BR112015000255B1 - Sistema de produção de solução de sacarídeo utilizando uma matéria-prima de biomassa e método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matéria-prima de biomassa - Google Patents

Sistema de produção de solução de sacarídeo utilizando uma matéria-prima de biomassa e método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matéria-prima de biomassa Download PDF

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Abstract

resumo “sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa, método de produção de solução de sacarídeo usando matéria-prima de biomassa, e método de produção de álcool usando matéria-prima de biomassa” fornecido é um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa que inclui: uma unidade de fornecimento de biomassa 12 que fornece uma matéria-prima de biomassa 11 contendo celulose, hemiceluloses e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada; decompor hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa 11 usando água quente pressurizada (em seguida, também referida como “água quente”) 15; uma unidade de decomposição hidrotérmica 17 que dissolve componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada 15; uma unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18 que descarrega uma fração sólida de biomassa 20 da unidade de decomposição hidrotérmica 17; um tanque de liquefação enzimática 21 que está em conexão com a unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18, e em que a fração sólida de biomassa descarregada 20 é introduzida, e uma enzima 30 é fornecida à fração sólida de biomassa 20 para liquefazer a fração sólida de biomassa 20; e uma unidade de descarga 23 que descarrega a fração sólida de biomassa liquefeita 24 em uma pressão variando de uma pressão adicionada à pressão normal.

Description

“SISTEMA DE PRODUÇÃO DE SOLUÇÃO DE SACARÍDEO UTILIZANDO UMA MATÉRIA-PRIMA DE BIOMASSA E MÉTODO PARA PRODUZIR UMA SOLUÇÃO DE SACARÍDEO USANDO UMA MATÉRIA-PRIMA DE BIOMASSA”
Campo [001]A presente invenção refere-se a um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa que permite decomposição eficiente de uma matéria-prima de biomassa, um método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matéria-prima de biomassa, e um método para produzir um álcool usando uma matéria-prima de biomassa.
Fundamentos [002]As tecnologias para produzir etanol e semelhantes sacarificando-se biomassa de madeira ou outra biomassa usando ácido sulfúrico diluído ou ácido sulfúrico concentrado, subsequentemente submetendo os sacarídeos resultantes à separação sólido-líquido, neutralizando a fase líquida, e utilizando os componentes resultantes como matérias-primas para fermentação de etano ou semelhantes, foram até agora colocadas em uso prático (Literatura de Patente 1 e Literatura de Patente 2).
[003]Além disso, a produção de matérias-primas químicas industriais (por exemplo, fermentação ácida de ácido láctico) usando sacarídeos como matériasprimas de partida também foi considerada.
[004]O termo biomassa como usado aqui refere-se a um organismo vivo, ou acúmulo de materiais orgânicos derivados de organismos vivos, que foi incorporado no sistema de circulação de material da biosfera global (ver JIS K 3600 1258) .
[005]Aqui, cana-de-açúcar, milho e semelhantes que são correntemente usados como matérias-primas de álcool foram originalmente usados para alimentos. Entretanto, usar estas fontes de alimentos estavelmente como fontes industrialmente utilizadas a longo prazo não é preferível a partir do ponto de vista do ciclo de vida de
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2/41 alimentos valiosos.
[006]Por esta razão, é um desafio importante utilizar eficientemente fontes celulósicas tais como biomassa herbácea e biomassa de madeira, que são consideradas como fontes potencialmente úteis.
[007]Além disso, fontes celulósicas têm composições variando de 38 % a 50 % de celulose e de 23 % a 32 % de componentes de hemicelulose, e também incluem componentes de lignina, que não são usados como matérias-primas de fermentação, em uma proporção variando de 15 % a 22 %. Devido à pesquisa sobre industrialização com muitos problemas ainda permanecendo não resolvidos, as matérias-primas são consideradas como sendo estáveis, e sob a situação corrente, nenhuma tecnologia foi divulgada em sistemas de produção que tomam em consideração a diversidade das matérias-primas.
[008]Além disso, visto que é considerado almejar em fornecer contramedidas contra problemas com lixo, aquecimento global e semelhantes com matérias-primas que são mais desvantajosas como matérias-primas de fermentação do que matériasprimas de amido, sistemas de produção envolvendo matérias-primas seguras têm quase nenhum significado. Um sistema de produção é inútil se ele não for aplicável a uma variedade ampla de materiais residuais gerais. Isto é a situação corrente de que métodos de sacarificação enzimática são também considerados como sendo deficientemente eficientes por si e apresentam problemas a serem resolvidos no futuro. A razão de sacarificação obtenível por tratamento com ácido também tem um valor pequeno de aproximadamente 75 % (na base de componentes que podem ser sacarificados), devido à decomposição excessiva de sacarídeos causada por reação excessiva, e semelhantes. Portanto, o rendimento da produção de etanol permanece apenas em aproximadamente 25 % com base em fontes celulósicas (Literatura de Patente 3).
[009]Nas tecnologias da técnica anterior das Literaturas de Patente 1 a 3,
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3/41 houve um fenômeno em que produtos de reação lateral causam inibição de sacarificação enzimática, e o rendimento de sacarídeo é diminuído. Portanto, aparelhos de decomposição hidrotérmica que eliminam materiais inibidores de sacarificação enzimática e aumentam a capacidade de sacarificação enzimática de constituinte principal de celulose, foram previamente sugeridos (Literaturas de Patente 4 a 7) .
Lista de Citação
Literatura de Patente
Literatura de Patente 1: JP 9-507386 W
Literatura de Patente 2: JP 11 -506934 W
Literatura de Patente 3: JP 2005-168335 A
Literatura de Patente 4: JP 2009-183805 A
Literatura de Patente 5: JP 2009-183154 A
Literatura de Patente 6: JP 4764527 B1
Sumário
Problema Técnico [010]Quanto à sugestão do aparelho de decomposição hidrotérmica de acordo com a Literatura de Patente 6 descrita acima, quando uma pasta fluida é produzida em um vaso de liquefação enzimática, visto que água é fornecida do exterior, existe um problema de que uma quantidade grande de água é usada na instalação como um todo, e a eficiência econômica da instalação é deteriorada.
[011]A presente invenção foi obtida devido aos problemas descritos acima, e um objetivo da presente invenção é fornecer um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa com eficiência realçada da instalação, um método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matéria-prima de biomassa, e um método para produzir um álcool usando uma matéria-prima de biomassa.
