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JP2018153140A - Method for producing sugar liquid for furfural production raw material and method for producing furfural - Google Patents

Method for producing sugar liquid for furfural production raw material and method for producing furfural Download PDF

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JP2018153140A
JP2018153140A JP2017052958A JP2017052958A JP2018153140A JP 2018153140 A JP2018153140 A JP 2018153140A JP 2017052958 A JP2017052958 A JP 2017052958A JP 2017052958 A JP2017052958 A JP 2017052958A JP 2018153140 A JP2018153140 A JP 2018153140A
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雄輔 井澤
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賢 宇都宮
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翔平 谷口
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Abstract

【課題】非可食バイオマス資源からフルフラール製造原料用糖液を製造するに当たり、C5成分割合の高い糖液を効率的に製造する方法、及び、この糖液からフルフラールを製造するに当たり、フルフラールの副反応を制御してフルフラールを高収率で得る方法の提供。【解決手段】非可食バイオマス資源を原料として、溶媒の存在下、触媒を用いて、反応槽内で反応させてフルフラール製造原料用糖液を製造する方法において、該反応槽内の反応液中のヒドロキシメチルフルフラール(HMF)の濃度を5重量ppm〜2重量%、好ましく、50重量ppm〜0.5重量%に制御するフルフラール製造原料用糖液の製造方法。触媒が、酢酸、乳酸又は蟻酸の1種以上のpKa3〜5の有機酸を含有する方法。【効果】フルフラームを製造する反応槽内の反応液中のHMF濃度を所定の範囲内に制御することにより、フルフラールの副反応の抑制ができる。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently produce a sugar solution having a high ratio of C5 components in producing a sugar solution for a raw material for producing furfural from a non-edible biomass resource, and to produce furfural from this sugar solution, a sub-furfural. Provided is a method for controlling the reaction to obtain furfural in high yield. SOLUTION: In a method of producing a sugar solution for a raw material for furfural production by reacting a non-edible biomass resource as a raw material in the presence of a solvent with a catalyst in a reaction vessel, in the reaction solution in the reaction vessel. A method for producing a sugar solution for a raw material for furfural production, in which the concentration of hydroxymethylfurfural (HMF) is controlled to 5% by weight to 2% by weight, preferably 50% by weight to 0.5% by weight. A method in which the catalyst contains one or more organic acids of pKa3-5 such as acetic acid, lactic acid or formic acid. [Effect] By controlling the HMF concentration in the reaction solution in the reaction vessel for producing furfural within a predetermined range, the side reaction of furfural can be suppressed. [Selection diagram] None

Description

本発明は、非可食バイオマス資源からフルフラール製造原料用糖液を製造する方法と、製造されたフルフラール製造原料用糖液からフルフラールを製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a sugar liquid for furfural production raw material from non-edible biomass resources and a method for producing furfural from the produced sugar liquid for furfural production raw material.

非可食バイオマス資源から得ることのできるフルフラールは、フルフリルアルコール、テトラヒドロフランの製造原料に用いることができ、それぞれフラン樹脂やPTMG(ポリテトラメチレンエーテルグリコール)といった植物由来のポリマー原料へ転換できる有用な化合物である。   Furfural that can be obtained from non-edible biomass resources can be used as a raw material for the production of furfuryl alcohol and tetrahydrofuran, and can be converted into plant-derived polymer raw materials such as furan resin and PTMG (polytetramethylene ether glycol), respectively. A compound.

非可食バイオマス資源からフルフラールを製造するには、非可食バイオマス資源を溶媒中で触媒の存在下に反応させて、炭素数5の単糖(キシロース等)及び/または炭素数5の単糖を構成成分とする多糖(キシロオリゴ糖等)(以下、これらを「C5糖類」と称す。)を含む糖液を得、下記式に示すように、この糖液中の糖類を加水分解してキシロースとし、キシロースの異性化で生成したキシルロースを脱水反応させてフルフラールに変換する。反応溶媒には、通常水が使用される。   In order to produce furfural from a non-edible biomass resource, the non-edible biomass resource is reacted in the presence of a catalyst in a solvent to obtain a monosaccharide having 5 carbon atoms (such as xylose) and / or a monosaccharide having 5 carbon atoms. To obtain a sugar solution containing polysaccharides (such as xylooligosaccharides) (hereinafter referred to as “C5 sugars”), and hydrolyze the sugars in the sugar solution as shown in the following formula to obtain xylose. And xylulose produced by isomerization of xylose is dehydrated and converted to furfural. As the reaction solvent, water is usually used.

Figure 2018153140
Figure 2018153140

非可食バイオマス資源からC5糖類を含む糖液を製造する加水分解反応では、C5糖類以外にも、炭素数6の単糖や炭素数6の単糖を構成成分とする多糖(以下、これらを「C6糖類」と称す。)などが副生する。
非可食バイオマス資源の加水分解反応で得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比は、用いる非可食バイオマス資源によってある程度決められるが、フルフラール製造用原料として用いる糖液としては、糖液中にC5糖類がより多く含まれていることが好ましい。
In the hydrolysis reaction for producing a sugar solution containing C5 saccharides from non-edible biomass resources, in addition to C5 saccharides, polysaccharides having 6 or 6 carbon atoms as constituent components (hereinafter referred to as these) This is referred to as “C6 sugar”.
The content ratio of C5 saccharide / C6 saccharide in the sugar solution obtained by the hydrolysis reaction of the non-edible biomass resource is determined to some extent by the non-edible biomass resource to be used. It is preferable that more C5 saccharides are contained in the liquid.

また、C5糖類からフルフラールを製造する過程においては、フルフラールの副反応を抑制することが、フルフラールの収率向上のために重要となる。
特にフルフラールの副反応で高沸物が生成すると、生成した高沸物が反応器内壁等に固着して、機器の閉塞等のトラブルを引き起こすため、フルフラールの安定生産の面でもフルフラールの副反応を抑制することが望まれる。
Further, in the process of producing furfural from C5 saccharide, it is important to suppress the side reaction of furfural for improving the yield of furfural.
In particular, when a high-boiling product is generated by a side reaction of furfural, the generated high-boiling product adheres to the inner wall of the reactor and causes troubles such as equipment blockage. It is desirable to suppress it.

特許文献1には、多糖類系バイオマスを加水分解し、得られた加水分解物をエタノール発酵に供する技術が記載され、発酵に供する加水分解物中の発酵阻害物の濃度を低減すること、発酵阻害物質として、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)などが開示されているが、この特許文献1は、フルフラール製造原料用糖液の製造に関するものではなく、フルフラール製造に関する記載はない。   Patent Document 1 describes a technology for hydrolyzing polysaccharide biomass and subjecting the obtained hydrolyzate to ethanol fermentation, reducing the concentration of fermentation inhibitors in the hydrolyzate subjected to fermentation, fermentation As an inhibitor, furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), and the like are disclosed. However, Patent Document 1 does not relate to the production of a sugar liquid for furfural production raw material, and there is no description relating to the production of furfural.

特許文献2には、リグノセルロースの単糖への化学的加水分解のための高収率の方法として、加水分解で生成する生成物中の組成成分と割合について記載があり、「加水分解生成物は、10質量%未満のフルフラール、HMF、又はレブリン酸を含有する。特定の態様において、加水分解生成物は、5質量%未満のフルフラール、HMF、又はレブリン酸を含有する。特定の態様において、加水分解生成物は、2.5質量%未満のフルフラール、HMF、又はレブリン酸を含有する。との記載があるが、HMF濃度を制御するとの記載はなく、また、この特許文献2も、エタノール、ブタノール等の発酵原料の製造に関するものであり、フルフラール製造原料用糖液の製造に関するものではない。   Patent Document 2 describes a composition component and a ratio in a product produced by hydrolysis as a high yield method for chemical hydrolysis of lignocellulose to a monosaccharide. Contains less than 10% by weight furfural, HMF, or levulinic acid In certain embodiments, the hydrolysis product contains less than 5% by weight furfural, HMF, or levulinic acid. The hydrolyzed product contains less than 2.5% by mass of furfural, HMF, or levulinic acid, but there is no description that the HMF concentration is controlled. It is related to the production of fermentation raw materials such as butanol, and is not related to the production of sugar liquid for furfural production raw materials.

特許文献3には、セルロース含有バイオマス原料から糖液を製造する方法が記載され、HMFなどの発酵阻害物質の定量結果が示されているが、この特許文献3も、発酵原料となる糖液の製造に関するものであり、フルフラール製造原料用糖液の製造に関するものではない。   Patent Document 3 describes a method for producing a sugar liquid from a cellulose-containing biomass raw material, and shows the quantitative results of fermentation inhibitors such as HMF. This Patent Document 3 also describes a sugar liquid that is a fermentation raw material. It relates to the production, not the production of the sugar liquid for furfural production raw material.

特開2005-270056号公報JP 2005-270056 A 特表2012−531892号公報Special table 2012-531892 gazette 国際公開2010/67785号パンフレットInternational Publication 2010/67785 Pamphlet

従来法では、非可食バイオマス資源から得られる糖液に含まれる糖類中のC5糖類の割合は十分ではなく、また、フルフラールの製造過程における副反応も十分に抑制できておらず、この結果、フルフラールの収率が低いという問題があった。   In the conventional method, the ratio of the C5 saccharide in the saccharide contained in the sugar solution obtained from the non-edible biomass resource is not sufficient, and the side reaction in the production process of furfural has not been sufficiently suppressed. There was a problem that the yield of furfural was low.

なお、従来において、バイオマス原料から発酵原料としての糖液を製造する際に、HMFが発酵阻害物質となること、従って、HMF濃度を低減することは知られているが、HMFが、バイオマス原料の加水分解で糖液を製造する際に、C5糖類/C6糖類含有量比に影響することや、フルフラールの副反応に影響することは知られていない。   In addition, conventionally, it is known that HMF becomes a fermentation inhibitor when producing sugar liquid as a fermentation raw material from a biomass raw material, and therefore, the HMF concentration is reduced. It has not been known to affect the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio or the side reaction of furfural when producing a sugar solution by hydrolysis.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、非可食バイオマス資源からフルフラール製造原料用糖液を製造するに当たり、C5糖類割合の高い糖液を効率的に製造する方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、このフルフラール製造原料用糖液を用いてフルフラールを製造する際に、フルフラールの副反応を抑制してフルフラールを高収率で製造する方法を提供することを目的とする。
This invention is made | formed in view of the said subject, Comprising: In producing the sugar liquid for furfural manufacturing raw materials from non-edible biomass resources, the method of manufacturing efficiently the sugar liquid with a high C5 saccharide ratio is provided. For the purpose.
Another object of the present invention is to provide a method for producing furfural in a high yield by suppressing side reactions of furfural when producing furfural using the sugar solution for furfural production raw material.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、非可食バイオマス資源からフルフラール製造原料用糖液を製造する反応槽内の反応液、更に、この糖液からフルフラールを製造する反応液中のHMF濃度を、所定の濃度範囲に制御することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の要旨は、以下の[1]〜[12]に存する。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained a reaction solution in a reaction tank for producing a sugar solution for furfural production raw material from non-edible biomass resources, and a reaction for producing furfural from this sugar solution. It has been found that the above problems can be solved by controlling the HMF concentration in the liquid within a predetermined concentration range, and the present invention has been completed.
That is, the gist of the present invention resides in the following [1] to [12].

