原料中所含有的几乎所有半纤维素都可被分离。通过调节提取条件，可以控制所分离物质的数量和质量。
在与当前用于例如纸浆加工和造纸业所用温度没有显著差异的处理温度下可达到对半纤维素的全部提取。因此，提取温度优选至少为约160℃，例如约165-240℃，尤其是约170-240℃，有利地甚至是190-240℃，而相应的绝对压力是约6-20巴(0.6-2MPa)。全部提取是指这样的情况：所分离的半纤维素的数量占生物质中所有半纤维素总量的至少80％重量，尤其是至少90％重量。190-240℃的温度范围尤其适用于基于木材的原料。
根据一个实施方案，在这样的条件下进行提取：存在尽可能少的氧，以减少半纤维素的水解。通常液相中的氧浓度小于1％体积，尤其是小于约0.1％体积，优选小于0.01％体积。必要时，可通过本领域已知的处理，从用于提取的液体中除去氧。
提取可以以分批或者连续方式进行。提取也可采用半连续工艺，通过使用溢流容器来进行。
在分批提取中，将生物质和水加入到关闭和加压的反应器中。然后持续加热达约1分钟至10小时，尤其是约5-240分钟，通常约5-180分钟。可使保持在室温的生物质与冷水接触，因此，生物质和水首先形成具有合适稠度的浆液，然后进行热水提取。也可通过安排加压送水，将水以加热形式送入提取；甚至还可以在提取温度下加入。这将会有助于加工。通常，不优选提取前在空气中显著升高生物质的温度，以预防其降解(pilaantumisen/燃烧)。
可由例如尺寸为能承受30巴(3MPa)压力的常规压力反应容器来形成反应容器。也可使用圆筒，向其中加入材料并泵入预热水，并且其中用活塞压缩圆筒体积，压缩填充体积，以增加压力。
水量通常为生物质干重的约1-1000倍；具体地讲，以大约5-100倍的量使用水。所用的水可以是净化水、工厂的工艺用水、冷凝水或常规湖水或地下水。
用通流反应器(through-flow reactor)进行连续提取，其中停留时间设置为与所需分离水平相符合。通常分批处理的所提及的时间是合适的，但停留时间可小于60分钟。优选以与水混合的浆液形式将生物质加入到通流反应器中或者水可单独加入。根据一个实施方案，在压力下将热水加入到通流反应器并将其与保持在室温的物质或悬浮液接触。
以下实施例表明，在温和条件下，即在至少160度(例如约160-180℃)的温度下，可除去物质中含有的10-20％重量的半纤维素。在这些条件下，首先是富含侧基的半纤维素(阿拉伯木聚糖)溶解。升温至超过180度(即至约190-220℃)时，几乎所有半纤维素，包括线状半纤维素(also linear)例如葡甘露聚糖，都可被提取。
通常，在方法中，通过提取，可除去纤维状结构的至少约10％重量、尤其是约30-95％重量的半纤维素。
通过适当选择工序的提取条件，聚合结构(例如半纤维素、纤维素)还可进一步分解为寡聚体和单体。
经历提取处理的生物质的pH在提取处理之前或期间不会被明显改变。这表明，在处理之前或期间，生物质大体上未经酸或酸性物质单独处理。因此，不进行用于已知领域的预酸化。在处理期间，所释放或提取的半纤维素和从其中裂解下来的侧基形成替代酸性化合物，其降低了处理期间生物质的pH。
已经发现，进行提取的纤维状原料的pH，或尤其是由纤维状原料形成的浆液的pH可以为例如约5.0-8.0，但在提取进程中可由该数值降低1-4pH单位。
从提取中回收至少两部分，即含有多糖的第一部分和含有生物质纤维状结构的第二部分。
根据一个实施方案，在提取之后，这些部分可使用改变其pH的化合物或使用其它添加剂来处理。根据另一实施方案，在提取之前，可将改变物质特性的添加剂掺入到待处理的物质中。这些添加剂可以是促进提取的不同种类的辅助性化学物和作为催化剂起作用的例如酶，在后一种情况下优选耐热酶。
对于来自云杉木材的原料，在提取开始时pH通常最大为约6.0，当温度升至约160℃时降至4.5，而此后最低为约3.5-3.8。pH的变化尤其是受到碳水化合物中释放出的乙酸的影响。对于松树，pH值的变化过程相当类似。对于其它生物质，例如泥炭，起始pH值是，但即使是对于它们，半纤维素的分解将会降低水相的pH(For other biomasses，such as peat，the initial pH value is of，but the decomposition of thehemicelluloses will lower the pH of the aqueous phase even for them.)。
对于提取所得的含有包含多糖的第一部分的水溶液，可直接进行进一步处理，但也可将其浓缩。对于浓缩，各种膜过滤设备和相应分离方法是特别合适的，通过所述设备和分离方法，可分离水相而不损害多糖。
