[go: up one dir, main page]

RU2807479C1 - Methods for producing multiple valuable flows from biomass-based sources - Google Patents

Methods for producing multiple valuable flows from biomass-based sources Download PDF

Info

Publication number
RU2807479C1
RU2807479C1 RU2019142525A RU2019142525A RU2807479C1 RU 2807479 C1 RU2807479 C1 RU 2807479C1 RU 2019142525 A RU2019142525 A RU 2019142525A RU 2019142525 A RU2019142525 A RU 2019142525A RU 2807479 C1 RU2807479 C1 RU 2807479C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
alditols
stream
alditol
glycols
Prior art date
Application number
RU2019142525A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ллойд АЛЛЕН
Клаудио Арато
Терри БРИКС
Питер Эндрю КЛАРК
Джошуа ДЭВИС
Брайан ДЖИН
Марк КИРБИ
Куак Фу ЛИ
Уильям МАККИН
Анкит МУНЖАПАРА
Клайв Ричард НОРТОН
Стюарт А. ШТЕЙН
Грег СТОК
Дэвид САГДЕН
Original Assignee
Интерконтинентал Грейт Брендс Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Интерконтинентал Грейт Брендс Ллк filed Critical Интерконтинентал Грейт Брендс Ллк
Application granted granted Critical
Publication of RU2807479C1 publication Critical patent/RU2807479C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: methods for processing plant biomass. A method is proposed for obtaining at least two target products - target alditols and target glycols as conjugated products, including: providing a mixed stream of monomeric sugars C5 and C6 obtained from decomposed raw materials based on plant biomass; continuous hydrogenation of a mixed stream of C5 and C6 monomer sugars to form a mixed stream of C5 and C6 alditols; separating the first target product - the target alditol or the target mixture of alditols, from the mixed stream of C5 and C6 alditols with discarding the residual mixed stream of C5 and C6 alditols; continuous hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5 and C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the second target product - the target glycol or the target mixture of glycols, from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product is either the target alditol/target alditol mixture or the target glycol/target mixture of glycols, and the first target product is isolated by crystallization.
EFFECT: highly efficient, low-complexity process with improved production agility, reduced waste and higher overall yield compared to traditional alditol or glycol processes.
9 cl, 3 dwg, 6 tbl, 9 ex

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Обработка полученных из биомассы гидролизатов гемицеллюлозы для получения конкретных альдитов является сложной, неэффективной и дорогостоящей. Например, существуют большие трудности при достижении существенного выхода при экстракции альдита высокой степени чистоты при применении сырья на основе гемицеллюлозного исходного материала. Постоянно наблюдаются каскадные потери, связанные с различными операциями установок очистки и разделения, наряду с другими стадиями способа, выполняемыми в соответствии с известным уровнем техники, которые приводят к снижению эффективности и уменьшению объемов извлечения альдита. В настоящее время сорбит получают из одного потока С6-сахаров, обычно гидрогенизированной кукурузной глюкозы, при этом ксилит получают из одного потока С5-сахаров, полученных из деревьев лиственницы или тополя. В уровне техники остается необходимость в способе, при котором можно использовать смешанный потоки С5/С6-сахаров, полученные из различного несортированного гемицеллюлозного сырья, для извлечения соответствующих целевых С5/С6-альдитов в дополнение к целевым С2-С4-гликолям в случае необходимости.Processing biomass-derived hemicellulose hydrolysates to produce specific alditols is complex, inefficient, and expensive. For example, there are great difficulties in achieving significant extraction yields of high purity aldite when using feedstocks based on hemicellulosic starting material. Cascading losses associated with various purification and separation unit operations, along with other process steps performed in the prior art, are continually observed, resulting in reduced efficiency and reduced aldite recovery volumes. Currently, sorbitol is produced from a single stream of C6 sugars, typically hydrogenated corn glucose, while xylitol is produced from a single stream of C5 sugars derived from larch or poplar trees. There remains a need in the art for a process that can use mixed C5/C6 sugar streams derived from various unsorted hemicellulosic feedstocks to recover the corresponding target C5/C6 alditols in addition to the target C2-C4 glycols as needed.

Действительно, в уровне техники остается необходимость в эффективном и высокопродуктивном способе, направленном на извлечение альдитов высокой степени чистоты и других целевых сопряженных продуктов, получаемых из различной биомассы, с одновременной минимизацией неэффективности и потерь, связанных с дальнейшими последующими операциями.Indeed, there remains a need in the art for an efficient and highly productive process aimed at recovering high purity alditols and other desired conjugate products derived from various biomass while minimizing the inefficiencies and losses associated with further downstream operations.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В одном варианте осуществления способ включает оптимизацию общей степени извлечения продуктов без приведения к максимуму степени извлечения каждого продукта в отдельности, при этом продукты представляют собой целевой альдит или целевую смесь альдитов и целевой гликоль или целевую смесь гликолей. Способ включает гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; выделение целевого альдита или целевой смеси альдитов из смешанного потока С5/С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и выделение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляют либо целевой альдит/целевая смесь альдитов, либо целевой гликоль/целевая смесь гликолей.In one embodiment, the method includes optimizing the overall recovery of the products without maximizing the recovery of each product individually, wherein the products are a target alditol or target mixture of alditols and a target glycol or target mixture of glycols. The method includes hydrogenation of a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars to form a mixed stream of C5/C6 alditols; separating the target aldite or target alditol mixture from the mixed C5/C6 alditol stream, discarding the residual mixed C5/C6 alditol stream; hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product is either the target alditol/target alditol mixture or the target glycol/target glycol mixture.

В другом варианте осуществления способ включает оптимизацию общей степени извлечения продуктов без приведения к максимуму степени извлечения каждого продукта в отдельности, при этом продукты представляют собой ксилит и целевой гликоль или целевую смесь гликолей, при этом способ включает: гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; выделение ксилита из смешанного потока С5/С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и выделение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляют либо ксилит, либо целевой гликоль или целевая смесь гликолей.In another embodiment, the method includes optimizing the overall recovery of the products without maximizing the recovery of each product individually, wherein the products are xylitol and a target glycol or a target mixture of glycols, the method comprising: hydrogenating a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars with the formation of a mixed stream of C5/C6 alditols; separating xylitol from the mixed C5/C6 alditol stream and discarding the residual mixed C5/C6 alditol stream; hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product consists of either xylitol or the target glycol or the target mixture of glycols.

В еще одном варианте осуществления способ включает синергетическое улучшение в отношении общей степени извлечения продуктов без необходимости изменения общей степени извлечения каждого продукта в отдельности, при этом продукты представляют собой целевой мономерный С5/С6-сахар или целевую смесь мономерных С5/С6-сахаров и целевой гликоль или целевую смесь гликолей, при этом способ включает выделение целевого мономерного С5/С6-сахара или целевой смеси мономерных С5/С6-сахаров из смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием остаточного смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров; гидрогенолиз остаточного смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и выделение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляет либо целевой мономерный С5/С6-сахар/целевая смесь мономерных С5/С6-сахаров, либо целевой гликоль/целевая смесь гликолей.In yet another embodiment, the method includes a synergistic improvement in the overall recovery of the products without the need to change the overall recovery of each product individually, wherein the products are a target monomeric C5/C6 sugar or a target mixture of monomeric C5/C6 sugars and a target glycol or a target mixture of glycols, the method comprising isolating a target monomeric C5/C6 sugar or a target mixture of monomeric C5/C6 sugars from a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars to form a residual mixed stream of monomeric C5/C6 sugars; hydrogenolysis of the residual mixed stream of monomeric C5/C6 sugars to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product is either the target monomeric C5/C6 sugar/target mixture of monomeric C5/C6 sugars or the target glycol/target mixture of glycols.

В другом варианте осуществления способ включает гидрогенизацию потока мономерных сахаров с образованием смешанного потока альдитов; извлечение целевого альдита или целевой смеси альдитов из смешанного потока альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока альдитов; и гидрогенолиз остаточного смешанного потока альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей.In another embodiment, the method includes hydrogenating a stream of monomeric sugars to form a mixed alditol stream; recovering the target aldite or target aldite mixture from the mixed aldite stream, discarding the remaining mixed aldite stream; and hydrogenolysis of the residual mixed alditol stream to form a mixed stream of C2-C4 glycols.

В другом варианте осуществления способ включает гидрогенизацию потока мономерных сахаров с образованием смешанного потока альдитов; извлечение целевого альдита или целевой смеси альдитов из смешанного потока альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока альдитов; гидрогенолиз остаточного смешанного потока альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и извлечение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей.In another embodiment, the method includes hydrogenating a stream of monomeric sugars to form a mixed alditol stream; recovering the target aldite or target aldite mixture from the mixed aldite stream, discarding the remaining mixed aldite stream; hydrogenolysis of the residual mixed alditol stream to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and recovering the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols.

В другом варианте осуществления способ включает гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; извлечение целевого альдита или целевой смеси альдитов из смешанного потока С5/С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; и гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей.In another embodiment, the method includes hydrogenating a mixed stream of C5/C6 monomeric sugars to form a mixed stream of C5/C6 alditols; recovering the target aldite or target alditol mixture from the mixed C5/C6 alditol stream, discarding the residual mixed C5/C6 alditol stream; and hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols.

В другом варианте осуществления способ включает гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; извлечение целевого альдита или целевой смеси альдитов из смешанного потока С5/С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и извлечение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей.In another embodiment, the method includes hydrogenating a mixed stream of C5/C6 monomeric sugars to form a mixed stream of C5/C6 alditols; recovering the target aldite or target alditol mixture from the mixed C5/C6 alditol stream, discarding the residual mixed C5/C6 alditol stream; hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and recovering the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols.

В другом варианте осуществления способ включает извлечение по меньшей мере одного целевого мономерного сахара из смешанного потока мономерных сахаров с отбрасыванием остаточного смешанного потока мономерных сахаров; гидрогенизацию извлеченного целевого мономерного сахара с образованием по меньшей мере одного целевого альдита; гидрогенизацию по меньшей мере части остаточного смешанного потока мономерных сахаров с образованием смешанного потока альдитов; и гидрогенолиз смешанного потока альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей.In another embodiment, the method includes recovering at least one target monomer sugar from the mixed monomer sugar stream while discarding the remaining mixed monomer sugar stream; hydrogenating the recovered target monomer sugar to form at least one target alditol; hydrogenating at least a portion of the residual mixed monomer sugar stream to form a mixed alditol stream; and hydrogenolysis of the mixed stream of alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols.

В другом варианте осуществления способ включает отбор целевого альдита или целевой смеси альдитов, непрерывную гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; выделение целевого альдита или целевой смеси альдитов из смешанного потока С5/С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; непрерывный гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и выделение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляют либо целевой альдит/целевая смесь альдитов, либо целевой гликоль/целевая смесь гликолей.In another embodiment, the method includes selecting a target alditol or target mixture of alditols, continuously hydrogenating a mixed stream of C5/C6 monomeric sugars to form a mixed stream of C5/C6 alditols; separating the target aldite or target alditol mixture from the mixed C5/C6 alditol stream, discarding the residual mixed C5/C6 alditol stream; continuous hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product is either the target alditol/target alditol mixture or the target glycol/target glycol mixture.

Применяемый в настоящем документе термин «альдит» будет синонимичным терминам «многоатомный спирт», «сахарный полиол» и «сахарный спирт». «Арабит», «арабин», «арабинит» и «ликсит» являются синонимами. Иллюстративные альдиты, полученные с помощью описанных способов, включают ксилит, сорбит и т.п. Иллюстративные пятиуглеродные (С5) альдиты включают арабит, рибит и ксилит. Иллюстративные шестиуглеродные (С6) альдиты включают аллит, галактит, идит, маннит, сорбит и талит.«С5/С6-альдиты» включают смесь альдитов, характеризующуюся любым соотношением С5- и С6-альдитов. «С5/С6-мономерный сахар» означает смесь мономерных сахаров (то есть моносахаридов), характеризующуюся любым соотношением пятиуглеродного (С5) моносахарида (пентоза) и шестиуглеродного (С6) моносахарида (гексоза). Иллюстративные С5- и С6-моносахариды включают моносахарид, полученный из растительной биомассы, конкретно, арабинозу, ликсозу, рибозу, рибулозу, ксилозу и ксилулозу, и С6-сахара, такие как фруктоза и глюкоза.As used herein, the term “alditol” will be synonymous with the terms “polyhydric alcohol,” “sugar polyol,” and “sugar alcohol.” "Arabite", "arabin", "arabinite" and "liksit" are synonymous. Exemplary alditols prepared using the described methods include xylitol, sorbitol, and the like. Exemplary five-carbon (C5) alditols include arabitol, ribitol, and xylitol. Exemplary six-carbon (C6) alditols include allite, galactitol, iditol, mannitol, sorbitol, and tallitol. "C5/C6 alditol" includes a mixture of alditols characterized by any ratio of C5 to C6 alditol. “C5/C6 monomer sugar” means a mixture of monomeric sugars (i.e., monosaccharides) characterized by any ratio of a five-carbon (C5) monosaccharide (pentose) to a six-carbon (C6) monosaccharide (hexose). Exemplary C5 and C6 monosaccharides include monosaccharide derived from plant biomass, specifically arabinose, lyxose, ribose, ribulose, xylose and xylulose, and C6 sugars such as fructose and glucose.

«Гликоль» означает молекулу, содержащую две гидроксильные (ОН) группы, присоединенные к разным атомам углерода. «Гликоли с двумя атомами углерода (С2), тремя атомами углерода (С3) и четырьмя атомами углерода (С4)» включают этиленгликоль, пропиленгликоль и изомеры бутандиола соответственно."Glycol" means a molecule containing two hydroxyl (OH) groups attached to different carbon atoms. “Glycols with two carbon atoms (C2), three carbon atoms (C3) and four carbon atoms (C4)” include ethylene glycol, propylene glycol and butanediol isomers, respectively.

Используемые здесь термины «содержащий» (также «включает в себя» и т.д.), «имеющий», и «в том числе» включительны (открыты) и не исключают дополнительных, не указанных элементов или стадий способа. Все элементы, указанные в единственном числе, также могут быть использованы и во множественном, если контекст явно не диктует иное. Концы всех диапазонов одинаковых характеристик или компонентов независимо друг от друга комбинируется и включают указанные конечные точки. Термин «их комбинация» включает два или более компонентов списка. Термин «гомогенный» относится к однородной смеси компонентов. Термины «первый», «второй», «и подобные», «первичный», «вторичный» и подобные применяются здесь не для указания какого-либо порядка, количества или важности, но скорее используются для отличения одного элемента от другого. Применяемое в таблицах обозначение «N/А» означает не предусмотрен; обозначение «ND» означает не определен; и обозначение «TR» означает в следовых количествах.As used herein, the terms “comprising” (also “includes”, etc.), “having”, and “including” are inclusive (open) and do not exclude additional, unspecified elements or process steps. All elements appearing in the singular may also be used in the plural unless the context clearly dictates otherwise. The ends of all ranges of the same characteristics or components are independently combined and include the specified endpoints. The term "combination thereof" includes two or more components of the list. The term "homogeneous" refers to a homogeneous mixture of components. The terms "first", "second", "and the like", "primary", "secondary" and the like are not used herein to indicate any order, quantity or importance, but rather are used to distinguish one element from another. The designation “N/A” used in the tables means not provided; the designation “ND” means not determined; and the designation "TR" means in trace amounts.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

Сопроводительные графические материалы включены в описание и составляют часть описания:The accompanying graphics are included and form part of the description:

Фиг. 1 представляет собой технологическую схему иллюстративного способа для стадии (20) предварительной обработки биомассы, включающей разложение (1) биомассы из сырья (100) на основе биомассы, разделение (2) биомассы на фракции, извлечение (3) лигнина, преобразование олигомеров гемицеллюлозы в моносахариды (4) и необязательное выделение (5) моносахаридов.Fig. 1 is a flow diagram of an exemplary method for a biomass pre-treatment step (20), comprising: decomposing (1) biomass from biomass-based feedstock (100), separating (2) the biomass into fractions, (3) lignin recovery, converting hemicellulose oligomers to monosaccharides (4) and optional isolation (5) of monosaccharides.

Фиг. 2 представляет собой технологическую схему процесса на стадии (40) разделения и кристаллизации, включающей экстракцию (10) целевого альдита из поступающего потока после гидрогенизации (30), экстракцию (11) альдита с повышенной эффективностью, экстракцию (12) других альдитов и добавление (13) недостающего количества альдитов.Fig. 2 is a process flow diagram for the separation and crystallization step (40), including extraction (10) of the target alditol from the hydrogenation feed stream (30), extraction (11) of the alditol with increased efficiency, extraction (12) of other alditols, and addition (13 ) missing amount of aldites.

Фиг. 3 представляет собой технологическую схему процесса на стадии (50) гидрогенолиза и разделения, включающей гидрогенолиз (14) и процессы разделения (15) гликолей.Fig. 3 is a process flow diagram for the hydrogenolysis and separation step (50), including hydrogenolysis (14) and glycol separation processes (15).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

В настоящем документе описаны неожиданно синергетические и целесообразные способы, направленные на извлечение альдитов и/или гликолей из различной содержащей гемицеллюлозу биомассы. Традиционное получение ксилита, как правило, сосредоточено на однократном извлечении ксилита из одного потока сырья, при этом извлечение является сложным, дорогостоящим и неэкономичным, а достижение высокой чистоты затруднено из-за высоких уровней отличных от ксилозы альдозных органических веществ, таких как лигнин и зола. В большей части всей мировой отрасли производства ксилита, например, преимущественно используют стержни кукурузных початков или ксилозное сырье на основе лиственницы/тополя, для которых необходима продолжительная обработка для очистки с целью осуществления операций гидрогенизации для полного извлечения ксилита в течение значительного количества времени, при высоких затратах и сложности. Подобным образом, в значительной части производства этиленгликоля и пропиленгликоля используют исключительно ископаемое углеводородное сырье, такое как нефть или природный газ. В настоящее время в производстве гликолей сырье, не относящееся к ископаемым углеводородам, такое как целлюлозная биомасса, не находит широкого промышленного применения. Такие традиционные способы производства не позволяют осуществлять инвариантное применение различных сырьевых исходных материалов и не позволяют выполнять извлечение и преобразование сопряженных продуктов гидрогенизации в технологической линии.Surprisingly synergistic and advantageous methods are described herein for the recovery of alditols and/or glycols from various hemicellulose-containing biomass. Traditional xylitol production typically focuses on the single extraction of xylitol from a single feed stream, where extraction is complex, costly and uneconomical, and high purity is difficult to achieve due to high levels of non-xylose aldose organics such as lignin and ash. Much of the global xylitol industry, for example, predominantly uses corn cobs or larch/poplar-based xylose feedstocks, which require extensive purification processing to carry out hydrogenation steps to fully extract xylitol over a significant amount of time, at high cost. and complexity. Likewise, much of the production of ethylene glycol and propylene glycol uses exclusively fossil hydrocarbon feedstocks such as oil or natural gas. Currently, non-fossil hydrocarbon feedstocks such as cellulosic biomass are not widely used industrially in glycol production. Such traditional production methods do not allow the invariant use of different raw materials and do not allow the recovery and conversion of conjugate hydrogenation products in the process line.

