(57)【要約】  サッカライド水溶液を、サッカライドが不溶で、且つ水の沸点より高い沸点を有するキャリア液と混合して、水性混合物を得、この水性混合物を、蒸発のための熱が加熱表面領域によって少なくとも部分的に供給される蒸発工程に供して、水を含む蒸気留分と、固体サッカライド及びキャリア液を含む残留留分とを得る方法において、固体サッカライドをサッカライド水溶液から生成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
サッカライド水溶液から固体サッカライドを生成する方法であって、前記サッカライド水溶液を、前記サッカライドが不溶であり且つ水の沸点より高い沸点を有するキャリア液と混合して、水性混合物を得、
前記水性混合物を、蒸発のための熱が加熱表面領域によって少なくとも部分的に供給される蒸発工程に供して、水を含む蒸気留分と、固体サッカライド及びキャリア液を含む残留留分とを得る、方法。
【請求項２】
前記サッカライド水溶液が、グルコース、フルクトース、マンノース、アラビノース、キシロース、スクロース、セロビオース、マルトース、セロトリオース、マルトトリオース、セロデキストリン、デキストリン、キシラン-オリゴサッカライド、マンナン-オリゴサッカライド、アラビナン-オリゴサッカライド、オリゴフルクタン、デンプン、及びセルロースから選択される群のうちの少なくとも1種を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記サッカライド水溶液が、前記溶液を基準として10〜90重量%のサッカライド濃度を有する、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記サッカライド水溶液が、酸、好ましくは、塩酸、臭化水素酸、硝酸、ギ酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される酸を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記サッカライド水溶液が、前記溶液を基準として1〜45重量%の酸濃度で酸を含有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記サッカライド水溶液が、バイオマス加水分解物、サトウキビ汁、テンサイ汁、グルコース及びフルクトースの水溶液、又はそれらの組合せである、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記キャリア液が、少なくとも175℃の沸点を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記キャリア液が、水と混和しない、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記キャリア液が、炭化水素油又はアルキレンオキシドのポリマーである、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記蒸発工程が、撹拌エバポレータ、上昇膜エバポレータ、循環エバポレータ、強制循環エバポレータ、流下膜エバポレータ、上昇-流下膜エバポレータ、スパイラルチューブエバポレータ、薄膜エバポレータ、及び短路蒸留ユニットから選択される装置のうち1種又は複数において行われる、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記蒸発工程が、上昇膜エバポレータ、流下膜エバポレータ、上昇-流下膜エバポレータ、及び短路蒸留ユニットから選択される装置のうち1種又は複数において行われる、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記蒸発が、50〜120℃の範囲の温度で実施される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記蒸発が、100mbar未満の圧力で実施される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記残留留分が、前記固体サッカライドを含む固体流及び前記キャリア液を含む液体流に分離される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記残留留分が、沈降、ろ過、液体サイクロン分離、遠心分離、及びそれらの組合せから選択される固液分離操作によって分離される、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記固体流が洗浄される、請求項14又は15に記載の方法。
