BRPI1009205B1

BRPI1009205B1 - sistema de processamento de biomassa e método de produção de solução sacarídea usando material de biomassa

Info

Publication number: BRPI1009205B1
Application number: BRPI1009205-6A
Authority: BR
Inventors: Hideo Suzuki; Yoshio Kuromi; Yoshitaka Kimura
Original assignee: Mitsubishi Power Environmental Solutions, Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2021-04-20
Also published as: CA2750753A1; WO2012004895A1; BRPI1009205A2; CA2750753C; US9850511B2; JPWO2012004895A1; US20120009626A1; JP4764527B1

Abstract

SISTEMA DE PROCESSAMENTO DE BIOMASSA E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE SOLUÇÃO SACARÍDEA USANDO MATERIAL DE BIOMASSA. A presente invenção se refere a um aparelho de decomposição hidrotérmica 17 como um aparelho de processamento de biomassa que decompõe um material de biomassa 11 em celulose, hemicelulose e lignina sob uma condigo de alta temperatura e alta pressão para remover um componente de lignina e um componente de hemicelulose, uma unidade de descarga de sólido de biomassa 18 que descarrega um sólido de biomassa (um componente insolúvel em água quente) 20 processado no aparelho de decomposição hidrotérmica 17, e um recipiente de transformação em suspensão 21 que se comunica com a unidade de descarga de sólido de biomassa 18, na qual água 19 é injetada e o sólido de biomassa descarregado 20 é adicionado para torná-lo suspenso são providos a um corpo de aparelho 13, que é um recipiente de processamento com uma interface gás-líquido 13a.

Description

CAMPO

A presente invenção se refere a um sistema de processamento de biomassa que pode decompor de maneira eficiente um material de biomassa, um método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa, e um método de produção de álcool.

FUNDAMENTOS

Convencionalmente, tem sido utilizada uma técnica para produção de etanol ou semelhante, em que a separação sólido-líquido é realizada após sacarificação de biomassa, tal como madeira, usando-se ácido sulfúrico diluído ou ácido sulfúrico concentrado, e uma fase líquida é neutralizada e usada como uma matéria-prima para fermentação de etanol (Literatura Patentária 1, Literatura Patentária 2).

Em adição, a produção de matérias-primas da química industrial (por exemplo, fermentação de ácido lático) usando sacarídeo como um material de partida também pode ser considerada.

Nesse relatório descritivo, “biomassa” representa organismos incorporados em um sistema circulatório de substância da biosfera global ou acúmulo de matérias orgânicas derivadas dos organismos (veja JIS K 3600 1258).

Cana-de-açúcar, milho e similares, que são atualmente usados como matérias- primas de álcool, são originalmente usados como alimento e o uso dessas fontes comestíveis como fontes industriais em longo prazo e de modo estável não é preferível em vista de um ciclo de vida de alimento eficaz.

Portanto, é uma questão importante usar de maneira eficaz fontes de celulose como biomassa herbácea e biomassa lenhosa, que se acredita serem recursos industriais úteis no futuro.

Em adição, nas fontes de celulose, a razão do componente de fonte é variada de modo que a razão de celulose é de 38% a 50%, aquela de componente de hemicelulose é de 23% a 32%, e aquela de componente de lignina, que não é usado como uma matéria- prima de fermentação, é de 15% a 22%. Visto que as pesquisas industriais têm sido conduzidas com muitos problemas não-resolvidos, matérias-primas nas pesquisas são assumidas de maneira fixa, e atualmente não há divulgação de uma técnica de um sistema de produção que leve em consideração a versatilidade do material.

Originalmente, visto que questões de resíduos e prevenção do aquecimento global são levadas em consideração de acordo com um método desfavorável à matéria-prima de fermentação em comparação com matéria-prima de amido, há menos pontos no sistema de produção em que matérias-primas são consideradas de maneira fixa. Esse sistema de produção deve ser amplamente aplicável a materiais de resíduo em geral. O próprio método de sacarificação enzimática não é de todo eficiente, e é considerado um desafio do futuro. Uma taxa de sacarificação por tratamento ácido tem um valor consideravelmente pequeno de cerca de 75% (em uma base de componente capaz de ser sacarificado) devido à decomposição excessiva de sacarídeo causada por reação exagerada. Portanto, o rendimento da prpdução de etanol é cerca de 25% com relação às fontes de celulose (Literatura não-Patentária 1, Literatura Patentária 3).

Nas técnicas convencionais descritas nas Literaturas Patentárias 1 a 3, houve um fenômeno em que um subproduto de reação causa inibição da sacarificação enzimática para diminuir o rendimento de sacarídeo. Portanto, foi proposto um aparelho de decomposição hidrotérmica que remove uma substância inibidora da sacarificação enzimática para aumentar a atividade da enzima com base em celulose (Literaturas Patentárias4 e 5).

Lista de Citação Literaturas Patentárias Literatura Patentária1: Publicação Nacional de Pedido de Patente Japonês No. H9- 507386 Literatura Patentária2: Publicação Nacional de Pedido de Patente Japonês No. H11-506934 Literatura Patentária3: Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2005-168335 Literatura Patentária4: Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2009-183805 Literatura Patentária5: Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2009-183154 Literatura não-Patentária1: Nikkei Bio Business, p. 52, Setembro de 2002

Sumário Problema Técnico

Nos aparelhos de decomposição hidrotérmica propostos nas Literaturas Patentárias 4 e 5 mencionadas acima, visto que a temperatura interna é alta, que é 180 a 240 °C, e uma pressão maior a 0,1 até 0,4 MPa é aplicada a um vapor saturado de água a temperaturas respectivas, quando descarregando um sólido de biomassa como está sob uma pressão aumentada para colocá-lo sob uma pressão normal após a reação, existe o problema de que ocorre a efluência de nitrogênio, por exemplo, que é um gás pressurizado.

Em adição, um produto de decomposição hidrotérmica descarregado a partir de uma interafce gás-líquido entre a água quente pressurizada e o gás pressurizado no aparelho de decomposição hidrotérmica está em um estado de alta temperatura e alta pressão. Como resultado, a reação é estimulada e existe o problema da decomposição excessiva de hemicelulosedissolvida em água quente obtida após ser dissolvida na água quente que acompanha o sólido de biomassa ou celulose insolúvel em água ocorre em uma faixa alta de temperatura (180 a 240 °C). Não apenas na decomposição hidrotérmica, mas também em decomposição de tratamento alcalino ou decomposição de tratamento ácido que realiza decomposição sob um estado de alta temperatura e alta pressão por meio da adição de álcali ou ácido, ocorre um fenômeno similar.

Visto que a decomposição excessiva de hemicelulose ou celulose conforme descrito acima reduz um percentual da matéria-prima para uma solução sacarídea, é desejado suprimir tal decomposição excessiva de modo a aumentar a eficiência de operação da instalação.

