TWI438282B - Production method and apparatus for reducing sugar - Google Patents

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Description

還原醣之製造方法及設備
本發明係與一種還原醣之製造方法及設備有關，特別是指一種耗能低、效率高之還原醣製造方法及設備。
按，隨著石化能源的日益枯竭，科學家們莫不傾力研發新的替代能源，諸如太陽能、風能、水力、地熱能及生質能源等，其中，生質能源因為原料取得容易，所以廣受人們青睞，被列為積極開發的對象，如生質酒精即是利用醣類發酵所製成，而其所使用的醣類則最常由穀類作物及蔗糖中所提煉，但因為使用穀類作物及蔗糖來提煉生質酒精，容易影響糧食的供需平衡，所以未來產製生質酒精所使用的醣類，將採用由硬木、軟木等含木質纖維素之生質物所提煉的還原醣為主，其相關技術可參閱　鈞局公開號數第201009086號之「提升纖維原料水解液木糖濃度之方法」，該案所揭露之還原醣製造技術，係將該含木質纖維素之生質物，先利用其所開發的新型雙軸擠壓機進行擠壓混酸，再配合熱水溶洗前程序進行高溫蒸氣蒸洗，以溶洗出該含木質纖維素之生質物內的還原醣。
惟，該案所揭露的製造技術雖可用於產製還原醣，但因為其必須使用130℃的水蒸氣，對降解後的該含木質纖維素之生質物進行20分鐘蒸洗，所以會使用較多的水及能源，非常的耗能與不環保，同時，由於該案用於進行擠壓混酸的設備，係為該案所開發之特殊設備，因此更具有取得不易、建構成本高之缺點，而不利於商業化推廣。
本發明之目的係在提供一種耗能低、效率高之還原醣製造方法及設備。
為達上述目的，本發明所提供之一種還原醣之製造方法，其係先將一含木質纖維素之生質物與一溶劑混合後，再透過一高溫高壓反應釜(Autoclave)進行降解反應，以取得高濃度之還原醣溶液。
為連上述目的，本發明所提供之一種還原醣之製造設備，其係包含有一高溫高壓反應釜，可供容置一含木質纖維素之生質物及一溶劑，並施以高溫高壓使該含木質纖維素之生質物產生降解反應；以及一脫水單元，可供對降解反應後所生成的產物進行脫水處理，以固液分離出一高濃度之還原醣溶液及一固態殘餘生質物。
本發明所提供之一種還原醣之製造方法及設備，不僅能夠有效提升該還原醣溶液在製造過程中的固液比，以製得高濃度之還原醣溶液，且因為該含木質纖維素之生質物在經過降解後不需要使用高溫蒸氣蒸洗，所以與習知製造技術相較，本發明係具有用水量少、耗費能源低之優勢，同時，由於該高溫高壓反應釜、該脫水單元等係為一般常見設備，因此與習知相較，本發明更具有設備取得容易、生產成本較低等優點，而容易商業化推廣使用。
請參閱第一圖所示，係為本發明之目前可行實施例之還原醣溶液製造流程圖，其係揭露有一種還原醣之製造方法，該製造方法係包含有下列步驟：
破碎處理：將一含木質纖維素之生質物進行破碎處理，使該含木質纖維素之生質物的顆粒會小於5 mm，其中，該含木質纖維素之生質物係可為硬木、軟木、禾本科植物、竹子、水生物種(如藻類、布袋蓮等)以及含木質纖維素的農工業廢棄物之其中一種。
混合溶劑：將破碎處理後的該含木質纖維素之生質物混入溶劑，其中，該溶劑係為水，且該含木質纖維素之生質物除以水的混合比係會控制在介於0.1至1.0，同時，該溶劑中更可添加催化劑以加速反應，且該催化劑除以該含木質纖維素之生質物的混合比係會被控制在介於0.5%至10%，值得一提的是，所加入的催化劑係可為硫酸、硝酸及鹽酸之其中一種。
高溫高壓降解：將混合溶劑後的該含木質纖維素之生質物置放於一高溫高壓反應釜(Autoclave)內進行降解反應，其中，進行降解反應的溫度係控制在介於100至200 ℃，且達到進行降解反應溫度前的升溫速率為1至20 ℃/min，達到降解反應溫度後的反應時間為15分鐘至5小時。
脫水處理：將降解反應後所生成的產物，利用離心脫水處理固液分離出一高濃度之還原醣溶液以及一固態殘餘生質物，其中，該高濃度之還原醣溶液之濃度係介於3至113.8 g/L。
二次脫水：將該固態殘餘生質物混入水，並經離心脫水處理以將該固態殘餘生質物內殘餘的還原醣予以洗出，其中，二次脫水步驟所加入的水量係會較一次脫水步驟時為少，以期使二次脫水步驟所獲得的還原醣溶液之濃度會相近於一次脫水步驟所產生的還原醣溶液。
請再同時參閱第二圖所示，係為本發明之目前可行實施例之製造設備連接示意圖，其係揭露有一種還原醣之製造設備，該製造設備係包含有：
一破碎單元10，可供對該含木質纖維素之生質物進行破碎處理，使該含木質纖維素之生質物的顆粒會小於5 mm，且於本實施例中，該破碎單元10係為一碾壓機。
一高溫高壓反應釜20，可供容置該含木質纖維素之生質物以及該溶劑，並施以高溫高壓使該含木質纖維素之生質物產生降解反應，其中，該高溫高壓反應釜20內係以1至20℃的升溫速率，將降解反應溫度控制在100至200℃，且達到該降解反應溫度後的反應時間係會被控制在介於15分鐘至5小時。
一脫水單元30，可供對降解反應後所生成的產物進行脫水處理，以固液分離出該高濃度之還原醣溶液與該固態殘餘生質物，於本實施例中，該脫水單元30係為一離心式脫水機。
為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：
請再同時參閱第三圖所示，係為本發明之目前可行實施例之還原醣溶液後製流程圖，透過上述還原醣之製造方法及設備，使用者只要將該含木質纖維素之生質物先藉由該破碎單元10進行破碎處理，再與溶劑及催化劑充分混合，並置入該高溫高壓反應釜20內，於高溫高壓之環境進行降解反應，最後再透過該脫水單元30進行離心脫水，便可取得高濃度還原醣溶液，請同時參閱下列表一所示，係為本發明目前可行實施例之實驗數據表：
由表一中即可明顯看出，透過上述還原醣之製造方法及設備，將可製得濃度高達113.8 g/L之高濃度還原醣溶液，可供應用於生物醱酵，以產製生質乙醇、生質丁醇、乳酸(後續可再加工成聚乳酸塑酯之生物可分解塑膠)、甲烷與生質氫氣，值得一提的是，在進行生物醱酵之前，該還原醣溶液還可先經由過鹼處理(Overliming Treatment)，移除不利於醱酵反應的生質物，並提升醱酵反應的效率，藉此，不僅能夠有效提升該還原醣溶液在製造過程中的固液比，以製得高濃度之還原醣溶液，且因為該含木質纖維素之生質物在經過降解後不需要使用高溫蒸氣蒸洗，所以與習知製造技術相較，本發明係具有用水量少、耗費能源低之優勢，同時，由於該破碎單元10、高溫高壓反應釜20及脫水單元30等皆為一般常見設備，因此與習知相較，本發明更具有設備取得容易、生產成本較低等優點，而容易商業化推廣使用。
茲，再將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：
1、本發明之還原醣之製造方法及設備，不僅能夠有效提升該還原醣溶液在製造過程中的固液比，以製得高濃度之還原醣溶液，且因為該含木質纖維素之生質物在經過降解後不需要使用高溫蒸氣蒸洗，所以與習知製造技術相較，本發明係具有用水量少、耗費能源低之優勢。
2、本發明之還原醣之製造方法及設備，由於該破碎單元、高溫高壓反應釜及脫水單元等皆為一般常見設備，因此與習知相較，本發明係具有設備取得容易、生產成本較低等優點，而容易商業化推廣使用。
綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。
惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
10．．．破碎單元
20．．．高溫高壓反應釜
30．．．脫水單元
第一圖係為本發明之目前可行實施例之還原醣溶液製造流程圖。
第二圖係為本發明之目前可行實施例之製造設備連接示意圖。
第三圖係為本發明之目前可行實施例之還原醣溶液後製流程圖。