В отличие от уровня техники, описанные способы в соответствии с настоящим изобретением позволяют применять различное инвариантное несортированное или сортированное поступающее исходное сырье. Например, в способах в соответствии с настоящим изобретением возможно применение одного несортированного сырья, состоящего из пшеничной соломы, твердой древесины и свеклы и, более того, в способах также возможно применение чередующегося одного сортированного поступающего исходного сырья на основе либо пшеничной соломы, твердой древесины, либо свеклы, в зависимости от доступности поставки, колебания цен или т.п. С помощью описанных нейтральных с точки зрения сырья способов, таким образом, избегают зависимости от экзотического дорогостоящего исходного сырья с ограниченным предложением и неэкономичным преобразованием, одновременно дополнительно повышая эффективность за счет извлечения и преобразования сопряженных продуктов гидрогенизации. Действительно, варианты осуществления, описанные в настоящем документе, отходят от существующего уровня техники с целью максимизации общего выхода и существенного улучшения общей маневренности технологического оборудования и эффективности эксплуатации. Способы в соответствии с настоящим изобретением, например, получения ксилозы и/или ксилита ориентированы на максимизацию выхода и минимизацию отхода для заданной массы сырья, и при этом в них может использоваться множество циклов извлечения и рабочих циклов - с постоянной снижающейся эффективностью и выходом на операцию - для осуществления получения продуктов. Подобным образом несколько способов, направленных на получение гликолей (из сахаров, альдитов, глицерина или подобного) также сосредоточены на операциях для максимизации выхода гликоля с минимизацией отхода за счет использования непрерывного каскадного подключения непрерывно неэкономичных рабочих циклов. В многочисленных описанных способах в настоящем документе применяют подходы, не следующие из противопоставляемого уровня техники в отношении отдельной максимализации выхода ксилита или выхода гликоля. Скорее, описанные способы синергетически обеспечивают оптимизацию общего выхода за счет первого извлечения исходной фракции ксилита, при этом обеспечивая преобразование остальной части в гликоль. Поэтому выход ксилита снижается, поскольку некоторая часть ксилита, которая могла бы быть извлечена с помощью решений предшествующего уровня техники, преобразуется в гликоль. Выход гликоля также снижается, поскольку некоторая часть ксилита, которая могла бы быть преобразована в гликоль, извлекается в виде ксилита. Выход или ксилита, или гликоля, по-видимому, субоптимален и в значительной степени затруднен в контексте предшествующего уровня техники. Однако, неожиданно и синергетически, варианты осуществления описанных способов действительно способствуют повышенному общему объединенному выходу как ксилита, так и гликоля (в большей степени, чем отдельное и противостоящее получение) с повышением, таким образом, производительности установки. Как описано в настоящем документе, способы не ограничены получением ксилита и гликоля.Unlike the prior art, the described methods in accordance with the present invention allow the use of various invariant unsorted or sorted incoming feedstock. For example, it is possible for the methods of the present invention to use a single ungraded feedstock consisting of wheat straw, hardwood and beets and, furthermore, it is also possible for the methods to use an alternating single graded feedstock based on either wheat straw, hardwood or beets, depending on supply availability, price fluctuations, etc. Using the feedstock-neutral processes described, dependence on exotic, expensive feedstocks with limited supply and uneconomical conversion is thus avoided, while further increasing efficiency by recovering and converting the associated hydrogenation products. Indeed, the embodiments described herein depart from the prior art with the goal of maximizing overall yield and significantly improving overall process equipment agility and operating efficiency. The methods of the present invention, for example, for the production of xylose and/or xylitol are aimed at maximizing yield and minimizing waste for a given weight of raw material, and in doing so, they can use multiple recovery cycles and operating cycles - with a constantly decreasing efficiency and yield per operation - to obtain products. Likewise, several processes aimed at producing glycols (from sugars, alditols, glycerol or the like) also focus on operations to maximize glycol yield while minimizing waste through the use of continuous cascading of continuously wasteful operating cycles. Numerous methods described herein employ approaches that do not follow the contrasting prior art with respect to separately maximizing xylitol yield or glycol yield. Rather, the described methods synergistically optimize overall yield by first recovering the original xylitol fraction while converting the remainder to glycol. Therefore, xylitol yield is reduced because some of the xylitol that could be recovered using prior art solutions is converted to glycol. Glycol yield is also reduced because some of the xylitol that could have been converted to glycol is recovered as xylitol. The yield of either xylitol or glycol appears to be suboptimal and is greatly hindered in the context of the prior art. However, unexpectedly and synergistically, embodiments of the described methods do contribute to increased overall combined yield of both xylitol and glycol (more than the separate and opposed production) thereby increasing plant productivity. As described herein, the methods are not limited to the production of xylitol and glycol.

Таким образом, следовательно, множество потоков продукта, представляющих интерес - например, ксилита и пропиленгликоля; сорбита и этиленгликоля или смесь ксилозы/сорбита и бутандиолов - может быть извлечено без типичных ограничений, связанных со стремлением обеспечить максимальный выход любого отдельного компонента целевого продукта, отрицательно воздействующих на общую эффективность, затраты и образование отходов.Thus, there are therefore many product streams of interest - for example, xylitol and propylene glycol; sorbitol and ethylene glycol or a mixture of xylose/sorbitol and butanediols - can be extracted without the typical restrictions associated with the desire to maximize the yield of any individual component of the target product, which negatively impacts overall efficiency, cost and waste generation.

В одном общем варианте осуществления способ включает отбор по меньшей мере двух целевых продуктов, исходя из источника сырья таким образом, что общий выход продукта для по меньшей мере двух целевых продуктов является таким, что способ является более эффективным по сравнению со случаем, когда предпринималась попытка максимизации выхода только одного продукта. Источник сырья может представлять собой сырье на основе биомассы, поток гидролизата, поток мономерных сахаров или их комбинацию, как обсуждалось более подробно в настоящем документе. В одном варианте осуществления по меньшей мере 90% источника сырья преобразовывают в целевые альдиты и гликоли. В одном варианте осуществления источник сырья преобразовывают в по меньшей мере два целевых продукта, при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляет один из по меньшей мере двух целевых продуктов, более конкретно по меньшей мере 15%, по меньшей мере 20% или по меньшей мере 25% общего выхода целевого продукта. При необходимости поддержания общего выхода целевого продукта способ дополнительно включает осуществление модификации отбора по меньшей мере двух целевых продуктов, если имеет место изменение источника сырья. По меньшей мере два целевых продукта могут представлять собой целевой [С5/С6]-альдит, целевую смесь [С5/С6]-альдитов, целевой [С5/С6]-мономерный сахар, смесь целевых [С5/С6]-мономерных сахаров, целевой С2-С4-гликоль, целевую смесь С2-С4-гликолей, органическую кислоту, соединение в таблице А в настоящем документе или их комбинацию, и при этом, конкретно, по меньшей мере один из целевых продуктов представляет собой целевой С2-С4-гликоль или целевую смесь С2-С4-гликолей. Дополнительно в данном варианте осуществления ряд рабочих циклов или технологических обработок проводят не более чем два или три раза по отношению к любому одному сырьевому потоку, конкретно, не более чем два раза, и, более конкретно, один раз. Рабочий цикл или технологическая обработка могут представлять собой гидрогенизацию, гидрогенолиз, процесс разложения биомассы или процесс выделения, как обсуждалось в настоящем документе. Сырьевой поток может представлять собой любое исходное сырье или промежуточный сырьевой поток, образованный в способе. Иллюстративные сырьевые потоки включают поток сырья на основе биомассы, поток гидролизата, поток мономерных сахаров, поток альдитов, поток гликолей или их комбинацию, как описано в настоящем документе. В дополнительном варианте осуществления сырьевой поток может быть модифицирован или расширен с помощью внешнего материала для изменения состава сырьевого потока.In one general embodiment, the method includes selecting at least two target products based on a raw material source such that the overall product yield for the at least two target products is such that the method is more efficient than if maximization were attempted release of only one product. The feed source may be a biomass feed, a hydrolyzate stream, a monomeric sugar stream, or a combination thereof, as discussed in more detail herein. In one embodiment, at least 90% of the feedstock is converted to the target alditols and glycols. In one embodiment, the raw material source is converted into at least two target products, wherein at least 10% of the total yield of the target product is one of the at least two target products, more specifically at least 15%, at least 20%, or at least 25% of the total yield of the target product. If it is necessary to maintain the overall yield of the target product, the method additionally includes modifying the selection of at least two target products if there is a change in the source of raw materials. The at least two target products may be a target [C5/C6] alditol, a target [C5/C6] alditol mixture, a target [C5/C6] monomer sugar, a target [C5/C6] monomer sugar mixture, a target a C2-C4 glycol, a target mixture of C2-C4 glycols, an organic acid, a compound in Table A herein, or a combination thereof, and wherein, specifically, at least one of the target products is a target C2-C4 glycol, or target mixture of C2-C4 glycols. Additionally, in this embodiment, a series of operating cycles or processes are carried out no more than two or three times with respect to any one feed stream, specifically no more than two times, and more particularly once. The operating cycle or process may be hydrogenation, hydrogenolysis, a biomass degradation process, or a separation process as discussed herein. The feed stream may be any feedstock or intermediate feed stream generated in the process. Exemplary feed streams include a biomass feed stream, a hydrolyzate stream, a monomeric sugar stream, an alditol stream, a glycol stream, or a combination thereof, as described herein. In a further embodiment, the feed stream may be modified or expanded with external material to change the composition of the feed stream.

Более конкретно, описанный в настоящем документе вариант осуществления направлен на кондиционирование С5-сахаров из потоков, содержащих С5-мономерные сахара, которые могут быть получены из ряда источников биомассы, и преобразование таких кондиционированных (очищенных) сахаров в конкретные целевые альдиты посредством гидрогенизации и в конкретные целевые гликоли посредством гидрогенолиза. Способ может быть направлен на получение целевых С5/С6-альдитов и целевых С2-С4-гликолей из полученных из биомассы смешанных потоков С5/С6-сахаров с преодолением сложностей в отношении эффективности и общего выхода продукта, испытываемых в предшествующем уровне техники. В качестве альтернативы способ может быть направлен на кондиционирование потока С5-мономерных сахаров при условии, что поток С5 может содержать сахара с 2-4 атомами углерода, сахара с 6-12 атомами углерода, глицерин, гликоли, примеси или т.п. В качестве альтернативы, способ направлен на кондиционирование смешанных С5- и С6-сахаров при различных соотношениях С5/С6, полученных из различных источников биомассы, и выделение целевого мономерного сахара (например, ксилозы) или смеси целевых мономерных сахаров с остаточным материалом, преобразованным в конкретные целевые гликоли посредством гидрогенолиза. Такие описанные способы, в том числе любой из гидрогенизации или гидрогенолиза, могут быть периодическими или непрерывными. В любом числе вариантов осуществления может быть предоставлен дополнительный альдит для гидрогенолиза остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей.More specifically, the embodiment described herein is directed to conditioning C5 sugars from streams containing C5 monomer sugars, which can be obtained from a variety of biomass sources, and converting such conditioned (purified) sugars into specific target alditols through hydrogenation and into specific target glycols via hydrogenolysis. The process can be directed toward producing target C5/C6 alditols and target C2-C4 glycols from biomass-derived mixed C5/C6 sugar streams while overcoming the efficiency and overall yield challenges experienced in the prior art. Alternatively, the process may be directed to conditioning a stream of C5 monomer sugars, provided that the C5 stream may contain 2-4 carbon sugars, 6-12 carbon sugars, glycerol, glycols, impurities or the like. Alternatively, the method aims to condition mixed C5 and C6 sugars at different C5/C6 ratios obtained from different biomass sources and isolate the target monomer sugar (e.g. xylose) or a mixture of target monomer sugars with the residual material converted to concrete target glycols via hydrogenolysis. Such described processes, including any of hydrogenation or hydrogenolysis, may be batch or continuous. In any number of embodiments, additional alditol may be provided to hydrogenolyze the residual mixed C5/C6 alditol stream to form a mixed C2-C4 glycol stream.

Образование альдитов и гликолей в качестве сопряженных продуктов достигается с помощью комбинации гидрогенизации гидролизатов гемицеллюлозы на основе С5/С6-мономеров до альдитов с последующим гидрогенолизом остаточных материалов после кристаллизации/удаления целевых альдитов с получением гликолей. Вкратце, после гидрогенизации альдоз до альдитов и целевого(-ых) альдита(-ов), множество остаточных материалов, в том числе не относящихся к целевым альдитам, может быть преобразовано в гликолевые продукты.The formation of alditols and glycols as conjugate products is achieved through a combination of hydrogenation of hemicellulose hydrolysates based on C5/C6 monomers to alditols followed by hydrogenolysis of residual materials after crystallization/removal of the target alditols to produce glycols. Briefly, after hydrogenation of aldoses to alditols and target alditol(s), a variety of residual materials, including non-target alditols, can be converted to glycol products.

Подходящее сырье на основе биомассы должно обеспечивать смесь моносахаридов, которая может, при гидрогенизации, обеспечивать получение ряда альдитов. Соответственно, но без ограничения, различные источники, такие как пшеничная солома, жмых, сульфитный щелок, твердая древесина, гибридный тополь, злаковые, сахарный тростник, сорта свеклы, крахмал и т.д., могут применяться в качестве сырья для способов в соответствии с настоящим изобретением, описанных в настоящем документе. После гидролиза гидролизованный раствор обеспечивает поток мономерных сахаров, причем поток, например, содержащий по меньшей мере один С5-сахар, по меньшей мере один С6-сахар или их комбинации («смешанный поток мономерных сахаров»). Гидролизованный смешанный поток мономерных сахаров может быть очищен и затем гидрогенизирован с получением смешанного потока альдитов, содержащего более чем один альдит, такой как любая комбинация ксилита, маннита и сорбита («смешанный поток альдитов»). Целевые альдиты, такие как ксилит и/или сорбит, могут быть извлечены из раствора с помощью, например, кристаллизации или хроматографии. Такие целевые альдиты могут быть извлечены с высокими значениями чистоты, подходящими для отраслей пищевых продуктов. Компоненты гидролизованного раствора, не извлеченные на стадии выделения альдитов («остаточный смешанный поток альдитов»), затем могут подвергаться дополнительному гидрогенолизу для извлечения гликолей для промышленных целей или пищевых гликолей. Необязательно дополнительные альдиты могут быть извлечены после или до кристаллизации целевых альдитов, если это необходимо, а не обработаны с получением гликоля в соответствии с принципом «уравновешенного суммарного общего показателя извлечения продукта или стехиометрического показателя извлечения».A suitable biomass feedstock should provide a mixture of monosaccharides that can, when hydrogenated, provide a range of alditols. Accordingly, but without limitation, various sources such as wheat straw, bagasse, sulfite liquor, hardwood, hybrid poplar, cereals, sugar cane, beet varieties, starch, etc., can be used as raw materials for the methods in accordance with the present invention described herein. After hydrolysis, the hydrolyzed solution provides a stream of monomeric sugars, the stream, for example, containing at least one C5 sugar, at least one C6 sugar, or combinations thereof (“mixed monomeric sugar stream”). The hydrolyzed mixed monomer sugar stream can be purified and then hydrogenated to produce a mixed alditol stream containing more than one alditol, such as any combination of xylitol, mannitol and sorbitol (“mixed alditol stream”). Target alditols such as xylitol and/or sorbitol can be recovered from solution using, for example, crystallization or chromatography. Such target alditols can be recovered to high purities suitable for food processing applications. Components of the hydrolyzed solution not recovered in the alditol recovery step (“residual mixed alditol stream”) can then undergo further hydrogenolysis to recover glycols for industrial purposes or food grade glycols. Optionally, additional alditols may be recovered after or before crystallization of the target alditols, if desired, rather than processed to produce glycol in accordance with the principle of "balanced total overall product recovery or stoichiometric recovery."

Компоненты из потока гидролизата, полученного путем разложения и гидролиза сырьевого материала на основе биомассы, могут характеризоваться с помощью химического и/или физического определения. Определения включают: долю в процентах по сухой массе каждого компонента потока гидролизата, соотношение С5- и С6-сахаров в потоке гидролизата, соотношение ксилозы и/или арабинозы и общего содержания С5-сахаров в потоке гидролизата. На основании данной информации расчетный баланс для извлечения целевых материалов в их соответствующих формах определяют посредством расчета для вычисления «оптимального суммарного общего показателя извлечения продукта или стехиометрического показателя извлечения». Множество целевых альдитов и целевых гликолей может быть получено с помощью данного способа. Способ расчета «оптимального суммарного общего показателя извлечения продукта или стехиометрического показателя извлечения» может быть приведен для расчета выхода целевого альдита относительно выхода целевого гликоля. Например, в одном варианте осуществления ксилит экстрагируют из основного потока после проведения гидрогенизации с потоком гидролизата. После дополнительной обработки пропиленгликоль очищают от потока. Соотношение выхода ксилита и выхода пропиленгликоля измеряют и регулируют с помощью параметров и условий для модификации способа, сырья на основе биомассы, добавления других источников С5/С6 и т.д. для достижения оптимизированного суммарного общего выхода продукта (по сравнению с отдельными и противостоящими производствами) или стехиометрического показателя извлечения. То же самое может быть осуществлено на практике с арабитом в качестве целевого альдита и этиленгликоля в качестве целевого гликоля или любой комбинации любого альдита в качестве целевого альдита и любого гликоля в качестве целевого гликоля, в том числе сочетаний или смесей гликолей в качестве целевого гликоля и сочетаний или смесей альдитов. Например, смесь ксилита и сорбита может быть получена в качестве целевого альдита, и смесь пропиленгликоля и этиленгликоля может быть получена в качестве целевого гликоля.Components from the hydrolyzate stream obtained by decomposition and hydrolysis of the biomass feedstock can be characterized by chemical and/or physical determination. Definitions include: the percentage by dry weight of each component of the hydrolyzate stream, the ratio of C5 and C6 sugars in the hydrolyzate stream, the ratio of xylose and/or arabinose and total C5 sugars in the hydrolyzate stream. Based on this information, the estimated balance for recovery of the target materials in their respective forms is determined through a calculation to calculate the “optimal total overall product recovery or stoichiometric recovery rate.” A variety of target alditols and target glycols can be prepared using this method. A method for calculating the "optimal total overall product recovery or stoichiometric recovery" may be provided to calculate the yield of target alditol relative to the yield of target glycol. For example, in one embodiment, xylitol is extracted from the main stream after hydrogenation has been carried out with the hydrolyzate stream. After further processing, propylene glycol is purified from the stream. The ratio of xylitol yield to propylene glycol yield is measured and adjusted using parameters and conditions for process modification, biomass feedstock, addition of other C5/C6 sources, etc. to achieve optimized total overall product yield (compared to individual and opposing productions) or stoichiometric recovery. The same may be practiced with arabitol as the target alditol and ethylene glycol as the target glycol, or any combination of any alditol as the target alditol and any glycol as the target glycol, including combinations or mixtures of glycols as the target glycol and combinations or mixtures of alditols. For example, a mixture of xylitol and sorbitol can be obtained as the target alditol, and a mixture of propylene glycol and ethylene glycol can be obtained as the target glycol.

Если ксилит представляет собой целевой альдит, выбор состава и структуры сырья на основе биомассы, подходящего для описанного способа, может предусматривать высокое соотношение производных ксилозных сахаров и других производных сахаров, а также легкость доступности для экстракции производных ксилозных сахаров по сравнению с другими компонентами.If xylitol is the target alditol, the choice of composition and structure of the biomass feedstock suitable for the described process may include a high ratio of xylose sugar derivatives to other sugar derivatives, as well as ease of availability for extraction of xylose sugar derivatives relative to other components.

Высокое соотношение ксилита и других альдитов проиллюстрировано с помощью ксилита с концентрацией, которая больше или равна 80% от общей концентрации альдита. Таким образом, раствор, концентрированный до 80% масса/масса всех полученных из сахара твердых веществ, с >80% таких твердых веществ, которые составляет ксилит, будет иметь чистую концентрацию >= 64% ксилита. Ксилит с концентрацией, которая больше или равна 90% от общей концентрации альдита, обеспечивает чистую концентрацию, составляющую 72%, которая обеспечивает дополнительные более высокие значения выхода. Если ксилит представляет собой целевой альдит, общее содержание С6-сахаров в сырье конкретно составляет более 25%, конкретно более 60% и, более конкретно, более 90%. В том же варианте осуществления содержание ксилозы в сырье составляет конкретно более 20%, более конкретно более 50% и еще более конкретно более 80%.The high ratio of xylitol to other alditols is illustrated by using xylitol at a concentration that is greater than or equal to 80% of the total alditol concentration. Thus, a solution concentrated to 80% w/w of all sugar-derived solids, with >80% of such solids being xylitol, would have a net concentration of >= 64% xylitol. Xylitol at a concentration that is greater than or equal to 90% of the total alditol concentration provides a net concentration of 72%, which provides additional higher yields. If xylitol is the target alditol, the total C6 sugar content of the raw material is specifically greater than 25%, specifically greater than 60%, and more specifically greater than 90%. In the same embodiment, the xylose content of the feedstock is specifically greater than 20%, more specifically greater than 50%, and even more specifically greater than 80%.

