从纤维性农业残渣生产半纤维素低聚物和其它可再生的化学物质制造技术

谷草和其它木素纤维素残渣的有机溶剂打浆是一种用于生产造纸用纸浆和很多可再生化学物质的新的且有利于环境的选择。一类该理想化学物质是衍生自大量存在于一年生植物木茎中的半纤维素的木聚糖基多糖和／或低聚糖。本发明专利技术描述了一种方法，用于将这种材料及其它有用的可再生化学产物从有机溶剂纸浆工厂加工稻草中的生产和回收最佳化。此方法提高了这些小纸浆工厂的经济生存能力。该方法将鼓励引入使用稻草的小的有机溶剂纸浆工厂，从而减少或消除由露地燃烧处置稻草的不良惯例。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于处理木素纤维素材料以从中获取有用的化学物质的方法。
技术介绍
世界上的谷物生产产生着巨大数量的垃圾和残渣。这包括在收获、贮藏和运输中造成的稻草和谷物粉尘。为了给田地做好下一季的种植准备，稻草通常在田地中被烧毁。但是，这样的行为造成了严重的环境污染，而且，这种行为因此在许多国家被禁止。谷物工业现在是低收益的。一种扭转这种情形并避免露地烧毁的方法是将这些垃圾和残渣转化为可销售的产品，这些产品可以增加农民和加工产业的收入。多个世纪以来中国已认识到这种方法的价值。在中国，遍及谷物种植区域，稻草一直用于在众多小纸浆工厂中生产造纸用的纸浆。不幸地，目前用于由稻草生产纸浆的打浆方法，即烧碱法，在用于不能经济地实现钠回收的小规模时，产生了严重的污染。从这些工厂排出的污水所产生的水污染强迫中国在90年代末关闭了几千家最小的稻草打浆纯碱工厂。适合用于生产书写和印刷纸、用于层压材料和电路板产品的油纸，以及适用于包装用途的纸浆可以通过一种已知为有机溶剂打浆(organosolv pulping)的技术而由谷草制备，该方法对谷物农业具有多个明显的优势。它本质上不产生环境问题；它比硫酸盐法(Kraft Process)较少资本密集；它理想地适合于将含有高含量无机材料的非木材型生物团(biomass)打浆，而且它能有利地在比传统打浆工艺小很多的规模下操作。用谷草作为原料的小的有机溶剂打浆工厂的经济生存能力可以通过使有用副产品如木质素、醋酸、木糖和糠醛的回收最大化而得以提高。从工艺副产品中增加的收入意味着能有利操作的较小规模、且少资本投资的工厂。某些多糖和低聚糖如阿拉伯半乳聚糖、葡聚糖、右旋糖酐以及果胶在众多工业和食品应用中具有相当的价值和用途。它们多数充当增稠剂、悬浮剂以及流变控制剂。阔叶树和一年生植物如谷物、甘蔗和洋麻的枝干含有主要量的富含木聚糖的半纤维素，还有纤维素和木质素。在这些原材料中，半纤维素可高达木质生物团干重的三分之一，其中木聚糖部分占总半纤维素重量的四分之三。虽然这些木素纤维素材料含有木聚糖基多糖和低聚糖，但这些尚未在工业上制备，因为已经证明，很难从密切缔合的纤维素和木质素中分离出它们而同时不使它们降解为单糖。假如能够从木素纤维素材料如纤维性生物团农业残渣中以合理的产量生产木聚糖，则木聚糖将在工业上具有可观的应用。
技术实现思路
本专利技术教导了一种从有机溶剂打浆操作的工艺溶液回收木聚糖基低聚糖和多糖以及纸浆和其它有用产品的方法。木素纤维素材料可以是任何合适的材料，甚至包括稻草和其它农业残渣。根据第一方面，本专利技术提供了一种用于处理木素纤维素材料以获得木聚糖基低聚糖和/或多糖以及纸浆的方法，包括—通过在连续逆流蒸煮器中使木素纤维素材料接触含有机溶剂和水的有机溶剂溶液，使木素纤维素材料经历有机溶剂打浆，从而生产纸浆和含木聚糖基低聚糖和/或多糖的溶液，—从蒸煮器中除去包含木聚糖基低聚糖和/或多糖的溶液，以及—从溶液中回收木聚糖基低聚糖和/或多糖。通过在连续逆流模式下用逆流蒸煮器如螺旋加料蒸煮器进行该处理，就可能谨慎地控制木素纤维素材料和有机溶剂溶液接触期间的条件(尤其是时间)。溶解的半纤维素部分在其形成后被迅速从有机溶剂反应器的高温区域去除。一旦从反应器中除去，当溶液被闪蒸至环境温度时，温度的迅速降低适当地抑制了进一步的水解。环境温度是指低于蒸煮器内温度的温度。它可能是室温，或者在该温度下在没有酶催化剂时不容易发生水解的任何其它温度。然后就能够在不发生进一步化学转化的情况下，进行各种副产品的分离、提纯和回收。作为其结果，木素纤维素材料能够被处理以除去木聚糖基低聚糖和/或多糖，而不会分解成组分单糖。