用于生产纤维素纸浆和多元醇流的集成方法

用于生产纤维素纸浆和多元醇流的集成方法
【专利摘要】公开了一种用于由包括纤维素、半纤维素和木质素的木质纤维素原料生产包括纤维形式的纤维素的至少一种纤维素纸浆和多元醇流的集成方法。该方法包括以下步骤：a)处理该木质纤维素原料以生产纤维素纸浆和至少一种液体糖流，该液体糖流包括水和单糖，该单糖衍生自该木质纤维素原料的半纤维素；b)将该液体糖流中的单糖催化转化为多元醇混合物，该多元醇混合物包括伯多元醇和仲多元醇；c)将至少一部分该多元醇混合物分离为至少该多元醇流和残余物流，其中该多元醇流包括伯多元醇重量的大部分，且该残余物流包括仲多元醇重量的大部分；d)在第一回收单元中从残余物流中回收第一热能。
【专利说明】
用于生产纤维素纸浆和多元醇流的集成方法发明领域[0001]本发明涉及用于生产纤维素纸浆和多元醇流的集成方法。
【背景技术】
[0002]在纸浆工业中，使用不同的方法从木质纤维素原料中提取纤维素纸浆，该木质纤维素原料通常是软木和硬木。即使也可以使用机械处理，但最普及的方法包括用化学物质对木质纤维素原料进行蒸煮处理用于溶解大部分的木质素和半纤维素，由此制成纤维素纤维在液体溶液中的悬浮液，称作“粗衆(brown stock)”。通过洗涤处理，将该粗衆分离成包括纤维素纤维的流和一种或多种包括废蒸煮化学物质(spent cooking chemicals)和溶解的木质素和半纤维素的流出物流。根据最终用途，该清浆能够在漂白装置中漂白或保持不漂白。在溶解纸浆方法中，生成了高纯度的纤维素，在用化学物质处理经提取的半纤维素所消耗的木质纤维素原料之前，通过水热预处理，从该木质纤维素原料中预提取出至少一部分半纤维素。[〇〇〇3]纸浆工业中所有方法的共同特点是其具有非常高的能量需求。通常将该流出物流送往回收锅炉，在其中将其燃烧，由溶解的木质素和半纤维素产生热量。热量通常用于生产该方法中以及发电中所用的蒸汽，类似于常规的蒸汽发电厂。在回收锅炉中，也将化学物质从流出物流中回收并再循环到该方法中。由于热量是低值产品，因此常规的纸浆方法仅部分利用了该木质纤维素原料。考虑到半纤维素具有低的热值，约为木质素的一半，因此燃烧半纤维素产生热量不是半纤维素价值化的实用策略。而且，来自洗涤步骤的流出物流是稀释的，因此在燃烧之前，必须将其经过很多的蒸发步骤以提高干物质含量，这要损耗能量平衡。
[0004]在生物炼油概念的框架中，已经提出了不同的集成方法以将半纤维素转化为各种有附加值的产品(例如醇、羧酸和很多其他产品)。作为实例，在Mao H.等的“使用“接近中性”的半纤维素预提取方法的硬木生物炼油的技术经济评价(Technical economic evaluat1n of a hardwood b1refinery using the“near_neutral’’hemicellulose pre-extract1n process)”，J.B1based Mater.B1energy 2(2)p.177-185(2008)中描述的方法中，在制浆之前，从木材中提取出一部分半纤维素，并转化为乙酸和乙醇，同时使用提取后的木材碎片生产牛皮纸浆。在该论文中，现有的牛皮纸浆厂被认为是该基础案例。纸浆产量保持恒定，将半纤维素提取方法添加到纤维生产线中。该半纤维素提取方法发生在连续消化生产纸浆之前的单独的浸渍容器中。该提取是使用绿液(大部分是Na2C03+Na2S)进行的。所公开的用于半纤维素提取并转化为乙醇和乙酸的方法包括木材提取用于去除半纤维素、闪蒸提取物生产预加热流、循环一部分提取物回到萃取容器用以提高提取物的固含量、使用硫酸进行酸水解以将低聚碳水化合物转化为单糖并打开木质素-碳水化合物共价键、过滤以除去沉淀的木质素、液-液提取然后蒸馏以从该糖溶液中去除乙酸和糠醛、加石灰以将pH值提高到发酵所需的值、将五碳和六碳糖和葡萄糖醛酸发酵为乙醇、以及最后将产物蒸馏和升级为纯乙醇。
[0005]在Lyytikainen等的“半纤维素萃取对牛皮纸浆纤维的纤维电荷性质和保留行为的改变(The change of hemicellulose extract1n on fiber charge properties and retent1n behav1ur of kraft pulp fibers)’’(2011)，B1Resourses 6(1),p.219-231 中，提出了集成森林生物炼油的下一代技术，其中通过碱处理从经漂白的牛皮纸浆中提取出半纤维素。
[0006]包括半纤维素的提取流的转化方法生成了一种或多种残余流，通常将该残余流送往废水处理设备。
[0007]另一方面，半纤维素价值化以生产化学最终产物而替代热能降低流出物流的热值。由此需要集成已经由半纤维素消耗的流出物流的热值。
[0008]发明概述
[0009]公开了一种用于由包括纤维素、半纤维素和木质素的木质纤维素原料生产包括纤维形式的纤维素的至少一种纤维素纸浆和多元醇流的集成方法。该方法包括以下步骤:
[0010]a)处理该木质纤维素原料以生产纤维素纸浆和至少一种液体糖流，该液体糖流包括水和单糖，该单糖衍生自该木质纤维素原料的半纤维素；
[0011]b)将该液体糖流中的单糖催化转化为多元醇混合物，该多元醇混合物包括伯多元醇和仲多元醇；
[0012]c)将至少一部分该多元醇混合物进行分离以产生至少该多元醇流和残余物流，其中该多元醇流包括伯多元醇重量的大部分，且该残余物流包括仲多元醇重量的大部分；
[0013]d)在第一回收单元中从残余物流中回收第一热能。
[0014]还公开了该木质纤维素原料的处理可以包括以下步骤:
[0015]1.在包括水的工艺流体存在下，在100°C_210°C的温度下，将该木质纤维素原料浸泡1分钟-24小时，以生产包括低聚糖的浸泡液体和经浸泡的木质纤维素原料；
[0016]i1.处理该包括低聚糖的浸泡液体以生产至少包括单糖的液体流；
[0017]ii1.在化学试剂存在下处理该经浸泡的木质纤维素原料，以生产至少包括该纤维素纸浆的纤维素流和包括至少一部分木质素和至少一部分该化学试剂或该化学试剂的衍生物的流出物流；
[0018]iv.回收该纤维素纸浆;和
[0019]V.在第二回收单元中从该流出物流中回收包括该化学试剂或该化学试剂的衍生物的循环再利用化学试剂和第二热能。
[0020]进一步公开了该工艺流体可以进一步包括一部分该化学试剂或一部分该循环再利用化学试剂。[〇〇21]还公开了该化学试剂可以包括至少一种选自由亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、氢氧化钠和碳酸钠构成的组的化合物。
[0022]进一步公开了该亚硫酸盐包括选自由钠离子、钙离子、钾离子、镁离子和铵离子构成的组的反离子。
[0023]还公开了该亚硫酸氢盐包括选自由钠离子、钙离子、钾离子、镁离子和铵离子构成的组的反离子。
[0024]进一步公开了该催化转化可以包括以下步骤:[〇〇25]a)通过将该液体糖流与加氢催化剂在氢气存在下在30巴-150巴范围内的加氢压力和50°C-200°C范围内的加氢温度下接触，将该液体糖流加氢，并且加氢时间足以生成包括水和至少一种糖醇的加氢混合物；[〇〇26] b)通过将该加氢混合物的至少一部分与氢解催化剂在0H-离子和氢气存在下在40 巴-170巴范围内的氢解压力和一定的氢解温度下接触，对该加氢混合物的该至少一部分进行氢解，并且氢解时间足以生成该多元醇混合物。[〇〇27]还公开了该伯多元醇可以包括至少一种选自由乙二醇、丙二醇及其混合物构成的组的化合物。
[0028]进一步公开了该仲多元醇可以包括至少一种选自由甘油、阿拉伯糖醇、苏糖醇、赤藻糖醇和未反应的糖醇及其混合物构成的组的化合物。
[0029]还公开了该残余物流可以进一步包括选自由乳酸、甲酸和乙醇醛构成的清单的化合物。
[0030]进一步公开了该残余物流可以具有其值大于80、85、90、93、95和98的干物质重量百分比。[〇〇31]还公开了该残余物流可以在大于选自由60 °C、70°C和80 °C构成的组的值的温度下加入该第一回收单元中。
[0032]进一步公开了该第一回收单元和第二回收单元可以是同一个回收单元。
[0033]还公开了在加入该回收单元之前，可以将该残余物流的至少一部分和该流出物流的至少一部分结合在一起。
[0034]进一步公开了该回收单元可以包括回收锅炉。
[0035]还公开了该第一热能的至少一部分和/或该第二热能的至少一部分可以用于该集成方法中。
[0036]进一步公开了该第一热能的至少一部分和/或该第二热能的至少一部分可以转化为电能。
[0037]附图简述[0〇38]图1是本发明的示意图。
[0039]图2是本发明的另一实施方案的示意图。
[0040]详细描述[〇〇41]公开了一种用于将木质纤维素原料转化为由木质纤维素原料的半纤维素得到的附加值产品以及转化为纤维素纸浆的集成方法。特别地，该附加值产品是以多元醇流的形式制成的。
[0042]多元醇是具有多个可获自有机反应的羟基官能团的化合物。具有两个羟基的分子是二醇，具有三个的是三醇，具有四个的是四醇，等等。[〇〇43]单体多元醇(例如甘油、季戊四醇、乙二醇和蔗糖)通常用作聚合多元醇的起点，聚合多元醇通常用于生产其他聚合物。聚合多元醇通常是聚醚或聚酯。常见的聚醚二醇例如是聚乙二醇和聚丙二醇。
