UA105365C2 - Спосіб одержання цукрів з біомаси - Google Patents
Спосіб одержання цукрів з біомаси Download PDFInfo
- Publication number
- UA105365C2 UA105365C2 UAA201100979A UAA201100979A UA105365C2 UA 105365 C2 UA105365 C2 UA 105365C2 UA A201100979 A UAA201100979 A UA A201100979A UA A201100979 A UAA201100979 A UA A201100979A UA 105365 C2 UA105365 C2 UA 105365C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- specified
- biomass
- acid
- differs
- fact
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 title claims abstract description 38
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims abstract 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 40
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 40
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N Xylose Natural products O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 claims description 36
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 claims description 31
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 31
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 31
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 30
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 29
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 28
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 18
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 18
- 239000002029 lignocellulosic biomass Substances 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 16
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 15
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XTEGVFVZDVNBPF-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1,5-disulfonic acid Chemical compound C1=CC=C2C(S(=O)(=O)O)=CC=CC2=C1S(O)(=O)=O XTEGVFVZDVNBPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 10
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- -1 aryl sulfonic acids Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 claims description 6
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 6
- KVBGVZZKJNLNJU-UHFFFAOYSA-N naphthalene-2-sulfonic acid Chemical compound C1=CC=CC2=CC(S(=O)(=O)O)=CC=C21 KVBGVZZKJNLNJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 5
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JXTHNDFMNIQAHM-UHFFFAOYSA-N dichloroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(Cl)Cl JXTHNDFMNIQAHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 3
- OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=C(Cl)C=C1 OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LDMOEFOXLIZJOW-UHFFFAOYSA-N 1-dodecanesulfonic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCS(O)(=O)=O LDMOEFOXLIZJOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 claims description 2
- 244000273256 Phragmites communis Species 0.000 claims description 2
- 244000062793 Sorghum vulgare Species 0.000 claims description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960005215 dichloroacetic acid Drugs 0.000 claims description 2
- 229940117389 dichlorobenzene Drugs 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000019713 millet Nutrition 0.000 claims description 2
- PSZYNBSKGUBXEH-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1-sulfonic acid Chemical compound C1=CC=C2C(S(=O)(=O)O)=CC=CC2=C1 PSZYNBSKGUBXEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N perfluorooctanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- YNJBWRMUSHSURL-UHFFFAOYSA-N trichloroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(Cl)(Cl)Cl YNJBWRMUSHSURL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 2
- 125000000969 xylosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO1)* 0.000 claims description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 5
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 12
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 12
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229920001221 xylan Polymers 0.000 description 9
- 150000004823 xylans Chemical class 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 150000004804 polysaccharides Chemical group 0.000 description 7
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 7
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 6
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 6
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 4
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 4
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 5-hydroxymethylfurfural Chemical compound OCC1=CC=C(C=O)O1 NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N hydroxymethylfurfural Natural products COC1=CC=C(C=O)O1 RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 3
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- RGHHSNMVTDWUBI-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxybenzaldehyde Chemical compound OC1=CC=C(C=O)C=C1 RGHHSNMVTDWUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101710130006 Beta-glucanase Proteins 0.000 description 2
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008351 acetate buffer Substances 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006862 enzymatic digestion Effects 0.000 description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 description 1
- 241000219146 Gossypium Species 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 235000019621 digestibility Nutrition 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 235000018927 edible plant Nutrition 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 239000002816 fuel additive Substances 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000003966 growth inhibitor Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002650 laminated plastic Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 235000021309 simple sugar Nutrition 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- MWOOGOJBHIARFG-UHFFFAOYSA-N vanillin Chemical compound COC1=CC(C=O)=CC=C1O MWOOGOJBHIARFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FGQOOHJZONJGDT-UHFFFAOYSA-N vanillin Natural products COC1=CC(O)=CC(C=O)=C1 FGQOOHJZONJGDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012141 vanillin Nutrition 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
- C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
- C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C13—SUGAR INDUSTRY
- C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
- C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
- C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
Спосіб одержання цукрів з біомаси, яка містить щонайменше один полісахарид, який включає введення біомаси у контакт з водним розчином щонайменше одної органічної кислоти, вибраної з алкіл- або арилсульфонових кислот, що мають від Сдо Сатомів карбону, бажано від Сдо Сатомів карбону, або з галогенованих карбонових кислот, при температурі від до , бажано від до , одержані цукри можуть бути використані як джерела карбону у ферментаційних процесах для виробництва спиртів.
Description
Винахід стосується способу виробництва цукрів з біомас, що містять щонайменше один полісахарид.
Зокрема, винахід стосується способу виробництва цукрів з біомаси, що містить щонайменше один полісахарид, який включає обробку зазначеної біомаси водним розчином щонайменше одної органічної кислоти при температурі не вище 14070.
Цукри, отримані у такий спосіб, можуть бути використані як джерела карбону у ферментаційних процесах виробництва спиртів (наприклад, етанолу, бутанолу). Зазначені спирти можуть бути використані як автомобільні біопалива або як добавки до автомобільних палив.
Взагалі біомасою є будь-яка речовина з органічною, рослинною або тваринною матрицею, яка може бути використана в енергетиці, наприклад, як сировина для виробництва біопалива або добавок до палив.
Отже, біомаса є формою відновлюваного джерела енергії як альтернатива традиційній сировині викопного походження, яку звичайно використовують у виробництві палив. Для цього може бути використана, зокрема, лігноцелюлозна біомаса.
Виробництво цукрів з біомаси, зокрема, з ліг ноцелюлозної біомаси є відомим.
Лігнпоцелюлозною біомасою є комплексна структура, яка включає три головні компоненти: целюлозу, напівцелюлозу і лігнін. Їх відносні кількості можуть змінюватись залежно від типу лігноцелюлозної біомаси.
Наприклад, у випадку рослин зазначені кількості залежать від біологічного виду і віку рослини.
Целюлоза є найбільшою складовою лігноцелюлозної біомаси і звичайно присутня у кількостях від 3095 до 6095 (за масою) відносно повної маси лігноцелюлозної біомаси. Целюлоза складається з молекул глюкози (від приблизно 500 до 100 00 одиниць), з'єднаних одна з одною глюкозидним зв'язком Р-1,4.
Гідрогенні зв'язки між ланцюгами зумовлюють утворення кристалічних доменів, які забезпечують міцність і еластичність рослинних волокон. У природі це у чистому вигляді спостерігається лише у однорічних рослин, бавовні і льоні, а у деревинних рослин завжди супроводжується напівцелюлозою і лігніном.
