Ожижение биомассы при низком ph

Ожижение биомассы при низком ph

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Данное изобретение относится к процессу обработки биомассы при сверхкритических и/или докритических условиях.

Предшествующий уровень техники

Известны различные процессы для разложения и превращения биомассы в дорогостоящие соединения. Известно разложение биомассы при до- или сверхкритических условиях.

WO 2011/091044 раскрывает способы обработки биомассы в непрерывном режиме, включающие этап предварительной обработки, где указанная биомасса контактирует с первой жидкостью при сверхкритических, околокритических или докритических условиях с образованием твердого вещества и первой жидкой фракции; и этап гидролиза, где указанное твердое вещество, образованное на указанном этапе предварительной обработки, контактирует со второй жидкостью при сверхкритических или околосверхкритических условиях с получением второй жидкой фракции и нерастворимой содержащей лигнин фракции. Согласно процессам, раскрытым в WO 2011/091044, воду и диоксид углерода вводят в реакторы для разложения. Необязательно можно добавить кислоту после первого этапа предварительной обработки перед возможным этапом разделения, и необязательно кислоту можно также использовать на втором этапе - реакции гидролиза.

Модификации техник предшествующего уровня техники необходимы для увеличения эффективности превращения биомассы из возобновляемых ресурсов и/или отходов производства в более ценные продукты. Таким образом, существует потребность в оптимизации известных процессов и в увеличении выхода разлагающегося материала.

Краткое описание первого аспекта изобретения

Данное изобретение направлено на обеспечение улучшенного процесса обработки материала биомассы ожижением при докритических и/или сверхкритических условиях и предоставляет возможность получить настолько большой выход разлагающегося материала, насколько это возможно, и/или контролировать реакцию ожижения.

Данное изобретение относится к способу обработки исходного сырья - биомассы, где исходное сырье - биомассу подвергают ожижению при pH самое большее 4 путем обработки горячей жидкой водой под давлением (HCW) при докритических и/или сверхкритических условиях.

Согласно одному конкретному варианту осуществления способ также включает этап гашения. Альтернативы этому этапу дополнительно раскрыты ниже.

Конкретные варианты осуществления изобретения раскрывают pH 1-4, такой как 2-4, или 2,0-3,1, или 2,3-3,1 во время разложения. Один конкретный интересующий диапазон представляет собой уровень pH 1,2-3,3.

Для получения желаемого pH неорганические и/или органические кислоты можно добавить в исходное сырье - биомассу перед и/или во время ожижения.

Согласно данному изобретению предпочтительно выполнять обработку в горячей жидкой воде под давлением (HCW) при докритических условиях, а не при сверхкритических условиях. Это зависит от нескольких различных факторов, таких как, среди прочего, возможность обеспечения предполагаемой композиции продукта, снижение потребления энергии и поддержание производственной среды, которая является более мягкой для оборудования и людей. Предпочтительная среда докритического, а не сверхкритического, условия применима для всех аспектов данного изобретения, т.е. также для таких, которые раскрыты ниже.

В варианте осуществления данного изобретения ожижение проводят при температуре по меньшей мере 200°С, например, в диапазоне 200-300°С.

В другом варианте осуществления ожижение проводят при докритических условиях, подразумевающих температуру ниже 374°С, например, в диапазоне 220-280°С. Согласно одному конкретному варианту осуществления температура находится в диапазоне 240-290°С, что представляется очень эффективным диапазоном температуры.

В еще одном варианте осуществления ожижение проводят последовательно в по меньшей мере двух отдельных реакторах, и при этом отделение жидкой фазы проводят после каждого реактора.

В еще одном варианте осуществления ожижение проводят в поточной системе.

Кроме того, способ ожижения можно проводить без добавления каких-либо других растворителей, кроме HCW.

Краткое описание графических материалов

Фигура 1 показывает шесть образцов, взятых из эксперимента из примеров, где использовали 10 масс. % целлюлозы и время пребывания 1,6 секунды.

Фигура 2 показывает пять образцов (большие бутыли), взятых из эксперимента из примеров, где использовали 10 масс. % целлюлозы, время пребывания 1,6 секунды и повышенный pH, полученный доведением NaOH. Бутыли показали результаты повышения температуры слева направо (300, 310, 320, 330 и 340°С). Небольшая бутыль слева содержит необработанную целлюлозную взвесь.