【請求項１７】
前記残留留分を、前記キャリア液と混和せず且つ前記サッカライドが可溶である第2の溶媒と混合して、2つの液相を得、前記2つの液相を分離して、第2の溶媒に溶解した前記サッカライドを含む第2の溶液流及び前記キャリア液を含む第2の液体流を得る、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記キャリア液が水と混和せず、前記第2の溶媒が水である、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記2つの液相が、1種又は複数の液液分離器、好適には、重力沈降器、強化重力沈降器、コアレッサー、液体サイクロン、遠心分離機、及びそれらの組合せから選択される液液分離器によって分離される、請求項17又は18に記載の方法。
【請求項２０】
前記キャリア液を少なくとも部分的に含む前記液体流が、前記サッカライド水溶液との混合に再利用される、請求項14から17のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サッカライド水溶液から固体サッカライドを生成する方法に関する。特に、本発明は、バイオマスの加水分解物から、例えば、木材の加水分解物からサッカライドを回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長年、木材から有機物をどのように加水分解し溶解するかは知られている。通常、木材中の炭水化物物質の加水分解及び溶解を実現するためには、高温及び高圧での希酸の使用又は低温及び低圧での濃酸の使用という2つの方法がある。ベルギウス-ライナウ法では、木材を細断して切屑にし、それを濃塩酸で処理する。処理中、木材の3分の2は酸によってモノ及びオリゴサッカライドの形で溶解され、3分の1はリグニンとして残る。次の段階で、塩酸溶液からサッカライドを分離する。分離は、真空下で約36℃の温度でチューブエバポレータにおいて蒸発させることによって達成される。蒸発後、得られた、55〜65重量%のサッカライドを含有するシロップを噴霧乾燥する。得られた固体生成物は、1〜2重量%の塩酸、約8重量%の水、及び約90重量%のサッカライドを含有する(F. Bergius、Current Science、1937、632〜637頁を参照)。したがって、固体はまったく純粋ではなかった。さらに、US2944923に示されるように、水を除去するための蒸発には、大きな熱供給量が必要である。これらの欠点を克服するために、US2944923では、木材の加水分解からのサッカライド溶液を、大気圧で単一経路において、該溶液が部分的に蒸発する外部加熱エバポレータチューブを介して上方向に通過させることを提案している。蒸発中、特に塩酸が除去される。エバポレータチューブ中の温度は、約140〜150℃である。このような方法の生成物は、より濃縮されたサッカライド溶液である。実施例から、溶液が、エバポレータに導入されたすべての塩酸の約7%を依然として含有していると思われた。さらに、US2944923ではこの方法がサッカライドの損失をほとんどまねかないと述べているが、このような温度で炭水化物が特に酸性水性環境において分解することは周知である。
【０００３】
糖含有木材加水分解物から揮発性塩酸を除去する別の方法が、DE362230に記載されている。そこに記載の方法によれば、水性加水分解物と混和しない温液熱キャリアを、水性加水分解物と混合する。熱キャリアの例は、シェール油、精製石油、及び精製パラフィン油である。加熱されたキャリア液は、糖含有木材加水分解物から揮発性塩酸を除去する。熱キャリアが加熱されたことから、得られた混合物の温度が上昇し、塩酸及びいくらかの水が蒸発する。しかし、DE362230には、水性加水分解物100リットルの1時間あたりの処理に、再利用熱キャリア10,000リットルが必要であることも述べられている。さらに、熱キャリアがいくらかの水及び塩酸を吸収することが述べられている。したがって、DE362230では、熱キャリアを加水分解物から分離した後に再利用に適したものにするために、熱キャリアを塩化カルシウムで処理して、すべての吸収された塩酸及び水を除去しなければならないことを提案している。したがって、この方法における熱キャリアの在庫は大量である。さらに、この既知の方法の生成物は、固体サッカライドではなくサッカライド水溶液である。
