BR112012028430B1

BR112012028430B1 - Aparelho produtor de solução de sacarídeo, sistema de fermentação, método para produção de solução de sacarídeo e método de fermentação.

Info

Publication number: BR112012028430B1
Application number: BR112012028430-4A
Authority: BR
Inventors: Terakura Seiichi; Kondo Gaku; Nishiyama Michio; Suzuki Hideo; Genta Minoru
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Enviromental Solutions, Ltd.
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2018-04-24
Also published as: JPWO2012095976A1; BR112012028430A2; JP4875785B1; US9434971B2; WO2012095976A1; US20120315677A1; CA2791665C; US20130196424A1; AU2011355013B2; AU2011355013A1; CA2791665A1; US9102965B2

Abstract

aparelho produtor de solução de sacarídeo, sistema de fermantação, método para produção de solução de sacarídeo e método de fermentação. um aparelho produtor de solução de sacarídeo 11a de acordo com a presente invenção é um aparelho produtor de solução de sacarídeo para produzir uma solução de sacarídeo para produzir uma solução de sacarídeo 22 derivada de um material à base de carboidrato 21, e inclui uma unidade de controle da solução de sacarídeo 15a que controla a solução de sacarídeo derivada de material à base de carboidrato 21, uma unidade 21, uma unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 que sacarifica a biomassa tratada hidrotermicamente obtida por decompor hidrotermicamente obtida por decompor hidrotermicamente um material de biomassa celulósica 35 que contém um componente de lignina e um componente de hemicelulose, e produz uma solução de sacarídeo d iluída 37, e uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída l11 que mistura a solução de sacarídeo diluída 37 produzida pela unidade de sacrarificação da biomassa celulósica 16 unidade de controle da solução de sacarídeo 15a. com esta configuração, é possível aperfeiçoar a eficiência de produção da solução de sacarídeo 22 e obter redução de custos.

Description

(54) Título: APARELHO PRODUTOR DE SOLUÇÃO DE SACARÍDEO, SISTEMA DE FERMENTAÇÃO, MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE SOLUÇÃO DE SACARÍDEO E MÉTODO DE FERMENTAÇÃO.

(51) Int.CI.: C13K 1/02 (52) CPC: C12M 21/12,C12M 43/02,C12M 45/02,C12M 45/09,C12M 45/20 (73) Titular(es): MITSUBISHI HITACHI POWER SYSTEMS ENVIROMENTAL SOLUTIONS, LTD.

(72) Inventor(es): SEIICHI TERAKURA; GAKU KONDO; MICHIO NISHIYAMA; HIDEO SUZUKI; MINORU GENTA

1/21 “APARELHO PRODUTOR DE SOLUÇÃO DE SACARÍDEO, SISTEMA DE FERMENTAÇÃO, MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE SOLUÇÃO DE SACARÍDEO Έ MÉTODO DE FERMENTAÇÃO”

Campo da invenção

A presente invenção se refere a um aparelho produtor de solução de sacarídeo, a um sistema de fermentação, um método para a produção de solução de sacarídeo, e um método de fermentação para produzir uma solução de sacarídeo derivada de um material à base de carboidrato e, mais particularmente, a um aprimoramento na eficiência da produção da solução de sacarídeo quando uma solução de sacarídeo é produzida a partir de um material à base de carboidrato.

Antecedentes da invenção

A biomassa, isto é, um recurso orgânico de origem biológica, é produzida por organismos vivos a partir de água e dióxido de carbono pelo uso de energia solar e é um recurso sustentável e renovável. Nos últimos anos, como parte das medidas contra o aquecimento global, foram feitas muitas tentativas para produzir etanol a partir de biomassa que contém um material celulósico, tal como biomassa de madeira ou biomassa herbácea, e para usar o etanol como diversos tipos de combustível ou materiais químicos. O etanol de biomassa produzido a partir da biomassa é uma energia natural renovável e a quantidade de dióxido de carbono liberado no ambiente não aumenta mesmo que o etanol de biomassa seja queimado. A partir destas perspectivas, a biomassa está atraindo atenção como um recurso disponível e eficaz e espera-se que ele seja usado como futura fonte de energia.

A biomassa é uma coleção de organismos vivos incorporados no sistema de circulação material na biosfera da Terra ou uma coleção de matérias orgânicas derivadas dos organismos vivos (consulte JIS K 3600 1258). Por exemplo, a biomassa é classificada em tipos: de floresta/formação florestal (pedaços de madeira, madeira gerada por desbaste, resíduos de papel e similares); agrícola (palha de arroz, palha de trigo, resíduos de cana-deaçúcar, farelo de arroz, casca de palma, plantas e similares), animai (dejetos de animais domésticos e similares), de pesca (resíduos de processamento de peixe e similares), e de dejetos (restos de produtos alimentícios, plantas de jardim, resíduos de construção, lodo de esgoto e similares).

Convencionalmente, como um método para a produção de etanol, é usado um método para a produção de etanol que inclui sacarificar biomassa ou similares que contem um material à base de carboidrato, um material celulósico, ou similares, para produzir uma solução de sacarídeo e fermentar a solução de sacarídeo obtida, produzindo, assim, etanol. Por exemplo, como um método para a produção de etanol que usa biomassa, os seguintes métodos são propostos: um método para a produção de etanol que inclui hidrolisar biomassa coletada em sacarídeos pela adição de ácido sulfúrico, posteriormente, fazer separação só2/21 lido-líquido, neutralizar uma fase líquida, submeter a fase líquida neutralizada à fermentação de etanol usando um microrganismo como levedura, e converter a fase líquida em etanol (consulte as literaturas de patente 1 e 2); e um método para a produção de etanol que inclui fazer decomposição hidrotérmica por colocar a biomassa coletada e água quente pressurizada em contato uma com a outra em uma condição consolidada, obtendo assim biomassa tratada hidrotermicamente, adicionar enzima à biomassa tratada hidrotermicamente obtida e sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente obtida, obtendo assim uma solução de sacarídeo, e fermentar a solução de sacarídeo obtida, produzindo, assim, etanol (consulte as literaturas de patente 3 e 4).

Lista de Citações

Literatura de patentes

Literatura de patentes 1: Publicação Nacional do Pedido de Patente Japonês n° H9507386

Literatura de patentes 2; Publicação Nacional do Pedido de Patente Japonês n° H11-506934

Literatura de patentes 3: Pedido de Patente Japonês aberto à inspeção pública n° 2010-29862

Literatura de patentes 4: Pedido de Patente Japonês aberto à inspeção pública n° 2010-82620

Sumário

Problema técnico

Nesse caso, é necessário garantir uma alta razão de recuperação de sacarídeo e aumentar a concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo produzida quando a enzima é adicionada à biomassa tratada hidrotermicamente obtida a partir da biomassa, de modo a sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente pelo método de decompor hidrotermicamente a biomassa com o uso de água quente pressurizada, conforme descrito nas literaturas de patente 3 e 4. Portanto, é necessário aumentar a concentração da biomassa tratada hidrotermicamente que serve como um material ao sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente pela adição da enzima de modo a produzir a solução de sacarídeo que tem uma alta concentração de sacarídeo.

Entretanto, quando a concentração da biomassa tratada hidrotermicamente aumenta, há o problema de que a razão de recuperação de sacarídeo cai devido a um estado de misturação ruim entre a biomassa tratada hidrotermicamente e a enzima.

Além disso, quando a concentração da biomassa tratada hidrotermicamente é alta, a necessidade de energia para agitar a biomassa tratada hidrotermicamente se torna alta em um tanque de sacarificação enzimática que contém a biomassa tratada hidrotermicamente. Como um resultado, há o problema de que o consumo de energia necessário para

3/21 produzir a solução de sacarídeo a partir da biomassa tratada hidrotermicamente aumenta.