Em vista dos problemas acima, a presente invenção provê um sistema de processamento de biomassa que pode impedir a efluência de um gás pressurizado quando um sólido de biomassa é descarregado depois que um material de biomassa é decomposto sob um estado de alta temperatura e alta pressão e pode suprimir a decomposição excessiva de celulose ou hemicelulose no material de biomassa para de maneira eficiente obter um produto valioso. A presente invenção também provê um método de produção de solução sacarídea que usa um material de biomassa, e um método de produção de álcool.

Meios para Solucionar Problemas

De acordo com um aspecto da presente invenção, um sistema de processamento de biomassa inclui: uma unidade de processamento de biomassa que decompõe um material de biomassa contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma condição de alta temperatura e alta pressão através de um recipiente de processamento tendo uma interface gás-líquido para remover um componente de lignina e uma componente de hemicelulose; uma unidade de descarga de sólido de biomassa que descarrega um sólido de biomassa processado na unidade de processamento de biomassa; e um recipiente de transformação em suspensão que se comunica com a unidade de descarga de sólido de biomassa, para dentro do qual é injetada água e o sólido de biomassa descarregado é suspenso.

De maneira vantajosa, no sistema de processamento de biomassa, a unidade de processamento de biomassa é qualquer de uma unidade de processamento de decomposição hidrotérmica, uma unidade de processamento de decomposição alcalina e uma unidade de processamento de decomposição ácida.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento de biomassa também inclui um primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido provido a jusante do recipiente de transformação em suspensão para remover água do sólido de biomassa suspenso.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento de biomassa também inclui uma primeira linha de retorno para reciclar a água separada pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido para o recipiente de transformação em suspensão.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento em biomassa também inclui um recipiente de tratamento biológico provido na primeira linha de retorno, para realizar tratamento biológico na água separada pelo primeiro dispositivo de separação de sólido- líquido. A água biologicamente tratada é devolvida ao recipiente de transformação em suspensão.

De maneira vantajosa, a sistema de processamento de biomassa também inclui um primeiro tanque de sacarificação para sacarificar um sólido de biomassa separado pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento de biomassa também inclui um tanque de liquefação enzimática para realizar liquefação enzimática através da adição de uma enzima ao sólido de biomassa separado pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido. Um produto liquefeito por enzima é sacarificado pela enzima no primeiro tanque de sacarificação.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento de biomassa também inclui um segundo tanque de sacarificação para sacarificar o sólido de biomassa suspenso suspenso no recipiente de transformação em suspensão.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento de biomassa também inclui: um dispositivo de separação de sólido-líquido que separa um teor de sólido de uma solução sacarídea após a sacarificação; e um dispositivo de separação de água que remove água de uma solução sacarídea após a separação de sólido.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento de biomassa também inclui uma segunda linha de retorno para reciclar a água separada pelo dispositivo de separação de água para o recipiente de transformação em suspensão.

De maneira vantajosa, o sistema de processamento de biomassa também inclui um dispositivo de tratamento biológico provido na segunda linha de retorno.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, um método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa inclui: alimentação de um material de biomassa contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma pressão normal para colocá-lo sob uma pressão aumentada, e decomposição do material de biomassa por uma unidade de processamento de biomassa sob uma condição de alta temperatura e alta pressão; em seguida, adição de um sólido de biomassa descarregado da unidade de processamento de biomassa para um recipiente de transformação em suspensão contendo água injetada no mesmo e que se comunica com a unidade de processamento de biomassa de modo a obter um sólido de biomassa suspenso; em seguida remoção de água do sólido de biomassa suspenso; e após, realização de sacarificação enzimática do sólido de biomassa do qual a água foi removida para produzir uma solução sacarídea.

De maneira vantajosa, no método de produção de solução sacarídea que usa um material de biomassa, a montante da sacarificação enzimática do sólido de biomassa do qual a água foi removida, é realizada liquefação enzimática do sólido de biomassa.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, um método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa inclui: alimentação de um material de biomassa contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma pressão normal para colocá-lo sob uma pressão aumentada, e decomposição térmica do material de biomassa por uma unidade de processamento de biomassa; em seguida, adição de um sólido de biomassa descarregado da unidade de processamento de biomassa para um recipiente de transformação em suspensão contendo água injetada no mesmo e que se comunica com a unidade de processamento de biomassa de modo a obter um sólido de biomassa suspenso; e realização de sacarificação enzimática do sólido de biomassa suspenso para obter uma solução sacarídea, em seguida, separação de um teor de sólido da mesma, e então remoção de água da mesma.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, em um método de produção, fermentação alcoólica é realizada usando a solução sacarídea obtida através do método de produção de solução sacarídea que usa um material de biomassa de acordo com qualquer um dos métodos acima de modo a promuzir álcool.

Efeitos Vantajosos da Invenção

De acordo com a presente invenção, adicionando-se o sólido de biomassa processado ao líquido no recipiente de transformação em suspensão que contém água injetada no mesmo, o sólido de biomassa é suspenso e vedação líquida é alcançada. Como resultado, é possível impedir a efluência do gás pressurizado. Desse modo, a efluência de um gás pressurizado (por exemplo, nitrogênio pressurizado ou similar) é impedida, desse modo alcançando uma redução nos custos de execução.

Em adição, visto que o sólido de biomassa é adicionado ao líquido, o sólido de biomassa é resfriado pela troca de calor direta com o líquido. Portanto, a reação pode ser eficientemente concluída. Além disso, visto que o ácido ou álcali é diluído, a decomposição excessiva de hemicelulose residual, lignina residual e o componente principal, celulose, que acompanha o sólido de biomassa é suprimida. Como resultado, a geração do componente inibidor da reação pode ser suprimida, e a taxa de recuperação do componente celulose pode ser aumentada.

Breve Descrição dos Desenhos A Fig. 1 é um diagrama esquemático de biomassa de acordo com uma primeira modalidade. A Fig. 2 é um diagrama esquemático de biomassa de acordo com uma segunda modalidade. A Fig. 3 é um diagrama esquemático biomassa de acordo com uma terceira modalidade. A Fig. 4 é um diagrama esuqemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma quarta modalidade. A Fig. 5 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma quinta modalidade. A Fig. 6 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma sexta modalidade. A Fig. 7 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma sétima modalidade. A Fig. 8 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma oitava modalidade. A Fig. 9 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma nona modalidade. A Fig. 10 é um diagrama mostrando como a biomassa é decomposta por água quente.

Descrição das Modalidades

A presente invenção será descrita abaixo em detalhes com referência aos desenhos. A presente invenção não é limitada pelas modalidades. Em adição, elementos constituintes nas modalidades a seguir incluem aqueles que podem ser facilmente aceitos pelos versados na técnica ou que são substancialmente equivalentes. Embora um aparelho de decomposição térmica seja usado como uma unidade de processamento de biomassa que processa um material de biomassa nas modalidades, a presente invenção não é limitada a esse dispositivo. Uma operação similar pode ser aplicada também em um sistema para decomposição de um material de biomassa pela adição de ácido ou álcali.