【０００４】
中国特許出願CN1936025も、粗製ポリデキストロース溶液の様々な処理を含み得る、ポリデキストロース溶液の生成を記載している。このような処理には、逆浸透、イオン交換処理、ろ過、及び活性炭による脱色がある。一実施形態では、グルコースの溶液を、油を間接伝熱媒体として導入する三重効用エバポレータにおいて処理する。結果として、より濃縮されたグルコース溶液が生じる。
【０００５】
固体サッカライドは、US2013/0168226による方法で生成される。この方法では、容器に、バイオマスの水性加水分解物と混和しない温熱キャリアを充填する。水、塩酸、及びサッカライドを含む加水分解物を温熱キャリアへ噴霧して、水及び塩酸の蒸発が起こるようにする。加水分解物を熱キャリア面の真下に噴霧しなければならないので、加水分解物を容器の断面領域にわたって確実にうまく分配するためにノズルマニフォールドが必要とされる。サッカライドは固体粒子の形で沈殿し、これらの粒子を温キャリアから回収する。これには、底がスケールで汚染され、それによりサッカライド沈殿物の回収が困難になるというリスクがある。この方法は固体サッカライドをもたらすが、サッカライドの分解を回避するために熱キャリアの温度をあまり高くできないということが明らかである。したがって、塩酸及び水を蒸発させるのに十分なエネルギーを供給するために、熱キャリアの量を非常に多くしなければならない。US2013/0168226による方法は、DE362230による方法と同じ欠点、つまり、塩酸及び水を十分に蒸発させるために大量の熱キャリアを必要とするという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】US2944923
【特許文献２】DE362230
【特許文献３】中国特許出願CN1936025
【特許文献４】US2013/0168226
【特許文献５】DE640775
【特許文献６】DE1567335
【特許文献７】EP2622127
【特許文献８】US2013/0239954
【特許文献９】US2305833
【特許文献１０】US2013/016826
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】F. Bergius、Current Science、1937、632〜637頁
【発明の概要】
【０００８】
今回、蒸発のための熱が加熱表面領域によって供給される蒸発工程をキャリアとサッカライド水溶液との混合物に施した場合、適度な量の液体キャリアの使用により塩酸及び水の優れた除去が実現され得ることが判明した。したがって、本発明は、サッカライド水溶液から固体サッカライドを生成する方法であって、サッカライド水溶液を、サッカライドが不溶で、且つ水の沸点より高い沸点を有するキャリア液と混合して、水性混合物を得、
この水性混合物を、蒸発のための熱が加熱表面領域によって少なくとも部分的に供給される蒸発工程に供して、水を含む蒸気留分と、固体サッカライド及びキャリア液を含む残留留分とを得る、方法を提供する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
蒸発工程は、加熱表面領域を含む装置において行う。本発明による方法とDE362230及びUS2013/0168226による方法との違いは、とりわけ、水の蒸発が、加熱キャリア液との接触によってではなく装置の加熱表面領域で起こる点にある。CN1936025による方法は、サッカライド水溶液をキャリア液と混合することを含まない。さらに、生成物が異なる。
【００１０】