[0044]另一类聚合多元醇是聚酯。聚酯是由二醇和二元羧酸(或其衍生物)(例如二乙二醇与酞酸反应)的缩聚或逐步聚合(step-growth polymerizat1n)生成的。可替代地，该轻基和羧酸(或其衍生物)可以在同一个分子内。
[0045]处理该木质纤维素原料以从该木质纤维素原料中以可溶形式提取至少一部分半纤维素，以生产至少一种包括单糖的液体流，该单糖是由该木质纤维素原料的半纤维素得到的。然后将已经消耗至少一部分该半纤维素的木质纤维素原料转化为纤维素纸浆，其是纸浆工业的公知产品。将该包括单糖的液体流进行催化转化，其将至少一部分该单糖转化为多元醇混合物。在本公开的内容中，该多元醇混合物包括伯多元醇和仲多元醇，伯多元醇是该木质纤维素原料的转化方法希望得到的产物，或者其可以用于生产希望得到的产物。 仲多元醇是不是希望得到的产物的多元醇，通常其表示副产物。该多元醇混合物可以进一步包括非多元醇的化合物，例如未反应的单糖、中间化合物或不希望得到的化合物。
[0046]该催化转化优选包括单糖的加氢反应，可以包括一个或多个反应步骤。
[0047]在单步转化的情况中，将该液体糖流与催化剂在适合的条件下反应，将该液体糖流中至少一部分单糖转化为包括伯多元醇和仲多元醇的多元醇混合物。反应条件例如可以包括在适于有助于该转化的范围内的反应温度，该反应可以在气体(例如氢气)存在下在适于有助于该转化反应的范围的反应压力进行。
[0048]在多步转化的情况中，这些步骤优选是按顺序进行的。例如，在按顺序的两步转化中，液体糖流在第一反应条件与第一催化剂接触，该第一反应条件适于将该液体糖流中至少一部分单糖转化为一种或多种中间产物。第一反应条件例如可以包括在适合范围内的第一反应温度，第一反应温度的该范围适于有助于将至少一部分单糖转化为一种或多种中间产物。该反应可以在第一气体(优选氢气)存在下在适合范围内的第一反应压力进行，该第一反应压力的该范围适于有助于将至少一部分单糖转化为一种或多种中间产物。然后该一种或多种中间产物在第二反应条件与第二催化剂接触，该第二反应条件适于将至少一部分该一种或多种中间产物转化为多元醇混合物。第二反应条件例如可以包括在适合范围内的第二反应温度，第二反应温度的该范围适于有助于将至少一部分该一种或多种中间产物转化为该多元醇混合物。该反应可以在第二气体(优选氢气)存在下在适合范围内的第二反应压力进行，该第二反应压力的该范围适于有助于将至少一部分该一种或多种中间产物转化为该多元醇混合物。该第一催化剂和第二催化剂可以是相同的催化剂。
[0049]这两个步骤可以在两个不同的反应器中进行，且优选将该一种或多种中间产物从第一反应器中取出并加入该第二反应器中。该一种或多种中间产物在加入该第二反应器中之前，可以进一步经过一个或多个调节步骤，例如过滤、净化、分离。
[0050]该催化反应可以以间歇或连续方式进行。
[0051]然后将该多元醇混合物分离成至少两个流:多元醇流和残余物流。即使需要完全分离该伯多元醇和该仲多元醇，由此该多元醇流包括伯多元醇，该残余物流包括仲多元醇， 该分离步骤可能也无法获得伯多元醇和仲多元醇的完全分离。该多元醇混合物可以包括该多元醇混合物中伯多元醇总重量的大部分，优选超过伯多元醇总重量的50%，更优选超过 60 %，甚至更优选超过70 %，甚至更优选超过80 %，最优选超过90 %。该残余物流可以包括仲多元醇总重量的大部分，优选超过该多元醇化合物中仲多元醇总重量的50%，更优选超过60 %，甚至更优选超过70%，甚至更优选超过80 %，最优选超过90%。该多元醇流可以进一步包括一部分仲多元醇，以及该残余物流可以进一步包括一部分伯多元醇。
[0052]在一种实施方案中，首先将该多元醇混合物分离成超过两个中间产物流，任何一个该中间产物流都不包括伯多元醇总重量的少部分和仲多元醇总重量的少部分。在这种情况中，可以进一步处理该中间产物流以生产该多元醇流和残余物流，例如通过将中间产物流以适合的方式结合以得到多元醇流和残余物流。
[0053]由于该残余物流具有非常高的总热值，且可以被浓缩，即其可以包含少量的水，因此发明人发现能够从中方便地回收热能，由此提供本公开的方法进行所需的至少一部分能量，更特别地提供至少一部分热能。[〇〇54]由此，在所公开的方法中，该残余物流用于在第一回收单元中生产热能。以这种方式，获得了另一个优点:减少了送往废水处理的包括有机化合物的流的量。
[0055]所公开的方法是用于将木质纤维素原料转化为至少两种不同产物(纤维素纸浆和多元醇流)的集成方法，其中用于生产各产物的装置优选共同位于相同的位置。所公开的方法的另一个优点是在纤维素纸浆和多元醇流生产步骤中可能都需要相同的设备。
[0056]在一些优选的实施方案中，所公开的方法是作为对现有的纤维素纸浆生产装置的改进而实施的，其中在现有装置上增加用于生产多元醇流所需的设备，将之前的现有设备改造用以接收和处理来自该多元醇流生产的一些步骤中的一种或多种流。[〇〇57]用于生产纤维素纸浆的处理[〇〇58]该纤维素纸浆是通过化学或机械分离木质纤维素原料的纤维素纤维而生产的。该纤维素纸浆主要包括纤维形式的纤维素，即使其也可以包括纤维束，纤维束是未经该方法分离的一组纤维。除纤维素作为主要成分之外，纤维素纸浆仍可以包括该木质纤维素原料中一部分木质素和一部分半纤维素，其最终都会通过用于生产纸浆的处理而改性。[〇〇59]该纤维素纸浆可以通过现有技术中已知的以及仍将发明的纸浆工业中使用的任何方法制备，只要其从该木质纤维素原料中提取或能够经改进以提取至少一部分该半纤维素即可。
[0060]在一种实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括机械纸浆处理。能够使用具有嵌入的碳化娃或氧化错的人造磨石来研磨小的原木材(称作bolts)以制造石衆(stone pulp)。如果在研磨之前将木材进行蒸煮，那么将其称作压磨木浆。大多数现代磨机使用木肩而非原木以及脊状金属圆盘(称作磨片)代替磨石。如果用磨片将木肩研磨成粉末，该纸浆就称作精磨机械纸浆。蒸汽处理显著降低了制造纸浆所需的总能量并降低了对纤维的损坏(切割)。机械纸浆用于需要较低强度的产品，例如新闻纸和卡纸。
[0061]在另一实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括热-机械纸浆处理。热-机械纸浆是通过使用热量和机械精磨运动处理该木质纤维素原料(优选为木肩的形式)生产的纸浆。其是一个两步方法，其中首先将原木剥去其树皮并转化为小的木肩。这些木肩通常具有约25-30%的水分含量，在压碎或研磨作用中对该木肩施加机械力，该压碎或研磨作用会产生热和水蒸气并软化木质素，由此单独分开纤维。然后将该纸浆过筛并清洗，再次处理任何纤维丛。这一方法提供了从木料到纤维的高产率(约95%)，而且因为该木质素未被除去， 因此该纤维是硬的和刚性的。[〇〇62]在另一实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括化学-热-机械纸浆处理。能够用碳酸钠、氢氧化钠、亚硫酸钠和其他化学物质对木肩进行预处理，然后再用类似于机械磨机的设备进行磨碎。化学处理的条件要比化学制浆方法更温和得多，温度更低、时间更短、pH值更温和，因为其目标是使该纤维更容易磨碎，而非在完全化学方法中是为了除去木质素。
[0063]在另一实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括化学纸浆处理。化学纸浆是通过将该木肩形式的木质纤维素原料与化学物质在称作消化器的大的容器中相结合而生产的，在消化器中热和化学物质在不严重降解纤维素纤维的情况下分解了将纤维素纤维结合在一起的木质素。化学纸浆用于需要强度更大的材料或与机械纸浆相结合用于得到不同特征的产品。牛皮纸浆生产方法是目前占优势的化学制浆方法，亚硫酸盐方法其次。历史上，碱法制浆是第一种成功的化学制浆方法。在消化器中几小时之后，木肩或切割的植物材料破坏成稠浓度的浆液，通常将其从消化器的出口通过气阀“吹出”或“压出”。压力的突然改变导致纤维的快速膨胀，进一步分离纤维。所得到的纤维在水溶液中的悬浮液称作“粗浆 (brown stock)”。粗衆洗涤机使用逆流除去蒸煮废化学物质(spent cooking chemicals) 和降解的木质素和半纤维素。将提取的液体(在牛皮纸浆生产方法中称作黑液，在亚硫酸盐方法中称作红液或褐液)浓缩、燃烧并将钠和硫化合物在回收方法中再循环。木素磺酸盐是从亚硫酸盐方法中的废液回收的有用的副产物。根据最终用途，清浆(浆液)能够在漂白装置中漂白或保持不漂白。将该浆液喷雾到抄浆机网上，将水排干，通过挤压纤维片除去多余的水，然后干燥该纤维片。得到的纸浆片厚几毫米，具有粗糙的表面且可以进一步处理以生产不同类型的产品。[〇〇64]在优选实施方案中，用于生产纤维素纸浆的化学纸浆处理包括牛皮纸浆生产方法，可以将其改进以提高将半纤维素从木质纤维素原料中的去除。尽管在本公开的范围内并不将实施方法限制到牛皮纸浆生产方法，但可以如下描述该牛皮纸浆生产方法。该牛皮纸浆生产方法包括用氢氧化钠和亚硫酸钠的混合物(称作白液)处理木肩，该白液会破坏将木质素连接到纤维素的键。木肩形式的木质纤维素原料首先进入预汽蒸，在其中将其用蒸汽润湿和预加热。新鲜木肩内的空腔部分被液体填充，部分被空气填充。蒸汽处理使空气膨胀，将约25%的空气从木肩中驱除。下一步是用黑液和白液浸渍木肩。在液体浸渍开始时剩余在木肩中的空气被捕获在木肩中。该浸渍能够在该木肩进入消化器之前或之后进行，且通常在低于l〇〇°C进行。蒸煮液由百液、木肩中的水、冷凝蒸汽和稀黑液的混合物构成。在浸渍中，蒸煮液渗透到木肩的毛细结构中，开始与木材进行低温化学反应。良好的浸渍对于得到均匀的蒸煮和低的废品率是重要的。该连续方法中所有碱消耗的约40-60%发生在该浸渍区中。在浸渍之后，将经浸渍的木质纤维素原料进行蒸煮。然后该木肩在巨大的加压容器 (称作消化器)中蒸煮。一些消化器以间歇方式操作，一些在连续方法中操作。对于间歇和连续消化器，蒸煮方法有几种变型。在连续消化器中，将物料以一定速率供给，该速率可使得在物料离开反应器时该制浆反应完成。通常，去木质素反应需要在170_176°C进行几小时。 在这些条件下，木质素和半纤维素降解得到可溶于强碱性液体中的碎片。收集和洗涤固体纸浆(基于干木肩计约50wt%)。此时，该纸浆带有一些褐色，称作粗浆。该液体的组合称作黑液(由于其颜色)包含木质素碎片、来自半纤维素分解的碳水化合物、碳酸钠、硫酸钠和其他无机盐。增强该牛皮纸浆生产方法的一种主要的化学反应是由亲核的硫化物(S2-)和硫氢化物(HS-)离子对醚键的切断。