在一个实施方案中，将基于己糖和戊糖的半纤维素彼此分离(hexose and pentose based hemicellulose are separated from each other)。具体地讲，从提取物中可分离大量的基本纯化的戊糖。可回收它们并用作分离部分，用于进一步加工处理。
根据一个实施方案，木材用作原料，在处理之前将木材细化(deminuted)或以呈细微地分裂的形式(例如木屑或锯屑)获得。
根据本发明的另一个实施方案，所用原料包括一年生植物或其组成部分，其在处理之前任选细化。
第三个实施方案包括使用泥炭藓和泥炭作为原料。图1显示3种常见种类的泥炭藓(Sphagnum)的碳水化合物组成。如图所示，正如其它纤维状生物质，藓类含有大量碳水化合物。泥炭的碳水化合物因其良好的溶解性和能促进水渗透的松散结构而特别容易提取。
可使用经分离的和任选经干燥和细化的或者同时经干燥和细化的泥炭，或者使用直接来自泥炭沼的含水浆液形式的泥炭。泥炭-水-浆液的干物质含量优选为约0.1-95％重量，尤其是约1-75％重量，优选约2-50％重量。可适当地从泥炭沼直接泵出泥炭，进行本发明的提取处理。
以下更详述的实施例是用得自云杉的锯屑来进行的，但用其它植物物种(松、桦木、泥炭藓和草芦)也可达到类似的提取而且结果也非常类似。
基于木材的原料通常以细微地分裂的形式(例如木屑、锯屑或木粉)来使用。因此，基于木材的生物质尤其是由软木或硬木的木屑或锯屑而构成的。
原料越细，其越容易被水渗透。通常，材料颗粒的最大尺寸为约0.01-100.0mm，尤其是约0.1-50mm(这对应于典型木屑的尺寸)。干物质含量可自由变化，类似于泥炭(0.1-95％重量，尤其是约1-75％重量，优选约2-50％重量)。通常不需要干燥原料；可使用新鲜木材。
当部分或全部除去多糖(主要是半纤维素)之后，纤维状材料(即第二部分)适用于制备纤维素物质，例如通过常规碱蒸煮，例如硫酸盐蒸煮(kraft cooking)，或通过有机溶胶蒸煮(organosolv cooking)。本发明的解决方案适于作为例如纤维素蒸煮的预处理。
本发明的方法可用于不同应用。因此，在木材加工业中，热水(how-water)提取可用作纤维素制备工序的组成部分，用于改善终产物品质和改善工序的经济学和生态学并可能提高其产率。
可将在纤维素蒸煮之前从生物质中分离的多糖部分再循环至蒸煮之后所得到的纸浆中。通过在纤维素蒸煮(cellose cooking)之后加入碳水化合物，可以达到例如更好的漂白效率并增加纸浆强度。
所提取的半纤维素部分也可用于制备机械纸浆，在漂白之后的工序步骤中，通过将其加入到例如经机械分离纤维的纸浆中，以调整碳水化合物的含量，因此可提高纸浆产率和由所述纸浆所生产的纤维状制品(纸张或纸板)的强度并能提高树脂(pitch)的空间稳定性。
本发明的解决方案促进了对纤维素的加工，这是以下事实的结果：当除去纤维之间的半纤维素后，纤维状结构打开并且纤维素的蒸煮工艺变得更容易，这部分是因为提高了化学物的扩散，部分是因为除去了能消耗蒸煮化学物的物质组。
提取预处理减少了对漂白所用的螯合化学物的需要，因为除去了无机金属化合物。并且，通过加压热水提取，减少了能导致表面结垢的钙的含量。同时，通过再循环多糖，可提高工序产率并改善物质特性(yieldsof the processes can be improved as can the properties of the masses)。
除了化学物或机械纸浆的上述改变之外，或者代替化学物或机械纸浆的上述改变，基于多糖的部分还可用于生产能量或者作为化工或食品工业的原料。
因此，半纤维素的己糖还可进一步精制成为乙醇或用于其它目的。乙醇可直接使用或作为起始化合物用于生产交通用燃料和用于其它化学工业。未来，戊糖也可作为乙醇的潜在有用来源，而在目前，它们是甜味剂(木糖醇、阿拉伯糖醇等)的重要前体。
可提取的化合物(半纤维素和其它水溶性化合物)也可在各种制剂(益生菌制剂、生物杀真菌剂、精制液(raffinate))中用作生物活性化合物。
在泥炭业中，提取可从具有较低热值的泥炭半纤维素生产(extraction will yield from peat hemicellulose having a lower heat value)，在此同时，通过将半纤维素和部分纤维素中的糖发酵为乙醇，而增加泥炭的热值和精糖值(heating and refining value)。因此，可将多糖部分从泥炭藓或泥炭中分离，然后从纤维状基质构成的木质纤维素材料中生产供热用颗粒(heating pellet)，或者将其用作燃料例如生物柴油的原料。
通过热水提取，可从泥炭中分离香料和化学制品(化妆品、芳香制品、熊果酸(ursole acid)、酚类)和用于化工产品和制药工业产品的其它原料。
当使用田间生物质例如秸秆时，可回收生物质中所含有的半纤维素并通过将半纤维素和部分纤维素中的糖发酵为乙醇而增加其热值和精糖值。
