BR102014004553A2 - processo de produção de álcoois e/ou de solventes a partir de biomassa lignocelulósica com lavagem do resíduo sólido obtido após hidrólise - Google Patents

Abstract

processo de produção de álcoois e/ou de solventes a partir de biomassa lignocelulósica com lavagem do resíduo sólido obtido após hidrólise. a presente invenção refere-se ao processo de produção de álcool e/ou de solvente a partir de uma carga de biomassa, que comporta as etapas de pré-tratamento (p) da carga de biomassa, de hidrólise enzimática (h) do substrato pré-tratado e de fermentação do hidrolisado (f). para reduzir o tamanho dos fermentadores, extrai-se (ex1) pelo menos uma parte do resíduo sólido contido no hidrolisado, de maneira a se obter um fluxo de resíduo sólido (9), comportando a lignina e um hidrolisado (8) pobre em resíduo sólido. depois o fluxo de resíduo sólido é lavado (l) com um fluxo líquido de maneira a recuperar um fluxo líquido enriquecido em açúcares (15). o fluxo líquido enriquecido em açúcares (15) é reciclado na etapa de hidrólise enzimática (h) para poder valorizar os açúcares, sem fornecer diluição dos fluxos no processo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ÁLCOOIS E/OU DE SOLVENTES A PARTIR DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA COM LAVAGEM DO RESÍDUO SÓLIDO OBTIDO APÓS HIDRÓLISE".

[001] A presente invenção refere-se a um processo de produção de álcoois e/ou de solventes dito de "segunda geração", a partir de bi-omassa lignocelulósica. Ela refere-se mais particularmente a um processo de produção de etanol e/ou de solventes.

[002] A biomassa lignocelulósica representa um dos recursos renováveis os mais abundantes na terra. Os substratos considerados são muito variados, já que eles se referem, ao mesmo tempo, aos substratos lignosos (folhosos e resinosos), os subprodutos de agricultura (palha) ou aqueles das indústrias geradoras de dejetos lignocelu-lósicos (indústrias agroalimentícias, indústrias de papel).

[003] A biomassa lignocelulósica é composta de três principais polímeros: a celulose (35 a 50%), que é um polissacarídeo essencialmente constituído de hexoses; hemicelulose (20 a 30%), que é um polissacarídeo essencialmente constituído de pentoses; e a lignina (15 a 25%) que é um polímero de estrutura complexa e de elevado peso molecular, composto de álcoois aromáticos ligados por ligações éter. Essas diferentes moléculas são responsáveis pelas propriedades intrínsecas da parede vegetal e se organizam em um emaranhado complexo.

[004] O processo de transformação bioquímica dos materiais lig-nocelulósicos em etanol compreende, em geral, uma etapa de pré-tratamento físico - químico, seguida de uma etapa de hidrólise enzi-mática utilizando um coquetel enzimático, de uma etapa de fermentação etanólica dos açúcares liberados e de uma etapa de purificação dos produtos de fermentação. Um exemplo é dado pelo documento "Ethanol from lignocellulosics: A review of the economy", M. von Sil- vers et G. Zacchi, Bioresource Technology 56 (1996) 131-140.

[005] Dentre os três polímeros de base que integram a biomassa lignocelulósica, a celulose e a hemicelulose são aqueles que podem mais facilmente ser valorizados em produtos de fermentação. A lignina permanece inerte na maior parte dos processos. É por isso que os processos de produção de álcoois e/ou de solventes têm interesse em separar a lignina das misturas reacionais o mais cedo, a fim de reduzir o tamanho das unidades e os custos de tratamento e de investimento. A lignina pode ser separada em diferentes etapas do processo, por exemplo, no pré-tratamento, entre as etapas de hidrólise enzimática e de fermentação ou na etapa de purificação dos produtos de fermentação.

[006] O documento "Fuel ethanol production: Process design trends and integration opportunities", C.A. Cardona et O. J. Sanchez, Bioresource Technology 98 (2007) 2415-2457, descreve um processo no qual a lignina é solubilizada na presença de um solvente permitindo separar a lignina da celulose e da hemicelulose, a lignina sendo em seguida precipitada durante o pré-tratamento da biomassa. Essa solução evita a presença de sólidos inertes no processo desde a etapa de hidrólise enzimática, mas apresenta custos operacionais elevados. A-lém disso, essa configuração de processo não favorece uma possível cofermentação dos açúcares celulósicos e hemicelulósicos recuperados no pré-tratamento, visto que dois fluxos que apresentam propriedades e composições distintas são obtidos.

[007] Determinados processos ("Ethanol from lignocellulosic: te-chnology, economics, and opportunities", C.E. Wyman, Bioresource Technology 50 (1994) 3-16) preveem a separação da lignina somente na fase de purificação dos produtos oriundos da etapa de fermentação. Isto gera investimentos suplementares, notadamente para os reatores de fermentação que devem ser dimensionados para conter a lig- nina inerte, além da mistura reacional e para a seção de separação que deve efetuar a separação entre os produtos de fermentação e a lignina, no caso em que a destilação na presença de sólidos é considerada.

[008] A maioria dos processos separa a lignina dos outros produtos entre as etapas de hidrólise enzimática e fermentação. Todavia, essa separação é geralmente realizada por instrumentos de separação física que apresentam a desvantagem que os sólidos inertes recuperados podem conter ainda produtos de hidrólise aprisionados. Nesse caso, é possível acrescentar uma etapa de lavagem dos sólidos ao processo, o efluente dessa etapa de lavagem sendo enviado à etapa de fermentação com o fluxo líquido. Isto representa um compromisso entre a recuperação dos açúcares e as limitações fornecidas pela penalidade energética ligada à diluição do mosto a fermentar. O documento "A Techno-economical comparasion of three processes for the production of etanol from pine" M. von Silvers et G. Zacci, Bioresource Technology 51 (1995) 46-52, descreve o impacto da lavagem do sólido recuperado em termos de custo de equipamento de fermentação.

[009] A presente invenção propõe efetuar a separação da lignina e de outros eventuais sólidos inertes entre as etapas de hidrólise enzimática e fermentação. Esse sólido composto principalmente de lignina é, em seguida, submetido a uma lavagem para recuperar os produtos de hidrólise aprisionados, em particular, os açúcares. O líquido de lavagem é, em seguida, reciclado na unidade de hidrólise enzimática, a fim de não fornecer a diluição nos fluxos existentes.

