[go: up one dir, main page]

RU2609000C2 - Повышенный выход продукта растворимых с5-сахаров - Google Patents

Повышенный выход продукта растворимых с5-сахаров Download PDF

Info

Publication number
RU2609000C2
RU2609000C2 RU2013153585A RU2013153585A RU2609000C2 RU 2609000 C2 RU2609000 C2 RU 2609000C2 RU 2013153585 A RU2013153585 A RU 2013153585A RU 2013153585 A RU2013153585 A RU 2013153585A RU 2609000 C2 RU2609000 C2 RU 2609000C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acid
liquid fraction
oligosaccharides
saccharides
specified
Prior art date
Application number
RU2013153585A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013153585A (ru
Inventor
Филлип Р. ГИББЗ
Original Assignee
Ренмэтикс, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ренмэтикс, Инк. filed Critical Ренмэтикс, Инк.
Publication of RU2013153585A publication Critical patent/RU2013153585A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2609000C2 publication Critical patent/RU2609000C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H3/00—Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
    • C07H3/06—Oligosaccharides, i.e. having three to five saccharide radicals attached to each other by glycosidic linkages
    • 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
    • C12P7/16—Butanols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
    • C07H1/06—Separation; Purification
    • C07H1/08—Separation; Purification from natural products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
    • 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
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • 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
    • C12P7/065—Ethanol, i.e. non-beverage with microorganisms other than yeasts
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H3/00—Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
    • C07H3/02—Monosaccharides
    • 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
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • 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
    • C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
    • 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
    • C12P2203/00—Fermentation products obtained from optionally pretreated or hydrolyzed cellulosic or lignocellulosic material as the carbon source
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу гидролиза лигноцеллюлозы и может быть использовано в химической промышленности. Предложенный способ включает предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей фракцию твердых веществ, содержащую необязательно нерастворимый С5-олигосахарид, целлюлозу и лигнин, и первую жидкую фракцию при первой температуре не более 240°С, содержащую растворимые C5-сахариды, выбранные из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей; контактирование указанной первой жидкой фракции с твердым кислотным катализатором с образованием второй жидкой фракции при температуре не более 240°С; где указанная вторая температура меньше, чем указанная первая температура; где указанное контактирование сдвигает молекулярно-массовое распределение указанных растворимых C5-сахаридов к меньшей средней молекулярной массе; необязательно гидролиз указанной второй жидкой фракции с использованием кислоты или фермента с получением C5-сахаридов, выбранных из C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей; где указанную фракционированную лигноцеллюлозную биомассу получают приведением указанной целлюлозной биомассы в контакт с первой реакционной жидкостью, содержащей горячую воду под давлением и необязательно диоксид углерода; где указанная первая реакционная жидкость дополнительно содержит кислоту, где указанная лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину мягких пород; где указанная первая реакционная жидкость находится при температуре менее 100°С под давлением, достаточным для поддержания указываемой первой реакционной жидкости в жидкой форме. Предложен новый эффективный способ гидролиза лигноцеллюлозы, который позволяет повысить уровень растворимых C5-сахаридов с предотвращением обратной конденсации растворимых C5-сахаридов до нерастворимых высокомолекулярных C5-олигосахаридов. 60 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки США № 61/482437, зарегистрированной 4 мая 2011 года, которая полностью включена в описание в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение в основном относится к способам повышения выхода продуктов ферментируемых C5-сахаров из лигноцеллюлозной биомассы. Более конкретно, оно относится к способам повышения выхода продуктов ферментируемых C5-сахаров из лигноцеллюлозной биомассы с использованием стадий, на которых максимально повышают образование мономеров и снижают до минимума образование продуктов разложения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ
[0003] Существуют способы перевода лигноцеллюлозной биомассы в ферментируемые C5-сахара. В некоторых из этих способов сначала получают олигомеры C5-сахаров, которые затем подвергают гидролизу с образованием ферментируемых фракций мономеров C5-сахаров. В современных способах существуют проблемы, включая, в числе прочего, то, что растворимые высокомолекулярные олигомеры обратимо конденсируются в нерастворимые олигомеры. Для решения этой проблемы способы можно проводить с проведением гидролиза биомассы до мономера. Однако такие более жесткие условия часто приводят к таким продуктам разложения, как кислоты, которые ингибируют ферментацию. Кроме того, также существуют проблемы с разделением. Таким образом, целесообразно разработать способы, которые устранят этот недостаток, максимально повышая образование мономеров и снижая до минимума образование продуктов разложения. Способы и композиции по настоящему изобретению направлены на решение этих, а также других важных задач.
[0004] В одном из вариантов осуществления изобретение относится к способам повышения уровня растворимых C5-сахаридов, получаемых из лигноцеллюлозной биомассы, включающим:
предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей:
фракцию твердых веществ, содержащую:
необязательно, нерастворимый C5-олигосахарид;
целлюлозу; и
лигнин; и
первую жидкую фракцию при первой температуре и первом давлении, содержащую:
растворимые C5-сахариды выбраны из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
где указанные растворимые C5-сахариды содержатся на первом уровне;
окисление указанной фракционированной лигноцеллюлозной биомассы с образованием второй жидкой фракции, содержащей указанные растворимые C5-сахариды на втором уровне и при второй температуре;
где указанный второй уровень является выше, чем указанный первый уровень;
необязательно отделение указанной фракции твердых веществ от указанной второй жидкой фракции; и
необязательно гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, выбранных из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, C5-моносахаридов и их смесей.
[0005] В другом варианте осуществления изобретение относится к способам повышения уровня растворимых C5-сахаридов, получаемых из лигноцеллюлозной биомассы, включающим:
предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей:
фракцию твердых веществ, содержащую:
необязательно нерастворимый C5-олигосахарид;
целлюлозу; и
лигнин; и
первую жидкую фракцию при первой температуре и первом давлении, содержащую:
растворимые C5-сахариды, выбранные из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
где указанные растворимые C5-сахариды содержатся на первом уровне;