Primeira Modalidade

O sistema de processamento de biomassa de acordo com a presente invenção será descrito com referência aos desenhos.

A Fig. 1 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma primeira modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 1, um sistema de processamento de biomassa 10a de acordo com a presente modalidade inclui: uma unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 como uma unidade de processamento de biomassa que decompõe um material de biomassa 11 em celulose, hemicelulose elignina sob uma condição de alta temperatura e alta pressão para remover um componente de lignina e um componente de hemicelulose em um corpo de aparelho 13, que é um recipiente de processamento com uma interface gás-líquido 13a; uma unidade de descarga de sólido de biomassa 18 que descarrega um sólido de biomassa (um componente insolúvel em água quente) 20 processado na unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17; um recipiente de transformação em suspensão 21 que se comunica com a unidade de descarga de sólido de biomassa 18, à qual água 19 é injetada e o sólido de biomassa descarregado 20 é adicionado para obter um sólido de biomassa suspenso 24; e uma unidade de descarga 23 que descarrega o sólido de biomassa suspenso 24 sob uma pressão aumentada para colocá-lo sob uma pressão normal.

A unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 inclui uma unidade de alimentação de biomassa 12 que alimenta o material de biomassa 11 contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma pressão normal para colocá-lo sob uma pressão aumentada.

Na unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17, o material de biomassa alimentado 11 é transportado de um lado inferior para um lado superior no corpo de aparelho 13 através do primeiro meiode parafuso 14 que é meio de transporte; água quente pressurizada (daqui por diante, também referida como “água quente”) 15 é alimentada a partir de um lado superior diferente da posição de alimentação do material de biomassa 11 ao corpo de aparelho 13; decomposição hidrotérmica é realizada ao mesmo tempo em que se coloca o material de biomassa 11 em contato de contracorrente com a água quente pressurizada 15; e componentes solúveis em água quente (um componente de lignina e um componente de hemicelulose) são tgransferidos para um efluente de água quente 16, que é água quente pressurizada a ser descarregada, desse modo separando o componente de lignina e o componente de hemicelulose do material de biomassa 11.

Aqui, o meio de parafuso é exemplificado como o meio de transporte na presente modaldiade. Entretanto, o meio de transporte não é limitado ao meio de parafuso desde que seja capaz de transportar o sólido de biomassa do lado inferior para o lado superior.

A água 19 a ser adicionada ao recipiente de transformação em suspensão 21 só precisa estar em um estado líquido sob uma pressão no sistema a fim de alcançar vedação líquida com a finalidade de impedir o vazamento de nitrogênio pressurizado 25 para pressurização. A fim de suprimir a decomposição excessiva (a temperatura de início da decomposição é cerca de 140 °C a 180 °C) de hemicelulose na água contida no sólido de biomassa, a temperatura do sólido de biomassa 20 e a temperatura da água 19 a ser injetada de acordo com a capacidade do recipiente de transformação em suspensão 21 podem ser adequadamente ajustadas de modo a diminuir a temperatura do líquido no recipiente de transformação em suspensão 21 para 140 °C ou menos. Como a água 19, água tipicamente usada dentro da faixa de 0 °C a 60 °C, por exemplo, (por exemplo, água de torre de arrefecimento ou água de chiller), ou similar, pode ser usada. Conforme será descrito posteriormente, água no sistema pode ser circulada para reutilização.

Na Fig. 1, o numeral de referência 18a denota uma passagem que se comunica com a unidade de descarga de sólido de biomassa 18 e o recipiente de transformação em suspensão 21, o numeral de referência 22 denota meio de agitação para agitar o interior do recipiente de transformação em suspensão 21, o numeral de referência 13a denota a interface gás-líquido do aparelho de decomposição hidrotérmica 13, o numeral de referência 21a denota a interface gás-líquido do recipiente de transformação em suspensão 21, a letra de referência L1 denota uma linha de descarga, a letra de referência M1 denota um motor para acionar o primeiro meio de parafuso 14, e a letra de referência M2 denota um motor para acionar o meio de agitação 22.

Conforme mostrado na Fig. 10, o material de biomassa (material de celulose) 10 contém, além da celulose, hemicelulose e lignina. Especificamente, o material de biomassa 11 tem uma estrutura tal que a celulose é empacotadapor hemicelulose com ligação de lignina à mesma.

Após a decomposição hidrotérmica, a biomassa é separada em um componente insolúvel em água quente (sólido) e um componente solúvel em água quente. O componente insolúvel em água quente é principalmente celulose (o material de C6 sacarídeo), e o componente solúvel em água quente é principalmente hemicelulose (o material de C5 sacarídeo). Esses são respectivamente sacarificados por enximas de modo a obter sacarídeo.

Assim, o material de biomassa 11 é hidrotermicamente decomposto pela água quente pressurizada 15 em uma alta faixa de temperatura (180 a 240 °C), e hemicelulose é dissolvida em uma água quente e lignina também é decomposta e dissolvida no lado de água quente. Como resultado, hemicelulose e similares são dissolvidos no lado de água quente.

Hemicelulose dissolvida em água quente obtida após ser dissolvida em água quente causa decomposição excessiva na alta faixa de temperatura (180 a 240 °C).

Visto que a decomposição excessiva de hemicelulose causa uma redução no rendimento de hemicelulose para ser o material de C5 sacarídeo, é necessário suprimir a decomposição excessiva de hemicelulose dissolvida em água quente. Além disso, a mistura do produto de decomposição excessiva em água quente se torna um fator de inibição da reação em um processo de sacarificação por enzimas e um processo de fermentação como fermentação alcoólica em instalações em um lado a jusante. Portanto, também é necessário suprimir a geração desse inibidor.

Na Fig. 1, a unidade de descarga de sólido de biomassa 18 é provida com segundo meio de parafuso, que não está mostrado na figura, e o segundo meio de parafuso descarrega o sólido de biomassa 20, que é um componente insolúvel em água quente e transportado do lado inferior para o lado superior pelo primeiro meio de parafuso 14, para o lado do recipiente de transformação em suspensão 21. Em seguida, o sólido de biomassa descarregado 20 é sucessivamente gotejado no líquido 21b da passagem 18a e agitado pelo meio de agitação 22 provido no recipiente de transformação em suspensão 21 de modo a ser suspenso.

O sólido de biomassa 20 gotejado no líquido 21b dentro do recipiente de transformação em suspensão 21 é resfriado pela troca de calor direta com o líquido 21b, desse modo suprimindo a decomposição excessiva de hemicelulose residual, lignina residual, e o componente principal, celulose, devido à água quente que acompanha o sólido e biomassa 20.

Em uma atmosfera gasosa no lado superior da interface gás-líquido 13ada unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17, o sólido de biomassa 20 é exposto acima do nível de líquido de água quente (interface gás-líquido 13a) pelo primeiro meio de parafuso 14. Entretanto, devido à presença da água quente pressurizada 15 que acompanha o sólido de biomassa 20, a reação está ainda em progresso sob o estado de alta temperatura e alta pressão. Portanto, adicionando-se o sólido de biomassa 20 ao líquido 21b no recipiente de transformação em suspensão 21, a reação pode ser concluída.