Напівцелюлоза взагалі присутня у кількості від 1095 до 4095 (за масою) від повної маси лігноцелюлозної біомаси і виглядає як змішаний відносно короткий полімер (10-200 молекул) з розгалуженнями, утворений цукром з б атомами карбону (глюкоза, маноза, галактоза) і цукром з 5 атомами карбону (ксилоза, арабіноза). Деякі важливі властивості рослинних волокон зумовлено присутністю напівцелюлози, головною якістю якої є сприяння засвоюваності зазначених рослинних волокон у присутності води, яка викликає їх розбухання. Напівцелюлоза має також адгезивні властивості і тому має схильність зміцнювати або створювати рогоподібне середовище, завдяки чому зазначені рослинні волокна стають жорсткими і поглинаються повільніше.
Лігнін звичайно присутній у кількості від 1095 до 3095 (за масою) від повної маси лігноцелюлозної біомаси. Його головна функція полягає у зв'язуванні і цементації рослинних волокон і наданні цим рослині компактності і стійкості, а також у захисті проти комах, патогенів, пошкоджень і ультрафіолету. Він звичайно використовується як паливо, а також останнім часом і промисловості як диспергатор, зміцнювач, емульгатор для пластикових ламінатів, картону і гумових продуктів. Його також хімічно обробляють для виготовлення ароматичних сполук, наприклад ваніліну, чубушника, р-гідроксибензальдегіду, які можуть бути використані у фармацевтичній хімії або косметичній і харчовій промисловості.
Для оптимізації перетворення лігноцелюлозної біомаси у продукти для енергетичного використання зазначену біомасу піддають попередній обробці для відділення лігніну і гідролізу целюлози і напівцделюлози до простого цукру, наприклад, глюкози і ксилози, які потім піддають ферментації для отримання спиртів.
Описаний процес використовують для кислотного гідролізу, який можна проводити у присутності сильної кислоти, розрідженої або концентрованої. Цей процес, однак, має вади, зумовлені, головним чином, тим, що для гідролізу полісахаридних компонентів біомас, тобто целюлози і напівцелюлози, потрібні форсовані умови внаслідок високої стабільності целюлоз. Така обробка, зокрема, високі температури, викликає утворення співпродуктів, що походять від дегідрування цукрів і від часткової деполімеризації лігніну. Ці співпродукти, зокрема, фурфурал, гідроксиметилфурфурал і фенольні сполуки є інгібіторами росту мікроорганізмів, які звичайно використовуються у подальших ферментаційних процесах перетворення цукру у спирт, спричиняючи значне зниження ефективності і продуктивності зазначених процесів.
Відомими є процеси, що включають попередню обробку лігноцелюлозної біомаси для усунення зазначених вад. У 05 4 612 286, наприклад, описано спосіб отримання спирту з біомаси, що містить карбогідрати і лігнін, який включає операції: (а) подрібнення біомаси; (5) піддання зазначеної біомаси кислотному гідролізу при температурі концентрації кислоти і часі перебування, достатніх для ефективного гідролізу напівделюлози у біомасі і для забезпечення відділення пентозного і гексозного цукру у гідролізований продукт з кількістю фурфуралу, не достатньою для суттєвого пригнічення мікроорганізмів у подальших процесах ферментації зазначених цукрів, причому целюлоза у зазначеній біомасі залишається негідролізованою. Кислотний гідроліз бажано проводити при концентрації кислоти, бажано, сульфурової, від приблизно 295 до приблизно 1095 (за об'ємом) при температурі приблизно 120"С або нижче. Описаний спосіб має такі переваги: використання мінімальної кількості кислоти, утворення високої концентрації пентозів у гідролізованому продукті, виробництво спиртів без споживання енергії від зовнішніх систем.
У патенті 5 5 125 977 описано двостадійний процес попереднього гідролізу біомаси, яка включає напівцелюлозу, що містить ксилан, з використанням розрідженої кислоти, бажано, сульфурової, у кількості від 0,195 до 2,095 (за масою). Зазначений процес включає: обробку напівцелюлозного матеріалу, що містить ксилан, який може бути повільно гідролізований, і ксилан, який може бути швидко гідролізований розрідженою кислотою, протягом часу, достатнього для гідролізу зазначеного ксилану, який може бути швидко гідролізований, до ксилози, при температурі від приблизно 907С до приблизно 180"С, з видаленням зазначеної ксилози і отриманням залишкового ксилану, який може бути повільно гідролізований; обробку зазначеного залишку розрідженою кислотою протягом часу, достатнього для гідролізу зазначеного ксилану, який може бути повільно гідролізований до ксилози, при температурі від приблизно 160"С до приблизно 2207; і відділення зазначеної ксилози, забезпечене більш, ніж 90905-м гідролізом ксилану. Описаний процес забезпечує високий гідроліз ксилану до ксилози без утворення великих кількостей фурфуралу і інших співпродуктів, токсичних для дріжджів, що використовуються у подальших ферментаціях.
У патенті 05 6 228 177 описано багатофункціональний процес гідролізу і фракціонування лігноцелюлозної біомаси для відділення від інших компонентів зазначеної біомаси: напівцелюлозного цукру, що включає екстракти і протеїни; частину солюбілізованого лігніну; целюлози; глюкози, що походить з целюлози; і нерозчинного лігніну. Зазначений процес включає: (а) введення твердої свіжої біомаси або частково фракціонованої лігноцелюлозної біомаси, яка містить кислоту або воду, у реактор і нагрівання до температури приблизно 18570-205"С; (р) проведення реакції до гідролізу приблизно 6095 (за масою) напівцелюлози у випадку вод, або до повного розчинення у випадку кислот; (с) додання розрідженої кислоти до рН приблизно 5, при температурі приблизно 2057"С, протягом приблизно 5-10 хвил., для гідролізу залишку напівцелюлози (4095 (за масою)) у випадку води; (4) охолодження реакції до температури приблизно 140"С; (е) внесення у зазначений реактор і видалення, одночасно, при волюметричному потоці розрідженої кислоти, при температурі приблизно 140"С для усунення більшої частини солюбілізованих компонентів з біомаси і для підвищення виходу напівцелюлозного цукру. Бажаною розрідженою кислотою в операціях (с) апа (е) є сульфурова. Зазначену кислоту бажано використовувати у концентрації 0,1590 (за масою) в операції (с) і у концентрації 0,007905 (за масою) в операції (е). Цей процес забезпечує високий вихід цукру.
