(57)【要約】植物材料の有機酸前処理に由来する生成物の効率的な下流処理に関する、組成物およびプロセスが提供される。本発明は、（ｉ）植物材料の有機酸前処理に由来するセルロースパルプからの有機酸の回収、（ｉｉ）グルコースへの変換前の、植物材料の有機酸前処理に由来するセルロースパルプから回収されたセルロースの処理、（ｉｉｉ）植物材料の有機酸前処理に由来するリグニン懸濁液からのリグニンの分離および清浄、（ｉｖ）植物材料の有機酸前処理の水相からの有機酸の回収、（ｖ）植物材料の有機酸前処理に由来するヘミセルロース含有画分からの残留有機酸の回収、ならびに（ｖｉ）植物材料の有機酸前処理に由来するセルロースおよびヘミセルロースジュースから生成された有機肥料、に関する組成物およびプロセスに関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２％未満の有機酸を含有する脱溶媒セルロースパルプであって、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたセルロースパルプを乾燥機で乾燥させて、前記乾燥セルロースパルプの総重量から計算して３％〜１８％の含有量まで有前記機酸を除去するステップと、
ｂ）前記抽出液濃縮システムおよび他の有機酸前処理操作システムで使用するために、前記乾燥機から放出された蒸気を熱エネルギー源として捕捉するステップと、
ｃ）前記抽出液濃縮システムで捕捉された前記蒸気を凝縮して、前記有機酸前処理プロセスの前記有機酸溶液の第１の相を形成するか、または任意選択的に、前記蒸気を使用して、前記有機酸前処理プロセス内のさらなる操作ステップに熱エネルギーを提供するステップと、
ｄ）脱溶媒器に直接蒸気を使用して、前記セルロースパルプから前記有機酸をさらに除去するステップと、
ｅ）前記脱溶媒器から放出された前記蒸気中の前記有機酸を凝縮して、前記有機酸前処理プロセスの有機酸溶液の第２の相を得るステップと、を含む、プロセスによって調製される脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項２】
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸、酢酸、および水の混合物を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項３】
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸、酢酸、フルフラール、および水の混合物を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項４】
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸、フルフラール、および水の混合物を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項５】
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸および水の混合物を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項６】
前記プロセスの前記乾燥機が、バルク乾燥機である、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項７】
チューブ乾燥機、空気圧乾燥機、および回転ディスク乾燥機からなる群から選択される、請求項６に記載のバルク乾燥機。
【請求項８】
前記バルク乾燥機が、チューブ乾燥機である、請求項７に記載のバルク乾燥機。
【請求項９】
前記プロセスの前記乾燥機が、８０℃〜１６０℃の温度で操作される、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項１０】
前記有機酸前処理プロセスの前記有機酸溶液の前記第１の相が、前記プロセスのステップｃ）で回収された有機酸溶液の前記第１の相と比較して５０％〜９５％の総重量の有機酸含有量を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項１１】
前記プロセスのステップｃ）で回収された有機酸溶液の前記第１の相が、前記有機酸前処理プロセスで再使用される、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項１２】
前記脱溶媒器が、９０℃〜１３０℃の温度で直接蒸気を使用する、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項１３】
前記有機酸前処理プロセスの有機酸溶液の前記第２の相が、前記プロセスのステップｅ）における有機酸溶液の前記第２の相と比較して５％〜６０％の総重量の有機酸含有量を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項１４】
前記プロセスのステップｅ）で前記有機酸を回収する前記第２の凝縮システムが、１〜３つの凝縮器を備える、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項１５】
前記プロセスのステップｅ）で前記有機酸を回収する前記第２の凝縮システムが、２つの凝縮器を備える、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項１６】
プロセスによって調製されるアルカリ化セルロースであって、
ａ）前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされる水酸化ナトリウム液で、植物材料の有機酸前処理から生成された前記セルロースに含有される前記有機酸を中和して、中和セルロース混合物を形成するステップと、
ｂ）プレスを用いて、前記中和セルロース混合物から中和セルロースを分離し、前記濾液を廃水処理システムに直接放出するステップと、
ｃ）水酸化ナトリウム溶液の添加によって、前記中和セルロースを反応器でアルカリ化して、アルカリ化セルロース混合物を形成するステップと、
ｄ）プレスを用いて、前記アルカリ化セルロース混合物からアルカリ化セルロースを分離するステップであって、前記水酸化ナトリウム液（前記アルカリ化セルロース混合物の濾液）が、前記プロセスのステップａ）に再利用するための水酸化ナトリウムを含む、分離するステップと、を含む、プロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項１７】
前記プロセスのステップａ）の前記有機酸が、ギ酸のみを含む、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項１８】
前記プロセスのステップａ）の前記有機酸が、酢酸とギ酸との混合物を含む、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項１９】
植物材料の有機酸前処理から生成された前記セルロースに含有される前記有機酸を中和することが、前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされた前記水酸化ナトリウム液を添加することによって、または前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされた水酸化ナトリウム液と未使用の水酸化ナトリウムとの組み合わせを含む水酸化ナトリウムを添加することによって達成される、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２０】
前記中和セルロース混合物が、ｐＨ５〜ｐＨ８のｐＨを有する、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２１】
前記中和セルロースが、前記中和セルロースの総重量から計算して３０％〜４５％の乾燥固体含有量を有する、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２２】
前記アルカリ化セルロースが、ｐＨ１０〜ｐＨ１２のｐＨを有する、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２３】
前記アルカリ化セルロースが、前記アルカリ化セルロースの総重量から計算して３０％〜４５％の乾燥固体含有量を有する、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２４】
前記プロセスのステップｄ）の前記水酸化ナトリウム液が、ｐＨ１０〜ｐＨ１２のｐＨを有する、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２５】
前記プロセスが、５０℃〜１００℃の温度で実行される、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２６】
前記プレスが、機械プレスである、請求項１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項２７】
スクリュープレスを備える、請求項２６に記載の機械プレス。
【請求項２８】
リグニン組成物であって、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたリグニン懸濁液から、遠心分離によってリグニンを分離するステップと、
ｂ）遠心分離中に洗浄液を前記リグニンに複数回適用することによって、前記遠心分離器内の前記リグニンを清浄して、複数の遠心分離物を形成するステップと、
ｃ）ヘミセルロースジュース濃縮に使用するために第１の遠心分離物および第２の遠心分離物を回収するステップと、
ｄ）前記プロセスの前記分離ステップで前記濃縮抽出液中の前記リグニンを分離するために第３の遠心分離物をリサイクルするステップと、
ｅ）前記遠心分離器から前記リグニンを排出するステップと、を含む、プロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項２９】
前記遠心分離器が、スクレーパー遠心分離器である、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３０】
前記遠心分離器が、洗浄液を送達するための噴霧デバイスを備える、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３１】
前記遠心分離器が、前記プロセス全体を通して連続的に回転する、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３２】
前記洗浄液が、ギ酸、酢酸、および水を含む、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３３】
前記洗浄液が、単に水からなる、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３４】
前記洗浄液の複数回の適用が、高有機酸含有洗浄水で構成される洗浄液の第１の適用と、低有機酸含有洗浄水で構成される洗浄液の第２の適用と、未使用の水で構成される洗浄液の最終適用と、を含む、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３５】
前記ギ酸含有量が、０重量％〜３０重量％である、請求項３２に記載の洗浄液。
【請求項３６】
前記酢酸含有量が、０重量％〜２０重量％である、請求項３２に記載の洗浄液。
【請求項３７】
前記第１の遠心分離物が、前記遠心分離器に適用される前記リグニン懸濁液から分離された前記液体で構成される、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３８】
前記第２の遠心分離物が、前記遠心分離器内の前記リグニンに適用される前記第１の洗浄液で構成される、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項３９】
前記第１および第２の遠心分離物が収集され、ヘミセルロースジュース生成のために使用される、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項４０】
前記第３の遠心分離物が、前記遠心分離器内の前記リグニンに適用される前記第２のおよび任意の後続の洗浄液で構成される、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項４１】
前記第３の遠心分離物が、前記リグニン沈殿ステップにリサイクルされる、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項４２】
第１の遠心分離物が、総遠心分離物の１０％〜６０％を構成する、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項４３】
前記第２の遠心分離物が、総遠心分離物の１０％〜３０％を構成する、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項４４】
前記第３の遠心分離物が、総遠心分離物の１０％〜５０％を構成する、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項４５】
前記リグニンが、前記清浄されたリグニンの総重量に基づいて９０％〜９９％純粋である、請求項２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項４６】
ヘミセルロースジュース組成物であって、
ａ）植物材料の有機酸前処理によって生成された溶解ヘミセルロース、有機酸、および水、および他の成分で構成されるヘミセルロース混合物を多重効用蒸発システムに導入するステップと、
ｂ）前記多重効用蒸発器内で前記ヘミセルロース混合物を蒸発させて、４０重量％〜７０重量％の乾燥物質含有量を有する濃縮ヘミセルロースジュースを形成するステップと、
ｃ）ストリッピングカラムで前記濃縮ヘミセルロースジュースから有機酸を除去して、ヘミセルロースジュースを形成するステップであって、前記ヘミセルロースジュースが、２重量％未満の有機酸を含む、形成するステップと、を含む、プロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項４７】
前記有機酸が、ギ酸を含む、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項４８】
前記有機酸が、ギ酸および酢酸を含む、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項４９】
前記ヘミセルロース混合物中の前記溶解ヘミセルロースの含有量が、２重量％〜２０重量％である、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５０】
前記ヘミセルロース混合物前記有機酸の含有量が、１０重量％〜３０重量％である、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５１】
前記多重効用蒸発システムが、２重効用蒸発システムである、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５２】
前記多重効用蒸発システムが、３重効用蒸発システムである、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５３】
前記多重効用蒸発システムが、４重効用蒸発システムである、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５４】
前記多重効用蒸発が、６０℃〜１６０℃の温度の前記第１の効用蒸発器で操作される、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５５】
前記多重効用蒸発システムが、２５℃〜６０℃の温度の最後の効用蒸発器で操作される、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５６】
前記多重効用蒸発システムが、前記前の蒸発器の頂部から排出された前記蒸気を、前記次の蒸発器の熱エネルギーとして利用する、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５７】
前記ヘミセルロース混合物が、前記最後の蒸発器に供給され、前記第１の蒸発器から順次排出される、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５８】
前記ストリッピングカラムが、ストリッピング剤として直接蒸気を利用する、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項５９】
前記ストリッピングカラムが、６０℃〜１６０℃で操作される、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項６０】
前記ストリッピングカラムから排出された前記蒸気が、前記多重効用蒸発システムの前記第１の蒸発器の熱エネルギーとして使用される、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項６１】
前記ヘミセルロースジュースが、フルフラールを含有しない、請求項４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項６２】
マルチカラム蒸留により高含水有機酸溶液から有機酸を回収するための方法であって、
ａ）２〜５カラム蒸留システムを採用して前記有機酸を回収するステップと、
ｂ）前記マルチカラム蒸留システムの前記第１カラムにのみ直接蒸気を供給するステップと、
ｃ）前のカラムから放出された前記蒸気から後続のカラムに蒸気を順次提供するステップと、
ｃ）前記マルチカラムシステム内の異なるカラムに１つ以上の高含水有機酸溶液の流れを供給して、前記蒸留システムを備える前記カラムのエネルギー要件のバランスを整えるステップと、
ｄ）前記第１のカラムの前記凝縮物中の前記有機酸の含有量を調節して未使用の蒸気消費を最小限に抑えるステップと、
ｅ）前記マルチカラム蒸留システムから排出された総有機酸および総水をリサイクルするステップと、を含む、方法。