以下非限制性实施例说明了本发明。
实施例
选择良好的云杉木的新鲜锯屑用于提取试验。将木粉冷冻在-20℃并将选用于试验的样品冻干至恒重。将经离子交换并超声脱气的水用于提取方法。
从冻干木粉中取出重量为200mg的样品，将它们放入置于烤箱的提取容器中。提取容器装有入水口和出口，因此可将水连续泵入，穿过样品，以达到连续提取。水泵入的流速为1mL/min，提取时间为30分钟。当将样品从提取容器中取出时，以可控方式释放压力。将提取物(约30mL)收集到烧瓶中，将样品精确稀释至50ml体积。在此之前，测定冷却样品的pH。从稀释提取液中取样，用于分析其组成。
温度以20℃的间隔在120℃-240℃范围内变化。此外，在170℃和190℃提取原料。
在样品中测定半纤维素碳水化合物(Hemicellulosic carbohydrate)，在按照以下文献所述的利用硅烷化的酸性甲醇分解和气相色谱之后，测定寡聚半纤维素：Sundberg等(Sundberg A，Sundberg K，Lillandt C，Holmbom B(1996)Determination of hemicelluloses and pectins in woodand pulp fibres by acid methanolysis and gas chromatography(通过酸性甲醇分解和气相色谱，测定木材和纸浆纤维中的半纤维素和果胶).Nord Pulp Pap Res J 11(4)：216-219)。
用相同方法测定提取后的纤维状基质的残余半纤维素。作为参考，测定未经处理的木材样品。
在冻干和直接甲硅烷化之后，再次使用气相色谱从采集自提取物的样品中测定单体糖。通过使用岛津UV-2401PC测定280nm处的吸光度(参考F.B.Holmbom和J.Thornton，Wood Sci.Technol.31(1997)279。)，在提取之后用MTBE测定可溶性木质素。按照以下文献所述，在溶于Ac-Br之后，测定未经提取的原始样品中的木质素含量：Iiyama等(Iiyama，K.；Wallis，A.F.A.An improved acetyl bromide procedure fordetermining lignin in woods and wood pulps(用于测定木材和木纸浆中的木质素的改良乙酰溴工艺).Wood Sci.Technol.1988，22，271-280)。
稀释之前，用Radiometer PHM 200测定pH值。
表1显示比较样品的半纤维素分析：
表1
Ara Rha Xyl Man Gal Glc GlcA GalA 总计
14 2 53 110 24 35 6 15 258
不同温度下提取液的半纤维素浓度见下表2。数量表示为半纤维素总量的百分数。单位为g/kg。
表2
上述结果用图表表示在图2中。该图清楚地表明，在通过连续提取而进行的试验中，提取条件对从云杉锯屑中提取的半纤维素的量的影响，以及对所提取糖的比例的影响。在图中给出数量作为原料中半纤维素总量的部分(约250mg/g云杉锯屑)。在用松树锯屑进行的试验中得到类似产率。
正如结果所示，使用热水，可从生物质(在此情况下，锯屑)中提取糖，因为它们溶于水而且在期间不分解，因此可以以寡聚物和聚合物的形式回收它们。这些化合物可直接使用或者可通过将分子降解成更小的实体而将其进一步精制。
根据我们的试验，当用通流方法时，通常以单体形式被提取的最大量为糖总量的7％重量，但是，该最大量因温度和停留时间的不同而异，即取决于提取时间。对应于纤维素生产中所用的温度，提取时间给出的产率超过80％(Based on our tests，typically a maximum of 7％by weight of the total amount of sugars is extracted in the form ofmonomers when using the method of through-flow-method，the maximumamount however varies depending on temperature and residence time，i.e.depending on extraction time.Extraction times giving yields in excess of80％ correspond to the temperatures used in the production of cellulose.)。
相应地，纤维状物质中半纤维素的残留量明显下降(参考图3)。在200-240度的温度下发现的葡萄糖很可能衍生自纤维素，因为在所用的衍生方法中，按照半纤维素性糖的分析方法，所提取基质的纤维素被部分地制备(the cellulose of the extracted matrix is partially madeaccessible to the analysis method of hemicellulotic sugars)。