[1] 非可食バイオマス資源を原料として、溶媒の存在下、触媒を用いて、反応槽内で反応させてフルフラール製造原料用糖液を製造する方法において、該反応槽内の反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を5重量ppm以上2重量%以下に制御する、フルフラール製造原料用糖液の製造方法。
[2] 前記反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を150重量ppm以上0.5重量%以下に制御するに制御する、[1]に記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。
[3] 前記触媒が、pKa3以上5以下の有機酸を含有する、[1]又は[2]に記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。
[4] 前記有機酸が、酢酸、乳酸、及び蟻酸のいずれか1種又は2種以上である、[3]に記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。
[5] 前記溶媒が水と有機溶媒の混合物である、[1]〜[4]のいずれかに記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。
[6] 前記非可食バイオマス資源がバガスである、[1]〜[5]のいずれかに記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。
[7] 非可食バイオマス資源を原料として、溶媒の存在下、触媒を用いて反応槽中で反応させて糖液を得、該糖液を該反応槽中で反応させてフルフラールを製造する方法において、該反応槽内の反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を5重量ppm以上1.2重量%以下に制御する、フルフラールの製造方法。
[8] 前記反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を150重量ppm以上、0.5重量%以下に制御する、[7]に記載のフルフラールの製造方法。
[9] 前記触媒が、pKa3以上5以下の有機酸を含有する、[7]又は[8]に記載のフルフラールの製造方法。
[10] 前記有機酸が、酢酸、乳酸、及び蟻酸のいずれか1種又は2種以上である、[7]〜[9]のいずれかに記載のフルフラールの製造方法。
[11] 前記溶媒が水と有機溶媒の混合物である、[7]〜[10]のいずれかに記載のフルフラールの製造方法。
[12] 前記非可食バイオマス資源がバガスである、[7]〜[11]のいずれかに記載のフルフラールの製造方法。
[1] In a method for producing a sugar solution for furfural production raw material by reacting in a reaction vessel in the presence of a solvent using a non-edible biomass resource as a raw material, A method for producing a sugar solution for furfural production raw material, wherein the concentration of hydroxymethylfurfural is controlled to 5 wt ppm or more and 2 wt% or less.
[2] The method for producing a sugar solution for furfural production material according to [1], wherein the concentration of hydroxymethylfurfural in the reaction solution is controlled to be 150 ppm to 0.5% by weight.
[3] The method for producing a sugar liquid for furfural production raw material according to [1] or [2], wherein the catalyst contains an organic acid having a pKa of 3 or more and 5 or less.
[4] The method for producing a sugar liquid for furfural production raw material according to [3], wherein the organic acid is one or more of acetic acid, lactic acid, and formic acid.
[5] The method for producing a sugar liquid for furfural production raw material according to any one of [1] to [4], wherein the solvent is a mixture of water and an organic solvent.
[6] The method for producing a sugar solution for furfural production raw material according to any one of [1] to [5], wherein the non-edible biomass resource is bagasse.
[7] A method of producing a furfural by using a non-edible biomass resource as a raw material to obtain a sugar solution by reacting in a reaction vessel using a catalyst in the presence of a solvent, and reacting the sugar solution in the reaction vessel The method for producing furfural, wherein the concentration of hydroxymethylfurfural in the reaction solution in the reaction vessel is controlled to 5 wt ppm or more and 1.2 wt% or less.
[8] The method for producing furfural according to [7], wherein the concentration of hydroxymethylfurfural in the reaction solution is controlled to 150 wt ppm or more and 0.5 wt% or less.
[9] The method for producing furfural according to [7] or [8], wherein the catalyst contains an organic acid having a pKa of 3 or more and 5 or less.
[10] The method for producing furfural according to any one of [7] to [9], wherein the organic acid is one or more of acetic acid, lactic acid, and formic acid.
[11] The method for producing furfural according to any one of [7] to [10], wherein the solvent is a mixture of water and an organic solvent.
[12] The method for producing furfural according to any one of [7] to [11], wherein the non-edible biomass resource is bagasse.

本発明のフルフラール製造原料用糖液の製造方法によれば、非可食バイオマス資源からフルフラール製造原料用糖液を製造する反応槽内の反応液のHMF濃度を所定の範囲内に制御することにより、C5糖類の生成効率を高め、糖類に占めるC5糖類割合の多い糖液を得ることができ、この糖液を用いて高収率でフルフラールを製造することができる。
また、本発明のフルフラールの製造方法によれば、非可食バイオマス資源から糖液を得、この糖液からフルフラールを製造する反応槽内の反応液中のHMF濃度を所定の範囲内に制御することにより、フルフラールの副反応を抑制して高沸物に起因するトラブルを引き起こすことなく、フルフラールを高収率で安定的に製造することができる。
According to the method for producing a sugar liquid for furfural production raw material of the present invention, by controlling the HMF concentration of the reaction liquid in the reaction tank for producing the sugar liquid for furfural production raw material from non-edible biomass resources within a predetermined range. , The production efficiency of C5 saccharide can be increased, and a sugar solution having a high proportion of C5 saccharide in the saccharide can be obtained, and furfural can be produced in high yield using this sugar solution.
Moreover, according to the method for producing furfural of the present invention, a sugar liquid is obtained from non-edible biomass resources, and the HMF concentration in the reaction liquid in the reaction tank for producing furfural from this sugar liquid is controlled within a predetermined range. Thus, the furfural can be stably produced in a high yield without suppressing the side reaction of the furfural and causing troubles caused by high boiling substances.

以下に本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

本発明のフルフラール製造原料用糖液の製造方法は、非可食バイオマス資源を原料として、溶媒の存在下、触媒を用いて、反応槽内で反応させてフルフラール製造原料用糖液を製造する方法において、該反応槽内の反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を5重量ppm以上2重量%以下に制御することを特徴とする。
本発明のフルフラールの製造方法は、非可食バイオマス資源を原料として、溶媒の存在下、触媒を用いて反応槽中で反応させて糖液を得、該糖液を該反応槽中で反応させてフルフラールを製造する方法において、該反応槽内の反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を5重量ppm以上1.2重量%以下に制御することを特徴とする。
The method for producing a sugar solution for furfural production raw material according to the present invention is a method for producing a sugar solution for furfural production raw material by reacting in a reaction tank in the presence of a solvent using a non-edible biomass resource as a raw material. In the method, the concentration of hydroxymethylfurfural in the reaction solution in the reaction vessel is controlled to 5 ppm by weight or more and 2% by weight or less.
In the method for producing furfural of the present invention, a non-edible biomass resource is used as a raw material, and a sugar solution is obtained by reacting in a reaction vessel using a catalyst in the presence of a solvent, and the sugar solution is reacted in the reaction vessel. In the method for producing furfural, the concentration of hydroxymethylfurfural in the reaction solution in the reaction vessel is controlled to be 5 ppm by weight or more and 1.2% by weight or less.

なお、非可食バイオマス資源からフルフラールを製造する方法は、非可食バイオマス資源からC5糖類を含む糖液を得る糖液製造工程と、この糖液中のC5糖類の脱水反応でフルフラールを得るフルフラール製造工程とがある。フルフラールの製造は糖液製造工程とフルフラール製造工程を一つの反応器内で行っても構わないし、糖液製造工程とフルフラール製造工程を別の反応器内で行っても構わない。好ましくは糖液製造工程とフルフラール製造工程を別の反応器内で行う。   In addition, the method for producing furfural from non-edible biomass resources includes a sugar solution production process for obtaining a sugar solution containing C5 saccharide from non-edible biomass resources, and a furfural for obtaining furfural by dehydration reaction of C5 saccharide in the sugar solution. There is a manufacturing process. In the production of furfural, the sugar liquid production process and the furfural production process may be performed in one reactor, or the sugar liquid production process and the furfural production process may be performed in separate reactors. Preferably, the sugar liquid production process and the furfural production process are performed in separate reactors.

<非可食バイオマス資源>
本発明で用いる非可食バイオマス資源は、糖類を構成成分とする多糖類を含んでいれば特に限定されないが、具体的には、バガス、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、ミスカンサス、ケナフ、コーンストーバー、コーンコブ、ビートパルプ、パーム空果房、稲わら、麦わら、米ぬか、樹木、木材、植物油カス、ササ、タケ、パルプ類、古紙、食品廃棄物、水産物残渣、家畜廃棄物等が挙げられる。また、砂糖の製造工程で発生する糖蜜から砂糖を回収した後に残る廃糖蜜も非可食バイオマス原料として使用可能である。この中で、原料入手性とコストの観点からバガス、コーンストーバー、コーンコブ、稲わらが好ましく、バガス、コーンコブがより好ましく、バガスが特に好ましい。非可食バイオマス資源は、可食バイオマス資源と異なり、食用用途と競合せず、また通常であれば廃棄、焼却処理されるものが多いため、安定的な供給、資源の有効利用が図れる点で好ましい。
<Non-edible biomass resources>
The non-edible biomass resource used in the present invention is not particularly limited as long as it contains a polysaccharide having a saccharide as a constituent component. Specifically, bagasse, switchgrass, napiergrass, Eliansus, Miscanthus, kenaf, Corn stover, corn cob, beet pulp, palm empty fruit bunch, rice straw, straw, rice bran, tree, wood, vegetable oil residue, sasa, bamboo, pulp, waste paper, food waste, seafood residue, livestock waste, etc. . Also, the molasses remaining after the sugar is recovered from the molasses generated in the sugar production process can be used as a non-edible biomass raw material. Among these, bagasse, corn stover, corn cob, and rice straw are preferable from the viewpoint of raw material availability and cost, bagasse and corn cob are more preferable, and bagasse is particularly preferable. Non-edible biomass resources, unlike edible biomass resources, do not compete with edible uses, and are usually discarded or incinerated, so stable supply and effective use of resources are possible. preferable.

これらの非可食バイオマス資源はそのまま使用することもできるし、酸処理や水熱処理等の前処理を行ってから使用することもできる。また、これらの非可食バイオマス資源は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、非可食バイオマス資源はそのもの、あるいは粉砕した粒子、粉状などの固形物の状態で反応器に供給してもよいし、水等の溶媒と混合してスラリー状態にして供給しても構わない。   These non-edible biomass resources can be used as they are, or can be used after pretreatment such as acid treatment or hydrothermal treatment. Moreover, these non-edible biomass resources may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. In addition, the non-edible biomass resources may be supplied to the reactor in the form of solids such as pulverized particles or powder, or mixed with a solvent such as water and supplied in a slurry state. I do not care.

非可食バイオマスの重量平均径は、取り扱い性と反応効率の面から、粒の最も長い部分の長さとして、0.5mm以上が好ましく、1mm以上がより好ましく、2mm以上が特に好ましい。また、50mm以下が好ましく、25mm以下がより好ましく、10mm以下が特に好ましい。   The weight average diameter of the non-edible biomass is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1 mm or more, and particularly preferably 2 mm or more as the length of the longest part of the grain from the viewpoints of handleability and reaction efficiency. Moreover, 50 mm or less is preferable, 25 mm or less is more preferable, and 10 mm or less is especially preferable.

非可食バイオマスの重量平均径は、例えば、非可食バイオマス粉砕機における粉砕条件を調整することにより制御することができる。即ち、非可食バイオマス粉砕における処理時間が長いと非可食バイオマスの重量平均径が小さくなる。また、非可食バイオマス粉砕機内で非可食バイオマスにかかる圧力やせん断力が大きいと非可食バイオマスの重量平均径が小さくなる。
また、非可食バイオマスを篩分けし、使用する非可食バイオマスを選別することにより非可食バイオマスの重量平均径を制御することもできる。即ち、篩分けによって重量平均径の大きい非可食バイオマスを選別すると非可食バイオマスの重量平均径は大きくなり、逆に篩分けによって重量平均径の小さい非可食バイオマスを選別すると非可食バイオマスの重量平均径が小さくなる。
The weight average diameter of non-edible biomass can be controlled, for example, by adjusting the pulverization conditions in the non-edible biomass pulverizer. That is, when the processing time in non-edible biomass crushing is long, the weight average diameter of the non-edible biomass is reduced. In addition, if the pressure and shear force applied to the non-edible biomass in the non-edible biomass pulverizer are large, the weight average diameter of the non-edible biomass is reduced.
It is also possible to control the weight average diameter of the non-edible biomass by screening the non-edible biomass and selecting the non-edible biomass to be used. That is, when non-edible biomass having a large weight average diameter is selected by sieving, the weight average diameter of non-edible biomass is increased, and conversely, non-edible biomass having a small weight average diameter is selected by sieving. The weight average diameter becomes smaller.