Portanto, tal térmico de reação leva à supressão da decomposição excessiva de hemicelulose residual, lignina residual e o componente principal, celulose. Como resultado, a taxa de recuperação de celulose é aumentada visto que a decomposição excessiva do componente de celulose é suprimida, e a geração do componente inibidor da reação é suprimida em um lado a jusante.

Injetando-se a água 19 ao recipiente de transformação em suspensão 21, o líquido 21b está presente aí. Portanto, vedação líquida é feita na interface gás-líquido 13a da unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 e na interface gás-líquido 21a do recipiente de transformação em suspensão 21, desse modo impedindo o vazamento do nitrogênio pressurizado 25 que é um gás de pressurização. Como resultado, perda causada pelo vazamento de gás é eliminada, e é, portanto possível alcançar uma redução substancial nos custos de execução do gás de pressurização. Note que o recipiente de transformação em suspensão 21 é provido com uma válvula de segurança e uma passagemde entrada do nitrogênio pressurizado 25 que não estão mostradas na figura.

Transformando-se em suspensão o sólido de biomassa 20, é obtida fluidização e o meio de descarga para descarregar o sólido de biomassa 20 do recipiente de transformação em suspensão 21 para o lado de fora pode ser simplificado. Ou seja, se o sólido de biomassa 20 é mantido em um estado de alta temperatura, é necessário usar um material custoso, por exemplo, como o material para o meio de descarga. Entretanto, visto que o sólido de biomassa 20 é resfriado no recipiente de transformação em suspensão 21, um aço inoxidável não custoso, plástico ou similar pode ser empregado para a unidade de descarga 23 provida no lado de descarga. Como a unidade de descarga 23, um alimentador giratório, uma válvula de controle de fluxo ou similar pode ser usado, por exemplo.

Visto que o sólido de biomassa 20 tem uma porosidade grande e uma pequena densidade de massa, a manipulação do mesmo em um estado sólido é problemática. Entretanto, transformando-se em suspensão o sólido de biomassa, é alcançada uma redução no volume, e a manipulação do mesmo, portanto, se torna mais fácil.

Ou seja, antes de adicionado ao líquido 21b, o sólido de biomassa 20 está na forma de um bolo, tem uma grande porosidade devido a seu grande percentual do gás pressurizado, e tem uma pequena densidade de massa que é 0,5 g/cc ou menos. Transformando-se em suspensão o sólido de biomassa 20, o espaço vazio é reduzido e a suspensão se torna densa, desse modo alcançando uma redução de volume.

Em adição, transformando-se em suspensão o sólido de biomassa 20, é obtida fluidização, e a manipulação do mesmo em processos subsequentes, portanto, se torna mais fácil.

Particularmente, em um processo de sacarificação ou similar, visto que é uma reação enzimática, o sólido de biomassa precisa ser resfriado a uma temperatura predeterminada ou menos (por exemplo, 60 °C ou menos). Nesse caso, o resfriamento do sólido de biomassa 20 como está requer um grande meio de troca de calor visto que a eficiência da troca de calor do sólido 20 não é favorável. Entretanto, transformando-se em suspensão o sólido de biomassa 20, é obtida favorável eficiência de resfriamento, desse modo eliminando a necessidade do grande meio de troca de calor.

Meio de resfriamento indireto para resfriar o interior do recipiente de transformação em suspensão 21 pode ser provido.

Embora o recipiente de transformação em suspensão 21 seja provido com o meio de agitação 22, a presente invenção não é limitada ao mesmo. Por exemplo, a agitação pode ser realizada por meio de circulação ataravés de uma bomba, ou similar.

A biomassa a ser alimentada à unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 não particularmente limitada, e é definida como organismos incorporados em um sistema circulatório de substância da biosfera global ou acúmulo de matérias orgânicas derivadas dos organismos (veja JIS K 3600 1258). Na presente invenção, é particularmente preferível usar fontes de celulose como madeiras, por exemplo, madeira dura, e biomassa herbácea, resíduo agrícola, resíduo alimentar ou similar.

O diâmetro particular do material de biomassa 11 não é particularmente limitado. Entretanto, é preferível moer o material de biomassa 11 àquele com um tamanho de 5 milímetros ou menos.

Na presente modalidade, antes de alimentar a biomassa, por exemplo, um moinho pode ser usado como um dispositivo de pré-processamento para realizar o pré- processamento. Em adição, biomassa pode ser limpa por um dispositivo de limpeza.

Por exemplo, quando casca ou similar é usada como o material de biomassa 11, ela pode ser alimentada como está à unidade de alimentação de biomassa 12 sem moagem.

É preferível que a temperatura da reação na unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 esteja em uma faixa de 180 a 240 °C, e mais preferivelmente de 200 a 230 °C.

Isso é porque a taxa de decomposição hidrotérmica é baixa a uma baixa temperatura de menos do que 180 °C, e um longo tempo de decomposição é necessário. Isso leva a um aumento no tamanho do aparelho, e não é preferível. Por outro lado, a uma temperatura que excede 240 °C, a taxa de decomposição se torna excessiva, a transferência do componente de celulose de uma fase sólida para uma fase líquida aumenta, e a decomposição excessiva de sacarídeos de hemicelulose é promovida, o que não é preferível.

O componente de celulose se dissolve a cerca de 140 °C, a celulose se dissolve a cerca de 230 °C, e o componente de lignina se dissolve a cerca de 140 °C. Entretanto, é preferível que a celulose seja deixada na fase sólida, e a temperatura seja ajustada a uma faixa de 180 °C a 240 °C, na qual o componente de hemicelulose e o componente de lignina podem manter uma taxa de decomposição suficiente.

Como uma pressão da reação, é preferível que uma pressão superior a 0,1 até 0,5 MPa seja aplicada a uma pressão de vapor saturado de água a temperaturas respectivas da temperatura da reação (180 a 240 °C) do corpo de aparelho 13.

Também é preferível que um tempo de reação seja igual ou mais curto do que 20 minutos, e preferivelmente de 3 a 10 minutos. Isso é porque se o tempo de reação é muito longo, a taxa de produto de decomposição excessiva aumenta, o que não é preferível.

Como a unidade de alimentação de biomassa 12 que alimenta biomassa sob uma pressão normal até sob uma pressão aumentada, por exemplo, meio como um parafuso, bomba de pistão ou bomba de suspensão pode ser mencionada.

Na presente modalidade, o aparelho de decomposição hidrotérmica é um aparelho vertical. Entretanto, a presente invenção não é limitada ao mesmo, e pode ser usado um aparelho de decomposição hidrotérmica do tipo gradiente com a interface gás-líquido 13a.

