Método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal.

Un método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal,

que comprende:

una etapa de hidrólisis para hidrolizar la celulosa contenida en el material fibroso vegetal usando un catalizadorácido de agrupación en un estado pseudo-fundido para producir sacárido, la mayoría del cual es glucosa;

una primera etapa de separación para separar una mezcla que contiene una disolución acuosa de sacárido enque se disuelve al menos una parte del sacárido producido en la etapa de hidrólisis, una disolución de disolventeorgánico de ácido de agrupación en que se disuelve el catalizador ácido de agrupación, y los residuos en uncontenido sólido que contiene los residuos y un contenido líquido que contiene la disolución acuosa de sacárido yla disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación; y

una segunda etapa de separación para deshidratar el contenido líquido, que contiene la disolución acuosa desacárido y la disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación separada en la primera etapa deseparación, mediante un medio de deshidratación capaz de absorber agua a través de absorción química paradepositar el sacárido en la disolución acuosa de sacárido, y separar un contenido sólido que contiene el sacáridoa partir de un contenido líquido que contiene el catalizador ácido de agrupación y el disolvente orgánico.

Método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para producir sacárido, la mayoría del cual es glucosa, mediante sacarificación de material fibroso vegetal y separando el sacárido obtenido.

Fundamento de la técnica La producción de sacárido, la mayoría del cual es glucosa y xilosa, a partir de celulosa y/o hemicelulosa por descomposición de fibras vegetales que son biomasa, por ejemplo, desechos de caña de azúcar (bagazo) , trozo de madera o similar, y el uso eficiente del sacárido obtenido como alimento o combustible, se proponen y se usan de forma práctica. Particularmente, la técnica, en donde el sacárido obtenido por descomposición de fibras vegetales se fermenta para producir alcohol tal como etanol que sirve como combustible, ha recibido atención.

Diversos métodos para producir sacárido tal como glucosa separando celulosa y hemicelulosa se proponen de forma convencional (por ejemplo, Bibliografías de Patentes 1 a 4) . Ejemplos de métodos generales incluyen un método para hidrolizar celulosa usando ácido sulfúrico tal como ácido sulfúrico diluido o ácido sulfúrico concentrado, o ácido clorhídrico (Bibliografía de Patente 1, etc.) , un método que usa enzima celulasa (Bibliografía de Patente 2, etc.) , un método que usa un catalizador sólido tal como un carbono activo o zeolita (Bibliografía de Patente 3, etc.) y un método que usa agua caliente presurizada (Bibliografía de Patente 4, etc.) .

Bibliografía de Patente 1: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública (JP-A) núm. 08-299000.

Bibliografía de Patente 2: documento JP-A núm. 2006-149343.

Bibliografía de Patente 3: documento JP-A núm. 2006-129735.

Bibliografía de Patente 4: documento JP-A núm. 2002-59118.

El documento WO 2008/132605 se publicó después de la fecha de presentación del caso actual y se describe un método de transformación de material de fibra vegetal.

Compendio de la invención Problema técnico Sin embargo, hay un problema que la separación de ácido y sacárido en el método de descomposición de celulosa usando ácido tal como ácido sulfúrico es difícil. Esto es porque tanto la glucosa que es un componente principal de los productos de descomposición como el ácido son solubles en agua. La eliminación de ácido por neutralización o intercambio iónico necesita gran cuidado y coste, y además la eliminación total del ácido es difícil.

Así, es probable que el ácido se deje en un procedimiento de fermentación de etanol. Por consiguiente, incluso si el pH se ajusta al pH apropiado para la actividad de la levadura en el procedimiento de fermentación de etanol, la actividad de la levadura se reduce debido al aumento de la concentración de sal, de manera que disminuye la eficiencia de fermentación.

Particularmente, en el caso de usar ácido sulfúrico concentrado, es extremadamente difícil eliminar el ácido sulfúrico al extremo de que la levadura no se desactive, y se necesita una gran cantidad de energía. Por otro lado, en el caso de usar ácido sulfúrico diluido, es relativamente fácil eliminar el ácido sulfúrico; sin embargo, es necesario descomponer la celulosa bajo una condición de alta temperatura, necesitándose así energía.