[010] De maneira geral, a invenção refere-se a um processo de produção de álcool e/ou de solvente, a partir de uma carga de biomas-sa, no qual se realizam as seguintes etapas: a) efetua-se uma etapa de pré-tratamento pela colocação em contato e aquecimento da carga de biomassa com água e um compos- to ácido ou básico, de maneira a se obter um substrato pré-tratado; b) coioca-se em contato o substrato pré-tratado com pelo menos enzimas celulases e com um fluxo líquido de lavagem obtido na etapa d) de maneira a se obter um hidrolisado, comportando uma matéria - sólida e uma fase líquida contendo açúcares; c) extrai-se pelo menos uma parte da matéria sólida contida no hidrolisado, de maneira a se obter um hidrolisado pobre em matéria sólida e um fluxo enriquecido em matéria sólida; d) lava-se o fluxo enriquecido em matéria sólida com um fluxo líquido, de maneira a se obter esse fluxo líquido de lavagem, o fluxo líquido de lavagem sendo reciclado na etapa b); e) efetua-se uma fermentação alcoólica do hidrolisado empobrecido em matéria sólida obtida, na etapa c), por meio de um microorganismo alcoolígeno, de maneira a produzir um vinho de fermentação; f) efetua-se uma etapa de separação do vinho de fermentação, de maneira a se obter pelo menos um fluxo purificado comportando um álcool ou um solvente e pelo menos um fluxo de vinhaça.

[011] De acordo com a invenção, o fluxo líquido da etapa d) pode ser composto de água fresca.

[012] Alternativamente, o fluxo líquido da etapa d) pode comportar pelo menos uma parte do fluxo de vinhaça obtido na etapa f).

[013] Na etapa b), o fluxo líquido de lavagem pode ter um fluxo compreendido entre 50% e 1500% em peso da vazão de substrato pré-tratado.

[014] Antes de efetuar a etapa b), o fluxo líquido de lavagem obtido na etapa d) pode ser submetido a uma segunda etapa de fermentação alcóolica por meio de um organismo alcoolígeno.

[015] Pode-se realizar a segunda etapa de fermentação alcoólica em condições operacionais diferentes das condições operacionais da fermentação alcóolica da etapa e).

[016] Pode-se também realizar a segunda etapa de fermentação alcoólica com um organismo alcoolígeno diferente do organismo alcoo-lígeno da fermentação alcóolica da etapa a).

[017] Na etapa d), pode-se colocar em contato o fluxo enriquecido em matéria sólida com um fluxo líquido, depois pode separar o fluxo líquido da matéria sólida.

[018] Pode-se realizar a etapa d) de maneira que esse fluxo enriquecido em matéria sólida comporta entre 15% em peso e 55% em peso de matéria sólida e de maneira que esse hidrolisado pobre em matéria sólida comporta menos de 15% em peso de matéria sólida.

[019] As enzimas celulases e/ou hemiceluiases podem ser produzidas por um micro-organismo escolhido dentre os cogumelos pertencentes aos gêneros Trichoderma, Aspergillus, PeniciHium ou Schi-zophyllum, ou as bactérias anaeróbicas pertencentes ao gênero Clos-tridium.

[020] Processo, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual o micro-organismo alcoolígeno é escolhido dentre os micro-organismos do gênero Saccharomyces, Saccharomyces cerevi-siae, Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragilis, Candida shehatae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophilis, Zymomonas mobilis, Clostridium, Es-cherichia coli.

[021] A carga de biomassa pode ser composta por pelo menos um dos seguintes elementos: madeira, plantas cultivadas, dejetos lig-nocelulósicos agrícolas, resíduos da indústria de transformação dos materiais lignocelulósicos.

[022] Na etapa a) pode-se efetuar uma explosão ao vapor da biomassa, comprimindo, depois efetuando uma expansão da biomassa em mistura com água e um composto ácido.

[023] Na etapa e) utiliza-se um organismo alcoolígeno produzindo pelo menos etanol.

[024] Outras características e vantagens da invenção serão melhor compreendidas e aparecerão claramente com a leitura da descrição feita a seguir com referência aos desenhos dentre os quais: [025] - a figura 1 é uma representação esquemática de um modo de realização não de acordo com a invenção;

[026] - a figura 2 é uma representação esquemática de um primeiro modo de realização do processo, de acordo com a invenção;

[027] - a figura 3 é uma representação esquemática de um segundo modo de realização do processo, de acordo com a invenção.

[028] No sentido da presente invenção, designa-se pelo termo de "matéria seca" os compostos sólidos e solúveis contidos em um fluxo, a taxa de matéria seca de um fluxo é determinada segundo o método ASTM E1756-01, que consiste em uma perda de massa a 105°C. Designa-se sob o termo "matéria sólida", os compostos sólidos presentes em um fluxo, esses compostos sólidos sendo não solúveis na fase líquida. A matéria sólida pode ser composta de lignina, de hemicelulose e/ou de celulose. A taxa de matéria sólida contida em um fluxo pode ser determinada por lavagens sucessivas do fluxo na água e análise do teor em matéria seca residual do fluxo lavado.

[029] Com referência à figura 1, uma carga de biomassa C é levada na unidade de pré-tratamento P por intermédio do conduto 1. A carga de biomassa pode ser composta de madeira, de palhas ou de milho, de produtos de culturas florestais dedicadas (por exemplo, de resinoses tais como pináceas ou os pinheiros ou folhosas, tais como os eucaliptos), plantas de culturas dedicadas, tais como o miscantos ou o switchgrass, de resíduos de plantas alcoolígenas, açucareiras (por exemplo, cana-de-açúcar ou beterraba) e cereais (por exemplo, milho, trigo...) de produtos ou resíduos da indústria de fabricação do papel e dos produtos de transformação dos materiais lignocelulósicos. A carga pode ser composta de aproximadamente 35 a 50% em peso de celulose, de 20 a 30% em peso de hemicelulose e de 15 a 25% em peso de lignina.

[030] O composto ácido ou básico A e a água W1 necessários são respectivamente levados na unidade de pré-tratamento P, por intermédio dos condutos 2 e 3, a fim de aí realizar uma reação de hidró-lise em meio ácido ou básico. Na unidade P, a carga de biomassa C é colocada em contato e misturada com a água W1 e o composto A em um reator. A unidade P de pré-tratamento pode utilizar uma ação mecânica, criada, por exemplo, por meio de uma extrusora do tipo bipara-fuso ou de uma desfibradora.

[031] Dentre os compostos ácidos, o composto A pode ser escolhido dentre o ácido sulfúrico, o ácido clorídrico, o ácido nítrico, o ácido acético ou o ácido fórmico. Dentre os compostos básicos, o composto A pode ser escolhido dentre o hidróxido de potássio, o hidróxido de sódio, o amoníaco.

[032] Quando da etapa de pré-tratamento na unidade P, efetua-se pelo menos uma etapa de aquecimento da mistura de biomassa C, de água W1 e do composto A em um reator. A água W1 pode ser introduzida sob a forma de vapor. O papel do pré-tratamento é tornar a celulose acessível às enzimas, desestruturando a matriz lignocelulósi-ca. Quando do pré-tratamento, ataca-se preferencialmente a hemicelulose que se encontra em grande parte dissolvida na fase líquida.