необязательно отделение указанной фракции твердых веществ от указанной первой жидкой фракции при втором давлении;
где указанное первое давление и указанное второе давление по существу являются одинаковыми;
контактирование указанной первой жидкой фракции с твердым кислотным катализатором с образованием второй жидкой фракции, содержащей указанные растворимые C5-сахариды на втором уровне и при второй температуре;
где указанный второй уровень является больше, чем указанный первый уровень;
необязательно гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, выбранных из группы, состоящей из C5- олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, C5-моносахаридов и их смесей.
[0006] В других вариантах осуществления изобретение относится к способам повышения уровня ферментативного продукта или каталитического продукта, получаемого из лигноцеллюлозной биомассы, включающим:
предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей:
фракцию твердых веществ, содержащую:
необязательно нерастворимый C5-олигосахарид;
целлюлозу; и
лигнин; и
первую жидкую фракцию при первой температуре и первом давлении, содержащую:
растворимые C5-сахариды, выбранные из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
где указанные растворимые C5-сахариды содержатся на первом уровне;
окисление указанной фракционированной лигноцеллюлозной биомассы с образованием второй жидкой фракции, содержащей указанные растворимые C5-сахариды на втором уровне и при второй температуре;
где указанный второй уровень является больше, чем указанный первый уровень;
необязательно отделение указанной фракции твердых веществ от указанной второй жидкой фракции;
гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, C5-моносахаридов и их смесей; и
ферментацию, катализирование или ферментацию и катализование указанных C5-сахаридов с образованием указанного продукта ферментации, указанного каталитического продукта или их сочетания.
[0007] В других вариантах осуществления изобретение относится к продуктам, получаемым способами по изобретению.
[0008] В других вариантах осуществления изобретение относится к композициям, содержащим: растворимые C5-олигосахариды, которые можно подвергать мембранному разделению, предпочтительно содержащие приблизительно от 2 мономерных звеньев приблизительно до 15 мономерных звеньев; и
воду;
где pH указанной композиции составляет приблизительно от 1,5 приблизительно до 6,0; и
где указанные растворимые C5-олигосахариды содержат приблизительно от 2 мономерных звеньев приблизительно до 15 мономерных звеньев.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Прилагаемые чертежи, которые включены для обеспечения дополнительного понимания изобретения и включены в и составляют часть настоящего описания, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с описанием служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах:
[0010] Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую стадию окисления после отделения фракции твердых веществ от первой жидкой фракции для одного из вариантов осуществления изобретения.
[0011] Фиг.2 представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую стадию окисления с использованием твердого кислотного катализатора для одного из вариантов осуществления изобретения.
[0012] Фиг.3 представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую стадию окисления с использованием иммобилизованного фермента для одного из вариантов осуществления изобретения.
[0013] Фиг.4 представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую стадию окисления до отделения фракции твердых веществ от первой фракции для одного из вариантов осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Как используют выше и на всем протяжении описания, следует понимать, что следующие ниже термины, если не указано иное, имеют следующие ниже значения.
[0015] Как используют в настоящем описании, формы единственного числа включают формы множественного числа, если из контекста явно не следует иное.
[0016] Несмотря на то что настоящее изобретение можно осуществлять в различных формах, ниже приведено описание нескольких вариантов осуществления для понимания, что настоящее описание следует рассматривать в качестве иллюстрации изобретения, и оно не предназначено ограничивать изобретение конкретными иллюстрируемыми вариантами осуществления. Заголовки предоставлены только для удобства и не подразумевают, что они каким-либо образом ограничивают изобретение. Варианты осуществления, иллюстрируемые под любым заголовком, можно комбинировать с вариантами осуществления, иллюстрируемыми под любым другим заголовком.
[0017] Применение числовых значений в различных количественных значениях, указанных в настоящем описании, если явно не указано иное, допускают приблизительные значения, как если бы минимальным и максимальным значениям в установленных диапазонах предшествовало слово "приблизительно". Таким образом можно использовать незначительные изменения указанного значения для получения аналогичных результатов, как с указанным значением. Также предполагают, что описание диапазонов предоставлено в виде непрерывного диапазона, включающего каждое значение между перечисляемыми минимальным и максимальным значениями, а также любые диапазоны, которые могут образовывать такие значения. Также описываемое в настоящем описании представляет собой любое и все отношения (и диапазоны таких отношений), которые можно получать делением указанного числового значения на любое другое указанное числовое значение. Таким образом, специалисту понятно, что многие такие отношения, диапазоны и диапазоны отношений можно однозначно получать из числовых значений, предоставленных в настоящем описании, и во всех случаях такие отношения, диапазоны и диапазоны отношений предоставляют различные варианты осуществления настоящего изобретения.
[0018] Суперкритическая жидкость представляет собой жидкость при температуре выше своей критической температуры и при давлении выше своего критического давления. Суперкритическая жидкость существует в своих "критических точках" или выше них, точке наивысшей температуры и давления, при которой жидкая и паровая (газовая) фазы могут существовать в равновесии друг с другом. При указанном выше критическом давлении и критической температуре различие между жидкой и газовой фазами исчезает. Суперкритическая жидкость обладает приблизительно свойствами проникновения газа одновременно с растворяющими свойствами жидкости. Таким образом, сверхкритическая флюидная экстракция обладает преимуществом высокой проницаемости и хорошего растворения.
[0019] Описанные критические температуры и давление включают: для чистой воды критическую температуру приблизительно 374,2°C и критическое давление приблизительно 221 бар; для диоксида углерода критическая температура приблизительно 31°C и критическое давление приблизительно 72,9 атмосфер (приблизительно 1072 фунтов на кв. дюйм). Околокритическая вода имеет температуру приблизительно 300°C или выше нее и ниже критической температуры воды (374,2°C) и достаточно высокое давление для обеспечения того, чтобы жидкость находилась в жидкой фазе. Вода в докритических условиях имеет температуру менее приблизительно 300°C и давление, достаточно высокое для обеспечения того, чтобы вся жидкость находилась в жидкой фазе. Температура воды в докритических условиях может составлять более приблизительно 250°C и менее приблизительно 300°C, и во многих случаях температура воды в докритических условиях составляет приблизительно от 250°C приблизительно до 280°C. Термин "горячая вода под давлением" используют взаимозаменяемо в настоящем описании для воды, которая находится в своем критическом состоянии или выше него, или определяют в настоящем описании как околокритическую или докритическую, или любую другую температуру выше приблизительно 50°C, но менее докритическую, и при таком давлении, что вода находится в жидком состоянии.