Подходящая гидрогенизация альдоз, такая как в смешанном потоке мономерных С5/С6-сахаров, может дополнительно включать стадии способа, которые способствуют удалению золы, не относящихся к сахарам органических соединений и других неорганических веществ, таких как анионы хлоридов и фосфатов. Может применяться предварительная обработка сырья на основе биомассы, и возможно применение активированного угля. Сырье на основе биомассы может быть преобразовано в применимый поток С5-мономерных сахаров путем разложения с помощью ряда операций термомеханической, щелочной, ферментативной или кислотной гидрогенизации. Поток С5-мономерных сахаров может необязательно содержать сахара с 2-4 атомами углерода, сахара с 6-12 атомами углерода, глицерин, гликоли, примеси или т.п. Дополнительный необязательно «чистый» поток С5 может быть дополнительно обеспечен за счет подвергания потока С5 любому числу последующих операций, таких как, в качестве примера, но без ограничения, операции разделения на фракции, извлечения лигнина, выделения моносахаридов и удаления органических/неорганических примесей, как показано на Фиг. 1. Следовательно, среди других преимуществ может быть продлен срок службы катализатора, и могут быть минимизированы примеси, которые препятствуют кристаллизации альдитов.Suitable hydrogenation of aldoses, such as in a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars, may further include process steps that promote the removal of ash, non-sugar organic compounds and other inorganic substances such as chloride and phosphate anions. Pre-treatment of biomass-based feedstocks may be used, and activated carbon may be used. Biomass feedstocks can be converted into a usable C5 monomer sugar stream by decomposition through a series of thermomechanical, alkaline, enzymatic or acid hydrogenation operations. The C5 monomer sugar stream may optionally contain 2-4 carbon sugars, 6-12 carbon sugars, glycerol, glycols, impurities or the like. An additional optionally “clean” C5 stream may be further provided by subjecting the C5 stream to any number of downstream operations, such as, by way of example, but without limitation, fractionation, lignin recovery, monosaccharide recovery, and organic/inorganic impurity removal operations, such as shown in Fig. 1. Therefore, among other advantages, the life of the catalyst can be extended, and impurities that interfere with the crystallization of alditols can be minimized.

Для облегчения кристаллизации ксилита (в качестве иллюстративного целевого альдитного продукта) возможно включение установления и достижения пороговых уровней концентрации ксилита (минимальных концентраций) и других альдитов (максимальных концентраций) для обеспечения извлечения ксилита с эффективным выходом и с подходящей чистотой для областей применения, требующих высочайшего качества. Дополнительная информация описана в разделе «Экстракция альдита с повышенной эффективностью» ниже.To facilitate the crystallization of xylitol (as an illustrative target alditol product), it may be possible to include establishing and achieving threshold concentration levels of xylitol (minimum concentrations) and other alditols (maximum concentrations) to ensure extraction of xylitol in efficient yield and with suitable purity for applications requiring the highest quality . Additional information is described in the section “Aldite Extraction with Increased Efficiency” below.

Кристаллизация целевого альдитного продукта также может быть облегчена за счет необязательного применения антирастворителя (например, этанола или изопропанола) для повышения выхода кристаллизации альдита. Такой антирастворитель также может обеспечить простоту разделения жидкой и твердой фаз и улучшение в отношении значений времени фильтрации.Crystallization of the desired alditol product can also be facilitated by the optional use of an antisolvent (eg, ethanol or isopropanol) to increase the yield of alditol crystallization. Such an antisolvent may also provide ease of liquid/solid separation and improvement in filtration times.

В одном варианте осуществления способ включает осуществление очистки смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров, полученных из одного источника биомассы, с образованием очищенного смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров для преобразования очищенного смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров в С5/С6-альдиты посредством гидрогенизации; разделение на фракции С5/С6-альдитов по отдельности или осуществление очистки С5/С6-альдитов полностью или частично и образование остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов (меньшее количество целевых альдитов). Остаточный смешанный поток С5/С6-альдитов (меньшее количество целевых альдитов) преобразуют в сырьевой поток для гидрогенолиза, предназначенный для гликолей. Целевые альдитные продукты могут быть удалены в виде кристаллов (твердых веществ) или жидких концентратов.In one embodiment, the method includes purifying a mixed stream of C5/C6 monomeric sugars obtained from a single biomass source to form a purified mixed stream of C5/C6 monomeric sugars to convert the purified mixed stream of C5/C6 monomeric sugars to C5/C6- alditols by hydrogenation; separating C5/C6 alditols into fractions separately or purifying C5/C6 alditols in whole or in part and forming a residual mixed stream of C5/C6 alditols (fewer amounts of target alditols). The residual mixed C5/C6 alditol stream (fewer target alditols) is converted into a hydrogenolysis feed stream for glycols. The target aldite products can be removed as crystals (solids) or liquid concentrates.

В одном варианте осуществления способ включает осуществление очистки смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров, полученного из различных источников биомассы, и объединение очищенной смеси с мономерными С5/С6-сахарами (например, с существенно более высокими уровнями С5), и добавление таких концентрированных альдоз в имеющиеся источники мономерных С5/С6-сахаров для обогащения целевых С5- или С6-альдоз и для преобразования очищенного смешанного потока С5/С6 и/или дополненного потока альдозного сахара в С5/С6-альдиты посредством гидрогенизации; и разделение на фракции С5/С6-альдитов по отдельности или осуществление очистки С5/С6-альдитов полностью или частично. Также концентрированные потоки С5/С6-альдоз могут быть избирательно гидрогенизированы до смешанных альдитов с целевыми альдитами, удаляемыми посредством кристаллизации и т.д., и затем до внешних альдитов (таких как глицерин), добавляемых к остаточному смешанному потоку С5/С6-альдитов перед гидрогенолизом. Применяемый в настоящем документе «глицерин» представляет собой то же самое, что «глицерол».In one embodiment, the method includes purifying a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars obtained from various biomass sources, and combining the purified mixture with monomeric C5/C6 sugars (e.g., substantially higher levels of C5), and adding such concentrated aldoses into available sources of monomeric C5/C6 sugars to enrich target C5 or C6 aldoses and to convert the purified mixed C5/C6 stream and/or complemented aldose sugar stream into C5/C6 alditols via hydrogenation; and separating the C5/C6 alditols into fractions separately or purifying the C5/C6 alditols in whole or in part. Also concentrated C5/C6 alditol streams can be selectively hydrogenated to mixed alditols with target alditols removed by crystallization, etc., and then to external alditols (such as glycerol) added to the residual mixed C5/C6 alditol stream before hydrogenolysis. As used herein, "glycerol" is the same as "glycerol".

В одном варианте осуществления внешние обогащенные С5-мономером потоки (из любого источника) могут быть добавлены в смешанный поток мономерных С5/С6-сахаров, полученный из одного или различных источников биомассы, для дополнения соотношений мономерных С5/С6-сахаров перед гидрогенизацией и затем экстрагируемого целевого альдита(-ов). Дополнительные внешние не относящиеся к целевым альдиты (такие как С3-глицерин или С6-сорбит) могут быть добавлены после гидрогенизации и удаления целевого альдита для дополнения в последующем преобразовании с помощью гидрогенолиза в гликоли.In one embodiment, external C5 monomer enriched streams (from any source) can be added to a mixed C5/C6 monomer sugar stream derived from one or different biomass sources to complement the ratios of C5/C6 monomer sugars before hydrogenation and then extracted target aldite(s). Additional external non-target alditols (such as C3-glycerol or C6-sorbitol) can be added after hydrogenation and removal of the target alditol to complement subsequent conversion via hydrogenolysis to glycols.

Интегрированный способ получения целевых альдитов и целевых гликолей в качестве сопряженных продуктов включает уникальную комбинацию гидрогенизации гидролизатов гемицеллюлозы до альдитов (исходный раствор) с последующим удалением целевых альдитов из исходного раствора с последующим гидрогенолизом (остаточных материалов после кристаллизации целевого альдита) с получением гликолей. Остаточные материалы в результате извлечения целевых альдитов включают не относящиеся к целевым альдиты (например, смеси в различных соотношениях арабита, ксилита, сорбита, маннита и т.д.).The integrated process for producing target alditols and target glycols as conjugate products involves a unique combination of hydrogenation of hemicellulose hydrolysates to alditols (feed solution) followed by removal of target alditols from the feed solution followed by hydrogenolysis (residual materials from crystallization of target alditol) to produce glycols. Residual materials resulting from recovery of the target alditols include non-target alditols (eg, mixtures in varying proportions of arabitol, xylitol, sorbitol, mannitol, etc.).

В конкретном варианте осуществления предусмотрен концентрированный раствор мономерных сахаров, где основным компонентом является ксилоза, при этом присутствует 70% или более твердых веществ. Если общая концентрация твердых веществ данного раствора повышается до 75%-80% твердых веществ, существенная доля присутствующей ксилозы затем может быть отделена из раствора путем фракционной кристаллизации. Таким образом полученную кристаллическую ксилозу отделяют от исходного раствора в фильтре или центрифуге, а затем высушивают и упаковывают в мешки или барабаны. Затем ксилоза может быть преобразована в ксилит путем растворения в воде, гидрогенизации, например, с применением ренеевского никелевого катализатора, и дополнительной кристаллизации.In a particular embodiment, a concentrated solution of monomeric sugars is provided wherein the major component is xylose and 70% or more solids are present. If the total solids concentration of a given solution is increased to 75%-80% solids, a significant proportion of the xylose present can then be separated from the solution by fractional crystallization. The crystalline xylose thus obtained is separated from the original solution in a filter or centrifuge, and then dried and packaged in bags or drums. The xylose can then be converted to xylitol by dissolution in water, hydrogenation, for example using a Raney nickel catalyst, and further crystallization.

Для описанных способов применимым может быть ряд сырья на основе биомассы, включающий, в качестве примера, но без ограничения, жмых (например, жмых сахарного тростника, жмых сорго или жом сахарной свеклы), стержни кукурузных початков, кукурузные початки, перикарпий ядер кукурузы, кукурузную солому, солому из зерновых (например, люцерны, ячменя, овса, риса или пшеницы), злаковых, древесину твердых пород (например, березы, тополя, ольхи, эвкалипта и т.п.), листья растений, стебли растений, древесину мягких пород (например, кедра, болиголова, сосны или ели), сульфитный щелок, ксиланы из водорослевых полисахаридов или их комбинации.A variety of biomass-based feedstocks may be applicable to the described methods, including, by way of example, but without limitation, bagasse (e.g., sugarcane bagasse, sorghum cake, or sugar beet bagasse), corn cobs, corn cobs, corn kernel pericarp, corn straw, straw from cereals (for example, alfalfa, barley, oats, rice or wheat), cereals, hardwood (for example, birch, poplar, alder, eucalyptus, etc.), plant leaves, plant stems, softwood (e.g. cedar, hemlock, pine or spruce), sulfite lye, xylans from algal polysaccharides, or combinations thereof.

В одном варианте осуществления данного способа биомасса не является генетически модифицированным организмом (GMO) или полученной из генетически модифицированных веществ, то есть биомасса не относится к GMO или «не содержит GMO». В конкретном варианте осуществления сырье для достижения содержания С5-обогащенного сахара (например, 60-80%) представляет собой не относящиеся к GMO жмых сахарного тростника, пшеничную солому, тополь, гибридный тополь, ольху или их комбинацию.In one embodiment of this method, the biomass is not a genetically modified organism (GMO) or derived from genetically modified substances, that is, the biomass is non-GMO or “non-GMO.” In a specific embodiment, the feedstock to achieve a C5-fortified sugar content (eg, 60-80%) is non-GMO sugar cane bagasse, wheat straw, poplar, hybrid poplar, alder, or a combination thereof.

В качестве примера, но без ограничения, следующие промышленно применимые составы (по отдельности и в комбинации), которые могут быть извлечены из смешанных потоков мономерных С5/С6-сахаров с помощью различных вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, показаны в таблице А.By way of example, and without limitation, the following industrially applicable formulations (individually and in combination) that can be recovered from mixed C5/C6 monomeric sugar streams using the various embodiments described herein are shown in Table A.

ГидрогенизацияHydrogenation

Поток мономерных С5/С6-сахаров может применяться непосредственно в качестве поступающего потока для гидрогенизации, где в процессе гидрогенизации мономеры преобразуются в альдиты с получением в результате смешанного потока С5/С6- альдитов. В качестве альтернативы поток мономерных С5/С6-сахаров может быть концентрирован для повышения общего содержания твердых веществ перед гидрогенизацией. Такие способы концентрирования описаны в настоящем документе. Более того, этанол, метанол, изопропанол, н-пропанол и т.п. могут применяться в процессе гидрогенизации отдельно или в виде смесей на основе сорастворителя(-ей). Процесс гидрогенизации может представлять собой периодический процесс, непрерывный процесс или их комбинации.The monomeric C5/C6 sugar stream can be used directly as a hydrogenation feed stream, where the hydrogenation process converts the monomers to alditols resulting in a mixed C5/C6 alditol stream. Alternatively, the monomeric C5/C6 sugar stream may be concentrated to increase total solids prior to hydrogenation. Such concentration methods are described herein. Moreover, ethanol, methanol, isopropanol, n-propanol, etc. can be used in the hydrogenation process alone or in the form of mixtures based on co-solvent(s). The hydrogenation process may be a batch process, a continuous process, or combinations thereof.

Иллюстративные катализаторы для гидрогенизации включают такие катализаторы для гидрогенизации, которые пригодны к воздействию высокого значения рН (9 и выше), высокой температуры и водных условий. Такие катализаторы включают катализаторы на основе переходных металлов, такие как никелевые катализаторы на подложке из циркония, титана или других подложках на основе оксидов тяжелых металлов; катализатор на основе губчатого металлического никеля; или подобные им. В одном варианте осуществления катализатор содержит комбинацию соединения циркония и поликислотного/активаторного вещества, которое образует цирконил-активаторный предшественник, характеризующийся молярным соотношением от 2:1 до 20:1; и при этом поликислотное/активаторное вещество может представлять собой поликислоту, содержащую оксидную или кислотную форму хрома, молибдена, вольфрама или их комбинацию. В другом варианте осуществления катализатор содержит никель, активатор, выбранный из висмута, серебра, олова, сурьмы, золота, свинца, талия, церия, лантана, марганца или их комбинации, и подложку, выбранную из диоксида циркония или углерода. В одном варианте осуществления процесс гидрогенизации проводят с применением катализатора на основе никеля с подложкой из оксида циркония, диоксида титана, оксида алюминия, оксида кремния, оксида хрома или их комбинации.Exemplary hydrogenation catalysts include those hydrogenation catalysts that are suitable for exposure to high pH (9 and above), high temperature and aqueous conditions. Such catalysts include transition metal catalysts such as nickel catalysts supported on zirconium, titanium or other heavy metal oxide supports; metallic nickel sponge catalyst; or similar ones. In one embodiment, the catalyst contains a combination of a zirconium compound and a polyacid/activator substance that forms a zirconyl activator precursor having a molar ratio of from 2:1 to 20:1; and wherein the polyacid/activator agent may be a polyacid containing an oxide or acid form of chromium, molybdenum, tungsten, or a combination thereof. In another embodiment, the catalyst contains nickel, an activator selected from bismuth, silver, tin, antimony, gold, lead, thallium, cerium, lanthanum, manganese or a combination thereof, and a support selected from zirconium dioxide or carbon. In one embodiment, the hydrogenation process is carried out using a nickel-based catalyst supported by zirconia, titanium dioxide, alumina, silica, chromium oxide, or a combination thereof.

В одном варианте осуществления катализатор содержит подложку, содержащую оксид циркония, активируемую с помощью поликислоты или активаторного вещества, при этом подложка заполнена каталитически активным металлом, таким как металлы группы 4 (группы IVА), металлы группы 10 (группы VIII), металлы группы 11 (группы IB) или их комбинация.In one embodiment, the catalyst comprises a support comprising a zirconium oxide activated by a polyacid or activator agent, the support being filled with a catalytically active metal such as Group 4 (Group IVA) metals, Group 10 (Group VIII) metals, Group 11 (Group 11) metals. group IB) or a combination thereof.

В одном варианте осуществления процесс гидрогенизации предусматривает реактор непрерывного действия со слоем насадки со струйным течением жидкости и с нисходящим потоком, содержащий объединенные три фазы из твердого вещества (катализатора для гидрогенизации), жидкости (смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с общим содержанием твердых веществ от приблизительно 20 до приблизительно 30% масса/масса, конкретно с общим содержанием твердых веществ от приблизительно 22% до приблизительно 25% масса/масса) и газа (водорода). В процессе дополнительно используют давление водорода от приблизительно 4137 до приблизительно 13790 кПа (от приблизительно 600 до приблизительно 2000 фунтов на кв. дюйм изб.); температуру от приблизительно 100 до приблизительно 160°С, конкретно от приблизительно 140 до приблизительно 160°С; время пребывания от приблизительно 20 до приблизительно 40 минут; и исходное значение рН от приблизительно 9 до приблизительно 12, конкретно от приблизительно 10 до приблизительно 11, для достижения приблизительно 99% стехиометрического преобразования мономерных сахаров в альдиты.In one embodiment, the hydrogenation process comprises a continuous fluid jet downflow packed bed reactor containing a combined three phase of solid (hydrogenation catalyst), liquid (mixed stream of monomeric C5/C6 sugars with total solids content from about 20 to about 30% w/w, specifically with a total solids content of from about 22% to about 25% w/w) and gas (hydrogen). The process further utilizes a hydrogen pressure of from about 4137 to about 13790 kPa (about 600 to about 2000 psig); a temperature of from about 100 to about 160°C, specifically from about 140 to about 160°C; residence time from about 20 to about 40 minutes; and an initial pH value of from about 9 to about 12, specifically from about 10 to about 11, to achieve approximately 99% stoichiometric conversion of monomeric sugars to alditols.

