FI12360U1 - Lignin fraction and lignin composition - Google Patents

Lignin fraction and lignin composition Download PDF

Info

Publication number
FI12360U1
FI12360U1 FIU20184202U FIU20184202U FI12360U1 FI 12360 U1 FI12360 U1 FI 12360U1 FI U20184202 U FIU20184202 U FI U20184202U FI U20184202 U FIU20184202 U FI U20184202U FI 12360 U1 FI12360 U1 FI 12360U1
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
lignin
fraction
crude
separation
release
Prior art date
Application number
FIU20184202U
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Inventor
Mauno Miettinen
Original Assignee
Upm Kymmene Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Upm Kymmene Corp filed Critical Upm Kymmene Corp
Priority to FIU20184202U priority Critical patent/FI12360U1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI12360U1 publication Critical patent/FI12360U1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07GCOMPOUNDS OF UNKNOWN CONSTITUTION
    • C07G1/00Lignin; Lignin derivatives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/36Biochemical methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes

Description

LIGNIINIFRAKTIO JA LIGNIINIKOOSTUMUS

KEKSINNÖN ALA

Keksintö koskee ligniinitraktiota. Lisäksi keksintö koskee ligniinikoostumusta.

KEKSINNÖN TAUSTA

Entuudestaan tunnetaan erilaisia menetelmiä ligniinin muodostamiseksi erilaisista raaka-aineista, kuten biomassasta. Monet biojalostamoprosessit, esim, hydrolyysi, tuottavat raakaligniiniä, kuten ligniini-tähteen, biomassan hydrolyysin jälkeen. Tämä veteen liukenematon ligniinitähde sisältää yleensä merkittävän prosenttiosuuden hydrolysoitumattomia lignosellu-loosapartikkeleita.

Lisäksi entuudestaan on tunnettua käsitellä ligniiniä kemiallisesti liuottamalla ligniini liuotti-meen, kuten NaOH:iin, alkoholi-vesi-seokseen tai orgaaniseen happoon, ja saostaa ligniini esim, rikkihapolla tai vedellä. Tämän jälkeen voidaan saada puhdasta ligniiniä, mutta tunnettujen prosessien epäkohtana on korkeat käyttö- ja pääomakustannukset. Liuottimen tai muodostuneen suolan poistaminen ja/tai ottaminen talteen aiheuttavat lisäkustannuksia. Ligniinin lopullinen vedenpoisto suoritetaan yleensä suodatuksella. Saostuneiden ligniinipartikkelien koko on yleensä melko pieni, mikä vaikuttaa negatiivisesti suodatusnopeuteen ja suodatinkakun kuivien kiintoaineiden pitoisuuteen.

KEKSINNÖN TARKOITUS

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uusi menetelmä ligniinitraktion muodostamiseksi. Keksinnön toisena tarkoituksena on tuoda esiin uusi menetelmä ligniinin puhdistamiseksi. Keksinnön yhtenä tarkoituk- sena on tuottaa puhdistettu ligniinikoostumus, jolla on parannetut ominaisuudet.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Esillä olevan keksinnön mukainen ligniini-fraktio on tunnettu siitä, mitä on esitetty suojavaa-timuksessa 1.

Esillä olevan keksinnön mukainen ligniinikoostumus on tunnettu siitä, mitä on esitetty suoja-vaatimuksessa 11.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

Oheisissa piirustuksissa, jotka ovat liitteenä keksinnön selventämiseksi ja jotka ovat osa tätä julkaisua, kuvataan keksinnön joitakin suoritusmuotoja, ja niitä käytetään yhdessä selityksen kanssa apuna keksinnön periaatteiden selostamisessa. Piirustuksissa : kuva 1 on vuokaavioesitys esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesta menetelmästä, kuva 2 on vuokaavioesitys esillä olevan keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesta menetelmästä, kuva 3a esittää raakaligniiniä ennen vapautusta, ja kuva 3b esittää raakaligniiniä vapautuksen j älkeen.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Menetelmässä ligniinifraktion (6) muodostamiseksi raakaligniinistä (1), ja edullisesti raakalig-niinin puhdistamiseksi puhtaan ligniinifraktion muodostamiseksi, raakaligniini (1) on prosessoitu käsittelyvaiheen (24) avulla, joka käsittelyvaihe on välit- tu entsymaattisesta käsittelystä, käsittelystä ioni-sella nesteellä ja niiden yhdistelmistä. Menetelmä käsittää raakaligniinin (1) käsittelemisen vapauttamalla ligniini ainakin yhdessä ligniinin vapautusvaiheessa (3) raakaligniinin (1) ligniinin vapauttamiseksi, niin että ligniini vapautuu kahden kiinteän faasin, ligno-selluloosan ja vapaiden ligniinipartikkelien, muodostamiseksi, ja ligniinifraktion (6) erottamisen ainakin yhden erotusvaiheen (5) avulla. Edullisessa suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) on puhdistettua raakalig-niiniä.

Esillä olevan menetelmän eräs suoritusmuoto on esitetty kuvassa 1. Esillä olevan menetelmän eräs toinen suoritusmuoto on esitetty kuvassa 2.

Laitteisto käsittää ainakin yhden vapautusreak-torin (3) raakaligniinin (1) vapauttamiseksi ainakin yhdessä vapautusvaiheessa, ainakin yhden erotuslait-teen (5) ligniinifraktion (6) erottamiseksi ainakin yhdessä erotusvaiheessa, ainakin yhden ensimmäisen syöttölaitteen raakaligniinin (1) syöttämiseksi vapau-tusreaktoriin (3) ja ainakin yhden toisen syöttölaitteen käsitellyn raakaligniinin (4) syöttämiseksi va-pautusreaktorista (3) erotuslaitteeseen (5).

Edullisesti raakaligniini (1) on muodostettu lähtömateriaalista (20) . Tässä yhteydessä lähtömateriaali (20) tarkoittaa mitä tahansa puu- tai kasvipohjaista raaka-ainetta. Lähtömateriaali voi sisältää ligniiniä, lignoselluloosaa, selluloosaa, hemiselluloosaa, glukoosia, ksyloosia, uuteaineita ja muita biomassalle ominaisia rakenteellisia komponentteja sekä vieraskom-ponentteja kuten entsyymejä tai kemikaaleja. Eräässä suoritusmuodossa lähtömateriaali on valittu ryhmästä, joka koostuu puupohjaisesta raaka-aineesta, puubiomas-sasta, ligniinipitoisesta biomassasta kuten maatalous-jätteistä, sokeriruokojätteestä ja maissijätteestä, monivuotisista puukasveista, putkilokasveista, kierrä tetystä ruskeasta kartongista, siistausmassasta ja niiden yhdistelmistä. Tässä yhteydessä raakaligniini (1) tarkoittaa mitä tahansa materiaalia tai koostumusta, joka sisältää ligniiniä, olennaisesti ilman vapaata ligniiniä. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini sisältää alle 20 p-% vapaata ligniiniä. Lisäksi raakaligniini sisältää myös lignoselluloosaa, jossa on glukaaniyksikköjä. Lignoselluloosa, kuten glukaaniyksiköt, ja ligniini ovat sitoutuneet toisiinsa heterogeeniseksi rakenteeksi, mikä tarkoittaa, että ligniini ei ole tyypillisesti jakautunut tasaisesti materiaaliin. Raakaligniini käsittää pääasiassa ligniiniä ja lignoselluloosaa, mutta se voi sisältää myös hemiselluloosia. Raakaligniini voi sisältää yhden tai useamman ligniinimateri-aalikomponentin. Raakaligniini voi sisältää eri ligniini- ja glukaanipitoisuuksia. Lisäksi raakaligniini voi sisältää entsyymejä, erityisesti entsymaattisen käsittelyn jälkeen. Tyypillisesti raakaligniini on suspension muodossa, joka suspensio sisältää vettä, happoa, esim, muurahaishappoa, etikkahappoa tai rikkihappoa, alkoholia tai muuta nestettä, tai kakun, paakun tai vastaavan muodossa. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini on suspension muodossa. Edullisesti raakaligniini on hydrolyysistä peräisin oleva ligniini-tähde, esim, selluligniiniä.

Eräässä suoritusmuodossa, erityisesti entsymaattisen käsittelyn ja/tai ionisella nesteellä käsittelyn jälkeen, raakaligniini (1) sisältää suuren osuuden hiilihydraatteja kiinteän lignoselluloosan muodossa. Entsymaattisen käsittelyn ja/tai ionisella nesteellä käsittelyn jälkeen ligniini on sitoutunut tiiviisti raakaligniinin lignoselluloosaan. Tämän jälkeen tarvitaan lisäprosessointivaihe ligniinin vapauttamiseksi. Ligniinipartikkelien erotusta voidaan helpottaa keksinnön avulla. Edullisesti erotus perustuu kiin- toaine-kiintoaine-erotukseen. Samalla raakaligniini puhdistetaan, niin että saadaan ligniinimateriaalia, joka on sopivampaa käytettäväksi erilaisissa sovelluksissa. Keksinnössä lignoselluloosafraktio voidaan kierrättää takaisin entsymaattiseen käsittelyyn, kuten entsymaattiseen hydrolyysiin, ja/tai käsittelyyn ioni-sella nesteellä. Vaihtoehtoisena mahdollisuutena on hyödyntää talteen otettu lignoselluloosafraktio ulkopuolisessa sovelluksessa.

Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini on laimennettu nesteellä, esim, vedellä. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniinin WIS% (veteen liukenemattomat kiintoaineet) on välillä 1 - 50 %, tai välillä 20 40 %, vapautusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniinin WIS% (veteen liukenemattomat kiintoaineet) on välillä 1 - 35 %, tai välillä 10 - 30 %, tai välillä 15 - 30 %, erotusvaiheessa. Veteen liukenemattomat kiintoaineet, WIS%, voidaan laskea: WIS% = (pestyn ja kuivatun materiaalin paino)/(märän pesulietteen paino) . Suspension alhainen sakeus helpottaa vapaiden ligniinipartikkelien ja lignoselluloosapartikkelien mekaanista erotusta. Eräässä suoritusmuodossa raaka-ligniinin painokeskimääräinen partikkelikoko on alle 1000 pm, edullisesti alle 500 pm.

Eräässä suoritusmuodossa raakaligniinin (1) selluloosapitoisuus, eli glukaanipitoisuus, on 3 - 70 paino-%, edullisesti 5-60 paino-% ja edullisemmin 10 - 60 paino-%, analysoituna glukoosina.

Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosapar-tikkelit ovat kuitutikkujen muodossa raakaligniinissä. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosapartikkelin painokeskimääräinen partikkelikoko on alle 1000 pm, eräässä suoritusmuodossa alle 500 pm ja eräässä suoritusmuodossa alle 300 pm.

Raakaligniini on prosessoitu entsymaattisen käsittelyn ja/tai ionisella nesteellä käsittelyn (24) avulla. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini on prosessoitu entsymaattisen käsittelyn ja/tai ionisella nesteellä käsittelyn avulla hydrolyysin (21) jälkeen, jossa hydrolyysissä raakaligniini on muodostettu lähtömateriaalista (20) .

Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini on prosessoitu entsymaattisen käsittelyn (24) avulla. Eräässä suoritusmuodossa entsymaattinen käsittely on entsymaattinen hydrolyysi. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini on muodostettu lähtömateriaalista ja prosessoitu entsymaattisen hydrolyysin avulla.

Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini (1) käsitellään poistamalla vettä, pesemällä, suodattamalla ja/tai sentrifugoimalla ainakin yhdessä pesu- ja erotusvaiheessa (2) ennen ligniinin vapautusta (3) . Edullisesti raakaligniini (1) pestään ja liukoisia hiilihydraatteja erotetaan ennen ligniinin vapautusta (3). Edullisesti liukoisia hiilihydraatteja, kuten liukoisia C6-hiilihydraatteja, (14) voidaan erottaa raakaligniinistä pesu- ja erotusvaiheen (2) aikana. Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin yhden laitteen, esim. suodattimen tai sentrifugin, raakaligniinin (1) käsittelemiseksi poistamalla vettä, pesemällä, suodattamalla ja/tai sentrifugoimalla ainakin yhdessä pesu- ja erotusvaiheessa (2) ennen ligniinin vapautusta (3).

Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini (1) käsitellään vapauttamalla hapon läsnä ollessa. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini (1) käsitellään vapauttamalla ilman happoa. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini (1) vapautetaan lämpökäsittelyn, kuten hydroter-misen käsittelyn, avulla ligniinin vapautusvaiheessa (3) . Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini vapautetaan autohydrolyysin avulla. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini vapautetaan laimean hapon hydrolyysin avulla. Eräässä suoritusmuodossa raakaligniini vapau tetaan kahdessa vaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa toinen vaihe suoritetaan ilman happoa ja toinen vaihe hapon kanssa. Eräässä suoritusmuodossa vapautusreakto-ri (3) on keitin. Eräässä suoritusmuodossa vapautusre-aktori (3) on lasilla vuorattu keitin, esim, erätoimi-nen lasilla vuorattu keitin, tai normaali jatkuvatoiminen keitin. Eräässä suoritusmuodossa vapautusreakto-ri (3) on jatkuvatoiminen putkireaktori, jossa on lyhyt retentioaika ja jossa reaktorivaiheen jälkeen paine vapautetaan äkillisesti. Eräässä suoritusmuodossa vapautusreaktori (3) on perkolaatio- tai läpivirtaus-reaktori .

Eräässä suoritusmuodossa lämpötila on 130 -400 °C ligniinin vapautuksen (3) aikana. Eräässä suoritusmuodossa lämpötila on vähintään 170 °C ligniinin vapautuksen (3) aikana. Eräässä suoritusmuodossa lämpötila on 170 - 240 °C ligniinin vapautuksen (3) aikana. Vapautuksessa vapaata ligniiniä vapautuu raakalig-niinistä ja muodostuu kaksi kiinteää faasia, lignoselluloosaa ja vapaita ligniinipartikkeleita. Eräässä suoritusmuodossa, kun raakaligniini käsitellään vapauttamalla, saadaan ligniinin vapautuksen yhteydessä aikaan höyryräjäytysvaikutus vapaiden ligniinipartik-kelien muodostuksen edesauttamiseksi ja lignoselluloo-sapartikkelien partikkelikokojen pienentämiseksi. Tehokkain ligniinin vapautus saavutetaan lyhyellä reten-tioajalla korkeassa lämpötilassa, eli niin sanotun flash-vaikutuksen tuottamiseksi ligniinin vapauttamista varten. Optimaaliset prosessiolosuhteet asetetaan raakaligniinin ominaisuuksien, puhdistetun ligniinin ja lignoselluloosafraktion tavoiteltujen ominaisuuksien sekä taloudellisten ja ekologisten arvojen perusteella .

Eräässä suoritusmuodossa lisätään vettä ennen ligniinin vapautusta (3) . Veden lämpötila voi olla noin 20 - 100 °C.

Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin kaksi rinnakkaista vapautusreaktoria (3) raaka-ligniinin (1) ligniinin vapauttamiseksi. Edullisesti rinnakkaiset reaktorit helpottavat jatkuvatoimista prosessia. Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin kaksi peräkkäistä vapautusreaktoria (3) raaka-ligniinin (1) ligniinin vapauttamiseksi.

Eräässä suoritusmuodossa vapautuskäsittelyn voimakkuus on normaalin hemiselluloosan (C5) ja selluloosan (C6) hydrolyysin välillä, eli alhaisin mahdollinen voimakkuus ligniinin vapauttamiseksi. Tyypillinen pH-säädetty yhdistetty voimakkuus (CS) tai voimak-kuusindeksi (SI) on välillä 1,5 - 2,5 (määritettynä alla esitetyllä yhtälöllä), jossa t on aika minuutteina ja T on lämpötila Celsius-asteina.

Alhainen voimakkuus on edullinen mahdollisimman alhaisen selluloosaprosentin liuottamisen kannalta, koska se parantaa C6-hiilihydraattisaantoa entsy-maattisessa prosessissa. Lisäetuja ovat ligniinin luonnollisen reaktiivisuuden säilytys ja vapautus-käsittelyn korkeampi selektiivisyys, joka johtaa puhtaampaan sokeriliuokseen.

Eräässä suoritusmuodossa alle 70 %, edullisesti alle 60 %, edullisemmin alle 50 % ja edullisimmin alle 40 % glukaanista liukenee ligniinin vapautuksen (3) aikana.

Kuva 3a esittää raakaligniinin erästä suoritusmuotoa ennen ligniinin vapautusta, ja kuva 3b esittää raakaligniinin erästä suoritusmuotoa ligniinin vapautuksen jälkeen. Tummemmat pyöreät muodot kuvassa 3b ovat vapautuneita ligniinipartikkeleita ja vaaleamman värinen materiaali on lignoselluloosaa.

Eräässä suoritusmuodossa ligniinin vapautuksesta tuleva keittolipeä voidaan poistaa ligniinin vapautuksen aikana tai sen jälkeen. Keittolipeän liukoisia hiilihydraatteja voidaan ottaa talteen. Vaihtoehtoisesti keittolipeä voidaan syöttää jätevedenkäsitte-lylaitokseen sellaisenaan tai jatkokäsittelyn jälkeen.

Eräässä suoritusmuodossa ennen ligniinin vapautusta lisätään karbonaattia. Eräässä suoritusmuodossa ligniinin vapautuksen aikana lisätään karbonaattia. Eräässä suoritusmuodossa karbonaatti on natrium-karbonaatin, natriumbikarbonaatin, hiilidioksidin, muun sopivan karbonaatin tai niiden johdannaisten tai niiden yhdistelmien muodossa. Ligniinin partikkelikokoa voidaan lisätä lisäämällä karbonaattia. Kun vapau-tusvaiheen aikana syntyy CO2:a, pehmenneet lignii-nipartikkelit turpoavat huokosten sisällä laajenevan kaasun vaikutuksesta. Tämän jälkeen ligniinipartikke-lit, joilla on suurempi partikkelikoko, voidaan erottaa helpommin raakaligniinistä.

Eräässä suoritusmuodossa käsitelty raakaligniini (4) jäähdytetään ligniinin vapautuksen (3) jälkeen .

Eräässä suoritusmuodossa käsitelty raakaligniini (4) pestään ligniinin vapautuksen (3) jälkeen.

Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) erotetaan yhdessä tai useammassa erotusvaiheessa (5) ligniinin vapautusvaiheen (3) jälkeen. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) erotetaan yhdessä tai useammassa erotusvaiheessa (5). Eräässä suoritusmuodossa erotus suoritetaan mekaanisen erotuksen avulla. Eräässä suoritusmuodossa erotusmenetelmä valitaan ryhmästä, joka koostuu keskipakoisvoimista, sedimentaatiosta, elutriaatiosta, suodatuksesta, flotaati-osta, seulonnasta ja niiden yhdistelmistä. Eräässä suoritusmuodossa erottaminen suoritetaan keskipakoisvoimien avulla. Eräässä suoritusmuodossa erottaminen suoritetaan sedimentaation avulla. Eräässä suoritusmuodossa erottaminen suoritetaan elutriaation avulla. Eräässä suoritusmuodossa erottaminen suoritetaan suodatuksen avulla. Eräässä suoritusmuodossa erottaminen suoritetaan flotaation avulla. Eräässä suoritusmuodossa erottaminen suoritetaan seulonnan avulla. Eräässä suoritusmuodossa jokainen erotusvaihe suoritetaan samalla menetelmällä. Vaihtoehtoisesti jokainen erotus-vaihe suoritetaan eri menetelmällä. Eräässä suoritusmuodossa ligniinitraktio (6) erotetaan käsitellystä raakaligniinistä (4) niin, että jäljelle jäävä raaka-ligniini on lignoselluloosafraktio (7). Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) erotetaan käsitellystä raakaligniinistä (4) niin, että jäljelle jäävä raakaligniini on ligniinitraktio (6) . Edullisesti ligniinitraktio (6) on puhdistettua ligniiniä.

Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin yhden erotuslaitteen (5) ligniinifraktion (6) erottamiseksi käsitellystä raakaligniinistä (4) ja edullisesti ligniinifraktion (6) puhdistamiseksi. Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin kaksi erotuslaitetta (5) . Eräässä suoritusmuodossa erotuslaite perustuu keskipakoisvoimiin, sedimentaatioon, elutriaatioon, suodatukseen, flotaatioon, seulontaan tai niiden yhdistelmiin. Erotuslaite voi olla reaktori, astia, säiliö, rumpu, sykloni, suodatin, pylväs, kenno, allas, sakeutin tai vastaava. Eräässä suoritusmuodossa ainakin yksi erotusvaihe ligniinifraktion erottamiseksi suoritetaan keskipakoisvoimien avulla, esim, korisentrifugilla tai dekantterisentrifugil-la kuten kiinteärumpuisella sentrifugilla, tai flotaation avulla, esim, vaahtoflotaatiolla tai pylväsflo-taatiolla.

Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktion (6) erotus suoritetaan yhdessä tai useammassa erotusvai-heessa. Eräässä suoritusmuodossa erotus suoritetaan yhdessä erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa erotus suoritetaan useammassa kuin yhdessä erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa erotus suoritetaan kolmessa erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa erotuslaite (5) käsittää yhden tai useamman erotusvaiheen. Eräässä suoritusmuodossa erotusvaihe käsittää yhden tai useamman erotuslaitteen. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) erotetaan viimeisessä erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa ligniini-fraktio (6) erotetaan kahden erotusvaiheen välissä. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) erotetaan ensimmäisessä erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) erotetaan ensimmäisessä erotus-vaiheessa ja sen jälkeen ligniinifraktio puhdistetaan myöhemmissä erotusvaiheissa. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) erotetaan jokaisessa erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) erotetaan ensimmäisessä erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) erotetaan useammassa kuin yhdessä erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) erotetaan jokaisessa erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa haluttuun erotusvaiheeseen kierrätetään ainakin yksi erotettu lignoselluloosavirtaus.

Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) puhdistetaan lisäksi seulomalla, edullisesti täryseulalla, hiilen ja sokerin hajoamistuotteiden poistamiseksi.

Erotus voidaan suorittaa laajalla lämpötila-alueella, esim. 0 - 100 °C:n lämpötiloissa. Korkeampi lämpötila helpottaa yleensä erotusta alhaisemman viskositeetin ansiosta. Yleensä käytetään lähes luonnollista prosessilämpötilaa kuumenemisen tai jäähtymisen välttämiseksi.

Eräässä suoritusmuodossa lisätään stabiloin-tikemikaalia (8) käsiteltyyn raakaligniiniin (4) ero- tusvaiheen (5) yhteydessä. Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaalia (8) lisätään käsiteltyyn raaka-ligniiniin (4) ennen erotusvaihetta (5) . Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaalia (8) lisätään käsiteltyyn raakaligniiniin (4) erotusvaiheen (5) aikana. Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin yhden syöttölaitteen stabilointikemikaalin (8) lisäämiseksi käsiteltyyn raakaligniiniin (4).