Adicionalmente, considera-se um método de adicionar excessivamente enzima à biomassa tratada hidrotermicamente, de modo a melhorar a razão de recuperação de sacarídeo em um estado no qual a concentração da biomassa tratada hidrotermicamente é alta. Entretanto, o preço unitário da enzima usada para sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente é alto. Como um resultado, quando a quantidade adicional da enzima adicionada à biomassa tratada hidrotermicamente aumenta, há o problema de que o custo necessário para produzir o etanol aumenta.

Em geral, portanto, uma operação de concentração, tal como concentração por evaporação, é feita de modo a obter uma concentração predeterminada adequada para a fermentação, para causar, por exemplo, fermentação alcoólica após a sacarificação da biomassa tratada hidrotermicamente.

Por outro lado, quando vários materiais orgânicos são produzidos a partir de uma solução de sacarídeo derivada do material à base de carboidrato (obtido por sacarificação, extração, ou espremedura), um sistema de fermentação alcoólica que inclui um aparelho produtor de solução de sacarídeo, por exemplo, é colocado em uma condição de maior concentração de álcool enquanto a fermentação prossegue e os microrganismos que causam a fermentação são extintos quando a concentração da solução de sacarídeo usada para a fermentação é alta. Portanto, é necessário diluir a solução de sacarídeo (na concentração de sacarídeo de cerca de 20% a 60%) com água e controlar a concentração de sacarídeo.

Portanto, sob estas circunstâncias, tem havido uma demanda por um sistema eficaz capaz de solucionar os problemas que ocorrem quando sacarídeos são produzidos pelo tratamento de biomassa acima mencionado e quando vários materiais orgânicos são produzidos a partir da solução de sacarídeo derivada do material à base de carboidrato.

Em vista dos problemas acima, um objeto da presente invenção é fornecer um aparelho produtor de solução de sacarídeo, um sistema de fermentação, um método para produzir una solução de sacarídeo, e um método de fermentação capaz de melhorar a eficiência da produção da solução de sacarídeo e causar redução de custos. Solução para o problema

De acordo com um aspecto da presente invenção, um aparelho produtor de solução de sacarídeo para produzir uma solução de sacarídeo derivada de um material à base de carboidrato inclui: uma unidade de controle da solução de sacarídeo que controla a concentração de sacarídeo derivada do material à base de carboidrato; uma unidade de sacarificação da biomassa celulósica que sacarifica a biomassa tratada hidrotermicamente obtida por decompor hidrotermicamente um material de biomassa celulósica contendo um componente de Iignina e um componente de hemicelulose para produzir uma solução de sacarídeo diluída; e uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída que mistura uma so4/21 lução de sacarídeo diluída produzida pela unidade de sacarificação da biomassa celulósica na unidade de controle da solução de sacarídeo.

Vantajosamente, no aparelho produtor de solução de sacarídeo, a solução de sacarídeo é obtida por sacarificar o material à base de carboidrato ou é descarregada ou espremida a partir do material à base de carboidrato.

Vantajosamente, no aparelho produtor de solução de sacarídeo, a unidade de sacarificação da biomassa celulósica inclui um dispositivo de decomposição hidrotérmica que trata hidrotermicamente o material de biomassa celulósica para produzir biomassa tratada hidrotermicamente, e um segundo tanque de sacarificação enzimática que adiciona enzima à biomassa tratada hidrotermicamente para sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente e gera a solução de sacarídeo diluída.

Vantajosamente, no aparelho produtor de solução de sacarídeo, o dispositivo de decomposição hidrotérmica decompõe hidrotermicamente o material de biomassa celulósica enquanto faz com que o material de biomassa celulósica entre em contato com água quente pressurizada, transfere um componente de lignina e um componente de hemicelulose para dentro da água quente pressurizada, e separa o componente de lignina de o componente de hemicelulose do material de biomassa celulósica, e uma fração descarregada hidrotermicamente que contém o componente de lignina e o componente de hemicelulose e uma fração residual sóiida que contém um componente de celulose são produzidas como a biomassa tratada hidrotermicamente. Vantajosamente, no aparelho produtor de solução de sacarídeo, o segundo tanque de sacarificação enzimática produz uma solução de sacarídeo diluída que contém hexose por adicionar enzima à fração residual sólida descarregada do dispositivo de decomposição hidrotérmica e decompor enzimaticamente um componente de celulose contido na fração residual sólida, e/ou uma solução de sacarídeo diluída que contém pentose por adicionar enzima à fração descarregada hidrotermicamente descarregada do dispositivo de decomposição hidrotérmica e decompor enzimaticamente um componente de hemicelulose contido na fração descarregada hidrotermicamente.

Vantajosamente, no aparelho produtor de solução de sacarídeo, uma concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo diluída é igual a ou maior que 0,1% em peso e igual a ou menor que 15% em peso. De acordo com outro aspecto da presente invenção, um sistema de fermentação inclui: o aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com qualquer um dos acima; e um tanque de fermentação alcoólica que fermenta a solução de sacarídeo para produzir um material orgânico.

De acordo com mais um aspecto da presente invenção, um método para a produção de uma solução de sacarídeo derivada de um material à base de carboidrato inclui: produzir biomassa tratada hidrotermicamente por decompor hidrotermicamente um material de biomassa celulósica contendo um componente de lignina e um componente de hemicelulo5/21 se, sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente pela adição de enzima à biomassa tratada hidrotermicamente obtida para produzir uma solução de sacarídeo diluída; e produzir a solução de sacarídeo derivada do material à base de carboidrato pelo uso da solução de sacarídeo diluída quando a solução de sacarídeo é controlada.

Vantajosamente, no método para a produção de solução de sacarídeo, uma solução de sacarídeo obtida pela sacarificação do material à base de carboidrato ou uma solução de sacarídeo descarregada ou espremida a partir de um material à base de carboidrato é usada como a solução de sacarídeo.

Vantajosamente, o método para a produção de solução de sacarídeo inclui; decompor hidrotermicamente o material de biomassa celulósica enquanto faz com que o material de biomassa celulósica entre em contato com água quente pressurizada; transferir um componente de lignina e um componente de hemicelulose para dentro da água quente pressurizada; separar o componente de lignina e o componente de hemicelulose do material de biomassa celulósica; e produzir uma fração hidrotermicamente descarregada que contém o componente de lignina e o componente de hemicelulose e uma fração residual sólida que contém o um conteúdo sólido de biomassa. A fração hidrotermicamente descarregada e/ou a fração residual sólida é/são usada(s) como a biomassa tratada hidrotermicamente.

Vantajosamente, no método para a produção de solução de sacarídeo, uma solução de sacarídeo diluída que contém hexose e que é obtida pela adição de enzima à fração residual sólida e por decompor enzimaticamente um componente de celulose contido na fração residual sólida e/ou uma solução de sacarídeo diluída que contém pentose e que é obtida pela adição de enzima à fração hidrotermicamente descarregada e por decompor enzimaticamente o componente de hemicelulose contido na fração hidrotermicamente descarregada é/são usada(s) como a solução de sacarídeo diluída.

Vantajosamente, no método para a produção de solução de sacarídeo, uma concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo diluída é igual a ou maior que 0,1% em peso e igual a ou menor que 15% em peso.

De acordo com mais um aspecto da presente invenção, é fornecido um método de fermentação que compreende qualquer um dos métodos para a produção de solução de sacarídeo descritos acima. Uma solução de sacarídeo obtida pelo uso do método para a produção de solução de sacarídeo é fermentada para produzir um material orgânico.

Além disso, para solucionar os problemas acima, as seguintes configurações podem ser empregadas.

(1) Isto é, o aparelho produtor de solução de sacarídeo pode ser configurado para que, quando a solução de sacarídeo for obtida por sacarificação do material à base de carboidrato, a unidade de controle da solução de sacarídeo inclua um tanque de armazenamento que armazena nele o material à base de carboidrato, e um primeiro tanque de sacari6/21 ficação enzimática para sacarificar enzimaticamente o material à base de carboidrato.

(2) O aparelho produtor de solução de sacarídeo pode ser configurado para que, quando a solução de sacarídeo for descarregada ou espremida a partir do material à base de carboidrato, a unidade de controle da solução de sacarídeo inclua um tanque de armazenamento que armazena nela o material à base de carboidrato, e um tanque controlador da concentração de sacarídeo.