また、非可食バイオマスとバインダーを混合し、これを押出成型機を用いて成型物(ペレット)とする方法において、押出成形条件を調整することにより非可食バイオマスの重量平均径を制御することもできる。即ち、押出成形機における押出径や押出長さを大きくすると非可食バイオマスの重量平均径は大きくなり、逆に押出径や押出長さを小さくすると非可食バイオマスの重量平均径は小さくなる。   In addition, in the method of mixing non-edible biomass and a binder and using this as a molded product (pellet) using an extruder, the weight average diameter of the non-edible biomass is controlled by adjusting the extrusion molding conditions. You can also. That is, when the extrusion diameter and the extrusion length in the extruder are increased, the weight average diameter of the non-edible biomass is increased. Conversely, when the extrusion diameter and the extrusion length are decreased, the weight average diameter of the non-edible biomass is decreased.

非可食バイオマスの粉砕に用いる粉砕機は非可食バイオマスをより小さい重量平均径にできるものであればよく、特に制限されない。例えば、ケース内に固定されたステータと回転するロータとの間での剪断作用によって粉砕処理するもの、2つの回転するロールの間に物体を挿入させて2つのロールによる高い圧力によって物体を小さな粒子に粉砕処理する高圧粉砕式のものや、回転するドラムの中に金属製のボールを入れて、ボールとの衝突や摩擦によって粉砕するボールミル式のもの、その他種々の形式のものがある。   The grinder used for crushing the non-edible biomass is not particularly limited as long as it can make the non-edible biomass to have a smaller weight average diameter. For example, a pulverization process is performed by a shearing action between a stator fixed in a case and a rotating rotor, and an object is inserted between two rotating rolls, and the object is made into small particles by high pressure from the two rolls. There are a high-pressure pulverizing type for pulverizing, a ball mill type in which a metal ball is put in a rotating drum and pulverized by collision or friction with the ball, and various other types.

なお、非可食バイオマスの重量平均径は、例えば、使用篩として、目開き径10mm、目開き径4.76mm、目開き径2.0mm、目開き径1.0mm、目開き径0.5mm、目開き径0.42mm((株)飯田製作所製)を使用する篩分法により測定できる。   In addition, the weight average diameter of non-edible biomass is, for example, as a sieve used, an opening diameter of 10 mm, an opening diameter of 4.76 mm, an opening diameter of 2.0 mm, an opening diameter of 1.0 mm, and an opening diameter of 0.5 mm. , And can be measured by a sieving method using an aperture diameter of 0.42 mm (manufactured by Iida Manufacturing Co., Ltd.).

<C5糖類>
本発明で製造される糖液中のC5糖類は、非可食バイオマス資源由来であって、脱水反応によりフルフラールを製造することができるものであればよく、特に限定されない。
<C5 sugar>
The C5 saccharide in the sugar solution produced in the present invention is not particularly limited as long as it is derived from non-edible biomass resources and can produce furfural by dehydration reaction.

炭素数5の単糖類(ペントース)としては、具体的にはリボース、リキソース、キシロース、アラビノース、デオキシリボース、キシルロース、リブロース等が挙げられる。これらの単糖の中でも、自然界、植物の構成成分となっていることから豊富に存在し、原料の入手容易性と収率の観点からキシロース、アラビノースが好ましく、キシロースがより好ましい。   Specific examples of the monosaccharide having 5 carbon atoms (pentose) include ribose, lyxose, xylose, arabinose, deoxyribose, xylulose, ribulose and the like. Among these monosaccharides, they are abundant because they are constituents of nature and plants, and xylose and arabinose are preferred, and xylose is more preferred from the viewpoint of availability of raw materials and yield.

上記の炭素数5の単糖類を構成成分として有する多糖類としては、具体的には、キシロビオース、アラビノビオース等の2糖類;キシロトリオース、アラビノトリオース等の3糖類、上記2糖類や3糖類を含むキシロオリゴ糖、アラビノオリゴ糖等のオリゴ糖類、キシラン、アラバン、ヘミセルロースの多糖類が挙げられる。これらの多糖類の中でも、収率の観点からキシロオリゴ糖、キシラン、ヘミセルロースが好ましく、なかでもキシロオリゴ糖が特に好ましい。ここで、キシロオリゴ糖とは、2糖類、3糖類を主成分とし、更に4〜6糖類を含むものである。   Specific examples of polysaccharides having the above monosaccharides having 5 carbon atoms include disaccharides such as xylobiose and arabinobiose; trisaccharides such as xylotriose and arabinotriose, the above disaccharides and 3 Examples include oligosaccharides such as xylo-oligosaccharides and arabino-oligosaccharides containing saccharides, and polysaccharides such as xylan, araban, and hemicellulose. Among these polysaccharides, xylo-oligosaccharide, xylan, and hemicellulose are preferable from the viewpoint of yield, and xylo-oligosaccharide is particularly preferable. Here, the xylo-oligosaccharide is mainly composed of disaccharides and trisaccharides and further contains 4 to 6 sugars.

非可食バイオマス資源から得られる糖液中には、これらの単糖類と多糖類の1種のみが含まれていてもよく、2種以上が含まれていてもよい。
また、糖液中には、C5糖類とは炭素数の異なるグルコースなどの単糖やグルカンなどの多糖が共存していてもよい。
In the sugar liquid obtained from non-edible biomass resources, only one kind of these monosaccharides and polysaccharides may be contained, or two or more kinds may be contained.
In the sugar solution, monosaccharides such as glucose and polysaccharides such as glucan having different carbon numbers from C5 saccharides may coexist.

<糖液の製造反応>
非可食バイオマス資源から上記のC5糖類を含む糖液を製造する反応は、非可食バイオマス資源中のヘミセルロース分を加水分解反応してC5糖類を生成させる反応である。この反応は、C5糖類の生産性向上、得られるC5糖類の純度向上の観点から、反応溶媒及び触媒を用いて行われる。
<Production reaction of sugar solution>
The reaction for producing the sugar solution containing the C5 saccharide from the non-edible biomass resource is a reaction for generating a C5 saccharide by hydrolyzing the hemicellulose content in the non-edible biomass resource. This reaction is performed using a reaction solvent and a catalyst from the viewpoint of improving the productivity of C5 saccharide and improving the purity of the obtained C5 saccharide.

以下に、この糖液の製造反応について説明する。   Hereinafter, the production reaction of the sugar solution will be described.

(非可食バイオマス濃度)
非可食バイオマス資源からの糖液の製造反応において、反応溶媒中に含まれる非可食バイオマスの濃度は特に限定されないが、溶媒に対する非可食バイオマスの割合が0.1〜200重量%であることが好ましく、より好ましくは5〜40重量%であり、さらに好ましくは10〜30重量%である。溶媒に対する非可食バイオマスの割合が上記下限値以上であると、溶媒の分離に必要なエネルギーが低くなる傾向があり、更には、反応系の容量を低減して装置設備の建設費も低減できる傾向にある。溶媒に対する非可食バイオマスの割合が上記上限値以下であると、副反応を抑制でき、C5糖類、更にはフルフラールの収率が高くなる傾向があり好ましい。
(Non-edible biomass concentration)
In the production reaction of sugar liquid from non-edible biomass resources, the concentration of non-edible biomass contained in the reaction solvent is not particularly limited, but the ratio of non-edible biomass to the solvent is 0.1 to 200% by weight. It is preferably 5 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight. If the ratio of non-edible biomass to the solvent is equal to or higher than the above lower limit value, the energy required for solvent separation tends to be low, and further, the capacity of the reaction system can be reduced to reduce the construction cost of the equipment. There is a tendency. When the ratio of non-edible biomass to the solvent is not more than the above upper limit value, side reactions can be suppressed, and the yield of C5 saccharides and further furfural tends to increase, which is preferable.

(触媒)
非可食バイオマス資源からの糖液の製造反応で用いられる触媒は、非可食バイオマスからC5糖類を製造可能な触媒であればよく、特に限定されないが、硫酸、燐酸、硝酸、塩酸等の無機酸、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸、ヘテロポリ酸といった酸触媒が挙げられる。これらの中でも、安定性、腐食性、廃棄物処理、単価の観点から有機酸が好ましく、特にカルボン酸が好ましい。
(catalyst)
The catalyst used in the production reaction of sugar liquid from non-edible biomass resources is not particularly limited as long as it is a catalyst capable of producing C5 saccharides from non-edible biomass, but inorganic such as sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, etc. Examples thereof include acid catalysts such as acids, carboxylic acids, organic acids such as sulfonic acids, and heteropoly acids. Among these, organic acids are preferable from the viewpoints of stability, corrosivity, waste treatment, and unit price, and carboxylic acids are particularly preferable.

カルボン酸の具体例としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、レブリン酸、乳酸等の脂肪族カルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、アコニット酸、イタコン酸、オキサロ酢酸、フマル酸、cis−1,2−シクロペンタンジカルボン酸、trans−1,2−シクロペンタンジカルボン酸、cis−1,3−シクロペンタンジカルボン酸、trans−1,3−シクロペンタンジカルボン酸、cis−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、trans−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、cis−1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、trans−1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、cis−1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、trans−1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸;1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸等の脂肪族トリカルボン酸;安息香酸、ナフタレンカルボン酸等の芳香族カルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメシン酸、トリメリット酸、ヘミメリット酸、メロファン酸、プレニト酸、ピロメリト酸、ベンゼンペンタカルボン酸、メリト酸等の芳香族ポリカルボン酸;フランカルボン酸、フランジカルボン酸等の複素環カルボン酸;が挙げられる。また、これらの酸の少なくとも一部を中和した塩も用いることができる。
これらの中でも非可食バイオマスから得られる酸である蟻酸、酢酸、乳酸、レブリン酸が好ましく、とりわけ蟻酸、酢酸、乳酸が好ましい。
Specific examples of the carboxylic acid include aliphatic carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, levulinic acid, and lactic acid. Acids; oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, aconitic acid, itaconic acid, oxaloacetic acid, fumaric acid, cis-1,2-cyclopentanedicarboxylic acid Acid, trans-1,2-cyclopentanedicarboxylic acid, cis-1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, trans-1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, cis-1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, trans-1,2 -Cyclohexanedicarboxylic acid, cis-1,3-cyclohexanedicarboxylic acid aliphatic dicarboxylic acids such as trans-1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, cis-1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, trans-1,4-cyclohexanedicarboxylic acid; 1,2,4-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,3,4 Aliphatic tricarboxylic acids such as 5-cyclohexanetricarboxylic acid; aromatic carboxylic acids such as benzoic acid and naphthalenecarboxylic acid; phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimesic acid, trimellitic acid, hemimellitic acid, melophanoic acid, prenitic acid And aromatic polycarboxylic acids such as pyromellitic acid, benzenepentacarboxylic acid, and mellitic acid; and heterocyclic carboxylic acids such as furancarboxylic acid and furandicarboxylic acid. Moreover, the salt which neutralized at least one part of these acids can also be used.
Among these, formic acid, acetic acid, lactic acid, and levulinic acid, which are acids obtained from non-edible biomass, are preferred, and formic acid, acetic acid, and lactic acid are particularly preferred.

特にC5糖類の収率の観点から、上記のカルボン酸の中でも酸解離定数pKaが3以上5以下、特に3.0以上4.6以下であるものが好ましい。ここで酸解離定数pKaとは、解離段が1の場合の数値とする。すなわち、2個以上のカルボキシル基を有するカルボン酸の場合、2個以上のカルボキシル基のうち少なくとも1個の水素イオンが脱離する場合の酸解離定数pKaを意味する。例えば、カルボキシル基を2個有するコハク酸では、通常、pKaは解離段が1の4.19と解離段が2の5.48となるが、本明細書では解離段が1の4.19をコハク酸のpKaとする。   Particularly from the viewpoint of the yield of C5 saccharide, among the above carboxylic acids, those having an acid dissociation constant pKa of 3 to 5 and particularly 3.0 to 4.6 are preferred. Here, the acid dissociation constant pKa is a value when the dissociation stage is 1. That is, in the case of a carboxylic acid having two or more carboxyl groups, it means the acid dissociation constant pKa when at least one hydrogen ion of two or more carboxyl groups is eliminated. For example, in the case of succinic acid having two carboxyl groups, the pKa is usually 4.19 with a dissociation stage of 1 and 5.48 with a dissociation stage of 2. In this specification, 4.19 with a dissociation stage of 1 is used. It is set as pKa of succinic acid.