Solução para o Problema
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4/41 [012]De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção de modo a resolver os problemas acima, é fornecido um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa, incluindo: uma unidade de fornecimento de biomassa que fornece uma matéria-prima de biomassa contendo celulose, hemiceluloses, e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada; uma unidade de decomposição hidrotérmica que decompõe hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa por água quente pressurizada, e dissolve componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada; uma unidade de descarga de fração sólida de biomassa que descarrega uma fração sólida de biomassa da unidade de decomposição hidrotérmica; e um tanque de liquefação enzimática que está em conexão com a unidade de descarga de fração sólida de biomassa, e em que a fração sólida de biomassa descarregada é introduzida, e ao mesmo tempo, uma enzima é fornecida à fração sólida de biomassa para liquefazer a fração sólida de biomassa.
[013]De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o primeiro aspecto, em que a unidade de decomposição hidrotérmica transporta a matériaprima de biomassa que foi fornecida do lado de uma extremidade do corpo principal do aparelho para o lado da outra extremidade do corpo principal do aparelho por um meio de transporte dentro do corpo principal do aparelho, fornece água quente pressurizada do lado de uma extremidade diferente do sítio de fornecimento da matéria-prima de biomassa para o interior do corpo principal do aparelho, decompõe hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa levando-se à matéria-prima de biomassa e a água quente pressurizada em contato em contracorrente, transfere componentes solúveis em água quente em um líquido de descarga de água quente, que é água quente pressurizada a ser descarregada, e separa componentes de lignina e componentes de hemicelulose da matéria-prima de biomassa.
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5/41 [014]De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o primeiro ou segundo aspecto, incluindo ainda um primeiro tanque de sacarificação que sacarifica a fração sólida de biomassa que foi liquefeita no tanque de liquefação enzimática.
[015]De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com qualquer um do primeiro a terceiro aspectos, incluindo ainda um segundo tanque de sacarificação que sacarifica um líquido de descarga de água quente produzido da unidade de decomposição hidrotérmica.
[016]De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o terceiro aspecto, incluindo ainda: um primeiro aparelho de separação sólido-líquido que separa uma fração sólida da solução de sacarídeo obtida depois da sacarificação no primeiro tanque de sacarificação; e um primeiro aparelho de separação de água que remove a água da solução de sacarídeo obtida depois da separação de sólido.
[017]De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o quarto aspecto, incluindo ainda: um segundo aparelho de separação sólido-líquido que separa uma fração sólida da solução de sacarídeo obtida depois da sacarificação no segundo tanque de sacarificação; e um segundo aparelho de separação de água que remove a água da solução de sacarídeo obtida depois da separação de sólido.
[018]De acordo com um sétimo aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o primeiro aspecto, em que o sistema compreende ainda uma linha de entrada de líquido de descarga de água quente que introduz um líquido de descarga de água quente incluindo uma fração solúvel em água quente de biomassa, que é descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica, para o tanque de liquefação enzimática, e a
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6/41 fração sólida de biomassa liquefeita é misturada com um líquido de descarga de água quente para obter um produto de liquefação misto.
[019]De acordo com um oitavo aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o sétimo aspecto, em que um filtro é interposto na linha de entrada de líquido de descarga de água quente.
[020]De acordo com um nono aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o sétimo aspecto, em que um meio de resfriamento é interposto na linha de entrada de líquido de descarga.
[021]De acordo com um décimo aspecto da presente invenção, é fornecido o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o sétimo aspecto, incluindo ainda um tanque de sacarificação que realiza sacarificação usando um produto de liquefação misto liquefeito no tanque de sacarificação enzimática.
[022]De acordo com um décimo primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o décimo aspecto, incluindo ainda: um aparelho de separação sólido-líquido que separa uma fração sólida da solução de sacarídeo obtida depois da sacarificação no tanque de sacarificação; e um aparelho de separação de água que remove a água da solução de sacarídeo obtida depois da separação de sólido.
[023]De acordo com um décimo segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matériaprima de biomassa, o método incluindo: fornecer uma matéria-prima de biomassa contendo celulose, hemiceluloses e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada, decompor hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa por uma unidade de decomposição hidrotérmica usando água quente
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7/41 pressurizada, dissolver componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada, subsequentemente introduzir uma enzima a uma fração sólida de biomassa descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica, liquefazer a fração sólida de biomassa em um tanque de liquefação enzimática que está em conexão com a unidade de decomposição hidrotérmica, subsequentemente submeter a fração sólida de biomassa liquefeita à monossacarificação por uma enzima, e produzir uma solução de sacarídeo de monossacarídeos.
[024]De acordo com um décimo terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido o método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matériaprima de biomassa de acordo com o décimo segundo aspecto, em que a liquefação enzimática da fração sólida de biomassa é realizada sob condições pressurizadas, e a fração sólida de biomassa liquefeita é descarregada e é submetida à monossacarificação enzimática sob condições de pressão normal.
[025]De acordo com um décimo quarto aspecto da presente invenção, é fornecido o método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matériaprima de biomassa de acordo com o décimo segundo aspecto, em que um produto de liquefação misto é obtido, enquanto um líquido de descarga de água quente incluindo uma fração solúvel em água quente de biomassa descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica é introduzido no tanque de liquefação enzimática.
[026]De acordo com um décimo quinto aspecto da presente invenção, é fornecido o método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matériaprima de biomassa de acordo com o décimo quarto aspecto, em que a produção da solução de sacarídeo de monossacarídeos é realizada realizando-se sacarificação enzimática sob condições de pressão normal.
[027]De acordo com um décimo sexto aspecto da presente invenção, é fornecido um método para produzir um álcool, o método incluindo realizar fermentação de álcool usando a solução de sacarídeo obtida pelo método para
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8/41 produzir uma solução de sacarídeo usando uma matéria-prima de biomassa de acordo com qualquer um do décimo segundo ao décimo quinto aspectos, e desse modo produzir um álcool.
Efeitos Vantajosos da Invenção [028]De acordo com a presente invenção, uma enzima é fornecida, em uma unidade de decomposição hidrotérmica, a uma fração sólida de biomassa obtida dissolvendo-se componentes de lignina e componentes de hemicelulose em água quente pressurizada, a fração sólida de biomassa é liquefeita, e o material liquefeito torna-se um selo líquido, de modo que a efluência do gás pressurizante na unidade de decomposição hidrotérmica possa ser impedida.
