KR101417836B1 - Apparatus for producing cellulosic biomass hydrolysis material by Two-step acid treatment process and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치 및 방법에 관한 것으로, 그 목적은 2단 산처리를 통해 셀룰로오스계 바이오매스로부터 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스를 모두 가수분해하여 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로부터 글루코오스와 자일로오스를 생산하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 셀룰로오스계 바이오매스를 1차 가수분해를 통하여 올리고머의 형태로 전환하는 침출식 1차 반응기(1)와; 상기 침출식 1차 반응기로 1차 용매를 공급하는 제 1 용매 공급장치(2)와; 상기 반응기에서 1차 가수분해된 고농도 가수분해 용액에 물을 공급하여 2차 가수분해의 산 농도를 낮추는 제 2 용매 공급장치(3)와; 상기 제 2 용매 공급장치를 통해 희석된 1차 가수분해 용액을 저온에서 관형흐름 반응으로 2차 가수분해를 통해 모너머 형태의 탄수화물로 전환하는 관형흐름식 2차 반응기(4)와; 상기 관형 흐름 반응기를 통해 얻어진 가수분해 물질을 저장하는 저장조(5)와; 상기 침출식 1차 반응기와 관형 흐름식 2차 반응기의 내부 압력을 유지 시키도록 해주는 압력 공급장치(6);를 포함하여 구성된 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치 및 이용한 생산 방법을 발명의 특징으로 한다.
The present invention relates to an apparatus and a method for producing a hydrolyzed substance of a cellulosic biomass through a two-stage acid treatment process, and its object is to hydrolyze lignin, cellulose and hemicellulose from a cellulosic biomass through a two- And an apparatus and a method for producing glucose and xylose from cellulose and hemicellulose.
The present invention relates to a leachable primary reactor (1) for converting a cellulosic biomass into an oligomer form through primary hydrolysis; A first solvent supply device (2) for supplying a primary solvent to the leached primary reactor; A second solvent supply device 3 for supplying water to the high concentration hydrolysis solution which has been primarily hydrolyzed in the reactor to lower the acid concentration of the secondary hydrolysis; A tubular flow-type secondary reactor (4) for converting the diluted primary hydrolysis solution through the second solvent supply device into a monomer-type carbohydrate through a secondary hydrolysis in a tubular flow reaction at a low temperature; A reservoir 5 for storing the hydrolyzate obtained through the tubular flow reactor; And a pressure supply device (6) for maintaining the internal pressures of the leach type primary reactor and the tubular flow type secondary reactor, and a device for producing a hydrolyzate of cellulosic biomass through a two- The production method used is characterized by the invention.

Description

2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치 및 방법{Apparatus for producing cellulosic biomass hydrolysis material by Two-step acid treatment process and method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for producing a hydrolyzed substance of a cellulosic biomass through a two-

본 발명은 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치 및 방법에 관한 것으로, 자세하게는 셀룰로오스계 바이오매스의 주 성분인 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 흐름식 산처리 공정을 통하여 글루코오스와 자일로오스를 생산하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 고온의 1차 반응기에 산 용매를 공급하여 1차 가수분해를 유도하여 올리고머 형태의 액상 탄수화물을 추출하는 단계와 저온의 2차 반응기에서 올리고머 형태의 탄수화물을 2차 가수분해를 유도하여 최종 모노머 형태의 탄수화물을 생산하는 단계를 포함하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for producing a hydrolyzed substance of a cellulosic biomass through a two-stage acid treatment process. Specifically, cellulose and hemicellulose, which are the main components of a cellulosic biomass, The present invention relates to a method and an apparatus for producing an oligosaccharide, and more particularly, to a process for producing an oligosaccharide-type liquid carbohydrate by a process comprising the steps of extracting an oligomeric liquid carbohydrate by inducing primary hydrolysis by supplying an acid solvent to a high- And inducing secondary hydrolysis of the carbohydrate to produce carbohydrate in the form of the final monomer.

전세계적으로 화석 연료의 과다 사용에 따른 자원 고갈 및 환경오염에 대한 우려가 증가함에 따라 안정적이고 지속적으로 에너지를 생산하는 신재생 대체에너지 개념이 화두가 되고 있다. 그러한 대체에너지 개발의 일환으로 바이오매스로부터 바이오 에너지(bioenergy) 및 화학 제품을 생산하는 기술이 주목 받고 있다. As the global exhaustion of fossil fuels and concerns about environmental pollution increase, the concept of renewable and alternative energy that produces stable and sustainable energy is becoming a hot topic. As part of such alternative energy development, technologies for producing bioenergy and chemical products from biomass are attracting attention.

이러한 바이오매스를 통한 바이오 전환(bio conversion) 공정의 주요한 부분이 효율적인 탄수화물, 당(carbohydrate, sugar)의 생산이다.A major part of this biomass-based bio conversion process is the production of efficient carbohydrates, sugars.

바이오매스란 태양광을 이용하여 이산화탄소를 고정하는 탄소동화과정, 즉 광합성 과정을 통하여 생합성되는 당류 및 이를 포함하는 생물체 전반을 일컫는 것으로서, 지구상에서 가장 풍부하고 고갈 없이 재생이 가능한 식물자원으로 대표되는 셀룰로오스계 바이오매스 중 하나인 목질자원 리그노셀룰로오스(lignocelluloses)가 있다. 리그노셀룰로오스는 난분해성 방향족 중합체인 리그닌(lignin)과 탄수화물인 셀룰로오스(cellulose) 및 헤미셀룰로오스(hemicellulose)의 복합체로, 좁은 의미의 바이오매스 (biomass)로 불린다(Perlack et al., 2005). Biomass refers to a carbon assimilation process in which carbon dioxide is fixed using sunlight, that is, a saccharide biosynthesized through a photosynthesis process and a whole organism including the biosubstance. The biomass refers to a cellulosic plant represented by plant resources that are most abundant on the planet and can be regenerated without exhaustion There is lignocelluloses, one of the biomass of woody resources. Lignocellulose is a complex of lignin, a degradable aromatic polymer, and carbohydrates, cellulose and hemicellulose, and is called a biomass in a narrow sense (Perlack et al., 2005).

이러한 바이오매스로부터 생산되는 알콜, 디젤, 수소 같은 각종 수용연료를 총칭하여 일반적으로 바이오에너지(bioenergy)라 한다. Generally, bioenergy is a generic term for various fuel such as alcohol, diesel, and hydrogen produced from such biomass.

리그노셀룰로오스에서 중요한 성분인 셀룰로오스는 글루코오스가 β­1,4 결합으로 연결된 안정된 형태의 직선 구조의 다당류로서, 글루코오스가 α­1,4 결합으로 연결된 나선형 구조의 아밀로오스(amylose)보다 자연상태에서 물리적, 화학적으로 훨씬 튼튼한 구조를 이루고 있다. Cellulose, which is an important component in lignocellulose, is a linear polysaccharide of a stable form in which glucose is linked by a β1,4 bond. It is physically and chemically much more natural in nature than a helical amylose in which glucose is linked by α1,4 bonds It has a strong structure.

리그노셀룰로오스를 구성하는 또 다른 주요 다당류인 헤미셀룰로오스는 셀룰로오스보다 당의 중합도(degree of polymerization)가 낮은 다당류로서 주로 5탄당인 자일로오스(Xylose)의 중합체로 구성되고 그 외에도 5탄당인 아라비노오스와 6탄당인 만노스, 갈락토오스, 글루코오스 등의 중합체로 구성되어 있다. 셀룰로오스에 비해서 중합도가 낮고 구조의 규칙성이 낮아서 물리화학적 처리에 의해 분해가 비교적 쉽게 이루어지는 특징이 있다. Hemicellulose, another major polysaccharide constituting lignocellulose, is a polysaccharide whose degree of polymerization is lower than that of cellulose. It is mainly composed of a polymer of 5-valent xylose, and also contains 5-valent arabinose It is composed of polymers such as 6-valent phosphorus mannose, galactose, and glucose. It has a lower polymerization degree and lower regularity of the structure than cellulose, and is decomposed relatively easily by physicochemical treatment.

리그닌(lignin)은 소수성을 띠고 있는 거대한 분자량의 복잡한 구조를 지닌 중합체이다. 리그닌은 식물체가 외부로부터의 다양한 종류의 생화학적 공격 및 접근 즉, 곰팡이와 같은 미생물 및 곤충 등으로부터 보호하기 위한 목적으로 생성되는 것으로 추측되고 있다. 이러한 리그닌은 자연적으로나 화학적으로 강한 내구성을 가지고 있어 자연계에 존재하는 천연 화합물 중에서 가장 분해가 어려운 물질로 간주되고 있다. Lignin is a polymer with a complex structure with a large molecular weight that is hydrophobic. Lignin is presumed to be produced for the purpose of protecting plants from various kinds of biochemical attack and access from the outside, that is, microorganisms such as fungi and insects. Such lignin is naturally or chemically resistant and is considered to be the most difficult to decompose among natural compounds present in the natural world.

