(57)【要約】  一実施例では、一つ以上のリグニンを含むプロセス流に化学試薬を挿入して、一つ以上の修飾済リグニンを形成する。前記形成された一つ以上の修飾済リグニンは、前記プロセス流のなかの前記一つ以上のリグニンとは異なる。前記一つ以上の修飾済リグニンは、沈澱段階より前に前記プロセス流のなかで形成し、その後、前記プロセス流から分離してもよい。また、前記分離された一つ以上の修飾済リグニンから異物を除去してもよく、前記一つ以上の修飾済リグニンを圧搾及び乾燥してもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上のリグニンを含むプロセス流に化学試薬を挿入して、前記プロセス流のなかの前記一つ以上のリグニンとは異なる一つ以上の修飾済リグニンを形成し、
前記一つ以上の修飾済リグニンを前記プロセス流から分離する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
沈澱段階より前の前記プロセス流のなかで、前記一つ以上の修飾済リグニンを形成する、
請求項１の方法。
【請求項３】
更に、
前記分離した一つ以上の修飾済リグニンから異物を除去する、
請求項１の方法。
【請求項４】
更に、
前記分離した一つ以上の修飾済リグニンを圧搾し乾燥する、 
請求項１の方法。
【請求項５】
前記化学試薬は、無機分子又は有機小分子の化合物である、
請求項１の方法。
【請求項６】
前記化学試薬は、コリンズ試薬、フェントン試薬又はグリニャール試薬である、
請求項５の方法。
【請求項７】
前記プロセス流のなかの沈澱段階より前の貯蔵槽のなかで、前記一つ以上の修飾済リグニンを形成する、
請求項１の方法。
【請求項８】
ヒドロキシアルキル化、アルキル化、アシル化、エステル化又はエーテル化により、前記一つ以上の修飾済リグニンを形成する、
請求項１の方法。
【請求項９】
前記一つ以上の修飾済リグニンは、ヒドロキシプロピルリグニン（ＨＰＬ）を含む、
請求項１の方法。
【請求項１０】
ｐＨを約２に下げることにより前記ＨＰＬを沈澱する、
請求項９の方法。
【請求項１１】
前記プロセス流は、クラフトパルプ処理の一部であり、前記一つ以上のリグニンを回収炉に送る前に、前記化学試薬を挿入する、
請求項１の方法。
【請求項１２】
前記プロセス流は、クラフトパルプ処理の一部であり、蒸発器から回収ボイラーへ向かうパイプのなかに前記化学試薬を挿入する、
請求項１の方法。
【請求項１３】
前記プロセス流は、セルロース系エタノール処理の一部であり、前記一つ以上の修飾済リグニンの形成において、酸化プロピレンの添加によりヒドロキシプロピル化反応を起こす、
請求項１の方法。
【請求項１４】
一つ以上の修飾済リグニンを有し、  前記一つ以上の修飾済リグニンは、プロセス蒸気に化学試薬を挿入し、前記プロセス流のなかで一つ以上のリグニンと反応したのちに形成されたものであり、  前記プロセス流のなかの沈澱段階よりも前に、前記化学試薬が添加されている、
ことを特徴とする化合物。
【請求項１５】
前記化学試薬は、コリンズ試薬、フェントン試薬又はグリニャール試薬である、
請求項１４の化合物。
【請求項１６】
前記一つ以上のリグニンは、ヒドロキシアルキル化、アルキル化、アシル化、エステル化、又はエーテル化により貯蔵槽のなかで修飾されたものである、
請求項１４の化合物。
【請求項１７】
前記一つ以上の修飾済リグニンは、ヒドロキシプロピルリグニン（ＨＰＬ）を含む、
請求項１４の化合物。
【請求項１８】
前記プロセス流は、クラフトパルプ処理の一部であり、蒸発器から回収ボイラーへ向かうパイプのなかに前記化学試薬が挿入されている、
請求項１４の化合物。
【請求項１９】
一つ以上のリグニンを含むプロセス流にアクセスし、
前記プロセス流の沈澱段階よりも前に前記プロセス流に化学試薬を挿入し、
前記一つ以上のリグニンとは異なる一つ以上の修飾済リグニンを形成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記一つ以上の修飾済リグニンは、ヒドロキシプロピルリグニン（ＨＰＬ）を含む、
