KR20170126291A - Method of Preparing Saccharification Liquid from Biomass - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing a saccharification solution from biomass. More specifically, the present invention relates to a method for producing a saccharification solution from biomass, which does not require additional supply of acid by re-circulating acetic acid generated during a biomass pre-treatment process. In addition, the method also prevents corrosion on devices due to strong acid and also improves performance of saccharification and fermentation by removing, at a front end, acetic acid which inhibits rear end saccharification and fermentation.

Description

바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법{Method of Preparing Saccharification Liquid from Biomass}[0001] The present invention relates to a method for preparing a saccharified liquid from biomass,

본 발명은 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오매스 전처리과정에서 발생하는 아세트산을 회수 및 재사용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a saccharified liquid from a biomass, and more particularly, to a method for producing a saccharified liquid from a biomass, characterized by recovering and reusing acetic acid generated in a biomass pretreatment process.

섬유소계 바이오매스는 풍부한 양, 우수한 재생 특성 및 저렴한 원료비 등의 장점을 가져 에탄올이나 부탄올과 같은 연료용 알코올 원료로서의 활용가능성이 높아지고 있다. 섬유소계 바이오매스는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등의 주성분이 견고하게 결합되어 있어 바이오매스로부터 높은 수율로 당화액을 생산하기 위해서는 전처리를 통해 이 세 가지 성분을 서로 분리할 필요가 있다.Fiber-based biomass has advantages such as abundant amount, excellent regeneration characteristics and low cost of raw materials, and thus it is increasingly used as an alcohol raw material for fuels such as ethanol and butanol. Fiber-based biomass is strongly bound to main components such as cellulose, hemicellulose, and lignin. Therefore, it is necessary to separate these three components from each other through pretreatment in order to produce a glycated liquid at a high yield from biomass.

그 중 셀룰로오스는 열에 안정하며, 산에 용해되는 특성이 있고, 헤미셀룰로오스는 열에 불안정하며, 산에 용해되는 특성을 가진다. 반면 리그닌은 열에 안정하고, 알칼리에 용해되는 특성을 가진다. Among them, cellulose is thermally stable, has a characteristic of dissolving in acid, hemicellulose is unstable in heat and soluble in acid. On the other hand, lignin is stable to heat and soluble in alkali.

이와 같이 서로 다른 특성을 가진 각 성분을 효율적으로 분리하기 위해 다양한 전처리 공정이 개발되어 왔다. 그 동안 개발된 공정 중에서 가장 이상적인 전처리 방법으로는 셀룰로오스 성분의 손실 없이 리그닌 성분을 선택적으로 제거하여(섬유소 원료를 효소에 의한 당화에 용이한 형태로 변환시키는 것이다. Various pretreatment processes have been developed to efficiently separate each component having different characteristics. Among the processes developed in the past, the most ideal pretreatment method is to selectively remove the lignin component without loss of the cellulose component (converting the fibrinogen raw material into an easy form for glycosylation by the enzyme).

주요 전처리 방법으로는 기계적 분쇄, 알칼리 팽윤, 묽은 산 가수분해, 열수 전처리 및 증기폭쇄 전처리법 등이 적용되고 있고, 이러한 방법들의 조합에 의해 진행되기도 한다.Major pretreatment methods include mechanical pulverization, alkali swelling, dilute acid hydrolysis, hydrothermal pretreatment, and steam explosion pretreatment.

이들 중 열수 전처리는 온화한 조건에서 물에 의해 헤미셀룰로오스를 액상으로 분리할 수 있는데, 이 때 셀룰로오스와 리그닌은 고상에 남게 된다. 온화한 조건을 사용함으로써 열안정성이 낮은 헤미셀룰로오스의 회수율을 높이기 위한 방법이다. Among these, hydrothermal treatment can separate hemicellulose into liquid phase by water under mild condition, where cellulose and lignin remain in the solid phase. It is a method for increasing the recovery rate of hemicellulose having low thermal stability by using mild conditions.

또한 증기폭쇄 전처리는 가압 반응기에 원료를 충전하고 포화증기를 불어넣어 가압반응을 시킨 다음 갑작스럽게 압력을 방출시키면 파열된 원료를 얻을 수 있다. 이 과정에서 헤미셀룰로오스의 가수분해가 일어나거나, 리그닌의 구조가 파괴되기도 한다. 원료를 미분쇄할 필요가 없어 높은 에너지 효율성을 가진다.In addition, the pretreatment of steam explosion can obtain the ruptured raw material by pressurizing the raw material in the pressurized reactor and blowing saturated steam, and then suddenly releasing the pressure. In this process, hydrolysis of hemicellulose occurs or the structure of lignin is destroyed. It is not necessary to pulverize the raw material, and it has high energy efficiency.

