СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КСИЛОЗЫ И ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

1. Способ получения ксилозы и целлюлозы для химической переработки из содержащей ксилан биомассы, которая имеет содержание ксилана 10-35%, рассчитанное на сухое вещество биомассы, отличающийся тем, что включает стадии:
(а) предгидролиз биомассы, содержащей ксилан, в варочном котле с раствором, содержащим сернистый ангидрид в концентрации 0,1-2,5%, исходя из общего веса жидкости в предгидролизной жидкости, при температуре 100-180°С и при времени реакции 0,1-2 час, с получением (1) растворенного гидролизата гемицеллюлозы, в котором содержание ксилозы составляет 25-55% DS, соотношение ксилозы к ксилоолигомерам более чем 2, а выход ксилозы составляет 30-80% ксилана в биомассе, и (2) нерастворенной предгидролизной биомассы,
(b) разделение растворенного гидролизата гемицеллюлозы из нерастворенной предгидролизной биомассы,
(с) проведение хроматографического фракционирования растворенного гидролизата гемицеллюлозы, имеющего содержание ксилозы 25-55%, нанофильтрация или кристаллизация осадка для получения ксилозного продукта, имеющего содержание ксилозы, по меньшей мере, 55% DS,
(d) проведение варки сульфатным способом нерастворенной предгидролизной биомассы в варочном котле для получения целлюлозы для химической переработки с перманганатным числом менее чем 14, и вязкостью более чем 600 мл/г, и
(е) получение ксилозного продукта, имеющего содержание ксилозы, по меньшей мере, 55% DS, и целлюлозы для химической переработки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомасса, содержащая ксилан, представляет собой лигноцеллюлозный материал.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу, содержащую ксилан, выбирают из твердой древесины, соломы и жома.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура предгидролиза составляет 120-150°С, предпочтительно 135-145°С.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что время реакции при предгидролизе составляет 0,3-1 час.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация сернистого ангидрида при предгидролизе составляет 0,1-2,0%, предпочтительно 0,3-1,5%.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что сернистый ангидрид добавляют в виде водного раствора или в жидкой или газообразной форме.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что сернистым ангидридом пропитывают биомассу, содержащую ксилан.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что расходуемый сернистый ангидрид восстанавливают и возвращают в предгидролиз.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что сернистый ангидрид возвращают в предгидролиз путем растворения в воде после его выхода из варочного котла.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение жидкость/биомасса в предгидролизе составляет менее чем 6, предпочтительно, менее чем 4, наиболее предпочтительно, менее чем 3, а особенно, менее чем 2.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что при предгидролизе растворяют 15-40%, предпочтительно 20-35% сухого вещества биомассы, содержащей ксилан.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что предгидролиз также включает нагревание острым паром.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание ксилозы в растворенном гидролизате гемицеллюлозы составляет 35-55% DS.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация олигосахаридов в растворенном гидролизате гемицеллюлозы составляет менее чем 10%, предпочтительно, менее чем 8%, более предпочтительно, менее чем 4%, наиболее предпочтительно, менее чем 2%, а особенно, менее чем 1%, исходя из DS.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание моносахаридов в растворенном гидролизате гемицеллюлозы составляет более чем 35%, предпочтительно, более чем 45%, исходя из DS.
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание ксилозы в растворенном гидролизате гемицеллюлозы составляет более чем 65%, предпочтительно, более чем 75%, исходя из общих моносахаридов.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение ксилозы к ксилоолигомерам в растворенном гидролизате гемицеллюлозы составляет более чем 5, предпочтительно, более чем 10, предпочтительно, более чем 20, наиболее предпочтительно, более чем 40, а особенно, более чем 100.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидролизат гемицеллюлозы имеет содержание сухого вещества более 7% по весу, предпочтительно, более чем 10% по весу, более предпочтительно, более чем 14 % по весу.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что выход ксилозы в гидролизате гемицеллюлозы находится в диапазоне 30-80%, предпочтительно 50-70% в расчете на ксилан в биомассе.