리그노셀룰로오스의 구조는, 도 4에 도시된 바와 같이, 리그닌이 헤미셀룰로오스와 공유결합을 통해 결합되고 헤미셀룰로오스는 셀룰로오스와 수소결합을 통해 연결되어 있어 전체적으로 보면 직선의 곧은 형태로 이루어진 셀룰로오스 마이크로파이브릴(microfibril)을 가운데 두고 헤미셀룰로오스가 수소결합을 통해 감싸는 모습으로 붙어 있고 이러한 헤미셀룰로오스를 리그닌이 다시 공유결합을 통한 연결로 둘러싼 형태를 보인다. 결국 식물의 주요한 탄수화물인 셀룰로오스를 보호하기 위한 형태를 띠고 있다.As shown in FIG. 4, lignocellulose has a structure in which lignin is bonded to hemicellulose through a covalent bond and hemicellulose is connected to cellulose via a hydrogen bond. As a whole, the structure of the lignocellulose is a linear straight-shaped microfibril ) And hemicellulose wrapped around a hydrogen bond. This hemicellulose is surrounded by a covalent linkage of lignin. It has a form to protect cellulose, which is the main carbohydrate of plants.

리그노셀룰로오스를 원료로 하여 바이오 에너지나 다양한 화합물을 생산하기 위해서는 리그노셀룰로오스를 구성하고 있는 다당류 성분을 발효가 가능한 수준의 발효성 당, 소위 당 플랫폼으로 전환하여야 한다. 이러한 발효성 당에서부터 에탄올, 부탄올 등의 액체 연료 및 젖산 중합체(polylactic acid) 등의 바이오폴리머의 모노머인 유기산과 다양한 아미노산의 생산이 가능하여 당 플랫폼(sugar platform)이란 개념이 미국 에너지부에 의해 처음 창시되었다. 따라서 당 플랫폼으로 가기 위한 중요한 과정이 바로 리그노셀룰로오스의 전처리(pretreatment) 또는 분별(fractionation) 공정이라 할 수 있다.
In order to produce bioenergy and various compounds using lignocellulose as a raw material, the polysaccharide constituting lignocellulose should be converted into a fermentable sugar, a so-called platform, capable of fermenting. From this fermentable sugar, it is possible to produce a variety of amino acids and organic acids, which are monomers of biopolymers such as ethanol and butanol, and biopolymers such as polylactic acid, Was created. Therefore, an important process for going to this platform is the pretreatment or fractionation process of lignocellulose.

바이오매스 전처리 방법은 크게 물리적, 화학적, 생물학적 방법으로 크게 나눌 수 있다.Biomass pretreatment methods can be largely divided into physical, chemical and biological methods.

물리적 방법으로 대표적인 방법은 밀링(milling)이나 증기 폭쇄법(steam explosion)을 들 수 있다. 먼저, 밀링은 리그노셀룰로오스 입자를 밀링 기계를 이용하여 매우 가는 입자로 파쇄하면서 구조적 변화를 유도하는 방법으로서, 현재는 실효성이 낮아 쓰이지 않는 방법이다. 또한 증기 폭쇄법은 고온의 증기가 들어 있는 고압용기에서 리그노셀룰로오스를 일정시간 동안 찐 후 순식간에 용기의 밸브를 열어 팝콘과 같이 순간적으로 리그노셀룰로오스의 구조가 열리도록 유도하여 효소가 쉽게 접근할 수 있는 형태의 기질이 되도록 하는 방법이다. Representative methods by physical methods include milling or steam explosion. First, milling is a method of inducing a structural change while crushing lignocellulosic particles to very fine particles using a milling machine, which is not effective at present. In addition, the steam explosion method is a method in which the lignocellulose is steamed for a certain time in a high-pressure vessel containing a high-temperature steam, and then the valve of the vessel is opened instantaneously to instantaneously open the structure of the lignocellulose like popcorn, So that it becomes a substrate of a certain type.

이러한 물리적 분별 방법을 좀더 효과적으로 하기 위해 화학적 방법을 조합한 물리화학적 방법이 많이 연구되어 왔다. 대표적인 것으로 약산 가수분해법(dilute­acid hydrolysis)으로 2%(w/w) 이하의 황산(sulfuric acid) 용액에 리그노셀룰로오스를 침지한 후 증기 폭쇄법과 같이 160 ~ 200℃의 고온의 증기로 60초 ~ 10분 동안 찌게 되면 산에 의한 촉매반응을 통해 헤미셀룰로오스가 단당류 및 올리고당 형태로 가수분해되고 일부는 푸르푸랄(furfural)로 분해되게 된다. 즉, 약산 가수분해 분별법은 주로 헤미셀룰로오스를 가수분해하여 리그노셀룰로오스상에서의 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 및 리그닌과의 결합을 와해시키는 효과를 얻어 모너머 형태의 탄수화물을 얻을 수 있다. 약산 가수분해 방법은 쉽게 헤미셀룰오스를 가수 분해할 수 있으나, 셀룰로오스 성분은 가수분해할 수 없는 단점이 있다. 강산 공정은 셀룰로오스를 글루코오스로 가수분해가 가능하나, 헤미셀룰로오스는 자일로오스에서 과분해 반응을 거쳐 푸르푸랄(furfural)과 같은 발효 과정에서 미생물에 저해 작용을 주는 독성 물질을 생산한다.Many physicochemical methods that combine chemical methods have been studied to make such physical discrimination methods more effective. Typically, lignocellulose is immersed in a sulfuric acid solution of 2% (w / w) or less by diluteacid hydrolysis, and then steamed in a high-temperature steam of 160 to 200 ° C for 60 seconds to 10 Minute, the hemicellulose is hydrolyzed to the monosaccharide and oligosaccharide form through the catalytic reaction by the acid, and some is decomposed into the furfural. That is, the weakly acidic hydrolysis fractionation method mainly hydrolyzes hemicellulose to obtain the effect of dissolving the bond of cellulose, hemicellulose and lignin on the lignocellulose, thereby obtaining a monomeric carbohydrate. The weak acid hydrolysis method can easily hydrolyze hemicellulose, but the cellulose component can not be hydrolyzed. The strong acid process is capable of hydrolyzing cellulose to glucose, but hemicellulose produces a toxic substance which undergoes hyper-degradation reaction in xylose and inhibits microorganisms during the fermentation process such as furfural.

한편, 산 대신에 알칼리를 쓰는 바이오매스 분별 방법의 대표적인 것으로는 미시간주립대학교(Michigan State University)의 Bruce Dale 등이 개발한 AFEX(ammonia fiber explosion)라는 방법이 있다. 이 방법은 암모니아를 바이오매스와 1 : 1 ~ 1 : 3 정도의 비율로 혼합 후 고온(70 ~ 180℃)에서 5 ~ 30분 동안 처리하고 순식간에 상압으로 압력을 떨어뜨려 기체 상태의 암모니아를 회수하고 바이오매스 구조의 물리적, 화학적 변화를 유도하여 효소에 의한 당화율을 향상시키는 것으로서 약산 가수분해법과는 달리 헤미셀룰로오스는 거의 가수분해되지 않고 주로 리그닌을 용해시켜 내어 리그닌을 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로부터 분리할 수 있게 되어 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 후속 효소당화공정에서 당화시켜 포도당과 자일로스 등의 5탄당을 같이 얻을 수 있다. On the other hand, a representative example of biomass fractionation method using alkaline instead of acid is AFEX (ammonia fiber explosion) method developed by Bruce Dale of Michigan State University. In this method, ammonia is mixed with biomass at a ratio of about 1: 1 to 1: 3, treated at a high temperature (70 to 180 ° C) for 5 to 30 minutes, and pressure is immediately dropped at normal pressure to recover gaseous ammonia And physicochemical changes of the biomass structure are induced to improve the glycation rate by enzymes. Unlike the weak acid hydrolysis method, hemicellulose is hardly hydrolyzed and mainly dissolves lignin to separate lignin from cellulose and hemicellulose Thus, cellulose and hemicellulose can be saccharified in a subsequent enzymatic saccharification process to obtain pentoses such as glucose and xylose.

그러나, 이러한 알칼리 분별법은 리그닌만을 분별하여 제거함으로써 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 분별할 수 없다는 단점이 있다. 특히, 헤미셀룰로오스로부터 유도되는 자일로오스 성분의 회수가 불가능하다. However, this alkaline fractionation method has a disadvantage in that it can not separate cellulose and hemicellulose by removing only lignin by fractionation. In particular, it is impossible to recover the xylose component derived from hemicellulose.