Claims (7)

  1. 一種還原醣之製造方法，其係先將一含木質纖維素之生質物與一溶劑混合後，再透過一高溫高壓反應釜(Autoclave)進行降解反應，進行降解反應的溫度係介於100至200℃，達到進行降解反應溫度前的升溫速率為1至20℃/min，以取得高濃度之還原醣溶液。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之一種還原醣之製造方法，其中，達到降解反應溫度後的反應時間為15分鐘至5小時。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之一種還原醣之製造方法，其中，該高濃度之還原醣溶液之濃度係介於3至113.8g/L。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之一種還原醣之製造方法，其中，經降解反應後所生成的產物，會再利用離心脫水處理固液分離出該還原醣溶液以及一固態殘餘生質物。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述之一種還原醣之製造方法，其中，該固態殘餘生質物係可混入水，並經離心脫水處理以將該固態殘餘生質物內殘餘的還原醣予以洗出。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之一種還原醣之製造方法，其中，該還原醣溶液可應用於生物醱酵，以產製生質乙醇、生質丁醇、乳酸、甲烷與生質氫氣。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述之一種還原醣之製造方法，其中，該還原醣溶液可先經由過鹼處理(Overliming Treatment)，以移除不利於醱酵反應的生質物，並提升醱酵反應的效率。
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