[033] De acordo com um primeiro modo de realização, realiza-se um pré-tratamento alcalino na unidade P. Por exemplo, na unidade P, pode-se aplicar um pré-tratamento ao sulfato de sódio, ainda denominado processo Kraft, classicamente utilizado nos processos de produção de produtos de papel dito Kraft ou "pasta ao sulfato", no final do qual são obtidas pastas à base de papéis. O pré-tratamento químico alcalino realizado na unidade P pode também ser um pré-tratamento por explosão das fibras ao amoníaco, ainda denominado pré-tratamento AFEX (Ammonia Fiber Explosion) ou pré-tratamento por percolação, utilizando o amoníaco com reciclagem, ainda denominado pré-tratamento ARP (Ammonia Recycle Percolation).

[034] O processo ao sulfato de sódio ou processo Kraft é baseado na utilização de soda e de sulfato de sódio. O tratamento químico dos cavacos de madeira é feito a 150-175 °C por uma duração de 1 a 7 horas em função do substrato utilizado. As pastas à base de papel Kraft são produzidas a partir das biomassas as mais variadas, mas mais particularmente a partir das espécies arborescentes resinosas (madeira mole tais como as pináceas ou os pinheiros) ou folhosas (madeira de lei, tais como os eucaliptos) ou ainda os dejetos lignocelu-lósicos agrícolas (palha de trigo, arroz, etc). Elas são parcialmente deslignificadas por meio de cozimentos à alta temperatura e na presença de soda. Essa deslignificação é controlada pelos parâmetros operacionais dos reatores. O cozimento é realizado em um reator vertical, onde os cavacos descem por gravidade e encontram os diversos licores de cozimento. O sulfeto de sódio é preparado diretamente a partir de sulfato de sódio por combustão. Quando do cozimento, o sulfeto de sódio é hidrolisado em soda, em NaHS e em H2S. Os diferentes compostos sulfurados presentes reagem com a lignina para dar tioligninas mais facilmente solúveis. O licor aplicado aos cavacos é denominado licor branco. O licor extraído do reator ou lixiviador contendo os compostos eliminados da parede é denominado licor negro. Ao final desse tratamento alcalino, chega-se à produção de um substrato pré-tratado, enriquecido em celulose, já que contém entre 60 e 90% de células e entre 5 e 20% de hemicelulose.

[035] O processo ARP (Ammonia Recycle Percolation) é um processo de pré-tratamento, utilizando o amoníaco com reciclagem. Esse tipo de processo é notadamente descrito por Kin et al., 2003, Biores. Technol. 90 (2003) p 39-47. A temperatura elevada da percolação leva a uma solubilização parcial ao mesmo tempo da lignina e das hemice-luloses, essa solução é em seguida aquecida para reciclar o amoníaco e recuperar, por um lado, a lignina extraída, por exemplo, para uma valorização energética, e, por outro lado, os açúcares solúveis oriundos das hemiceluloses.

[036] O processo AFEX (Ammonia Fiber Explosion) consiste em introduzir o substrato lignocelulósico em um cozedor à alta pressão na presença de amoníaco, depois de provocar uma expansão explosiva na saída do reator e reciclar o amoníaco então sob a forma gasosa. Esse tipo de processo é notadamente descrito por Teymouri et al. 2005, Biores. Technol. 96 (2005) páginas 2014-2018. Esse processo leva principalmente a uma desestruturação da matriz da biomassa, mas não há separação fásica dos compostos de lignina, hemicelulose e celulose na saída do tratamento.

[037] De acordo com um segundo modo de realização, faz-se um pré-tratamento ácido na unidade P. Por exemplo, na unidade P, pode-se utilizar um pré-tratamento do tipo cozimento ao ácido diluído. Nesse modo de realização a biomassa é colocada em contato com o ácido forte diluído na água, por exemplo, o ácido sulfúrico, utilizando a biomassa a baixos teores em matéria seca, geralmente compreendido entre 5 e 20% da matéria seca. A biomassa, o ácido e a água são colocados em contato em um reator e montado em temperatura geralmente entre 120 °C e 200 °C. Quando desse processo, os compostos hemicelulósicos são principalmente hidrolisados em açúcares, permitindo desestruturar a matriz lignocelulósica. Ao final desse pré-tratamento ácido, chega-se à produção de um substrato pré-tratado sólido, enriquecido em celulose em lignina, assim como uma fração líquida enriquecida em açúcares.

[038] De acordo com um terceiro modo de realização, pode-se também aplicar o método, denominado "explosão vapor" ou "Stea-mEX" ou "Steam Explosion", segundo a terminologia anglo-saxônica, na unidade P. É um processo no qual a biomassa lignocelulósica colocada em contato com a água em um reator com pequeno tempo de permanência geralmente compreendido entre 2 e 15 minutos e a temperaturas moderadas, geralmente entre 120 e 250 °C e a uma pressão compreendida entre 0,5 e 5 MPa (5 e 50 bar). A água pode ser adicionada a um composto ácido, por exemplo, o ácido sulfúrico ou a um composto básico. Na saída do reator, a biomassa é estendida, por e-xemplo, à pressão atmosférica, em um recipiente separador gás/sólido, a fim de produzir a biomassa pré-tratada à matéria seca, geralmente compreendida entre 20 e 70% de matéria seca.

[039] A unidade P pode comportar etapas adicionais, por exemplo, de colocação no pH, que têm por finalidade facilitar a utilização e a eficácia das etapas de hidrólise enzimática e de fermentação.

[040] Evacua-se da unidade P um substrato pré-tratado pelo conduto 4. O substrato pré-tratado é composto de açúcares dissolvidos na fase líquida e de matéria sólida composta de lignina, de celulose e de hemicelulose que não foi liquefeita no pré-tratamento P. O fluxo do substrato pré-tratado circulando no conduto 4 contém preferencialmente entre 10% em peso e 60% em peso de matéria seca e ainda mais preferencialmente entre 20% em peso e 55% em peso de matéria seca.