A razão pela qual o aparelho de decomposição hidrotérmica é o tipo gradiente ou tipo vertical é que o gás gerado na reação de decomposição hidrotérmica, o gás trazido para o material, e similar, pode escapar rapidamente de cima, o que é preferível. Em adição, visto que o produto de decomposição é extraído pela água quente pressurizada 15, a concentração do produto extraído aumenta a partir do lado superior em direção ao lado inferior, o que é preferível em vista da eficiência de extração.

Conforme descrito acima, de acordo com a presente modalidade, depois que o material de biomassa é decomposto em um componente à base de celulose e um componente de hemicelulose sob um estado de contato sólido-líquido, o sólido de biomassa, que é o produto da decomposição, é adicionado ao líquido injetado no recipiente de transformação em suspensão de modo a obter o sólido de biomassa suspenso. A vedação líquida também é alcançada, de modo que é possível impedir a efluência do gás pressurizado. Assim, a efluência de gás de pressurização (por exemplo, nitrogênio pressurizado ou similar) é impedida, desse modo alcançando uma redução substancial nos custos de execução.

Na presente modalidade, uma descrição foi feita durante o uso do aparelho de decomposição hidrotérmica como a unidade de processamento de biomassa que decompõe biomassa. Entretanto, a presente invenção não é limitada ao mesmo. Por exemplo, mesmo uma unidade de processamento de biomassa de decomposição alcalina (por exemplo, decomposição usando-se hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio ou amônia ou similar) ou uma unidade de processamento de biomassa de composição ácida (decomposição por ácido sulfúrico diluído ou similar) pode ser aplicada a um sistema em que uma interface gás- líquido é provida, e quando descarregando, em um estado sólido, o sólido de biomassa 20 após o processo sa unidade de processamento de biomassa, o recipiente de transformação em suspensão 21 é provido para transformar em suspensão o sólido de biomassa processado e o sólido de biomassa suspensoé descarregado através de um meio de descarga a partir de sob uma pressão aumentada até sob uma pressão normal.

Segunda Modalidade

Um sistema de processamento de biomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será a seguir descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles no sistema de processamento de biomassa de acordo com a primeira modalidade serão designados por letras ou numerais de referência iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 2 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma segunda modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 2, um sistema de processamento de biomassa 10B também inclui, no sistema de processamento de biomassa 10A de acordo com a primeira modalidade, um primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32 provido na linha de descarga L1 do sólido de biomassa suspenso 24 descarregado do recipiente de transformação em suspensão 21. O primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32 remove água 34 contendo uma substância inibidora de reação para obter um sólido de biomassa 33. Removendo-se a água 34 através do primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32, pode ser obtida uma concentração desejada de sólidos. Assim, se torna possível ajustar uma concentração de substância na reação desacarificação no lado a jusante.

Ou seja, de acordo com a presente modalidade, visto que a água 34 contendo uma substância inibidora de reação é separada do sólido de biomassa 33 no primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32, a substância inibidora de reação pode ser removida de maneira eficiente, desse modo obtendo uma reação favorável no lado a jusante.

Terceira Modalidade

Um sistema de processamento de biomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles nos sistemas de processamento de biomassa de acordo com as primeira e segunda modalidades são designados por letras ou numerais de referência iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 3 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma terceira modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 3, um sistema de processamento de biomassa 10C inclui, no sistema de processamento de biomassa 10B de acordo com a segunda modalidade, uma primeira linha de retorno L2 para reciclar, ao recipiente de transformação em suspensão 21, a água 34 separada pelo primeiro dispositivo de separação de sólido- líquido 32.

Em adição, um refrigerador 35 é provido na primeira linha de retorno L2 para resfriar a água a uma temperatura predeterminada, e a água resfriada é então devolvida ao recipiente de transformação em suspensão 21.

Em conformidade, a água separada 34 pode ser reutilizada, assim reduzindo a quantidade de uso da água 19 alimentada de maneira separada ao recipiente de transformação em suspensão 21.

Quarta Modalidade

Um sistema de processamento de biomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles nos sistemas de processamento de biomassa de acordo com a primeira até terceira modalidades são designados por letras ou numerais de referência iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 4 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com a quarta modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 4, um sistema de processamento de biomassa 10D também inclui, no sistema de processamento de biomassa 10C de acordo com a terceira modalidade, um recipiente de tratamento biológico 36 para realizar tratamento biológico na água 34 separada pelo dispositivo de separação de sólido-líquido 32 na primeira linha de retorno L2. Após resfriamento da água biologicamente tratada 34 pelo refrigerador 35, a água é devolvida ao recipiente de transformação em suspensão 21.

Visto que a água separada 34 inclui ácido orgânico (por exemplo, ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico ou similar) que é uma substância inibidora de reação no lado a jusante, tal ácido orgânico é decomposto e removido pelo recipiente de tratamento biológico 36. Tal processo é realizado de maneira confiável e, portanto uma substância inibidora foi removida mediante a reutilização como a água 19. Assim, mediante a conclusão da reação no recipiente de transformação em suspensão 21, não há aumento na substância inibidora.

Em adição, usando-se, por exemplo, um dispositivo de tratamento biológico de fermentação com metano como um dispositivo de tratamento biológico 61, metano é recuperado e pode ser usado como um combustível ou similar.

Quinta Modalidade

Um sistema de processamento de biomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles nos sistemas de processamento de biomassa de acordo com a primeira até quarta modalidades são designados por letras ou numerais de referência iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 5 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma quinta modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 5, um sistema de processamento de biomassa 10E inclui, no sistema de processamento de biomassa 10C de acordo com a terceira modalidade, um primeiro tanque de sacarificação 40 para sacarificar o sólido de biomassa 33 separado pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32 usando-se uma enzima 41 de modo que o sólido de biomassa 33 é sacarificado para obter uma solução sacarídea (C6 sacarídeo) 42. Na Fig. 5, o numeral de referência 40a designa meio de agitação, e a letra de referência M3 designa um motor para acionar o meio de agitação 40a.

Na presente modalidade, visto que a água desnecessária 34 é removida pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32 para condensar o sólido de biomassa 33 a uma concentração desejada, é possível realizar sacarificação a uma concentração de substrato superior, desse modo aumentando a concentração de C6 sacarídeo. Além disso, embora a água que vem da unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 e contida no sólido contenha uma substância que inibe a fermentação, e similares, visto que a água 34 é removida pelo dispositivo de separação de sólido-líquido 32, a sacarificação pode ser realizada com tais substâncias sendo removidas. Como resultado, a qualidade do sacarídeo é aumentada.

Em adição, através do primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32, se torna possível ajustar uma concentração de substrato a qualquer concentração desejada. Por exemplo, a fim de aumentar uma concentração de sacarídeo após a sacarofocação, a taxa de remoção da água no primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32 pode ser aumentada para realizar sacarificação a uma concentração de substrato superior conforme descrito acima. A fim de realizar sacarificação ou agitação e transporte após sacarificação com uma operabilidade aumentada, ou a fim de aumentar a velocidade de sacarificação, a taxa de remoção da água pode ser diminuída para realizar sacarificação a uma concentração de substrato inferior.