[029]Além disso, visto que não é necessário formar a pasta fluida fornecendo-se água do exterior, a quantidade de água introduzida quando um tratamento de empastamento é conduzido é reduzida, e um realce da eficiência da instalação pode ser promovida.
Breve Descrição dos Desenhos [030]A FIG. 1 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com uma primeira forma de realização.
[031]A FIG. 2 é um diagrama de contorno de um outro sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a primeira forma de realização.
[032]A FIG. 3 é um diagrama de contorno de um outro sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a primeira forma de realização.
[033]A FIG. 4 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com uma segunda forma de realização.
[034]A FIG. 5 é um diagrama de contorno de um outro sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a segunda forma de
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9/41 realização.
[035]A FIG. 6 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com uma terceira forma de realização.
[036]A FIG. 7 é um diagrama de contorno de um outro sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a terceira forma de realização.
[037]A FIG. 8 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com uma quarta forma de realização.
[038]A FIG. 9 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com uma quinta forma de realização.
[039]A FIG. 10 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com uma sexta forma de realização.
[040]A FIG. 11 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com uma sétima forma de realização.
[041]A FIG. 12 é um diagrama esquemático de um aparelho de decomposição hidrotérmica do tipo vertical que decompõe hidrotermicamente a biomassa com água quente.
[042]A FIG. 13 é um diagrama que ilustra o estado de decomposição da biomassa por água quente.
[043]A FIG. 14 é um diagrama esquemático de um processo de sacarificação de liquefação de uma fração sólida de biomassa por uma enzima e monossacarificação.
Descrição das Formas de Realização [044]Em seguida, esta invenção será descrita em detalhe com referência aos desenhos. Entretanto, esta invenção não é intencionada a ser limitada por estas formas de realização. Também, os elementos constituintes nas formas de realização descritas abaixo incluem elementos que são facilmente concebidos por uma pessoa
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10/41 comumente habilitada na técnica, ou elementos que são substancialmente equivalentes a estes.
[Primeira forma de realização] [045]O sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção será descrito com referência aos desenhos.
[046]A FIG. 1 é um diagrama de contorno de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa relacionado à primeira forma de realização. As FIGS. 2 e 3 são diagramas de contorno de outros sistemas de decomposição hidrotérmica de biomassa relacionados à primeira forma de realização.
[047]Primeiro, como ilustrado na FIG. 1, um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10A de acordo com a presente forma de realização inclui: uma unidade de fornecimento de biomassa 12 que fornece uma matéria-prima de biomassa 11 contendo celulose, hemiceluloses e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão elevada; uma unidade de decomposição hidrotérmica 17 que decompõe hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa 11 usando água quente pressurizada (em seguida, também referida como “água quente”) 15, e dissolvendo componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada 15; uma unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18 que descarrega uma fração sólida de biomassa 20 da unidade de decomposição hidrotérmica 17; um tanque de liquefação enzimática 21 que está em conexão com a unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18, e à qual a fração sólida de biomassa descarregada 20 é alimentada, e ao mesmo tempo, uma enzima 30 é fornecida à fração sólida de biomassa 20 para liquefazer a fração sólida de biomassa 20; e uma unidade de descarga 23 que descarrega a fração sólida de biomassa liquefeita 24 em uma pressão variando de uma pressão elevada à pressão normal.
[048]Com respeito à unidade de decomposição hidrotérmica 17, um aparelho
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11/41 de tratamento hidrotérmico conhecido que decompõe a matéria-prima de biomassa 11 sob condições de temperatura alta e pressão alta pode ser usado. Um exemplo do sistema de decomposição hidrotérmica será explicado usando a FIG. 1, mas a presente invenção não é intencionada a ser limitada a este sistema de decomposição hidrotérmica.
[049]Como ilustrado na FIG. 1, no sistema de decomposição hidrotérmica relacionado à presente forma de realização, a matéria-prima de biomassa 11 fornecida à unidade de decomposição hidrotérmica 17 é transportada da parte inferior para a parte superior dentro de um corpo principal do aparelho 13 por um primeiro meio de rosca 14, que é um meio de transporte, e também, a água quente pressurizada 15 é fornecida de um lado na parte superior diferente do sítio de fornecimento para a matéria-prima de biomassa 11, para o interior do corpo principal do aparelho [050]Assim, a matéria-prima de biomassa 11 é hidrotermicamente decomposta enquanto a água quente pressurizada 15 é levada em contato em contracorrente com a matéria-prima, e componentes solúveis em água quente (componentes de lignina e componentes de hemicelulose) são transferidos em um líquido de descarga de água quente 16, que é a água quente pressurizada a ser descarregada. Assim, componentes de lignina e componentes de hemicelulose são separados da matéria-prima de biomassa 11 no sistema de decomposição hidrotérmica.
[051]Aqui, com respeito ao meio de transporte, um meio de rosca é tomado como um exemplo na presente forma de realização. Entretanto, isto não é limitado ao meio de rosca contanto que ele seja capaz de transportar a fração sólida de biomassa 20 da parte inferior para a parte superior, e por exemplo, um método de extrusar lentamente a fração sólida de biomassa por enchimento por compactação pode ser usado.
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12/41 [052]Além disso, na presente forma de realização, a fração sólida de biomassa 20 é transportada por um meio de transporte do lado inferior de uma extremidade do aparelho para o lado superior da outra extremidade, e também, água quente é fornecida do lado superior da outra extremidade. Entretanto, a presente invenção não é limitada a isto, e também é aceitável fornecer a fração sólida de biomassa 20 do lado superior e fornecer água quente do lado inferior de modo a levar os componentes em contato em contracorrente.
[053]Na presente forma de realização, a fração sólida de biomassa descarregada 20 é parcialmente liquefeita pela enzima 30 que foi alimentada no tanque de liquefação enzimática 21, e uma superfície líquida é formada. Portanto, a selagem líquida intencionada para impedir o vazamento de nitrogênio pressurizado 25 para pressurização é permitida.
[054]Além disso, de modo a realizar a reação enzimática suavemente, como pode ser observado a partir de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10B relacionado à forma de realização ilustrada na FIG. 2, o tanque de liquefação enzimática 21 pode ser fornecido com um meio de resfriamento 26. Entretanto, no caso de usar uma enzima que é resistente à temperatura alta, o meio de resfriamento pode ser desnecessário. Com respeito ao meio de resfriamento 26, o interior do tanque de liquefação enzimática 21 pode ser resfriado até uma temperatura na qual a enzima exibe seu desempenho, em qualquer um ou tanto no lado externo quanto no lado interno do tanque de liquefação enzimática 21.