【請求項６３】
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸、酢酸、および水を含む、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項６４】
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸および水を含む、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項６５】
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸および酢酸を含む、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項６６】
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸を含む、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項６７】
前記高含水有機酸溶液が、酢酸を含む、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項６８】
前記マルチカラム蒸留が、２〜５つのカラムを備える蒸留システムを使用して実行される、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項６９】
前記マルチカラム蒸留が、４つのカラムを備える蒸留システムを使用して実行される、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７０】
前記最高含水有機溶液流が、前記蒸留システムの前記最後のカラムに向けられる、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７１】
前記最低含水有機酸溶液流が、前記蒸留システムの前記第１のカラムに向けられる、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７２】
有機酸および水中が、前記第１のカラムの頂部から排出された前記凝縮物中で０．５重量％〜１０重量％の有機酸含有量を有する、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７３】
有機酸および水中が、前記第１のカラムの前記底部排出において５重量％〜１５重量％の含水量を有する、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７４】
有機酸および水中が、前記後続のカラムの頂部から排出された前記凝縮物中で０．２重量％〜１重量％の有機酸含有量を有する、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７５】
前記総凝縮物が、前記有機酸前処理プロセスにリサイクルされる、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７６】
前記マルチカラム蒸留が、前記第１のカラムで１２０℃〜１７５℃の温度を用いるものである、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７７】
前記マルチカラム蒸留が、前記最後のカラムで５０℃〜９５℃の温度を用いるものである、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７８】
未使用の蒸気が、前記マルチカラム蒸留システムの前記第１のカラムにのみ供給される、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項７９】
前記後続のカラムが、前記前のカラムから放出された前記蒸気を、熱エネルギーとして順次利用する、請求項６２に記載のプロセス。
【請求項８０】
プロセスによって調製される有機肥料組成物であって、
ａ）デカンタを使用して、植物材料の有機酸前処理によって生成されたセルロースおよびヘミセルロースジュースから蒸留排液を分離して、前記蒸留排液の固体画分および薄い蒸留排液を得るステップと、
ｂ）多重効用蒸発システムを用いて前記薄い蒸留排液を濃縮して、濃縮蒸留排液を得るステップであって、前記多重効用蒸発システムのための前記蒸気が、前記プロセスのステップｄ）で前記乾燥機から放出される蒸気から供給され、任意選択的に未使用の蒸気が補充される、濃縮蒸留排液を得るステップと、
ｃ）前記固体画分と濃縮蒸留排液とを混合して混合物を得るステップと、
ｄ）前記混合物を乾燥させて前記有機肥料を得るステップであって、前記乾燥機から放出された前記蒸気が、前記プロセスの前記多重効用蒸発システムのための熱エネルギーとして前記多重効用蒸発システムに供給される、前記有機肥料を得るステップと、を含む、プロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８１】
前記固体画分が、２０重量％〜４５重量％の乾燥固体含有量を含む、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８２】
前記薄い蒸留排液が、４重効用蒸発システムを備える蒸発器で濃縮される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８３】
前記薄い蒸留排液が、５重効用蒸発システムを備える蒸発器で濃縮される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８４】
前記薄い蒸留排液が、６重効用蒸発システムを備える蒸発器で濃縮される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８５】
前記薄い蒸留排液が、３０℃〜１５０℃の温度で実行される多重効用蒸発によって濃縮される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８６】
多重効用蒸発によって生成された前記濃縮された薄い蒸留排液が、２８重量％〜４５重量％の乾燥物質含有量を含む、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８７】
前記固体画分と前記濃縮蒸留排液との混合中が、ミキサーで実行される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８８】
前記混合物の乾燥が、チューブ乾燥機、空気圧乾燥機、または同様の乾燥機の群から選択される乾燥機によって実行される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項８９】
前記混合物中が、５０重量％〜８０重量％の乾燥固体含有量まで乾燥される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項９０】
前記混合物が、８０℃〜１６０℃の温度で乾燥される、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項９１】
前記有機肥料が、３０％〜６５％の有機物質含有量を含む、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項９２】
前記有機肥料が、５重量％〜３０重量％の総栄養素含有量を含む、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項９３】
前記有機肥料が、２０重量％〜５０重量％の含水量を含む、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項９４】
前記有機肥料が、ｐＨ５．５〜ｐＨ８．５のｐＨを含む、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項９５】
前記蒸留排液中が、セルロースおよびヘミセルロースジュースの加水分解および発酵によって生成されたセルロースおよびヘミセルロースジュースから、別々にまたは集合的に得られる、請求項８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（ｉ）植物材料の有機酸前処理に由来するセルロースパルプからの有機酸の回収、（ｉｉ）グルコースへの変換前の、植物材料の有機酸前処理に由来するセルロースパルプから回収されたセルロースの処理、（ｉｉｉ）植物材料の有機酸前処理に由来するリグニン懸濁液からのリグニンの分離および清浄、（ｉｖ）植物材料の有機酸前処理の水相からの有機酸の回収、（ｖ）植物材料の有機酸前処理に由来するヘミセルロース含有画分からの残留有機酸の回収、ならびに（ｖｉ）植物材料の有機酸前処理に由来するセルロースおよびヘミセルロースジュースから生成された有機肥料、に関する組成物およびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の態様では、本発明は、乾燥機および脱溶媒器を組み合わせて適用することによってセルロースパルプから有機酸を回収するための方法に関する。本発明の本態様は、リグノセルロース植物材料に含有されるヘミセルロースおよびリグニンを溶解するために使用される有機酸の回収および再利用を可能にすることによって、既存の有機酸前処理プロセスの効率を増加させる。植物材料の有機酸前処理の溶解ステップ後、可溶性および不溶性部分の混合物が得られる。混合物を可溶性画分と不溶性画分とに分離後、セルロースパルプおよび抽出液が得られる。セルロースパルプは、約６２％が主に有機酸および水で構成される可溶性画分、ならびに３８％が主に未溶解セルロースで構成される不溶性画分に相当する。
【０００３】
本発明の用途に好適な有機酸前処理プロセスは、それらの全内容が本明細書に組み込まれる、国際特許公開第ＷＯ２０１１／１５４２９３号および同第ＷＯ２０１０／００６８４０号に記載されている。本発明はまた、０．３％〜４％の残留する全体的なリグニンレベルを得るためのリグニンの部分的排除を含む、有機酸前処理ステップからの有機酸の回収に関し得る。かかるステップは、その全内容が本明細書に組み込まれる、国際特許公開第ＷＯ２０１２／０４９０５４号に記載されている。
【０００４】
かかるプロセスでは、回収し損ねた有機酸は、ユニットの操作費用の有意な部分に相当するだけでなく、回収されなかった有機酸は、環境への配慮にも影響を及ぼす。したがって、植物材料の有機酸前処理によって生成されたセルロースパルプからの有機酸の効率的な回収は、既存の方法を上回る経済的利点および環境的利点の両方を提供する。
【０００５】
別の態様では、本発明はさらに、中和とアルカリ化との組み合わせによってセルロースを処理するための、植物材料の有機酸前処理を含むプロセスに関し、セルロースが、バイオエタノールまたは他の生成物を生成するための既存のプロセスに由来する。かかる既存のプロセスは、その全内容が本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２０１３／０１８３７３３号に記載されている。
【０００６】
有機酸前処理のステップを含むプロセスを介したバイオエタノールの生成は、リグノセルロース植物材料にギ酸、酢酸、および水の混合物を施すことによって破壊する最初のステップを含み、次のステップは、他の材料からセルロースを分離することを含む。分離されたセルロースの酵素加水分解の可能な限り最高の収率を達成するための、酵素加水分解ステップ前のリグニンの部分的な排除が開示されており、リグニンを排除して、残留するリグニンの全体的なレベルがおよそ１．６５％に等しい好ましいリグニンレベルを達成するための、セルロースのかかる処理は、セルロースを水酸化ナトリウムで処理する手段、続いて酵素加水分解前に残留する水酸化ナトリウムを排除することを意図する洗浄ステップによって実行される。
【０００７】
典型的には、植物材料の有機酸前処理に由来するセルロースの処理は、水酸化ナトリウムをセルロースに直接添加してｐＨをｐＨ１０〜ｐＨ１２に調節し、その後分離ステップを実行して、処理されたセルロースと濾液（主に水酸化ナトリウムおよび他の可溶性画分を含有する）とに混合物を分離することによって実行される。既存の有機酸前処理プロセスによって生成されたセルロースは、乾燥セルロースの０．５重量％〜５重量％の範囲の、前処理プロセスからの残留有機酸を含有する。これらの残留酸の中和は、水酸化ナトリウムを大量に消費し、バイオエタノール生成のための直接的なコスト増加を生じ、濾液処理のための間接的なコスト増加を生じる。したがって、セルロースの後続処理前に操作可能なｐＨ範囲に到達するのに必要な水酸化ナトリウムの量を最小限に抑えるための、既存の方法を上回る方法は、特に重要な利点に相当する。
【０００８】
別の態様では、本発明は、遠心分離の使用によって、植物材料の有機酸前処理に由来するリグニン懸濁液からリグニンを分離および清浄するためのプロセスに関する。
【０００９】
有機酸前処理プロセスは、有機酸溶液を試薬として使用して、植物材料に含有されるヘミセルロースおよびリグニンを溶解させ、分離後、混合物から抽出液を分離する。主にセルロース、溶解ヘミセルロース、リグニン、ミネラル、有機酸、水などで構成される抽出液は、蒸発システムによって濃縮されて、濃縮抽出液の総重量から計算して５５％〜６５％の乾燥物質含有量まで、有機酸および水の一部が除去される。既存のプロセスは、それらの各々の全内容が参照により組み込まれる、国際特許公開第ＷＯ２０００／０６８４９４号、同第ＷＯ２００９／０９２７４９号、同第ＷＯ２０１１／１５４２９３号、および同第ＷＯ２０１５／１８５６３９号に記載されている。
【００１０】
かかるプロセスでは、リグニン懸濁液は、典型的には、濃縮抽出液と水との混合物にリグニンを分散させることによって得られ、リグニン懸濁液に存在するリグニンと糖との分離は、フィルタプレスを介して分離される。リグニンの分離後、リグニンのプレスケーキおよび糖を含む液が得られる。プレスされたリグニンケーキは、水で、または空気と水との組み合わせによって洗浄され、最終的に洗浄されたリグニンおよび洗浄液が得られる。
【００１１】
しかしながら、デバイスの構造的制限に起因して、フィルタプレスは、全プロセス全体を通して連続的に行うことができず、したがって、フィルタプレスを使用してケーキを洗浄することによって均質な生成物を生成することができない。濾過したリグニンケーキは長方形であるので、リグニンケーキを横切る洗浄経路は変動し、一般に一貫性がない。本開示は、リグニンを遠心分離により回収するための方法を提供し、それにより水の使用量を低減し、したがってエネルギー消費を低減しながら、リグニン懸濁液からのリグニンの回収を改善する。
【００１２】
別の態様では、本発明は、大部分が溶解ヘミセルロース、有機酸、および水で構成される、植物材料の有機酸前処理によって生成されたヘミセルロース混合物から、蒸発とストリッピングとの組み合わせによって、ヘミセルロースジュースを生成するためのプロセスに関する。有機酸前処理プロセスは、有機酸溶液を試薬として使用して、リグノセルロース原材料に含有されるヘミセルロースおよびリグニンを比較的低い温度および大気圧で溶解させ、プロセスは、続く抽出液処理中であっても、比較的低い温度および大気圧または真空圧力で実行されて、フルフラールが作り出されるのを防止する。
【００１３】
典型的には、溶解ヘミセルロース、リグニン、有機酸、および水からなる抽出液は、多重効用蒸発システムによって濃縮されて、濃縮液の総重量から計算して５５％〜６５％の乾燥物質含有量まで、有機酸および水の一部が除去される。濃縮液に含有されるリグニンは、抽出液からリグニンと糖とを分離するための既存のプロセスによって分離され、このプロセスでは、リグニンと糖とを分離する前に、濃縮液を等重量部の水と混合し、分離されたリグニンを水で洗浄して、残留する糖、有機酸を、全可溶性材料、および水を除去する必要があり、これらを一緒に収集してこのプロセスで生成された溶解ヘミセルロース、有機酸、および水のヘミセルロース混合物が形成される。かかるプロセスは、それらの各々の全内容が組み込まれる、国際特許公開第ＷＯ２０１１／１５４２９３号および同第ＷＯ２０１０／００６８４０号に記載されている。
【００１４】
ヘミセルロース混合物中の溶解ヘミセルロースは、主にキシロースおよびアラビノースを含み、これらはエタノールおよび他の工業製品を生成するために使用することができる。しかしながら、ヘミセルロース混合物に存在する有機酸は、キシロースおよびアラビノースのエタノールおよび他の工業製品への変換を阻害するであろう。したがって、ヘミセルロース混合物から有機酸を効率的に除去してヘミセルロースジュースを生成することは、ヘミセルロースジュース内の利用可能な糖からのエタノールの収率を最大化するために特に重要である。
【００１５】
別の態様では、本発明は、植物材料の有機酸前処理プロセスによって生成される高含水有機酸溶液から、有機酸を回収することに関する。典型的には、かかるプロセスにおける有機酸の含有量は、溶液の総重量の８３％超である。有機酸は、前処理プロセス中のフルフラールの生成を回避するために比較的低い温度および大気圧で、リグノセルロース原材料に含有されるヘミセルロースおよびリグニンを溶解させる試薬として機能する。分離後、溶解ヘミセルロース、リグニン、有機酸、水、および他の成分を含有する液。有機酸溶液および原材料中の水で構成される水は、蒸発システムによって濃縮されて水とともに有機酸の一部が除去され、これが高含水有機酸溶液の第１の流れを形成する。
【００１６】
抽出液からリグニンと糖とを分離するための既存のプロセスによって、濃縮液に含有されるリグニンは分離され、このプロセスでは、濃縮液からリグニンを分離する前に、濃縮液を濃縮液の等重量部の水と混合することにより、濃縮液にリグニンが沈殿する。その後、分離されたリグニンは水で洗浄されて、残留する糖、有機酸、および他の水溶性構成成分が除去される。
【００１７】
水を含む全可溶性材料、濃縮液に残留する水、リグニンを沈殿させるために濃縮液に混合された水、および洗浄水として使用された水は一緒に収集されて、主に溶解ヘミセルロース、有機酸、（プロセス中に残留した水、および添加された）水、および他の微量構成成分からなる混合物が形成される。かかるプロセスは、それらの各々の全内容が組み込まれる、国際特許出願第ＷＯ２０１１／１５４２９３号および同第ＷＯ２０１０／００６８４０号に記載されている。
