(57)【要約】【課題】多様なバイオマスに由来する高純度のアルジトール及び他の標的副生成物を回収するための効率的かつ高収率なプロセスを提供する。【解決手段】本発明は、標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを選択することと、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを連続的に水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを連続的に水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含むプロセスを提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
特定のアルジトールを生産するためにバイオマス由来のヘミセルロース加水分解物を処理することは、複雑で非効率かつコストが嵩むものである。例えば、ヘミセルロース性原材料のフィードストックの使用によって充分に高純度のアルジトールの抽出収率を得るには多大な困難が伴う。確立された最新技術に基づいて実施される数ある処理工程の中でも、様々な精製及び分離ユニットの操作に伴って連続的にカスケード状の損失が生じ、それらはアルジトールの回収の効率の低下及びスケールの減少につながる。現在、ソルビトールは、シングルストリームのＣ６糖、通常は水素化されたトウモロコシグルコースから生産されており、一方、キシリトールは、カラマツ又はポプラの樹に由来するシングルストリームのＣ５糖から生産されている。多様な分離されていないヘミセルロース性フィードストックに由来する混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを利用して、Ｃ２〜Ｃ４標的グリコール以外に、また所望であれば、それぞれの標的Ｃ５／Ｃ６アルジトールを回収することができるプロセスが、当該技術分野において依然求められている。
【０００２】
実際、多様なバイオマスに由来する高純度のアルジトール及び他の標的副生成物の回収を目的とする一方で、更なる下流の操作に伴う非効率性及び損失を最小限に抑えた、効率的かつ高収率なプロセスが依然求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態では、プロセスは、各生成物の最大限の個別回収を行うことなく、生成物の全体回収率を最適化することを含み、生成物は、標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンド、及び標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを含む。プロセスは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含み、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、標的アルジトール／アルジトールの標的ブレンド又は標的グリコール／グリコールの標的ブレンドのいずれかである。
【０００４】
別の実施形態では、プロセスは、各生成物の最大限の個別回収を行うことなく、生成物の全体回収率を最適化することを含み、生成物は、キシリトール、及び標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを含み、プロセスは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームからキシリトールを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含み、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、キシリトール又は標的グリコール若しくはグリコールの標的ブレンドのいずれかである。
【０００５】
更に別の実施形態では、プロセスは、各生成物の個別の完全な回収を行う必要なく、生成物の全体回収率を相乗的に改善することを含み、生成物は、標的Ｃ５／Ｃ６モノマー糖又はＣ５／Ｃ６モノマー糖の標的ブレンド、及び標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを含み、プロセスは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームから標的Ｃ５／Ｃ６モノマー糖又はＣ５／Ｃ６モノマー糖の標的ブレンドを単離して残留混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、残留混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含み、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、標的Ｃ５／Ｃ６モノマー糖／Ｃ５／Ｃ６モノマー糖の標的ブレンド又は標的グリコール／グリコールの標的ブレンドのいずれかである。
【０００６】
別の実施形態では、プロセスは、モノマー糖ストリームを水素化して混合アルジトールストリームを形成することと、混合アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを回収して残留混合アルジトールストリームを残すことと、残留混合アルジトールストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、を含む。
【０００７】
別の実施形態では、プロセスは、モノマー糖ストリームを水素化して混合アルジトールストリームを形成することと、混合アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを回収して、残留混合アルジトールストリームを残すことと、残留混合アルジトールストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを回収することと、を含む。
【０００８】
別の実施形態では、プロセスは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを回収して残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、を含む。
【０００９】
別の実施形態では、プロセスは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを回収して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、前記残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを回収することと、を含む。
【００１０】
別の実施形態では、プロセスは、混合モノマー糖ストリームから少なくとも１種類の標的モノマー糖を回収して、残留混合モノマー糖ストリームを残すことと、回収された標的モノマー糖を水素化して少なくとも１種類の標的アルジトールを形成することと、残留混合モノマー糖ストリームの少なくとも一部を水素化して混合アルジトールストリームを形成することと、混合アルジトールストリームを水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、を含む。
【００１１】
別の実施形態では、プロセスは、標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを選択することと、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを連続的に水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを連続的に水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含み、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、標的アルジトール／アルジトールの標的ブレンド又は標的グリコール／グリコールの標的ブレンドのいずれかである。
【００１２】
本明細書で使用するところの「アルジトール」なる用語は、「多価アルコール」、「糖ポリオール」、及び「糖アルコール」と同義である。「アラビトール」、「アラビノール」、「アラビニトール」、及び「リキシトール」は同義である。開示されるプロセスによって生産される代表的なアルジトールとしては、キシリトール、ソルビトールなどが挙げられる。代表的な５炭素（Ｃ５）のアルジトールとしては、アラビトール、リビトール、及びキシリトールが挙げられる。代表的な６炭素（Ｃ６）のアルジトールとしては、アリトール、ガラクチトール、イジトール、マンニトール、ソルビトール、及びタリトールが挙げられる。「Ｃ５／Ｃ６アルジトール」としては、Ｃ５アルジトールとＣ６アルジトールとを任意の比で含むアルジトールの混合物が挙げられる。「混合Ｃ５／Ｃ６糖モノマー」とは、五炭素（Ｃ５）の単糖（ペントース）と六炭素（Ｃ６）の単糖（ヘキソース）とを任意の比で含むモノマー糖（すなわち単糖類）の混合物を意味する。代表的なＣ５及びＣ６単糖類としては、植物バイオマスに由来するもの、具体的には、アラビノース、リキソース、リボース、リブロース、キシロース及びキシルロース、並びにフルクトース及びグルコースなどのＣ６糖が挙げられる。
【００１３】
「グリコール」とは、異なる炭素に結合した２個のヒドロキシ（ＯＨ）基を有する分子を意味する。「２炭素（Ｃ２）、３炭素（Ｃ３）、及び４炭素（Ｃ４）グリコールとしては、それぞれ、エチレングリコール、プロピレングリコール、及びブタンジオール異性体が挙げられる。
【００１４】
用語「含めた（comprising）」（「含む（comprises）」等も）、「有する（having）」、及び「含めた（including）」は、本明細書で用いる場合、包括的（上限なし）であり、追加の列挙されていない要素又は方法の工程を除外しない。文脈が明らかに既定しない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、複数の指示対象を含む。同じ特徴又は成分を目的とする全ての範囲の端点は、独立して組み合わせ可能であり、列挙された端点を包含する。用語「これらの組み合わせ」は、一覧の２種以上の成分を包含する。「均質」なる用語は、各成分の均一な混合を指す。用語「第１の」、「第２の」等、「１次」、「２次」等は、本明細書で用いる場合、順序、量、又は重要性を一切示さず、むしろ一要素を他から区別するために使用される。各表中で用いられる「Ｎ／Ａ」とは、データなし（not applicable）を意味し、「ＮＤ」は、検出されず（not detected）を意味し、「ＴＲ」は、微量（trace）を意味する。
本発明の実施形態において、例えば以下の項目が提供される。
（項目１）
標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを選択することと、
混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを連続的に水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、
前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから前記標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、
前記残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを連続的に水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、
前記混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含むプロセスであって、
前記全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、標的アルジトール／アルジトールの標的ブレンド又は標的グリコール／グリコールの標的ブレンドのいずれかである、プロセス。
（項目２）
前記標的アルジトール／アルジトールの標的ブレンド又は標的グリコール／グリコールの標的ブレンドは、同じバイオマス供給原料源に由来する、項目１に記載のプロセス。
（項目３）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、Ｃ５モノマー糖が濃縮されている、項目１又は２に記載のプロセス。
（項目４）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、Ｃ５及びＣ６モノマー糖を合わせた合計に対して６０％以上のＣ５モノマー糖、具体的には６５％以上のＣ５モノマー糖、より具体的には７０％以上のＣ５モノマー糖を含む、項目１〜３のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目５）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、少なくとも４０％のキシロース、２０％以下のアラビノース、２０％以下のグルコース、１５％以下のフルクトース、及び５％以下の他の糖化合物からなる糖組成を有する、項目１〜４のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目６）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、Ｃ６モノマー糖が濃縮されている、項目１又は２に記載のプロセス。
（項目７）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、Ｃ５及びＣ６モノマー糖を合わせた合計に対して６０％以上のＣ６モノマー糖、具体的には６５％以上のＣ６モノマー糖、より具体的には７０％以上のＣ６モノマー糖を含む、項目１又は２に記載のプロセス。
（項目８）
水素化に先立って、Ｃ５モノマー、Ｃ６モノマー、又はこれらの組み合わせの供給源を加えることにより、前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを、目標とするＣ５：Ｃ６モノマー糖比に調節することを更に含む、項目１〜７のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目９）