[0065]在蒸煮步骤之后，过剩的黑液含约15%固体且在多效蒸发器中浓缩。在第一步骤中，黑液含约20-30%固体。在该浓度时，松香皂上升到表面并被撇去。将收集的皂进一步加工成妥尔油。皂的去除改善了后续多效的蒸发操作。[〇〇66]将稀黑液进一步蒸发以达到高干物质含量，其通常为65%_80% (“浓黑液”)并在回收锅炉中燃烧以回收无机化学物质再次用于该制浆方法中。浓黑液中较高的固含量提高了回收循环的能量和化学效率，而且提供了较高的粘度和固体的沉淀(设备的堵塞和结垢)。将来自回收锅炉的熔融盐(“恪盐”)溶解在工艺水(称作“稀洗液”)中。该工艺水也称作 “稀白液”由用于洗涤石灰渣和绿液沉淀物的所有液体构成。所得到的碳酸钠和硫化钠的溶液称作“绿液”，尽管并不能准确得知使该液体变为绿色的原因。将该液体与氧化钙(其在溶液中变为氢氧化钙)混合，用以再生该制浆方法中所用的白液。碳酸钙从白液中沉淀，并被回收和在石灰窑中加热，在石灰窑中，其转化为氧化钙(石灰)。氧化钙(石灰)与水反应以再生所用的氢氧化钙。再生反应的组合相对于钠、硫和钙形成了封闭的循环，这是所谓辅助苛化方法的主要概念，在这种方法中，碳酸钙反应再生氢氧化钠。
[0067]该回收锅炉还产生高压蒸汽，将其供给到涡轮发电机中，降低蒸汽的压力用于工厂使用并发电。现代的牛皮纸浆工厂在发电方面超过了自给自足，通常将产生净能量流，该净能量流能够被联营的造纸厂使用或者通过当地的电网销售给相邻的工业或社区。此外， 通常将树皮和木材掺杂在单独的发电锅炉中燃烧以产生蒸汽。
[0068]通过将压力降低到大气压，将完成蒸煮的木肩吹出。这释放出很多蒸汽和挥发物。 然后能够将产生的蒸汽用于为纸浆厂供热，任何剩余的可用于地区的供热体系，或驱动蒸汽轮机发电。将挥发物冷凝并收集。
[0069]在制浆之后筛分纸浆是一种其中将纸浆与大的浆块、结头、污物和其他残渣分离开的方法。合格品是纸浆。从纸浆中分离出的物料被称作残次品。
[0070]筛分部分由不同类型的筛(筛网)和离心净化构成。筛通常设定在多级级联操作中，因为在尝试在合格品流中实现最大纯度时，相当量的好纤维能够进入残次品流中。
[0071]将包含纤维的浆块和结头从剩余的残次品中分离出来，并在精制机中再次处理和/或将其送回到消化器。结头的含量通常为消化器输出量的0.5-3.0%，而浆块含量为约 0.H.0%。
[0072]对吹出的粗浆进行洗涤阶段，在该阶段中将用过的蒸煮液与纤维素纤维分离开。 通常，纸浆厂具有3-5个串联的洗涤阶段。洗涤阶段也放在氧脱木质素之后以及漂白阶段之间。纸浆洗涤器在多级之间采用逆流，使该纸浆以与洗涤水流相反的方向移动。几个方法包括:增稠/稀释、置换和扩散。与从增稠的纸浆中置换液体所需的理论量相比，稀释系数是在洗涤过程中所用水量的度量。较低的稀释系数降低能耗，而较高的稀释系数通常得到更干净的纸浆。对纸浆的充分洗涤降低了化学需氧量(C0D)。几种类型的洗涤设备都在使用，例如压力扩散器、常压扩散器、真空圆筒洗涤器、圆筒置换器、压力洗涤器。
[0073]可以添加工艺化学物质以改善该生产方法，例如:表面活性剂，其可以用于改善蒸煮液对木肩的浸渍;蒽醌，其可以用作消化器添加剂;破乳器，其能够添加到皂分离中以加速并改善皂通过絮凝从蒸煮液中的分离；消泡剂，用于去除泡沫并加速该生产方法;分散剂、固着防粘剂和络合剂。
[0074]在另一优选实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括亚硫酸盐制浆方法，可以对其改进以从木质纤维素原料中去除半纤维素。尽管在本公开的范围内并不将实施方法限制到亚硫酸盐制浆方法，但可以如下描述该亚硫酸盐制浆方法。该亚硫酸盐方法通过使用各种亚硫酸的盐生产几乎纯是纤维素纤维的木纸浆，以在大的压力容器(称作消化器)中从木肩中提取木质素。根据pH值，在该制浆方法中所用的盐优选是亚硫酸盐(S03l)或亚硫酸氢盐(HS〇i)。该反离子可以包括钠(Na+)、钙(Ca2+)、钾(K+)、镁(Mg2+)或铵(NH4+)。
[0075]在制浆准备步骤中，通过用适当量的氧燃烧硫以得到二氧化硫，制造用于大多数亚硫酸盐工厂的制浆液，然后将二氧化硫吸收在水中得到亚硫酸。亚硫酸是不希望得到的， 因为其有助于纤维素的水解，而并不有助于脱木质素。通过添加反离子(例如氢氧根或碳酸根)制备蒸煮液。在该液体中存在的各种组分的相对含量在很大程度上取决于所用亚硫酸的相对量。[〇〇76] 在制浆步骤中，根据亚硫酸盐(亚硫酸氢盐)的反离子以及碱与亚硫酸的比例，亚硫酸盐制浆是在pH 1.5-5之间进行的。将该纸浆与制浆化学物质在130-160°C范围内的温度下接触4-14小时，其再次取决于所用的化学物质。
[0077]在亚硫酸盐制浆的脱木质素中涉及的大多数中间产物是由碳-碳双键的质子化或连接木质素的很多成分的醚键的酸裂解形成的共振稳定碳阳离子。后一个反应是亚硫酸盐方法中大部分的木质素降解的原因。亲电子的碳阳离子与亚硫酸氢根离子(HS03_)反应以得到磺酸盐。[〇〇78]该亚硫酸盐方法不能将木质素降解到牛皮纸浆生产方法的程度，来自该亚硫酸盐方法的木素磺酸盐是可用的副产物。[0〇79] 在化学回收步骤中，来自亚硫酸盐制衆的蒸煮废液(spent cooking liquor)通常称作褐液，但也使用术语红液、稠液和亚硫酸盐液(与牛皮纸浆生产方法中的黑液相比)。纸衆洗涤器使用逆流去除废蒸煮化学物质(spent cooking chemicals)和降解的木质素和半纤维素。该提取的褐液在多效蒸发器中浓缩。浓缩的褐液能够在回收锅炉中燃烧以产生蒸汽或回收无机化学物质以再次用于制浆方法中，或者能够将其中和以回收有用的制浆副产物。该亚硫酸盐方法能够使用钙、铵、镁或钠作为碱。
[0080]在另一优选实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括碱法制浆方法，最终可以将其改进以增强从木质纤维素原料中回收半纤维素。碱法制浆是用于制造木纸浆的化学方法，使用氢氧化钠作为蒸煮化学物质。在碱法-AQ方法中，可以使用蒽醌(AQ)作为制浆添加剂以降低碳水化合物的降解。该碱法方法提供了具有比其他化学制浆方法(亚硫酸盐方法和牛皮纸浆生产方法)更低的抗撕强度的纸浆，但对于容易制浆的材料(例如稻草和一些硬木)，仍具有有限的用途。
[0081]在甚至更优选的实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括溶解纸浆方法。溶解纸浆方法包括预水解步骤以在蒸煮之前提取大部分的半纤维素，其优选是依照亚硫酸盐方法或牛皮纸浆生产方法而进行的。预水解是在水(可以为蒸汽相(水蒸气)或液相或两种相的混合物)存在下进行的。预水解可以通过添加外部的无机酸源在酸性条件下进行，或者其能够使用铵、钙、镁或钠作为碱。该预水解硫酸盐方法产生了具有高达96%的纤维素含量的纸浆。特定的碱纯化处理能够产生甚至更高的纤维素含量:对于亚硫酸盐方法，高达 96% ;对于硫酸盐方法，尚达98 %。
[0082]在不同木质纤维素原料中发现的半纤维素类型存在一些变型，由此用于半纤维素提取的方法可以根据在研究的装置中处理的木材种类而略有差别。例如，硬木通常具有高含量的木聚糖，而软木具有高含量的葡甘露聚糖。对于从硬木中提取木聚糖，可使用碱性或接近中性的提取，因为木聚糖是以其低聚形式被提取的，且能够进一步处理使用。对于软木半纤维素(例如葡甘露聚糖)，碱性或接近中性的提取会使多糖快速降解，因此并不是适合的提取方法。
[0083] —个关键要素是在不使聚合糖降解或使其降解有限的情况下提取该半纤维素，使得能够使用聚合糖来生产高价值的副产物，例如包括乙二醇和丙二醇的二醇。对于软木，提取优选是用水解进行的，其中大部分溶解的半纤维素将被发现以其低聚物形式存在于水解产物(包含提取到的半纤维素的流)中。[〇〇84]在用于生产纤维素纸浆的方法包括化学纸浆处理的情况中，可以通过添加适合的预水解步骤将其转化为溶解纸浆方法。优选的预水解步骤描述在本公开的下面部分中，且包括该木质纤维素原料在包括水的工艺流体存在下在l〇〇°C-2010°C的温度进行1分钟-24 小时的浸泡步骤，以制成包括溶解的低聚糖的经浸泡的液体和经浸泡的木质纤维素原料， 该经浸泡的木质纤维原料可以进一步经过蒸汽爆破制浆方法。