[055]Também, quando resfriamento é realizado com o meio de resfriamento 26, a decomposição excessiva de hemiceluloses (temperatura de início da decomposição: cerca de 140 °C a 180 °C) contida na água incluída na fração sólida de biomassa 20 pode ser suprimida.
[056]Por esta razão, como pode ser observado a partir de um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10C relacionado à forma de realização
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13/41 ilustrada na FIG. 3, água 32 pode ser separadamente fornecida ao tanque de liquefação enzimática 21 para resfriar o interior deste, e também para ajustar o teor de água na fração sólida de biomassa liquefeita 24. Neste caso, com respeito à água 32 a ser fornecida, por exemplo, água que é convencionalmente usada na faixa de 0 °C a 60 °C (por exemplo, água pura, água industrial, ou água que foi obtida resfriando-se água pura, água industrial ou semelhantes utilizando água de torre de resfriamento, água do resfriador ou semelhantes), e semelhantes pode ser usada. Além disso, a água separada do sistema também pode ser reciclada e reutilizada.
[057]Aqui, na FIG. 1, o numeral de referência 18a representa uma passagem que comunica a unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18 com o tanque de liquefação enzimática 21; representa um meio de agitação que agita o interior do tanque de liquefação enzimática 21; 13a representa a interface de gás-líquido da unidade de decomposição hidrotérmica 17; 21a representa a interface de gás-líquido do tanque de liquefação enzimática 21; L1 representa uma linha de descarga; M1 representa um motor que aciona o primeiro meio de rosca 14; e M2 representa um motor que aciona o meio de agitação 22.
[058]Em seguida, um esboço da decomposição hidrotérmica da matériaprima de biomassa 11 pela unidade de decomposição hidrotérmica 17 será explicado. A FIG. 12 é um diagrama esquemático de um aparelho de decomposição hidrotérmica do tipo vertical que decompõe hidrotermicamente a biomassa com água quente, e FIG. 13 é um diagrama que ilustra o estado da decomposição de biomassa por água quente.
[059]Na unidade de decomposição hidrotérmica 17, a matéria-prima de biomassa 11 e água quente pressurizada 15 são fornecidas para serem levadas em contato em contracorrente, e são desse modo submetidas a uma reação hidrotérmica por troca de calor interno. A FIG. 12 mostra uma região de contato em contracorrente X e uma região que não de contato em contracorrente Y, e a região
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14/41 que não de contato em contracorrente Y está em um estado de temperatura alta e pressão alta. Assim, mesmo na região que não de contato em contracorrente Y, a reação de decomposição hidrotérmica da fração sólida de biomassa 20 procede, e ocasionalmente, decomposição excessiva ocorre.
[060]Como ilustrado na FIG. 12, no aparelho de decomposição hidrotérmica do tipo vertical, a matéria-prima de biomassa (sólida) 11 é fornecida para o interior do corpo principal do aparelho 13 a partir do lado inferior, e é transportada para o lado superior pelo primeiro meio de rosca 14 fornecido dentro do corpo principal do aparelho 13. A fração sólida de biomassa (fração insolúvel em água quente) 20 é deixada cair do lado superior através da unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18 em um líquido 21b no tanque de liquefação enzimática 21, que é formado quando a enzima 30 é fornecida.
[061]Como ilustrado na FIG. 13, a matéria-prima de biomassa (matéria-prima celulósica) 11 inclui hemiceluloses e lignina além de celulose. Especificamente, a matéria-prima de biomassa 11 tem uma estrutura em que a celulose é empacotada por hemicelulose, e lignina é aderida à esta.
[062]Depois da decomposição hidrotérmica, a biomassa pode ser dividida em uma fração insolúvel em água quente (fração sólida) e uma fração solúvel em água quente. A fração insolúvel em água quente (fração sólida de biomassa 20) é principalmente composta de celulose (matéria-prima de sacarídeos C6), e a fração solúvel em água quente (líquido de descarga de água quente 16) é principalmente composta de hemiceluloses (matéria-prima de sacarídeos C5). Sacarídeos podem ser obtidos sacarificando-se as frações respectivas por meio de enzimas.
[063]Portanto, a matéria-prima de biomassa 11 é hidrotermicamente decomposta por água quente pressurizada 15 em uma faixa de temperatura de temperatura altas (180 °C a 240 °C), e hemiceluloses são decompostas e dissolvidas no lado de água quente, enquanto lignina também é decomposta e
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15/41 dissolvida ao mesmo tempo. Como um resultado, hemiceluloses e semelhantes são dissolvidas no lado de água quente.
[064]No estado de hemiceluloses solubilizadas em água quente depois de serem solubilizadas por água quente, a decomposição excessiva ocorre em uma faixa de temperatura de 140 °C ou mais alta.
[065]Esta decomposição excessiva de hemiceluloses causa uma diminuição no rendimento de hemiceluloses que tornam-se uma matéria-prima de sacarídeos C5. Portanto, é necessário suprimir a decomposição excessiva das hemiceluloses da fração solúvel em água quente.
[066]Além disso, visto que a incorporação de produtos de decomposição excessiva em água quente é causativa de inibição da reação no processo de sacarificação por uma enzima e no processo de fermentação tal como fermentação de álcool nas instalações do lado a jusante, também é necessário inibir a geração destas substâncias de inibição.
[067]Na FIG. 1, a unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18 é fornecida com um segundo meio de rosca que não é descrito no diagrama, e o segundo meio de rosca lentamente descarrega a fração sólida de biomassa 20, que constitui a fração insolúvel em água quente que foi transportada da parte inferior para a parte superior pelo primeiro meio de rosca 14, para o tanque de liquefação enzimática 21. Depois, a fração sólida de biomassa descarregada 20 é sequencialmente deixada cair da passagem 18a no líquido 21b, e liquefação é acelerada por agitação do meio de agitação 22 fornecido dentro do tanque de liquefação enzimática 21.
[068]A FIG. 14 é um diagrama esquemático do processo de sacarificação de liquefação e monossacarificação da fração sólida de biomassa por uma enzima. Um esboço do processo de sacarificação será explicado com base em 14.
[069]Como ilustrado na FIG. 14, a fração sólida de biomassa 20
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16/41 descarregada da unidade de descarga de fração sólida de biomassa 18 está na forma de oligômeros de peso molecular alto. Estes oligômeros de peso molecular alto são moderadamente solúveis.