[041] O substrato pré-tratado é introduzido em um reator da unidade H para sofrer uma etapa dita de "hidrólise enzimática". Água W2 e enzimas E são respectivamente acrescentadas no reator da unidade H por intermédio dos condutos 5 e 6, a fim de realizar uma reação de hidrólise enzimática do substrato pré-tratado. As quantidades de substrato pré-tratado de água e de enzima são ajustadas na etapa na uni- dade H, de maneira que o meio reacional comporte um teor em matéria sólida geralmente compreendida entre 5% e 40% em peso, de preferência, entre 10 e 25% em peso. A hidrólise enzimática é preferencialmente realizada com pH compreendido entre 4 e 5,5 e a uma temperatura compreendida entre 35 °C e 60 °C. As enzimas E podem ser produzidas por um micro-organismo, por exemplo, cogumelos pertencentes aos gêneros Trichoderma, Aspergillus, Penicillium ou Schizo-phyllum, ou as bactérias anaeróbicas pertencentes, por exemplo, ao gênero Clostridium. As enzimas produzidas por esses microorganismos contêm notadamente as celulases e eventualmente hemi-ceiulases, adaptadas para realizar uma hidrólise impulsionada da celulose e eventualmente das hemiceluloses. As celulases, respectivamente as hemiceluloses transformam por hidrólise a celulose, respectivamente a hemicelulose, em açúcares que podem se dissolver em fase aquosa. Na unidade H, as condições da hidrólise enzimática, principalmente a taxa de matéria seca da mistura a hidrolisar e a quantidade de enzimas utilizada, são escolhidas de tal forma que se obtenha uma solubilização da celulose compreendida entre 20% e 99% em peso, de preferência, entre 30% e 95% em peso em relação ao peso total de celulose contida no substrato pré-tratado. Evacua-se da unidade H um substrato hidrolisado pelo conduto 7. Assim, o fluxo de substrato hidro-lisado oriundo de H comporta açúcares dissolvidos na fase aquosa e da matéria sólida composta principalmente de lignina, e de celulose e de hemicelulose que não foram hidrolisadas.

[042] Esse substrato hidrolisado sofre em seguida, na unidade Ex1, uma etapa de separação entre líquido e sólido, a fim de extrair-lhe a matéria sólida, notadamente a lignina que não foi hidrolisada na unidade Η. A extração da matéria sólida é efetuada na unidade Ex1, que pode aplicar uma das seguintes técnicas: centrifugação, secagem ou prensagem, filtragem, decantação. A unidade Ex1 produz um fluxo pobre em matéria sólida evacuado pelo conduto 8 e um fluxo enriquecido em matéria sólida, notadamente em lignina, evacuado pelo conduto 9.

[043] O fluxo empobrecido em sólido é, em seguida, introduzido pelo conduto 8 na unidade F para sofrer uma etapa de fermentação. Na unidade F, o fluxo pobre em sólido é colocado com um ou vários micro-organismos de fermentação LEV introduzidos pelo conduto 10. Os micro-organismos LEV podem ser escolhidos, por exemplo, dentre os seguintes elementos: os lêvedos do gênero Saccharomyces, Sac-charomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragilis, Can-dida shehatae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophllis ou as bactérias do gênero Zymomonas mobilis, Clostridium, Escherichia coli. De preferência, utiliza-se um lêvedo adaptado para produzir o etanol, por e-xemplo, os lêvedos... Os açúcares fermentáveis são assim transformados em álcoois e/ou solventes pelos micro-organismos. A etapa de fermentação na unidade F pode ser realizada a uma temperatura compreendida entre 30°C e 35°C. Nessa unidade F, a reação de fermentação produz um vinho de fermentação contendo os produtos da reação de fermentação, evacuado pelo conduto 11, por exemplo, álcoois ou solventes orgânicos.

[044] O vinho de fermentação é introduzido pelo conduto 11 na unidade de separação S, a fim de daí extrair os compostos de interesse evacuados pelo conduto 12, por exemplo, álcoois ou solventes orgânicos. Os resíduos da separação, comumente denominados vi-nhaças, são evacuados da unidade de separação S pelo conduto 13. As vinhaças são geralmente compostas de água, assim como de qualquer produto líquido ou sólido não convertido ou não extraído, quando das etapas precedentes nas unidades H, Ex1 e F. A unidade de separação pode utilizar uma ou várias destilações, e eventualmente uma separação das matérias em suspensão, por exemplo, por centrifuga-ção, decantação, filtragem.

[045] O processo, não de acordo com a invenção, esquematizado pela figura 1 apresenta o inconveniente de evacuar uma parte dos compostos valorizáveis, isto é, açúcares, que ficam contidos na matéria sólida evacuada pelo conduto 9, quando da operação de extração dos sólidos na unidade Ex1. Esses açúcares presentes sob a forma líquida no hidrolisado que circula no conduto 7 correm o risco de serem separados, de forma imperfeita na etapa Ex1 com os instrumentos conhecidos do técnico, por exemplo, instrumentos de centrifugação, secagem, decantação ou prensagem. Pelo menos uma fração dos a-çúcares é evacuada pelo conduto 9, provocando uma perda de rendimento do processo.

[046] O processo, de acordo com a invenção, propõe prevenir esse problema de perda de açúcares, na matéria sólida, utilizando uma operação de lavagem do fluxo enriquecido em sólido que circula no conduto 9, permitindo reciclar os açúcares no processo, sem aí fornecer uma diluição suplementar. A invenção será melhor compreendida com a leitura da descrição das figuras 2 e 3, esquematizando duas aplicações do processo, de acordo com a invenção, as referências da figura 2, idênticas àquelas da figura 1 designam os mesmos elementos.

[047] De acordo com a invenção, pode-se efetuar a etapa de separação da matéria sólida do líquido na unidade Ex1, de maneira que o fluxo 8 pobre em sólido contenha menos de 15% em peso, e, de preferência, menos de 10% em peso, e ainda mais preferencialmente menos de 5% em peso de matérias sólidas. O resto do fluxo 8 pode ser composto de açúcar dissolvido na fase aquosa. Além disso, pode-se efetuar a etapa de separação da matéria sólida do líquido na unidade Ex1, de maneira que o fluxo 9 enriquecido em sólidos contenha en- tre 15% e 55% em peso, e, de preferência, entre 20% e 45% em peso e ainda mais preferencialmente entre 25% e 35% em peso de matéria sólida. Devido às limitações dos equipamentos de separação entre sólidos e líquidos da unidade Ex1, o fluxo 9 enriquecido em sólidos contém pelo menos 45% de líquido, que pode, notadamente ser composto de açúcar dissolvido na fase aquosa.

[048] Com referência à figura 2, efetua-se, na unidade L, uma etapa de lavagem da matéria sólida contida no fluxo que chega pelo conduto 9. Na unidade L, um fluxo líquido é levado por intermédio do conduto 14, a fim de realizar uma lavagem da matéria sólida contida no fluxo que chega pelo conduto 9. O fluxo líquido é colocado em contato com a matéria sólida, depois o líquido é separado da matéria sólida. A etapa de lavagem na unidade pode ser realizada por percolação, por operações de mistura e separação líquido/sólido sucessivas ou por qualquer outra técnica conhecida do técnico. A lavagem permite extrair pelo conduto 15 um fluxo líquido enriquecido em compostos de interesse, isto é, açúcares, assim como um fluxo pobre em composto de interesse pelo conduto 16. O fluxo 15 é em seguida reciclado na unidade H, a fim de reutilizar os açúcares na etapa de hidrólise enzimáti-ca.