本発明による方法は木材又は他のバイオマスの加水分解物の処理に見事に適しているが、これは有利なことに様々なサッカライド溶液に適用することができる。これは、グルコース、フルクトース、マンノース、アラビノース、キシロース、スクロース、セロビオース、マルトース、セロトリオース、マルトトリオース、セロデキストリン、デキストリン、キシラン-オリゴサッカライド、マンナン-オリゴサッカライド、アラビナン-オリゴサッカライド、オリゴフルクタン、デンプン、及びセルロースから選択される群のうちの少なくとも1種を含むサッカライド水溶液に適切に適用することができる。いくつかのサッカライドは、水に部分的に可溶である。したがって、サッカライド溶液はまた、固体サッカライドを含んでもよく、その明らかな例はセルロース及びデンプンである。好ましくは、水溶液は、いずれの有意量の不溶性材料も含まない透明な溶液である。したがって、水溶液は、その飽和までであるサッカライドの濃度を有することが好ましい。飽和レベルは様々なサッカライドによって異なる。グルコースは水に非常に溶解しやすく、例えば、室温で約910g/Lであり、他のモノサッカライドも非常に溶解しやすいが、セロビオースは溶解しにくく、つまり、約120g/Lである。典型的には、サッカライド水溶液は、その溶液を基準として10〜90重量%、好ましくは10〜60重量%のサッカライド濃度を有する。
【００１１】
透明なサッカライド水溶液を、バイオマスの加水分解において得ることができる。バイオマスの加水分解は、前述に従ってベルギウス-ライナウ法として実施することができる。ベルギウス-ライナウ法は濃塩酸を使用するが、木材中の有機材料の溶解に他の酸を使用することも既知である。例えば、シェラー又はマディソン法もバイオマスの溶解に使用され、これらの方法は希硫酸を使用する(DE640775及びDE1567335を参照)。しかし、本方法は、ベルギウス-ライナウ法又はシェラー法により得られる木材加水分解物に限定されない。本方法は、いずれのサッカライド水溶液にも使用することができる。酸を使用しない木材加水分解法で得られたサッカライド水溶液もある。高温及び高圧でのバイオマス加水分解に水だけを使用する2段階加水分解法が、例えば、EP2622127及びUS2013/0239954に記載されている。しかし、典型的には、サッカライド水溶液は、酸、好ましくは、塩酸、臭化水素酸、硝酸、ギ酸、硫酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される酸、特に塩酸を含む。
【００１２】
本来のベルギウス-ライナウ法は、濃塩酸のみを使用して行われる。長年にわたり、この方法はさらに発展した。US2305833では、濃塩酸溶液を使用するベルギウス-ライナウ法が記載されている。US2305833による方法は、このような方法に関する改良を対象としており、ここで、改良は、バイオマスを非常に強い濃塩酸溶液と接触させるだけでなく、加水分解を2段階で達成することにあり、第1段階では、バイオマスを、非常に高濃度、つまり、密度が少なくとも1.16であるような塩酸溶液と接触させ、その後、第2段階では、得られた混合物をより濃度の低い塩酸溶液と接触させる。この方法は、サッカライド水溶液が酸を含有する場合、酸濃度が広範囲の濃度内にあってもよいことを例示している。好適には、サッカライド水溶液は、その溶液を基準として1〜45重量%の酸濃度で酸を含有する。
【００１３】
本方法は、前述のベルギウス-ライナウ法と同様の方法によって得られるようなバイオマス加水分解物の処理に特に適している。このような方法で使用されるバイオマスは典型的には木材であるが、いずれの炭水化物含有材料もこの方法に使用することができる。このような材料には、木材、わら、樹皮、他の葉、草、他の茎、空の果房、及びそれらの組合せから選択されるバイオマスが挙げられる。木材は好ましい供給原料である。木材は、エゾマツ、ヤナギ、カシ、カバ、ポプラ、ユーカリ、及び任意の他の木を含むすべてのタイプの木に由来し得る。バイオマス供給原料は、切屑、ペレット、粉末、破砕粒子、粉砕粒子、又は摩砕粒子を含む様々な形態で加水分解を施すことができる。バイオマス供給原料が木材を含む場合、供給原料は、木材粉末、木材チップ、木材ペレット、木材ブリケット、木材チャンク、及びそれらの組合せの形であり得る。このような方法の結果として、バイオマス加水分解物が生じる。他の適切なサッカライド溶液には、サトウキビ汁並びにテンサイ汁並びにグルコース及び高フルクトースシロップなどのフルクトースの水溶液、例えば、高フルクトースコーンシロップ(HFCS)及びスクロースの加水分解からの転化糖シロップが挙げられる。このようなサッカライド溶液の組合せも使用することができる。