더욱이, 이상의 물리 화학적 분별 기술들은 170℃ 이상의 고온에서 반응이 수행되므로 에너지 사용량이 많아 비용적인 측면에서 불리하고, 고체로 된 형태의 원료를 극한적인(extreme) 조건에서 다루기 때문에 실험실 규모의 공정개발 후 스케일업 할 경우에 반응기에서의 혼합, 반응물 및 산물의 이동 및 운반 등에서도 문제점이 발생하는 경우가 많다.
Moreover, since the above-mentioned physicochemical fractionation techniques are carried out at a high temperature of 170 ° C or higher, the energy consumption is large, which is disadvantageous from a cost point of view. Since raw materials in a solid form are treated under extreme conditions, In the case of scale-up, problems often arise in mixing in the reactor, transporting and transporting the reactants and products, and the like.

한편, 생물학적 분별 방법은 나무와 같은 리그노셀룰로오스를 분해하여 생산 된 당을 이용하여 생장하는 곰팡이(백색부후균류)를 주로 이용하여 온화한 조건에서 전처리하는 것으로서, 아직 실용화되지 않고 연구실 규모에서 연구가 시작된 정도에 불과하다.
On the other hand, the biological fractionation method is a pretreatment under mild conditions using mainly fungi (white dead fungi) that grow using sugar produced by degrading lignocellulose such as wood, and research has been started on a laboratory scale .

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 2단 산처리를 통해 셀룰로오스계 바이오매스로부터 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스를 모두 가수분해하여 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로부터 글루코오스와 자일로오스를 생산하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention to solve the above problems is to provide an apparatus and a method for producing glucose and xylose from cellulose and hemicellulose by hydrolysis of lignin, cellulose and hemicellulose from cellulose biomass through two- .

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 셀룰로오스계 바이오매스를 1차 가수분해를 통하여 올리고머의 형태로 전환하는 침출식 1차 반응기와; In order to achieve the above-mentioned object and to solve the problems of the prior art, the present invention relates to a leachate type primary reactor for converting a cellulosic biomass into an oligomer through primary hydrolysis;

상기 침출식 1차 반응기로 1차 용매를 공급하는 제 1 용매탱크와 제 1 용매펌프로 이루어진 제 1 용매 공급장치와; A first solvent supply device comprising a first solvent tank for supplying a primary solvent to the leachable primary reactor and a first solvent pump;

상기 반응기에서 1차 가수분해된 고농도 가수분해 용액에 물을 공급하여 2차 가수분해의 산 농도를 낮추는 제 2 용매탱크와 제 2 용매펌프로 이루어진 제 2 용매 공급장치와; A second solvent supply device composed of a second solvent tank and a second solvent pump for lowering the acid concentration of the second hydrolysis by supplying water to the first concentrated hydrolysis solution in the reactor;

상기 제 2 용매 공급장치를 통해 희석된 1차 가수분해 용액을 저온에서 관형흐름 반응으로 2차 가수분해시켜 모너머 형태의 탄수화물로 전환하는 관형흐름식 2차 반응기와; A tubular flow type secondary reactor for converting the diluted primary hydrolysis solution through the second solvent supply device into a secondary hydrolysis reaction at a low temperature in a tubular flow reaction to form a monomeric carbohydrate;

상기 관형 흐름 반응기를 통해 얻어진 가수분해 물질을 저장하는 저장조와; A reservoir for storing the hydrolyzate obtained through the tubular flow reactor;

상기 침출식 1차 반응기와 관형 흐름식 2차 반응기의 내부 압력을 유지 시키도록 해주는 압력 공급장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치를 제공함으로써 달성된다.
And a pressure supply device for maintaining the internal pressures of the leachable primary reactor and the tubular flow type secondary reactor. The apparatus for producing a hydrolyzed substance of cellulose-based biomass according to claim 1, ≪ / RTI >

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 관형흐름식 2차 반응기와 저장조 사이에 리그닌을 회수토록 이송파이프내 흡착제를 충전하거나 흡착 장치를 더 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the adsorbent may be charged or adsorbed in the transfer pipe to recover lignin between the tubular flow type secondary reactor and the storage tank.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 1 용매펌프에는 제 1 용매의 농도 조절을 위해 물을 담지한 제 3 용매 탱크 및 제 3 용매펌프로 이루어진 제 3 용매공급장치가 더 설치될 수 있다.In the present invention, the first solvent pump may further include a third solvent supply device including a third solvent tank and a third solvent pump, the third solvent tank carrying water for adjusting the concentration of the first solvent.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 1 용매 탱크에 저장된 용매는 황산수용액일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the solvent stored in the first solvent tank may be an aqueous sulfuric acid solution.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 1 용매의 농도는 3 ~ 15wt%일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the concentration of the first solvent may be 3 to 15 wt%.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 2 용매 탱크에 저장된 용매는 물일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the solvent stored in the second solvent tank may be water.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 2 용매는 제 1 용매의 농도를 1 ~ 5wt%로 희석시킬 수 있다.The present invention is a preferred embodiment, and the second solvent can dilute the concentration of the first solvent to 1 to 5 wt%.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 1 용매 펌프와 침출식 1차 반응기 사이에 예열 장치 또는 증기 발생 장치가 더 설치될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, a preheating device or a steam generating device may be installed between the first solvent pump and the leachable first reactor.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 침출식 1차 반응기와 관형흐름식 2차 반응기 사이 및 관형흐름식 2차 반응기와 저장조 사이에는 냉각기 또는 열교환 장치 장치 중에서 어느 하나 이상이 설치될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, at least one of a cooler or a heat exchanger device may be installed between the leach type first reactor and the tubular flow second reactor, and between the tubular flow second reactor and the storage tank.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 침출식 1차 반응기 내의 반응 온도는 100 ~ 170℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the reaction temperature in the leachable first reactor is 100 to 170 ° C, and the reaction pressure is 150 to 280 psi.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 관형흐름식 2차 반응기의 반응 조건이 70 ~ 120℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi일 수 있다.
In a preferred embodiment of the present invention, the reaction conditions of the tubular flow type secondary reactor are 70 to 120 ° C, and the reaction pressure may be 150 to 280 psi.

또한 본 발명은 다른 실시 양태로, 침출식 1차 반응기에 셀룰로오스계 바이오매스를 제공하는 제 1 단계;The present invention also provides, in another embodiment, a process for producing cellulose-based biomass comprising: a first step of providing a cellulosic biomass to a leachable primary reactor;

침출식 1차 반응기에 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스를 1차 가수 분해시키도록 제 1 용매 공급장치의 제 1 용매를 공급하여 바이오매스로부터 글루칸 및 자일란을 추출하는 제 2 단계;A second step of extracting glucan and xylan from the biomass by supplying a first solvent of the first solvent supply device to primary hydrolysis of cellulose and hemicellulose to the leachable primary reactor;

1차 침출식 반응기에서 추출되어 이송중인 글루칸 및 자일란을 2차 가수분해시켜 글루코오스와 자일로오스로 전환시킬수 있도록 제 1 용매를 희석시키는 제 2 용매를 제 2 용매 공급장치를 통해 투입하는 제 3 단계; 및A third step of injecting a second solvent, which is extracted in the first leach type reactor and dilutes the first solvent so as to convert the glucan and the xylan to be transferred into the glucoside and xylose by secondary hydrolysis, through a second solvent supply device ; And

관형흐름식 2차 반응기로 공급된 글루칸 및 자일란을 관형흐름 반응으로 2차 가수분해시켜 글루코오스와 자일로오스로 전환시키는 제 4 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법을 제공함으로써 달성된다.
And a fourth step of subjecting the glucan and the xylan supplied to the tubular flow type secondary reactor to secondary hydrolysis by tubular flow reaction to convert the glucan and xylose into glucose and xylose. By providing a method for producing a hydrolyzate of the biomass.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 4단계 후 관형흐름식 2차 반응기를 통하여 생산된 가수분해 물질을 저장조로 포집하기 직전에 리그닌을 분별하고 회수하도록 흡착하는 제 5 단계;를 더 포함하여 구성할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the method further comprises the fifth step of adsorbing the lignin so as to separate and recover the lignin just before collecting the hydrolyzate produced through the tubular flow type secondary reactor after the fourth step into the reservoir .

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 1 용매는 황산수용액일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the first solvent may be an aqueous sulfuric acid solution.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 1 용매의 농도는 3 ~ 15wt%일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the concentration of the first solvent may be 3 to 15 wt%.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 2 용매는 물일 수 있다.The present invention is a preferred embodiment, and the second solvent may be water.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 2 용매는 제 1 용매의 농도를 1 ~ 5wt%로 희석시킬 수 있다.The present invention is a preferred embodiment, and the second solvent can dilute the concentration of the first solvent to 1 to 5 wt%.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 침출식 1차 반응기 내의 반응 온도는 100 ~ 170℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the reaction temperature in the leachable first reactor is 100 to 170 ° C, and the reaction pressure is 150 to 280 psi.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 관형흐름식 2차 반응기의 반응 조건이 70 ~ 120℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the reaction conditions of the tubular flow type secondary reactor are 70 to 120 ° C, and the reaction pressure may be 150 to 280 psi.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 2 단계의 침출반응 후에 냉각 및 열교환 공정을 거친 다음 제 2 용매를 공급하여 관형 흐름식 2차 반응기에서 반응을 유도할 수 있다.
The present invention is a preferred embodiment. After the leaching reaction of the second step, the reaction may be induced in a tubular flow type secondary reactor by supplying a second solvent after cooling and heat-exchanging processes.