前記水素化プロセスの前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、前記Ｃ５／Ｃ６モノマー糖に加えて、エタノールと水とを合わせた総重量に対して約２５％〜約５０％のエタノール及び約２５％〜約５０％の水を含む、項目１〜８のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１０）
前記水素化は、水中に約２０〜約２５重量％の総糖質を含み、ｐＨ約７〜約１３、約０．４１〜約３．５のＬＨＳＶ、約６００〜約２０００ｐｓｉｇの水素圧、化学量論的に約３〜約１０倍の水素、及び約１０５〜約１５０℃の温度を有する前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームに対して行われ、９９％以上のＣ５／Ｃ６モノマー糖からアルジトールへの変換率を有する、項目１〜９のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１１）
水素化プロセスによるＣ５／Ｃ６モノマー糖のアルジトールへの変換率が９０％よりも低くなる場合、前記プロセスは再生サイクルを更に含み、触媒がいくぶんファウリングを有する状態で水素化された後の前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは直接的水素化の前に犠牲反応器に送られ、硫黄毒性及び反応器ファウリングを低減し、次いで、前記触媒を段階的に水、腐食剤、及びエタノールで洗浄してファウリング物質を除去した後、水素乾燥及び還元活性化を行う、項目１〜１０のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１２）
触媒寿命は合計で４０００時間を上回り、触媒再生が行われる前の代表的な実行時間は約１０００〜約１８００時間である、項目１１に記載のプロセス。
（項目１３）
前記水素化プロセスは、少なくとも１種類の遷移金属触媒を使用して行われる、項目１〜１２のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１４）
前記水素化プロセスは、少なくとも１種類のニッケル系触媒を、二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化チタン、又はこれらの組み合わせの酸化物基材とともに用いる、項目１〜１３のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１５）
前記水素化プロセスは、ニッケル系触媒を、酸化ジルコニウム又は二酸化チタンの酸化物基材とともに用いて行われる、項目１〜１４のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１６）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、約３５％〜約６５％のＣ５アルジトールと、約６５％〜約３５％のＣ６アルジトールとを含む、項目１〜１５のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１７）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームの総重量に対して、Ｃ５アルジトールとして、約５０重量％〜約９０重量％のキシリトール及び約０重量％〜約２０重量％のアラビニトール（arabinatol）、並びにＣ６アルジトールとして、約０重量％〜約２５重量％のソルビトール及び約０重量％〜約１５重量％のマンニトールを含む、項目１〜１６のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１８）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは水の除去によって濃縮されて、全固形分が６０％以上、具体的には約７０％〜約８５％の濃縮Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成する、項目１〜１７のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目１９）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、多重効用蒸発法、逆浸透圧法、又はこれらの組み合わせによる水又は他の溶媒の除去によって濃縮される、項目１〜１８のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２０）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、クロマトグラフィによってＣ５アルジトール画分とＣ６アルジトール画分とに分離される、項目１〜１９のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２１）
前記標的アルジトールはキシリトールであり、前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、少なくとも５０％のキシリトール、１５％以下のアラビニトール（arabinatol）、２５％以下のソルビトール、及び１０％以下のマンニトールを含む、項目１〜２０のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２２）
前記標的アルジトールはキシリトールであり、約４０重量％〜約８０重量％、具体的には約６０重量％〜約８５重量％、より具体的には約７０〜約７５重量％の総溶解固形含量を有する溶液から結晶化される、項目１〜２１のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２３）
前記標的アルジトールはキシリトールであり、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのキシリトール含量が５０％以上、具体的には５５％以上、より具体的には６０％以上であり、前記結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのアラビトールの量が１０％以下、具体的には５％以下、より具体的には２％以下であり、前記結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのマンニトールが１０％以下、具体的には５％以下、より具体的には２％以下であり、前記結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのソルビトールが１５％以下、具体的には１０％以下、より具体的には５％以下である、溶液から結晶化される、項目１〜２２のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２４）
前記溶液は
貧溶媒を含まない、又は
前記溶液は、水とエタノールとの組み合わせ、具体的には約９５：５の比の水：エタノール〜１：１の比の水：エタノールを含む、項目２２又は２３に記載のプロセス。
（項目２５）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、クロマトグラフィによってＣ５アルジトール画分とＣ６アルジトール画分とに分離され、
前記Ｃ５アルジトール画分から、エタノールを含むか又は含まない水を用いて標的アルジトールが結晶化され、母液は前記残留混合アルジトールストリーム又は前記残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームである、項目１〜２４のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２６）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから結晶化により標的アルジトールを単離することは、前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから、エタノール、水、又はこれらの組み合わせを除去することを含む、項目１〜２５のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２７）
前記標的アルジトールはＣ５アルジトール又はＣ６アルジトールである、項目１〜２６のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２８）
前記標的アルジトールはキシリトールである、項目１〜２７のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目２９）
前記標的アルジトールはソルビトールである、項目１〜２８のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３０）
前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから前記標的アルジトールを単離するのに先立って、Ｃ５アルジトール、Ｃ６アルジトール、又はこれらの組み合わせの供給源を加えることによって、前記混合アルジトールストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを目標とするＣ５：Ｃ６アルジトール比に調節することを更に含む、項目１〜２９のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３１）
前記水素化分解は、水中の約２０〜約２５重量％のアルジトールの全固形分、ｐＨ約７〜約１３、約０．４〜約４．０のＬＨＳＶ、約１２００〜約２０００ｐｓｉｇの水素圧、約１９０〜約２５０℃の温度を有する前記残留混合アルジトール又は前記残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームに対して、ニッケル系触媒の存在下で行われることによって、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、ブタンジオール異性体、又はこれらの組み合わせを含む前記混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成する、項目１〜３０のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３２）
前記混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームは、いずれの量も前記混合グリコールストリームの総重量に対する重量％として、約１５％〜約５０％のプロピレングリコール、約１５％〜約４０％のエチレングリコール、約１０％〜約４０％のグリセリン、及び約５％〜約３０％のブタンジオール異性体を含む、項目１〜３１のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３３）
前記混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームは、エタノール及びプロパノールを更に含む、項目１〜３２のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３４）
前記水素化分解プロセスの前記残留混合アルジトール又は残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、アルジトールに加えて、エタノールと水とを合わせた総重量に対して約２５％〜約５０％のエタノール及び約２５％〜約５０％の水を含む、項目１〜３３のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３５）
前記水素化分解プロセスは、ニッケル系触媒を、酸化ジルコニウム、二酸化チタン、又はこれらの組み合わせの基材とともに用いて行われる、項目１〜３４のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３６）
前記水素化分解プロセスによるＣ５／Ｃ６アルジトールのグリコールへの変換率が９０％を下回った場合、前記プロセスは、ファウリング物質を除去するための段階式の温水、腐食剤、及びエタノールによる触媒洗浄後に水素乾燥及び還元活性化を行うことを含む再生サイクルを更に含む、項目１〜３５のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３７）
標的グリコールを単離することは、抽出蒸留プロセス、共沸蒸留プロセス、又はこれらの組み合わせを含む、項目１〜３６のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３８）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、結晶化によってコンディショニングされたＣ５／Ｃ６モノマー糖を含む、項目１〜３７のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目３９）
前記Ｃ５モノマー糖はキシロースである、項目３８に記載のプロセス。
（項目４０）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、加水分解されたバイオマスに由来する、項目１〜３９のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目４１）
前記バイオマスは、バガス（サトウキビバガス、ソルガムバガス、又はサトウダイコンバガス）、トウモロコシ穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎、穀稈（大麦、オート麦、米、小麦）、イネ科植物（スイッチグラス）、広葉樹材（カバノキ、ポプラ、ハンノキ、ユーカリ）、植物の葉、植物の茎、針葉樹材（ヒマラヤスギ、ツガ、マツ、又はトウヒ）、亜硫酸パルプ廃液、藻類多糖類由来のキシラン、又はこれらの組み合わせである、項目４０に記載のプロセス。
（項目４２）
前記バイオマスは、サトウキビバガス、麦稈、ポプラ、ユーカリ、ハンノキ、又はこれらの組み合わせである、項目４０に記載のプロセス。
（項目４３）