請求項１９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１０月３０日に出願された米国仮出願第６１／７２０，３３４号「リグニンの含むプロセス流への化学試薬の直接注入」に対する米国特許法第１１９条（ｅ）による優先権の利益を主張する。これにより、この仮出願は、その全体が参照により組み入れられる。
【０００２】
本開示は、概して合成物の分野に関し、特にリグニンを含むプロセス流への化学試薬の注入に関する。 
【背景技術】
【０００３】
黒液は、製紙工程の副産物であり、リグニン残留物と、ヘミセルロースと、無機化合物との水溶液である。一般に、黒液は、石鹸を４０〜４５％、リグニンを３５〜４５％、他の有機物を１０〜１５％含む。リグニンは、架橋結合したラセミ化合物の巨大分子であり、分子量が一万統一原子質量単位（１０，０００ｕ）を超える。また、比較的疎水性があり、芳香性を有する。植物細胞壁や木材のなかにある天然の重合体であり、容易に入手でき、比較的安価であり、天然に存在する全体量としてはセルロースの次に多い。
【０００４】
大量のリグニンが、パルプ工業や製紙業の副産物として生産される。リグニンを、安価かつ生分解可能／生再生可能な物質として広く利用できるようにするため、リグニンを熱可塑性物質とブレンドしたものが、向上した力学的その他の有用な特性を有する必要がある。これらの向上した特性は、対応するブレンドの単純な混合法則から予測される特性を上回るべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本開示並びにその特徴及び利点を更に完全に理解できるようにするため、以下の記述を添付された図面とともに参照する。そこにおいて、似た参照符号は、似た部分を表す。
【０００６】
【図１】本開示の一実施形態におけるプロセス流への化学試薬の直接注入に関連する可能な操作を図示する流れ図。
【０００７】
【図２Ａ】本開示の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図。
【０００８】
【図２Ｂ】本開示の一実施形態に関連する可能な操作を図示する流れ図。
【０００９】
【図３】本開示の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図。
【００１０】
【図４】本開示の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図。
【００１１】
【図５】本開示の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図。
【００１２】
【図６】本開示の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図。
【００１３】
【図７】本開示の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図。
【発明の概要】
【００１４】
実施例の詳細な説明
一実施例において一つの方法が提供される。この方法は、一つ以上のリグニンを含むプロセス流に化学試薬を挿入して一つ以上の修飾済リグニンを形成することを含む。形成された前記一つ以上の修飾済リグニンは、前記プロセス流のなかの前記一つ以上のリグニンとは異なる。沈澱段階より前に前記プロセス流のなかで前記一つ以上の修飾済リグニンを形成し、その後前記プロセス流から分離してもよい。また、分離された前記一つ以上の修飾済リグニンから異物を分離してもよく、前記一つ以上の修飾済リグニンを圧搾して乾燥してもよい。
【００１５】