[049] Com referência à figura 2, o fluxo líquido levado pelo conduto 14 pode ser um fluxo de água fresca W3 ou uma parte das vinha-ças provenientes da unidade S levada pelos condutos 13, depois 13a na unidade L. De acordo com a invenção, o fato de reciclar o fluxo enriquecido em compostos de interesse pelo conduto 15 na unidade H permite limitar, até mesmo suprimir, o fornecimento de água fresca W2 diretamente na unidade H. Por exemplo, o fluxo 15 representa entre 50% em peso e 1500% em peso, preferencialmente entre 100% em peso e 600% em peso, do fluxo de substrato pré-tratado introduzido pelo conduto 4 na unidade H. Assim, a presente invenção permite limi- tar, até mesmo evitar, qualquer diluição suplementar dos fluxos no processo ligada ao uso de água para a lavagem do fluxo 9.

[050] O fluxo circulante no conduto 15 contém compostos hidroli-sados valorizáveis, notadamente açúcares, que não foram enviados em fermentação. A reciclagem desses compostos da unidade H de hidrólise enzimática pode ter um efeito inibidor sobre essa etapa do processo, devido ao acúmulo dos produtos de reação no meio. Alternativamente, esses compostos podem necessitar das condições de fermentação e/ou micro-organismos de fermentação que são diferentes daqueles da etapa F. A fim de reduzir o impacto negativo da reciclagem sobre o rendimento da unidade H ou para aumentar a produção de produtos oriundos da fermentação, a presente invenção propõe a aplicação do processo da figura 3, na qual o fluxo circulante no conduto 15 é dirigido para uma etapa de fermentação suplementar, antes de ser enviado à unidade H. As referências da figura 3, idênticas àquelas das figuras 1 e 2, designam os mesmos elementos.

[051] Com referência à figura 3, o fluxo 15 oriundo da unidade de lavagem L é colocado em contato na unidade F1 com microorganismos LEV1 introduzidos pelo conduto 18. Os micro-organismos LEV1 podem ser escolhidos, por exemplo, dentre os seguintes elementos: os lêvedos do gênero Saccharomyces, Saccharomyces cere-visiae, Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragilis, Candida shehatae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophllis ou as bactérias do gênero Zy-momonas mobilis, Clostridium, Escherichia coli. Na unidade F1, uma reação da fermentação ocorre, produzindo um vinho de fermentação enriquecido com produtos da reação de fermentação, por exemplo, álcoois ou solventes orgânicos, evacuado pelo conduto 17. Esse vinho, pobre em produtos hidrolisados, mas rico em compostos valorizados, é reciclado na unidade H pelo conduto 17. Sua reciclagem permite reduzir a diluição dos fluxos tratados, valorizando os compostos de interesse recuperados, notadamente os açúcares transformados em produtos de fermentação, e assegurando um aumento do rendimento global do processo.

[052] A etapa de fermentação na unidade F1 pode ser idêntica ou diferente à fermentação realizada na unidade F, conforme as necessidades do processo. O fato de utilizar uma fermentação na unidade F1 diferente daquela realizada da unidade F permite tratar sob condições de fermentação específicas de compostos que não são fermentados ou são pouco fermentados na unidade F. Por exemplo, a unidade F é operada a uma temperatura diferente daquela da unidade F1 ou a unidade F utiliza um micro-organismo (por exemplo, S. cerevisiae) diferente daquele utilizado na unidade F1 (por exemplo, C. shehatae), a fim de fermentar, de maneira otimizada, diferentes compostos de interesse. O modo de realização da figura 3 é particularmente bem adaptado ao caso em que pelo menos uma parte das vinhaças do fluxo 13 é utilizada como líquido de lavagem na unidade L. Com efeito, a composição do fluxo 15 nesse caso é muito diferente daquela do fluxo 8 e condições operacionais e/ou outros lêvedos podem ser melhor adaptados ao meio.

EXEMPLOS

[053] Os exemplos a seguir ilustram a invenção, sem limitar-lhe o alcance.

[054] Exemplo 1, conforme o processo da figura 1 (não de acordo com a invenção.

[055] Nesse exemplo, apresenta-se um processo de produção de etanol a partir de palha com as seguintes características: [056] Carga: Palha de trigo, fluxo 89,60 toneladas/hora, composição média: Preparo de carga e pré-tratamento na unidade P: [057] A palha é moída sobre uma grade de 50 mm, depois impregnada com o ácido H2S04 diluído a 0,7 g/litro. A impregnação é seguida de uma separação sólido/líquido e o licor de impregnação é reciclado, a matéria seca (MS) do sólido na entrada de pré-tratamento é de 45%. O pré-tratamento por explosão ao vapor é feito a 200 °C em uma configuração contínua, empregando um curto tempo de permanência. O meio é bruscamente estendido a uma pressão de 1,3 atmosfera. O substrato pré-tratado é enviado para o reator de hidrólise enzi-mática.

Hidrólise enzimática e separação [058] A concentração em sólido à entrada do reator de hidrólise enzimática na unidade H é de 14%. Para atingir esse nível de diluição, 114,3 toneladas/hora de água W2 de processo são misturadas ao substrato pré-tratado. Nas condições de utilização da hidrólise enzimática, um mosto contendo 85,5 g de hexoses por kg de mosto é produzido. Esse mosto é enviado para uma decantadora na unidade Ex1, na qual a matéria sólida, notadamente a lignina, é separada do mosto, antes da etapa de fermentação dos açúcares produzidos. Nessa etapa de separação, o líquido clarificado é enviado à fermentação e um fluxo contendo 28,4% de matéria sólida é produzido. Considerando-se a natureza da separação, esse fluxo contém ainda uma quantidade importante de açúcares aprisionados. A perda de açúcares, quando dessa etapa é estimada em 20,7%.

Conversão em etanol [059] O líquido clarificado é enviado para os fermentadores da unidade F. O micro-organismo de fermentação é Saccharomyces ce-revisiae. Acoplado aos rendimentos da hidrólise enzimática, o rendimento global da conversão da celulose em etanol é de 0,41 g de eta-nol por g de celulose introduzida. As pentoses presentes não são convertidas pelo micro-organismo de fermentação escolhido. O título eta-nólico do fluxo enviado à destilação é de 43,9 de etanol/kg de vinho. Separação e recuperação do etanol: [060] A separação na unidade S é feita por destilação. O rendimento de extração é de 99,6%. Assim, o processo permite produzir anualmente 76889 toneladas de etanol, e tem um consumo específico de água de processo de 11,9 toneladas de água/tonelada de etanol produzido.