[0085]在另一实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括有机溶剂方法。有机溶剂制浆包括将木质纤维素原料(例如木片)与含水有机溶剂在优选在140-220°C范围内的温度下接触。这是的木质素通过a芳基-醚链水解分裂为可溶于溶剂系统中的碎片而分解。所用的溶剂包括丙酮、甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、甲酸和乙酸。溶剂在水中的浓度优选在40 % -80 % 范围内。较高沸点的溶剂具有较低工艺压力的优点。这要与通过蒸馏更难的溶剂回收进行权衡。乙醇由于成本和容易回收，已经被建议为优选的溶剂。尽管显示丁醇能比其他溶剂去除更多的木质素，且由于在水中不混溶使溶剂回收也简化了，但其高成本限制了其的使用。
[0086]在另一实施方案中，用于生产纤维素纸浆的方法包括生物制浆或生物制浆方法。 在生物制浆方法中，某些种类的真菌能够破坏不希望要的木质素，而不破坏纤维素纤维。在生物制浆方法中，该真菌酶木质素过氧化物酶选择性消化木质素，并留下剩余的纤维素纤维。这在降低与化学制浆相关的污染的方面，能够具有主要的环境优点。该纸浆可以使用二氧化氯阶段漂白然后进行中和和次氯酸钙处理。在任一种情况中，该氧化剂氧化和破坏由木材的单宁酸生成且由其中存在的硫化物加重的染料。[〇〇87]优选的半纤维素提取处理[〇〇88]该液体糖流是由该木质纤维素原料通过对该木质纤维素原料进行处理或预处理得到的。
[0089]该木质纤维素生物质的预处理用于从该木质纤维素原料中溶解和去除碳水化合物(主要是木聚糖和葡聚糖)，且同时有害抑制性副产物(例如乙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛) 的浓度保持得充分低。
[0090]可以使用的预处理技术是现有技术中公知的，且包括物理、化学和生物预处理或其任意组合。在优选实施方案中，该木质纤维素生物质的预处理是作为间歇或连续方法进行的。
[0091]物理预处理技术包括各种类型的研磨/粉碎(降低颗粒尺寸)、辐照。
[0092]粉碎包括干、湿和振动球磨。
[0093]尽管不需要或不优选，但化学预处理技术包括酸、稀酸、碱、有机溶剂、石灰、氨、二氧化硫、二氧化碳、pH控制水热裂解、湿氧化和溶剂处理。[〇〇94] 如果化学处理方法是酸处理方法，其更优选地是连续的稀酸或弱酸处理，例如用硫酸或另一有机酸(例如乙酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸或其任意混合物)处理。也可以使用其他酸。至少在本发明的内容中，弱酸处理表示处理的pH值在1-5(优选1-3)的范围内。 [〇〇95]在具体实施方案中，酸的浓度在0.1-2.0wt%酸(优选硫酸)的范围内，该酸与木质纤维素生物质混合或接触，将该混合物在约160-220°C范围内的温度保持在几分钟到几秒钟范围内的时间。具体地，该预处理条件可以如下:165-183°C、3-12分钟、0.5-1.4%(w/w) 酸浓度、15-25(优选约20) % (w/w)总固体浓度。其他预期的方法描述在美国专利号4，880， 473、5,366,558、5，188,673、5,705,369和6,228，177中。[〇〇96]湿氧化技术包括使用氧化剂(例如基于亚硫酸盐的氧化剂等)。溶剂处理示例包括用DMS0(二甲亚砜)等处理。化学处理方法通常进行约5-约10分钟，但可以进行更短或更长的时间。[〇〇97]在一种实施方案中，进行化学和物理预处理，包括例如弱酸处理和高温高压处理。该化学和物理处理可以连续或同时进行。[〇〇98]现有的热处理策略是将该木质纤维素材料经受110_250°C的温度达l-60min，例如:[〇〇99]热水提取
[0100]多级稀酸水解，在抑制物质生成之前除去溶解物质 [0101 ]在相对较低的严苛条件下稀酸水解
[0102]碱湿氧化
[0103]蒸汽爆破(steam explos1n)。[〇1〇4]几乎任何处理随后都进行脱毒。[〇1〇5]如果选择水热预处理，以下条件是优选的:[〇1〇6]预处理温度:110-250°C，优选120-240°C，更优选130-230°C，更优选140-220°C，更优选150-210°C，更优选160-200°C，甚至更优选170-200°C，或者最优选180-200°C。
[0107]预处理时间:l_60min，优选2_55min，更优选3_50min，更优选4_45min，更优选5-40min，更优选 5_35min，更优选 5_30min，更优选 5_25min，更优选 5_20min，最优选 5_15min。 [〇1〇8]预处理后的干物质含量优选为至少20% (w/w)。其他优选的上限值预期为经预处理的木质纤维素原料中的生物质的量与水在1:4-9:1、1:3.9-9:1、1:3.5-9:1、1:3.25-9:1、 1:3-9:1、1:2.9-9:1、1:2-9:1、1:15-9:1、1:1-9:1 和1:09-9:1 的比例范围内。[〇1〇9]优选的木质纤维素生物质的预处理包括浸泡该木质纤维素生物质原料和非必要地蒸汽爆破该经浸泡的木质纤维素生物质原料的至少一部分。
[0110]该浸泡发生在诸如蒸气形式、蒸汽或液体形式或液体和蒸汽一起的形式的水的物质中，以生成产物。该产物是包含浸泡液体的经浸泡的生物质，该浸泡液体通常是以其液体或蒸气形式或一定的混合物的水。
[0111]该浸泡能够通过任何数量的技术将物质暴露于能够是蒸汽或液体或蒸汽和水的混合物的水而进行，或者，更通常地，暴露于高温高压的水。温度应当在以下范围中的一个中:145-165°C、120-210°C、140-210°C、150-200°C、155-185°C、160-180°C。虽然时间会很长，例如可长达但小于24小时、或小于16小时、或小于12小时、或小于9小时或小于6小时;暴露时间优选相当短，范围从1分钟到6小时、从1分钟到4小时、从1分钟至3小时、从1分钟到 2.5小时、更优选从5分钟至1.5小时、从5分钟到1小时，从15分钟到1小时。
[0112]如果使用蒸汽，其优选是饱和的，但能够是过热的。浸泡步骤能够是间歇式或连续式的，使用或不使用搅拌。能够使用低温浸泡然后进行高温浸泡。低温浸泡的温度在25-90 °C范围内。虽然时间会很长，例如可长达但小于24小时、或小于16小时、或小于12小时、或小于9小时或小于6小时;暴露时间优选相当短，范围从1分钟至6小时、从1分钟至4小时、从1分钟至3小时、从1分钟至2.5小时、更优选从5分钟至1.5小时、从5分钟至1小时、从15分钟至1 小时。
[0113]每一个浸泡步骤也能够包括加入其它化合物，例如H2S〇4、NH3,以随后在该方法中达到更高的性能。
[0114]在另一实施方案中，特别是在使用化学方法生产纤维素纸浆的情况中，例如在牛皮纸浆生产方法或亚硫酸盐方法中，该浸泡步骤可以包括添加至少一部分在该化学方法中用于生产纤维素纸浆的化学试剂。
[0115]该化学试剂优选选自由亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、氢氧化钠和碳酸氢钠构成的组。该亚硫酸盐和亚硫酸氢盐是其反离子可以是钠(Na+)、钙(Ca2+)、钾(K+)、镁(Mg2+)或铵(NH4+)的盐。
[0116]在另一实施方案中，该浸泡步骤可以包括将一部分循环再利用化学试剂用于该化学方法中。该循环再利用化学试剂可以包括之前已经使用、纯化和再循环的化学试剂的一部分，或者化学试剂的衍生物，例如绿液、白液或稀白液。[〇117]然后使包括浸泡液体或经浸泡的液体的产物通过分离步骤，在此步骤中该浸泡液体的至少一部分与经浸泡的生物质分离开。该液体将不完全分离以使至少部分浸泡液体分离，优选在经济时间段内分离出尽可能多的浸泡液体。来自该分离步骤的液体称为包含浸泡液体的经浸泡的液体流。该经浸泡的液体将是在浸泡中使用的液体，其通常是水和原料的可溶物质。这些水溶性物质包括葡聚糖、木聚糖、半乳聚糖、阿拉伯聚糖及其单体和低聚物。该固体生物质被称为第一固体流，因为其包含了即使非所有的也是大部分的固体。
[0118]经浸泡的液体的分离能够再次通过已知的技术和可能至今尚未被发明的一些技术进行。优选的设备种类是压缩机，因为压缩机将产生高压液体。
[0119]第一固体可选择地流随后可以进行蒸汽爆破以产生包括固体的蒸汽爆破流。蒸汽爆破是生物质领域内的公知技术并且任何目前和未来可得到的系统据信都适合该步骤。蒸汽爆破的严重程度在文献中称为R〇，其是时间和温度的函数，表示为:
[0120] Ro = texp[(T-100)/14.75]
[0121] 温度T以摄氏度表示，时间t以分钟表示。
[0122] 该方程式也表示为Log(Ro)，即:
[0123]L〇g(R〇)=Ln(t) + [(T-100)/14.75]〇
[0124] Log(Ro)优选在2 ? 8-5 ? 3、3-5 ? 3、3-5 ? 0和3-4 ? 3范围内。
[0125]蒸汽爆破流可以非必要地至少用水洗涤，也可以使用其它添加剂。可以预期将来可以使用另外的液体，因此水据信并非绝对必要的。目前，水是优选的液体。来自非必要的洗涤的液体流出物可以被添加到经浸泡的液体流中。该洗涤步骤被认为不是必要的，而是非必要的。