Конкретные варианты осуществления первого аспекта изобретения

Биомассу разлагали для обеспечения ожижения при помощи горячей жидкой воды под давлением (HCW) при докритических или сверхкритических условиях. Повышенное разложение и высокое содержание полученных мономеров и олигомеров получают при помощи способа согласно данному изобретению, который включает регулирование pH перед и/или во время ожижения. Путем регулирования pH процесса термического разложения в кислом диапазоне и самое большее 4, выход можно значительно увеличить. Регулирование pH также дает возможность снизить температуру реакции процесса и все еще давать очень хороший выход. Однако значение pH можно использовать не только для оптимизации выхода ожижения, его можно также использовать для контроля превращения органического материала во время ожижения. pH можно согласно данному изобретению также использовать для гашения процесса ожижения биомассы. Поскольку значение pH ожижения является движущим фактором для разложения целлюлозы и гемицеллюлоз в олигомеры и мономеры, увеличение значения pH раствора может срабатывать для остановки или, по меньшей мере, замедления продолжающегося неблагоприятного разрушения или разложения. Изменение pH можно также использовать для регулирования полученных относительных долей мономеров и олигомеров в растворе продуктов. Чем более кислые условия, тем большие количества мономеров получают. Во время ожижения согласно данному изобретению значение pH раствора должно быть самое большее 4, предпочтительно ниже 3,5, более предпочтительно ниже 3, даже ниже 2 и вплоть до 1. Также буфер можно добавить для сохранения pH в желаемом диапазоне. Когда достаточно высокие выходы желаемых олигомеров и мономеров были получены и, таким образом, желательно избегать продолжающегося разложения, значение pH можно увеличить для замедления или гашения продолжающегося разложения согласно данному изобретению. Согласно данному изобретению щелочную жидкость можно добавить так, что значение pH увеличится, например, выше 5. Таким образом, согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения щелочную жидкость, например гидроксид натрия и/или калия, можно добавить в раствор технологического потока биомассы для регулирования значения pH раствора технологического потока биомассы от значения pH максимум 4 перед регулированием до значения pH по меньшей мере 5 после регулирования. Диапазон pH 5,0-11 может представлять собой подходящий уровень pH после гашения или уменьшения разложения.

pH материала, который необходимо термически обрабатывать при помощи горячей жидкой воды под давлением (HCW) при докритических и/или сверхкритических условиях, составляет самое большее 4, предпочтительно в диапазоне 1-4, таком как 1,2-3,3, или 2,0-3,1, 2,3-3,1, 2,5-3,0, 2,5-2,8, 2,55-2,75, или 2,60-2,75.

pH самое большее 4 можно получить добавлением неорганических или органических кислот. Подходящие неорганические кислоты можно выбирать из серной кислоты, сульфоновой кислоты, фосфорной кислоты, фосфиновой кислоты, азотной кислоты, азотистой кислоты, соляной кислоты, фтористоводородной кислоты, бромистоводородной кислоты и йодистоводородной кислоты или любой комбинации. Подходящие органические кислоты можно выбирать из алифатических карбоновых кислот (например, уксусной кислоты и муравьиной кислоты), ароматических карбоновых кислот (например, бензойной кислоты и салициловой кислоты), двухосновных карбоновых кислот (например, щавелевой кислоты, фталевой кислоты, себациновой кислоты и адипиновой кислоты), алифатических жирных кислот (например, олеиновой кислоты, пальмитиновой кислоты и стеариновой кислоты), ароматических жирных кислот (например, фенил стеариновой кислоты) и аминокислот или любой комбинации. Также органические кислоты можно получить во время процесса ожижения, что влияет на pH. Также из-за использования различных матриц биомассы, различные кислоты могут образовываться. Таким образом, путем регулирования того, какой тип загружаемых материалов биомассы используют, тип органических кислот, образованных во время ожижения, можно также регулировать. Использование биомассы, такой как находящейся в деревьях, травах, отходах сельского хозяйства и бумажных отходах, все может влиять на производство образующихся органических кислот.