【００１８】
その供給源にかかわらず、有機酸を高含水有機酸溶液から効率的に除去するための、蒸発とストリッピングとの組み合わせのプロセスが開示されている。開示のプロセスは、水とともに有機酸を混合物から部分的に蒸発させるために第１の通過多重効用蒸発器を備え、主に有機酸および水を含む蒸発器の凝縮物は、高含水有機酸溶液の第２の流れを形成する。
【００１９】
蒸発器からの濃縮有機酸混合物はストリッピングカラムに供給され、このカラムで有機酸は２％未満の含有量までさらに除去され、ストリッピングカラムからの凝縮物は、高含水有機酸溶液の第３の流れを形成する。
【００２０】
高含水有機酸の第４の流れは、乾燥セルロースパルプから残留有機酸を除去するために蒸気を利用するように適合された脱溶媒器を使用することによる、セルロースパルプからの有機酸の回収に由来し、約６２％の可溶性部分（主に有機酸および水からなる）、および約３８％の不溶性部分（主にセルロースからなる）を含有する。本発明の本態様では、脱溶媒器からの凝縮物が、高含水有機酸溶液の第４の流れを形成する。
【００２１】
有機酸および水を有機酸前処理プロセスにリサイクルするために、これら４つの高含水有機酸溶液の流れからこれら４つの高含水有機酸溶液の流れの追加の水を除去して、抽出および脱リグニン化ステップの含水量の要件を満たす必要がある。
【００２２】
別の態様では、本発明は、セルロースおよびヘミセルロースジュースからの蒸留排液を利用することによって、有機肥料を生成するための方法に関する。
【００２３】
本発明は、植物材料、特に穀物藁が原材料として機能する有機酸前処理植物材料に基づく。有機酸前処理プロセスによって、リグノセルロース原材料をセルロース、ヘミセルロースジュース、およびリグニンへ分離すること、セルロースおよびヘミセルロースジュースの加水分解および発酵、ならびにセルロースおよびヘミセルロースジュースの大部分のエタノールへの変換は、その全内容が本明細書に組み込まれる国際特許出願第ＷＯ２０１５／１８５６３９号に記載されている。
【００２４】
典型的には、発酵後に燃料エタノールを生成するためのプロセスでは、発酵セルロースとヘミセルロースジュースとの混合物を蒸留システムのマッシュカラムに供給し、そこでエタノールを抽出して燃料エタノールが生成される。かかるプロセスでは、残渣は、マッシュカラムの底部から放出される。有機酸前処理プロセスの１つの結果は、リグノセルロース原材料の栄養成分（タンパク質、カリウム、リン酸塩など）の大部分がヘミセルロースジュースに分離され、蒸留排液として発酵材料（酵母、グリセロールなど）と混合されることである。この蒸留排液の使用が重要な問題となり、蒸留排液は生産的に使用されることなく廃棄物として処理され、かかる廃棄物の処理に費用がかかる。既存のプロセスでは、良好な方法は提案されていない。本発明の本態様は、蒸留排液固体を傾瀉および蒸発させて価値のある有機肥料の基を形成しながら、同時に蒸留排液由来の蒸気を熱電対として蒸留排液固体蒸発システムに提供し、それにより非生産的な蒸留排液を回収および処理する、熱力学的に効率的な方法を生成するためのプロセスを提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１５４２９３号
【特許文献２】国際公開第２０１０／００６８４０号
【特許文献３】国際公開第２０１２／０４９０５４号
【特許文献４】米国特許公開第２０１３／０１８３７３３号明細書
【特許文献５】国際公開第２０００／０６８４９４号
【特許文献６】国際公開第２００９／０９２７４９号
【特許文献７】国際公開第２０１５／１８５６３９号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の第１の態様は、乾燥機と脱溶媒器との組み合わせによる、セルロースパルプからの有機酸の効率的、完全かつ経済的な回収のための方法および組成物について開示する。本方法は、乾燥機を使用して、乾燥セルロースパルプの総重量から計算して５％〜１２％の含有量まで、有機酸を低減する、第１のステップを含む。このレベルでは、乾燥を続けることによって有機酸をさらに除去することは困難である。この難点を克服するために、本発明は、脱溶媒器を使用して、脱溶媒媒体として直接蒸気を使用して有機酸をさらに除去して、脱溶媒セルロースパルプの総重量と比較して有機酸含有量を２％未満まで低減する、第２のステップを含む。
【００２７】
本発明の別の態様は、酵素消化のために可能な限り最小限の水酸化ナトリウムを使用してセルロースを調製する、中和とアルカリ化との組み合わせによってセルロースを処理するためのプロセスおよび組成物、ならびに最小限の水酸化ナトリウムを使用するバイオエタノール生成および付随する廃棄物の処理のコストを減少させる、水酸化ナトリウム液をアルカリ化ステップから中和ステップにリサイクルする手段を提供するものである。
【００２８】
本発明の別の態様は、遠心分離物の特定の部分をリサイクルすることと、オンライン洗浄することと、をさらに含む遠心分離を使用して、純粋なリグニンを得て、全体的な水消費を減少させ、高品質のリグニンを得る、リグニンの分離および清浄プロセスならびに組成物を提供する。
【００２９】
本発明の別の態様は、蒸発とストリッピングとを組み合わせることによって、溶解ヘミセルロース、有機酸、および水のヘミセルロース混合物から有機酸を効率的かつ経済的に除去して、ヘミセルロースジュース組成物を生成するプロセスである。プロセスは、第１のステップにおいて、濃縮ヘミセルロースジュースの総重量から計算して４０％〜７０％の乾燥物質含有量まで、水とともに有機酸を部分的に蒸発させるための多重効用蒸発システムを備える。プロセスは、濃縮ヘミセルロースジュースがストリッピングカラムに供給される第２のステップをさらに含み、有機酸が、ヘミセルロースジュースの総重量から計算して２％未満の含有量までさらに除去される。
【００３０】
本発明の別の態様は、マルチカラム蒸留を含むプロセスによって、高含水有機酸溶液から水を効率的かつ経済的に除去して、有機酸前処理プロセス内で後続のリサイクルに好適な組成物を生成するためのプロセスである。このプロセスは、ａ）２〜５カラム蒸留システムを採用して有機酸を回収することと、ｂ）未使用の蒸気をマルチカラム蒸留システムの第１のカラムにのみ供給することと、ｃ）前のカラムから放出された蒸気を熱エネルギーとして後続のカラムに順次提供することと、ｄ）高含水有機酸溶液の１つ以上の流れをマルチカラムシステム内の異なるカラムに供給して、蒸留システムを備えるカラムのエネルギー要件のバランスを整えることと、ｅ）第１のカラムの凝縮物中の有機酸の含有量を調節して未使用の蒸気消費を最小限に抑えることと、ｆ）マルチカラム蒸留システムから排出された総有機酸および総水を、植物材料の有機酸前処理を構成する全体的なプロセスにリサイクルすることと、を特徴とし、これは、エネルギー、すなわち、有機酸を回収するための蒸気消費を最大限に低減することができ、その間に、総有機酸および水を前処理プロセスにリサイクルすることができる。
【００３１】
本発明の別の態様では、セルロースおよびヘミセルロースジュースの蒸留排液の発酵を利用して、効率的かつ経済的に有機肥料組成物を生成する方法である。蒸留排液は、有機物質および栄養素が豊富であり、有機肥料としての要件を満たす。有機肥料は、土壌の品質を改善することができ、同様に植物、例えば穀物に栄養素を提供することができる。対照的に、化学肥料は、植物に栄養素を提供するが、土壌を損傷し得る。有機肥料は、農業にとって重要な台頭しつつある方向性である。本発明の本態様は、効率的かつ経済的な方法によって、蒸留排液（発酵副生成物）を使用して、価値のある有機肥料を生成することを特徴とする。本方法は、傾瀉によって蒸留排液を分離して、蒸留排液の固体画分と、蒸留排液のより希釈された画分を含む薄い蒸留排液とを得ることを含む。本方法は、多重効用蒸発システムによって薄い蒸留排液を濃縮して、濃縮蒸留排液を得ることと、固体画分および濃縮蒸留排液を混合して混合物を得ることと、混合物を乾燥機によって乾燥させて有機肥料を得ることと、多重効用蒸発システムの熱エネルギーとして乾燥機から放出された蒸気、補足的な熱エネルギーとして未使用の蒸気を多重効用蒸発システムに供給することと、をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】乾燥機と脱溶媒ユニットとの組み合わせによって、セルロースパルプから有機酸がどのように回収されるかを示すプロセス図である。セルロースパルプ（２１）を乾燥機ユニット（１０１）に導入して、乾燥セルロースパルプ（２２）および蒸気（２３）を得る。蒸気（２３）は、抽出液濃縮システム、ならびに全体的なシステムにおける他の操作ユニットに熱エネルギーを提供するために使用される。乾燥セルロースパルプ（２２）を脱溶媒器（１０３）に供給して、脱溶媒媒体として直接蒸気（２３）を利用することによって有機酸をさらに除去して、脱溶媒セルロースパルプ（２４）を得る。脱溶媒ユニットからの蒸気（２５）は、凝縮器Ｉ（１０４）に供給される。凝縮器Ｉ（１０４）からの凝縮されていない蒸気（２６）は、凝縮器ＩＩ（１０５）に供給される。凝縮器Ｉからの凝縮蒸気溶液（２７）および凝縮器ＩＩ（１０５）からの凝縮蒸気溶液（２８）を組み合わせて、有機酸溶液（１３）を形成することができる。
【図２】脱溶媒器（１０３）の構造を概略的に示す。供給入口（１０６）を通して、乾燥セルロースパルプ（２２）を脱溶媒器（１０３）の頂部に供給する。直接蒸気（２３）は、プレート（１０９）の穴から噴出し、次いで乾燥セルロースパルプの層を通って外に出、その間、直接蒸気は、乾燥セルロースパルプに含有される残留有機酸を伴って有機酸蒸気を形成し、有機酸蒸気は、脱溶媒器（１０３）の蒸気出口（１０７）から放出される。放出された有機酸蒸気は、凝縮器Ｉ（１０４）に供給され、凝縮器Ｉ（１０４）内の凝縮されていない蒸気は、凝縮器ＩＩ（１０５）に供給される。凝縮器Ｉ（１０４）および凝縮器ＩＩ（１０５）の凝縮物は、有機酸溶液（１３）を形成する。脱溶媒後、脱溶媒セルロースパルプ（２４）は、回転排出器（１０８）によって排出される。
【図３】中和とアルカリ化の組み合わせによるセルロースの処理を概略的に示し、水酸化ナトリウム（２３）およびリサイクルされた水酸化ナトリウム液（２２）を添加して中和セルロース混合物（２４）を形成する中和タンク（１０１）に、セルロース（２１）が供給される。中和セルロース混合物（２４）は、プレスＩ（１０２）に供給されて濾液（２５）および中和セルロース（２６）が得られる。濾液（２５）は廃水処理システム（１０３）に排出される一方で、中和セルロース（２６）はアルカリ化反応器（１０４）に供給される。水酸化ナトリウム（２７）は、アルカリ化反応器（１０４）内に添加されて、アルカリ化セルロース混合物（２８）が得られる。アルカリ化セルロース混合物（２８）は、プレスＩＩ（１０５）に供給されて、中和タンクにリサイクルされる水酸化ナトリウム液（２２）および最終アルカリ化セルロース（２９）生成物が得られる。
【図４】純粋なリグニンを生成するためのプロセスを示すプロセス図である。このプロセスでは、第３の遠心分離物（２１）は濃縮抽出液（２２）と混合されて混合物が形成され、連続またはバッチ乳化器（１０１）を使用することによって、混合物は懸濁タンク（１０２）内で乳化されて、安定したリグニン懸濁液（２３）が形成される。次いで、リグニン懸濁液（２３）は、遠心分離器（１０３）に供給されて、リグニン懸濁液がリグニン層と第１の遠心分離物（２５）とに分離される。第１の遠心分離物（２５）は、ヘミセルロースジュース生成のために多重効用蒸発システム（１０４）に送達される。リグニン層を洗浄するために第１の洗浄水（２７）が導入されて、第２の遠心分離物（２６）が生成される。第１の洗浄水は、図１０〜１３の酸蒸留ユニット（５）の凝縮器Ｉからの高酸含有水であり得る。第２の遠心分離物（２６）もまた、ヘミセルロースジュース生成のために多重効用蒸発システム（１０４）に送達される。第２の洗浄水（２８）がリグニン層に導入されて、少なくとも第３の遠心分離物（２１）が生成される。第２の洗浄水は、図１０〜１３の酸蒸留ユニット（７）の凝縮器Ｉ、または未使用の水（２９）、または両方の混合物以外の、他の凝縮器からの低酸含有洗浄水で構成され得る。第３および任意の後続の遠心分離物を組み合わせ、リグニンを懸濁させるための懸濁タンク（１０２）に再導入してもよい。洗浄されたリグニンは、純粋なリグニン（２４）として遠心分離器から排出される。
【図５】ヘミセルロースジュースの生成を含むステップの配列を示す。リグニン沈殿、濾過、および洗浄によって抽出液から分離された未加工のヘミセルロースジュース（２１）は、多重効用蒸発システム（１０１）に供給される。濃縮ヘミセルロースジュース（２２）および凝縮有機酸（２３）は、多重効用蒸発器システムによって生成される。有機酸をさらに除去し、ストリッピングされたヘミセルロースジュースの総重量の２％未満の有機酸含有量を有するストリッピングされたヘミセルロースジュース（２４）、および新たに凝縮された酸（２５）を得るためのストリッピングカラム（１０２）に、未使用の蒸気（２６）および濃縮ヘミセルロースジュース（２２）が、導入される。
【図６】２重効用蒸発およびストリッピングシステムの詳細な図面である。内部ラベルは、実施例４に記載される。
【図７】３重効用蒸発およびストリッピングシステムの詳細な図面である。内部ラベルは、実施例４に記載される。
【図８】４重効用蒸発およびストリッピングシステムの詳細な図面である。内部ラベルは、実施例４に記載される。
【図９】マルチカラム蒸留による高含水有機酸溶液から有機酸を回収するためのプロセスのフロー図である。リグノセルロース植物原材料（１１）は、抽出ステップ（１０１）に供給される。有機酸（１２）は、抽出ステップ（１０１）で植物材料に添加されて、植物原材料（１１）からヘミセルロースおよびリグニンを溶解させて抽出混合物（１３）が得られる。抽出混合物から可溶性粒子と懸濁粒子とを分離すること（１０２）によって、抽出液（１４）が生成され、不溶性および懸濁していない残渣が、セルロースパルプ（１５）を含む。セルロースパルプ（１５）は、乾燥機（１０９）で乾燥されて、乾燥セルロースパルプ（２７）が生成され、有機酸を含む乾燥機からの凝縮物は、抽出ステップ（１０１）にリサイクルすることができる。このプロセスでは、抽出液（１４）は、蒸発システム（１０３）に供給されて、残留有機酸および水が部分的に除去されて、高含水有機酸溶液（１）の第１の流れが形成され、濃縮液（１６）が得られる。濃縮液（１６）は、リグニン分離（１０４）ステップに供給され、このステップでは、水（１７）の添加によってリグニンを沈殿させ、濃縮液（１６）からリグニンを分離させて、分離されたリグニン（１８）、および水を含む可溶性材料（１９）が得られる。リグニンは、残留する糖、有機酸、および他の水溶性成分を除去するために、一連のリグニン洗浄ステップ（２２）で様々な洗浄水（２０）で洗浄される必要がある。リグニン洗浄ステップ（１０５）からの水および洗浄水を含む可溶性材料（１９）は、プールされて、ヘミセルロース、有機酸、水、および他の水溶性成分の混合物（２３）を形成する。この混合物（２３）から有機酸を除去し含水量を低減するために、混合物（２３）は、多重効用蒸発（１０６）を施される。多重効用蒸発器の凝縮物は、高含水有機酸溶液（２）の第２の流れを形成する。多重効用蒸発（１０６）に続いて、濃縮混合物（２４）は、ストリッピングカラム（１０７）に供給され、有機酸が２％未満の含有量までさらに除去され、ストリッピングカラムからの凝縮物が、高含水有機酸溶液（３）およびヘミセルロースジュース（２５）の第３の流れを形成する。乾燥セルロースパルプ（１５）から有機酸を除去するために、脱溶媒器（１０８）は、直接蒸気（２６）を使用して残留有機酸を除去するように適合される。脱溶媒器からの凝縮物は、高含水有機酸溶液（４）および脱溶媒セルロースパルプ（２８）の第４の流れを形成する。高含水有機酸溶液の４つの流れは、マルチカラム蒸留システム（１１０）に供給されて、含水量が低減される。凝縮液排出物中の酸含有量が０．５〜１０％の水性酸溶液（５）が、第１のカラムの頂部から得られる。後続のカラムは、０．２％〜１％の酸含有量を有する凝縮液（７）排出物を生成する。５％〜１５％の酸含有量を有する水性酸溶液（６）は、第１のカラムの底部排出物を含む。すべての酸パーセンテージは、重量で計算される。
【図１０】２カラム蒸留システムの詳細を示す。内部ラベルは、実施例５に記載される。
【図１１】３カラム蒸留システムの詳細を示す。内部ラベルは、実施例５に記載される。
【図１２】４カラム蒸留システムの詳細を示す。内部ラベルは、実施例５に記載される。
【図１３】５カラム蒸留システムの詳細を示す。内部ラベルは、実施例５に記載される。
【図１４】エタノール蒸留システムのマッシュカラム（１００）の底部からの発酵蒸留排液（２１）からの有機肥料の生成を示すプロセス図である。蒸留排液（２１）は、デカンタ（１０１）に供給されて、固体画分（２２）および薄い蒸留排液（２３）が得られる。薄い蒸留排液（２３）は、多重効用蒸発システム（１０２）に供給されて濃縮蒸留排液（２４）が生成される。固体画分（２２）および濃縮蒸留排液（２４）は、２つの画分が混合されて混合物（２５）が得られるミキサー（１０３）に供給される。混合物（２５）は、乾燥機（１０４）に供給されて乾燥混合物（２６）が得られ、この乾燥混合物（２６）は高品質の有機肥料に相当する。乾燥器（１０４）から放出された蒸気（２７）は、多重効用蒸発器（１０２）に供給されて、蒸発プロセスのための熱エネルギーを提供することができ、未使用の蒸気（２８）は、補足的な熱エネルギーとして多重効用蒸発システム（１０２）に供給される。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
セルロースパルプからの有機酸の回収
本発明の第１の態様は、乾燥機と脱溶媒器との組み合わせによる、セルロースパルプからの有機酸の効率的、完全かつ経済的な回収のための方法および組成物について開示する。有機酸および脱溶媒セルロースパルプは、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたセルロースパルプを乾燥機で乾燥させて、乾燥セルロースパルプの総重量から計算して３％〜１８％の含有量まで有機酸を除去するステップと、