前記化学試薬は、無機分子や有機小分子の化合物であり得る。特定の実装において、前記化学試薬は、コリンズ試薬、フェントン試薬又はグリニャール試薬であり得る。前記一つ以上の修飾済リグニンは、（前記加工流のなかの）沈澱段階より前に、貯蔵槽のなかで、ヒドロキシアルキル化、アルキル化、アシル化、エステル化又はエーテル化を用いて形成してもよい。特定の実例において、前記一つ以上の修飾済リグニンは、ヒドロキシプロピルリグニン（ＨＰＬ）を含む。前記ＨＰＬは、ｐＨを約２ｐＨまで下げることにより沈澱させてもよい。
【００１６】
一例において、前記プロセス流は、クラフトパルプ処理の一部であり、前記化学試薬は、前記一つ以上のリグニンが回収炉に送られる前に挿入されてもよい。他の例において、前記プロセス流は、クラフトパルプ処理の一部であり、前記化学試薬は、蒸発器から回収ボイラーへ向かうパイプのなかに挿入されてもよい。更に、前記プロセス流は、セルロース系エタノール処理の一部であってもよく、ヒドロキシプロピル化反応は、前記一つ以上の修飾済リグニンの形成中に酸化プロピレンを添加することで実行してもよい。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に移り、図１は、本開示の一実施形態における活動例を図示する概略流れ図１００である。１２０で、一つ以上のリグニンや一つ以上の修飾済リグニンを含むプロセス流に化学試薬を直接注入する。「（単数の）リグニン」及び「（複数の）リグニン」という用語は、化学化合物の広い範疇を包含する意図で使われる。例えば、前記化学化合物は、木材、植物の二次細胞壁、一定の藻類に由来するものであり得る。このような物質は、前記広い用語「（単数の）リグニン」及び「（複数の）リグニン」に包含される。「化学試薬」という用語は、化学反応において、他の物質を検出し、測定し、検査し又は生産するために使われる物質を包含する意図で使われる。具体的には、前記試薬は、無機分子や有機小分子から通常構成され、基質に変換を生じさせるために使われる化合物又は混合物であり得る。有機試薬の例には、コリンズ試薬、フェントン試薬、グリニャール試薬などが含まれる。他の物質の存在を確認するために使われる分析試薬もある。分析試薬の例は、フェーリング試薬、トレンス試薬などである。なお、１０２は、多段階のリグニン修飾のため、追加の化学試薬で繰り返してもよい点に留意されたい。
【００１８】
１０４で、所定の時間を経過させる。前記経過させる時間量は、化学反応が起きるのに十分な時間である。例えば、前記時間量は、たった約三（３）分でも、たっぷり約四十八（４８）時間でも、約３分から約４８時間の間のいずれかでもあり得る。しかし、前記経過させる時間量は、約３分から約４８時間の間に限らず、所望の化学反応を起こすのにかかる時間による。
【００１９】
１０６で、前記リグニンと化学試薬は、修飾済リグニン生産物を形成する。一実施形態において、修飾済リグニンが２種類以上形成される。１０８で、前記修飾済リグニンを分離する。例えば、前記修飾済リグニンは、沈澱又は他の分離方法によって分離し得る。１１０で、前記修飾済リグニンを再懸濁したり洗浄したりして混入物を除去し得る。前記混入物は、前記修飾済リグニンを不純にし又は汚すものであれば何でもよい。この工程は、実行しなくてもよいし、複数回実行してもよい点に留意されたい。１１２で、前記修飾済リグニンを圧搾し乾燥して水分を除去する。一実施形態において、湿った形態の前記リグニンが望ましい場合は、前記修飾済リグニンを圧搾・乾燥しない。
【００２０】
本開示の一定の技術例を示す目的のため、以下の基礎的情報を、本開示を正しく説明する基礎として示す。大量のリグニンがクラフト製紙工程の副産物として生産される。前記生産されたリグニンの構造は、木材の種類や処理条件によって異なる。通常、前記リグニンの巨大分子構造は化学的に複雑であり、リグニン分子を構成する主たるモノマー単位は、軟木の場合、２−メトキシ−４−プロピルフェノール（グアイアコール）であり、硬木の場合、グアイアコールと３，５−ジメトキシ−４−プロピルフェノール（シリンゴール）との混合物である。普通、リグニンは、黒液などのプロセス流から抽出され、化学修飾の前に、アルカリ性溶液に再溶解される。 