В одном варианте осуществления процесс гидрогенизации предусматривает поступающий поток, содержащий от приблизительно 20% до приблизительно 25% мономерного сахара в пересчете на сухую массу, при этом С5-сахара, ксилоза и арабиноза, присутствуют на уровнях приблизительно 80%, и С6-сахара, глюкоза и фруктоза, присутствуют на уровнях приблизительно 20%; газообразный водород в стехиометрическом количестве, кратном от приблизительно 4 до приблизительно 6; исходное значение рН от приблизительно 8,0 до приблизительно 11,0, конкретно от приблизительно 9,0 до приблизительно 10,0; температуру от приблизительно 120 до приблизительно 140°С; давление водорода от приблизительно 8274 до приблизительно 13790 кПа (от приблизительно 1200 до приблизительно 2000 фунтов на кв. дюйм изб.), конкретно приблизительно 12411 кПа (приблизительно 1800 фунтов на кв. дюйм изб.); и часовую объемную скорость жидкости («LHSV») от приблизительно 0,4 до 3,0, конкретно приблизительно 1,0-1,5. В данном варианте осуществления, катализатор для гидрогенизации может представлять собой никелевый катализатор на основе переходного металла (20-40% никеля) на циркониевой и/или титановой матрице-подложке или ренеевский никелевый катализатор (20-60% никеля с медным активатором) в растворенной алюминиевой матрице, составленный для реактора с неподвижным слоем со струйным течением жидкости. В варианте осуществления с ренеевским никелем может применяться щелочной гидроксидный активатор, такой как гидроксид натрия или гидроксид калия, для поддержания рН в диапазоне от 8,0 до 10,0.In one embodiment, the hydrogenation process provides a feed stream containing from about 20% to about 25% monomer sugar on a dry weight basis, with the C5 sugars, xylose and arabinose, present at levels of about 80%, and the C6 sugar, glucose and fructose, present at levels of approximately 20%; hydrogen gas in a stoichiometric amount of a multiple of about 4 to about 6; an initial pH value of from about 8.0 to about 11.0, specifically from about 9.0 to about 10.0; a temperature of from about 120 to about 140°C; a hydrogen pressure of about 8274 to about 13790 kPa (about 1200 to about 2000 psig), specifically about 12411 kPa (about 1800 psig); and a liquid hourly space velocity (“LHSV”) of about 0.4 to 3.0, specifically about 1.0 to 1.5. In this embodiment, the hydrogenation catalyst may be a transition metal nickel catalyst (20-40% nickel) on a zirconium and/or titanium support matrix or a Raney nickel catalyst (20-60% nickel with copper activator) in dissolved aluminum matrix designed for a fixed bed reactor with liquid jet flow. In the Raney nickel embodiment, an alkaline hydroxide activator such as sodium hydroxide or potassium hydroxide may be used to maintain the pH in the range of 8.0 to 10.0.

Преобразование мономерных С5/С6-сахаров в соответствующие С5/С6-альдиты в процессе гидрогенизации составляет по меньшей мере 95%, конкретно по меньшей мере 97% и, более конкретно, приблизительно 100%.The conversion of monomeric C5/C6 sugars to the corresponding C5/C6 alditols during hydrogenation is at least 95%, specifically at least 97%, and more specifically about 100%.

Необязательная двухступенчатая гидрогенизация может использоваться, если стехиометрическое преобразование составляет менее 95%. Например, может применяться необязательный непрерывный реактор второй ступени при условии, что в реакторе первой ступени достигается 90-95% преобразование мономерных сахаров в альдиты, а в реакторе второй ступени завершается 95-100% преобразование в альдиты. Двухступенчатый реактор может работать при более высокой LHSV - часовой объемной скорости жидкости.An optional two-step hydrogenation may be used if the stoichiometric conversion is less than 95%. For example, an optional continuous second stage reactor may be used as long as the first stage reactor achieves 90-95% conversion of monomeric sugars to alditols and the second stage reactor achieves 95-100% conversion to alditols. A two-stage reactor can operate at a higher LHSV - liquid hourly space velocity.

Для осуществления процесса гидрогенизации могут применяться известные оборудование и методики для гидрогенизации. В одном варианте осуществления оборудование представляет собой реактор непрерывного действия с неподвижным слоем и со струйным течением жидкости, характеризующийся соотношением длина : диаметр цилиндрический колонны, составляющим приблизительно 10:2, конкретно прямоточный реактор с неподвижным слоем и со струйным течением жидкости, где водород и жидкий поступающий поток подаются сверху, а жидкость подается снизу. Реактор может быть установлен для обеспечения промывки обратным потоком и регенерации на месте. Давление водорода может составлять от приблизительно 4137 до приблизительно 13790 кПа (от приблизительно 600 до приблизительно 2000 фунтов на кв. дюйм изб.), конкретно от приблизительно 12411 кПа до 13790 кПа (от приблизительно 1800 фунтов на кв. дюйм изб. до 2000 фунтов на кв. дюйм изб.).Known hydrogenation equipment and techniques can be used to carry out the hydrogenation process. In one embodiment, the equipment is a continuous fixed-bed trickle reactor having a column length:diameter ratio of approximately 10:2, specifically a once-through fixed-bed trickle reactor, where hydrogen and liquid feed the flow is supplied from above, and the liquid is supplied from below. The reactor can be installed to provide backflushing and on-site regeneration. The hydrogen pressure may be from about 4137 to about 13,790 kPa (about 600 to about 2,000 psig), specifically from about 12,411 kPa to 13,790 kPa (about 1,800 psig to 2,000 psig). sq. in.).

Поступающий поток для гидрогенизации или поступающий поток продукта может характеризоваться общим содержанием твердых веществ от приблизительно 20 до приблизительно 27% масса/масса, конкретно от приблизительно 22 до приблизительно 25% масса/масса. В дополнение к этому рН поступающего потока для гидрогенизации может составлять от приблизительно 8,0 до приблизительно 11,0, конкретно от приблизительно 9 до приблизительно 10. Гидроксид натрия может применяться в качестве используемой корректирующей рН щелочи, однако могут также применяться другие щелочи, такие как гидроксид/оксиды калия-кальция или лития.The hydrogenation feed or product feed may have a total solids content of from about 20 to about 27% w/w, specifically from about 22 to about 25% w/w. In addition, the pH of the hydrogenation feed stream may be from about 8.0 to about 11.0, specifically from about 9 to about 10. Sodium hydroxide may be the pH adjusting alkali used, but other alkalis may also be used, such as Potassium-calcium or lithium hydroxide/oxides.

При необходимости достижения желаемой концентрации поступающего потока в отношении поступающего потока для реакции гидрогенизации смешанный поток мономерных С5/С6-сахаров может быть концентрирован для повышения общего содержания твердых веществ путем удаления воды. В одном варианте осуществления смешанный поток мономерных С5/С6-сахаров может быть концентрирован с применением мембраны для обеспечения пропускания воды, при этом наблюдается повышение концентрации состава для смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров. Подходящая иллюстративная мембрана может представлять собой мембрану 40-5000 дальтон.When desired to achieve a desired feed concentration relative to the feed stream for the hydrogenation reaction, the mixed stream of C5/C6 monomeric sugars can be concentrated to increase the total solids content by removing water. In one embodiment, the mixed stream of C5/C6 monomeric sugars can be concentrated using a membrane to allow water to pass through, thereby increasing the concentration of the mixed stream of C5/C6 monomeric sugars composition. A suitable exemplary membrane may be a 40-5000 dalton membrane.

В одном варианте осуществления гидрогенизацию проводят с очищенным смешанным потоком С5/С6-сахаров, содержащим от приблизительно 20 до приблизительно 25% масса/масса общего содержания сахаров в воде, рН, составляющим приблизительно 11, часовой объемной скоростью жидкости (LHSV), составляющей приблизительно 1,0, давлением водорода, составляющим приблизительно 13790 кПа (приблизительно 2000 фунтов на кв. дюйм изб.), стехиометрическим количеством водорода, которое кратно от приблизительно 3 до приблизительно 6, и температурой, составляющей приблизительно 140°С, и при этом она характеризуется 99% или более преобразованием мономерных С5/С6-сахаров в альдиты.In one embodiment, the hydrogenation is carried out with a purified mixed C5/C6 sugars stream containing from about 20 to about 25% w/w total sugars in water, a pH of about 11, a liquid hourly space velocity (LHSV) of about 1 ,0, a hydrogen pressure of approximately 13,790 kPa (approximately 2,000 psig), a stoichiometric amount of hydrogen that is a multiple of about 3 to about 6, and a temperature of approximately 140°C, and is characterized by 99 % or more by converting monomeric C5/C6 sugars into alditols.

В еще одном варианте осуществления смешанный поток С5/С6-альдитов в результате процесса гидрогенизации включает приблизительно 65% С5-альдитов и приблизительно 35% С6-альдитов. Дополнительно, смешанный поток С5/С6-альдитов содержит приблизительно 50% ксилита, 15% арабинита, 25% сорбита и приблизительно 10% маннита. В другом варианте осуществления смешанный поток С5/С6-альдитов содержит по меньшей мере 50% ксилита, 15% или меньше арабинита, 25% или меньше сорбита и 10% или меньше маннита.In yet another embodiment, the mixed C5/C6 alditol stream from the hydrogenation process comprises about 65% C5 alditol and about 35% C6 alditol. Additionally, the mixed C5/C6 alditol stream contains approximately 50% xylitol, 15% arabinite, 25% sorbitol and approximately 10% mannitol. In another embodiment, the mixed C5/C6 alditol stream contains at least 50% xylitol, 15% or less arabinite, 25% or less sorbitol, and 10% or less mannitol.

В одном варианте осуществления, когда процесс гидрогенизации смещается ниже 90% преобразования мономерных С5/С6-сахаров в альдиты, способ дополнительно включает цикл регенерации, при котором очищенный смешанный поступающий поток мономерных С5/С6-сахаров направляют в промежуточный реактор с частично дезактивированным катализатором на никелевой подложке перед прямой гидрогенизацией для устранения серного отравления и обрастания реактора с последующей ступенчатой промывкой катализатора водой, щелочным раствором и этанолом для удаления средств, приводящих к обрастанию, с последующим высушиванием с применением водорода и восстановлением активации. Обрастание включает одно, несколько или все из следующего: осахаривание (подгорание), обгорание, обугливание и/или карамелизация сахаров, серное отравление, ограничение доступа к каталитическим реакционным центрам за счет примесей или промежуточных соединений и полимеризация сахаров, что приводит к тому, что катализатор для гидрогенизации становится физически поврежденным и засоренным.In one embodiment, when the hydrogenation process has shifted below 90% conversion of monomeric C5/C6 sugars to alditols, the process further includes a regeneration cycle in which the purified mixed feed stream of monomeric C5/C6 sugars is sent to an intermediate reactor with a partially deactivated nickel catalyst. substrate before direct hydrogenation to eliminate sulfur poisoning and fouling of the reactor, followed by stepwise washing of the catalyst with water, alkaline solution and ethanol to remove fouling agents, followed by drying with hydrogen and restoration of activation. Fouling includes one, more, or all of the following: saccharification (burning), scorching, charring and/or caramelization of sugars, sulfur poisoning, restriction of access to catalytic reaction sites by impurities or intermediates, and polymerization of sugars causing the catalyst to for hydrogenation it becomes physically damaged and clogged.

В одном варианте осуществления получение с применением гидрогенизации осуществляется при сроке службы катализатора, превышающем всего 4000 часов, и при подходящем времени прогона, составляющем от приблизительно 1000 до приблизительно 1800 часов до осуществления ступенчатой регенерации катализатора. Регенерация катализатора может занимать от приблизительно 16 до приблизительно 36 часов или конкретно 24 часов.In one embodiment, the hydrogenation production is performed with a catalyst life in excess of only 4000 hours and a suitable run time of from about 1000 to about 1800 hours before staged catalyst regeneration occurs. Regeneration of the catalyst may take from about 16 to about 36 hours, or specifically 24 hours.

В одном варианте осуществления очищенный смешанный поток мономерных С5/С6-сахаров содержит мономерный С5/С6-сахар, конкретно от приблизительно 25 до приблизительно 50% этанола и конкретно от приблизительно 25 до приблизительно 50% воды. Этанол и вода в сочетании с рН и температурой обеспечивают повышение растворимости органических полимерных примесей и, следовательно, обеспечивают сокращение времени простоя оборудования.In one embodiment, the purified mixed C5/C6 monomer sugar stream contains C5/C6 monomer sugar, specifically about 25 to about 50% ethanol, and specifically about 25 to about 50% water. Ethanol and water, in combination with pH and temperature, increase the solubility of organic polymer impurities and, therefore, reduce equipment downtime.

В одном варианте осуществления приведенное сырье с мономерными С5/С6-сахарами перед гидрогенизацией может быть дополнено, например, путем добавления более высококонцентрированного альдозного потока. Например, ксилоза может быть кристаллизована или концентрирована отдельно от других потоков С5/С6 и концентрированной фракции С5, добавленной к основной фракции мономерных С5/С6-сахаров со смещением уровней высших С5, таких как ксилоза или арабиноза. Следовательно, целевые альдозы могут быть концентрированы с получением необходимый смесей для гидрогенизации и соответствующего последующего извлечения альдитов и гликолей. В целом чем выше концентрация целевого альдита в потоке после гидрогенизации, тем выше выход очищенного целевого альдита. Если концентрация целевого альдита в потоке после гидрогенизации слишком низкая, например, ниже 25% масса/масса, то может быть экстрагировано очень небольшое количество целевого альдита вплоть до полного отсутствия целевого альдита. Концентрация целевого альдита в потоке после гидрогенизации может быть повышена, например, путем добавления сырья с высоким содержанием альдозы, которая преобразовывается в целевой альдит во время гидрогенизации. Концентрация целевого альдита может составлять более 25%, конкретно более 60% и, более конкретно, более 90% в потоке после гидрогенизации.In one embodiment, the given C5/C6 monomeric sugar feedstock may be supplemented prior to hydrogenation, for example by adding a more highly concentrated aldose stream. For example, xylose may be crystallized or concentrated separately from other C5/C6 streams and a concentrated C5 fraction added to a bulk fraction of monomeric C5/C6 sugars with offset levels of higher C5s such as xylose or arabinose. Consequently, the target aldoses can be concentrated to obtain the necessary mixtures for hydrogenation and subsequent subsequent recovery of alditols and glycols. In general, the higher the concentration of target aldite in the hydrogenation stream, the higher the yield of purified target aldite. If the concentration of target alditol in the hydrogenation stream is too low, for example below 25% w/w, then very little or no target alditol may be extracted. The concentration of target alditol in the hydrogenation stream can be increased, for example, by adding a high aldose feedstock, which is converted to target alditol during hydrogenation. The concentration of the target alditol may be greater than 25%, particularly greater than 60%, and more particularly greater than 90% in the hydrogenation stream.

Фиг. 2 представляет собой иллюстративную технологическую схему процесса на стадии (40) разделения и кристаллизации, включающей экстракцию (10) целевого альдита, экстракцию (11) альдита с повышенной эффективностью, экстракцию (12) других альдитов и добавление (13) недостающего количества альдитов.Fig. 2 is an exemplary process flow diagram for the separation and crystallization step (40) including extraction (10) of the target aldite, extraction (11) of the enhanced efficiency aldite, extraction (12) of other alditols, and addition (13) of the missing alditol.

Экстракция целевого альдитаExtraction of target aldite

Поступающий поток продукта после гидрогенизации, который может представлять собой смешанный поток С5/С6-альдитов, обрабатывают для выделения целевых альдитов или смесей целевых альдитов. Продукты выделения могут представлять собой отдельные альдиты (например, сорбит или ксилит) или смеси альдитов (например, смеси с определенными соотношениями сорбита, ксилита для кондитерских изделий или микстур от кашля). Например, экстракция ксилита может осуществляться из водной смеси смешанных альдитов (ксилита, сорбита и возможных изомеров альдита, арабита и маннита) посредством кристаллизации в один проход или ступенчатой кристаллизации посредством последовательного удаления воды (например, путем испарительного концентрирования при повышенной температуре) и последующего снижения температуры с индуцированием кристаллизации. Экстракция С5/С6-альдитов может быть приспособлена к различному поступающему исходному сырью с различными соотношениями С5/С6-альдитов.The hydrogenation product stream, which may be a mixed C5/C6 alditol stream, is processed to isolate the target alditols or mixtures of target alditols. The excretory products may be individual alditols (eg, sorbitol or xylitol) or mixtures of alditols (eg, mixtures with specific ratios of sorbitol, confectionery xylitol, or cough syrups). For example, extraction of xylitol can be carried out from an aqueous mixture of mixed alditols (xylitol, sorbitol and possible isomers alditol, arabitol and mannitol) by single-pass crystallization or stepwise crystallization by successive removal of water (for example, by evaporative concentration at elevated temperature) and subsequent reduction in temperature with induction of crystallization. The C5/C6 alditol extraction can be adapted to different feedstocks with different C5/C6 alditol ratios.

Вода и сорастворители (например, этанол) в случае применения могут быть удалены с помощью способов, включающих многократное выпаривание, паровую дистилляцию, многократное выпаривание с применением выпарных аппаратов с термокомпрессией вторичного пара, обратный осмос или их комбинацию.Water and co-solvents (eg, ethanol), if used, can be removed by methods including multiple evaporation, steam distillation, multiple evaporation using thermal compression flash evaporators, reverse osmosis, or a combination thereof.

В одном варианте осуществления удаление воды проводят при температуре от приблизительно 30 до приблизительно 120°С под вакуумом, конкретно от приблизительно 70 до приблизительно 110°С при пониженном давлении и, более конкретно, от приблизительно 80 до приблизительно 100°С при пониженном давлении, например, составляющем менее 30 кПа (200 мбар), конкретно от приблизительно 10 до приблизительно 18 кПа (от приблизительно 100 до приблизительно 180 мбар) и, более конкретно, от приблизительно 14 до приблизительно 17 кПа (от приблизительно 140 до приблизительно 165 мбар).In one embodiment, water removal is carried out at a temperature of from about 30 to about 120°C under vacuum, specifically from about 70 to about 110°C under reduced pressure, and more particularly from about 80 to about 100°C under reduced pressure, for example , being less than 30 kPa (200 mbar), specifically from about 10 to about 18 kPa (from about 100 to about 180 mbar) and, more specifically, from about 14 to about 17 kPa (from about 140 to about 165 mbar).

Концентрированный поступающий поток может характеризоваться общим содержанием растворенных твердых веществ от приблизительно 40% до приблизительно 90% масса/масса, конкретно от приблизительно 60% до приблизительно 85% масса/масса и, более конкретно, от приблизительно 75 до приблизительно 85% масса/масса.The concentrated feed stream may have a total dissolved solids content of from about 40% to about 90% w/w, specifically from about 60% to about 85% w/w, and more particularly from about 75% to about 85% w/w.

Экстракция альдита с повышенной эффективностьюAldite extraction with increased efficiency

Конкретные альдиты, такие как ксилит, арабит или сорбит, или смеси альдитов могут быть выделены из водной смеси смешанных альдитов (таких как ксилит, сорбит, арабит и маннит) с помощью признанного полностью безвредным (GRAS) осаждения растворителем или кристаллизации, промышленной хроматографии, включающей псевдодвижущийся слой (SMB), или их комбинации, конкретно GRAS осаждения растворителем или кристаллизации, для выделения целевого альдита или смеси целевых альдитов. Кристаллические формы целевого альдита могут быть подобраны в соответствии с описанием, при этом жидкие составы на основе смесей целевых альдитов также могут быть получены в соответствии с описанием.Specific alditols, such as xylitol, arabitol, or sorbitol, or mixtures of alditols, can be isolated from an aqueous mixture of mixed alditols (such as xylitol, sorbitol, arabitol, and mannitol) using generally recognized as completely harmless (GRAS) solvent precipitation or crystallization, industrial chromatography, including pseudo-moving bed (SMB), or combinations thereof, specifically GRAS solvent deposition or crystallization, to isolate the target aldite or mixture of target aldites. Crystalline forms of the target alditol can be selected in accordance with the description, while liquid compositions based on mixtures of the target alditol can also be prepared in accordance with the description.

Подходящие растворители включают низшие спирты (например, этанол, изопропанол и т.д.) и смеси на их основе с водой. Иллюстративный GRAS растворитель включает этанол.Suitable solvents include lower alcohols (eg ethanol, isopropanol, etc.) and mixtures thereof with water. An exemplary GRAS solvent includes ethanol.