여러 전처리 방법들 중 효율적인 전처리 방법을 선택함에 있어 당 수율 증대와 더불어 고려되어야 할 것이 실제 상업 공정 적용을 위한 투자비 절감 부분이다. 산처리 방식의 경우 전처리 가혹도(severity)를 높임으로써 전처리 효율은 향상시킬 수 있지만 장비 부식문제로 인해 상업화 공정 적용에 어려움이 따를 수 있다. 또한 지속적으로 산을 사용하게 되면 OPEX(Operating Expenditure) 증가로 인해 제조원가 상승요인으로도 작용할 수 있다.Among the various pre-treatment methods, the selection of efficient pretreatment methods should be considered along with the increase of the yield per day. In the case of the acid treatment method, the pretreatment efficiency can be improved by increasing the pretreatment severity, but it may be difficult to apply the commercialization process due to the corrosion problem of the equipment. Also, if the acid is used continuously, OPEX (Operating Expenditure) will increase, which can also cause a rise in manufacturing cost.

미국공개특허 제2014-0154759호에서는 연소를 위한 바이오매스 또는 펠릿을 위한 저회분 바이오매스를 생산하는 방법을 개시하고 있다. 여기서는 바이오매스를 아세트산으로 처리한 다음, 액상부과 고상부로 분리하여, 고상부에서는 저회분 바이오매스를 추출하고, 액상부에서는 증발에 의하여 아세트산으로 제거하여 당화액을 생산하는 방법에 관하여 기재하고 있지만, 아세트산을 증발에 의하여 제거하므로 아세트산 분리에 필요한 비용이 크며, 고상부를 연소용 연료의 생산에 사용하므로 당화액 생성효율이 떨어진다는 단점을 가진다. US Patent Publication No. 2014-0154759 discloses a method for producing low ash biomass for biomass or pellets for combustion. Here, the method of treating the biomass with acetic acid, separating the liquid phase into the solid phase portion, extracting the low batch biomass from the solid phase portion, and removing the liquid phase portion with the acetic acid by evaporation, Which is expensive to separate acetic acid and has a disadvantage in that the production efficiency of the saccharified liquid is lowered because the solid part is used for the production of fuel for combustion.

미국공개특허 제2015-0051385호에서는 당화액을 생산하기 위한 리그노셀룰로오스의 액체/액체 분리 방법을 개시하고 있다. 여기서는 가열된 아세트산을 이용하여 바이오매스를 전처리하고. 리그닌을 포함하는 액상부와 셀룰로오스를 포함하는 고상부를 분리하며, 액상부의 아세트산을 리사이클하는 방법에 관하여 기재하고 있지만, 가열된 아세트산을 사용함으로써 고온을 유지하기 위한 비용이 많이 들며, 아세트산을 분리하기 위한 방법으로 증류를 사용하므로 전체적인 운전비용이 많이 소요된다.U.S. Patent Publication No. 2015-0051385 discloses a liquid / liquid separation method of lignocellulose for producing saccharified liquid. Here, the biomass is pretreated with heated acetic acid. A method of separating a liquid phase portion containing lignin from a solid phase portion containing cellulose and recycling the acetic acid in the liquid phase portion has been described. However, the use of heated acetic acid is costly to maintain a high temperature, The distillation is used as a method, so the overall operation cost is high.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 바이오매스에서 생성되는 자일로-올리고머 함유 분획과 셀룰로오스 및 리그닌 함유 분획을 각각 분리하여 당화시킨 다음, 자일로-올리고머 함유 분획의 아세트산을 농축 및 흡착을 통하여 분리하고, 바이오매스의 전처리 공정으로 리사이클하며, 리사이클되는 아세트산 중 일부를 단당화 공정으로 투입한 결과, 산 공급 없이 전처리 효율 증대를 얻을 수 있고, 강산에 의한 장치의 부식이 방지되며, 후단 당화 또는 발효 반응을 저해하는 아세트산을 분리하여 당화 공정을 수행함에 따라 당화효율이 증대되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.As a result of intensive efforts to solve the above problems, the present inventors have found that, as a result, the xylose-oligomer-containing fraction, the cellulose and the lignin-containing fraction produced in the biomass are separated and saccharified and then the acetic acid of the xylo-oligomer- And adsorption, recycled by the pretreatment process of the biomass, and a part of the recycled acetic acid is introduced into the step of saccharification. As a result, the pretreatment efficiency can be increased without supplying acid, corrosion of the device by strong acid is prevented, It has been confirmed that the saccharification efficiency is increased by performing the saccharification step by separating the acetic acid which inhibits the latter-stage saccharification or the fermentation reaction, thereby completing the present invention.

본 발명의 목적은 바이오매스 전처리/당화과정에서 생성되는 아세트산을 리사이클하여 운전비용이 감소하고, 바이오매스로부터 당화액 제조 효율을 향상시키는 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for recycling acetic acid produced in the biomass pretreatment / saccharification process to reduce the operation cost and improve the efficiency of saccharified liquid production from biomass.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 바이오매스를 1차 전처리한 다음, 자일로-올리고머(xylo-oligomer) 함유 분획 및 셀룰로오스(cellulose)와 리그닌(lignin) 함유 분획으로 분리하는 단계; (b) 상기 셀룰로오스와 리그닌 함유 분획을 2차 전처리하고, 효소를 이용하여 당화시킨 다음, 6탄당을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 자일로-올리고머 함유 분획을 여과(filtration) 및 흡착 수지를 이용하여 단당화와 발효 공정에 저해되는 물질을 제거한 후 농축을 통해 상당량의 물을 제거한 다음 단당화시킨 후 아세트산 흡착 흡착 공정 및 탈착 공정을 거쳐 5탄당을 수득하는 단계를 포함하고, 상기 1차 전처리 공정 및/또는 상기 (c) 단계의 단당화 공정에서 생성되는 아세트산을 상기 탈착 공정에서 회수하여 상기 1차 전처리 공정으로 리사이클시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a biodegradable polymer, comprising the steps of: (a) preliminarily treating biomass and then separating into xylo-oligomer-containing fractions and cellulose and lignin-containing fractions; (b) secondary pretreatment of the cellulose and the lignin-containing fraction, followed by saccharification using an enzyme, followed by obtaining a hexose sugar; And (c) subjecting the xylose-oligomer-containing fraction to filtration and adsorbent resin to remove substances inhibited by the saccharification and fermentation process, removing a considerable amount of water by concentration and then saccharifying, And recovering the acetic acid produced in the step (c) of the step (c) by the desolvation process, and the step (b) is carried out in the primary pretreatment step And recycling the biomass to the biomass.

본 발명에 따른 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법은 아세트산을 리사이클하여 바이오매스 전처리 및 PTL(Pretreated Liquid) 단당화 시 추가적인 산의 공급이 필요하지 않으며, 후단 당화 또는 발효 반응을 저해하는 아세트산을 분리하여 당화 및 발효 공정을 수행함에 따라 당화효율 및 발효효율이 상승하므로, 효율적인 당화액의 생산에 유용하다.The method for producing the saccharified liquid from the biomass according to the present invention is characterized in that acetic acid which does not require additional acid supply when biomass pretreatment and PTL (pretreated liquid) saccharification are recycled and saccharification or fermentation reaction is inhibited The saccharification efficiency and the fermentation efficiency are increased by performing the saccharification and fermentation process, so that it is useful for the production of an efficient saccharification liquid.

도 1은 본 발명의 구현예에 따른 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법의 흐름도를 도시한 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a flow diagram of a method for preparing a saccharified liquid from a biomass according to an embodiment of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명의 구현예에서는, 바이오매스를 전처리한 다음, 자일로-올리고머 함유 분획과 셀룰로오스 및 리그닌 함유 분획을 분리하고, 각각 당화반응을 수행하였으며, 자일로-올리고머 함유 분획의 당화액을 여과(filtration) 및 흡착 수지를 이용하여 미세분 및 무기물 등 발효 저해 물질을 제거한 후 농축 공정을 통해 상당량의 물을 제거하고, 단당화 공정을 거쳐 당화시켰다. 이후 흡착 및 탈착 공정을 통하여 아세트산을 분리하여 바이오매스 전처리 공정으로 리사이클하였다. 그 결과 추가적인 산 공급 없이도 높은 당화효율을 달성하였으며, 후단 당화 또는 발효 반응을 저해하는 아세트산을 분리하여 당화 공정을 수행함에 따라 당화효율이 증대되는 것을 확인하였다.In the embodiment of the present invention, the biomass is pretreated, and then the xylose-oligomer-containing fraction, the cellulose and the lignin-containing fraction are separated, and the glycation reaction is carried out. The glycated solution of the xylose- ) And adsorbent resin were used to remove fermentation inhibitors such as fine and inorganic substances, and a considerable amount of water was removed through a concentration process, followed by saccharification through a saccharification process. Acetic acid was then separated through adsorption and desorption processes and recycled to the biomass pretreatment process. As a result, high saccharification efficiency was achieved without addition of acid, and saccharification efficiency was increased by separating acetic acid which inhibits downstream saccharification or fermentation reaction and performing saccharification process.

따라서, 본 발명은 (a) 바이오매스를 1차 전처리한 다음, 자일로-올리고머(xylo-oligomer) 함유 분획 및 셀룰로오스(cellulose)와 리그닌(lignin) 함유 분획으로 분리하는 단계; (b) 상기 셀룰로오스와 리그닌 함유 분획을 2차 전처리하고, 효소를 이용하여 당화시킨 다음, 6탄당을 수득하는 단계; 및 (c) 여과(filtration) 및 흡착 수지를 이용하여 미세분 제거, 무기물 또는 양이온 등의 발효저해물질 제거한 후 농축공정을 통해 상당량의 물을 제거한 다음 단당화시킨 후 아세트산(AA) 회수를 위한 흡착공정 및 탈착 공정을 거쳐 고순도의 5탄당을 수득하는 단계를 포함하고, 상기 1차 전처리 공정 및/또는 상기 (c) 단계의 단당화 공정에서 생성되는 아세트산을 상기 탈착 공정에서 회수하여 상기 1차 전처리 공정 및 PTL 단당화 공정 전단으로 리사이클시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention provides a method for producing a biodegradable biodegradable biodegradable biodegradable pharmaceutical composition comprising the steps of: (a) first pretreatment a biomass and then separating the biodegradable biodegradable polymer into a xylo-oligomer-containing fraction and a cellulose and lignin-containing fraction; (b) secondary pretreatment of the cellulose and the lignin-containing fraction, followed by saccharification using an enzyme, followed by obtaining a hexose sugar; And (c) removing fine particles by using filtration and adsorbent resin, removing fermentation inhibiting substances such as minerals or cations, removing a considerable amount of water through a concentration process and then saccharifying, and then adsorbing for the recovery of acetic acid (AA) And recovering the acetic acid produced in the step (c) of the first pre-treatment and / or the step (c) of the step (c) in the desorption step, And a method for producing a saccharified liquid from a biomass, characterized in that the saccharification is recycled to the former stage of the PTL stage saccharification process.

본 발명에 의한 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 공정의 전체적인 모식도는 도 1에 나타내었다.A general schematic diagram of a process for producing a saccharified liquid from a biomass according to the present invention is shown in Fig.

1. 바이오매스의 전처리 및 고액분리 공정 ((a) 단계)1. Pre-treatment of biomass and solid-liquid separation process (step (a))

본 발명에 따른 당화액의 제조방법에서 첫 번째 단계는 바이오매스를 1차 전처리(도 1, 전처리A)하고 자일로-올리고머(xylo-oligomer) 함유 분획(PTL, Pretreated Liquid) 및 셀룰로오스(cellulose)와 리그닌(lignin) 함유 분획(PTB, Pretreated Biomass)으로 고액분리를 수행한다.The first step in the method of producing the saccharified liquid according to the present invention is a method in which biomass is subjected to a first pretreatment (FIG. 1, pretreatment A), a fraction containing a xylo-oligomer (PTL, Pretreated Liquid) and a cellulose And fraction containing lignin (PTB, Pretreated Biomass).

2. 당화 공정2. Saccharification process

2-1. PTB의 당화 공정 ((b) 단계)2-1. The saccharification step of PTB (step (b))

본 발명에 따른 당화액의 제조방법에서 당화 공정 중 제1 단계는 상기 (a) 단계에서 분리된 셀룰로오스와 리그닌 함유 분획(PTB)을 2차 전처리(도 1, 전처리B)한 다음, 효소 당화 공정을 수행하여 6탄당(C6 enriched-sugar)을 수득할 수 있다.In the saccharification process according to the present invention, the first step in the saccharification step is a step of pre-treating the cellulose and the lignin-containing fraction (PTB) separated in the step (a) To obtain C6 enriched-sugar.

2-2. PTL의 당화 공정 ((c) 단계)2-2. The saccharification step of PTL (step (c))

본 발명에 따른 당화액의 제조방법에서 당화 공정 중 제2 단계는 상기 (a) 단계에서 분리된 자일로-올리고머 함유 분획(PTL)을 여과(filtration) 및 흡착수지를 이용한 미세분 제거 및 양이온, HMF, 프루프랄(furfural) 등의 발효 저해 물질을 제거하고, 농축을 통해 상당량의 물을 제거한 다음 물리/화학적 방법으로 단당화시키고 AA 회수를 위한 흡착공정 및 탈착 공정을 거쳐 고순도의 5탄당을 고순도의 5탄당(C5 enriched-sugar)을 수득할 수 있다.In the saccharification solution according to the present invention, the second step of the saccharification step is a step of filtering the xylo-oligomer-containing fraction (PTL) separated in the step (a), removing fine particles using the adsorption resin, HMF, and furfural. After removing a considerable amount of water by concentration, monosaccharides are formed by physical / chemical method. After the adsorption process and desorption process for AA recovery, high purity 5-sugar is converted into high purity Gt; C5 < / RTI > enriched-sugar.

PTL로부터는 미생물발효 저해성분(아세트산, HMF, Furfural이 대부분)이 다량 포함되어 있어 이를 제거하는 농축 및 흡착 공정이 필요하다.Since PTL contains a large amount of microbial fermentation inhibiting components (acetic acid, HMF, Furfural), it is necessary to concentrate and adsorb it to remove it.

이 때 회수한 아세트산을 전처리공정(농축으로 만들어진 저농도 아세트산 및 흡착으로 분리된 고농도 아세트산)에 도입함으로써 전처리 효율을 향상시킬 수 있다.The recovered acetic acid can be introduced into the pretreatment process (low concentration acetic acid made by concentration and high concentration acetic acid separated by adsorption) to improve the pretreatment efficiency.

기존 전처리에 많이 사용하던 황산, 염산, 인산 등의 강산이 아닌 전처리공정에서 계속 생산되는 바이오매스 유래의 아세트산의 일부를 재사용하는 것을 특징으로 한다. 일부 재사용 바이오매스 구성성분인 헤미셀룰로스 내 아세틸기로부터 아세트산이 생성되면서 열수처리의 가혹도(severity, 온도, 시간, pH의 함수)를 증가시켜 전처리 효과를 증대시키는 경제적이면서 효율적인 전처리 방법이다.A part of acetic acid derived from biomass which is continuously produced in a pretreatment process, which is not a strong acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or phosphoric acid, which is widely used in conventional pretreatment, is reused. It is an economical and efficient pretreatment method that increases the pretreatment effect by increasing the severity (hydrothermal treatment, temperature, time, pH) of acetic acid from the acetyl group in hemicellulose, which is a component of some reusable biomass.

본 발명에 따른 당화액을 제조하는 방법에 있어서, (c) 단계의 농축 공정에서 분리된 응축수를 상기 아세트산 흡/탈착 공정에서의 탈착수로 사용하기 위해 탈착 공정으로 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The method for producing a saccharified liquid according to the present invention may further include the step of supplying the separated condensed water in the concentration step of step (c) to a desorption process for use as desorption water in the acetic acid adsorption / desorption process .

도 1에 나타난 바와 같이, 상기 (c) 단계의 여과(filtration) 및 불순물 제거를 위한 흡착공정 이후 농축 공정을 수행하는 경우, 단당화 공정에서의 가열에 소요되는 열량을 줄일 수 있으며, 당화 공정의 처리량을 줄여 줌으로써 CAPEX(자본적 지출, Capital Expenditure)를 줄일 수 있는 장점을 가진다. 또한 농축 공정에서 발생되는 응축수를 탈착 공정으로 공급할 수 있으며, 가열하여 탈착수로 사용할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때 및 상기 탈착 공정에서 분리된 아세트산의 농도는 5~30w%인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, when the concentration step is performed after the adsorption step for filtration and impurity removal in step (c), the amount of heat required for heating in the saccharification step can be reduced, By reducing throughput, CAPEX (Capital Expenditure) can be reduced. Also, the condensed water generated in the concentration process can be supplied to the desorption process, and can be used as desorption water by heating, but the present invention is not limited thereto. At this time, the concentration of acetic acid separated in the desorption process is preferably 5 to 30w%.

상기 농축 공정에서는 아세트산과 물이 함께 증발하여 분리되므로 농축 공정에서 분리되는 아세트산은 물에 희석되어 상대적으로 저농도를 가지게 되며, 상기 탈착 공정에서는 아세트산과 불순물이 물과는 독립적으로 흡착되어 배출되므로 상대적으로 고농도의 아세트산이 분리된다.In the concentration step, acetic acid and water are evaporated together and separated. Therefore, acetic acid separated in the concentration step is diluted with water to have a relatively low concentration. In the desorption process, acetic acid and impurities are adsorbed independently of water, A high concentration of acetic acid is separated.

본 발명에 있어서, 상기 리사이클되는 아세트산의 일부를 상기 (c) 단계의 단당화 공정에 투입하는 것을 특징으로 할 수 있다. PTL 처리 공정에서는 올리고머(oligomer)가 단당화반응(monomerization)을 통하여 5탄당으로 전환된다. 이 때 단당화 반응에 산을 공급하는 경우 전환율이 올라가게 되므로, 도 1에 나타난 바와 같이, 탈착 공정에서 회수되는 아세트산의 일부를 단당화 공정으로 투입하여 단당화 반응의 전환율을 높일 수 있다. 또한 아세트산의 회수 및 재 사용량은 바이오매스의 아세틸함량에 따라 다르지만, 바이오매스 49 dry ton/day를 처리하는 경우 아세트산의 발생량은 0.17~1.67ton/day이며, 상기 전처리 공정으로 리사이클되는 아세트산(도 1의 ⓐ), 배출되는 아세트산(도 1의 ⓒ)의 중량비는 90:10 ~98:2로 해당 농도는 5~30%에 해당한다. 저농도의 AA를 적용할 경우에는 반응온도 및 반응시간으로 가혹도(severity)를 높여줌으로써 낮은 pH에서의 저해제(inhibitor) 생성을 억제할 수 있고 고농도의 AA를 적용할 경우 반응온도 및 반응시간을 조절하여 가혹도(severity)를 낮춰 줌으로써 스팀(steam) 사용량을 줄이고 생산성(productivity)를 증가시킴으로써 효율적인 생산이 가능하다. 회수된 AA에 대해서는 일부를 PTL 단당화 전단(도 1의 ⓑ)에 투입함으로써 PTL 단당화 효율을 상승시킬 수 있다. 이 때 투입되는 AA의 중량은 PTL 단당화 전단 스트림의 AA농도가 30~50%가 되도록 하는 것이 바람직하다.In the present invention, a part of the recycled acetic acid may be introduced into the step (c) in the step (c). In the PTL treatment process, oligomers are converted to pentoses through monomerization. In this case, when the acid is fed to the saccharification reaction, the conversion rate is increased. Therefore, as shown in FIG. 1, a part of the acetic acid recovered in the desorption process can be introduced into the saccharification step to increase the conversion rate of the saccharification reaction. The amount of acetic acid recovered and reused varies depending on the acetyl content of biomass. However, when 49 dry ton / day of biomass is treated, the amount of acetic acid generated is 0.17-1.67 ton / day, and acetic acid recycled in the pre- The weight ratio of the discharged acetic acid (ⓒ in FIG. 1) is 90:10 to 98: 2, and the corresponding concentration is 5 to 30%. In the case of low concentration of AA, it is possible to inhibit the inhibitor formation at low pH by increasing the severity by the reaction temperature and reaction time, and when the high concentration AA is applied, the reaction temperature and reaction time are controlled By lowering the severity, it is possible to produce efficiently by reducing the amount of steam used and increasing the productivity. For the recovered AA, the PTL singaltylation efficiency can be raised by introducing a part of the recovered AA into the PTL single saccharification shear (b in Fig. 1). At this time, it is preferable that the weight of AA injected is such that the AA concentration of the PTL singulated shear stream is 30 to 50%.

또한 상기 회수되는 아세트산은 전부가 전처리 공정으로 리사이클되어 사용될 수 있으며, 내부의 아세트산의 농도가 높아져 부반응이 일어나는 경우 일부 또는 전부를 외부로 배출할 수 있다. 다만, 상기 전처리 A 공정으로 리사이클되는 아세트산, 단당화 공정에 투입되는 아세트산 및 외부로 배출되는 아세트산의 총량은 AA흡착공정에서 회수되는 아세트산의 양과 동일하여야 하며, 이는 내부의 아세트산의 축적을 방지하여 부반응을 최소화하기 위함이다.In addition, all of the recovered acetic acid can be recycled and used in the pretreatment process, and when the concentration of acetic acid in the interior is increased, side reactions may occur, some or all of the recovered acetic acid may be discharged to the outside. However, the total amount of acetic acid recycled in the pretreatment A step, acetic acid fed into the singly saccharification step, and acetic acid discharged to the outside should be the same as the amount of acetic acid recovered in the AA adsorption process. This prevents the accumulation of acetic acid inside, .

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 농축은 진공 농축인 것을 특징으로 할 수 있다. 농축공정은 열을 이용하여 대상물을 증발시키는 공정이다. 따라서 대상물의 끓는점이 낮을수록 적은 열을 이용하여 농축이 가능하므로 대상물의 끓는점을 낮추는 것이 바람직하다. 따라서 상기 농축 공정은 소모되는 열량을 최소화 할 수 있도록 진공에서 농축하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10~300torr의 압력에서 수행될 수 있다.In the present invention, the concentration in the step (c) may be characterized by vacuum concentration. The concentration process is a process for evaporating an object using heat. Accordingly, it is preferable to lower the boiling point of the object because the lower the boiling point of the object is, the lower the boiling point of the object is possible. Therefore, the concentration process is preferably performed in a vacuum to minimize the amount of heat consumed, and more preferably, it can be performed at a pressure of 10 to 300 torr.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 2차 흡착은 활성탄을 흡착제로 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 2차 흡착 공정에서는 아세트산을 흡착할 수 있는 흡착제라면 제한 없이 사용 가능하지만, 산 조건에서 안정하며, 물과 반응하지 않는 활성탄, 제올라이트, 실리카겔, 황산알루미늄 또는 양이온교환수지와 같은 이온교환수지를 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the secondary adsorption in the step (c) may be characterized by using activated carbon as an adsorbent. In the secondary adsorption process of the present invention, any adsorbent capable of adsorbing acetic acid can be used without limitation, but an adsorbent capable of adsorbing acetic acid can be used without limitation, but an ion exchange resin such as activated carbon, zeolite, silica gel, aluminum sulfate, Is preferably used.

[실시예][Example]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예Example 1: 아세트산의 재활용을 통한  1: Through recycling of acetic acid 바이오매스로부터From biomass 당화액Glycated liquid 생산 production

도 1에 나타난 바와 같이, 바이오매스를 185℃의 온도에서 5분동안 1차 열수 전처리한 다음, 셀룰로오스와 리그닌 함유 분획과 자일로-올리고머 함유 분획으로 고액분리하였다. 셀룰로오스와 리그닌 함유 분획은 기계적 처리(mechanical treatment)를 통해 2차 전처리 이후 당화반응을 거쳐 6탄당을 생성하였고, 자일로-올리고머 함유 분획은 여과(filtration) 및 흡착수지를 이용하여 미세분 제거 및 양이온 등 해당 공정을 저해하는 물질을 제거한 다음 농축공정을 거쳐 상당량의 물을 제거하고 단당화 공정을 수행 하였다. 단당화 공정 이후, 활성탄을 이용하여 흡착 및 탈착 공정을 통하여 아세트산(AA)를 분리 및 회수하였다. 이때 농축공정에서 얻어진 응축수를 이용하여 탈착수로 사용하였다. 탈착공정으로 분리된 불순물에서 프루프랄과 HMF를 분리하여 제거한 다음, 남아 있는 고농도(70wt%)의 아세트산을 회수한 다음, 1차 전처리 공정으로 리사이클하였으며, 리사이클되는 아세트산 중 일부를 단당화 공정에 투입하였다.As shown in Fig. 1, the biomass was subjected to a primary hydrothermal treatment at a temperature of 185 캜 for 5 minutes, and then subjected to solid-liquid separation into cellulose, lignin-containing fraction and xylo-oligomer-containing fraction. The fraction containing cellulose and lignin was subjected to a saccharification reaction after the second pretreatment through mechanical treatment to produce hexose. The xylose-oligomer-containing fraction was subjected to filtration and adsorption resin to remove fine particles and cation , And then a significant amount of water was removed through a concentration process and a saccharification process was performed. After the saccharification process, acetic acid (AA) was separated and recovered through adsorption and desorption process using activated carbon. At this time, the condensed water obtained in the concentration process was used as desorption water. The remaining high concentration (70 wt%) of acetic acid was recovered and then recycled by the first pre-treatment process, and some of the recycled acetic acid was added to the saccharification step Respectively.

아세트산의 회수 및 재 사용량은 바이오매스의 아세틸함량에 따라 다르지만, 바이오매스 49dry ton/day를 처리하는 경우 아세트산의 발생량은 0.276ton/hr이며, 흡착 공정에서 흡착된 아세트산 중 리사이클되는 양(ⓐ+ⓑ)과 외부로 방출되는 양(ⓒ)의 비는 90:10 ~98:2로 해당 농도는 5~30%에 해당한다. 저농도의 AA를 적용할 경우에는 반응온도 및 반응시간으로 가혹도(severity)를 높여줌으로써 낮은 pH에서의 저해제(inhibitor) 생성을 억제할 수 있고 고농도의 아세트산(AA)를 적용할 경우 반응온도 및 반응시간을 조절하여 가혹도(severity)를 낮춰 줌으로써 스팀(steam) 사용량을 줄이고 생산성(productivity)를 증가시킴으로써 효율적인 생산이 가능하도록 하였다. 회수된 AA에 대해서는 일부를 PTL 단당화 전단에 투입함으로써 PTL 단당화 효율을 상승시키기 위해 투입되는 AA의 중량은 PTL 단당화 전단 스트림의 AA농도가 30~50중량% 인 경우가 되도록 조절하여 수행하였다.The recovery and reuse amount of acetic acid depends on the acetyl content of biomass, but the amount of acetic acid produced when 49 dry ton / day of biomass is treated is 0.276 ton / hr, and the recycled amount of acetic acid adsorbed in the adsorption process (ⓐ + ⓑ ) And the amount released to the outside (ⓒ) is 90:10 ~ 98: 2, corresponding to 5 ~ 30%. In the case of low concentration AA, it is possible to inhibit the inhibitor formation at low pH by increasing the severity by the reaction temperature and reaction time, and when the high concentration of acetic acid (AA) is applied, By adjusting the time to lower the severity, it is possible to efficiently produce by reducing the amount of steam used and increasing the productivity. For the recovered AA, a part of the AA was added to the PTL single saccharification shear stage to increase the PTL single saccharification efficiency, and the weight of the loaded AA was controlled to be 30 to 50% by weight of the AA concentration of the PTL single saccharified shear stream .

본 발명의 실시예에 따라 전처리 과정에서 발생되는 아세트산을 회수 및 농축하여 전처리 공정에 투입시킴으로써 가혹도를 증가시켜 전처리 효과를 증대시켰다. 전처리 공정에서 발생하는 아세트산을 사용함으로써 별도의 화학물질 비용을 발생하지 않아 OPEX의 증가가 없으며, 강산이 아닌 약산을 사용함으로써 장치 부식이 발생하지 않아 공장 건설시에 투자비가 감소하는 효과가 있다. 또한, 후단 당화 및 발효 공정에 저해물질로 작용하는 아세트산을 전단에서 제거해줌으로써 당화/발효 성능을 증대시키고, 아세트산 회수 과정에서 프루프랄 및 HMF 등의 기타 불순물까지 회수하여 고부가가치화 할 수 있는 효과도 있다.According to the embodiment of the present invention, acetic acid generated in the pretreatment process is recovered and concentrated and added to the pretreatment process, thereby increasing the degree of severity and enhancing the pretreatment effect. By using acetic acid generated in the pretreatment process, there is no increase in OPEX because no additional chemical cost is incurred. By using weak acid which is not a strong acid, there is no erosion of the apparatus, so the investment cost is reduced when the plant is built. In addition, saccharification / fermentation performance is enhanced by removing acetic acid acting as an inhibitor in the downstream saccharification and fermentation process at the front end, and other impurities such as prophrore and HMF can be recovered in the process of recovery of acetic acid, .

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

ⓐ : 바이오매스 전처리공정으로 리사이클되는 아세트산
ⓑ : 리사이클되는 아세트산 중 단당화 공정으로 투입되는 아세트산
ⓒ : 외부로 배출되는 아세트산, 프루프랄 및 HMF
Ⓐ: Acetic acid recycled by the biomass pretreatment process
Ⓑ: Acetic acid to be recycled and the acetic acid
Ⓒ: Externally released acetic acid, fluffral and HMF

Claims (8)

(a) 바이오매스를 1차 전처리한 다음, 자일로-올리고머(xylo-oligomer) 함유 분획 및 셀룰로오스(cellulose)와 리그닌(lignin) 함유 분획으로 분리하는 단계;
(b) 상기 셀룰로오스와 리그닌 함유 분획을 2차 전처리하고, 효소를 이용하여 당화시킨 다음, 6탄당을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 자일로-올리고머 함유 분획을 여과 및 흡착수지를 이용하여 단당화와 발효 공정에 저해되는 물질을 제거한 후 농축을 통해 상당량의 물을 제거한 다음 단당화시킨 후, 아세트산 흡착 공정 및 탈착 공정을 거쳐 5탄당을 수득하는 단계를 포함하고,
상기 1차 전처리 공정 및/또는 상기 (c) 단계의 단당화 공정에서 생성되는 아세트산을 상기 탈착 공정에서 회수하여 상기 1차 전처리 공정으로 리사이클시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.
(a) subjecting the biomass to a first pretreatment and then separating into a fraction containing xylo-oligomer and a fraction containing cellulose and lignin;
(b) secondary pretreatment of the cellulose and the lignin-containing fraction, followed by saccharification using an enzyme, followed by obtaining a hexose sugar; And
(c) fractionating the xylose-oligomer-containing fraction by filtration and adsorbing resin to remove substances inhibited by the saccharification and fermentation process, removing a considerable amount of water by concentration and then saccharifying, and thereafter carrying out an acetic acid adsorption process and a desorption process Lt; RTI ID = 0.0 > 5, < / RTI >
Wherein the acetic acid produced in the first pre-treatment step and / or the step (c) is recovered in the desorption step and recycled to the first pre-treatment step.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 농축 공정에서 발생되는 응축수를 아세트산 흡/탈착 공정에서의 탈착수로 사용하기 위해 탈착 공정으로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.
The method according to claim 1, further comprising the step of supplying a desorption process for use as a desorption water in an acetic acid desorption / desorption process, wherein the condensed water generated in the step (c) How to.
제1항에 있어서, 상기 탈착 공정에서 분리된 아세트산의 농도는 5~30wt%인 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.
The method of claim 1, wherein the concentration of acetic acid isolated in the desorption process is 5 to 30 wt%.
제1항에 있어서, 상기 리사이클되는 아세트산의 일부를 상기 (c) 단계의 단당화 공정에 투입하는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.
The method for producing a saccharified liquid from a biomass according to claim 1, wherein part of the recycled acetic acid is introduced into the step (c).
제4항에 있어서, 상기 전처리 공정으로 리사이클되는 아세트산, 및 배출되는 아세트산의 중량비는 90:10 ~ 98:2이고, 단당화 전단 스트림의 아세트산 농도가 30~50%가 되도록 아세트산을 추가하는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.
The method of claim 4, wherein the weight ratio of acetic acid recycled to the pre-treatment step and acetic acid discharged is 90:10 to 98: 2, and acetic acid is added so that the acetic acid concentration of the saccharylation shear stream is 30 to 50% Of the biomass.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 농축 공정은 진공 농축 공정인 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.
The method for producing a saccharified liquid according to claim 1, wherein the step (c) is a vacuum concentration step.
제6항에 있어서, 상기 진공 농축은 10~300torr의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.
7. The method of claim 6, wherein the vacuum concentration is performed at a pressure of 10 to 300 torr.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 2차 흡착 공정은 활성탄, 제올라이트, 실리카겔, 황산알루미늄 및 양이온교환수지로 구성된 군에서 선택된 흡착제로 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스로부터 당화액을 제조하는 방법.

The method according to claim 1, wherein the second adsorption step in step (c) is used as an adsorbent selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, silica gel, aluminum sulfate and cation exchange resin. .

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