特表 2024-540434 修正エアストリッピングプロセスおよび装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-31

(54)【発明の名称】修正エアストリッピングプロセスおよび装置

(51)【国際特許分類】

   C07C 29/10 20060101AFI20241024BHJP

   C07C 31/04 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

C07C29/10

C07C31/04

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024527409

(86)(22)【出願日】2022-11-17

(85)【翻訳文提出日】2024-05-09

(86)【国際出願番号】 FI2022050758

(87)【国際公開番号】W WO2023089239

(87)【国際公開日】2023-05-25

(31)【優先権主張番号】20216184

(32)【優先日】2021-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520102646

【氏名又は名称】アンドリッツ オサケ ユキチュア

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チェンナ、ナヴィーン

(72)【発明者】

【氏名】グレイス、オットー

(72)【発明者】

【氏名】ペソラ、アイノ

(72)【発明者】

【氏名】テルボラ、ペッカ

【テーマコード（参考）】

4H006

【Ｆターム（参考）】

4H006AA02

4H006AC41

4H006BC10

4H006BC11

4H006BC16

4H006BD33

4H006BD51

4H006BD84

4H006BE30

4H006BE31

4H006BE32

4H006FE11

(57)【要約】

リグニンを含有する供給原料をエアストリッピングカラムに供給することによって、および酸化剤を使用することによってリグニンをメタノールに酸化することによって、リグニンがエアストリッピングカラム内でメタノールに酸化される、プロセス、およびプロセスを実行するように構成されたシステムが提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エアストリッパ内でメタノールを生成するプロセスであって、
ｉ．リグニンを含む供給原料をエアストリッピングカラムに供給すること；および
ｉｉ．前記エアストリッピングカラムに空気を供給して、前記リグニンのメトキシル基をメタノールに酸化することを含む、プロセス。

【請求項2】

前記供給原料が、パルプ工場のリグニン含有サイドストリームである、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記供給原料が、パルプ工場で生じた濾液である、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項4】

酸素、オゾン、過酸化水素、またはそれらの任意の組み合わせから選択される酸化ブースタを前記エアストリッピングカラムに追加的に供給して、前記リグニンの酸化を促進する、請求項１～３のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項5】

前記エアストリッピングカラムが、５～１４の範囲から選択されるｐＨ値、好ましくは８～１３、より好ましくは１０～１２、最も好ましくは約１１のｐＨ値で作動される、請求項１～４のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項6】

前記エアストリッピングカラムが、６０～２００℃の範囲から選択される温度、好ましくは７０～１５０℃、より好ましくは８０～１２０℃、最も好ましくは９０～１６０℃または９０～１００℃で作動される、請求項１～５のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項7】

前記エアストリッピングカラムが、０．２５～２５バール（ｇ）の範囲から選択される圧力、好ましくは１～２０バール（ｇ）、より好ましくは２～１０バール（ｇ）、より好ましくは４～６バール（ｇ）、最も好ましくは約５バール（ｇ）の圧力で作動される、請求項１～６のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項8】

酸化された供給原料が、パルプ工場の繊維ライン循環に戻される、請求項１～７のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項9】

前記エアストリッピングカラムで生成されたメタノール蒸気が、凝縮器ユニットに移送されてメタノールを液化し、次いでメタノール精製ユニットに移送される、請求項１～８のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載のプロセスを実行するための手段を備えるシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、修正エアストリッパにおけるメタノールの生成に関する。本開示は、排他的ではないが、特にパルプ工場で生じたリグニン含有サイドストリームを使用することによって、エアストリッパにおいてメタノールを生成するためのプロセスおよびシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

このセクションは、最新技術を代表する本明細書に記載の技術を承認することなく、有用な背景情報を例示する。

【0003】

エアストリッピングは、典型的には、液体から揮発性化合物を取り出すために使用される。空気中では、ストリッピング空気は、液体中に存在する揮発性化合物のキャリアガスとして作用する。液体に空気を吹き込むと、液体中に存在するメタノールなどの揮発性化合物が液相からキャリアガス中に移動し、キャリアガスと共に取り出すことができる。従来のエアストリッピング法では、プロセスの目的は、液体から、例えば処理された液体供給原料から揮発性化合物を分離することである。

【0004】

濾液中に存在するリグニンをメタノールに変換することにより、濾液の利用度を高める方法を開発することを目的とする。

【発明の概要】

【0005】

添付の特許請求の範囲は、保護の範囲を規定する。特許請求の範囲によって網羅されない説明および／または図面における装置、システム、製品および／または方法の任意の例および／または技術的説明は、本発明の実施形態としてではなく、本発明を理解するために有用な背景技術または例として本明細書に提示される。

