JP5165419B2 - Bioethanol production system using lignocellulose as a raw material - Google Patents
Bioethanol production system using lignocellulose as a raw material Download PDFInfo
- Publication number
- JP5165419B2 JP5165419B2 JP2008059753A JP2008059753A JP5165419B2 JP 5165419 B2 JP5165419 B2 JP 5165419B2 JP 2008059753 A JP2008059753 A JP 2008059753A JP 2008059753 A JP2008059753 A JP 2008059753A JP 5165419 B2 JP5165419 B2 JP 5165419B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooking
- sulfite
- kraft
- black liquor
- pulp
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Paper (AREA)
Description
本発明は、リグノセルロースを原料としてバイオエタノールを製造するためのシステムおよび方法に関する。本発明は、クラフト法とサルファイト法でパルプを併産する設備およびバイオエタノール製造設備を備えるパルプ工場で、回収熱エネルギーなどを最大限有効利用したバイオエタノールの生産システムに関する。 The present invention relates to a system and method for producing bioethanol from lignocellulose as a raw material. The present invention relates to a bioethanol production system that makes maximum use of recovered heat energy and the like in a pulp factory equipped with a facility for co-producing pulp by a kraft method and a sulfite method and a bioethanol production facility.
近年、環境意識の高まりなどによりバイオマスの有効利用に関する検討が盛んに行われている。バイオマスを原料として製造されるバイオエタノールは、例えば、ガソリン代替物質としてのさらなる普及が期待されることもあり、バイオマス原料としてリグノセルロースを利用して糖を製造し、エタノール発酵によりエタノールを得る技術に対する関心は極めて高い。 In recent years, studies on effective use of biomass have been actively conducted due to an increase in environmental awareness. Bioethanol produced using biomass as a raw material may be expected to spread further, for example, as an alternative to gasoline, and is a technology that produces lignocellulose as a biomass raw material and produces ethanol by ethanol fermentation. Interest is extremely high.
リグノセルロースを原料とするバイオエタノール
一般に、リグノセルロースを原料としたバイオエタノールの製造は、リグノセルロース中のセルロースやヘミセルロースなどの多糖類を発酵に利用可能な糖に分解し、得られた糖を微生物や酵母などの働きによりエタノールに変換することによって行われる。セルロースやヘミセルロースなどの多糖類を糖に分解する方法は、(1)鉱酸を用いて加水分解する酸糖化法、(2)酵素または酵素を生産する微生物を用いて加水分解する酵素糖化法に大別される。さらに、酸糖化法では、鉱酸として濃硫酸または希硫酸が用いられることが多く、それぞれ、濃硫酸法、希硫酸法と呼ばれている。
Bioethanol using lignocellulose as a raw material Generally, the production of bioethanol using lignocellulose as a raw material involves the decomposition of polysaccharides such as cellulose and hemicellulose in lignocellulose into sugars that can be used for fermentation, and the resulting sugars are microorganisms. It is performed by converting into ethanol by the action of yeast or the like. The methods for degrading polysaccharides such as cellulose and hemicellulose into sugars are (1) acid saccharification method using a mineral acid and (2) enzyme saccharification method using an enzyme or a microorganism that produces the enzyme. Broadly divided. Furthermore, in the acid saccharification method, concentrated sulfuric acid or dilute sulfuric acid is often used as a mineral acid, which are called concentrated sulfuric acid method and dilute sulfuric acid method, respectively.
濃硫酸法では、リグノセルロースの加水分解は比較的容易に進行し、得られた木糖由来のグルコースがエタノール発酵に供される。しかし、工業的に濃硫酸法を適用する場合、濃硫酸とグルコースとを分離し、濃硫酸を回収・再利用する必要がある。また、一見すると生産コストは低いように思われるが、硫酸に起因する装置の腐食が激しいために、硫酸腐食に耐え得る特殊な材質や装置の使用は避けられず、設備投資が莫大となる。これに加えて、設備の保守・管理に要する労力やコストも極めて高く、また、操業には大きな危険を伴う。さらに、高収率で糖を得るためにはリグノセルロースを粉末状にする、あるいは、十分に乾燥するなどの前処理が必要であるため、更なる動力・熱エネルギーコストを要する。さらにまた、残渣であるリグニンの処理が必要になるが、リグニンが水に不溶性であるため取り扱いが非常に困難である。例えば、リグニンを燃料としてとして使用する場合、リグニンが水に不溶性であるため、後述するパルプ製造設備で使用されている回収ボイラー中で噴霧・燃焼するような処理は適用できない。このため、残渣リグニンを分離、回収、洗浄、中和、乾燥、ペレット化して燃焼する方法などが提案されているものの、乾燥コストがかかるばかりか、洗浄廃液である希硫酸の中和処理に更なる費用と手間を必要とする。また、ペレット化には二軸押出し機などが必要となるため、バイオマスを総合的に有効利用するためには、製造工程が複雑になってしまう。リグニンをその他の用途に使用できる可能性はあるが、具体的な応用分野は見出されてないのが現状である。 In the concentrated sulfuric acid method, the hydrolysis of lignocellulose proceeds relatively easily, and the glucose derived from the obtained sugar is subjected to ethanol fermentation. However, when the concentrated sulfuric acid method is applied industrially, it is necessary to separate concentrated sulfuric acid and glucose, and collect and reuse concentrated sulfuric acid. Also, at first glance, the production cost seems to be low, but because the corrosion of the equipment due to sulfuric acid is severe, the use of special materials and equipment that can withstand sulfuric acid corrosion is unavoidable, and the capital investment is enormous. In addition to this, the labor and cost required for maintenance and management of facilities are extremely high, and there is a great danger in operation. Furthermore, in order to obtain a sugar with a high yield, pretreatment such as making lignocellulose into a powder form or sufficiently drying is necessary, so that further power and thermal energy costs are required. Furthermore, it is necessary to treat the residual lignin, but it is very difficult to handle because lignin is insoluble in water. For example, when lignin is used as a fuel, since lignin is insoluble in water, it is not possible to apply a process of spraying and burning in a recovery boiler used in a pulp production facility described later. For this reason, methods for separating, recovering, washing, neutralizing, drying, pelletizing and burning residual lignin have been proposed. Cost and hassle. Moreover, since a twin screw extruder etc. are needed for pelletization, in order to utilize biomass comprehensively, a manufacturing process will become complicated. Although there is a possibility that lignin can be used for other purposes, no specific application field has been found.
また、希硫酸法も、濃硫酸法と同様の問題を抱えている。さらに、希硫酸法の場合、加水分解には複数の工程が必要となる。また、加水分解に使用された希硫酸は、回収・再利用されることはなく、使用後に中和処理されて石膏として処理する必要がある。また、糖化率についても十分なレベルであるとは言い難く、ヘミセルロースや比較的低分子のセルロースが分解されているにすぎない。糖化率を向上させる方法として、処理条件の強化や濃硫酸の併用などが検討されているが、過度の処理を施した場合、糖が発酵阻害物質などに変性するなどの問題が新たに生じる。 The dilute sulfuric acid method also has the same problems as the concentrated sulfuric acid method. Furthermore, in the case of the dilute sulfuric acid method, the hydrolysis requires a plurality of steps. Moreover, the dilute sulfuric acid used for the hydrolysis is not recovered and reused, and needs to be neutralized after use and treated as gypsum. Further, it is difficult to say that the saccharification rate is at a sufficient level, and only hemicellulose and relatively low molecular weight cellulose are decomposed. As a method for improving the saccharification rate, strengthening of treatment conditions and combined use of concentrated sulfuric acid have been studied. However, when excessive treatment is performed, a problem such as degeneration of sugar into a fermentation inhibitor or the like newly arises.
これらの課題を解決するため、プロセスを簡略化した方法(特許文献1)、濃硫酸を用いた方法(特許文献2)、硫酸法、希硫酸法の課題を解決するための技術として加圧熱水を用いた方法(特許文献3)などが提案されているが、いずれも従来の課題を十分に解決しているとは言い難く、また、残渣として残るリグニンの有効利用に関する検討が全くなされていない。 In order to solve these problems, a method in which the process is simplified (Patent Document 1), a method using concentrated sulfuric acid (Patent Document 2), a sulfuric acid method, and a technique for solving the problems of the dilute sulfuric acid method are applied with pressure Although a method using water (Patent Document 3) has been proposed, it is difficult to say that all of the conventional problems have been sufficiently solved, and there has been no study on effective use of lignin remaining as a residue. Absent.
一方、酵素糖化法では、原料であるリグノセルロースを前処理して酵素処理するのが一般的である。前処理としては、希酸や高温水による前加水分解、アルカリ処理などが挙げられ、これは主として酵素反応を阻害するリグニン成分を除去するために実施される。なお、前処理廃液中にはリグニンやヘミセルロースなどが含まれているが、有効利用されずに廃棄されている。前処理に続いて、リグノセルロースは分解酵素の作用により糖化されるが、残留リグニンなどの阻害要因により糖化効率が高いとは言い難い。このため、高価な酵素を大量に使用する必要があるためにコストアップが避けられず、工業化した場合には採算性が合わないなどの問題がある。これらの課題の解決策として、糖化に用いた酵素を限外濾過などにより回収する方法が考えられているが、リグノセルロース残渣などに吸着し、十分に酵素が回収されていないのが現状である。また、連続糖化槽を設けて酵素の損失を抑える方法(特許文献4)が提案されているが、処理に長時間を要すなどの問題を抱えている。また、酵素処理の前処理として酸処理する方法(特許文献5、6)、熱水処理する方法(特許文献7、8)が提案されているが、いずれも課題の解決には至ってない。 On the other hand, in the enzymatic saccharification method, the lignocellulose as a raw material is generally pretreated and subjected to an enzyme treatment. Examples of the pretreatment include prehydrolysis with dilute acid and high-temperature water, alkali treatment, and the like, and this is mainly carried out to remove lignin components that inhibit the enzyme reaction. The pretreatment waste liquid contains lignin, hemicellulose, etc., but is discarded without being effectively used. Following the pretreatment, lignocellulose is saccharified by the action of degrading enzymes, but it is difficult to say that saccharification efficiency is high due to inhibiting factors such as residual lignin. For this reason, since it is necessary to use a large amount of expensive enzymes, a cost increase cannot be avoided, and there is a problem that profitability does not match when industrialized. As a solution to these problems, a method of recovering the enzyme used for saccharification by ultrafiltration or the like has been considered, but the present situation is that the enzyme is not sufficiently recovered by adsorbing to lignocellulose residue or the like. . Moreover, although the method (patent document 4) which suppresses the loss of an enzyme by providing a continuous saccharification tank is proposed, it has problems, such as requiring a long time for a process. Moreover, although the method (patent documents 5, 6) and the method of hydrothermal processing (patent documents 7, 8) which are acid-treated as a pre-process of enzyme treatment are proposed, neither has reached the solution of a subject.