[0020] Как используют в настоящем описании, жидкость, которая является "сверхкритической" (например, сверхкритическая вода, сверхкритический CO2 и т.д.), включает жидкость, которая будет являться сверхкритической, если она находится в чистой форме при заданном наборе температурных условий и условий давления. Например, "сверхкритическая вода" указывает на воду, находящуюся при температуре по меньшей мере приблизительно 374,2°C и при давлении по меньшей мере приблизительно 221 бар, при условии, что вода представляет собой чистую воду или находится в виде смеси (например, воды и этанола, воды и CO2 и т.д.). Таким образом, например, "смесь докритической воды и сверхкритического диоксида углерода" указывает на смесь воды и диоксида углерода при температуре и давлении выше критической точки для диоксида углерода, но ниже критической точки для воды независимо от того, содержит ли сверхкритическая фаза воду, и независимо от того, содержит ли водная фаза любой диоксид углерода. Например, смесь докритической воды и сверхкритического CO2 может иметь температуру приблизительно от 250°C приблизительно до 280°C и давление по меньшей мере приблизительно 225 бар.
[0021] Как используют в настоящем описании, термин "непрерываемый" указывает на процесс, который является непрерывным в течение своей продолжительности, или прерываемым, приостанавливаемым или прекращаемым только кратковременно относительно продолжительности процесса. Обработка биомассы является "непрерывной", когда биомасса поступает в устройство без прерываний или без существенных прерываний или обработку указанной биомассы не проводят периодическим способом.
[0022] Как используют в настоящем описании, термин "находится" указывает на продолжительность времени, в течение которого данная порция или болюс вещества находится в реакционной зоне или в баке реактора. "Продолжительность обработки", как используют в настоящем описании, включая примеры и данные, приведена при условиях окружающей среды и необязательно представляет собой фактическое истекшее время.
[0023] Как используют в настоящем описании, "лигноцеллюлозная биомасса или ее составная часть" относится к растительной биомассе, содержащей целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин, из ряда источников, включая без ограничения 1) сельскохозяйственные отходы (включая кукурузную солому и жмых сахарного тростника), 2) выведенную сельскохозяйственную культуру, используемую в качестве источника энергии, 3) древесные отходы (включая отходы лесопильных заводов и бумажных фабрик) и (4) городские отходы и их составные части, включая без ограничения саму лигноцеллюлозную биомассу, лигнин, C6-сахариды (включая целлюлозу, целлобиозу, C6-олигосахариды, C6-моносахариды и C5-сахариды (включая гемицеллюлозу, C5-олигосахариды и C5-моносахариды).
[0024] В одном из вариантов осуществления изобретение относится к способам повышения уровня растворимых C5-сахаридов, получаемых из лигноцеллюлозной биомассы, включающим:
предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей:
фракцию твердых веществ, содержащую:
необязательно нерастворимый C5-олигосахарид;
целлюлозу; и
лигнин, и
первую жидкую фракцию при первой температуре и первом давлении, содержащую:
растворимые C5-сахариды, выбранные из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
где указанные растворимые C5-сахариды содержатся на первом уровне;
окисление указанной фракционированной лигноцеллюлозной биомассы с образованием второй жидкой фракции, содержащей указанные растворимые C5-сахариды на втором уровне и при второй температуре;
где указанный второй уровень является больше, чем указанный первый уровень;
необязательно отделение указанной фракции твердых веществ от указанной второй жидкой фракции; и
необязательно гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, выбранных из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей. Способ схематично представлен на фиг.1.
[0025] В другом варианте осуществления изобретение относится к способам повышения уровня растворимых C5-сахаридов, получаемых из лигноцеллюлозной биомассы, включающим:
предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей:
фракцию твердых веществ, содержащую:
необязательно нерастворимый C5-олигосахарид;
целлюлозу; и
лигнин; и
первую жидкую фракцию при первой температуре и первом давлении, содержащую:
растворимые C5-сахариды, выбранные из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
где указанные растворимые C5-сахариды содержатся на первом уровне;
необязательно отделение указанной фракции твердых веществ от указанной первой жидкой фракции при втором давлении;
где указанное первое давление и указанное второе давление по существу являются одинаковыми;
контактирование указанной первой жидкой фракции с твердым кислотным катализатором с образованием второй жидкой фракции, содержащей указанные растворимые C5-сахариды на втором уровне и при второй температуре (стадия окисления);
где указанный второй уровень является больше, чем указанный первый уровень; и
необязательно гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, выбранных из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей. Способ схематично представлен на фиг.1.
[0026] В других вариантах осуществления изобретение относится к способам повышения уровня продукта ферментации или каталитического продукта, получаемого из лигноцеллюлозной биомассы, включающим:
предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей:
фракцию твердых веществ, содержащую:
необязательно, нерастворимый C5-олигосахарид;
целлюлозу; и
лигнин; и
первую жидкую фракцию при первой температуре и первом давлении, содержащую:
растворимые C5-сахариды, выбранные из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
где указанные растворимые C5-сахариды содержатся на первом уровне;
окисление указанной фракционированной лигноцеллюлозной биомассы с образованием второй жидкой фракции, содержащей указанные растворимые C5-сахариды на втором уровне и при второй температуре;
где указанный второй уровень является больше, чем указанный первый уровень;
необязательно отделение указанной фракции твердых веществ от указанной второй жидкой фракции;
гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, выбранных из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей; и
ферментацию, катализирование или ферментацию и катализирование указанных C5-сахаридов с образованием указанного продукта ферментации, указанного каталитического продукта или их сочетания.
[0027] Стадию окисления можно проводить различными способами, включая добавление водной кислоты (как схематично показано на фиг.1 и фиг.4), контактирование с газообразным соединением, которое образует кислоту in situ и/или контактирование с твердым кислотным катализатором (как схематично показано на фиг.2). При добавлении кислоты происходит гидролиз растворимых высокомолекулярных C5-олигосахаридов и/или нерастворимых C5-олигосахаридов с образованием более растворимых низкомолекулярных C5-олигосахаридов таким образом, что второй уровень растворимых C5-сахаридов является больше, чем первый уровень растворимых C5-сахаридов. Добавление кислоты приводит к сдвигу молекулярно-массового (MW) распределения растворимых высокомолекулярных C5-олигосахаридов к меньшей средней молекулярной массе таким образом, что растворимые C5-сахариды во второй жидкой фракции имеют среднюю молекулярную массу, которая является меньше, чем средняя молекулярная масса растворимых C5-сахаридов в первой жидкой фракции. Например, C5-олигосахариды в первой жидкой фракции содержат приблизительно от 2 мономерных звеньев приблизительно до 25 мономерных звеньев, а C5-олигосахариды во второй жидкой фракции содержат приблизительно от 2 мономерных звеньев приблизительно до 15 мономерных звеньев.
