Способы конверсии целлюлозы в фурановые продукты - RU2017124242A
Код документа: RU2017124242A
Формула
1. Способ конверсии целлюлозной пульпы в гидроксиметилфурфурол, включающий:
разделение потока обедненного лигнином гидролизата, содержащего ионы натрия в количестве не более 5%, чтобы тем самым получить первый поток, содержащий воду и гидроксиметилфурфурол; второй поток, содержащий воду и глюкозу; и третий поток, содержащий воду и целлобиозу;
изомеризацию глюкозы во втором потоке, чтобы тем самым получить фруктозу; и
дегидратацию фруктозы, чтобы тем самым получить продукт реакции, содержащий гидроксиметилфурфурол.
2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:
кондиционирование целлюлозной пульпы в растворителе, чтобы тем самым сформировать кондиционированную пульпу;
гидролиз кондиционированной пульпы в водном растворе, содержащем кислый катализатор, чтобы тем самым получить поток гидролизата; и
удаление по меньшей мере некоторого лигнина из потока гидролизата, чтобы тем самым получить поток обедненного лигнином гидролизата и обогащенную лигнином композицию, причем удаление включает в себя контроль pH водного раствора и разбавление водного раствора водой;
где кондиционирование, гидролиз и удаление происходят перед разделением, изомеризацией и дегидратацией.
3. Способ по п. 2, где растворитель содержит ионную жидкость.
4. Способ по пп. 1, 2 или 3, где второй поток содержит ионную жидкость и третий поток содержит ионную жидкость.
5. Способ по пп. 1, 2, 3 или 4, дополнительно включающий в себя перенаправление потока обедненного лигнином гидролизата из первого сосуда во второй сосуд перед разделением, изомеризацией и дегидратацией.
6. Способ по пп. 1, 2, 3, 4 или 5, дополнительно включающий в себя рециркуляцию продукта реакции, причем рециркуляция включает в себя введение продукта реакции из дегидратации на разделение.
7. Способ по пп. 1, 2, 3, 4, 5 или 6, дополнительно включающий в себя:
улавливание гидроксиметилфурфурола из продукта реакции, причем улавливание включает в себя адсорбцию на нефункциональном полимере гидроксиметилфурфурола из продукта реакции; и
извлечение гидроксиметилфурфурола, причем извлечение включает в себя десорбцию растворителем.
8. Способ по п. 7, где продукт реакции содержит органическую кислоту.
9. Способ по п. 8, где улавливание дополнительно включает в себя контроль pH продукта реакции выше pKa органической кислоты, так чтобы вода и органические анионы не адсорбировались на нефункциональном полимере.
10. Способ по п. 9, где pH продукта реакции контролируют так, что его значение составляло более 5,8.
11. Способ по п. 3 или 4, где ионная жидкость выбрана из хлорида 1-этил-3-метилимидазолия или хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя осуществление конверсии ионной жидкости в ионную жидкость в гидроксидной форме, причем осуществление конверсии включает в себя приведение в контакт водного раствора ионной жидкости, содержащего ионную жидкость, с сильноосновной анионообменной смолой в гидроксидной форме.
13. Способ по п. 12, где изомеризация включает в себя контроль pH, причем контроль включает в себя использование ионной жидкости в гидроксидной форме в качестве основания.
14. Способ по пп. 3, 4 или 13, где изомеризацию катализируют ионной жидкостью в гидроксидной форме.
15. Способ по п. 14, где ионная жидкость в гидроксидной форме образует ионную жидкость в хлоридной форме, которую используют для дегидратации.
16. Способ рециркуляции ионной жидкости в замкнутом технологическом контуре, причем способ включает в себя:
приведение в контакт разбавленного водного потока, содержащего катион имидазолия, со смолой, причем приведение в контакт включает в себя адсорбцию катиона имидазолия на смоле, где смола представляет собой слабокислую катионообменную смолу в депротонированной форме;
десорбцию катиона имидазолия, причем десорбция включает в себя приведение в контакт смолы с раствором, содержащим хлористоводородную кислоту; и
повторное введение раствора и катиона имидазолия в замкнутый технологический контур для дальнейшего использования.
17. Способ по п. 14, где замкнутый технологический контур используют для спаривания реакции изомеризации с реакцией дегидратации.
18. Способ по п. 15, где реакция изомеризации включает в себя изомеризацию глюкозы с образованием фруктозы, и где реакция дегидратации включает в себя дегидратацию фруктозы с образованием гидроксиметилфурфурола
19. Система для конверсии глюкозы в гидроксиметилфурфурол, причем система включает в себя:
установку хроматографического разделения, выполненную с возможностью разделения потока, содержащего ионы натрия в количестве не более 5%, на первый поток, второй поток и третий поток; причем первый поток содержит воду и гидроксиметилфурфурол; второй поток содержит воду и глюкозу; и третий поток содержит воду и целлобиозу;
установку изомеризации, выполненную с возможностью осуществления изомеризации глюкозы во фруктозу, причем изомеризация включает в себя обработку второго потока основанием, чтобы тем самым получить обработанный основанием второй поток; и
установку дегидратации, выполненную с возможностью дегидратации фруктозы в гидроксиметилфурфурол.