[070]Quando uma enzima é adicionada a estes oligômeros de peso molecular alto, uma porção dos oligômeros de peso molecular alto é decomposta a oligômeros de peso molecular baixo, que são solúveis na água incluída na fração sólida de biomassa 20. A biomassa agora está na forma de biomassa liquefeita, e está em uma forma de pasta fluida.
[071]Depois, quando estes oligômeros de peso molecular baixo são submetidos ainda à sacarificação enzimática com o passar do tempo, os oligômeros tornam-se monossacarídeos.
[072]Portanto, o processo de sacarificação é uma combinação deste processo de liquefação e um processo de monossacarificação.
[073]Aqui, na presente forma de realização, visto que o tanque de liquefação enzimática 21 é sob condições pressurizadas, um reator de pressão resistente à pressão é usado como o tanque.
[074]Visto que este reator de pressão requer custo de produção, usando um reator de pressão de capacidade grande necessário para sacarificação envolve custo. Portanto, no reator de pressão, apenas o processo de liquefação requer condições pressurizadas, e o processo de liquefação é concluído dentro de 1 a 3 horas. Depois da conclusão do processo de liquefação, o produto é descarregado sob condições pressurizadas a condições de pressão normal através de uma unidade de descarga 23 fornecida na adjacência do fundo do tanque de liquefação enzimática 21.
[075]Depois, um tratamento de sacarificação é realizado, por exemplo, por 47 a 71 horas usando um tanque de sacarificação sob condições de pressão normal, e a monossacarificação é realizada. Assim, hexoses são obtidas de celulose na
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17/41 fração sólida de biomassa 20.
[076]Entretanto, o tempo do processo de sacarificação é apenas um exemplo, e o tempo é apropriadamente ajustado dependendo das condições de sacarificação (temperatura, tipo de enzima, e semelhantes).
[077]Além disso, quando a fração sólida de biomassa 20 é deixada cair no líquido 2lb no tanque de liquefação enzimática 21, a fração sólida de biomassa 20 é resfriada por troca de calor direta com o líquido 21b. Como um resultado, a decomposição excessiva de hemiceluloses residuais, lignina residual, e celulose como o componente principal pela água quente incluída na fração sólida de biomassa 20 é suprimida.
[078]Sob esse aspecto, na atmosfera gasosa no lado superior da interface de gás-líquido 13a da unidade de decomposição hidrotérmica 17, a fração sólida de biomassa 20 é exposta acima da superfície líquida de água quente (interface de gáslíquido 13a) pelo primeiro meio de rosca 14.
[079]Entretanto, visto que a reação ainda procede em um estado de temperatura alta e pressão alta devido à presença da água quente pressurizada 15 incluída na fração sólida de biomassa 20, a reação pode ser terminada alimentandose a fração sólida de biomassa 20 no líquido 21b no tanque de liquefação enzimática 21.
[080]Através deste término da reação, a decomposição excessiva de hemiceluloses residuais, lignina residual, e celulose como o componente principal é suprimida. Assim, a decomposição excessiva da fração de celulose é suprimida, a razão de recuperação desta é realçada, e também, a produção de componentes inibidores de reação no lado a jusante é suprimida.
[081]Além disso, visto que a enzima 30 é fornecida no tanque de liquefação enzimática 21, e o líquido 21b existe como um resultado da liquefação pela enzima, a selagem líquida é obtida na interface de gás-líquido 13a da unidade de
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18/41 decomposição hidrotérmica 17 e na interface de gás-líquido 21a do tanque de liquefação enzimática 21. Desse modo, impedido é o vazamento de nitrogênio pressurizado 25, que é um gás para pressurização (por exemplo, nitrogênio pressurizado ou ar pressurizado). Desse modo, a perda acompanhada por vazamento de gás é perdida, e a redução do custo operacional aplicável ao gás para pressurização pode ser promovida em grande parte. Entretanto, o tanque de liquefação enzimática 21 é fornecido com uma válvula de segurança ou uma passagem de afluência para o nitrogênio pressurizado 25, ambas as quais não são mostradas no diagrama.
[082]Além disso, a fluidificação é permitida liquefazendo-se enzimaticamente a fração sólida de biomassa 20 e desse modo convertendo-se uma porção desta a oligômeros de peso molecular baixo. Assim, o mecanismo de descarga no momento de descarregar a fração sólida de biomassa 20 do tanque de liquefação enzimática 21 para o exterior é simplificado. Isto é, se a fração sólida de biomassa 20 está em um estado de temperatura alta, é necessário usar, por exemplo, materiais altamente caros para os materiais do mecanismo de descarga. Entretanto, visto que a fração sólida de biomassa é resfriada no tanque de liquefação enzimática 21, aço inoxidável barato, uma resina ou semelhantes podem ser usados para o material da unidade de descarga 23 que é fornecida no lado de descarga. Com respeito a esta unidade de descarga 23, por exemplo, um alimentador rotativo ou uma válvula de ajuste de taxa de fluxo podem ser usados.
[083]Além disso, visto que a fração sólida de biomassa 20 tem uma porosidade alta e uma densidade volumétrica pequena, a capacidade de manejo desta enquanto sendo sólida foi complicada. Entretanto, a liquefação enzimática agora permite a promoção da redução de volume, e a capacidade de manejo é facilitada.
[084]Isto é, antes de ser adicionada ao líquido 21b, a fração sólida de
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19/41 biomassa 20 está em um assim chamado estado de torta ou estado de esponja, com uma proporção alta ocupada por um gás para pressurização, uma porosidade alta, e uma densidade volumétrica pequena tal como 0,5 g/cc ou menos. Quando esta é enzimaticamente liquefeita, a porosidade é diminuída, e a redução de volume é promovida.
[085]Além disso, como a fração sólida de biomassa 20 é enzimaticamente liquefeita para ser empastada, a fluidificação é permitida, e o manejo nos processos subsequentes é tornado mais fácil.
[086]Além disso, quando o empastamento para realce da fluidez foi realizado no passado, foi necessário introduzir uma quantidade grande de água do exterior, e a quantidade de água a ser introduzida foi cerca de 20 vezes o peso da biomassa, de modo que a concentração da solução de sacarídeo obtenível desta foi baixa.