前記バイオマスは、超臨界及び水熱分解、アルカリ加水分解、酸加水分解、酵素加水分解、又は酸と酵素加水分解との組み合わせによって分解される、項目４０〜４２のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目４４）
前記バイオマスの分解は、パルプと、糖モノマー、セルロース、グルコース、ヘミセルロース、ヘミセルロース系オリゴマー化合物、可溶化リグニン、並びに糖以外の有機化合物、灰、及び無機夾雑物などの不純物を含むバイオマス加水分解物ストリームとを形成する、項目４３に記載のプロセス。
（項目４５）
前記バイオマスの分解から得られるセルロースからグルコースまでの糖類は、Ｃ５の発酵不能な糖類を濃縮する非ＧＭＯ酵母によるグルコースのエタノールへの古典的発酵によって除去される、項目４０〜４４のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目４６）
前記バイオマス加水分解物ストリームからセルロースを選択的に除去することにより、リグニン及び混合Ｃ５／Ｃ６糖類に富んだストリームが生じることを更に含む、項目４５に記載のプロセス。
（項目４７）
前記バイオマス加水分解物ストリームからセルロースを選択的に除去することにより、リグニンに富み、かつ混合Ｃ５／Ｃ６糖類に富んだストリームが生じることを更に含み、糖類のＣ６に対するＣ５の比が、１５〜２０％の一般的なバイオマスのＣ５／Ｃ６の比と比較して７５％〜２５％である、項目４５に記載のプロセス。
（項目４８）
前記リグニン及びＣ５／Ｃ６糖類に富んだストリームから前記リグニンを除去して、Ｃ５／Ｃ６糖類に富んだストリームを形成することを更に含む、項目４６又は４７に記載のプロセス。
（項目４９）
分子量の異なるリグニンが、漸進的に分子量がより小さいリグニンを除去する多段階の膜濾過及びｐＨ調整によって除去される、項目４８に記載のプロセス。
（項目５０）
前記Ｃ５／Ｃ６糖類に富んだストリームを加水分解して、前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することを更に含む、項目４６〜４９のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目５１）
前記加水分解することは、酸加水分解を用いて行われる、項目５０に記載のプロセス。
（項目５２）
前記加水分解することは、アルカリ加水分解を用いて行われる、項目５０に記載のプロセス。
（項目５３）
前記加水分解することは、酵素反応を用いて行われる、項目５０に記載のプロセス。
（項目５４）
前記モノマー糖ストリーム又は前記混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームをコンディショニングして、糖類以外の有機化合物及び無機夾雑物を除去することによってコンディショニングされたモノマー糖ストリーム又はコンディショニングされたＣ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することを更に含み、前記コンディショニングされたモノマー糖ストリーム又はコンディショニングされたＣ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは次に前記水素化工程に供される、項目１〜５３のいずれか１項に記載のプロセス。
（項目５５）
前記コンディショニングは、濾過、ナノ濾過、イオン交換プロセス、電気化学プロセス、活性炭素処理、沈殿、又はこれらの組み合わせを含む、項目５４に記載のプロセス。
（項目５６）
前記コンディショニングは、２段階の精選した活性炭素及びイオン交換処理を含む、項目５４に記載のプロセス。
（項目５７）
前記コンディショニングは、段階的電気透析法、強酸イオン交換樹脂処理、及び硫酸カルシウム化学沈殿法を含み、任意的に使用済み無機物質を回収することを更に含む、項目５４に記載のプロセス。
（項目５８）
アルカリ条件を用いて麦稈を分解して、混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを形成することと、
前記混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームをコンディショニングして、リグニン、有機不純物、及び無機不純物を除去することと、
酸性条件下で前記混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを加水分解して、前記水素化工程に供される混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、を含み、
前記標的アルジトールはキシリトールであり、前記標的グリコールはプロピレングリコールであり、
キシリトールは、任意的にエタノール又はイソプロパノール貧溶媒を用いた結晶化によって単離される、項目１に記載のプロセス。
（項目５９）
酵素反応を用いて麦稈を分解して、混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを形成することと、
前記混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームをコンディショニングして、リグニン、有機不純物、及び無機不純物を除去することと、
酸性条件下で前記混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを加水分解して、前記水素化工程に供される混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、を含み、
前記標的アルジトールはキシリトールであり、前記標的グリコールはプロピレングリコールであり、
キシリトールは、任意的にエタノール又はイソプロパノール貧溶媒を用いた結晶化によって単離される、項目１に記載のプロセス。
（項目６０）
ツガ、ハンノキ、又はこれらの組み合わせを分解して、混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを形成することと、
前記混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームをコンディショニングして、リグニン、有機不純物、及び無機不純物を除去することと、
前記混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを加水分解して、前記水素化工程に供される混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、を含み、
前記標的アルジトールはキシリトールであり、前記標的グリコールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、又はこれらの組み合わせであり、
キシリトールは、任意的にエタノール又はイソプロパノール貧溶媒を用いた結晶化によって単離される、項目１に記載のプロセス。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は以下の図を含む。すなわち、
【００１６】
【図１】バイオマスフィードストック（１００）からのバイオマス分解（１）、バイオマス分画化（２）、リグニン回収（３）、ヘミセルロースオリゴマーの単糖への変換（４）、及び任意選択的な単糖の単離（５）を含む、バイオマス初期段階（２０）の代表的なプロセスフロー図である。
【００１７】
【図２】水素化（３０）供給原料からの標的アルジトールの抽出（１０）、改良されたアルジトール抽出（１１）、他のアルジトールの抽出（１２）、及びアルジトールのバランス化（１３）を含む、分離及び結晶化段階（４０）の代表的なプロセスフロー図である。
【００１８】
【図３】水素化分解（１４）とグリコール分離（１５）とを含む、水素化分解及び分離段階（５０）のプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書では、多様なヘミセルロース含有バイオマスからアルジトール及び／又はグリコールを回収することを目的とした、予想外に相乗的かつ効果的なプロセスについて開示する。従来のキシリトールの生産法は、一般的にはシングルストリームのフィードストックからのキシリトール回収のみに主眼を置いたものであり、回収は複雑で、コストが高く、非効率で、リグニン及び灰などの高濃度のキシロース以外のアルドース有機物のために高純度を実現することが困難である。例えば、世界全体のキシリトール産業の大多数では、トウモロコシの穂軸又はカラマツ／ポプラを原料としたキシロースフィードストックを主に使用しているが、これは、完全なキシリトール回収率に達するまで水素化操作を行うために大がかりな精製処理を必要とし、相当の時間、費用、及び複雑さを伴う。同様に、世界的なエチレングリコール及びプロピレングリコール生産の相当量は、石油又は天然ガスなどの化石燃料フィードストックのみを使用している。グリコール生産では、セルロースバイオマスなどの化石燃料以外のフィードストックの大規模な商業的利用は現在行われていない。これらの従来の製造プロセスでは、多様なフィードストック出発物質の、種類にとらわれない使用も可能でなければ、水素化副生成物のインラインでの回収及び変換も可能ではない。
【００２０】
このような現行の技術に対して、開示される本発明のプロセスは、種類にとらわれない、多様な未分離の又は分離されたフィードストックの使用を可能とするものである。例えば、本発明のプロセスでは、麦稈、広葉樹材、及びビートからなる単一の未分離のフィードストックを使用することもできるが、更に、本プロセスでは、供給量、価格変動などに応じて、麦稈、広葉樹材、又はビートのいずれかの単一の分離されたフィードストックを交互に使用することもできる。したがって、開示されるフィードストックの中立的プロセスは、非効率的な変換のために外国産で供給量の限定された、高価なフィードストックに依存することを回避する一方で、水素化副生成物を回収、変換することによって更に効率が高まるものである。実際、本明細書に開示される実施形態は、全体の収率を最大化させるために従来技術からの転換を図ったものであり、全体的な製造設備の柔軟性及び操業効率を飛躍的に向上させるものである。例えばキシロース及び／又はキシリトールの現在の生産方法は、所定の量のフィードストックからの収率を最大化し、廃棄物を最小限に抑えることに主眼を置いたものであり、生産を行うために、毎回の操作ごとに効率及び収率が低下する複数回の回収及び操作ループを用いる場合がある。同様に、（糖類、アルジトール、グリセロール、又はこれに類する化合物からの）グリコールの生産を目的としたいくつかのプロセスもまた、連続的にカスケード化し、連続的に効率が低下する操作ループを用いることによって、グリコール収率を最大化して廃棄物を最小限に抑えることに操作の主眼を置いている。本明細書に開示される多くのプロセスは、キシリトール又はグリコールのいずれかの収率を個別に最大化しないことにより、当該技術分野とは相反する教示に基づいたアプローチを採用している。むしろ、開示されるプロセスは、最初にキシリトールの初期画分を回収する一方で残部をグリコールに変換させることにより、全体の収率を相乗的に最適化するものである。したがって、従来技術では回収されたであろう一部のキシリトールがグリコールに変換されるため、キシリトールの収率は低下することになる。また、グリコールに変換されていた可能性のある一部のキシリトールがキシリトールとして回収されるために、グリコールの収率も低下する。キシリトール又はグリコールのいずれかの収率は一見したところ、最適とはいえないため、現行技術ではまったく推奨されないものである。しかしながら、開示されるプロセスの各実施形態は、予期せずして、また、相乗的に、キシリトール及びグリコールの（個別の、かつ相殺する生産ではなく）全体の合計収率の増大を実際には促進し、製造設備の効率を高めるものであった。本明細書に述べられるプロセスは、キシリトール及びグリコールの生産に限定されるものではない。
【００２１】
したがって、これにより、例えば、キシリトールとプロピレングリコール、ソルビトールとエチレングリコール、又はキシロース／ソルビトールとブタンジオール類との混合物のような、対象とする複数の生成物のストリームを、全体的な効率、コスト、及び廃棄物生成にマイナスの影響を及ぼす、個々の標的生成物成分の最大収率を得るという一般的な制約を伴うことなく、回収することができる。
【００２２】
一般的な一実施形態では、プロセスは、フィードストック源に基づいた少なくとも２種類の標的生成物を選択することを含み、少なくとも２種類の生成物の全ての生成物収率は、１種類のみの生成物の収率を最大化しようとする場合よりもプロセスがより効率的となるようなものである。本明細書でより具体的に述べるように、フィードストック源は、バイオマスフィードストック、加水分解物ストリーム、モノマー糖ストリーム、又はそれらの組み合わせとすることができる。一実施形態では、フィードストック源の少なくとも９０％が標的アルジトール及びグリコールに変換される。一実施形態では、フィードストック源は、少なくとも２種類の標的生成物に変換され、全ての標的生成物収率の少なくとも１０％が少なくとも２種類の標的生成物のうちの一方であり、具体的には全ての標的生成物収率の少なくとも１５％、少なくとも２０％、又は少なくとも２５％である。全ての標的生成物の収率を維持するうえで必要な場合には、プロセスは、フィードストック源に変化がある場合、少なくとも２種類の標的生成物の選択を変更することを更に含む。少なくとも２種類の標的生成物は、標的［Ｃ５／Ｃ６］アルジトール、［Ｃ５／Ｃ６］アルジトールの標的ブレンド、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖のブレンド、標的Ｃ２〜Ｃ４グリコール、Ｃ２〜Ｃ４グリコールの標的ブレンド、有機酸、本明細書の表Ａの化合物、又はそれらの組み合わせであってよく、また、具体的には、標的生成物の少なくとも一方は標的Ｃ２〜Ｃ４グリコール又はＣ２〜Ｃ４グリコールの標的ブレンドである。更に、この実施形態では、いずれのシングルフィードストックストリームに対しても、行われる操作ループ又は操作処理の回数は２回又は３回以下であり、具体的には２回以下、より具体的には１回である。操作ループ又は操作処理は、本明細書に述べられる水素化、水素化分解、バイオマス分解プロセス、又は単離プロセスであってよい。フィードストックストリームは、あらゆる出発フィードストックストリーム、又はプロセスで形成される中間フィードストックストリームであってよい。代表的なフィードストックストリームとしては、本明細書に述べられるような、バイオマスフィードストックストリーム、加水分解物ストリーム、モノマー糖ストリーム、アルジトールストリーム、グリコールストリーム、又はこれらの組み合わせが挙げられる。更なる一実施形態では、フィードストックストリームを外部材料で改変又は補充することで、フィードストックストリームの組成を変化させることができる。