ｂ）抽出液濃縮システムおよび他の有機酸前処理操作システムで使用するために、乾燥機から放出された蒸気を熱エネルギー源として捕捉するステップと、
ｃ）抽出液濃縮システムおよび他の有機酸前処理操作システム内の蒸気を凝縮して、有機酸前処理プロセスの有機酸溶液の第１の相を形成するステップと、
ｄ）脱溶媒器に直接蒸気を使用して、セルロースパルプから２％未満の含有量まで有機酸をさらに除去するステップと、
ｅ）脱溶媒器から放出された有機酸蒸気を凝縮して、有機酸前処理プロセスの有機酸溶液の第２の相を得るステップと、を含む、プロセスによって生成される。
【００３４】
本発明の本態様は、乾燥機と脱溶媒器との組み合わせによって、植物材料の有機酸前処理プロセスに由来するセルロースパルプから有機酸を回収する方法に関する。有機酸前処理プロセスは、有機酸を試薬として使用して、リグノセルロース植物材料に含有されるヘミセルロースおよびリグニンを溶解させる。可溶性部分と不溶性部分との混合物からセルロースパルプを分離した後の不溶性部分を含む残渣は、セルロースパルプである。
【００３５】
既存の有機酸前処理プロセスは、総セルロースパルプの０．３〜４乾燥重量％の全体的なリグニンレベルの残留物を得るために、リグニンを部分的に排除するステップを含み得る。セルロースパルプ中の有機酸の含有量は、セルロースパルプの総重量から計算して３５％〜６５％であり得る。セルロースパルプ中のセルロースの含有量は、セルロースパルプの総重量から計算して３０％〜５０％であり得る。
【００３６】
図１に示されるように、有機酸前処理プロセスからのセルロースパルプは、乾燥機に供給される。乾燥機は、乾燥セルロースパルプの総重量から計算して３％〜１８％の含有量まで有機酸を低減し、有機酸の含有量が３％未満になると、乾燥機は、有機酸を効率的にさらに除去することができず、有機酸の含有量が１８％超である場合、脱溶媒器による直接蒸気の消費は非効率的である。
【００３７】
セルロースパルプの乾燥は、チューブ乾燥機、空気圧乾燥機、噴霧乾燥機、回転ディスク乾燥機、および当業者に既知の他の乾燥機技術を含み得る、多くの形態の乾燥機によって実行され、チューブ乾燥機を利用することが特に好ましい。乾燥機ステップは、９０℃〜１５０℃の温度で実行され得る。乾燥後、乾燥機から排出された乾燥セルロースパルプは、脱溶媒器に供給される。
【００３８】
乾燥機から放出された蒸気は、抽出液濃縮システムに使用することができ、同様に他のシステムに熱エネルギーを提供することができる。抽出液濃縮システムおよび他のシステムで凝縮された乾燥機からの蒸気の凝縮物は、有機酸溶液の第１の相を形成し、有機酸前処理プロセスで再利用することができる。
【００３９】
図２に示される脱溶媒器では、有機酸は、脱溶媒セルロースパルプの総重量から計算して２％未満の含有量まで、乾燥セルロースパルプからさらに除去される。脱溶媒器は、直接蒸気を脱溶媒媒体として利用して、乾燥セルロースパルプから有機酸をさらに除去することができる。脱溶媒器は、ステップｄ）において９０℃〜１５０℃の温度で実行される脱溶媒媒体として直接蒸気を使用することによって、有機酸をさらに除去することができる。
【００４０】
脱溶媒ステップ後の脱溶媒セルロースパルプは、エタノールおよび他の生成物を生成するために使用することができる。
【００４１】
有機酸蒸気はまた、脱溶媒器から放出された水を含有し、有機酸蒸留システムの凝縮システムによって回収され、有機酸は、有機酸前処理プロセスで使用するために回収される。凝縮システムは、１〜３つの凝縮器、好ましくは２つの凝縮器によって実行される。
【００４２】
アルカリ化セルロースの生成
本発明の本態様は、中和とアルカリ化との組み合わせによってセルロースを処理してアルカリ化セルロースを生成するためのプロセスであって、
ａ）プロセスのステップｄ）からリサイクルされる水酸化ナトリウム液で、植物材料の有機酸前処理から生成されたセルロースに含有される有機酸を中和して、中和セルロース混合物を形成するステップと、
ｂ）プレスを用いて、中和セルロース混合物から中和セルロースを分離し、濾液を廃水処理システムに直接放出するステップと、
ｃ）水酸化ナトリウム溶液の添加によって、中和セルロースを反応器でアルカリ化して、アルカリ化セルロース混合物を形成するステップと、
ｄ）プレスを用いて、アルカリ化セルロース混合物からアルカリ化セルロースを分離するステップであって、水酸化ナトリウム液（アルカリ化セルロース混合物の濾液）が、プロセスのステップａ）に再利用するための水酸化ナトリウムを含む、分離するステップと、を含む、プロセスに関する。
【００４３】
本発明の本態様では、有機酸前処理プロセスに由来するセルロースパルプから生成され、上述の乾燥および脱溶媒ステップによって残留有機酸がストリッピングされたセルロースは、セルロースの総重量の０．５％〜５％に相当する残留有機酸レベルを依然として含有し得る。本発明の本態様では、かかるセルロースパルプは、中和および後続のアルカリ化を含むプロセスによってさらに処理されて、アルカリ化セルロースを形成する。
【００４４】
図３に示されるように、プロセスのステップａ）でセルロースに含有される残留有機酸は、ステップｄ）でアルカリ化セルロース混合物からアルカリ化セルロースを分離することからリサイクルされた水酸化ナトリウム液を添加することによって中和される。水酸化ナトリウム液のｐＨは、ｐＨ１０〜ｐＨ１２である。水酸化ナトリウム液をセルロースに添加した後、必要に応じてより多くの水酸化ナトリウムを添加することによって、セルロース混合物のｐＨを５〜８の範囲に調節する。アルカリ化セルロースを生成するためのプロセスの最後のステップからリサイクルされた水酸化ナトリウム液の使用は、現行の処理プロセスと比較して、水酸化ナトリウムの全体的な消費を３０重量％〜６５重量％減少させることができる。
【００４５】
ステップｂ）では、中和セルロースは、プレスの使用によって中和セルロース混合物から分離される。プレスは、スクリュープレスまたは当業者に既知の他のタイプのプレスであってもよい。この分離ステップでは、ステップａ）で形成された中和セルロース混合物は２つの流れに分離され、一方は中和セルロースを含み、他方は濾液を含む。中和セルロースは、３０％〜４５％の乾燥固体含有量を有する。濾液は、廃水処理システムに直接放出され、濾液のｐＨは、ｐＨ５〜ｐＨ８であるので、既存の処理プロセスのように滴定によってｐＨを調節する必要はない。
【００４６】
ステップｃ）では、反応器内で中和セルロースに５０℃〜１００℃の温度の水酸化ナトリウム溶液を添加することによって、中和セルロースは、ｐＨ１０〜ｐＨ１２のｐＨにアルカリ化される。これらの条件下で、セルロースに含有されるリグニンの含有量は、セルロースの総重量から計算して１％〜２．５％のレベルまで低減することができる。
【００４７】
ステップｄ）では、アルカリ化セルロース混合物は、プレスの使用によって分離される。この分離ステップでは、アルカリ化セルロース混合物は、２つの流れに分離され、一方の流れはアルカリ化セルロースを含み、他方の流れは水酸化ナトリウム液を含む。
【００４８】
アルカリ化セルロースは、アルカリ化セルロースの総重量から計算して３０％〜４５％の乾燥固体の含有量を含有する。洗浄ステップ後、このアルカリ化セルロースは、セルロースのグルコースへの高い変換速度を有するセルラーゼによって加水分解されてもよい。
【００４９】
水酸化ナトリウム液は、有機酸を中和するためにステップａ）にリサイクルすることができる。
【００５０】
純粋なリグニンの生成
本発明の本態様は、沈殿および遠心分離によってリグニン懸濁液からリグニンを分離および清浄するためのプロセスであって、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたリグニン懸濁液から、バッチまたは連続遠心分離によってリグニンを分離するステップと、
ｂ）遠心分離中に洗浄液をリグニン層上に複数回適用することによって、遠心分離器内の沈殿リグニンを清浄して、複数の遠心分離物を形成するステップと、
ｃ）ヘミセルロースジュース濃縮に使用するために第１の遠心分離物および第２の遠心分離物を回収するステップと、
ｄ）濃縮抽出液中のリグニンを有機酸前処理プロセスのリグニン懸濁液に沈殿させるために、第３の遠心分離物をリサイクルするステップと、
ｅ）遠心分離器からリグニンを排出するステップと、を含む、プロセスに関する。
【００５１】
本発明の本態様の抽出液は、植物材料に含有されるヘミセルロースおよびリグニンが、抽出液が由来する有機酸溶液に溶解される、既存の有機酸前処理プロセスから得られる。抽出液は混合物から分離され、セルロース、溶解ヘミセルロース、リグニン、ミネラル、有機酸、水、および他の微量成分を含む抽出液は、蒸発システムによって濃縮されて、濃縮抽出液の総重量から計算して５５％〜６５％の乾燥物質含有量まで、有機酸および水の一部が除去される。
【００５２】
本発明によれば、分離装置は遠心分離器であり、好ましくはスクレーパー遠心分離器であり、これは連続またはバッチモードで実行され得る。遠心分離器は、純粋なリグニンを得るためにリグニン層上に洗浄水を均一に噴霧することができる噴霧デバイスが装備されている。
【００５３】
図４に示されるように、ステップｄ）からの第３の遠心分離物は、濃縮抽出液と混合されて混合物を形成し、混合物は、安定したリグニン懸濁液を形成する懸濁タンクに供給され、懸濁タンクで連続またはバッチ乳化器を使用することによって混合物が乳化される。次いで、リグニン懸濁液は、連続して遠心分離器に供給され、次いで遠心分離物はリグニン懸濁液が分離されて、第１の遠心分離物およびリグニン層が得られる。遠心分離物の総体積の１０％〜６０％を構成する第１の遠心分離物は、ヘミセルロースジュース生成ユニットによる後続処理のために回収される。
【００５４】
噴霧デバイスは、ギ酸、酢酸、および水の混合物を含み得る洗浄水を送達し、リグニン層のオンライン洗浄を提供する。好ましい実施形態では、遠心分離器は、連続的に回転する。洗浄水は、連続回転下でリグニン層上に均等に噴霧されて、リグニンの均質な清浄を提供することができる。噴霧中、不純物は、洗浄水によって洗い流され、回収された洗浄水および不純物は第２の遠心分離物を形成し、総遠心分離物の１０体積％〜３０体積％を構成する。後続の洗浄を適用しながら遠心分離器の操作を続けて、第３および可能なより多くの遠心分離物を生成する。第３および後続の遠心分離物は、総遠心分離物の１０体積％〜５０体積％を構成し得る。最終遠心分離物が除去されると、リグニン層は遠心分離器から排出されて、９０重量％〜９９重量％のリグニンを含む純粋なリグニンが得られる。
【００５５】
洗浄水は、水、または混合物のギ酸含有量が、混合物の総重量から計算して０％〜３０％であり、混合物の酢酸含有量が、混合物の総重量から計算して０％〜２０％である、ギ酸、酢酸、および水の混合物を含み得る。ギ酸、酢酸、および水の混合物は、酸蒸留ユニットによる高含水有機酸溶液から回収された有機酸に由来し得る。好ましい実施形態では、遠心分離器に導入される最初の洗浄水は、高有機酸含有洗浄水に由来する。いくつかの実施形態では、遠心分離器に導入される第２の洗浄水は、低有機酸含有洗浄水に由来する。いくつかの実施形態では、未使用の水は、リグニン層を清浄して純粋なリグニンを得るための第３および任意の後続の洗浄手順のための洗浄水を構成する。
【００５６】
第１の遠心分離物および第２の遠心分離物は回収され、後続のヘミセルロースジュース生成ユニットに送達され得るが、第３および任意の後続の遠心分離物は、リグニン懸濁ステップにリサイクルされて、最初のリグニン沈殿ステップのための水消費を減少させ、その結果、ヘミセルロースジュース生成および有機酸回収ユニットのエネルギー消費を減少させることができる。
【００５７】
ヘミセルロースジュースの生成
本発明の本態様は、蒸発とストリッピングとの組み合わせによってヘミセルロースジュースを生成するためのプロセスであって、
ａ）植物材料の有機酸前処理によって生成された溶解ヘミセルロース、有機酸、水、および他で構成されるヘミセルロース混合物を多重効用蒸発システムに導入するステップと、
ｂ）多重効用蒸発器内でヘミセルロース混合物を蒸発させて、４０％〜７０％（ｗ／ｗ）の乾燥物質含有量を有する濃縮ヘミセルロースジュースを形成するステップと、
ｃ）ストリッピングカラムで濃縮ヘミセルロースジュースから有機酸を除去して、ヘミセルロースジュースを形成するステップであって、ヘミセルロースジュースが、２％（ｗ／ｗ）未満の有機酸を含む、ヘミセルロースを形成するステップと、を含む、プロセスに関する。
【００５８】
本発明は、ギ酸および酢酸の混合物またはギ酸のみを使用して、リグノセルロース植物原材料からヘミセルロースおよびリグニンを溶解させ、最初の分離ステップ後、溶解ヘミセルロース、リグニン、有機酸、水、および他の微量成分を含む抽出液が、残留する不溶性材料（主にセルロースを含む）から分離される、植物材料の既存の有機酸前処理プロセスに基づく。
【００５９】
リグニン沈殿、濾過、および洗浄ステップ後、リグニンは、抽出液から除去され、ヘミセルロースジュースとして知られる残留物は、溶解ヘミセルロース、有機酸、水、および他の微量の水溶性成分で構成される。
【００６０】
ヘミセルロースジュース中の溶解ヘミセルロースは、主にキシロースおよびアラビノースで構成され、これらはエタノールおよび他の工業製品を生成するために使用することができる。ヘミセルロースジュースに残留する有機酸は、キシロースおよびアラビノースのエタノールおよび他の工業製品への変換を阻害し得る。加えて、かかる有機酸は、全体的な有機酸前処理プロセスにおける費用の高い試薬の損失に相当する。本発明の本態様は、具体的には、有機酸前処理プロセスで使用するために、ヘミセルロースジュースに存在するかかる有機酸を同時に回収することができるプロセスによって、エタノールへの最適な変換に好適な、最小限の残留有機酸を含むヘミセルロースの生成に関する。
【００６１】
ヘミセルロースジュース中の溶解ヘミセルロースの含有量は、ヘミセルロース混合物の総重量から計算して２％〜２０％である。ヘミセルロースジュース中の有機酸の含有量は、ヘミセルロース混合物の総重量から計算して１０％〜３０％である。本発明のステップａ）は、濃縮ヘミセルロースジュースの総重量から計算して４０％〜７０％の乾燥物質含有量まで、水とともに有機酸を部分的に蒸発させるための多重効用蒸発システムを特徴とする。
【００６２】
多重効用蒸発は、有機酸を除去し、ヘミセルロースジュースを濃縮するための蒸気／エネルギー消費を減少させることができる。いくつかの実施形態では、多重効用蒸発は、図６〜８に示されるような２〜４重効用蒸発システムの使用を特徴とする。好ましい実施形態では、プロセスは、３重効用蒸発システムを使用する。
【００６３】
いくつかの実施形態では、水を含む有機酸の多重効用蒸発は、第１の効用蒸発器において、６０℃〜１６０℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、水を含む有機酸の多重効用蒸発は、最後の効用蒸発器において、２５℃〜６０℃の温度で実行される。
【００６４】
多重効用蒸発システムの第１の蒸発器は、ストリッピングカラムの頂部から排出された蒸気を、熱エネルギー源として完全に、または熱エネルギー源として部分的に利用することができる。多重効用蒸発システムの各ステップでは、前の蒸発器の頂部から排出された蒸気を、次のカラムを駆動するための熱エネルギーとして利用して、多重効用蒸発システムによって必要とされる全体的なエネルギーを低減することができる。
【００６５】
図６〜８に示されるように、ヘミセルロース混合物は、第１の蒸発器に供給され、第１の蒸発器から順次排出される。
【００６６】
多重効用蒸発システムによるヘミセルロースジュースの濃縮後、第１の蒸発器から排出される濃縮ヘミセルロースジュースの乾燥物質含有量は、濃縮ヘミセルロースジュースの総重量の４０％〜７０％であり、濃縮ヘミセルロースジュースの粘度は、２００ｍＰａｓ〜１０００ｍＰａｓであり、粘度がこの範囲より高い場合の濃縮ヘミセルロースジュースは、蒸発によって有機酸をさらに除去するには大変困難である。
【００６７】
本発明は、多重効用蒸発システムとストリッピングカラムとを組み合わせることをさらに特徴とする。多重効用蒸発システムから排出された濃縮ヘミセルロースジュースは、ストリッピングカラムの頂部プレートに供給される。ストリッピングカラムは、ストリッピング媒体として直接蒸気を利用して、ストリッピングされたヘミセルロースジュースの総重量の２％未満の含有量まで有機酸をさらに除去する。
【００６８】
ストリッピングカラムの頂部から排出される蒸気は、多重効用蒸発システムの第１の蒸発器の熱エネルギーとして使用することができる。
【００６９】
ストリッピングカラムの底部から排出されたストリッピングされたヘミセルロースジュースは、最終製品、すなわち、エタノールおよび他の工業製品を生成するために使用され得るヘミセルロースジュースとして使用される。
【００７０】
高含水有機酸溶液からの水の除去
本発明の本態様は、マルチカラム蒸留による高含水有機酸溶液から有機酸を回収するためのプロセスであって、
ａ）２〜５カラム蒸留システムを採用して有機酸を回収することと、
ｂ）未使用の蒸気をマルチカラム蒸留システムの第１のカラムにのみ供給することであって、他のカラムが、前のカラムから放出された蒸気を熱エネルギーとして順次利用する、供給することと、
ｃ）前のカラムから放出された蒸気を、熱エネルギーとして後続のカラムに向けることであって、それにより第１のカラムから放出された蒸気が第２のカラムに供給され、第２のカラムから放出された蒸気が第３のカラムに供給され、蒸留システムの各カラムを通してその後同様に続く、後続のカラムに向けることと、
ｄ）マルチカラムシステム内の異なるカラムに１つ以上の高含水有機酸溶液の流れを供給して、蒸留システムを備えるカラムのエネルギー要件のバランスを整えることと、
ｅ）第１のカラムの凝縮物中の有機酸の含有量を調節して未使用の蒸気消費を最小限に抑えることと、
ｆ）マルチカラム蒸留システムから排出された総有機酸および総水をリサイクルすることと、を含む、プロセスに関する。
【００７１】