【００２１】
リグニン修飾に必要な工程を減らすため、前記沈澱段階より前の流れのなかのどこかで、前記リグニンを修飾してもよい。流れのなかとは、前記リグニンが前記プロセス流から抽出されていないことを意味する。例えば、前記プロセス流は、貯蔵槽を含み得るし、前記リグニンは、（以下に更に詳しく記述するように）貯蔵槽のなかで修飾され得る。前記プロセス流のなかで前記リグニンを修飾することにより、前記リグニンをアルカリ性溶液に再溶解する工程並びにそれに続く沈澱し、濾過し及び乾燥する工程を除去する。前記リグニンの修飾は、ヒドロキシアルキル化、アルキル化、アシル化、エステル化、エーテル化、その他同様の処理を含んでもよいが、これに限定されない。
【００２２】
特定の実施形態において、前記処理は、前記クラフト木材パルプ処理又はリグニンが存在し得る同様の処理における様々な工程又は段階に存在する一定の化学的条件を利用してもよい。例えば、リグニンが既にアルカリ性水溶液に溶解していて、更に、反応性フェノラートアニオン基が存在し得るｐＨにある処理段階において、一つまたは複数の試薬を前記プロセス流に注入して、そのようなフェノラートアニオンと反応させ、その結果、有用な化学修飾済リグニンを形成してもよい。
【００２３】
図２Ａに移り、図２Ａは、プロセス流への化学試薬の直接注入の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図である。図２Ａは、ヒドロキシプロピルリグニン（ＨＰＬ）を生産する処理を示す。図示したように、貯蔵槽１４のなかで黒液１０と酸化プロピレン１２を結合する。貯蔵槽１４のなかで、黒液１０のなかの前記リグニンを修飾し得る。タービュレーター、阻流板、その他の機械的な混合補助装置を前記パイプ又は貯蔵槽に追加して混合を改善し得る。黒液１０のなかのリグニンを修飾したのち、前記修飾済リグニン（例えばＨＰＬ）を生産する処理は、図示のように続いてもよい。一実施形態では、黒液１０が貯蔵槽１４に入る直前に、黒液を供給する流れに前記リグニンを修飾するための化学試薬を挿入し得る。他の一実施形態において、黒液１０と酸化プロピレン１２が貯蔵槽１４に挿入されたのちに、前記リグニンを修飾するための化学試薬を貯蔵槽１４のなかに噴霧し又は他の方法で挿入し得る。黒液１０のなかの前記リグニンを修飾するため、他の方法を使って貯蔵槽１４のなかに前記化学試薬を挿入し得ることは、容易に明らかであろう。
【００２４】
図２Ｂに移り、図２Ｂは、本開示の一実施形態における活動例を図示する概略流れ図２００である。２０２で、黒液貯蔵槽へ向かう黒液流に酸化プロピレンを直接注入する。２０４で、化学反応が起きるのに十分な所定の時間を経過させる。例えば、前記時間は、たった五（５）分であってもよい。他の一例において、前記時間は、たっぷり４８時間まででもあり得る。２０６で、前記リグニンと前記酸化プロピレンが反応してＨＰＬを形成する。２０８で、ＣＯ２でｐＨを下げることにより前記ＨＰＬを沈澱させる。塩酸（ＨＣｌ）又は硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などの酸の添加により、前記ｐＨを下げ得る。前記ＨＰＬは、前記ｐＨが十（１０）未満に落ちると沈澱し始めるが、完全な沈澱を保証するため、前記ｐＨを約二（２）ｐＨまで下げてもよい。２１０で、その後、前記沈澱したＨＰＬを圧搾してケーキを形成する。２１２で、その後、前記ＨＰＬを再懸濁し、洗浄する。２１４で、前記ＨＰＬを洗浄工程に数回通して不純物及び残留している酸を除去し得る。２１６で、その後、前記ＨＰＬを再び圧搾し、そのまま出荷してもよいし、又は、乾燥機に送って更に水分を除去してもよい。
【００２５】