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ также включает выпаривание предгидролизата после стадии (a), где уксусную кислоту частично удаляют из предгидролизата выпариванием.
22. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ также включает пост-гидролиз после стадии (a).
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что постгидролиз выбирают из ферментативного пост-гидролиза и гидролиза с гидролизующим агентом, выбранным из серной кислоты и сернистого ангидрида.
24. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию разделения (b) проводят путем отмывания, выбранного из промывки вытеснением, продавливания и фильтрации.
25. Способ по п.24, отличающийся тем, что промывку вытеснением выполняют в варочном котле жидкостью, выбранной из воды, конденсата, сульфатной варочной жидкости, остаточной фракции хроматографического разделения и концентрата нанофильтрации.
26. Способ по п.24, отличающийся тем, что выход мономерной ксилозы, растворенной из биомассы, при промывке составляет 50-95%.
27. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ также включает установление pH перед стадией (c).
2
28. Способ по п.27, отличающийся тем, что установление pH проводят до pH 2,5-7, предпочтительно 4-6,5, а наиболее предпочтительно 5,5-6,0, причем установление pH предпочтительно выполняли с помощью Ca(OH) до pH 2-3.
29. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (c) проводят путем хроматографического фракционирования с использованием ионообменной смолы в качестве материала для заполнения колонки.
30. Способ по п.29, отличающийся тем, что ионообменная смола представляет собой катионообменную смолу.
31. Способ по п.30, отличающийся тем, что катионообменная смола представляет собой сильно кислую катионообменную смолу.
32. Способ по п.31, отличающийся тем, что катионообменная смола находится в виде одновалентного катионого металла.
+
33. Способ по п.32, отличающийся тем, что одновалентный катион металла представляет собой Na.
+
34. Способ по п.30, отличающийся тем, что хроматографическое фракционирование выполняют с помощью сильно кислой катионообменной смолы в Na-форме.
35. Способ по п.29, отличающийся тем, что pH хроматографического фракционирования находится в диапазоне 2,5-7, предпочтительно 3,5-6,5, а наиболее предпочтительно 4-5,5.
36. Способ по п.29, отличающийся тем, что хроматографическое фракционирование также включает получение одной или более дополнительных фракций, содержащих ксилозу, которые возвращают в хроматографическое фракционирование.
37. Способ по п.29, отличающийся тем, что хроматографическое фракционирование выполняют как периодический способ или способ в псевдодвижущемся слое.
38. Способ по п.37, отличающийся тем, что способ в псевдодвижущемся слое является непрерывным или последовательным.
39. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (c) проводят путем нанофильтрации, причем ксилозный продукт получают в виде концентрата при нанофильтрации.
40. Способ по п.39, отличающийся тем, что нанофильтрацию проводят при pH 2,5-7, предпочтительно 5-6,5, а наиболее предпочтительно 5,5-6,0.
41. Способ по п.1, отличающийся тем, что ксилозный продукт, полученный на стадии (e), имеет содержание ксилозы 55-95%.
42. Способ по п.1, отличающийся тем, что ксилозный продукт, полученный на стадии (e), подвергают кристаллизации для получения кристаллической ксилозы.
43. Способ по п.42, отличающийся тем, что кристаллизацию проводят при pH 3,0-4,5, предпочтительно 3,5-4.
44. Способ по п.42, отличающийся тем, что кристаллизация также образует кристаллизационный сток, который подвергают дальнейшему хроматографическому фракционированию или нанофильтрации для получения дополнительного раствора, обогащенного ксилозой, который возвращают в процесс кристаллизации.
45. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (d) получают целлюлозу для химической переработки с перманганатным числом менее чем 12 и вязкостью более чем 700 мл/г.
46. Способ по п.1, отличающийся тем, что уксусную кислоту возвращают в упариваемый конденсат.
47. Способ по п.42, отличающийся тем, что кристаллы имеют содержание ксилозы выше, чем 95% DS, предпочтительно выше, чем 98% DS.