Exemplo 2 conforme o processo da figura 1 (não de acordo com a invenção) [061] Nesse exemplo, apresenta-se um processo de produção de etanol a partir de palha com as seguintes características: [062] Carga: Palha de trigo, fluxo 89,60 toneladas/hora, composição média: [063] Preparo de carga e pré-tratamento na unidade P: [064] A palha é moída sobre uma grade de 50 mm, depois impregnada com o ácido H2S04 diluído em 0,7 g/litro. A impregnação é seguida de uma separação sólido/líquido e o licor de impregnação é reciclado, a MS do sólido na entrada de pré-tratamento é de 45%. O pré-tratamento por explosão ao vapor é efetuado a 200°C em uma configuração contínua, empregando um curto tempo de permanência. O meio é bruscamente estendido a uma pressão de 1,3 atmosfera. O substrato pré-tratado é enviado para o reator de hidrólise enzimática na unidade H.

Hidrólise enzimática e separação: [065] A concentração em sólidos à entrada do reator de hidrólise enzimática na unidade H é de 14%. Para atingir esse nível de diluição, 114,3 toneladas/hora de água de processo são misturadas ao substrato pré-tratado. Nas condições de utilização da hidrólise enzimática, o mosto contendo 85,5 g de hexoses por kg de mosto é produzido. Esse mosto é enviado para uma decantadora na unidade Ex1, na qual a matéria sólida, notadamente a lignina, é separada do mosto antes da etapa de fermentação dos açúcares produzidos. Nessa etapa de separação, o líquido clarificado é enviado à fermentação e um fluxo contendo 28,4% de matéria sólida é produzido.

Lavagem do fluxo de matéria sólida: [066] Considerando-se a natureza da separação, aproximadamente 20% dos açúcares hidrolisados permanecem presos na matéria sólida. Uma lavagem em contracorrente da matéria sólida é então utilizada com a finalidade de reduzir as perdas. 115 toneladas/hora de á-gua de processo são utilizadas nessa operação. As perdas de açúcares baixam a 1,4%. O suco açucarado recuperado é misturado ao líquido clarificado, antes de ser enviado à fermentação.

Conversão em etanol: [067] O líquido clarificado misturado ao suco açucarado é enviado para os fermentadores da unidade F. Devido à baixa concentração em hexoses dos sucos de lavagem recuperados, o mosto contém a-penas 76,2 g de hexoses por kg de mosto na entrada da etapa de fermentação, valor 10,9% inferior àquele obtido no fim de hidrólise enzimática.

[068] O micro-organismo de fermentação é Saccharomyces cere- visiae. Acoplado aos rendimentos da hidrólise enzimática, o rendimento global da conversão da celulose em etanol é de 0,50 g de etanol por g de celulose introduzida. As pentoses presentes não são convertidas pelo micro-organismo de fermentação escolhido. O título etanólico do fluxo enviado à destilação é de 36,0 g de etanol/kg de vinho.

Separação e recuperação de etanol: [069] A separação em unidade S é feita por destilação. O rendimento de extração é de 99,6%. Assim, o processo permite produzir anualmente 95752 toneladas de etanol e tem um consumo específico de água no processo de 19,1 toneladas de água/tonelada de etanol produzido.

Exemplo 3 segundo o processo da figura 2 (de acordo com a invenção) [070] Nesse exemplo, apresenta-se um processo de produção de etanol a partir de palha com as seguintes características: [071] Carga: Palha de trigo, fluxo 89,60 toneladas/hora, composição média: Preparo de carga e pré-tratamento na unidade P: [072] A palha é moída sobre uma grade de 50 mm, depois impregnada com o ácido H2S04 diluído com 0,7 g/litro. A impregnação é seguida de uma separação sólido/líquido e o licor de impregnação é reciclado, a MS do sólido na entrada de explosão é de 45%. O pré-tratamento por explosão ao vapor é efetuado a 202°C em uma configuração contínua, empregando um curto tempo de permanência. O meio é bruscamente estendido a uma pressão de 1,3 atmosfera. O substra- to pré-tratado é enviado para o reator de hidrólise enzimática.

Hidrólise enzimática e separação: [073] A concentração em sólidos à entrada do reator de hidrólise enzimática na unidade H é de 14%. Para atingir esse nível de diluição, 114,3 toneladas/hora de água de diluição chegando pelo conduto 15 são misturadas ao substrato pré-tratado. Essa água de diluição contém 51,1 g de produtos hidrolisados/kg de solução originários da reciclagem da água utilizada para a lavagem do fluxo de matéria sólida obtido no final da operação de separação líquido/sólido na saída da hidrólise enzimática. Nas condições de utilização da hidrólise enzimática, um mosto contendo 97,8 g de hexoses por kg de mosto é produzido. Esse mosto é enviado para uma decantadora na unidade Ex1, na qual a matéria sólida, notadamente a lignina, é separada do mosto antes da etapa de fermentação dos açúcares produzidos. Nessa etapa de separação, o líquido clarificado é enviado à fermentação e um fluxo contendo 30,0% de matéria sólida é produzido.

Lavagem do fluxo de matéria sólida: [074] A fim de recuperar os açúcares aprisionados na matéria sólida, uma etapa de lavagem da matéria sólida é utilizada. Nesse e-xemplo, a totalidade da água enviada como água de diluição na etapa de hidrólise enzimática é inicialmente utilizada para lavar a matéria sólida na unidade de lavagem L à contracorrente sob 3 estágios de contato. Depois, a água de lavagem é introduzida na unidade H. As perdas de açúcares são então reduzidas de 92,0% em relação aos resultados do exemplo 1, seja 1,6% de perda global.

Conversão em etanol: [075] O líquido clarificado é enviado para os fermentadores da unidade F. O micro-organismo de fermentação é Saccharomyces ce-revisiae. Acoplado aos rendimentos da hidrólise enzimática, o rendimento global da conversão da celulose em etanol é de 0,48 g de eta- nol por g de celulose introduzida. A baixa de rendimento se explica pela mais elevada concentração de produtos hidrolisados na etapa de hidrólise enzimática, que impacta ligeiramente a reação. As pentoses presentes não são convertidas pelo micro-organismo de fermentação escolhido. O título etanólico do fluxo enviado em destilação é de 50,7 g de etanol/kg de vinho.

Separação e recuperação de etanol: [076] A separação na unidade S é feita por destilação. O rendimento de extração é de 99,6%. Assim, o processo permite produzir anualmente 88182 toneladas de etanol e tem um consumo específico de água em processo de 10,4 toneladas de água/tonelada de etanol produzido, seja 12,6% e 45,5% de redução em relação aos consumos de água nos exemplos 1 e 2 respectivamente.