У патенті 5 5 338 366 описано спосіб кислотного попереднього гідролізу біомаси, який дозволяє гідролізом напівцелюлози отримати цукри з 4 атомами карбону. Спосіб включає таку автоматичну безперервну послідовність операцій: (а) змішування біомаси, яка містить напівцелюлозу, з розчином неорганічної кислоти у концентрації, достатній для гідролізу зазначеної напівцелюлози і утворення шламу з консистенцією, достатньою для адекватного зволоження біомаси з зазначеною кислотою; (б) дегідрування шламу для мінімізації кількості парів, необхідної для нагрівання біомаси до температури реакції і і підтримання бажаної концентрації цукру у зазначеному шламі після попереднього гідролізу; (с) нагрівання дегідрованого шламу до температур реакції під тиском вище атмосферного прямим контактом з парами; і (4) витримання біомаси у дегідрованому шламі при температурі реакції і під тиском і протягом часу, достатніх для гідролізу напівцелюлози біомаси, але без гідролізу целюлози, для отримання здебільшого цукрів з 5 атомами карбону. Бажаною неорганічною кислотою є сульфурова, гідрохлорна або нітрокислота, а гідролізною температурою є від приблизно 120"С до приблизно 176"С. Цей процес є простим і забезпечує ефективний попередній гідроліз напівделюлози.
У патенті ОЗ 5 424 417 описано процес попереднього гідролізу лігноцелюлозного матеріалу для отримання вищого виходу напівцелюлози і щонайменше 2095 лігніну і отримання більш очищеної целюлози.
Цей спосіб включає: внесення лігноцелюлозного матеріалу у реактор попереднього гідролізу; попередній гідроліз зазначеного лігноцелюлозного матеріалу при температурі від приблизно 90"С до приблизно 2407С, доведення розрідженою кислотою до рН від приблизно 1,0 до приблизно 5,5 у зазначеному реакторі і зазначеному лігноцелюлозному матеріалі і видалення зазначеної розрідженої кислоти з реактора для отримання попередньо гідролізованого продукту у розчин; відновлення зазначеного попередньо гідролізованого продукту у розчині; і видалення твердого матеріалу, що містить щонайменше 2095 лігніну, присутнього у зазначеному лігноцелюлозному матеріал, з зазначеного реактора попереднього гідролізу при температурах попереднього гідролізу. Бажаною розрідженою кислотою є сульфурова. Цей процес забезпечує кращу екстракцію лігніну і напівдцелюлози, одночасно у тому ж реакторі, при менш суворих умовах рн, температури і часів порівняно звичайними процесами попереднього гідролізу.
У патенті 5 7 198 925 описано спосіб перетворення лігноцелюлозного матеріалу у глюкозу, який включає такі операції: (а) внесення одної або більше партій лігноцелюлозного матеріалу у реактор попередньої обробки; (р) додання парів і кислоти у реактор, при температурі, концентрації кислоти і часу, достатніх для гідролізу напівделюлози до ксилози і підвищення якості целюлози для ферметативного перетравлення з целюлозою для отримання попередньо обробленого лігпоцелюлозного матеріалу; (с) зниження тиску у реакторі попередньої обробки; (4) видалення попередньо обробленого лігноцелюлозного матеріалу з реактора попередньої обробки; і (е) гідроліз попередньо обробленого лігноцелюлозного матеріалу з целюлозою для отримання глюкози. Бажаною кислотою є сульфурова, сульфуриста кислоти, діоксид сульфуру і температурою гідролізу є від приблизно 1407"С до приблизно 280"С. Цей спосіб є простим і менш коштовним порівняно з відомими способами безпосередньої обробки партіями лігпоцелюлозного матеріалу.
У патенті 5 4 237 226 описано процес попередньої обробки целюлозного матеріалу, який включає: приготування шламу целюлозного матеріалу; додання кислоти до зазначеного шламу як каталізатора; нагрівання зазначеного шламу до температури реакції, при якій целюлозна структура целюлозного матеріалу модифікується взаємодією з кислотою з утворенням форми, більш придатної для гідролізу порівняно з необробленим целюлозним матеріалом; витримання зазначеного шламу з кислотою при зазначеній температурі реакції протягом часу, достатнього для модифікації більшої частини целюлозного матеріалу у зазначену форму, але достатньо короткого для відвернення утворення значної кількості глюкози з целюлозного матеріалу і/або значної рекристалізації целюлозної структури; і охолодження зазначеного шламу, щоб відвернути реакцію між кислотою і модифікованим целюлозним матеріалом.
Бажаної кислотою є сульфурова і температура гідролізу становить від приблизно 1807"С до приблизно 230"С. Цей процес скорочує час гідролізу і підвищує вихід цукрів.
У патенті 5 5 916 780 описано удосконалений спосіб попередньої обробки лігноцелюлозного матеріалу, що має бути перетворений в паливний етанол. Цей спосіб включає 5 операцій: (а) обрання матеріалу, що містить щонайменше напівцелюлозу і щонайменше целюлозу і характеризується тим, що відношення арабінану плюс ксилан/полісахариди, що не містять крохмалю (АХ/М5Р), перевищує 0,39; і (Б) реакція лігноцелюлозного матеріалу в умовах, що забезпечують гідроліз частини напівцелюлози і целюлози, для отримання попередньо обробленого лігноцелюлозного матеріалу, більш придатного для ферментативного перетравлення з целюлазою. Бажаною кислотою є сульфурова, а температура гідролізу становить від приблизно 1807С до приблизно 270"С. Цей процес забезпечує отримання більшої кількості глюкози з використанням меншої кількості целюлази порівняно з відомими процесами.
Описані способи мають ряд вад.
Коли використовуються неорганічні кислоти (наприклад, сульфурова), наприклад, наприкінці кислотного гідролізу, отримують водну фазу, яка містить пентозні і гексозні цукри як продукт гідролізу напівцелюлози з кислотним рН. Зазначена водна фаза має бути нейтралізована доданням, наприклад, оксиду кальцію, гідроксиду кальцію або гідроксиду барію, з подальшим утворенням солей (наприклад, сульфату кальцію, дигідросульфату кальцію (гіпсу), сульфату барію), які осаджуються і мають бути відокремлені від зазначеної фази перед ферментацією, згаданою вище. Отже, неможливо відновити і повторно використати зазначену неорганічну кислоту. Крім того, отримані солі мають бути видалені відповідною обробкою, що підвищує витрати на виробництво.
