KR20130033688A - 액상의 자일로오스 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액상의 자일로오스 추출방법에 관한 것으로, 구체적으로는 빠른 시간 안에 연속적인 공정으로 고농도의 자일로오스를 액상으로 추출할 수 있는 장점이 있다.

Description

액상의 자일로오스 추출방법{METHOD OF EXTRACTING LIQUEFIED XYLOSE}

본 발명은 액상의 자일로오스 추출방법에 관한 것이다.

바이오매스란 태양광을 이용하여 이산화탄소를 고정하는 탄소동화과정, 즉 광합성 과정을 통하여 생합성 되는 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).

리그노셀룰로오스에서 중요한 성분인 셀룰로오스는 글루코오스(Glucose)가 β-1,4 결합으로 연결된 안정된 형태의 직선 구조의 다당류로서, 글루코오스가 α-1,4 결합으로 연결된 나선형 구조의 아밀로오스(amylose)보다 자연상태에서 물리적, 화학적으로 훨씬 튼튼한 구조를 이루고 있다.

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 5 탄당인 아라비노오스(Arabinose)와 6 탄당인 만노스(Mannose), 갈락토오스(Galactose), 글루코오스 등의 중합체로 구성되어 있다. 셀룰로오스에 비해서 중합도가 낮고 구조의 규칙성이 낮아서 물리화학적 처리에 의해 분해가 비교적 쉽게 이루어지는 특징이 있다.

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.

리그노셀룰로오스의 구조는 도 1에 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.

리그노셀룰로오스를 원료로 하여 다양한 화합물을 생산하기 위해서는 리그노셀룰로오스를 구성하고 있는 다당류 성분을 물리적, 화학적, 생물학적인 방법을 통해 단당류, 소위 당 플랫폼으로 불리는 형태로 전환하여야 한다. 따라서 당 플랫폼으로 가기 위한 중요한 공정이 바로 리그노셀룰로오스의 원하는 성분만을 선택적으로 분리 하고, 다당류들을 중합도가 낮은 당으로 바꾸는 전처리 공정(pretreatment process) 또는 분별 공정(fractionation process)이라 할 수 있다.

전처리 과정은, 도 2에서 보는 바와 같이 리그노셀룰로오스는 리그닌과 헤미셀룰로오스가 부분적으로 분리되거나 셀룰로오스와의 결합이 느슨한 형태로 바뀌고 셀룰로오스 또한 부분적으로 분해되어 중합도가 낮은 다당류 형태의 당을 얻게 된다.

리그노셀룰로오스를 이용하여 바이오 화합물을 얻기 위한 전처리 방법은 크게 생물학적, 물리적, 물리-화학적 방법으로 크게 나눌 수 있다.

생물학적 분별 방법은 나무와 같은 리그노셀룰로오스를 분해하고, 분해 중 생산 된 당을 섭취하여 생장하는 곰팡이를 이용하여 온화한 조건에서 전처리하는 것으로서, 효율에 비해 생산성이 매우 낮으며, 아직 실용화되지 않고, 연구실 규모에서 연구가 시작된 정도에 불과하다.

물리적 방법으로 대표적인 방법은 밀링(milling)이나 증기 폭쇄법(steam explosion)을 들 수 있다. 밀링은 리그노셀룰로오스 입자를 밀링 기계를 이용하여 매우 가는 입자로 파쇄하면서 구조적 변화를 유도하는 방법으로서, 현재는 실효성이 낮아 쓰이지 않는 방법이다. 증기 폭쇄법은 고온의 증기가 들어 있는 고압용기에서 리그노셀룰로오스를 일정시간 동안 찐 후 순식간에 용기의 밸브를 열어 팝콘과 같이 순간적으로 리그노셀룰로오스의 구조가 열리도록 유도하는 전처리 방법이다.

이러한 물리적 분별 방법을 좀 더 효과적으로 하기 위해 화학적 방법을 조합한 물리화학적 방법이 많이 연구되어 왔다. 알칼리 용매를 이용하는 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 회수함과 동시에 바이오매스 구조의 물리적, 화학적 변화를 유도하는 것으로서 주로 리그닌을 용매에 용해시켜 리그닌만을 선택적으로 분리할 수 있게 되어 후속 효소당화공정에서 당화효율을 높일 수 있다.