【0006】

本開示の目的は、工業プロセスから、例えばパルプ工場で発生した濾液および黒液から生じる廃棄流およびサイドストリーム中に存在するリグニンからメタノールを生成する方法を提供することである。別の目的は、メタノール製造および／またはリグニン処理における既存の技術に、代替の解決策を提供することである。

【0007】

第１の態様によれば、エアストリッパにおいてメタノールを生成するプロセスが提供され、プロセスは、
ｉ．リグニンを含む供給原料をエアストリッピングカラムに供給すること；および
ｉｉ．エアストリッピングカラムに空気を供給して、リグニンのメトキシル基をメタノールに酸化することを含む。

【0008】

本プロセスは、例えば、従来のエアストリッピング法が液相に溶解した揮発性化合物をキャリアガスに移動させることのみを目的としているという点で、従来のストリッピング法とは異なる。本プロセスでは、キャリアガス（空気）中に存在する酸素を利用して、エアストリッピングカラムに供給された供給原料のリグニンを酸化してメタノールを生成し、次いでこれをキャリアガスに移す。

【0009】

一実施形態では、供給原料は、パルプ工場のリグニン含有サイドストリームである。

【0010】

一実施形態では、供給原料は、パルプ工場で生じた濾液である。

【0011】

一実施形態では、酸素、オゾン、過酸化水素、またはそれらの任意の組み合わせから選択される酸化ブースタをエアストリッピングカラムに追加的に供給して、リグニンの酸化を促進する。

【0012】

一実施形態では、エアストリッピングカラムは、５～１４の範囲から選択されるｐＨ値、好ましくは８～１３、より好ましくは１０～１２、最も好ましくは約１１のｐＨ値で作動される。好ましい実施形態において、ｐＨは、プロセス中に選択された範囲に制御される。リグニンの酸化はｐＨを低下させ、アルカリの添加を使用してｐＨを選択された範囲に維持することができ、それによって反応を駆動してリグニンの酸化を増加させ、メタノールの生成を増加させる。

【0013】

一実施形態では、エアストリッピングカラムは、６０～２００℃の範囲から選択される温度、好ましくは７０～１５０℃、より好ましくは８０～１２０℃、最も好ましくは９０～１６０℃または９０～１００℃で作動される。上記範囲の下端の温度は、プロセスにおいてより少ないエネルギーを使用することが望ましい場合に好ましい可能性がある。上記範囲の高端の温度は、メタノールの蒸発を促進し、メタノール生成を増加させるために好ましい場合がある。

【0014】

一実施形態では、エアストリッピングカラムは、０．２５～２５バール（ｇ）の範囲から選択される圧力、好ましくは１～２０バール（ｇ）、より好ましくは２～１０バール（ｇ）、より好ましくは４～６バール（ｇ）、最も好ましくは約５バール（ｇ）の圧力で作動される。より高い圧力がプロセスに供給する酸素を増加させるので、上記範囲の高端の圧力は、メタノールの生成を増加させるのに有用であり得る。

【0015】

一実施形態では、酸化した供給原料は、パルプ工場の繊維ライン循環または蒸発プラントに移送される。そのような場合の好ましい実施形態では、供給原料は繊維ライン濾液である。

【0016】

一実施形態では、エアストリッピングカラムで生成されたメタノール蒸気は、凝縮器ユニットに移送されてメタノールを液化し、次いでメタノール精製ユニットに移送される。一実施形態では、メタノール精製ユニットは、メタノールを分離するように構成された蒸留カラムである。

【0017】

第２の態様によれば、第１の態様またはその実施形態のいずれかのプロセスを実行するための手段を備えるシステムが提供される。

【0018】

いくつかの例示的な実施形態が、添付の図面を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本プロセスを実行するように構成されたシステムの特定の部分を、例示的な実施形態として概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本明細書において、同様の参照符号は、同様の要素または工程を示す。

【0021】

本開示において、Ａｄｔは風乾トンを指す。

【0022】

本開示において、ＣＯＤは、ｍｇ／ｌとして表される化学的酸素要求量を指す。ＣＯＤは、ＩＳＯ ６０６０：１９８９水質－化学的酸素要求量の決定に従って決定することができる。

【0023】

本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、および「包含する（ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｄｉｎｇ）」のより広い意味、ならびに「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「のみからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｎｌｙ ｏｆ）」というより狭い表現を含む。