Stabilointikemikaalia (8) lisätään käsiteltyyn raakaligniiniin (4) ainakin yhdessä vaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaalia (8) lisätään käsiteltyyn raakaligniiniin (4) yhdessä vaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaalia (8) lisätään käsiteltyyn raakaligniiniin useammassa kuin yhdessä vaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaalia (8) lisätään käsiteltyyn raakaligniiniin kunkin erotusvaiheen yhteydessä. Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaalia (8) lisätään käsiteltyyn raakaligniiniin ensimmäisessä erotusvaiheessa ja/tai ainakin yhdessä myöhemmässä erotusvaiheessa. Edullisesti suoritetaan kemiallinen stabilointi ja mekaaninen erotus.

Eräässä suoritusmuodossa käsiteltyyn raaka-ligniiniin lisätään stabilointikemikaalia ja raakaligniini sekoitetaan, edullisesti suurella leikkausvoi-malla sekoittamalla. Suurella leikkausvoimalla sekoittaminen on edullista, koska se helpottaa kemikaalin adsorptioita pinnoille. Stabilointikemikaali adsorboituu pääasiassa lignoselluloosapartikkelien päälle.

Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaali (8) on polysakkaridi sellaisenaan tai muunnettu polysakkaridi. Tässä yhteydessä stabilointikemikaali on tyypillisesti hydrofiilinen kemikaali. Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaali on valittu ryhmästä, joka koostuu karboksimetyyliselluloosasta (CMC), poly-anionisesta selluloosasta (PAC), muista selluloosajoh- dannaisista, esim. etyylihydroksietyyliselluloosasta ja metyyliselluloosasta, guarkumista, kuten natiivista guarkumista tai muunnetusta guarkumista, natiivista tärkkelyksestä, muunnetusta tärkkelyksestä, pektiinis-tä, glykogeenista, kalloosista, krysolaminariinista, natiivista hemiselluloosasta, muunnetusta hemisellu-loosasta, ksylaanista, mannaanista, galaktomannaanis-ta, galaktoglukomannaanista (GGM), arabinoksylaanista, glukuronoksylaanista ja ksyloglukaanista, fukoidaanis-ta, dekstraanista, alginaatista, muusta polysakkaridista ja niiden yhdistelmistä. Mainittu stabilointike-mikaali voi olla natiivissa muodossa tai muunnetussa muodossa. Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaa-li on karboksimetyyliselluloosa (CMC). Eräässä suoritusmuodossa stabilointikemikaali on guarkumi. Edullisesti stabilointikemikaalien funktio on pitää suspendoidut lignoselluloosapartikkelit stabiilina kemiallisen vuorovaikutuksen ajan. Tällöin käsitellyt lignoselluloosapartikkelit pysyvät suspensiossa, kun taas vapaat ligniinipartikkelit erottuvat suspensiosta.

Eräässä suoritusmuodossa voidaan lisätä pesuvettä (9), esim, lämpötilassa välillä 20 - 70 °C, ero-tuslaitteeseen (5), edullisesti viimeisessä erotusvai-heessa, ligniinifraktion (6) pesemiseksi. Vaihtoehtoisesti ligniinifraktio (6) pestään erotuksen (5) jälkeen. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio pestään syrjäytyspesulla. Puhdistettu ligniini pystytään neutralisoimaan helposti pesuvaiheessa vaikuttamatta negatiivisesti vedenpoistokykyyn. Tässä yhteydessä pesuvesi tarkoittaa mitä tahansa pesunestettä tai pesuvettä. Pesuvesi voi olla tuoretta pesuvettä tai kierrätettyä pesuvettä. Pesuvesi voi olla fysikaalisesti ja/tai kemiallisesti puhdistettua raakavettä sekä biojalosta-moprosessista peräisin olevaa puhdasta sivuvirtaa, esim, sokerin haihtumisesta peräisin olevaa konden-saattia. Erotusprosessi ei vaadi ultrapuhdasta vettä, esim, joka on saatavissa ioninvaihdolla, tislauksella tai käänteisosmoosilla.

Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) on suspension, kiintoaineen, sedimentin, lietteen, kakun tai vastaavan muodossa erotusvaiheen jälkeen. Ligniinifraktio (6) voi sisältää myös muita komponentteja tai aineita kuin ligniinipartikkeleita. Edullisesti ligniinifraktio sisältää vapaata ligniiniä. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio sisältää yli 80 %, edullisesti yli 85 %, edullisemmin yli 90 %, edullisimmin yli 95 % ligniiniä ja alle 20 %, edullisesti alle 15 %, edullisemmin alle 10 %, edullisimmin alle 5 % glukaania. Ligniinipitoisuus määritellään happoon liukenemattoman ja happoon liukenevan ligniinin yhdistelmäksi .

Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) käsitellään erotuksen jälkeen poistamalla ligniini-fraktiosta vettä ainakin yhdessä vedenpoistovaiheessa (10), joka voidaan valita edellä kuvatuista erotusmenetelmistä tai muista sopivista menetelmistä. Eräässä suoritusmuodossa vedenpoisto tehdään erotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) käsitellään poistamalla vettä ainakin yhdessä suodatusvai-heessa, esim, painesuodattimella tai vakuumisuodatti-mella. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) käsitellään poistamalla vettä ainakin yhdessä puhdis-tuserotusvaiheessa. Eräässä suoritusmuodossa ligniini-fraktio käsitellään puhdistuserotusvaiheessa keskipa-koispuhdistuksen avulla esim, hydrosyklonilla, sedimentaation avulla, esim, sakeuttimella, elutriaation, aggregaation, flotaation, flokkulaation ja/tai seulonnan avulla. Eräässä suoritusmuodossa ligniinifraktio (6) käsitellään jauhamalla.

Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin yhden suodatuslaitteen, esim, painesuodattimen tai vakuumisuodattimen, ligniinifraktion (6) suodatta miseksi ja puhdistamiseksi. Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää ainakin yhden vedenpoistolaitteen veden poistamiseksi ligniinifraktiosta (6) .

Veden poistamista ligniinistä voidaan parantaa esillä olevan keksinnön avulla. Lignoselluloo-sapartikkelien poisto parantaa selvästi veden poistamista ligniinistä, mikä näkyy kasvavana suodatusnopeu-tena ja/tai korkeampana kiintoainepitoisuutena. Korkeampi kiintoainepitoisuus tarkoittaa, että ligniini on sopivampaa myöhempiin sovelluksiin sellaisenaan ja kuivaamisessa tarvitaan vähemmän energiaa.

Eräässä suoritusmuodossa ainakin osa ligno-selluloosafraktiosta (7), joka sisältää lignoselluloo-sapartikkeleita, kierrätetään takaisin entsymaattiseen käsittelyyn, kuten entsymaattiseen hydrolyysiin, ja/tai käsittelyyn ionisella nesteellä. Eräässä suoritusmuodossa ainakin osa lignoselluloosafraktiosta (7) kierrätetään erotusvaiheesta (5) entsymaattiseen käsittelyyn, kuten entsymaattiseen hydrolyysiin, ja/tai käsittelyyn ionisella nesteellä. Eräässä suoritusmuodossa ainakin osa lignoselluloosafraktiosta (7) kierrätetään vaiheeseen, joka on ennen käsittelyvaihetta (24), edullisesti ennen entsymaattista käsittelyä tai käsittelyä ionisella nesteellä. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) kierrätetään vaiheeseen, joka on hydrolyysiprosessin (21) ja käsittelyvaiheen (24) välissä. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosaf raktio (7) kierrätetään uudelleenliettosäi-liöön (23), joka on järjestetty ennen käsittelyvaihetta (24) . Vaihtoehtoisesti ainakin osa lignoselluloo-safraktiosta (7) voidaan kierrättää erilliseen hydro-lyysiprosessiin. Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää kierrätysvälineen lignoselluloosafraktion (7) kierrättämiseksi. Eräässä suoritusmuodossa käytetään syöttöjärjestelmää lignoselluloosafraktion (7) kierrättämiseksi erotuslaitteesta (5) entsymaattiseen kä sittelyyn, kuten entsymaattiseen hydrolyysiin, ja/tai käsittelyyn ionisella nesteellä.

Edullisesti entsymaattisen prosessin tapauksessa raaka-aine, esim, puumateriaali, voidaan hyödyntää tehokkaammin prosessissa, kun lignoselluloosafraktio (7) kierrätetään entsymaattiseen käsittelyyn, kuten entsymaattiseen hydrolyysiin.

Kun lignoselluloosafraktio (7) kierrätetään, konversiota voidaan alentaa entsymaattisessa käsittelyssä tai käsittelyssä ionisella nesteellä. Eräässä suoritusmuodossa konversio laskee ainakin 10 %, tai ainakin 20 % aikaisemmasta optimaalisesta konversiota-sosta. Entsyymiannostus valitaan niin, että entsymaattisessa käsittelyssä saavutetaan haluttu glukaanin konversio glukoosiksi. Alhaisempi konversio mahdollistaa entsyymiannostuksen vähentämisen. Kierrätetyn lignoselluloosaf raktion ominaisuudet, erityisesti pieni partikkelikoko, alhainen hemiselluloosapitoisuus ja alhainen ligniinipitoisuus, vähentävät mahdollisesti entsyymiannostusta entisestään. Eräässä suoritusmuodossa entsymaattisessa käsittelyssä voidaan lisätä syöttösakeutta. Tämä kompensoi muuten alhaisempaa so-kerikonsentraatiota ja entsymaattisen käsittelyn säiliöiden, kuten entsymaattisen hydrolyysin säiliöiden, suurempaa tilavuutta, kun käytetään alhaisempaa konversiota. Korkeampi syöttösakeus on mahdollista esikä-sitellyn lähtömateriaalin ja lignoselluloosan seoksen alhaisemman viskositeetin vuoksi verrattuna esikäsi-teltyyn lähtömateriaaliin yksinään. Tavanomaisessa prosessissa alhaisempi konversio johtaisi vastaavaan laskuun C6-sokerisaannossa, mutta kun talteen otettu lignoselluloosafraktio kierrätetään entsymaattiseen hydrolyysiin, yhdistetty C6-saanto on tyypillisesti korkeampi kuin normaalin konversiotason vertailuta-pauksessa.

Lignoselluloosafraktio (7) voi sisältää myös muita komponentteja tai aineita kuin hiilihydraatteja, kuten glukaania. Eräässä suoritusmuodossa lignosellu-loosafraktio (7) on suspension muodossa. Tämä suspensio sisältää nestettä, kuten vettä. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) sisältää 40 - 90 %, edullisesti 50 - 90 %, edullisemmin noin 60 - 90 % glukaania ja 10 - 60 %, edullisesti 10 - 50 %, edullisemmin noin 10 - 40 % ligniiniä erotusvaiheen (5) jälkeen .

Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafrak-tiosta (7) poistetaan vettä, esim, suodattamalla, erotuksen (5) jälkeen.

Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktio (7) laimennetaan laimennetun lignoselluloosafraktion (13) muodostamiseksi erotusvaiheen (5) jälkeen. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosafraktiossa oleva neste syrjäyttää osittain tai kokonaan tuoreen veden, jota tarvitaan esikäsitellyn lähtömateriaalin laimennuksessa ennen entsymaattista hydrolyysiä.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan muodostaa ligniinikoostumus. Ligniinikoostumus sisältää ligniinifraktion, joka on muodostettu tässä yhteydessä kuvatulla menetelmällä. Ligniinikoostumusta voidaan käyttää komponenttina valmistettaessa tuotetta, kuten lopputuotetta, joka valitaan ryhmästä, joka koostuu aktiivihiilestä, hiilikuidusta, ligniinikomposiitista, sideainemateriaalista, polymeereistä, hartseista, fe-nolikomponentista, dispergointiaineesta, rehusta, elintarvikkeesta tai niiden yhdistelmästä. Eräässä suoritusmuodossa ligniinikoostumusta käytetään öljyn, hii-livetykoostumuksen tai raskasmetallien adsorbenttina. Eräässä suoritusmuodossa ligniinikoostumusta käytetään polttoaineena energiantuotannossa.

Eräässä suoritusmuodossa voidaan muodostaa lig-noselluloosakoostumus. Lignoselluloosakoostumus sisältää lignoselluloosafraktion, joka on muodostettu tässä yhteydessä kuvatulla menetelmällä. Lignoselluloosakoostu-musta voidaan käyttää komponenttina valmistettaessa tuotetta, joka valitaan ryhmästä, joka koostuu komposiiteista, puukomposiiteista, ligniini-puukomposiiteista, puu-muovikomposiiteista, jotka käsittävät komposiitteja, jotka on muodostettu muovista, synteettisistä polymeereistä, biopolymeereistä, kumista tai niiden yhdistelmistä yhdessä puun kanssa, hartseista, edullisesti täyteaineena hartseissa, puupohjaisista materiaaleista, puupohjaisista täyteaineista, rakennusmateriaaleista, rakennuslevyistä, liimalevyistä ja/tai muista puupohjaisista levyistä, kuten par-tikkelilevystä, suunnatusta suurlastulevystä, lastulevystä, intrallamista, liimapuusta, kovalevystä, aalto-pahvista, waferboard-levystä, kuitulevystä, vanerista, eristysmateriaalista, pakkausmateriaalista, sulkumate-riaalista tai vaahtomateriaalista. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosakoostumusta käytetään polttoaineena energiantuotannossa. Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosakoostumusta käytetään raaka-aineena mikrokitei-sen selluloosan, nanokiteisen selluloosan tai nanofib-rilloidun selluloosan tuotannossa. Korkea kiteisyysin-deksi ja pieni partikkelikoko puoltavat lignoselluloo-san käyttöä mikrokiteisen selluloosan tai nanokiteisen selluloosan tuotannossa.

Esillä olevassa keksinnössä ligniinifraktion erotus pystytään optimoimaan. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä saa aikaan hyvälaatuisen ligniini-fraktion ja ligniinikoostumuksen. Erityisesti ligniinif raktion puhtautta voidaan parantaa. Kun parannetaan ligniinin puhtautta ja lisätään ligniinifraktion kuivien kiintoaineiden pitoisuutta, lopputuotteeseen voidaan saada paremmat ominaisuudet. Lisäksi lignosellu-loosafraktio voidaan ottaa talteen. Keksinnön ansiosta raaka-aineiden ja entsyymien käyttöä voidaan vähentää.

Keksintö tarjoaa toteuttamiskelpoisen tavan alentaa konversiota entsymaattisessa käsittelyssä, kuten entsymaattisessa hydrolyysissä (EH), vaikuttamatta negatiivisesti sokerisaantoon, sokerikonsentraatioon tai entsymaattisen hydrolyysin säiliöiden kokoon. Lisäksi C6-sokerisaantoa voidaan parantaa prosessissa.

Keksinnön ansiosta saavutetaan edullisesti parannettu suodatettavuus. Lisäksi keksinnön ansiosta ligniinikoostumuksen lämpöarvoa voidaan nostaa, niin että lämpöarvo ilman kuivaamista voi parantua ainakin 50 O. o ·

Esillä oleva keksintö tarjoaa teollisesti käyttökelpoisen, yksinkertaisen ja edullisen tavan valmistaa puhdistettuun ligniiniin perustuva koostumus sekä lignoselluloosaan perustuva koostumus. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä on helppo ja yksinkertainen toteuttaa tuotantoprosessina. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä soveltuu käytettäväksi erilaisten ligniini- ja lignoselluloosapohjaisten tuotteiden ja lopputuotteiden valmistuksessa erilaisista lähtömateriaaleista. Edullisesti raakaligniini puhdistetaan erottamalla lignoselluloosapartikkelit. Lisäksi ligniinikoostumusta voidaan käyttää energianlähteinä .

ESIMERKIT

Keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin seu-raavissa esimerkeissä viitaten liitteenä oleviin piirustuksiin .

Esimerkki 1 Tässä esimerkissä muodostetaan ligniinifraktio (6) kuvan 1 prosessin mukaisesti.

Esikäsitelty lähtömateriaali muodostetaan lähtömateriaalista (20), kuten biomassasta, esimerkiksi hemihydrolyysin (21) avulla. Muodostettu esikäsitelty lähtömateriaali (22) prosessoidaan käsittelyvaiheessa (24), joka on entsymaattinen käsittely, kuten entsymaattinen hydrolyysi, tai käsittely ionisella nesteellä, raakaligniinin (1) muodostamiseksi.

Raakaligniini (1) syötetään ensimmäisen syöttölaitteen avulla vapautusreaktoriin (3), esim, keittimeen, joka perustuu edullisesti autohydrolyysiin tai laimean hapon hydrolyysiin, raakaligniinin käsittelemiseksi vapauttamalla. Vapautusreaktoriin (3) voidaan lisätä vettä. Käsitelty raakaligniini (4) syötetään toisen syöttölaitteen avulla vapautusreaktorista (3) erotus-laitteeseen (5) ligniinifraktion (6) erottamiseksi. Karboksimetyyliselluloosaa (8) voidaan lisätä stabi-lointikemikaalina raakaligniiniin erotuksen aikana. Edullisesti erotus suoritetaan useammassa kuin yhdessä erotusvaiheessa. Erotuslaitteesta (5) tuleva ligniini-fraktio (6) otetaan talteen. Myös lignoselluloosafraktio (7) erotetaan. Lignoselluloosafraktio (7) voidaan kierrättää takaisin entsymaattiseen käsittelyyn, kuten entsymaattiseen hydrolyysiin, tai käsittelyyn ionisella nesteellä.

Esimerkki 2 Tässä esimerkissä muodostetaan ligniinifraktio (6) kuvan 2 prosessin mukaisesti.

Esikäsitelty lähtömateriaali muodostetaan lähtömateriaalista (20), kuten biomassasta, esimerkiksi hemihydrolyysin (21) avulla. Muodostettu esikäsitelty lähtömateriaali (22) syötetään uudelleenliet-tosäiliön (23) kautta käsittelyvaiheeseen (24), joka on entsymaattinen käsittely, kuten entsymaattinen hyd-rolyysi, tai käsittely ionisella nesteellä. Esikäsitelty lähtömateriaali (22) prosessoidaan käsittelyvaiheessa (24) raakaligniinin (1) muodostamiseksi.

Raakaligniini (1) suodatetaan suodatuslait-teessa (2), jossa voidaan poistaa liukoisia hiilihydraatteja (14) . Valinnaisesti raakaligniini voidaan pestä vedellä suodatuksen aikana tai sen jälkeen, edullisesti käyttämällä syrjäytyspesua. Sitten raaka-ligniini (1) syötetään ensimmäisen syöttölaitteen avulla vapautusreaktoriin (3), esim, keittimeen, joka perustuu edullisesti autohydrolyysiin tai laimean hapon hydrolyysiin, raakaligniinin käsittelemiseksi vapauttamalla. Edullisesti laitteisto käsittää lopussa olevan höyryräjäytysvaiheen. Vapautusreaktoriin voidaan lisätä vettä. Vapautuksen aikana tai sen jälkeen voidaan erottaa nestefaasi, joka sisältää solubilisoi-tuja hiilihydraatteja (15) . Edullisesti käsitelty raakaligniini (4) pestään ligniinin vapautuksen jälkeen. Käsitelty raakaligniini (4) syötetään toisen syöttölaitteen avulla vapautusreaktorista (3) valinnaiseen pesuvaiheeseen ja edelleen erotuslaitteeseen (5) ligniinifraktion (6) erottamiseksi. Myös lignoselluloosaf raktio (7) erotetaan. Karboksimetyyliselluloo-saa (8) voidaan lisätä stabilointikemikaalina raaka-ligniiniin erotuksen aikana. Edullisesti erotus suoritetaan useammassa kuin yhdessä erotusvaiheessa. Pesu vettä (9), esim, lämpötilassa välillä 20 - 60 °C, voidaan lisätä erotuslaitteeseen (5), edullisesti viimeisessä erotusvaiheessa, ligniinifraktion (6) pesemiseksi. Erotuslaitteesta (5) tuleva ligniinifraktio (6) syötetään toiseen suodatusyksikköön (10) ligniinifraktion (6) käsittelemiseksi edelleen, esim, painesuodat-timella. Ligniinifraktio (6) voidaan suodattaa ja puhdistaa lopullisen ligniinikoostumuksen (11) muodostamiseksi.

Lignoselluloosafraktio (7) kierrätetään takaisin entsymaattiseen käsittelyyn, kuten entsymaattiseen hydrolyysiin, tai käsittelyyn ionisella nesteellä. Lignoselluloosafraktio (7) voidaan laimentaa lai-mennusvaiheessa (12) laimennetun lignoselluloosafraktion (13) muodostamiseksi. Laimennettu lignoselluloo-safraktio (13) syötetään uudelleenliettosäiliöön (23) ja kierrätetään käsittelyvaiheeseen (24).

Esimerkki 3 Tässä esimerkissä muodostettiin ligniini- ja lignoselluloosafraktiot.

Esikäsitelty biomassa (PTB) altistettiin ent-symaattiselle hydrolyysille kaupallisella entsyymillä käyttämällä 16 % TS (kiintoaineen kokonaismäärä) syöttöä. Entsyymiannostus valittiin niin, että 48 h hydro-lyysiajan kuluttua saavutettiin 80 % glukoosikonver-sio. Jäljellä oleva kiinteä materiaali, eli raakaligniini, erotettiin C6-hiilihydraateista painesuodatuk-sella. Raakaligniini altistettiin laimealla hapolla käsittelylle vapautusvaiheessa. Raakaligniini vapautettiin keittimessä käyttämällä seuraavia olosuhteita: 20,9 % TS, aika 210 min, lämpötila 181 °C ja rikkihap-poannostus 6 kg/t TS PTB. Vapautuskäsittelyn jälkeen liete jäähdytettiin reaktorissa. Lietteen pH oli jäähdyttämisen jälkeen 3,0.