Sexta Modalidade

Um sistema de processamento de biomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles no sistema de processamento de biomassa de acordo com a quinta modalidade são designados por letras ou numerais de referência iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 6 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acorod com uma sexta modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 6, um sistema de processamento de biomassa 10F inclui, no sistema de processamento de biomassa 10E de acordo com a quinta modalidade, um tanque de liquefação enzimática 44 para realizar liquefação enzimática adicionando-se a enzima 41 ao sólido de biomassa 33 separado pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32.

No tanque de liquefação enzimática 44, liquefação é feita por hidrólise do sólido de biomassa 33 usando a enzima 41 como celulase, por exemplo, para produzir oligossacarídeo, por exemplo. Então, o oligossacarídeo, que é um produto liquefeito por enzima 45, é adicionalmente hidrolisado para realizar sacarificação (monossacarificação: principalmente a produção de C6 sacarídeo).

Na presente modalidade, um material de biomassa é alimentado para um processo de decomposição hidrotérmica de modo a continuamente obter o sólido de biomassa 24. Em seguida, o sólido de biomassa é suspensono recipiente de transformação em suspensão 21, o sólido de biomassa 33 é então separado do mesmo pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32, e a enzima 41 é adicionada ao mesmo para obter o produto liquefeito por enzima 45 no tanque de liquefação enzimática 44. Em seguida, o produto liquefeito por enzima 45 é introduzido ao primeiro tanque de sacarificação grande separadamente provido 40 para realizar sacarificação em batelada por um tempo de reação predeterminado de modo a obter a solução sacarídea (C6 sacarídeo) 42. Se o primeiro tanque de sacarificação grande 40 é preenchido com o produto liquefeito 45, outro primeiro tanque de sacarificação grande 40 que não está mostrado nos desenhos pode ser usado para realizar o processo em batelada.

Embora a quantidade da enzima 41 a ser adicionada ao tanque de liquefação enzimática 44 precise ser apenas a quantidade necessária para liquefazer o sólido de biomassa no tanque de liquefação enzimática 44 com uma boa operabilidade, a quantidade de enzima capaz de suficientemente realizar sacarificação no primeiro tanque de sacarificação 40 a jusante pode ser adicionada ao tanque de liquefação enzimática 44, por exemplo. De maneira alternativa, colocando um grande valor apenas em sua operabilidade, a quantidade da enzima 41 apenas o suficiente para realizar liquefação pode ser adicionada no tanque de liquefação enzimática 44, e a quantidade da enzima 41 apenas o suficiente para realizar sacarificação suficiente pode ser adicionada no primeiro tanque de sacarificação 40 no lado a jusante.

No desenho, o numeral de referência 44a designa meio de agitação, e a letra de referência M4 designa um motor para acionar o meio de agitação 44a.

Na presente modalidade, visto que o sólido de biomassa 33 é uma vez liquefeito no tanque de liquefação enzimática 44, transporte por uma bomba, por exemplo, se torna possível, assim melhorando a capacidade de manipulação. Além disso, visto que a liquefação facilita a agitação, a força de agitação do meio de agitação M3 do primeiro tanque de sacarificação 40 pode ser pequena. Em adição, visto que a reação enzimática ocorre em líquido, a velocidade da reação é acelerada, assim contribuindo para reduções em tamanho e força do primeiro tanque de sacarificação grande 40A e alcançando uma redução na quantidade de enzima usada.

Na presente modalidade, é preferível que o sólido de biomassa separado 33 seja continuamente e gradualmente adicionado ao produto liquefeito por enzima 45 obtido no tanque de liquefação enzimática 40. Ou seja, o sólido de biomassa 33 separado pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32 é continuamente e gradualmente adicionado ao produto liquefeito por enzima que foi liquefeito no tanque de liquefação enzimática 40 de modo a fazer um ajuste de forma que o sólido de biomassa, que tem uma baixa fluidez, não existe no tanque de liquefação enzimática 40 tanto quanto possível. Em conformidade, a capacidade de agitação no tanque de liquefação enzimática 40 e a capacidade de transferência para o tanque de sacarificação enzimática a jusante são aumentadas, permitindo assim uma operação de instalações com uma boa operabilidade.

Em contraste, se a operação de liquefação enzimática é realizada quando o sólido de biomassa existe em uma grande quantidade no tanque de liquefação enzimática 40, ou seja, quando a enzima 41 é adicionada a uma grande quantidade do sólido de biomassa 33 para fazer a liquefação progredir gradualmente iniciando a partir de uma parte do mesmo, isso irá induzir uma redução na capacidade de produção e uma redução na operabilidade em operação contínua.

Conforme descrito acima, de acordo com a presente invenção, o processo até o tanque de sacarificação enzimática 44 após adição contínua do material de biomassa 11 à unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 pode ser processado de modo contínuo. Assim, é apenas necessário projetar a capacidade ou o número do primeiro tanque de sacarificação 40 para realizar sacarificação suficiente de acordo com a capacidade de produção da liquefação enzimática no lado a montante, desse modo permitindo uma melhora substancial na eficiência da instalação e trabalhabilidade da mesma.

Conforme descrito acima, conforme mostrado na Fig. 5, por exemplo, um método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa de acordo com a presente invenção inclui: alimentação de um material de biomassa 11 contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma pressão normal para colocá-lo sob uma pressão aumentada; decomposição hidrotérmica do material de biomassa 11 usando água quente pressurizada 15 por uma unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17; dissolução de um componente de lignina e um componente de hemicelulose na água quente pressurizada 15; em seguida, adição de um sólido de biomassa 20 descarregado da unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 para um recipiente de transformação em suspensão 21 contendo água 19 injetada no mesmo e que se comunica com a unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 de modo a obter um sólido de biomassa suspenso 24; então remoção da água 34 do sólido de biomassa suspenso 24 por um primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido 32; e em seguida, realização de sacarificação enzimática de um sólido de biomassa 33 do qual água foi removida, desse modo tornando possível produzir de maneira eficiente uma solução sacarídea 42.

No método de produção de solução sacarídea descrito acima que usa um material de biomassa, conforme mostrado na Fig. 6, por exemplo, liquefação enzimática é primeiro realizada a montante da sacarificação enzimática e a sacarificação enzimática é então realizada usando-se o produto liquefeito por enzima 45, desse modo melhorando a produtividade da solução sacarídea 42.

Sétima Modalidade Um sistema de processamento debiomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles no sistema de processamento de biomassa de acordo com a primeira modalidade serão designados por letras ou numerais de referências iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 7 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma sétima modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 7, um sistema de processamento de biomassa 10G inclui, no sistema de processamento de biomassa 10A de acordo com a primeira modalidade, um dispositivo de condensação de sacarídeo e C6 sacarificação 50 que realiza sacarificação enzimática de um sólido de biomassa principalmente contendo um componente de celulose para obter hexose (C6 sacarídeo) ou similar e condensa o sacarídeo.