上記のカルボン酸は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Said carboxylic acid may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

スルホン酸の具体例としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。また、これらの酸の少なくとも一部を中和した塩も用いることができる。
上記のスルホン酸は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Specific examples of the sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, butanesulfonic acid, pentanesulfonic acid, hexanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, and the like. Moreover, the salt which neutralized at least one part of these acids can also be used.
Said sulfonic acid may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

ヘテロポリ酸の具体例としては、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸等が挙げられる。また、これらの酸の少なくとも一部を中和した塩も用いることができる。
上記のヘテロポリ酸は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Specific examples of the heteropolyacid include phosphotungstic acid, silicotungstic acid, phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, phosphovanadmolybdic acid, and caivanadomolybdic acid. Moreover, the salt which neutralized at least one part of these acids can also be used.
Said heteropolyacid may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、上記カルボン酸、スルホン酸、ヘテロポリ酸は、2種類以上を任意の割合で混合して使用してもよい。また、触媒はプロセス内で分離してリサイクル使用することが好ましい。   Moreover, you may use the said carboxylic acid, sulfonic acid, and heteropoly acid, mixing 2 or more types in arbitrary ratios. The catalyst is preferably separated and recycled for use in the process.

糖液製造反応において用いる触媒の量は、触媒の種類や反応条件等に基づき適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、好ましくは溶液量に対し0.01〜50重量%であり、より好ましくは0.5〜30重量%であり、特に好ましくは1〜20重量%である。なお、ここで、「溶液」とは、後述の反応溶媒、非可食バイオマス原料及び触媒を含む反応溶液をさす。触媒量が上記下限値以上であると、反応速度が速くなりC5糖類の生産性が向上する傾向がある。触媒量が上記上限値以下であると、副反応が抑えられてC5糖類の選択率が向上する傾向があり好ましい。   The amount of catalyst used in the sugar liquid production reaction can be appropriately set based on the type of catalyst and reaction conditions, and is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 50% by weight with respect to the solution amount. More preferably 0.5 to 30% by weight, particularly preferably 1 to 20% by weight. Here, the “solution” refers to a reaction solution containing a reaction solvent, a non-edible biomass raw material, and a catalyst described later. When the amount of catalyst is not less than the above lower limit, the reaction rate tends to increase and the productivity of C5 saccharide tends to improve. It is preferable that the amount of catalyst is not more than the above upper limit value because side reactions are suppressed and the selectivity of C5 saccharide tends to be improved.

(反応溶媒)
非可食バイオマス資源からの糖液の製造反応において用いる反応溶媒は、水、或いは、水と有機溶媒との混合溶媒である。即ち、水のみで反応を行うことが可能であるが、有機溶媒を添加して反応を行うこともできる。有機溶媒を用いる場合均一混合溶媒で反応を行うことができるが、水相と有機相の2相系となる有機溶媒も用いることができる。用いる有機溶媒の量は本発明の趣旨を損ねない限り、特に限定されないが、水に対して10〜5000重量%であることが好ましく、特に10〜1000重量%であることが好ましい。
(Reaction solvent)
The reaction solvent used in the reaction for producing the sugar liquid from the non-edible biomass resource is water or a mixed solvent of water and an organic solvent. That is, the reaction can be performed only with water, but the reaction can also be performed by adding an organic solvent. When an organic solvent is used, the reaction can be carried out with a homogeneous mixed solvent, but an organic solvent that is a two-phase system of an aqueous phase and an organic phase can also be used. The amount of the organic solvent to be used is not particularly limited as long as the gist of the present invention is not impaired, but it is preferably 10 to 5000% by weight, particularly preferably 10 to 1000% by weight with respect to water.

前記有機溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、テトラヒドロフラン等の炭素数4〜20のエーテル類;1−プロパノール、2−プロパノール等の炭素数3〜20のアルコール類;ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、イソドデカンなどの炭素数3〜12の飽和脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン(テトラリン)、1−メチルナフタレンなどの芳香族炭化水素類、フェノール、p‐クレゾール、o‐クレゾール、m−クレゾール、3,4−キシレノール、2,5−キシレノール、エチルフェノール等のフェノール類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類、ポリエチレングリコール等のグリコール類、ポリエチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル類、その他、スルホラン、イソソルビド、イソソルビドジメチルエーテル、プロピレンカーボネート等が挙げられる。   The organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include ethers having 4 to 20 carbon atoms such as tetrahydrofuran; alcohols having 3 to 20 carbon atoms such as 1-propanol and 2-propanol; pentane, hexane, C3-C12 saturated aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, isododecane; toluene, xylene, diethylbenzene, trimethylbenzene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene (tetralin) Aromatic hydrocarbons such as 1-methylnaphthalene, phenols such as phenol, p-cresol, o-cresol, m-cresol, 3,4-xylenol, 2,5-xylenol, ethylphenol, γ-butyrolactone, Lactones such as γ-valerolactone, polyethylene Glycols such as polyethylene glycol, glycol ethers such as polyethylene glycol dimethyl ether, and others, sulfolane, isosorbide, isosorbide dimethyl ether, propylene carbonate, and the like.

これらの中でも、水と均一混合溶媒となる水性溶媒または前述の酸触媒が溶解しにくい非極性溶媒であることが好ましい。このうち、2相系で反応を行う場合は、後述の2層分離におけるフルフラールの抽出効率および水への有機溶媒の溶解量低減の観点から、トルエン、キシレン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン(テトラリン)、1−メチルナフタレン、シクロヘキサン、イソドデカン等の炭化水素溶媒が好ましく、特にトルエン、キシレン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン(テトラリン)、1−メチルナフタレン等の芳香族炭化水素溶媒が特に好ましい。   Among these, it is preferable that it is a nonpolar solvent in which the aqueous solvent used as a homogeneous mixed solvent with water or the above-mentioned acid catalyst is hard to melt | dissolve. Among these, when the reaction is carried out in a two-phase system, toluene, xylene, diethylbenzene, trimethylbenzene, 1, 2, and 2 are used from the viewpoint of the extraction efficiency of furfural in the two-layer separation described later and the reduction of the amount of organic solvent dissolved in water. Hydrocarbon solvents such as 3,4-tetrahydronaphthalene (tetralin), 1-methylnaphthalene, cyclohexane, isododecane, etc. are preferred, especially toluene, xylene, diethylbenzene, trimethylbenzene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene (tetralin), Aromatic hydrocarbon solvents such as 1-methylnaphthalene are particularly preferred.

上記有機溶媒は溶媒の回収、再利用を考慮すると単一溶媒のほうが好ましいが、2種類以上を用いても構わない。   The organic solvent is preferably a single solvent in consideration of recovery and reuse of the solvent, but two or more kinds may be used.

(反応液中のHMF濃度)
本発明のフルフラール製造原料用糖液の製造方法においては、反応液中のヒドロキシメチルフルフラール(HMF)濃度を5重量ppm以上2重量%以下に制御する。反応液中のHMF濃度が上記下限値以上であると、溶媒量の低減、又はC5糖の抽出工程でのC6糖成分とC5糖成分の分離が容易であることによりフルフラール製造プロセスに必要なエネルギーコストを低減することができる。また、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。反応液中のHMF濃度が上記上限値以下であると、HMF自体の重合による副生固形物を減らすことができるだけでなく、HMFとフルフラールとの反応によるフルフラール収率の低下を回避できる。また、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。反応液中のHMF濃度は好ましくは10重量ppm以上1.5重量%以下、より好ましくは100重量ppm以上1.0重量%以下で、更に好ましくは150重量ppm以上0.5重量%以下であり、特に好ましくは200重量ppm以上0.4重量%以下である。
(HMF concentration in the reaction solution)
In the method for producing a sugar solution for furfural production raw material of the present invention, the hydroxymethylfurfural (HMF) concentration in the reaction solution is controlled to 5 ppm by weight or more and 2% by weight or less. When the HMF concentration in the reaction solution is equal to or higher than the above lower limit, the energy required for the furfural production process due to the reduction of the solvent amount or the easy separation of the C6 sugar component and the C5 sugar component in the C5 sugar extraction step. Cost can be reduced. Moreover, since the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the obtained sugar liquid can be increased and a sugar liquid with a high C5 sugar content can be obtained, the furfural yield is improved using the sugar liquid. be able to. When the HMF concentration in the reaction solution is not more than the above upper limit, not only the by-product solids due to the polymerization of HMF itself can be reduced, but also a decrease in the furfural yield due to the reaction between HMF and furfural can be avoided. Moreover, since the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the obtained sugar liquid can be increased and a sugar liquid with a high C5 sugar content can be obtained, the furfural yield is improved using the sugar liquid. be able to. The HMF concentration in the reaction solution is preferably 10 ppm to 1.5% by weight, more preferably 100 ppm to 1.0% by weight, and even more preferably 150 ppm to 0.5% by weight. Particularly preferably, the content is 200 ppm to 0.4% by weight.

反応液中のHMF濃度は、反応条件(温度、時間、原料濃度、触媒濃度等)を調整することにより制御することができる。
即ち、反応温度が高いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、反応時間が長いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に短いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、原料濃度が高いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、触媒濃度が高いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、非可食バイオマス原料中のセルロース含有量が高いとHMF生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量は低減しHMF濃度は低くなる。
また、非可食バイオマス原料の重量平均径が小さいとHMF生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に非可食バイオマス原料の重量平均径が大きいとHMF生成量は低減しHMF濃度は低くなる。
従って、上述の好適な原料濃度、非可食バイオマス原料の重量平均径、触媒濃度や後述の好適な反応条件の範囲内で、これらの条件を適宜調整することにより、反応液中のHMF濃度を上記の好適範囲に制御することができる。
The HMF concentration in the reaction solution can be controlled by adjusting the reaction conditions (temperature, time, raw material concentration, catalyst concentration, etc.).
That is, when the reaction temperature is high, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, whereas when the reaction temperature is low, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
Also, if the reaction time is long, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, and conversely, if the reaction time is short, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
On the other hand, if the raw material concentration is high, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, and conversely if low, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
Further, when the catalyst concentration is high, the amount of HMF generated increases and the HMF concentration increases, and conversely, when the catalyst concentration is low, the amount of HMF generated decreases and the HMF concentration decreases.
In addition, if the cellulose content in the non-edible biomass raw material is high, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, and conversely if it is low, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
Also, if the weight average diameter of the non-edible biomass raw material is small, the amount of HMF generated increases and the HMF concentration increases. Conversely, if the weight average diameter of the non-edible biomass raw material is large, the amount of HMF generated decreases and the HMF concentration is Lower.
Therefore, the HMF concentration in the reaction solution can be adjusted by appropriately adjusting these conditions within the range of the above-mentioned preferable raw material concentration, the weight average diameter of the non-edible biomass raw material, the catalyst concentration, and the preferable reaction conditions described later. It can control to said suitable range.

(反応液中のグルコース濃度)
本発明のフルフラール製造原料用糖液の製造方法において、反応液中のグルコース濃度は特に限定されないが、好ましくは5重量ppm以上10重量%以下であり、より好ましくは10重量ppm以上5重量%以下であり、更に好ましくは100重量ppm以上2重量%以下であり、特に好ましくは150重量ppm以上1重量%以下である。反応液中のグルコース濃度が上記下限値以上であると、溶媒量の低減、又はC5糖の抽出工程でのC6糖成分とC5糖成分の分離が容易であることによりフルフラール製造プロセスに必要なエネルギーコストを低減することができる。また、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。反応液中のグルコース濃度が上記上限値以下であると、グルコース自体の重合による副生固形物を減らすことができるだけでなく、グルコースとフルフラールとの反応によるフルフラール収率の低下を回避できる。また、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。
(Glucose concentration in the reaction solution)
In the method for producing a sugar liquid for furfural production raw material of the present invention, the glucose concentration in the reaction liquid is not particularly limited, but is preferably 5 ppm by weight to 10% by weight, more preferably 10 ppm by weight to 5% by weight. More preferably, it is 100 wt ppm or more and 2 wt% or less, and particularly preferably 150 wt ppm or more and 1 wt% or less. If the glucose concentration in the reaction solution is not less than the above lower limit, the energy required for the furfural production process due to the reduction of the solvent amount or the easy separation of the C6 sugar component and the C5 sugar component in the C5 sugar extraction step Cost can be reduced. Moreover, since the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the obtained sugar liquid can be increased and a sugar liquid with a high C5 sugar content can be obtained, the furfural yield is improved using the sugar liquid. be able to. When the glucose concentration in the reaction solution is not more than the above upper limit value, not only the by-product solids due to the polymerization of glucose itself can be reduced, but also a decrease in the furfural yield due to the reaction between glucose and furfural can be avoided. Moreover, since the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the obtained sugar liquid can be increased and a sugar liquid with a high C5 sugar content can be obtained, the furfural yield is improved using the sugar liquid. be able to.