【００２３】
より具体的には、本明細書では、様々なバイオマス源に由来し得るＣ５含有モノマー糖ストリームからＣ５糖をコンディショニングし、これらのコンディショニングされた（精製された）糖を水素化によって特定の標的アルジトールに、更に水素化分解によって特定の標的グリコールに変換することを対象とした一実施形態が開示される。本プロセスは、従来技術の効率及び全ての生成物収率の課題を解決した、バイオマス由来の混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームからの標的Ｃ５／Ｃ６アルジトール及び標的Ｃ２〜Ｃ４グリコールの生産を対象とし得る。あるいは、プロセスは、Ｃ５モノマー糖ストリームをコンディショニングすることを対象としてもよく、これにより、Ｃ５ストリームは、２〜４炭糖、６〜１２炭糖、グリセロール、グリコール、不純物などを含み得る。あるいは、プロセスは、様々なバイオマス源に由来するＣ５／Ｃ６比の異なる混合されたＣ５及びＣ６糖をコンディショニングし、標的モノマー糖（例えばキシロース）又は標的モノマー糖のブレンドを単離し、残留物を水素化分解によって特定の標的グリコールに変換することを対象とする。水素化又は水素化分解のいずれかを含むこれらの述べられたプロセスは、バッチ式でも連続式でもよい。任意の数の実施形態において、更なるアルジトールを残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームの水素化分解に供して、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成してもよい。
【００２４】
共生成物としてのアルジトールとグリコールの生成は、ヘミセルロース系モノマーＣ５／Ｃ６加水分解物を水素化してアルジトールとすることと、標的アルジトールの結晶化／除去後の残留物をその下流で水素化分解してグリコールを生成することとの組み合わせによって行われる。簡単にいうと、アルドースをアルジトールと標的アルジトール（単数又は複数）とに水素化した後、標的以外のアルジトールを含む多くの残留物質をグリコール生成物に変換することができる。
【００２５】
適当なバイオマスフィードストックは、水素化される際に各種のアルジトールを生成し得る単糖の混合物を与えるものである必要がある。したがって、これらに限定されるものではないが、麦稈、バガス、亜硫酸パルプ廃液、広葉樹材、ハイブリッドポプラ、イネ科植物、サトウキビ、ビーツ、デンプンなどの多様な供給源を、本明細書に開示される発明のプロセスのフィードストックとして使用することができる。加水分解後、加水分解溶液は、例えば少なくとも１種類のＣ５糖、少なくとも１種類のＣ６糖、又はこれらの組み合わせを有するモノマー糖ストリームを与える（「混合モノマー糖ストリーム」）。加水分解された混合モノマー糖ストリームは精製されてもよく、その後に水素化されて、キシリトール、マンニトール、及びソルビトールの任意の組み合わせなどの１種類より多くのアルジトールを含む混合アルジトールストリームを生成する（「混合アルジトールストリーム」）。キシリトール及び／又はソルビトールのような標的アルジトールは、例えば結晶化又はクロマトグラフィによって溶液から回収することができる。これらの標的アルジトールは、食品用途に適した高い純度で回収することができる。アルジトール単離工程によって回収されなかった加水分解溶液の成分（「残留混合アルジトールストリーム」）は、この後、更に水素化分解されて工業又は食品グレードのグリコールが回収され得る。任意選択的に、「バランス化された全体の全生成物又は化学量論的回収及び値」の原理にしたがって、グリコールを生成する処理を行う代わりに、そのように所望であれば、標的アルジトールの結晶化の後又は前に更なるアルジトールを回収してもよい。
【００２６】
バイオマスフィードストック材料の分解及び加水分解によって得られる加水分解物ストリームからの成分は、化学的に特徴付けるか、かつ／又は物理的に決定することができる。決定される値としては、加水分解物ストリームの各成分の乾燥重量比率（％）、加水分解物ストリーム中のＣ５糖とＣ６糖との比、加水分解物ストリーム中の全Ｃ５糖に対するキシロース及び／又はアラビノースの比などがある。この情報から、それぞれの形態の標的物質の回収率の設計上のバランスを計算により求めて、「最適な全体の全生成物又は化学量論的回収値」を得る。多くの標的アルジトール及び標的グリコールを、このプロセスによって生産することができる。「最適な全体の全生成物又は化学量論的回収値」を計算する方法は、標的グリコールの収率に対する標的アルジトールの収率を説明するためのものとすることができる。例えば、一実施形態では、加水分解物ストリームに水素化が行われた後、主ストリームからキシリトールが抽出される。更なる処理の後、プロピレングリコールをストリームから精製する。プロピレングリコール収率に対するキシリトール収率の比は測定され、（個々の、また相殺する生産と比較して）最適化された全体の全生成物収率又は化学量論的回収値に達するように、プロセスのパラメータ及び条件、バイオマスフィードストック、他のＣ５／Ｃ６源の添加などを変更することにより調整される。同様のことを、標的アルジトールとしてのアラビトール及び標的グリコールとしてのエチレングリコールに、又は、標的グリコールとしてのグリコールのブレンド若しくは混合物、及びアルジトールのブレンド若しくは混合物を含む、標的アルジトールとしての任意のアルジトールと標的グリコールとしての任意のグリコールとの任意の組み合わせに対して行うことができる。例えば、キシリトールとソルビトールとのブレンドを標的アルジトールとし、プロピレングリコールとエチレングリコールとのブレンドを標的グリコールとすることができる。
【００２７】
キシリトールが標的アルジトールである場合、開示されるプロセスに適したバイオマスフィードストックの組成及び構造の選択には、他の糖誘導体と比較して高いキシロース糖誘導体の比、及び他の成分と比較して容易な、キシロース糖誘導体を抽出するうえでのアクセシビリティーが含まれ得る。
【００２８】
他のアルジトールと比較して高いキシリトールの比は、キシリトールが総アルジトール濃度の８０％以上の濃度を有することによって例示される。したがって、合計で糖由来固形分８０重量％にまで濃縮され、この固形分の８０％超がキシリトールである溶液では、キシリトールの正味濃度は６４％以上となる。総アルジトール濃度の９０％以上の濃度を有するキシリトールは７２％の正味濃度を与え、これは更に高い収率を与える。キシリトールが標的アルジトールである場合、フィードストックの総Ｃ５糖含量は、具体的には２５％超、具体的には６０％超、より具体的には９０％超である。同じ実施形態において、フィードストックのキシロース含量は、具体的には２０％超、より具体的には５０％超、更により具体的には８０％超である。
【００２９】
混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリーム中に存在するものなどのアルドースの適当な水素化は、灰、糖以外の有機化合物、並びに塩化物アニオン及びリン酸塩などの他の無機化学種の除去を促す処理工程を更に含んでもよい。バイオマスフィードストックの前処理及び活性炭素の使用を用いることができる。バイオマスフィードストックは、様々な熱機械的、アルカリ、酵素的又は酸性水素化操作による分解によって、有用なＣ５モノマー糖ストリームに変換することができる。Ｃ５モノマー糖ストリームは、任意選択的に、２〜４炭糖、６〜１２炭糖、グリセロール、グリコール、不純物などを含み得る。あくまで例であって限定するものではないが、図１に示されるような、分画化、リグニンの回収、単糖類の単離、及び有機／無機不純物の除去操作などの任意の数の下流操作にＣ５ストリームを供することによって、更に任意選択的に「クリーンな」Ｃ５ストリームを更に与えることができる。これにより、数ある利点の中でも、触媒作用寿命を延ばし、アルジトールの結晶化を妨げる不純物を最小限に抑えることができる。
【００３０】
（代表的な標的アルジトール生成物としての）キシリトールの結晶化を促進するには、キシリトール（最小濃度）及び他のアルジトール（最大濃度）の閾値濃度レベルを確立して供給することで、効率的な収率でのキシリトールの回収を、高付加価値用途に適した純度で行うことができる。更なる詳細は、下記の「改良アルジトール抽出」の項で述べる。
【００３１】
標的アルジトール生成物の結晶化は、アルジトール結晶化による収率を高めるための貧溶媒（例えばエタノール又はイソプロパノール）を任意選択的に使用することによって、促進することもできる。このような貧溶媒は、固液分離を容易とし、濾過時間を改善することもできる。
【００３２】
一実施形態では、プロセスは、シングルバイオマスストリームに由来する混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを精製して、精製された混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、精製された混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化によってＣ５／Ｃ６アルジトールに変換することと、前記Ｃ５／Ｃ６アルジトールを個々に分画するか又は前記Ｃ５／Ｃ６アルジトールをその全体で若しくは部分的に精製することと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリーム（それほど標的とされていないアルジトール）を形成することと、を含む。この残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリーム（それほど標的とされていないアルジトール）は、グリコールを得るための水素化分解用フィードストックストリームとなる。標的アルジトール生成物は、（固体）結晶又は液体濃縮物として除去することができる。
【００３３】
一実施形態では、プロセスは、多様なバイオマス源に由来する混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを精製することと、精製された混合物をＣ５／Ｃ６モノマー糖（例えば大幅に高いＣ５濃度を有する）と加え合わせることと、これらの濃縮されたアルドースを既存のＣ５／Ｃ６モノマー糖源に加えて標的Ｃ５又はＣ６アルドースを高めることと、精製された混合Ｃ５／Ｃ６及び／又は高められたアルドース糖ストリームを水素化によってＣ５／Ｃ６アルジトールに変換することと、Ｃ５／Ｃ６アルジトールを個々に分画するか又は前記Ｃ５／Ｃ６アルジトールをその全体で若しくは部分的に精製することと、を含む。また、Ｃ５／Ｃ６濃縮アルドースストリームを選択的に水素化して混合アルジトールとし、標的アルジトールを結晶化などによって除去した後、水素化分解に先立って残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームに外部のアルジトール（グリセリンなど）を加えることもできる。本明細書で使用するところの「グリセリン」とは「グリセロール」と同じものである。
【００３４】
一実施形態では、外部の高Ｃ５モノマーストリーム（任意の供給源由来のもの）を、単一又は多様なバイオマス源に由来する混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームに加えることによって、水素化に先立ってＣ５／Ｃ６モノマー糖の比を高め、その後、標的アルジトールを抽出することもできる。更なる外部の標的以外のアルジトール（例えばＣ３のグリセリン又はＣ６のソルビトール）を水素化及び標的アルジトールの除去後に加えて、下流での水素化分解によるグリコールへの変換率を高めることもできる。
【００３５】
標的アルジトール及び標的グリコールを共生成物として生産するためのこの統合されたプロセスでは、ヘミセルロース加水分解物のアルジトールへの水素化（母液）の後、母液から標的アルジトールを除去するという独特の組み合わせを行い、下流で（標的アルジトールの結晶化後の残留物の）水素化分解を行ってグリコールを生成する。標的アルジトール回収からの残留物には、標的以外のアルジトール（例えば異なる比のアラビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトールなどの混合物）が含まれる。
【００３６】
特定の一実施形態では、存在する固形分の７０％以上を占める主成分がキシロースであるようなモノマー糖の濃縮溶液が与えられる。この溶液の総固形分濃度が固形分７５％〜８０％にまで上げられる場合、存在するキシロースのかなりの割合を溶液からの分別結晶化によって分離することができる。このように生成された結晶キシロースは、フィルタ又は遠心分離機により母液から分離された後、乾燥され、袋又はドラム缶に充填される。その後、このキシロースは、水に溶解し、例えばラネーニッケル触媒により水素化し、更なる結晶化を行って、キシリトールに変換することができる。
【００３７】
開示されるプロセスでは、あくまで例としてであってこれらに限定されるものではないが、バガス（例えばサトウキビバガス、ソルガムバガス、又はサトウダイコンパルプ）、トウモロコシ穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシ穀粒果皮、トウモロコシの茎、穀稈（例えば、アルファルファ、大麦、オート麦、米、又は小麦）、イネ科植物、広葉樹材（例えば、カバノキ、ポプラ、ハンノキ、ユーカリなど）、植物の葉、植物の茎、針葉樹材（例えば、ヒマラヤスギ、ツガ、マツ、又はトウヒ）、亜硫酸パルプ廃液、藻類多糖類由来のキシラン、又はこれらの組み合わせを含む各種のバイオマスフィードストックが有用であり得る。
【００３８】
このプロセスの一実施形態では、バイオマスは遺伝子組み換え作物（ＧＭＯ）ではなく、遺伝子組み換え種に由来するものでもない（すなわち、バイオマスは非ＧＭＯ、すなわち「ＧＭＯフリー」である）。特定の一実施形態では、高Ｇ５糖含量（例えば６０〜８０％）を得るためのフィードストックは、非ＧＭＯサトウキビバガス、麦稈、ポプラ、ハイブリッドポプラ、ハンノキ、又はこれらの組み合わせである。
