JP2010531215A - バイオマス成分の分離プロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の主目的は、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンなどのバイオマス成分を分離する処理プロセスを提供することである。
(発明の要旨)
したがって、本発明は、バイオマス成分、すなわち、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンを分離するプロセスを提供する。上記プロセスには以下の工程が含まれる。
a)アンモニア溶液中において、加圧下でリグニンを溶解して回収するため、所定の温度および圧力下で、前記バイオマス中の本質的なリグニンを溶解させることができるアルカリ化剤にバイオマスを接触させる工程。
b)ヘミセルロースを加水分解するために、工程(a)で残存した残渣と弱酸を、所定の温度および圧力下で反応させ、続いてバイオマスからこれを取り出す工程。
c)残存するバイオマスから高反応性セルロースを得る工程。
(a)少なくとも1つの注入口と少なくとも1つの排出口を有している、バイオマスを収容するための反応チャンバー。
(b)アルカリ化剤を貯蔵する少なくとも1つのシリンダであって、リグニンを溶解させるために反応チャンバーにアルカリ化剤を供給する反応チャンバーの注入口と流体連結されるシリンダ、
(c)水および/または弱酸の収容に適したリザーバであって、ヘミセルロースを加水分解するために水および/または酸を反応チャンバーに供給する反応チャンバーの注入口と流体連結されるリザーバ、
(d)反応チャンバーから、溶解したリグニンまたは加水分解されたヘミセルロースを受け取る、反応チャンバーの排出口に接続されたレシーバを備え、
反応チャンバーの注入口とバンクシリンダ、リザーバおよびボイラとの間の流体連結が、並列に操作されるよう構成されている。
(i)バイオマスの中に存在するリグニンのほとんどが、加圧濾過プロセスにより溶解、回収されるアンモニア処理。
(ii)糖分解産物を形成せずにバイオマス中のヘミセルロースのほとんどを五炭糖として加水分解し、ほとんどが高反応性のセルロースからなる残渣を得るための第1の工程により得られた残渣の酸処理。
−処理時間の増加に伴うスイートソルガムバガスに対する異なるアンモニア濃度の効果
約100gのスイートソルガムバガスが前処理反応器に充填されている。使用されるバガス粒子の大きさは、0.5〜1mmの範囲である。このバイオマスに対して、10%、または20%、または30%の異なる濃度のアンモニアが添加された。濃度が15%の最終固形物が得られるように、異なる量のアンモニア溶液を添加した。その後、反応器を、全ての場合において7.5Barの圧力に達するまで加熱した。10%、20%、および30%のアンモニアについて達した温度は、それぞれ、140℃、120℃、および90℃であった。反応器を加熱するため、直接蒸気注入を採用した。反応器中の内容物をさらに30分間、上記条件で保持した。保持時間経過後、内容物を加圧濾過され、加水分解物がレシーバに回収された。加水分解物/濾液は、糖分析によりセルロースとヘミセルロースの存在が分析された。得られた残渣は、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンについて分析した。結果を表3に示す。
1.本発明のアンモニア処理プロセスでは破砕工程は使用されないので、アンモニアの回収は極めて容易である。
2.本発明のプロセスは、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンなどの全ての成分を一度に分離し、ヘミセルロースは五炭糖に変換する。
3.本発明のプロセスには超臨界アンモニアは必要ない。
4.本発明のプロセスは、リグニン、セルロース、および五炭糖などの3種類の成分全てを高純度で分離する。
5.本発明のプロセスにおいては、成分の質は損なわれない。
6.本発明のプロセスにおいては、糖分解産物の形成は最小限である。
7.本発明のプロセスにおいて使用されるアルカリ化剤溶液は極めて容易に回収することができる。
8.本発明のプロセスにおいて使用されるアルカリ化剤溶液はリグニンの分離に適しているので、高純度のセルロースが得られる。
9.本発明のプロセスにより回収されたリグニンは極めて高純度であり、溶解したリグニンが加圧下で回収されるので、再堆積することはない。
10.本発明では、リグニンは他のバイオマス成分に影響を与えることなく回収される。
11.本発明で得られたセルロースは極めて反応性が高い。
Claims (11)
- a)加圧下でリグニンを溶解して回収するため、所定の温度および圧力下で、前記バイオマス中の本質的なリグニンを溶解させることができるアルカリ化剤を前記バイオマスに接触させる工程と、
b)ヘミセルロースを加水分解するために、工程(a)により残存した残渣と、弱酸または水を、所定の温度および圧力下で反応させ、続いてバイオマスからこれを取り出す工程と、
c)前記残存バイオマスから高反応性セルロースを得る工程と、
を備えるバイオマス成分、すなわち、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンを分離するプロセス。 - 前記アルカリ化剤が、アンモニアまたはその誘導体を含む群より選択される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記アルカリ化剤が、90℃〜200℃の温度範囲、かつ7.5Bar〜25Barの圧力範囲でバイオマスと接触する、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記アルカリ化剤が、1分〜30分、好ましくは5分〜10分の範囲時間で前記バイオマスと接触する、請求項1に記載のプロセス。
- 前記アンモニア濃度が、10%〜30%の範囲である、請求項1から4のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記弱酸が、0.25%〜2%の濃度を有する鉱酸を含む群より選択される、請求項1から5のいずれかの1項に記載のプロセス。
- 前記弱酸は、120℃〜200℃の温度範囲、かつ1.5Bar〜20Barの圧力範囲で前記残存バイオマスと反応する、請求項1から6のいずれか1項に記載のプロセス。
- (a)少なくとも1つの注入口と少なくとも1つの排出口を有している、バイオマスを収容する反応チャンバーと、
(b)アルカリ化剤を貯蔵する少なくとも1つのシリンダであって、リグニンを溶解させるために反応チャンバーにアルカリ化剤を供給する反応チャンバーの注入口と流体連結されるシリンダと、
(c)水および/または弱酸の収容に適したリザーバであって、ヘミセルロースを加水分解するために水および/または酸を反応チャンバーに供給する反応チャンバーの注入口と流体連結されるリザーバと、
(d)反応チャンバーから、溶解したリグニンまたは加水分解されたヘミセルロースを受け取る、反応チャンバーの排出口に接続されたレシーバと、
を備え、
前記反応チャンバーの前記注入口とシリンダバンク、リザーバおよびボイラとの間の前記流体連結が、並列に操作されるよう構成されている、バイオマスの分離システム。 - 前記ボイラが、前記反応チャンバーに蒸気を供給する前記反応チャンバーの前記注入口に流体連結される、請求項17に記載のシステム。
- 前記レシーバが、前記ボイラと流体連結される、請求項17に記載のシステム。
- アンモニアを回収し再利用するためのサージタンク、流体サイクロン、および2つの吸収体を備えたアンモニア吸収システムを備える、請求項17に記載のシステム。
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