本発明の本態様では、植物材料の有機酸前処理プロセスに由来する高含水有機酸溶液。典型的には、有機酸の含有量は、溶液の総重量の８３％超を構成する。典型的には、有機酸前処理プロセス中、およびセルロースパルプ処理、ならびに比較的低い温度および大気圧下でのリグニンおよびヘミセルロース糖生成の下流ステップの結果として、全前処理プロセスの間にフルフラールが作り出されないこと、ならびに４つの高含水有機酸溶液の流れの生成に至る。有機酸前処理プロセスに高含水有機酸流中の有機酸をリサイクルするためには、含水量を低減する必要がある。
【００７２】
蒸留によって高含水有機酸溶液から有機酸を回収するには、非常に高いエネルギーの注入が必要である。したがって、有機酸の回収およびリサイクルに必要なエネルギーの低減は、有機酸前処理プロセスを営利化するために不可欠である。
【００７３】
一実施形態では、本発明は、２〜５カラム蒸留システムを使用することによって、高含水有機酸溶液から有機酸を回収して、エネルギー効率を最大化することを特徴とする。好ましい実施形態は、４カラム蒸留システムを使用する。
【００７４】
カラム数が多いほど、蒸留システムによって消費される蒸気／エネルギーが少なくなる。しかしながら、蒸留システムを備えるカラム数は、蒸留システムのカラム間の温度差によって制限される。驚くべきことに、システムが５つ超のカラムを含む場合、カラム間の温度差が小さすぎて、前のカラムから放出された蒸気を連続する次のカラムの蒸気／エネルギーとして使用することができないことを経験として発見した。
【００７５】
科学的分析後、このプロセスでは、高含水有機酸溶液から有機酸を回収するためには２〜５カラム蒸留システムが好適であり得、効率性および経済性の観点からは４カラム蒸留が最も好適である。
【００７６】
典型的には、有機酸前処理プロセスは、上述の高含水有機酸溶液の４つの流れを作り出す。「高含水有機酸溶液」という用語は、有機酸前処理プロセスで植物材料を溶解するために使用される有機酸溶液中で必要とされる含水量よりも、含水量が高いことを意味する。したがって、４つの高含水有機酸流から有機酸をリサイクルするために様々なプロセスステップ全体を通して添加される追加の水を、除去する必要がある。マルチカラム蒸留による高含水有機酸溶液から有機酸を回収するために必要な蒸気／エネルギーの量を最小限に抑えるために、連続する個々のカラム内の有機酸のレベルに好適であるように、各カラムで使用される蒸気／エネルギーを調節する必要がある。
【００７７】
本発明は、２つの方法を採用してこれを達成する。第１に、蒸留システムの最後のカラムに最高含水有機溶液を供給し、蒸留システムの第１のカラムに最低含水有機酸溶液を供給することによって、エネルギー注入がシステム全体へ適切に向けられる。第２に、第１のカラムに導入される蒸気／エネルギーの量を調節することによって、第１のカラムの頂部から排出される凝縮物の有機酸含有量を凝縮物の総重量の０．５％〜１０％に調節することによって、全蒸留システムにわたる蒸気／エネルギーの消費のバランスを整えることを可能にする。０．５％〜１０％の有機酸含有量の第１のカラムの凝縮物は、リグニン生成プロセスのリグニン沈殿ステップで使用するために転用することができる。
【００７８】
本明細書に記載されるシステムでは、一連の他のカラムは、典型的には、注入される凝縮物の総重量の０．２％〜１％の有機酸含有量を有する凝縮物を生成する。これらの凝縮物は、リグニンを洗浄するための前処理プロセス、およびリグニン生成プロセスの他のステップにリサイクルすることができる。
【００７９】
カラム間の最適な温度差を維持するために、第１のカラムは、１２０℃〜１７５℃の温度で操作され、最後のカラムは、５０℃〜９５℃の温度で操作される。
【００８０】
第１カラムの底部から排出される有機酸溶液は、有機酸溶液の総重量から計算して５％〜１５％の含水量を有し、これらの有機酸溶液は、植物原材料を可溶化する最初のステップの有機酸前処理プロセスに直接再利用することができる。
【００８１】
有機肥料
図１４に描写される本発明の本態様は、セルロースおよびヘミセルロースジュースから作り出される蒸留排液から有機肥料を生成するための方法であって、
ａ）デカンタを使用して、植物材料の有機酸前処理によって生成されたセルロースおよびヘミセルロースジュースから蒸留排液を分離して、蒸留排液の固体画分および薄い蒸留排液を得るステップと、
ｂ）多重効用蒸発システムを用いて薄い蒸留排液を濃縮して、濃縮蒸留排液を得るステップであって、多重効用蒸発システムのための蒸気が、プロセスのステップｄ）で乾燥機から放出される蒸気から供給され、任意選択的に未使用の蒸気が補充される、濃縮蒸留排液を得るステップと、
ｃ）固体画分と濃縮蒸留排液とを混合して混合物を得るステップと、
ｄ）混合物を乾燥させて有機肥料を得るステップであって、乾燥機から放出された蒸気が、プロセスの多重効用蒸発システムのための熱エネルギーとして多重効用蒸発システムに供給される、有機肥料を得るステップと、を含む方法に関する。
【００８２】
本発明は、既存の有機酸前処理プロセスに基づく。前処理プロセスでは、有機酸溶液は、リグニン、ヘミセルロース、塩（主にカリウムの塩およびリン酸塩）、タンパク質、およびリグノセルロース植物材料の他の構成成分の大部分を溶解させるための抽出試薬として使用される。前処理混合物は、不溶性セルロースパルプと、ヘミセルロースジュースとリグニンとの混合物とに分離される。セルロースパルプは、乾燥されてセルロースが得られる。ヘミセルロースジュースとリグニンとの混合物は、（ヘミセルロース、塩、タンパク質、および他の可溶性成分を含有する）ヘミセルロースジュースと、リグニンとに分離される。セルロースおよびヘミセルロースジュースの加水分解および発酵後、ヘミセルロースジュースに含まれるセルロースおよびヘミセルロースの大部分は、エタノールに変換される。蒸留による、発酵セルロースおよびヘミセルロースジュースからのエタノールの抽出後、発酵セルロースおよびヘミセルロースジュースの残渣は、蒸留システムのマッシュカラムの底部から排出される。残渣は、蒸留排液（プロセスの副産物）である。
【００８３】
蒸留排液は、リグノセルロース原材料由来の多くの栄養構成成分（タンパク質、カリウム、リン、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、アルミニウムなど）、ならびに酵母、発酵中の酵母の成長によって生成された二次代謝産物、ならびに有意な量の窒素、カリウム、リン、および有機物質を含む残留する酵母成長培地を含む、追加の栄養構成成分を含有する。かかる材料は、有機肥料のすべての要件に相当する。有機肥料は、動物性物質、動物性排泄物（糞便）、ヒト排泄物、および植物性物質（例えば、堆肥および作物残渣）に由来する肥料であり、対照的に、商業農業で使用される肥料の大部分は、鉱物（例えばリン酸塩岩）から抽出されたか、または工業的に生成された化学肥料（例えばアンモニア）である。農場経営のシステムとしての有機農業では、ある特定の肥料および地質改良物質の使用が認められ、他のものは禁止されている。有機肥料および化学肥料の両方が植物の収量の有意な増加を提供することができるが、しかしながら、有機肥料はより完全なミネラルプロファイルを有し、化学肥料によって引き起こされ得る土壌損傷の類を引き起こし得ない。有機肥料は、農業にとって重要な発展しつつある方向性である。
【００８４】
一実施形態では、本明細書に開示のこのプロセスは、原材料としての農業残渣、ならびに農業残留物から回収されたセルロースおよびヘミセルロースの加水分解、および酵母によるセルロースおよびヘミセルロースの加水分解によって放出された糖の発酵によって部分的に生成される蒸留排液を使用して、有機肥料を生成する。
【００８５】
本方法は、蒸留排液がエタノール蒸留システムのマッシュカラムの底部から得られることを特徴とする。乾燥物質含有量は、蒸留排液の総重量から計算して２％〜２０％である。一実施形態では、遠心分離器を使用して、蒸留排液を固体画分と薄い蒸留排液画分とに分離する。好ましい実施形態では、遠心分離器は、デカンタ遠心分離器である。
【００８６】
分離後、固体画分の乾燥物質含有量は、蒸留排液の固体部分の総重量から計算して２０％〜４５％である。薄い蒸留排液画分の乾燥物質含有量は、薄い蒸留排液の総重量から計算して１％〜１５％である。
【００８７】
薄い蒸留排液は、多重効用蒸発システムによって濃縮され得る。多重効用蒸発システムは、４〜６重効用蒸発システムを含み得る。好ましい実施形態では、多重効用蒸発は、５重効用蒸発システムである。多重効用蒸発システムでは、前の蒸発器の頂部から放出された蒸気は、次の蒸発器の熱エネルギーとして利用されて、多重効用蒸発システムの総エネルギーを最小限に抑える。薄い蒸留排液は、多重効用蒸発システムの最後の蒸発器に供給され、多重効用蒸発システムの第１の蒸発器から排出される。多重効用蒸発システムは、３０℃〜１５０℃の温度で実行される。
【００８８】
濃縮後、濃縮蒸留排液の乾燥物質含有量は、濃縮蒸留排液の総重量から計算して２８％〜４５％である。
【００８９】
ステップｂ）で得られる、多重効用蒸発システムで分離された蒸気の凝縮物は、プロセス水として再利用することができる。
【００９０】
固体部分および濃縮蒸留排液は、ミキサーに供給され、２つの部分が混合されて、固体画分と濃縮蒸留排液との混合物が得られる。固体部分と濃縮蒸留排液との混合物は、乾燥機、好ましくはチューブ乾燥機によって乾燥されて、有機肥料が得られる。乾燥機は、８０℃〜１６０℃の温度で操作される。有機肥料の乾燥固体含有量は、有機肥料の総重量から計算して５０％〜８０％である。乾燥機から放出された蒸気は、蒸留排液多重効用蒸発システムに供給されて、多重効用蒸発システムに熱エネルギーを提供することができる。乾燥後、固体部分と濃縮蒸留排液との混合物は乾燥され、この乾燥混合物は、有機肥料として使用することができる。
【００９１】
有機肥料は、有機物質、タンパク質、カリウム塩、リン酸塩、鉱物物質などを含有する。有機肥料の有機物含有量は、有機肥料の総乾燥物質から計算して３０％〜６５％である。有機肥料の栄養素（栄養素＝窒素＋五酸化リン＋酸化カリウムという式に基づいて計算される）の総含有量は、有機肥料の総乾燥物質から計算して５％〜３０％である。有機肥料のｐＨ値は、５．５〜８．５である。有機肥料の含水量は、有機肥料の総重量から計算して２０％〜５０％である。
【実施例】
【００９２】
実施例１
セルロースパルプからの有機酸の回収
トウモロコシ藁をリグノセルロース原材料として使用した。セルロースパルプは、有機酸前処理プロセスに従って得た。有機酸組成物は、ギ酸２６％、酢酸含有量５９％、および水１５％であり、温度は１０３℃であり、溶媒和時間は２４０分である。分離後、セルロースパルプを液体画分から分離する。
【００９３】
およそ５ｋｇのセルロースパルプを回収し、セルロースパルプの総重量から計算して、乾燥物質含有率は３８．０％であり、有機酸含有率は４９．５％であり、含水量は１２．５％であった。セルロースパルプを乾燥機に供給して乾燥セルロースパルプを得、乾燥温度は１２０℃であった。乾燥後、乾燥セルロースパルプの有機酸含有量は５．５％であった。
【００９４】
乾燥セルロースパルプを、供給流量が２００ｇ／分である脱溶媒器に導入し、直接蒸気を脱溶媒器の底部に導入し、蒸気の温度は１２０℃であり、脱溶媒器への直接蒸気供給の流量は１４．１ｇ／分であった。脱溶媒セルロースパルプを脱溶媒器から排出した。
【００９５】
脱溶媒セルロースパルプの有機酸含有量は、脱溶媒セルロースパルプの総重量から計算して１．８％であった。
【００９６】
トウモロコシ藁に由来する第２のセルロースパルプを、上述と同様の条件下で調製した。しかしながら、この試験では、乾燥機温度はわずかに低かった（１１０℃）が、脱溶媒器内の蒸気の流量は、２６．３ｇ／分に増加させた。これらの条件下で生成した脱溶媒セルロースパルプは、１．９５％の有機酸含有量を有した。
【００９７】
第３の研究では、小麦藁をリグノセルロース原材料として使用し、上述の有機酸前処理プロセスに従ってセルロースパルプを得た。
【００９８】
およそ５ｋｇのセルロースパルプを回収し、セルロースパルプの総重量から計算して、乾燥物質含有率は３７．５％であり、有機酸含有率は５０．２％であり、含水量は１２．３％であった。セルロースパルプを乾燥機に供給して乾燥セルロースパルプを得、乾燥温度は１１５℃であった。乾燥後、得られた乾燥セルロースパルプの有機酸含有量は６．７％であった。
【００９９】
乾燥セルロースパルプを、供給流量が２００ｇ／分である脱溶媒器に導入し、直接蒸気を脱溶媒器の底部に導入し、蒸気の温度は１２０℃であり、脱溶媒器への直接蒸気供給の流量は１６．８ｇ／分であった。脱溶媒セルロースパルプを脱溶媒器から排出する。
【０１００】
これらの条件下で生成した脱溶媒セルロースパルプは、１．９１％の有機酸含有量を有した。
【０１０１】
表１は、これらのデータの概要である。
【表１】
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【０１０２】
実施例２
セルロースの中和およびアルカリ化処理
試料１
方法Ａ：
最初に、０．４ｋｇのセルロース（リグニン含有量は４．１％であり、有機酸含有量は１．５６％であった）を反応器に供給し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨを１２に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を６０分間続けた。
【０１０３】
反応が終了したときには、９．１６ｇの水酸化ナトリウムを消費し、処理したセルロースのリグニン含有量は１．８９％であった。
【０１０４】
方法Ｂ：
第１の処理実験の最初の中和ステップでは、０．４ｋｇのセルロース（リグニン含有量は４．１％であり、有機酸含有量は１．５６％であった）を反応器に供給し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨをｐＨ６．５に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。この反応に続いて、セルロース混合物を濾過し、プレスした。
【０１０５】
アルカリ化ステップでは、中和セルロースをアルカリ化反応器に添加し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨをｐＨ１２に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。必要に応じて水酸化ナトリウムを添加して、ＰＨをｐＨ１２に維持した。３０分後、アルカリ化セルロース混合物を濾過し、プレスして、水酸化ナトリウム液およびアルカリ化セルロースを得た。水酸化ナトリウム液は、第２の（後続の）処理操作の中和ステップで再利用してもよい。
【０１０６】
第２の処理実験では、（４．１％のリグニン含有量、１．５６％の有機酸含有量を有する）０．４ｋｇのセルロースを中和反応器に供給し、撹拌器を開始し、第１の処理実験のアルカリ化ステップから回収した水酸化ナトリウム液を使用して、ｐＨをｐＨ６．８に調節し、反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。この反応に続いて、セルロース混合物を濾過し、プレスした。
【０１０７】
第２（および後続の）処理実験のアルカリ化ステップは、第１ラウンドに記載したステップと同じステップを含む。重要なことに、濾過し、アルカリ化セルロースをプレスした後に回収した水酸化ナトリウム液は、次の処理操作の中和ステップで再利用することができる。第１ラウンドから回収した水酸化ナトリウムを利用する第２ラウンドの処理では、消費した総水酸化ナトリウムは４．５８ｇであり、処理したセルロースのリグニン含有量は１．８５％であった。
【０１０８】
試料２
方法Ａ：
最初に、０．４ｋｇのセルロース（リグニン含有量は３．６％であり、有機酸含有量は２．６８％であった）を反応器に供給し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨを１２に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を６０分間続けた。
【０１０９】
反応が終了したときには、水酸化ナトリウム１２．４ｇを消費し、処理したセルロースのリグニン含有量は１．５６％であった。
【０１１０】
方法Ｂ：
第１の処理実験の最初の中和ステップでは、０．４ｋｇのセルロース（リグニン含有量は３．６％であり、有機酸含有量は２．６８％であった）を反応器に供給し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨをｐＨ６．５に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。この反応に続いて、セルロース混合物を濾過し、プレスした。
【０１１１】
アルカリ化ステップでは、中和セルロースをアルカリ化反応器に添加し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨをｐＨ１２に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。必要に応じて水酸化ナトリウムを添加して、ＰＨをｐＨ１２に維持した。３０分後、アルカリ化セルロース混合物を濾過し、プレスして、水酸化ナトリウム液およびアルカリ化セルロースを得た。水酸化ナトリウム液は、後続の処理操作の中和ステップで再利用してもよい。
【０１１２】
第２の処理実験では、（３．６％のリグニン含有量、２．６８％の有機酸含有量を有する）０．４ｋｇのセルロースを中和反応器に供給し、撹拌器を開始し、第１の処理実験のアルカリ化ステップから回収した水酸化ナトリウム液を使用して、ｐＨをｐＨ６．８に調節し、反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。この反応に続いて、セルロース混合物を濾過し、プレスした。
【０１１３】
第２（後続の）処理実験のアルカリ化ステップは、第１ラウンドに記載したものと同じステップを含む。重要なことに、濾過し、アルカリ化セルロースをプレスした後に回収した水酸化ナトリウム液は、次の処理操作の中和ステップで再利用することができる。第１ラウンドから回収した水酸化ナトリウムを利用する第２ラウンドの処理では、消費した総水酸化ナトリウムは７．８７ｇであり、処理したセルロースのリグニン含有量は１．５８％であった。