【0024】

一実施形態では、プロセス工程は、任意の態様、実施形態、または請求項で特定された順序で実行される。別の実施形態では、前のプロセス工程で得られた生成物または中間体に対して実施されるように指定された任意のプロセス工程は、前記生成物または中間体に対して直接、すなわち、前記２つの連続する工程の間で生成物または中間体を化学的かつ／または物理的に変化させることができる追加の、任意の、または補助的な処理工程なしに実施される。

【0025】

一実施形態では、本プロセスは工業プロセスである。別の実施形態では、工業プロセスは、小規模な方法、例えば工業で使用される量にスケールアップされない実験室規模の方法を除外してもよい。

【0026】

実施形態では、供給原料は液体供給原料である。

【0027】

一実施形態では、エアストリッピングカラムは、少なくともメタノールが気相であり、水が液相である条件で作動される。当業者は、これらの目的を達成するために、例えばエアストリッピングカラムの動作温度および圧力を決定することができる。

【0028】

一実施形態では、供給原料中に存在するリグニンは、少なくとも部分的に溶解または可溶化される。

【0029】

リグニンは、本プロセスによってメタノールに変換され得るメトキシル基を含有する。リグニンは非フェノール性またはフェノール性のいずれかであり、リグニンの約４０％はフェノール性であり、６０％は非フェノール性である。フェノール性リグニンは、穏やかな酸化条件に対して反応性であるが、非フェノール性リグニンは、メタノールを生成するためにより多くの酸化条件およびより強い環境を必要とする。本明細書に開示される動作条件および酸化剤を用いて、リグニン構造中で利用可能なフェノール性および非フェノール性リグニンのメトキシル基をメタノールに変換することができる。

【0030】

一実施形態において、ｐＨは、５～１４の範囲から選択される値に調整される。調整は、ストリッピングカラム内の流体を再循環させるように構成された再循環ポンプの入口に任意のアルカリまたは酸を供給することによって行うことができる。別の実施形態では、アルカリまたは酸は、ストリッピングカラムで処理される供給物を含む供給タンクに直接供給される。ｐＨ調整は、最初に酸化処理の開始時に、および／またはリグニン酸化反応中に行って、ｐＨを選択されたｐＨ値またはその付近に維持することができる。

【0031】

一実施形態では、ＮａＯＨを使用してｐＨを調整する。

【0032】

一実施形態では、非凝縮性ガスは、非凝縮性ガスハンドリングシステムによって除去される。

【0033】

一実施形態では、供給原料は褐色ストック洗浄濾液を含む。

【0034】

一実施形態では、供給原料は、弱黒液などの黒液を含む。針葉樹黒液、広葉樹黒液、およびそれらの混合物を本プロセスで使用することができる。

【0035】

一実施形態では、供給原料は酸素洗浄後濾液を含む。

【0036】

例示的な実施形態では、供給原料は、木材パルプ化から、例えば広葉樹パルプ化からの濾液を含む。一実施形態では、濾液は、表１に示す量で、または表１に示す任意の量の１５％の誤差範囲内で存在する少なくとも１つの成分を有する。

【表1】

【0037】

一実施形態では、エアストリッピングカラムは、酸化反応が最大１００分、例えば１０～１００分、２０～１００分、３０～１００分、５０～１００分または約１００分行われるように作動される。

【0038】

一実施形態では、非凝縮性ガスは、エアストリッピングカラムと流体連通する非凝縮性ガスハンドリングシステムによって除去される。

【0039】

好ましい実施形態では、エアストリッピングカラムは、９０～１００℃の温度、ｐＨ８～１４、約５バールの圧力で最大１００分間、酸素を酸化ブースタとして使用することによって作動される。

【0040】

従来のエアストリッパでは、空気は、エアストリッパ内のリグニンを酸化するために本プロセスで使用される量で使用されない。従来のエアストリッパで使用される空気の量は、選択された動作条件および所望の純度でメタノールなどの所望の化合物を取り出すのにちょうど十分であるように選択され、したがって、過剰な空気の使用は回避されるべきである。したがって、従来のエアストリッピングでは、空気の量は可能な限り少ないことが望ましい。

【0041】

本発明の一実施形態では、供給原料からメタノールを取り除くのに十分な空気の量に加えて、追加の量の空気または酸化剤ブースタがストリッパに供給される。一実施形態では、供給される追加の空気または酸化ブースタの量は、エアストリッパに供給される供給原料からメタノールを取り出すのに十分な量よりも少なくとも３０質量％多い。別の実施形態では、追加の空気または酸化ブースタの量は、少なくとも３０質量％、５０質量％、１００質量％、２００質量％、５００質量％、１０００質量％、１３００質量％または１５００質量％または２０００質量％多い。メタノールは、その９０質量％が取り出されると、エアストリッパ内の供給原料から取り出されるとみなすことができる。一実施形態では、ストリッパ内の９０質量％のメタノールを取り出すのに必要な空気の量が決定され、この決定された量に基づいて追加の空気および／または酸化ブースタの量が計算される。