Биомасса может разлагаться последовательными этапами. Путем подвергания биомассы действию горячей жидкой воды под давлением при докритических и/или сверхкритических условиях на различных этапах общее количество полученных в результате мономеров и олигомеров можно увеличить. Горячую жидкую воду под давлением при докритических и/или сверхкритических условиях можно вводить туда, где реакция имеет место, например, реактор, создавая докритические и/или сверхкритические условия в реакторе, или воду, находящуюся в таком реакторе, можно доводить до докритических и/или сверхкритических условий, давая в результате горячую жидкую воду под давлением. Предпочтительно последующие этапы имеют повышающуюся температуру для каждого этапа обработки. Настоящий процесс не ограничен конкретным числом этапов ожижения, т.е. один, два, три и т.д. этапа ожижения можно проводить.

После первого ожижения водорастворимые и жидкие материалы можно отделять от оставшихся твердых веществ. Во фракции с водорастворимыми и жидкими материалами, удаленными из твердых веществ, присутствуют мономеры и олигомеры сахаров, полученных от разложения биомассы. Образованные органические кислоты, полученные от ожижения в сахарном растворе, можно также обрабатывать так, что органические кислоты отделяют от раствора сахаров. Органические кислоты можно затем повторно использовать в процессе или использовать в качестве компонента для других процессов.

Оставшиеся твердые вещества после первого ожижения можно подвергать дополнительным ожижениям. Второе ожижение затем предпочтительно проводят при более высокой температуре. Если используют второе или больше ожижений, pH предпочтительно удерживают в диапазонах, раскрытых выше, и он может не быть обязательно идентичным для последующих обработок.

Что примечательно из вышеуказанного, ожижение можно проводить при "до- и/или сверхкритических условиях", которые включают то, что оба этих условия возможны, а также комбинация, где один первый этап ожижения сначала можно проводить при, например, докритическом условии и второй этап ожижения можно проводить при, например, сверхкритическом условии. В связи с указанным выше следует отметить, что ожижение согласно данному изобретению предпочтительно проводят при докритическом условии для HCW, но выше 200°С. Таким образом, согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят при температуре по меньшей мере 200°С.

Биомасса содержит целлюлозу, гемицеллюлозы и возможно лигнин. Биомасса может быть лигноцеллюлозной биомассой, которая в основном содержит целлюлозу, гемицеллюлозы и лигнин. Для эффективного растворения гемицеллюлозы следует выдерживать температуру предпочтительно по меньшей мере 200°С, предпочтительно по меньшей мере 230°С, предпочтительно по меньшей мере 250°С. В связи с этим эти температуры можно рассматривать как предпочтительные минимальные уровни для ожижения согласно данному изобретению.

Для растворения целлюлозы температура должна составлять по меньшей мере 260°С. Таким образом, согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят при температуре по меньшей мере 260°С. Также время реакции является важным параметром. Согласно данному изобретению время реакции следует выдерживать коротким, независимо от того используют ли, например, полунепрерывную или поточную систему для ожижения. Время реакции, т.е. время, когда температуру выдерживают на заданном минимуме во время ожижения, менее одной минуты предпочтительно согласно данному изобретению.

Как указано выше, предпочтительно ожижение проводят при докритическом состоянии HCW, что подразумевает температуру ниже 374°С.

Процесс согласно данному изобретению предпочтительно выполняют в поточной системе, такой как в трубке, возможно, предназначенной для предварительной обработки и ожижения. Однако также отдельные блоки можно использовать, в зависимости от цели ожижения. Например, согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят последовательно в по меньшей мере двух "отдельных" реакторах, и при этом отделение жидкой фазы проводят после каждого реактора. Это можно проводить путем, например, подачи суспензии биомассы в непрерывный первый проточный реактор, в котором часть биомассы ожижается, такая как, например, гемицеллюлозы, затем отделения раствора первой жидкой фазы, затем подачи суспензии биомассы, содержащей твердый материал, во второй проточный реактор непрерывного действия, в котором, по меньшей мере, часть оставшейся биомассы ожижается, и затем отделение раствора второй жидкой фазы и, таким образом, воды и водорастворимых компонентов от необязательно оставшейся суспензии биомассы, которую выгружают из указанного второго проточного реактора. Кроме того, хотя проточные реакторы указаны как отдельные реакторы, они могут также быть различными частями одного и того же трубчатого реактора, имеющего различные участки для различных ожижений и отделений и т.д. Как понятно из вышесказанного, способ согласно данному изобретению может также включать удаление несолюбилизированного материала и также включать повторную переработку такого удаленного несолюбилизированного материала.

