CZ292059B6

CZ292059B6 - Způsob výroby cukrů z materiálů obsahujících celulózu a hemicelulózu

Info

Publication number: CZ292059B6
Application number: CZ19952490A
Authority: CZ
Inventors: William A. Farone; John E. Cuzens
Original assignee: Arkenol, Inc.
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 2003-07-16
Also published as: EP0964061A3; EP0690931A1; ATE207969T1; SK120595A3; AU6493094A; PL180367B1; EP0690931B1; US5620877A; EP0964061A2; UA34477C2; HU9502775D0; CZ249095A3; BG100071A; CA2158430C; NZ263730A; US5580389A; PL310828A1; RU2144087C1; AU681136B2; BR9405906A

Abstract

Zp sob produkce cukr vyu v hydrol²zu biomasy obsahuj c celul zu a hemicelul zu pomoc koncentrovan kyseliny. Nejprve je naruÜena krystalick struktura celul zy a hemicelul zy v biomase a pot n sleduje hydrol²za, jej m v²sledkem je hydrolyz t obsahuj c jak cukry tak i kyselinu. Oxid k°emi it², kter² je p° tomen v biomase, lze odstranit a tuto l tku d le zpracov vat. Zb²vaj c pevn² pod l je podroben druh mu naruÜen krystalick struktury a hydrol²ze, aby bylo dosa eno optimalizace v²t k cukru.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby cukrů hydrolýzou biomasy, přesněji způsobu výroby cukrů hydrolýzou materiálů obsahujících celulózu a hemicelulózu pomocí koncentrované kyseliny sírové.

Dosavadní stav techniky

Celulóza představuje značnou část veškeré rostlinné biomasy. Zdrojem veškeré celulózy jsou strukturální tkáně rostlin. Celulóza se vyskytuje v těsném spojení s hemicelulózou a ligninem, které dohromady představují hlavní složky buněk rostlinných vláken. Celulóza se skládá z dlouhých řetězců β-glukózových zbytků, které jsou spolu vázány v poloze 1,4. Tyto vazby způsobují, že celulóza má vysokou krystalinitu a tak je špatně přístupná pro enzymy a kyselé katalyzátory. Hemicelulóza je amorfní heteropolymer, který je snadno hydrolýzován lignin, aromatický trojrozměrný polymer, je vložen v buňkách rostlinných vláken mezi celulózu a hemicelulózu.

Odhaduje se, že přibližně tři čtvrtiny z 24 milionů tun biomasy, která se vytvoří na obdělávané půdě a loukách, představuje odpad. O využití těchto odpadových materiálů pro vývoj alternativních zdrojů paliv, chemikálií a jiných užitečných produktů, lidé usilují již dlouhou dobu. Pokusy hydrolýzovat celulózu s cílem vyvinout ekonomicky konkurenceschopnou metodu produkující vysoké výtěžky cukrů však dosud nebyly úspěšné, zejména kvůli krystalické struktuře celulózy a přítomnosti ligninu.

Dříve zmiňované způsoby hydrolýzy celulózy zahrnují použití biologických i nebiologických prostředků depolymerizace. Biologické metody zahrnují použití enzymu celulózy. Nejstarší a nejznámější nebiologická metoda produkce cukrů z celulózy zahrnuje použití kyselé hydrolýzy. Nejčastěji je v této technologii používána kyselina sírová. Hydrolýza kyselinou sírovou obecně zahrnuje buď hydrolýzu pomocí zředěné kyseliny nebo koncentrované kyseliny.

Způsoby, které využívají zředěnou kyselinu pro hydrolýzu celulózového materiálu, provádějí hydrolýzu pomocí 0,5 až 15% kyseliny sírové. Aby bylo dosaženo hydrolýzy, jsou navíc používány teploty od 90 do 600 °C a tlak až 550 kPa (800 psi). Při vysoké teplotě jsou cukry degradovány na furfural a jiné nežádoucí vedlejší produkty. Výsledné výtěžky glukózy jsou obecně nízké, menší než 50 %. Z tohoto důvodu nebyly způsoby přípravy cukrů z celulózového materiálu využívající zředěnou kyselinu úspěšné.

Způsoby využívající koncentrovanou kyselinu byly poněkud úspěšnější, protože produkují vyšší výtěžky cukrů. Tyto způsoby typicky používají 60 až 90% kyselinu sírovou k dosažení hydrolýzy. Ačkoli tyto způsoby dosahují výtěžky cukrů převyšující 90 %, dosud nebyly komerčně využity, vzhledem k vysoké ceně koncentrované kyseliny sírové a jejímu následnému znovuzískání, i vzhledem k obtížnému zacházení s koncentrovanou kyselinou sírovou a potřebě mít k dispozici zařízení, které je odolné vůči kyselině za vysoké teploty. Navíc, čím vyšší koncentrace kyseliny je použita, tím více energie je třeba na její koncentraci, což činí tyto způsoby ekonomicky nevýhodné.

V nedávné době se však hydrolýza pomocí koncentrované kyseliny dostala do popředí zájmu dalšího výzkumu (Viz L. T. Fan, Μ. M. Gharpuray and Y. H. Lee, Cellulose Hydrolysis, 1992, str. 170 až 172 a J. D. Broder, J. W. Barrier and G. R. Lightsey, „Conversion of Cotton Trash andOther Residues to Liquid Fuel“, přednesené na Conference of the Američan Society of Agricultural Engineers 14. až 15. listopadu 1992). Takové způsoby se obvykle sestávají z následujících fází: (1) předhydrolýza, aby došlo k hydrolýze hemicelulózy, (2) hlavní hydrolý

-1 CZ 292059 B6 za, kdy dochází k hydrolýze celulóz a (3) následná hydrolýza, kdy se tvoří glukóza z oligosacharidů, které jsou vytvořeny v kroku (2). První krok zahrnuje přidání kyseliny sírové k biomase, která se pak zahřeje alespoň na 100 °C, aby došlo k rozkladu hemicelulózy. Výsledkem tohoto předhydrolytického krokuje roztok, který nejen že obsahuje opravdu všechny 5 C₅ cukry, ale též Ce cukry. Tyto C_e cukry však nejsou zahrnuty ve výtěžku cukrů, jestliže tato část získaných C₅ cukrů není využita, a výsledný výtěžek cukruje proto nižší. Když jsou odstraněny cukry připravené předhydrolýzou, přidáme koncentrovanou kyselinu, která rozloží krystalickou strukturu celulózy za vzniku glukosy. Vzniklé cukry jsou pak zkvašovány na alkoholy. Zjistilo se však, že aby bylo možno komercializovat tento proces, je nutno jeho kroky 10 zjednodušit, snížit spotřebovávanou energii a odstranit obtíže, s nimiž se setkáváme při recyklaci použitých kyselin.

Další problémy s nimiž se setkáváme při komercializaci známých procesů kyselé hydrolýzy představuje produkce velkého množství sádrovce, vzniklého neutralizací spotřebované nebo 15 použité kyseliny. Nízké koncentrace cukrů, které vznikají při procesu musí být zakoncentrovány, dříve než může dojít kfermentaci. Jestliže se provádí hydrolýza při teplotách převyšujících 150 °C, vznikají degradací pentóz takové sloučeniny, jako je furfural. Tyto sloučeniny inhibují fermentaci, a některé z nich jsou toxické.