【0042】

一実施形態では、酸化ブースタは気体である。

【0043】

一実施形態では、酸化反応に使用される酸化ブースタ、好ましくは酸素の量は、濾液ＤＳの１２質量％以下である。

【0044】

ある量における酸化反応に使用される酸化ブースタ、好ましくはオゾンおよび／または過酸化水素の量は、濾液ＤＳの２４質量％以下である。

【0045】

一実施形態では、酸化ブースタは空気であり、濾液ＤＳの５５質量％以下の量で使用される。

【0046】

一実施形態では、空気および酸化剤ブースタは、エアストリッピングカラムの内部に配置されたノズルまたは入口ポートを通ってエアストリッピングカラムに供給される。一実施形態では、酸化剤ブースタは、別個のノズルまたは入口を通して供給される。

【0047】

一実施形態では、エアストリッピングカラムに供給される空気の量は、水性供給原料からのメタノールを空気と混合されるように気体形態中に取り出すのに十分であるように制御され、酸化ブースタをエアストリッピングカラムに供給してリグニンを酸化する。この実施形態では、メタノールの生成は追加の酸化ブースタによって達成されるため、空気の量を従来のエアストリッピングで使用される量よりも必ずしも増やす必要はない。

【0048】

一実施形態では、酸化された供給原料は、酸化エアストリッピング後にパルプ工場の繊維ラインに戻される。

【0049】

さらなる代替または追加の実施形態では、メタノールは、エアストリッピングカラムの頂部と流体接続しているメタノールカラムに回収される。一実施形態では、メタノールカラムは、エアストリッピングカラムと直接流体接続している。

【0050】

一実施形態では、本プロセスは連続プロセスである。連続プロセスをパルプ工場のプロセスに組み込むことができる。

【0051】

本プロセスを実行するように構成されたシステムの特定の部分を開示する例示的な実施形態が図１に示されており、ライン２２１は、繊維ライン１００からエアストリッピングカラム２００の頂部に液体供給原料を供給するように構成されている。

【0052】

エアストリッピングカラム２００には入口ライン２５０が接続され、空気および任意選択的に酸化剤ブースタをエアストリッピングカラム２００に供給するように構成することができる。代替または追加の実施形態では、酸化剤ブースタは、図１に示されていない別の入口ラインを介してエアストリッピングカラム２００に供給される。

【0053】

本発明のエアストリッピングプロセスによってメタノールなどの揮発性化合物が除去された酸化濾液は、エアストリッピングカラム２００の底部に接続された出口ライン２８０を通って繊維ライン１００に戻される。

【0054】

空気および他の気体揮発性化合物は、エアストリッピングカラム２００の頂部に配置されたエアストリッピングカラム出口ライン２９０を介してカラムから除去される。エアストリッピングカラム出口ライン２９０は、気体をメタノール精製ユニット３００に導くように構成することができる。

【0055】

材料を移送するように構成され、図１に示されている入口ラインおよび出口ラインは、１つ以上のバルブおよび１つ以上のポンプを装備して、プロセスのより良好な制御を可能にし、システムの様々な部分における気相および液相の効率的な移送を確保することができる。プロセス中の材料の分析を可能にするために、ならびに他のプロセスパラメータを決定するために、システムの管または容器にサンプリング点を配置することができる。

【0056】

加熱／冷却手段および／または圧力制御手段をエアストリッパ内に配置して、動作温度および圧力を制御することができる。

【0057】

例
例示的な実施形態では、本プロセスは、表２に開示された動作条件でパルプ工場から得られた濾液に対して実施された。結果は、本プロセスが、濾液中に存在するリグニンを酸化することによってメタノールを生成することに成功したことを示している。

【表2】

【0058】

上記の説明は、特定の実施態様および実施形態の非限定的な例として、本発明を実施するために本発明者らによって現在企図されている最良の態様の完全かつ有益な説明を提供した。しかしながら、本発明が上記で提示された実施形態の詳細に限定されず、本発明の特徴から逸脱することなく、同等の手段を使用して他の実施形態で、または実施形態の異なる組み合わせで実施することができることは、当業者には明らかである。

【0059】

さらに、上記で開示された例示的な実施形態の特徴のいくつかは、他の特徴を対応して使用することなく有利に使用することができる。したがって、前述の説明は、本発明の原理の単なる例示であり、本発明を限定するものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

【図1】

【国際調査報告】