(3) O método para a produção de solução de sacarídeo pode incluir adicionar a solução de sacarídeo a um tanque de armazenamento que armazena nele o material à base de carboidrato e/ou a um primeiro tanque de sacarificação enzimática para sacarificar enzimaticamente o material à base de carboidrato quando a solução de sacarídeo é obtida por sacarificação do material à base de carboidrato.

(4) O método para a produção de solução de sacarídeo pode incluir adicionar a solução de sacarídeo a um tanque de armazenamento que armazena nele o material à base de carboidrato e/ou a um tanque controlador da concentração de sacarídeo quando a solução de sacarídeo é descarregada ou espremida a partir do material à base de carboidrato. Efeitos vantajosos da invenção

De acordo com a presente invenção, a eficiência da produção da solução de sacarídeo pode ser aprimorada e uma redução nos custos pode ser obtida. Breve descrição dos desenhos

A figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema produtor de álcool que inclui um aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção.

A figura 2 representa uma configuração de um dispositivo de decomposição hidrotérmica.

A figura 3 é um diagrama conceituai de outra configuração do dispositivo de decomposição hidrotérmica.

A figura 4 é um exemplo de um caso no qual milho é usado como um material.

A figura 5 é um diagrama esquemático de um sistema produtor de álcool que inclui um aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

A figura 6 é um exemplo de um caso no qual cana-de-açúcar é aplicada como material. Descrição das Modalidades

As modalidades exemplificadoras da presente invenção serão explicadas abaixo em detalhes com relação aos desenhos em anexo. A presente invenção não se limita aos conteúdos das modalidades descritas a seguir. Além disso, os elementos constituintes descritos a seguir incluem elementos que podem ser facilmente presumidos por versados na técnica, elementos que são substancialmente idênticos, e os assim chamados equivalentes.

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Além disso, é possível executar combinações adequadas dos elementos constituintes descritos a seguir. Primeira modalidade

Um aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção é descrito com referência aos desenhos. A figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema produtor de álcool que inclui o aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. Conforme mostrado na figura 1, um sistema produtor de álcool 10A inclui um aparelho produtor de solução de sacarídeo 11A de acordo com a presente modalidade, um tanque de fermentação alcoólica 12, uma coluna de destilação 13, e um tanque de álcool 14. O aparelho produtor de solução de sacarídeo 11A de acordo com a presente modalidade inclui uma unidade de controle da solução de sacarídeo 15A e uma unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16.

(Unidade de controle da solução de sacarídeo)

The unidade de controle da solução de sacarídeo 15A produz uma solução de sacarídeo 22 a partir de um material à base de carboidrato 21. A unidade de controle da solução de sacarídeo 15A inclui uma máquina de trituração 23, um pulverizador 24, um tanque de armazenamento 25, uma fornalha 26, e um primeiro tanque de sacarificação enzimática 27. O material à base de carboidrato 21 é triturado pela máquina de trituração 23 e pulverizado adicionalmente pelo pulverizador 24. O material à base de carboidrato pulverizado 21 é armazenado no tanque de armazenamento 25. Após a fornalha 26 vaporizar o material à base de carboidrato 21 armazenado no tanque de armazenamento 25, uma concentração de sacarídeo do material â base de carboidrato 21 armazenado no tanque de armazenamento 25 é controlada e o material à base de carboidrato 21 é sacarificado no primeiro tanque de sacarificação enzimática 27. Na presente modalidade, uma solução de sacarídeo diluída 37, a ser descrita posteriormente, é adicionada ao tanque de armazenamento 25 e/ou ao primeiro tanque de sacarificação enzimática 27, e é usada como uma solução diluída quando a solução de sacarídeo 22 é produzida a partir do material à base de carboidrato 21. Conforme descrito posteriormente, pela adição da solução de sacarídeo diluída 37 no tanque de armazenamento 25, o material à base de carboidrato 21 é diluído com a solução de sacarídeo diluída 37. O material à base de carboidrato 21 dentro do tanque de armazenamento 25 pode ser assim facilmente sacarificado enzimaticamente no primeiro tanque de sacarificação enzimática 27 e pode ser facilmente transferido.

(Unidade de sacarificação da biomassa celulósica)

A unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 incluí uma máquina de trituração 31, um dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A, um segundo tanque de sacarificação enzimática (C6) 33, e um segundo tanque de sacarificação enzimática (C5) 34. A unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 sacarifica a biomassa tratada hidroter8/21 micamente que é obtida por decompor hidrotermicamente um material de biomassa celulósica 35, e produz a solução de sacarídeo diluída 37.

A biomassa não se limita a um tipo específico, mas significa uma coleção de organismos vivos incorporados no sistema de circulação material na biosfera da Terra ou uma coleção de matérias orgânicas derivadas dos organismos vivos (consulte JIS K 3600 1258). Como a biomassa, por exemplo, é preferencial usar, partícularmente, biomassa de madeira, árvores latifoliadas, recursos lignocelulósicos como biomassa herbácea, dejetos agrícolas, restos de produtos alimentícios ou similares. Na presente modalidade, por exemplo, o material de biomassa celulósica 35 é palha de arroz, palha de trigo, forragem de milho (talos de milho), espigas de milho (sabugo de milho) ou EFB (cachos vazios do óleo de palma). Entretanto, a presènte modalidade não é limitada a isto.

O material de biomassa celulósica 35 é triturado em um material de biomassa triturado 38 de 5 milímetros ou menos, por exemplo, pela máquina de trituração 31. O material de biomassa triturado 38 é tratado hidrotermicamente pelo dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A. O dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A decompõe hidrotermicamente o material de biomassa triturado 38 enquanto faz com que o material de biomassa triturado 38 e a água quente pressurizada entrem em contato entre si em contracorrente, transfere os componentes de lignina e os componentes de hemicelulose para dentro da água quente pressurizada, e separa os componentes de lignina e os componentes de hemicelulose de um conteúdo sólido da biomassa. A biomassa tratada hidrotermicamente é obtida por tratar hidrotermicamente o material de biomassa triturado 38 no dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A, e é separado em uma fração residual sólida 39 que é o conteúdo sólido da biomassa e uma fração tratada hidrotermicamente 40 que são os componentes de lignina e os componentes de hemicelulose transferidos para a água quente pressurizada.

A figura 2 representa uma configuração do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A. Conforme mostrado na figura 2, o dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A inclui um dispositivo de suprimento de biomassa 41, um dispositivo de reação 42, e um dispositivo de descarga de biomassa 43. O dispositivo de suprimento de biomassa 41 supre o material de biomassa celulósica (deste ponto em diante no presente documento, material de biomassa) 35 desde sob uma pressão normal até sob uma pressão aumentada.

O dispositivo de reação 42 transporta o material de biomassa fornecido 35 de um lado (um lado inferior na presente modalidade) até o outro lado (um lado superior) dentro do corpo principal do dispositivo por uma unidade de rosca 44, supre água quente pressurizada 45 para dentro do corpo principal do dispositivo a partir de outro lado (o lado superior) diferente de uma porção a partir da qual o material de biomassa 35 é fornecido, e decompõe hidrotermicamente o material de biomassa 35 enquanto faz com que o material de biomassa

9/21 e a água quente pressurizada 45 entrem em contato entre si em contracorrente. Com esta configuração, os componentes de lignina e os componentes de hemicelulose são transferidos para a água quente pressurizada 45, separados de dentro do material de biomassa 35, e descarregados a partir do dispositivo de reação 42 como a fração hidrotermicamente descarregada 40.

O dispositivo de descarga de biomassa 43 extrai a fração residual sólida 39 que é o conteúdo sólido da biomassa do outro lado do dispositivo de reação 42. Na figura 2, o sinal de referência 47 denota um líquido de desidratação, 48 denota nitrogênio pressurizado (N2), e 49 denota uma camisa de temperatura.