Exemplo 4 segundo o processo da figura 3 (de acordo com a invenção) [077] Nesse exemplo, apresenta-se um processo de produção de etanol a partir de palha com as seguintes características: [078] Carga: Palha de trigo, fluxo 89,60 toneladas/hora, composição média: Preparo de carga e pré-tratamento na unidade P: [079] A palha é moída sobre uma grade de 50 mm, depois impregnada com o ácido H2S04 diluído com 0,7 g/litro. A impregnação é seguida de uma separação sólido/líquido e o licor de impregnação é reciclado, a MS do sólido na entrada de pré-tratamento é de 45%. O pré-tratamento por explosão ao vapor é efetuado a 200°C em uma configuração contínua, empregando um curto tempo de permanência. O meio é bruscamente estendido a uma pressão de 1,3 atmosfera. O substrato pré-tratado é enviado para o reator de hidrólise enzimática. Hidrólise enzimática e separação: [080] A concentração em sólidos à entrada do reator de hidrólise enzimática na unidade H é de 14%. Para atingir esse nível de diluição, 114,3 toneladas/hora de água de diluição chegando pelo conduto 17 são misturadas ao substrato pré-tratado. Essa água de diluição contém 25,6 g de etanol/kg de solução originários da fermentação da reciclagem da água de lavagem do fluxo de matéria sólida oriunda da operação de separação líquido/sólido na saída da hidrólise enzimática. Nas condições de utilização da hidrólise enzimática, um mosto contendo 85,8 g de hexoses por kg de mosto é produzido. Esse mosto é enviado para uma decantadora na unidade Ex1, na qual a matéria sólida é separada do mosto antes da etapa de fermentação dos açúcares produzidos. Nessa etapa de separação, o líquido clarificado é enviado à fermentação na unidade F e um fluxo contendo 29,3% de matéria sólida é produzido.

Lavagem do fluxo de matéria sólida: [081] A fim de recuperar os açúcares aprisionados na matéria sólida, uma etapa de lavagem da matéria sólida é utilizada. Nesse e-xemplo, a totalidade da água é enviada como água de diluição na etapa de hidrólise enzimática é inicialmente utilizada para lavar a matéria sólida na unidade de lavagem L à contracorrente sob três estágios de contato. As perdas de açúcares são então reduzidas de 93,0% em relação aos resultados do exemplo 1, seja 1,4% de perda global. Conversão em etanol: [082] O líquido clarificado oriundo da decantadora é enviado para os fermentadores da unidade F. A água de lavagem dos sólidos é também enviada para a fermentação em direção aos fermentadores da unidade F1. Essas duas etapas são utilizadas separadamente. Nesse exemplo, o micro-organismo de fermentação é Saccharomyces cerevi-siae nos dois ateliers F e F1. Depois a água de lavagem fermentada na unidade F1 é em seguida introduzida na unidade Η. O rendimento global do processo de conversão da celulose introduzida em etanol, compreendendo as duas fermentações distintas e o rendimento da hi-drólise enzimática, é de 0,51 g de etanol por g de celulose introduzida. A introdução de uma etapa de fermentação da água de diluição, antes da introdução em hidrólise enzimática tem um efeito positivo sobre o processo em relação ao exemplo 2, pois, nesse caso, o rendimento da hidrólise enzimática não é impactado pela água de diluição reciclada. As pentoses presentes não são convertidas pelo micro-organismo de fermentação escolhido. O título etanólico do fluxo enviado em destilação é de 54,6 g de etanol/kg de vinho.

Separação e recuperação do etanol: [083] A separação é feita por destilação na unidade S. O rendimento de extração é de 99,6%. Assim, o processo permite produzir anualmente 95187 toneladas de etanol e tem um consumo específico de água de processo de 9,6 toneladas de água/tonelada de etanol produzido, seja 19,3% e 49,7% de redução em relação aos consumos dos exemplos 1 e 2, respectivamente.

Exemplo 5, segundo o processo da figura 1 (não de acordo com a invenção) [084] Nesse exemplo, apresenta-se um processo de produção de etanol a partir de palha com as seguintes características: [085] Carga: Palha de trigo, fluxo 89,60 toneladas/hora, composição média: Preparo de carga e pré-tratamento na unidade P: [086] A palha é moída sobre uma grade de 50 mm, depois impregnada com o ácido H2S04 diluído com 0,7 g/litro. A impregnação é seguida de uma separação sólido/líquido e o licor de impregnação é reciclado, a MS do sólido na entrada de pré-tratamento é de 45%. O pré-tratamento por explosão ao vapor é efetuado a 200 °C em uma configuração contínua, empregando um curto tempo de permanência. O meio é bruscamente estendido a uma pressão de 1,3 atmosfera. O substrato pré-tratado é enviado para o reator de hidrólise enzimática. Hidrólise enzimática e separação: [087] A concentração em sólidos à entrada do reator de hidrólise enzimática na unidade H é de 14%. Para atingir esse nível de diluição, 114,3 toneladas/hora de água do processo são misturadas ao substrato pré-tratado. Nas condições de utilização da hidrólise enzimática, um mosto contendo 85,5 g de hexoses por kg de mosto e 70,0 g de pento-ses por kg de mosto é produzido. Esse mosto é enviado para uma de-cantadora na unidade Ex1, na qual a matéria sólida, notadamente a lignina, é separada do mosto antes da etapa de fermentação dos açúcares produzidos. Nessa etapa de separação, o líquido clarificado é enviado à fermentação e um fluxo contendo 28,4% de matéria sólida é produzido. Considerando-se a natureza da separação, esse fluxo contém ainda uma quantidade importante de açúcares aprisionados. A perda global de açúcares, quando dessa etapa é estimada em 20,7%. Conversão em etanol: [088] O líquido clarificado é enviado para os fermentadores da unidade F. O micro-organismo de fermentação é Saccharomyces ce-revisiae proveniente de uma cepa modificada capaz de realizar a co-fermentação das hexoses e das pentoses. Acoplado aos rendimentos da hidrólise enzimática, o rendimento global da conversão da celulose em etanol é de 0,41 g de etanol por g de celulose introduzida. A conversão das pentoses em etanol se eleva a 0,09 g de etanol por g de pentose introduzida. O título etanólico do fluxo enviado à destilação é de 52,8 g de etanol/kg de vinho.

Separação e recuperação do etanol: [089] A separação na unidade S é feita por destilação. O rendimento de extração é de 99,6%. Assim, o processo permite produzir anualmente 91699 toneladas de etanol e tem um consumo específico de água de processo de 10,0 toneladas de água/tonelada de etanol produzido.