【００１４】
サッカライド溶液は水性である。これは必ずしも唯一の揮発性化合物が水であるという意味ではない。ある場合では、サッカライド溶液の製造中、希釈剤を含めた他の成分を水溶液に組み込むことができる。このような組込みは、例えばサッカライドの1種又は複数の溶解性に影響を及ぼすため慎重に行われ得る。有機希釈剤が水溶液中に存在する場合、有機希釈剤は、高くても150℃、好ましくは高くても100℃の沸点を有する、アルコール、アルデヒド、ケトン、アミド、スルホキシド、及びカルボン酸から好ましくは選択される。希釈剤は水と適切に混和する。これらの希釈剤の大気沸点は150℃、好ましくは100℃未満なので、希釈剤は好都合には蒸発工程で水と一緒に除去することができる。サッカライドの溶解性は有機希釈剤の組込みにより通常低減されるので、希釈剤の量は、溶媒を基準として好ましくは多くても10重量%、より好ましくは多くても5重量%である。最も好ましくは、サッカライド水溶液は言及した希釈剤のいずれも含有しない。
【００１５】
蒸発のための熱は、加熱表面領域によって少なくとも部分的に供給される。蒸発のための熱すべてが、加熱表面領域によって供給されてもよい。したがって、キャリア液がサッカライド水溶液と混合されるとき、キャリア液は好ましくは加熱されていない。キャリア液の温度は、適切には10〜110℃、好ましくは15〜50℃、最も好ましくはほぼ室温、例えば17〜25℃の範囲である。キャリア液は、サッカライド水溶液が利用できるようになるのと同じ温度を有し得る。このような条件は、利用可能なあらゆる酸の早すぎる蒸発を防げる。また、サッカライド水溶液中のサッカライドの熱分解を回避する。
【００１６】
キャリア液は、水の沸点より高い沸点を有する。キャリア液と水及び場合により酸との分離を容易にするために、キャリア液は、好ましくは、水の沸点より少なくとも60℃、より好ましくは75℃高い大気沸点を有する。したがって、キャリア液は、好ましくは少なくとも175℃の沸点を有する。分離をさらに容易にするために、キャリア液の大気沸点は、適切には少なくとも200℃、より好ましくは少なくとも240℃である。キャリア液の沸点範囲の上限は重要ではない。キャリア液に関する唯一の要件は、キャリア液が水溶液に混合される場合、及びキャリア液が固体サッカライドを含む残留留分として回収される場合、キャリア液が液相中にあるということである。
【００１７】
キャリア液は、サッカライドが溶解しない液体から選択される。本明細書では、「溶解しない」とは、問題の物質の溶解が25℃で1g/100mL未満であることを理解されたい。サッカライドがキャリア液に溶解しない限り、キャリア液は水と混和してよい。キャリア液が水と混和しない場合、サッカライドはそのようなキャリア液に溶解しない傾向がある。したがって、キャリア液は水と混和しないことが好ましい。本明細書では、「混和しない」とは、ある量の水及びある量のキャリア液を添加して混合物を形成すると、生じる液体層の量が、混合物を形成するために初めに添加した量から5体積/体積%未満ずれている場合であることを理解されたい。
【００１８】
適切なキャリア液は、従来技術で提案されている。そのようなキャリア液は、有利には、炭化水素質(hydrocarbonaceous)油である。DE362230に既に開示されているように、そのような油の例は、シェール油、精製石油、及び精製パラフィン油である。また、適切な油は、沸点が十分高い、ポリイソブチレン、ポリ-α-オレフィン、他の分岐状ポリオレフィン、及び他の石油液体である。油はその粘度も特徴とする。適切な油は、ASTM D 445に従って測定すると、100℃で1〜200cSt(mm2/s)の範囲に動粘度を有する。
【００１９】