그러나, 이러한 고온, 고압의 알칼리 분별법은 리그닌뿐만 아니라 많은 양의 헤미셀룰로오스 또한 함께 분리, 손실되어 회수가 불가능하다는 단점이 있다.

한편, 알칼리 대신 산을 이용하는 방법으로는 약산 가수분해법(dilute-acid hydrolysis)으로 황산, 염산 등의 산 촉매에 리그노셀룰로오스를 침지한 후 증기 폭쇄법과 같이 160~200℃ 고온의 증기로 60초~10분 동안 찌게 되면 산에 의한 촉매반응을 통해 헤미셀룰로오스가 단당류 및 올리고당 형태로 가수분해 되고 일부는 푸르푸랄(furfural)로 분해되게 된다.

일반적으로 산 가수분해 분별법은 주로 값싼 농축황산을 희석하여 고온에서 처리하는 황산 희석법이 가장 간단하며, 경제적인 공정으로 분리된다. 약산을 이용하여 전처리하는 방법은 일반적으로 헤미셀룰로오스를 가수분해하여 리그노셀룰로오스상에서의 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 및 리그닌과의 결합을 와해시키는 전처리방법이다. 또한, 분별 과정에서 산촉매에 의해 가수분해 및 용액에 용해된 자일로스 등의 헤미셀룰로오스 가수분해물을 얻게 되고, 이 후 과분해 반응을 통해 Fufural, Acetic acid, Levulinic acid 등의 경제성 있는 물질을 만들 수 있다.

하지만 상기 방법은 산에 의하여 장비가 부식된다는 점에서 문제가 있으며, 다당류형태의 헤미셀룰로오스를 가수분해하기 위해서는 먼저 생성된 낮은 중합도의 당의 과분해가 수반되기 때문에 당화 수율이 낮다는 문제점이 있었다.

더욱이, 앞서 언급한 산분별법의 경우 Teng-Chieh Hsu(2009)이 볏짚에 180℃조건에서 황산을 이용, 고압의 극한적인(extreme) 조건에서 다루기 때문에 에너지 사용량이 많고, 회분식 또는 반회분식 공정으로 인해 생산 비용적인 측면에서 불리하며, 실험실 규모의 공정개발 후 스케일 업(scale up) 할 경우에 반응기에서의 혼합, 반응물 및 산물의 이동 및 운반 등에서도 문제점이 발생하는 경우가 많다.

이러한 기존의 전처리 및 분별 방법은 주로 리그노셀룰로오스로부터 효소 당화 공정을 거쳐 발효 가능한 당을 생산하는 목적을 지니고 있다. 또한 분별하고자하는 주요 성분이 셀룰로오스에 집중되어 있어 효율적으로 헤미셀룰로오스 성분만을 분별하여 액상으로 얻는 공정에는 한계가 있다.

본 발명은 빠른 시간 안에 연속적인 공정으로 고농도의 자일로오스를 액상으로 추출할 수 있는 액상의 자일로오스 추출방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예는 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 용매를 첨가한 후, 교반시켜 반응시키는 단계를 포함하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 용매를 첨가하는 공정은 반응기의 일면에 형성된 투입구에 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 투입하고, 상기 투입구에 인접하여 형성된 제1 용매투입구 또는 상기 투입구의 반대쪽 타측단에 형성된 제2 용매투입구에 용매를 투입하여 실시하는 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 교반하는 공정은 나선 형태의 날개를 가지는 스크류가 하나 이상 형성된 반응기 내부에서 실시하는 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스와 용매는 리그노셀룰로오스계 바이오매스대 용매가 1: 6 내지 10의 중량비로 첨가되는 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 30 내지 50mesh의 사이즈로 분쇄된 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 아몬드 껍질, 사탕수수 찌꺼기, 보리짚, 옥수수 열매 및 유칼리 나무 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 용매는 산성 용매 및 증류수 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 산성 용매는 농도가 1 내지 3wt%인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 산성 용매는 황산, 염산, 플루오르화 수소산, 아세트산, 인산 및 질산 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법이다.

본 발명에 따른 액상의 자일로오스 추출방법은 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 일정 방향으로 흐르게 하고, 용매를 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 역방향으로 이동시킬 수 있으며, 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 가압하여 반응속도를 증가시키기 위하여 정방향의 스크류와 역방향의 스크류가 결합 형성된 것을 사용함으로써, 빠른 시간 안에 연속적인 공정으로 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 헤미셀룰로우스로부터 자일로오스를 액상으로 분리 추출할 수 있다.