Painesuodatusta ja syrjäytyspesua käytettiin vesiliukoisen materiaalin erottamiseksi kiinteistä partikkeleista. Vapautuneet ligniinipartikkelit ja jäljelle jääneet lignoselluloosapartikkelit erotettiin peräkkäisesti neljässä vaiheessa. Ensimmäinen vaihe (karkeampi vaihe) antoi lignoselluloosafraktion ja puolipuhdistetun ligniinifraktion. Seuraavia vaiheita (puhtaampia vaiheita) käytettiin ligniinifraktion puhdistamiseksi edelleen. Standardimenettelynä oli kierrättää lignoselluloosafraktioita vaiheista 2-4 ylävirtaan erotusprosessin optimaalisiin vaiheisiin. Valinnaisesti voidaan käyttää yhtä tai useaa vaihetta (puh-distusvaihetta) lignoselluloosafraktion puhdistamiseksi edelleen. Käsitelty raakaligniini lietettiin uudelleen 7 % TS syötön aikaansaamiseksi karkeampaan vaiheeseen. CMC : a (karboksimetyyliselluloosaa) lisättiin 10 kg/t TS ja lämpötila oli 55 °C. Liete pumpattiin GEA Westfalia UCD205 dekantterisentrifugiin syöttöno-peudella 23 kg/min käyttämällä rumpunopeutta 2800 rpm. Erotettu ligniinin (raskas) fraktio lietettiin edelleen uudestaan, lisättiin CMC:a 3 kg/t TS ja muodostettu liete prosessoitiin ensimmäisessä puhtaammassa vaiheessa käyttämällä dekantterisentrifugia. Kaksi seuraavaa puhtaampaa vaihetta perustuivat sedimentaatioon. CMC: a lisättiin 1,5 kg/t TS toisessa puhtaammassa vaiheessa, ja kolmas puhtaampi vaihe suoritettiin ilman CMC: a. Alite kerättiin 2 h sedimentaatio-ajan kuluttua kummassakin vaiheessa.

Ligniini ja hiilihydraatit analysoitiin käyttämällä TAPPI-menetelmiä T-222 ja T-UM 250. Tulokset on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1

CLl = raakaligniini ennen keitintä CL2 = raakaligniini keittimen jälkeen LC/SS1 = lignoselluloosafraktio erotusvaiheen 1 jälkeen L/SS4 = ligniinifraktio erotusvaiheen 4 jälkeen

Vapautusvaiheen aikana hydrolysoitui (solubi-lisoitui) 15 % glukaanista, eli entsymaattiseen hydrolyysiin on käytettävissä 85 % glukaanista erotusvai heen 100 % talteenoton jälkeen. Ligniinifraktio L/SS4 oli merkittävästi puhtaampi kuin raakaligniini keittimen jälkeen (CL2), mikä osoittaa, että raakaligniinis-tä vapautuu ligniiniä ainakin osittain laimean hapon hydrolyysin aikana. Mekaanisella erotuksella ei pystytä puhdistamaan raakaligniiniä ennen keitintä. PTB:ssa läsnä olevat suuret biomassapartikkelit hankaloittivat ligniinin puhdistusta, koska isommat lignoselluloo-sapartikkelit pyrkivät kulkeutumaan raskaaseen fraktioon (ligniinifraktioon). Siksi vapautusvaiheen jälkeinen kuumapuhallus, esim, höyryräjäytys, on edullinen vaihtoehto partikkelikoon pienentämiseksi käytännöllisesti. Korkeampaan glukaanin hydrolysointiasteeseen johtavat ankarammat olosuhteet vaikuttaisivat merkittävästi ligniinin vapautukseen ja sitä seuraavaan erotukseen .

Entsymaattinen hydrolyysi suoritettiin laboratoriomittakaavassa PTB:n ja kierrätetyn lignosellu-loosan LC/SS1 seokselle suhteessa 87:13 kiintoaineiden

kokonaismäärän perusteella. Referenssinä oli sama ent-symaattinen hydrolyysi, jossa käytettiin 100 % PTB-materiaalia. Tulokset on esitetty taulukossa 2.

Taulukko 2

Tulosten perusteella kierrätetty lignoselluloosa (glu-kaani) konvertoitui glukoosiksi yhtä tehokkaasti kuin neitseellinen PTB.

Esimerkki 4 Tässä esimerkissä osoitettiin kierrätetyn lignoselluloosafraktion vaikutus muodostetun lietteen reologiaan. Kokeessa käytettiin erotettua lignoselluloosaf raktiota esimerkistä 3. Esikäsitelty biomassa (PTB-materiaali) lietettiin uudelleen lignoselluloosamateriaaliin, niin että saatiin suspensio, jonka kiintoaineiden kokonaismäärä (TS) oli 16,8 % ja jonka veteen liukenemattomien kiintoaineiden pitoisuus (WIS) oli 16,5 %. PTB:n ja kierrätetyn lignoselluloosan suhteeksi asetettiin 70:30 kiintoaineiden kokonaismäärän perusteella. Suspension viskositeetti oli 306 mPas (Brookfield 50 rpm). Referenssiksi sama esikäsitelty biomassa (PTB) lietettiin uudelleen puhtaaseen veteen, niin että saatiin suspensio, jonka kiintoaineiden kokonaismäärä (TS) oli 16,8 % ja jonka veteen liukene

mattomien kiintoaineiden pitoisuus (WIS) oli 16,5 %. Suspension viskositeetti oli 1876 mPas (Brookfield 50 rpm). Tämä esimerkki osoittaa, että lignoselluloosan sekoittaminen esikäsiteltyyn biomassaan saa aikaan odottamattomia reologisia ominaisuuksia. Tämä osoittaa pääasiassa bipolaarisen partikkelikokojakauman vaikutuksen, mutta myös muuttuneilla pintaominaisuuksilla voi olla merkitystä. Alhaisempi viskositeetti mahdollistaa korkeamman kiintoainepitoisuuden käytön, esimerkiksi kun entsymaattinen hydrolyysi tehdään alhaisella konversiolla, eli alhaisella hiilihydraattisaan-nolla, mikä mahdollistaa muuten alentuvan sokerikon-sentraation ja kasvavan säiliön tilavuuden kompensoinnin. Vaikka korkeamman kiintoainepitoisuuden saavuttamisesta ei olisikaan hyötyä, alhaisempi viskositeetti tekee vähemmän voimakkaan sekoitusvaiheen käytöstä helpompaa.

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä soveltuu erilaisina suoritusmuotoina käytettäväksi ligniinifraktioiden ja lignoselluloosafraktioiden muodostamiseen mitä erilaisimmista raakaligniineistä.

Keksintöä ei rajoiteta pelkästään edellä kuvattuun esimerkkiin, vaan monet muunnelmat ovat mahdollisia suojavaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

LIGININE FACTORY AND LIGININE COMPOSITION

FIELD OF THE INVENTION

The invention relates to lignin activity. In addition, the invention relates to a lignin composition.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Various methods of forming lignin from various raw materials, such as biomass, are known in the prior art. Many biorefinery processes, e.g. hydrolysis, produce crude lignin, such as the lignin residue, after hydrolysis of the biomass. This water-insoluble lignin residue generally contains a significant percentage of non-hydrolysed lignocellulosic particles.

Furthermore, it is already known to chemically treat lignin by dissolving lignin in a solvent such as NaOH, an alcohol-water mixture or an organic acid, and precipitating lignin with e.g. sulfuric acid or water. After that, pure lignin can be obtained, but the drawbacks of the known processes are the high operating and capital costs. Removal and / or recovery of the solvent or salt formed will result in additional costs. Lignin final dewatering is generally carried out by filtration. The size of the precipitated lignin particles is generally rather small, which negatively affects the filtration rate and the dry solids content of the filter cake.

PURPOSE OF THE INVENTION

It is an object of the invention to provide a novel method for forming a lignin strand. Another object of the invention is to provide a novel method for purifying lignin. One object of the invention is to provide a purified lignin composition having improved properties.

SUMMARY OF THE INVENTION

The lignin fraction of the present invention is characterized by what is set forth in claim 1.

The lignin composition of the present invention is characterized by what is stated in the protection requirement 11.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

The accompanying drawings, which are appended to the invention for clarification of the invention and which are part of this disclosure, describe some embodiments of the invention and are used in conjunction with the specification to assist in explaining the principles of the invention. In the drawings: Fig. 1 is a flowchart representation of a method according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a flowchart representation of a method according to another embodiment of the present invention, Fig. 3a shows raw ligne prior to release, and Fig. 3b shows raw alignin after release.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

In a method for forming a lignin fraction (6) from crude lignin (1), and preferably for purifying crude lignin to form a pure lignin fraction, the crude lignin (1) is processed by a processing step (24), which treatment step is mediated by enzymatic treatment, treatment with ionic fluid and combinations thereof. . The method comprises treating crude lignin (1) by releasing lignin in at least one lignin release step (3) to release lignin of lignin (1) so that lignin is released to form two solid phases, ligno cellulose and free lignin particles, and separation of the lignin fraction (6) by at least one separation step (6). 5). In a preferred embodiment, the lignin fraction (6) is purified crude ligand.

An embodiment of the present method is shown in Figure 1. Another embodiment of the present method is shown in Figure 2.

The apparatus comprises at least one release reactor (3) for releasing the crude lignin (1) in at least one release step, at least one separation device (5) for separating the lignin fraction (6) in at least one separation step for feeding at least one first feeder crude lignin (1) into the release reactor (3) ) and at least one second feeder for feeding treated crude lignin (4) from the discharge reactor (3) to the separating device (5).

Preferably, the crude lignin (1) is formed from the starting material (20). In this context, the starting material (20) means any wood or plant-based raw material. The starting material may include lignin, lignocellulose, cellulose, hemicellulose, glucose, xylose, extractives, and other biomass-specific structural components as well as foreign components such as enzymes or chemicals. In one embodiment, the starting material is selected from the group consisting of a wood-based raw material, a wood biomass, lignin-containing biomass such as agricultural waste, sugar cane waste and corn waste, multi-annual wood plants, tubular plants, recycled brown cardboard, deinking pulp and combinations thereof. In this context, crude lignin (1) means any material or composition containing lignin, essentially free of lignin. In one embodiment, the crude lignin contains less than 20 wt% of free lignin. In addition, crude lignin also contains lignocellulose having glucan units. Lignocellulose, such as glucan units, and lignin are bound to each other as a heterogeneous structure, which means that the lignin is typically not evenly distributed in the material. Crude lignin comprises mainly lignin and lignocellulose, but it may also contain hemicellulose. The crude lignin may contain one or more lignin material component. Crude lignin may contain different levels of lignin and glucan. In addition, crude algal may contain enzymes, especially after enzymatic treatment. Typically, the crude lignin is in the form of a suspension which contains water, acid, e.g. formic acid, acetic acid or sulfuric acid, alcohol or other liquid, or in the form of a cake, lump or the like. In one embodiment, the crude lignin is in the form of a suspension. Preferably, the crude lignin is a lignin residue derived from hydrolysis, e.g. cellulose.

In one embodiment, especially after treatment with an enzymatic treatment and / or ionic liquid, the crude lignin (1) contains a high proportion of carbohydrates in the form of a solid lignocellulose. After enzymatic treatment and / or treatment with ionic fluid, lignin is tightly bound to lignocellulose of crude lignin. An additional processing step is then required to release the lignin. The separation of lignin particles can be facilitated by the invention. Preferably, the separation is based on solids-solid separation. At the same time, the crude lignin is purified to give a lignin material that is more suitable for use in various applications. In the invention, the lignocellulose fraction can be recycled to enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis, and / or treatment with ionic liquid. An alternative option is to utilize the recovered lignocellulose fraction in an external application.

In one embodiment, the crude lignin is diluted with liquid, e.g., water. In one embodiment, WIS% (water-insoluble solids) of crude lignin is between 1 and 50%, or between 20 and 40%, in the release step. In one embodiment, WIS% (water-insoluble solids) of crude lignin is between 1 and 35%, or between 10 and 30%, or between 15 and 30%, in the separation step. Water-insoluble solids, WIS%, can be calculated as: WIS% = (weight of washed and dried material) / (wet wash sludge weight). The low consistency of the suspension facilitates mechanical separation of free lignin particles and lignocellulose particles. In one embodiment, the weight average particle size of the crude lignin is less than 1000 µm, preferably less than 500 µm.