図３に移り、図３は、プロセス流への化学試薬の直接注入の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図である。図３は、貯蔵槽１４のなかだが前記リグニンを回収炉１６に送る前に、前記リグニンを修飾するクラフトパルプ処理を示す。貯蔵槽１４のなかで前記リグニンを修飾したのち、回収炉１６へ向かう前記黒液流は、分離処理へ迂回して、前記修飾済リグニンを除去してもよい。
【００２６】
図４に移り、図４は、プロセス流への化学試薬の直接注入の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図である。図４は、蒸発器１８から回収ボイラー２０に向かうパイプ２２のなかで前記リグニンを修飾するクラフトパルプ処理を示す。図示したように、前記化学試薬を蒸発器１８の近くでパイプ２２のなかに注入する。前記黒液を回収ボイラー２０の前で前記プロセス流から排出し、貯蔵槽２４に保管してもよい。前記修飾済リグニンは、その後、酸沈澱並びにそれに続く洗浄及び濾過によって分離してもよい。前記濾過水は、前記回収ボイラーに戻し、パルプ化薬剤を再捕捉してもよい。
【００２７】
図５に移り、図５は、プロセス流への化学試薬の直接注入の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図である。図５は、サトウキビをエタノールに変換するためのセルロース系エタノール処理を示す。そこでは、前記リグニンをエタノールから分離したのち、前記リグニンを修飾する。リグニン分離流に前記リグニンが入ったのち、挿入地点２６で、異なる手段を使って化学試薬を前記プロセス流に挿入し、前記リグニンを修飾し得る。一実施形態では、前記ｐＨを調節して良好な反応条件（例えば、一般にｐＨ約１１．５から約１２．０の間）を確保する。前記ｐＨ調節に続き、酸化プロピレンを添加してヒドロキシプロピル化反応を起こしてもよい。分離処理は、沈澱及び濾過工程を含む酸化プロピレン添加のあとに使用してもよい。前記修飾済リグニン（例えばＨＰＬ）の用途に応じて洗浄及び乾燥を実行し得る。
【００２８】
図６に移り、図６は、プロセス流への化学試薬の直接注入の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図である。図６は、セルロース系エタノール処理を示す。そこでは、前記リグニンをエタノールから分離したのち、前記リグニンを修飾する。リグニン利用（又は分離）流２８に前記リグニンが入ったのち、異なる手段を使って化学試薬を前記プロセス流に挿入し、前記リグニンを修飾し得る。一実施形態では、前記ｐＨを調節して、良好な反応条件（例えば、一般にｐＨ約１１．５から約１２．０の間）を確保してもよい。前記ｐＨ調節に続き、酸化プロピレンを添加してヒドロキシプロピル化反応を起こしてもよい。分離処理は、沈澱及び濾過工程を含み、酸化プロピレン添加より後に実行してもよい。前記修飾済リグニン（例えばＨＰＬ）の用途に応じて、洗浄及び乾燥を実行し得る。
【００２９】
図７に移り、図７は、プロセス流への化学試薬の直接注入の一実施形態に関連する可能な詳細例を図示する概略ブロック図である。図７は、前記プロセス流のなかの固形リグニン３０を示す。前記リグニンは固体であるが、それでも前記プロセス流のなかにあると考えられる。前記リグニンは異物や他の成分を含み、精製済リグニンではないからである。図７に示す前記固形リグニンの修飾は、前記リグニンが固形状態で保管されている間に発生し得るし、（例えばトラック、鉄道車両などによる）輸送の間に起きてもよい。一実施形態では、ｐＨ約１２．０超のアルカリ溶液に前記リグニン流を溶解する。その後、前記ｐＨを約１１．５と約１２．０との間に調節することにより、ヒドロキシプロキル化が起きる条件を整える。前記ｐＨ調節に続き、酸化プロピレンを添加してヒドロキシプロピル化反応を起こしてもよい。分離処理は、沈澱及び濾過工程を含む酸化プロピレンの添加より後に配置してもよい。リグニン流の溶解及びそれに続くＨＰＬの沈澱は、沈澱工程としてだけでなく精製工程としての役割を果たす。前記修飾済リグニン（例えばＨＰＬ）の用途に応じて、洗浄及び乾燥を実行してもよい。