상기와 같이 본 발명은 셀룰로오스계 바이오매스로부터 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스가 모두 가수분해되도록 흐름식 2단계 반응 조건을 연속적으로 사용하는 공정을 발명하였다. 즉, 1차로 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스로부터 글루칸 및 자일란 형태로 가수 분해시키고, 2차로 단당류로 전환시키는 가수 분해 공정을 유도하여, 효과적인 당화가 가능하여 셀룰로오스계 바이오매스로부터 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스를 모두 가수분해하여 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로부터 글루코오스와 자일로오스를 생산할 수 있다는 장점과,As described above, the present invention is a process for continuously using two-step flow-type reaction conditions so that lignin, cellulose and hemicellulose are all hydrolyzed from cellulose-based biomass. That is, hydrolysis is firstly carried out in the form of glucan and xylan from cellulose and hemicellulose, and secondary conversion into monosaccharide is induced, so that effective saccharification is possible and hydrolysis of lignin, cellulose and hemicellulose from cellulose biomass The advantage of being able to produce glucose and xylose from cellulose and hemicellulose,

또한, 본 발명은 종래 산성 용매를 이용하여 셀룰로오스 바이오매스의 가수분해 방법에서 발생하는 문제점인 강산 및 고온 공정에서는 셀룰로오스를 글루코오스로 전환시킬 수 있으나, 헤미셀룰로오스는 자일로오소에서 과분해 반응을 거쳐 푸르푸랄(furfural)과 같은 발효 과정에서 미생물에 저해 작용을 주는 독성 물질을 생산하고 반대로 약산 및 저온 공정에서는 헤미셀룰로오스만을 자일로오스로 가수분해할 수 있다는 문제점을 2단계의 침출반응과 흐름반응을 통하고, 고온과 저온 공정을 유도하여 산 가수분해 공정의 문제점을 해결하였다는 장점과,In addition, the present invention can convert cellulose into glucose in a strong acid and high temperature process, which is a problem that occurs in the conventional method of hydrolyzing cellulose biomass using an acidic solvent. However, hemicellulose has a hyperfractionation reaction in xylose, The present invention relates to a process for producing a toxic substance which inhibits microorganisms in a fermentation process such as furfural and furfural. In contrast, in a weak acid and a low temperature process, only hemicellulose can be hydrolyzed into xylose, The advantages of solving the problems of acid hydrolysis process by inducing high temperature and low temperature process,

또한 본 발명은 생산된 가수분해물질(탄수화물)은 대부분 글루코오스 및 자일로오스이므로 곧바로 또는 간단한 중화 과정 또는 용매 제거 공정을 거쳐 발효 공정에의 적용이 가능하므로 공정 비용을 저감할 수 있다는 장점과,Since the produced hydrolyzate (carbohydrate) is mostly glucose and xylose, the present invention can be applied to a fermentation process through a simple neutralization process or a solvent removal process,

또한 본 발명에 따른 2단 가수분해 방법은 기존의 전처리 공정을 통하여 얻어지는 바이오매스를 효소 당화 공정을 거쳐 발효 가능한 탄수화물 즉, 당화액을 얻을 수 있는 방법이 필요 없이 낮은 공정 비용으로 빠른 시간내에 효과적으로 글루코오스와 자일로오스를 생산할 수 있어서 기타 전처리 및 분별 공정을 적용하고 효소를 이용하여 셀룰로오스의 당화 과정을 수행하는 경우 바이오매스를 이용한 에탄올, 부탄올 및 화학물질 생산을 위하여 많은 부분을 차지하던 효소 사용 비용을 없애는 동시에 당화액(가수분해 물질)을 높은 반응속도로 얻을 수 있으므로 궁극적으로 당화 생산량을 증대시킬 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
Further, the two-stage hydrolysis method according to the present invention is a method for hydrolyzing biomass obtained through a conventional pretreatment process to a fermentable carbohydrate through an enzyme saccharification process, that is, And xylose. Therefore, in the case of applying the other pre-treatment and fractionation process and performing the saccharification process of cellulose by using enzymes, the cost of using enzymes, which occupied a large part for the production of ethanol, butanol and chemicals using biomass, (Hydrolytic substance) can be obtained at a high rate of reaction at the same time as the saccharification solution (hydrolysis substance) can be ultimately increased.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 2단계 산처리 가수분해 장치의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 2단계 산처리 가수분해 공정의 순서도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 가수분해에 의한 리그노셀룰로오스의 구조 변화를 보인 모식도이고,
도 4는 일반적인 리그노셀룰로오스의 구조를 보인 모식도이다.
1 is a schematic diagram of a two-stage acid-hydrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a flowchart of a two-stage acid-hydrolysis process according to an embodiment of the present invention,
3 is a schematic diagram showing a structural change of lignocellulose by hydrolysis according to an embodiment of the present invention,
4 is a schematic view showing the structure of a general lignocellulose.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 셀룰로오스계 바이오매스로부터 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스가 모두 가수분해되도록 흐름식 2단계 반응 조건을 연속적으로 사용하는 거으로, 1차로 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스로부터 글루칸 및 자일란 형태로 가수 분해시키고, 2차로 단당류로 전환시키는 가수 분해 공정을 유도하여, 효과적인 당화가 가능하도록 하도록 2단계의 침출반응과 흐름반응을 통하고, 고온과 저온 공정을 적절히 유도하여 산 가수분해하는 장치 및 방법이다.
The present invention relates to a process for the hydrolysis of cellulose and hemicellulose from cellulosic biomass to hydrolysis of cellulose and hemicellulose in the form of glucan and xylan from cellulose and hemicellulose, , And inducing a hydrolysis process to convert the hydrolysis process into a hydrolysis process and a hydrolysis process in which a high temperature and a low temperature process are suitably induced through a two-step leaching reaction and a flow reaction.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 2단계 산처리 가수분해 장치의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 2단계 산처리 가수분해 공정의 순서도이다.FIG. 1 is a schematic view of a two-stage acid-hydrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of a two-stage acid-hydrolysis process according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명을 수행하는 한 실시예에 따른 셀룰로오스계 바이오 매스를 이용한 2단계 산처리 가수분해 장치는, 셀룰로오스계 바이오매스를 1차 가수분해를 통하여 올리고머의 형태로 전환하는 침출식 1차 반응기(1)와; As shown in the drawings, the two-stage acid hydrolysis apparatus using the cellulosic biomass according to one embodiment of the present invention includes a leachate type primary hydrolysis apparatus for converting cellulosic biomass into an oligomer form through primary hydrolysis A reactor (1);

상기 침출식 1차 반응기로 1차 용매를 공급하는 제 1 용매탱크(21)와 제 1 용매펌프(22)로 이루어진 제 1 용매 공급장치(2)와; A first solvent supply device 2 composed of a first solvent tank 21 and a first solvent pump 22 for supplying a primary solvent to the leaching type primary reactor;

상기 반응기에서 1차 가수분해된 고농도 가수분해 용액에 물을 공급하여 2차 가수분해의 산 농도를 낮추는 제 2 용매탱크(31)와 제 2 용매펌프(32)로 이루어진 제 2 용매 공급장치(3)와; A second solvent supply device 3 (see FIG. 3) composed of a second solvent tank 31 and a second solvent pump 32 for lowering the acid concentration of the second hydrolysis by supplying water to the first hydrolyzed high- )Wow;

상기 제 2 용매 공급장치를 통해 희석된 1차 가수분해 용액을 저온인 70 ~ 120 ℃에서 관형흐름 반응으로 2차 가수분해시켜 모너머 형태의 탄수화물로 전환하는 관형흐름식 2차 반응기(4)와; A tubular flow-type secondary reactor 4 for converting the diluted primary hydrolysis solution through the second solvent supply device into a secondary hydrolysis in a tubular flow reaction at a low temperature of 70 to 120 ° C to form a monomer-like carbohydrate; ;

상기 관형 흐름 반응기를 통해 얻어진 가수분해 물질을 저장하는 저장조(5)와; A reservoir 5 for storing the hydrolyzate obtained through the tubular flow reactor;

상기 침출식 1차 반응기와 관형 흐름식 2차 반응기의 내부 압력을 유지 시키도록 해주는 압력 공급장치(6);를 포함하여 구성된다.
And a pressure supply device (6) for maintaining the internal pressures of the leach type primary reactor and the tubular flow type secondary reactor.