Перед кристаллизацией или осаждением раствор альдита (например, ксилита) может быть обработан активированным углем для удаления примесей, которые могут препятствовать кристаллизации альдита. Подходящий активированный уголь включает порошкообразный активированный уголь, гранулированный активированный уголь и т.п. или их комбинацию. Другие способы для удаления ингибиторов кристаллизации включают один или более из следующих необязательно в комбинации с обработкой активированным углем: ионный обмен, мембранная фильтрация, экстракция растворителем. Другие стадии кондиционирования предусматривают ступенчатый электродиализ, обработку с применением сильной кислоты и ионообменной смолы и химическое осаждение с сульфатом кальция, а также необязательно дополнительно предусматривают восстановление отработанного неорганического материала. Определение того, необходимо ли кондиционирование (очистка) раствора альдита или смешанного потока С5/С6-альдитов перед кристаллизацией или нет, а также в какой степени, может осуществляться специалистом в данной области техники без ненужного экспериментирования. Например, аналитические методики, известные из уровня техники, могут применяться для определения типа и количества компонентов в растворе альдита или смешанном потоке С5/С6-альдитов таким образом, что может использоваться подходящая методика(-и) очистки.Before crystallization or precipitation, the alditol solution (eg xylitol) may be treated with activated carbon to remove impurities that may interfere with alditol crystallization. Suitable activated carbon includes powdered activated carbon, granular activated carbon and the like. or a combination thereof. Other methods for removing crystallization inhibitors include one or more of the following, optionally in combination with activated carbon treatment: ion exchange, membrane filtration, solvent extraction. Other conditioning steps include stepwise electrodialysis, strong acid and ion exchange resin treatment, and chemical precipitation with calcium sulfate, and optionally further include recovery of waste inorganic material. Determination of whether and to what extent conditioning of the alditol solution or mixed C5/C6 alditol stream prior to crystallization is necessary can be determined by one skilled in the art without undue experimentation. For example, analytical techniques known in the art can be used to determine the type and amount of components in an alditol solution or a mixed stream of C5/C6 alditols so that appropriate purification technique(s) can be used.

Процесс кристаллизации может быть осуществлен с применением непрерывного или периодического процесса. Для проведения кристаллизации целевого альдита могут применяться оборудование и методики для кристаллизации, известные из уровня техники. Подходящее оборудование для кристаллизации и оборудование для разделения жидкой и твердой фаз включает сборники-кристаллизаторы (горизонтальные, вертикальные, охлаждающие кристаллизаторы, испарительные кристаллизаторы), центрифуги и т.п.The crystallization process can be carried out using a continuous or batch process. Crystallization equipment and techniques known in the art may be used to effect crystallization of the target aldite. Suitable crystallization equipment and liquid/solid separation equipment include crystallizers (horizontal crystallizers, vertical crystallizers, cooling crystallizers, evaporative crystallizers), centrifuges, and the like.

После достижения желаемой массы твердых веществ во время процесса кристаллизации твердые вещества в целевом альдите могут быть выделены с применением известных методик из уровня техники, таких как фильтрация, центрифугирование, их комбинация и т.п. Твердые вещества могут быть промыты, высушены, отсортированы, или возможна комбинация таких действий.Once the desired weight of solids is achieved during the crystallization process, the solids in the target aldite can be isolated using known techniques in the art, such as filtration, centrifugation, combinations thereof, and the like. The solids may be washed, dried, sorted, or a combination of these steps.

Исходный раствор из процесса кристаллизации может быть дополнительно обработан для дополнительного выхода целевого альдита или другого альдита или применен в качестве сырья («остаточный смешанный поток С5/С6-альдитов») для получения гликолей посредством гидрогенолиза.The feed solution from the crystallization process can be further processed to provide additional yield of target aldite or other aldite, or used as a feedstock (“residual mixed C5/C6 alditol stream”) to produce glycols via hydrogenolysis.

В одном варианте осуществления кристаллизация концентрированного водного поступающего потока, содержащего преимущественно ксилит (например, >75% общего содержания альдитов) и низкие уровни других альдитов, таких как галактит, ликсит и сорбит, может быть осуществлена посредством охлаждения концентрированного водного поступающего потока с общим содержанием растворенных твердых веществ от приблизительно 50 до приблизительно 85% масса/масса, конкретно от приблизительно 65 до приблизительно 85% масса/масса и, более конкретно, от приблизительно 70 до приблизительно 85% масса/масса, от приблизительно 60 до приблизительно 100°С до температуры от приблизительно -10 до приблизительно 40°С, конкретно от приблизительно 20 до приблизительно 35°С, при этом необязательно может быть добавлен кристалл-затравка целевого альдита.In one embodiment, crystallization of a concentrated aqueous effluent containing predominantly xylitol (e.g., >75% total alditol) and low levels of other alditols, such as galactitol, lixitol, and sorbitol, can be accomplished by cooling the concentrated aqueous effluent containing total dissolved solids from about 50 to about 85% w/w, specifically from about 65 to about 85% w/w, and more particularly from about 70 to about 85% w/w, from about 60 to about 100° C. to temperature from about -10 to about 40°C, particularly from about 20 to about 35°C, optionally adding a target aldite seed crystal.

Антирастворитель, такой как этанол, изопропанол или другой GRAS растворитель, может быть необязательно добавлен в концентрированный водный поступающий поток при поддержании температуры, которая ниже точки воспламенения антирастворителя, например, ниже приблизительно 40°С, конкретно ниже приблизительно 35°С для этанола. Необязательно кристалл-затравка целевого альдита может быть добавлен необязательно с индуцированием и/или стимуляцией кристаллизации.An antisolvent, such as ethanol, isopropanol, or other GRAS solvent, may optionally be added to the concentrated aqueous feed stream while maintaining a temperature that is below the flash point of the antisolvent, for example, below about 40°C, specifically below about 35°C for ethanol. Optionally, a seed crystal of the desired aldite can be added, optionally inducing and/or promoting crystallization.

Концентрированный водный поступающий поток может быть охлажден до целевой температуры, которая ниже комнатной температуры, которая конкретно составляет от приблизительно -10 до приблизительно 20°С и, более конкретно, от приблизительно -5 до приблизительно 5°С. После кристаллизации целевого альдита взвесь с содержанием твердых веществ от приблизительно 15 до приблизительно 45%, конкретно от приблизительно 20 до приблизительно 40% твердых веществ может быть подана в устройства для извлечения твердых веществ, такие как центрифуга, для отделения твердого вещества от исходного раствора. С помощью данного иллюстративного способа может достигаться высокая чистота (>98%) альдита, при этом охлаждение можно регулировать в соответствии с необходимым выходом в зависимости от чистоты твердого продукта.The concentrated aqueous feed stream may be cooled to a target temperature that is below room temperature, which is specifically about -10°C to about 20°C and more specifically about -5°C to about 5°C. Once the target aldite has crystallized, a slurry of about 15 to about 45% solids, specifically about 20 to about 40% solids, can be fed to a solids recovery device such as a centrifuge to separate the solids from the feed solution. Using this exemplary process, high purity (>98%) of aldite can be achieved, and cooling can be adjusted to the desired yield depending on the purity of the solid product.

В одном варианте осуществления кристаллизация ксилита в качестве целевого альдита в чистой форме из смешанных потоков альдитов может включать установление и достижение пороговых уровней концентрации ксилита (минимальных концентраций) и других альдитов (максимальных концентраций) для обеспечения извлечения ксилита с эффективным выходом и с подходящей чистотой для областей применения, требующих высочайшего качества. Пороговые уровни зависят от соотношения вода: антирастворитель, присутствующих в системе.In one embodiment, crystallizing xylitol as the target alditol in pure form from mixed alditol streams may involve establishing and achieving threshold concentration levels of xylitol (minimum concentrations) and other alditols (maximum concentrations) to ensure recovery of xylitol in efficient yield and at suitable purity for the application. applications requiring the highest quality. Threshold levels depend on the water:antisolvent ratio present in the system.

Концентрацию компонента в кристаллизационном растворе рассчитывают как % общего содержания твердых веществ, умноженный на пропорциональную концентрацию альдита в общем содержании твердых веществ.The concentration of a component in the crystallization solution is calculated as % total solids multiplied by the proportional concentration of aldite in the total solids.

На пороговое значение концентрации могут влиять следующие факторы;The following factors may influence the concentration threshold;

- предел растворимости компонента в растворителе при применяемой температуре;- solubility limit of the component in the solvent at the applied temperature;

- влияние антирастворителя (и его концентрации);- influence of the antisolvent (and its concentration);

- влияние на растворимость компонентов других растворенных веществ, которые могут либо подавлять, либо повышать их растворимость;- influence on the solubility of components of other dissolved substances, which can either suppress or increase their solubility;

- склонность другого компонента к препятствованию кристаллизации необходимого кристаллического компонента - например за счет встраивания в кристаллическую решетку необходимого компонента.- the tendency of another component to interfere with the crystallization of the desired crystalline component - for example, by embedding the required component into the crystal lattice.

Примеры пороговых пределов были определены в следующих диапазонах, то есть максимальные уровни каждого альдита в кристаллизационном растворе, при которых все еще обеспечивается эффективная очистка ксилита, когда ксилит представляет собой целевой альдит:Examples of threshold limits have been defined in the following ranges, that is, the maximum levels of each alditol in the crystallization solution that will still provide effective purification of xylitol when xylitol is the target alditol:

- в общем, наличие высоких концентраций сорбита и маннита обеспечивает проявление существенного влияния на физический характер кристаллизации ксилита. Таким образом, высокие уровни сорбита и маннита приводят к сокристаллизации сорбита и/или маннита с ксилитом, в результате чего скорость фильтрации полученной смеси может быть замедлена.- in general, the presence of high concentrations of sorbitol and mannitol provides a significant influence on the physical nature of xylitol crystallization. Thus, high levels of sorbitol and mannitol result in co-crystallization of sorbitol and/or mannitol with xylitol, which may slow down the filtration rate of the resulting mixture.

Что касается ксилита, для получения ксилита необходима концентрация ксилита по меньшей мере 20% масса/масса, более конкретно более приблизительно 42% масса/масса исходя из массы всех твердых веществ, более конкретно более 60% масса/масса в растворе для достижения лучшего выхода; (например, 80% общего содержания твердых веществ в растворе с минимальным содержанием ксилита 80% масса/масса от общего содержания твердых веществ). Дополнительно в данном варианте осуществления для ксилита концентрация арабинита составляла менее 10% масса/масса от общего содержания твердых веществ, в противном случае очистка ксилита ухудшается. Также в данном варианте осуществления для ксилита маннит характеризуется низким уровнем растворимости, в результате чего устанавливают пороговый уровень с концентрацией 10% масса/масса. При уровне более 10% масса/масса маннита, исходя из общего содержания твердых веществ наблюдается нежелательная сокристаллизация маннита с ксилитом. В одном варианте осуществления было обнаружено, что содержание маннита, составляющее 4% масса/масса или меньше, в кристаллизационном растворе обеспечивает успешную очистку ксилита. Дополнительно в данном варианте осуществления для ксилита, когда сорбит присутствует при концентрациях, которые больше или равны 15% масса/масса от общего содержания твердых веществ, то скорость кристаллизации и скорости фильтрации снижаются.With respect to xylitol, to produce xylitol, a xylitol concentration of at least 20% w/w, more specifically more than about 42% w/w based on the weight of all solids, more specifically more than 60% w/w in solution is required to achieve better yield; (e.g. 80% total solids in solution with a minimum xylitol content of 80% w/w of total solids). Additionally, in this embodiment, for xylitol, the concentration of arabinite was less than 10% w/w of the total solids content, otherwise the purification of xylitol is deteriorated. Also in this embodiment, for xylitol, mannitol has a low level of solubility, resulting in a threshold level being set at a concentration of 10% w/w. At levels greater than 10% w/w mannitol, based on total solids, undesirable cocrystallization of mannitol with xylitol occurs. In one embodiment, it has been found that a mannitol content of 4% w/w or less in the crystallization solution provides successful purification of xylitol. Additionally, in this embodiment, for xylitol, when sorbitol is present at concentrations that are greater than or equal to 15% w/w of total solids, the crystallization rate and filtration rates are reduced.

В данном варианте осуществления в отношении порогового значения ксилита ксилит составляет минимум 60% от общего содержания твердых веществ, более конкретно более 80% от общего содержания твердых веществ и после испарительного концентрирования - до минимум 75% масса/масса от общего содержания твердых веществ в растворе при от приблизительно 60 до приблизительно 70°С, при этом фактическая концентрация ксилита конкретно составляет более 60%. Если в данном варианте осуществления применяют антирастворитель фактическая концентрация ксилита составляет более 50%. Максимальные пороговые уровни других компонентов зависят от соотношения вода: антирастворитель, присутствующих в системе. Арабит присутствует в объеме менее 10% в системе 50:50 вода : этанол, поскольку более высокие концентрации данного альдита характеризуются отрицательным влиянием на кинетику и чистоту в ходе кристаллизации ксилита. Маннит присутствует в объеме менее 4% из-за сокристаллизации с ксилитом. Точные пороговые уровни могут незначительно варьироваться исходя из общего состава раствора и количества антирастворителя.In this embodiment, with respect to the xylitol threshold, xylitol is a minimum of 60% of the total solids, more specifically greater than 80% of the total solids and, after evaporative concentration, to a minimum of 75% w/w of the total solids in solution at from about 60 to about 70°C, with the actual xylitol concentration specifically being greater than 60%. If an antisolvent is used in this embodiment, the actual xylitol concentration is greater than 50%. The maximum threshold levels of other components depend on the water:antisolvent ratio present in the system. Arabitol is present at less than 10% volume in a 50:50 water:ethanol system because higher concentrations of this alditol have a negative effect on the kinetics and purity of xylitol crystallization. Mannitol is present in less than 4% volume due to cocrystallization with xylitol. The exact threshold levels may vary slightly based on the overall composition of the solution and the amount of antisolvent.

Кристаллизационный раствор для ксилита может характеризоваться общим содержанием растворенных твердых веществ, достаточно высоким для контроля кристаллизации ксилит, но достаточно низким, чтобы избежать быстрой объемной кристаллизации. В нескольких вариантах осуществления кристаллизационный раствор может характеризоваться общим содержанием растворенных твердых веществ от приблизительно 40% до приблизительно 80% масса/масса, конкретно от приблизительно 60% до приблизительно 85% масса/масса и, более конкретно, от приблизительно 70 до приблизительно 75% масса/масса.The crystallization solution for xylitol may have a total dissolved solids content high enough to control xylitol crystallization, but low enough to avoid rapid bulk crystallization. In several embodiments, the crystallization solution may have a total dissolved solids content of from about 40% to about 80% w/w, specifically from about 60% to about 85% w/w, and more particularly from about 70% to about 75% w/w /weight.

В одном варианте осуществления для кристаллизации ксилита содержание ксилита в виде % от общего содержания твердых веществ в кристаллизационном растворе составляет 50% или больше, конкретно 55% или больше, более конкретно 60% или больше. Дополнительно в данном варианте осуществления количество арабита в виде % от общего содержания твердых веществ в кристаллизационном растворе меньше или равно 10%, конкретно меньше или равно 5% и, более конкретно, меньше или равно 2%. В качестве альтернативы, в данном варианте осуществления количество маннита в виде % от общего содержания твердых веществ в кристаллизационном растворе меньше или равно 10%, конкретно меньше или равно 5% и, более конкретно, меньше или равно 2%. В качестве альтернативы, в данном варианте осуществления количество арабита в виде % от общего содержания твердых веществ в кристаллизационном растворе меньше или равно 10%, конкретно меньше или равно 5% и, более конкретно, меньше или равно 2%; и количество маннита в виде % от общего содержания твердых веществ в кристаллизационном растворе меньше или равно 10%, конкретно меньше или равно 5% и, более конкретно, меньше или равно 2%. В данном варианте осуществления раствор не включает антирастворитель. В другом варианте осуществления раствор может содержать комбинацию воды и антирастворителя, такого как этанол, конкретно от соотношения приблизительно 95:5 вода : этанол до соотношения 5:95 вода : этанол, более конкретно от соотношения приблизительно 95:5 вода : этанол до соотношения 5:95 вода : этанол.In one embodiment, for xylitol crystallization, the xylitol content as a % of total solids in the crystallization solution is 50% or more, specifically 55% or more, more particularly 60% or more. Additionally, in this embodiment, the amount of arabitol as a % of the total solids in the crystallization solution is less than or equal to 10%, specifically less than or equal to 5%, and more specifically less than or equal to 2%. Alternatively, in this embodiment, the amount of mannitol as a % of total solids in the crystallization solution is less than or equal to 10%, specifically less than or equal to 5%, and more specifically less than or equal to 2%. Alternatively, in this embodiment, the amount of arabitol as a % of the total solids in the crystallization solution is less than or equal to 10%, specifically less than or equal to 5%, and more specifically less than or equal to 2%; and the amount of mannitol as a % of the total solids in the crystallization solution is less than or equal to 10%, specifically less than or equal to 5%, and more specifically less than or equal to 2%. In this embodiment, the solution does not include an antisolvent. In another embodiment, the solution may contain a combination of water and an antisolvent such as ethanol, specifically from a ratio of about 95:5 water:ethanol to a ratio of 5:95 water:ethanol, more specifically from a ratio of about 95:5 water:ethanol to a ratio of 5: 95 water : ethanol.

В одном варианте осуществления для кристаллизации ксилита содержание ксилита в виде % от общего содержания твердых веществ в кристаллизационном растворе составляет 50% или больше, конкретно 55% или больше, более конкретно 60% или больше; и количество сорбита в виде % от общего содержания твердых веществ в кристаллизационном растворе меньше или равно 15%, конкретно меньше или равно 10% и, более конкретно, меньше или равно 5%. В данном варианте осуществления раствор не включает антирастворитель. В другом варианте осуществления раствор может содержать комбинацию воды и этанола, конкретно от соотношения приблизительно 95:5 вода: этанол до соотношения 0:1 вода: этанол.In one embodiment, for xylitol crystallization, the xylitol content as a % of total solids in the crystallization solution is 50% or more, specifically 55% or more, more particularly 60% or more; and the amount of sorbitol as a % of the total solids in the crystallization solution is less than or equal to 15%, specifically less than or equal to 10%, and more specifically less than or equal to 5%. In this embodiment, the solution does not include an antisolvent. In another embodiment, the solution may contain a combination of water and ethanol, specifically from a ratio of approximately 95:5 water:ethanol to a ratio of 0:1 water:ethanol.

В альтернативном варианте осуществления для отделения альдитов может применяться хроматография, что устраняет, таким образом, необходимость регуляции пороговых уровней на стадии кристаллизации альдита.In an alternative embodiment, chromatography can be used to separate the alditols, thereby eliminating the need to regulate threshold levels during the alditol crystallization step.

В одном варианте осуществления смешанный поток С5/С6-альдитов по меньшей мере частично разделяют с помощью хроматографии на фракцию С5-альдитов и фракцию С6-альдитов.In one embodiment, the mixed C5/C6 alditol stream is at least partially separated by chromatography into a C5 alditol fraction and a C6 alditol fraction.

В одном варианте осуществления смешанный поток С5/С6-альдитов разделяют с помощью хроматографии на фракцию С5-альдитов и фракцию С6-альдитов и целевой альдит выкристаллизовывают из фракции С5-альдитов с применением этанола и воды. Исходная жидкость, содержащая остаточные альдиты, может быть направлена в процесс гидрогенолиза для преобразования в гликоли.In one embodiment, the mixed C5/C6 alditol stream is separated by chromatography into a C5 alditol fraction and a C6 alditol fraction, and the target alditol is crystallized from the C5 alditol fraction using ethanol and water. The feed liquid containing residual alditols can be sent to the hydrogenolysis process for conversion to glycols.

В одном варианте осуществления выделение целевого альдита из смешанного потока С5/С6-альдитов посредством кристаллизации включает удаление этанола, воды или их комбинации из смешанного потока С5/С6-альдитов.In one embodiment, recovering the desired alditol from the mixed C5/C6 alditol stream by crystallization involves removing ethanol, water, or a combination thereof from the mixed C5/C6 alditol stream.

В одном варианте осуществления целевой альдит представляет собой С5-альдит или С6-альдит.In one embodiment, the target alditol is a C5 alditol or a C6 alditol.

В одном варианте осуществления целевой альдит представляет собой ксилит. В одном варианте осуществления целевой альдит представляет собой сорбит или арабит.In one embodiment, the target alditol is xylitol. In one embodiment, the target alditol is sorbitol or arabitol.