In one embodiment, the cellulose content, i.e. the glucan content, of crude lignin (1) is from 3 to 70% by weight, preferably from 5 to 60% by weight, and more preferably from 10 to 60% by weight, analyzed as glucose.

In one embodiment, the lignocellulosic particles are in the form of fiber webs in crude lignin. In one embodiment, the lignocellulose particle has a weight average particle size of less than 1000 µm, in one embodiment less than 500 µm, and in one embodiment less than 300 µm.

Crude lignin has been processed by enzymatic treatment and / or ionic treatment (24). In one embodiment, the crude lignin is processed by enzymatic treatment and / or ionic liquid treatment after hydrolysis (21), in which hydrolysis of the crude lignin is formed from the starting material (20).

In one embodiment, the crude lignin is processed by enzymatic treatment (24). In one embodiment, the enzymatic treatment is enzymatic hydrolysis. In one embodiment, the crude lignin is formed from the starting material and processed by enzymatic hydrolysis.

In one embodiment, the crude lignin (1) is treated by removing water, washing, filtering and / or centrifuging at at least one washing and separation step (2) prior to lignin release (3). Preferably, the crude lignin (1) is washed and the soluble carbohydrates are separated prior to lignin release (3). Preferably, the soluble carbohydrates such as soluble C6 carbohydrates (14) can be separated from the crude lignin during the washing and separation step (2). In one embodiment, the apparatus comprises at least one device, e.g., a filter or centrifuge, for treating crude lignin (1) by removing water by washing, filtering and / or centrifuging at least one washing and separation step (2) prior to lignin release (3).

In one embodiment, the crude lignin (1) is treated by release in the presence of an acid. In one embodiment, the crude lignin (1) is treated by release of the acid. In one embodiment, the crude lignin (1) is released by a heat treatment such as hydrotreatment treatment in the lignin release step (3). In one embodiment, the crude lignin is released by autohydrolysis. In one embodiment, the crude lignin is released by hydrolysis of the dilute acid. In one embodiment, the crude lignin is released in two steps. In one embodiment, the second step is carried out without the acid and the second step with the acid. In one embodiment, the release reactor (3) is a cooker. In one embodiment, the release actor (3) is a glass lined cooker, e.g., a batch-operated glass-lined cooker, or a normal continuous cooking machine. In one embodiment, the release reactor (3) is a continuous tubular reactor with a short retention time and after which the pressure is released suddenly after the reactor phase. In one embodiment, the release reactor (3) is a percolation or flow-through reactor.

In one embodiment, the temperature is 130-400 ° C during lignin release (3). In one embodiment, the temperature is at least 170 ° C during lignin release (3). In one embodiment, the temperature is 170-240 ° C during lignin release (3). Upon release, free lignin is released from the crude ligand and two solid phases, lignocellulose and free lignin particles are formed. In one embodiment, when the crude lignin is treated by release, lignin release results in a steam detonation effect to facilitate the formation of free lignin particles and to reduce the particle sizes of the lignocellulosic particles. The most effective lignin release is achieved with a short retention time at high temperature, i.e., a so-called flash effect for lignin release. The optimal process conditions are set based on the properties of the crude lignin, the purified properties of the purified lignin and the lignocellulose fraction, as well as the economic and ecological values.

In one embodiment, water is added before lignin release (3). The temperature of the water can be about 20 to 100 ° C.

In one embodiment, the apparatus comprises at least two parallel release reactors (3) for releasing lignin of crude lignin (1). Preferably, the parallel reactors facilitate the continuous process. In one embodiment, the apparatus comprises at least two consecutive release reactors (3) for releasing lignin of crude lignin (1).

In one embodiment, the release treatment strength is between the hydrolysis of normal hemicellulose (C5) and cellulose (C6), i.e. the lowest possible intensity for lignin release. A typical pH-adjusted combined strength (CS) or strength index (SI) is between 1.5 and 2.5 (defined by the equation below), where t is the time in minutes and T is the temperature in degrees Celsius.

Low strength is preferred for dissolving the low cellulose percentage, since it improves the yield of C6 carbohydrate in the enzymatic process. Further advantages include the preservation of the natural reactivity of lignin and the higher selectivity of the release treatment resulting in a cleaner sugar solution.

In one embodiment, less than 70%, preferably less than 60%, more preferably less than 50%, and most preferably less than 40% glucan is soluble during lignin release (3).

Figure 3a shows an embodiment of crude lignin prior to lignin release, and Figure 3b shows an embodiment of crude lignin after lignin release. The darker circular shapes in Figure 3b are released lignin particles and the lighter colored material is lignocellulose.

In one embodiment, the cooking liquor from lignin release may be removed during or after lignin release. Soluble carbohydrates of cooking liquor can be recovered. Alternatively, the cooking liquor may be fed to the wastewater treatment plant as such or after further treatment.

In one embodiment, carbonate is added prior to lignin release. In one embodiment, carbonate is added during lignin release. In one embodiment, the carbonate is in the form of sodium carbonate, sodium bicarbonate, carbon dioxide, other suitable carbonate or derivatives thereof, or combinations thereof. The lignin particle size can be increased by the addition of carbonate. When CO2 is released during the release phase, the softened lignin particles swell inside the pores under the influence of expanding gas. Thereafter, lignin particles having a larger particle size may be more readily separated from crude lignin.

In one embodiment, the treated crude lignin (4) is cooled after lignin release (3).

In one embodiment, the treated crude lignin (4) is washed after lignin release (3).

In one embodiment, the lignin fraction (6) is separated in one or more separation steps (5) after the lignin release step (3). In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) is separated in one or more separation steps (5). In one embodiment, the separation is performed by mechanical separation. In one embodiment, the separation method is selected from the group consisting of centrifugal force, sedimentation, elutriation, filtration, flotation, screening, and combinations thereof. In one embodiment, separation is performed by centrifugal forces. In one embodiment, separation is carried out by sedimentation. In one embodiment, separation is performed by elutriation. In one embodiment, separation is performed by filtration. In one embodiment, separation is performed by flotation. In one embodiment, separation is performed by screening. In one embodiment, each separation step is performed by the same method. Alternatively, each separation step is performed by a different method. In one embodiment, the lignin fraction (6) is separated from the treated crude lignin (4) such that the remaining crude lignin is a lignocellulose fraction (7). In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) is separated from the treated crude lignin (4) so that the remaining crude lignin is a lignin traction (6). Preferably, the lignin fraction (6) is purified lignin.

In one embodiment, the apparatus comprises at least one separation device (5) for separating the lignin fraction (6) from the treated crude lignin (4) and preferably for cleaning the lignin fraction (6). In one embodiment, the apparatus comprises at least two separation devices (5). In one embodiment, the separation device is based on centrifugal forces, sedimentation, elutriation, filtration, flotation, screening, or combinations thereof. The separating device may be a reactor, a vessel, a container, a drum, a cyclone, a filter, a column, a cell, a pool, a thickener or the like. In one embodiment, at least one separation step for separating the lignin fraction is performed by centrifugal forces, e.g., a basket centrifuge or decanting centrifuge such as a solid centrifuge centrifuge, or by flotation, e.g., foam flotation or column flocculation.

In one embodiment, the separation of the lignin fraction (6) is carried out in one or more separation steps. In one embodiment, the separation is performed in one separation step. In one embodiment, the separation is performed in more than one separation step. In one embodiment, the separation is performed in three separation steps. In one embodiment, the separation device (5) comprises one or more separation steps. In one embodiment, the separation step comprises one or more separation devices. In one embodiment, the lignin fraction (6) is separated in the final separation step. In one embodiment, the lignin fraction (6) is separated between the two separation steps. In one embodiment, the lignin fraction (6) is separated in the first separation step. In one embodiment, the lignin fraction (6) is separated in the first separation step and then the lignin fraction is purified in subsequent separation steps. In one embodiment, the lignin fraction (6) is separated at each separation step. In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) is separated in the first separation step. In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) is separated in more than one separation step. In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) is separated at each separation step. In one embodiment, at least one separated lignocellulose stream is recycled to the desired separation step.

In another embodiment, the lignin fraction (6) is further purified by screening, preferably with a vibration screen, to remove carbon and sugar degradation products.

The separation can be carried out over a wide range of temperatures, e.g. at temperatures between 0 and 100 ° C. Higher temperatures generally make the difference easier due to lower viscosity. Generally, an almost natural process temperature is used to avoid heating or cooling.

In one embodiment, the stabilizer chemical (8) is added to the treated crude lignin (4) in connection with the separation step (5). In one embodiment, the stabilizing chemical (8) is added to the treated crude lignin (4) prior to the separation step (5). In one embodiment, the stabilizing chemical (8) is added to the treated crude lignin (4) during the separation step (5). In one embodiment, the apparatus comprises at least one feeder for adding a stabilizing chemical (8) to the treated crude lignin (4).

The stabilizing chemical (8) is added to the treated crude lignin (4) in at least one step. In one embodiment, the stabilizing chemical (8) is added to the treated crude lignin (4) in one step. In one embodiment, the stabilizing chemical (8) is added to the treated crude lignin in more than one step. In one embodiment, the stabilizing chemical (8) is added to the treated crude lignin at each separation step. In one embodiment, the stabilizing chemical (8) is added to the treated crude lignin in the first separation step and / or at least one subsequent separation step. Preferably, chemical stabilization and mechanical separation are performed.

In one embodiment, a stabilized chemical is added to the treated crude lignin and the crude lignin is mixed, preferably by high shear mixing. High shear mixing is advantageous because it facilitates adsorption of the chemical on the surfaces. The stabilizing chemical is mainly adsorbed onto lignocellulose particles.

In one embodiment, the stabilizing chemical (8) is a polysaccharide as such or a modified polysaccharide. In this context, the stabilizing chemical is typically a hydrophilic chemical. In one embodiment, the stabilizing chemical is selected from the group consisting of carboxymethylcellulose (CMC), polyanionic cellulose (PAC), other cellulose derivatives, e.g. , glycogen, callus, chrysolaminarine, native hemicellulose, modified hemicellulosis, xylan, mannan, galactomannan, galactoglucomannan (GGM), arabinoxylan, glucuronoxylan and xyloglucan, fucoidis, dextran, alginate, other polysaccharide and combinations thereof. Said stabilization micelle may be in native form or in modified form. In one embodiment, the stabilizing chemical is carboxymethylcellulose (CMC). In one embodiment, the stabilizing chemical is guar gum. Preferably, the function of the stabilizing chemicals is to keep the suspended lignocellulose particles stable during the chemical interaction. In this case, the treated lignocellulose particles remain in suspension, while the free lignin particles are separated from the suspension.

In one embodiment, wash water (9) can be added, e.g., at a temperature between 20 and 70 ° C, to a separating device (5), preferably at the final separation stage, for washing the lignin fraction (6). Alternatively, the lignin fraction (6) is washed after separation (5). In one embodiment, the lignin fraction is washed by displacement washing. The purified lignin can be easily neutralized in the washing step without negatively affecting the dewatering ability. In this context, washing water means any washing liquid or washing water. Washing water can be fresh water or recycled washing water. The wash water may be physically and / or chemically purified raw water as well as pure side stream from the biorefinery process, e.g. condensate from evaporation of the sugar. The separation process does not require ultrapure water, e.g., obtainable by ion exchange, distillation, or reverse osmosis.