Согласно одному варианту осуществления первое ожижение предпочтительно проводят для производства гемицеллюлозы из биомассы и разложения ее на мономеры и олигомеры. Температура первого ожижения предпочтительно составляет от 200 до 280°С. Например, нижний диапазон температуры может составлять 220, 230, 240 или 250°С. Предпочтительно температура находится в диапазоне 240-260°С или 250-280°С. Время реакции ожижения составляет менее 1 минуты, например, в диапазоне от 1 до 45 секунд, от 1,5 до 30 секунд или от 1,5 до 15 секунд. Такие условия термической обработки находятся в этот момент в докритическом диапазоне. Однако горячую жидкую воду под давлением (HCW) при докритических и/или сверхкритических условиях можно вводить в реактор, содержащий биомассу. Если HCW в сверхкритическом состоянии вводят в реактор, разложение биомассы имеет место при докритических условиях вследствие снижения температуры при введении в реактор.

После первого ожижения водорастворимые и жидкие материалы можно отделять от оставшихся твердых веществ. Такое отделение можно проводить декантированием, центрифугированием и/или фильтрацией. Этап отделения можно проводить при температуре 20-280°С, например, при 80-200°С, такой как приблизительно 100°С.

Оставшиеся твердые вещества после первого ожижения можно затем подвергать дополнительному ожижению. Такое второе ожижение затем проводят при более высокой температуре для превращения оставшейся целлюлозы использованной биомассы в мономеры и олигомеры. Путем подвергания оставшихся твердых веществ действию горячей жидкой воды под давлением (HCW) при докритических или сверхкритических условиях получают мономеры и олигомеры от разложения целлюлозы. Время реакции для второго ожижения составляет также менее 1 минуты, например, в диапазоне от 1 до 45 секунд, от 1,5 до 30 секунд или от 1,5 до 15 секунд. Как указывалось ранее, pH для этого второго ожижения находится в диапазонах, раскрытых выше, т.е. самое большее 4, предпочтительно в диапазоне 1-4, таком как 1,2-3,3, 2,0-3,1, 2,3-3,1, 2,5-3,0, 2,5-2,8, 2,55-2,75 или 2,60-2,75.

Если последовательно проводят более одного ожижения, pH необязательно должен быть одинаковым на всех последовательных этапах термической обработки. pH может изменяться от ожижения к ожижению.

После этого второго ожижения, если присутствуют любые оставшиеся твердые материалы, водорастворимые и жидкие материалы отделяют от оставшихся твердых веществ. Такое отделение можно проводить декантированием, центрифугированием и/или фильтрацией. Согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят в горячей жидкой воде под давлением (HCW) при до- и/или сверхкритическом условии. Следует сказать, что ожижение можно также проводить в смесях при до- и/или сверхкритическом условии, например, в смеси HCW вместе с количествами кислот, диоксида углерода или этанола. Основания можно использовать для замедления или гашения ожижения. Использование HCW, возможно с добавлением некоторого количества кислоты(кислот), однако предпочтительно в качестве растворителя для ожижения согласно данному изобретению.

Как упоминалось выше, способ согласно данному изобретению предпочтительно проводят в поточной системе, такой как трубка, однако принцип можно также использовать для систем периодического или полунепрерывного действия. Также процессы в таких системах осуществляются данным изобретением.