В одном варианте осуществления ксилит, полученный в результате процесса кристаллизации, содержит от приблизительно 90 до приблизительно 100% ксилита, конкретно от приблизительно 96 до приблизительно 99,99% ксилита и, более конкретно, от приблизительно 98,5 до приблизительно 99,99% ксилита. В одном варианте осуществления ксилит, полученный в результате процесса кристаллизации, содержит менее 1% других альдитов.In one embodiment, the xylitol resulting from the crystallization process contains from about 90 to about 100% xylitol, specifically from about 96 to about 99.99% xylitol, and more specifically from about 98.5 to about 99.99% xylitol . In one embodiment, the xylitol obtained from the crystallization process contains less than 1% other alditols.

Экстракция других альдитовExtraction of other aldites

После экстрагирования целевого альдита или смеси альдитов из потока альдитов оставшийся смешанный поступающий водный поток альдитов, содержащий фракцию целевого альдита, такого как ксилит, может быть обработан с разделением на фракции сорбита, арабита, маннита или их комбинации посредством промышленной хроматографии. Целевые альдитные продукты на данной стадии могут находиться либо в жидкой, либо в кристаллической форме. Необязательно целевой альдит, как правило, с чистотой от приблизительно 85% до приблизительно 95% может быть концентрирован и кристаллизован во время второй экстракции.After extracting the desired alditol or mixture of alditols from the alditol stream, the remaining mixed aqueous alditol feed stream containing a fraction of the desired alditol, such as xylitol, can be processed into fractions of sorbitol, arabitol, mannitol, or a combination thereof, by industrial chromatography. The target alditol products at this stage can be in either liquid or crystalline form. Optionally, the desired alditol, typically about 85% to about 95% pure, can be concentrated and crystallized during a second extraction.

Добавление недостающего количества альдитовAdding the missing amount of aldites

После экстракции большей части целевых альдитов (например, ксилита или сорбита) из потока альдитов оставшаяся часть С5/С6-альдитов может быть отброшена для получения оставшихся альдитов для гидрогенолиза и, следовательно, конкретного ряда гликолевых продуктов. Например, высшие С6 будут способствовать образованию изомеров пропиленгликоля и бутандиола в качестве продуктов гидрогенолиза, при этом С5-альдиты будут способствовать образованию этиленгликоля и глицерина в качестве продукта гидрогенолиза.Once most of the target alditols (eg, xylitol or sorbitol) have been extracted from the alditol stream, the remaining C5/C6 alditol can be discarded to produce the remaining alditols for hydrogenolysis and hence a particular range of glycol products. For example, higher C6s will promote the formation of propylene glycol and butanediol isomers as hydrogenolysis products, while C5 alditols will promote the formation of ethylene glycol and glycerol as hydrogenolysis products.

С помощью способов, таких как хроматография, осаждение и т.п., возможно получения отдельных фракций, обогащенных С5-альдитами и С6-альдитами. Проведение гидрогенолиза с обогащенными фракциями будет приводить к целевым гликолевым продуктам.Using methods such as chromatography, precipitation, etc., it is possible to obtain separate fractions enriched in C5-alditol and C6-alditol. Carrying out hydrogenolysis with enriched fractions will lead to the target glycol products.

Фиг. 3 представляет собой технологическую схему процесса на стадии (50) гидрогенолиза и разделения, включающей гидрогенолиз (14) и процессы разделения (15) гликолей.Fig. 3 is a process flow diagram for the hydrogenolysis and separation step (50), including hydrogenolysis (14) and glycol separation processes (15).

ГидрогенолизHydrogenolysis

Остаточные альдиты и смеси альдитов могут быть преобразованы посредством гидрогенолиза в целевые продукты гидрогенолиза, включающие гликоли и глицерин. Гидрогенолиз может быть проведен при высоких температуре и давлении в присутствии водорода.Residual alditols and mixtures of alditols can be converted by hydrogenolysis to the desired hydrogenolysis products including glycols and glycerol. Hydrogenolysis can be carried out at high temperature and pressure in the presence of hydrogen.

Иллюстративные целевые гликоли, подлежащие образованию, включают: этиленгликоль, пропиленгликоль, 1-3-пропандиол, бутанол, изомеры бутандиола (1,2 бутандиол; 1,4-бутандиол; 1,3-бутандиол и 2,3 бутандиол), а также их смеси. Глицерин может представлять собой другой целевой продукт гидрогенолиза.Exemplary target glycols to be formed include: ethylene glycol, propylene glycol, 1-3-propanediol, butanol, butanediol isomers (1,2 butanediol; 1,4-butanediol; 1,3-butanediol and 2,3 butanediol), as well as mixtures. Glycerol may be another target hydrogenolysis product.

Иллюстративные катализаторы гидрогенолиза включают катализаторы на основе переходных металлов, благородных металлов, металлические катализаторы на подложках-матрицах, составленных для водных условий и высокого рН (выше 9). Иллюстративный катализатор, описанный выше для процесса гидрогенизации, может применяться в процессе гидрогенолиза. В одном варианте осуществления катализатор гидрогенолиза представляет собой таковой на основе никеля (20-40% никеля) на подложке-матрице из диоксида циркония или диоксида титана.Exemplary hydrogenolysis catalysts include transition metal, noble metal, and metal matrix catalysts formulated for aqueous conditions and high pH (above 9). The exemplary catalyst described above for the hydrogenation process can be used in the hydrogenolysis process. In one embodiment, the hydrogenolysis catalyst is a nickel-based catalyst (20-40% nickel) supported on a zirconia or titanium dioxide matrix.

В одном варианте осуществления гидрогенолиз проводят при температуре приблизительно 240°С; давлении от приблизительно 6895 до приблизительно 13790 кПа (от приблизительно 1000 до приблизительно 2000 фунтов на кв. дюйм изб.); рН, составляющем приблизительно 10 или больше; и часовой объемной скорости жидкости (LHSV) от приблизительно 0,5 до приблизительно 3,0.In one embodiment, hydrogenolysis is carried out at a temperature of approximately 240°C; a pressure of about 6895 to about 13790 kPa (about 1000 to about 2000 psig); a pH of approximately 10 or greater; and liquid hourly space velocity (LHSV) from about 0.5 to about 3.0.

В одном варианте осуществления гидрогенолиз проводят при температуре от приблизительно 210 до приблизительно 250°С, конкретно от приблизительно 220 до приблизительно 240°С; давлении от приблизительно 6895 до приблизительно 13790 кПа (от приблизительно 1000 до приблизительно 2000 фунтов на кв. дюйм изб.), конкретно от приблизительно 8274 до приблизительно 12411 кПа (от приблизительно 1200 до приблизительно 1800 фунтов на кв. дюйм изб.); рН, составляющем от приблизительно 9,0 до приблизительно 11,0, конкретно составляющем приблизительно 10,0; и часовой объемной скорости жидкости (LHSV), составляющей от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,0, конкретно от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,5 и, более конкретно, приблизительно 1,0. Дополнительно в данном варианте осуществления применяют поступающий поток на основе от приблизительно 20 до приблизительно 25% смешанных альдитов (например, С5/С6-альдитов) в воде, в пересчете на сухую массу. Количество водорода может соответствовать стехиометрическому количеству, кратному от приблизительно 4 до приблизительно 6. Дополнительно в данном варианте осуществления применяют активатор, такой как гидроксид натрия. Преобразование С5/С6-альдита в смешанные гликоли может составлять более 70%, конкретно более 80%.In one embodiment, the hydrogenolysis is carried out at a temperature of from about 210 to about 250°C, specifically from about 220 to about 240°C; a pressure of about 6895 to about 13790 kPa (about 1000 to about 2000 psig), specifically from about 8274 to about 12411 kPa (about 1200 to about 1800 psig); a pH of from about 9.0 to about 11.0, specifically about 10.0; and a liquid hourly space velocity (LHSV) of about 0.5 to about 2.0, particularly about 0.8 to about 1.5, and more particularly about 1.0. Additionally, this embodiment uses a feed stream based on about 20 to about 25% mixed alditols (eg, C5/C6 alditols) in water, on a dry weight basis. The amount of hydrogen may be a stoichiometric multiple of about 4 to about 6. Additionally, an activator such as sodium hydroxide is used in this embodiment. The conversion of C5/C6 alditol to mixed glycols can be greater than 70%, specifically greater than 80%.

В одном варианте осуществления способ включает непрерывное осуществление гидрогенолиза остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов, характеризующегося общим содержанием твердых веществ от приблизительно 20 до приблизительно 25 масса/масса % для альдита в воде, при рН приблизительно 11, LHSV приблизительно 1,0, давлении водорода приблизительно 13790 кПа (приблизительно 2000 фунтов на кв. дюйм изб.) и температуре приблизительно 240°С в присутствии катализатора на основе никеля с образованием смешанного потока гликолей, содержащего пропиленгликоль, этиленгликоль, глицерин, изомеры бутандиола или их комбинацию.In one embodiment, the method includes continuously performing hydrogenolysis of a residual mixed C5/C6 alditol stream having a total solids content of about 20 to about 25 wt/wt% alditol in water, at a pH of about 11, LHSV of about 1.0, pressure hydrogen at approximately 13,790 kPa (approximately 2,000 psig) and a temperature of approximately 240° C. in the presence of a nickel-based catalyst to form a mixed stream of glycols containing propylene glycol, ethylene glycol, glycerin, butanediol isomers, or a combination thereof.

В одном варианте осуществления в процессе гидрогенолиза получают смешанный поток гликолей, содержащий пропиленгликоль (от приблизительно 15% до приблизительно 25%), этиленгликоль (от приблизительно 20% до приблизительно 30%), глицерин (от приблизительно 10% приблизительно 30%) и изомеры бутандиола (от приблизительно 10% до приблизительно 20%).In one embodiment, the hydrogenolysis process produces a mixed glycol stream containing propylene glycol (about 15% to about 25%), ethylene glycol (about 20% to about 30%), glycerol (about 10% to about 30%), and butanediol isomers (from about 10% to about 20%).

Поступающий поток для гидрогенолиза и полученный смешанный поток гликолей из процесса гидрогенолиза могут содержать этанол и воду. В данном случае этанол может быть добавлен в качестве сорастворителя, повышающего растворимость водорода и снижающего энергозатраты. Спирты имеют более низкую теплоту испарения, и при этом применение азеотропной смеси этанол/вода с низкой точкой кипения позволяет дополнительно снизить энергозатраты.The hydrogenolysis feed stream and the resulting mixed glycol stream from the hydrogenolysis process may contain ethanol and water. In this case, ethanol can be added as a co-solvent, increasing the solubility of hydrogen and reducing energy costs. Alcohols have a lower heat of vaporization, and the use of an ethanol/water azeotrope with a low boiling point can further reduce energy costs.

В одном варианте осуществления остаточный смешанный поток С5/С6-альдитов, применяемый в качестве поступающего потока для гидрогенолиза с целью осуществления процесса гидрогенолиза, может содержать альдит, от приблизительно 25 до приблизительно 50% этанола и от приблизительно 25 до приблизительно 50% воды.In one embodiment, the residual mixed C5/C6 alditol stream used as a hydrogenolysis feed stream to carry out the hydrogenolysis process may contain alditol, about 25 to about 50% ethanol, and about 25 to about 50% water.

В одном варианте осуществления осуществление процесса гидрогенолиза проводят с применением катализатора на основе никеля с подложкой, включающей оксид циркония, диоксид титана или их комбинацию.In one embodiment, the hydrogenolysis process is carried out using a nickel-based catalyst supported by zirconium oxide, titanium dioxide, or a combination thereof.

В одном варианте осуществления при смещении осуществления процесса гидрогенолиза ниже 90% преобразования С5/С6-альдитов в гликоли способ дополнительно включает цикл регенерации, включающий ступенчатую промывку катализатора горячей водой, щелочным раствором и этанолом для удаления средств, приводящих к обрастанию, с последующим высушиванием с применением водорода и восстановлением активации.In one embodiment, when the hydrogenolysis process is shifted below 90% conversion of C5/C6 alditols to glycols, the method further includes a regeneration cycle comprising stepwise washing of the catalyst with hot water, caustic solution and ethanol to remove fouling agents, followed by drying using hydrogen and restoration of activation.

Процессы разделения гликолейGlycol separation processes

Поток продукта из процесса гидрогенолиза, содержащий смесь гликолей и глицерина, может быть разделен на целевые продукты гидрогенолиза, включающие целевые гликолевые продукты. Иллюстративные процессы разделения включают комбинацию классической дистилляции, экстракционных способов и экстракционной и/или азеотропной дистилляции для выделения и очистки гликолей с близкими точками кипения. Целевые продукты гидрогенолиза включают этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин и изомеры бутандиола.The product stream from the hydrogenolysis process, containing a mixture of glycols and glycerol, can be separated into the desired hydrogenolysis products, including the desired glycol products. Exemplary separation processes include a combination of classical distillation, extraction methods, and extractive and/or azeotropic distillation to isolate and purify glycols with similar boiling points. Target hydrogenolysis products include ethylene glycol, propylene glycol, glycerol, and butanediol isomers.

Пропиленгликоль может быть разделен на пропиленгликоль промышленного класса и класса для фармакопеи США (USP) посредством азеотропной дистилляции. Посредством азеотропной дистилляции этиленгликоль может быть разделен на этиленгликоль промышленного класса и этиленгликоль класса для получения полиэтилентерефталатной («РЕТ») смолы. Бутандиолы могут быть концентрированы и очищены с получением отдельных 1,2-; 2,3- и 1,3-бутандиолов соответственно для промышленного применения. Глицерин может быть экстрагирован и/или повторно использован в сырье для гидропереработки на основе смешанных альдитов перед гидрогенолизом и преобразованием в пропиленгликоль и этиленгликоль.Propylene glycol can be separated into industrial grade and United States Pharmacopoeia (USP) grade propylene glycol through azeotropic distillation. Through azeotropic distillation, ethylene glycol can be separated into industrial grade ethylene glycol and grade ethylene glycol to produce polyethylene terephthalate (“PET”) resin. Butanediols can be concentrated and purified to obtain individual 1,2-; 2,3- and 1,3-butanediols, respectively, for industrial applications. Glycerol can be extracted and/or reused in mixed alditol hydroprocessing feedstocks before hydrogenolysis and conversion to propylene glycol and ethylene glycol.

В одном варианте осуществления способ образования С5/С6-альдитов и С2-С4-гликолей из полученных из биомассы смешанных потоков С5/С6-сахаров включает обеспечение разложения и осуществление гидролиза источника биомассы в щелочных, кислотных, ферментативных или кислотных и ферментативных условиях с образованием потока гидролизата биомассы, содержащего одно или более из сахарного мономера, олигомерного сахара, гемицеллюлозы, целлюлозы, солюбилизированного лигнина, и примеси, такие как не относящиеся к сахарам органические соединения, зола и неорганические загрязняющие вещества; кондиционирование потока гидролизата биомассы для удаления лигнина, не относящихся к сахарам органических соединений и неорганических загрязняющих веществ с образованием очищенного смешанного потока С5/С6-сахаров; осуществление кислотного гидролиза очищенного смешанного потока С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров; гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; выделение целевого альдита из смешанного потока С5/С6-альдитов посредством кристаллизации с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока гликолей и выделение целевого гликоля. В данном варианте осуществления обеспечение разложения и осуществление гидролиза источника биомассы проводят в щелочной среде. В данном варианте осуществления биомасса получена из пшеничной соломы. В данном варианте осуществления кондиционирование проводят с применением селективных прогрессивных мембран и обработки активированным углем. В данном варианте осуществления гидрогенизацию проводят при катализе никелем в неподвижном слое; и при этом гидрогенолиз проводят с помощью никелевого катализатора. В одном варианте осуществления целевой альдит представляет собой ксилит, а целевой гликоль представляет собой пропиленгликоль. Удаляемые неорганические загрязняющие вещества представляют собой хлориды, сульфаты, фосфаты или их комбинацию.In one embodiment, a method for producing C5/C6 alditols and C2-C4 glycols from biomass-derived mixed C5/C6 sugar streams includes causing the biomass source to decompose and hydrolyze under alkaline, acidic, enzymatic, or acidic and enzymatic conditions to form a stream a biomass hydrolyzate containing one or more of a sugar monomer, oligomeric sugar, hemicellulose, cellulose, solubilized lignin, and impurities such as non-sugar organic compounds, ash, and inorganic contaminants; conditioning the biomass hydrolyzate stream to remove lignin, non-sugar organic compounds and inorganic contaminants to form a purified mixed C5/C6 sugar stream; carrying out acid hydrolysis of the purified mixed stream of C5/C6 sugars to form a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars; hydrogenation of a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars to form a mixed stream of C5/C6 alditols; separating the target aldite from the mixed C5/C6 aldite stream by crystallization, discarding the residual mixed C5/C6 aldite stream; hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols with the formation of a mixed stream of glycols and isolation of the target glycol. In this embodiment, ensuring the decomposition and carrying out hydrolysis of the biomass source is carried out in an alkaline environment. In this embodiment, the biomass is obtained from wheat straw. In this embodiment, conditioning is carried out using selective progressive membranes and activated carbon treatment. In this embodiment, the hydrogenation is carried out under nickel catalysis in a fixed bed; and wherein hydrogenolysis is carried out using a nickel catalyst. In one embodiment, the target alditol is xylitol and the target glycol is propylene glycol. The inorganic contaminants removed are chlorides, sulfates, phosphates, or a combination thereof.

Ксилит, сорбит, другие альдиты и некоторые смеси альдитов (например, с определенными соотношениями сорбита, ксилита), полученные с помощью описанных способов, могут применяться в широком спектре применений, в том числе в применении в качестве подсластителя в продуктах питания и продуктах по уходу за полостью рта, в качестве компонента в фармацевтических препаратах и для промышленных применений. В качестве подсластителя они могут применяться сами по себе или в комбинации с другими подсластителями в кондитерских изделиях, жевательной резинке, соусах, напитках и т.п. Поскольку ксилит не является кариогенным и не влияет на уровни инсулина у людей с диабетом, он находит особое применение в пищевых продуктах. Кроме того, из-за его очень высокой отрицательной теплоты растворения употребление ксилита сопровождается ощущением охлаждения в ротовой полости потребителя. За счет данного эффекта ксилит обычно применяют в жевательной резинке для обеспечения ощущения свежести. В фармацевтических препаратах он может применяться в качестве подсластителя, вспомогательного вещества и т.п. Продукты по уходу за полостью рта могут включать зубную пасту, зубной порошок, жидкость для полоскания рта, пленки для освежения дыхания и т.п.Xylitol, sorbitol, other alditols, and certain alditol mixtures (e.g., with certain ratios of sorbitol, xylitol) produced by the methods described can be used in a wide range of applications, including use as a sweetener in food and health care products oral cavity, as a component in pharmaceutical preparations and for industrial applications. As a sweetener, they can be used alone or in combination with other sweeteners in confectionery, chewing gum, sauces, beverages and the like. Because xylitol is non-cariogenic and does not affect insulin levels in people with diabetes, it has particular uses in foods. In addition, due to its very high negative heat of solution, the use of xylitol is accompanied by a cooling sensation in the consumer's mouth. Due to this effect, xylitol is commonly used in chewing gum to provide a feeling of freshness. In pharmaceutical preparations, it can be used as a sweetener, excipient, etc. Oral care products may include toothpaste, tooth powder, mouthwash, breath films, and the like.

Альдиты также находят применение в различных промышленных применениях, в том числе в получении смол и поверхностно-активных веществ, в применении в качестве пластификатора для ряда полимеров и т.п.Alditols also find use in a variety of industrial applications, including the preparation of resins and surfactants, use as a plasticizer for a number of polymers, and the like.

Целевые гликоли, полученные с помощью описанных способов, включают пропиленгликоль для широкого промышленного применения, а также для отраслей косметических пищевых продуктов; этиленгликоль, предназначенный для получения смол класса качества для получения емкостей из полиэтилентерефталата (PET), и изомеры бутандиола для фармацевтических предшественников и смол с дополнительными положительными характеристиками.Target glycols produced using the described methods include propylene glycol for wide industrial applications as well as for the cosmetic food industries; ethylene glycol, intended to produce quality grade resins for the production of polyethylene terephthalate (PET) containers, and butanediol isomers for pharmaceutical precursors and resins with additional positive characteristics.