[087]Ao contrário, na presente invenção, como uma porção da fração sólida de biomassa 20 é imediatamente liquefeita pela enzima 30 no tanque de liquefação enzimática 21 que é um reator de pressão, a quantidade de água necessária para tal pode ser suprimida até cerca de 4 vezes o peso da biomassa, e a concentração da solução de sacarídeo pode ser aumentada consequentemente.
[088]Na “Tabela 1” descrita abaixo, uma comparação é feita entre o produto da presente invenção e um produto convencional em termos do relacionamento entre as quantidades da fração sólida de biomassa e água, e a concentração de sacarídeo. Entretanto, este Exemplo Comparativo é apenas para propósitos ilustrativos, e visto que a relação varia dependendo do tipo da matéria-prima de biomassa, a presente invenção não é intencionada a ser limitada a isto.
Tabela 1 [Exemplo]
Fração sólida Água Concentração
de sacarídeo
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20/41
Produto da 0,5 (Fração de sacarídeo) 4 10 %
Invenção 0,5 (Exceto sacarídeos)
Produto 0,5 (Fração de sacarídeo) 20 2,5 %
convencional 0,5 (Exceto sacarídeos)
[089]Como indicado na Tabela 1, quanto ao produto da invenção, a quantidade da fração de água atinge apenas 1/5 (4/20) do produto convencional como um resultado da liquefação enzimática, e a concentração de sacarídeo pode ser ajustada para 10 %. Isto permite obter uma solução de sacarídeo tendo uma concentração quatro vezes mais alta do que a concentração de 2,5 % no caso de empastamento convencional. Também, quando a quantidade de fração de água incluída na fração sólida de biomassa 20 é reduzida, uma solução de sacarídeo mais concentrada pode ser obtida.
[090]Como o resultado, a quantidade de água que é separada por separação sólido-líquido no processo de sacarificação também é pequena, e a eficiência da instalação é aumentada. Também, a redução em grande parte da quantidade de água efluente no caso de submeter a água separada a um tratamento com efluente separado pode ser promovida.
[091]Além disso, embora o tanque de liquefação enzimática 21 seja fornecido com o meio de agitação 22, a presente invenção não é intencionada a ser limitada a isto, e por exemplo, a agitação também pode ser realizada com um meio de circulação induzido por uma bomba, ou semelhantes.
[092]Também, na presente forma de realização, o tanque de liquefação enzimática 21 é fornecido com um medidor de pH 31.
[093]Fornecendo-se este medidor de pH 31, o pH do líquido no tanque de liquefação enzimática 21 pode ser medido, de modo que a liquefação possa ser realizada eficientemente ajustando-se o pH do líquido no tanque de liquefação
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21/41 enzimática 21 ao pH no qual a enzima eficientemente exibe uma capacidade de sacarificação, adicionando-se um ácido ou um álcali ao tanque de liquefação enzimática 21.
[094]Além disso, fornecendo-se o medidor de pH 31, a presença de ácidos orgânicos remanescente na fração sólida de biomassa semelhante à pasta fluida 24 pode ser verificada.
[095]Desse modo, o estado de geração de ácidos orgânicos (por exemplo, ácido acético) produzidos por decomposição hidrotérmica pode ser monitorado.
[096]Além disso, quando o pH do líquido no tanque de liquefação enzimática 21 é significantemente diminuído, pode ser considerado que ácidos orgânicos (ácido acético e semelhantes) são gerados por decomposição hidrotérmica.
[097]Assim, é desejável realizar o controle de temperatura da água quente pressurizada da unidade de decomposição hidrotérmica 17.
[098]Além disso, o controle da reação de decomposição hidrotérmica também pode ser realizado medindo-se o pH com o medidor de pH 31, e assim controlando-se a quantidade da água quente pressurizada fornecida.
[099]Outros exemplos do método para o controle da unidade de decomposição hidrotérmica 17 com base no pH incluem um método de controlar a reação de decomposição hidrotérmica pelo controle (tempo de reação) da quantidade da matéria-prima de biomassa 11 fornecida; um método de controlar a reação de decomposição hidrotérmica controlando-se a velocidade de raspagem (tempo de reação) da matéria-prima de biomassa 11 pelo primeiro meio de rosca 14; um método de controlar a reação de decomposição hidrotérmica controlando-se o nível de líquido (tempo de reação) da interface de gás-líquido 13a do corpo principal do aparelho 13; e um método de controlar a reação de decomposição hidrotérmica controlando-se a quantidade de descarga do líquido de descarga de água quente 16 (tempo de reação).
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22/41 [0100]Aqui, a biomassa fornecida à unidade de decomposição hidrotérmica 17 não é particularmente limitada, e refere-se a qualquer organismo vivo, ou acúmulo de materiais orgânicos derivados de organismos vivos, que foi incorporado no sistema de circulação de material da biosfera global (ver JIS K 3600 1258). Entretanto, na presente invenção, é preferível usar, em particular, fontes com base em celulose de madeira, por exemplo, fontes de celulose com base em madeira dura e celulose herbácea, resíduos agrícolas, resíduos de alimentos e semelhantes.
[0101]O tamanho de partícula da matéria-prima de biomassa 11 não é particularmente limitado, mas é preferível moer a matéria-prima de biomassa a um tamanho de 5 mm ou menos.
[0102]Na presente forma de realização, antes do fornecimento da biomassa, a matéria-prima de biomassa pode ser pré-tratada usando, por exemplo, um aparelho de moagem como um aparelho de pré-tratamento. Também, a matériaprima de biomassa pode ser lavada com um aparelho de lavagem.
[0103]Quando a matéria-prima de biomassa 11 é, por exemplo, casca ou semelhantes, a matéria-prima pode ser fornecida diretamente à unidade de fornecimento de biomassa 12 sem ser tratada por moagem.
[0104]Além disso, a temperatura de reação na unidade de decomposição hidrotérmica 17 é preferivelmente ajustada à faixa de 140 °C a 240 °C. Ainda mais preferivelmente, a temperatura de reação é ajustada a 180 °C a 230 °C.
[0105]Isto é porque em uma temperatura baixa abaixo de 140 °C, a taxa de decomposição hidrotérmica é baixa, um tempo de decomposição longo é necessário, e isto leva a um aumento no tamanho do aparelho, o que não é preferível. Por outro lado, isto é porque em uma temperatura acima de 240 °C, a taxa de decomposição torna-se excessivamente alta, a transição dos componentes de celulose do lado sólido para o lado líquido é aumentada, e também, a decomposição excessiva de sacarídeos com base em hemicelulose é acelerada, o que não é preferível.