Exemplo 6, segundo o processo da figura 2 (de acordo com a invenção) [090] Nesse exemplo, apresenta-se um processo de produção de etanol a partir de palha com as seguintes características: [091] Carga: Palha de trigo, fluxo 89,60 toneladas/hora, composição média: Preparo de carga e pré-tratamento na unidade P: [092] A palha é moída sobre uma grade de 50 mm, depois impregnada com o ácido H2S04 diluído com 0,7 g/litro. A impregnação é seguida de uma separação sólido/líquido e o licor de impregnação é reciclado, a MS do sólido na entrada de pré-tratamento é de 45%. O pré-tratamento por explosão ao vapor é efetuado a 200°C em uma configuração contínua, empregando um curto tempo de permanência. O meio é bruscamente estendido a uma pressão de 1,3 atmosfera. O substrato pré-tratado é enviado para o reator de hidrólise enzimática. Hidrólise enzimática e separação: [093] A concentração em sólidos à entrada do reator de hidrólise enzimática na unidade H é de 14%. Para atingir esse nível de diluição, 114,3 toneladas/hora de água de diluição são misturadas ao substrato pré-tratado. Essa água de diluição contém 51,3 g de hexoses/kg de solução e 121,1 g de pentoses/kg de solução originários da reciclagem das vinhaças produzidas em destilação e utilizadas para a lavagem do fluxo de matéria sólida obtido no final da operação se separação líqui-do/sólido na saída da hidrólise enzimática. Nas condições de utilização da hidrólise enzimática, um mosto contendo 98,0 g de hexoses por kg de mosto e 114,4 g de pentoses por kg de mosto é produzido. Esse mosto é enviado para uma decantadora na unidade Ex1, na qual a matéria sólida, notadamente a lignina, é separada do mosto antes da etapa de fermentação dos açúcares produzidos. Nessa etapa de separação, o líquido clarificado é enviado à fermentação na unidade F e um fluxo contendo 31,4% de matéria sólida é produzido.

Lavagem do fluxo de matéria sólida: [094] A fim de recuperar os açúcares aprisionados na matéria sólida, uma etapa de lavagem da matéria sólida é utilizada. Nesse e-xemplo, a totalidade da água enviada como água de diluição na etapa de hidrólise enzimática na unidade H provém das vinhaças produzidas em destilação na unidade S. Essas vinhaças são inicialmente utilizadas para lavar a matéria sólida na unidade de lavagem L à contracor-rente sob três estágios de contato. As vinhaças oriundas da unidade L são introduzidas na unidade H. As perdas de hexoses são então reduzidas de 92,0% em relação aos resultados do exemplo 5, seja 1,6% de perda global. As vinhaças sendo mais concentradas em pentoses que em hexoses, as perdas globais em pentoses observadas são da ordem de 19,1%, 7,7% inferiores às perdas do exemplo 5.

Conversão em etanol: [095] O líquido clarificado é enviado para os fermentadores da unidade F. O micro-organismo de fermentação é Saccharomyces ce-revisiae proveniente de uma cepa modificada capaz de realizar a co-fermentação das hexoses e das pentoses. Acoplado aos rendimentos da hidrólise enzimática, o rendimento global da conversão da celulose em etanol é de 0,48 g de etanol por g de celulose introduzida. A conversão das pentoses em etanol se eleva a 0,09 g de etanol por g de pentose introduzida. A baixa de rendimento se explica pela mais alta concentração de produtos hidrolisados na etapa de hidrólise enzimática. O título etanólico do fluxo enviado à destilação é de 65,8 g de eta-nol/kg de vinho.

Separação e recuperação do etanol: [096] A separação é feita por destilação na unidade S. O rendimento de extração é de 99,6%. Assim, o processo permite produzir anualmente 112379 toneladas de etanol e tem um consumo específico de água de processo de 0,0 tonelada de água/tonelada de etanol produzido em regime contínuo.

REIVINDICAÇÕES

Claims (14)

1. Processo de produção de álcool e/ou de solvente, caracterizado pelo fato de que é a partir de uma carga de biomassa, na qual se realizam as seguintes etapas: a) efetua-se uma etapa de pré-tratamento pela colocação em contato e aquecimento da carga de biomassa com água e um composto ácido ou básico, de maneira a se obter um substrato pré-tratado; b) coloca-se em contato o substrato pré-tratado com pelo menos enzimas celulases e com um fluxo líquido de lavagem obtido na etapa d) de maneira a se obter um hidrolisado, comportando uma matéria sólida e uma fase líquida contendo açúcares; c) extrai-se pelo menos uma parte da matéria sólida contida no hidrolisado, de maneira a se obter um hidrolisado pobre em matéria sólida e um fluxo enriquecido em matéria sólida; d) lava-se o fluxo enriquecido em matéria sólida com um fluxo líquido, de maneira a se obter esse fluxo líquido de lavagem, o fluxo líquido de lavagem sendo reciclado na etapa b); e) efetua-se uma fermentação alcoólica do hidrolisado empobrecido em matéria sólida obtida, na etapa c), por meio de um mi-cro-organismo alcoolígeno, de maneira a produzir um vinho de fermentação; f) efetua-se uma etapa de separação do vinho de fermentação de maneira a se obter pelo menos um fluxo purificado comportando um álcool ou um solvente e pelo menos um fluxo de vinhaça.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo líquido da etapa d) é composto de água fresca.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo líquido da etapa d) comporta pelo menos uma parte do fluxo de vinhaça obtido na etapa f).

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que na etapa b) o fluxo líquido de lavagem tem uma vazão compreendida entre 50% e 1500% em peso da vazão de substrato pré-tratado.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, antes de efetuar a etapa b), o fluxo de líquido de lavagem obtido na etapa d) é submetido a uma segunda etapa de fermentação alcóolica por meio de um organismo alcoolígeno.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que se efetua a segunda etapa de fermentação alcóolica em condições operacionais diferentes das condições operacionais da fermentação alcóolica da etapa e).

7. Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que efetua-se a segunda etapa de fermentação alcóolica com o organismo alcoolígeno diferente do organismo alcoolígeno da fermentação alcóolica da etapa e).

8. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que na etapa d) coloca-se em contato o fluxo enriquecido em matéria sólida com um fluxo líquido, depois separa-se o fluxo líquido da matéria sólida.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que se realiza a etapa c), de maneira que esse fluxo enriquecido em matéria sólida comporte entre 15% em peso e 55% em peso de matéria sólida e de maneira que esse hidrolisado pobre em matéria sólida comporte menos de 15% em peso de matéria sólida.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que as enzimas celulases são produzidas por um micro-organismo escolhido dentre os cogumelos pertencentes aos gêneros Trichoderma, Aspergillus, Penicillium ou Schizophyllum, ou as bactérias anaeróbicas pertencentes ao gênero Clostrídium.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o micro-organismo alcoolí-geno é escolhido dentre os micro-organismos do gênero Saccharomy-ces, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Sac-charomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragi-lis, Candida shehatee, Pichia stipitis, Pachysolen tannophilis, Zymo-monas mobilis, Clostrídium, Escherichia coli.

12. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a carga de biomassa é composta por pelo menos um dos seguintes elementos: madeira, plantas cultivadas, dejetos lignocelulósicos agrícolas, resíduos da indústria de transformação dos materiais lignocelulósicos.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que na etapa a) efetua-se uma explosão ao vapor da biomassa, comprimindo, depois efetuando uma expansão da biomassa em mistura com água e um composto ácido.

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações a 13, caracterizado pelo fato de que na etapa e) utiliza-se um organismo alcoolígeno, produzindo pelo menos o etanol.