20. Система по п. 19, где второй поток включает в себя ионную жидкость и третий поток включает в себя ионную жидкость.
21. Система по п. 19 или 20, дополнительно включающая в себя вторую установку хроматографического разделения, выполненную с возможностью разделения второго потока, чтобы тем самым получить поток продукта, содержащий глюкозу.
22. Система по п. 21, дополнительно включающая в себя установку очистки глюкозы, выполненную с возможностью очистки потока продукта, содержащего глюкозу, в продукт глюкозы, причем установка очистки глюкозы включает в себя по меньшей мере одну установку, выбранную из сильнокислой катионной смолы, анионообменника, смолы с активированным углем или испарительной установки.
23. Система по п. 22, где поток продукта, содержащий глюкозу, содержит по меньшей мере 60% глюкозы (масса/масса).
24. Способ конверсии целлюлозы в гидроксиметилфурфурол, причем способ включает в себя получение по меньшей мере 60 г гидроксиметилфурфурола в качестве продукта на каждые 100 г целлюлозы, предусматриваемой в качестве исходного материала.
25. Способ по п. 24, где по меньшей мере 63 г гидроксиметилфурфурола получают в качестве продукта на каждые 100 г целлюлозы, предусматриваемой в качестве исходного материала.
26. Способ по п. 25, где по меньшей мере 65 г гидроксиметилфурфурола получают в качестве продукта на каждые 100 г целлюлозы, предусматриваемой в качестве исходного материала.
27. Способ по п. 26, где по меньшей мере 67 г гидроксиметилфурфурола получают в качестве продукта на каждые 100 г целлюлозы, предусматриваемой в качестве исходного материала.
28. Способ по пп. 24, 25, 26 или 27, дополнительно включающий в себя гидролиз целлюлозы в первый поток сахара, содержащий по меньшей мере 80% глюкозы (масса/сухое вещество).
29. Способ по п. 28, где гидролиз происходит в ионной жидкости.
30. Способ по п. 29, где ионная жидкость выбрана из хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия или хлорида 1-этил-3-метилимидазолия.
31. Способ по п. 28 или 29, где первый поток сахара содержит целлобиозу, гидроксиметилфурфурол и органические кислоты.
32. Способ по п. 29, дополнительно включающий в себя хроматографическое разделение второго потока сахара, содержащего гидроксиметилфурфурол, целлобиозу, ионную жидкость, глюкозу и фруктозу; причем хроматографическое разделение включает в себя применение последовательной хроматографии с симулированным движением стационарной фазы.
33. Способ по п. 32, где хроматографическое разделение дает первый выходящий поток, второй выходящий поток и третий выходящий поток; причем первый выходящий поток содержит гидроксиметилфурфурол; второй выходящий поток содержит ионную жидкость и глюкозу; и третий выходящий поток содержит ионную жидкость и целлобиозу.
34. Способ по п. 33, где в последовательной хроматографии с симулированным движением стационарной фазы используют смолу промышленной категории, включающую размеры бусин по меньшей мере 300 микрон.
35. Способ по п. 33, дополнительно включающий в себя обработку второго выходящего потока основанием, причем обработка включает в себя изомеризацию по меньшей мере части глюкозы во фруктозу, чтобы тем самым получить обработанный основанием второй поток.
36. Способ по п. 35, где основание содержит ионную жидкость, где ионная жидкость находится в гидроксидной форме.
37. Способ по п. 35, дополнительно включающий в себя обработку обработанного основанием второго потока, причем обработка включает в себя дегидратацию фруктозы в гидроксиметилфурфурол, чтобы тем самым получить дегидратированный второй поток, причем дегидратация включает в себя применение дегидратирующего агента.
38. Способ по п. 37, где не более 10% глюкозы, присутствующей в обработанном основании втором потоке, подвергается реакции с дегидратирующим агентом.
39. Способ по п. 38, дополнительно включающий в себя выделение гидроксиметилфурфурола, причем выделение включает в себя по меньшей мере одно из:
обработку дегидратированного второго потока, причем обработка включает в себя использование гидрофобной смолы, чтобы тем самым уловить гидроксиметилфурфурол;
десорбцию уловленного гидроксиметилфурфурола с гидрофобной смолы, причем десорбция включает в себя приведение нагруженной смолы в контакт с растворителем S2;
прибавление органического растворителя; и
дистилляцию растворителя S2, используя азеотропную дистилляцию.
40. Способ по п. 39, где растворитель S2 представляет собой этилацетат.
41. Способ по п. 29, дополнительно включающий в себя рециркуляцию ионной жидкости, причем рециркуляция включает в себя:
обработку первой части потока ионной жидкости слабокислой катионообменной смолой, чтобы тем самым сформировать поток, обработанный слабокислой катионообменной смолой;
прибавление растворителя к потоку, обработанному слабокислой катионообменной смолой;
дистилляцию растворителя и воды, чтобы тем самым сформировать поток дегидратированной ионной жидкости; и
введение в процесс ионной жидкости из потока дегидратированной ионной жидкости.