상기 침출식 1차 반응기는 반응기 내부에 바이오매스를 충전하고 용매를 흘려 보내는 구조를 지니고 있으며, 이러한 반응 형태는 고체상의 바이오매스로부터 용매에 의해 가수분해되는 탄수화물을 액상으로 반응기 외부로 침출하는 방법으로 회분식 반응에서 발생하는 탄수화물의 과분해 반응의 문제점을 극복할 수 있는 반응기이다.The leaching-type primary reactor has a structure in which biomass is filled in a reactor and a solvent is flowed. This type of reaction is a method in which a carbohydrate hydrolyzed by a solvent from a solid biomass is leached out of the reactor as a liquid phase It is a reactor that can overcome the problem of hyperproliferation reaction of carbohydrate in batch reaction.

상기 관형흐름식 2차 반응기는 코일 관 구조로 일정한 온도를 유지 시키면서 침출식 1차 반응으로 생성되는 올리고머 형태의 탄수화물을 모노머 형태의 탄수화물로 전환을 유도할 수 있는 반응기이다.
The tubular flow-type secondary reactor is a reactor capable of inducing the conversion of an oligomer-type carbohydrate produced by a leaching-type primary reaction into a monomer-type carbohydrate while maintaining a constant temperature in a coil tube structure.

상기 산처리 가수분해 장치는 1차 가수 분해를 위한 제 1 용매의 농도 조절을 위해 물을 담지한 제 3 용매 탱크(71) 및 제 3 용매펌프(72)로 이루어진 제 3 용매공급장치(7)를 제 1 용매 펌프에 연결하여 더 포함할 수 있다. The acid treatment hydrolytic device comprises a third solvent supply device 7 composed of a third solvent tank 71 carrying water and a third solvent pump 72 for adjusting the concentration of the first solvent for primary hydrolysis, To the first solvent pump.

상기 제 1 용매는 황산 수용액(또는 황산이나 염산을 포함하는 무기 산성 용매)이고, 제 2 용매는 물일 수 있다.
The first solvent may be an aqueous sulfuric acid solution (or an inorganic acid solution containing sulfuric acid or hydrochloric acid), and the second solvent may be water.

또한 본 발명은 상기 제 1 용매 펌프와 침출식 1차 반응기 사이에 예열 장치(8a) 또는 증기 발생 장치(8b) 중 어느 하나 이상을 추가로 설치할 수 있다. 이는 침출식 반응기에서 반응시 반응온도에 도달하는 시간을 줄여 줄 수 있는 장치이다.Further, in the present invention, at least one of the preheating device 8a or the steam generating device 8b may be additionally provided between the first solvent pump and the leachable first reactor. This is a device that can reduce the time to reach the reaction temperature in the leaching reactor.

한편, 상기 침출식 1차 반응기와 관형흐름식 2차 반응기 사이, 또는 관형흐름식 2차 반응기와 저장조 사이에는 냉각기(9a) 또는 열교환 장치(9b) 중에서 어느 하나 이상이 추가로 설치될 수 있고, 상기 저장조에는 압력 공급장치(6)가 연결되어 있을 수 있다. At least one of a cooler 9a and a heat exchanger 9b may be further provided between the leachable first reactor and the tubular flow second reactor or between the tubular flow second reactor and the storage tank, A pressure supply device 6 may be connected to the reservoir.

이러한 장치는 침출반응 후 냉각 및 열교환 공정을 거친후 또는 제 2 용매를 공급하여 관형 흐름식 2차 반응기에 유도하기 위함으로 열에 의한 과분해와 같은 부가반응을 방지하게 된다.
Such a device prevents the addition reaction such as overdispersion by heat in order to induce the second solvent after the cooling and heat exchange process after the leaching reaction or the second solvent to the tubular flow type second reactor.

본 발명은 침출반응기에서의 반응을 위해 고압조건을 유지하기 위해 제 1 용매 펌프(21)와 저장조(5) 사이에 역압력 조절기(back pressure regulator)인 압력공급장치(6)를 연결하거나 추가 장착하거나 제 2 용매펌프(32)에 고압질소를 유입하여 압력을 150 ~ 280 psi 조건으로 유지하는 역압력 조절기(back pressure regulator)인 압력공급장치(6)를 연결 또는 추가 장치할 수도 있다.
The present invention is characterized in that a pressure supply device 6, which is a back pressure regulator, is connected between the first solvent pump 21 and the reservoir 5 to maintain a high pressure condition for reaction in the leaching reactor, Or a pressure supply device 6, which is a back pressure regulator for maintaining the pressure at 150 to 280 psi by introducing high-pressure nitrogen into the second solvent pump 32, may be connected or added.

또한 본 발명은 상기 관형흐름식 2차 반응기(4)와 관형 흐름 반응기를 통해 얻어진 가수분해 물질을 저장하는 저장조(5) 사이에 리그닌을 회수토록 이송파이프내 흡착제를 충전하거나, 흡착 장치(10)를 더 포함할 수 있다. 이때 흡착제는 활성탄일수 있다. 또한 장치는 활성탄이 충전된 흡착장치일 수 있다.
The present invention also relates to a process for the adsorption of an adsorbent in a transfer pipe to recover lignin between a tubular flow type secondary reactor 4 and a storage tank 5 for storing a hydrolyzed substance obtained through a tubular flow reactor, As shown in FIG. The adsorbent may be activated carbon. Further, the apparatus may be an adsorption apparatus filled with activated carbon.

상기와 같은 2단 산처리 가수분해 장치를 통한 본 발명의 한 실시예에 따른 셀룰로오스계 바이오매스(Cellulose­based biomass)로부터 가수분해 반응은 침출식 1차 반응기와 관형흐름식 2차 반응기를 이용하여 셀룰로오스계 바이오매스를 2번 가수분해하는 과정이 수행되어, 최종적으로 관형 반응기를 통과하여 저장조로 포집되는 액상은 모노머의 탄수화물, 즉 글루코오스와 자일로오스를 생산할 수 있는 단계로 이루어진다.The hydrolysis reaction from the cellulose-based biomass according to an embodiment of the present invention through the two-stage acid hydrolysis apparatus can be carried out by using a leaching type primary reactor and a tubular flow type secondary reactor, The biomass is hydrolyzed twice and finally the liquid phase which passes through the tubular reactor and is collected in the reservoir is composed of the step of producing the carbohydrates of the monomer, glucose and xylose.

구체적으로 본 발명은, 침출식 1차 반응기에 셀룰로오스계 바이오매스를 제공하는 제 1 단계(S100);Specifically, the present invention provides a method for producing cellulose-based biomass, comprising: a first step (SlOO) of providing a cellulosic biomass to a leachable primary reactor;

침출식 1차 반응기에 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스를 1차 가수 분해시키도록 제 1 용매 공급장치의 제 1 용매를 공급하여 바이오매스로부터 글루칸 및 자일란을 추출하는 제 2 단계(S200);A second step (S200) of extracting glucan and xylan from the biomass by supplying a first solvent of the first solvent supply device to primary hydrolysis of cellulose and hemicellulose to the leachable first reactor;

1차 침출식 반응기에서 추출되어 이송중인 글루칸 및 자일란을 2차 가수분해시켜 글루코오스와 자일로오스로 전환시킬수 있도록 제 1 용매를 희석시키는 제 2 용매를 제 2 용매 공급장치를 통해 투입하는 제 3 단계(S300); 및A third step of injecting a second solvent, which is extracted in the first leach type reactor and dilutes the first solvent so as to convert the glucan and the xylan to be transferred into the glucoside and xylose by secondary hydrolysis, through a second solvent supply device (S300); And

관형흐름식 2차 반응기로 공급된 글루칸 및 자일란을 관형 흐름반응으로 2차 가수분해(올리고머 형태의 글루칸, 자일란을 모노머 형태의 글루코오스와 자일로오스로 전환시키는 반응)반응시켜 글루코오스와 자일로오스로 전환시키는 제 4 단계(S400);를 포함하여 구성된다.
The reaction of the glucan and the xylan fed into the tubular flow type second reactor is subjected to a secondary hydrolysis in a tubular flow reaction (a reaction of converting the oligomeric form of glucan and the xylan into the monomeric form of glucose and xylose) to produce glucose and xylose (S400).

또한 본 발명은 상기 4단계 후 관형흐름식 2차 반응기를 통하여 생산된 가수분해 물질을 저장조로 포집하기 직전에 리그닌을 분별하고 회수하도록 흡착하는 제 5 단계(S500);를 더 포함할 수 있다.Further, the present invention may further include a fifth step (S500) of adsorbing the lignin to recover and recover the lignin immediately before collecting the hydrolyzate produced through the tubular flow type secondary reactor in the storage tank.