未经处理样品的Ac-Br木质素是28.3％。提取物的木质素浓度大约在百分之几(was on the order of a few percents)。
图4表明提取液的pH随温度而变化。从图中可以看出，当温度升至160度以上时，pH值急剧变化。
Claims (31)
1.含有纤维状结构和多糖的生物质的处理方法，所述方法包括
-使所述生物质经历提取处理，其中在超过5巴的压力和在超过160℃的温度下，将其在水相中加热，以从所述物质中分离所述多糖；
其特征在于
-在所述提取处理期间，不明显降低经历所述提取处理的所述生物质的pH；
-在所述处理之后，以受控方式降低压力，以不使所述生物质的纤维状结构显著分解；
-回收从所述物质中分离得到的多糖，作为第一部分；
-回收所述生物质的纤维状结构，作为第二部分；
-使所述部分中的至少一种经历进一步处理；
-所述提取处理是用基本上无氧的水进行的或者是用氧浓度小于1％体积的液相进行的；和
-降低所述压力，使周围环境与生物质内部之间的压力差最高为处理压力的50％，其中在提取之后，所述提取液的pH为4.5-3.5。
2.权利要求1的方法，其中将两部分彼此独立地经历进一步处理。
3.权利要求2的方法，其中在所述进一步处理之后合并所述部分。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其中将所述多糖基本上以寡聚物和聚合物的形式分离。
5.权利要求4的方法，其中将所述多糖水解成为单体，以构成水解产物，而将所得的水解产物用作燃料或者作为用于化学制品的生产的原料。
6.权利要求1-5中任一项的方法，其中在进一步处理之后将所述纤维状基质用于纤维状制品的生产。
7.权利要求6的方法，其中所述纤维状基质用于生产纸张或纸板。
8.前述权利要求中任一项的方法，其中所述生物质是泥炭藓或泥炭。
9.权利要求8的方法，其中从所述泥炭藓或泥炭中分离多糖部分，然后从所述纤维状基质构成的木质纤维素材料生产燃料颗粒或者用作燃料的原料。
10.权利要求8或9的方法，其中提取所述泥炭藓或泥炭，用于分离含有多糖和其它可提取化合物的部分的目的，所述部分可用作化工产品或制药工业产品的原料。
11.权利要求1-7中任一项的方法，其中所述生物质是基于木材的，并且将基于多糖的部分分离并用于生产能量或用作化工或食品工业的原料。
12.权利要求11的方法，其中所述生物质是硬木或软木的木屑或锯屑。
13.权利要求1-7中任一项的方法，其中所述生物质是基于木材的，并且在纤维素蒸煮之前分离基于多糖的部分，以促进蒸煮化学物的浸渍，以减少蒸煮中所使用的化学物和能量的消耗并提高产率。
14.权利要求13的方法，其中所述生物质是硬木或软木的木屑或锯屑。
15.权利要求14的方法，其中在纤维素蒸煮之前，从所述生物质中分离基于多糖的部分并且在蒸煮之后向所述物质中再循环并掺入所述部分。
16.权利要求1-7中任一项的方法，其中所述生物质是基于木材的，并且将基于多糖的部分分离并与机械纸浆混合。
17.权利要求16的方法，其中所述生物质是硬木或软木的木屑或锯屑。
18.权利要求15或16的方法，其中在纤维素蒸煮之前从所述生物质中分离基于多糖的部分，以防止半纤维素的分解。
19.前述权利要求中任一项的方法，其中在整个所述提取处理期间，将水保持为水相，以防止所述纤维状结构的分解。
20.权利要求19的方法，其中提取温度为160-240℃，而压力相应地为0.5-10MPa。
21.权利要求20的方法，其中提取温度为170-240℃。
22.权利要求20的方法，其中提取温度为190-240℃。
23.权利要求1-22中任一项的方法，其中提取是连续进行的。
24.权利要求1-22中任一项的方法，其中提取是分批进行的。
25.前述权利要求中任一项的方法，其中通过提取，将所述纤维状结构的至少10％重量的半纤维素除去。
26.权利要求25的方法，其中通过提取，将所述纤维状结构的30-95％重量的半纤维素除去。
27.前述权利要求中任一项的方法，其中在提取处理之前不明显降低经历提取处理的所述生物质的pH。
28.前述权利要求中任一项的方法，其中将提取之后所获得的部分用调节其pH的化合物或其它添加剂处理。
29.前述权利要求中任一项的方法，其中在提取之前，可将改变所述物质特性的添加剂掺入到所述物质中。
30.权利要求29的方法，其中所述添加剂选自促进提取的佐剂、作为催化剂起作用的耐热酶或其组合。
31.权利要求9的方法，其中所述用作燃料例是生物柴油的原料。
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