【０１１４】
試料３
方法Ａ：
最初に、０．４ｋｇのセルロース（リグニン含有量は３．８％であり、有機酸含有量は４．５２％であった）を反応器に供給し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨをｐＨ１２に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を６０分間続けた。
【０１１５】
反応が終了したときには、水酸化ナトリウム１７．９ｇを消費し、処理したセルロースのリグニン含有量は１．６６％であった。
【０１１６】
方法Ｂ：
第１の処理実験の最初の中和ステップでは、０．４ｋｇのセルロース（リグニン含有量は３．８％であり、有機酸含有量は４．５２％であった）を反応器に供給し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨを６．５に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。この反応に続いて、セルロース混合物を濾過し、プレスした。
【０１１７】
アルカリ化ステップでは、中和セルロースをアルカリ化反応器に添加し、撹拌器を開始し、水酸化ナトリウム溶液でｐＨをｐＨ１２に調節し、これに３．３４Ｌの追加の水を添加した。反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。必要に応じて水酸化ナトリウムを添加して、ＰＨをｐＨ１２に維持した。３０分後、アルカリ化セルロース混合物を濾過し、プレスして、水酸化ナトリウム液およびアルカリ化セルロースを得た。水酸化ナトリウム液は、後続の処理操作の中和ステップで再利用してもよい。
【０１１８】
第２（後続）の処理実験では、（３．８％のリグニン含有量、４．５２％の有機酸含有量を有する）０．４ｋｇのセルロースを中和反応器に供給し、撹拌器を開始し、第１の処理実験のアルカリ化ステップから回収した水酸化ナトリウム液を使用して、ｐＨをｐＨ７．１に調節し、反応器の温度を８０℃に維持し、反応を３０分間続けた。この反応に続いて、セルロース混合物を濾過し、プレスした。
【０１１９】
第２（後続の）処理実験のアルカリ化ステップは、第１ラウンドに記載したものと同じステップを含む。重要なことに、濾過し、アルカリ化セルロースをプレスした後に回収した水酸化ナトリウム液は、次の処理操作の中和ステップで再利用することができる。第１ラウンドから回収した水酸化ナトリウムを利用する第２ラウンドの処理では、消費した総水酸化ナトリウムは１３．３ｇであり、処理したセルロースのリグニン含有量は１．６３％であった。
【０１２０】
表２は、これらの試料データの概要である。
【表２】
2021531417.tif 000003
【０１２１】
実施例３
リグニン生成
抽出液を、有機酸前処理プロセスから得、前処理での有機酸の組成物は、ギ酸２６％、酢酸含有量５９％、および水１５％で構成されている。前処理温度は１０３℃であり、前処理抽出持続時間は２４０分であった。分離後、抽出液を固体画分から分離し、抽出液を蒸発によって濃縮し、濃縮抽出液を得た。濃縮抽出液の乾燥物質含有量は６０．１％であり、リグニン含有量は２９．５％であった（濃縮抽出液の他の構成成分は表３に列挙する）。
【０１２２】
１．４０ｋｇの濃縮抽出液を等重量の未使用の水（１．４０ｋｇ）と組み合わせ、乳化器（ＳＨＷ３００Ｒラボ乳化器、Ｓｈａｎｇｈａｉ  Ｓｈｅｎｇｈａｉｗｅｉ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ）を約３０分間７５００ｒｐｍで操作して使用して、リグニン懸濁液を生成した。リグニン懸濁液を遠心分離器に導入し、５分間遠心分離し、第１の遠心分離物（２．０５ｋｇの液体）および固体リグニン層を得た。第１の遠心分離物を、遠心分離器から取り出す。
【０１２３】
１．９４ｋｇの洗浄水を噴霧デバイスに供給して、遠心分離器内のリグニン層を洗浄した。手順における洗浄水としては、水、ならびにギ酸、酢酸、および水の混合物が挙げられる。洗浄水を遠心分離器に供給するとき、５．９２％の有機酸含有量を含む０．５４ｋｇの高有機酸含有洗浄水の最初の供給、有機酸含有量が０．８％である１．００ｋｇの低有機酸含有洗浄水で構成される第２の洗浄、０．４０ｋｇの未使用の水で構成される最終洗浄を使用することが、リグニン層を十分に洗浄して純粋なリグニンを得ることを見出した。
【０１２４】
最初の遠心分離および最初の遠心分離物の排出に続いて、遠心分離器を５分間操作し続け、この間に高有機酸水で第１の洗浄を実施し、第２の遠心分離物（０．５４ｋｇ）を得た。遠心分離器をさらに５分間操作し、この間に低有機酸水で第２の洗浄を実施し、第３の遠心分離物１．４０ｋｇを得た。未使用の水を用いる後続の第３の洗浄後、０．７５ｋｇを含むリグニン層を得た。第１の遠心分離物および第２の遠心分離物を回収し、後続のヘミセルロースジュース生成ユニット操作に組み込んでもよい。乾燥リグニンを遠心分離器から排出し、リグニンの純度を９８．１％と決定した（各操作段階におけるリグニンの構成成分を表３に示す）。
【表３】
2021531417.tif 000004
【０１２５】
上の第３の遠心分離物（１．４０ｋｇ）を、濃縮抽出液の希釈剤として使用するためにリサイクルして、上述のＳＨＷ  ３００Ｒラボ乳化器を使用してリグニン懸濁液を生成した。得られたリグニン懸濁液を遠心分離器に導入し、遠心分離器を上述のように操作して、約０．７５ｋｇのリグニン層を得た。
【０１２６】
この操作では、第１の洗浄は、有機酸含有量が約１０％であった０．５４ｋｇの高有機酸含有洗浄水で構成されていた。第２の洗浄は、有機酸含有量が約２％であった１．００ｋｇの低有機酸含有洗浄水で構成され、最終洗浄は０．４０ｋｇの未使用の水で構成されていた。すべての遠心分離操作および条件は、上述のように実行した。以前のように、第１および第２の遠心分離物を、後続のヘミセルロースジュース生成ユニット操作で使用するためにリサイクルしてもよい。操作の終了時に、リグニンを遠心分離器から排出する。この場合、リグニンの純度は９７．２％であった（各操作段階におけるリグニンの構成成分を表４に示す）。
【表４】
2021531417.tif 000005
【０１２７】
再び、上述の操作からの第３の遠心分離物（１．４０ｋｇ）をリサイクルして濃縮抽出液を希釈し、ＳＨＷ  ３００Ｒラボ乳化器で処理することによってリグニン懸濁液を生成した。得られたリグニン懸濁液を遠心分離器に導入し、遠心分離器を上述のように操作して、リグニン層を得た。
【０１２８】
この操作では、第１の洗浄は、有機酸含有量が５．９２であった０．５４ｋｇの高有機酸含有洗浄水で構成されていた。第２の洗浄は、有機酸含有量が０．８％であった１．００ｋｇの低有機酸含有洗浄水で構成され、最終洗浄は０．７９ｋｇの未使用の水で構成されていた。すべての遠心分離操作および条件は、上述のように実行した。以前のように、第１および第２の遠心分離物を、後続のヘミセルロースジュース生成ユニット操作で使用するためにリサイクルしてもよい。操作の終了時に、リグニンを遠心分離器から排出する。この場合、リグニンの純度は９８．８％であった（各操作段階におけるリグニンの構成成分を表５に示す）。
【表５】
2021531417.tif 000006
【０１２９】
実施例４
ヘミセウルロースジュース処理
間接蒸気を使用して蒸発器を加熱してヘミセルロース混合物から有機酸および水を蒸発させる、蒸発器（直径１００ｍｍ、高さ２ｍ）を使用することによって、溶解ヘミセルロース、有機酸水、および他の可溶性成分を含む最初のヘミセルロース混合物（乾燥物質含有量１６．４％、ギ酸６．０％、酢酸１４．４％、および水６３．２％）から、濃縮ヘミセルロース混合物を得た。
【０１３０】
６．２ｋｇ／時間の間接蒸気流量、および９０℃の蒸発温度での蒸発器中へのヘミセルロース混合物の流量は、１０．０ｋｇ／時間であり、これにより、濃縮ヘミセルロース混合物の２．９６ｋｇ／時間の流量を生成した。これらの条件下で生成された濃縮ヘミセルロース混合物の乾燥物質含有量は、５５．６％であった。濃縮ヘミセルロース混合物の酸含有量は、１６．５％であった。
【０１３１】
生じた濃縮ヘミセルロース混合物をストリッピングカラム（直径１００ｍｍ、高さ２．５ｍ）の頂部に供給し、直接蒸気をストリッピングカラムの底部に供給することが、濃縮ヘミセルロースに存在する有機酸を直接蒸気に部分的にストリッピングするように機能した。これにより、ストリッピングされたヘミセルロース混合物が生成される。１．５１ｋｇ／時間の直接蒸気流量および１０５℃の直接蒸気温度にストリッピング仕様を調節し、ストリッピングされたヘミセルロース混合物の２．４６ｋｇ／時間の流量を生成した。ストリッピングされたヘミセルロース混合物の乾燥物質含有量は、６０．４％であった。ストリッピングされたヘミセルロース混合物の酸含有量は、１．６４％であった。
【０１３２】
上述の実験データを用いた蒸気−液体平衡の回帰に基づいて、Ａｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓソフトウェア（Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，ＵＳＡ））を用いて蒸発およびストリッピングプロセスをモデル化することにより、いくつかの異なる操作パラメータを探求することを可能にした。
【０１３３】
上述のモデルパラメータを使用して、溶解ヘミセルロース、有機酸、および水、および他の成分を含むヘミセルロース混合物の濃度について、２、３、および４重効用蒸発およびストリッピングシステムの条件および性能をシミュレートした。
【０１３４】
２、３、および４重効用蒸発およびストリッピングシステムのフローシートは、Ａｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓソフトウェアで使用するために構築されており、それぞれ図６〜８に示す。これらのモデルでは、溶解ヘミセルロース、有機酸、水、および他の成分を含むヘミセルロース混合物（２１）を、蒸発器ＩＩおよび蒸発器Ｉによって蒸発させ、濃縮ヘミセルロースジュース（２２）を得る。濃縮ヘミセルロースジュース（２２）をストリッピングカラム（１０２）の頂部に供給し、未使用の蒸気（２６）をストリッピングカラム（１０２）の底部に供給し、ストリッピングされたヘミセルロースジュース（２４）を得る。ストリッピングカラムの頂部から排出される蒸気および追加の未使用の蒸気（２７）を蒸発器Ｉの熱資源として使用し、ストリッピングカラムの頂部から排出される蒸気および蒸発器Ｉ内で凝縮された追加の未使用の蒸気（２７）を、凝縮酸ＩＩ（２５）として回収する。蒸発器Ｉからの蒸気は、蒸発器ＩＩの熱源として使用される一方で、蒸発器ＩＩで凝縮される蒸発器Ｉからの蒸気は、凝縮酸Ｉ（２３）として機能する。ストリッピングカラムから最初に回収された蒸気を蒸発器Ｉに使用し、蒸発器ＩＩの熱源として機能する蒸発器Ｉから回収された蒸気を使用することを含む同じシナリオは、３重効用蒸発器システムについては図７に、４重効用蒸発器システムについては図８に示されるように、追加の多重効用蒸発器ユニットを含むシステムにも当てはまり、３重効用蒸発器システムについての図７では未使用の蒸気は必要なく、４重効用蒸発器システムに必要とされる蒸気を超える、ストリッピングカラムからの蒸気（２８）がストリッピングカラムの頂部から排出され、他のシステムに使用される。
【０１３５】
以下の表は、本明細書に記載の各多重効用蒸発器システムの多くの観察および予測パラメータを提示する。
【表６】
2021531417.tif 000007
【表７】
2021531417.tif 000008
【表８】
2021531417.tif 000009
【表９】
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【０１３６】
実施例５
高含水量有機酸溶液からの有機酸の回収
高含水有機酸溶液（ギ酸２７．６％、酢酸５１．５％、および水２０．９％）を、４．０ｋｇ／時間の流量で、１２．６ＭＪ／時間の熱負荷、１３．０の還流比、１気圧で操作する蒸留カラム（直径９０ｍｍ、高さ３ｍ、パッキンカラム）に供給した。これらの条件下で、カラムの頂部から放出される蒸気の凝縮物を０．４１ｋｇ／時間の流量で生成し、これはギ酸０．２７％、酢酸４．０７％、および水９５．６６％で構成される。カラム底部から排出される蒸留有機酸溶液を３．５９ｋｇ／時間の流量で得、これはギ酸３０．７％、酢酸５６．９％、および水１２．４％で構成される。
【０１３７】
上述のパラメータを使用してＡｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓソフトウェアを用いてこのプロセスをモデル化することにより、高含水有機酸溶液から水を分離するための２、３、４、および５つのカラムを含む蒸留システムのシミュレーションを可能にする。モデリングソフトウェアによって生成されたフローシートを、２カラム、３カラム、４カラム、および５カラム蒸留システムについてそれぞれ図１０〜１３に示す。
【０１３８】
有機酸前処理プロセスに由来する高含水有機酸溶液の様々な注入流の有機酸組成を、表１０に列挙する。
【表１０】
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【０１３９】
２カラム蒸留システムの基本的な蒸留プロセスを、図１０に示す。４つの注入流のうちの３つは、第１の蒸留カラム（２０１）に供給される供給される。これらの流れは、ヘミセルロースジュース蒸発ステップ（２）、ヘミセルロースジュースストリッピングステップ（３）、およびセルロースパルプ処理の脱溶媒ステップからの高含水有機酸溶液（４）に由来する。第１のカラム（２０１）の頂部から排出された蒸気の凝縮液（７）は、他のユニット操作のために回収してもよい。濃縮混合物（３０１）は、第１のカラム（２０１）の底部から排出され、カラム２（２０２）に供給される。リグニン生成の抽出液蒸発ステップに由来する残留する注入流（１）も、カラム２（２０２）に供給される。第２のカラム（２０２）の頂部から排出された蒸気の凝縮液（５）は、他のユニット操作のために回収してもよい。蒸留有機酸溶液（６）は、第２のカラム（２０２）の底部から排出される。２カラム蒸留システムの様々な排出流の有機酸含有量を、表１１に提示する。
【表１１】
2021531417.tif 000012
【０１４０】
３カラム蒸留システム内のプロセスフローに相当する同様のプロセスを、図１１に描写する。この場合、操作は、上述の２カラムシステムの注入および排出流の点で同様である。しかしながら、この場合、最初の２つのカラムの蒸気凝縮物はプールされて単一の排出流（図１１の７）を形成し、カラム２（３０２）から排出された蒸留有機酸溶液は第３のカラム（２０３）に供給され、そこで蒸気凝縮物（５）が回収され、さらに蒸留有機酸溶液（６）は第３のカラム（２０３）の底部から排出される。２カラム蒸留システムの様々な排出流の有機酸含有量を、表１２に提示する。
【表１２】
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【０１４１】
同様に、４カラム蒸留システム内のプロセスフローに相当するプロセスを、図１２に描写する。２カラム蒸留システムの様々な排出流の有機酸含有量を、表１３に提示する。
【表１３】
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【０１４２】
５カラム蒸留システム内のプロセスフローに相当するプロセスを、図１３に描写する。５カラム蒸留システムの様々な排出流の有機酸含有量を、表１４に提示する。
【表１４】
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【０１４３】
シミュレーションフローシートによれば、蒸気消費は、システムに存在する蒸留カラムの数によって有意に低減することができる。この観察を裏付けるデータを、表１５に提示する。
【表１５】
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【０１４４】
３カラムシステムと比較して、２カラムシステムの熱要件において示される低減は２７．６％である一方で、４カラムシステムの熱要件における低減は、３カラムシステムのものよりもさらに２０％低く、４カラムシステムでは、２カラムシステムの必要とされる熱要件の４２％まで全体的に低減する。
【０１４５】
興味深いことに、カラムの追加により、最小限のエネルギー改善が提供される。表１６を参照されたい。
【表１６】
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【０１４６】
実施例６
有機肥料
最初の実験では、トウモロコシ藁を、ギ酸および酢酸を使用する有機酸処理のためのリグノセルロース植物材料源として使用して、ヘミセルロースおよびリグニンを抽出した。ヘミセルロースとリグニンとの混合物を分離して、セルロースパルプ画分および抽出液を得た。セルロースパルプを処理して部分的にリグニンを排除し、水で洗浄してセルロースを得た。抽出液を濃縮してリグニンを分離し、リグニンの分離後、残渣を濃縮し、ストリッピングしてヘミセルロースジュースを得た。セルロース酵素および酵母をそれぞれ添加することによって、セルロースとヘミセルロースジュースとの混合物を加水分解および発酵させて、エタノールを生成した。蒸留によって発酵物からエタノールを分離し、蒸留排液は蒸留物の残留物質で構成されていた。
【０１４７】
蒸留排液（乾燥物質含有量９．２３％を含む２１１３ｇ）をデカンタに供給して、傾瀉後に、固体画分６１．４ｇ（乾燥物質含有量３８．０％を含む）および薄い蒸留排液２０５１．６ｇ（乾燥物質含有量８．３７％を含む）を生成した。薄い蒸留排液を（１１０℃で操作される蒸発器で）蒸発させて、濃縮蒸留排液４５１．６ｇ（乾燥物質含有量３８．０％を含む）を得た。固体画分および濃縮蒸留排液を組み合わせて混合物（５１３．０ｇ）を得た。１２０℃の温度で操作される乾燥機で混合物を乾燥させて、５８．２％の有機肥料の乾燥物質含有量および６．１のｐＨを有する、３３５．１ｇの最終有機肥料を得た。有機肥料は、総乾燥物質から計算して、５８．２％の乾燥物質含有量、４７．８％の有機物質含有量、および５．８６％の総栄養素含有量（栄養素＝窒素＋五酸化リン＋酸化カリウムの式に基づいて計算される）を有する。