또한, 본 발명은 리그노셀룰로오스계 바이오매스 및 용매를 각각의 투입구를 이용하여 연속적으로 반응기 내에 유입할 수 있고, 리그노셀룰로오스계 바이오매스와 용매와의 반응 후 액상으로 추출된 자일로오스 및 액상과 분리된 고상의 셀룰로우스를 순차적으로 분리하며, 다른 물리 화학적방법과는 상대적으로 온화한 조건에서 반응을 수행함으로써 용매회수를 이용해 선택적으로 자일로오스를 분리 할 수 있으며, 에너지 및 운전비용 저감 효과가 우수하다.

또한 1회의 연속적인 공정을 통해 반응이 이루어지므로 공정성이 뛰어나고, 헤미셀룰로오스로부터 자일로오스를 액상으로 분별하여 생산할 수 있는 최적의 반응 조건을 유도할 수 있어, 고농도의 자일로오스를 획득할 수 있다는 장점이 있으므로, 산업적 효용가치가 우수하다.

또한, 본 발명의 분별장치는 반응기 내부의 적어도 하나 이상의 스크류를 이용함으로써 리그노셀룰로오스계 바이오매스와 용매의 반응을 위한 상호간의 상대속도 및 이동량을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 분별장치의 반응기와 압출부 사이의 압력차를 이용하여 고체상태의 생성물을 추출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 분별장치의 압출부의 개폐를 제어하는 제어수단을 통해 액상의 자일로오스(C5) 추출과 동시에 고체상의 셀룰로오스의 추출을 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 반응기의 용매 투입을 반응기 일측단 또는 타측단에서 모두 가능하게 함으로써 용매의 흐름을 정방향 또는 역방향으로 제어할 수 있어 적용하고자하는 리그노셀룰로오스계 바이오매스와의 접촉빈도를 효율적으로 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 리그노셀룰로오스 구조의 모식도이다.
도 2는 전처리(분별)에 따른 리그노셀룰로오스의 구조 변화를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 분별 장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 스크류를 포함한 반응기의 단면도이다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 용매를 첨가한 후, 교반시켜 반응시키는 단계를 포함하는 액상의 자일로오스 추출방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 명세서에는 특별한 언급이 없는 한, 바이오매스는 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 의미한다.

상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 용매를 첨가하는 공정은 반응기의 일면에 형성된 투입구에 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 투입하고, 상기 투입구에 인접하게 형성된 제1 용매투입구 또는 상기 투입구의 반대쪽 타측단에 형성된 제2 용매투입구에 용매를 투입하여 실시하는 것이다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 분별 장치의 모식도이다. 상기 분별 장치는 본 발명에 따른 반응기의 일면에 형성된 투입구, 상기 투입구에 인접하게 형성된 제1 용매투입구 또는 상기 투입구의 반대쪽 타측단에 형성된 제2 용매투입구를 구비한 장치(이하, 분별 장치라 칭함)의 일례를 도시한 것으로서, 이를 참조하여 구체적으로 설명하면 아래와 같다.

상기 분별 장치는 바이오매스의 투입을 위한 투입구(12)가 일측단에 형성된 반응기(10), 상기 반응기(10)에 용매를 투입하기 위해 상기 투입구(12)에 인접하여 형성된 제1 용매투입구(13) 및 상기 투입구(12)의 반대쪽 타측단에 형성된 제2 용매투입구(14)를 포함한다.

이때, 상기 분별 장치는 상기 투입구(12), 제1 용매투입구(13) 및 제2 용매투입구(14) 외에 상기 반응기(10)의 타측단에 연장되어 형성되며, 상기 반응기(10) 단면의 직경보다 작은 직경으로 연결통로(30)가 형성된 압출부(40); 상기 투입구(12)의 일측단에 형성되는 제1 집합관(61); 상기 압출부(40)의 일측에 연결 형성된 제2 집합관(62); 상기 압출부(40)의 개폐부(도면미도시)를 형성하고, 이를 제어할 수 있는 제어장치(50); 각 반응 조건의 조절을 위해 형성되는 조절부(72); 이와 연결된 PC(Personel Computer)(71); 공급되는 용매를 저장하기 위한 별도의 용매저장고(16); 용매공급펌프(15); 및 용매의 공급을 조절하는 제어벨브(80)를 더 구비할 수 있다.