【００３９】
あくまで例としてであってこれらに限定されるものではないが、本明細書に開示される異なる実施形態により混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームから回収することができる工業的に有用な組成物（単一物質又は組み合わせ）を下記表Ａに示す。
【表１】
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【００４０】
水素化
Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化供給原料として直接使用することができるが、水素化プロセスは各モノマーをアルジトールに変換して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを得る。あるいは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを濃縮して、水素化に先立って総固形分含量を増大させてもよい。このような濃縮プロセスについては本明細書で検討する。また更に、エタノール、メタノール、イソプロパノール、ｎ−プロパノールなどを水素化プロセスにおいて個別に、又は共溶媒（単数又は複数）の混合物として使用することができる。水素化プロセスはバッチプロセス、連続プロセス、又はこれらの組み合わせとすることができる。
【００４１】
代表的な水素化触媒としては、高ｐＨ（９以上）、高温、及び水性条件に適した水素化触媒が挙げられる。そのような触媒としては、ジルコニウム、チタン、又は他の重金属酸化物基材に支持されたニッケル触媒、スポンジメタルニッケル触媒などの遷移金属触媒が挙げられる。一実施形態では、触媒は、２：１〜２０：１のモル比を有するジルコニルプロモータ前駆物質を形成する、ジルコニウム化合物とポリ酸／プロモータ物質との組み合わせを含み、ポリ酸／プロモータ物質は、クロム、モリブデン、タングステン、又はこれらの組み合わせの酸化物又は酸形態を含むポリ酸であってよい。別の実施形態では、触媒は、ニッケルと、ビスマス、銀、スズ、アンチモン、金、鉛、タリウム、セリウム、ランタン、マンガン、又はこれらの組み合わせから選択されるプロモータと、ジルコニア又は炭素から選択される支持体と、を含む。一実施形態では、水素化プロセスは、ニッケル系触媒を、酸化ジルコニウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化クロム、又はこれらの組み合わせの基材とともに使用して行われる。
【００４２】
一実施形態では、触媒は、ポリ酸又はプロモータ物質によって促進される酸化ジルコニウムを含む支持体を含み、支持体には、第４族（ＩＶＡ族）の金属、第１０族（ＶＩＩＩ族）の金属、第１１族（ＩＢ族）の金属、又はこれらの組み合わせなどの触媒活性金属が含浸される。
【００４３】
一実施形態では、水素化プロセスは、固体（水素化触媒）、液体（約２０重量％〜約３０重量％の総固形分含量、具体的には約２２重量％〜約２５重量％の総固形分含量を有する混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリーム）、及び気体（水素）の複合３相を含む連続式ダウンフロートリクルベッド反応器を用いる。このプロセスでは更に、モノマー糖のアルジトールへの約９９％の化学量論的変換率を実現するために、約６００〜約２０００ｐｓｉｇの水素圧、約１００〜約１６０℃、具体的には約１４０〜１６０℃の温度、約２０〜約４０分の滞留時間、及び約９〜約１２、具体的には約１０〜約１１の開始ｐＨを用いる。
【００４４】
一実施形態では、水素化プロセスは、Ｃ５糖であるキシロース及びアラビノースが約８０％存在し、Ｃ６糖であるグルコース及びフルクトースが約２０％存在する、乾燥重量基準で約２０％〜約２５％のモノマー糖の供給原料ストリームと、化学量論的に約４〜約６倍の水素ガスと、約８．０〜約１１．０、具体的には約９．０〜約１０．０の開始ｐＨと、約１２０〜約１４０℃の温度と、約１２００〜約２０００ｐｓｉｇ、具体的には約１８００ｐｓｉｇの水素圧と、約０．４〜３．０、具体的には約１．０〜１．５の液空間速度（ＬＨＳＶ）を含む。この実施形態では、水素化触媒は、ジルコニウム及び／又はチタン基材支持マトリクスに担持させた遷移金属ニッケル系（２０〜４０％のニッケル）触媒、又は固定床トリクル反応器用に配合された溶解アルミニウムマトリクス触媒中のラネーニッケル系（２０〜６０％のニッケルを銅プロモータとともに含む）とすることができる。ラネーニッケルの実施形態では、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムのようなアルカリ水酸化物プロモータを使用してｐＨを８．０〜１０．０の範囲に維持することができる。
【００４５】
水素化プロセスにおけるＣ５／Ｃ６モノマー糖の対応するＣ５／Ｃ６アルジトールへの変換率は、少なくとも９５％、具体的には少なくとも９７％、より具体的には約１００％である。
【００４６】
化学量論的変換率が９５％未満である場合には、任意選択的な２段階式の水素化を用いることもできる。例えば、任意選択的に第２段階の連続式反応器を使用することができ、第１段階の反応器によってモノマー糖のアルジトールへの９０〜９５％の変換率を目標とし、第２段階の反応器によってアルジトールへの９５〜１００％の変換率を達成する。２段階式反応器は、より高いＬＨＳＶ（液空間速度）で運転することができる。
【００４７】
既知の水素化装置及び方法を使用して、水素化プロセスを行うことができる。一実施形態では、装置は、円筒状のカラム長さ：直径の比が約１０：２である連続式トリクル固定床反応器であり、具体的には、水素及び液体の供給原料が下降し、液体が底部から流出する、固定床トリクルダウン併流反応器である。反応器は、その場で逆洗及び再生を可能とするように取り付けることができる。水素圧は、約６００〜約２０００ｐｓｉｇ、具体的には約１８００ｐｓｉｇ〜２０００ｐｓｉｇとすることができる。
【００４８】
水素化供給原料ストリーム又は生成物供給原料ストリームは、約２０〜約２７重量％、具体的には約２２〜約２５重量％の総固形分含量を有するものとすることができる。更に、水素化供給原料ストリームのｐＨは、約８．０〜約１１．０、具体的には約９〜約１０とすることができる。用いられるｐＨ調整アルカリとして水酸化ナトリウムを使用することができるが、水酸化／酸化カリウム、水酸化／酸化カルシウム、又は水酸化／酸化リチウムを使用することもできる。
【００４９】
水素化反応供給原料について所望の供給原料濃度を得ることが必要な場合、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水の除去によって濃縮することで、総固形分含量を高めることができる。一実施形態では、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを、膜を使用して濃縮することで、水を通過させる一方で混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームの組成の濃度を高めることができる。好適な代表的な膜は４０〜５０００ダルトン（Ｄａ）の膜であり得る。
【００５０】
一実施形態では、水素化は、水中に合計で約２０〜約２５重量％の糖を含み、ｐＨ約１１、約１．０の液空間速度（ＬＨＳＶ）、約２０００ｐｓｉｇの水素圧、化学量論的に約３〜約６倍の水素、及び約１４０℃の温度を有する精製された混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームに対して行われ、９９％以上のＣ５／Ｃ６モノマー糖からアルジトールへの変換率を有する。
【００５１】
更に別の実施形態では、水素化プロセスから得られる混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、約６５％のＣ５アルジトールと、約３５％のＣ６アルジトールとを含む。更に、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、約５０％のキシリトール、約１５％のアラビニトール（arabinatol）、約２５％のソルビトール、及び約１０％のマンニトールを含む。別の実施形態では、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、少なくとも５０％のキシリトール、１５％以下のアラビニトール（arabinatol）、２５％以下のソルビトール、及び１０％以下のマンニトールを含む。
【００５２】
一実施形態では、水素化プロセスによるＣ５／Ｃ６モノマー糖のアルジトールへの変換率が９０％よりも低くなる場合、プロセスは再生サイクルを更に含み、精製された混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖供給原料ストリームは直接的水素化の前に部分的に不活性化されたニッケル基材触媒の犠牲反応器に送られ、硫黄毒性及び反応器ファウリングを低減し、次いで、触媒を段階的に水、腐食剤、及びエタノールで洗浄してファウリング物質を除去した後、水素乾燥及び還元活性化を行う。ファウリングとしては、以下のもの、すなわち、糖の糖化（焼け付き）、焦げ付き、炭化及び／又はカラメル化、硫黄毒性、不純物又は中間体による触媒反応部位の不能化、水素化触媒を物理的に劣化及び詰まらせる糖の重合のうちの１つ、いくつか、又は全てが含まれる。
【００５３】
一実施形態では、水素化による生産は、合計で４０００時間を上回る触媒寿命、及び触媒再生が行われる前の約１０００〜約１８００時間の好適な反応時間で行われる。触媒再生は、約１６〜約３６時間、又は具体的には２４時間にわたって持続し得る。
【００５４】
一実施形態では、精製された混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームは、Ｃ５／Ｃ６モノマー糖と、具体的には約２５〜約５０％のエタノールと、具体的には約２５〜約５０％の水と、を含む。エタノール及び水はｐＨ及び温度とともに、有機ポリマー不純物の溶解度を高めることにより、稼働停止時間を短縮する。
【００５５】
一実施形態では、水素化に先立って特定のＣ５／Ｃ６モノマー糖フィードストックに例えばより高度に濃縮されたアルドースストリームを加えることによって、濃度を高めることができる。例えば、キシロースを他のＣ５／Ｃ６ストリームとは別に結晶化又は濃縮することができ、濃縮されたＣ５画分をベースのＣ５／Ｃ６モノマー糖画分に加えることで、キシロース又はアラビノースなどのＣ５糖の濃度を高くすることができる。これにより、標的アルドースを濃縮して、水素化並びに下流のアルジトール及びグリコール回収に望ましい混合物を調製することができる。一般的に、水素化後のストリーム中の標的アルジトールの濃度が高いほど、精製された標的アルジトールの収率は高くなる。水素化後のストリーム中の標的アルジトールの濃度が低すぎる（例えば２５重量％よりも低い）と、標的アルジトールがほとんど又はまったく抽出できない。水素化後のストリーム中の標的アルジトールの濃度は、例えば、水素化中に標的アルジトールに変換されるアルドースの濃度が高いフィードストックを加えることによって、高めることができる。標的アルジトールの濃度は、水素化後のストリーム中、２５％超、具体的には６０％超、より具体的には９０％超であってよい。
【００５６】
図２は、標的アルジトールの抽出（１０）、改良されたアルジトール抽出（１１）、他のアルジトールの抽出（１２）、及びアルジトールのバランス化（１３）を含む、分離及び結晶化段階（４０）の代表的なプロセスフロー図である。
【００５７】
標的アルジトールの抽出
混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームとすることができる、水素化生成物のフィードストリームを処理して、標的アルジトール又は標的アルジトール混合物を単離する。単離する生成物は、個々のアルジトール（例えばソルビトール又はキシリトール）、又はアルジトール混合物（例えば、菓子類又は咳止めシロップミックス用の規定のソルビトール、キシリトール比のもの）であってよい。例えば、キシリトールの抽出は、混合アルジトールの水性混合物（キシリトール、ソルビトール、並びに可能なアルジトール異性体であるアラビトール及びマンニトール）から、連続的な水の除去（例えば高温での蒸発濃縮による）に続いて温度を下げて結晶化を誘導することによる単一パス結晶化又は段階式結晶化によって、行うことができる。このＣ５／Ｃ６アルジトール抽出法は、異なるＣ５／Ｃ６アルジトール比を有する様々なフィードストックに適合させることができる。
【００５８】
水、及び使用される場合には共溶媒（例えばエタノール）は、多重効用蒸発法、蒸気蒸発法、多重蒸気再圧縮蒸発器（multiple  vapor  recompression  evaporator）、逆浸透圧法、又はこれらの組み合わせを含むプロセスによって除去することができる。
【００５９】
一実施形態では、水の除去は、真空下で約３０〜約１２０℃、具体的には減圧下（例えば２００ｍｂａｒ未満、具体的には約１００〜約１８０ｍｂａｒ、より具体的には約１４０〜約１６５ｍｂａｒ）で約７０〜約１１０℃、より具体的には減圧下で約８０〜約１００℃の温度で行われる。
【００６０】
濃縮後のフィードストリームは、約４０重量％〜約９０重量％、具体的には約６０重量％〜約８５重量％、より具体的には約７５〜約８５重量％の総溶解固形含量を有し得る。
【００６１】
改良アルジトール抽出
キシリトール、アラビトール、若しくはソルビトール、又はアルジトール混合物のような特定のアルジトールは、混合アルジトール（例えば、キシリトール、ソルビトール、アラビトール、及びマンニトールなど）の水性混合物から、ＧＲＡＳ（一般に安全と認められる）溶媒沈殿又は結晶化法、擬似移動床法（ＳＭＢ）を含む産業用クロマトグラフィ、又はこれらの組み合わせ、具体的にはＧＲＡＳ溶媒沈殿又は結晶化によって単離して、標的アルジトール又は標的アルジトール混合物を単離することができる。標的アルジトールの結晶形は仕様書にしたがったサイズとすればよく、標的アルジトールミックスの液体配合物もまた、仕様書にしたがって調製することができる。
【００６２】
適当な溶媒としては、低級アルコール（例えば、エタノール、イソプロパノールなど）及びこれらの水との混合物が挙げられる。代表的なＧＲＡＳ溶媒の１つにエタノールがある。
【００６３】