Na presente modalidade, o material de biomassa 35 é fornecido a partir da extremidade inferior. Entretanto, a presente modalidade não é limitada a isto. O material de biomassa 35 pode ser alternativamente e inversamente fornecido a partir da extremidade superior, e neste caso, a água quente pressurizada 45 é fornecida pela extremidade inferior.

Exemplos do dispositivo de suprimento de biomassa 41 que supre o material de biomassa 35 desde sob uma pressão normal até sob uma pressão aumentada incluem unidades como um alimentador helicoidal, uma bomba de pistão e uma bomba para pasta fluida.

Embora o dispositivo de reação 42 seja um dispositivo vertical na presente modalidade, a presente modalidade não é limitada a isto. Alternativamente, um dispositivo de reação inclinado ou um dispositivo de reação horizontal podem ser usados como o dispositivo de reação 42. Nesse caso, a razão para usar o tipo vertical ou inclinado é que o dispositivo de reação vertical ou inclinado pode descarregar prontamente o gás gerado em uma reação de decomposição hidrotérmica, o gás levado para um material ou similares, de cima e é, de preferência, usado.

Na presente modalidade, antes de a biomassa ser fornecida, ela é pré-tratada pelo uso da máquina de tríturação 31 que serve como um dispositivo pré-tratamento. Entretanto, a presente invenção não é limitada a isto, e quando um diâmetro da partícula do material de biomassa 35 é suficientemente pequeno, não há a necessidade de fornecer a máquina de tríturação 31. Alternativamente, um lavador de gases pode lavar o material de biomassa 35. Presume-se que o material de biomassa 35 pode ser fornecido diretamente ao dispositivo de reação 42 sem pulverizar o material de biomassa 35 quando este 35 é casca de arroz, por exemplo.

Uma temperatura de reação no dispositivo de reação 42 é, de preferência, ajustada para ser igual a ou maior que 180°C e igual a ou menor que 240°C, com mais preferência, ajustada para ser igual a ou maior que 200°C e igual a ou menor que 230°C pelas seguintes razões. Isto é, a uma baixa temperatura abaixo de 180°C, se a taxa de decomposição hidrotérmica for baixa, um longo tempo de decomposição se torna necessário e o tamanho do dispositivo tem que ser grande. Portanto, a baixa temperatura abaixo de 180°C não é prefe10/21 rencial. Por outro lado, uma temperatura maior que 240°C aumenta excessivamente a taxa de decomposição, aumenta a transferência de componentes de celulose de um estado sólido para um estado líquido, e promove a decomposição excessiva de sacarídeos hemicelulósicos. Portanto, uma temperatura maior que 240°C não é preferencial. Além disso, os componentes de hemicelulose são dissolvidos a cerca de 140°C ou mais, os componentes de celulose são dissolvidos a cerca de 230°C ou mais e os componentes de lignina são dissolvidos a cerca de 140°C ou mais. Portanto, A temperatura de reação é ajustada, de preferência, dentro de uma faixa de 18C°C a 240°C dentro da qual os componentes de hemicelulose e os componentes de lignina são decompostos a uma taxa de decomposição suficiente.

A pressão da reação de decomposição hidrotérmica é ajustada, de preferência, para uma pressão 0,1 KPa a 0,5MPa maior que a pressão de vapor saturado da água em cada temperatura, o que permite que a água quente pressurizada fique dentro do dispositivo.

O tempo da reação é ajustada, de preferência, para ser igual a ou mais curto que 20 minutos, ajustado, com mais preferência, para ser igual a ou maior que 3 minutos e igual a ou menor que 10 minutos. Isso se deve ao fato de que a razão de um material excessivamente decomposto aumenta a um tempo de reação longo demais e não é preferencial.

Na presente modalidade, é preferencial que o fluxo da água quente pressurizada 45 e o do material de biomassa 35 dentro do corpo principal do dispositivo de reação 42 sejam contrafluxos para fazer com que o material de biomassa 35 e a água quente pressurizada 45 entrem em contato em contracorrente um com o outro para que o material de biomassa 35 e a água quente pressurizada 45 possam entrar em contato um com o outro, possam ser agitados e possam fluir.

No dispositivo de reação 42, o conteúdo sólido do material de biomassa 35 é fornecido a partir do fundo, a água quente pressurizada 45 é fornecida do topo, e o material de biomassa 35 e a água quente pressurizada 45 entram em contato um com o outro e se movem, de modo que a água quente pressurizada (água quente, um líquido no qual o material decomposto é dissolvido) 45 se move enquanto entra entre partículas sólidas em um contrafluxo ao fluxo do material de biomassa 35, isto é, o conteúdo sólido.

Na presente modalidade, o nitrogênio pressurizado (N2) 48 é fornecido ao dispositivo de reação 42 porque uma parte gasosa está presente dentro do dispositivo de reação 42. Entretanto, a presente invenção não é limitada a isto e ο N2 pressurizado 48 não é necessariamente fornecido ao dispositivo de reação 42.

É possível aumentar a temperatura do material de biomassa 35 no dispositivo de reação 42 por permitir que o material de biomassa 35 entre em contato com a água quente pressurizada 45 e troque calor diretamente com a água quente pressurizada 45 no dispositivo de reação 42. O material de biomassa 35 pode ser aquecido de fora, pelo uso de vapor ou similares, conforme necessário.

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Na presente modalidade, por fazer com que o material de biomassa 35 e a água quente pressurizada 45 entrem em contato em contracorrente um com o outro, os componentes facilmente solúveis na água quente pressurizada 45 são descarregados sequencialmente e ocorre um gradiente de temperatura a partir de uma porção de entrada a partir da qual o material de biomassa 35 é inserido em uma porção de entrada de água quente. Isto pode impedir que os componentes de hemicelulose sejam excessivamente decompostos e pode eventualmente recuperar os componentes de pentose de modo eficaz. Além disso, por fazer com que o material de biomassa 35 e a água quente pressurizada 45 entrem em contato um com o outro em contracorrente, pode-se recuperar calor, o que é preferencial em vista da eficiência do sistema.

A configuração do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A não se limita àquela mostrada na figura 2. A figura 3 é um diagrama conceituai de outra configuração do dispositivo de decomposição hidrotérmica. Conforme mostrado na figura 3, um dispositivo de decomposição hidrotérmica de biomassa 32B de acordo com a presente modalidade inclui um dispositivo de suprimento de biomassa 51, um dispositivo de reação 52, e o dispositivo de descarga de biomassa 43. V31 a V35 denotam válvulas de controle de pressão diferencial (válvulas LIGA-DESLIGA).

O dispositivo de suprimento de biomassa 51 fornece o material de biomassa (como palha de trigo, na presente modalidade) 35 desde sob uma pressão normal até uma pressão aumentada. Exemplos do dispositivo de suprimento de biomassa 51 incluem unidades como um alimentador helicoidal, uma bomba de pistão, e uma bomba para pasta fluida.

O dispositivo de reação 52 move gradualmente o material de biomassa 35 fornecido a partir de uma extremidade superior ou inferior (uma extremidade inferior na presente modalidade) para o corpo principal de um dispositivo vertical (deste ponto em diante no presente documento, corpo principal do dispositivo) em uma condição consolidada, e fornece a água quente pressurizada 45 para dentro do corpo principal do dispositivo a partir da extremidade (a extremidade superior na presente modalidade) diferente da extremidade a partir da qual o material de biomassa 35 é fornecido. Além disso, o dispositivo de reação 52 decompõe hidrotermicamente o material de biomassa 35 enquanto faz com que o material de biomassa 35 entre em contato em contracorrente com a água quente pressurizada 45, transfere os componentes de lignina e os componentes de hemicelulose para a água quente pressurizada 45, e separa os componentes de lignina e os componentes de hemicelulose do material de biomassa 35.

Conforme descrito acima, o dispositivo de descarga de biomassa 43 descarrega a fração residual sólida 39, isto é, o conteúdo sólido da biomassa, a partir do lado de suprimento da água quente pressurizada 45 do corpo principal do dispositivo.