Además, el ácido tal como ácido sulfúrico o ácido clorhídrico apenas puede separarse, recogerse y reutilizarse. Así, el uso de estos ácidos como un catalizador de la producción de glucosa es una causa del aumento del coste del bioetanol.

Además, en el método que usa agua caliente comprimida, el ajuste de la condición, y la producción de glucosa a rendimiento estable son difíciles. Hay una preocupación que no solo aún la descomposición de glucosa se de para disminuir el rendimiento de glucosa, sino también que la actividad de la levadura disminuya debido a los componentes descompuestos para inhibir la fermentación. Además, hay un problema de coste ya que un dispositivo reactivo (dispositivo supercrítico) es caro y tiene baja durabilidad.

Como resultado de laboriosas investigaciones sobre la sacarificación de la celulosa, los inventores de la presente invención han encontrado que el ácido de agrupación en un estado pseudo-fundido tiene excelente actividad catalítica frente a la hidrólisis de celulosa, y el ácido de agrupación en el estado pseudo-fundido puede separarse fácilmente a partir del sacárido producido, y una solicitud de patente ya se ha presentado como la Solicitud de Patente Japonesa núm. 2007-115407. Según el presente método, a diferencia del método de ácido sulfúrico concentrado y el método de ácido sulfúrico diluido convencional, es posible recoger y reutilizar un catalizador de hidrólisis, y la eficacia energética de los procedimientos a partir de la hidrólisis de celulosa seguida por la recogida de una disolución acuosa de sacárido a la recogida de un catalizador de hidrólisis puede mejorarse.

Además, en la solicitud de patente anterior, se propone un método de separación del sacárido producido por la hidrólisis del material fibroso vegetal a partir del catalizador ácido de agrupación. Específicamente, se describe un método en donde después de la hidrólisis, mientras el ácido de agrupación se disuelve añadiendo un disolvente orgánico a una mezcla reactiva, que contiene el sacárido producido, el catalizador ácido de agrupación y los residuos, el sacárido se separa del disolvente orgánico de ácido de agrupación junto con los residuos como un contenido sólido.

Los inventores de la presente invención han avanzado más la investigación en relación a la sacarificación de la celulosa usando el catalizador ácido de agrupación anterior, y han mejorado la eficacia de separación del sacárido a producir a partir del catalizador ácido de agrupación, de manera que se obtuvo con éxito una disolución acuosa de sacárido de alta pureza. Esto es, la presente invención se ha alcanzado a través del desarrollo de la investigación anterior, y se va a proporcionar una disolución acuosa de sacárido de alta pureza aumentando la tasa de recogida del ácido de agrupación anterior que es el catalizador de hidrólisis para la celulosa.

Solución al problema Un método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal de la presente invención comprende:

una etapa de hidrólisis para hidrolizar celulosa contenida en el material fibroso vegetal usando un catalizador ácido de agrupación en un estado pseudo-fundido para producir sacárido, la mayoría del cual es glucosa;

una primera etapa de separación para separar una mezcla que contiene una disolución acuosa de sacárido en que se disuelve al menos una parte del sacárido producido en la etapa de hidrólisis, una disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación en que se disuelve el catalizador ácido de agrupación, y residuos en un contenido sólido que contiene los residuos y un contenido líquido que contiene la disolución acuosa de sacárido y la disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación; y

una segunda etapa de separación para deshidratar el contenido líquido, que contiene la disolución acuosa de sacárido y la disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación y se separa en la primera etapa de separación, mediante un medio de deshidratación capaz de absorber agua a través de absorción química para depositar el sacárido en la disolución acuosa de sacárido, y separar un contenido sólido que contiene el sacárido de un contenido líquido que contiene el catalizador ácido de agrupación y el disolvente orgánico.