【００３０】
ここで議論した前記合成物、物質、割合などの多くは、本開示の教示から逸脱することなく、変更し、修正し、改変し又は異なる物質と置換することが容易にできる点に留意されたい。同様に、前述の図を参照して記述した前記操作及び工程は、本開示のシステムによって又はそのなかで、実行してもよい可能なシナリオのいくつかを示すに過ぎない点に留意することが必須である。これらの操作のいくつかは、適切な場合に削除し又は除去し得るし、これらの工程は、議論した思想の範囲から逸脱することなく、大幅に修正し又は変更し得る。更に、これらの操作のタイミングは、大幅に改変しても、この開示で教示した結果を達成し得る。前述の議論は、例示及び議論のために提示したものである。前記システムは、相当な柔軟性を有し、議論した思想の教示から逸脱することなく、適切な配置、時系列、構成及び時限機構を提供し得る。同様の方向に沿って、前記範囲（例えばタイミング、温度、濃度などについて）は、本開示の範囲から逸脱することなく、大幅に変化させてもよい。
【００３１】
前述した例において、二つ、三つ又は四つの要素に関して相互作用を記述し得る点に留意されたい。しかし、これは、明確性及び例示のために過ぎない。一定の場合において、限られた数の要素だけを参照することにより、流れの所与のセットの一つ以上の前記官能性を記述するほうが容易かもしれない。前述した例（及びそれらによる教示）は、容易に規模の変更が可能であり、更に、配置や構成を複雑化／洗練化するだけでなく、大量の構成要素を収容できることを正しく認識すべきである。したがって、提供した例は、前記範囲を限定し、又は無数の他の構成に潜在的に適用される前記広い教示を抑制するべきではない。
【００３２】
前述の流れにおける工程は、実施され又は実行され得る可能なシナリオのいくつかを示すに過ぎない点にも注意することが重要である。これらの工程のいくつかは、適切な場合は削除し又は除去し得るし、これらの工程は、本開示の範囲を逸脱することなく、大幅に修正し又は変更し得る。更に、これらの操作の多くは、一つ以上の追加的な操作と同時に又は並行して実施するものとして記述したかもしれない。しかし、これらの操作のタイミングは、大幅に変更し得る。前述した操作の流れは、例示及び議論の目的のために提供されたものである。本開示の教示から逸脱することなく、適切な配置、時系列、構成及び時限機構を提供できることにより、相当な柔軟性が提供される。
【００３３】
本開示は、特定の配置及び構成に関して詳細に記述したが、これらの例示的構成及び配置は、本開示の範囲から逸脱することなく、大幅に変更し得る。他の多くの変更、置換、変種、改変及び修正が、当業者によって確認され得る。本開示は、すべてのそのような変更、置換、変種、改変及び修正を、添付の請求の範囲に含むものとして、包含することを意図している。米国特許商標庁（ＵＳＰＴＯ）、更には、本出願に基づいて発行されるすべての特許のすべての読者が、ここに添付した請求項を理解するのを助けるため、出願人は、以下の点に言及したい。すなわち、出願人は、（ａ）「のための手段」又は「のための工程」という文言が特定の請求項において明確に使用されない限り、いずれかの添付の請求項が、本願出願日に存在する米国特許法第１１２条第６項の適用を受けることを意図するものではなく、かつ、（ｂ）本明細書のいかなる陳述も、さもなければ添付の請求項に影響しないいかなる方法によっても、本開示を限定することを意図するものではない。
【図１】
2015535039.tif 000003
【図２Ａ】
2015535039.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015535039.tif 000009
【図７】
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【国際調査報告】
2015535039.tif 000011
2015535039.tif 000012