結晶化又は沈殿に先立って、アルジトール（例えばキシリトール）溶液を活性炭素で処理することで、アルジトールの結晶化を妨げ得る不純物を除去することができる。好適な活性炭素としては、粉末状活性炭、粒状活性炭素など、又はこれらの組み合わせが挙げられる。結晶化阻害物質を除去するための他のプロセスとしては、以下のもの、すなわち、イオン交換法、膜濾過法、溶媒抽出法の１つ以上を、任意選択的に活性炭素処理と組み合わせたものが挙げられる。他のコンディショニング工程としては、段階的電気透析法、強酸イオン交換樹脂処理、及び硫酸カルシウム化学沈殿法が挙げられ、任意選択的に使用済み無機物質を回収することを更に含む。アルジトール溶液又は混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームが結晶化に先立って事前のコンディショニング（精製）を必要とするか否か、又はどの程度これを必要とするかの決定は、当業者であれば不要な実験を行うことなく行うことができる。例えば、当該技術分野では周知の分析法を用いてアルジトール溶液又は混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリーム中の各成分の種類及び量を決定することで、適当な精製法（単数又は複数）を用いることができる。
【００６４】
結晶化プロセスは、連続的又はパッチプロセスによって行うことができる。当該技術分野では周知の結晶化装置及び方法を使用して、標的アルジトールの結晶化を行うことができる。好適な結晶化装置及び固液分離装置としては、タンク式晶析器（水平式、垂直式、冷却式晶析器、蒸発式晶析器）、遠心分離機などが挙げられる。
【００６５】
結晶化プロセスにおいて所望の固形分重量が得られた後、濾過、遠心分離、これらの組み合わせなどの当該技術分野では周知の方法を用いて標的アルジトールの固形分を単離することができる。固形分には、洗浄、乾燥、分粒、又はこれらの組み合わせを行うことができる。
【００６６】
結晶化プロセスからの母液は、標的アルジトール又は別のアルジトールを更に回収するために更なる処理を行うか、又は水素化分解によってグリコールを生産するためのフィードストック（「残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリーム」）として用いることができる。
【００６７】
一実施形態では、主としてキシリトール（例えば総アルジトールの７５％超）と、ガラクチトール、リキシトール、及びソルビトールなどの低濃度の他のアルジトールとを含む濃縮水性供給原料の結晶化は、約５０〜約８５重量％、具体的には約６５〜約８５重量％、より具体的には約７０〜約８５重量％の総溶解固形分含量を有する濃縮水性供給原料を、約６０〜約１００℃から約−１０〜約４０℃、具体的には約２０〜約３５℃の温度にまで冷却し、その時点で標的アルジトールの種晶を必要に応じて加えることによって行うことができる。
【００６８】
任意選択的に、エタノール、イソプロパノール、又は別のＧＲＡＳ溶媒のような貧溶媒を、貧溶媒の引火点よりも低く温度を維持しながら（例えばエタノールでは約４０℃未満、具体的には約３５℃未満）、濃縮後の水性供給原料に加えることができる。任意選択的に、標的アルジトールの種晶を加えて結晶化を誘導及び／又は促進することができる。
【００６９】
濃縮した水性供給原料は、室温よりも低い、具体的には約−１０〜約２０℃、より具体的には約−５〜約５℃の標的温度にまで冷却することができる。標的アルジトールの結晶化後、約１５〜約４５％、具体的には約２０〜約４０％の固形分含量を有するスラリーを、遠心分離機などの固形分回収用の装置に供給して母液から固形分を分離することができる。この代表的な方法により、高純度（９８％超）のアルジトールを得ることができるが、固体生成物純度に対する所望の収率にしたがって冷却を調整することができる。
【００７０】
一実施形態では、混合アルジトールストリームからの純粋な形態の標的アルジトールとしてのキシリトールの結晶化は、効率的な収率でのキシリトールの回収を、高付加価値用途に適した純度で行うことを可能とするため、キシリトール（最小濃度）及び他のアルジトール（最大濃度）の閾値濃度レベルを確立して供給することを行う。閾値濃度は、系に存在する水：貧溶媒の比によって決まる。
【００７１】
結晶化液中の成分の濃度は、全固形分の割合（％）に全固形分のアルジトールの比例した濃度を掛けることによって計算される。
【００７２】
閾値濃度は、以下の因子によって影響され得る。すなわち、
−使用温度での溶媒中への成分の溶解度の限界値
−貧溶媒（及びその濃度）の影響
−成分の溶解度を低下又は増大させ得る他の溶質による成分の溶解度への影響
−例えば所望の成分の結晶格子に取り込まれることによって所望の結晶性成分の結晶化を妨げる別の成分の傾向。
【００７３】
閾値限界値の例は、以下の領域内にあることが判明している（すなわち、キシリトールが標的アルジトールである場合、キシリトールの効果的な精製をなおも可能とする結晶化液中の各アルジトールの最大濃度）、すなわち、
−一般的に、高濃度のソルビトール及びマンニトールの存在は、キシリトールの結晶化の物理的挙動に多大な影響を及ぼす。そのため、高濃度のソルビトール及びマンニトールはソルビトール及び／又はマンニトールとキシリトールとの共結晶化を生じ、それにより、得られる混合物の濾過速度が妨げられ得る。
【００７４】
キシリトールでは、全固形分の重量に対して少なくとも２０重量％、より具体的には約４２重量％超のキシリトール濃度がキシリトールを生産するうえで必要とされ、より具体的には、より高い収率を得るには溶液中、６０重量％超のキシリトール濃度が必要とされる（例えば溶液中、８０％の全固形分で最低で全固形分の８０重量％のキシリトール）。更にはこのキシリトールの実施形態では、アラビニトール濃度は全固形分の１０重量％未満であり、そうでない場合、キシリトールの精製が妨げられる。また、このキシリトールの実施形態では、マンニトールは低い溶解度レベルを有するため、濃度１０重量％の閾値濃度が設定される。全固形分に対して１０重量％超のマンニトール濃度では、望ましくないマンニトールとキシリトールとの共結晶化が認められる。一実施形態では、結晶化液の４重量％以下のマンニトール含量が、キシリトールの効果的な精製を可能とすることが見出された。更にこのキシリトールの実施形態では、ソルビトールが全固形分の１５重量％以上の濃度で存在する場合、結晶化の速度及び濾過速度は低下する。
【００７５】
キシリトール閾値に関するこの実施形態では、キシリトールは、全固形分の最小で６０％、より具体的には全固形分の８０％超を占め、約６０〜約７０℃で溶液中の全固形分の最小で７５重量％にまで蒸発濃縮した後では、キシリトールの実際の濃度は具体的には６０％超である。貧溶媒がこの実施形態で用いられる場合、キシリトールの実際の濃度は５０％超である。他の成分の最大閾値濃度は、系に存在する水：貧溶媒の比によって決まる。アラビトールは、このアルジトールがそれよりも高い濃度であるとキシリトールの結晶化の反応速度論及び純度に悪影響を与えるため、５０：５０の水：エタノール系中、１０％未満で存在する。マンニトールは、キシリトールとの共結晶化により、４％未満で存在する。正確な閾値濃度は、母液の全体の組成及び貧溶媒の量に基づいてわずかに異なり得る。
【００７６】
キシリトールの結晶化溶液は、制御されたキシリトールの結晶化が行えるだけ充分に高いが、急速なバルク結晶化が生じないように充分に低い合計溶解固形分を有することができる。複数の実施形態において、結晶化溶液は、約４０重量％〜約８０重量％、具体的には約６０重量％〜約８５重量％、より具体的には約７０〜約７５重量％の総溶解固形含量を有し得る。
【００７７】
キシリトール結晶化の一実施形態では、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのキシリトール含量は、５０％以上、具体的には５５％以上、より具体的には６０％以上である。更にこの実施形態では、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのアラビトールの量は、１０％以下、具体的には５％以下、より具体的には２％以下である。あるいは、この実施形態では、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのマンニトールの量は、１０％以下、具体的には５％以下、より具体的には２％以下である。あるいは、この実施形態では、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのアラビトールの量は、１０％以下、具体的には５％以下、より具体的には２％以下であり、かつ、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのマンニトールの量は、１０％以下、具体的には５％以下、より具体的には２％以下である。この実施形態では、溶液は貧溶媒を含まない。別の実施形態では、水とエタノールなどの貧溶媒との組み合わせ、具体的には９５：５の比の水：エタノール〜５：９５の比の水：エタノール、より具体的には９５：５の比の水：エタノール〜５：９５の比の水：エタノールを含み得る。
【００７８】
キシリトール結晶化の一実施形態では、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのキシリトール含量は、５０％以上、具体的には５５％以上、より具体的には６０％以上であり、結晶化溶液の全固形分のうちの比率（％）としてのソルビトールの量は、１５％以下、具体的には１０％以下、より具体的には５％以下である。この実施形態では、溶液は貧溶媒を含まない。別の実施形態では、溶液は、水とエタノールとの組み合わせ、具体的には約９５：５の比の水：エタノール〜０：１の比の水：エタノールを含み得る。
【００７９】
代替的な一実施形態では、クロマトグラフィを用いてアルジトールを分離することにより、アルジトール結晶化段階で閾値濃度を制御する必要をなくすことができる。
【００８０】
一実施形態では、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを、Ｃ５アルジトール画分とＣ６アルジトール画分とにクロマトグラフィによって少なくとも部分的に分離する。
【００８１】
一実施形態では、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームをクロマトグラフィによってＣ５アルジトール画分とＣ６アルジトール画分とに分離し、標的アルジトールをエタノール及び水を用いてＣ５アルジトール画分から結晶化する。残留アルジトールを含む母液に水素化分解を行って、グリコールへの変換を行うことができる。
【００８２】
一実施形態では、結晶化によって混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから標的アルジトールを単離することは、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから、エタノール、水、又はこれらの組み合わせを除去することを含む。
【００８３】
一実施形態では、標的アルジトールは、Ｃ５アルジトール又はＣ６アルジトールである。
【００８４】
一実施形態では、標的アルジトールはキシリトールである。一実施形態では、標的アルジトールは、ソルビトール又はアラビトールである。
【００８５】
一実施形態では、結晶化プロセスから得られるキシリトールは、約９０〜約１００％のキシリトール、具体的には約９６〜約９９．９９％のキシリトール、より具体的には約９８．５〜約９９．９９％のキシリトールを含む。一実施形態では、結晶化プロセスから得られるキシリトールは、１％未満の他のアルジトールを含む。
【００８６】
他のアルジトールの抽出
アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトール混合物が抽出された後、キシリトールのような標的アルジトールの画分を含む残りの混合アルジトール水性供給原料を産業用クロマトグラフィにより処理してソルビトール、アラビトール、マンニトール又はこれらの組み合わせを分画する。この段階の標的アルジトール生成物は、液体又は結晶形態であり得る。場合により、通常、純度約８５％〜約９５％の標的アルジトールを濃縮し、二次抽出で結晶化することができる。
【００８７】
アルジトールのバランス化
アルジトールストリームから標的アルジトール（例えばキシリトール又はソルビトール）の大部分が抽出された後、残りのＣ５／Ｃ６アルジトールのバランスをシフトさせて残りのアルジトールを水素化分解を行えるように準備し、特定のグリコール生成物リストとする。例えば、Ｃ６含量を高くすると、水素化分解生成物としてプロピレングリコール及びブタンジオール異性体を生じやすく、Ｃ５アルジトールは水素化分解生成物としてエチレングリコール及びグリセリンを生じやすい。
【００８８】
クロマトグラフィ、沈殿などのプロセスは、Ｃ５アルジトールを多く含む画分と、Ｃ６アルジトールを多く含む別々の画分を生じさせることができる。濃縮された画分に水素化分解を行うことで、標的グリコール生成物が生じる。
【００８９】
図３は、水素化分解（１４）とグリコール分離（１５）とを含む、水素化分解及び分離段階（５０）のプロセスフロー図である。
【００９０】
水素化分解
残留アルジトール及びアルジトール混合物は、水素化分解によってグリコール類とグリセリンを含む標的水素化分解生成物に変換することができる。水素化分解は、水素の存在下、高温及び高圧で行うことができる。
【００９１】
形成される代表的な標的グリコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、ブタノール、ブタンジオール異性体（１，２−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、及び２，３−ブタンジオール）、及びこれらの混合物が挙げられる。グリセリンは別の標的水素化分解生成物となり得る。
【００９２】
代表的な水素化分解触媒としては、遷移金属、貴金属触媒、水性条件及び高ｐＨ（９以上）に合わせて配合された支持マトリクスに担持させた金属触媒が挙げられる。水素化プロセス用に上記に述べた代表的な触媒を、水素化分解プロセスで使用することができる。一実施形態では、水素化分解触媒は、ジルコニア又は二酸化チタン基材支持マトリックスに担持させたニッケル系（２０〜４０％ニッケル）である。
【００９３】
一実施形態では、水素化分解は約２４０℃の温度、約１０００〜約２０００ｐｓｉｇの圧力、約１０以上のｐＨ、及び約０．５〜約３．０の液空間速度（ＬＨＳＶ）で行われる。