反応液中のグルコース濃度は、反応条件(温度、時間、糖類濃度、触媒濃度等)を調整することにより制御することができる。
即ち、反応温度が高いとグルコース生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に低いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
また、反応時間が長いとグルコースの生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に短いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
また、糖類濃度が高いとグルコースの生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に低いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
また、触媒濃度が高いとグルコース生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に低いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
従って、上述の好適な糖類濃度、触媒濃度や後述の好適な反応条件の範囲内で、これらの条件を適宜調整することにより、反応液中のグルコース濃度を上記の好適範囲に制御することができる。
The glucose concentration in the reaction solution can be controlled by adjusting the reaction conditions (temperature, time, saccharide concentration, catalyst concentration, etc.).
That is, when the reaction temperature is high, the amount of glucose produced increases and the glucose concentration increases, whereas when the reaction temperature is low, the amount of glucose produced decreases and the glucose concentration decreases.
On the other hand, if the reaction time is long, the amount of glucose produced increases and the glucose concentration increases. Conversely, if the reaction time is short, the amount of glucose produced decreases and the glucose concentration decreases.
On the other hand, when the saccharide concentration is high, the amount of glucose produced increases and the glucose concentration increases, whereas when it is low, the amount of glucose produced decreases and the glucose concentration decreases.
On the other hand, when the catalyst concentration is high, the glucose production amount increases and the glucose concentration becomes high. Conversely, when the catalyst concentration is low, the glucose production amount decreases and the glucose concentration becomes low.
Therefore, the glucose concentration in the reaction solution can be controlled within the above-mentioned preferable range by appropriately adjusting these conditions within the above-mentioned preferable saccharide concentration, catalyst concentration and the following preferable reaction conditions. .

(反応液中のリグニン濃度)
本発明のフルフラール製造原料用糖液の製造方法においては、反応液中のリグニン濃度を0.1重量%以上15重量%以下に制御することが好ましい。反応液中のリグニン濃度が上記下限値以上であると、溶媒量の低減、又はC5糖の抽出工程でのC6糖成分とC5糖成分の分離が容易であることによりフルフラール製造プロセスに必要なエネルギーコストを低減することができる。反応液中のリグニン濃度が上記上限値以下であると、リグニン自体の重合による副生固形物を減らすことができるだけでなく、リグニンとフルフラールとの反応によるフルフラール収率の低下を回避できる。反応液中のリグニン濃度はより好ましくは0.5重量%以上10重量%以下、さらに好ましくは0.7重量%以上5重量%以下である。
(Lignin concentration in the reaction solution)
In the method for producing a sugar solution for furfural production raw material of the present invention, it is preferable to control the lignin concentration in the reaction solution to 0.1 wt% or more and 15 wt% or less. If the lignin concentration in the reaction solution is equal to or higher than the above lower limit, the energy required for the furfural production process due to the reduction of the solvent amount or the easy separation of the C6 sugar component and the C5 sugar component in the C5 sugar extraction step Cost can be reduced. When the lignin concentration in the reaction solution is not more than the above upper limit, not only the by-product solids due to polymerization of lignin itself can be reduced, but also a decrease in furfural yield due to the reaction between lignin and furfural can be avoided. The lignin concentration in the reaction solution is more preferably 0.5 wt% or more and 10 wt% or less, and further preferably 0.7 wt% or more and 5 wt% or less.

反応液のリグニン濃度は、反応条件(温度、時間、原料濃度、触媒濃度等)を調整することにより制御することができる。
即ち、反応温度が高いとリグニンの生成量が増加してリグニン濃度が高くなり、逆に低いとリグニンの生成量が低減しリグニン濃度は低くなる。
また、反応時間が長いとリグニンの生成量が増加してリグニン濃度が高くなり、逆に短いとリグニンの生成量が低減しリグニン濃度は低くなる。
また、原料濃度が高いとリグニンの生成量が増加してリグニン濃度が高くなり、逆に低いとリグニンの生成量が低減しリグニン濃度は低くなる。
また、触媒濃度が高いとリグニンの生成量が増加してリグニン濃度が高くなり、逆に低いとリグニンの生成量が低減しリグニン濃度は低くなる。
The lignin concentration of the reaction solution can be controlled by adjusting the reaction conditions (temperature, time, raw material concentration, catalyst concentration, etc.).
That is, when the reaction temperature is high, the amount of lignin produced increases and the lignin concentration increases, and conversely, when the reaction temperature is low, the amount of lignin produced decreases and the lignin concentration decreases.
Also, if the reaction time is long, the amount of lignin produced increases and the lignin concentration increases, and conversely, if the reaction time is short, the amount of lignin produced decreases and the lignin concentration decreases.
On the other hand, when the raw material concentration is high, the amount of lignin produced increases and the lignin concentration increases, and conversely when it is low, the amount of lignin produced decreases and the lignin concentration decreases.
On the other hand, when the catalyst concentration is high, the amount of lignin produced increases and the lignin concentration increases, whereas when the catalyst concentration is low, the amount of lignin produced decreases and the lignin concentration decreases.

(反応条件)
糖液製造反応の反応温度は特に限定されないが、具体的には100℃以上であることが好ましく、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは140℃以上であって、250℃以下であることが好ましく、より好ましくは230℃以下であり、特に好ましくは210℃以下である。反応温度が上記下限値以上であると、反応の進行が速くなる傾向があり、C5糖類製造の生産性が向上する。反応温度が上記上限値以下であると、C5糖類の逐次反応や分解を抑制し、C5糖類の収率を向上させる傾向があるため好ましい。
(Reaction conditions)
Although the reaction temperature of the sugar liquid production reaction is not particularly limited, specifically, it is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, still more preferably 140 ° C. or higher, and 250 ° C. or lower. More preferably, it is 230 degrees C or less, Most preferably, it is 210 degrees C or less. When the reaction temperature is equal to or higher than the above lower limit, the progress of the reaction tends to be accelerated, and the productivity of C5 saccharide production is improved. It is preferable for the reaction temperature to be equal to or lower than the above upper limit value because there is a tendency to suppress the sequential reaction and decomposition of C5 saccharide and improve the yield of C5 saccharide.

加熱方法は特に限定されないが、熱交換器で反応液を昇温する方法、水又は溶媒などの加熱、蒸気又は加圧加熱液を反応液に直接導入する方法などが好ましく、熱エネルギーを効率的に用いる観点から温度の高いプロセス内の液を用いて加熱する方法が特に好ましい。   The heating method is not particularly limited, but a method of raising the temperature of the reaction solution with a heat exchanger, a method of heating water or a solvent, a method of directly introducing steam or a pressurized heating solution into the reaction solution, etc. are preferable, and heat energy is efficient. From the standpoint of use, a method of heating using a liquid in a process having a high temperature is particularly preferable.

糖液製造反応の反応時間は、原料や触媒の使用量、種類、反応温度により異なるが、具体的には0.02時間以上が好ましく、より好ましくは0.1時間以上、特に好ましくは0.2時間以上であって、8時間以下が好ましく、より好ましくは4時間以下、特に好ましくは2時間以下である。反応時間が上記下限値以上である場合には、反応の進行を促進し、C5糖類の収率が向上する傾向があり、反応時間が上記上限値以下であると、C5糖類の分解や逐次反応を抑制し、C5糖類の収率を向上させる傾向があるため好ましい。   The reaction time of the sugar liquid production reaction varies depending on the amount and type of raw materials and catalyst used, and the reaction temperature, but is specifically preferably 0.02 hours or more, more preferably 0.1 hours or more, and particularly preferably 0.8. It is 2 hours or more, preferably 8 hours or less, more preferably 4 hours or less, and particularly preferably 2 hours or less. When the reaction time is not less than the above lower limit, the progress of the reaction is promoted and the yield of C5 saccharide tends to be improved, and when the reaction time is not more than the above upper limit, decomposition of C5 saccharide or sequential reaction It is preferable because it tends to suppress C5 and improve the yield of C5 saccharide.

反応圧力は、反応温度によって好ましい範囲が変化するが、0.1〜5.0MPaGが好ましく、0.5〜3.0MPaGがより好ましく、1.0〜2.5MPaGが特に好ましい。   The preferable range of the reaction pressure varies depending on the reaction temperature, but is preferably 0.1 to 5.0 MPaG, more preferably 0.5 to 3.0 MPaG, and particularly preferably 1.0 to 2.5 MPaG.

(反応形式)
糖液製造反応の反応形式は特に限定されず、バッチ式でも半回分式でも連続式でもよく、これらを組み合わせた反応形式でもよい。生産性向上の観点からは、半回分式反応および連続式反応が好ましく、操作の簡易さの観点からはバッチ式反応が好ましい。また、固液接触の観点では回転式の反応器が好ましい。反応器は1器で行ってもよいし、複数系列を組み合わせてもよい。
(Reaction format)
The reaction mode of the sugar liquid production reaction is not particularly limited, and may be a batch type, a semi-batch type, a continuous type, or a combination of these. From the viewpoint of improving productivity, semi-batch reaction and continuous reaction are preferable, and from the viewpoint of easy operation, batch reaction is preferable. Moreover, a rotary reactor is preferable from the viewpoint of solid-liquid contact. One reactor may be used, or a plurality of reactors may be combined.

(固液分離)
糖液の製造反応後、反応液から非可食バイオマス資源の反応残渣を分離する固液分離方法は特に限定されないが、フィルタープレス、ベルトフィルター、スクリュープレス、ロールプレス、コンベヤードライヤー、オリバーフィルター、プレコートフィルター、ディスクフィルター、ベルトプレス、ギナ遠心分離装置、回転加圧脱水装置、多重円盤脱水装置、中空糸膜濾過装置、クロスフロー型遠心濾過脱水装置などを好ましく用いることができ、フィルタープレス、ベルトフィルター、ロールプレスがより好ましく、ロールプレスが特に好ましい。固液分離は糖液製造後に行ってもよいし、脱水反応によるフルフラール製造後に行ってもよいし、糖液やフルフラールの製造途中に行ってもよい。
(Solid-liquid separation)
The solid-liquid separation method for separating the reaction residue of non-edible biomass resources from the reaction liquid after the production reaction of the sugar liquid is not particularly limited, but filter press, belt filter, screw press, roll press, conveyor dryer, oliver filter, precoat Filters, disk filters, belt presses, Gina centrifugal separators, rotary pressure dehydrators, multiple disk dehydrators, hollow fiber membrane filtration devices, cross-flow centrifugal filtration dehydrators, etc. can be preferably used. Filter presses, belt filters A roll press is more preferable, and a roll press is particularly preferable. Solid-liquid separation may be performed after the production of the sugar liquid, may be performed after the production of furfural by dehydration reaction, or may be performed during the production of the sugar liquid or furfural.

<フルフラール製造反応>
本発明で行われるフルフラール製造反応は、上記の糖液製造反応で得られた糖液中のC5糖類を、触媒の存在下で脱水反応させて、フルフラールを生成させる反応である。この脱水反応は、フルフラールの生産性向上、得られるフルフラールの純度向上の観点から、反応溶媒及び触媒を用いて行うことが好ましい。
<Furfural production reaction>
The furfural production reaction carried out in the present invention is a reaction for producing a furfural by dehydrating the C5 saccharide in the sugar solution obtained by the sugar solution production reaction in the presence of a catalyst. This dehydration reaction is preferably performed using a reaction solvent and a catalyst from the viewpoint of improving the productivity of furfural and improving the purity of the obtained furfural.