O dispositivo de condensação de sacarídeo e C6 sacarificação 50 inclui: um segundo tanque de sacarificação 50 para realizar sacarificação enzimática do sólido de biomassa suspenso 24 por uma enzima 51; um segundo dispositivo de separação de sólido- líquido 54 que separa um teor de sólido de uma solução sacarídea 53 após a sacarificação; e um dispositivo de separação de água 56 com uma membrana de osmose reversa (OR) 56a que remove água 57 da solução sacarídea 53 separada pelo dispositivo de separação de sólido-líquido 54 para obter uma solução sacarídea condensada 55.

Por exemplo, o segundo dispositivo de separação de sólido-líquido 54 pode usar um decanter de rosca, um dispositivo de filtração de areia, uma membrana MF ou similar unicamente ou em uma combinação dos mesmos. Como resultado, o sólido é removido e a proteção da membrana OR 56a é, portanto alcançada. Em adição, no estágio anterior da membrana OR 56a, uma membrana de ultrafiltração (membrana UF) pode ser usada para proteger a membrana OR e possibilitar a recuperação da enzima, desse modo permitindo a reutilização da enzima.

O dispositivo de separação de água 56 pode empregar uma membrana OR solta, uma membrana de nanofiltração (membrana NF) ou similar.

Um procedicmento dos processos do dispositivo de condensação de sacarídeo e C6 sacarificação 50 será descrito.

Processo de Sacarificação Enzimática A seguir, a água 57 é removida da solução sacarídea 53 pelo dispositivo de separação de água 56 que inclui a membrana OR 56a para obter a solução sacarídea condensada 55.

A solução sacarídea condensada 55 é transformada em diversos materiais orgânicos em um processo de fermentação que é um processo subsequente não mostrado na figura.

Na presente modalidade, visto que o sólido de biomassa suspenso 24 é usado para realizar sacarificação, a sacarificação é feita a uma baixa concentração de substrato, assim permitindo sacarificação de alta velocidade.

Em adição, tal estado suspenso possibilita que agitação e transporte, etc. Sejam realizados com uma boa operabilidade.

Em adição, visto que a sacarificação é feita a uma baixa concentração de substrato, é possível reduzir a quantidade de enzima usada.

Em adição, os processos de membrana que utilizam diversas membranas tornam possível realizar de maneira eficiente a condensação de sacarídeo.

Em adição, visto que o líquido residual de sólido separado como lignina tem uma alta caloria, ele pode ser usado como um combustível. Em adição, o líquido residual de sólido 62 como lignina pode ser empregado para uma aplicação de fertilizante orgânico ou uma aplicação de matéria-prima química (por exemplo, uma aplicação como um adesivo de lignina).

Conforme descrito acima, como mostrado na Fig. 7, um método de produção de solução sacarídea que usa um material de biomassa de acordo com a presente invenção inclui: alimentação de um material de biomassa 11 contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma pressão normal para colocá-lo sob uma pressão aumentada; decomposição hidrotérmica do material de biomassa 11 usando água quente pressurizada 15 por uma unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17; dissolução de um componente de lignina e um componente de hemicelulose na água quente pressurizada 15; em seguida, adição de um sólido de biomassa 20 descarregado da unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 para um recipiente de transformação em suspensão 21 contendo água 19 injetada no mesmo e que se comunica com a unidade de processamento de decomposição hidrotérmica 17 de modo a obter um sólido de biomassa suspenso slurried 24; então remoção da água 34 do sólido de biomassa suspenso 24;realização de sacarificação enzimática do sólido de biomassa suspenso 24 para obter uma solução sacarídea 53; em seguida, separação de um teor de sólido da mesma; e então remoção da água da mesma. Assim, é possível produzir de maneira eficiente uma solução sacarídea a partir do material de biomassa.

Oitava Modalidade Um sistema de processamento de biomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles no sistema de processamento de biomassa de acordo com a sétima modalidade são designados por letras ou numerais de referência iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 8 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma oitava modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 8, um sistema de processamento de biomassa 10H também inclui, no sistema de processamento de biomassa 10G de acordo com a sétima modalidade, uma segunda linha de retorno L3 para reciclar a água 57 separada do dispositivo de separação de água 56 para o recipiente de transformação em suspensão 21.

Em adição, um refrigerador 60 é provido na segunda linha de retorno L3 de modo a resfriar a água a uma temperatura predeterminada, e a água resfriada é então devolvida ao recipiente de transformação em suspensão 21. O refrigerador 60 pode ser provido na linha de descarga L1 do sólido de biomassa suspenso 24 para realizar resfriamento a uma temperatura desejada no segundo tanque de sacarificação 52. Em tal caso, o refrigerador 60 na linha L3 pode ser omitido.

Em conformidade, a água separada 57 pode ser reutilizada, desse modo reduzindo a quantidade de uso da água 19 separadamente alimentada ao recipiente de transformação em suspensão 21.

Nona Modalidade Um sistema de processamento de biomassa de acordo com outra modalidade da presente invenção será descrito com referência ao desenho. Elementos idênticos àqueles no sistema de processamento de biomassa de acordo com a sétima modalidade são designados por letras ou numerais de referência iguais e explicações dos mesmos serão omitidas. A Fig. 9 é um diagrama esquemático de um sistema de processamento de biomassa de acordo com uma nona modalidade.

Conforme mostrado na Fig. 9, um sistema de processamento de biomassa 10I ainda inclui, no sistema de processamento de biomassa 10H de acordo com a oitava modalidade, um dispositivo de tratamento biológico 61 provido na segunda linha de retorno L3. Depois que a água 57 é submetida a um tratamento biológico, a água 57 é devolvida ao recipiente de transformação em suspensão 21.

Vito que a água 57 separada pela membrana OR 56a contém uma substância inibidora de reação (composto orgânico de baixo peso molecular), o tratamento da mesma se torna mais fácil pelo dispositivo de tratamento biológico 61. Usando-se, por exemplo, um dispositivo de tratamento biológico de fermentação com metano como o dispositivo de tratamento biológico, metano é recuperado e pode ser usado como um combustível ou similar.

Conforme descrito acima, de acordo com o sistema de processamento de biomassa da presente invenção, depois que o material de biomassa é decomposto em um componente à base de celulose e um componente de hemicelulose sob uma condição de alta temperatura e alta pressão, o sólido de biomassa, que é o produto da decomposição, é adicionado ao líquido provido no interior no recipiente de transformação em suspensão de modo a obter o sólido de biomassa suspenso e alcançar vedação líquida. Como resultado, é possível impedir a efluência do gás pressurizado. Assim, a efluência do gás de pressurização (por exemplo, nitrogênio pressurizado ou similar) é impedida, desse modo reduzindo os custos de execução.