[0126]经洗涤的爆破流随后进行处理以去除经洗涤的爆破材料中的至少部分液体。该分离步骤也是非必要的。术语去除至少部分是提示尽管去除尽可能多的液体是合乎需要的 (优选通过挤压)，但100%的去除是不太可能的。在任何情况下，水的100%去除并非所需的，因为随后的水解反应还需要水。该步骤的优选方法还是挤压，但其它已知的技术和那些还没有发明的技术据信都是合适的。该方法过程分离出的产物可以被添加到经浸泡的液体流中。
[0127]在一种实施方案中，在浸泡步骤之前将该木质纤维素生物质暴露于预浸泡步骤， 温度范围为10°C-150°C，甚至更优选为25°C-150°C，甚至更优选为25°C-145°C，优选范围为 25°0100°(:和25°(:-90°(:。
[0128]该预浸泡时间能够很长，例如可达但小于48小时、或小于24小时、或小于16小时、 或小于12小时、或小于9小时或小于6小时;暴露时间优选相当短，范围从1分钟至6小时、从1 分钟至4小时、从1分钟至3小时、从1分钟至2.5小时、更优选从5分钟至1.5小时、从5分钟至1 小时、从15分钟至1小时。
[0129]该预浸泡步骤是在液体(预浸泡液体)存在下进行的。在浸泡之后，该液体优选被除去的量少于原料中总糖的5wt%，更优选地被除去的量少于原料中总糖的2.5wt%，最优选地被除去的量少于原料中总糖的lwt%。
[0130]该预浸泡步骤可用作对生物质预处理步骤的浸泡步骤的改进。在生物质预浸泡步骤的浸泡(非预浸泡)中，从经浸泡的固体中分离出的经浸泡的液体流优选将具有降低的过滤堵塞组分，使得该经浸泡的液体能够容易被纯化。[〇131]该经浸泡的液体流将包括水、糖(包括单糖和低聚糖)、盐(在经浸泡的液体流中离解为阴离子和阳离子)、非必要的酚类、糠醛、油和乙酸。经浸泡的液体流可以特别包含寡聚木糖，且可以进一步包含甘露糖和半乳糖及其分别的低聚物。
[0132]理想地，经浸泡的液体流中总糖的浓度应当在0.1 -300g/1范围内，最优选50-290g/l，甚至更优选75-280g/l，最优选100-250g/l。该浓度能够通过除去水而实现。去除 50%水将非水物质的浓度提高两倍。尽管不同的浓度提高都是可接受的，但在一种实施方案中，经浸泡的液体流中半纤维素衍生的低聚糖的浓度提高达到至少两倍。在一种实施方案中，经浸泡的液体流中半纤维素衍生的低聚糖的浓度提高达到至少四倍。在一种实施方案中，经浸泡的液体流中半纤维素衍生的低聚糖的浓度提高达到至少六倍。在各工艺步骤之前或之后，可以对经浸泡的液体流进行多次浓缩步骤。
[0133]包含单糖的液体流的生产
[0134]该包括半纤维素衍生的糖的流可以进行调节步骤，该调节步骤包括一个或多个纯化步骤。在使用化学试剂溶解该半纤维素的情况中，该调节步骤去除一部分用过的化学试剂或衍生化合物，优选所有或基本上所有用过的化学试剂或衍生化合物。
[0135]纯化可以进行用以除去主要部分的可溶和不可溶化合物，其不是低聚糖和单糖， 且可以通过选自由色谱法、沉降、过滤、纳滤和超滤构成的组的至少一种技术进行。
[0136]在优选实施方案中，该浸泡液体流或包括半纤维衍生的低聚糖的液体流进行水解，用以将至少一部分低聚物转化为单体。低聚物的水解可以通过将该浸泡液体流与水解催化剂在水解条件接触而获得。该水解催化剂可以是无机酸(例如硫酸)或酶或复合酶 (enzyme cocktai 1)。水解条件将根据所选择的水解催化剂而变化，且是本领域中公知的。
[0137]依照W02013026849的教导，进行经浸泡的液体流的水解的优选方式包括至少两个步骤。第一步是由该经浸泡的液体流产生酸性流。这是通过提高该经浸泡的液体流的H+离子量以产生酸性流而实现的。在得到所需的pH值后，下一步是通过将该酸性流的温度提高到发生水解反应的水解温度而使该酸性流中的寡聚糖水解，产生经水解的流。
[0138]尽管酸性流的产生能够以任何提高H+离子浓度的方式进行，但优选的实施方案是利用该经浸泡的液体流的盐含量。为得到水解步骤所需的酸度，该经浸泡的液体流中盐的浓度能够通过离子交换而降低，同时用H+离子置换阳离子。尽管该盐可能是在该经浸泡的液体流中天然存在的，但其也能够作为预处理过程的一部分被添加，或在酸性流的产生之前或产生期间被添加。
[0139]在一种实施方案中，该经水解的流是较清澈的液体，几乎仅包含单糖、低浓度的盐和少量的降解产物(其能够阻碍随后发生糖的化学或生物转化)。
[0140]在优选实施方案中，该液体糖流包含该经水解的流的至少一部分。
[0141]在另一优选实施方案中，该液体糖流由该经水解的流的至少一部分构成。
[0142]液体流的纯化可以在水解步骤之前或之后进行。纯化也可以包括不同的步骤，其可以是前面的或后面的水解步骤。
[0143]液体糖流到多元醇的优选催化转化
[0144]在包括单糖优选在氢气存在下的加氢反应的催化反应中，该液体糖流在催化反应中转化为包括多元醇的混合物。
[0145]在优选实施方案中，该转化方法包括两个步骤:液体糖流的加氢步骤，以生产包括水和至少一种糖醇的加氢混合物;和加氢混合物的氢解步骤，以生产多元醇混合物。
[0146]可以将该液体糖流加入加氢反应器中，并与加氢催化剂和氢气在加氢条件下接触，该加氢条件有助于该液体糖流中的糖的加氢。该加氢催化剂优选是一种负载金属，该金属选自Ru、Ni和Pt或其组合的组。该催化剂载体可以包括氧化铝、氧化锆或活性炭或其组合。液体糖流中糖的总量与加氢催化剂的量之比优选为3:2-3:0.5。
[0147]优选地，该加氢反应是在一定的加氢温度进行的，该加氢温度有助于转化液体糖流中所有或基本所有的糖。该加氢温度为50°C-200°C，优选70°C_150°C，更优选85°C_130 °C，最优选 100_120°C。
[0148]用于将原料转化为一种或多种产物的方法可以在连续或间歇操作中进行。在间歇操作中，该方法是分批次在时间顺序步骤中发生的。将一批原料引入反应器中，然后进行该原料到该一种或多种产物的转化，然后将该一种或多种产物从反应区中取出。
[0149]在连续方法中，将原料作为一种流引入该反应器中，并去除包括该一种或多种产物的流，同时发生转化。该流可以连续或非连续引入或取出，在两种情况中该方法都被认为是连续的。
[0150]该加氢反应可以以间歇方式进行足以转化该液体糖流中所有或基本所有的糖的加氢时间。该加氢时间优选为30分钟-240分钟，更优选45分钟-180分钟，甚至更优选60分钟-120分钟。该催化剂优选以颗粒形式存在并分散在液体糖流中以有效促进该加氢反应。 在反应过程中该加氢反应器的内容物可以被搅拌。
[0151]在另一实施方案中，该加氢反应是以连续方式进行的。
[0152]优选地，该加氢反应器选自由固定床反应器、流化床反应器和机械混合反应系统构成的组。更优选地，该加氢反应器是固定床反应器，其可以作为沸腾催化剂床反应器或喷淋床反应器操作。在最优选的实施方案中，该反应器是作为喷淋床反应器操作的固定床。可以使用的另一种类型的反应器是连续搅拌釜反应器(CSTR)，其是一种特殊类型的机械混合反应系统，其中催化剂分散在液体试剂和产物中。该连续反应时间方便地表示为该液体糖流和加氢催化剂之间的接触时间(在加氢反应在固定床构造中进行的情况中)或者液体糖流的停留时间(在加氢反应在连续搅拌釜反应器构造中进行的情况中)。该连续加氢反应时间可以为20分钟-3小时之间的值，优选在25分钟-2小时之间，最优选在30分钟-1小时之间。
[0153]该液体糖流、加氢催化剂和氢气可以分别从不同的入口引入该加氢反应器中或者在引入反应器中之前进行预混。
[0154]该加氢反应器是在氢气存在下在30巴-150巴范围内(优选在40巴-150巴的范围内，更优选在50巴-100巴的范围内，最优选在60巴-80巴的范围内)的加氢压力进行的。在以间歇方式进行加氢的情况中，该加氢压力相当于在25°C的温度时将氢气引入反应器中时的压力。在实验中，其是由放置在接近加氢反应器的入口且仅在密封反应器之前的氢气供给管线上的表压测得的。由于温度的影响以及气体反应产物以及液体糖流在加氢温度时的蒸汽压的贡献，反应器中实际的反应压力可以与加氢压力不同。在以半连续或连续方式进行加氢的情况中，其中调节氢气流速以控制反应器内的压力，该加氢压力是反应器内在反应温度时的实际压力。
[0155]优选地，该氢气和液体糖流以适当的量引入加氢反应器中，以达到溶解的单糖的总量与氢气量的摩尔比在1: 2-1:10范围内，更优选在1: 3-1:8范围内，最优选在1:4-1:6范围内。因为该反应优选以氢气化学计量过量反应以有效促进该加氢反应，一部分氢气将不反应，因此可以在反应结束时可以再循环并再次用于整个转化方法中。在间歇反应的情况中，将总量的氢气和总量的液体糖流引入该反应器中，然后将反应器密封。在连续或半连续方式的情况中，将氢气和液体糖流以连续或半连续方式引入，优选依照所公开的范围。
[0156]在优选实施方案中，该液体糖流包括至少一种选自木糖、葡萄糖和阿拉伯糖或其混合物的化合物;根据该木质纤维素原料，其可以进一步包括甘露糖和半乳糖。该糖的加氢反应生产了包括至少一种糖醇的加氢混合物。优选的糖醇是木糖醇、山梨糖醇和阿拉伯糖醇或其混合物。
[0157]在甚至更优选的实施方案中，该液体糖流是由木质纤维素原料通过主要溶解该木质纤维素原料中的木聚糖得到的。由此，该液体糖流中的糖主要包括木糖，以干物质计，在液体糖流中木糖的优选含量大于50%，更优选大于70%，甚至更优选大于80%，甚至更优选大于90%，最优选的值为大于95%。相应的加氢混合物将主要包括木糖醇，以干物质计，在加氢混合物中木糖醇的优选含量大于45%，更优选大于70%，甚至更优选大于80%，甚至更优选大于90%，最优选的值为大于95%。