상기 반응기(10)에는 반응을 형성하기 위한 리그노셀룰로오스와 용매가 투입되어 반응이 일어나는 일정 직경을 갖는 밀폐된 관형상을 이룬다. 다만 이러한 반응기(10)의 형상은 여기에 한정되는 것은 아니며, 일정 방향으로 형성되어 바이오매스와 약산성 용매의 반응이 일어날 수 있는 공간이 확보된다면 다양한 형상이 가능할 것이다.

본 발명에서는 상기 투입구(12)를 통하여 바이오매스를 반응기(10) 내부로 투입하고, 제1 또는 제2 용매투입구(13,14)를 통하여 용매를 반응기(10) 내부로 투입하여 바이오매스와 용매를 첨가한 후, 나선 형태의 날개를 가지는 스크류가 하나 이상 형성된 반응기 내부에서 상기 첨가된 리그노셀룰로오스계 바이오매스 및 용매를 교반시키는 공정을 실시한다.

도 4는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 스크류를 포함한 반응기의 단면도이다.

도 4를 참고하여 이를 구체적으로 설명하면, 상기 스크류(11)는 상기 반응기(10) 일측단에서 타측단 방향으로 힘이 전달되도록 나선 형태의 날개를 가지도록 형성되고, 상기 스크류(11)의 피치가 일측단에서 타측단 방향으로 갈수록 점점 작아지는 적어도 하나 이상의 스크류(11)가 반응기(10) 내부에 형성될 수 있다.

도 4에서는 반응기(10) 내부에 반응기(10) 일측단에서 타측단의 이동방향에 평행하게 두 개의 스크류(11)가 형성되는 이축 스크류(11)를 도시한 것이나, 스크류(11)의 개수나 결합방식이 반드시 여기에 한정되는 것은 아니며, 스크류(11)가 갖는 기능 및 작용효과가 동일하다면 다양한 수와 배치로 스크류(11)가 형성될 수 있음은 물론이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이축 스크류(11)의 회전 방향을 서로 달리 하여 A 방향(정방향)으로 바이오매스를 이동시키고, B 방향(역방향)으로 용매를 이동시켜 바이오매스와 용매의 접촉빈도를 효율적으로 조절할 수 있고, 접촉빈도를 높혀 같은 반응시간 동안 높은 추출 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에서는 상기 투입구(12)의 반대쪽 타측단에 제2 용매투입구(14)를 형성하여 투입구(12)에 투입된 바이오매스와 제2 용매투입구(14)에 투입된 용매가 이축 스크류(11)의 회전 방향에 의하여 바이오매스 및 용매의 접촉빈도를 높일 수 있는 것이다.

또한, 제1 용매투입구(13)로 용매를 투입하여 바이오매스와 용매를 반응시킬 수 있는데, 이때는 제1 용매투입구(13)의 위치가 투입구(12)에 인접해 있어, 반응기(10) 내부로 투입된 바이오매스 및 용매가 모두 A 방향(정방향)으로 이동되면서 교반되어 접촉빈도가 제2 용매투입구(14)로 용매를 투입하는 경우보다 다소 낮아질 수 있다. 이러한 점에서 본 발명에서는 제2 용매투입구(14)로 용매를 투입하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2 용매투입구(13, 14)는 양쪽에 모두 형성되어 제어밸브(80)를 통해 원하는 용매투입 방향을 선택하여 바이오매스와의 반응을 일으킬 수 있는데, 상기 용매투입 방향을 선택하는데 있어서, 바이오 매스의 종류에 의하여 제1 용매투입구(13) 또는 제2 용매투입구(14)를 선택적으로 용매를 투입할 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 옥수수 대, 볏짚, 보릿짚 등과 같은 바이오매스를 사용하는 경우 낮은 밀도와 느슨한 조직 구조를 갖는 이유에서 제1 용매투입구를 통하여 용매를 투입하여 반응시키고, 톳밥 등과 같은 woody 바이오매스를 사용하는 경우 상대적으로 높은 밀도와 견고한 조직구조를 지니고 있어 보다 높은 용매와의 접촉시간이 필요한 이유에서 제2 용매투입구를 통하여 용매를 투입하여 반응시킨다.