(糖液のC5糖類濃度)
上述の本発明のフルフラール製造原料用糖液の製造方法に従って製造され、フルフラール製造のための脱水反応に供されるフルフラール製造原料用糖液中のC5糖類の濃度は特に限定されないが、糖液中の反応溶媒に対するC5糖類の割合で0.1〜50重量%であることが好ましく、より好ましくは1〜30重量%であり、さらに好ましくは2〜10重量%である。糖液中のC5糖類の含有量が、上記下限値以上であると、脱水反応後、フルフラールと溶媒との分離に必要なエネルギーが低くなる傾向があり、更には反応系の容量が小さくなり、建設費も低減できる傾向にある。C5糖類濃度が上記上限値以下であると、副反応を抑制でき、フルフラールの収率が高くなる傾向があり好ましい。
(C5 sugar concentration in sugar solution)
The concentration of C5 saccharide in the sugar liquid for furfural production raw material manufactured according to the above-described method for producing the sugar liquid for furfural production raw material of the present invention and subjected to a dehydration reaction for production of furfural is not particularly limited. It is preferable that it is 0.1-50 weight% in the ratio of C5 saccharides with respect to the reaction solvent of this, More preferably, it is 1-30 weight%, More preferably, it is 2-10 weight%. When the content of the C5 saccharide in the sugar solution is not less than the above lower limit value, the energy required for separation of furfural and the solvent tends to be low after the dehydration reaction, and the capacity of the reaction system is further reduced. Construction costs tend to be reduced. When the C5 saccharide concentration is not more than the above upper limit, side reactions can be suppressed, and the yield of furfural tends to increase, which is preferable.

(触媒)
本発明のフルフラール製造反応で用いられる触媒は、C5糖類からフルフラールを製造可能な酸触媒であれば、特に限定されず、前述の非可食バイオマス資源からの糖液製造反応で用いられる触媒と同様のものを用いることができ、好ましい触媒についても前述の非可食バイオマス資源からの糖液の製造反応におけると同様である。
(catalyst)
The catalyst used in the furfural production reaction of the present invention is not particularly limited as long as it is an acid catalyst capable of producing furfural from C5 saccharides, and is the same as the catalyst used in the above-mentioned sugar liquid production reaction from non-edible biomass resources. The preferred catalyst is the same as in the above-mentioned reaction for producing a sugar solution from non-edible biomass resources.

フルフラール製造反応において用いる触媒の量は、触媒の種類や反応条件等に基づき適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、好ましくは溶液量に対し0.01〜50重量%であり、より好ましくは0.05〜30重量%であり、特に好ましくは0.1〜10重量%である。なお、ここで、「溶液」とは、後述の反応溶媒、C5糖類及び触媒を含む反応溶液をさす。触媒量が前記下限値以上であると、反応速度が速くなりフルフラールの生産性が向上する傾向がある。また、フルフラールは酸性条件下において重合する性質を有するため、触媒量が前述の上限値以下であると、副反応が抑えられてフルフラールの選択率が向上する傾向があり好ましい。   The amount of catalyst used in the furfural production reaction can be appropriately set based on the type of catalyst and reaction conditions, and is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 50% by weight with respect to the solution amount. More preferably, it is 0.05-30 weight%, Most preferably, it is 0.1-10 weight%. Here, the “solution” refers to a reaction solution containing a reaction solvent, a C5 saccharide, and a catalyst described later. When the amount of catalyst is not less than the lower limit, the reaction rate tends to increase and the furfural productivity tends to improve. Further, since furfural has a property of polymerizing under acidic conditions, it is preferable that the amount of catalyst is not more than the above-mentioned upper limit because side reactions are suppressed and the selectivity of furfural tends to be improved.

(反応溶媒)
フルフラール製造反応において用いる反応溶媒は、水、或いは水と有機溶媒との混合溶媒であることが好ましい。即ち、非可食バイオマス資源からの糖液製造反応におけると同様、水のみで反応を行うことが可能であるが、有機溶媒を添加して反応を行うこともできる。コスト優位性の観点からは、反応溶媒として水のみを用いることが好ましく、フルフラールの収率向上の観点からは、反応溶媒として水と有機溶媒とを用いることが好ましい。
(Reaction solvent)
The reaction solvent used in the furfural production reaction is preferably water or a mixed solvent of water and an organic solvent. That is, as in the sugar liquid production reaction from non-edible biomass resources, it is possible to perform the reaction only with water, but it is also possible to perform the reaction by adding an organic solvent. From the viewpoint of cost advantage, it is preferable to use only water as the reaction solvent, and from the viewpoint of improving the yield of furfural, it is preferable to use water and an organic solvent as the reaction solvent.

有機溶媒の添加によって均一混合溶媒で反応を行うことができるが、フルフラールの重合や分解反応を抑制し、フルフラールの収率が向上するため、水相と有機相の2相系となる有機溶媒を用いることが好ましい。用いる有機溶媒の量は本発明の趣旨を損ねない限り、特に限定されないが、水に対して10〜500重量%であることが好ましく、特に10〜200重量%であることが好ましい。   Although the reaction can be carried out with a homogeneous mixed solvent by adding an organic solvent, it suppresses the polymerization and decomposition reaction of furfural and improves the yield of furfural. It is preferable to use it. The amount of the organic solvent to be used is not particularly limited as long as the gist of the present invention is not impaired, but it is preferably 10 to 500% by weight, particularly preferably 10 to 200% by weight with respect to water.

用いる有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、非可食バイオマス資源からの糖液製造反応で用いる有機溶媒として前述したものをいずれも用いることができ、好適な有機溶媒についても同様である。
フルフラールの製造反応においても、有機溶媒は溶媒の回収、再利用を考慮すると単一溶媒のほうが好ましいが、2種類以上を用いても構わない。
The organic solvent to be used is not particularly limited, but any of the organic solvents described above as the organic solvent used in the sugar liquid production reaction from non-edible biomass resources can be used, and the same applies to suitable organic solvents. is there.
Also in the production reaction of furfural, the organic solvent is preferably a single solvent in consideration of solvent recovery and reuse, but two or more kinds may be used.

(反応液中のHMF濃度)
本発明のフルフラールの製造方法においては、反応液中のヒドロキシメチルフルフラール(HMF)濃度を5重量ppm以上1.2重量%以下に制御する。反応液中のHMF濃度が上記下限値以上であると、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。反応液中のHMF濃度が上記上限値以下であると、HMF自体の重合による副生固形物を減らすことができるだけでなく、HMFとフルフラールとの反応によるフルフラール収率の低下を回避できる。また、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。反応液中のHMF濃度は好ましくは10重量ppm以上○○重量%以下、より好ましくは100重量ppm以上1.0重量%以下であり、更に好ましくは150重量ppm以上0.5重量%以下であり、特に好ましくは200重量ppm以上0.4重量%以下である。
(HMF concentration in the reaction solution)
In the method for producing furfural of the present invention, the concentration of hydroxymethylfurfural (HMF) in the reaction solution is controlled to 5 ppm by weight or more and 1.2% by weight or less. When the HMF concentration in the reaction solution is equal to or higher than the above lower limit, the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the obtained sugar solution can be increased, and a sugar solution having a high C5 saccharide content can be obtained. The furfural yield can be improved using the sugar solution. When the HMF concentration in the reaction solution is not more than the above upper limit, not only the by-product solids due to the polymerization of HMF itself can be reduced, but also a decrease in the furfural yield due to the reaction between HMF and furfural can be avoided. Moreover, since the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the obtained sugar liquid can be increased and a sugar liquid with a high C5 sugar content can be obtained, the furfural yield is improved using the sugar liquid. be able to. The HMF concentration in the reaction solution is preferably 10 wt ppm or more and XX wt% or less, more preferably 100 wt ppm or more and 1.0 wt% or less, and further preferably 150 wt ppm or more and 0.5 wt% or less. Particularly preferably, the content is 200 ppm to 0.4% by weight.

反応液中のHMF濃度は、反応条件(温度、時間、糖類濃度、触媒濃度等)を調整することにより制御することができる。
即ち、反応温度が高いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、反応時間が長いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に短いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、糖類濃度が高いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、触媒濃度が高いとHMFの生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量が低減しHMF濃度は低くなる。
また、非可食バイオマス原料中のセルロース含有量が高いとHMF生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に低いとHMFの生成量は低減しHMF濃度は低くなる。
また、非可食バイオマス重量平均径が小さいとHMF生成量が増加してHMF濃度が高くなり、逆に非可食バイオマス重量平均径が大きいとHMF生成量は低減しHMF濃度は低くなる。
従って、上述の好適な糖類濃度、触媒濃度や後述の好適な反応条件の範囲内で、これらの条件を適宜調整することにより、反応液中のHMF濃度を上記の好適範囲に制御することができる。
The HMF concentration in the reaction solution can be controlled by adjusting the reaction conditions (temperature, time, saccharide concentration, catalyst concentration, etc.).
That is, when the reaction temperature is high, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, whereas when the reaction temperature is low, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
Also, if the reaction time is long, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, and conversely, if the reaction time is short, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
On the other hand, if the saccharide concentration is high, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, whereas if it is low, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
Further, when the catalyst concentration is high, the amount of HMF generated increases and the HMF concentration increases, and conversely, when the catalyst concentration is low, the amount of HMF generated decreases and the HMF concentration decreases.
In addition, if the cellulose content in the non-edible biomass raw material is high, the amount of HMF produced increases and the HMF concentration increases, and conversely if it is low, the amount of HMF produced decreases and the HMF concentration decreases.
On the other hand, if the non-edible biomass weight average diameter is small, the HMF production amount increases and the HMF concentration increases, and conversely if the non-edible biomass weight average diameter is large, the HMF production amount decreases and the HMF concentration decreases.
Accordingly, the HMF concentration in the reaction solution can be controlled within the above-mentioned preferable range by appropriately adjusting these conditions within the above-mentioned preferable saccharide concentration, catalyst concentration and the following preferable reaction conditions. .

(反応液中のグルコース濃度)
本発明のフルフラールの製造方法においては、反応液中のグルコース濃度は特に限定されないが、好ましくは5重量ppm以上10重量%以下であり、より好ましくは10重量ppm以上5重量%以下であり、更に好ましくは100重量ppm以上2重量%以下であり、特に好ましくは150重量ppm以上1重量%以下である。反応液中のグルコース濃度が上記下限値以上であると、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。反応液中のグルコース濃度が上記上限値以下であると、グルコース自体の重合による副生固形物を減らすことができるだけでなく、グルコースとフルフラールとの反応によるフルフラール収率の低下を回避できる。また、得られる糖液中のC5糖類/C6糖類含有量比を大きくすることができ、C5糖類含有量の多い糖液を得ることができるため、その糖液を用いてフルフラール収率を向上させることができる。
(Glucose concentration in the reaction solution)
In the method for producing furfural of the present invention, the glucose concentration in the reaction solution is not particularly limited, but is preferably 5 ppm by weight to 10% by weight, more preferably 10 ppm by weight to 5% by weight, Preferably they are 100 weight ppm or more and 2 weight% or less, Especially preferably, they are 150 weightppm or more and 1 weight% or less. If the glucose concentration in the reaction solution is equal to or higher than the above lower limit, the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the resulting sugar solution can be increased, and a sugar solution having a high C5 saccharide content can be obtained. The furfural yield can be improved using the sugar solution. When the glucose concentration in the reaction solution is not more than the above upper limit value, not only the by-product solids due to the polymerization of glucose itself can be reduced, but also a decrease in the furfural yield due to the reaction between glucose and furfural can be avoided. Moreover, since the C5 saccharide / C6 saccharide content ratio in the obtained sugar liquid can be increased and a sugar liquid with a high C5 sugar content can be obtained, the furfural yield is improved using the sugar liquid. be able to.