[0158]然后将加氢混合物从加氢反应器中取出并加入氢解反应器中。如果该氢解催化剂以分散的颗粒形式存在，将其至少部分从反应器中与加氢混合物一起取出，其可以通过过滤回收并最终在再生之后再次加入加氢反应器中。最后，可以从加氢混合物中取出不希望得到的加氢产物。
[0159]将加氢混合物加入氢解反应器中，并与氢解催化剂和氢气在氢解条件接触，该氢解条件有助于该加氢混合物中的糖醇的氢解。该氢解催化剂优选是一种负载金属，该金属选自Ru、Ni和Pt或其组合的组。该催化剂载体可以包括氧化铝、氧化锆或活性炭或其组合。 加氢混合物中糖醇的总量与氢解催化剂的量之比优选为3:2-3:0.1。
[0160]该糖醇的氢解反应是在OF离子存在下进行的，0IT离子会影响反应环境的pH值。大于9的pH值相当于碱性条件，有助于糖醇的有效氢解。0IT离子优选获自选自由NaOH、KOH、Ca (0H)2和Ba(0H)2或其组合构成的组的化合物。0IT离子的源可以被引入该氢解反应器中，或者可以在加入反应器中之前被添加到加氢混合物中。
[0161]该氢解反应是在一定的氢解温度进行的，该氢解温度有助于加氢混合物中醇的转化。该氢解温度可以为150°C-240°C的值，最优选190-220°C。
[0162]该氢解反应可以以间歇方式进行优选足以转化该加氢混合物中所有或基本所有的糖醇的氢解时间。该氢解时间优选为10分钟-10小时，更优选20分钟-8小时，甚至更优选 30分钟-7小时，甚至更优选45分钟-6小时，最优选60分钟-4小时，甚至最优选90分钟-3小时。该氢解催化剂优选以颗粒形式存在并分散在加氢混合物中以有效促进该氢解反应。在反应过程中该氢解反应器的内容物可以被搅拌。
[0163]在另一实施方案中，该氢解反应是以连续方式进行的。如在加氢反应器中的情况那样，该氢解反应器可以选自由固定床反应器、流化床反应器和机械混合反应系统构成的组。更优选地，该氢解反应器是固定床反应器，其可以作为沸腾催化剂床反应器或喷淋床反应器操作。在最优选的实施方案中，该反应器是作为喷淋床反应器操作的固定床。该反应时间方便地表示为该加氢混合物和氢解催化剂之间的接触时间(在氢解反应在固定床构造中进行的情况中)或者液体糖流的停留时间(在氢解反应在连续搅拌釜反应器构造中进行的情况中)。该连续氢解反应时间可以为15分钟-10小时之间的值，优选在20分钟-5小时之间， 更优选在25分钟-2小时，最优选在30分钟-1小时之间。
[0164]该氢解反应器是在氢气存在下在40巴-170巴范围内(优选在40巴-150巴的范围内，更优选在50巴-100巴的范围内，最优选在60巴-80巴的范围内)的氢解压力进行的。在以间歇方式进行氢解的情况中，该氢解压力相当于在25°C的温度时将氢气引入反应器中时的压力。在实验中，其是由放置在接近氢解反应器的入口且仅在密封反应器之前的氢气供给管线上的表压测得的。由于温度的影响以及气体反应产物以及在氢解温度时液体的蒸汽压的贡献，反应器中实际的反应压力可以与氢解压力不同。在以连续方式进行氢解的情况中， 其中调节氢气流速以控制反应器内的压力，该氢解压力是反应器内在反应温度时的实际压力。
[0165]优选地，该氢气和加氢混合物以适当的量引入氢解反应器中，以具有糖醇的总量与氢气量的摩尔比在1: 2-1:10范围内，更优选在1:3-1:8范围内，最优选在1:4-1:6范围内。 因为该反应优选以氢气化学计量过量反应以有效促进该氢解反应，一部分氢气将不反应， 因此可以在反应结束时可以再循环并再次用于整个转化方法中。在间歇反应的情况中，将总量的氢气和总量的加氢混合物引入该反应器中，然后将反应器密封。在连续或半连续方式的情况中，将氢气和加氢混合物以连续或半连续方式引入，优选依照所公开的范围。
[0166]加氢混合物中糖醇的氢解反应生产了包括水、伯多元醇和仲多元醇的多元醇混合物。
[0167]该伯多元醇可以包括至少一种选自由乙二醇、丙二醇及其混合物构成的组的化合物。
[0168]该仲多元醇可以包括至少一种选自由甘油、阿拉伯糖醇、苏糖醇、赤藻糖醇和未反应的糖醇及其混合物构成的组的化合物。
[0169]该多元醇混合物可以进一步包括其他多元醇、不希望的化合物(包括乳酸、乙醇醛或甲酸)和未反应的糖和糖醇。
[0170]然后将该多元醇混合物从氢解反应器中取出。如果该氢解催化剂以分散的颗粒形式存在，将其至少部分从反应器中与多元醇混合物一起取出，其可以通过例如过滤回收并最终在再生之后再次加入氢解反应器中。
[0171]可以将包括伯多元醇的多元醇流通过现有技术中已知的以及仍待发明的任何方法从多元醇混合物中回收。[〇172]在优选实施方案中，首先通过脱水步骤除去该多元醇混合物中的一部分水。脱水可以通过热蒸发或通过过滤进行。优选地，该经脱水的二醇混合物的干物质含量为在40%-95%范围内的值，更优选为50-90%，甚至更优选为60%-85%，最优选为70%-80%。
[0173]然后将最终经过脱水的该多元醇混合物分离成包括乙二醇和/或丙二醇的至少多元醇流以及包括水和该至少一种非乙二醇和丙二醇的仲多元醇(优选为甘油)的至少残余物流。根据分离条件，该多元醇流可以进一步包括其他多元醇，例如丁二醇、戊二醇和/或其他不是多元醇的化合物(例如未反应的化合物、中间产物或副产物)。该残余物流可以进一步包括其他多元醇(例如阿拉伯糖醇、苏糖醇、赤藻糖醇)和在分离条件下未分离出的未反应的糖醇和/或其他不是多元醇的化合物(例如乳酸、甲酸(其在碱性环境中作为盐存在，例如乳酸钠和甲酸钾))、乙醇醛。根据分离条件，该残余物流可以进一步包括该多元醇混合物中一部分的乙二醇和丙二醇。在该分离步骤中可以生产其他另外的残余物流。
[0174]优选的分离该多元醇混合物的方法是通过热蒸发，其可以在100 °C_140°C的温度和30毫巴-200毫巴的压力下进行，更优选120°C的温度和50毫巴的压力。
[0175]从多元醇流中可以通过现有技术中已知的和仍待发明的任何方法(优选通过蒸馏)分离出乙二醇流和丙二醇流。非必要地，在分离中还产生了其他的残余物流。
[0176]该丙二醇流包括丙二醇，且可以进一步包括少量乙二醇或其他多元醇。
[0177]该乙二醇流包括多种二醇，其中乙二醇是主要成分，因为以相对于该多种二醇的摩尔百分比计，乙二醇的含量优选大于80%。在优选实施方案中，乙二醇的摩尔比大于 85%，更优选大于90%，甚至更优选大于95%，最优选的值为大于98%。
[0178]在一种实施方案中，该乙二醇流进一步包括选自1，2_丙二醇、1，2_ 丁二醇和1，2_ 戊二醇的至少一种二醇。
[0179]在优选实施方案中，该乙二醇流包括1，2_丙二醇，相对于该多种二醇，1，2_丙二醇的摩尔量百分比优选小于15%，更优选小于12%，甚至更优选小于10%，甚至更优选小于 7%，甚至更优选小于5%，最优选小于3%，甚至最优选的值为小于2%。[〇18〇]在另一优选实施方案中，该乙二醇流包括1，2_丁二醇，相对于该多种二醇，1，2_丁二醇的摩尔量百分比优选小于10%，更优选小于8%，甚至更优选小于5%，甚至更优选小于 3%，最优选小于2%，甚至最优选的值为小于1 %。
[0181]在优选实施方案中，该乙二醇流包括1，2_戊二醇，相对于该多种二醇，1，2_戊二醇的摩尔量百分比优选小于5%，更优选小于4%，甚至更优选小于3%，甚至更优选小于2%， 最优选小于1 %。
[0182]即使该乙二醇流可以仅包括一种1，2_二醇，更优选其包括两种1，2_二醇，甚至更优选其包括三种1，2-二醇。最优选地，该乙二醇流包括1,2-丙二醇、1,2-丁二醇和1.2-戊二醇。
[0183]该乙二醇流可以用于生产聚酯树脂。
[0184]用于生产聚酯树脂的第一优选方法是酯方法，包括酯交换和缩聚。基本上，这多种二醇的二醇与二元羧酸酯(例如对苯二甲酸二甲酯)在酯交换反应中反应，该反应可以被酯交换催化剂催化。由于在该反应中生成了醇(在使用对苯二甲酸二甲酯时生成甲醇)，可能需要除去该醇以将全部或几乎全部试剂转化为单体。然后单体进行缩聚，且该反应中所用的催化剂通常是锑、锗或钛化合物或其混合物。酯交换催化剂可以通过在酯交换反应结束时引入磷化合物(例如多磷酸)而被螯合以防止在聚合物中产生黄色。
[0185]用于生产聚酯树脂的第二优选方法是酸方法，包括直接酯化和缩聚。基本上，该多种二醇的二醇与酸(例如对苯二甲酸)通过直接酯化反应而反应生成单体和水，将其除去以驱动反应完成。该直接酯化步骤不需要催化剂。然后，与酯方法类似，该单体进行缩聚以生成聚酯。
[0186]在两种方法中，可以通过固态聚合使该聚酯进一步聚合到高分子量，这特别适用于容器(瓶子)应用。
[0187]在优选实施方案中，该聚酯的酸部分的至少85%源自对苯二甲酸或其二甲酯。
[0188]从残余物流中进行热能回收