除了在逆流蒸煮器内实施本方法(从而能够控制木素纤维素材料同有机溶剂溶液接触的时间)，进一步有利的是控制有机溶剂溶液中有机溶剂(如乙醇或其它醇)与水的比率。通过调节乙醇和水的比率，能够使溶液在水解反应中更积极或更不积极。较大的乙醇与水的比率将会减少水的化学活性，并将产生较少的水解，从而使得该工艺中的多糖保持较高的聚合度。因此更多的半纤维素将保持为多糖和低聚糖。工艺溶液中选择适当的乙醇和水的比例将会产生理想的多糖、低聚糖和单糖产品的构型。除了控制有机溶剂和水的比率程度以外，还能控制其它的因素，以得到—木聚糖基低聚糖和/或多糖，较之—单糖和除了木聚糖基低聚糖和/或多糖之外的产品的理想相对量。这些条件是—有机溶剂溶液中有机溶剂与水的比率；—有机溶剂溶液与木素纤维素材料在逆流蒸煮器中接触的时间；—有机溶剂溶液的pH值；和—有机溶剂打浆阶段的温度。优选地，对它们进行控制以使木聚糖基低聚糖和/或多糖的回收最大化，并使这些产品向单糖如木糖的水解或转化最小化。用这里所教导的方法控制这些条件，使得木聚糖基低聚糖的回收率以木素纤维素材料的初始干重计能够达到至少5％，并可高至7％或更多。木糖回收的程度可以最小化至4％或更低，通常大约2.5％。阿拉伯糖和糠醛含量能够减少到分别小于0.5％和1.0％。混合已糖(葡萄糖，和少量的半乳糖)的产量通常很低，以初始干重计一般为大约2.2％。本专利技术的这些方面应用于有机溶剂打浆法的任何形式，其一般包含在高温高压下，在含低分子量有机溶剂和水的混合物的溶液中蒸煮生物团纤维性材料一段时间，该时间足以至少部分地将生物团纤维性材料去木质，并成浆，从纸浆中分离出用过的溶液，用有机溶剂和水的新鲜溶液洗涤纸浆，回收该乙醇和水的新鲜溶液作为溶液循环应用，处理用过的溶液以回收溶剂并循环用于工艺并加以分离，提纯和回收各种化学副产品，以及回收纸浆以备进一步的标准处理。该方法可以包括水解谷物粉尘中淀粉的步骤，以提供用于生产乙醇的可发酵糖类和可用于该方法中的其它发酵产品。这一方法构思适用于包括甘蔗残渣、谷草残渣、油棕残渣在内的木素纤维素材料，以及包括任何木质生物团在内的其它木素纤维素材料。本专利技术潜在的优点为能回收有价值的可再生化学物质，减少有机溶剂打浆操作的环境危害，以及能够创建利用农业木素纤维素残渣的经济上可行的小纸浆工厂。木聚糖是半纤维素的一种成分，是一种多糖。木聚糖基多糖和/或低聚糖指衍生自木聚糖的为低聚糖(包括二糖)和/或多糖的半纤维素的任何水解产品，其包括木聚糖本身，不包括单糖木糖和阿拉伯糖。将稻草和其它农业残渣的有机溶剂打浆与多种有用副产品的处理及回收、以及谷物加工废液的发酵整合在一个单独的打浆工厂中，将为谷物工业产生大量收益。同时这样的策略将导致高程度的环境保护，和对基于该工艺的副产品的相邻工业活动发展的支持。这个策略也支持了从油基、化石碳衍生化学物质向可再生能源和化学物质的新时代的理想转变。本专利技术对谷物工业的另外的吸引力是它和这种工业的相容性。它的主要工艺化学物质需求为一种有机溶剂，其可合适地为乙醇，乙醇可以简单地通过工艺液的其它产品如水解废淀粉的发酵而生产。此外，该方法中的许多副产品在农业例如动物饲料添加剂和缓释肥料及杀虫剂中具有直接的用途和价值。附图说明图1是本专利技术方法的一个合适的实施方式的流程示意图。具体实施例方式现将参考图1详细描述本专利技术，图1是本专利技术方法的一个合适的实施方式的流程示意图。在有机溶剂打浆操作中，将可以是干稻草或其它木质生物团的木素纤维素材料1以常规的方式运至加工工厂，并贮存在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理木素纤维素材料以获取木聚糖基低聚糖和／或多糖、以及纸浆的方法，包括：　　　　－通过在连续逆流蒸煮器中使木素纤维素接触含有机溶剂和水的有机溶剂溶液，使木素纤维素材料经历有机溶剂打浆，以生产纸浆和含木聚糖基低聚糖和／或多糖的溶液，　　　　－从蒸煮器中除去含有木聚糖基低聚糖和／或多糖的溶液，以及　　　　－从溶液中回收木聚糖基低聚糖和／或多糖。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华肯德尔派伊，肯尼思李，
申请(专利权)人：星光咨询服务有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]