[0028] В определенных вариантах осуществления стадия окисления включает добавление к фракционированной лигноцеллюлозной биомассе (как схематично показано на фиг.4) или к первой жидкой фракции (как схематично показано на фиг.1) по меньшей мере водного раствора одной водной кислоты, выбранного из группы, состоящей из органической кислоты, неорганической кислоты и их смесей. Подходящая неорганическая кислота включает (без ограничения) серную кислоту, сульфоновую кислоту, фосфорную кислоту, фосфоновую кислоту, азотную кислоту, азотистую кислоту, соляную кислоту, фтористоводородную кислоту, бромистоводородную кислоту, йодистоводородную кислоту. Подходящие органические кислоты включают (без ограничения) алифатические карбоновые кислоты (такие, как уксусная кислота и муравьиная кислота), ароматические карбоновые кислоты (такие, как бензойная кислота и салициловая кислота), дикарбоновые кислоты (такие, как щавелевая кислота, фталевая кислота, себациновая кислота и адипиновая кислота), алифатические жирные кислоты (такие, как олеиновая кислота, пальмитиновая кислота и стеариновая кислота), ароматические жирные кислоты (такие, как фенилстеариновая кислота) и аминокислоты. В определенных вариантах осуществления кислота представляет собой предпочтительно серную кислоту, соляную кислоту, фосфорную кислоту, азотную кислоту или их сочетание. Серная кислота является особенно предпочтительной. В определенных вариантах осуществления кислота содержится на уровне приблизительно от 0,05% по массе приблизительно до 2,0% по массе от общей массы фракции, к которой добавляют кислоту (к фракционированной лигноцеллюлозной биомассе или к первой жидкой фракции). В других определенных вариантах осуществления количество кислоты может содержаться в количестве приблизительно от 0,07% приблизительно до 2%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 1,5%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 1%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,5%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,4%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,3%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,2%, приблизительно от 0,5% приблизительно до 2%, приблизительно от 0,5% приблизительно до 1,5%, приблизительно от 0,5% приблизительно до 1%, менее приблизительно 2%, менее приблизительно 1,5%, менее приблизительно 1%, менее приблизительно 0,5%, менее приблизительно 0,4%, менее приблизительно 0,3%, менее приблизительно 0,2% или менее приблизительно 0,1%.
[0029] В других определенных вариантах осуществления стадия окисления включает контактирование указанной фракционированной лигноцеллюлозной биомассы с газообразным соединением, которое образует кислоту in situ. Газообразные соединения, которые образуют кислоту in situ включают, но не ограничиваются ими, SO2, CO2, NO2, HX (где X представляет собой Cl, Br, F или I) или их сочетание. В определенных вариантах осуществления кислота содержится на уровне приблизительно от 0,05% по массе приблизительно до 2,0% по массе от массы жидкой фракции. В других определенных вариантах осуществления количество кислоты может содержаться в количестве приблизительно от 0,07% приблизительно до 2%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 1,5%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 1%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,5%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,4%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,3%, приблизительно от 0,1% приблизительно до 0,2%, приблизительно от 0,5% приблизительно до 2%, приблизительно от 0,5% приблизительно до 1,5%, приблизительно от 0,5% приблизительно до 1%, менее приблизительно 2%, менее приблизительно 1,5%, менее приблизительно 1%, менее приблизительно 0,5%, менее приблизительно 0,4%, менее приблизительно 0,3%, менее приблизительно 0,2% или менее приблизительно 0,1%.
[0030] В других вариантах осуществления стадия окисления включает контактирование указанной фракционированной лигноцеллюлозной биомассы с твердым кислотным катализатором (как схематично показано на фиг.2). Подходящие твердые кислотные катализаторы включают, но не ограничиваются ими, цеолиты, анионообменные смолы и их сочетания.
[0031] Способы по изобретению предпочтительно проходят в непрерывном режиме, хотя их можно проводить периодическим способом или полунепрерывным способом.
[0032] Способы по изобретению можно проводить в любом подходящем реакторе, включая, но не ограничивая ими, трубчатый реактор, варочный котел (вертикальный, горизонтальный или наклонный) или т.п. Подходящие варочные котлы включают систему варочных котлов, описанную в US-B-8057639, которая включает варочный котел и блок обработки паром, полное описание которого включено посредством ссылки.
[0033] В определенных вариантах осуществления фракционированную лигноцеллюлозную биомассу получают путем контактирования указанной лигноцеллюлозной биомассы с первой реакционной жидкостью, содержащей горячую воду под давлением и необязательно диоксид углерода;
где указанная первая реакционная жидкость дополнительно содержит кислоту (неорганическую кислоту или органическую кислоту), где указанная лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину мягких пород;
где указанная первая реакционная жидкость находится при температуре по меньшей мере 100°C под давлением, достаточным для поддержания указанной первой реакционной жидкости в жидкой форме.
Где лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину твердых пород или компоненты отличные от древесины мягких пород, способ предпочтительно проводят без добавления кислоты (неорганической или органической) или образуемой in situ (отличной от угольной кислоты, образуемой из диоксида углерода). Подходящая неорганическая кислота включает, но не ограничивается ими, серную кислоту, сульфоновую кислоту, фосфорную кислоту, фосфоновую кислоту, азотную кислоту, азотистую кислоту, соляную кислоту, фтористоводородную кислоту, бромистоводородную кислоту, йодистоводородную кислоту.
Подходящие органические кислоты включают, но не ограничиваются ими, алифатические карбоновые кислоты (такие, как уксусная кислота и муравьиная кислота), ароматические карбоновые кислоты (такие, как бензойная кислота и салициловая кислота), дикарбоновые кислоты (такие, как щавелевая кислота, фталевая кислота, себациновая кислота и адипиновая кислота), алифатические жирные кислоты (такие, как олеиновая кислота, пальмитиновая кислота и стеариновая кислота), ароматические жирные кислоты (такие, как фенилстеариновая кислота) и аминокислоты. В предпочтительных вариантах осуществления стадию фракционирования проводят при температуре не более приблизительно 240°C для предотвращения засорения лигнином оборудования для обработки. В других предпочтительных вариантах осуществления стадию фракционирования проводят без необязательного диоксида углерода.
[0034] В определенных вариантах осуществления способов первая температура и вторая температура являются по существу одинаковыми. Предпочтительно первая температура и указанная вторая температура составляют не более приблизительно 240°C. Более предпочтительно первая температура и указанная вторая температура составляют приблизительно от 220°C приблизительно до 240°C.