[0189]在本公开的方法中，在多元醇混合物中缠身的残余物流在回收单元中产生热能， 如图1中所示。该残余物流具有可以大于80%、更优选大于85%、甚至更优选大于90%、甚至更优选大于93%、甚至更优选大于95%、最优选大于98%的干物质含量。由于残余物流的水百分比含量显著低于半纤维素衍生的糖流，因此从残余物流中回收热能，与从半纤维素衍生的糖流中回收热能相比，具有在水的蒸发中必须耗费较少的能量的优点。[〇19〇]在优选实施方案中，其中该多元醇的分离是通过热方法(例如蒸馏或蒸发)进行的，该残余物流是在一定的温度分离的，在该温度其特征在于具有低浓度，由此可以通过管线将其栗送。优选地，在分离之后，该残余物流保持在一定的温度，该温度保持该参与物流的可流动性且该残余物流是通过一个或多个管道被输送到回收装置的。将该残余物流在一定的温度加入该回收单元，该温度优选大于60 °C，更优选大于70°C，最优选大于80°C。非必要地，可以通过过滤或热蒸发技术进一步降低残余物流的水含量。
[0191]该回收单元可以包括任何用于从残余物流中回收热能的设备。在优选实施方案中，热能是通过燃烧该残余物流而回收的，其优选是在燃烧条件发生的，即在氧气存在下， 即使根据残余物流的性质和组成，也可以使用相当于氧气消耗或无氧气的热解条件。该回收单元可以包括燃烧腔，其中将该残余物流优选以液滴形式加入以增强燃烧方法。在优选实施方案中，使用热能在可以适于燃烧该残余物流的蒸汽发生器中产生蒸汽。
[0192]然后可以将该热能(优选以蒸汽的形式)用于供给本公开的方法的至少一部分热能需求。从残余物流回收的热能可以用于本公开的方法的任何步骤中，特别用于处理该木质纤维素原料以生产该液体糖流和纤维素纸浆，和/或用于将该液体糖流转化为多元醇混合物中和/或用于多元醇混合物分离中。在一种实施方案中，该回收单元包括热电联产系统，其中将该残余物流燃烧以产生蒸汽，将蒸汽用于生产电能以供给本公开的方法的至少一部分电能需求。非必要地，将产生的电能的至少一部分供给外部电网。
[0193]在另一实施方案中，该回收单元包括用于将残余物流转化为中间化合物的装置， 然后使用该中间化合物回收热能。优选地，该中间化合物是可燃烧的气体或气体混合物，例如氢气和甲烷，其可以通过例如包括残余物流的气化步骤的方法或通过生物方法(例如需氧或厌氧发酵)得到。然后，该可燃烧的气体或气体混合物用作燃料用于产生热能且非必要地用于产生电能。
[0194]在该用于生产纤维素糖浆和液体糖流的方法包括在化学试剂存在下的化学纸浆处理(例如牛皮纸浆生产方法或亚硫酸盐方法)的情况中，还生产了至少一种流出物流。该至少一种流出物流包括该木质纤维素原料中至少一部分木质素(其可以是可溶或不可溶的形式)和至少一部分化学试剂(其至少一部分可能已经反应生成了该化学试剂的衍生物)。 该至少一种流出物流可以非必要地包括该木质纤维素原料中的一部分碳水化合物(其已经在化学方法中取出且可以是可溶或不可溶的形式)。将该至少一种流出物流送往回收装置， 该回收装置在纸浆工业领域中已知为回收锅炉，在其中将其转化为热能，并回收至少一部分该化学试剂或该化学试剂的衍生化合物并将其再次用于处理该木质纤维素原料。根据所用的化学方法，在纸浆工业中，该至少一种流出物流在现有技术中例如可以表示为黑液或褐液，且可以具有不同的组成。该包括循环再利用化学试剂或衍生化合物或化学试剂的化合物的流可以表示为绿液或白液。在本公开的方法中可以使用迄今为止开发的和仍待发明的不同构造的回收锅炉。在优选的构造中，化学物质中的有机部分通过燃烧产生热量，该热量用于产生高压蒸汽，该高压蒸汽用于在涡轮机中发电。该涡轮机排气、低压蒸汽用于方法的加热。
[0195]在最优选的实施方案中，在唯一的回收单元中从包括仲多元醇总重量大部分的残余物流和该至少一种流出物流中回收热能。优选地，该回收单元是纸浆工业中使用的回收锅炉，其可以适于从这两种流供给。这两种流可以加入该回收锅炉中两个不同的燃烧腔中， 其中将其单独燃烧产生蒸汽。优选地，该回收锅炉适于在唯一的燃烧腔中燃烧该残余物流和该至少一种流出物流。在这种情况中，可以将这两种流从两个分开的入口加入，或者可以将其预混形成唯一的流然后再加入该唯一的燃烧腔中。
[0196]如图2中所示，其示意性地以详细的方式显示了本公开的方法的一种实施方案，该热能可以用于该木质纤维素生物质的浸泡步骤、该经浸泡的木质纤维素生物质的化学处理、加氢、氢解步骤或多元醇混合物分离中。
[0197]非必要地，除了该一种或多种包括仲多元醇总重量大部分的残余物流之外，在本公开的方法的很多步骤中可以产生其他包括有机化合物的残余物流，这些其他的残余物流也可以用于回收热能。该其他的流可以被浓缩以依照该回收单元(特别是回收锅炉)的技术需求降低水含量。优选地，该其他残余物流中氯化物的浓度小于2g/l，更优选小于1.5g/l， 甚至更优选小于1.〇g/l，甚至更优选小于〇.5g/l，最优选小于0.lg/1。在最优选的实施方案中，该其他残余物流不包含或基本不包含氯化物。氯化物可以以元素形式或在氯化物化合物中存在。作为其他残余物流的实例，可以通过从在液体糖流的催化转化的加氢步骤中生产的加氢混合物中分离至少一部分未反应的单糖和/或不希望的有机化合物，生产第一其他残余物流。可以由浸泡液体的调节生产第二其他残余物流，其中该纯化步骤可以产生包括尚未水解为单糖的低聚糖的流。
[0198]原料选择
[0199]通常，天然或天然形成的木质纤维素生物质能够是用于此方法的一种原料。木质纤维素材料能够如下描述:
[0200]除淀粉之外，植物生物质中的三种主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其通常统称为木质纤维素。作为统称，含多糖的生物质包括淀粉和木质纤维素生物质。因此，一些类型的原料能够是植物生物质、含多糖的生物质和木质纤维素生物质。
[0201]依照本发明的含多糖的生物质包括任何包含聚合糖(例如以淀粉以及精制淀粉、 纤维素和半纤维素的形式)的材料。
[0202]用于得到要求保护的发明的天然形成的生物质的相关类型可以包括源自农作物的生物质，该农作物选自由以下构成的组:含淀粉的谷物、精制淀粉;玉米秸杆、甘蔗渣、禾杆(例如源自水稻、小麦、黑麦、燕麦、大麦、油菜、高粱)；软木(例如欧洲红松(Pinus sylvestris)、福射松(Pinus radiate));硬木(例如柳树(Salix spp.)、桉树(Eucalyptus spp.));块茎类(例如甜菜、马铃薯)；谷类(例如来自水稻、小麦、黑麦、燕麦、大麦、油菜、高粱和玉米)；废纸、来自沼气处理的纤维部分、粪便、来自油棕处理的残余物、市政固体废物等。虽然实验仅限于以上枚举列出的几个实例，但是本发明据信适用于所有，因为最主要的特征是木质素的独特特征和表面积。
[0203]用于得到该组合物的木质纤维素生物质原料优选来自通常称为草的科。正确的名称是称作开花植物的百合纲(单子叶植物)中称为禾本科或颖花科的科。这个科的植物通常被称为草，或者，以区别于其它禾草，被称作真禾草。竹子也包括在内。有约600个属和约9， 000-10,000或更多个种的草(世界草类丘园索引(Kew Index of World Grass Species))。
[0204]禾本科包括在世界各地种植的主食谷物和谷类作物、草坪和牧草、以及竹子。禾本科通常具有中空的茎，称为杆，其每隔一段便堵塞(实心)，称为节，也就是沿着杆在叶子生长处的点。草叶通常是交替的、对生的(在一个平面上)或稀少地螺旋生长的，且是平行叶脉。每片叶分化为以一定距离包围茎的下部叶鞘，和带叶缘的叶片。很多草的叶片被硅石植物岩(silica phytoliths)硬化，这有助于阻碍食草动物厌食。在一些草(如剑叶草)中，这使草的叶片边缘锐利，足以割伤人体皮肤。膜状附器或毛缘，称为叶舌，位于叶鞘与叶片之间的相接处，防止水或昆虫进入到叶鞘中。
[0205]草叶生长在叶片的基部，而不是从细长茎杆的顶端长出。这种低生长点是为适应食草动物而进化的，并使得草能够被定期啃食或割下而不会对植物造成严重损害。
[0206]禾本科的花的特征为按照小穗状花序排布，每个小穗具有一个或多个小花(小穗进一步分组为圆锥花序或穗状花序)。小穗由两个(或有时更少)的基部苞片(称为颖片)、随后的一个或多个小花构成。小花由称为外稃(外部的)和内稃(内部的)的两个苞叶包围的花构成。花通常是雌雄同体的(玉米，雌雄同株，是一个例外)而授粉几乎都是风媒授粉。花被减少到两个鳞苞，称为浆片，其通过膨胀和收缩传播外稃和内稃;这些通常都解释为修饰的萼片(modified sepal)。
[0207]禾本科的果实是颖果，其中种皮融合到果皮中，因此不能与其分离(如玉米籽中那样)。[〇2〇8]在草中通常存在三类生长习性;束型(也称为丛生)、具匍匐茎的和根状茎的。
[0209]草的演替部分依赖于其形态和生长过程，部分依赖于其生理多样性。大部分草分为两种生理群类，采用C3和C4光合作用途径进行碳固定。C4草具有与特化克兰茨叶片解剖有关的光合作用途径，使它们特别适应炎热的气候和低二氧化碳气氛。