代替タイプの油は、アルキレングリコールのポリマー及びオリゴマーである。このようなポリマーの混和性は、アルキレンオキシドモノマーの数とアルキレンオキシドモノマー自体の炭素原子の数との両方に関する鎖長に左右される。従来から、約245℃の沸点を有するエチレングリコールの二量体は、適切なキャリア液である。したがって、ポリアルキレンオキシドがエチレンオキシドのポリマーである場合、好適には、エチレンオキシド単位の数は2という低い数でもよい。より高級なポリマーは、通常、その平均分子量を特徴とする。ポリエチレンオキシドは、例えば最高で10,000,000という非常に高い分子量で調製される。しかし、典型的には、本方法で使用し得るポリエチレンオキシドの分子量の上限は、通常約25,000である。他のアルキレンオキシドのポリエチレングリコールポリマーに加えて、特に、2〜6個の炭素原子を有するアルキレンオキシドのポリマー、例えば、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、及びそれらの混合物などを使用することができる。
【００２０】
したがって、本発明のキャリア液は、好ましくは、炭化水素油又はアルキレンオキシドのポリマーである。
【００２１】
従来技術の方法に勝る本発明の利点の1つは、キャリア液の在庫が比較的少なくてすむことにある。DE362230によれば、1時間あたり加水分解物100リットルの流れの取扱いに、キャリア液10,000リットルが必要である。US2013/0168226による方法では、比は言及されていないが、方法の説明から大過剰が必要であることが明らかである。本発明による方法では、サッカライド溶液とキャリア液との比は、広範囲間で変化し得る。経済的視点から、また、エネルギー供給の観点から、キャリア液の量はできるだけ少なくする。キャリア液の量の下限は、蒸発工程から固体で沈殿したサッカライドを搬送する有効性によって決定される。典型的には、サッカライド水溶液のキャリア液に対する比が、重量/重量として表わすと、5:1〜1:10、より好ましくは2:1〜1:5の範囲にあることが判明した。比は約1:1と低くてもよい。サッカライド水溶液の量に対してキャリア液の量がこのように低減されたことは、油の在庫を相当節減できたことを示し、装置サイズの縮小及び固体サッカライドのより容易な回収につながり、したがって、従来技術の方法に勝る著しい利点が提供される。
【００２２】
キャリア液とサッカライド水溶液との混合物に蒸発工程を施す。蒸発は、表面で行われ、水の沸点より低くてもよい温度で実施され得る。蒸発はまた減圧で行うことができる。これは、加熱のために必要なキャリア液の量が比較的少ないだけでなく、温度が低くてもよいことも意味し、起こり得るサッカライドの分解が回避されることを意味する。さらに、加熱表面領域上の膜から蒸発することにより、短い滞留時間が可能になる。これは、温熱キャリアで満たされた容器中のサッカライドの滞留時間が著しく長い、US2013/016826による方法の使用に勝る利点を表わしている。今回可能になった短い滞留時間は、サッカライドの熱分解のリスクをさらに低減する。
【００２３】
蒸発とは、基本的に、熱伝達を使用して、様々な沸点及び比揮発度を有する成分を分離する分離方法であり、ここで、1種又は複数の成分は表面から蒸発する。蒸発は表面に関連した現象なので、蒸発は液膜にしばしば適用される。多くの商業タイプの蒸発用装置がある。そのような適切な装置として、撹拌エバポレータ、上昇膜エバポレータ(rising film evaporator)、自然循環エバポレータ、強制循環エバポレータ、流下膜エバポレータ(falling film evaporator)、上昇-流下膜エバポレータ、薄膜エバポレータ(ワイプトフィルムエバポレータとしても知られている)又は短路蒸留エバポレータ、流下膜短路蒸留エバポレータ、流動床エバポレータ、流下膜向流トリクルエバポレータ又はスパイラルチューブエバポレータが挙げられる。これらの装置タイプの1種又は複数は、有利には、本発明の方法における適用のために選択され得る。
【００２４】
膜エバポレータは、加熱表面上の混合物の滞留時間を最小限にし、キャリア液の在庫も最小限にするので、好ましい。したがって、蒸発工程は、好ましくは、上昇膜エバポレータ、流下膜エバポレータ、上昇-流下膜エバポレータ、短路蒸留エバポレータ、及び流下膜向流トリクルエバポレータから選択される装置のうち1種又は複数において行われる。
【００２５】