이와 같은 5단계 공정이 필요한 이유는 산 가수분해 공정이 진행되는 동안 산에 녹는 리그닌 성분도 탄수화물 수용액에 같이 존재하게 되는데, 이러한 리그닌 및 리그닌 파생 물질은 생산되는 탄수화물(당화액)의 질적 문제점을 제공할 수 있으므로 관형흐름식 2차 반응기와 저장조 사이의 이송파이프내 흡착제를 충전하거나, 흡착 공정을 추가하는 것이 바람직한다. The reason why such a five-step process is necessary is that during the acid hydrolysis process, acid-soluble lignin components are also present in the aqueous carbohydrate solution, and such lignin and lignin derivatives provide quality problems of the carbohydrates It is preferable to fill the adsorbent in the transfer pipe between the tubular flow type secondary reactor and the storage tank or add an adsorption process.

이러한 흡착 공정에 사용되는 흡착제는 리그닌 및 리그닌 파생물질을 효율적으로 흡착, 제거할 수 있어야 한다. 이때 사용되는 흡착제로는 저비용의 재사용 가능한 흡활성탄이 바람직하다.
The adsorbent used in this adsorption process must be able to efficiently adsorb and remove lignin and lignin derivatives. As the adsorbent to be used at this time, a low-cost reusable activated carbon is preferable.

상기 제1 단계에서 셀룰로오스계 바이오매스는 예를 들어 펠릿 또는 칩(chip)의 형태로 공급될 수 있다. 셀룰로오스계 바이오매스의 원료는 하드 우드, 소프트 우드, 재생지(recycled paper), 폐지(waste paper), 목편, 펄프 및 종이 폐기물, 페목재, 간벌목, 옥수수대, 옥수수심, 볏짚, 왕겨, 밀짚, 사탕수수대, 바가스, 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
In the first step, the cellulosic biomass may be supplied in the form of, for example, pellets or chips. Raw materials of cellulose-based biomass include hard wood, soft wood, recycled paper, waste paper, wood chips, pulp and paper waste, paper lumber, lumber, cornstalks, cornstalks, rice straw, Sorbitol, sugar cane, and mixtures thereof, but are not limited thereto.

상기 제 1 단계의 침출식 1차 반응기에 바이오매스를 충전한 후 본 발명에 따라 가수분해를 수행하고 침출식 1차 반응기 내의 고형 성분인 잔류 바이오매스를 제거한 후, 차회 공정은 재차 침출식 1차 반응기에 바이오매스를 충전하는 과정이 불연속적으로 수행되는 것을 의미한다.
After the biomass is charged into the leachate first reactor of the first stage, the hydrolysis is carried out according to the present invention and the residual biomass which is a solid component in the leachable first reactor is removed, Which means that the process of charging biomass into the reactor is performed discontinuously.

상기 제 2 단계에서 침출식 1차 반응기 내의 반응 온도는 100 ~ 170℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi인 것이 바람직하다. 이와 같이 수치 한정한 이유는 본 발명은 황산을 이용한 가수분해 반응온도와 황산 용액의 농도에 의존하는데, 황산농도 1 ~ 20 wt%의 조건에서 반응온도는 상기 온도범위이이고, 또한 고/액 반응을 유도할려면, 액상 용매의 기화를 방지하기 위한 압력이 상기 온도 범위에서 150 ~ 280 psi이기 때문이다.
In the second step, the reaction temperature in the leachable primary reactor is 100 to 170 ° C, and the reaction pressure is 150 to 280 psi. The reasons for this numerical limitation are that the present invention depends on the hydrolysis temperature and the concentration of the sulfuric acid solution using sulfuric acid. The reaction temperature is in the range of 1 to 20 wt%, and the solid / liquid reaction The reason for this is that the pressure for preventing vaporization of the liquid solvent is 150-280 psi in the above temperature range.

상기 제 2 단계에서 1차 가수분해를 위한 제 1 용매는 고분자 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 올리고머 형태의 글루칸과 자일란으로 전환시킬 수 있는 황산 수용액이다. 또한 황산 및 염산을 포함하는 무기 산성 용매를 사용할 수도 있다.The first solvent for primary hydrolysis in the second step is an aqueous sulfuric acid solution capable of converting polymeric cellulose and hemicellulose into oligomeric glucan and xylan. Inorganic acidic solvents containing sulfuric acid and hydrochloric acid may also be used.

상기 제 1 용매의 농도는 특별히 제한되지 않지만 황산 수용액의 농도는 바람직하게는 3 ~ 15wt%인 것을 사용한다.The concentration of the first solvent is not particularly limited, but the concentration of the aqueous sulfuric acid solution is preferably 3 to 15 wt%.

상기 제 2 단계의 1차 가수분해 공정은 견고한 폴리머 형태의 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 올리고머 형태로 전환시킬 수 있다. 이러한 1차 가수분해를 통하여 초기 바이오 매스에 존재하는 셀룰로오스는 60 ~ 90wt%가 액상 올리고머 형태로, 헤미셀룰로오스는 70 ~ 95wt%가 액상 올리고머 형태로 전환된다. 동시에 침출식 1차 반응기에 잔류되는 고형 바이오매스는 침출되어 나가는 올리고머 형태의 액상과 비례하여 감소한다.
The second stage of the primary hydrolysis process can convert the rigid polymeric form of cellulose and hemicellulose into oligomeric form. Through this primary hydrolysis, 60 ~ 90wt% of cellulose present in the initial biomass is converted into liquid oligomer form, and hemicellulose 70 ~ 95wt% is converted into liquid oligomer form. At the same time, the solid biomass remaining in the leachable primary reactor decreases in proportion to the liquid phase in the form of the oligomer which is leached out.

또한, 상기 제 3 단계의 제 2 용매는 제 1 용매를 희석시킬 수 있는 용매이면 되는데 바람직하게는 물(증류수)을 사용한다. 이때 유속은 제 1 용매의 투입 유속(5 ~ 10 ml/min) 범위 이하로 일정한 흐름의 방향으로 적용하는 것이 바람직하다. In addition, the second solvent in the third step may be a solvent capable of diluting the first solvent, and preferably water (distilled water) is used. At this time, it is preferable to apply the flow rate in the direction of constant flow below the input flow rate of the first solvent (5 to 10 ml / min).

즉, 물을 사용한 제 2 용매는 침출반응을 통하여 나오는 산성 분위기의 액상반응물을 약산으로 희석 시킬 수 있다. 바람직한 예로 상기 약산이라 함은 제 1 용매가 황산 수용액일 경우 1 ~ 5wt%까지의 약산 분위기를 형성한다.
That is, the second solvent using water can dilute the liquid reaction product in the acidic atmosphere through the leaching reaction into weak acid. As a preferable example, the weak acid means a weak acid atmosphere of 1 to 5 wt% when the first solvent is an aqueous sulfuric acid solution.

또한 상기 제 4 단계에서는 제 2 용매로서 희석된 약산 분위기에서 올리고머 형태의 글루칸과 자일란을 글루코오스와 자일로오스로 전환 가능토록 흐름형 반응을 유지토록 하는것이 바람직하다. In the fourth step, it is preferable to maintain the flow type reaction so that the oligomer type glucan and the xylan can be converted into glucose and xylose in a weak acid atmosphere diluted as the second solvent.

이때 침출반응 후 냉각 및 열교환 공정을 거친 후 또는 제 2 용매를 공급하여 관형 흐름식 2차 반응기에 유도하는 것이 바람직한다.At this time, it is preferable to induce the leaching reaction to the tubular flow type secondary reactor after the cooling and heat exchange processes or after supplying the second solvent.

또한 제 2 용매로서 적용하는 약 황산 분위기 용매의 농도는 3 ~ 5wt%이며 반응온도는 70 ~ 120℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi인 것이 바람직하다. 수치 한정 이유는 전술한 바와 같다.The concentration of the weak sulfuric acid solvent used as the second solvent is 3 to 5 wt%, the reaction temperature is 70 to 120 DEG C, and the reaction pressure is 150 to 280 psi. The reasons for the numerical limitation are as described above.

여기서 침출식 1차 반응기와 관형흐름식 반응기에 각각 제공되는 압력 조건은 압력공급장치(6) 하나로 모두 조절된다.
Here, the pressure conditions provided to the leachable primary reactor and the tubular flow reactor, respectively, are regulated by one pressure supply device 6.

최종적으로 상기 제 4 단계를 통하여 생산되는 액상의 가수분해 물질은 저장조에 포집되는데 얻어지는 가수분해 물질은 대부분 글루코오스와 자일로오스이며, 초기 침출반응기에 투입되는 바이오매스를 기준으로 할 때 글루코오스의 수율은 55 ~ 90wt%이며, 자일로오스의 수율은 65 ~ 95wt% 이었다. 이와 같은 수율은 흡착공정인 제 5단계와 상관없는 최종 전환 수율이다. Finally, the hydrolyzed material produced through the fourth step is collected in a storage tank. Most of the hydrolyzable material obtained is glucose and xylose. When the biomass introduced into the initial leaching reactor is used as a starting material, the yield of glucose 55 to 90 wt%, and the yield of xylose was 65 to 95 wt%. This yield is the final conversion yield regardless of the fifth step of the adsorption process.