Волокнистая масса из процессов разложения биомассы может применяться для получения древесноволокнистой плиты, благородной бумаги и/или для других областей применения волокнистой массы с замещением традиционных волокнистых масс из твердой древесины и мягкой древесины.Pulps from biomass decomposition processes can be used to produce fibreboard, fine paper and/or other pulp applications to replace traditional hardwood and softwood pulps.

Выделенные фракции лигнина могут применяться для конкретного промышленного применения, в том числе для получения лигносульфонатов, получения смол и т.п., или для применения в качестве топлива с низким содержанием серы.The isolated lignin fractions can be used for specific industrial applications, including the production of lignosulfonates, the production of resins, etc., or for use as low-sulfur fuels.

В одном варианте осуществления способ включает обеспечение разложения древесины тополя, жмыха или их комбинации с применением кислотных условий с образованием смешанного потока С5/С6-сахаров; отбор целевого альдита или целевой смеси альдитов; кондиционирование смешанного потока С5/С6-сахаров для удаления лигнина, органических примесей и неорганических примесей; осуществление гидролиза смешанного потока С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров; непрерывную гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; выделение целевого альдита или целевой смеси альдитов из смешанного потока С5/С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; непрерывный гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и выделение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляют либо целевой альдит/целевая смесь альдитов, либо целевой гликоль/целевая смесь гликолей; при этом целевой альдит представляет собой ксилит, а целевой гликоль представляет собой пропиленгликоль или их комбинацию; и при этом ксилит выделен путем кристаллизации необязательно с помощью антирастворителя, представляющего собой этанол или изопропанол.In one embodiment, the method includes causing the decomposition of poplar wood, bagasse, or a combination thereof using acidic conditions to produce a mixed stream of C5/C6 sugars; selecting a target aldite or a target mixture of aldites; conditioning the mixed stream of C5/C6 sugars to remove lignin, organic impurities and inorganic impurities; hydrolysis of a mixed stream of C5/C6 sugars to form a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars; continuous hydrogenation of a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars to form a mixed stream of C5/C6 alditols; separating the target aldite or target alditol mixture from the mixed C5/C6 alditol stream, discarding the residual mixed C5/C6 alditol stream; continuous hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product is either the target alditol/target alditol mixture or the target glycol/target glycol mixture; wherein the target alditol is xylitol and the target glycol is propylene glycol or a combination thereof; and wherein the xylitol is isolated by crystallization, optionally using an antisolvent of ethanol or isopropanol.

В другом варианте осуществления способ включает непрерывную гидрогенизацию смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С5/С6-альдитов; выделение ксилита из смешанного потока С5/С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов; непрерывный гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5/С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и выделение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляют либо ксилит, либо целевой гликоль или целевая смесь гликолей.In another embodiment, the method comprises continuously hydrogenating a mixed stream of C5/C6 monomeric sugars to form a mixed stream of C5/C6 alditols; separating xylitol from the mixed C5/C6 alditol stream and discarding the residual mixed C5/C6 alditol stream; continuous hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5/C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product consists of either xylitol or the target glycol or the target mixture of glycols.

В одном варианте осуществления способ включает выделение целевого мономерного С5/С6-сахара или целевой смеси мономерных С5/С6-сахаров из смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием остаточного смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров; непрерывный гидрогенолиз остаточного смешанного потока мономерных С5/С6-сахаров с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; и выделение целевого гликоля или целевой смеси гликолей из смешанного потока С2-С4-гликолей; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта составляет либо целевой мономерный С5/С6-сахар/целевая смесь мономерных С5/С6-сахаров, либо целевой гликоль/целевая смесь гликолей. В данном варианте осуществления целевой мономерный С5/С6-сахар может представлять собой ксилозу.In one embodiment, the method includes isolating a target monomeric C5/C6 sugar or a target mixture of monomeric C5/C6 sugars from a mixed stream of monomeric C5/C6 sugars to form a residual mixed stream of monomeric C5/C6 sugars; continuous hydrogenolysis of the residual mixed stream of monomeric C5/C6 sugars to form a mixed stream of C2-C4 glycols; and isolating the target glycol or target mixture of glycols from the mixed stream of C2-C4 glycols; wherein at least 10% of the total yield of the target product is either the target monomeric C5/C6 sugar/target mixture of monomeric C5/C6 sugars or the target glycol/target mixture of glycols. In this embodiment, the target monomeric C5/C6 sugar may be xylose.

В другом варианте осуществления способ включает отбор по меньшей мере двух целевых продуктов исходя из источника сырья на основе биомассы; преобразование сырья на основе биомассы в по меньшей мере два целевых продукта, при этом по меньшей мере 10% от общего выхода целевого продукта составляет один из по меньшей мере двух целевых продуктов; и при необходимости поддержания общего выхода целевого продукта осуществление модификации отбора по меньшей мере двух целевых продуктов, если имеет место изменение источника сырья на основе биомассы; при этом один из по меньшей мере двух целевых продуктов представляет собой целевой С2-С4-гликоль или целевую смесь С2-С4-гликолей; и при этом остальная часть по меньшей мере двух целевых продуктов представляет собой целевой [С5/С6]-альдит, целевую смесь [С5/С6]-альдитов, целевой [С5/С6]-мономерный сахар, смесь целевых [С5/С6]-мономерных сахаров или их комбинацию; и при этом технологическую обработку проводят не более чем два или три раза в отношении любого одного сырьевого потока, где технологическая обработка представляет собой гидрогенизацию, гидрогенолиз, процесс разложения биомассы или процесс выделения; и сырьевой поток представляет собой поток сырья на основе биомассы, поток гидролизата, поток мономерных сахаров, поток альдитов, поток гликолей или их комбинацию. В данном варианте осуществления по меньшей мере одна стадия в способе может быть проведена в непрерывном режиме. Дополнительно в данном варианте осуществления способ может быть осуществлен на одном производственном объекте или на одной производственной линии.In another embodiment, the method includes selecting at least two target products based on a biomass-based feedstock source; converting the biomass feedstock into at least two target products, wherein at least 10% of the total yield of the target product is one of the at least two target products; and, if necessary, maintaining the overall yield of the target product, modifying the selection of at least two target products if there is a change in the source of biomass-based raw materials; wherein one of the at least two target products is a target C2-C4 glycol or a target mixture of C2-C4 glycols; and wherein the remainder of the at least two target products is a target [C5/C6]-alditol, a target [C5/C6]-alditol mixture, a target [C5/C6]-monomeric sugar, a target [C5/C6]- mixture monomeric sugars or a combination thereof; and wherein the processing is carried out no more than two or three times with respect to any one feed stream, where the processing is hydrogenation, hydrogenolysis, a biomass decomposition process or a separation process; and the feed stream is a biomass feed stream, a hydrolyzate stream, a monomeric sugar stream, an alditol stream, a glycol stream, or a combination thereof. In this embodiment, at least one step in the method can be carried out in a continuous manner. Additionally, in this embodiment, the method can be carried out in a single production facility or on a single production line.

В одном варианте осуществления способ включает отбор по меньшей мере двух целевых продуктов исходя из источника потока гидролизата; преобразование потока гидролизата в по меньшей мере два целевых продукта, при этом по меньшей мере 10% от общего выхода целевого продукта составляет один из по меньшей мере двух целевых продуктов; и при необходимости поддержания общего выхода целевого продукта осуществление модификации отбора по меньшей мере двух целевых продуктов, если имеет место изменение потока гидролизата; при этом один из по меньшей мере двух целевых продуктов представляет собой целевой С2-С4-гликоль или целевую смесь С2-С4-гликолей; и при этом остальная часть по меньшей мере двух целевых продуктов представляет собой целевой [С5/С6]-альдит, целевую смесь [С5/С6]-альдитов, целевой [С5/С6]-мономерный сахар, смесь целевых [С5/С6]-мономерных сахаров или их комбинацию; и при этом технологическую обработку проводят не более чем два или три раза в отношении любого одного сырьевого потока, где технологическая обработка представляет собой гидрогенизацию, гидрогенолиз или процесс выделения; и сырьевой поток представляет собой поток гидролизата, поток мономерных сахаров, поток альдитов, поток гликолей или их комбинацию. В данном варианте осуществления по меньшей мере одна стадия в способе может быть проведена в непрерывном режиме. Дополнительно в данном варианте осуществления способ может быть осуществлен на одном производственном объекте или на одной производственной линии.In one embodiment, the method includes selecting at least two target products based on the source of the hydrolyzate stream; converting the hydrolyzate stream into at least two target products, wherein at least 10% of the total yield of the target product is one of the at least two target products; and, if necessary, maintaining the overall yield of the target product, modifying the selection of at least two target products if there is a change in the hydrolyzate flow; wherein one of the at least two target products is a target C2-C4 glycol or a target mixture of C2-C4 glycols; and wherein the remainder of the at least two target products is a target [C5/C6]-alditol, a target [C5/C6]-alditol mixture, a target [C5/C6]-monomeric sugar, a target [C5/C6]- mixture monomeric sugars or a combination thereof; and wherein the processing is carried out no more than two or three times with respect to any one feed stream, where the processing is a hydrogenation, hydrogenolysis or isolation process; and the feed stream is a hydrolyzate stream, a monomer sugar stream, an alditol stream, a glycol stream, or a combination thereof. In this embodiment, at least one step in the method can be carried out in a continuous manner. Additionally, in this embodiment, the method can be carried out in a single production facility or on a single production line.

В другом варианте осуществления способ включает отбор по меньшей мере двух целевых продуктов исходя из источника смешанного потока мономерных сахаров; преобразование смешанного потока мономерных сахаров в по меньшей мере два целевых продукта, при этом по меньшей мере 10% от общего выхода целевого продукта составляет один из по меньшей мере двух целевых продуктов; и при необходимости поддержания общего выхода целевого продукта осуществление модификации отбора по меньшей мере двух целевых продуктов, если имеет место изменение смешанного потока мономерных сахаров; при этом один из по меньшей мере двух целевых продуктов представляет собой целевой С2-С4-гликоль или целевую смесь С2-С4-гликолей; и при этом остальная часть по меньшей мере двух целевых продуктов представляет собой целевой [С5/С6]-альдит, целевую смесь [С5/С6]-альдитов, целевой [С5/С6]-мономерный сахар, смесь целевых [С5/С6]-мономерных сахаров или их комбинацию; и при этом технологическую обработку проводят не более чем два или три раза в отношении любого одного сырьевого потока, где технологическая обработка представляет собой гидрогенизацию, гидрогенолиз или процесс выделения; и сырьевой поток представляет собой поток мономерных сахаров, поток альдитов, поток гликолей или их комбинацию. В данном варианте осуществления по меньшей мере одна стадия в способе может быть проведена в непрерывном режиме. Дополнительно в данном варианте осуществления способ может быть осуществлен на одном производственном объекте или на одной производственной линии.In another embodiment, the method includes selecting at least two target products from a source of a mixed stream of monomeric sugars; converting the mixed stream of monomeric sugars into at least two target products, wherein at least 10% of the total yield of the target product is one of the at least two target products; and, if necessary, maintaining the overall yield of the target product, modifying the selection of at least two target products if there is a change in the mixed flow of monomeric sugars; wherein one of the at least two target products is a target C2-C4 glycol or a target mixture of C2-C4 glycols; and wherein the remainder of the at least two target products is a target [C5/C6]-alditol, a target [C5/C6]-alditol mixture, a target [C5/C6]-monomeric sugar, a target [C5/C6]- mixture monomeric sugars or a combination thereof; and wherein the processing is carried out no more than two or three times with respect to any one feed stream, where the processing is a hydrogenation, hydrogenolysis or isolation process; and the feed stream is a monomer sugar stream, an alditol stream, a glycol stream, or a combination thereof. In this embodiment, at least one step in the method can be carried out in a continuous manner. Additionally, in this embodiment, the method can be carried out in a single production facility or on a single production line.

Отличительные признаки и преимущества будут более полно показаны с помощью следующих примеров, которые приведены с целью иллюстрации и не должны быть истолкованы как ограничивающие изобретение каким-либо образом.The features and advantages will be more fully illustrated by the following examples, which are provided for purposes of illustration and should not be construed as limiting the invention in any way.

ПРИМЕРЫ Пример 1.EXAMPLES Example 1.

Целлюлоза и небольшие фракции суспендированного лигнина не растворяются в щелочном растворе волокнистой массы, и при этом высокомолекулярная гемицеллюлоза может быть экстрагирована с помощью целлюлозы для повышения выхода волокнистой массы. Технологические условия превращения в волокнистую массу могут обеспечить снижение молекулярной массы гемицеллюлозы, что способствует более высокой степени извлечения гемицеллюлозы из раствора и, следовательно, более высокому выходу С5/С6-сахаров. Гемицеллюлоза пшеничной соломы характеризуется типичным соотношением ксилан:глюкан, составляющим примерно 75:25. Поэтому, если удалить всю целлюлозу (С6), то наивысший выход С5-сахаров (ксилозы/арабинозы) в целом может составлять 75% ксилозы/арабинозы из фракции гемицеллюлозы. Если всю целлюлозу пшеничной соломы преобразовывали в С6-сахара и в данном случае гемицеллюлозу пшеничной соломы преобразовывали в С5- и С6-сахара, то С6-сахаров максимум в 2,19 раза больше С5-сахаров. Если все сахара (из целлюлозы и гемицеллюлозы) преобразовывали в мономеры, то С5 могут составлять максимум примерно 31% от общего содержания сахаров из целлюлозы и гемицеллюлозы. Если все С6 целлюлозы удаляют, то максимальная концентрация С5-сахаров из фракции гемицеллюлозы может составлять только 75%. Таким образом, существует возможность определить в качестве цели конкретные С5-С6-сахара и соотношения и создать соответствующие условия для волокнистой массы, а также других предварительных обработок с целью способствования а) конкретным сахарам и сахарам для гидропереработки и b) регуляции уровней С5 посредством извлечения волокнистой массы С6 (целлюлозы).Cellulose and small fractions of suspended lignin do not dissolve in the alkaline pulp solution, and high molecular weight hemicellulose can be extracted with cellulose to increase pulp yield. Process conditions for pulping can result in a reduction in the molecular weight of hemicellulose, which contributes to a higher degree of extraction of hemicellulose from solution and, consequently, a higher yield of C5/C6 sugars. Wheat straw hemicellulose has a typical xylan:glucan ratio of approximately 75:25. Therefore, if all cellulose (C6) is removed, the highest yield of C5 sugars (xylose/arabinose) overall may be 75% xylose/arabinose from the hemicellulose fraction. If all the wheat straw cellulose was converted to C6 sugars, and in this case the wheat straw hemicellulose was converted to C5 and C6 sugars, then the C6 sugars were at most 2.19 times more C5 sugars. If all the sugars (from cellulose and hemicellulose) were converted to monomers, then C5 could account for a maximum of about 31% of the total sugars from cellulose and hemicellulose. If all C6 celluloses are removed, the maximum concentration of C5 sugars from the hemicellulose fraction can only be 75%. Thus, it is possible to target specific C5-C6 sugars and ratios and create appropriate conditions for fiber pulp as well as other pre-treatments to promote a) specific sugars and hydroprocessing sugars and b) regulation of C5 levels through fiber recovery masses of C6 (cellulose).

Пример 2. Гидрогенизация С5/С6-сахаровExample 2. Hydrogenation of C5/C6 sugars

Ксилозу и арабинозу (С5-сахара) и сопутствующее сырье на основе гексозных С6-сахаров (глюкоза, галактоза, манноза и фруктоза) гидрогенизируют при концентрации сухой массы сахара в воде 20-25%, при рН 10-12, при 125-150°С и при 12411-13790 кПа (1800-2000 фунтов на кв. дюйм изб.) с рядом запатентованных катализаторов. Часовая объемная скорость жидкости (LHSV) составляет 0,4-1,5 в стехиометрический избытке водорода, составляющем 4-6. Общее преобразование составляет 99% сахаров в альдиты. Побочные продукты включают непрореагировавшие альдозы и, возможно, в качестве альтернативы, изомеры С5- или С6-альдитов. В таблицах 2-А, 2-В и 2-С приведен ряд гидрогенизаций при различных условиях и катализаторах, иллюстрирующих условия получения альдитов.Xylose and arabinose (C5 sugars) and related raw materials based on hexose C6 sugars (glucose, galactose, mannose and fructose) are hydrogenated at a concentration of dry mass of sugar in water of 20-25%, at pH 10-12, at 125-150° C and at 12411-13790 kPa (1800-2000 psig) with a range of proprietary catalysts. The liquid hourly space velocity (LHSV) is 0.4-1.5 in a stoichiometric excess of hydrogen of 4-6. The overall conversion is 99% of sugars to alditols. By-products include unreacted aldoses and possibly, alternatively, isomers of C5 or C6 alditols. Tables 2-A, 2-B and 2-C show a series of hydrogenations under various conditions and catalysts illustrating the conditions for the preparation of alditols.

При совместном получении С5- и С6-альдитов с целевыми альдитами осуществляют фракционирование и очистку до материалов для промышленных целей и/или пищевого назначения, а другие не относящийся к целевым альдиты направляют на гидрогенолиз для получения гликолей. Частичное извлечение целевых альдитов, таких как ксилит или сорбит, причем не требующее высокой производительности, порядка действий для высокой степени извлечения-разделения (например, более 75-90% для ксилита или сорбита), существенно снижает суммарные затраты на процессы разделения альдитов и при этом обеспечивает оптимизацию общего выхода альдитов и гликолей. Таким образом, совместное производство альдитов и гликолей способствует сниженным суммарным затратам и более высокому выходу. В таблицах 2-В и 2-С проиллюстрированы основные сведения о гидрогенизации при получении ксилозы и преобразовании ксилозы в ксилит с использованием губчатого металлического катализатора с содержанием никеля от приблизительно 50 до приблизительно 80%.When C5- and C6-alditols are produced together with target alditols, fractionation and purification to materials for industrial purposes and/or food use are carried out, and other alditols not related to the target alditol are sent for hydrogenolysis to produce glycols. Partial recovery of target alditols, such as xylitol or sorbitol, without requiring high throughput procedures for high recovery-separation rates (for example, more than 75-90% for xylitol or sorbitol), significantly reduces the total costs of alditol separation processes and at the same time provides optimization of the overall yield of alditols and glycols. Thus, the coproduction of alditols and glycols results in lower overall costs and higher yields. Tables 2-B and 2-C illustrate the basics of xylose production hydrogenation and conversion of xylose to xylitol using a sponge metal catalyst containing about 50 to about 80% nickel.

Вкратце, при получении альдитов имеют место два основных продукта, представляющих интерес (как обсуждалось выше, например, сорбит и ксилит). Основной целью получения смешанных альдитов (с удаленными целевыми альдитами или без них) является получение сырья С5/С6 для гидрогенолиза. Таким образом, смешанные альдиты после гидрогенизации могут представлять собой источник для конкретных альдитов (таких как маннит или арабит) или альдитов для гидрогенолиза с целью получения высокотоварных гликолей.Briefly, when preparing alditols there are two main products of interest (as discussed above, for example, sorbitol and xylitol). The main purpose of producing mixed alditols (with or without the target alditols removed) is to obtain C5/C6 feedstock for hydrogenolysis. Thus, mixed alditols after hydrogenation can provide a source for specific alditols (such as mannitol or arabitol) or alditols for hydrogenolysis to produce high-value glycols.