以上のように、酸糖化法や酵素糖化法によるリグノセルロースからのバイオエタノールの製造は、非常に非効率・高コストであるばかりでなく、バイオマスの有効利用の観点からも有効なシステムとは言い難い。また、従来の技術は、テストプラントや小規模試験製造設備で実施・検討されているにすぎず、商業的に大量生産が可能な有効なシステムは未だ確立されていない。このため、近年、バイオエタノールがエネルギー問題の重要な解決手段として取り上げられ、ガソリンを代替するエネルギー源として普及しつつあるが、使用されているバイオエタノールは、もっぱら、単糖に分解し易いとうもろこし、小麦、廃糖蜜などの穀物原料から製造されているのが現状である。 As described above, the production of bioethanol from lignocellulose by the acid saccharification method or the enzymatic saccharification method is not only very inefficient and expensive, but also an effective system from the viewpoint of effective use of biomass. hard. In addition, the conventional technology is only being implemented and studied in a test plant and a small-scale test manufacturing facility, and an effective system capable of mass production commercially has not yet been established. Therefore, in recent years, bioethanol has been taken up as an important solution to the energy problem and is becoming popular as an energy source to replace gasoline. However, the bioethanol used is corn that is easily decomposed into monosaccharides, It is currently manufactured from cereal raw materials such as wheat and molasses.
パルプ製造工程
リグノセルロースを取り扱う大規模な設備として、パルプの製造設備がある。一般に、木材パルプ製造工程は、商業規模での実施方法が確立されており、極めて効率的なシステムであることが知られている。
Pulp manufacturing process As a large-scale facility for handling lignocellulose, there is a pulp manufacturing facility. In general, a wood pulp manufacturing process has been established on a commercial scale and is known to be a very efficient system.
リグノセルロースを原料とするバイオエタノールの製造方法として、木材パルプ製造工程で副産されるパルプ黒液(特に、サルファイト法による黒液)を利用する方法が知られている。黒液とは、薬液を用いて高温、高圧下で木材チップを蒸解することにより副産される溶液であり、薬液および繊維素以外の木材からの溶出成分を含む。 As a method for producing bioethanol using lignocellulose as a raw material, a method using pulp black liquor (particularly, black liquor by sulfite method) by-produced in a wood pulp production process is known. Black liquor is a solution produced as a by-product by cooking wood chips under high temperature and high pressure using a chemical solution, and contains elution components from wood other than the chemical solution and fiber.
クラフト(KP)法
パルプの製造方法は、クラフト(KP)法とサルファイト(SP)法に大別される。クラフト法は、パルプ収率、パルプ強度の点で優れており、木材チップ中のリグニンを可溶化・除去することを特徴とする。パルプ収率、パルプ強度に優れるため、現在、製紙用パルプの多くはクラフト法により製造されている。
Kraft (KP) Method The pulp production method is roughly divided into a kraft (KP) method and a sulfite (SP) method. The kraft method is excellent in terms of pulp yield and pulp strength, and is characterized by solubilizing and removing lignin in wood chips. Because of its excellent pulp yield and pulp strength, many papermaking pulps are currently produced by the kraft method.
苛性ソーダと硫化ソーダを水に溶解して蒸解液を調製し、アルカリ条件下でリグニンを可溶化・除去してヘミセルロースを高含有するセルロース繊維(クラフトパルプ)を取り出す。クラフト黒液にはリグニンなどの有機成分や蒸解薬品などの無機成分が含まれているが、エタノール発酵に利用可能な単糖成分はあまり含まれていない。このためクラフト黒液は通常、濃縮された後に回収ボイラー中に霧状に噴射・燃焼され、リグニンなどの有機物は熱エネルギーとして、無機物は蒸解薬品として回収・再利用されるのが一般的である。その際、一連の過程で失われたナトリウム分と硫黄分を補給するために硫酸ナトリウムを添加する等のことも行なわれる。無機物は主として炭酸ナトリウムおよび硫化ナトリウムとして回収されるが、これらの無機物はスメルトと呼ばれる溶融状態で回収ボイラー底から取り出される。回収ボイラーから取り出されたスメルトは、水または弱液(炭酸カルシウムを水洗浄した後に得られる、白液成分を微量含んだ液)で溶解されて緑液となる。さらに、後続する苛性化工程によって、緑液中の炭酸ナトリウムが蒸解薬品である水酸化ナトリウムに変換される。苛性化工程は、(1)生石灰を消石灰に変える消和反応と、(2)消石灰と緑液とを混合し水酸化ナトリウムと軽質炭酸カルシウムを生成する苛性化反応によりなる。得られた液は白液と呼ばれ、軽質炭酸カルシウムと分離・清澄化されて蒸解工程へ送られる。 Dissolve caustic soda and sodium sulfide in water to prepare a cooking solution, solubilize and remove lignin under alkaline conditions to take out cellulose fibers (kraft pulp) containing a high amount of hemicellulose. Kraft black liquor contains organic components such as lignin and inorganic components such as cooking chemicals, but does not contain much monosaccharide components that can be used for ethanol fermentation. For this reason, kraft black liquor is usually concentrated and then sprayed and burned into a recovery boiler in the form of a mist. Organic substances such as lignin are generally recovered and reused as thermal energy and inorganic substances as cooking chemicals. . At that time, sodium sulfate is added to replenish sodium and sulfur lost in a series of processes. Inorganic substances are mainly recovered as sodium carbonate and sodium sulfide, but these inorganic substances are taken out from the bottom of the recovery boiler in a molten state called smelt. The smelt taken out from the recovery boiler is dissolved in water or a weak liquid (a liquid containing a small amount of white liquor component obtained after washing calcium carbonate with water) to become a green liquid. Furthermore, sodium carbonate in the green liquor is converted to sodium hydroxide, which is a cooking chemical, by a subsequent causticizing step. The causticizing process consists of (1) a soothing reaction that converts quick lime to slaked lime, and (2) a causticizing reaction that mixes slaked lime and green liquor to produce sodium hydroxide and light calcium carbonate. The resulting liquid is called white liquor, separated and clarified from light calcium carbonate, and sent to the cooking process.
しかし、クラフト法における回収工程の課題として、ナトリウム分や硫黄分の回収率バランスが変動し、系全体のバランスを最適に保つことが困難になることが挙げられる。例えば、硫化度が高くなりすぎた場合には、硫黄分を系外に放出する必要がある。また、アルカリ回収率が極度に高く、硫酸ナトリウムの補給量が少ない工場では、ナトリウム分の回収量を調節する、あるいは、硫黄分を添加・補給するなどの調整が必要となる。 However, the problem of the recovery process in the kraft method is that the recovery rate balance of sodium and sulfur varies and it becomes difficult to keep the balance of the entire system optimal. For example, when the degree of sulfidation becomes too high, it is necessary to release sulfur from the system. Further, in a factory where the alkali recovery rate is extremely high and the amount of sodium sulfate replenished is small, it is necessary to adjust the amount of sodium recovered, or the addition or replenishment of sulfur.
また、クラフト法でパルプ中のセルロース含量を高くするための方法として、蒸解の前処理として加水分解を行う前加水分解クラフト(PHKP)法がある。PHKP法ではクラフト蒸解の前処理として前加水分解が実施され、前加水分解工程では一般に170〜240℃の条件下で木材チップを処理し、水または希酸の作用によりヘミセルロースとセルロースの結合を破壊する。前加水分解で発生する黒液中には、セルロースから分離したキシラン、グルコマンナンなどのヘミセルロースや、これらヘミセルロースの分解により生成した単糖が含まれている。しかし、単糖の量が十分でないため、前加水分解で発生した黒液をエタノール発酵に利用するためには、黒液中のヘミセルロースを再度加水分解するなどの処理が必要となる(特許文献9)。また、前加水分解処理が過度な場合、生成した糖がフルフラールやタールなどのエタノール発酵阻害物質に変化するため、処理条件の最適化が必須となる(非特許分文献1)。また、前加水分解によって木材中のリグニンもある程度分離されるが、これらのリグニンは水に対して不溶性であり、酸の作用によって縮合・沈殿して機械的トラブルを発生させることがある。また、再縮合したリグニンは繊維表面へ再吸着されやすく、後続するクラフト蒸解で脱リグニンが促進され難くなる。これらの問題は特に針葉樹で顕著であるため、前加水分解法が針葉樹材に適用されることはほとんどなく、使用できる樹種にも制限がある。以上の理由により、前加水分解で発生するクラフト黒液をエタノール発酵に使用することはほとんどない。 Moreover, as a method for increasing the cellulose content in pulp by the kraft method, there is a prehydrolysis kraft (PHKP) method in which hydrolysis is performed as a pretreatment for cooking. In the PHKP method, pre-hydrolysis is performed as a pretreatment for kraft cooking, and in the pre-hydrolysis process, wood chips are generally treated under conditions of 170 to 240 ° C, and the bond between hemicellulose and cellulose is broken by the action of water or dilute acid. To do. The black liquor generated by the prehydrolysis contains hemicelluloses such as xylan and glucomannan separated from cellulose, and monosaccharides produced by the decomposition of these hemicelluloses. However, since the amount of monosaccharide is not sufficient, in order to use the black liquor generated in the prehydrolysis for ethanol fermentation, a treatment such as rehydrolysis of hemicellulose in the black liquor is required (Patent Document 9). ). Moreover, since the produced | generated saccharide | sugar changes into ethanol fermentation inhibitors, such as a furfural and a tar, when a prehydrolysis process is excessive, optimization of a process condition becomes essential (nonpatent literature 1). In addition, lignin in wood is also separated to some extent by prehydrolysis, but these lignins are insoluble in water and may cause mechanical troubles by condensation and precipitation due to the action of acids. In addition, the recondensed lignin is easily re-adsorbed on the fiber surface, and the subsequent kraft cooking hardly promotes delignification. Since these problems are particularly prominent in coniferous trees, the prehydrolysis method is rarely applied to coniferous wood, and the tree species that can be used are also limited. For the above reasons, kraft black liquor generated by prehydrolysis is rarely used for ethanol fermentation.