【０１４８】
蒸留排液から有機肥料を生成するための第２の試験では、有機酸処理プロセスへの最初の注入としてトウモロコシ藁を使用して、蒸留排液（乾燥物質９．２３％を含む２１１３ｇ）をデカンタに供給した。傾瀉した後、固体画分６７．１ｇ（乾燥物質含有量３５．５％）および薄い蒸留排液２０４６ｇ（乾燥物質含有量８．３７％）を得た。薄い蒸留排液を（１０５℃で操作される蒸発器で）蒸発させて、乾燥物質含有量３７．５％を有する４５６．７ｇの濃縮蒸留排液を生成した。固体画分および濃縮蒸留排液を組み合わせて、５２３．８ｇの混合物を生成した。１３０℃で操作される乾燥機で混合物を乾燥させて、ｐＨの６．０、６５．５％の乾燥物質含有量を有する２９７．７ｇの最終有機肥料を生成した。有機肥料は、総乾燥物質から計算して５．８１％の総栄養素含有量を有する有機物質を４７．３％含有する。
【０１４９】
蒸留排液から有機肥料を生成するための第３の実験では、有機酸処理プロセスへの最初の注入として小麦藁を使用して、蒸留排液（乾燥物質９．３８％を含む１９４０ｇ）をデカンタに供給した。傾瀉した後、固体画分５９．５ｇ（乾燥物質含有量３７．０％）および薄い蒸留排液１８８０．５ｇ（乾燥物質含有量８．５１％）を得た。薄い蒸留排液を（１１５℃で操作される蒸発器で）蒸発させて、乾燥物質含有量３６．５％を有する４３８．３ｇの濃縮蒸留排液を生成した。固体画分および濃縮蒸留排液を組み合わせて、４９７．８ｇの混合物を生成した。１４０℃で操作される乾燥機で混合物を乾燥させて、ｐＨの６．２、７４．５％の乾燥物質含有量を有する２４４．３ｇの最終有機肥料を生成した。有機肥料は、総乾燥物質から計算して６．１２％の総栄養素含有量を有する有機物質を４８．５％含有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月17日(2021.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２％未満の有機酸を含有する脱溶媒セルロースパルプであって、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたセルロースパルプを乾燥機で乾燥させて、前記乾燥セルロースパルプの総重量から計算して３％〜１８％の含有量まで前記有機酸を除去するステップと、
ｂ）抽出液濃縮システムおよび他の有機酸前処理操作システムで使用するために、前記乾燥機から放出された蒸気を熱エネルギー源として捕捉するステップと、
ｃ）前記抽出液濃縮システムで捕捉された前記蒸気を凝縮して、前記有機酸前処理プロセスの前記有機酸溶液の第１の相を形成するか、または任意選択的に、前記蒸気を使用して、前記有機酸前処理プロセス内のさらなる操作ステップに熱エネルギーを提供するステップと、
ｄ）脱溶媒器に直接蒸気を使用して、前記セルロースパルプから前記有機酸をさらに除去するステップと、
ｅ）前記脱溶媒器から放出された前記蒸気中の前記有機酸を凝縮して、前記有機酸前処理プロセスの有機酸溶液の第２の相を得るステップと
を含むプロセスによって調製される、脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項２】
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸および水の混合物を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項３】
前記有機酸前処理プロセスの前記有機酸溶液の前記第１の相が、前記プロセスのステップｃ）で回収された有機酸溶液の前記第１の相と比較して５０％〜９５％の総重量の有機酸含有量を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項４】
前記有機酸前処理プロセスの前記有機酸溶液の前記第２の相が、前記プロセスのステップ３）で回収された有機酸溶液の前記第２の相と比較して５％〜６０％の総重量の有機酸含有量を含む、請求項１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
【請求項５】
プロセスによって調製されるアルカリ化セルロースであって、前記プロセスは、
ａ）前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされる水酸化ナトリウム液で、植物材料の有機酸前処理から生成された前記セルロースに含有される前記有機酸を中和して、中和セルロース混合物を形成するステップと、
ｂ）プレスを用いて、前記中和セルロース混合物から中和セルロースを分離し、濾液を廃水処理システムに直接放出するステップと、
ｃ）水酸化ナトリウム溶液の添加によって、前記中和セルロースを反応器でアルカリ化して、アルカリ化セルロース混合物を形成するステップと、
ｄ）プレスを用いて、前記アルカリ化セルロース混合物からアルカリ化セルロースを分離するステップであって、前記水酸化ナトリウム液（前記アルカリ化セルロース混合物の濾液）が、前記プロセスのステップａ）に再利用するための水酸化ナトリウムを含む、ステップと
を含む、プロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項６】
植物材料の有機酸前処理から生成された前記セルロースに含有される前記有機酸を中和することが、前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされた前記水酸化ナトリウム液を添加することによって、または前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされた水酸化ナトリウム液と未使用の水酸化ナトリウムとの組み合わせを含む水酸化ナトリウムを添加することによって達成される、請求項５に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項７】
前記中和セルロース混合物が、ｐＨ５〜ｐＨ８のｐＨを有する、請求項５に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
【請求項８】
リグニン組成物であって、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたリグニン懸濁液から、遠心分離によってリグニンを分離するステップと、
ｂ）遠心分離中に洗浄液を前記リグニンに複数回適用することによって、遠心分離器内の前記リグニンを清浄して、複数の遠心分離物を形成するステップと、
ｃ）ヘミセルロースジュース濃縮に使用するために第１の遠心分離物および第２の遠心分離物を回収するステップと、
ｄ）前記プロセスの前記分離ステップで前記濃縮抽出液中の前記リグニンを分離するために第３の遠心分離物をリサイクルするステップと、
ｅ）前記遠心分離器から前記リグニンを排出するステップと
を含むプロセスによって調製される、リグニン組成物。
【請求項９】
前記洗浄液が、ギ酸、酢酸、および水を含む、請求項８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項１０】
前記洗浄液が、単に水からなる、請求項８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項１１】
前記リグニンが、前記清浄されたリグニンの総重量に基づいて９０％〜９９％純粋である、請求項８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
【請求項１２】
プロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物であって、前記プロセスは、
ａ）植物材料の有機酸前処理によって生成された溶解ヘミセルロース、有機酸、および水、および他の成分で構成されるヘミセルロース混合物を多重効用蒸発システムに導入するステップと、
ｂ）前記多重効用蒸発器内で前記ヘミセルロース混合物を蒸発させて、４０重量％〜７０重量％の乾燥物質含有量を有する濃縮ヘミセルロースジュースを形成するステップと、
ｃ）ストリッピングカラムで前記濃縮ヘミセルロースジュースから有機酸を除去して、ヘミセルロースジュースを形成するステップであって、前記ヘミセルロースジュースが、２重量％未満の有機酸を含む、ステップと
を含む、プロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項１３】
前記ヘミセルロースジュースが、フルフラールを含有しない、請求項１２に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
【請求項１４】
マルチカラム蒸留により高含水有機酸溶液から有機酸を回収するための方法であって、
ａ）２〜５カラム蒸留システムを採用して前記有機酸を回収するステップと、
ｂ）前記マルチカラム蒸留システムの前記第１カラムにのみ直接蒸気を供給するステップと、
ｃ）前のカラムから放出された前記蒸気から後続のカラムに蒸気を順次提供するステップと、
ｃ）前記マルチカラムシステム内の異なるカラムに１つ以上の高含水有機酸溶液の流れを供給して、前記蒸留システムを備える前記カラムのエネルギー要件のバランスを整えるステップと、
ｄ）前記第１のカラムの前記凝縮物中の前記有機酸の含有量を調節して未使用の蒸気消費を最小限に抑えるステップと、
ｅ）前記マルチカラム蒸留システムから排出された総有機酸および総水をリサイクルするステップと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記マルチカラム蒸留が、前記第１のカラムで１２０℃〜１７５℃の温度を用いるものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記マルチカラム蒸留が、前記最後のカラムで５０℃〜９５℃の温度を用いるものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
プロセスによって調製される有機肥料組成物であって、前記プロセスは、
ａ）デカンタを使用して、植物材料の有機酸前処理によって生成されたセルロースおよびヘミセルロースジュースから蒸留排液を分離して、前記蒸留排液の固体画分および薄い蒸留排液を得るステップと、
ｂ）多重効用蒸発システムを用いて前記薄い蒸留排液を濃縮して、濃縮蒸留排液を得るステップであって、前記多重効用蒸発システムのための前記蒸気が、前記プロセスのステップｄ）で前記乾燥機から放出される蒸気から供給され、任意選択的に未使用の蒸気が補充される、ステップと、
ｃ）前記固体画分と濃縮蒸留排液とを混合して混合物を得るステップと、
ｄ）前記混合物を乾燥させて前記有機肥料を得るステップであって、前記乾燥機から放出された前記蒸気が、前記プロセスの前記多重効用蒸発システムのための熱エネルギーとして前記多重効用蒸発システムに供給される、ステップと
を含む、プロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項１９】
前記有機肥料が、３０％〜６５％の有機物質含有量を含む、請求項１８に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【請求項２０】
前記有機肥料が、ｐＨ５．５〜ｐＨ８．５のｐＨを含む、請求項１８に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
本発明の別の態様では、セルロースおよびヘミセルロースジュースの蒸留排液の発酵を利用して、効率的かつ経済的に有機肥料組成物を生成する方法である。蒸留排液は、有機物質および栄養素が豊富であり、有機肥料としての要件を満たす。有機肥料は、土壌の品質を改善することができ、同様に植物、例えば穀物に栄養素を提供することができる。対照的に、化学肥料は、植物に栄養素を提供するが、土壌を損傷し得る。有機肥料は、農業にとって重要な台頭しつつある方向性である。本発明の本態様は、効率的かつ経済的な方法によって、蒸留排液（発酵副生成物）を使用して、価値のある有機肥料を生成することを特徴とする。本方法は、傾瀉によって蒸留排液を分離して、蒸留排液の固体画分と、蒸留排液のより希釈された画分を含む薄い蒸留排液とを得ることを含む。本方法は、多重効用蒸発システムによって薄い蒸留排液を濃縮して、濃縮蒸留排液を得ることと、固体画分および濃縮蒸留排液を混合して混合物を得ることと、混合物を乾燥機によって乾燥させて有機肥料を得ることと、多重効用蒸発システムの熱エネルギーとして乾燥機から放出された蒸気、補足的な熱エネルギーとして未使用の蒸気を多重効用蒸発システムに供給することと、をさらに含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
２％未満の有機酸を含有する脱溶媒セルロースパルプであって、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたセルロースパルプを乾燥機で乾燥させて、前記乾燥セルロースパルプの総重量から計算して３％〜１８％の含有量まで有前記機酸を除去するステップと、
ｂ）前記抽出液濃縮システムおよび他の有機酸前処理操作システムで使用するために、前記乾燥機から放出された蒸気を熱エネルギー源として捕捉するステップと、
ｃ）前記抽出液濃縮システムで捕捉された前記蒸気を凝縮して、前記有機酸前処理プロセスの前記有機酸溶液の第１の相を形成するか、または任意選択的に、前記蒸気を使用して、前記有機酸前処理プロセス内のさらなる操作ステップに熱エネルギーを提供するステップと、
ｄ）脱溶媒器に直接蒸気を使用して、前記セルロースパルプから前記有機酸をさらに除去するステップと、
ｅ）前記脱溶媒器から放出された前記蒸気中の前記有機酸を凝縮して、前記有機酸前処理プロセスの有機酸溶液の第２の相を得るステップと、を含む、プロセスによって調製される脱溶媒セルロースパルプ。
（項目２）
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸、酢酸、および水の混合物を含む、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目３）
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸、酢酸、フルフラール、および水の混合物を含む、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目４）
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸、フルフラール、および水の混合物を含む、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目５）
前記プロセスの前記有機酸が、ギ酸および水の混合物を含む、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目６）
前記プロセスの前記乾燥機が、バルク乾燥機である、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目７）
チューブ乾燥機、空気圧乾燥機、および回転ディスク乾燥機からなる群から選択される、項目６に記載のバルク乾燥機。
（項目８）
前記バルク乾燥機が、チューブ乾燥機である、項目７に記載のバルク乾燥機。
（項目９）
前記プロセスの前記乾燥機が、８０℃〜１６０℃の温度で操作される、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目１０）
前記有機酸前処理プロセスの前記有機酸溶液の前記第１の相が、前記プロセスのステップｃ）で回収された有機酸溶液の前記第１の相と比較して５０％〜９５％の総重量の有機酸含有量を含む、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目１１）
前記プロセスのステップｃ）で回収された有機酸溶液の前記第１の相が、前記有機酸前処理プロセスで再使用される、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目１２）
前記脱溶媒器が、９０℃〜１３０℃の温度で直接蒸気を使用する、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目１３）
前記有機酸前処理プロセスの有機酸溶液の前記第２の相が、前記プロセスのステップｅ）における有機酸溶液の前記第２の相と比較して５％〜６０％の総重量の有機酸含有量を含む、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目１４）
前記プロセスのステップｅ）で前記有機酸を回収する前記第２の凝縮システムが、１〜３つの凝縮器を備える、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目１５）
前記プロセスのステップｅ）で前記有機酸を回収する前記第２の凝縮システムが、２つの凝縮器を備える、項目１に記載の脱溶媒セルロースパルプ。
（項目１６）
プロセスによって調製されるアルカリ化セルロースであって、
ａ）前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされる水酸化ナトリウム液で、植物材料の有機酸前処理から生成された前記セルロースに含有される前記有機酸を中和して、中和セルロース混合物を形成するステップと、
ｂ）プレスを用いて、前記中和セルロース混合物から中和セルロースを分離し、前記濾液を廃水処理システムに直接放出するステップと、
ｃ）水酸化ナトリウム溶液の添加によって、前記中和セルロースを反応器でアルカリ化して、アルカリ化セルロース混合物を形成するステップと、
ｄ）プレスを用いて、前記アルカリ化セルロース混合物からアルカリ化セルロースを分離するステップであって、前記水酸化ナトリウム液（前記アルカリ化セルロース混合物の濾液）が、前記プロセスのステップａ）に再利用するための水酸化ナトリウムを含む、分離するステップと、を含む、プロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目１７）