【００９４】
一実施形態では、水素化分解は、約２１０〜約２５０℃、具体的には約２２０〜約２４０℃の温度、約１０００〜約２０００ｐｓｉｇ、具体的には約１２００〜約１８００ｐｓｉｇの圧力、約９．０〜約１１．０、具体的には約１０．０のｐＨ、及び、約０．５〜約２．０、具体的には約０．８〜約１．５、より具体的には約１．０の液空間速度（ＬＨＳＶ）で行われる。更にこの実施形態では、水中、乾燥重量基準で約２０〜約２５％の混合アルジトール（例えばＣ５／Ｃ６アルジトール）の供給原料が用いられる。水素の量は、化学量論的に約４〜約６倍とすることができる。更にこの実施形態では、水酸化ナトリウムなどの反応促進物質が使用される。Ｃ５／Ｃ６アルジトールの混合グリコールへの変換率は、７０％超、具体的には８０％超であり得る。
【００９５】
一実施形態では、プロセスは、水中の約２０〜約２５重量％の全固形分、ｐＨ約１１、約１．０のＬＨＳＶ、約２０００ｐｓｉｇの水素圧、及び約２４０℃の温度を有する残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームに対して、ニッケル系触媒の存在下、連続的に水素化分解することによって、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、ブタンジオール異性体、又はこれらの組み合わせを含む混合グリコールストリームを形成することを含む。
【００９６】
一実施形態では、水素化分解プロセスによって、プロピレングリコール（約１５％〜約２５％）、エチレングリコール（約２０％〜約３０％）、グリセリン（約１０％〜約３０％）、及びブタンジオール異性体（約１０％〜約２０％）を含む混合グリコールストリームが生じる。
【００９７】
水素化分解の供給原料及び水素化分解プロセスで得られた混合グリコールストリームは、エタノール及び水を含み得る。この場合、エタノールは、水素の溶解度を高め、必要なエネルギー量を下げる共溶媒として加えることができる。アルコール類は気化熱が低く、エタノール／水の低沸点共沸混合物の使用によって、エネルギーコストの更なる低減が可能となる。
【００９８】
一実施形態では、水素化分解プロセスの水素化分解供給原料として使用される残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームは、アルジトール、約２５〜約５０％のエタノール、及び約２５〜約５０％の水を含み得る。
【００９９】
一実施形態では、水素化分解プロセスは、ニッケル系触媒を、酸化ジルコニウム、二酸化チタン、又はこれらの組み合わせを含む基材とともに使用して行われる。
【０１００】
一実施形態では、水素化分解プロセスによるＣ５／Ｃ６アルジトールのグリコールへの変換率が９０％を下回った場合、プロセスは、ファウリング物質を除去するための段階式の温水、腐食剤、及びエタノールによる触媒洗浄後に水素乾燥及び還元活性化を行う再生サイクルを更に含む。
【０１０１】
グリコールの分離
グリコール類の混合物及びグリセリンを含む水素化分解プロセスの生成物ストリームは、標的グリコール生成物を含む標的水素化分解生成物に分離することができる。代表的な分離プロセスとしては、古典的蒸留、抽出プロセス、及び、沸点の近いグリコール類を単離及び精製するための抽出及び／又は共沸蒸留の組み合わせが挙げられる。標的水素化分解生成物としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、及びブタジエン異性体が挙げられる。
【０１０２】
プロピレングリコールは、共沸蒸留によって工業グレード及び米国薬局方（ＵＳＰ）グレードのプロピレングリコールに分離することができる。エチレングリコールは、共沸蒸留によって工業グレード及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂グレードのエチレングリコールに分離することができる。ブタンジオールは、濃縮して工業用に個々の１，２−、２，３−、及び１，３−ブタンジオールにそれぞれ精製することができる。グリセリンは、抽出し、かつ／又は、水素化分解に先立って混合アルジトールハイドロ処理フィードストックとして回収し、プロピレングリコール及びエチレングリコールに変換することができる。
【０１０３】
一実施形態では、バイオマス由来の混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームからＣ５／Ｃ６アルジトール及びＣ２〜Ｃ４グリコールを生成するためのプロセスは、アルカリ性、酸性、酵素的、又は酸性かつ酵素的条件下でバイオマス源を分解及び加水分解して、糖モノマー、オリゴマー糖、ヘミセルロース、セルロース、可溶化リグニン、並びに糖以外の有機化合物、灰、及び無機夾雑物などの不純物の１以上を含むバイオマス加水分解物ストリームを形成することと、バイオマス加水分解物ストリームをコンディショニングしてリグニン、糖以外の有機化合物、及び無機夾雑物を除去することにより精製混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを形成することと、精製混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを酸加水分解して混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから結晶化により標的アルジトールを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを水素化分解して混合グリコールストリームを形成することと、標的グリコールを単離することと、を含む。この実施形態では、バイオマス源を分解及び加水分解することは、アルカリ条件下で行われる。この実施形態では、バイオマスは、麦稈由来のものである。この実施形態では、コンディショニングは、選択された漸進的膜及び炭素処理を用いて行われる。この実施形態では、水素化は、ニッケル固定床触媒反応下で行われ、水素化分解はニッケル触媒下で行われる。一実施形態では、標的アルジトールはキシリトールであり、標的グリコールはプロピレングリコールである。除去される無機夾雑物は、塩化物、硫酸塩、リン酸塩、又はこれらの組み合わせである。
【０１０４】
開示されるプロセスによって調製されたキシリトール、ソルビトール、その他のアルジトール、及び特定のアルジトール混合物（例えば所定のソルビトール、キシリトール比のもの）は、食品及びオーラルケア製品中の甘味剤として、医薬品の成分として、及び工業用途での使用を含む広範な用途で使用することができる。甘味剤としては、菓子類、チューインガム、ソース、飲料などにおいて単独で、又は他の甘味剤と組み合わせて使用することができる。キシリトールは非う蝕性であり、糖尿病患者のインスリンレベルに影響しないことから、食品において特定の用途が存在する。更に、極めて大きな負の溶解熱のため、キシリトールを食べると消費者の口中に冷涼感を生じる。このような効果のため、キシリトールはリフレッシュ感を与えるためにチューインガムに広く使用されている。医薬品では、キシリトールは甘味剤、賦形剤などとして使用することができる。オーラルケア製品としては、練り歯磨き、歯磨き粉、マウスウオッシュ、ブレスフィルムなどが挙げられる。
【０１０５】
アルジトールは、樹脂及び界面活性剤の調製、各種のポリマーの可塑剤としての使用などをはじめとする様々な工業用途でも用いられる。
開示されるプロセスによって調製される標的グリコールとしては、工業的に、また、化粧品及び食品用途で広く用いられているプロピレングリコール、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）容器用の樹脂グレード品質のエチレングリコール標的物質、並びに付加価値を与えられた医薬品前駆物質及び樹脂用のブタンジオール異性体が挙げられる。
【０１０６】
バイオマス分解プロセスから得られるパルプは、ファイバーボード、特殊紙、並びに／又は従来の広葉樹材及び針葉樹材パルプに代わる他のパルプ用途の製造に使用することができる。
【０１０７】
単離されたリグニン画分は、リグノスルホン酸、樹脂の製造などをはじめとする特定の工業用途で、又は低硫黄燃料として使用することができる。
【０１０８】
一実施形態では、プロセスは、ポプラ、バガス、又はこれらの組み合わせを、酸性条件を用いて分解することにより、混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを形成することと、標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを選択することと、混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームをコンディショニングしてリグニン、有機不純物、及び無機不純物を除去することと、混合Ｃ５／Ｃ６糖ストリームを加水分解して混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを連続的に水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームから標的アルジトール又はアルジトールの標的ブレンドを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを連続的に水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含み、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、標的アルジトール／アルジトールの標的ブレンド、又は標的グリコール／グリコールの標的ブレンドであり、標的アルジトールはキシリトールであり、標的グリコールはプロピレングリコールであるか、又はこれらの組み合わせであり、キシリトールは、任意選択的にエタノール又はイソプロパノール貧溶媒とともに結晶化することにより単離される。
【０１０９】
別の実施形態では、プロセスは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを連続的に水素化して混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを形成することと、混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームからキシリトールを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを残すことと、残留混合Ｃ５／Ｃ６アルジトールストリームを連続的に水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含み、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、キシリトール又は標的グリコール若しくはグリコールの標的ブレンドである。
【０１１０】
一実施形態では、プロセスは、混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームから標的Ｃ５／Ｃ６モノマー糖又はＣ５／Ｃ６モノマー糖の標的ブレンドを単離して、残留混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを形成することと、残留混合Ｃ５／Ｃ６モノマー糖ストリームを連続的に水素化分解して混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームを形成することと、混合Ｃ２〜Ｃ４グリコールストリームから標的グリコール又はグリコールの標的ブレンドを単離することと、を含み、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、標的Ｃ５／Ｃ６モノマー糖／Ｃ５／Ｃ６モノマー糖の標的ブレンド又は標的グリコール／グリコールの標的ブレンドである。この実施形態では、標的Ｃ５／Ｃ６モノマー糖は、キシリトールとすることができる。
【０１１１】
別の実施形態では、プロセスは、バイオマスフィードストック源に基づいて少なくとも２種類の標的生成物を選択することと、バイオマスフィードストックを少なくとも２種類の標的生成物に変換することであって、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、少なくとも２種類のうちの標的生成物の一方である、ことと、全ての標的生成物の収率を維持するうえで必要な場合には、バイオマスフィードストック源に変化がある場合、少なくとも２種類の標的生成物の選択を変更することと、を含み、少なくとも２種類の標的生成物のうちの一方は、標的Ｃ２〜Ｃ４グリコール又はＣ２〜Ｃ４グリコールの標的ブレンドであり、少なくとも２種類の標的生成物のうちの残りの方は、標的［Ｃ５／Ｃ６］アルジトール、［Ｃ５／Ｃ６］アルジトールの標的ブレンド、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖のブレンド、又はこれらの組み合わせであり、いずれのシングルフィードストックストリームに対しても操作処理が２回又は３回以下で行われ、操作処理は、水素化、水素化分解、バイオマス分解プロセス、又は単離プロセスであり、フィードストックストリームは、バイオマスフィードストックストリーム、加水分解物ストリーム、モノマー糖ストリーム、アルジトールストリーム、グリコールストリーム、又はこれらの組み合わせである。この実施形態では、プロセスの少なくとも１つの工程を連続的に行うことができる。更にこの実施形態では、プロセスは、単一の生産拠点、又は単一の生産ラインで行うことができる。
【０１１２】