サルファイト(SP)法
サルファイト法は、セルロース含有量の高いパルプを製造できる点で優れており、木材中のリグニンを可溶化・除去することを特徴としている。亜硫酸ガスを吸収させた薬液を用いて、多くは酸性条件下で木材チップを蒸解する。リグニンはリグニンスルホン酸に変化させて可溶化し、ヘミセルロースは加水分解により除去することによってセルロース繊維(サルファイトパルプ)を取り出す。蒸解ベースとしては、カルシウムベース、マグネシウムベース、アンモニアベース、ナトリウムベースなどが挙げられる。カルシウムベースのサルファイト法では、フェノール成分やタンニン類を高含有する樹種の蒸解が困難であるため、使用できる樹種が限られていたが、可溶性ベースを使用する技術の進歩に伴って使用可能な樹種が増え、特にナトリウムベースは応用範囲が広く従来サルファイト法では使用困難とされていた竹等も使用可能となった。
Sulphite (SP) method The sulphite method is superior in that a pulp having a high cellulose content can be produced, and is characterized by solubilizing and removing lignin in wood. In many cases, wood chips are digested under acidic conditions using chemicals that have absorbed sulfur dioxide. Lignin is changed to lignin sulfonic acid to solubilize, and hemicellulose is removed by hydrolysis to take out cellulose fibers (sulfite pulp). The cooking base includes calcium base, magnesium base, ammonia base, sodium base and the like. In the calcium-based sulfite method, it is difficult to digest tree species that contain a high amount of phenolic components and tannins, so the number of trees that can be used is limited, but it can be used with the advancement of technology using soluble bases. The number of tree species has increased. In particular, the base based on sodium has a wide range of applications, and bamboo, which has been considered difficult to use in the conventional sulfite method, can be used.
また、サルファイト法により副産される黒液は、リグニンスルホン酸、蒸解薬品などの無機成分、ヘミセルロースやセルロースが加水分解されて生成した糖分が豊富に含まれており、有用な木質系バイオマス資源として利用されている。例えば、黒液中のリグニンスルホン酸は酸性から中性領域で水可溶性であり取り扱いやすく、粘結性、分散性に優れるため、液体または粉末品としてコンクリート混和剤、染料分散剤、凝結剤、砂塵飛散防止剤などの用途で使用されている。 The black liquor produced as a by-product of the sulfite method is rich in lignin sulfonic acid, inorganic components such as cooking chemicals, and sugars produced by hydrolysis of hemicellulose and cellulose, making it a useful woody biomass resource. It is used as. For example, lignin sulfonic acid in black liquor is water-soluble in the acidic to neutral range, easy to handle, and excellent in caking and dispersibility, so it is a concrete admixture, dye dispersant, coagulant, and dust as a liquid or powder product. Used in applications such as anti-scattering agents.
また、前述のごとく、黒液中には糖分が豊富に含まれているため、アンモニア、リン酸アンモニア、尿素などの栄養源を添加し、飼料用酵母の培養やエタノール発酵用の栄養源として供されてきた。一般に、飼料用酵母の培養にはTolula酵母などが使用され、エタノール発酵の場合にはSaccharomyces酵母が使用されてきた。しかし、Saccharomyces酵母は黒液中のヘキソースのみを消費するため、サルファイト黒液を用いてエタノール発酵するには、糖成分としてグルコース、マンノース、アラビノースなどのヘキソースを豊富に含む針葉樹のサルファイト黒液が主として使用され、キシロースなどのペントースを多く含む広葉樹のサルファイト黒液は、エタノールの生産効率が悪いので不適とされていた。このように、サルファイト黒液を利用したエタノール発酵は、針葉樹をサルファイト蒸解するパルプ工場でしか実施できないため、減少の一途をたどり、現在では事業化している工場は非常に少ないのが現状である。しかし、近年になってペントースを利用してエタノールを生成する遺伝子組換え菌が発明されており、針葉樹・広葉樹を問わずサルファイト黒液の更なる有効利用が期待されている。 In addition, as described above, the black liquor is rich in sugars, so nutrient sources such as ammonia, ammonium phosphate, and urea are added to serve as nutrient sources for feed yeast culture and ethanol fermentation. It has been. In general, Tolula yeast or the like has been used for culturing feed yeast, and Saccharomyces yeast has been used for ethanol fermentation. However, since Saccharomyces yeast consumes only hexose in black liquor, ethanol fermentation using sulfite black liquor requires coniferous sulfite black liquor rich in hexoses such as glucose, mannose and arabinose as sugar components. Is mainly used, and hardwood sulfite black liquor containing a large amount of pentose such as xylose has been regarded as inappropriate due to poor ethanol production efficiency. In this way, ethanol fermentation using sulfite black liquor can only be carried out in pulp mills that sulfite digest conifers, so it has been steadily decreasing and currently there are very few factories that are commercialized. is there. However, in recent years, genetically modified bacteria that produce ethanol using pentose have been invented, and further effective utilization of sulfite black liquor is expected regardless of conifers and broadleaf trees.
また、サルファイト黒液を回収ボイラーで燃焼して熱エネルギーと無機薬品として回収する方法も、クラフト黒液と同様に従来から行われている。しかし、サルファイト法では、蒸解に使用するベースによって異なる薬品回収工程が必要になるという問題がある。マグネシウムベースを使用する場合、マグネシウム分は酸化マグネシウム、硫黄分は亜硫酸ガスを経て回収され、蒸解薬品として再利用される。一方、ナトリウムベースを使用する場合、クラフト黒液の場合と同じプロセスで、サルファイト黒液中のナトリウム分は炭酸ソーダとして、硫黄分は硫化ソーダとして回収されるが、硫化ソーダはそのままではサルファイト法で使用できないため、更なる工程を経て使用可能な薬品に変換する必要があり、薬品の回収に複数の工程が必要になることが大きな課題である。そして、ベースによって異なる薬品回収工程が必要になることから、サルファイト設備においてはベースの変更は容易でない。例えば、マグネシウムベースのサルファイト蒸解を実施している製造設備においてベースをナトリウムに変更する場合、現行使用しているマグネシウム蒸解の回収ボイラーの転用ができないため、ナトリウムベースサルファイト黒液を燃焼する専用の回収ボイラーが新たに必要となり、大きな設備投資が避けられない。 Further, a method of recovering sulfite black liquor as thermal energy and inorganic chemicals by burning it with a recovery boiler has been conventionally performed in the same manner as kraft black liquor. However, the sulfite method has a problem that different chemical recovery steps are required depending on the base used for cooking. When using a magnesium base, the magnesium content is recovered through magnesium oxide, and the sulfur content is recovered via sulfurous acid gas and reused as cooking chemicals. On the other hand, when using a sodium base, the sodium content in the sulfite black liquor is recovered as sodium carbonate and the sulfur content as sodium sulfide in the same process as kraft black liquor. Since it cannot be used by the method, it is necessary to convert it into a usable chemical through a further process, and it is a big problem that a plurality of processes are required for collecting the chemical. Since different chemical recovery steps are required depending on the base, it is not easy to change the base in the sulfite equipment. For example, when the base is changed to sodium in a manufacturing facility that conducts magnesium-based sulfite cooking, the recovery boiler for magnesium cooking currently used cannot be diverted. A new recovery boiler is required, and a large capital investment is inevitable.
KP法とSP法との併用
上記のようなサルファイト法の薬品回収工程の問題点を解決する方法として、製紙原料向けパルプの技術移行期(SP法からKP法への転換時期)に、SP設備にKP設備を並設し、サルファイト黒液から回収された炭酸ソーダと硫化ソーダをクラフト蒸解の補充薬品とすることが提案された(いわゆるクロスリカバリー方式)。しかし、商業レベルでの普及には至ることはなく、また、サルファイト黒液を燃焼により熱エネルギーとして回収利用することしか検討されなかった。このように、従来のクロスリカバリー方式においては、サルファイト黒液に含まれるリグニンスルホン酸や糖などの成分が有効に利用されていなかった。
本発明の課題は、エタノール発酵法、クラフト法、サルファイト法を利用した効率的システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide an efficient system using an ethanol fermentation method, a kraft method, and a sulfite method.
本発明者らは鋭意検討の結果、エタノール発酵法、クラフト法、サルファイト法を併用することにより、三者が有機的に結合し協働的に作用する、極めて効率的なリグノセルロース利用システムが構築できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies, the inventors of the present invention have developed an extremely efficient lignocellulose utilization system in which the three parties are combined organically and work together by using the ethanol fermentation method, the kraft method, and the sulfite method together. It was found that it can be constructed, and the present invention was completed.
本発明は、種々の観点から多面的に評価することができ、本発明のシステムから得られる産物に着目すれば、バイオエタノールを製造するためのシステム(装置)および方法、クラフトパルプを製造するためのシステムおよび方法、サルファイトパルプを製造するためのシステムおよび方法、リグニンスルホン酸を製造するためのシステムおよび方法、炭酸カルシウムを製造するためのシステムおよび方法、熱エネルギーを回収するためのシステムおよび方法と評価することができる。 The present invention can be evaluated from various viewpoints from various viewpoints. If attention is paid to products obtained from the system of the present invention, a system (apparatus) and method for producing bioethanol, and kraft pulp are produced. System and method, system and method for producing sulfite pulp, system and method for producing lignin sulfonic acid, system and method for producing calcium carbonate, system and method for recovering thermal energy Can be evaluated.
1つの観点からは、本発明は、リグノセルロースを有効利用するためのシステム(装置)であって、第1のリグノセルロース原料をクラフト蒸解してクラフトパルプとクラフト黒液を得るクラフト蒸解装置と;第2のリグノセルロース原料をナトリウムベースでサルファイト蒸解してサルファイトパルプとサルファイト黒液を得るサルファイト蒸解装置と;サルファイト黒液をエタノール発酵してエタノールと発酵済液を得るエタノール発酵装置と;クラフト黒液と発酵済液に含まれる蒸解薬品を回収し、回収した蒸解薬品を該クラフト蒸解装置へ送る蒸解薬品回収装置とを備える。 From one aspect, the present invention is a system (apparatus) for effectively utilizing lignocellulose, and a kraft cooking apparatus for kraft cooking a first lignocellulose raw material to obtain kraft pulp and kraft black liquor; A sulfite cooking apparatus for sulfite cooking the second lignocellulose raw material on a sodium basis to obtain sulfite pulp and sulfite black liquor; an ethanol fermentation apparatus for ethanol fermentation of the sulfite black liquor to obtain ethanol and a fermented liquor And a cooking chemical recovery device for recovering the cooking chemical contained in the kraft black liquor and the fermented liquid and sending the recovered cooking chemical to the kraft cooking device.
また他の観点からは、本発明は、リグノセルロースを有効利用するためのプロセス(方法)であって、第1のリグノセルロース原料をクラフト蒸解し、クラフトパルプおよびクラフト黒液を得る工程と;第2のリグノセルロース原料をナトリウムベースでサルファイト蒸解し、サルファイトパルプおよびサルファイト黒液を得る工程と;サルファイト黒液をエタノール発酵し、エタノールと発酵済液を得る工程と;発酵済液とクラフト黒液から蒸解薬品を回収し、回収した蒸解薬品を該クラフト蒸解工程に送る工程とを含んでなる。 From another viewpoint, the present invention is a process (method) for effectively utilizing lignocellulose, wherein the first lignocellulose raw material is kraft-digested to obtain kraft pulp and kraft black liquor; A step of sulfite digesting the lignocellulose raw material of 2 with sodium base to obtain sulfite pulp and sulfite black liquor; a step of ethanol fermentation of the sulfite black liquor to obtain ethanol and a fermented liquor; Recovering the cooking chemical from the kraft black liquor and sending the recovered cooking chemical to the kraft cooking process.