反応液中のグルコース濃度は、反応条件(温度、時間、糖類濃度、触媒濃度等)を調整することにより制御することができる。
即ち、反応温度が高いとグルコース生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に低いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
また、反応時間が長いとグルコースの生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に短いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
また、糖類濃度が高いとグルコースの生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に低いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
また、触媒濃度が高いとグルコース生成量が増加してグルコース濃度が高くなり、逆に低いとグルコースの生成量が低減しグルコース濃度は低くなる。
従って、上述の好適な糖類濃度、触媒濃度や後述の好適な反応条件の範囲内で、これらの条件を適宜調整することにより、反応液中のグルコース濃度を上記の好適範囲に制御することができる。
The glucose concentration in the reaction solution can be controlled by adjusting the reaction conditions (temperature, time, saccharide concentration, catalyst concentration, etc.).
That is, when the reaction temperature is high, the amount of glucose produced increases and the glucose concentration increases, whereas when the reaction temperature is low, the amount of glucose produced decreases and the glucose concentration decreases.
On the other hand, if the reaction time is long, the amount of glucose produced increases and the glucose concentration increases. Conversely, if the reaction time is short, the amount of glucose produced decreases and the glucose concentration decreases.
On the other hand, when the saccharide concentration is high, the amount of glucose produced increases and the glucose concentration increases, whereas when it is low, the amount of glucose produced decreases and the glucose concentration decreases.
On the other hand, when the catalyst concentration is high, the glucose production amount increases and the glucose concentration becomes high. Conversely, when the catalyst concentration is low, the glucose production amount decreases and the glucose concentration becomes low.
Therefore, the glucose concentration in the reaction solution can be controlled within the above-mentioned preferable range by appropriately adjusting these conditions within the above-mentioned preferable saccharide concentration, catalyst concentration and the following preferable reaction conditions. .

(反応条件)
フルフラール製造反応の反応温度は特に限定されないが、具体的には100℃以上であることが好ましく、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは160℃以上であって、250℃以下であることが好ましく、より好ましくは230℃以下であり、特に好ましくは210℃以下である。反応温度が上記下限値以上であると、反応速度が速くなる傾向があり、フルフラールの生産性が向上する。反応温度が上記上限値以下であると、フルフラールや原料糖の分解、重合を抑制し、フルフラールの収率を向上させる傾向があるため好ましい。
(Reaction conditions)
Although the reaction temperature of the furfural production reaction is not particularly limited, specifically, it is preferably 100 ° C or higher, more preferably 120 ° C or higher, further preferably 160 ° C or higher, and preferably 250 ° C or lower. More preferably, it is 230 degrees C or less, Most preferably, it is 210 degrees C or less. When the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, the reaction rate tends to increase, and the furfural productivity is improved. It is preferable for the reaction temperature to be equal to or lower than the above upper limit value because the decomposition and polymerization of furfural and raw sugar are suppressed and the yield of furfural tends to be improved.

フルフラール製造反応の反応時間は、糖液組成や触媒の使用量、種類、反応温度により異なるが、具体的には0.02時間以上が好ましく、より好ましくは0.1時間以上、特に好ましくは0.5時間以上であって、5時間以下が好ましく、より好ましくは2時間以下である。反応時間が上記下限値以上である場合には、反応の進行を促進し、転化率が向上することによりフルフラール収率が向上する傾向があり、反応時間が上記上限値以下であると、フルフラールが分解や重合を起こすことを抑制し、フルフラールの収率を向上させる傾向があるため好ましい。   The reaction time of the furfural production reaction varies depending on the sugar solution composition, the amount and type of catalyst used, and the reaction temperature. Specifically, it is preferably 0.02 hours or more, more preferably 0.1 hours or more, and particularly preferably 0. .5 hours or more, preferably 5 hours or less, more preferably 2 hours or less. When the reaction time is not less than the above lower limit, the progress of the reaction is promoted, and the conversion tends to improve the furfural yield. When the reaction time is not more than the above upper limit, the furfural is reduced. It is preferable because it tends to suppress decomposition and polymerization and improve the yield of furfural.

反応圧力は、反応温度によって好ましい範囲が変化するが、0.1〜5.0MPaGが好ましく、0.5〜3.0MPaGがより好ましく、1.0〜2.5MPaGが特に好ましい。   The preferable range of the reaction pressure varies depending on the reaction temperature, but is preferably 0.1 to 5.0 MPaG, more preferably 0.5 to 3.0 MPaG, and particularly preferably 1.0 to 2.5 MPaG.

(反応形式)
フルフラール製造反応の反応形式は特に限定されず、バッチ式でも半回分式でも連続式でもよく、これらを組み合わせた反応形式でもよい。生産性向上の観点からは、半回分式反応および連続式反応が好ましく、操作の簡易さの観点からはバッチ式反応が好ましい。連続式反応では連続管型反応器や連続槽型反応器を用いることができる。また、反応生成物であるフルフラールを生産しながら蒸留する反応蒸留方式でも構わない。例えば、国際公開第2013/102027号に記載されているようにフルフラール製造反応器を反応蒸留形式としてフルフラールと水の混合物を連続的に抜き出す方法や国際公開第2012/115706号に記載されているように有機溶媒を用いてフルフラールを水相から連続抽出する方法などを用いることも出来る。反応蒸留方式の場合、減圧で実施しても常圧で実施してもいずれでも構わない。反応器は1器で行ってもよいし、複数系列を組み合わせてもよい。
(Reaction format)
The reaction form of the furfural production reaction is not particularly limited, and may be a batch type, a semi-batch type, a continuous type, or a combination of these. From the viewpoint of improving productivity, semi-batch reaction and continuous reaction are preferable, and from the viewpoint of easy operation, batch reaction is preferable. In the continuous reaction, a continuous tube reactor or a continuous tank reactor can be used. Moreover, the reactive distillation system which distills while producing the furfural which is a reaction product may be used. For example, as described in International Publication No. 2013/102027, a method for continuously extracting a mixture of furfural and water using a furfural production reactor as a reactive distillation format, or as described in International Publication No. 2012/115706. Alternatively, a method of continuously extracting furfural from the aqueous phase using an organic solvent can be used. In the case of the reactive distillation method, it may be carried out at reduced pressure or at normal pressure. One reactor may be used, or a plurality of reactors may be combined.

(フルフラールの回収)
上記のようにして、糖液中のC5糖類の脱水反応で得られたフルフラールを含む反応液からフルフラールを回収するには、通常、水と層分離する有機溶媒を用いた場合には、この脱水反応液を、フルフラールを含む有機層と水層とに2層分離した後、有機層に含まれるフルフラールを蒸留分離等で精製して製品のフルフラールを得る。また水のみ、又は水と均一層を形成する溶媒を用いた場合には、フルフラールを含む反応液を蒸留分離等で精製して製品のフルフラールを得る。
(Furfural collection)
In order to recover furfural from the reaction liquid containing furfural obtained by the dehydration reaction of C5 saccharide in the sugar liquid as described above, this dehydration is usually performed when an organic solvent that separates from water is used. The reaction solution is separated into two layers, an organic layer containing furfural and an aqueous layer, and then the furfural contained in the organic layer is purified by distillation separation to obtain a product furfural. When only water or a solvent that forms a uniform layer with water is used, a furfural product is obtained by purifying the reaction solution containing furfural by distillation separation or the like.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.

なお、以下の実施例において、水分の分析はカールフィッシャー法(三菱化学製CA−21で測定)を用いて行った。反応液中のヒドロキシメチルフルフラール(HMF)量、粗フルフラール中のフルフラール(FRL)量、及びヒドロキシメチルフルフラール(HMF)量の分析はガスクロマトグラフィー(GC)により行い、面積百分率により算出した。尚、100重量%から水分濃度を差し引いた値を算出し、残る重量%分をガスクロマトグラフィーの各成分の面積百分率により計算した。   In the following Examples, moisture analysis was performed using the Karl Fischer method (measured by CA-21 manufactured by Mitsubishi Chemical). Analysis of the amount of hydroxymethylfurfural (HMF) in the reaction solution, the amount of furfural (FRL) in the crude furfural, and the amount of hydroxymethylfurfural (HMF) was performed by gas chromatography (GC), and the area percentage was calculated. The value obtained by subtracting the water concentration from 100% by weight was calculated, and the remaining weight% was calculated by the area percentage of each component of the gas chromatography.

また、糖液中の各糖(キシロース、キシロオリゴ糖)の含有量は、高速液体クロマトグラフ LC−20ADシステム(島津(株)製)(LC)により以下の条件で分析した。
カラム:Shodex Sugar KS−801 300μm×8.0mmとShodex Sugar KS−802 300μm×8.0mmを連結
移動相:水0.7mL 80℃
Further, the content of each sugar (xylose, xylooligosaccharide) in the sugar solution was analyzed by the high performance liquid chromatograph LC-20AD system (manufactured by Shimadzu Corporation) (LC) under the following conditions.
Column: Shodex Sugar KS-801 300 μm × 8.0 mm and Shodex Sugar KS-802 300 μm × 8.0 mm connected Mobile phase: water 0.7 mL 80 ° C.

[実施例1]
<糖液の製造>
100mLミクロオートクレーブに、バガスを12.0g、反応溶媒として脱塩水を46.2g、触媒として乳酸を1.8g入れて、容器を密閉した後、内部空間を窒素で置換した。内容物を撹拌しながら170℃まで昇温し、170℃、0.5MPaGで10分、加熱撹拌して反応を行った。
[Example 1]
<Manufacture of sugar solution>
A 100 mL microautoclave was charged with 12.0 g of bagasse, 46.2 g of demineralized water as a reaction solvent, and 1.8 g of lactic acid as a catalyst. The container was sealed, and the internal space was replaced with nitrogen. While stirring the contents, the temperature was raised to 170 ° C., and the reaction was carried out by heating and stirring at 170 ° C. and 0.5 MPaG for 10 minutes.

反応終了後、撹拌を維持しながら室温まで放冷し、オートクレーブ中の反応液を全量回収した後、反応液からバガス残渣を固液分離し、得られた分離液(糖液)中の炭素数5の単糖(キシロース)と、炭素数5の単糖を構成成分とする多糖類(キシロオリゴ糖)の含有量をそれぞれLC分析により求めた。また、糖液中のFRL量をGC分析により求め、フルフラールの重量割合(百分率)をバガスベースFRL収率として算出した。
バガス中のキシラン量はデタージェント分析法により算出した。バガスをセルロース、ヘミセルロース、リグニンに分画し、得られたヘミセルロース量をキシラン量として算出した。バガス100g中にヘミセルロースは25g含まれていたため、バガス100g中のキシラン量は25gとした。
C5収率はキシランを(Cユニットとして下記式により各々収率を算出した。ここで、収率は、炭素数5の単環当たりに換算した収率である。
C5収率(%)=
((反応後のキシロース量(mol)+反応後のキシロオリゴ糖(mol)+反応後のフルフラール(mol))/仕込糖(キシラン)量(mol))×100
これらの結果を表1に示す。
After completion of the reaction, the mixture is allowed to cool to room temperature while maintaining stirring, and after the entire amount of the reaction solution in the autoclave has been recovered, the bagasse residue is separated from the reaction solution by solid-liquid separation, and the number of carbons in the resulting separation solution (sugar solution) The content of 5 monosaccharides (xylose) and polysaccharides containing 5 monosaccharides (xylooligosaccharides) were determined by LC analysis. Moreover, the amount of FRL in the sugar solution was determined by GC analysis, and the weight ratio (percentage) of furfural was calculated as the bagasse-based FRL yield.
The amount of xylan in the bagasse was calculated by detergent analysis. Bagasse was fractionated into cellulose, hemicellulose, and lignin, and the amount of hemicellulose obtained was calculated as the amount of xylan. Since 25 g of hemicellulose was contained in 100 g of bagasse, the amount of xylan in 100 g of bagasse was 25 g.
The C5 yield was calculated by the following formula using xylan as a (C 5 H 8 O 4 ) n unit. Here, the yield is a yield converted per monocyclic ring having 5 carbon atoms.
C5 yield (%) =
((Amount of xylose after reaction (mol) + Xylooligosaccharide after reaction (mol) + Furfural after reaction (mol)) / Amount of charged sugar (xylan) (mol)) × 100
These results are shown in Table 1.