Примеры

Тесты проводили на целлюлозе. Целлюлозное исходное сырье, содержащее 10 масс. % целлюлозы и остаток, являющийся водой, подавали в реактор. Содержащие целлюлозу образцы по очереди подвергали ожижению путем введения горячей жидкой воды под давлением. Температуру реакции для содержащих целлюлозу образцов изменяли (300, 310, 320, 330, 340 и 350°С) для различных образцов, однако время пребывания при температуре реакции выдерживали одинаковым, 1,6 секунды, для всех образцов. Из таблицы 1 ясно, что увеличение температуры и снижение pH приводит к большему количеству разложившегося материала, показанному как выход полученного мономера. Следующий ряд тестов проводили таким же образом, за исключением того, что pH изменяли, т.е. увеличивали для тестов при помощи NaOH. Из таблицы 2 ясно, что более высокий pH влияет отрицательно на процесс разложения даже при более высоких температурах. Результаты таблиц 1 и 2 ясно показывают, что незначительное изменение pH имеет большое влияние на разложение целлюлозного материала. Также, при рассмотрении фигур 1 и 2 у тестов различается внешний вид. Из фигуры 1 ясно, что на изменение цвета образцов, обработанных при более высоких температурах, ожижение влияет по-разному.

Больше аспектов данного изобретения

Ниже больше аспектов данного изобретения раскрыто. Этот аспект связан с гашением процесса ожижения биомассы.

Второй аспект данного изобретения

Согласно второму аспекту данного изобретения также раскрыт способ гашения реакции ожижения исходного материала - лигноцеллюлозной биомассы, чтобы избежать продолжающегося неблагоприятного разрушения, для получения раствора смеси мономеров и/или олигомеров сахаров. Гашение согласно данному изобретению можно проводить так, что лигнин переходит в твердое состояние очень быстро и может в связи с этим быть отделен и собран.

Давно известно гашение различных типов реакций. Гашение включает остановку реакции или ее замедление, и это можно выполнять различными средствами, такими как снижением температуры, снижением давления, добавлением веществ и пр. Кроме того, гашения различных форм реакций биомассы также были описаны. Например, в WO 01/88258 раскрыт непрерывный процесс превращения биомассы с образованием химического сырья. Биомассу и экзогенный оксид металла, предпочтительно оксид кальция, или предшественник оксида металла непрерывно подают в реакционную камеру, которая работает при температуре по меньшей мере 1400°С, с образованием реакционных продуктов, включая карбид металла. Реакционные продукты гасят до температуры 800°С или менее. Полученный карбид металла отделяют от реакционных продуктов или, альтернативно, при гашении водой, гидролизуют для обеспечения возобновляемого исходного сырья для газа на основе углеводородов.

Кроме того, в WO 2007/128798 раскрыт процесс превращения твердого или высоковязкого энергоносителя на основе углерода в жидкие и газообразные реакционные продукты, причем указанный процесс включает этапы: а) контакта энергоносителя на основе углерода с материалом-катализатором в виде частиц, b) превращения энергоносителя на основе углерода при температуре реакции от 200°С до 450°С, предпочтительно от 250°С до 350°С, таким образом давая продукты реакции в паровой фазе. Процесс может включать дополнительный этап: с) отделения парофазных продуктов реакции от материала-катализатора в виде частиц в течение 10 секунд после образования указанных продуктов реакции; и d) гашения продуктов реакции до температуры ниже 200°С.

Кроме того, гашение, например, ожижение биомассы, например, проводимой при до- или сверхкритических условиях, было решено в прошлом. Например, в US 2010/0063271 A1 раскрывается "динамическая" система превращения жидкой биомассы при сверхкритических условиях для непрерывного превращения выбранного материала биомассы во множество продуктов реакции, и она содержит, в жидкостной последовательности: зону переноса биомассы; зону превращения жидкой биомассы при сверхкритических условиях в токопроводящем корпусе и около центральной оси и зону гашения/отделения продукта реакции. Согласно примерам раскрыто, что полностью загруженный аппарат высокого давления подвергали действию изменяющегося со временем магнитного поля путем возбуждения индукционной катушки переменным электрическим током, который находился в диапазоне от приблизительно 50-100 кГц, в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 2 до 5 секунд. После возбуждения аппарат быстро охлаждают путем гашения при помощи каскадного потока воды.

Данное изобретение само по себе также направлено на обеспечение оптимального способа гашения материала биомассы, который подвергался ожижению при до- или сверхкритических условиях.