本発明においてリグノセルロース原料とは、リグニンとセルロースとを含む原料であって、主に、リグニン、ヘミセルロースおよびセルロースから構成される。本発明においては、リグノセルロースを原料として、エタノール、パルプ、リグニンスルホン酸、エネルギーなどを得ることができる。 In the present invention, the lignocellulose raw material is a raw material containing lignin and cellulose, and is mainly composed of lignin, hemicellulose, and cellulose. In the present invention, ethanol, pulp, lignin sulfonic acid, energy, and the like can be obtained using lignocellulose as a raw material.
リグノセルロース原料としては、例えば、広葉樹や針葉樹などの木材、麦わらやとうもろこし残渣などの農業残渣などを挙げることができる。原料の形態は、特に制限はなく、例えば、そのままの形状で使用することもでき、また、チップ状、粉体状、板状等に加工したものを使用することもできる。取り扱いの容易さや利用効率の高さから、チップ状が好ましい。また、リグノセルロース原料として、林地残材、竹、間伐材、建築廃材などから調製された材料を使用することも可能である。また、本発明においては、1種類のリグノセルロース原料を使用することもでき、また、複数のリグノセルロース原料を併用することもできる。 Examples of the lignocellulose raw material include wood such as hardwoods and conifers, and agricultural residues such as straw and corn residues. There is no restriction | limiting in particular in the form of a raw material, For example, it can be used with a shape as it is, and what was processed into chip shape, powder shape, plate shape, etc. can also be used. The chip shape is preferable because of easy handling and high utilization efficiency. Moreover, it is also possible to use a material prepared from forest land remnants, bamboo, thinned wood, construction waste, etc. as a lignocellulose raw material. In the present invention, one kind of lignocellulose raw material can be used, and a plurality of lignocellulose raw materials can be used in combination.
本発明においてリグノセルロース原料は、クラフト蒸解およびサルファイト蒸解の両方で使用される。クラフト蒸解で使用されるリグノセルロース原料とサルファイト蒸解で使用されるリグノセルロース原料とは、同じでも異なっていてもよく、事業目的に応じて選択することができる。本発明のサルファイト蒸解はナトリウムをベースとするため、広いpH領域で蒸解することが可能であり、結果として樹種の制限がほとんどない。したがって、本発明のサルファイト蒸解装置においては、林地残材、竹、間伐材、建築廃材などのリグノセルロース原料も好適に処理することが可能である。 In the present invention, the lignocellulose raw material is used in both kraft cooking and sulfite cooking. The lignocellulose raw material used in kraft cooking and the lignocellulose raw material used in sulfite cooking may be the same or different and can be selected according to the business purpose. Since the sulfite cooking of the present invention is based on sodium, it can be cooked in a wide pH range, and as a result, there are almost no restrictions on tree species. Therefore, in the sulfite digester of the present invention, lignocellulosic raw materials such as forest land remnants, bamboo, thinned wood, and building waste can be suitably treated.
本発明のシステムは、リグノセルロース原料をクラフト蒸解するクラフト蒸解装置を備える。ここで、クラフト蒸解とはクラフト法による蒸解を意味し、クラフト法とは、木材その他のリグノセルロース原料を、水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムとを主成分とする薬液で蒸解することをいう。本発明においては、リグノセルロース原料をクラフト蒸解装置で処理することにより、クラフトパルプとクラフト黒液が得られる。蒸解方法は、バッチ式でも連続式でもよいが、連続式であることが望ましい。蒸解条件について特に制限はなく、通常使用される条件でクラフト蒸解装置を運転することができる。蒸解設備としては通常、蒸解釜とよばれる設備が利用される。蒸解釜の種類は、特に制限されないが、例えば、カミヤ式蒸解釜などを好ましく使用することができる。 The system of the present invention includes a kraft cooking apparatus for kraft cooking lignocellulose raw materials. Here, the kraft cooking means cooking by the kraft method, and the kraft method means cooking wood and other lignocellulose raw materials with a chemical solution mainly composed of sodium hydroxide and sodium sulfide. In this invention, a kraft pulp and a kraft black liquor are obtained by processing a lignocellulose raw material with a kraft cooking apparatus. The cooking method may be a batch type or a continuous type, but is preferably a continuous type. There is no particular limitation on the cooking conditions, and the kraft cooking apparatus can be operated under the conditions normally used. As the cooking equipment, equipment called a digester is usually used. The type of digester is not particularly limited, but for example, a Kamiya digester can be preferably used.
本発明のシステムは、リグノセルロース原料をサルファイト蒸解するサルファイト蒸解装置を備える。本発明において、サルファイト蒸解とはサルファイト法による蒸解を意味し、サルファイト法は亜硫酸法とも呼ばれ、亜硫酸を利用してリグノセルロース原料を蒸解することをいう。本発明においては、リグノセルロース原料をサルファイト蒸解装置で処理することにより、リグニンがスルホン化されて溶解し、サルファイトパルプとサルファイト黒液が得られる。 The system of the present invention includes a sulfite cooking apparatus for sulfite cooking a lignocellulose raw material. In the present invention, sulfite cooking means cooking by the sulfite method, and the sulfite method is also called a sulfite method, which means cooking lignocellulose raw material using sulfurous acid. In the present invention, by treating the lignocellulose raw material with a sulfite digester, the lignin is sulfonated and dissolved to obtain sulfite pulp and sulfite black liquor.
一般に、サルファイト法は、酸性亜硫酸法、重亜硫酸法、亜硫酸塩を使用する方法に分類することができ、これらの方法を基礎とした変法や二段蒸解法などが知られている。本発明においては、これらのサルファイト法を適用することができる。蒸解方法は、バッチ式でも連続式でもよいが、連続式であることが望ましい。蒸解条件について特に制限はないが、例えば、温度100℃〜300℃、圧力2〜10気圧などで行うことができる。 In general, the sulfite method can be classified into an acidic sulfite method, a bisulfite method, and a method using a sulfite, and a modified method based on these methods, a two-stage cooking method, and the like are known. In the present invention, these sulfite methods can be applied. The cooking method may be a batch type or a continuous type, but is preferably a continuous type. Although there is no restriction | limiting in particular about cooking conditions, For example, it can carry out at the temperature of 100 to 300 degreeC, the pressure of 2 to 10 atmospheres, etc.
本発明においては、蒸解液のベースとしてナトリウムベースを使用する。一般に、サルファイト法におけるベースとしては、マグネシウム、ナトリウム、アンモニウムなどの可溶性ベース(soluble base)やカルシウムベースなどが知られているが、本発明においては、ナトリウムベースを使用する。本発明においては、サルファイト黒液に含まれる蒸解薬品を後述の回収装置によって回収し、クラフト蒸解設備におけるクラフト蒸解薬品として再利用するため、ナトリウムベースでサルファイト蒸解を行うと、クラフト蒸解における蒸解薬品の再生利用が容易であり、特別な設備を不要である。また、ナトリウムベース蒸解は、ほかのベースと比較して適用可能なpH領域が広く、使用できる樹種の制約が少ない点でも好ましい。 In the present invention, sodium base is used as the base of the cooking liquor. In general, as a base in the sulfite method, a soluble base such as magnesium, sodium, and ammonium, a calcium base, and the like are known. In the present invention, a sodium base is used. In the present invention, the cooking chemical contained in the sulfite black liquor is recovered by a recovery device to be described later and reused as the kraft cooking chemical in the kraft cooking equipment. Recycling of chemicals is easy and no special equipment is required. Sodium-based cooking is also preferable in that it has a wider applicable pH range than other bases and there are few restrictions on the tree species that can be used.
本発明のシステムは、サルファイト黒液をエタノール発酵してエタノールと発酵済液を得るエタノール発酵装置を備える。サルファイト蒸解設備により得られるサルファイト黒液には、蒸解薬品、リグニンスルホン酸、ヘミセルロースやセルロースが加水分解されて生成した糖分などが含まれる。本発明において、サルファイト黒液中の蒸解薬品は後述の回収工程で回収され再生利用されるが、サルファイト黒液中の糖分はエタノール発酵装置においてエタノール発酵される。エタノール発酵の結果得られるエタノールは、バイオマス資源から製造された、いわゆるバイオエタノールである。エタノール発酵においては、微生物や酵母の活動により黒液中の糖がエタノールに変換される。本発明で使用される酵母としては、従来からサルファイト黒液のエタノール発酵に用いられているS.cereviseaeのほか、これに遺伝子工学的にペントース資化・発酵能を持たせた株やC.kruseiのようなエタノール発酵能のある酵母が挙げられる。また微生物としては遺伝子工学でE.coliにエタノール発酵能を持たせた株、Z.mobilisやこれに遺伝子工学的にペントース資化能を持たせた株、C.glutamicum及びその変異株を例として開示することが出来るが、エタノール発酵が可能な菌であればいずれでも構わず、黒液の組成や発酵条件などに適したものを選択すればよい。エタノール発酵においては、アンモニア、リン酸アンモニア、尿素などの栄養源を添加することも好ましい。 The system of the present invention includes an ethanol fermentation apparatus for ethanol fermentation of sulfite black liquor to obtain ethanol and a fermented liquid. The sulfite black liquor obtained by the sulfite cooking equipment includes cooking chemicals, lignin sulfonic acid, hemicellulose and sugar produced by hydrolysis of cellulose. In the present invention, the cooking chemical in the sulfite black liquor is recovered and recycled in the recovery step described later, but the sugar in the sulfite black liquor is ethanol fermented in an ethanol fermentation apparatus. Ethanol obtained as a result of ethanol fermentation is so-called bioethanol produced from biomass resources. In ethanol fermentation, sugar in black liquor is converted to ethanol by the activity of microorganisms and yeast. As yeast used in the present invention, in addition to S. cereviseae conventionally used for ethanol fermentation of sulfite black liquor, strains and C. A yeast having ethanol fermentation ability such as krusei can be mentioned. Examples of microorganisms include E.coli strains that have ethanol fermentation ability through genetic engineering, Z.mobilis, strains that have been genetically engineered to have pentose utilization ability, C. glutamicum, and mutants thereof. Although it can be disclosed, any bacteria can be used as long as it is capable of ethanol fermentation, and one suitable for the composition of black liquor, fermentation conditions, and the like may be selected. In ethanol fermentation, it is also preferable to add a nutrient source such as ammonia, ammonia phosphate, or urea.