Uma unidade de agitação fixa 53 que agita o material de biomassa 35 em uma con12/21 dição denominada consolidada de um fluxo pistonado é fornecida dentro do corpo principal do dispositivo. Pela rotação da unidade de agitação fixa 53, o material de biomassa 35 é agitado em resposta a uma ação de agitação gerada pela rotação da unidade de agitação fixa 53 quando o material de biomassa 35 alimentado no corpo principal do dispositivo é transportado em uma direção axial. Pelo fornecimento da unidade de agitação fixa 53 dentro do corpo principal do dispositivo, mistura da água quente pressurizada 45 com uma superfície do sólido e o interior do sólido, a reação é promovida no corpo principal do dispositivo.

É preferencial que o fluxo da água quente pressurizada 45 e o do material de biomassa 35 dentro do corpo principal do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32B sejam contrafluxos para fazer com que o material de biomassa 35 e a água quente pressurizada 45 entrémem contato em contracorrente um com o outro para que o material de biomassa 35 e a água quente pressurizada 45 possam entrar em contato um com o outro, possam ser agitados e possam fluir de modo a misturar eficazmente o material de biomassa 35 com a água quente pressurizada 4 5 e promover a reação.

O dispositivo de decomposição hidrotérmica 32B decompõe hidrotermicamente o material de biomassa 35 através de um fluxo pistonado. Portanto, o dispositivo de decomposição hidrotérmica 32B tem uma estrutura simples e o material de biomassa 35, que é sólido, é movido em paralelo ao eixo central de um tubo enquanto é agitado de modo perpendicular ao eixo central do tubo. Por outro lado, a água quente pressurizada 45 (água quente, um líquido no qual o material decomposto é dissolvido) se move enquanto entra nas partículas sólidas no contrafluxo ao fluxo do sólido.

Além disso, o fluxo pistonado pode fazer o fluxo uniforme da água quente pressurizada 45. Quando o material de biomassa sólido 35 é decomposto pela água quente pressurizada 45, o material decomposto é dissolvido na água quente. A viscosidade é alta próximo das porções decompostas, a água quente se move, de preferência, para perto das porções não decompostas e as porções não decompostas são subsequentemente decompostas em porções decompostas. Isto pode criar um fluxo de uniforme de água quente e de decomposição uniforme.

O dispositivo de decomposição hidrotérmica 32B inclui a unidade de agitação fixa 53 dentro do corpo principal do dispositivo. Por causa da resistência da parede de um tubo em uma superfície interna do corpo principal do dispositivo do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32B, a concentração de sólido do material de biomassa 35 em uma saída cai em comparação à concentração do material de biomassa 35 na entrada, e a fração residual sólida 39, que é o conteúdo sólido da biomassa, diminui por decomposição. Consequentemente, a razão da água quente pressurizada 45 aumenta, e os componentes decompostos no líquido são excessivamente decompostos como um resultado de um aumento no tempo de permanência do líquido. Portanto, por fornecer pelo menos a unidade de agitação fixa 53

13/21 dentro do corpo principal do dispositivo, o dispositivo de decomposição hidrotérmica 32B pode suprimir a razão da água quente pressurizada 45 e reduzir o tempo de permanência do líquido, tornando, assim, possível impedir que os componentes decompostos no líquido sejam excessivamente decompostos.

Conforme mostrado na figura 1, no aparelho produtor de solução de sacarídeo 11A de acordo com a presente modalidade, a fração residual sólida 39 e a fração hidrotermicamente descarregada 40 são descarregadas do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A como a biomassa tratada hidrotermicamente. A fração residual sólida 39 na biomassa tratada hidrotermicamente é fornecida ao segundo tanque de sacarificação enzimática (C6) 33, e a fração hidrotermicamente descarregada 40 é fornecida ao segundo tanque de sacarificação enzimática (C5) 34.

O segundo tanque de sacarificação enzimática (C6) 33 faz um tratamento enzimático na celulose contida na fração residual sólida 39 descarregada do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A com a primeira enzima (celulase) 61, obtendo assim uma primeira solução de sacarídeo 62 contendo hexose.

O segundo tanque de sacarificação enzimática (C5) 34 faz um tratamento enzimático nos componentes de hemicelulose transferidos para a fração hidrotermicamente descarregada 40 descarregada do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A com a segunda enzima 63, obtendo, assim, uma segunda solução de sacarídeo 64 contendo pentose.

A primeira solução de sacarídeo 62 obtida no segundo tanque de sacarificação enzimática (06) 33 e/ou a segunda solução de sacarídeo 64 obtida no segundo tanque de sacarificação enzimática (C5) 34 é/são usada(s) como a solução de sacarídeo diluída 37. Conforme descrito acima, esta solução de sacarídeo diluída 37 é fornecida ao tanque de armazenamento 25 e/ou ao primeiro tanque de sacarificação enzimática 27 através de uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11.

A tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11 inclui uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-1 conectada ao segundo tanque de sacarificação enzimática (06) 33, uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-2 conectada ao segundo tanque de sacarificação enzimática (C5) 34, uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-3 que supre a solução de sacarídeo diluída 37 â unidade de controle da solução de sacarídeo 15A a partir de uma porção na qual a tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-1 está conectada à tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-2, uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-4 que conecta a tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-3 ao tanque de armazenamento 25, e uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-5 que conecta a tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-3 ao primeiro tanque de sacarificação en14/21 zimática 27.

Uma válvula de controle V11 é fornecida na tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-1, uma válvula de controle V12 é fornecida na tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-2, uma válvula de controle V21 é fornecida na tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-4, e uma válvula de controle V22 é fornecida na tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11-5. A válvula de controle V11 controla uma quantidade da primeira solução de sacarídeo 62 descarregada do segundo tanque de sacarificação enzimática (C6) 33, e a válvula de controle V12 controla uma quantidade da segunda solução de sacarídeo 64 descarregada do segundo tanque de sacarificação enzimática (C5) 34. Além disso, a válvula de controle V21 controla a solução de sacarídeo diluída 37 fornecida ao tanque de armazenamento 25, e-a-válvula de controle V22 controla a solução de sacarídeo diluída 37 fornecida ao primeiro tanque de sacarificação enzimática 27.

Portanto, a solução de sacarídeo diluída 37 produzida na unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 pode ser fornecida ao tanque de armazenamento 25 e/ou ao primeiro tanque de sacarificação enzimática 27 através da tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11. Isto é, em um estágio de regulação antes do material à base de carboidrato 21 ser sacarificado e da solução de sacarídeo 22 ser produzida na unidade de controle da solução de sacarídeo 15A, por exemplo, na presente modalidade, um estágio no qual o material à base de carboidrato 21 é triturado ou pulverizado pela máquina de trituração 23 e o pulverizador 24 e transferido para o tanque de armazenamento 25 ou um estágio no qual o primeiro tanque de sacarificação enzimática 27 faz a sacarificação (incluindo um estágio antes da sacarificação em um sistema de batelada), a solução de sacarídeo diluída 37 produzida pela unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 é fornecida. A concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo 22 obtida a partir do material à base de carboidrato 21 pode ser assim ajustada para uma concentração de sacarídeo predeterminada (15% em peso, por exemplo). Além disso, pelo uso da primeira solução de sacarídeo 62 e da segunda solução de sacarídeo 64 como a solução diluída usada ao sacarifícar o material à base de carboidrato 21, o consumo de água para diluição pode ser suprimido. Portanto, é possível reduzir o custo necessário para produzir a solução de sacarídeo 22.

Convencionalmente, quando o material à base de carboidrato 21 é sacarificado e a solução de sacarídeo 22 é produzida, metade dos componentes contidos no material â base de carboidrato 21 são amido e a concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo obtida quando o material à base de carboidrato 21 é sacarificado tal como é, é de 20% a 60%. Quando uma solução de sacarídeo em alta concentração é usada quando se produz álcool, o aparelho produtor de solução de sacarídeo é colocado sob uma condição de concentração alcoólica mais elevada enquanto a fermentação prossegue e o microrganismo se extingue.