[0035] В определенных вариантах осуществления способов вторая температура является меньше, чем первая температура. Предпочтительно первая температура и указанная вторая температура составляют не более приблизительно 240°C. Более предпочтительно первая температура и указанная вторая температура составляют не более приблизительно 180°C.
[0036] В определенных вариантах осуществления способы дополнительно включают стадию понижения первого давления первой жидкой фракции перед отделением фракции твердых веществ от второй жидкой фракции.
[0037] В определенных вариантах осуществления вторую жидкую фракцию гидролизуют с получением C5-сахаридов (олигосахаридов и моносахаридов) ферментативно (как схематично показано на фиг.3 с иммобилизованным ферментом) или химически. В определенных вариантах осуществления вторую жидкую фракцию гидролизуют с получением C5-сахаридов с использованием, например, добавления кислоты (неорганической или органической) или образуемой in situ (отличной от угольной кислоты, образуемой из диоксида углерода). Подходящая неорганическая кислота включает, но не ограничивается ими, серную кислоту, сульфоновую кислоту, фосфорную кислоту, фосфоновую кислоту, азотную кислоту, азотистую кислоту, соляную кислоту, фтористоводородную кислоту, бромистоводородную кислоту, йодистоводородную кислоту. Подходящие органические кислоты включают, но не ограничиваются ими, алифатические карбоновые кислоты (такие, как уксусная кислота и муравьиная кислота), ароматические карбоновые кислоты (такие, как бензойная кислота и салициловая кислота), дикарбоновые кислоты (такие, как щавелевая кислота, фталевая кислота, себациновая кислота и адипиновая кислота), алифатические жирные кислоты (такие, как олеиновая кислота, пальмитиновая кислота и стеариновая кислота), ароматические жирные кислоты (такие, как фенилстеариновая кислота) и аминокислоты с использованием, например, разбавленной кислоты. В предпочтительных вариантах осуществления C5-олигосахариды приводят в контакт с разбавленной серной кислотой (на уровне приблизительно от 0,05% приблизительно до 2% по массе от общей массы второй жидкой фракции) в течение периода времени, достаточного для гидролиза указанных C5-олигосахаридов до C5-моносахаридов (ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы или их смесей).
[0038] В определенных вариантах осуществления C5-олигосахариды и моносахариды (ксилозу, арабинозу, ликсозу, рибозу или их смеси) можно ферментировать до этанола, бутанола и т.п. и их смесей известными специалистам в данной области способами, включая, но не ограничиваясь ими, дрожжевую ферментацию с использованием Saccharomyces cerevisiae и Clostridium sp. В определенных предпочтительных вариантах осуществления ферментирующий олигомеры организм способен непосредственно поглощать олигомеры (как правило, до максимального размера, например от 6 мономерных звеньев, для Clostridium thermocellum). Таким образом, смещая распределение к олигомерам, содержащим меньше мономерных звеньев, повышают растворимость при более низких температурах, таким образом предотвращая осаждение, и больше олигомеров являются доступными для ферментации организмом, способным поглощать олигомеры, таким как Clostridium thermocellum.
[0039] Предпочтительно выход продукта ксилозы составляет по меньшей мере 68%, более предпочтительно по меньшей мере 70% от теоретического выхода продукта. Предпочтительно выход продукта растворимых C5-сахаридов составляет по меньшей мере 68%, более предпочтительно по меньшей мере 70% от теоретического выхода продукта.
[0040] В определенных вариантах осуществления способы дополнительно включают стадию получения по меньшей мере одной из уксусной кислоты и фурфурола из указанных растворимых C5-сахаридов до по меньшей мере одной из указанной уксусной кислоты и фурфурола хорошо известными специалистам в данной области общепринятыми способами. Например, фурфурол можно получать, например, дегидратацией неорганической кислотой (такой, как серная кислота при pH 1-2) при повышенных температурах (например, более приблизительно от 240°C приблизительно до 300°C) в течение приблизительно 10 секунд. Уксусную кислоту можно выделять из гемицеллюлозы в лигноцеллюлозной биомассе.
[0041] В определенных вариантах осуществления изобретение относится к продуктам, получаемым способами по изобретению. В частности, продукты представляют собой композиции с растворимыми C5-сахаридами с более низкой средней молекулярной массой, чем в общепринятых способах. Способы по изобретению приводят к растворимый олигомерам, которые менее подвержены обратной конденсации до нерастворимых высокомолекулярных олигомеров, таким образом максимально повышая образование мономеров и снижая до минимума образование продуктов разрушения. В определенных вариантах осуществления C5-сахариды предпочтительно поддерживают в виде растворимых низкомолекулярных олигомеров, а не в виде моносахаридов, для обеспечения возможности легкого разделения. Фурфурол и муравьиная кислота представляют собой продукты разрушения по пути дегидратации. Гликольальдегид, глицеральдегид, дигидроксиацетон и пировиноградный альдегид, которые представляют собой продукты, получаемые ретроальдольным путем, также представляют собой другое возможное расщепление.
[0042] В определенных вариантах осуществления композиции содержат воду и растворимые C5-олигосахариды, которые можно подвергать мембранному разделению. В определенных вариантах осуществления C5-олигосахариды содержат приблизительно от 2 мономерных звеньев приблизительно до 15 мономерных звеньев. В определенных предпочтительных вариантах осуществления pH композиций составляет приблизительно от 1,5 приблизительно до 6,0, предпочтительно приблизительно от 2,0 приблизительно до 2,5.
[0043] В определенных вариантах осуществления распределение указанных C5-олигосахаридов смещается таким образом, что наиболее крупные олигомеры в распределении остаются растворимыми при более низких температурах для последующей обработки и разделения. Например, для разделения предпочтительно иметь растворимые C5-олигосахариды, а не моносахарид, т.к. растворимые C5-олигосахариды можно разделять с использованием мембранного разделения, нанофильтрации и других способов фильтрации.
[0044] Несмотря на то что описаны предпочтительные формы изобретения, специалистам в данной области понятно, что можно проводить различные изменения и модификации, которыми получают некоторые из преимуществ по изобретению, не выходя за рамки сущности и объема изобретения. Таким образом, объем изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения.
[0045] Когда в настоящем описании используют диапазоны для физических свойств, таких как молекулярная масса, или химических свойств, таких как химические формулы, предполагают, что включены все комбинации и подкомбинации диапазонов конкретных вариантов осуществления в них.
[0046] Описания каждого патента, патентной заявки и публикации, цитируемых или описанных в настоящем описании, таким образом, полностью включены в настоящее описание посредством ссылки.
[0047] Специалистам в данной области понятно, что можно проводить различные изменения и модификации в отношении предпочтительных вариантов осуществления изобретения и что такие изменения и модификации можно проводить, не выходя за рамки сущности изобретении. Таким образом предполагают, что приложенная формула изобретения включает все такие эквивалентные варианты, которые входят в рамки истинной сущности и объема изобретения.