本発明の好ましい態様において、エタノール発酵で得られたバイオエタノールを蒸留・精製することができる。すなわち、本発明のシステムは、エタノールの蒸留装置、精製装置を備えることができる。 In a preferred embodiment of the present invention, bioethanol obtained by ethanol fermentation can be distilled and purified. That is, the system of the present invention can include an ethanol distillation apparatus and a purification apparatus.
このようにして得られたバイオエタノールは、エネルギー源として使用することができ、そのまま販売することや、また、本システム中でエネルギー源として消費することもできる。 The bioethanol thus obtained can be used as an energy source and can be sold as it is, or can be consumed as an energy source in the present system.
本発明の好ましい態様において、サルファイト黒液中のリグニンスルホン酸を取り出すことができる。リグニンスルホン酸は酸性から中性領域で水可溶性であり取り扱いやすく、粘結性、分散性に優れるため、液体または粉末品としてコンクリート混和剤、セメント用AE減水剤、バニリンの発底原料、染料分散剤、凝結剤、砂塵飛散防止剤などの用途で使用することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, lignin sulfonic acid in sulfite black liquor can be removed. Lignin sulfonic acid is soluble in water from acidic to neutral, easy to handle, and excellent in caking and dispersibility, so it can be used as a liquid or powder product for concrete admixture, AE water reducing agent for cement, vanillin bottoming material, dye dispersion It can be used in applications such as agents, coagulants, and dust scattering inhibitors.
本発明の好ましい態様において、リグニンスルホン酸は、サルファイト黒液をエタノール発酵した後の発酵済液から取り出すことができる。発酵済液の主成分はリグニンスルホン酸であるが、発酵済液中のリグニンスルホン酸を取り出して製品化・出荷することもでき、また、発酵済液中のリグニンスルホン酸を回収ボイラーにより熱エネルギーとして利用することもできる。発酵済液に含まれるリグニンスルホン酸を熱エネルギーとして利用するか、リグニンスルホン酸製品として出荷するかは、本システムの操業状態や生み出される効果・付加価値を勘案して適宜変更すればよく、本システムの良好なバランスを崩さない範囲でその割合を決定する。 In a preferred embodiment of the present invention, lignin sulfonic acid can be removed from the fermented liquid after ethanol fermentation of the sulfite black liquor. The main component of the fermented liquor is lignin sulfonic acid, but the lignin sulfonic acid in the fermented liquor can be taken out and commercialized and shipped, and the lignin sulfonic acid in the fermented liquor can be recovered by thermal energy using a recovery boiler It can also be used as Whether the lignin sulfonic acid contained in the fermented liquor is to be used as thermal energy or shipped as a lignin sulfonic acid product may be changed as appropriate in consideration of the operating status of the system and the effects and added value that are produced. Determine the ratio within the range that does not break the good balance of the system.
本発明は、さらに、クラフト黒液と発酵済液に含まれる蒸解薬品を回収し、回収した蒸解薬品を該クラフト蒸解装置へ送る蒸解薬品回収装置を備える。蒸解薬品の回収装置は、当該技術分野において一般的に使用されるもの(濾過、遠心分離など)を用いることができるが、回収ボイラーを含んでなることが好ましい。本発明においては、クラフト蒸解に使用する蒸解薬品を、クラフト蒸解からのクラフト黒液とサルファイト蒸解からの発酵済液から回収して、再生利用する。ここで、クラフト黒液に含まれる蒸解薬品と、サルファイト黒液をエタノール発酵した発酵済液に含まれる蒸解薬品は、ナトリウム分や硫黄分の組成が異なるため、クラフト黒液と発酵済液とのバランスを調整することにより、クラフト蒸解系のバランスを最適に保つことが容易になる。すなわち、一般に回収サイクルを含むクローズドシステムにおいては、系内のマスバランスを最適に保つことが困難になるという課題を有するが、本発明においては、クラフト黒液と発酵済液という組成の異なる2つのソースから蒸解薬品を回収するため、両者の比率を適宜調整することにより、システムのバランスを最適に保つことが容易である。 The present invention further includes a cooking chemical recovery apparatus that recovers cooking chemicals contained in the kraft black liquor and the fermented liquid, and sends the recovered cooking chemicals to the kraft cooking apparatus. As a cooking chemical recovery apparatus, those commonly used in the technical field (filtration, centrifugation, etc.) can be used, but it is preferable to include a recovery boiler. In the present invention, cooking chemicals used for kraft cooking are recovered from kraft black liquor from kraft cooking and fermented liquid from sulfite cooking and recycled. Here, the cooking chemical contained in the kraft black liquor and the cooking chemical contained in the fermented liquor obtained by ethanol fermentation of the sulfite black liquor differ in the composition of sodium and sulfur, so the kraft black liquor and the fermented liquor By adjusting the balance, it becomes easy to keep the balance of the kraft cooking system optimal. That is, in a closed system including a recovery cycle, it has a problem that it is difficult to keep the mass balance in the system optimal. However, in the present invention, two compositions having different compositions of kraft black liquor and fermented liquor are used. In order to recover the cooking chemical from the source, it is easy to keep the balance of the system optimal by adjusting the ratio of both appropriately.
このようなシステムの最適化を容易にするため、本発明は、蒸解薬品回収装置へのクラフト黒液と発酵済液とのバランスを調整する制御装置を備えていてもよい。制御方法は、特に制限されないが、いわゆるフィードバック制御や、所定の濃度や数量を設定して流量を制御することなどが可能である。 In order to facilitate the optimization of such a system, the present invention may include a controller that adjusts the balance between the kraft black liquor and the fermented liquor to the cooking chemical recovery apparatus. The control method is not particularly limited, but so-called feedback control, control of the flow rate by setting a predetermined concentration and quantity, and the like are possible.
蒸解薬品回収装置が回収ボイラーを含んでなる場合、クラフト黒液と発酵済液に含まれる有機分は回収ボイラーによって燃焼され、熱エネルギーとして本発明にシステムにおいて利用される。回収された熱エネルギーはいずれの工程で使用しても構わないが、例えば、回収された熱エネルギーをバイオエタノール製造工程で最もエネルギーを要する蒸留・精製工程に使用することにより、大幅なエタノール製造コストの削減が可能となる。一方、クラフト黒液と発酵済液に含まれる蒸解薬品(ナトリウム分、硫黄分)は、回収ボイラーからスメルトとして回収し、クラフト蒸解設備において再利用される。 When the cooking chemical recovery apparatus comprises a recovery boiler, the organic content contained in the kraft black liquor and the fermented liquid is combusted by the recovery boiler and used as thermal energy in the system. The recovered thermal energy can be used in any process. For example, the recovered thermal energy can be used for the most energy-intensive distillation / purification process in the bioethanol manufacturing process. Can be reduced. On the other hand, cooking chemicals (sodium content and sulfur content) contained in the kraft black liquor and the fermented liquor are recovered as smelt from the recovery boiler and reused in the kraft cooking equipment.
本発明の蒸解薬品回収装置は、回収ボイラーなどの前に、黒液や発酵済液を濃縮する濃縮装置をさらに含んでいてもよい。濃縮装置により処理により、黒液や発酵済液を回収ボイラーなどで効率的に処理することが可能になる。本発明で使用する濃縮装置としては、一般的なものを使用することができる。熱効率の観点からは、多重効用エバポレーターが好ましい。 The cooking chemical recovery apparatus of the present invention may further include a concentrating device for concentrating the black liquor or the fermented liquid before the recovery boiler or the like. The black liquor and the fermented liquor can be efficiently treated with a recovery boiler or the like by the treatment by the concentrator. As the concentrator used in the present invention, a general apparatus can be used. From the viewpoint of thermal efficiency, a multi-effect evaporator is preferable.
本発明の蒸解薬品回収装置は、回収ボイラー等から得られる白液を苛性化する苛性化工程を行うことができる。苛性化工程では、白液から、炭酸カルシウムと水酸化ナトリウムを得ることができ、好適である。炭酸カルシウムは、白色粉末として種々の用途に使用することが可能であり、例えば、充填剤や填料などとして製紙用材料として利用することができ、また、それ自体を商品として販売することもできる。一方、水酸化ナトリウムは、蒸解薬品としてクラフト蒸解装置において利用することができる。 The cooking chemical recovery apparatus of the present invention can perform a causticizing step of causticizing white liquor obtained from a recovery boiler or the like. In the causticizing step, calcium carbonate and sodium hydroxide can be obtained from the white liquor, which is preferable. Calcium carbonate can be used as a white powder for various applications. For example, calcium carbonate can be used as a papermaking material as a filler or filler, or can be sold as a commercial product. On the other hand, sodium hydroxide can be used as a cooking chemical in a kraft cooking apparatus.
本発明の蒸解薬品回収装置は、苛性化工程から得られる炭酸カルシウムと水酸化ナトリウムとを分離する分離装置をさらに含むことができる。
本発明のシステムは、サルファイト蒸解工程で得られたサルファイトパルプを糖化する糖化装置を備えていてもよい。糖化装置によれば、サルファイト蒸解装置よって得られたサルファイト黒液だけでなく、サルファイトパルプをも、エタノール発酵に供することができ、リグノセルロース原料から多くのバイオエタノールを製造することが可能になる。
The cooking chemical recovery apparatus of the present invention can further include a separation device for separating calcium carbonate and sodium hydroxide obtained from the causticizing step.
The system of the present invention may include a saccharification device that saccharifies sulfite pulp obtained in the sulfite cooking step. According to the saccharification equipment, not only the sulfite black liquor obtained by the sulfite digester but also sulfite pulp can be used for ethanol fermentation, and it is possible to produce a lot of bioethanol from lignocellulose raw material become.
本発明で使用される酵素はセルロースをグルコースまで分解できるセルラーゼであればいずれのものでも使用可能であるが、耐熱性がありendo-グルカナーゼ・exo-グルカナーゼ・β-グルコシダーゼのバランスの取れた分解活性の高いものが望ましい。例えばノボ社製のセルラーゼNS50013とNS50010の混合物やジェネンコア協和社のオプチマッシュBG、新日本化学工業社のスミチームAC等を好適に使用することができるが、これに限定されるものではない。 As the enzyme used in the present invention, any cellulase capable of degrading cellulose to glucose can be used. However, it has thermostability and has a balanced degradation activity of endo-glucanase / exo-glucanase / β-glucosidase. Higher one is desirable. For example, a mixture of cellulases NS50013 and NS50010 manufactured by Novo, Optimash BG manufactured by Genencor Kyowa, Sumiteam AC manufactured by Shin Nippon Chemical Industry Co., Ltd., and the like can be preferably used, but are not limited thereto.