Якщо кислотний гідроліз проходить при високій температурі, наприклад, вище 140"С, можуть бути утворенні співпродукти реакції, наприклад, фурфурал, гідроксиметилфурфурал, фенольні сполуки, які, як було зазначено, є інгібіторами мікроорганізмів, що звичайно використовуються у подальшій ферментації цукрів.
Якщо ж кислотний гідроліз проходить при низькій температурі, наприклад, нижче 140"С, відбувається неповне руйнування структури лігноцелюлозної біомаси, необхідне для вивільнення целюлозних волокон з лігнінової матриці, яка закриває їх у подальшому ферментативному гідролізі. Для ферментів, що звичайно використовуються (наприклад, целюлаза) у ферментативному гідролізі досягти целюлозних волокон, закритих лігніном.
Заявником було виявлено, що виробництво цукрів з біомаси, зокрема, з біомаси, що містить щонайменше один полісахарид, може бути здійснене способом, який включає обробку зазначеної біомаси водним розчином щонайменше одної органічної кислоти при температурі не вище 14070.
Такий спосіб дає ряд переваг, наприклад, дозволяє отримати високий вихід пентозних і гексозних цукрів, завдяки кислотному гідролізу зазначеної біомас, які можуть бути у подальшому використані як джерело карбону ферментаційних процесах виробництва спиртів (наприклад, етанолу, бутанолу).
Зазначені спирти можуть бути з успіхом використані як автомобільні біопалива або як добавки для автомобільних палив.
Крім того, можливість застосовувати не дуже високі температури, тобто не вище 140"С, дозволяє знизити утворення співпродуктів, наприклад, фурфуралу, гідроксиметил-фурфуралу, фенольних сполук, які, як зазначено вище, є інгібіторами росту мікроорганізмів, які звичайно використовуються у подальшій ферментації цукрів.
Іншою важливою перевагою є те, що цей процес дозволяє відновлювати органічну кислоту, яка потім може бути рециклізована. Таке відновлення також дозволяє уникнути нейтралізації і, отже отримання солей з їхпподальшим видаленням.
Отже, задачею винаходу є спосіб виробництва цукрів з біомаси, що містить щонайменше один полісахарид, який включає введення біомаси у контакт з водним розчином щонайменше одної органічної кислоти, вибраної з групи, яку складають алкіл- або арил-сульфонові кислоти з С7-Сго атомами карбону, бажано, від Се до Сі5 атомами карбону і галогеновані карбонові кислоти, при температурі від 80"С до 140"С, бажано, від 1007С до 12570.
У визначеннях числових меж ці межі, якщо не зазначено інше, включають крайні значення.
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу, зазначений полісахарид може бути вибраний з целюлози, напівцелюлози або їх сумішей. Бажаними є напівцелюлоза або суміші напівцелюлози і целюлози.
Згідно з іншим бажаним втіленням винаходу, зазначеною біомасою є лігноцелюлозна біомаса, яка, як було зазначено, включає три компоненти: напівцелюлозу, целюлозу і лігнін. Зазначену лігноцелюлозну біомасу бажано вибирати з групи, яку складають: - продукти культур, що вирощуються для енергетичного використання (наприклад, міскант, просо і звичайний очерет), включаючи співпродукти, залишки і відходи зазначених культур або їх обробки; - продукти сільськогосподарського використання, насадження лісів і лісівництва, які містять деревину, рослини, залишки і співпродукти обробки цих продуктів; - співпродукти вирощування харчових рослин для людини або зоотехнічні продукти; - залишки паперової промисловості, не піддані хімічній обробці; - відходи окремого збирання твердого міського сміття (наприклад, відходів рослинного походження, паперу).
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу, зазначена біомас може бути попередньо подрібнена перед введенням у контакт з зазначеним водним розчином щонайменше одної органічної кислоти. Зазначену біомасу бажано подрібнювати до отримання часток діаметром від 0,1 до 10 мм, більш бажано, від 0,5 до 4 мм. Зокрема, бажаними є частки діаметром менше 1 мм. Згідно з іншим втіленням винаходу, вміст зазначеної біомаси у реакційній суміші становить від 595 до 4095 (за масою), бажано, від 2095 до 35905 (за масою) повної маси реакційної суміші.
Тут термін "реакційна суміш" означає суміш, яка містить біомасу і водний розчин щонайменше одної органічної кислоти і яку отримують введенням зазначеної біомаси у контакт з зазначеним водним розчином.
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу, зазначена щонайменше одна органічна кислота є розчинною у воді і може бути екстрагована з органічного розчину, не розчинного у воді.
Тут термін "органічна кислота, розчинна у воді" стосується органічної кислоти, розчинної у дистильованій воді при 25"С у кількості щонайменше 0,5 г/100 мл дистильованої води, бажано, щонайменше 2 г/100 мл дистильованої води.
Термін "органічна кислота, яка може бути екстрагована органічним розчином, не розчинним у воді" стосується органічної кислоти, яка може бути екстрагована органічним розчином, не розчинним у воді з виходом щонайменше 8095, бажано, щонайменше 9095, обчисленим відносно повної кількості органічної кислоти, присутньої у водному розчині.
Термін "органічний розчин, не розчинний у воді" стосується органічного розчину, який має розчинність у дистильованій воді при 25"С менше 495 (за об'ємом), бажано, менше 295 (за об'ємом).
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу, зазначені алкіл- або арил-сульфонові кислоти можуть бути вибрані з додецил-сульфонової кислоти, пара-толуол-сульфонової кислоти, 1-нафталін-сульфонової кислоти, 2-нафталін-сульфонової кислоти, 1,5-нафталін-дисульфонової кислоти або їх сумішей. Бажаними є пара-толуол-сульфонова кислота, 2- нафталін-сульфонова кислота, 1,5-нафталін-дисульфонова кислота або їх суміші.
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу, зазначені галогеновані карбонові кислоти можуть бути вибрані з тих, в яких кількість атомів карбону не перевищує 20, бажано, становить 2-15, наприклад, з трифлуороцтової кислоти, дихлороцтової кислоти, трихлороцтової кислоти, перфлуороктанової кислоти або їх сумішей.