Los inventores de la presente invención han encontrado que cuando se separa el ácido de agrupación usado como un catalizador de hidrólisis para la celulosa a partir del sacárido producido por la hidrólisis de celulosa por catálisis del ácido de agrupación, puede evitarse la contaminación del ácido de agrupación en el sacárido obtenido por separación de tal manera que el catalizador ácido de agrupación se disuelve en un disolvente orgánico que es un disolvente pobre del sacárido, y al menos una parte del sacárido producido se disuelve en agua para hacer el estado en que estas disoluciones (disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación y disolución acuosa de sacárido) se mezclan. Según la presente invención, es posible aumentar la tasa de recogida del catalizador ácido de agrupación y obtener un sacárido de alta pureza. Esto es, según la presente invención, la desactivación de la levadura por contaminación de impurezas en la fermentación del alcohol puede evitarse y la tasa de reutilización del catalizador ácido de... [Seguir leyendo]

1. Un método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal, que comprende:

una etapa de hidrólisis para hidrolizar la celulosa contenida en el material fibroso vegetal usando un catalizador ácido de agrupación en un estado pseudo-fundido para producir sacárido, la mayoría del cual es glucosa;

una primera etapa de separación para separar una mezcla que contiene una disolución acuosa de sacárido en que se disuelve al menos una parte del sacárido producido en la etapa de hidrólisis, una disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación en que se disuelve el catalizador ácido de agrupación, y los residuos en un contenido sólido que contiene los residuos y un contenido líquido que contiene la disolución acuosa de sacárido y la disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación; y

una segunda etapa de separación para deshidratar el contenido líquido, que contiene la disolución acuosa de sacárido y la disolución de disolvente orgánico de ácido de agrupación separada en la primera etapa de separación, mediante un medio de deshidratación capaz de absorber agua a través de absorción química para depositar el sacárido en la disolución acuosa de sacárido, y separar un contenido sólido que contiene el sacárido a partir de un contenido líquido que contiene el catalizador ácido de agrupación y el disolvente orgánico.

2. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde, en la etapa de hidrólisis, una cantidad de humedad en un sistema reactivo es una cantidad total o más de (1) agua cristalina necesaria para que todo el catalizador ácido de agrupación en el sistema reactivo esté en el estado pseudo-fundido bajo condición de temperatura de la etapa de hidrólisis, y (2) el agua necesaria para que toda la celulosa en el sistema reactivo se hidrolice a la glucosa.

3. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde todo el sacárido producido a partir de la celulosa se disuelve en la disolución acuosa de sacárido.

4. El método de sacarificación y separación paral material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde al menos una parte de agua que constituye la disolución acuosa de sacárido está contenida en el sistema reactivo de la etapa de hidrólisis.

5. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 4, en donde toda el agua que constituye la disolución acuosa de sacárido está contenida en el sistema reactivo en la etapa de hidrólisis.

6. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde el medio de deshidratación es la adición de un agente desecante.

7. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 6, en donde el gel de sílice se usa como el agente desecante.

8. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde la etapa de hidrólisis se realiza a 140ºC o menos bajo presión normal a 1 MPa.

9. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde el catalizador ácido de agrupación es heteropoliácido.

10. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde la solubilidad del sacárido con respecto al disolvente orgánico es 0, 6 g/100 ml o menos.

11. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 1, en donde al menos una clase seleccionada de éteres y alcoholes se usa como el disolvente orgánico.

12. El método de sacarificación y separación de material fibroso vegetal según la reivindicación 6, en donde después de que se separa el contenido sólido que contiene el sacárido y el agente desecante del contenido líquido que contiene el catalizador ácido de agrupación y el disolvente orgánico en la segunda etapa de separación, el método de sacarificación y separación comprende además una tercera etapa de separación de adición de agua al contenido sólido separado en la segunda etapa de separación, y de separación de una disolución acuosa de sacárido en que el sacárido en el contenido sólido se disuelve en el agua del agente desecante.