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Portanto, é impossível usar a solução de sacarídeo em alta concentração tal como ela é. Portanto, é necessário diluir o material à base de carboidrato 21 com água e produzir a solução de sacarídeo 22 quando o material à base de carboidrato 21 è sacarificado e a solução de sacarídeo 22 é produzida. Por outro lado, quando o material de biomassa 35 é sacarificado e a solução de sacarídeo 22 é produzida, a concentração da biomassa tratada hidrotermicamente (a fração residual sólida 39 e a fração hidrotermicamente descarregada 40) descarregada do material de biomassa 35 é baixa. Portanto, é necéssário aumentar a concentração da biomassa tratada hidrotermicamente (a fração residuàl sólida 39 e a fração hidrotermicamente descarregada 40) ou aumentar as quantidades de adição da primeira enzima 61 e da segunda enzima 63, pelas quais estas enzimas são ádicionadas à biomassa tratada hidrotermicamente (a fração residuahsólida 39 e a fração hidrotermicamente descarregada 40), para aumentar as concentrações de sacarídeo da primeira solução de sacarídeo obtida 62 e da segunda solução de sacarídeo 64, e produzir a solução de sacarídeo 22.

Por outro lado, de acordo com o aparelho produtor de solução de sacarídeo 11A da presente modalidade, pelo uso da primeira solução de sacarídeo 62 e da segunda solução de sacarídeo 64 como a solução diluída usada ao sacarificar o material à base de carboidrato 21, é possível reduzir a concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo obtida a partir do material à base de carboidrato 21 e produzir a solução de sacarídeo 22 na concentração de sacarídeo predeterminada (15% em peso, por exemplo) sem'aumentar a concentração de sacarídeo da primeira solução de sacarídeo 62 e da segundà solução de sacarídeo 64. Além disso, é possível suprimir o consumo da água usada ao sacarificar o material à base de carboidrato 21. Assim, é possível obter a solução de sacarídeo 22 na concentração preferencial para fermentação alcoólica ou similares, e reduzir o custo necessário para produzir a solução de sacarídeo 22.

Na presente modalidade, a primeira solução de sacarídeo 62 e a segunda solução de sacarídeo 64, obtidas por sacarificação da fração residual sólida 39 e da fração hidrotermicamente descarregada 40 que são descarregadas do dispositivo de decomposição hidrotérmica 32A, são fornecidas como a solução de sacarídeo diluída 37 ao tanque de armazenamento 25 e/ou ao primeiro tanque de sacarificação enzimática 27. Entretanto, a presente invenção não é limitada a isto. Alternativamente, a primeira solução de sacarídeo 62 ou a segunda solução de sacarídeo 64 pode ser fornecida como a solução de sacarídeo diluída 37 ao tanque de armazenamento 25 e/ou ao primeiro tanque de sacarificação enzimática 27.

Após a solução de sacarídeo 22 na concentração predeterminada ser produzida no primeiro tanque de sacarificação enzimática 27, a solução de sacarídeo 22, isto é, um material de fermentação alcoólica, é fornecida ao tanque de fermentação alcoólica 12 através de uma linha de alimentação para a solução de sacarídeo L12.

O tanque de fermentação alcoólica 12 é um tanque de fermentação no qual os mi16/21 crorganismos são adicionados à solução de sacarídeo 22 para causar a fermentação e no qual o álcool (um material orgânico) é produzido. O tanque de fermentação alcoólica 12 faz um tratamento de fermentação pelos microrganismos 65 adicionados sob condições predeterminadas. Um líquido de fermentação alcoólica 71 obtido como um resultado da fermentação alcoólica é fornecido à coluna de destilação 13 através de uma linha de alimentação de líquido de fermentação L13 e destilado na coluna de destilação 13. O destilado 72 obtido como um resultado da destilação é passado através de uma linha de alimentação alcoólica L14, purificado por um dispositivo de refino como um desidratador 73, fornecido ao tanque de álcool 14, e armazenado no tanque de álcool 14. O álcool 74, tal como etanol, que é um produto, é fornecido a partir deste tanque de álcool 14 através de uma linha de alimentação L15, conforme necessário.

Um resíduo 75 no tanque de fermentação alcoólica 12 é descarregado através de uma linha de descarga de resíduo de levedura L21. Além disso, um resíduo de destilação 76 na coluna de destilação 13 é descarregado através de uma linha de descarga de resíduo de destilação L21, passado através de um separador 77, um secador 78, e um refrigerador 79, e descarregado como um resíduo destilado 800.

Quando o álcool 74 é produzido pelo uso do sistema produtor de álcool 10A, quando um volume produção do álcool 74 é de 100000 kl/ano, então, o do material à base de carboidrato 21 pode ser estabelecido para 90000 kl/ano e o do material de biomassa 35 pode ser estabelecido para 1000C kl/ano. Em comparação ao caso de produzir o álcool 74 apenas com o uso do material à base de carboidrato 21, o álcool 74 pode ser produzido na mesma quantidade que a quantidade convencional, mas o uso anual do material à base de carboidrato 21 é reduzido.

Conforme descrito acima, de acordo com o sistema produtor de álcool 10A que inclui o aparelho produtor de solução de sacarídeo 11A da presente modalidade, a solução de sacarídeo diluída 37 derivada do material de biomassa 35 produzido na unidade de sacarificação da biomassa celulóslca 16 é fornecida ao tanque de armazenamento 25 e/ou ao primeiro tanque de sacarificação enzimática 27 através da linha de alimentação da solução de sacarídeo diluída L11, e a solução de sacarídeo diluída 37 é misturada no estágio de regulação antes da produção da solução de sacarídeo 22 a partir do material à base de carboidrato 21. Assim é possível melhorar a eficiência da produção da solução de sacarídeo 22 obtida a partir do material à base de carboidrato 21, para ajustar a concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo 22 para uma concentração de sacarídeo predeterminada (15% em peso, por exemplo), e reduzir o custo necessário para produzir a solução de sacarídeo

22. Como um resultado, mediante a produção da solução de sacarídeo 22 na concentração de sacarídeo predeterminada pelo uso da solução de sacarídeo diluída 37 derivada do material de biomassa 35 quando a solução de sacarídeo 22 derivada do material à base de

17/21 carboidrato 21 é controlada, é possível melhorar a eficiência de produção para produzir o álcool 74 e reduzir o custo necessário para produzir o álcool 74 .

Na presente modalidade, exemplos do material à base de carboidrato 21 incluem culturas de cereais, como, por exemplo, milho, arroz, trigo, cevada, e mandioca. Entretanto, a presente invenção não é particularmente limitada a isto.

Por exemplo, quando milho 81 é usado como o material à base de carboidrato 21, tanto o material à base de carboidrato 21, por exemplo, os grãos, quanto o material de biomassa celulósica 35, por exemplo, as folhas, caules e espigas do milho são obtidos a partir do milho 81. Portanto, é possível produzir a solução de sacarídeo 22 com mais eficiência. A figura 4 é um exemplo de um caso no qual o milho 81 é aplicado como o material. Conforme mostrado na figura 4, tanto o material à base de carboidrato 21, por exemplo, os grãos 81a, quanto o material de biomassa celulósica 35, por exemplo, as folhas, caules e espigas do milho 81b são obtidos a partir do milho 81. Consequentemente, os grãos 81a e similares podem ser usados como o material à base de carboidrato 21, e as folhas, caules e espigas do milho 81 b podem ser usadas como o material de biomassa celulósica 35. De acordo com o aparelho produtor de solução de sacarídeo 11A da presente modalidade, é possível obter a solução de sacarídeo 22 com mais eficiência e melhorar a eficiência da produção de um material orgânico como o álcool 74 sem gerar resíduos de um material como o milho 31.