Краткое описание второго аспекта изобретения

Указанная выше цель достигается способом гашения реакции ожижения исходного материала - лигноцеллюлозной биомассы, причем указанную реакцию ожижения проводят при до- и/или сверхкритическом условии для производства раствора смеси мономеров и/или олигомеров сахаров, причем гашение проводят, чтобы избежать продолжающегося неблагоприятного разрушения, и где гашение проводят введением воды в раствор смеси мономеров и/или олигомеров сахаров, для быстрого охлаждения раствора так, что компоненты жидкого лигнина или компоненты производных жидкого лигнина сразу переходят в твердое состояние. Быстрый переход в твердое состояние лигнина согласно данному изобретению имеет несколько преимуществ, таких как предотвращение проблем засорения и закупоривания клейким лигнином, прилипающим к внутренним поверхностям технологического оборудования, такого как трубки, и в связи с этим обеспечение лигниновой фазы, которую сравнительно легко отделять и собирать. Твердую лигниновую фазу, которую возможно получить согласно данному изобретению, можно отделить от раствора, удерживающего другие фракции, как твердые, так и жидкие. Такие твердые компоненты могут представлять собой, например, нерастворенную целлюлозу и другие возможные частицы. Жидкая фракция состоит в основном из раствора смеси мономеров и/или олигомеров сахаров. Следует, однако, отметить, что желательно предотвратить отделение твердой лигниновой фазы от твердой целлюлозы, и таким образом лучше отделять и удалять такую целлюлозу перед введением холодной воды, и таким образом перед переходом в твердое состояние лигниновых компонентов, согласно данному изобретению.

Выражение "быстрое охлаждение" следует интерпретировать как подразумевающее, по меньшей мере, охлаждение, необходимое для перехода в твердое состояние жидких лигниновых компонентов или производных жидкого лигнина перед тем, как значительное количество их станет клейким и сможет прилипать к технологическому оборудованию (смотри ниже). Как можно понять, для возможности быстрого охлаждения несколько параметров являются важными такие, как температура раствора смеси мономеров и/или олигомеров сахаров, когда его вот-вот погасят, поток и/или объем этого раствора смеси, поток вводимой для гашения воды и конечно также температура вводимой для гашения воды. Различные варианты осуществления данного изобретения относительно данного вопроса обсуждаются ниже.

В отношении перехода в твердое состояние лигниновых компонентов или жидких компонентов лигниновых производных, которые находятся в жидком состоянии после ожижения, следует сказать, что твердое состояние этих компонентов может находиться в различных формах и видах, таких как кристаллы, например, иголки, "клинышки", частицы, комки, кластеры или подобное. Тем не менее, целью согласно этому аспекту данного изобретения является перевод лигниновых компонентов в твердое состояние очень быстро так, чтобы они не стали клейкими и в связи с этим не могли закупоривать технологическое оборудование, такое как трубки, трубопроводы, последовательные теплообменники или работающий реактор(ы) ожижения. Введение холодной воды согласно данному изобретению разрушает лигниновые компоненты в дисперсии и быстро охлаждает эти компоненты до твердого состояния. Кроме того, введение холодной воды также гасит разложение мономеров.

Во время нормального охлаждения жидких лигниновых компонентов они переходят из жидкого состояния в твердое состояние, однако, когда они проходят свое клейкое состояние, их очень сложно обрабатывать при переработке. Во-первых, в клейком состоянии их сложно извлекать из процесса, и в связи с этим возможная высшая фракция этих компонентов теряется при выходе. Поскольку лигниновые компоненты могут быть дорогостоящими, это нежелательно. Во-вторых, когда они теряются, они обычно прилипают к поверхностям технологического оборудования, и в связи с этим они способствуют проблемам засорения и/или закупоривания в оборудовании. Кроме того, одним важным аспектом проблемы, обсуждаемой выше, является факт того, что диапазон температуры, в котором лигнин клейкий и липкий, сравнительно широк, от приблизительно 10 до приблизительно 20°С или больше. Одним из важных аспектов является то, почему быстрое охлаждение, обеспечивающее немедленный переход лигнина в твердое состояние согласно данному изобретению, является настолько предпочтительным.