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23/41 [0106]Além disso, componentes de hemicelulose dissolvem perto de cerca de 140 °C, a celulose dissolve perto de cerca de 230 °C, e os componentes de lignina dissolvem perto de 140 °C; assim, é desejável ajustar a temperatura de reação à faixa de 180 °C a 230 °C, em que a celulose é deixada no lado da fração sólida, enquanto os componentes de hemicelulose e componentes de lignina têm taxas de decomposição suficientes.
[0107]Com respeito à pressão de reação, é preferível adicionar uma pressão de apenas 0,1 a 0,5 MPa à pressão de vapor saturado de água nas respectivas temperaturas da temperatura de reação do corpo principal do aparelho 13 (180 °C a 240 °C) .
[0108]Também, o tempo de reação é preferivelmente ajustado para 20 minutos ou menos, ou para 3 minutos a 10 minutos. Isto é porque se a reação for realizada por muito tempo, a proporção de produtos superdecompostos é aumentada, o que não é preferível.
[0109]Exemplos da unidade de fornecimento de biomassa 12 que fornece em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada incluem meios tais como uma rosca, uma bomba de êmbolo, e uma bomba de pasta fluida.
[0110]Também, com respeito ao aparelho de decomposição hidrotérmica, um aparelho do tipo vertical é usado na presente forma de realização; entretanto, a presente invenção não é intencionada a ser limitada a isto, e um aparelho de decomposição hidrotérmica do tipo inclinado tendo uma interface de gás-líquido 13a também pode ser usado.
[0111]Aqui, um aparelho de decomposição hidrotérmica do tipo inclinado ou do tipo vertical é usado porque o gás gerado na reação de decomposição hidrotérmica, o gás levado em com a matéria-prima, e semelhantes pode escapar rapidamente do lado superior, o que é preferível. Também, visto que o produto de decomposição é extraído usando água quente pressurizada 15, a concentração do
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24/41 extrato aumenta do lado superior para o lado inferior, o que é preferível devido à eficiência de extração.
[0112]Como debatido acima, de acordo com a presente forma de realização, quando um componente principal de celulose e componentes de hemicelulose de uma matéria-prima de biomassa são submetidos a um tratamento de decomposição no estado de contato de sólido-líquido, e a fração sólida de biomassa 20 como um produto de decomposição desta é fornecido para o interior do tanque de liquefação enzimática 21 para ser enzimaticamente liquefeito, a fração sólida de biomassa 20 é liquefeita, e o produto de liquefação torna-se um selo líquido. Assim, a efluência de um gás para pressurização pode ser impedida.
[0113]Além disso, visto que não é necessário fornecer uma quantidade grande de água do exterior para converter a fração sólida de biomassa em pasta fluida, a quantidade de água introduzida no momento do empastamento é reduzida. Assim, um aumento na eficiência da instalação pode ser promovido.
[0114]A presente forma de realização foi explicada usando um aparelho de decomposição hidrotérmica como uma unidade de tratamento de biomassa que realiza um tratamento de decomposição de biomassa.
[0115]Entretanto, a presente invenção não é limitada a isto, e por exemplo, qualquer uma de uma unidade de tratamento de biomassa de tratamento de decomposição de álcali (por exemplo, decomposição com base na utilização de hidróxido de sódio, cal extinta, ou amônia) ou uma unidade de tratamento de biomassa de tratamento de decomposição ácida (decomposição por um ácido sulfúrico diluído ou semelhantes) pode ser aplicada a um sistema em que uma interface de gás-líquido é fornecida, e quando a fração sólida de biomassa depois do tratamento é descarregada da unidade de tratamento de biomassa em um estado sólido, a fração sólida de biomassa tratada 20 é convertida à pasta fluida instalandose um tanque de sacarificação enzimática 21 ao qual uma enzima 30 é adicionada, e
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25/41 a pasta fluida é descarregada através de um mecanismo de descarga em uma pressão variando de uma pressão adicionada à pressão normal.
[Segunda forma de realização] [0116]Em seguida, uma outra forma de realização do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção será descrita com referência aos desenhos. Entretanto, os mesmos membros como os membros do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa da primeira forma de realização serão designados com os mesmos numerais de referência, e outras explanações destes não serão repetidas aqui.
[0117]A FIG. 4 é um diagrama de contorno que ilustra o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a segunda forma de realização.
[0118]Como pode ser observado a partir da FIG. 4, um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10D inclui, com respeito ao sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10A da primeira forma de realização: um aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo C6 50A que realiza a sacarificação enzimática da fração sólida de biomassa 20 contendo principalmente componente de celulose em hexoses (sacarídeos C6) e semelhantes, e concentra os sacarídeos; e um aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo C5 50B que realiza a sacarificação enzimática do líquido de descarga de água quente 16 contendo principalmente componentes de hemicelulose em pentoses (sacarídeos C5) e semelhantes, e concentra os sacarídeos. Na FIG. 4, o numeral de referência M representa um motor que aciona um meio de agitação, e P representa uma bomba de transporte de líquido.
[0119]Este aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo C6 50A e aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo C5 50B têm um primeiro tanque de sacarificação 52A que submete ainda a fração sólida de biomassa 20 que
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26/41 foi liquefeita no tanque de liquefação enzimática 21, à sacarificação enzimática pela enzima 30, e um segundo tanque de sacarificação 40B que submete o líquido de descarga de água quente 16 da unidade de decomposição hidrotérmica 17 por uma enzima 41, à sacarificação enzimática; um primeiro aparelho de separação sólidolíquido 54A e um segundo aparelho de separação sólido-líquido 54B que separam as frações sólidas de soluções de sacarídeo 53A e 42B depois da sacarificação; e aparelhos de separação de água 56A e 56B tendo membranas de osmose reversa (RO) 56a e 56b, em que a água 57a e 57b é removida das soluções de sacarídeo 53A e 42B separadas do primeiro aparelho de separação sólido-líquido 54A e do segundo aparelho de separação sólido-líquido 54B, e soluções de sacarídeo concentradas 55A e 55B são obtidas.
[0120]O primeiro aparelho de separação sólido-líquido 54A e o segundo aparelho de separação sólido-líquido 54B podem usar, por exemplo, um decantador de rosca, um aparelho de filtração de areia, uma membrana MF e semelhantes, individualmente ou em combinação, e por meio do qual os aparelhos de separação sólido-líquido removem os materiais sólidos e promovem a proteção das membranas RO 56a e 56b. Além disso, usando-se uma membrana de ultrafiltração (membrana UF) no lado a montante das membranas RO 56a e 56b, a proteção das membranas RO 56a e 56b pode ser promovida, e também, a recuperação da enzima é permitida. Assim, a enzima pode ser reciclada.