[実施例2]
実施例1における糖液の製造において、190℃まで昇温し、190℃で30分加熱撹拌した以外は全て同様に実施した。結果を表1に示した。
[Example 2]
In the production of the sugar liquid in Example 1, everything was carried out in the same manner except that the temperature was raised to 190 ° C. and heated and stirred at 190 ° C. for 30 minutes. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
実施例2における糖液の製造において、バガスを15.0g、乳酸を13.3gとした以外は全て同様に実施した。結果を表1に示した。
[Example 3]
The production of the sugar solution in Example 2 was performed in the same manner except that bagasse was 15.0 g and lactic acid was 13.3 g. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
実施例1における糖液の製造において、190℃まで昇温し、190℃で4時間加熱撹拌した以外は全て同様に実施した。結果を表1に示した。
[Example 4]
In the production of the sugar liquid in Example 1, everything was carried out in the same manner except that the temperature was raised to 190 ° C. and heated and stirred at 190 ° C. for 4 hours. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1における糖液の製造において、バガスを0.6g、脱塩水を57.6gに変えた以外は全て同様に実施した。結果を表1に示した。
[Comparative Example 1]
The production of the sugar solution in Example 1 was performed in the same manner except that bagasse was changed to 0.6 g and demineralized water was changed to 57.6 g. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
実施例4における糖液の製造において、原料にHMFを1.2g添加した以外は全て同様に実施した。結果を表1に示した。
[Comparative Example 2]
The production of the sugar liquid in Example 4 was performed in the same manner except that 1.2 g of HMF was added to the raw material. The results are shown in Table 1.

Figure 2018153140
Figure 2018153140

表1から、反応液中のHMF濃度を本発明の規定範囲内とすることにより、得られる糖液のC5成分収率を高くすることができることが分かる。   From Table 1, it can be seen that the C5 component yield of the obtained sugar liquid can be increased by setting the HMF concentration in the reaction liquid within the specified range of the present invention.

<フルフラールの製造>
[実施例5]
実施例1で得た糖液のうち25gとテトラリン25gを100mLミクロオートクレーブに入れて、容器を密閉した後、内部空間を窒素で置換した。内容物を撹拌しながら190℃まで昇温し、190℃、0.96MPaGで15分、加熱撹拌して反応を行った。
反応終了後、撹拌を維持しながら室温まで放冷し、オートクレーブ中の反応液を全量回収し、これを粗フルフラールとした。
<Manufacture of furfural>
[Example 5]
25 g of the sugar solution obtained in Example 1 and 25 g of tetralin were placed in a 100 mL microautoclave and the container was sealed, and then the internal space was replaced with nitrogen. While stirring the contents, the temperature was raised to 190 ° C., and the reaction was carried out by heating and stirring at 190 ° C. and 0.96 MPaG for 15 minutes.
After completion of the reaction, the mixture was allowed to cool to room temperature while maintaining stirring, and the entire reaction solution in the autoclave was recovered, and this was used as crude furfural.

加熱撹拌前の反応原料中のHMF量の分析はガスクロマトグラフィー(GC)により行い、面積百分率により算出した。結果を表2に示す。
また、反応後の粗フルフラール中のFRL量を測定し、仕込バガス量(脱水反応に供したバガス量として換算)に対するフルフラールの重量割合(百分率)をFRL収率として算出した。結果を表2に示す。
The amount of HMF in the reaction raw material before heating and stirring was analyzed by gas chromatography (GC), and was calculated by area percentage. The results are shown in Table 2.
Moreover, the amount of FRL in the crude furfural after the reaction was measured, and the weight ratio (percentage) of furfural with respect to the charged bagasse amount (converted as the amount of bagasse subjected to the dehydration reaction) was calculated as the FRL yield. The results are shown in Table 2.

[実施例6]
実施例5におけるフルフラールの製造において、使用した糖液を実施例2で得た糖液とした以外は全て同様に実施した。結果を表2に示した。
[Example 6]
The production of furfural in Example 5 was carried out in the same manner except that the sugar solution used was the sugar solution obtained in Example 2. The results are shown in Table 2.

[実施例7]
実施例5におけるフルフラールの製造において、使用した糖液を実施例3で得た糖液とした以外は全て同様に実施した。結果を表2に示した。
[Example 7]
The production of furfural in Example 5 was carried out in the same manner except that the sugar solution used was the sugar solution obtained in Example 3. The results are shown in Table 2.

[実施例8]
実施例5におけるフルフラールの製造において、使用した糖液を実施例4で得た糖液とした以外は全て同様に実施した。結果を表2に示した。
[Example 8]
The production of furfural in Example 5 was carried out in the same manner except that the sugar solution used was the sugar solution obtained in Example 4. The results are shown in Table 2.

[比較例3]
実施例5におけるフルフラールの製造において、使用した糖液を比較例1で得た糖液とした以外は全て同様に実施した。結果を表2に示した。
[Comparative Example 3]
The production of furfural in Example 5 was carried out in the same manner except that the sugar solution used was the sugar solution obtained in Comparative Example 1. The results are shown in Table 2.

[比較例4]
実施例5におけるフルフラールの製造において、使用した糖液を比較例2で得た糖液とした以外は全て同様に実施した。結果を表2に示した。
[Comparative Example 4]
The production of furfural in Example 5 was carried out in the same manner except that the sugar solution used was the sugar solution obtained in Comparative Example 2. The results are shown in Table 2.

Figure 2018153140
Figure 2018153140

表2の実施例5〜8と比較例3、4の対比より、反応液中のHMF濃度を所定の範囲内とすることにより、高いフルフラール収率でフルフラールを製造できることが分かる。   From the comparison between Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 and 4 in Table 2, it can be seen that furfural can be produced with a high furfural yield by setting the HMF concentration in the reaction solution within a predetermined range.

Claims (12)

非可食バイオマス資源を原料として、溶媒の存在下、触媒を用いて、反応槽内で反応させてフルフラール製造原料用糖液を製造する方法において、該反応槽内の反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を5重量ppm以上2重量%以下に制御する、フルフラール製造原料用糖液の製造方法。   In a method for producing a sugar solution for furfural production raw material by reacting in a reaction vessel in the presence of a solvent using a non-edible biomass resource as a raw material, hydroxymethylfurfural in the reaction solution in the reaction vessel The manufacturing method of the sugar liquid for furfural manufacturing raw materials which controls the density | concentration of 5 weight ppm or more and 2 weight% or less. 前記反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を150重量ppm以上0.5重量%以下に制御するに制御する、請求項1に記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。   The manufacturing method of the sugar liquid for furfural manufacturing raw materials of Claim 1 which controls to control the density | concentration of the hydroxymethylfurfural in the said reaction liquid to 150 weight ppm or more and 0.5 weight% or less. 前記触媒が、pKa3以上5以下の有機酸を含有する、請求項1又2に記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。   The manufacturing method of the sugar liquid for furfural manufacturing raw materials of Claim 1 or 2 with which the said catalyst contains the organic acid of pKa3-5. 前記有機酸が、酢酸、乳酸、及び蟻酸のいずれか1種又は2種以上である、請求項1〜3のいずれかに記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。   The manufacturing method of the sugar liquid for furfural manufacturing raw materials in any one of Claims 1-3 whose said organic acid is any 1 type, or 2 or more types of acetic acid, lactic acid, and formic acid. 前記溶媒が水と有機溶媒の混合物である、請求項1〜4のいずれかに記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。   The manufacturing method of the sugar liquid for furfural manufacturing raw materials in any one of Claims 1-4 whose said solvent is a mixture of water and an organic solvent. 前記非可食バイオマス資源がバガスである、請求項1〜5のいずれかに記載のフルフラール製造原料用糖液の製造方法。   The manufacturing method of the sugar liquid for furfural manufacturing raw materials in any one of Claims 1-5 whose said non-edible biomass resource is bagasse. 非可食バイオマス資源を原料として、溶媒の存在下、触媒を用いて反応槽中で反応させて糖液を得、該糖液を該反応槽中で反応させてフルフラールを製造する方法において、該反応槽内の反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を5重量ppm以上1.2重量%以下に制御する、フルフラールの製造方法。   In the method of producing a furfural by using a non-edible biomass resource as a raw material to obtain a sugar solution by reacting in a reaction vessel using a catalyst in the presence of a solvent, and reacting the sugar solution in the reaction vessel. The manufacturing method of a furfural which controls the density | concentration of the hydroxymethylfurfural in the reaction liquid in a reaction tank to 5 weight ppm or more and 1.2 weight% or less. 前記反応液中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度を150重量ppm以上、0.5重量%以下に制御する、請求項7に記載のフルフラールの製造方法。   The method for producing furfural according to claim 7, wherein the concentration of hydroxymethylfurfural in the reaction solution is controlled to 150 wtppm or more and 0.5 wt% or less. 前記触媒が、pKa3以上5以下の有機酸を含有する、請求項7又は8に記載のフルフラールの製造方法。   The method for producing furfural according to claim 7 or 8, wherein the catalyst contains an organic acid having a pKa of 3 or more and 5 or less. 前記有機酸が、酢酸、乳酸、及び蟻酸のいずれか1種又は2種以上である、請求項7〜9のいずれかに記載のフルフラールの製造方法。   The method for producing furfural according to any one of claims 7 to 9, wherein the organic acid is one or more of acetic acid, lactic acid, and formic acid. 前記溶媒が水と有機溶媒の混合物である、請求項7〜10のいずれかに記載のフルフラールの製造方法。   The manufacturing method of the furfural in any one of Claims 7-10 whose said solvent is a mixture of water and an organic solvent. 前記非可食バイオマス資源がバガスである、請求項7〜11のいずれかに記載のフルフラールの製造方法。   The method for producing furfural according to any one of claims 7 to 11, wherein the non-edible biomass resource is bagasse.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113549202A (en) * 2021-08-24 2021-10-26 濮阳市盛源石油化工(集团)有限公司 Copolymerized polylactic acid and preparation method thereof
CN114438152A (en) * 2022-01-25 2022-05-06 西湖大学 Biomass pretreatment method and application

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010067785A1 (en) * 2008-12-09 2010-06-17 東レ株式会社 Method for producing sugar liquid
WO2015137467A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 三菱化学株式会社 Method for treating sugar solution, method for producing treated sugar solution, treated sugar solution, method for producing organic compound, and method for culturing microorganisms
US20150307952A1 (en) * 2014-04-29 2015-10-29 Bradley A. Saville Liquid co-extraction process for production of sucrose, xylo-oligosaccharides and xylose from feedstock
JP2016088892A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 三菱化学株式会社 Method for producing furfural
JP2016101564A (en) * 2014-11-28 2016-06-02 三菱化学株式会社 Method for recovering furfural-producing catalyst, furfural-producing catalyst and method for producing furfural using the furfural-producing catalyst

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010067785A1 (en) * 2008-12-09 2010-06-17 東レ株式会社 Method for producing sugar liquid
WO2015137467A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 三菱化学株式会社 Method for treating sugar solution, method for producing treated sugar solution, treated sugar solution, method for producing organic compound, and method for culturing microorganisms
US20150307952A1 (en) * 2014-04-29 2015-10-29 Bradley A. Saville Liquid co-extraction process for production of sucrose, xylo-oligosaccharides and xylose from feedstock
JP2016088892A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 三菱化学株式会社 Method for producing furfural
JP2016101564A (en) * 2014-11-28 2016-06-02 三菱化学株式会社 Method for recovering furfural-producing catalyst, furfural-producing catalyst and method for producing furfural using the furfural-producing catalyst

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113549202A (en) * 2021-08-24 2021-10-26 濮阳市盛源石油化工(集团)有限公司 Copolymerized polylactic acid and preparation method thereof
CN114438152A (en) * 2022-01-25 2022-05-06 西湖大学 Biomass pretreatment method and application
CN114438152B (en) * 2022-01-25 2022-11-04 西湖大学 A kind of biomass pretreatment method and application

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