一実施形態では、プロセスは、加水分解物ストリーム源に基づいて少なくとも２種類の標的生成物を選択することと、加水分解物ストリームを少なくとも２種類の標的生成物に変換することであって、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、少なくとも２種類の標的生成物のうちの一方である、ことと、全ての標的生成物の収率を維持するうえで必要な場合には、記加水分解物ストリーム源に変化がある場合、少なくとも２種類の標的生成物の選択を変更することと、を含み、少なくとも２種類の標的生成物のうちの一方は、標的Ｃ２〜Ｃ４グリコール又はＣ２〜Ｃ４グリコールの標的ブレンドであり、少なくとも２種類の標的生成物のうちの残りの方は、標的［Ｃ５／Ｃ６］アルジトール、［Ｃ５／Ｃ６］アルジトールの標的ブレンド、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖のブレンド、又はこれらの組み合わせであり、いずれのシングルフィードストックストリームに対しても操作処理が２回又は３回以下で行われ、操作処理は、水素化、水素化分解、又は単離プロセスであり、フィードストックストリームは、加水分解物ストリーム、モノマー糖ストリーム、アルジトールストリーム、グリコールストリーム、又はこれらの組み合わせである。この実施形態では、プロセスの少なくとも１つの工程を連続的に行うことができる。更にこの実施形態では、プロセスは、単一の生産拠点、又は単一の生産ラインで行うことができる。
【０１１３】
別の実施形態では、プロセスは、混合モノマー糖ストリーム源に基づいて少なくとも２種類の標的生成物を選択することと、混合モノマー糖ストリームを少なくとも２種類の標的生成物に変換することであって、全ての標的生成物の収率の少なくとも１０％が、少なくとも２種類の標的生成物のうちの一方である、ことと、全ての標的生成物の収率を維持するうえで必要な場合には、混合モノマー糖ストリーム源に変化がある場合、少なくとも２種類の標的生成物の選択を変更することと、を含み、少なくとも２種類の標的生成物のうちの一方は、標的Ｃ２〜Ｃ４グリコール又はＣ２〜Ｃ４グリコールの標的ブレンドであり、少なくとも２種類の標的生成物のうちの残りの方は、標的［Ｃ５／Ｃ６］アルジトール、［Ｃ５／Ｃ６］アルジトールの標的ブレンド、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖、標的［Ｃ５／Ｃ６］モノマー糖のブレンド、又はこれらの組み合わせであり、いずれのシングルフィードストックストリームに対しても操作処理が２回又は３回以下で行われ、操作処理は、水素化、水素化分解、又は単離プロセスであり、フィードストックストリームは、前記モノマー糖ストリーム、アルジトールストリーム、グリコールストリーム、又はこれらの組み合わせである。この実施形態では、プロセスの少なくとも１つの工程を連続的に行うことができる。更にこの実施形態では、プロセスは、単一の生産拠点、又は単一の生産ラインで行うことができる。
【０１１４】
本発明の特徴及び利点を、以下の実施例によってより完全に示すが、これらの実施例は説明の目的で与えられるものであって、いかなる意味においても本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【実施例】
【０１１５】
実施例１
アルカリパルプ液に溶解しないセルロース及びわずかな割合の懸濁されたリグニンと、より分子量の大きいヘミセルロースをセルロースとともに抽出して、パルプの収率を高めることができる。パルプ化運転条件によってヘミセルロースの分子量を小さくし、母液中のヘミセルロースの回収率を高め、ひいては正味のＣ５／Ｃ６糖の濃度を高めることができる。麦稈ヘミセルロースは、およそ７５：２５の一般的なキシラン：グルカン比を有する。したがって、セルロースが全て除去された場合（Ｃ６）、可能な最も高いＣ５（キシロース／アラビノース）糖の収率は、全てヘミセルロース画分からキシロース／アラビノース７５％となる。麦稈セルロースが全てＣ６糖に変換され、この場合の麦稈ヘミセルロースがＣ５及びＣ６糖に変換される場合、Ｃ６糖は最大でＣ５糖の２．１９倍の量となる。全ての糖（セルロース及びヘミセルロース）がモノマーに変換される場合、Ｃ５はセルロース及びヘミセルロース糖の合計の最大でおよそ３１％となる。Ｃ６セルロースが全て除去される場合、ヘミセルロース画分からの糖の最大Ｃ５濃度は７５％に留まる。したがって、ａ）特定の糖及びハイドロ処理するための糖の生成に有利となり、かつｂ）Ｃ６（セルロース）パルプ回収によりＣ５濃度を調節するために特定のＣ５：Ｃ６糖及び比を標的とすることができ、対応するパルプ条件及び他の前処理に対応することが可能である。
【０１１６】
実施例２．Ｃ５／Ｃ６糖の水素化
キシロース及びアラビノース（Ｃ５糖）及び共フィードストックとしてヘキソースＣ６糖（グルコース、ガラクトース、マンノース、及びフルクトース）を、水に対する乾燥重量糖濃度２０〜２５％、ｐＨ１０〜１２、１２５〜１５０℃、及び１８００〜２０００ｐｓｉｇで、一連の専用の触媒上で水素化する。液空間速度（ＬＨＳＶ）は０．４〜１．５とし、水素の化学量論的過剰量を４〜６倍とする。糖からアルジトールへの全体の変換率は９９％である。副生成物としては、未反応のアルドース及び可能な他のＣ５又はＣ６アルジトール異性体が含まれる。表２−Ａ、表２−Ｂ、及び表２−Ｃに、アルジトールの生産条件を示す、異なる条件及び触媒を用いた一連の水素化を示す。
【０１１７】
Ｃ５及びＣ６アルジトールが同時生産され、標的アルジトールは分画されて工業及び／又は食品グレードの材料に精製され、他の標的以外のアルジトールはグリコール生産用に水素化分解されるように送られる。キシリトール又はソルビトールなどの標的アルジトールが部分的に回収され、また高い性能、高い回収率での分離（例えばキシリトール又はソルビトールで７５〜９０％超）を必要としないことで、最終的なアルジトール分離コストが飛躍的に低減される一方、合計アルジトール及びグリコール収率が最適化される。よって、アルジトール及びグリコールの同時生産により、最終的にコストが低くなり、生産量が高くなる。表２−Ｂ及び表２−Ｃに、キシロースを例として、ニッケル含量が約５０〜約８０％のスポンジメタル触媒を用いてキシロースをキシリトールに変換する水素化の基本的条件を示す。
【表２】
2020015761.tif 000003
【表３】
2020015761.tif 000004
【表４】
2020015761.tif 000005
【０１１８】
要約すると、アルジトールの生産において対象となる２種類の主生成物がある（上記に述べたように例えばソルビトールとキシリトール）。混合アルジトール（標的アルジトールを除去しているか、又はしていないもの）を生産することの主な目的は、Ｃ５／Ｃ６水素化分解用のフィードストックを提供することにある。したがって、水素化から得られた混合アルジトールを特定のアルジトール（例えばマンニトール又はアルビトール）の供給源とするか、又は高付加価値のグリコールを製造するための水素化分解用のアルジトールとすることができる。
【０１１９】
実施例３．ユニット操作によるＣ５アルジトールの選択的濃縮
Ｃ５／Ｃ６糖の水素化後、Ｃ５／Ｃ６は一般に、Ｃ５／Ｃ６比又は異なるアルジトールＣ５／Ｃ６異性体のばらつきによらず、糖アルドースの対応するアルジトールへの９７〜９９％の変換率を与える。アルジトールの変化が異性体組成をわずかに変化させ得るが、全体の変換率は一定かつ高いままである。
【０１２０】
例えばキシリトールが標的アルジトールである場合、キシリトールを濃縮し、その後、更に精製して液体又は結晶化生成物とするためのいくつかのプロセスの選択肢が可能である。まず、キシリトールが合計Ｃ５／Ｃ６アルジトールの３０％未満であるような低いキシリトール濃度の場合では、疑似移動床（ＳＭＢ）技術などの古典的及び／又は最近開発された工業用クロマトグラフィを用いることができる。システム構成、樹脂の種類、溶出及び再利用ループに応じて、濃度は３０％〜５０％〜７０％に推移し得る。他の最新技術のプロセスにおけるクロマトグラフィ分離は、現在、標的物質の最大の回収率を得ることと、これらの物質を濃縮することに大きな主眼を置いている。このような、高い除去率と回収される画分の高い純度の二重の基準は、操作及びコストの点で煩雑となる。より多くの機器、より高い再利用率、高い希釈度などが必要となる。そのため、より高い純度で２０〜４０％が回収されれば許容範囲とみなされる。その意図するところは、標的アルジトールの画分を精製及び濃縮することにあり、完全な回収を行うことではない。水素化分解後の下流のグリコール生産は、標的アルジトールに対する最終的な付加価値のある共生成物としての役割を果たす。更に、物理的性質を、分離が困難な不揮発性のアルジトールから、蒸留によって容易に分離できる揮発性のグリコールに変化させることにより、アルジトール及びグリコールの全体の最終的な分離コストがより低くなる。同様に、ソルビトール又はマンニトール（Ｃ６アルジトール）を主要な生成物アルジトールとすることもできる。
【０１２１】
表３に、いくつかの代替的な樹脂及びＳＭＢのシステム構成、並びにそれぞれのアルジトール混合物から得られるキシリトール及びソルビトールの濃度を示す。
【表５】
2020015761.tif 000006
Ｘ＝キシリトール、Ａ＝アラビトール、Ｓ＝ソルビトール、Ｍ＝マンニトール
【０１２２】
実施例４．アルジトールの濃縮及び結晶化
アルジトール（キシリトール、アラビニトール、ソルビトール、マンニトール、及び他のエピマーアルジトール）は、水素化後の水中の最大固形分濃度が２５％である。この混合物を、Ｃ６アルジトールは保持し、Ｃ５を透過液中で濃縮するように選択された樹脂を用いた選択移動床クロマトグラフィにより、かつ／又は、２５％のアルジトールを取り、逆浸透圧法又は他の方法によって水を除去するか、かつ／又は例えばアラビニトール（arabinatol）をキシリトールに選択的に変換することにより、更に濃縮することができる。キシリトールの比率（％）がより高い、より高濃度のアルジトールは、結晶化を促すための貧溶媒（例えばエタノール）を添加してもしなくても結晶化させることができる。
【０１２３】
個々のアルジトールは水への溶解度が異なり、所定の温度では、ソルビトール及びアラビトールが最も高い溶解度を有し、次いでキシリトール、次いでマンニトールの順となっている。更に、溶解度は、アルジトールを可溶化するために用いられるエタノール／水混合物などの貧溶媒によって影響される。エタノール濃度が高いほど、アルジトールの溶解度は低くなる。溶解度の差と、抽出及び結晶化段階において可能なエタノールの使用との組み合わせによって、生成物の単離を制御することが可能となる。
【０１２４】
表４−Ａに、キシリトールの結晶化に対するキシリトール濃度の影響を示す。表４−Ｂに、キシリトールの結晶化に対するエタノール／水溶媒の体積の影響を示す。
【表６】
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【表７】
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【０１２５】
各種の特定のＣ５／Ｃ６アルジトール（キシリトール又はソルビトール）を対応する混合Ｃ５／Ｃ６アルドースフィードストック（キシリトール、アラビトール、マンニトール、ガラクチトール、ソルビトール）から生成する組み合わせによって、キシリトール又は他のアルジトールを高純度画分に抽出するために適した濃度にまで濃縮するために、水溶解度に対して水／エタノール混合アルドースを、例えばクロマトグラフィと組み合わせて段階的に用いることが可能となる。次いで、このより高純度の画分を段階的に再結晶化して、一連の高純度（例えば９８％以上）とすることができる。
【０１２６】
要約すると、標的アルジトールを、水素化分解に使用される大量の標的以外のアルジトールとともに除去することができる。
【０１２７】
実施例５．グリコールを生成するためのアルジトールの水素化分解
表５−Ａに、水素化分解によりグリコールに変換される代表的な混合アルジトールを示す。この表では、例えばＣ５キシリトールが、対応するＣ６ソルビトール供給原料からのエチレングリコール（ＥＧ）（１３％）よりも多くのエチレングリコール（ＥＧ）（２６％）を生成している点に留意されたい。再生可能な持続的ＰＥＴボトルに使用される「グリーンＥＧ」が、市場では従来の非グリーンＥＧよりも好まれることを考慮すると、本明細書で開発されたプロセスの柔軟性が説明される。プロピレングリコール（ＰＧ）の主眼は、より高いＣ６／Ｃ５比にシフトする。得られたグリコールであるＰＧ、ＥＧ、ＧＬＹ（グリセリン）及びＢＤ（ブタンジオール異性体）は、従来の蒸留並びに／又は抽出及び共沸蒸留によって分離することができる。
【表８】
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【０１２８】
実施例６．キシリトールの精製に対するソルビトール及びマンニトールの影響
各アルジトールと各アルドースの混合物を８５℃の水に溶解することにより、異なる量のキシリトール、マンニトール、ソルビトール、及び他の糖を含むモデル結晶化液系混合物を調製し、表６に示されるような全固形分組成（重量％）を有する溶液を得た。次いで、各溶液を５℃で結晶化容器に加えた。容器内容物の温度を観測した。３０℃でキシリトール（３ｇ）の種晶を１００ｍＬのエタノール（９５％）とともに加えた。固体キシリトールを種晶添加の１時間後に濾過によって除去した。表６のデータは、モデル系からのキシリトールの精製に対するソルビトール及びマンニトールの濃度の影響を示している。
【０１２９】
マンニトールは低い溶解度を有する。表６のデータに示されるように、マンニトール濃度が１０％よりも高いと、マンニトールとキシリトールとの望ましくない共結晶化が認められる。マンニトール含量が結晶化液の４重量％以下である場合、キシリトールの効果的な精製が得られた。
【０１３０】
表６のデータにやはり示されるように、ソルビトールの濃度が１５％以上であると、キシリトールの結晶化の速度が低下し、濾過速度も低下している。
【表９】
2020015761.tif 000010
【０１３１】
本発明は、例示的な実施形態を参照して説明されているが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、均等物をその要素と置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物質を本発明の教示に適合させるために、多くの改変がなされ得る。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図される最も優れた様式として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内の全ての実施形態を含むよう意図される。
【図１】
2020015761.tif 000011
【図２】
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【図３】
2020015761.tif 000013
【外国語明細書】
2020015761000001.pdf