Claims (76)

1. Способ гидролиза лигноцеллюлозной биомассы, включающий: предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей:
фракцию твердых веществ, содержащую:
необязательно нерастворимый С5-олигосахарид;
целлюлозу и
лигнин, и
первую жидкую фракцию при первой температуре не более приблизительно 240°С, содержащую:
растворимые C5-сахариды, выбранные из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
контактирование указанной первой жидкой фракции с твердым кислотным катализатором с образованием второй жидкой фракции при второй температуре не более приблизительно 240°С;
где указанная вторая температура является меньше, чем указанная первая температура;
где указанное контактирование сдвигает молекулярно-массовое распределение указанных растворимых C5-сахаридов к меньшей средней молекулярной массе;
необязательно гидролиз указанной второй жидкой фракции с использованием кислоты или фермента с получением C5-сахаридов, выбранных из группы, состоящей из C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей;
где указанную фракционированную лигноцеллюлозную биомассу получают приведением указанной целлюлозной биомассы в контакт с первой реакционной жидкостью, содержащей горячую воду под давлением и необязательно диоксид углерода;
где указанная первая реакционная жидкость дополнительно содержит кислоту, где указанная лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину мягких пород;
где указанная первая реакционная жидкость находится при температуре менее 100°С под давлением, достаточным для поддержания указываемой первой реакционной жидкости в жидкой форме.
2. Способ по п. 1, где указанный твердый кислотный катализатор представляет собой цеолит, катионообменную смолу или их сочетание.
3. Способ по п. 1, где указанный способ является непрерывным.
4. Способ по п. 1, где указанные растворимые С5-сахариды в указанной второй жидкой фракции имеют среднюю молекулярную массу, которая является ниже средней молекулярной массы указанных растворимых С5-сахаридов в указанной первой жидкой фракции.
5. Способ по п. 1,
где указанные С5-олигосахариды в указанной первой жидкой фракции содержат приблизительно от 2 мономерных звеньев приблизительно до 25 мономерных звеньев, и
где указанные С5-олигосахариды в указанной второй жидкой фракции содержат приблизительно от 2 мономерных звеньев приблизительно до 15 мономерных звеньев.
6. Способ по п. 1, где проводят указанный гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, и он включает приведение указанных C5-олигосахаридов в контакт с разбавленной кислотой в течение периода времени, достаточного для гидролиза указанных C5-олигосахаридов до C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей.
7. Способ по п. 1, где проводят указанный гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, и он включает ферментативный гидролиз.
8. Способ по п. 1, где выход продукта указанной ксилозы составляет по меньшей мере 68% от теоретического выхода.
9. Способ по п. 1, где выход продукта указанных растворимых C5-сахаридов составляет по меньшей мере 68% от теоретического выхода.
10. Способ по п. 1, дополнительно включающий получение по меньшей мере одной из уксусной кислоты и фурфурола из указанных растворимых C5-сахаридов.
11. Способ по п. 1, дополнительно включающий отделение указанной твердой фракции от указанной первой жидкой фракции.
12. Способ по п. 1, где указанный способ проводят в варочном котле.
13. Способ по п. 1, где указанный способ проводят в системе на основе варочного котла, включающей варочный котел и блок обработки паром.
14. Способ по п. 2, где указанный твердый катализатор представляет собой цеолит.
15. Способ по п. 2, указанный твердый кислотный катализатор представляет собой катионообменную смолу.
16. Способ по п. 1, где указанное приведение указанной первой жидкой фракции в контакт с твердым кислотным катализатором дополнительно включает добавление водной кислоты.
17. Способ по п. 16, где указанная водная кислота выбрана из группы, состоящей из серной кислоты, фосфорной кислоты, азотной кислоты и соляной кислоты.
18. Способ по п. 16, где указанная водная кислота представляет собой серную кислоту.
19. Способ по п. 16, где указанная водная кислота содержится в количестве приблизительно от 0,07% масс. приблизительно до 2% масс.
20. Способ по п. 16, где указанная водная кислота содержится в количестве менее приблизительно 1% масс.
21. Способ по п. 16, где указанная водная кислота содержится в количестве менее приблизительно 0,5% масс.
22. Способ по п. 1, где указанное контактирование первой жидкой фракции с твердым кислотным катализатором дополнительно включает добавление газообразного соединения, которое образует кислоту in situ.
23. Способ по п. 22, где указанное газообразное соединение выбрано из группы, состоящей из SO2, СО2, NO2, НХ или их сочетания, и где X представляет собой Cl, Br, F или I.
24. Способ по п. 22, где указанное газообразное соединение представляет собой SO2.
25. Способ по п. 22, где указанное газообразное соединение представляет собой СО2.
26. Способ по п. 22, где указанное газообразное соединение содержится в количестве приблизительно от 0,07% масс. приблизительно до 2% масс.
27. Способ по п. 22, где указанное газообразное соединение содержится в количестве менее 1% масс.
28. Способ по п. 22, где указанное газообразное соединение содержится в количестве менее 0,5% масс.
29. Способ по п. 1, где указанный способ проводят как периодический способ.
30. Способ по п. 1, где указанный способ проводят как полунепрерывный способ.
31. Способ по п. 6, где указанная разбавленная кислота представляет собой серную кислоту.
32. Способ по п. 31, где указанная серная кислота содержится на уровне приблизительно от 0,05% масс. приблизительно до 2% масс. в пересчете на общую массу второй жидкой фракции.
33. Способ по п. 1, где проводят указанный гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов, и он включает добавление кислоты, выбранной из группы, состоящей из сульфоновой кислоты, фосфорной кислоты, фосфоновой кислоты, азотной кислоты, азотистой кислоты, хлористоводородной кислоты, бромистоводородной кислоты, йодистоводородной кислоты, уксусной кислоты, муравьиной кислоты, бензойной кислоты, салициловой кислоты, щавелевой кислоты и адипиновой кислоты.
34. Способ по п. 33, где указанная кислота представляет собой фосфорную кислоту.
35. Способ по п. 33, где указанная кислота представляет собой азотную кислоту.
36. Способ по п. 33, где указанная кислота представляет собой уксусную кислоту.
37. Способ по п. 33, где указанная кислота представляет собой щавелевую кислоту.
38. Способ по п. 1, где проводят указанный гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием C5-сахаридов.
39. Способ по п. 1, дополнительно включающий ферментирование указанных растворимых C5-сахаридов в указанной второй жидкой фракции с получением этанола, бутанола или их смесей.
40. Способ по п. 39, где указанным ферментированием получают этанол.
41. Способ по п. 39, где указанным ферментированием получают бутанол.
42. Способ по п. 10, где получают фурфурол из указанных растворимых C5-сахаридов дегидратированием с неорганической кислотой.
43. Способ по п. 42, где указанное дегидратирование проводят при температуре приблизительно от 240°С приблизительно до 300°С.
44. Способ по п. 42, где указанная неорганическая кислота представляет собой серную кислоту.
45. Способ по п. 1, дополнительно включающий разделение C5-олигосахаридов, содержащихся в указанной второй жидкой фракции, с использованием мембранного разделения.
46. Способ по п. 1, дополнительно включающий разделение C5-олигосахаридов, содержащихся в указанной второй жидкой фракции, с использованием нанофильтрации.
47. Способ по п. 38, дополнительно включающий разделение указанных C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных блоков, с использованием мембранного разделения.
48. Способ по п. 38, дополнительно включающий разделение указанных C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных блоков, с использованием нанофильтрации.
49. Способ по п. 1, где указанная первая реакционная жидкость дополнительно содержит диоксид углерода.
50. Способ по п. 1, где указанная лигниноцеллюлозная биомасса дополнительно содержит древесину твердых пород.
51. Способ по п. 50, где указанную фракционированную лигниноцеллюлозную биомассу получают без добавления кислоты.
52. Способ по п. 1, где указанная лигниноцеллюлозная биомасса содержит древесину мягких пород.
53. Способ по п. 52, где указанная кислота в указанной первой реакционной жидкости включает неорганическую кислоту.
54. Способ по п. 53, где указанная неорганическая кислота выбрана из группы, состоящей из серной кислоты, фосфорной кислоты, азотной кислоты и соляной кислоты.
55. Способ по п. 53, где указанная неорганическая кислота представляет собой серную кислоту.
56. Способ по п. 53, где указанная неорганическая кислота представляет собой фосфорную кислоту.
57. Способ по п. 52, где указанная кислота в указанной первой фракции включает органическую кислоту.
58. Способ по п. 57, где указанная органическая кислота выбрана из группы, состоящей из уксусной кислоты, муравьиной кислоты, бензойной кислоты, салициловой кислоты, щавелевой кислоты и аминокислоты.
59. Способ по п. 57, где указанная органическая кислота представляет собой щавелевую кислоту.
60. Способ по п. 57, где указанная органическая кислота представляет собой уксусную кислоту.
61. Способ по п. 57, где указанная органическая кислота представляет собой муравьиную кислоту.
RU2013153585A 2011-05-04 2012-05-04 Повышенный выход продукта растворимых с5-сахаров RU2609000C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161482437P 2011-05-04 2011-05-04
US61/482,437 2011-05-04
PCT/US2012/036597 WO2012151526A2 (en) 2011-05-04 2012-05-04 Enhanced soluble c5 saccharide yields