42. Способ по п. 41, где ионную жидкость из потока дегидратированной ионной жидкости вводят в реактор, содержащий целлюлозу, и где в реакторе целлюлоза подвергается гидролизу в глюкозу.
43. Способ по п. 29, дополнительно включающий в себя рециркуляцию ионной жидкости, причем рециркуляция включает в себя обработку потока, содержащего ионную жидкость, слабокислой катионообменной смолой, чтобы тем самым получить обработанный смолой поток, содержащий ионную жидкость; и повторное введение в процесс ионной жидкости из обработанного смолой потока.
44. Способ по п. 43, где ионную жидкость из обработанного смолой потока повторно вводят в композицию, содержащую по меньшей мере 70% глюкана (масса/сухое вещество).
45. Способ по п. 44, где по меньшей мере 99% ионной жидкости рециркулируют, чтобы тем самым получить рециркулированную ионную жидкость.
46. Способ по п. 45, где рециркулированная ионная жидкость содержит глюкозу или целлобиозу.
47. Композиция, содержащая по меньшей мере 5% гидроксиметилфурфурола (масса/масса) и количество растворителя не более 95% (масса/масса), где растворитель выбран из 2-бутанола, 2-пропанола, тетралина или воды, или их сочетания.
48. Композиция по п. 47, содержащая по меньшей мере 50 ч.н.млрд. (части на миллиард) маркерной молекулы, где маркерная молекула выбрана из этилацетата, катиона ионной жидкости, фурфурола, аниона левулината, аниона формиата, левулиновой кислоты, муравьиной кислоты, глюкозы, фруктозы или маннозы.
49. Композиция, содержащая:
по меньшей мере 95% ионной жидкости (масса/масса);
от 0,1 до 2% целлобиозы (масса/масса);
фруктозу в количестве не более 0,1% (масса/масса);
гидроксиметилфурфурол в количестве не более 0,1% (масса/масса);
воду в количестве не более 4% (масса/масса); и
растворитель S3 в количестве не более 2% (масса/масса).
50. Композиция по п. 49, содержащая по меньшей мере одну из следующих характеристик:
от 0,1 до 3% глюкозы (масса/масса);
маннозу в количестве не более 0,1% (масса/масса);
левулиновую кислоту в количестве не более 0,1% (масса/масса); и
муравьиную кислоту в количестве не более 0,1% (масса/масса).
51. Композиция по п. 49, содержащая по меньшей мере две из следующих характеристик:
от 0,1 до 3% глюкозы (масса/масса);
маннозу в количестве не более 0,1% (масса/масса);
левулиновую кислоту в количестве не более 0,1% (масса/масса); и
муравьиную кислоту в количестве не более 0,1% (масса/масса).
52. Композиция по п. 49, содержащая по меньшей мере три из следующих характеристик:
от 0,1 до 3% глюкозы (масса/масса);
маннозу в количестве не более 0,1% (масса/масса);
левулиновую кислоту в количестве не более 0,1% (масса/масса); и
муравьиную кислоту в количестве не более 0,1% (масса/масса).
53. Композиция по пп. 49, 50, 51 или 52, где растворитель S3 представляет собой циклогексанол.
54. Композиция, содержащая по меньшей мере 90% моносахаридов (масса/сухое вещество); и по меньшей мере 100 ч.н.млрд. маркерной молекулы, где маркерная молекула выбрана из катиона ионной жидкости, имидазола, производного имидазола, адъюванта имидазола-сахара, гидроксиметилфурфурола или растворителя S3.
55. Композиция по п. 54, дополнительно содержащая по меньшей мере 95% C6-углевододов (масса/сухое вещество).
56. Композиция по п. 54, дополнительно содержащая по меньшей мере 90% глюкозы (масса/сухой вес); и по меньшей мере один не являющийся глюкозой C6-углевод, где не являющийся глюкозой углевод представляет собой по меньшей мере на 90% маннозу (масса/масса).
57. Композиция, содержащая:
долю C6-сахаров в твердом веществе по меньшей мере 77%;
содержание лигнина не более 15%;
зольность не более 6%; и
долю C5-сахаров в твердом веществе не более 2%.
58. Композиция по п. 57, где:
доля C6-сахаров в твердом веществе составляет по меньшей мере 90%;
содержание лигнина составляет не более 6%; и
зольность составляет не более 3%.
59. Композиция по п. 57, где:
доля C6-сахаров в твердом веществе составляет по меньшей мере 93%;
содержание лигнина составляет не более 5%;
зольность составляет не более 1%; и
доля C5-сахаров в твердом веществе составляет не более 1%.
60. Композиция по п. 57, где:
доля C6-сахаров в твердом веществе составляет по меньшей мере 96%;
содержание лигнина составляет не более 3%;
зольность составляет не более 0,1%; и
доля C5-сахаров в твердом веществе составляет не более 0,1%.