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу зазначена щонайменше одна органічна кислота присутня у водному розчині у концентрації від 0,195 до 595 (за масою), бажано, від 0,595 до 295 (за масою) відносно повної маси водного розчину. Зазначена органічна кислота діє як каталізатор кислотного гідролізу зазначеної біомаси. Зокрема, коли біомасою є лігпоцелюлозна біомаса, зазначена органічна кислота діє як каталізатор кислотного гідролізу напівцелюлози. Слід зазначити, що спосіб згідно з винаходом, коли біомасою є лігноцелюлозна біомаса, не лише забезпечує кислотний гідроліз напівцелюлози, але й поліпшує якість целюлози, яка залишається суттєво негідролізованою, для подальшого ферментативного гідролізу завдяки поліпшеній деструктуризації вихідної біомаси.
Згідно з іншим втіленням винаходу, зазначену біомасу вводять у контакт з зазначеним водним розчином протягом періоду від 20 хвил. до 6 год., бажано, від 30 хвил. до З год..
Зазначену біомасу вводять у контакт з зазначеним водним розчином у реакторах відомих типів, наприклад, автоклавах або екструдерах. Згідно з одним з втілень винаходу, зазначений процес також включає отримання першої твердої фази і першої водної фази.
Згідно з ще одним втіленням винаходу, зазначена перша тверда фаза включає лігнін і целюлозу.
Згідно з одним з втілень винаходу, зазначена перша водна фаза включає щонайменше один цукор, який має від С5 до Св атомів карбону, і зазначену щонайменше одну органічну кислоту. Зазначеною щонайменше одною органічною кислотою є органічна кислота, яку вводять у контакт з біомасою. Бажаними зазначеним цукром є ксилоза, отримана кислотним гідролізом напівцелюлози.
Зазначені фази можуть бути розділені відомими способами, наприклад, фільтрацією, центрифугою, бажано, фільтрацією.
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу, зазначену першу водну фазу екстрагують органічним розчином, не розчинним у воді.
Зазначений органічний розчин, не розчинний у воді бажано вибирати з галогенованих гідрокарбонів, наприклад, метиленхлориду, монохлорбензолу, дихлорбензолу або їх сумішей; ароматичних гідрокарбонів, наприклад, толуолу, ксилолу або їх сумішей. Бажаними є метиленхлорид або толуол.
Зазначений органічний розчин, не розчинний у воді у подальшому випарюють, отримуючи другу тверду фазу, яка містить зазначену щонайменше одну органічну кислоту (тобто органічну кислоту, яку вводять у контакт з біомасою), і другу водну фазу, яка містить зазначений цукор з С5-Свє атомами карбону.
Спосіб згідно з винаходом дозволяє відновлювати органічну кислоту, яку вводять у контакт з біомасою, з високим виходом, тобто виходом щонайменше 8095, бажано, щонайменше 9095, відносно повної кількості органічної кислоти, введеної у контакт з біомасою. Отже, зазначена органічна кислота може бути у подальшому використана повторно згідно з способом винаходу.
Згідно з одним з бажаних втілень винаходу, зазначений спосіб також включає повторне використання зазначеної щонайменше одної органічної кислоти.
Зазначена друга водна фаза, яка містить щонайменше один цукор з С5-Св атомами карбону, може бути безпосередньо використана ферментаційних процесах для виробництва спиртів (наприклад, етанолу, бутанолу). Зазначені спирти можуть бути використані як автомобільні біопалива або як добавки до автомобільних палив.
Спосіб згідно з винаходом також дозволяє отримати щонайменше один цукор з С5-Свє атомами карбону, зокрема, ксилозу, кислотним гідролізом напівцелюлози, з високим виходом. Зокрема, зазначений спосіб дозволяє отримати вихід ксилози не нижче 8095 відносно повної кількості ксилози у вихідній біомасі.
Спосіб згідно з винаходом також забезпечує високі виходи целюлози і лігніну.
Зазначена перша тверда фаза, яка містить целюлозу і лігнін і отримана згідно з способом винаходу, може бути використана безпосередньо у ферментаційному процесі гідролізу целюлози у глюкозу. Вихід глюкози, отриманої цим способом, є не нижче 9095 відносно повної кількості глюкози у вихідній біомасі.
Кількість цукрів, що містяться у вихідній біомас, точніше, кількість цукрів, отриманих після гідролізу (кислотного або ферментативного), може бути визначена відомими способами, РХВЕ (рідинна хроматографія високої ефективності).
Ферментативний гідроліз можна проводити згідно відомими способами, описаними, наприклад, у патентах 5 5 628 830, 05 5 916 780 і 0556 090595, використовуючи комерційні ферменти, наприклад,
СеїПисіаві 1,5І (Момогутев), Есопазе СЕ (НКопт Епгутез), 5регуте (Сепесог), Момогут 188 (Момогутев), індивідуально або у суміші. Ферментативний гідроліз зазначеної першої твердої фази дає третю тверду фазу, яка містить лігнін, і третю водну фазу, яка містить глюкозу як результат гідролізу целюлози.
Зазначена третя тверда фаза і зазначена третя рідка фаза можуть бути розділені відомими способами, наприклад, фільтрацією, центрифугою. Зазначені фази бажано розділяти фільтрацією.
Зазначена третя водна фаза, що містить глюкозу, може бути безпосередньо використана як сировина у ферментаційних процесах виробництва спиртів (наприклад, етанолу, бутанолу).
Зазначені спирти можуть бути використані як автомобільні біопалива або як додаток до автомобільних палив.
Зазначена третя тверда фаза, яка містить лігнін, може бути покращена і використовуватись як паливо, наприклад, для отримання енергії, потрібної для процесу обробки біомаси.
Далі наведено деякі ілюстративні необмежуючі приклади, які сприяють кращому розумінню винаходу і його втілень
Приклад 1 г попередньо подрібненої хвойної деревини (діаметр часток « 1 мм) додають до розчину 1 г 2- нафталінсульфонової кислоту у 100 мл води. Реакційну суміш витримують з перемішуванням в автоклаві при 1207С протягом 1 год., отримуючи першу тверду фазу і першу водну фазу.
Після охолодження автоклаву до кімнатної температури (23"С) зазначені фази розділяють фільтрацією.
Зазначена перша тверда фаза включає 22,44 г (суха маса) дестуктурованої біомаси, яка містить: 14,7 г (суха маса) целюлози (6695 (за масою) від повної маси зазначеної першої твердої фази) і 7,5 г (суха маса) лігніну (3395 (за масою) від повної маси зазначеної першої твердої фази). Вихідна біомаса містила: 5095 (за масою) целюлози, 25905 (за масою) напівцелюлози, 2595 (за масою) лігніну відносно повної маси вихідної біомас. Зазначену першу водну фазу екстрагують у 300 мл метилен хлориду, який потім випарюють під зниженим тиском, отримуючи другу водну фазу і другу тверду фазу, які розділяють фільтрацією.