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013153585A RU2013153585A (ru) 2015-06-10
RU2609000C2 true RU2609000C2 (ru) 2017-01-30

Family

ID=47090471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013153585A RU2609000C2 (ru) 2011-05-04 2012-05-04 Повышенный выход продукта растворимых с5-сахаров

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8883451B2 (ru)
EP (2) EP2710021A4 (ru)
CN (1) CN103502259A (ru)
BR (1) BR112013028147A2 (ru)
CA (1) CA2834860A1 (ru)
MY (1) MY161127A (ru)
RU (1) RU2609000C2 (ru)
SG (1) SG194723A1 (ru)
WO (1) WO2012151526A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2803174C1 (ru) * 2019-08-22 2023-09-07 Хиалтан Биотек Ко., Лтд. Способ выделения ксилозы и лигнина из жидкостей с примесью сахаров

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2769746C (en) 2010-01-19 2013-10-15 Renmatix, Inc. Production of fermentable sugars and lignin from biomass using supercritical fluids
IL206678A0 (en) 2010-06-28 2010-12-30 Hcl Cleantech Ltd A method for the production of fermentable sugars
EP3401322B1 (en) 2011-04-07 2022-06-08 Virdia, LLC Lignocellulose conversion processes and products
US8801859B2 (en) 2011-05-04 2014-08-12 Renmatix, Inc. Self-cleaning apparatus and method for thick slurry pressure control
AU2012250575B2 (en) 2011-05-04 2015-03-26 Renmatix, Inc. Lignin production from lignocellulosic biomass
WO2012151531A2 (en) 2011-05-04 2012-11-08 Renmatix, Inc. Multistage fractionation process for recalcitrant c5 oligosaccharides
US9617608B2 (en) 2011-10-10 2017-04-11 Virdia, Inc. Sugar compositions
US8759498B2 (en) 2011-12-30 2014-06-24 Renmatix, Inc. Compositions comprising lignin
US20130172546A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-04 Renmatix, Inc. Compositions comprising c5 and c6 oligosaccharides
WO2014143753A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Sweetwater Energy, Inc. Carbon purification of concentrated sugar streams derived from pretreated biomass
NZ629039A (en) * 2013-07-26 2017-09-29 Renmatix Inc Method of transporting viscous slurries
US20150329927A1 (en) * 2014-05-17 2015-11-19 Sweetwater Energy, Inc. Sugar Separation and Purification Through Filtration
SG11201701887XA (en) 2014-09-26 2017-04-27 Renmatix Inc Methods for preparing and collecting polyaromatic compounds, and products comprising polyaromatic compounds
EP4357434A3 (en) 2014-09-26 2024-11-20 Renmatix, Inc. Adhesive compositions comprising type-ii cellulose
WO2016094594A1 (en) 2014-12-09 2016-06-16 Sweetwater Energy, Inc. Rapid pretreatment
WO2016112134A1 (en) 2015-01-07 2016-07-14 Virdia, Inc. Methods for extracting and converting hemicellulose sugars
BR112017025322A8 (pt) 2015-05-27 2022-08-23 Virdia Inc Processos integrados para recuperação de hidrolisato celulósico após hidrólise de polpa de celulose
AU2018222746C1 (en) 2017-02-16 2024-02-22 Apalta Patents OÜ High pressure zone formation for pretreatment
EP4077490A1 (en) 2019-12-22 2022-10-26 Sweetwater Energy, Inc. Methods of making specialized lignin and lignin products from biomass
CN114522701B (zh) * 2022-04-22 2022-08-09 浙江晟格生物科技有限公司 用于生物糖制备的复合硫酸根催化剂、制备方法及应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5705369A (en) * 1994-12-27 1998-01-06 Midwest Research Institute Prehydrolysis of lignocellulose
EP0814676B1 (en) * 1995-03-10 2001-07-04 Unilever Plc Batter composition
RU2194078C2 (ru) * 1996-09-30 2002-12-10 Мидуэст Рисерч Инститьют Гидролиз и фракционирование биомассы лигноцеллюлозы
EA004080B1 (ru) * 1999-06-23 2003-12-25 Рм Материаис Рефратариос Лтда. Способ кислотного предварительного гидролиза биомассы
EP1304412B1 (en) * 1999-03-23 2005-09-14 Oji Paper Co., Ltd. Process for producing xylooligosaccharides
US20100170504A1 (en) * 2006-03-29 2010-07-08 Zhang Y H Percival Cellulose-solvent-based lignocellulose fractionation with modest reaction conditions and reagent cycling
RU2556496C2 (ru) * 2010-01-19 2015-07-10 Ренмэтикс, Инк. Производство сбраживаемых сахаров и лигнина из биомассы, использующее сверхкритические текучие среды