상기와 같은 본 발명의 후속공정에서는 상기 방법으로 추출된 글루코오스와 자일로오스를 이용하여 알코올을 획득하는 바이오연료의 제조방법을 제공하는 바, 상기 반응기를 통하여 얻어지는 액상 탄수화물 성분(글루코오스와 자일로오스)을 발효시켜 에탄올 및 부탄올을 비롯한 화학물질을 획득할 수 있고, 또한 열분해 및 화학 촉매 공정을 통하여 HMF, 푸르푸랄(furfural) 등의 화학물질을 획득할 수 있다. In the subsequent process of the present invention as described above, there is provided a method for producing an alcohol using glucose extracted with the above-described method and xylose, wherein a liquid carbohydrate component (glucose and xylose ) Can be fermented to obtain chemicals including ethanol and butanol, and chemical substances such as HMF and furfural can be obtained through pyrolysis and chemical catalytic processes.

또한 상기 생산된 글루코오스 및 자일로오스을 이용하여 바이오 연료인 알코올(에탄올, 부탄올), 알칸계 화학물 및 C3­C6계 화학원료 및 유기산을 제조할 수 있다.
Alcohols (ethanol, butanol), alkane-based chemicals and C3C6-based chemical materials and organic acids, which are biofuels, can be produced using the glucose and xylose produced above.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 가수분해에 의한 리그노셀룰로오스의 구조 변화를 보인 모식도로, 본 발명에 따른 장치를 이용한 공정을 수행하면 셀룰로오스계 바이오매스로부터 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스가 모두 가수분해되어 후속공정에서 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로부터 글루코오스와 자일로오스를 생산할 수 있게 된다.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a structural change of lignocellulose by hydrolysis according to an embodiment of the present invention. When a process using the apparatus according to the present invention is performed, lignin, cellulose, and hemicellulose are all converted from cellulose- It is possible to produce glucose and xylose from cellulose and hemicellulose in a subsequent process.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예이다.Hereinafter, it is a preferred embodiment of the present invention.

[실시예 1][Example 1]

전술한 도 1에 따른 2단계 산처리 가수분해 장치를 이용한 공정을 설명한다.The process using the two-stage acid treatment hydrolysis apparatus according to the above-described FIG. 1 will be described.

먼저, 침출식 1차 반응기(1)에 바이오매스를 충전시키고, 1차 침출식 반응기(1)의 반응 온도가 150℃, 압력이 200 psig가 유지되도록 하였다. First, the biomass was charged into the leachate first reactor (1) and the reaction temperature of the first leach reactor (1) was maintained at 150 캜 and the pressure of 200 psig.

제 1 용매 탱크(21)로부터 10% 황산 수용액을 침출식 1차 반응기로 공급하여 5분간 1차 가수분해를 시켰다. 이때, 셀룰로오스는 70wt% 액상 올리고머 형태로, 헤미셀룰로오스는 85wt%가 액상 올리고머 형태로 전환된다. A 10% aqueous solution of sulfuric acid was supplied from the first solvent tank 21 to the leachable primary reactor and subjected to primary hydrolysis for 5 minutes. At this time, the cellulose is converted into a 70 wt% liquid oligomer form, and the hemicellulose 85 wt% is converted into a liquid oligomer form.

그런 다음, 제 2 용매 탱크(31)로부터 물을 관형흐름식 2차 반응기(4)로 공급하여 올리고머 형태의 탄수화물(당화액)을 모노머 형태의 당화액으로 전환시켜 저장조(5)에 포집하였다. Then, water is supplied from the second solvent tank 31 to the tubular flow type secondary reactor 4 to convert the oligomer type carbohydrate (glycated liquid) into a monomeric glycated liquid and collect it in the reservoir 5.

이 최종 글루코오스의 수율은 65wt%이며, 자일로오스의 수율은 80wt%였다. 이는 기존 1차 산 가수분해 장치를 통한 바이오매스의 산 가수분해와 비교해 보았을 때 최종 글루코오스의 수율이 최고 35wt%에서 65wt%로 증가함을 보였으며, 자일로오스 수율 역시 80wt%로 기존 고온 및 긴 반응시간에 의해 자일로오스가 과분해 되어 60%의 낮은 수율을 나타냈던 것과 달리 자일로오스의 과분해 과정이 없어 발효 저해물질인 fufural의 생산도 낮아져, 높은 자일로오스의 회수율을 나타나게 되었다. The yield of this final glucose was 65 wt%, and the yield of xylose was 80 wt%. The yield of final glucose increased from 35wt% to 65wt% compared with the acid hydrolysis of biomass through the existing primary acid hydrolysis unit. The yield of xylose was also 80wt% In contrast to the fact that xylose was overdosed by the reaction time and showed a low yield of 60%, the production of fufural, which is a fermentation inhibitor, was lowered and the recovery rate of xylose was higher than that of xylose.

또한, 관형흐름식 2차 반응기와 최종 탄수화물 포집을 위한 저장조 사이에 리그닌을 흡착할 수 있는 활성탄을 충전하여 리그닌 및 리그닌 파생물의 58wt%를 제거하였다. 이는 기존 1차 산가수분해 장치에서는 고온 및 긴 반응시간에 의해 리그닌으로부터 파생된 페놀릭 화합물에 의해 발효공정에서의 에탄올 수율에 큰 영향을 미쳤으나 활성탄 충전을 통한 페놀릭 화합물의 제거를 통해 발효공정의 효율성을 크게 높일 수 있었다.In addition, 58 wt% of the lignin and lignin derivatives were removed by filling activated carbon which can adsorb lignin between the tubular flow type secondary reactor and the storage tank for capturing the final carbohydrate. In the first acid hydrolysis device, the phenolic compounds derived from lignin by high temperature and long reaction time had a great effect on the ethanol yield in the fermentation process. However, The efficiency of the system can be greatly increased.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.

이상 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 셀룰로오스계 바이오매스의 탄수화물 생산 장치 및 방법은, 일련의 반응 시스템 사용하고 침출식 1차 반응기 및 제 1 용매 그리고 관형흐름식 2차 반응기 및 제 2 용매를 연속적으로 반응기 내에 유입함으로써, 셀룰로오스 바이오매스로부터 글루코오스 및 자일로오스를 생산할 수 있는 바, 효소당화 공정 없이 빠른 반응을 수행하고, 과 분해 반응을 최소화시킬 수 있으며, 2 단계의 주요 공정이 일련의 반응을 통하여 이루어지므로 공정성이 뛰어나고, 고농도의 글루코오스 및 자일로오스를 고수율로 획득할 수 있다는 장점이 있으므로, 산업적 효용가치가 우수하다.
The apparatus and method for producing carbohydrates of cellulosic biomass according to preferred embodiments of the present invention are characterized by using a series of reaction systems and using a leachable first reactor and a first solvent and a tubular flow second reactor and a second solvent continuously , It is possible to produce glucose and xylose from the cellulosic biomass, so that it is possible to perform a rapid reaction without enzymatic saccharification and to minimize the decomposition reaction, and the two main steps are a series of reactions Therefore, it has an excellent industrial value because it has an advantage of being excellent in fairness and capable of obtaining high concentration of glucose and xylose with high yield.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 침출식 1차 반응기 (2) : 제 1 용매 공급장치
(3) : 제 2 용매 공급장치 (4) : 관형 흐름식 2차 반응기
(5) : 저장조 (6) : 압력공급장치
(7) : 제 3 용매공급장치 (8a) : 예열장치
(8b) : 증기 발생장치 (9a) : 냉각기
(9b) : 열교환 장치 (10) : 흡착장치
(21) : 제 1 용매 탱크 (22) : 제 1 용매 펌프
(31) : 제 2 용매 탱크 (32) : 제 2 용매 펌프
(71) : 제 3 용매 탱크 (72) : 제 3 용매 펌프
Description of the Related Art
(1): leachable first reactor (2): first solvent supplier
(3): Second solvent supply device (4): Tubular flow type secondary reactor
(5): reservoir (6): pressure supply device
(7): Third solvent supply device (8a): Preheating device
(8b): steam generator (9a): cooler
(9b): Heat exchanger (10): Adsorption device
(21): first solvent tank (22): first solvent pump
(31): second solvent tank (32): second solvent pump
(71): third solvent tank (72): third solvent pump

Claims (20)