[0210]C3草被称为“冷季型草”，而C4草被认为是“暖季型草”。草可以是一年生或多年生植物。一年生冷季型的实例是小麦、黑麦、一年生蓝草(一年生牧草(meadowgrass)、早熟禾和燕麦)。多年生冷季型的实例是果园草(鸡脚草(cocksfoot)、鸭茅(Dactylisglomerata)、羊茅(高羊茅属)、草地早熟禾(Kentucky Bluegrass)和多年生黑麦草(多年生黑麦草(Lolium perenne))。一年生暖季型的实例是玉米、苏丹草和珍珠稷。多年生暖季型的实例是大须芒草、印度草、狗牙根和柳枝稷。[0211 ] 禾本科的一个分类公认有12个亚科，这些亚科是:1)4]1〇1]1〇〇111〇〇1(16&6亚科，包括两个属(Anomochloa属、Streptochaeta属)的小谱系阔叶草;2)Pharoideae亚科，小谱系的草，包括三个属，包括毛幢(Pharus)和囊稃竹属(Leptaspis) ;3)Puel1ideae亚科，包括非洲巨菌草(Puelia)的小谱系;4)早熟禾亚科(Pooideae)，其包括小麦、大麦、燕麦、雀麦草 (Bronnus)和芦 _草(reed-grasses)(拂子茅(Calamagrostis) ); 5)竹亚科 (Bambusoideae)，包括竹子;6)稻亚科(Ehrhartoideae)，包括水稻和野生稻；7)芦竹亚科 (Arundinoideae)，包括巨芦_(8丨&]11: reed)和普通芦_((:〇111111〇11 reed);8)假淡竹叶 (Centothecoideae)，11个属的小亚科，有时包括在泰亚科(Panicoideae)中；9)虎尾草亚科 (Chloridoideae)，包括雀茅类(lovegrasses)(画眉草属，约350种，包括埃塞俄比亚画眉草)、鼠尾粟(ropseeds)(鼠尾粟属，约160种)、龙爪稷(finger millet)(龙爪稷属 (Eleusine cor a cana ( L ? ) Gae r t n ?))和舌L 子草(muh 1 y gr a s s e s )(舌L子草属 (11111161^6找13)，约175种)；10)黍亚科(？311；[〇〇1(1636)，包括黍、玉米、高梁、甘鹿、大部分稷、福尼奥米(fon1)和须芒草(bluestem grass) ; ll)Micrairoideae 亚科和 12) Danthon1dieae亚科，包括蒲华;Poa是约500种草的属，原产于两个半球的温带气候区。 [〇212]因可食用种子而种植的农业草称为谷类。常见的三种谷类是水稻、小麦和玉蜀黍 (玉米)。在所有作物中，70 %是草。
[0213]甘蔗是生产糖的主要来源。草用于建筑。由竹子制成的脚手架能够经受会破坏钢制脚手架的台风强风吹袭。更大的竹子和芦竹(Arundo donax)具有结实的茎杆，能够以类似于木材的方式使用，而草根使草屋的草皮(sod)稳固。芦竹属(Arundo)用于生产用于木管乐器的芦苇，而竹子用于许多器具。
[0214]另一种木质纤维素生物质原料可以是木本植物或树木。木本植物是使用木材作为其结构组织的植物。这些通常是多年生植物，其茎杆和较大的根都采用邻近维管组织产生的木质部强化。这些植物的主茎杆、较大枝和根部通常覆盖加厚的树皮层。木本植物通常是乔木、灌木或藤本植物。木质部是蜂窝结构的适应，其使木本植物年复一年地从地上茎杆生长，从而使一些木本植物变成最大和最高的植物。
[0215]这些植物需要维管系统从根部到叶(木质部)输送水分和养分，并将糖从叶输送到植物其余部分(韧皮部)。有两种类型的木质部:初生生长期间由原形成层形成的初生木质部和次生生长期间由维管形成层形成的次生木质部。
[0216]通常被称为“木材”的是这种植物的次生木质部。
[0217]其中能够发现次生木质部的两个主要的组是:
[0218]1)针叶树(松柏科(Coniferae)):有约六百种针叶树。所有种类都具有次生木质部，在整个组群中结构上相对均一。许多针叶树都长成乔木:这些树木的次生木质部作为软木市售。[〇219]2)被子植物(被子植物门(Ang1spermae)):有约25万到40万种被子植物。在这一组群中次生木质部尚未发现于单子叶植物(例如禾本科)中。许多非单子叶被子植物成为乔木，而这些植物的次生木质部作为硬木市售。
[0220]术语软木用于描述属于裸子植物的树木的木材。裸子植物是具有未被包被在子房中的裸子的植物。这些种子“果实”被认为比硬木更原始。软木树通常是常绿的，结锥形果实，并具有针叶或鳞片状叶。其包括针叶树种(例如松树、云杉、冷杉和雪松)。针叶树种的木材硬度各不相同。
[0221]术语硬木用于描述属于被子植物科的树木的木材。被子植物是具有包被在子房中保护的胚珠的植物。当受精时，这些胚珠发育成种子。硬木树通常是阔叶的；在温带和北方炜度它们大多是落叶植物，但在热带和亚热带地区大多是常绿植物。这些叶片能够是单一的(单叶片的)，或它们可以是复杂的，叶片附连到叶茎。虽然形状可变，但所有的硬木叶片都具有独特的细脉网络。硬木植物包括例如白杨、桦木、樱桃木、楓木、橡木和柚木。
[0222]因此优选的天然形成的木质纤维素生物质可以选自由草和木材构成的组。另一种优选的天然形成的木质纤维素生物质能够选自由属于针叶树、被子植物、禾本科的植物构成的组。另一优选的天然形成的木质纤维素生物质可以是至少l〇wt%其干物质是纤维素的生物质，或者更优选至少5wt %其干物质是纤维素。
[0223]包括本发明的该碳水化合物选自由基于葡萄糖、木糖和甘露糖单体的碳水化合物及其混合物的组。
【主权项】
1.一种用于由包括纤维素、半纤维素和木质素的木质纤维素原料生产包括纤维形式的 纤维素的至少一种纤维素纸浆和多元醇流的集成方法，其中该方法包括以下步骤:a)处理所述木质纤维素原料以生产所述纤维素纸浆和至少一种液体糖流，所述液体糖 流包括水和单糖，所述单糖衍生自所述木质纤维素原料的所述半纤维素；b)将所述液体糖流中的所述单糖催化转化为多元醇混合物，所述多元醇混合物包括伯 多元醇和仲多元醇；c)将至少一部分所述多元醇混合物进行分离以产生至少所述多元醇流和残余物流，其 中所述多元醇流包括所述伯多元醇重量的大部分，且所述残余物流包括所述仲多元醇重量 的大部分；d)在第一回收单元中从所述残余物流中回收第一热能。2.根据权利要求1所述的集成方法，其中所述木质纤维素原料的处理包括以下步骤:1.在包括水的工艺流体存在下，在100°C-210°C的温度下，将所述木质纤维素原料浸泡 1分钟-24小时，以生产包括低聚糖的浸泡液体和经浸泡的木质纤维素原料；i1.处理所述包括低聚糖的浸泡液体以生产至少包括单糖的液体流；ii1.在化学试剂存在下处理所述经浸泡的木质纤维素原料，以生产至少包括所述纤维 素纸浆的纤维素流和包括至少一部分木质素和至少一部分所述化学试剂或所述化学试剂 的衍生物的流出物流；iv.回收所述纤维素纸浆;和v.在第二回收单元中从所述流出物流中回收包括所述化学试剂或所述化学试剂的衍 生物的循环再利用化学试剂和第二热能。3.根据权利要求1-2中任一项所述的集成方法，其中所述工艺流体进一步包括一部分 所述化学试剂或一部分所述循环再利用化学试剂。4.根据权利要求2-3中任一项所述的集成方法，其中所述化学试剂包括至少一种选自 由亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、氢氧化钠和碳酸钠构成的组的化合物。5.根据权利要求4所述的集成方法，其中所述亚硫酸盐包括选自由钠离子、钙离子、钾 离子、镁离子和铵离子构成的组的反离子。6.根据权利要求5所述的集成方法，其中所述亚硫酸氢盐包括选自由钠离子、钙离子、 钾离子、镁离子和铵离子构成的组的反离子。7.根据权利要求1-6中任一项所述的集成方法，其中所述催化转化包括以下步骤:a)通过将所述液体糖流与加氢催化剂在氢气存在下在30巴-150巴范围内的加氢压力 和50 °C -200 °C范围内的加氢温度下接触，将所述液体糖流加氢，并且加氢时间足以生成包 括水和至少一种糖醇的加氢混合物；b)通过将所述加氢混合物的至少一部分与氢解催化剂在OIT离子和氢气存在下在40巴-170巴范围内的氢解压力和一定的氢解温度下接触，对所述加氢混合物的至少一部分进行 氢解，并且氢解时间足以生成所述多元醇混合物。8.根据权利要求1-7中任一项所述的集成方法，其中所述伯多元醇包括至少一种选自 由乙二醇、丙二醇及其混合物构成的组的化合物。9.根据权利要求7-8中任一项所述的集成方法，其中所述仲多元醇包括至少一种选自 由甘油、阿拉伯糖醇、苏糖醇、赤藻糖醇和未反应的糖醇及其混合物构成的组的化合物。10.根据权利要求7-9中任一项所述的集成方法，其中所述残余物流进一步包括选自由 乳酸、甲酸和乙醇醛构成的清单的化合物。11.根据权利要求1-10中任一项所述的集成方法，其中所述残余物流具有其值大于80、 85、90、93、95和98的干物质重量百分比。12.根据权利要求1-11中任一项所述的集成方法，其中所述残余物流在大于选自由60 °C、70°C和80°C构成的组的值的温度下加入所述第一回收单元中。13.根据权利要求2-12中任一项所述的集成方法，其中所述第一回收单元和所述第二 回收单元是同一个回收单元。14.根据权利要求13所述的集成方法，其中在加入回收单元之前，将所述残余物流的至 少一部分和所述流出物流的至少一部分结合在一起。15.根据权利要求13-14中任一项所述的集成方法，其中所述回收单元包括回收锅炉。16.根据权利要求1-15中任一项所述的集成方法，其中所述第一热能的至少一部分和/ 或所述第二热能的至少一部分用于所述集成方法中。17.根据权利要求1-16中任一项所述的集成方法，其中所述第一热能的至少一部分和/ 或所述第二热能的至少一部分转化为电能。
【文档编号】C07C31/26GK106029617SQ201580010141
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】马尔科·贝尔纳迪, 帕特里齐亚·费朗多, 斯里尼瓦桑·拉加万德朗, 安德里亚·博纳尼, 亚历山德拉·法拉提尼, 达里奥·乔达诺
【申请人】拜奥开姆泰克股份公司