Na presente modalidade, o caso da fermentação alcoólica, que é o material orgânico pelo uso da solução de sacarídeo 22 foi descrito como o sistema de fermentação. Entretanto, o sistema de fermentação que usa a solução de sacarídeo de acordo com a presente modalidade não se limita a este sistema. Embora tenha sido descrito a título de exemplo que o álcool (etanol, metanol ou similares), isto é, o material orgânico, é obtido pelo tratamento de fermentação, a presente invenção não se limita a estes exemplos. Alternativamente, um substituto de petróleo, isto é, um produto químico, ou aminoácido, isto é um material alimentar ou alimento para animais, além do álcool pode ser obtido pelo aparelho de fermentação.

Exemplos de produtos químicos obtidos a partir da solução de sacarídeo 22 incluem LPG, combustível para automóveis, combustível para motores a jato e de aeronaves, óleo de aquecimento, óleo de diesel, diversos tipos de óleos pesados, gás combustível, nafta, etileno glicol, isto é, um material decomposto da nafta, etanol, amina, ácido láctico, etoxilato de álcool, polímero de cloreto de vinila, alumínio alquila, PVA, emulsão de ácido vinil acético, poliestireno, polietileno, polipropileno, poiicarbonato, resina de MMA, náilon, e poliéster. Portanto, a solução de sacarídeo diluída 37 derivada da biomassa pode ser eficientemente usada como um substituto para produtos químicos derivados de óleo cru, isto é, combustível esgotável, e materiais para produzir os substitutos.

Segunda modalidade

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Um aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção é descrito com referência aos desenhos. A figura 5 é um diagrama esquemático de um sistema produtor de álcool que inclui o aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com a segunda modalidade da presente invenção. Pelo fato de a configuração do aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com a presente modalidade ser idêntica à configuração do sistema produtor de álcool que inclui o aparelho produtor de solução de sacarídeo de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção mostrada na figura 1, membros idênticos aos da primeira modalidade são denotados por sinais de referência similares e explicações redundantes dos mesmos serão omitidas.

Conforme mostrado na figura 5, um sistema produtor de álcool 103 inclui um aparelho produtor de solução de sacarídeo 11B de acordo com a presente modalidade, o tanque de fermentação alcoólica 12, a coluna de destilação 13, e o tanque de álcool 14.

O aparelho produtor de solução de sacarídeo 11B de acordo com a presente modalidade usa melado 83 como o material de sacarificação obtido a partir do material à base de carboidrato 21 do aparelho produtor de solução de sacarídeo 11A de acordo com a primeira modalidade da presente invenção mostrada na figura 1. Isto é, o aparelho produtor de solução de sacarídeo 11B de acordo com a presente modalidade inclui uma unidade de controle da solução de sacarídeo 15B e uma unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16.

A unidade de controle da solução de sacarídeo 15B produz a solução de sacarídeo 22 a partir do melado 83. A unidade de controle da solução de sacarídeo 15B inclui o tanque de armazenamento 25 e um tanque controlador da concentração de sacarídeo 84. O melado 83 é descarregado ou espremido a partir do material à base de carboidrato 21. O melado 83 obtido a partir do material à base de carboidrato 21 é armazenado no tanque de armazenamento 25. A concentração de sacarídeo do melado 83 armazenado no tanque de armazenamento 25 é controlada pelo tanque controlador da concentração de sacarídeo 84.

Pelo fato de a unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 ser idêntica à unidade no aparelho produtor de solução de sacarídeo 11 de acordo com a primeira modalidade da presente invenção descrita acima, explicações sobre a mesma serão omitidas.

A solução de sacarídeo diluída 37 produzida na unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 é fornecida ao tanque de armazenamento 25 e/ou ao tanque controlador da concentração de sacarídeo 64 através da tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída L11. Assim, é possível misturar a solução de sacarídeo diluída 37 com o melado 83 obtido a partir do material à base de carboidrato 21. Isto é, na unidade de controle da solução de sacarídeo 15B, no estágio de regulação antes da produção da solução de sacarídeo 22 a partir do melado 83 obtido a partir do material à base de carboidrato 21, a solução de sacarídeo diluída 31 produzida na unidade de sacarificação da biomassa celulósica 16 é fornecida ao melado 83.

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A concentração de sacarídeo do melado 83 obtido a partir do material à base de carboidrato 21 pode ser ajustada para uma concentração dê sacarídeo predeterminada (15% em peso, por exemplo). Além disso, pelo uso da primeira solução de sacarídeo 62 e da segunda solução de sacarídeo 64 como a solução diluída usada ao sacarificar o material à base de carboidrato 21, o consumo de água para diluição pode ser suprimido. Portanto, é possível reduzir o custo necessário para produzir a solução de sacarídeo 22.

Desta forma, de acordo com o aparelho produtor de solução de sacarídeo 11B da presente modalidade, pelo uso da primeira solução de sacarídeo 62 e da segunda solução de sacarídeo 64 como a solução diluída usada ao sacarificar o material à base de carboidrato 21, é possível reduzir a concentração de sacarídeo do melado 83 obtido a partir do material à base de carboidrato 21 e produzir a solução dé sacarídeo 22 na concentração de sacarídeo predeterminada (15% em peso, por exemplo) sem aumentar a concentração de sacarídeo da primeira solução de sacarídeo 62 e da segunda solução de sacarídeo 64. Além disso, é possível suprimir o consumo da água usada quando se produz a solução de sacarídeo 22 a partir do melado 83. Assim, é possível obter a solução de sacarídeo 22 na concentração preferencial para fermentação alcoólica ou similares, e reduzir o custo necessário para produzir a solução de sacarídeo 22.

Portanto, de acordo com o sistema produtor de álcool 10B que inclui o aparelho produtor de solução de sacarídeo 11B da presente modalidade, a solução de sacarídeo 22 na concentração de sacarídeo predeterminada é produzida com o uso da solução de sacarídeo diluída 37 derivada do material de biomassa 35 quando o melado 83 derivado do material à base de carboidrato 21 é controlado. Assim, é possível melhorar a eficiência de produção para produzir o álcool 74 e reduzir o custo necessário para produzir o álcool 74.

Na presente modalidade, embora o caso do uso de melado como o material de sacarificação obtido a partir do material à base de carboidrato 21 tenha sido explicado, a presente invenção não é limitada a isto. Basta que o material de sacarificação seja um material como cana-de-açúcar ou beterraba, que é obtido por ser descarregado ou espremido a partir do material à base de carboidrato 21.

Por exemplo, quando a cana-de-açúcar é usada como o material, o melado é obtido como o material à base de carboidrato 21 a partir da cana-de-açúcar, e o material de biomassa celulósica 35, como um resíduo (bagaço de cana) obtido quando se espreme os sacarídeos das folhas ou da cana-de-açúcar, é obtida. Portanto, é possível produzir a solução de sacarídeo 22 com mais eficiência. A figura 6 é um exemplo de um caso no qual a canade-açúcar é aplicada como o material. Conforme mostrado na figura 6, tanto o melado 83, isto é, o material à base de carboidrato 21, quanto o material de biomassa celulósica 35, como as folhas e o bagaço 85B, são obtidos a partir da cana-de-açúcar 85. Como um resultado, o melado 83 pode ser usado como o material à base de carboidrato 21, e as folhas, o

20/21 bagaço 85B e similares podem ser usados como o material de biomassa celulósica 35. Portanto, de acordo com o aparelho produtor de solução de sacarídeo 11B da presente modalidade, é possível obter a solução de sacarídeo 22 com mais eficiência e melhorar a eficiência de produção do material orgânico, como o álcool 74, sem gerar resíduos de um material.