셀룰로오스계 바이오매스를 1차 가수분해를 통하여 올리고머의 형태로 전환하는 침출식 1차 반응기(1)와;
상기 침출식 1차 반응기로 1차 용매를 공급하는 제 1 용매탱크(21)와 제 1 용매펌프(22)로 이루어진 제 1 용매 공급장치(2)와;
상기 반응기에서 1차 가수분해된 고농도 가수분해 용액에 물을 공급하여 2차 가수분해의 산 농도를 낮추는 제 2 용매탱크(31)와 제 2 용매펌프(32)로 이루어진 제 2 용매 공급장치(3)와;
상기 제 2 용매 공급장치를 통해 희석된 1차 가수분해 용액을 저온에서 관형흐름 반응으로 2차 가수분해시켜 모너머 형태의 탄수화물로 전환하는 관형흐름식 2차 반응기(4)와;
상기 관형 흐름 반응기를 통해 얻어진 가수분해 물질을 저장하는 저장조(5)와;
상기 침출식 1차 반응기와 관형 흐름식 2차 반응기의 내부 압력을 유지 시키도록 해주는 압력 공급장치(6);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
A leachable primary reactor (1) for converting cellulosic biomass into an oligomer form through primary hydrolysis;
A first solvent supply device 2 composed of a first solvent tank 21 and a first solvent pump 22 for supplying a primary solvent to the leaching type primary reactor;
A second solvent supply device 3 (see FIG. 3) composed of a second solvent tank 31 and a second solvent pump 32 for lowering the acid concentration of the second hydrolysis by supplying water to the first hydrolyzed high- )Wow;
A tubular flow type secondary reactor (4) for converting the diluted primary hydrolysis solution through the second solvent supply device to a secondary hydrolysis in a tubular flow reaction at a low temperature to convert to a monomeric carbohydrate;
A reservoir 5 for storing the hydrolyzate obtained through the tubular flow reactor;
And a pressure supply device (6) for maintaining the internal pressures of the leachable primary reactor and the tubular flow type secondary reactor. The hydrolysis of the cellulosic biomass through a two-stage acid treatment process Material production equipment.
청구항 1에 있어서,
상기 관형흐름식 2차 반응기(4)와 저장조(5) 사이에 리그닌을 회수토록 이송파이프내 흡착제를 충전하거나 흡착 장치를 더 포함한 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the adsorbent in the transfer pipe is charged or adsorbed in order to recover lignin between the tubular flow type secondary reactor (4) and the storage tank (5), and the adsorbent of the cellulosic biomass Decomposition material production equipment.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 용매펌프에는 제 1 용매의 농도 조절을 위해 물을 담지한 제 3 용매 탱크 및 제 3 용매펌프로 이루어진 제 3 용매공급장치가 더 설치된 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first solvent pump is further provided with a third solvent supply device composed of a third solvent tank and a third solvent pump each of which carries water for controlling the concentration of the first solvent, Apparatus for producing hydrolysis products of biomass.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 용매 탱크에 저장된 용매는 황산수용액인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent contained in the first solvent tank is an aqueous solution of sulfuric acid, wherein the hydrolysis product of cellulose-based biomass is produced through a two-step acid treatment process.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1 용매의 농도는 3 ~ 15wt%인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method of claim 4,
Wherein the concentration of the first solvent is 3 to 15 wt%. The apparatus for producing hydrolyzed cellulose-based biomass according to claim 1,
청구항 1에 있어서,
상기 제 2 용매 탱크에 저장된 용매는 물인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent contained in the second solvent tank is water. 2. The apparatus for producing a hydrolyzed cellulosic biomass according to claim 1, wherein the solvent is water.
청구항 6에 있어서,
상기 제 2 용매는 제 1 용매의 농도를 1 ~ 5wt%로 희석시키는 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method of claim 6,
Wherein the second solvent is diluted to a concentration of 1 to 5 wt% of the first solvent.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 용매 펌프와 침출식 1차 반응기 사이에 예열 장치 또는 증기 발생 장치가 더 설치된 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a preheating device or a steam generating device is further installed between the first solvent pump and the leachable first reactor.
청구항 1에 있어서,
상기 침출식 1차 반응기와 관형흐름식 2차 반응기 사이 및 관형흐름식 2차 반응기와 저장조 사이에는 냉각기 또는 열교환 장치 중에서 어느 하나 이상이 설치된 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of a cooler or a heat exchanger is installed between the leachable first reactor and the tubular flow second reactor and between the tubular flow second reactor and the storage tank, the cellulosic biomass Of the hydrolysis product.
청구항 1에 있어서,
상기 침출식 1차 반응기 내의 반응 온도는 100 ~ 170℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction temperature in the leachable first reactor is 100 to 170 ° C. and the reaction pressure is 150 to 280 psi.
청구항 1에 있어서,
상기 관형흐름식 2차 반응기의 반응 조건이 70 ~ 120℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction conditions of the tubular flow type second reactor are 70-120 ° C and the reaction pressure is 150-280 psi. 2. The apparatus for producing a hydrolyzed cellulosic biomass according to claim 1,
침출식 1차 반응기에 셀룰로오스계 바이오매스를 제공하는 제 1 단계;
침출식 1차 반응기에 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스를 1차 가수 분해시키도록 제 1 용매 공급장치의 제 1 용매를 공급하여 바이오매스로부터 글루칸 및 자일란을 추출하는 제 2 단계;
1차 침출식 반응기에서 추출되어 이송중인 글루칸 및 자일란을 2차 가수분해시켜 글루코오스와 자일로오스로 전환시킬수 있도록 제 1 용매를 희석시키는 제 2 용매를 제 2 용매 공급장치를 통해 투입하는 제 3 단계; 및
관형흐름식 2차 반응기로 공급된 글루칸 및 자일란을 관형흐름 반응으로 2차 가수분해 반응시켜 글루코오스와 자일로오스로 전환시키는 제 4 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
A first step of providing the cellulosic biomass to the leachable primary reactor;
A second step of extracting glucan and xylan from the biomass by supplying a first solvent of the first solvent supply device to primary hydrolysis of cellulose and hemicellulose to the leachable primary reactor;
A third step of injecting a second solvent, which is extracted in the first leach type reactor and dilutes the first solvent so as to convert the glucan and the xylan to be transferred into the glucoside and xylose by secondary hydrolysis, through a second solvent supply device ; And
And a fourth step of converting the glucan and the xylan fed into the tubular flow type second reactor into a glucose and xylose by a second hydrolysis reaction in a tubular flow reaction. A method for producing hydrolysates of cellulosic biomass.
청구항 12에 있어서,
상기 4단계 후 관형흐름식 2차 반응기를 통하여 생산된 가수분해 물질을 저장조로 포집하기 직전에 리그닌을 분별하고 회수하도록 흡착하는 제 5 단계;를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
The method of claim 12,
And a fifth step of adsorbing the lignin to recover and recover lignin immediately before collecting the hydrolyzate produced through the tubular flow type secondary reactor after the fourth step into a storage tank. &Lt; / RTI &gt; wherein the biodegradable polymer is a biodegradable polymer.
청구항 12에 있어서,
상기 제 1 용매는 황산 수용액인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
The method of claim 12,
Wherein the first solvent is an aqueous solution of sulfuric acid. 2. The method for producing a hydrolyzed cellulosic biomass according to claim 1, wherein the first solvent is a sulfuric acid aqueous solution.
청구항 14에 있어서,
상기 제 1 용매의 농도는 3 ~ 15wt%인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the concentration of the first solvent is 3 to 15 wt%. 2. The method for producing a hydrolyzed cellulosic biomass according to claim 1, wherein the concentration of the first solvent is 3 to 15 wt%.
청구항 12에 있어서,
상기 제 2 용매는 물인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
The method of claim 12,
Wherein the second solvent is water. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
청구항 16에 있어서,
상기 제 2 용매는 제 1 용매의 농도를 1 ~ 5wt%로 희석시키는 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the second solvent dilutes the concentration of the first solvent to 1 to 5 wt%. The method for producing the hydrolyzed cellulosic biomass according to claim 1,
청구항 12에 있어서,
상기 침출식 1차 반응기 내의 반응 온도는 100 ~ 170℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
The method of claim 12,
Wherein the reaction temperature in the leachable first reactor is 100-170 ° C. and the reaction pressure is 150-280 psi.
청구항 12에 있어서,
상기 관형흐름식 2차 반응기의 반응 조건이 70 ~ 120℃이고, 반응 압력은 150 ~ 280 psi인 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.
The method of claim 12,
Wherein the tubular flow type secondary reactor has a reaction temperature of 70 to 120 ° C and a reaction pressure of 150 to 280 psi. 2. The method for producing a hydrolyzed cellulosic biomass according to claim 1,
청구항 12에 있어서,
상기 제 2 단계의 침출반응 후에 냉각 및 열교환 공정을 거친 다음 제 2 용매를 공급하여 관형 흐름식 2차 반응기에서 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는 2단 산처리 공정을 통한 셀룰로오스계 바이오매스의 가수분해 물질 생산 방법.






The method of claim 12,
Hydrolysis of cellulosic biomass through a two-stage acid treatment process characterized in that after the leaching reaction in the second stage, the reaction is induced in a tubular flow type secondary reactor after cooling and heat exchange processes are performed and then a second solvent is supplied Material production method.






KR1020120066279A 2012-06-20 2012-06-20 Apparatus for producing cellulosic biomass hydrolysis material by Two-step acid treatment process and method thereof KR101417836B1 (en)

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