Зазначена друга тверда фаза містить 0,96 г (суха маса) 2-нафталін-сульфонової кислоти (вихід відновлення 9695 відносно повної кількості кислоти у водному розчині).
Зазначена друга водна фаза містить рн 6 і включає ксилозу (вихід 90,690 від кількості ксилози у вихідній біомасі).
Приклад 2 30 г попередньо подрібненої хвойної деревини (діаметр часток « 1 мм) додають до розчину 1 г пара- толуол-сульфонової кислоти у 100 мл води. Отриману реакційну суміш з перемішуванням витримують в автоклаві при 120"С протягом 1 год., отримуючи першу тверду фазу і першу водну фазу. Після охолодження автоклаву до кімнатної температури (23"С) зазначені фази розділяють фільтрацією.
Зазначена перша тверда фаза містить 22,17 г (суха маса) дестуктурованої біомаси, яка містить: 14,4 г (суха маса) целюлози (6595 (за масою) від повної маси зазначеної першої твердої фази) і 7,5 г (суха маса) лігніну (34905 (за масою) від повної маси зазначеної першої твердої фази). Склад вихідної біомаси: 50905 (за масою) целюлози, 25905 (за масою) напівцелюлози, 2595 (за масою) лігніну (відносно мовної маси вихідної біомаси). Зазначену першу водну фазу екстрагують у 300 мл метилен хлориду, який потім випарюють під зниженим тиском, отримуючи другу водну фазу і другу тверду фазу, які розділяють фільтрацією.
Зазначена друга тверда фаза містить 0,85 г (суха маса) пара-толуол-сульфонової кислоти (вихід відновлення 8595 відносно повної кількості кислоти у водному розчині).
Зазначена водна фаза має рн 6 і включає ксилозу (вихід 8995 від кількості ксилози у вихідній біомасі).
Приклад З 30 г попередньо подрібненої хвойної деревини (діаметр часток « 1 мм) додають до розчину 1 г 1,5- нафталін-дисульфонової кислоти у 100 мл води. Реакційну суміш з перемішуванням витримують в автоклаві при 1207"С протягом 1 год. і отримують першу тверду фазу і першу водну фазу. Після охолодження автоклаву до кімнатної температури (23"С) зазначені фази розділяють фільтрацією.
Зазначена перша тверда фаза включає 23,25 г (суха маса) дестуктурованої біомаси, яка містить: 14,7 г (суха маса) целюлози (6395 (за масою) від повної маси зазначеної першої твердої фази) і 7,5 г (суха маса) лігніну (32905 (за масою) від повної маси зазначеної першої твердої фази). Склад вихідної біомаси: 5095 (за масою) целюлози, 2595 (за масою) напівцелюлози, 2595 (за масою) лігніну (від повної маси вихідної біомаси.
Зазначену першу водну фазу екстрагують у 300 мл метилен хлориду, який потім випарюють під зниженим тиском, отримуючи другу водну фазу і другу тверду фазу, які розділяють фільтрацією.
Зазначена друга тверда фаза включає 0,90 г (суха маса) 1,5-нафталін-дисульфонової кислоти (вихід відновлення 9095 від повної кількості кислоти у водному розчині).
Зазначена друга водна фаза має рнН 6 і включає ксилозу (вихід 8195 від кількості ксилози у вихідній біомасі).
Приклад 4 г (суха маса) дестуктурованої біомаси, отриманої, як у Прикладі 1 (містить 3,3 г (суха маса) целюлози), суспендують у 100 мл ацетатного буфера при рН 5. Додають водний розчин ферменту
СеПисіаві 1,5. (Момогутевз), що відповідає 33 ЕРИ (одиниць фільтрувального паперу) і ферменту Момо7ут 188 (Момогутевз), що відповідає 400 ВСІ (одиниць бета-глюканази). Отриману суспензію перемішують при
45"С протягом 72 год.
Наприкінці реакції фільтрацією відділяють 1,7 г (суха маса) нерозчинного залишку, який містить лігнін (вихід 9795 від кількості лігніну у вихідній біомасі).
Залишковий водний розчин містить глюкозу (вихід 94905 від кількості глюкози у вихідній біомасі).
Приклад 5 г (суха маса) деструктурованої біомаси, отриманої, як описано у Прикладі 2 (містить 3,3 г (суха маса) целюлози), суспендують у 100 мл ацетатного буфера при рН 5. Додають водний розчин ферменту
СеПисіаві 1,5. (Момогутевз), що відповідає 33 ЕРИ (одиниць фільтрувального паперу) і ферменту Момогут 188 (Момогутевз), що відповідає 400 ВСІ (одиниць бета-глюканази). Отриману суспензію перемішують при 45"С протягом 72 год..
Наприкінці реакції фільтрацією відділяють 1,9 г (суха маса) нерозчинного залишку, який містить лігнін (вихід 9095 від кількості лігніну у вихідній біомасі).
Залишковий водний розчин містить глюкозу (вихід 90495 від кількості глюкози у вихідній біомасі).
Claims (27)
1. Спосіб одержання цукрів з біомаси, що містить щонайменше один полісахарид, який включає: - введення біомаси у контакт з водним розчином щонайменше однієї органічної кислоти, вибраної з алкіл- або арилсульфонових кислот, які мають від С7 до Со атомів карбону, або з галогенованих карбонових кислот, при температурі від 80 С до 140 С, де зазначена щонайменше одна органічна кислота присутня у водному розчині у концентрації до 1 мас. 95 (за масою) від повної маси водного розчину, і одержання в результаті першої твердої фази, яка містить лігнін і целюлозу, і першої водної фази, яка містить щонайменше один цукор, що має від Сх до Св атомів карбону, і зазначену щонайменше одну органічну кислоту, - піддання зазначеної першої водної фази екстрагуванню щонайменше одним органічним розчинником, не розчинним у воді, і випарювання зазначеного органічного розчинника, не розчинного у воді, з отриманням другої твердої фази, яка містить зазначену щонайменше одну органічну кислоту, 1 другої водної фази, яка містить зазначений цукор, що має від Сх до Сватомів карбону, - піддання зазначеної першої твердої фази безпосередньо ферментативному гідролізу і1 одержання в результаті третьої твердої фази, яка містить лігнін, і третьої водної фази, яка містить глюкозу, одержану гідролізом целюлози.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначені алкіл- або арилсульфонові кислоти мають від Со до Сі» атомів карбону.
3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що зазначена температура становить від 100 7С до 125760.
4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначена щонайменше одна органічна кислота присутня у водному розчині у концентрації від 0,1 95 до І мас. 95 від повної маси водного розчину.
5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначений полісахарид вибирають з целюлози, напівцелюлози або їх сумішей.
б. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що зазначений полісахарид вибирають з напівцелюлози або сумішей напівцелюлози і целюлози.
7. Спосіб за будь-яким з попередніх пп., який відрізняється тим, що зазначеною біомасою є лігноцелюлозна біомаса.
8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що зазначену лігноцелюлозну біомасу вибирають 3: - продуктів культур, що вирощуються для енергетичного використання, наприклад міскант, просо і звичайний очерет, включаючи співпродукти, залишки і відходи зазначених культур або їх обробки, - продукти сільськогосподарського використання, насадження лісів 1 лісівництва, які містять деревину, рослини, залишки 1 співпродукти обробки цих продуктів, - співпродукти вирощування харчових рослин для людини або зоотехнічні продукти, - залишки паперової промисловості, не піддані хімічній обробці, - відходи окремого збирання твердого міського сміття, наприклад відходи рослинного походження, паперу.
9. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначену біомасу попередньо подрібнюють перед введенням у контакт з зазначеним водним розчином щонайменше одної органічної кислоти.
10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що біомасу подрібнюють до отримання часток діаметром у межах від 0,1 до 10 мм.
11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що біомасу подрібнюють до отримання часток діаметром у межах від 0,5 до 4 мм.
12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що біомасу подрібнюють до отримання часток діаметром менше 1 мм.
13. Спосіб за будь-яким з попередніх пп., який відрізняється тим, що вміст зазначеної біомаси у реакційній суміші становить від 5 мас. Уо до 40 мас. 9о від повної маси реакційної суміші.
14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що вміст зазначеної біомаси у реакційній суміші становить від 20 мас. 95 до 35 мас. 90 від повної маси реакційної суміші.
15. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначена щонайменше одна органічна кислота є розчинною у воді 1 може бути екстрагована органічним розчинником, не розчинним у воді.
16. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначені алкіл- або арилсульфонові кислоти вибирають з додецилсульфонової кислоти, пара- толуолсульфонової кислоти, 1-нафталінсульфонової кислоти, 2-нафталінсульфонової кислоти, 1,5-нафталіндисульфонової кислоти або їх сумішей.
17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що зазначену щонайменше одну органічну кислоту вибирають з пара-толуолсульфонової кислоти, 2-нафталінсульфонової кислоти, 1,5- нафталіндисульфонової кислоти або їх сумішей.
18. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначені галогеновані карбонові кислоти вибирають з тих, що мають не більше 20 атомів карбону, наприклад з трифлуороцтової кислоти, дихлороцтової кислоти, трихлороцтової кислоти,
перфлуороктанової кислоти або їх сумішей.
19. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначену біомасу вводять у контакт з зазначеним водним розчином протягом від 20 хвилин до 6 годин.
20. Спосіб за п. 19, який відрізняється тим, що зазначену біомасу вводять у контакт з зазначеним водним розчином протягом від 30 хвилин до 3 годин.
21. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначеною щонайменше одною органічною кислотою зазначеної першої водної фази є органічна кислота, яку вводять у контакт з біомасою.
22. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначеним цукром зазначеної першої водної фази є ксилоза.
23. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що органічний розчинник, не розчинний у воді, вибирають з галогенованих гідрокарбонів, наприклад метилен хлориду, монохлорбензолу, дихлорбензолу або їх сумішей, 1 з ароматичних гідрокарбонів, наприклад толуолу, ксилолу або їх сумішей.
24. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що зазначений органічний розчинник, не розчинний у воді, вибирають з метиленхлориду або толуолу.
25. Спосіб за будь-яким з попередніх пп., який відрізняється тим, що включає повторне використання зазначеної щонайменше одної органічної кислоти.
26. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначену другу водну фазу, яка містить щонайменше один цукор, що має від С5 до Св атомів карбону, безпосередньо використовують у ферментаційних процесах для виробництва спиртів.
27. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначену третю водну фазу безпосередньо використовують як сировину у ферментаційних процесах для виробництва спиртів.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITMI2008A001477A IT1391099B1 (it) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | Procedimento per la produzione di zuccheri da biomassa |
| PCT/EP2009/005713 WO2010015404A1 (en) | 2008-08-06 | 2009-08-03 | Process for the production of sugars from biomass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA105365C2 true UA105365C2 (uk) | 2014-05-12 |
Family
ID=41105187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201100979A UA105365C2 (uk) | 2008-08-06 | 2009-03-08 | Спосіб одержання цукрів з біомаси |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2324132A1 (uk) |
| BR (1) | BRPI0917585A2 (uk) |
| EA (1) | EA018491B1 (uk) |
| IT (1) | IT1391099B1 (uk) |
| MX (1) | MX2011001387A (uk) |
| UA (1) | UA105365C2 (uk) |
| WO (1) | WO2010015404A1 (uk) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1393929B1 (it) * | 2008-12-18 | 2012-05-17 | Eni Spa | Procedimento per la produzione di bio-olio da biomassa |
| WO2011161685A2 (en) | 2010-06-26 | 2011-12-29 | Hcl Cleantech Ltd. | Sugar mixtures and methods for production and use thereof |
| IL206678A0 (en) | 2010-06-28 | 2010-12-30 | Hcl Cleantech Ltd | A method for the production of fermentable sugars |
| IL207329A0 (en) | 2010-08-01 | 2010-12-30 | Robert Jansen | A method for refining a recycle extractant and for processing a lignocellulosic material and for the production of a carbohydrate composition |
| IL207945A0 (en) | 2010-09-02 | 2010-12-30 | Robert Jansen | Method for the production of carbohydrates |
| WO2012061596A1 (en) | 2010-11-05 | 2012-05-10 | Shell Oil Company | Treating biomass to produce materials useful for biofuels |
| EP3401322B1 (en) | 2011-04-07 | 2022-06-08 | Virdia, LLC | Lignocellulose conversion processes and products |
| CN102304106B (zh) * | 2011-08-11 | 2013-10-16 | 北京化工大学 | 富含半纤维素生物质发酵生产丁醇、丙酮、丁酸和糠醛的方法 |
| US9617608B2 (en) | 2011-10-10 | 2017-04-11 | Virdia, Inc. | Sugar compositions |
| CA2859391C (en) * | 2011-12-15 | 2019-12-17 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method of treating byproducts from ethanol production |
| US9493851B2 (en) | 2012-05-03 | 2016-11-15 | Virdia, Inc. | Methods for treating lignocellulosic materials |
| CN104672468B (zh) | 2012-05-03 | 2019-09-10 | 威尔迪亚公司 | 用于处理木质纤维素材料的方法 |
| EP2778213A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Systems and methods for treating biomass |
| ITMI20132069A1 (it) | 2013-12-11 | 2015-06-12 | Versalis Spa | Procedimento per la produzione di zuccheri da biomassa |
| BR112016024277A2 (pt) * | 2014-04-22 | 2017-08-15 | Renmatix Inc | método de hidrólise |
| US20150354017A1 (en) * | 2014-06-07 | 2015-12-10 | Api Intellectual Property Holdings, Llc | Methods for removing residual solids from enzymatic hydrolysate to make purified fermentable sugar syrup |
| ES2764499T3 (es) | 2015-01-07 | 2020-06-03 | Virdia Inc | Métodos para extraer y convertir azúcares de hemicelulosa |
| US11091815B2 (en) | 2015-05-27 | 2021-08-17 | Virdia, Llc | Integrated methods for treating lignocellulosic material |
| FI128486B (en) | 2016-07-01 | 2020-06-15 | Ch Bioforce Oy | Procedure for conversion of fresh biomass |
| IT201800001725A1 (it) * | 2018-01-24 | 2019-07-24 | Versalis Spa | Procedimento per la produzione di zuccheri da biomassa derivante da piante di guayule |
| CN109748895B (zh) * | 2019-03-27 | 2023-01-13 | 广州楹鼎生物科技有限公司 | 一种糠醛的制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1896753A (en) * | 1928-05-14 | 1933-02-07 | Distilleries Des Deux Sevres | Saccharification of wood and other cellulosic materials |
| GB353028A (en) * | 1930-04-17 | 1931-07-17 | Henry Dreyfus | Improvements in the treatment of cellulosic materials |
| CH318435A (de) * | 1953-10-28 | 1957-01-15 | Inventa Ag | Verfahren zur Aktivierung der mineralsauren Hydrolyse von lignin- und polyosehaltigem Material |
| ZA766073B (en) * | 1975-10-24 | 1977-09-28 | D Econimidis | Production of pulp |
| DE2727552C2 (de) * | 1977-06-18 | 1979-08-30 | Wolff Walsrode Ag, 3030 Walsrode | Verfahren zur Herstellung von Glucose enthaltenden Produkten durch Abbau von cellulosischen Substanzen mittels Trifluoressigsäure |
| US4237110A (en) * | 1979-04-30 | 1980-12-02 | The Dow Chemical Company | Process for separating and recovering concentrated hydrochloric acid from the crude product obtained from the acid hydrolysis of cellulose |
| DE3335871A1 (de) * | 1983-06-16 | 1985-04-11 | Deutsche Babcock Anlagen Ag, 4200 Oberhausen | Verfahren zur saeurehydrolyse von polysaccharidhaltigen stoffen |
| JPH0595800A (ja) * | 1991-02-27 | 1993-04-20 | Millipore Corp | 複合炭水化物を加水分解するための組成物及び方法 |
-
2008
- 2008-08-06 IT ITMI2008A001477A patent/IT1391099B1/it active
-
2009
- 2009-03-08 UA UAA201100979A patent/UA105365C2/uk unknown
- 2009-08-03 MX MX2011001387A patent/MX2011001387A/es active IP Right Grant
- 2009-08-03 BR BRPI0917585-7A patent/BRPI0917585A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2009-08-03 EA EA201100207A patent/EA018491B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-08-03 EP EP09804523A patent/EP2324132A1/en not_active Withdrawn
- 2009-08-03 WO PCT/EP2009/005713 patent/WO2010015404A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201100207A1 (ru) | 2011-10-31 |
| EP2324132A1 (en) | 2011-05-25 |
| MX2011001387A (es) | 2011-04-21 |
| EA018491B1 (ru) | 2013-08-30 |
| ITMI20081477A1 (it) | 2010-02-07 |
| IT1391099B1 (it) | 2011-11-18 |
| WO2010015404A1 (en) | 2010-02-11 |
| BRPI0917585A2 (pt) | 2015-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA105365C2 (uk) | Спосіб одержання цукрів з біомаси | |
| EP3080304B1 (en) | Process for the production of sugars from biomass | |
| CN103748231B (zh) | 以纤维素系生物质为原料的乙醇制造方法 | |
| RU2592684C2 (ru) | Способ превращения лигноцеллюлозного материала в органическую кислоту | |
| US20070134781A1 (en) | Method for producing bioethanol from a lignocellulosicbiomass and recycled paper sludge | |
| US20210285155A1 (en) | Methods of making specialized cellulose and other products from biomass | |
| EA019575B1 (ru) | Способ получения бионефти из биомассы | |
| EA019318B1 (ru) | Способ получения липидов из биомассы | |
| WO2012155239A1 (en) | Lignin removal after enzymatic treatment of lignocellulosic materials | |
| CA2956387C (en) | Preparation of lactic acid and/or a lactate salt from lignocellulosic material by separate saccharification and fermentation steps | |
| US20180273695A1 (en) | Processes for producing lignin-based enzymatic hydrolysis enhancers, and compositions produced therefrom | |
| JP5685959B2 (ja) | リグノセルロース含有バイオマスからの有価物の製造方法 | |
| JP5621528B2 (ja) | リグノセルロース系原料の酵素糖化処理方法 | |
| WO2010069583A1 (en) | Process for the production of sugars from biomass | |
| US20150184259A1 (en) | Processes and apparatus for producing fermentable sugars from biomass by hot-water extraction and enzymatic hydrolysis | |
| WO2015063549A1 (en) | A method of preparing fermentable sugars from biomass resources | |
| BR112015029562B1 (pt) | Preparação de hidrolisado de materiais lignocelulósicos | |
| WO2015019362A1 (en) | Preparation of ethanol from lignocellulosic materials | |
| WO2012155241A1 (en) | Enzyme recovery after enzymatic treatment of lignocellulosic materials | |
| JP2018099082A (ja) | セルロース系バイオマスを原料とする糖化液製造方法 | |
| WO2012155240A1 (en) | Removal of enzyme inhibitors during enzymatic hydrolysis of lignocellulosic feedstock | |
| WO2013090786A1 (en) | System and method for separating carbohydrate and lignin in hydrolysate of biomass |