In one embodiment, the lignin fraction (6) is in the form of a suspension, solid, sediment, slurry, cake or the like after the separation step. The lignin fraction (6) may also contain other components or substances than lignin particles. Preferably, the lignin fraction contains free lignin. In one embodiment, the lignin fraction contains more than 80%, preferably more than 85%, more preferably more than 90%, most preferably more than 95% lignin and less than 20%, preferably less than 15%, more preferably less than 10%, most preferably less than 5% glucan. The lignin content is defined as the combination of acid-insoluble and acid-soluble lignin.

In one embodiment, the lignin fraction (6) is treated after separation by removing water from the lignin fraction in at least one dewatering step (10) which can be selected from the separation methods described above or other suitable methods. In one embodiment, the dewatering is carried out in the separation step. In one embodiment, the lignin fraction (6) is treated by removing water in at least one filtration step, e.g., by a pressure filter or vacuum filter. In one embodiment, the lignin fraction (6) is treated by removing water in at least one purification separation step. In one embodiment, the lignin fraction is treated in a purification separation step by medium purification, e.g., by hydrocyclone, sedimentation, e.g., by thickening, elutriation, aggregation, flotation, flocculation, and / or screening. In one embodiment, the lignin fraction (6) is treated by grinding.

In one embodiment, the apparatus comprises at least one filtering device, e.g., a pressure filter or vacuum filter, for filtering and purifying the lignin fraction (6). In one embodiment, the apparatus comprises at least one dewatering device for removing water from the lignin fraction (6).

The removal of water from lignin can be improved by the present invention. Removal of the lignocellulosic sap articles clearly improves the removal of water from the lignin, as evidenced by the increasing filtration rate and / or higher solids content. Higher solids content means that lignin is more suitable for subsequent applications as such and less energy for drying.

In one embodiment, at least a portion of the ligno-cellulose fraction (7) containing lignocellulosic particles is recycled back to enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis, and / or treatment with an ionic liquid. In one embodiment, at least a portion of the lignocellulose fraction (7) is recycled from the separation step (5) to enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis, and / or treatment with ionic fluid. In one embodiment, at least a portion of the lignocellulose fraction (7) is recycled to a step prior to the treatment step (24), preferably prior to enzymatic treatment or treatment with an ionic liquid. In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) is recycled to a step between the hydrolysis process (21) and the processing step (24). In one embodiment, the lignocellulosic structure (7) is recycled to a slurry tank (23) arranged before the treatment step (24). Alternatively, at least a portion of the lignocellulosic fraction (7) can be recycled to a separate hydrolysis process. In one embodiment, the apparatus comprises a recycle means for circulating the lignocellulose fraction (7). In one embodiment, a feed system is used to circulate the lignocellulose fraction (7) from the separating device (5) to an enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis, and / or treatment with an ionic fluid.

Preferably, in the case of the enzymatic process, the raw material, e.g. wood material, can be utilized more efficiently in the process when the lignocellulose fraction (7) is recycled to enzymatic treatment such as enzymatic hydrolysis.

When the lignocellulose fraction (7) is recycled, the conversion can be reduced by enzymatic treatment or treatment with an ionic liquid. In one embodiment, the conversion decreases by at least 10%, or at least 20% of the previous optimal conversion rate. The enzyme dose is selected such that the desired glucan conversion to glucose is achieved by enzymatic treatment. Lower conversion allows reduction of enzyme dosage. The properties of the recycled lignocellulosic structure, particularly the small particle size, the low hemicellulose content and the low lignin content, may further reduce the enzyme dosage. In one embodiment, the feed consistency may be increased in the enzymatic treatment. This compensates for the otherwise lower cell concentration and the higher volume of enzymatic treatment tanks, such as containers for enzymatic hydrolysis, when lower conversion is used. Higher feed consistency is possible due to the lower viscosity of the pre-bonded starting material and the lignocellulose mixture compared to the pre-treated starting material alone. In a conventional process, a lower conversion would result in a corresponding decrease in the C6 sugar yield, but when the recovered lignocellulose fraction is recycled to enzymatic hydrolysis, the combined C6 yield is typically higher than that of a normal conversion level.

The lignocellulose fraction (7) may also contain other components or substances than carbohydrates such as glucan. In one embodiment, the lignocellosis lotion (7) is in the form of a suspension. This suspension contains a liquid such as water. In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) contains from 40 to 90%, preferably from 50 to 90%, more preferably from about 60 to 90% glucan and from 10 to 60%, preferably from 10 to 50%, more preferably from about 10 to 40% lignin after the separation step (5).

In one embodiment, water is removed from the lignocellulose fraction (7), e.g., by filtration, after separation (5).

In one embodiment, the lignocellulose fraction (7) is diluted to form a diluted lignocellulose fraction (13) after the separation step (5). In one embodiment, the liquid in the lignocellulose fraction displaces, partially or completely, fresh water required for dilution of the pretreated starting material prior to enzymatic hydrolysis.

According to the present invention, a lignin composition can be formed. The lignin composition contains a lignin fraction formed by the method described herein. The lignin composition may be used as a component in the preparation of a product, such as a final product, selected from the group consisting of activated carbon, carbon fiber, lignin composite, binder material, polymers, resins, phenolic component, dispersant, feed, food or a combination thereof. In one embodiment, the lignin composition is used as an adsorbent for an oil, a hydrocarbon composition or a heavy metal. In one embodiment, the lignin composition is used as a fuel for energy production.

In one embodiment, a lig nosellulose composition can be formed. The lignocellulose composition contains a lignocellulose fraction formed by the method described herein. The lignocellulose composition can be used as a component for the preparation of a product selected from the group consisting of composites, wood composites, lignin wood composites, wood plastic composites comprising composites formed of plastic, synthetic polymers, biopolymers, rubber or combinations thereof with wood, from resins , preferably as a filler in resins, wood-based materials, wood-based fillers, building materials, building boards, adhesive plates and / or other wood-based boards such as par-tile sheet, oriented large-particle board, particle board, intralumination, glue-wood, hardboard, wave-board, waferboard, fiber board, plywood , insulating material, packaging material, barrier material or foam material. In one embodiment, the lignocellulose composition is used as a fuel for energy production. In one embodiment, the lignocellulose composition is used as a raw material for the production of microcrystalline cellulose, nanocrystalline cellulose or nanofibralized cellulose. High crystallinity and small particle size support lignocellulose use in the production of microcrystalline cellulose or nanocrystalline cellulose.

In the present invention, the separation of the lignin fraction can be optimized. The method of the present invention provides a good quality lignin fraction and a lignin composition. In particular, the purity of the ligninif structure can be improved. By improving the lignin purity and increasing the dry solids content of the lignin fraction, improved properties can be obtained in the final product. In addition, the lignocellosis lotion fraction can be recovered. Thanks to the invention, the use of raw materials and enzymes can be reduced.

The invention provides a viable way of reducing conversion in enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis (EH), without negatively affecting sugar yield, sugar concentration or the size of the enzymatic hydrolysis tanks. In addition, the C 6 sugar yield can be improved in the process.

The invention preferably provides improved filterability. In addition, the invention enables the heating value of the lignin composition to be increased so that the heat value without drying can be improved by at least 50 o.

The present invention provides an industrially useful, simple and advantageous way of preparing a purified lignin-based composition and a lignocellulose-based composition. The method of the present invention is simple and simple to implement as a production process. The method of the present invention is suitable for use in the manufacture of various lignin and lignocellulose based products and end products from a variety of starting materials. Preferably, the crude lignin is purified by separating the lignocellulose particles. In addition, the lignin composition can be used as energy sources.

EXAMPLES

The invention will be described in more detail in the following examples with reference to the accompanying drawings.

Example 1 In this example, the lignin fraction (6) is formed according to the process of Figure 1.

The pretreated starting material is formed from the starting material (20), such as biomass, for example by hemihydrolysis (21). The preformed precursor material (22) formed is processed in the processing step (24), which is an enzymatic treatment such as enzymatic hydrolysis, or treatment with an ionic liquid to form crude lignin (1).

The crude lignin (1) is fed to the release reactor (3), e.g., a digester based on autohydrolysis or dilute hydrolysis of the dilute acid, to process the crude lignin by release, by means of a first feeder. Water may be added to the release reactor (3). The treated crude lignin (4) is fed from the release reactor (3) by means of a second feeder to a separation device (5) for separating the lignin fraction (6). Carboxymethylcellulose (8) can be added as a stabilizing chemical to crude lignin during separation. Preferably, the separation is carried out in more than one separation step. The lignin fraction (6) from the separator (5) is recovered. Also, the lignocellulose fraction (7) is separated. The lignocellulose fraction (7) can be recycled to enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis, or treatment with an ionic liquid.

Example 2 In this example, the lignin fraction (6) is formed according to the process of Figure 2.

The pretreated starting material is formed from the starting material (20), such as biomass, for example by hemihydrolysis (21). The preformed precursor material (22) formed is fed through a reflux tank (23) to a treatment step (24), which is an enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis, or treatment with an ionic liquid. The pretreated starting material (22) is processed in the processing step (24) to form the crude lignin (1).

The crude lignin (1) is filtered in a filtration apparatus (2) in which soluble carbohydrates (14) can be removed. Optionally, the crude lignin may be washed with water during or after filtration, preferably using displacement washing. The crude lignin (1) is then fed to the release reactor (3), e.g., a digester, preferably based on autohydrolysis or dilute hydrolysis of the dilute acid, to treat the crude lignin by release. Preferably, the apparatus comprises an end-of-steam blasting step. Water may be added to the release reactor. During or after the release, a liquid phase containing solubilized carbohydrates (15) can be separated. Preferably, the treated crude lignin (4) is washed after lignin release. The treated crude lignin (4) is fed from the release reactor (3) by means of a second feeder to the optional washing step and further to the separating device (5) to separate the lignin fraction (6). The lignocellulosic structure (7) is also separated. The carboxymethylcellulose (8) can be added as a stabilizing chemical to the crude lignin during separation. Preferably, the separation is carried out in more than one separation step. Washing with water (9), e.g. at a temperature between 20 and 60 ° C, can be added to the separating device (5), preferably in the final separation step, to wash the lignin fraction (6). The lignin fraction (6) from the separating device (5) is fed to a second filtering unit (10) for further processing of the lignin fraction (6), e.g., by a pressure filter. The lignin fraction (6) can be filtered and purified to form the final lignin composition (11).

The lignocellulose fraction (7) is recycled to enzymatic treatment, such as enzymatic hydrolysis, or treatment with an ionic liquid. The lignocellulose fraction (7) can be diluted in dilution step (12) to form a diluted lignocellulose fraction (13). Diluted lignocellulosic fractionation (13) is fed to the slurry tank (23) and recycled to the treatment step (24).

Example 3 In this example, lignin and lignocellulose fractions were formed.

Pre-treated biomass (PTB) was subjected to enthymatic hydrolysis with a commercial enzyme using 16% TS (total solids) feed. The enzyme dose was chosen so that after 48 h of hydrolysis, 80% glucose conversion was achieved. The residual solid material, i.e. crude lignin, was separated from the C6 carbohydrates by pressure filtration. The crude lignin was exposed to dilute acid for treatment in the release step. The crude lignin was released in the digester using the following conditions: 20.9% TS, time 210 min, temperature 181 ° C and sulfuric acid dosage 6 kg / t TS PTB. After the release treatment, the slurry was cooled in the reactor. After cooling, the pH of the slurry was 3.0.