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2413306B2 (de) 1973-05-04 1976-09-30 Gebrüder Sulzer AG, Winterthur (Schweiz) Verfahren zum herstellen von xyloseloesung
ZA766073B (en) 1975-10-24 1977-09-28 D Econimidis Production of pulp
FR2580669B1 (fr) 1985-04-18 1987-09-18 Inst Francais Du Petrole Procede de conversion de substrats lignocellulosiques en pentoses
FI85384C (fi) 1989-09-06 1992-04-10 Cultor Oy Foerfarande foer hydrolysering av hemicellulosa med immobiliserade enzymer och produkt som omfattar ett immobiliserat hemicellulolytiskt enzym.
JPH04197192A (ja) 1990-11-29 1992-07-16 Kirin Brewery Co Ltd キシロースおよびその還元物の製造方法
US5424417A (en) 1993-09-24 1995-06-13 Midwest Research Institute Prehydrolysis of lignocellulose
US6228177B1 (en) 1996-09-30 2001-05-08 Midwest Research Institute Aqueous fractionation of biomass based on novel carbohydrate hydrolysis kinetics
WO1998017727A1 (en) 1996-10-18 1998-04-30 Kronospan Gmbh Treatment of lignocellulosic material
RU2109059C1 (ru) 1997-10-30 1998-04-20 Блинков Сергей Дмитриевич Способ переработки растительного сырья для получения пентозных гидролизатов, содержащих, преимущественно, ксилозу
WO2001032715A1 (en) 1999-11-02 2001-05-10 Waste Energy Integrated Sytems, Llc Process for the production of organic products from lignocellulose containing biomass sources
WO2002070753A2 (en) 2001-02-28 2002-09-12 Iogen Energy Corporation Method of processing lignocellulosic feedstock for enhanced xylose and ethanol production
DE10158120A1 (de) 2001-11-27 2003-06-18 Ties Karstens Verfahren zum Abtrennen von Xylose aus xylanreichen Lignocellulosen, insbesondere Holz
WO2004013409A1 (en) 2002-07-25 2004-02-12 Coffin World Water Systems Apparatus and method for treating black liquor
CN1303091C (zh) 2004-04-05 2007-03-07 山东龙力生物科技有限公司 低聚木糖的制备方法
US7183339B2 (en) 2004-11-02 2007-02-27 Shen Kuo C Method for making dimensionally stable composite products from lignocelluloses
JP2006255676A (ja) 2005-03-18 2006-09-28 Kri Inc リグニン物質分離方法
CA2610797C (en) 2005-06-03 2014-08-05 Iogen Energy Corporation Method of continuous processing of lignocellulosic feedstocks
CN1931866A (zh) 2006-09-29 2007-03-21 张海龙 一种秸秆生产木糖的工艺
WO2008050740A1 (fr) * 2006-10-26 2008-05-02 Kawasaki Plant Systems Kabushiki Kaisha Procédé de saccharification/décomposition d'une biomasse à base de cellulose et dispositif de saccharification/décomposition
JP2009077697A (ja) * 2007-09-04 2009-04-16 Idemitsu Kosan Co Ltd バイオマスの加水分解方法および加水分解装置
KR20090039470A (ko) 2007-10-18 2009-04-22 대한민국(관리부서 : 산림청 국립산림과학원장) 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법
FI121885B (fi) 2007-11-09 2011-05-31 Chempolis Oy Menetelmä sokerituotteen valmistamiseksi
JP5322150B2 (ja) 2008-02-14 2013-10-23 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 セルロースを含むバイオマスの糖化方法
US8057639B2 (en) 2008-02-28 2011-11-15 Andritz Inc. System and method for preextraction of hemicellulose through using a continuous prehydrolysis and steam explosion pretreatment process
EP3778717A1 (en) 2008-07-16 2021-02-17 Renmatix Inc. Nano-catalytic-solvo-thermal technology platform bio-refineries
US8282738B2 (en) 2008-07-16 2012-10-09 Renmatix, Inc. Solvo-thermal fractionation of biomass
JP5339341B2 (ja) 2008-08-13 2013-11-13 宜章 大木 亜臨界状態による木材の繊維を線維固形分としての分離方法
WO2010045576A2 (en) 2008-10-17 2010-04-22 Mascoma Corporation Production of pure lignin from lignocellulosic biomass
FI121237B (fi) 2008-10-21 2010-08-31 Danisco Menetelmä ksyloosin ja liukosellun tuottamiseksi
KR101657100B1 (ko) 2008-10-29 2016-09-19 삼성전자주식회사 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 분별방법 및 분별장치
CA2746783A1 (en) * 2008-12-19 2010-06-24 Mascoma Corporation Two-stage process for biomass pretreatment
US20100233771A1 (en) 2009-03-03 2010-09-16 Mcdonald William F System for pre-treatment of biomass for the production of ethanol
CN101787398B (zh) 2010-01-22 2012-07-25 中国科学院过程工程研究所 一种净化、回收和浓缩木质纤维素预水解液中糖分的方法
WO2012151531A2 (en) 2011-05-04 2012-11-08 Renmatix, Inc. Multistage fractionation process for recalcitrant c5 oligosaccharides

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5705369A (en) * 1994-12-27 1998-01-06 Midwest Research Institute Prehydrolysis of lignocellulose
EP0814676B1 (en) * 1995-03-10 2001-07-04 Unilever Plc Batter composition
RU2194078C2 (ru) * 1996-09-30 2002-12-10 Мидуэст Рисерч Инститьют Гидролиз и фракционирование биомассы лигноцеллюлозы
EP1304412B1 (en) * 1999-03-23 2005-09-14 Oji Paper Co., Ltd. Process for producing xylooligosaccharides
EA004080B1 (ru) * 1999-06-23 2003-12-25 Рм Материаис Рефратариос Лтда. Способ кислотного предварительного гидролиза биомассы
US20100170504A1 (en) * 2006-03-29 2010-07-08 Zhang Y H Percival Cellulose-solvent-based lignocellulose fractionation with modest reaction conditions and reagent cycling
RU2556496C2 (ru) * 2010-01-19 2015-07-10 Ренмэтикс, Инк. Производство сбраживаемых сахаров и лигнина из биомассы, использующее сверхкритические текучие среды

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2803174C1 (ru) * 2019-08-22 2023-09-07 Хиалтан Биотек Ко., Лтд. Способ выделения ксилозы и лигнина из жидкостей с примесью сахаров

Also Published As

Publication number Publication date
CN103502259A (zh) 2014-01-08
MY161127A (en) 2017-04-14
EP2710021A2 (en) 2014-03-26
CA2834860A1 (en) 2012-11-08
SG194723A1 (en) 2013-12-30
WO2012151526A3 (en) 2013-01-17
RU2013153585A (ru) 2015-06-10
BR112013028147A2 (pt) 2017-11-07
EP2975076A1 (en) 2016-01-20
US8883451B2 (en) 2014-11-11
EP2710021A4 (en) 2015-07-22
WO2012151526A2 (en) 2012-11-08
US20120282655A1 (en) 2012-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2609000C2 (ru) Повышенный выход продукта растворимых с5-сахаров
US8895265B2 (en) Multistage fractionation process for recalcitrant C5 oligosaccharides
US9290821B2 (en) Treating biomass to produce materials useful for biofuels
Liu et al. A sustainable woody biomass biorefinery
Jeong et al. Hydrothermal treatment
RU2609001C2 (ru) ГИДРОЛИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ С КОРРЕКТИРОВАНИЕМ Ph
US20150329927A1 (en) Sugar Separation and Purification Through Filtration
BRPI0814755B1 (pt) Process for the production of alcohol and glucose from a lignocellulose prime matter
CN103068998A (zh) 木质纤维素原料的稀酸预处理方法
CA2806882C (en) Multistage cellulose hydrolysis and quench with or without acid
Baek et al. The effect of sugar decomposed on the ethanol fermentation and decomposition reactions of sugars
Oladi et al. Recovery of Non-sugar compounds from bagasse hydrolysates
BR102023004827A2 (pt) Processo de produção de 5-(hidroximetil)-furfural via síntese hidrotérmica catalítica
Wang Hot water extraction of Aspen woodchips
WO2018042464A1 (en) Rapid enzymatic hydrolysis of substrates for production of fermentable sugars
NZ616833B2 (en) Multistage cellulose hydrolysis and quench with or without acid

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190505