상기 투입된 바이오매스 및 용매는 스크류(11)에 의하여 교반되면서 반응되며, 이러한 반응물은 반응기(10)의 타측단으로 이동되는데, 상기 반응물을 계속적으로 이동시킴으로써 반응기(10) 타측단 영역의 압력이 증가되고, 이러한 압력의 증가에 의해 반응기(10) 타측단에 연장되어 형성되는 압출부(40)와의 압력차를 이용해 셀룰로우스와 같이 필요한 물질을 배출시킬 수 있다.

상기 압출부(40)는 상기 반응기(10)의 타측단에 연장되어 형성되며, 상기 반응기(10)의 단면 직경보다 작은 직경으로 연결통로(30)가 형성되고, 상기 연결통로(30)를 갖는 압출부(40)를 형성한다. 제2 집합관(62)은 상기 압출부(40)의 일측에 연결되어 형성된다.

상기 반응기 내부에 형성된 스크류(11)에 의해 바이오매스와 용매의 반응물이 계속해서 반응기의 타측단으로 이동하게 되므로 반응기의 타측단의 내부 압력이 상승하게 되어, 반응기 내에서 양 구역의 압력차에 의해 상기 연결통로(30)를 갖는 압출부(40)로 이동하게 된다. 상기 압출부(40)의 압력이 계속하여 상승하게 되면, 압출부(40)의 일측에 연결 형성된 제2 집합관(62)으로 바이오매스와 용매의 반응물 중 액상의 자일로오스가 배출되게 된다.

이 때, 압출부(40) 타측에는 압출부(40)의 개폐부(도면미도시)를 형성하고, 이를 제어할 수 있는 제어장치(50)가 결합되어, 200 내지 300psig 압력 내에서 개폐부를 개방하여 바이오매스와 용매의 반응물 중 고체상의 셀룰로오스를 배출하게 된다. 즉, 상기 반응기(10) 내에서 스크류(11)에 의해 내부적으로 압력이 발생되고, 그러한 압력은 용매가 증기상으로 변하는 것을 방지하여 반응기(10) 내에 바이오매스와 용매가 고체상과 액상의 반응(이하, 고/액 반응이라 함)을 유지시킬 수 있게 한다. 상기 200 내지 300psig의 일정 압력 내에서 개폐부를 개방하는 것은 반응기(10) 내부의 압력을 일정하게 유지시키고, 최종적으로 분별되어 나오는 고체상과 액상의 조건을 균일하게 유지시키기 위한 것이다.

제2 집합관(62)에 액상의 자일로오스를 추출한 후 개폐부가 개방되어 고체의 셀룰로오스가 배출될 수 있으나, 양 과정이 동시에 일어나도록 제어장치(50)를 조절할 수 있음은 물론이다.

제1 집합관(61)은 반응기(10)의 바이오매스가 투입되는 투입구(12)가 형성되는 일측단에 형성될 수 있다. 상기 반응기 내부에 형성된 스크류(11)에 의해 반응기(10)의 타측단의 압력이 반응기(10)의 일측단의 압력보다 상대적으로 높게 됨으로써, 압력차에 의해 바이오매스와 용매의 반응물이 스크류(11)에 의한 이동방향과 반대방향으로도 이동하게 됨으로써 제1 집합관(61)을 통해 액상의 자일로오스를 추출할 수 있게 된다. 제1 집합관(61)에 의한 액상의 자일로오스 추출과 함께, 상기에서 살펴본 반응기(10) 타측단에 연결 형성된 압출부(40)에서도 반응기(10)의 타측단에 형성된 높은 압력과의 상대적 차이를 이용해 액상의 자일로오스를 제2 집합관(62)으로 추출할 수 있으며, 압출부(40)의 다른 개폐부를 통해 고체의 셀룰로오스의 추출이 가능하게 된다.

상기 압출부(40)의 개폐부에는 배출되는 셀룰로오스 등을 수용, 저장하기 위한 별도의 저장고(도면 미도시)가 구비될 수 있으며, 그 저장고의 위치 및 형태에 제한은 없으나, 중력방향으로 자연스럽게 배출될 수 있도록 압출부(40)의 하단부에 형성될 수 있다.

본 구현예에서는 반응의 성격과 바이오매스의 체류시간, 효용압력, 컷팅 등을 고려하여 형상하여 길이가 다른 스크류(11)를 조합하여 형성할 수도 있다. 이러한 다양한 반응에 대한 조건은 각 반응 조건의 조절을 위해 형성되는 조절부(72) 및 이와 연결된 PC(Personel Computer)(71)에 설정값을 입력함으로써 구현될 수 있다.

반응기(10) 일측단의 투입구(12)에서 들어온 바이오매스는 천천히 그리고 많은 양의 바이오매스를 이동시키기 위하여 스크류(11)의 피치를 넓게 형성하며, 반응기(10) 타측단으로 갈수록 피치는 좁아지도록 형성함으로써 바이오매스를 적은 양으로 빠르게 이동시킬 수 있다. 바이오매스는 연속적인 투입으로 스크류(11)에 전달되고 반응기(10) 내에서 용매와 반응이 일어난다.

이축스크류(11)는 효율을 높이기 위해 유선형의 스크류(11)를 사용할 수 있으며, 이러한 스크류(11)의 단면형상, 밑바닥의 직경 및 간극, 리드, 비틀림각, 채널폭, 수직날개폭 등의 형상요소의 설계를 적절히 변경함으로써 생성물과 용매의 특성에 맞는 분별장치를 제작할 수 있다. 이러한 이축스크류(11)는 스크류(11)의 회전구동을 위해 반응기(10)의 일측단에 스크류모터(20)를 더 구비할 수 있다. 이축스크류(11)의 경우에는 각각의 회전방향이 대응되어 구동되도록 두 개의 스크류모터(20)를 각각 체결하여 사용할 수 있음은 물론이다. 두 개의 스크류(11)가 동일한 방향으로의 힘을 전달할 수 있도록, 그 형태와 회전방향이 결정되어야 한다.

본 발명의 일 구현예의 일례로서 상기 분별장치에서는 상기 제1 및 제2 용매투입구(13, 14)로 용매를 자동으로 공급하기 위한 용매공급펌프(15)가 구비될 수 있고, 공급되는 용매를 저장하기 위한 별도의 용매저장고(16)를 더 구비할 수 있음은 물론이다. 용매저장고(16)와 용매공급펌프(15)에 의한 용매의 공급은 제어밸브(80)를 통해 제어될 수 있으며, 용매의 공급제어는 반응되는 물질과 반응형태에 따라 적절하게 제어할 수 있다.

상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스와 용매는 리그노셀룰로오스계 바이오매스대 용매가 1: 6 내지 10의 중량비로 첨가되는 것이다. 상기 중량비가 상기 범위 내에 있는 경우 최적의 고/액 반응을 유도하고 추출되는 자일로오스의 농도를 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.

상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 30 내지 50mesh의 사이즈로 분쇄된 것이 상기 분별 장치에서 최적의 고/액 반응을 유지 시킬 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 아몬드 껍질, 사탕수수 찌꺼기, 보리짚, 옥수수 열매 및 유칼리 나무 중에서 선택되는 1종 이상인 것이다.

상기 용매는 산성 용매 및 증류수 중에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.

상기 산성 용매는 농도가 1 내지 3wt%인 것이 상기 분별 장치를 이용하여헤미셀룰로오스로부터 최적의 자일로오스를 생산할 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 산성 용매는 황산, 염산, 플루오르화 수소산, 아세트산, 인산 및 질산 중에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.　

Claims (9)

1. 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 용매를 첨가한 후, 교반시켜 반응시키는 단계를 포함하는 액상의 자일로오스 추출방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 용매를 첨가하는 공정은 반응기의 일면에 형성된 투입구에 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 투입하고, 상기 투입구에 인접하여 형성된 제1 용매투입구 또는 상기 투입구의 반대쪽 타측단에 형성된 제2 용매투입구에 용매를 투입하여 실시하는 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 교반하는 공정은 나선 형태의 날개를 가지는 스크류가 하나 이상 형성된 반응기 내부에서 실시하는 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스와 용매는 리그노셀룰로오스계 바이오매스대 용매가 1: 6 내지 10의 중량비로 첨가되는 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 30 내지 50mesh의 사이즈로 분쇄된 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 아몬드 껍질, 사탕수수 찌꺼기, 보리짚, 옥수수 열매 및 유칼리 나무 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 용매는 산성 용매 및 증류수 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 산성 용매는 농도가 1 내지 3wt%인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 산성 용매는 황산, 염산, 플루오르화 수소산, 아세트산, 인산 및 질산 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액상의 자일로오스 추출방법.

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