Pressure filtration and displacement washing were used to separate the water-soluble material from the solid particles. The liberated lignin particles and the remaining lignocellulose particles were sequentially separated in four steps. The first step (coarser phase) gave a lignocellulose fraction and a semi-purified lignin fraction. The following steps (cleaner steps) were used to further purify the lignin fraction. The standard procedure was to recycle lignocellulose fractions from steps 2-4 upstream of the optimum steps of the separation process. Optionally, one or more steps (purification steps) may be used to further purify the lignocellulose fraction. The treated crude lignin was resuspended to give a 7% TS feed to the coarser phase. CMC (carboxymethylcellulose) was added at 10 kg / t TS and the temperature was 55 ° C. The slurry was pumped to a GEA Westfalia UCD205 decanter centrifuge at a feed rate of 23 kg / min using a drum speed of 2800 rpm. The separated lignin (heavy) fraction was resuspended, CMC 3 kg / t TS was added and the formed slurry was processed in the first cleaner step using a decant centrifuge. The next two cleaner stages were based on sedimentation. CMC was added at 1.5 kg / t TS in the second cleaner step, and the third cleaner step was carried out without CMC.

Lignin and carbohydrates were analyzed using TAPPI methods T-222 and T-UM 250. The results are shown in Table 1.

table 1

CL1 = crude lignin prior to boiler CL2 = crude lignin after digester LC / SS1 = lignocellulose fraction after separation step L / SS4 = lignin fraction after separation step 4

During the release phase, 15% of the glucan was hydrolyzed (solubilized), i.e. 85% of the glucan is available for enzymatic hydrolysis after 100% recovery. The lignin fraction L / SS4 was significantly cleaner than the crude lignin after the digester (CL2), indicating that the crude lignin is released from the lignin at least partially during hydrolysis of the dilute acid. The mechanical separation cannot be used to clean the crude lignin before the machine. The large biomass particles present in PTB complicated the purification of lignin because larger lignocellulosic particles tend to migrate to the heavy fraction (lignin fraction). Therefore, post-release hot blasting, e.g., steam blasting, is a preferred alternative for reducing particle size in practice. Higher conditions leading to a higher degree of glucan hydrolysis would significantly affect lignin release and subsequent separation.

Enzymatic hydrolysis was performed on a laboratory scale for a mixture of PTB and recycled lignocellulose LC / SS1 at a ratio of 87:13 in solids.

based on the total amount. The reference was the same enthymatic hydrolysis using 100% PTB material. The results are shown in Table 2.

Table 2

Based on the results, the recycled lignocellulose (Glu channel) was converted to glucose as effectively as the virgin PTB.

Example 4 In this example, the effect of the recycled lignocellulose fraction was shown on the rheology of the formed slurry. The lignocellulose strain isolated from Example 3 was used in the experiment. The ratio of PTB to recycled lignocellulose was set at 70:30 based on total solids. The suspension had a viscosity of 306 mPas (Brookfield 50 rpm). As a reference, the same pretreated biomass (PTB) was resuspended in pure water to give a suspension having a total solids (TS) of 16.8% and dissolved in water.

the solids content (WIS) was 16.5%. The suspension had a viscosity of 1876 mPas (Brookfield 50 rpm). This example demonstrates that mixing lignocellulose with pre-treated biomass provides unexpected rheological properties. This mainly shows the effect of the bipolar particle size distribution, but also the changed surface properties may be important. Lower viscosity allows for higher solids content, for example, when enzymatic hydrolysis is performed at low conversion, i.e., low carbohydrate yield, which allows otherwise reduced sugar concentration and increasing tank volume compensation. Although it would not be useful to achieve a higher solids content, a lower viscosity makes the use of a less powerful mixing step easier.

The method of the present invention is applicable in various embodiments for use in the formation of lignin fractions and lignocellulose fractions from the most diverse crude ligins.

The invention is not limited to the example described above, but many variations are possible within the scope of the inventive idea defined in the protection requirements.

Claims (13)

SUOJAVAATIMUKSE TPROTECTIVE CLOTHING T 1. Ligniinifraktio, joka on saatavissa menetelmällä, joka käsittää seuraavat vaiheet: muodostetaan ligniinifraktio raakaligniinistä, joka on prosessoitu käsittelyvaiheen avulla, joka käsittelyvaihe on valittu entsymaattisesta käsittelystä, käsittelystä ionisella nesteellä ja niiden yhdistelmistä, ja käsitellään raaka-ligniini vapauttamalla ligniiniä ainakin yhdessä ligniinin vapautusvaiheessa, ja erotetaan ligniinifraktio ainakin yhdessä ero-tusvaiheessa.A lignin fraction obtainable by a method comprising the steps of: forming a lignin fraction of crude ligne processed by a treatment step selected from an enzymatic treatment, treatment with an ionic liquid and combinations thereof, and treating the crude lignin by releasing lignin in at least one lignin release step, and separating the lignin fraction in at least one separation step. 2. Suojavaatimuksen 1 mukainen ligniinifraktio, jossa ligniinifraktio sisältää vapaata ligniiniä.The lignin fraction of claim 1, wherein the lignin fraction contains free lignin. 3. Suojavaatimuksen 1 tai 2 mukainen ligniini-fraktio, jossa ligniinifraktio on saatavissa menetelmällä, jossa ligniinin vapautus on hydroterminen käsittely tai laimean hapon hydrolyysi.A lignin fraction according to claim 1 or 2, wherein the lignin fraction is obtainable by a process wherein the lignin release is hydrothermal treatment or hydrolysis of the dilute acid. 4. Jonkin suojavaatimuksista 1-3 mukainen ligniinifraktio, jossa ligniinifraktio on saatavissa menetelmällä, joka lisäksi käsittää raakaligniinin käsittelemisen ennen ligniinin vapautusta poistamalla vettä, pesemällä, suodattamalla ja/tai sentrifugoimalla ainakin yhdessä pesu- ja erotusvaiheessa.The lignin fraction of any one of claims 1 to 3, wherein the lignin fraction is obtainable by a method further comprising treating the crude lignin prior to lignin release by removing water, washing, filtering and / or centrifuging at at least one wash and separation step. 5. Jonkin suojavaatimuksista 1-4 mukainen ligniinifraktio, jossa ligniinifraktio on saatavissa menetelmällä, joka lisäksi käsittää lignoselluloosafrakti-on erottamisen ainakin yhdessä erotusvaiheessa.The lignin fraction according to any one of claims 1 to 4, wherein the lignin fraction is obtainable by a method further comprising separating the lignocellulose fraction in at least one separation step. 6. Jonkin suojavaatimuksista 1-5 mukainen ligniinifraktio, jossa ligniinifraktio on saatavissa menetelmällä, jossa erotus tehdään useammassa kuin yhdessä erotusvaiheessa.A lignin fraction according to any one of claims 1 to 5, wherein the lignin fraction is obtainable by a method wherein the separation is carried out in more than one separation step. 7. Jonkin suojavaatimuksista 1-6 mukainen ligniinifraktio, jossa ligniinifraktio on saatavissa menetelmällä, joka lisäksi käsittää stabilointikemikaalin lisäämisen käsiteltyyn raakaligniiniin erotusvaiheen yhteydessä .The lignin fraction according to any one of claims 1 to 6, wherein the lignin fraction is obtainable by a method further comprising adding a stabilizing chemical to the treated crude lignin in the separation step. 8. Suojavaatimuksen 7 mukainen ligniinitraktio, jossa stabilointikemikaali on karboksimetyyliselluloosa (CMC) tai guarkumi.8. The lignin fraction of claim 7, wherein the stabilizing chemical is carboxymethylcellulose (CMC) or guar gum. 9. Jonkin suojavaatimuksista 1-8 mukainen ligniinitraktio, jossa ligniinitraktio on saatavissa menetelmällä, joka lisäksi käsittää ainakin lignoselluloo-safraktion osan kierrättämisen erotusvaiheesta entsy-maattiseen käsittelyyn tai käsittelyyn ionisella nesteellä .The lignin fraction according to any one of claims 1 to 8, wherein the lignin fraction is obtainable by a method further comprising recycling at least a portion of the lignocellulosic fraction from the separation step to enzymatic treatment or treatment with an ionic liquid. 10. Jonkin suojavaatimuksista 1-9 mukainen ligniinitraktio, jossa ligniinitraktio sisältää yli 80 % ligniiniä ja alle 20 % glukaania.The lignin extract according to any one of claims 1 to 9, wherein the lignin extract contains more than 80% lignin and less than 20% glucan. 11. Ligniinikoostumus, joka käsittää jonkin suojavaatimuksista 1-10 mukaisen ligniinitraktion.A lignin composition comprising a lignin traction according to any one of claims 1-10. 12. Suojavaatimuksen 11 mukainen ligniinikoostumus, jossa ligniinikoostumus on komponentti tuotteessa, joka on valittu ryhmästä, joka koostuu aktiivihiilestä, hiilikuidusta, ligniinikomposiitista, sideainema-teriaalista, polymeereistä, hartseista, fenolikomponen-tista, dispergointiaineesta, rehusta, elintarvikkeesta tai niiden yhdistelmästä.A lignin composition according to claim 11, wherein the lignin composition is a component of a product selected from the group consisting of activated carbon, carbon fiber, lignin composite, binder material, polymers, resins, phenol component, dispersant, feed, food or a combination thereof. 13. Suojavaatimuksen 11 mukainen ligniinikoostumus, jossa ligniinikoostumus on adsorbentti öljyä, hiilivetykoostumusta tai raskasmetalleja varten.The lignin composition of claim 11, wherein the lignin composition is an adsorbent for oil, hydrocarbon composition or heavy metals.
FIU20184202U 2015-05-29 2015-05-29 Lignin fraction and lignin composition FI12360U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FIU20184202U FI12360U1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Lignin fraction and lignin composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FIU20184202U FI12360U1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Lignin fraction and lignin composition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FI12360U1 true FI12360U1 (en) 2019-05-15

Family

ID=66474539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FIU20184202U FI12360U1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Lignin fraction and lignin composition

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI12360U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210323989A1 (en) Method and an apparatus for forming a lignin fraction, a lignin composition and its use
US20210309809A1 (en) Method and apparatus for separating lignocellulose particle fraction and lignin particle fraction, lignin particle composition, lignocellulose particle composition and their use
FI12359U1 (en) Fraction containing soluble carbohyrates
RU2736368C2 (en) Method of producing hemicellulose extracts
FI12360U1 (en) Lignin fraction and lignin composition
CN106676206B (en) Method for separating high-purity cellulose, lignin and sugar from lignocellulose by organic solvent-water combined treatment
FI129929B (en) A method for forming a lignin fraction and a lignin composition
US20160102285A1 (en) Methods and apparatus for continuous enzymatic hydrolysis of pretreated biomass
JP6947476B2 (en) Methods and equipment for cleaning crude lignin, soluble carbohydrate-containing fractions, solid fractions and their use
CN115885047A (en) Method and process arrangement for improved separation and solid product
Tong et al. Effect of CaCO3 and/or Polyaluminium Chloride (PAC) Treatment on the Main Components in Prehydrolysis Liquor of Whangee Dissolving Pulp
BR112016016204B1 (en) METHOD AND APPARATUS TO SEPARATE LIGNOCELLULOSE PARTICULATE FRACTION AND LIGNIN PARTICLE FRACTION

Legal Events

Date Code Title Description
FGU Utility model registered

Ref document number: 12360

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: U1