Извлечение лигниновых компонентов после процессов ожижения биомасс при до- или сверхкритическом условии было изучено в прошлом. Например, в US 2010/0043782 раскрыт способ получения ксилозы и целлюлозы из биомассы, включающий перемешивание биомассы с реакционно-способной жидкостью, содержащей воду и С1-С5 спирт при сверхкритическом условии, с образованием смеси при первой температуре и первом давлении, выдерживание смеси при первой температуре и первом давлении в течение первого периода времени, причем происходит реакция, и гашение реакции с образованием смеси по меньшей мере одного реакционного продукта, причем ксилозу и целлюлозу производят при помощи способа. Лигнин также, как считается, необязательно получают при помощи способа. В способе реакцию при одностадийном фракционировании биомассы или на каждой стадии двухстадийного процесса фракционирования можно погасить добавлением охлажденного растворителя, например, охлажденной воды/С1-С5 спирта. Способ, как считается, направлен на предупреждение осаждения лигнина посредством добавления спирта в водную фазу, что позволяет отдельно извлекать как точно фракционированную целлюлозу, так и высококачественный лигнин. Посредством добавления спирта лигнин растворяют и оставляют целлюлозу в твердой фазе, и два вещества разделяют фильтрацией. Лигнин осаждается после выпаривания добавленного спирта и может собираться после фильтрации.

Как понимается из вышесказанного, в процессе согласно данному изобретению обрабатываются лигниновые компоненты очень отлично по сравнению с процессом из US 2010/0043782. Согласно данному изобретению лигниновые компоненты переходят в твердое состояние во время гашения путем введения воды, а не добавления растворителя лигнина, такого как спирт. Кроме того, в связи с этим лигнин можно отделять непосредственно после гашения согласно данному изобретению без необходимости в каких-либо последующих этапах, таких как выпаривание спирта согласно US 2010/0043782.

Другой способ описан в WO 2011/091044, обсуждаемой выше, которая раскрывает способы непрерывной обработки биомассы, включающие этап предварительной обработки, где указанная биомасса контактирует с первой жидкостью при сверхкритических, околокритических или докритических условиях с образованием твердого вещества и первой жидкой фракции; и этап гидролиза, причем указанное твердое вещество, образованное на указанном этапе предварительной обработки, приводят в контакт со второй жидкостью при сверхкритических или около сверхкритических условиях с получением второй жидкой фракции и нерастворимой содержащей лигнин фракции. Согласно способам, раскрытым в WO 2011/091044, воду, возможно содержащую кислоту, можно вводить в реактор для гашения. Согласно процессу, раскрытому в WO 2011/091044, предполагается удерживание лигнина в нерастворимом состоянии так, что жидкую фракцию, содержащую ксилозу, и твердую фракцию, содержащую целлюлозу и лигнин, можно разделять после предварительной обработки, например, посредством снятия пены или фильтрации. Также указывают, что температуру гидролизованной взвеси можно снижать так, что лигнин осаждается, возможно без добавления средства для осаждения или флоккулирующего средства.

Также WO 2011/091044 относится к другим способам, чем данное изобретение. Во-первых, способ согласно WO 2011/091044 направлен на сохранение лигнина в нерастворимом состоянии. Способ согласно данному изобретению, однако, относится к мгновенному переходу в твердое состояние жидкого, т.е. растворимого, лигнина или его производных. Во-вторых, осаждение этой возможной фракции, имеющей растворенный лигнин, которое предложено в WO 2011/091044, связано со снижением температуры в общем, возможно без добавления средства для осаждения или флоккулирующего средства. Согласно данному изобретению, однако, предусмотрено быстрое охлаждение, включающее ввод холодной воды, причем указанное быстрое охлаждение проводят для мгновенного перехода в твердое состояние лигниновых компонентов или их производных. В способе согласно данному изобретению обрабатывают и извлекают лигниновые компоненты совершенно инным путем, чем в том, который раскрыт в WO2011/091044. В связи с этим данное изобретение также обеспечивает решение проблем засорения и закупоривания лигнином, когда он переходит из жидкого в твердое состояние. WO 2011/091044 не связано с этой проблемой и, таким образом, не обеспечивает решение этой проблемы.