本発明によれば、例えば、以下の効果が得られる。
(1)サルファイト黒液の特徴、および、本システムで回収された熱エネルギーを最大限有効利用することにより、バイオエタノールの製造が可能である。
(2)バイオマスの総合的な有効利用が可能となり、社会的貢献度が高い。
(3)国内外に点在する既存のクラフト蒸解設備を利用し、サルファイト蒸解設備の新設のみで、新たなビジネス展開・多角化が可能となる。
(4)パルプ製造において確立されたリグノセルロースの収集ルートが利用できるため、様々なリグノセルロース原料の調達が容易である。
(5)KP製造設備の回収ボイラーを用いてエタノール発酵済液の燃焼が可能であるため、サルファイト黒液用の回収ボイラーの新設が不要である。また、従来のナトリウムベースのサルファイト蒸解で必要になる複雑な薬品回収工程が不要である。
(6)エタノール発酵済液とクラフト黒液を任意の割合に混合して回収ボイラーで燃焼することにより、クラフト白液中のナトリウム分と硫黄分の最適バランスの保持が容易になる。
According to the present invention, for example, the following effects can be obtained.
(1) Bioethanol can be produced by making the most effective use of the characteristics of sulfite black liquor and the thermal energy recovered by this system.
(2) Comprehensive effective use of biomass is possible, and social contribution is high.
(3) New business development and diversification will be possible by using existing kraft cooking equipment scattered in Japan and overseas and only installing sulfite cooking equipment.
(4) Since the lignocellulose collection route established in pulp production can be used, it is easy to procure various lignocellulose raw materials.
(5) Since the ethanol-fermented liquid can be burned using the recovery boiler of the KP manufacturing facility, it is not necessary to newly install a recovery boiler for sulfite black liquor. In addition, the complicated chemical recovery process required for conventional sodium-based sulfite cooking is not required.
(6) By mixing ethanol fermented liquor and kraft black liquor in an arbitrary ratio and combusting with a recovery boiler, it becomes easy to maintain the optimum balance of sodium and sulfur in kraft white liquor.
以下、本発明について、好ましい態様を具体的に挙げつつ、説明する。
図1は、本発明のシステムの好ましい態様の一つであって、サルファイト黒液だけをエタノール発酵に利用する態様を示す概略図である。本態様における本発明は、第1のリグノセルロース原料をクラフト蒸解してクラフトパルプとクラフト黒液を得るクラフト蒸解装置と;第2のリグノセルロース原料をナトリウムベースでサルファイト蒸解してサルファイトパルプとサルファイト黒液を得るサルファイト蒸解装置と;サルファイト黒液をエタノール発酵してエタノールと発酵済液を得るエタノール発酵装置と;クラフト黒液と発酵済液に含まれる蒸解薬品を回収し、回収した蒸解薬品を該クラフト蒸解装置へ送る蒸解薬品回収装置とを備える。
Hereinafter, the present invention will be described with specific preferred embodiments.
FIG. 1 is a schematic view showing a preferred embodiment of the system of the present invention, in which only sulfite black liquor is used for ethanol fermentation. The present invention in this aspect comprises a kraft cooking apparatus for kraft cooking a first lignocellulose raw material to obtain kraft pulp and kraft black liquor; a second lignocellulosic raw material sulfite digesting on a sodium basis; A sulfite digester for obtaining sulfite black liquor; an ethanol fermentation apparatus for ethanol fermentation of sulfite black liquor to obtain ethanol and a fermented liquor; and recovering and collecting the cooking chemicals contained in kraft black liquor and fermented liquor And a cooking chemical recovery device for feeding the cooking chemical to the kraft cooking device.
本態様においては、リグノセルロース原料をナトリウムベースのサルファイト蒸解装置で蒸解し、蒸解釜中のサルファイト黒液とサルファイトパルプを得る。また、本発明のサルファイト蒸解はナトリウムをベースとした蒸解工程でなくてはならない。ベースをナトリウムとすることで、サルファイト黒液やエタノール発酵済液をKP設備の回収工程に供することが可能となる。この結果、本発明においては、従来のナトリウムベースのサルファイト蒸解で実施されている複雑な薬品回収設工程が不要となるため、設備投資の軽減、現有設備の有効利用の観点からも、本発明のシステムは非常に優れていると言える。 In this embodiment, the lignocellulose raw material is digested with a sodium-based sulfite digester to obtain sulfite black liquor and sulfite pulp in the digester. Also, the sulfite cooking of the present invention must be a sodium based cooking process. By using sodium as the base, the sulfite black liquor and the ethanol-fermented liquid can be used for the recovery process of the KP facility. As a result, the present invention eliminates the need for a complicated chemical recovery installation process that is carried out in the conventional sodium-based sulfite cooking, so that the present invention can be reduced from the viewpoint of reducing capital investment and effective use of existing equipment. The system is very good.
本態様において、サルファイト蒸解で得られたサルファイト黒液とサルファイトパルプとは、分離装置によって分離され、分離されたサルファイト黒液はエタノール発酵装置に送られ、サルファイトパルプはパルプとして利用される。分離して得られたサルファイトパルプは、洗浄・漂白を施し、セルロース繊維として製紙用途や溶解パルプ用途に利用することができ、レイヨンやリヨセルなどの繊維原料として利用することもできる。 In this embodiment, sulfite black liquor and sulfite pulp obtained by sulfite cooking are separated by a separation device, the separated sulfite black liquor is sent to an ethanol fermentation device, and sulfite pulp is used as pulp Is done. The sulfite pulp obtained by separation is washed and bleached, and can be used as a cellulose fiber for papermaking and dissolving pulp, and can also be used as a fiber raw material such as rayon and lyocell.
エタノール発酵装置に送られたサルファイト黒液は、エタノール発酵装置においてサルファイト黒液中の糖分がエタノール発酵され、粗エタノールが得られる。粗エタノールは、精製装置により精製してもよい。 The sulfite black liquor sent to the ethanol fermentation apparatus is subjected to ethanol fermentation of the sugar content in the sulfite black liquor in the ethanol fermentation apparatus to obtain crude ethanol. Crude ethanol may be purified by a purification apparatus.
また、エタノール発酵において糖が消費された発酵済液の主成分はリグニンスルホン酸であるが、発酵済液からリグニンスルホン酸を取り出して利用することもでき、また、発酵済液からリグニンスルホン酸を取り出さずに回収ボイラーにより熱エネルギーとして利用することもできる。リグニンスルホン酸を系外に取り出す場合、本システムにおける熱エネルギーの回収量が少なくなるが、例えば、クラフト黒液の燃焼により回収したバイオマスエネルギーを使用することができる。発酵済液の利用態様は、本システムの操業状態や生み出される効果・付加価値を勘案して適宜変更すればよく、本システムの良好なバランスを崩さない範囲でその割合を決定することができる。 The main component of the fermented liquid in which sugar is consumed in ethanol fermentation is lignin sulfonic acid. However, lignin sulfonic acid can be extracted from the fermented liquid and used, and lignin sulfonic acid can be used from the fermented liquid. It can also be used as thermal energy by a recovery boiler without being taken out. When taking out lignin sulfonic acid out of the system, the amount of heat energy recovered in this system is reduced, but for example, biomass energy recovered by combustion of kraft black liquor can be used. The usage mode of the fermented liquid may be appropriately changed in consideration of the operation state of the system and the effect / added value to be generated, and the ratio can be determined within a range that does not disturb the good balance of the system.
本態様において、発酵済液は濃縮装置に送られ、50〜70重量%程度の固形分濃度に濃縮される。濃縮された発酵済液は回収ボイラーに送られ、回収ボイラー中で噴射されて熱エネルギーが回収される。回収された熱エネルギーは、本発明のいずれの工程で使用しても構わないが、例えば、回収された熱エネルギーをバイオエタノール製造工程で最もエネルギーを要する蒸留・精製工程に使用することにより、大幅なエタノール製造コストの削減が可能となる。また、発酵済液に含まれるナトリウム分、硫黄分はクラフト蒸解用薬品として回収・再利用される。 In this embodiment, the fermented liquid is sent to a concentrator and concentrated to a solid concentration of about 50 to 70% by weight. The concentrated fermented liquor is sent to a recovery boiler, and injected in the recovery boiler to recover thermal energy. The recovered thermal energy may be used in any step of the present invention. For example, by using the recovered thermal energy in a distillation / purification process that requires the most energy in the bioethanol production process, It is possible to reduce the ethanol production cost. In addition, sodium and sulfur contained in the fermented liquor are collected and reused as kraft cooking chemicals.
また、本態様においては、リグノセルロース原料がクラフト蒸解装置で処理され、クラフトパルプとクラフト黒液とが得られる。クラフトパルプとクラフト黒液とは、分離装置により分離し、クラフトパルプはパルプとして製紙用原料その他に利用され、クラフト黒液は、濃縮装置で濃縮した後、回収ボイラーで燃焼されて熱エネルギーが回収されるとともに、蒸解薬品が白液として回収される。白液は、苛性化装置などで処理され、炭酸カルシウムと水酸化ナトリウムを得ることができる。 Moreover, in this aspect, a lignocellulose raw material is processed with a kraft cooking apparatus, and a kraft pulp and a kraft black liquor are obtained. Kraft pulp and kraft black liquor are separated by a separating device, and kraft pulp is used as a raw material for papermaking as pulp, and kraft black liquor is concentrated by a concentrator and then burned by a recovery boiler to recover thermal energy. At the same time, the cooking chemical is recovered as a white liquor. The white liquor can be treated with a causticizing device or the like to obtain calcium carbonate and sodium hydroxide.
従来、クラフト蒸解における蒸解薬品の回収・再利用においては、ナトリウム分や硫黄分の回収率バランスの変動が大きな課題であったが、本発明によれば、KP設備とSP設備を併設することにより、サルファイト蒸解由来の発酵済液とクラフト黒液とを任意の割合に回収することができるため、KP製造系のバランスを最適に保つことが容易であり、クラフト蒸解工程に対しても操業上の大きなメリットを与える。また、回収ボイラーから得られるスメルトの一部を取り出し、サルファイト蒸解の蒸解薬品として回収・再利用することもできる。 Conventionally, in the recovery and reuse of cooking chemicals in kraft cooking, fluctuations in the recovery rate balance of sodium and sulfur have been a major issue, but according to the present invention, the KP equipment and the SP equipment are provided together. Because it is possible to recover the fermented liquor derived from sulfite cooking and kraft black liquor in any ratio, it is easy to keep the balance of the KP production system optimal, and even in the kraft cooking process Give great benefits. A part of the smelt obtained from the recovery boiler can be taken out and recovered and reused as a cooking chemical for sulfite cooking.