Пример 3. Избирательное концентрирование С5-альдитов посредством элементарных операцийExample 3: Selective concentration of C5-alditols by elementary operations

При гидрогенизации С5/С6-сахаров С5/С6-сахара, как правило, независимо от соотношения С5/С6 или вариабельности изомеров различных С5/С6-альдитов, будут приводить к 97-99% преобразованию сахарных альдоз в соответствующие альдиты. Отклонение альдитов может немного изменить изомерные составы, но общее преобразование должно быть постоянным и высоким.When hydrogenating C5/C6 sugars, C5/C6 sugars will generally, regardless of the C5/C6 ratio or isomer variability of the various C5/C6 alditols, result in a 97-99% conversion of sugar aldoses to the corresponding alditols. Alditol rejection may change the isomeric compositions slightly, but the overall conversion should be constant and high.

Если, например, ксилит представляет собой целевой альдит, то могут быть возможны несколько параметров способа для концентрирования ксилита и последующей дополнительной очистки до жидкого или кристаллизованного продукта. Сначала, в случае более низких концентраций ксилита, например, менее 30% ксилита от всех С5/С6-альдитов, может использоваться классическая и/или недавно разработанная промышленная хроматография, в которой предусмотрена технология с псевдодвижущимся слоем (SMB). В зависимости от конфигурации системы, типов смолы, линии элюирования и рециркуляционной лини концентрация может смещаться от 30% до 50%, до 70%. В настоящее время в других способах из уровня техники хроматографическое разделение полностью сосредоточено на обеспечении максимального извлечения целевого материала и концентрировании материалов. Данный двойной критерий высоких скоростей удаления и высокой чистоты извлеченных фракций является затруднительным с точки зрения операций и затрат. Необходимо большее количество оборудования, более высокие скорости рециркуляции, высокие степени разбавления и т.д. Таким образом, извлеченные на 20-40% с более высокой степенью чистоты считается приемлемым. Цель заключается в очистке и концентрировании фракции целевых альдитов, но без необходимости полного извлечения. Последующее получение гликолей после гидрогенолиза обеспечивает окончательный сопряженный продукт с дополнительными положительными характеристиками для целевых альдитов. Дополнительно за счет преобразования с изменение физического состояния из нелетучих альдитов, которые трудно отделяются, в летучие гликоли, которые могут быть легко отделены путем дистилляции, общие суммарные затраты на разделение альдитов и гликолей ниже. Подобным образом, сорбит или маннит (С6-альдиты) могут представлять собой целевые в качестве основного продукта, представляющего собой альдит.If, for example, xylitol is the target alditol, then several process parameters may be possible for concentrating the xylitol and subsequent further purification to a liquid or crystallized product. Initially, in the case of lower concentrations of xylitol, for example less than 30% xylitol of all C5/C6 alditols, classical and/or newly developed industrial chromatography, which includes pseudo-moving bed (SMB) technology, can be used. Depending on the system configuration, resin types, elution line and recirculation line, the concentration can shift from 30% to 50% to 70%. Currently, other prior art methods focus chromatographic separation entirely on ensuring maximum recovery of the target material and concentrating the materials. This dual criterion of high removal rates and high purity of recovered fractions is challenging from an operational and cost perspective. More equipment is needed, higher recirculation rates, higher dilution rates, etc. Thus, 20-40% recovered at a higher purity is considered acceptable. The goal is to purify and concentrate a fraction of the target alditols, but without the need for complete extraction. The subsequent production of glycols after hydrogenolysis provides a final conjugated product with additional positive characteristics for the target alditols. Additionally, by converting the physical state from non-volatile alditols, which are difficult to separate, to volatile glycols, which can be easily separated by distillation, the overall total cost of separating alditols and glycols is lower. Likewise, sorbitol or mannitol (C6-alditol) may be targeted as the main alditol product.

В таблице 3 приведены несколько альтернативных смол и конфигурации SMB-систем, а также полученные концентрации ксилита и сорбита из соответствующих смесей альдитов.Table 3 lists several alternative resins and configurations of SMB systems, as well as the resulting concentrations of xylitol and sorbitol from the corresponding alditol mixtures.

Пример 4. Концентрирование и кристаллизация альдитовExample 4. Concentration and crystallization of alditols

Альдиты (ксилит, арабинит, сорбит, маннит и другие эпимерные альдиты) характеризуются максимальной концентрацией твердых веществ в воде после гидрогенизации, составляющей 25%. Данная смесь может быть дополнительно концентрирована с помощью хроматографии с псевдодвижущимся слоем с применением смол, выбранных для удерживания С6-альдитов и концентрирования С5 в пермеате и/или получения альдита при 25%, и посредством обратного осмоса или других методик удаления воды и/или путем избирательного преобразования, например, арабинита в ксилит. Более высокие концентрации альдитов с более высокой долей ксилита в процентах могут быть кристаллизованы с добавлением антирастворителей (например, этанола) или без него для облегчения кристаллизации.Alditols (xylitol, arabinite, sorbitol, mannitol and other epimeric alditols) are characterized by a maximum solids concentration in water after hydrogenation of 25%. This mixture may be further concentrated by pseudo-moving bed chromatography using resins selected to retain the C6 alditols and concentrate the C5 in the permeate and/or produce alditol at 25%, and by reverse osmosis or other water removal techniques and/or by selective converting, for example, arabinite to xylitol. Higher concentrations of alditols with higher percentages of xylitol can be crystallized with or without the addition of antisolvents (such as ethanol) to facilitate crystallization.

Отдельные альдиты характеризуются различными степенями растворимости в воде, при этом сорбит и арабит характеризуются наивысшими значения растворимости, затем следует ксилит и затем маннит при заданной температуре. Дополнительная растворимость обусловлена антирастворителями, такими как смеси этанол/вода, применяемыми для повышения растворимости альдитов. Чем выше концентрация этанола, тем ниже растворимость альдита. Комбинация различий растворимости и возможного применения этанола на стадиях экстракции и кристаллизации позволяет регулировать выделение продукта.Individual alditols have varying degrees of solubility in water, with sorbitol and arabitol having the highest solubility values, followed by xylitol and then mannitol at a given temperature. Additional solubility is due to antisolvents such as ethanol/water mixtures used to increase the solubility of alditols. The higher the ethanol concentration, the lower the solubility of aldite. The combination of solubility differences and the possible use of ethanol in the extraction and crystallization steps allows for controlled product recovery.

В таблице 4-А приведено влияние концентрации ксилита на кристаллизацию ксилита. В таблице 4-В приведено влияние объема растворителя на основе этанола/воды на кристаллизацию ксилита.Table 4-A shows the effect of xylitol concentration on xylitol crystallization. Table 4-B shows the effect of ethanol/water solvent volume on xylitol crystallization.

Комбинация получения ряда конкретных С5/С6-альдитов (ксилита или сорбита) из соответствующего смешанного сырья на основе С5/С6-альдоз (ксилита, арабита, маннита, галактит, сорбита) предусматривает объединенное ступенчатое применение водорастворимости в зависимости от соотношения вода/этанол для комбинации альдоз, например, с применением хроматографии для концентрирования ксилита или других альдитов до подходящих уровней с целью экстракции фракции высокой степени чистоты. Такая более чистая фракция, в свою очередь, может быть подвергнута перекристаллизации для получения ряда с более высокими значениями степени чистоты (например, более 98%).The combination of producing a number of specific C5/C6 alditols (xylitol or sorbitol) from the corresponding mixed raw materials based on C5/C6 aldoses (xylitol, arabitol, mannitol, galactitol, sorbitol) involves the combined stepwise application of water solubility depending on the water/ethanol ratio for the combination aldoses, for example, using chromatography to concentrate xylitol or other alditols to suitable levels to extract a high purity fraction. This purer fraction can in turn be recrystallized to produce a series with higher purities (eg greater than 98%).

Вкратце, целевые альдиты могут быть удалены с частью не относящихся к целевым альдитов, применяемых для гидрогенолиза.Briefly, the target alditols can be removed with a portion of the non-target alditols used for hydrogenolysis.

Пример 5. Гидрогенолиз альдитов с получением гликолейExample 5. Hydrogenolysis of alditols to produce glycols

В таблица 5-А проиллюстрировано характерное преобразование смешанных альдитов в гликоли посредством гидрогенолиза. Обратите внимание на таблицу, в которой, например, С5-ксилит обеспечивает получение большего количества этиленгликоля (EG) (26%), чем соответствующий поступающий поток С6-сорбита для EG (13%). Учитывая, что «зеленый EG», применяемый для возобновляемых устойчивых РЕТ-бутылок, является предпочтительным на рынке по сравнению с традиционным не зеленым EG, проиллюстрирована трансформируемость способа, разработанного в настоящем документе. Сосредоточение на пропиленгликоле (PG) может смещаться к более высокому соотношению С6/С5. Полученные гликоли PG, EG, GLY (глицерин) и BD (изомеры бутандиола) могут быть отделены с помощью классической дистилляции и/или экстракционной и азеотропной дистилляции.Table 5-A illustrates the typical conversion of mixed alditols to glycols via hydrogenolysis. Note in the table that, for example, C5-xylitol produces more ethylene glycol (EG) (26%) than the corresponding C6-sorbitol input for EG (13%). Considering that "green EG" used for renewable sustainable PET bottles is preferred in the market over traditional non-green EG, the transformability of the method developed herein is illustrated. The focus on propylene glycol (PG) may shift to a higher C6/C5 ratio. The resulting glycols PG, EG, GLY (glycerol) and BD (butanediol isomers) can be separated using classical distillation and/or extractive and azeotropic distillation.

Пример 6. Влияние сорбита и маннита на очистку ксилитаExample 6. Effect of sorbitol and mannitol on xylitol purification

Модельные смеси систем кристаллизационных растворов, содержащие различные количества ксилита, маннита, сорбита и других сахаров, получали путем растворения смесей альдитов и альдоз в воде при 85°С с получением раствора с общим содержанием твердых веществ в % масса/масса, как указано в таблице 6. Затем каждый раствор добавляли в кристаллизационный сосуд при 5°С. Контролировали температуру содержимого сосуда. При 30°С добавляли кристалл-затравку ксилита (3 г) вместе с 100 мл этанола (95%). Твердый ксилит удаляли с помощью фильтрации через 1 час после добавления кристалла-затравки. Данные в таблице 6 демонстрируют влияние концентрации сорбита и маннита на очистку ксилита в модельных системах.Model mixtures of crystallization solution systems containing varying amounts of xylitol, mannitol, sorbitol and other sugars were prepared by dissolving mixtures of alditols and aldoses in water at 85°C to obtain a solution with a total solids content of % w/w as given in Table 6 Each solution was then added to the crystallization vessel at 5°C. The temperature of the contents of the vessel was controlled. At 30°C, a xylitol seed crystal (3 g) was added along with 100 ml ethanol (95%). Solid xylitol was removed by filtration 1 hour after the addition of the seed crystal. The data in Table 6 demonstrates the effect of sorbitol and mannitol concentrations on xylitol purification in model systems.

Маннит характеризуется низким уровнем растворимости. Как показано с помощью данных из таблицы 6, при концентрациях маннита >10% наблюдается нежелательная сокристаллизация маннита с ксилитом. Когда содержание маннита составляло 4% масса/масса или меньше в кристаллизационном растворе, достигалась успешная очистка ксилита.Mannitol is characterized by a low level of solubility. As shown by the data in Table 6, at mannitol concentrations >10%, undesirable cocrystallization of mannitol with xylitol occurs. When the mannitol content was 4% w/w or less in the crystallization solution, successful purification of xylitol was achieved.

С помощью данных из таблицы 6 также показано, что концентрации сорбита >15% обуславливают снижение значений скорости кристаллизации ксилита, и при этом значения скорости фильтрации также снижаются.The data from Table 6 also shows that sorbitol concentrations >15% cause a decrease in xylitol crystallization rates, and at the same time, filtration rates also decrease.

В то время как изобретение было описано со ссылкой на примерный вариант осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть внесены различные изменения, и элементы могут быть заменены их эквивалентами без отхода от объема настоящего изобретения. В дополнение, многие модификации могут быть сделаны для адаптации конкретной ситуации или материала к идеям изобретения без отступления от его основного объема. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, описанным как лучший из предполагаемых вариантов осуществления этого изобретения, но что изобретение будет включать все варианты осуществления, попадающие в объем прилагаемой формулы изобретения.While the invention has been described with reference to an exemplary embodiment, those skilled in the art will appreciate that various changes may be made and elements may be replaced by their equivalents without departing from the scope of the present invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from its essential scope. Thus, it is intended that the present invention is not limited to the particular embodiment described as the best contemplated embodiment of this invention, but that the invention will include all embodiments falling within the scope of the appended claims.

Claims (16)

1. Способ получения по меньшей мере двух целевых продуктов - целевых альдитов и целевых гликолей в качестве сопряженных продуктов, включающий:1. A method for obtaining at least two target products - target alditols and target glycols as conjugated products, including: обеспечение смешанного потока мономерных сахаров С5 и С6, полученного из разложенного сырья на основе растительной биомассы;providing a mixed stream of monomeric sugars C5 and C6 obtained from decomposed raw materials based on plant biomass; непрерывную гидрогенизацию смешанного потока С5 и С6 мономерных сахаров с образованием смешанного потока С5 и С6-альдитов;continuous hydrogenation of a mixed stream of C5 and C6 monomer sugars to form a mixed stream of C5 and C6 alditols; выделение первого целевого продукта - целевого альдита или целевой смеси альдитов, из смешанного потока С5 и С6-альдитов с отбрасыванием остаточного смешанного потока С5 и С6-альдитов;separating the first target product - the target aldite or the target mixture of aldites, from the mixed stream of C5 and C6 aldites with discarding the residual mixed stream of C5 and C6 aldites; непрерывный гидрогенолиз остаточного смешанного потока С5 и С6-альдитов с образованием смешанного потока С2-С4-гликолей; иcontinuous hydrogenolysis of the residual mixed stream of C5 and C6 alditols to form a mixed stream of C2-C4 glycols; And выделение второго целевого продукта - целевого гликоля или целевой смеси гликолей, из смешанного потока С2-С4-гликолей;isolating the second target product - the target glycol or the target mixture of glycols, from the mixed stream of C2-C4 glycols; при этом по меньшей мере 10% общего выхода целевого продукта представляет собой либо целевой альдит / целевую смесь альдитов, либо целевой гликоль / целевую смесь гликолей, иwherein at least 10% of the total yield of the target product is either target alditol/target alditol mixture or target glycol/target glycol mixture, and при этом первый целевой продукт выделяют кристаллизацией.the first target product is isolated by crystallization. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешанный поток мономерных сахаров С5 и С6 обогащен мономерным С5 сахаром, необязательно путем добавления источника мономера С5 к смешанному потоку мономерных сахаров С5 и С6.2. The method of claim 1, wherein the mixed stream of C5 and C6 monomer sugars is enriched with C5 monomer sugar, optionally by adding a source of C5 monomer to the mixed stream of C5 and C6 monomer sugars. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешанный поток мономерных сахаров С5 и С6 обогащен мономерным сахаром С6, необязательно путем добавления источника мономера С6 к смешанному потоку мономерных сахаров С5 и С6.3. The method of claim 1, wherein the mixed stream of C5 and C6 monomer sugars is enriched with C6 monomer sugar, optionally by adding a source of C6 monomer to the mixed stream of C5 and C6 monomer sugars. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый целевой продукт представляет собой целевой альдит, а именно ксилит или сорбит.4. The method according to claim 1, characterized in that the first target product is the target alditol, namely xylitol or sorbitol. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что ксилит выделяют кристаллизацей, необязательно с использованием этанола или изопропанола в качестве антирастворителя.5. The method according to claim 4, characterized in that xylitol is isolated by crystallization, optionally using ethanol or isopropanol as an antisolvent. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый целевой продукт представляет собой целевую смесь альдитов, включающую ксилит, сорбит или их комбинацию.6. The method according to claim 1, characterized in that the first target product is a target mixture of alditols, including xylitol, sorbitol or a combination thereof. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешанный поток С2-С4-гликолей содержит пропиленгликоль, этиленгликоль, глицерин, изомеры бутандиола или их комбинацию.7. The method according to claim 1, characterized in that the mixed stream of C2-C4 glycols contains propylene glycol, ethylene glycol, glycerol, butanediol isomers or a combination thereof. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что целевой гликоль представляет собой пропиленгликоль.8. The method according to claim 1, characterized in that the target glycol is propylene glycol. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что целевой гликоль представляет собой этиленгликоль.9. The method according to claim 1, characterized in that the target glycol is ethylene glycol.
RU2019142525A 2016-02-19 2017-02-17 Methods for producing multiple valuable flows from biomass-based sources RU2807479C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/297,434 2016-02-19

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018127883A Division RU2710554C1 (en) 2016-02-19 2017-02-17 Methods for formation of multiple valuable streams from biomass sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807479C1 true RU2807479C1 (en) 2023-11-15

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2095231A (en) * 1981-01-21 1982-09-29 Hydrocarbon Research Inc Conversion of aldoses to polyols
WO2002090601A2 (en) * 2001-05-08 2002-11-14 Battelle Memorial Institute Process for lactose conversion to polyols
RU2472840C2 (en) * 2007-03-08 2013-01-20 Вайрент, Инк. Synthesis of liquid fuel and chemical agents from oxygen-containing hydrocarbons
WO2015128202A1 (en) * 2014-02-25 2015-09-03 Biochemtex S.P.A. Continuous process for producing an ethylene glycol stream
RU2616620C2 (en) * 2011-05-23 2017-04-18 Вайрент, Инк. Manufacture of chemicals and fuels from biomass

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2095231A (en) * 1981-01-21 1982-09-29 Hydrocarbon Research Inc Conversion of aldoses to polyols
WO2002090601A2 (en) * 2001-05-08 2002-11-14 Battelle Memorial Institute Process for lactose conversion to polyols
RU2472840C2 (en) * 2007-03-08 2013-01-20 Вайрент, Инк. Synthesis of liquid fuel and chemical agents from oxygen-containing hydrocarbons
RU2616620C2 (en) * 2011-05-23 2017-04-18 Вайрент, Инк. Manufacture of chemicals and fuels from biomass
WO2015128202A1 (en) * 2014-02-25 2015-09-03 Biochemtex S.P.A. Continuous process for producing an ethylene glycol stream

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kameh Tajvidi et al. Hydrogenolysis of Cellulose over Cu-Based Catalysts - Analysis of the Reaction Network. ChemSasChem, 2014, vol.7, no.5, pp.1311-1317. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12139451B2 (en) Processes to create multiple value streams from biomass sources
EP3183241B1 (en) Catalyst and process for producing 2,5-furandicarboxylic acid from hydromethylfurfural in water
EP2825543B1 (en) Process for making sugar and/or sugar alcohol dehydration products
AU2012345048B2 (en) Method for manufacturing monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals from biomass
AU5935899A (en) Method of producing polyols from arabinoxylan-containing material
KR101571511B1 (en) Method for producing highly pure anhydrosugar alcohols with improved yield by using purification product of waste generated from crystallization procedure
JP2008538739A (en) Method for producing maltitol fortified product
JP5835185B2 (en) Process for producing monosaccharides, oligosaccharides and furfurals from biomass
RU2807479C1 (en) Methods for producing multiple valuable flows from biomass-based sources
JP5835186B2 (en) Process for producing monosaccharides, oligosaccharides and furfurals from biomass
Aliakbarian et al. An assessment on xylitol recovery methods
JP5835183B2 (en) Method for producing furfurals, monosaccharides and oligosaccharides from biomass
JP5846008B2 (en) Process for producing monosaccharides, oligosaccharides and furfurals from biomass
Parikh et al. Synthesis of Xylitol from bio-renewables using chemo-catalytic routes
FI59241B (en) CRYSTALIZATION OF XYLITOL IN VAT
WO2013152493A1 (en) Method for producing arabinose co-producing various products
JP2014024782A (en) Method for manufacturing furfurals from biomass
Kresnowati et al. Downstream processing of xylitol from oil palm empty fruit bunch hydrolysate
HU210627B (en) Process for manufacturing glycerol and betaine