Конкретные варианты осуществления изобретения

Ниже описаны конкретные варианты осуществления, относящиеся к этому аспекту данного изобретения. Прежде всего, следует отметить, что хотя данное изобретение, согласно этому аспекту, направлено на гашение процесса ожижения лигноцеллюлозной биомассы, различные типы исходных материалов - биомассы возможно использовать согласно данному изобретению. Типы биомассы как из твердой древесины, так и из мягкой древесины возможны, и содержание лигнина изменяется в таких различных типах. Кроме того, содержание лигнина может также меняться в пределах одного конкретного типа биомассы.

Как раскрыто выше, способ согласно данному изобретению можно рассматривать как способ, включающий по меньшей мере два этапа, один этап ожижения и один этап гашения. Предварительную обработку перед ожижением, а также этапы разделения можно также включить в способ. Несмотря на это, предшествующее ожижение является важным этапом данного изобретения. Согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят в горячей жидкой воде под давлением (HCW) при до- и/или сверхкритическом условии. Следует сказать, что ожижение можно также проводить в смесях при до- и/или сверхкритическом условии, например, в смеси HCW вместе с количествами кислот, диоксида углерода или этанола. Использование HCW, возможно с добавлением некоторого количества кислоты(кислот), однако предпочтительно в качестве растворителя для ожижения согласно данному изобретению.

Что примечательно из вышеуказанного, ожижение можно проводить при "до- и/или сверхкритическом условии", что включает то, что оба эти условия возможны, а также комбинация, где один первый этап ожижения сначала можно проводить при, например, докритическом условии, и второй этап ожижения можно проводить при, например, сверхкритическом условии. Гашение согласно данному изобретению можно таким образом проводить также после первого такого этапа ожижения, при этом затем можно отделять лигниновые компоненты, что в свою очередь включает то, что второе гашение, после второго ожижения, можно проводить без перевода в твердое состояние лигниновых компонентов, если такие не присутствуют. В связи с указанным выше следует отметить, что ожижение согласно данному изобретению предпочтительно проводят при докритическом условии для HCW, но выше 200°С. Таким образом, согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят при температуре по меньшей мере 200°С. Биомасса содержит целлюлозу, гемицеллюлозы и возможно лигнин. Поскольку гемицеллюлозы растворяются при более низкой температуре, чем целлюлоза, однако при более высокой температуре, чем лигнин, температура ожижения может изменяться и зависит от предполагаемого ожижения. Согласно данному изобретению может представлять интерес отделение лигниновой фазы в то же время, когда гемицеллюлозы отделяют, что происходит перед тем, как целлюлозу переводят в жидкое состояние на следующем этапе. Таким образом, согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят при температуре в диапазоне 200-300°С, таком как 220-280°С или 225-265°С. Затем проводят введение холодной воды для перевода в твердое состояние и удаления лигниновой фазы перед, например, другим ожижением целлюлозной фазы. Для эффективного растворения гемицеллюлозы температуру следует предпочтительно удерживать на по меньшей мере 230°С, предпочтительно по меньшей мере 250°С. В связи с этим эти температуры можно рассматривать как предпочтительные минимальные уровни для ожижения согласно данному изобретению.

Для растворения целлюлозы температура должна быть по меньшей мере 280°С. Согласно данному изобретению лигнин можно вместо этого отделить после такого ожижения, например, если имеется один этап ожижения. Таким образом, согласно одному конкретному варианту осуществления данного изобретения ожижение проводят при температуре по меньшей мере 280°С. Также время реакции является важным параметром. Согласно данному изобретению время реакции следует выдерживать коротким, независимо от того используется ли, например, полунепрерывная или поточная система для ожижения и гашения. Время реакции, т.е. время, когда температуру удерживают на заданном минимуме во время ожижения, составляет от менее 1 с до 30 с, например, от 1,5 до 30 с, что является предпочтительным диапазоном согласно данному изобретению. Следует отметить, что также подачу исходного сырья - биомассы, а также загрузку HCW, можно проводить по-разному и при помощи различных альтернатив перемешивания.

Как сказано выше, предпочтительно ожижение проводят при докритическом условии для HCW, которое включает температуру ниже 374°С. Предпочтительный диапазон для ожи