Lista de sinais de referência

10A, 10B 11A, 11B 12	sistema produtor de álcool aparelho produtor de solução de sacarídeo tanque de fermentação alcoólica
13	coluna de destilação
··· -44 *	tanque de álcool
15A, 15B 16	unidade de controle da solução de sacarídeo unidade de sacarificação da biomassa celulósica
21	material à base de carboidrato
22	solução de sacarídeo
23, 31 24	máquina de trituração pulverizador
25	tanque de armazenamento
26	fornalha
27	primeiro tanque de sacarificação enzimática
32A, 32B 33	dispositivo de decomposição hidrotérmica segundo tanque de sacarificação enzimática (C6)
34	segundo tanque de sacarificação enzimática (C5)
35	material de biomassa celulósica (material de biomassa)
37	solução de sacarídeo diluída
38	material de biomassa triturado
39	fração residual sólida
40	fração tratada hídrotermicamente
41, 51 42, 52 43	dispositivo de suprimento de biomassa dispositivo de reação dispositivo de descarga de biomassa
44	unidade de rosca
45	água quente pressurizada
47	líquido de desidratação
48	nitrogênio pressurizado (N2)
49	camisa de temperatura
53	unidade de agitação fixa

21/21 primeira enzima (celulase) primeira solução de sacarídeo segunda enzima segunda solução de sacarídeo micróbio líquido de fermentação alcoólica destilado desidratador álcool resíduo resíduo de destilação separador secador refrigerador resíduo destilado milho melado tanque controlador da concentração de sacarídeo cana-de-açúcar

L11, L11-1 a L11-5 tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída V11, V12, V21, V22 válvula de controle

V31 a V35 válvula de controle de pressão diferencial (válvula LIGA-DESLIGA)

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho produtor de solução de sacarídeo (11) para produzir uma solução de sacarídeo (22) derivada de um material à base de carboidrato (21), o aparelho (11) CARACTERIZADO por compreender:

5 uma unidade de controle da solução de sacarídeo (15) que controla a concentração de sacarídeo derivada do material à base de carboidrato (21);

uma unidade de sacarificação da biomassa celulósica (16) que é fornecida num lado a jusante de uma unidade de suprimento que fornece material de biomassa celulósica (35) e sacarifica a biomassa tratada hidrotermicamente obtida por decompor hidrotermica10 mente um material de biomassa celulósica (35) contendo um componente de lignina e um componente de hemicelulose para produzir uma solução de sacarídeo diluída (37); e uma tubulação para suprimento da solução de sacarídeo diluída (L11) que está conectada entre a unidade de controle de solução de sacarídeo (15) e a unidade de sacarificação de biomassa celulósica (16) e mistura uma solução de sacarídeo diluída (37) produzida

15 pela unidade de sacarificação da biomassa celulósica (16) na unidade de controle da solução de sacarídeo (15).
2. Aparelho produtor de solução de sacarídeo (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da solução de sacarídeo (22) ser obtida pela sacarificação do material à base de carboidrato (21) ou ser descarregada ou espremida a partir do materi20 al à base de carboidrato (21).
3. Aparelho produtor de solução de sacarídeo (11), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de sacarificação da biomassa celulósica (16) incluir um dispositivo de decomposição hidrotérmica (32) que trata hidrotermicamente o 25 material de biomassa celulósica (35) para produzir biomassa tratada hidrotermicamente, e um segundo tanque de sacarificação enzimática (33, 34) que é fornecido num lado a jusante do dispositivo de decomposição hidrotérmica (32) e adiciona enzima à biomassa tratada hidrotermicamente para sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente, e gerar a solução de sacarídeo diluída (37).

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4. Aparelho produtor de solução de sacarídeo (11), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de o dispositivo de decomposição hidrotérmica (32) decompor hidrotermicamente o material de biomassa celulósica (35) enquanto faz com que o material de biomassa celulósica (35) entre em contato com água quente pressurizada (45), transferir um componente de

35 lignina e um componente de hemicelulose para a água quente pressurizada (45), e separar o componente de lignina e o componente de hemicelulose do material de biomassa celulósica (35), e

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2/3 uma fração hidrotermicamente descarregada (40) que contém o componente de lignina e o componente de hemicelulose e uma fração residual sólida (39) que contém um componente de celulose serem produzidas como a biomassa tratada hidrotermicamente.
5. Aparelho produtor de solução de sacarídeo (11), de acordo com a reivindica5 ção 4, CARACTERIZADO pelo fato do segundo tanque de sacarificação enzimática (33, 34) produzir uma solução de sacarídeo diluída (37) que contém hexose por adicionar enzima à fração residual sólida (39) descarregada do dispositivo de decomposição hidrotérmica (32) e decompor enzimaticamente um componente de celulose contido na fração residual sólida (39), e/ou uma solução de sacarídeo diluída (37) que contém pentose por adicionar enzima

10 à fração descarregada hidrotermicamente (40) descarregada do dispositivo de decomposição hidrotérmica (32) e decompor enzimaticamente um componente de hemicelulose contido na fração descarregada hidrotermicamente (40).
6. Aparelho produtor de solução de sacarídeo (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato da concentração de sacarídeo da

15 solução de sacarídeo diluída (37) ser igual a ou maior que 0,1% em peso e igual a ou menor que 15% em peso.
7. Sistema de fermentação CARACTERIZADO por compreender:

o aparelho produtor de solução de sacarídeo (11), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6; e

20 um tanque de fermentação alcoólica (14) que é fornecido num lado a jusante do aparelho produtor de solução de sacarídeo (11) e que fermenta a solução de sacarídeo (22) para produzir um material orgânico.
8. Método para a produção de solução de sacarídeo para produzir uma solução de sacarídeo (22) derivada de um material à base de carboidrato (21), o método sendo

25 CARACTERIZADO por compreender:

produzir biomassa tratada hidrotermicamente por decompor hidrotermicamente um material de biomassa celulósica (35) contendo um componente de lignina e um componente de hemicelulose, sacarificar a biomassa tratada hidrotermicamente pela adição de enzima à biomassa tratada hidrotermicamente obtida para produzir uma solução de sacarídeo diluída

30 (37); e produzir a solução de sacarídeo (22) derivada do material à base de carboidrato (21) pelo uso da solução de sacarídeo diluída (37) quando a solução de sacarídeo (22) é controlada.
9. Método para a produção de solução de sacarídeo, de acordo com a reivindicação

35 8, CARACTERIZADO pelo fato de uma solução de sacarídeo (22) obtida pela sacarificação do material à base de carboidrato (21) ou uma solução de sacarídeo (22) descarregada ou espremida a partir de um material à base de carboidrato (22) ser usada como a solução de

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3/3 sacarídeo (22).
10. Método para a produção de solução de sacarídeo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO por compreender:

decompor hidrotermicamente o material de biomassa celulósica (35) enquanto faz 5 com que o material de biomassa celulósica (35) entre em contato com água quente pressurizada (45);

transferir um componente de lignina e um componente de hemicelulose para a água quente pressurizada (45);

separar o componente de lignina e o componente de hemicelulose do material de

10 biomassa celulósica (35); e produzir uma fração hidrotermicamente descarregada (40) que contém o componente de lignina e o componente de hemicelulose, e uma fração residual sólida (39) que contém um conteúdo sólido da biomassa, sendo que a fração hidrotermicamente descarregada (40) e/ou a fração residual sólida (39) 15 é/são usada(s) como a biomassa tratada hidrotermicamente.
11. Método para a produção de solução de sacarídeo, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de uma solução de sacarídeo diluída (37) que contém hexose e que é obtida pela adição de enzima à fração residual sólida (39) e pela decomposição enzimática de um componente de celulose contido na fração residual sólida (39), e/ou

20 uma solução de sacarídeo diluída (37) que contém pentose e que é obtida pela adição de enzima à fração hidrotermicamente descarregada (40) e pela decomposição enzimática do componente de hemicelulose contido na fração hidrotermicamente descarregada (400 ser/serem usada(s) como a solução de sacarídeo diluída (37).
12. Método para a produção de solução de sacarídeo, de acordo com qualquer uma

25 das reivindicações 8 a 11, CARACTERIZADO pelo fato da concentração de sacarídeo da solução de sacarídeo diluída (37) ser igual a ou maior que 0,1% em peso e igual a ou menor que 15% em peso.
13. Método de fermentação CARACTERIZADO por compreender o método para a produção de solução de sacarídeo como definido em qualquer uma das reivindicações 8 a

30 12, sendo que a solução de sacarídeo (22) obtida com o uso do método para a produção de solução de sacarídeo é fermentada para produzir um material orgânico.

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