或いは、固体の存在に適応できるエバポレータも、熱交換表面の固体堆積物及び付着物による膜の乱れに関連する操作上の問題を最小限にするので、好ましい。したがって、蒸発工程は、好ましくは、強制循環エバポレータ又は撹拌エバポレータから選択される装置のうち1種又は複数において行われる。
【００２６】
より好ましくは、蒸発は、2段階、つまり、膜エバポレータを含む第1段階、及び固体の存在に適応できるエバポレータを含む第2段階において行われ、その結果、膜エバポレータ内で固体形成が回避され、第2のエバポレータ段階で滞留時間が最小限になる。したがって、本発明の最も好ましい実施形態では、蒸発は、最初に流下膜エバポレータ、続いて強制再循環エバポレータにおいて行われる。
【００２７】
蒸発は、50〜120℃の範囲、より好ましくは80〜110℃の範囲の温度で適切に実施される。下限は、好適には、水及び場合により塩酸などの酸の蒸発がかなり高速で起こるような値である。上限は、あらゆるサッカライドの熱分解のリスクが最小であるように選択され得る。水及び場合により酸の比較的速い蒸発を実現するために、蒸発は、減圧、好ましくは100mbar未満で適切に行われる。適切な圧力は、3〜80mbar、好ましくは5〜60mbarの範囲にある。
【００２８】
蒸発の利点の1つは、短い滞留時間を施用できる可能性にある。装置及び生成組成物に応じて、エバポレータ中の混合物の滞留時間は当業者により決定され得る。好適には、滞留時間は、短く、典型的には5秒〜40分、好ましくは0.1〜30分、より好ましくは0.25〜20分の範囲にあり得る。エバポレータ中での生成組成物と加熱表面との実際の接触時間は、数秒程度でよく、その結果、水は蒸発し、キャリア液とサッカライドとの組合せは下方へ流れる。次いで、蒸気留分をエバポレータから取り出す。全部ではないが大部分のサッカライドを含有する残留留分を迅速に放出する。
【００２９】
水を含む蒸気留分を放出又は精製し、再使用することができる。特に、サッカライド水溶液が酸を含む場合、及び酸も蒸発する場合、蒸気留分から少なくとも酸を回収することが典型的である。これは、蒸気留分を凝縮して、酸の水溶液を生じさせることによって実現し得る。酸を後続の使用、例えば、バイオマスの加水分解に適しているようにする任意のさらなる処理は、ベルギウス-ライナウ法における塩酸又はシェラー若しくはマディソン法における硫酸の処理と同様の方法で実施され得る。
【００３０】
好適には、残留留分を、固体サッカライドを含む固体流及びキャリア液を含む液体流に分離する。この分離には、任意の従来の固/液分離方法を使用することができる。したがって、残留留分は、好ましくは、沈降、ろ過、液体サイクロン(hydrocyclone)分離、遠心分離、及びそれらの組合せから選択される固液分離操作によって分離される。キャリア液の性質及び蒸発の有効性に応じて、固体材料は水をほとんど含有しない。所望により、固体流に精製を施してもよい。1つの適切な精製方法は、サッカライドの洗浄によるものである。適切な洗浄液は、アルコール及びケトンなどの極性有機化合物を含む。水とこれらの有機化合物との混合物を使用することもできる。これらの液体の使用の利点は、これらの液体が酸及び水を取り込むことができ、一方、固体サッカライドがこれらの液体に溶解しないことにある。サッカライドに応じて、洗浄液は、相当量まで水を含有することができる。好ましくは、洗浄液中の水の量は、洗浄液を基準として多くても20重量%である。
【００３１】
固体流において得られた固体サッカライドはまた、乾燥させて、いずれの残留水も除去することができる。固体サッカライドを100℃超の温度などの高温に相当な時間曝露しないようにすることが望ましいので、固体サッカライドを例えばオーブンにおいて50〜90℃の温度で乾燥させることが望ましい。圧力は大気圧でよい。有利には、乾燥は、減圧、例えば1〜900mbarの範囲で行う。圧力がより低いと、固体サッカライドに吸着した水の蒸発が促進される。
【００３２】