前記プロセスのステップａ）の前記有機酸が、ギ酸のみを含む、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目１８）
前記プロセスのステップａ）の前記有機酸が、酢酸とギ酸との混合物を含む、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目１９）
植物材料の有機酸前処理から生成された前記セルロースに含有される前記有機酸を中和することが、前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされた前記水酸化ナトリウム液を添加することによって、または前記プロセスのステップｄ）からリサイクルされた水酸化ナトリウム液と未使用の水酸化ナトリウムとの組み合わせを含む水酸化ナトリウムを添加することによって達成される、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２０）
前記中和セルロース混合物が、ｐＨ５〜ｐＨ８のｐＨを有する、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２１）
前記中和セルロースが、前記中和セルロースの総重量から計算して３０％〜４５％の乾燥固体含有量を有する、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２２）
前記アルカリ化セルロースが、ｐＨ１０〜ｐＨ１２のｐＨを有する、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２３）
前記アルカリ化セルロースが、前記アルカリ化セルロースの総重量から計算して３０％〜４５％の乾燥固体含有量を有する、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２４）
前記プロセスのステップｄ）の前記水酸化ナトリウム液が、ｐＨ１０〜ｐＨ１２のｐＨを有する、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２５）
前記プロセスが、５０℃〜１００℃の温度で実行される、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２６）
前記プレスが、機械プレスである、項目１６に記載のプロセスによって調製されるアルカリ化セルロース。
（項目２７）
スクリュープレスを備える、項目２６に記載の機械プレス。
（項目２８）
リグニン組成物であって、
ａ）植物材料の有機酸前処理から生成されたリグニン懸濁液から、遠心分離によってリグニンを分離するステップと、
ｂ）遠心分離中に洗浄液を前記リグニンに複数回適用することによって、前記遠心分離器内の前記リグニンを清浄して、複数の遠心分離物を形成するステップと、
ｃ）ヘミセルロースジュース濃縮に使用するために第１の遠心分離物および第２の遠心分離物を回収するステップと、
ｄ）前記プロセスの前記分離ステップで前記濃縮抽出液中の前記リグニンを分離するために第３の遠心分離物をリサイクルするステップと、
ｅ）前記遠心分離器から前記リグニンを排出するステップと、を含む、プロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目２９）
前記遠心分離器が、スクレーパー遠心分離器である、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３０）
前記遠心分離器が、洗浄液を送達するための噴霧デバイスを備える、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３１）
前記遠心分離器が、前記プロセス全体を通して連続的に回転する、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３２）
前記洗浄液が、ギ酸、酢酸、および水を含む、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３３）
前記洗浄液が、単に水からなる、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３４）
前記洗浄液の複数回の適用が、高有機酸含有洗浄水で構成される洗浄液の第１の適用と、低有機酸含有洗浄水で構成される洗浄液の第２の適用と、未使用の水で構成される洗浄液の最終適用と、を含む、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３５）
前記ギ酸含有量が、０重量％〜３０重量％である、項目３２に記載の洗浄液。
（項目３６）
前記酢酸含有量が、０重量％〜２０重量％である、項目３２に記載の洗浄液。
（項目３７）
前記第１の遠心分離物が、前記遠心分離器に適用される前記リグニン懸濁液から分離された前記液体で構成される、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３８）
前記第２の遠心分離物が、前記遠心分離器内の前記リグニンに適用される前記第１の洗浄液で構成される、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目３９）
前記第１および第２の遠心分離物が収集され、ヘミセルロースジュース生成のために使用される、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目４０）
前記第３の遠心分離物が、前記遠心分離器内の前記リグニンに適用される前記第２のおよび任意の後続の洗浄液で構成される、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目４１）
前記第３の遠心分離物が、前記リグニン沈殿ステップにリサイクルされる、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目４２）
第１の遠心分離物が、総遠心分離物の１０％〜６０％を構成する、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目４３）
前記第２の遠心分離物が、総遠心分離物の１０％〜３０％を構成する、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目４４）
前記第３の遠心分離物が、総遠心分離物の１０％〜５０％を構成する、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目４５）
前記リグニンが、前記清浄されたリグニンの総重量に基づいて９０％〜９９％純粋である、項目２８に記載のプロセスによって調製されるリグニン組成物。
（項目４６）
ヘミセルロースジュース組成物であって、
ａ）植物材料の有機酸前処理によって生成された溶解ヘミセルロース、有機酸、および水、および他の成分で構成されるヘミセルロース混合物を多重効用蒸発システムに導入するステップと、
ｂ）前記多重効用蒸発器内で前記ヘミセルロース混合物を蒸発させて、４０重量％〜７０重量％の乾燥物質含有量を有する濃縮ヘミセルロースジュースを形成するステップと、
ｃ）ストリッピングカラムで前記濃縮ヘミセルロースジュースから有機酸を除去して、ヘミセルロースジュースを形成するステップであって、前記ヘミセルロースジュースが、２重量％未満の有機酸を含む、形成するステップと、を含む、プロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目４７）
前記有機酸が、ギ酸を含む、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目４８）
前記有機酸が、ギ酸および酢酸を含む、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目４９）
前記ヘミセルロース混合物中の前記溶解ヘミセルロースの含有量が、２重量％〜２０重量％である、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５０）
前記ヘミセルロース混合物前記有機酸の含有量が、１０重量％〜３０重量％である、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５１）
前記多重効用蒸発システムが、２重効用蒸発システムである、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５２）
前記多重効用蒸発システムが、３重効用蒸発システムである、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５３）
前記多重効用蒸発システムが、４重効用蒸発システムである、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５４）
前記多重効用蒸発が、６０℃〜１６０℃の温度の前記第１の効用蒸発器で操作される、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５５）
前記多重効用蒸発システムが、２５℃〜６０℃の温度の最後の効用蒸発器で操作される、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５６）
前記多重効用蒸発システムが、前記前の蒸発器の頂部から排出された前記蒸気を、前記次の蒸発器の熱エネルギーとして利用する、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５７）
前記ヘミセルロース混合物が、前記最後の蒸発器に供給され、前記第１の蒸発器から順次排出される、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５８）
前記ストリッピングカラムが、ストリッピング剤として直接蒸気を利用する、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目５９）
前記ストリッピングカラムが、６０℃〜１６０℃で操作される、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目６０）
前記ストリッピングカラムから排出された前記蒸気が、前記多重効用蒸発システムの前記第１の蒸発器の熱エネルギーとして使用される、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目６１）
前記ヘミセルロースジュースが、フルフラールを含有しない、項目４６に記載のプロセスによって調製されるヘミセルロースジュース組成物。
（項目６２）
マルチカラム蒸留により高含水有機酸溶液から有機酸を回収するための方法であって、
ａ）２〜５カラム蒸留システムを採用して前記有機酸を回収するステップと、
ｂ）前記マルチカラム蒸留システムの前記第１カラムにのみ直接蒸気を供給するステップと、
ｃ）前のカラムから放出された前記蒸気から後続のカラムに蒸気を順次提供するステップと、
ｃ）前記マルチカラムシステム内の異なるカラムに１つ以上の高含水有機酸溶液の流れを供給して、前記蒸留システムを備える前記カラムのエネルギー要件のバランスを整えるステップと、
ｄ）前記第１のカラムの前記凝縮物中の前記有機酸の含有量を調節して未使用の蒸気消費を最小限に抑えるステップと、
ｅ）前記マルチカラム蒸留システムから排出された総有機酸および総水をリサイクルするステップと、を含む、方法。
（項目６３）
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸、酢酸、および水を含む、項目６２に記載のプロセス。
（項目６４）
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸および水を含む、項目６２に記載のプロセス。
（項目６５）
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸および酢酸を含む、項目６２に記載のプロセス。
（項目６６）
前記高含水有機酸溶液が、ギ酸を含む、項目６２に記載のプロセス。
（項目６７）
前記高含水有機酸溶液が、酢酸を含む、項目６２に記載のプロセス。
（項目６８）
前記マルチカラム蒸留が、２〜５つのカラムを備える蒸留システムを使用して実行される、項目６２に記載のプロセス。
（項目６９）
前記マルチカラム蒸留が、４つのカラムを備える蒸留システムを使用して実行される、項目６２に記載のプロセス。
（項目７０）
前記最高含水有機溶液流が、前記蒸留システムの前記最後のカラムに向けられる、項目６２に記載のプロセス。
（項目７１）
前記最低含水有機酸溶液流が、前記蒸留システムの前記第１のカラムに向けられる、項目６２に記載のプロセス。
（項目７２）
有機酸および水中が、前記第１のカラムの頂部から排出された前記凝縮物中で０．５重量％〜１０重量％の有機酸含有量を有する、項目６２に記載のプロセス。
（項目７３）
有機酸および水中が、前記第１のカラムの前記底部排出において５重量％〜１５重量％の含水量を有する、項目６２に記載のプロセス。
（項目７４）
有機酸および水中が、前記後続のカラムの頂部から排出された前記凝縮物中で０．２重量％〜１重量％の有機酸含有量を有する、項目６２に記載のプロセス。
（項目７５）
前記総凝縮物が、前記有機酸前処理プロセスにリサイクルされる、項目６２に記載のプロセス。
（項目７６）
前記マルチカラム蒸留が、前記第１のカラムで１２０℃〜１７５℃の温度を用いるものである、項目６２に記載のプロセス。
（項目７７）
前記マルチカラム蒸留が、前記最後のカラムで５０℃〜９５℃の温度を用いるものである、項目６２に記載のプロセス。
（項目７８）
未使用の蒸気が、前記マルチカラム蒸留システムの前記第１のカラムにのみ供給される、項目６２に記載のプロセス。
（項目７９）
前記後続のカラムが、前記前のカラムから放出された前記蒸気を、熱エネルギーとして順次利用する、項目６２に記載のプロセス。
（項目８０）
プロセスによって調製される有機肥料組成物であって、
ａ）デカンタを使用して、植物材料の有機酸前処理によって生成されたセルロースおよびヘミセルロースジュースから蒸留排液を分離して、前記蒸留排液の固体画分および薄い蒸留排液を得るステップと、
ｂ）多重効用蒸発システムを用いて前記薄い蒸留排液を濃縮して、濃縮蒸留排液を得るステップであって、前記多重効用蒸発システムのための前記蒸気が、前記プロセスのステップｄ）で前記乾燥機から放出される蒸気から供給され、任意選択的に未使用の蒸気が補充される、濃縮蒸留排液を得るステップと、
ｃ）前記固体画分と濃縮蒸留排液とを混合して混合物を得るステップと、
ｄ）前記混合物を乾燥させて前記有機肥料を得るステップであって、前記乾燥機から放出された前記蒸気が、前記プロセスの前記多重効用蒸発システムのための熱エネルギーとして前記多重効用蒸発システムに供給される、前記有機肥料を得るステップと、を含む、プロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８１）
前記固体画分が、２０重量％〜４５重量％の乾燥固体含有量を含む、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８２）
前記薄い蒸留排液が、４重効用蒸発システムを備える蒸発器で濃縮される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８３）
前記薄い蒸留排液が、５重効用蒸発システムを備える蒸発器で濃縮される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８４）
前記薄い蒸留排液が、６重効用蒸発システムを備える蒸発器で濃縮される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８５）
前記薄い蒸留排液が、３０℃〜１５０℃の温度で実行される多重効用蒸発によって濃縮される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８６）
多重効用蒸発によって生成された前記濃縮された薄い蒸留排液が、２８重量％〜４５重量％の乾燥物質含有量を含む、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８７）
前記固体画分と前記濃縮蒸留排液との混合中が、ミキサーで実行される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８８）
前記混合物の乾燥が、チューブ乾燥機、空気圧乾燥機、または同様の乾燥機の群から選択される乾燥機によって実行される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目８９）
前記混合物中が、５０重量％〜８０重量％の乾燥固体含有量まで乾燥される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目９０）
前記混合物が、８０℃〜１６０℃の温度で乾燥される、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目９１）
前記有機肥料が、３０％〜６５％の有機物質含有量を含む、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目９２）
前記有機肥料が、５重量％〜３０重量％の総栄養素含有量を含む、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目９３）
前記有機肥料が、２０重量％〜５０重量％の含水量を含む、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目９４）
前記有機肥料が、ｐＨ５．５〜ｐＨ８．５のｐＨを含む、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
（項目９５）
前記蒸留排液中が、セルロースおよびヘミセルロースジュースの加水分解および発酵によって生成されたセルロースおよびヘミセルロースジュースから、別々にまたは集合的に得られる、項目８０に記載のプロセスによって調製される有機肥料組成物。
【国際調査報告】
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