また、本態様においては、クラフト法によりパルプを製造する設備に、ナトリウムベースサルファイト蒸解設備とバイオエタノール製造設備とが併設されていることを特徴とする。現実には、クラフト蒸解装置(蒸解釜など)、濃縮装置、回収ボイラー、苛性化装置などはクラフトパルプの製造設備に組み込まれているため、本態様においては、例えば、KP製造工場において、サルファイト蒸解装置とエタノール発酵装置を新設するだけで本発明を実施することが可能であり、設備投資上極めて有利である。 Moreover, this aspect is characterized in that sodium-based sulfite cooking equipment and bioethanol production equipment are provided side by side in equipment for producing pulp by the kraft method. In reality, kraft digesters (such as digesters), concentrators, recovery boilers, causticizers, etc. are built into kraft pulp manufacturing equipment. In this embodiment, for example, sulfite is used in KP manufacturing plants. It is possible to implement the present invention only by newly installing a cooking apparatus and an ethanol fermentation apparatus, which is extremely advantageous in terms of capital investment.
図2は、本発明の他の態様を示す概略図である。本態様においては、サルファイト蒸解により得られたパルプの一部あるいは全部を、酵素分解により発酵性糖液に変換し、得られた糖化液と単独で、あるいは、黒液と併用してエタノール発酵させることを特徴とする。 FIG. 2 is a schematic view showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, part or all of the pulp obtained by sulfite cooking is converted into a fermentable sugar solution by enzymatic decomposition, and ethanol fermentation using the obtained saccharified solution alone or in combination with black liquor. It is characterized by making it.
リグノセルロース原料からサルファイト蒸解により得られるサルファイトパルプについては、付加価値が見込める場合、木質系パルプ・繊維としてそれ自体を製品化し、エタノール発酵に利用したほうが好ましい場合、本態様のように、糖化処理をした後、エタノール発酵に用いることができる。例えば、従来の高品質木材チップあるいはそれと同等な品質の原料を利用してサルファイトパルプを製造する場合、サルファイトパルプ自体の品質が高く、付加価値が高いため、パルプとして使用するほうが好ましいといえる。一方、林地残材、竹、間伐材、建築廃材などから調製されたチップをリグノセルロース原料として製造されたサルファイトパルプは、繊維の強度が不十分であることが多く、パルプとしての付加価値が比較的低いため、糖化してエタノール発酵に供する方が製品の付加価値を高めることができ、好ましい。 For sulfite pulp obtained from lignocellulose raw material by sulfite digestion, when added value can be expected, it is preferable to commercialize itself as wood-based pulp / fiber and use it for ethanol fermentation. After the treatment, it can be used for ethanol fermentation. For example, when manufacturing sulfite pulp using conventional high-quality wood chips or raw materials of equivalent quality, it can be said that sulfite pulp itself is high in quality and has high added value, so it is preferable to use it as pulp. . On the other hand, sulfite pulp produced using chips prepared from forest land remnants, bamboo, thinned wood, construction waste, etc., as a lignocellulose raw material often has insufficient fiber strength and has added value as a pulp. Since it is relatively low, saccharification and ethanol fermentation are preferred because they can increase the added value of the product.
本態様においては、サルファイトパルプを糖化して、エタノール発酵に供する。まず、サルファイトパルプを水に分散してスラリー化し、酵素が活性を示す範囲でパルプスラリーのpH、温度を調整し、酵素(セルラーゼ)でセルロースをグルコースに分解して、糖化液を調製する。本発明においては、例えば、パルプスラリーのpHを3〜10、温度を5〜80℃に調整することができる。この糖化液に、アンモニア、リン酸アンモニア、尿素などの栄養源を添加し、酵母などの微生物の働きを利用してエタノール発酵によりエタノールを製造する。エタノール発酵後、粗蒸留によりエタノールと発酵済液を分離する。分離されたエタノールは再度精留塔において蒸留・精製されバイオエタノールとなる。この工程で得られたセルロースの糖化液は単独でエタノール発酵に供しても、サルファイト黒液と混合してエタノール発酵に供してもよく、糖化液とサルファイト黒液とを併用するか否かは、両者の配合割合や設備全体の能力・バランスなどに応じて、適宜選択すればよい。また、サルファイトパルプから得られた糖化液をエタノール発酵する発酵装置と、サルファイト黒液をエタノール発酵する発酵装置は、別々であっても、同じでもよい。 In this embodiment, sulfite pulp is saccharified and subjected to ethanol fermentation. First, sulfite pulp is dispersed in water to form a slurry, the pH and temperature of the pulp slurry are adjusted within a range in which the enzyme exhibits activity, and cellulose is decomposed into glucose by an enzyme (cellulase) to prepare a saccharified solution. In the present invention, for example, the pH of the pulp slurry can be adjusted to 3 to 10, and the temperature can be adjusted to 5 to 80 ° C. Nutrient sources such as ammonia, ammonia phosphate, and urea are added to this saccharified solution, and ethanol is produced by ethanol fermentation using the action of microorganisms such as yeast. After ethanol fermentation, ethanol and fermented liquid are separated by rough distillation. The separated ethanol is again distilled and purified in the rectification column to become bioethanol. The cellulose saccharified solution obtained in this step may be used for ethanol fermentation alone, or may be mixed with sulfite black liquor for ethanol fermentation. Whether or not saccharified solution and sulfite black liquor are used in combination. May be appropriately selected according to the blending ratio of the two and the capacity / balance of the entire facility. Moreover, the fermentation apparatus which carries out ethanol fermentation of the saccharified liquid obtained from the sulfite pulp, and the fermentation apparatus which carries out ethanol fermentation of the sulfite black liquor may be different, or may be the same.
本発明者は、クラフトパルプよりもサルファイトパルプの方が、糖化してエタノール発酵に供するメリットが大きいことを見出した。サルファイトパルプをエタノール発酵に使用するメリットとしては、酵素分解率が高いこと、洗浄(脱リグニン)あまり必要がない点が挙げられる。 The present inventor has found that sulfite pulp has a greater merit for saccharification and ethanol fermentation than kraft pulp. Advantages of using sulfite pulp for ethanol fermentation include a high enzymatic degradation rate and a need for less washing (deligening).
以下に、クラフトパルプと比較して、サルファイトパルプをエタノール発酵に供することが有利であることを説明する。一般に、リグニンは、(i)酵素に吸着し、酵素の活性を阻害すること、および、(ii)酵素のセルロースへのアタックを物理的に妨害することから、酵素による分解率を低下させると言われている。このため、得られたパルプを未晒状態で酵素処理することは困難とされ、一度、含有するリグニンを除去する必要があると考えられていた。特にKPリグニンはチオリグニンであり、一般にリグニンスルホン酸より酵素阻害性が高い。したがって、クラフトパルプを酵素分解する場合には、クラフト黒液を排出後、十分洗浄してリグニンを除去しなくてはならない。また、クラフト法ではパルプ収率を高くするために、過度な処理を実施しないのが一般的であり、パルプ繊維にリグニンが比較的多く残留する傾向にある。このため、クラフトパルプをエタノール発酵用原料として使用するためには、漂白処理などを実施する必要があった。このように、クラフトパルプは、漂白工程を伴うことによって、はじめてセルロース分解酵素の活性をある程度高め、糖化液を製造できるため、クラフトパルプから糖化液を得ようとすると、製造コストが高くなってしまう。 Below, it demonstrates that it is advantageous to use sulfite pulp for ethanol fermentation compared with kraft pulp. In general, lignin is said to reduce the rate of degradation by the enzyme because it (i) adsorbs to the enzyme and inhibits the activity of the enzyme, and (ii) physically interferes with the attack of the enzyme on cellulose. It has been broken. For this reason, it was considered difficult to enzymatically treat the obtained pulp in an unbleached state, and it was thought that it was necessary to remove the lignin contained once. In particular, KP lignin is a thiolignin and generally has higher enzyme inhibition than lignin sulfonic acid. Therefore, when kraft pulp is enzymatically decomposed, kraft black liquor must be drained and then thoroughly washed to remove lignin. Further, in the kraft method, in order to increase the pulp yield, it is common not to carry out excessive treatment, and there is a tendency that a relatively large amount of lignin remains in the pulp fiber. For this reason, in order to use kraft pulp as a raw material for ethanol fermentation, it was necessary to carry out a bleaching treatment or the like. Thus, since kraft pulp can increase the activity of the cellulolytic enzyme to some extent and produce a saccharified solution by being accompanied by a bleaching step, if it is attempted to obtain a saccharified solution from kraft pulp, the production cost becomes high. .
現状のセルロース分解酵素のなかにはアルカリ領域に活性を示すものが稀にあるが、ほとんどの酵素は、酸性領域において高い活性を示す。また、クラフトパルプの洗浄が不十分でパルプスラリー中にリグニンが比較的多く含有していると、pH調整によるpH値の低下(特に酸性領域)に伴いリグニンが重縮合・不溶化してパルプ繊維表面に吸着し、酵素活性が阻害される。さらに、クラフトパルプはヘミセルロースを多く含有するため、セルロース分解酵素のみならず、ヘミセルロース分解酵素を併用する必要がある。しかし、各酵素によって至適pHや温度が異なるため、酵素の組み合わせによっては最適条件の設定が困難な場合がある。さらにまた、クラフトパルプは、パルプ繊維のダメージが少ないため、糖化に必要な酵素の量が多く、採算性が悪い。 Although there are rarely present cellulolytic enzymes exhibiting activity in the alkaline region, most enzymes exhibit high activity in the acidic region. In addition, if the kraft pulp is not sufficiently washed and the pulp slurry contains a relatively large amount of lignin, the lignin is polycondensed and insolubilized as the pH value decreases (especially in the acidic region) due to pH adjustment, and the pulp fiber surface Adsorbed on the enzyme, the enzyme activity is inhibited. Furthermore, since kraft pulp contains a large amount of hemicellulose, it is necessary to use not only a cellulose-degrading enzyme but also a hemicellulose-degrading enzyme. However, since the optimum pH and temperature differ depending on each enzyme, it may be difficult to set optimum conditions depending on the combination of enzymes. Furthermore, since kraft pulp has little damage to pulp fibers, the amount of enzyme required for saccharification is large and the profitability is poor.