本方法の別の実施形態では、残留留分を、固体サッカライドが可溶である液体との混合物にする。次いで、得られたサッカライド溶液を、好ましくは液液相分離によってキャリア液から分離する。したがって、本方法ではまた、残留留分を、キャリア液と混和せずサッカライドが可溶である第2の溶媒と混合して、2つの液相を得、この2つの液相を分離して、この第2の溶媒に溶解したサッカライドを含む第2の溶液流及びキャリア液を含む第2の液体流を得る。この実施形態は、最初のサッカライド水溶液が酸を含む状況、例えば、その溶液がベルギウス-ライナウ又はシェラー法の加水分解物として得られる場合に特に有用である。酸は固体サッカライドから事実上完全に除去されているので、得られる第2の溶液流は実質的に酸を含まない。明らかに、サッカライドを固体として回収することが可能である。これは、第2の溶媒を、サッカライドが溶解しない別の液体と混合し、それによって、サッカライドの溶解性を低減させ、サッカライドの沈殿を起こさせることにより実施され得る。この方法では、あり得る不純物は第2の溶媒と別の液体との混合物中に保持され得、より多くの純粋なサッカライドを得ることができる。
【００３３】
キャリア液が水と混和しない場合、第2の溶媒は好ましくは水である。水は通常、残留留分中のサッカライドを溶解するであろう。相互不混和性のために、キャリア液及び水-サッカライド溶液は、従来の液液分離により分離することができる二相を形成するであろう。好適には、1種又は複数の液液分離器、好ましくは、重力沈降器、強化重力沈降器、コアレッサー、液体サイクロン、遠心分離機、及びそれらの組合せから選択される液液分離器を使用することができる。
【００３４】
固液分離器から得られるキャリア液を含む液体流、又は第2の溶液流の除去後に得られる液体流は、好適には、少なくとも部分的に再利用されて、サッカライド水溶液と混合される。所望により、液体流を精製又は乾燥することができる。好ましくは、全液体流を再利用する。必要に応じて、再利用キャリア液に補給キャリア液を補充することができる。
【００３５】
全方法を別々のバッチ式工程で行うことができる。しかし、好ましくは、本発明の方法は、連続方法として行う。
【００３６】
本発明を以下の実施例を用いてさらに説明する。
【実施例】
【００３７】
市販のベルギウス-ライナウ加水分解物を処理する本方法の適合性を示すために、水中において11重量単位のセロビオース及び43重量単位の37重量%HCl溶液を組み合わせることにより、モデル溶液を調製した。このモデル混合物を46重量単位のジエチレングリコールと混合した。
【００３８】
内部に加熱ジャケット、ロータ、及び冷却器を備えた筒状ボディから基本的になる短路蒸留ユニットにおいて、この混合物を蒸発に供した。ワイパーが回転したとき、ボディの内壁に液体の薄膜が作製されるように、ロータにワイパーブレードを取り付けた。ボディの内壁を、ボディを囲むジャケット内の伝熱媒体によって加熱する。蒸気留分が冷却器を通過し、部分的に凝縮する。残っているいずれの蒸気もボディの頂部から取り出され、冷トラップによって捕留される。残留留分は、ボディの底でドレインから回収される。
【００３９】
2つの実験の条件を以下の表に示し、ここで、供給速度(「F」)は混合物がユニットに供給される速度であり、温度(「T」)は熱ジャケットの温度を示し、圧力(「P」)はユニット中の減圧を示し、時間(「t」)は蒸発が実施された期間を示す。表はまた、-78℃で操作した場合の冷却器からの凝縮蒸気及び冷トラップ内に捕留された凝縮化合物の合わせた収量を意味する蒸気留分(「蒸気」)、並びにユニットの底で回収された液体及び固体の量を示す残留留分(「残留」)による結果を示す。
【００４０】
実験中、無色透明液体が、冷却器及び冷トラップの両方において蒸気留分から得られた。セロビオースも、任意の他のサッカライドも蒸気留分中に見られなかった。残留留分は懸濁液であり、明らかに沈殿物を示すことが分かった。懸濁液は液膜を形成し、その液膜はエバポレータから容易に流出した。
【００４１】
残留留分において、水含量(「H2O」)を測定し、残留留分を基準として重量%で表した。結果も以下の表に示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
上記の実験は、高沸点のキャリア液と混合した後、水がサッカライド水溶液から効果的に蒸発して、主にキャリア液と固体サッカライドとの懸濁液を生じ得ることを示している。結果はまた、蒸気留分がサッカライドをまったく含有していないことを示している。
【国際調査報告】
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