Dřívější způsoby kyselé hydrolýzy nebraly v úvahu to, jak má být biomasa obsahující velká množství oxidu křemičitého zpracovávána. Odpadové hospodářství oxidu křemičitého představuje potenciální ekologické a ekonomické riziko technologie. V projektech, které používají biomasu pro výrobu energie spalováním, vysoký obsah oxidu křemičitého znamená tvorbu velkého množství strusky, i problémy vznikající s manipulací velkého množství popela, který vzniká 25 spalováním biomasy.

Sloučeniny křemíku však mají velkou komerční důležitost a získávání křemíku ze zemědělských odpadů se stává čím dál důležitějším (viz A. Karera, S. Nargis, S. Patel a M. Patel, „Silicon Based Materials from Rice Husk“, Joumal of Scientifíc and Industrial Research, 45, 1986, 30 str. 441 až 448). Je dobře známo, že působení hydroxidu sodného na biomasu vede k rozpuštění celulózy a hemicelulózy, což umožňuje jejích odděleni od ligninu. Avšak celulózové materiály, jejichž molekuly jsou tvořeny malými řetězci, často kontaminují produkt obsahující oxid křemičitý během odstraňování, a tím snižují výtěžek cukrů. Kromě toho vznikají problémy s odstraňováním oxidu křemičitého filtrací, neboť se vytváří hustý gel, který se velmi obtížně filtruje.

Proto existuje velmi silná potřeba vyvinout ekonomicky výhodný způsob produkce cukrů z biomasy, která obsahuje celulózu a hemicelulózu, který současně bude i ekologicky bezpečný.

Podstata vynálezu

Podle jednoho aspektu, tento vynález zahrnuje způsob produkce cukrů z materiálů obsahujících celulózu a hemicelulózu. Způsob zahrnuje smíchání biomasy s roztokem 25 až 90% kyseliny, lépe 70 až 77% kyseliny, což vyvolává narušení krystalické struktury celulózy a hemicelulózy. 45 V provedení, jemuž je dávána přednost, je přidán roztok kyseliny, který umožňuje dosažení poměru čisté kyseliny a celulózového a hemicelulózového materiálu alespoň 1:1. Nejlépe má tento poměr hodnotu 1,25:1. Kyselina, která je použita v provedení vynálezu, kterému je dávána přednost, je kyselina sírová.

Podle dalšího aspektu tohoto vynálezu, je hydrolýzy celulózového a hemicelulózového materiálu dosahováno zředěním kyseliny na koncentraci 20 až 30 %, a následným zahřátím směsi.

S výhodou je směs zahřátá na teplotu 80 až 100 °C na dobu 40 až 480 minut, a hydrolýza probíhá při atmosférickém tlaku. Hydrolyzát je pak oddělen od pevných součástí, nejlépe vylisováním hydrolýzované biomasy. Tekutý hydrolyzát, který obsahuje cukry a kyselinu je shromažďován 55 pro další zpracování.

-2CZ 292059 B6

V provedení tohoto vynálezu, kterému je dávána přednost, jsou suroviny nejprve promyty, aby se odstranila nečistota a kontaminace. Materiály jsou pak s výhodou sušeny, nejlépe na vlhkost přibližně 10 %. Suroviny jsou pak rozmělněny na částice, které mají vhodnou velikost 0,075 až 7 mm, lépe průměrnou velikost přibližně 5 mm, a pak teprve dochází k hydrolýze krystalické struktury. Toto rozmělnění může být provedeno různým způsobem: mletím, nasekáním, nebo kladívkovým šrotováním.

Podle ostatních hledisek tohoto vynálezu jsou operace zajišťující narušení krystalické struktury a hydrolýzu surovin opakovány. Pevný produkt, který je oddělen po první hydrolýze, je smíchán s roztokem 25 až 90% kyseliny sírové, nebo lépe, s kyselinou sírovou o koncentraci 70 až 77 %, což vede k dalšímu narušení krystalinity zbylého pevného materiálu. V provedení tohoto vynálezu, kterému je dávána přednost, je roztok kyseliny přidán tak, aby poměr čisté kyseliny k celulózovému a hemicelulózovému materiálu byl alespoň 1:1, lépe 1,25:1.

Aby bylo dosaženo druhé hydrolýzy, což představuje další aspekt tohoto vynálezu, je kyselina poté zředěna na koncentraci 20 až 30 %, směs se zahřeje a dochází k další hydrolýze celulózy a zbylé hemicelulózy. Přednostně se směs zahřeje na teplotu 80 až 100 °C na 40 až 480 minut a hydrolýza probíhá při atmosférickém tlaku. Hydrolyzát je poté oddělen, nejlépe vylisováním hydrolyzované biomasy, tekutý hydrolyzát je shromážděn a s výhodou smíchán s prvním hydrolyzátem pro další zpracování. Zbylý pevný odpadní materiál je s výhodou peletován za vzniku paliva.

Další aspekt tohoto vynálezu je zlepšený způsob separace cukrů z kyseliny v hydrolyzátu za vzniku tekutiny, která obsahuje celkové množství alespoň 15 % cukru, ve kterém není více než 3 % kyseliny. Tento způsob zahrnuje použití pryskyřicové separační jednotky, kde jsou cukry adsorbovány na pryskyřici vytvořenou působením silní kyseliny. Pryskyřicová separační jednotka je s výhodou tvořena pryskyřice, kde je pryskyřice zasíťována s divinylbenzenem a působíme na ni kyselinou sírovou s cílem získat silně kyselou pryskyřici. Divinylbenzen má s výhodou koncentraci 6 až 8 %. Jinou možností je, že tato pryskyřice se tvoří polymerizací vinylbenzylchloridu s divinylbenzenem a působením siřičitanu sodného za vzniku pryskyřice silné kyseliny. Opět je koncentrace divinylbenzenu s výhodou 6 až 8 %.

Forma pryskyřice používané při separačním kroku, které je dávána přednost, jsou kuličky, které mají průměr 200 až 500 mikrometrů. Iontoměničová kolona má průtokovou rychlost přibližně 2 až 5 metrů za hodinu a je zahřívána na teplotu 40 až 60 °C. V provedení, kterému je dávána přednost, má iontoměničová kolona hustotu po usazení 0,6 až 0,9 g/ml, a pryskyřice má silnou kyselou kapacitu mající hodnotu nejméně 2 miliekvivalenty na gram.

V provedení, kterému je dávána přednost, je hydrolyzát přidán k iontoměničové koloně a cukry jsou adsorbovány na pryskyřici. Iontoměnič je poté promýván plynem, který je zbaven kyslíku, což vypudí kyselinu z iontoměniče před zahájením promývání. Tento promývací krok zahrnuje promývání iontoměniče vodou zbavenou kyslíku, a tím se vytváří cukerný extrakt, který obsahuje nejméně 98 % cukru, který je přítomen v hydrolyzátu, který je vnesen do separační jednotky.

V dalším aspektu tohoto vynálezu, po oddělení kyseliny od cukerného extraktu, je kyselina s výhodou koncentrována, aby mohl být znovu použita. Koncentrování s výhodou probíhá pomocí odpařování.

Další aspekt tohoto vynálezu poskytuje způsob odstraňování oxidu křemičitého z biomasy jako je rýžová sláma a odpad z čističky bavlny, které obsahují velká množství oxidu křemičitého. Tento způsob zahrnuje ošetření pevného materiálu, který zbývá po první hydrolýze, hydroxidem sodným, s výhodou v koncentraci 5 až 10 %, čímž se získá extrakt. pH extraktu je pak sníženo přibližně na 10, nejlépe přidáním kyseliny křemičité. Kyselina křemičitá je pak odstraněna nejlépe filtrací. Kyselina křemičitá je poté ošetřena oxidačním činidlem jako je NaOCl a tím je

-3CZ 292059 B6 odbarvena. Kyselina křemičitá je dále převáděna buď na silikagel, na křemičitan sodný, nebo na křemičitan draselný. Zbývající extrakt je poté s výhodou recyklován přidáním NaOH do konečné koncentrace 5 až 10 %, a následným přidáním extraktu k nové pevné fázi předtím, než je tato frakce ošetřena hydroxidem sodným.

Další aspekty tohoto vynálezu se stanou zřejmými pracovníkům kvalifikovaným v oboru z následujícího popisu vynálezu.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 představuje schematický pohled na způsob tohoto vynálezu, kde jsou ukázány kroky narušení krystalické struktury a hydrolýzy.

Obr. 2 představuje schematický pohled na způsob tohoto vynálezu, kde jsou ukázány kroky separace a zakoncentrování.

Obr. 3 představuje schematický pohled na způsob tohoto vynálezu, kde jsou ukázány kroky ošetření oxidu křemičitého.

Příklady provedení vynálezu

Vynález uvádí zlepšený způsob produkce cukrů z biomasy obsahující celulózu a hemicelulózu 25 s použitím koncentrované kyseliny sírové. Vyrobené cukry mohou být využity jako potrava pro člověka i zvířata, jako výchozí chemikálie pro přípravu derivátů cukrů jako jsou estery cukrů, i jako výchozí surovina pro fermentační výrobu ethanolu a ostatních produktů jako jsou butanol, propanol, aceton, ethylacetát a mnoho dalších chemických látek, pro jejichž výrobu lze použít specifických mikroorganismů, které mají vhodnou metabolickou dráhu.

Způsob tohoto vynálezu uvádí technologii produkce cukrů z biomasy, která též snižuje množství produkovaných odpadních produktů a tekutých odpadů. Způsob je navržen tak, že znovu využívá všechny vodní toky a převádí všechny tuhé látky na produkty které jsou využitelné a prodejné. Značná část kyseliny, která je použita v technologii, je zachycena pro recyklaci. V případě, kdy 35 biomasa obsahuje celkové množství oxidu křemičitého, jsou produkovány silikagel, křemičitan sodný nebo křemičitan draselný jako vedlejší produkty. V těch částech, které zahrnují fermentaci, je zkvašení C₅ a C₆ cukrů dosahováno současně, za použití v přírodě se vyskytujících mikroorganismů. Navíc jsou hydrolýzou biomasy získávány cukry ve vysoké koncentraci, která odstraňuje nutnost koncentrovat cukerný substrát před fermentaci.

Další charakteristiky tohoto vynálezu, které přispívají k jeho účinnosti a ekonomické proveditelnosti, zahrnují použití atmosférického tlaku a relativně nízkých teplot. Způsob vynálezu nemá za následek tvorbu furfuralu a podobných nežádoucích vedlejších produktů, které jsou toxické a inhibují fermentaci. Způsob vynálezu nevyžaduje používání zvláštních a drahých konstrukčních 45 materiálů jako například tantalové oceli.

Jak bude podrobněji vysvětleno dále, způsob tohoto vynálezu uvádí účinnou a nenákladnou technologii výroby využitelných chemických látek hydrolýzou zemědělských odpadů, která produkuje malé množství nebo vůbec žádné tekuté odpady nebo materiály.

Následující příklady ilustrují způsob vynálezu.

Narušení krystalické struktury

-4CZ 292059 B6

Suroviny, které jsou používány ve způsobu tohoto vynálezu jsou namíchány tak, že obsah celulózy a hemicelulózy je alespoň 65 %, lépe asi 75 %. S výhodou je v prvním kroku biomasa promyta, aby se odstranily hrubé nečistoty a kontaminace. Jak je zřejmé z obr. 1, rýžová sláma 1, která představuje biomasu použitou jako příklad na všech obrázcích, je promyta vodou 2. S výhodou je způsob tohoto vynálezu aplikován na různé suroviny včetně rýžové slámy, která, poněvadž má značný obsah oxidu křemičitého, je obtížněji využitelná než jiné materiály. Je nutné si však uvědomit, že principy tohoto vynálezu nejsou omezeny na nějaký zvláštní typ biomasy, nýbrž jsou použitelné pro široký sortiment materiálů. Rýžová sláma je zde použita pouze jako příklad.

Po ukončení promývání je použitá voda převedena do usazovací nádrže 4, kde nečistoty a jiný sediment klesají a shromažďují se na dně 6 a voda může být znovu použita 5 k promývání další dávky rýžové slámy před jejím zpracováním.

Když je rýžová sláma čistá, je s výhodou usušena 8, nejlépe na hodnotu vlhkosti přibližně 10 %. Po sušení je materiál rozemlet v drtiči 7 na částice mající velikost od 0,075 do 7 mm. S výhodou jsou částice v rozsahu velikostí od 3 do 7 mm, jejich průměrná velikost je 5 mm. Je třeba poznamenat, že pro některé materiály musí být pořadí těchto kroků opačné. V tom případě je materiál nejprve homogenizován za vlhka pomocí hydropulperu a teprve potom sušen.

Rýžová sláma je nyní připravena pro krok, který vede k narušení její krystalické struktury. Ve způsobu tohoto vynálezu jsou suroviny obsahující celulózu a/nebo hemicelulózu nejprve smíchány s koncentrovanou kyselinou sírovou 9 mající koncentraci 25 až 90 %, aby došlo k narušení krystalické struktury. S výhodou je koncentrace kyseliny mezi 70 a 77 %. Kyselina by měla být přidána tak, aby bylo dosaženo hmotnostního poměru čisté kyseliny k celulózovému/hemicelulózovému materiálu, majícího hodnotu nejméně 1:1. Tento poměr má s výhodou hodnotu 1,25:1. Přidání kyseliny kbiomase má za následek vytvoření hustého gelu 10. Smíšení suroviny s kyselinou s výhodou vyvolává přerušení vazeb mezi celulózovými a hemicelulózovými řetězci, což činí dlouhé řetězce celulózy dostupné pro hydrolýzu.

Narušení krystalické struktury je prováděno za podmínek, kdy teplota nepřekročí 80 °C, a s výhodou se pohybuje v rozsahu 60 až 80 °C. Jestliže teplota během narušení krystalické struktury materiálu překročí 80 °C, v následujícím hydrolytickém kroku dojde ke ztrátě značného množství C5 cukrů. Způsob tohoto vynálezu používá podmínek, které uchovávají reaktivnější cukry, které se uvolňují v předchozích krocích. Krok, který narušuje krystalickou strukturu, zabraňuje předčasné hydrolýze a v důsledku toho zabraňuje i zvýšené degradaci cukrů. Tento krok je dále popsán v příkladech 1 až 3, které následují.

Příklad 1

51,01 g rýžové slámy obsahující 75 hmotnostních % celulózy a hemicelulózy byly smíchané s 66,82 g 77% H2SO4. Rýžová sláma byla pomalu přidávána ke kyselině sírové takže po přidání každého podílu byl přítomen nadbytek tekutiny. Teplota byla udržována pod 80 °C. Po přidání poslední dávky rýžové slámy byla výsledná želatinozní hmota důkladně promíchána.

Příklad 2

50,04 g rýžové slámy bylo smícháno s 98,91 g 77% H2SO4. Rýžová sláma byla pomalu přidávána ke kyselině sírové, takže po přidání každého podílu byl přítomen nadbytek tekutiny. Teplota byla udržována pod 80 °C. Po přidání poslední dávky rýžové slámy byla výsledná želatinozní hmota důkladně promíchána.

-5CZ 292059 B6

Příklad 3

Směs dřevěných odštěpků a novinového papíru, která má hmotnost 100,00 g, byla smíchána se 167,63 g 77% H2SO4. Dřevěné odštěpky byly rozemlety na velikost 3 až 7 mm a 40 g tohoto materiálu bylo smícháno se 60 g novinového papíru, který byl rozřezán na kousky o velikosti přibližně 6 mm. Směs byla pomalu přidávána ke kyselině sírové tak že po přidání každého podílu byl přítomen nadbytek tekutiny. Teplota byla udržována pod 80 °C. Po přidání poslední dávky směsi dřeva a novinového papíru byla výsledná želatinozní směs důkladně promíchána.

První hydrolýza

Po narušení krystalické struktury je koncentrovaná kyselina ve směsi naředěna, nejlépe na koncentraci 20 až 30 %, s výhodou je použita recyklovaná voda TI. Směs je poté zahřátá na teplotu 80 až 100 °C, aby proběhla hydrolýza 12. Hydrolysa probíhá 40 až 480 minut v závislosti na teplotě a koncentraci celulózy a hemicelulózy v surovinách. Jestliže překročíme správnou dobu hydrolýzy, převýší rychlost degradace hexóz a pentóz rychlost jejích tvorby. Proto, aby byl zvýšen výtěžek cukru, je třeba zastavit po určitém čase první hydrolýzu a odstranit cukry, a poté provést druhou hydrolýzu, kdy dojde ke konverzi zbylé celulózy a hemicelulózy na cukry. Po skončení hydrolýzy je kyselý cukerný roztok oddělen od zbývající frakce pevných částic, nejlépe odlisováním 15. Hydrolytický krok je dále popsán v příkladech 4 až 6.

Příklad 4

K výsledné želatinozní hmotě připravené podle příkladu 1 bylo přidáno 54,67 g vody, aby se snížila koncentrace kyseliny v celkové směsi na 30 %. Vzorek byl zahříván na 100 °C po dobu 60 minut. Během zahřívání došlo k odpaření určitého podílu vody. Z želatinozní hmoty bylo odlisováno 93 g tekutiny, která obsahovala 17,1 % cukrů a 35,52 % kyseliny.

Příklad 5

Po důkladném promíchání želatinozní hmoty připravené podle příkladu 2, bylo přidáno 104,56 g vody, aby koncentrace kyseliny v celkové směsi poklesla na 30 %. Vzorek byl zahříván na 100 °C po dobu 60 minut. Z želatinozní hmoty bylo odlisováno 188,9 g tekutiny, která obsahovala 16,5 % cukrů a 34,23 % kyseliny.

Příklad 6

Po řádném promíchání želatinozní hmoty připravené podle příkladu 3, bylo přidáno 162,62 g vody, aby koncentrace kyseliny v celkové směsi poldesla na 30%. Vzorek byl zahříván na 100 °C po dobu 60 minut. Během zahřívání došlo k odpaření určitého podílu vody. Z želatinozní hmoty bylo odlisováno 214,3 g tekutiny, která obsahovala 17,6 % cukrů a 36,85 % kyseliny.

Po odlisování tekuté fáze byl výsledný koláč obsahující pevné podíly promyt 170 g vody a tekutá fáze byla znovu odlisována. Tato tekutina obsahovala 16,3 % kyseliny a 8,92 % cukrů, a byla použita pro následné promývání, aby se zvýšil výtěžek cukrů.

Zpracování oxidu křemičitého

Tento vynález též výhodně zahrnuje zpracování materiálů, které obsahují velká množství oxidu křemičitého. Tento způsob je zobrazen na obr. 3. Odlisované pevné částice 14, které zbývají po první hydrolýze jsou vystaveny působení 5 až 10% hydroxidu sodného 16 s cílem extrahovat kyselinu křemičitou 18. Tato část technologie nemusí být použita, je používána tehdy, jestliže biomasa obsahuje velké množství oxidu křemičitého, jako je tomu v případě lýžové slámy

-6CZ 292059 B6 a odpadu pří čištění bavlny. Po působení NaOH 16 je materiál nejprve zahřát 16A a lisován 17, a poté promyt vodou, abychom vyextrahovali tekutinu 18. Na tuto tekutinu působíme kyselinou 19A, abychom snížili pH, a tím se vytváří sraženina 21, která je oddělena, nejlépe filtrací 22. Materiál na filtru je bělen 19B. a tím je získán materiál, který je prakticky zbaven silikagelu. Tento silikagel je dále zpracováván na křemičitan sodný, křemičitan draselný a jiné užitečné materiály. Extrakce oxidu křemičitého je dále popsána níže ve spojitosti s příklady 7 až 9.

Příklad 7

Koláč po hydrolýze rýžové slámy, který byl připraven jak je výše uvedeno v příkladu 1, vážící po odlisování cukerného hydrolyzátů 499,75 g, byl ošetřen 659,8 g 5% roztoku NaOH. Směs byla zahřívána na 80 °C po dobu 90 minut. Koláč byl vylisován a promyt vodou. Celková vyextrahovaná tekutina měla pH vyšší než 12. Tekutina byla okyselena koncentrovanou HCI, aby její pH kleslo na 10. Lehce „načechraný“ precipitát, který se vytvořil, byl oddělen filtrací. Materiál byl vybělen na filtru přidáním 11% roztoku NaOCl; výsledkem byla špinavě bílá substance představující v podstatě čistý silikagel. Materiál byl izolován z filtru jako oxid křemičitý a vysušen na požadovanou hodnotu vlhkosti.

Příklad 8

Filtrační koláč oxidu křemičitého, který byl připraven způsobem podle příkladu 7, byl ošetřen peletami NaOH a tak byl získán křemičitan sodný. Analýza roztoku křemičitanu sodného pomocí FT-IR spektroskopie ukázala, že výtěžek oxidu křemičitého z koláče byl větší než 85 %.

Příklad 9

Filtrační koláč silikagelu připravený způsobem podle příkladu 7 byl ošetřen peletami KOH a tak byl získán v kvantitativním výtěžku křemičitan draselný.

Druhé narušení krystalické struktury a hydrolýza

Aby byl zvýšen výtěžek cukrů, které jsou produkovány pomocí způsobu tohoto vynálezu, zahrnuje uvedený vynález druhý krok, v němž dochází k narušení krystalické struktury a k hydrolýze. Pevný podíl, který zůstává po první hydrolýze, nebo v alternativním případě, pevný podíl, který zbyde po působení NaOH při extrakci oxidu křemičitého, je vysušen 23. Suchý pevný podíl 24 je smíchán s koncentrovanou kyselinou sírovou 25 v takovém poměru, aby výsledná koncentrace byla 25 až 90 %, čímž se dosahuje druhého narušení krystalické struktury. Koncentrace kyseliny je s výhodou mezi 70 a 77 %. Není nutné inkubovat materiál tak dlouho, jako v případě prvního narušení krystalické struktury. Ve skutečnosti toto druhé narušení krystalinity nemusí přesáhnout dobu několika minut, což je doba, kterou zabere smísení kyseliny s pevnou frakcí. Tato druhá fáze narušení krystalické struktury má též za následek tvorbu hustého gelu 26.

Koncentrovaná kyselina je poté zředěna, nejlépe na koncentraci 20 až 30 %, s výhodou je ředění provedeno pomocí recyklované vody 27. Směs je pak zahřívána, aby bylo dosaženo druhé hydrolýzy. Výsledný gel 28 je vylisován a tak je získán druhý kyselý cukerný extrakt 30, a extrakty z obou hydro lyrických kroků jsou spojeny. Zbývající pevný podíl bohatý na lignin je výhodně peletizován na palivo 29. Výhoda tohoto způsobuje ta, že peletizace koláče bohatého na lignin pomáhá redukovat množství odpadu, který je produkován způsobem podle tohoto vynálezu.

Druhý krok, kdy dochází k narušení krystalické struktury a hydrolýze, je dále vysvětlen v příkladech 10 a 11, které následují.

-7CZ 292059 B6

Příklad 10

Koláč získaný odlisováním tekutiny po první hydrolýze rýžové slámy byl izolován a vysušen tak, že finální hodnota vlhkosti byla 10 %. Koláč, který obsahoval 41 % celulózy a vážil 50,03 g, byl smíchán s 33,28 g 77% H2SO4, aby bylo dosaženo poměru čistá kyselina/celulóza 1,25:1. Koláč byl pomalu přidáván ke kyselině a směs byla míchána, dokud se nevytvořil hustý gel. Výsledná koncentrace čisté kyseliny ve směsi byla 30,75 %. Bylo přidáno 17,00 g vody, abychom získali konečnou koncentraci čisté kyseliny 25,5 %. Směs byla poté zahřívána na 100 °C po dobu 50 minut. Po ochlazení byl gel vylisován a tím získáno 31,45 g tekutiny obsahující 18,2 % cukru a 21,1 % kyseliny. Koláč obsahující pevné částice, které zbyly po lisování, byl promyt pomocí 25 g vody, čímž jsme získali roztok obsahující 15,4 % cukrů a 19,7 % kyseliny.

Vylisovaný koláč byl vysušen na hodnotu vlhkosti přibližně 10 %. Tento koláč, jak se ukázalo, měl energetickou hodnotu 20 079 kJ na kilogram (8600 BTU/libru). Tento palivový materiál, ktefy se primárně skládá z ligninu, nevyextrahovaného cukru, některých degradačních produktů cukrů a části nezreagované celulózy, hořel neobyčejně dobře, avšak zanechával popel obsahující přibližně 7 % oxidu křemičitého.

Přikladli

Koláč získaný hydrolýzou rýžové slámy po odstranění oxidu křemičitého, tak jak je vysvětleno v příkladu 7, o hmotnosti 500 g byl smíchán se 77% H2SO4 v poměru čistá kyselina/celulóza 1,25 : 1. Koláč byl pomalu přidáván ke kyselině za stálého míchání, dokud se nevytvořil hustý gel. Pak byla přidána voda, aby bylo dosaženo konečné koncentrace kyseliny 25,5 %. Směs byla pak zahřívána na 100 °C po dobu 50 minut. Po ochlazení byl gel vylisován a tak získána tekutina, která obsahovala cukr i kyselinu. Koláč, který obsahoval pevné částice zbývající po odlisování vody, byl promyt vodou a tak byl získán další roztok obsahující cukry a kyselinu.

Vylisovaný koláč byl sušen až bylo dosaženo konečného obsahu vody 10 %. Tento koláč měl energetickou hodnotu 20 079 kJ na kilogram (8600 BTU/libru). Toto palivo, které se primárně skládá z ligninu a nevyextrahovaného cukru, některých produktů degradace cukrů a nezreagované celulózy, výborně hořelo a zanechávalo popel s obsahem oxidu křemičitého nižším než 1 %.

Oddělení kyseliny a cukru

Další aspekt tohoto vynálezu představuje způsob separace kyseliny a cukru v hydrolyzátu, který vzniká kyselou hydrolýzou celulózového a hemicelulózového materiálu. Jak je ukázáno na obr. 2, kyselý cukerný extrakt 31 ie dále zpracováván pomocí separační jednotky, která obsahuje vrstvu polystyren-divinylbenzenové iontoměničové pryskyřice připravené působením silné kyseliny. Pryskyřice je s výhodou zesíťována pomocí divinylbenzenu, který je výhodně používán v koncentraci 6 až 8 % a vystaven působení kyseliny sírové, takže má kapacitu alespoň 2 miliekvivalenty silné kyseliny na g. Několik takových piyskyřic je komerčně dostupných, například DOWEX 40166 vyráběný Dow Chemical, Finex GS-16 vyráběný Finex ve Finsku, Purolite PCR771 vyráběný Purolite, lne. v Bála Cynwyd v Pennsylvánii a IR-118 vyráběný firmou Rohm and Haas. Ve zvlášť výhodném provedení je použitou pryskyřicí DOW XFS 43281.01, která je vyráběna firmou Dow Chemical. Pryskyřice je s výhodou v podobě kuliček, které mají v průměru 200 až 500 um. Průtoková rychlost vrstvy pryskyřice je s výhodou 2 až 5 m za hodinu a vrstva má hustotu po usazení 0,6 až 0,9 g/ml. Vrstva piyskyřice by měla být zahřívána, nejlépe na teplotu 40 až 60 °C. Mohou být použity i vyšší teploty, avšak pak dochází k předčasné degradaci pryskyřičné vrstvy. Separace při nižších teplotách nejsou tak účinné jako při teplotách vyšších.

Cukr se adsorbuje na sloupec tak jak jím roztok kyseliny prochází 32. Jakmile je kyselina eluována, pryskyřice může být s výhodou promývána plynem, který je zbaven kyslíku, zbytková koncentrace kyslíku je s výhodou nižší než 0,1 pg/g plynu. Tento plyn vytěsní z pryskyřice všechnu zbývající kyselinu, což má za následek lepší separaci.

-8CZ 292059 B6

Po eluci kyselého extraktu je pryskyřice promyta vodou 34, která je zbavena kyslíku. Obsah rozpuštěného kyslíku ve vodě je s výhodou nižší než 0,5 pg/g, a ještě lépe nižší než 0,1 pg/g.

Tímto promýváním získáme cukerný extrakt 33 obsahující nejméně 98 % cukrů z hydrolyzátů, který byl vnesen do separační jednotky.

Výsledkem separace jsou tři extrakty: kyselý extrakt, cukerný extrakt a smíšený kyselý cukerný extrakt, který je recyklován v druhé separaci. Kyselý extrakt 32 je znovu koncentrován a recyklován pro opětné použití, jak je detailněji vysvětleno níže. Cukerný extrakt 33. který s výhodou obsahuje alespoň 15 % cukru a ne více než 3 % kyseliny, může být následně zkvašen jestliže je potřeba. Čistotu cukru lze počítat jako procentuální obsah ne vodných složek v cukerném extraktu. Jakákoli hodnota obsahu cukru převyšující 83,3 % (100 x 15/18) je vhodná pro zkvašení.

3% koncentrace kyseliny v cukerném extraktu nevyvolává problémy s dalším zpracováním. Avšak ztráta významné části cukru při separaci spolu s kyselinou vede ke snížení celkového výtěžku technologie.

Ve vzorovém separačním kroku probíhajícím za ideálních podmínek se použije 100 g vody k eluci ze separační kolony obsahující 100 g roztoku vzorku, který obsahuje 30 g kyseliny, 15 g cukru a 55 g vody. V případě ideální separace bude cukerný extrakt obsahovat 15 g cukru a 85 g vody. Ve zbytku zůstane 30 g kyseliny a 70 g (100 + 55 - 85) vody pro znovuzískání kyseliny ve stejné koncentraci jako v původním roztoku (30 %).

Avšak typická eluce 100 g vzorku o níž se hovoří výše vyžaduje, abychom do kolony přidali 200 g vody. Cukerný extrakt je stále 15%, avšak nyní kyselý extrakt obsahuje 170 g (200 + 55 - 85) vody a 30 g kyseliny, a konečná koncentrace kyseliny je 15 %. Tedy, jestliže kyselý extrakt měl stupeň čistoty 95 % a koncentraci kyseliny 15 %, při každé eluci by se ztrácelo spolu s kyselinou přibližně 1,5 g cukru. Jestliže by cukerný extrakt měl 95% stupeň čistoty při 15% koncentraci kyseliny, při každé eluci by se ztrácelo 0,75 g kyseliny. Tento rozdíl vzniká díky skutečnosti, že kyselý extrakt obsahuje dvojnásobné množství materiálu. Tedy čistota kyselého extraktu je mnohem důležitější faktor než čistota cukerného extraktu.

Separace kyseliny a cukrů je dále vysvětlena v příkladech 12 až 19.

Příklad 12

Kyselý cukerný extrakt, který vzniká hydrolýzou celulózového a hemicelulózového materiálu byl oddělen separací na skleněné koloně o průměru 50 cm mající pracovní objem 1,2 1, která byla naplněna silně kyselou katexovou pryskyřicí PCR-771 Tato pryskyřice je dodávána firmou Purolite, lne. Kolona byla udržována při teplotě 60 °C a průtokové rychlosti 70 ml/min, což převedeno do jednotek lineární průtokové rychlosti, je rovno hodnotě 0,8 m/hod. Byly získány tři extrakty: kyselý extrakt, cukerný extrakt a smíšený extrakt pro recyklaci na další katexové koloně. Kyselý extrakt měl čistotu 96,8 % (suma kyseliny a vody). Cukerný extrakt měl čistotu 86,8 % (suma cukrů a vody). Celkový výtěžek kyseliny byl 97,3 % a celkový výtěžek cukrů

95,5 %.

Příklad 13

Část tekutiny hydrolyzátů získaného kyselou hydrolýzou celulózového a hemicelulózového materiálu byla oddělena separací na skleněné koloně (průměr 50 cm) mající pracovní objem 1,2 1, která byla naplněna katexem PCR-771, což je katexová pryskyřice vyráběná firmou Purolite, lne., která je připravena působením silné kyseliny. Kolona byla udržována při 40 °C a průtoková rychlost byla 70 ml/min. Byly získány tři extrakty: kyselý extrakt, cukerný extrakt a smíšený

-9CZ 292059 B6 extrakt, který je recyklován s použitím další iontoměničové kolony. Kyselý extrakt měl čistotu

95,1 % (suma kyseliny a vody). Cukerný extrakt měl čistotu 93,1 % (suma cukru a vody).

Celkový výtěžek kyseliny byl 98,6 % a celkový výtěžek cukrů 90,6 %.

Příklad 14

Tekutina získaná hydrolýzou, obsahující 34,23 % H2SO4 a 16,5 % cukru byla podrobena separaci na skleněné koloně (průměr 50 cm) mající pracovní objem 1,21, která byla naplněna katexovou pryskyřicí PCR-771 vyráběnou firmou Purolite, lne., která byla připravena působením silné 10 kyseliny. Kolona byla udržována při teplotě 60 °C a průtoková rychlost byla 70 ml/min. Byly získány tři extrakty: kyselý extrakt, cukerný extrakt a smíšený extrakt, který je recyklován s použitím další iontoměničové kolony. Kyselý extrakt měl čistotu 96,47 % (suma kyseliny a vody). Cukerný extrakt měl čistotu 92,73 % (suma cukru a vody). Celkový výtěžek kyseliny byl 97,9 % a celkový výtěžek cukrů byl 95,0%.

Příklad 15

Tekutina získaná hydrolýzou novinového papíru obsahovala 31,56 % kyseliny a 22,97 % cukru. Tekutina byla podrobena separaci na skleněné koloně (průměr 50 cm) mající pracovní objem 20 1,2 1, která byla naplněna katexovou pryskyřicí PCR-771 vyráběnou firmou Purolite, lne., která byla připravena působením silné kyseliny. Kolona byla udržována při teplotě 40 °C a průtoková rychlost byla 70 ml/min. Byly získány tři extrakty: kyselý extrakt, cukerný extrakt a smíšený extrakt, který je recyklován s použitím další iontoměničové kolony. Kyselý extrakt měl čistotu 96,7 % (suma kyseliny a vody). Cukerný extrakt měl čistotu 90,9 % (suma cukru a vody). 25 Celkový výtěžek kyseliny byl 99,5 % a celkový výtěžek cukrů byl 96,7 %.

Příklad 16

Tekutina získaná hydrolýzou novinového papíru obsahovala 31,56 % kyseliny a 22,97 % cukru, 30 část tekutiny byla podrobena separaci na skleněné koloně (průměr 50 cm) mající pracovní objem 1,2 1, která byla naplněna katexovou pryskyřicí Finex GS-16 vyráběnou firmou Finex (Finsko), která byla připravena působením silné kyseliny. Kolona byla udržována při teplotě 60 °C a průtoková rychlost byla 70 ml/min. Druhá část tekutiny byla rovněž podrobena separaci na skleněné koloně (průměr 50 cm) mající pracovní objem 1,2 1, která byla naplněna katexovou 35 pryskyřicí Finex GS-16. Kolona byla udržována při teplotě 40 °C a průtoková rychlost byla 70 ml/min. V obou případech byly získány tři extrakty: kyselý extrakt, cukerný extrakt a smíšený extrakt, který je recyklován s použitím další iontoměničové kolony. Kyselé extrakty měly čistotu alespoň 90 % (suma kyseliny a vody). Cukerné extrakty měly čistotu alespoň 94 % (suma cukru a vody).

Příklad 17

Hydrolyzát obsahující 15 % cukru a 30 % kyseliny byl podroben separaci na skleněné koloně (průměr 50 cm) mající pracovní objem 1,2 1, která byla naplněna ionexovou pryskyřicí DOW 45 XFS 43281.01, která je vyráběna firmou Dow Chemical. Kolona byla udržována při 60 °C a průtoková rychlost byla 65 ml/min. Po přidání hydrolyzátu byla kolona eluována převáženou a zchlazenou destilovanou vodou. Kyselý extrakt měl čistotu 97,0 % a cukerný extrakt měl čistotu 97,2 %. Stupeň bobtnání mezi fázemi kyseliny a vody na pryskyřici byl 2,48 %.

Druhé přidání stejného hydrolyzátu na kolonu následované eluci umožnilo získat prakticky veškerou kyselinu a cukry (více než 99,1 %). Čistota cukru a kyseliny byla 97,2 % a 92,3 %. Eluční rychlost v průběhu separace byla 65 ml/min.

-10CZ 292059 B6

Příklad 18

Rotující iontoměničová kolona AST LC1000, která je vyráběna firmou Advanced Separation Technologies, lne., byla použita k separaci směsí cukrů a kyseliny. Zařízení se skládalo z 20 kolon iontoměniče, z nichž každá měla pracovní objem 2 1. Kolony byly naplněny katexem Finex GS-16, teplota byla udržována při 60 °C. V jednom osmihodinovém pracovním cyklu obsahovala separovaná tekutina 14,89 % cukrů a 23,79 % kyseliny. Eluční rychlost byla 244 ml/min, což odpovídá lineární eluční rychlosti 0,12 m/min neboli 7,3 m/hod. Čistota cukerného produktu byla

94.6 % a čistota kyselinového produktu 92,4 %. Výtěžek cukru byl 84 % (koncentrace 13,9 %). Výtěžek kyseliny byl 97,5 % (koncentrace 7,5 %).

Příklad 19

Rotující iontoměničová kolona AST LC1000, která je vyráběna firmou Advanced Separation Technologies, lne. a mající celkový pracovní objem 15,2 1 byla použita k separaci směsi cukiykyselina. Kolony byly plněny katexem Purolite PCR-771. Separovaná tekutina obsahovala

12.6 % cukrů a 18,9 % kyseliny. Eluční rychlost byla 117 ml/min. Čistota cukru v extraktu byla 92,4 % a čistota kyseliny 92,1 %, jestliže kolony byly udržovány při 60 °C.

Koncentrace a recyklace kyseliny

Roztok kyseliny 32, který je získán separací v separační jednotce, je koncentrován a recyklován pro opětné využití v časnějších stadiích způsobu tohoto vynálezu. Koncentrování kyseliny až na hodnotu 35 % lze dosáhnout použitím standardní jednostupňové odparky 36. Nejlépe lze použít odparky s trojitým účinkem vyráběné firmou Chemitrix (Toronto, Ontario, Kanada), výsledné koncentrace kyseliny jsou pak vyšší, to je 70 až 77 %. Vodu 35, která se shromažduje v koncentrátoru, lze použít pro eluci v iontoměničové separační jednotce.

Ačkoliv jsme použili některé příklady pro ilustraci a popis tohoto vynálezu, vynález není nijak omezen konkrétními příklady, které jsou zde uvedeny.

Průmyslová využitelnost

Vynález uvádí zlepšený způsob produkce cukrů z biomasy obsahující celulózu a hemicelulózu s použitím koncentrované kyseliny sírové. Vyrobené cukiy mohou být využity jako potrava pro člověka i zvířata, jako výchozí chemikálie pro přípravu derivátů cukrů jako jsou estery cukrů, i jako výchozí surovina pro fermentační výrobu ethanolu a ostatních produktů jako jsou butanol, propanol, aceton, ethylacetát a mnoho dalších chemických látek, pro jejichž výrobu lze použít specifických mikroorganismů, které mají vhodnou metabolickou dráhu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby cukrů z materiálů obsahujících celulózu a hemicelulózu, vyznačující se tím, že se

a. smíchají materiály s roztokem 25% až 90% kyseliny, vyjádřeno v procentech hmotnostních, při teplotě 80 °C nebo nižší, přičemž dojde alespoň k částečné dekrystalizaci materiálů a vznikne gel, který zahrnuje pevné materiály a kapalný podíl;

-11 CZ 292059 B6

b. zředí vzniklý gel tak, že výsledná koncentrace kyseliny je 20 % hmotnostních až 30 % hmotnostních, a následně se tento gel zahřívá na teplotu 80 až 100 °C, přičemž se částečně hydrolyzuje celulóza a hemicelulóza obsažená v těchto materiálech;

5 c. oddělí kapalný podíl od pevného materiálu, přičemž se získá první kapalný podíl obsahující cukry a kyselinu;

d. smíchá oddělený pevný materiál s roztokem 25% až 90% kyseliny, vyjádřeno v procentech hmotnostních, při teplotě 80 °C nebo nižší, přičemž dojde k další dekrystalizaci pevného

10 materiálu a vznikne druhý gel, který zahrnuje druhý pevný materiál a druhý kapalný podíl;

e. zředí tento druhý gel tak, že výsledná koncentrace kyseliny je 20 % hmotnostních až 30 % hmotnostních, a následně se tento druhý gel zahřívá na teplotu 80 až 100 °C , přičemž se částečně hydrolyzuje celulóza a hemicelulóza obsažená v druhém gelu;

f. oddělí druhý kapalný podíl od druhého pevného materiálu, přičemž se získá druhý kapalný podíl obsahující cukry a kyselinu; a

g. oddělí cukry od kyseliny v prvním a druhém kapalném podílu, čímž vznikne třetí kapalný 20 podíl obsahující celkově alespoň 15 % hmotnostních cukru, ve kterém není více než 3 % hmotnostní kyseliny.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje promývání surových materiálů.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje sušení surových materiálů.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále zahrnuje sušení surových 30 materiálů na konečný obsah vlhkosti 10 % hmotnostních.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje rozdělení materiálů obsahujících celulózu a hemicelulózu na částice.

35

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se použijí částice mající velikost

0,075 mm až 7 mm.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že se použijí částice mající průměrnou velikost 5 mm.

8. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že krok dělení zahrnuje postupy vybrané ze skupiny sestávající z mletí, sekání a rozrušování kladivovým drtičem.

9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se jako kyselina použije kyselina 45 sírová.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahřívání v krocích b) a e) se provádí po dobu 40 minut až 480 minut.

50

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že zahřívání v krocích b) a e) se provádí při teplotě 100 °C po dobu 40 minut až 110 minut.

12. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že zahřívání v krocích b) a e) se provádí při teplotě 90 °C po dobu 80 minut až 220 minut.

- 12CZ 292059 B6

13. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že zahřívání v krocích b) a e) se provádí při teplotě 80 °C po dobu 160 minut až 480 minut.

14. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se hydrolýza provádí při atmosférickém tlaku.

15. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro vyvolání dekrystalizace se použije kyselina o koncentraci 70 % hmotnostních až 77 % hmotnostních.

16. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se roztok kyseliny přidá v takovém množství, aby poměr čisté kyseliny ku celulózovému a hemicelulózovému materiálu byl přinejmenším 1:1.

17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že se roztok kyseliny přidává v takovém množství, aby poměr čisté kyseliny ku celulózovému a hemicelulózovému materiálu byl 1,25: 1.

18. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že surové materiály obsahují 50 % hmotnostních až 85 % hmotnostních celulózy a hemicelulózy.

19. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že oddělení kapalného podílu od pevného materiálu se provádí stlačením gelu.

20. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje peletizaci druhého pevného materiálu.

21. Způsobpodle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje smíchání prvního a druhého kapalného podílu před oddělením cukrů od kyseliny.

22. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že oddělení cukrů z kyseliny v kroku g) se provádí pomocí iontoměničové separační jednotky, ve které se cukry adsorbují na silně kyselou pryskyřici.

23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že iontoměničová separační jednotka má lože obsahující zesíťovanou polystyrénovou kationtové výměnnou pryskyřici.

24. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že pryskyřice se zesíťuje divinylbenzenem a upraví kyselinou sírovou, čímž vznikne silně kyselá pryskyřice.

25. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že se použije divinylbenzen o koncentraci 6 % hmotnostních až 8 % hmotnostních.

26. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že pryskyřice vzniká polymerací vinylbenzylchloridu s divinylbenzenem a upravuje se siřičitanem sodným, čímž vznikne silně kyselá pryskyřice.

27. Způsob podle nároku 26, vyznačující se tím, že divinylbenzen má koncentraci 6 % hmotnostních až 8 % hmotnostních.

28. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že pryskyřice je ve formě kuliček, které mají průměr 200 mikrometrů až 500 mikrometrů.

29. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že tekutina protéká skrz piyskyřicové lože průměrnou lineární průtokovou rychlostí 2 až 5 metrů za hodinu.

-13CZ 292059 B6

30. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že dále zahrnuje zahřívání tohoto pryskyřicového lože na teplotu 40 °C až 60 °C.

31. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že pryskyřicové lože má hustotu 5 po usazení 0,6 g/ml až 0,9 g/ml.

32. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že pryskyřice má kapacitu silné kyseliny alespoň 2 miliekvivalenty na gram.

10

33. Způsob podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že dále po kroku oddělení zahrnuje zahuštění kyseliny pro její opětovné použití.

34. Způsob podle nároku 1, kdy materiál z výroby cukrů obsahuje určité množství křemičitanů vyznačující se tím, že dále zahrnuje:

15 úpravu pevného materiálu po první hydrolýze v kroku c) pomocí NaOH, čímž vznikne extrakt; snížení pH extraktu, čímž vznikne kyselina křemičitá; a přefiltrování extraktu, aby se odstranila tato křemičitá kyselina.

35. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že snížení pH se provádí HC1.

36. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že dále zahrnuje úpravu kyseliny křemičité oxidačním činidlem, čímž se sníží barevnost kyseliny křemičité.

37. Způsob podle nároku 36, vyznačující se tím, že oxidační činidlo je NaOCl.

38. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že dále zahrnuje přidání NaOH do extraktu zbylého po filtraci, kterou byla odstraněna kyselina křemičitá, tak, že se dosáhne konečné koncentrace 5 % hmotnostních až 10 % hmotnostních, a opětovné použití výsledného roztoku pro krok extrakce podle nároku 34.

39. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že dále zahrnuje neutralizaci extraktu zbylého po filtraci ještě před jeho likvidací.

40. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že dále zahrnuje získání silikage-

35 lu, kyseliny křemičité a křemičitanu sodného z kyseliny křemičité.

41. Způsob oddělení kyseliny a cukrů z kapalných podílů získaných kyselou hydrolýzou materiálů obsahujících celulózu a hemicelulózu podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje:

40 nanesení kapalin na pryskyřicovou oddělující jednotku obsahující lože se zesíťovanou polystyrénovou kationtově výměnnou pryskyřicí, kde se cukr adsorbuje na pryskyřici, a tak vzniká proud kyseliny obsahující méně než 2 % hmotnostní cukru.

42. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že pryskyřice je zesíťovaná 6 %

45 hmotnostními až 8 % hmotnostními divinylbenzenu a upravena kyselinou sírovou, čímž vznikne silně kyselá pryskyřice, která má kapacitu silné kyseliny, přinejmenším 2 miliekvivalenty na gram.

43. Způsob podle nároku 42, vyznačující se tím, že divinylbenzen má koncentraci

50 6 % hmotnostních až 8 % hmotnostních.

44. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že pryskyřice vzniká polymerací vinylbenzylchloridu s divinylbenzenem a upravuje se siričitanem sodným.

-14CZ 292059 B6

45. Způsob podle nároku 44, vyznačující se tím, že divinylbenzen má koncentraci 6 % hmotnostních až 8 % hmotnostních.

46. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že pryskyřice je ve formě kuliček, které mají průměr 200 mikrometrů až 500 mikrometrů.

47. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že tekutina protéká skrz pryskyřicové lože průměrnou lineární průtokovou rychlostí 2 až 5 metrů za hodinu.

48. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že dále zahrnuje zahřívání tohoto pryskyřicového lože na teplotu 40 °C až 60 °C.

49. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že pryskyřice má kapacitu silné kyseliny, přinejmenším 2 miliekvivalenty na gram.

50. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že pryskyřicové lože má hustotu po setřesení 0,6 g/ml až 0,9 g/ml.

51. Způsob podle nároku 41, vyznačující se tím, že dále zahrnuje promytí pryskyřice vodou, ve které není kyslík, čímž vzniká proud cukru obsahující přinejmenším 98 % hmotnostních cukru v tekutině přidané do separační jednotky.

52. Způsob podle nároku 51, vyznačující se tím, že dále zahrnuje profouknutí pryskyřice plynem neobsahujícím kyslík, čímž se před krokem promývání z pryskyřice vytlačí kyselina.

53. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že odstranění této kyseliny křemičité se provádí filtrací extraktu.

54. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že snížení se provádí kyselinou vybranou ze skupiny sestávající z HC1 a H2SO4.

55. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že extrakt se recykluje tak, že se extrakty přidají k pevným látkám před úpravou pevných látek pomocí NaOH.

56. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že se použije NaOH o koncentraci 5 % hmotnostních až 10 % hmotnostních.

3 výkresy