これに対して、サルファイト蒸解によって得られたサルファイトパルプを酵素処理する場合、リグニンの洗浄・除去をそれほど強力に行わなくとも(例えば、単に黒液と分離した程度であっても)、効率的に酵素処理を行うことが可能である。その要因としては、これに拘束されるわけではないが、KPリグニンとSPリグニン(リグニンスルホン酸)の酸性溶液中での挙動の違いが考えられる。すなわち、KPリグニンはアルカリ領域では水溶性であり比較的除去しやすいが、酵素処理のためにパルプ分散液を酸性とした場合、前述の如くリグニンが重縮合し不溶化する。その結果、クラフトパルプにおいて、リグニンの洗浄・除去が不十分な場合、クラフトパルプ表面にリグニンが沈着し、酵素活性を阻害してしまう。一方、リグニンスルホン酸は蒸解工程でスルホン化されているため、高い分解活性を有するセルラーゼの多い酸性領域でも安定である。また、酵素処理が酸性条件で実施されるため、SPリグニンの親水性が失われ、セルロース表面に沈着することなく、SPリグニンはパルプスラリー中で安定分散している。結果として、SPリグニンは、酵素の立体的障害物となりにくく、また酵素自体の阻害性も少ないものと考えられる。 On the other hand, when sulfite pulp obtained by sulfite digestion is treated with an enzyme, the lignin is not washed or removed so strongly (for example, even if it is separated from black liquor), it is efficient. It is possible to perform enzymatic treatment. The cause is not limited to this, but a difference in behavior of KP lignin and SP lignin (lignin sulfonic acid) in an acidic solution can be considered. That is, KP lignin is water-soluble in the alkaline region and relatively easy to remove, but when the pulp dispersion is acidified for enzyme treatment, lignin is polycondensed and insolubilized as described above. As a result, in the kraft pulp, when the lignin is not sufficiently washed and removed, the lignin deposits on the surface of the kraft pulp and inhibits the enzyme activity. On the other hand, since lignin sulfonic acid is sulfonated in the cooking process, it is stable even in an acidic region where cellulase having a high decomposition activity is high. Further, since the enzymatic treatment is carried out under acidic conditions, the hydrophilicity of SP lignin is lost, and SP lignin is stably dispersed in the pulp slurry without being deposited on the cellulose surface. As a result, SP lignin is unlikely to be a steric hindrance to the enzyme, and it is considered that the enzyme itself has little inhibitory property.
また、サルファイト法では、蒸解条件を最適化することにより、セルロース繊維に適度な損傷を与え、繊維間の結合を緩めることができるため、後続するセルロース分解酵素による処理を容易にすることが可能となる。結果として、酵素の使用量や処理時間を大幅に短縮することができ、セルロースの糖化に要するコストを大幅に削減することができる。 In the sulfite method, by optimizing the cooking conditions, it is possible to moderately damage the cellulose fibers and loosen the bonds between the fibers, so that subsequent treatment with cellulolytic enzymes can be facilitated. It becomes. As a result, the amount of enzyme used and the processing time can be greatly reduced, and the cost required for saccharification of cellulose can be greatly reduced.
Claims (7)
第2のリグノセルロース原料をナトリウムベースでサルファイト蒸解してサルファイトパルプとサルファイト黒液を得るサルファイト蒸解装置と、
サルファイト黒液をエタノール発酵してエタノールと発酵済液を得るエタノール発酵装置と、
クラフト黒液と発酵済液に含まれる蒸解薬品を回収し、回収した蒸解薬品を該クラフト蒸解装置へ送る蒸解薬品回収装置と、
を備える、リグノセルロースを原料としてエタノールを製造するためのシステム。 A kraft cooking apparatus for kraft cooking the first lignocellulose raw material to obtain kraft pulp and kraft black liquor;
A sulfite cooking apparatus for sulfite cooking a second lignocellulose raw material on a sodium basis to obtain sulfite pulp and sulfite black liquor;
An ethanol fermentation apparatus for ethanol fermentation of sulfite black liquor to obtain ethanol and a fermented liquid;
A cooking chemical recovery device for recovering cooking chemicals contained in the kraft black liquor and the fermented liquid, and sending the recovered cooking chemicals to the kraft cooking device;
A system for producing ethanol using lignocellulose as a raw material.
第2のリグノセルロース原料をナトリウムベースでサルファイト蒸解し、サルファイトパルプおよびサルファイト黒液を得る工程と、
サルファイト黒液をエタノール発酵し、エタノールと発酵済液を得る工程と、
発酵済液とクラフト黒液から蒸解薬品を回収し、回収した蒸解薬品を該クラフト蒸解工程に送る工程と、
を含んでなる、リグノセルロースを原料としてエタノールを製造する方法。 Kraft cooking the first lignocellulose raw material to obtain kraft pulp and kraft black liquor;
Sulfite cooking the second lignocellulose raw material on a sodium basis to obtain sulfite pulp and sulfite black liquor;
Sulfite black liquor is ethanol fermented to obtain ethanol and fermented liquid;
Recovering cooking chemicals from the fermented liquor and kraft black liquor, and sending the recovered cooking chemicals to the kraft cooking process;
A process for producing ethanol using lignocellulose as a raw material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008059753A JP5165419B2 (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Bioethanol production system using lignocellulose as a raw material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008059753A JP5165419B2 (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Bioethanol production system using lignocellulose as a raw material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009213389A JP2009213389A (en) | 2009-09-24 |
JP5165419B2 true JP5165419B2 (en) | 2013-03-21 |
Family
ID=41185968
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008059753A Expired - Fee Related JP5165419B2 (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Bioethanol production system using lignocellulose as a raw material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5165419B2 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011173755A (en) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Kinki Univ | Cement admixture, cement composition, and hardened mortar material |
JP5701632B2 (en) * | 2011-02-04 | 2015-04-15 | 日本製紙株式会社 | Sugar-containing composition |
JP5781874B2 (en) * | 2011-09-14 | 2015-09-24 | 水ing株式会社 | Method and apparatus for anaerobic treatment of pulp mill wastewater |
JP2014018100A (en) * | 2012-07-13 | 2014-02-03 | Oji Holdings Corp | Method for manufacturing acetic acid from biomass |
JP6196022B2 (en) * | 2012-07-31 | 2017-09-13 | 日本製紙株式会社 | Method for producing dissolved kraft pulp |
JP6221218B2 (en) * | 2012-10-05 | 2017-11-01 | 日本製紙株式会社 | Method for producing dissolved kraft pulp |
JP2015167487A (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 王子ホールディングス株式会社 | Method for producing ethanol from lignocellulose-containing lignocellulose |
JP6443442B2 (en) | 2014-03-13 | 2018-12-26 | 三菱ケミカル株式会社 | Method for treating sugar solution, method for producing treated sugar solution, method for producing organic compound, and method for culturing microorganisms |
CN115707805A (en) * | 2021-08-18 | 2023-02-21 | 上海凯鑫分离技术股份有限公司 | Method for producing lyocell fibers by using sulfite cooking chemical papermaking pulp |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5870894A (en) * | 1981-10-23 | 1983-04-27 | Oji Paper Co Ltd | Treatment of extracting liquid or digesting waste liquid in alkali pulp-digestion |
US4436586A (en) * | 1982-01-22 | 1984-03-13 | Kamyr, Inc. | Method of producing kraft pulp using an acid prehydrolysis and pre-extraction |
US5424417A (en) * | 1993-09-24 | 1995-06-13 | Midwest Research Institute | Prehydrolysis of lignocellulose |
JP2005229821A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Jgc Corp | Method for producing monosaccharide from biomass and apparatus for producing monosaccharide |
JP2005229822A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Jgc Corp | Method for producing monosaccharide from biomass and apparatus for producing monosaccharide |
JP4554314B2 (en) * | 2004-09-22 | 2010-09-29 | 財団法人地球環境産業技術研究機構 | Continuous saccharification method of lignocellulose |
JP2006141244A (en) * | 2004-11-17 | 2006-06-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Process for saccharification of lignocellulose and sugar obtained thereby |
JP2006238728A (en) * | 2005-03-01 | 2006-09-14 | Nippon Paper Chemicals Co Ltd | Method for producing sugars from drainage during papermaking |
JP2007020555A (en) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Rentei Rin | Method for hydrolyzing polysaccharide substance such as cellulose or the like |
JP2007074992A (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Method for saccharification of biomass containing cellulose and sugar obtained thereby |
JP4619917B2 (en) * | 2005-10-14 | 2011-01-26 | 月島機械株式会社 | Pretreatment method of lignocellulose |
-
2008
- 2008-03-10 JP JP2008059753A patent/JP5165419B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009213389A (en) | 2009-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5165419B2 (en) | Bioethanol production system using lignocellulose as a raw material | |
Cardona et al. | Production of bioethanol from sugarcane bagasse: status and perspectives | |
RU2525163C2 (en) | Method of obtaining monosaccharides or ethanol together with sulfinated lignin from lignocellulose biomass | |
US8609379B2 (en) | Process for the production of alcohols from biomass | |
US7666637B2 (en) | Integrated process for separation of lignocellulosic components to fermentable sugars for production of ethanol and chemicals | |
Thomsen et al. | Hydrothermal treatment of wheat straw at pilot plant scale using a three-step reactor system aiming at high hemicellulose recovery, high cellulose digestibility and low lignin hydrolysis | |
US8372609B2 (en) | Process for producing a sugar solution by combined chemical and enzymatic saccharification of polysaccharide enriched biomass | |
JP5634410B2 (en) | Organic solvent pretreatment of biomass to promote enzymatic saccharification | |
US8815561B2 (en) | Metal compounds to eliminate nonproductive enzyme adsorption and enhance enzymatic saccharification of lignocellulose | |
US8889384B2 (en) | Process for the production of alcohols from biomass | |
US20110314726A1 (en) | Production of ethanol from lignocellulosic biomass using green liquor pretreatment | |
US20130157318A1 (en) | Method for enzymatic saccharification treatment of lignocellulose-containing biomass, and method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass | |
US8715969B2 (en) | Delignification of biomass with sequential base treatment | |
CN101787384A (en) | Wood fibrous material coupled enzymatic saccharification method | |
Brar et al. | Enhanced hydrolysis of hydrothermally and autohydrolytically treated sugarcane bagasse and understanding the structural changes leading to improved saccharification | |
Ding et al. | Scalable lignocellulosic biorefineries: Technoeconomic review for efficient fermentable sugars production | |
Jin et al. | Promoted bioethanol production through fed-batch semisimultaneous saccharification and fermentation at a high biomass load of sodium carbonate-pretreated rice straw | |
US9902982B2 (en) | Continuous countercurrent enzymatic hydrolysis of pretreated biomass at high solids concentrations | |
JP5701632B2 (en) | Sugar-containing composition | |
Zhu et al. | The status of and key barriers in lignocellulosic ethanol production: A technological perspective | |
CN104593449B (en) | A kind of method for improveing alkaline process preprocessing lignocellulose biolobic material | |
US20160102285A1 (en) | Methods and apparatus for continuous enzymatic hydrolysis of pretreated biomass | |
Galbe et al. | Production of ethanol from lignocellulosic materials | |
Silva Zanoni et al. | Review of ethanol production based on paper sludge: processes and prospects. | |
Niju et al. | Paper mill sludge as a potential feedstock for microbial ethanol production |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100629 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20110819 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20121016 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121031 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121219 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151228 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5165419 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |