PROCEDIMIENTO DE TRANSFORMACIÓN DE MATERIA DE FIBRA VEGETAL.

Procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal. Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención La invención se refiere a un procedimiento para transformar materia de fibra vegetal en sacáridos. 2. Descripción de la técnica afín Se ha propuesto y se está poniendo en práctica el uso eficaz de sacáridos como alimento o combustible, siendo el sacárido principalmente glucosa y xilosa, producidos a partir de celulosa o hemicelulosa por transformación de materia de fibra vegetal, tal como restos de caña de azúcar escurrido (bagazo) o viruta de madera. En particular, la tecnología energética de la biomasa está llamando la atención en cuanto a que el sacárido obtenido por transformación de la materia de fibra vegetal se fermente para producir alcohol, tal como etanol, que se usa como combustible. En la Publicación de Solicitud de Patente Japonesa nº. 8-299000 (JP-A-8-299000), la Publicación de Solicitud de Patente Japonesa n os . 2006-149343 (JP-A-2006-149343), la Publicación de Solicitud de Patente Japonesa nº. 2006-129735 (JP-A-2006-129735) y la Publicación de Solicitud de Patente Japonesa nº. 2002-59118 (JP-A-2002-59118), por ejemplo, se proponen varios procedimientos de producción de sacáridos, tales como glucosa, por transformación de celulosa o hemicelulosa. El documento JP-A-8-299000 describe un procedimiento de hidrólisis de celulosa usando ácido clorhídrico o ácido sulfúrico, que pueden ser ácido sulfúrico diluido o ácido sulfúrico concentrado. También hay procedimientos en los que se usa celulosa (JP-A-2006-149343), un procedimiento en el que se usa un catalizador sólido tal como carbón activo o zeolita (JP-A-2006-129735) y un procedimiento en el que se usa agua caliente a presión (JP-A-2002-59118). Sin embargo, en el caso del procedimiento en el que se transforma celulosa usando un ácido, tal como ácido sulfúrico, es difícil separar el ácido y el sacárido. Esto es debido a que tanto el ácido como la glucosa, que es el ingrediente principal del producto de transformación, son solubles en agua. La eliminación del ácido por neutralización o intercambio iónico no sólo es complicada y costosa, sino que es también difícil eliminar completamente el ácido porque el ácido puede permanecer en el proceso de fermentación a etanol. Como resultado, incluso cuando se optimiza el pH a la vista de la actividad de la levadura en el proceso de fermentación a etanol, la concentración de sal es alta, con el resultado de que se reduce la actividad de la levadura, lo que. a su vez, se traduce en la reducción de la eficiencia de la fermentación. En particular, cuando se usa ácido sulfúrico concentrado, es muy difícil y se exige un consumo muy alto de energía, eliminar ácido sulfúrico en una cuantía tal que no se desactive la levadura. Por otra parte, cuando se usa ácido sulfúrico diluido, es relativamente fácil eliminar el ácido sulfúrico. Sin embargo, es necesario transformar la celulosa en condiciones de alta temperatura, lo que exige un consumo alto de energía. Además, el ácido, como pueden ser el ácido sulfúrico y el ácido clorhídrico, es muy difícil de separar, recoger y reutilizar. El uso de estos ácidos como catalizador para producir glucosa es causa de un incremento de costes del bioetanol. En el caso del procedimiento en el que se usa agua caliente a presión, es difícil ajustar las condiciones y, por tanto, es difícil producir glucosa con un rendimiento estable. Además, de acuerdo con el procedimiento anterior, incluso se transforma la glucosa causando la reducción en el rendimiento de glucosa y, además, la actividad de la levadura se reduce debido al producto de transformación, lo que puede dar por resultado la supresión de la fermentación. Además, el reactor (aparato de procesamiento supercrítico) es caro y poco duradero, por lo que este procedimiento es problemático también a la vista de los costes. Entretanto, como catalizadores ampliamente utilizados figura un catalizador ácido de tipo agregado, también conocido como "cluster", tal como un poliheteroácido. En la Publicación de Solicitud de Patente Japonesa nº. 2006- 206579 (JP-A-2006-206579), por ejemplo, se describe un procedimiento para fabricar éster levulinato, en el que se hacen reaccionar carbohidrato y alcohol en presencia de heteropoliácido. En el procedimiento descrito en el documento WO 95/26438, en el método de eliminación de lignina de pulpa de madera y el procedimiento de blan queo de pulpa de madera se usa un catalizador ácido de tipo agregado en forma de una solución acuosa 0,001 M a 0,20 M. Sumario de la invención La invención proporciona un procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal en el que se separan fácilmente un catalizador para promover la hidrólisis de celulosa o hemicelulosa y un sacárido que se ha obtenido por hidrólisis de la celulosa o similar, y se reutiliza el catalizador separado. Además, la invención proporciona un 2 E08762861 23-11-2011   procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal que es excelente en cuanto eficiencia energética. Un procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con un primer aspecto de la invención incluye: hidrolizar celulosa contenida en materia de fibra vegetal usando como catalizador un ácido de tipo agregado pseudofundido y producir sacárido, que en su mayor parte es glucosa. En el primer aspecto de la invención, el ácido de tipo agregado usado como catalizador para hidrolizar celulosa tiene una acidez más fuerte que el ácido sulfúrico en general y por ello tiene una actividad catalítica suficiente incluso en condiciones de baja temperatura, de manera que es posible obtener un sacárido tal como glucosa a partir de celulosa con una alta eficiencia energética. Además, a causa de que el ácido de tipo agregado pseudofundido actúa también como disolvente de reacción, es también posible reducir significativamente la cantidad de disolvente usada como disolvente de reacción, en comparación con los procesos de hidrólisis en los que se usan otros catalizadores. Como resultado de ello, se posibilita separar y recoger más eficientemente el ácido de tipo agregado y usar menos energía. La etapa de hidrólisis se puede efectuar a 140ºC o menos bajo condiciones de presión de presión atmosférica a 1 MPa. La hidrólisis de la celulosa se puede realizar a 120ºC o menos. La hidrólisis de la celulosa se puede realizar a 100ºC o menos. La relación entre materia de fibra vegetal y el ácido de tipo agregado puede estar en el intervalo de 1:1 a 1:4. Cuando el ácido de tipo agregado se pone en estado pseudofundido, el ácido de tipo agregado presenta la actividad de catalizador para la hidrólisis de celulosa o hemicelulosa. A causa de que el estado pseudofundido del ácido de tipo agregado, varía dependiendo de la temperatura y la cantidad de agua de cristalización contenida en el ácido de tipo agregado, es necesario controlar la cantidad de agua de cristalización en el ácido de tipo agregado y la temperatura de reacción cuando el ácido de tipo agregado se pone en estado pseudofundido. Entretanto se necesita agua para hidrolizar la celulosa, que es un polímero en el que las moléculas de glucosa están unidas por enlaces -1,4-glucosídicos formando un sacárido tal como glucosa o xilosa. A la vista de este hecho, la cantidad de agua en un sistema de reacción de hidrólisis puede ser igual o mayor que la suma de (i) la cantidad de agua de cristalización requerida para incorporar todo el ácido de tipo agregado al sistema de reacción de hidrólisis en estado pseudofundido en condiciones de temperatura para la hidrólisis, y (ii) la cantidad de agua requerida para hidrolizar a glucosa la totalidad de celulosa en el sistema de reacción. El ácido de tipo agregado puede ser un poliheteroácido. El poliheteroácido puede ser uno seleccionado entre el grupo constituido ácido fosfowolfrámico, ácido silicowolfrámico y ácido fosfomolíbdico. El poliheteroácido puede tener una estructura de Keggin. El poliheteroácido puede tener una estructura de Dawson. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal incluye una etapa de separación en la que se precipita el sacárido usando un disolvente orgánico, y el sacárido que contiene un sacárido solidificado durante la hidrólisis y el sacárido precipitado se separan de los residuos y el ácido de tipo agregado. Cuando el ácido de tipo agregado se usa como catalizador para hidrolizar celulosa y se usa un disolvente orgánico que es un buen disolvente del ácido de tipo agregado pero es un mal disolvente del sacárido, la mayor parte del cual es glucosa, que es el producto, es posible precipitar el sacárido y separar fácilmente el ácido de tipo agregado y el sacárido. La solubilidad del sacárido respecto al disolvente orgánico puede ser igual o... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal, en el que la materia que contiene celulosa se hidroliza para producir sacárido, que en su mayor parte es glucosa, procedimiento que se caracteriza porque se usa como catalizador de la hidrólisis de celulosa un ácido de tipo agregado pseudofundido. 2. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la hidrólisis de celulosa se realiza a 140ºC o menos en condiciones de presión entre la presión atmosférica y 1 MPa. 3. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la hidrólisis de celulosa se realiza a 120ºC o menos, preferiblemente a 100ºC o menos. 4. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que; (a) la relación ponderal entre el materia de fibra vegetal y el ácido de tipo agregado está dentro del intervalo de 1:1 a 1:4, y/o (b) la cantidad de agua en un sistema de reacción de hidrólisis es igual o mayor que la suma de (i) la cantidad de agua de cristalización requerida para llevar todo el ácido de tipo agregado en el sistema de reacción de hidrólisis al estado pseudofundido en las condiciones de temperatura para hidrólisis, y (ii) la cantidad de agua requerida para hidrolizar toda la celulosa del sistema de reacción de hidrólisis a glucosa. 5, El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el ácido de tipo agregado es un poliheteroácido y, preferiblemente, en el que el poliheteroácido es uno seleccionado entre el grupo constituido por ácido fosfowolfrámico, ácido silicowolfrámico y ácido fosfomolíbdico. 6. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el poliheteroácido tiene una estructura de Keggin o una estructura de Dawson. 7. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que además comprende: precipitar el sacárido usando un disolvente orgánico después de producir glucosa, y separar el sacárido incluido el sacárido solidificado durante la hidrólisis y el sacárido precipitado de los residuos y el ácido de tipo agregado. 8. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la solubilidad del sacárido respecto al disolvente orgánico es igual o inferior a 0,6 g/100 ml, preferiblemente igual o inferior a 0,06 g/100 ml. 9. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la solubilidad del ácido de tipo agregado respecto al disolvente orgánico es igual o superior a 20 g/100 ml, preferiblemente igual o superior a 40 g/100 ml. 10. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que como disolvente orgánico se usa al menos uno seleccionado entre disolventes éter o disolventes alcohol y, preferiblemente, en el que el disolvente orgánico es etanol o dietil éter. 11. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que (a) se controla la cantidad de agua en un sistema de reacción de separación de sacárido de manera que la totalidad del ácido de tipo agregado del sistema de separación de sacárido contenga agua de cristalización cuya cantidad sea igual o inferior a la cantidad normal de agua de cristalización, o (b) después de separado el sacárido, se deshidrata el ácido de tipo agregado de manera que la totalidad del ácido de tipo agregado del disolvente orgánico contenga agua de cristalización cuya cantidad sea igual o inferior a la cantidad normal de agua de cristalización. 12. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con la reivindicación 11 (b), en el que se usa como agente desecador un ácido de tipo agregado que contiene agua de cristalización cuya cantidad es E08762861 23-11-2011   igual o inferior a la cantidad normal de agua de cristalización para deshidratar el ácido de tipo agregado. 13. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el grado de contenido de agua de cristalización del ácido de tipo agregado como agente desecador es igual o inferior a 70%, preferiblemente igual o inferior a 30%. 14. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, que además comprende separar el ácido de tipo agregado disuelto en el disolvente orgánico del disolvente orgánico y, preferiblemente, en el que el ácido de tipo agregado separado del disolvente orgánico se reutiliza como catalizador de la hidrólisis de celulosa contenida en materia de fibra vegetal. 15. El procedimiento de transformación de materia de fibra vegetal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la materia de fibra vegetal es biomasa basada en celulosa. 16 E08762861 23-11-2011   17 E08762861 23-11-2011   18 E08762861 23-11-2011   19 E08762861 23-11-2011   E08762861 23-11-2011