Transformando-se em suspensão um sólido de biomassa, a manipulação do mesmo se torna mais fácil, o que é adequado para o process de sacarificação do mesmo. Como resultado, é possível produzir de maneira eficiente uma solução sacarídea (C6 sacarídeo). Em adição, é possível produzir de maneira eficiente diversos materiais orgânicos (por exemplo, álcool, substitutos do petróleo ou aminoácido) a partir da solução sacarídea. Além disso, diversos materiais orgânicos (por exemplo, álcool, substitutos do petróleo ou aminoácido) como LPG, combustível automotivo, combustível de aeronaves, petróleo de querosene, óleo diesel, diversos óleos pesados, gás combustível, nafta, etileno glicol como produto de decomposição do nafta, ácido lático, álcool (etanol e similar), amina, etoxilato de álcool, polímero de cloreto de vinila, alquil alumínio, PVA, emulsão de acetato de vinila, poliestireno, polietileno, polipropileno, policarbonato, resina MMA, náilon e poliéster, por exemplo, podem ser produzidos de maneira eficiente a partir da solução sacarídea. Portanto, a solução sacarídea derivada de biomassa pode ser usada de maneira eficiente como substitutos de produtos químicos derivados de óleo bruto, que é um combustível empobrecido, e como uma matéria-prima para produzir os substitutos.

Em adição, visto que o sólido de biomassa é adicionado no líquido, a reação pode ser concluída de maneira eficiente resfriando-se o sólido de biomassa pela troca de calor direta com o líquido. Além disso, visto que ácido ou álcali é diluído, a decomposição excessiva de hemicelulose residual, lignina residual e o componente principal, celulose, que acompanha o sólido de biomassa é suprimida. Como resultado, a geração do componente inibidor de reação pode ser suprimida, e a taxa de recuperação do componente de celulose pode ser aumentada.

Aplicabilidade Industrial Conforme descrito acima, de acordo com o sistema de processamento de biomassa da presente invenção, quando separando um componente à base de celulose de um material de biomassa, é realizada a transformação em suspensão, assim permitindo descarga eficiente do mesmo. Em adição, uma solução sacarídea é produzida usando-se o produto suspenso, e diversos materiais orgânicos (por exemplo, álcool, substitutos do petróleo ou aminoácido) podem ser produzidos de maneira suficiente a partir da solução sacarídea. Lista de Sinais de Referência 10A a 10G sistema de processamento de biomassa 11 material de biomassa 12 unidade de alimentação de biomassa 13 corpo de aparelho 14 primeiro meio de parafuso 15 água quente pressurizada 16 efluente de água quente 17 unidade de decomposição hidrotérmica 18 unidade de descarga de sólido de biomassa 19 água 20 sólido de biomassa 21 recipiente de transformação em suspensão 22 meio de agitação 23 unidade de descarga 24 sólido de biomassa suspenso 25 nitrogênio pressurizado.

Claims

1. Sistema de processamento de biomassa CARACTERIZADO pelo fato de com-preender: uma unidade de processamento de biomassa que decompõe um material de bio-massa contendo celulose, hemicelulose e lignina através de um recipiente de processamento com uma interface gás-líquido para remover um componente de lignina e um componente de hemicelulose, o material de biomassa sendo definido como organismos incorporados em um sistema circulatório de substância da biosfera global ou acúmulo de matérias orgânicas derivadas dos organismos; uma unidade de descarga de sólido de biomassa que descarrega um sólido de bi-omassa processado na unidade de processamento de biomassa; e um recipiente de transformação em suspensão que se comunica com a unidade de descarga de sólido de biomassa, à qual água é injetada e o sólido de biomassa descarregado é suspenso.

2. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: a unidade de processamento de biomassa é qualquer dentre uma unidade de pro-cessamento de decomposição hidrotérmica, uma unidade de processamento de decomposi-ção alcalina e uma unidade de processamento de decomposição ácida.

3. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: um primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido provido a jusante do recipiente de transformação em suspensão para remover água do sólido de biomassa suspenso.

4. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: uma primeira linha de retorno para reciclar a água separada pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido para o recipiente de transformação em suspensão.

5. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um recipiente de tratamento biológico provido na primeira linha de retorno, para rea-lizar tratamento biológico na água separada pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido, em que a água biologicamente tratada é devolvida ao recipiente de transformação em suspensão.

6. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 3 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: um primeiro tanque de sacarificação para sacarificar um sólido de biomassa sepa- rado pelo primeiro dispositivo de separação de sólido-líquido.

7. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um tanque de liquefação enzimática para realizar liquefação enzimática através da adição de uma enzima ao sólido de biomassa separado pelo primeiro dispositivo de separa-ção de sólido-líquido, em que um produto liquefeito por enzima é sacarificado pela enzima no primeiro tanque de sacarificação.

8. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: um segundo tanque de sacarificação para sacarificar o sólido de biomassa suspenso que foi suspenso no recipiente de transformação em suspensão.

9. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: um dispositivo de separação de sólido-líquido que separa um teor de sólido de uma solução sacarídea após a sacarificação; e um dispositivo de separação de água que remove água de uma solução sacarídea após a separação de sólido.

10. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: uma segunda linha de retorno para reciclar a água separada pelo dispositivo de se-paração de água para o recipiente de transformação em suspensão.

11. Sistema de processamento de biomassa, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: um dispositivo de tratamento biológico provido na segunda linha de retorno.

12. Método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa e sistema de processamento de biomassa, conforme definido na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: alimentar um material de biomassa contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma pressão normal, e decompor o material de biomassa através de uma unidade de pro-cessamento de biomassa; em seguida, adicionar um sólido de biomassa descarregado da unidade de proces-samento de biomassa para um recipiente de transformação em suspensão contendo água injetada no mesmo e que se comunica com a unidade de processamento de biomassa de modo a obter um sólido de biomassa suspenso; então remover água do sólido de biomassa suspenso; e em seguida, realizar sacarificação enzimática do sólido de biomassa do qual a água foi removida para produzir uma solução sacarídea.

13. Método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que: a montante da sacarificação enzimática do sólido de biomassa a partir do qual a água foi removida, é realizada liquefação enzimática do sólido de biomassa.

14. Método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: alimentar um material de biomassa contendo celulose, hemicelulose e lignina sob uma pressão normal, e decompor termicamente o material de biomassa por uma unidade de processamento de biomassa, o material de biomassa sendo definido como organismos in-corporados em um sistema circulatório de substância da biosfera global ou acúmulo de ma-térias orgânicas derivadas dos organismos; em seguida, adicionar um sólido de biomassa descarregado a partir da unidade de processamento de biomassa para um recipiente de transformação em suspensão contendo água injetada no mesmo e que se comunica com a unidade de processamento de biomassa de modo a obter um sólido de biomassa suspenso; e realizar sacarificação enzimática do sólido de biomassa suspenso para obter uma solução sacarídea, em seguida, separar um teor de sólido da mesma, e então remover água da mesma.

15. Método de produção de álcool, CARACTERIZADO pelo fato de que fermenta-ção alcoólica é realizada usando a solução sacarídea obtida pelo método de produção de solução sacarídea usando um material de biomassa conforme definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 14 de modo a produzir álcool.