[0121]Além disso, membranas RO soltas, membranas de nanofiltração (membranas NF) e semelhantes também podem ser usadas para os aparelhos de separação de água 56A e 56B.
[0122]Na presente forma de realização, a enzima 30 é usada tal que uma quantidade necessária de enzima é adicionada ao tanque de liquefação enzimática 21. Portanto, nenhuma enzima é adicionada ao primeiro tanque de sacarificação 52A que realiza a sacarificação enzimática em pressão normal; entretanto, a
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27/41 presente invenção não é limitada a isto.
[0123]Por exemplo, como mostrado em um outro sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10E de acordo com a segunda forma de realização ilustrada na FIG. 5, a enzima 30 pode ser adicionada ao primeiro tanque de sacarificação 52A, e a monossacarificação pode ser promovida sob condições de pressão normal.
[0124]Ao contrário, no sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10D de acordo com a segunda forma de realização ilustrada na FIG. 4, visto que a adição da enzima 30 pode ser realizada em um sítio, a configuração do aparelho é mais simples do que aquela do sistema da FIG. 5.
[0125]Em seguida, a ordem dos processos de tratamento deste aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo C6 50A e aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo C5 50B será explicada.
<Processo de sacarificação enzimática>
[0126]Primeiro, no primeiro tanque de sacarificação 52A, a fração sólida de biomassa liquefeita 24 contendo uma porção de oligômeros de peso molecular baixo é introduzida através de uma linha de descarga L1, a enzima 30 é adicionada ainda à esta, e a sacarificação ocorre como um resultado da reação enzimática para o processo de sacarificação enzimática.
[0127]Por outro lado, no segundo tanque de sacarificação 40B, o líquido de descarga de água quente 16 é introduzido através de uma linha de fornecimento de líquido de descarga de água quente L6, a enzima 41 é adicionada à esta, e a sacarificação ocorre como um resultado da reação enzimática para o processo de sacarificação enzimática.
[0128]Entretanto, visto que os processos seguintes são os mesmo no processo de tratamento de separação sólido-líquido para sacarídeos C6 e sacarídeos C5, o processo de tratamento do aparelho de sacarificação/concentração
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28/41 de sacarídeo C6 50A será explicado.
<Processo de separação sólido-líquido>
[0129]Em seguida, a solução de sacarídeo 53A (42B) é armazenada em um primeiro tanque de solução de sacarídeo 61A (61B), e subsequentemente, um líquido com resíduo sólido 62A (62B) tal como lignina é separado pelo primeiro aparelho de separação sólido-líquido 54A (54B). Posteriormente, a solução de sacarídeo 53A (42B) é armazenada em um segundo tanque de solução de sacarídeo 63A (63B).
<Processo de concentração de sacarídeo>
[0130]Em seguida, a solução de sacarídeo 53A (42B) é tratada removendose a água 57a (57b) desta pelo aparelho de separação de água 56A (56B) incluindo a membrana RO 56a (56b), e assim uma solução de sacarídeo concentrada 55A (55B) é obtida.
[0131]Esta solução de sacarídeo concentrada 55A (55B) serve como várias matérias-primas orgânicas no tratamento de fermentação de processos subsequentes que não são mostrados no diagrama.
[0132]Visto que a fração sólida de biomassa 24 que foi enzimaticamente liquefeita está em uma forma de pasta fluida, agitação, transporte e semelhantes podem ser realizados com operabilidade favorável.
[0133]Além disso, a concentração de sacarídeos pode ser realizada eficientemente por um tratamento de membrana usando várias membranas.
[0134]Também, visto que o líquido com resíduo sólido separado 62A (62B) tal como lignina é altamente calórico, o líquido com resíduo sólido pode ser usado para aplicações de combustível. Também, o líquido com resíduo sólido 62A (62B) tal como lignina, pode ser utilizado em aplicações de fertilizante orgânico ou em aplicações de matéria-prima química (utilização destas como um adesivo para lignina, e semelhantes).
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29/41 [0135]Como tal, o método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matéria-prima de biomassa da presente invenção pode produzir eficientemente uma solução de sacarídeo a partir de uma matéria-prima de biomassa, como ilustrado nas FIGS. 4 e 5, fornecendo-se uma matéria-prima de biomassa 11 contendo celulose, hemiceluloses e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada, decompondo-se hidrotermicamente a matériaprima de biomassa 11 por uma unidade de decomposição hidrotérmica 17 usando água quente pressurizada 15, dissolvendo-se os componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada 15, subsequentemente alimentando-se uma fração sólida de biomassa 20 descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica 17 e uma enzima 30 em um tanque de liquefação enzimática 21 que está em conexão com a unidade de decomposição hidrotérmica 17, obtendo-se uma fração sólida de biomassa semelhante à pasta fluida 24 em que uma porção da fração sólida de biomassa é liquefeita pela enzima, sacarificando-se enzimaticamente a fração sólida de biomassa semelhante à pasta fluida 24 para obter uma solução de sacarídeo 53A, subsequentemente separando-se uma fração sólida, e depois removendo-se a água.
[Terceira forma de realização] [0136]Em seguida, uma outra forma de realização do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção será explicada com referência aos desenhos. Entretanto, os mesmo membros como os membros dos sistemas de decomposição hidrotérmica de biomassa da primeira à terceira formas de realização serão designados com os mesmos numerais de referência, e outras explanações destes não serão repetidas aqui.
[0137]A FIG. 6 é um diagrama de contorno que ilustra o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a terceira forma de realização.
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30/41 [0138]A FIG. 7 é um diagrama de contorno que ilustra um outro sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a terceira forma de realização.
[0139]Como ilustrado na FIG. 6, um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10F inclui, com respeito ao sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10A da primeira forma de realização, uma linha de entrada de líquido de descarga de água quente L11 que introduz o líquido de descarga de água quente 16 contendo uma fração solúvel em água quente de biomassa descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica 17, no tanque de liquefação enzimática 21 ao qual a enzima 30 é adicionada.
[0140]De acordo com a presente forma de realização, o aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo 50B ilustrado na FIG. 4 e FIG. 5 explicado na segunda forma de realização não é necessário, e a configuração do aparelho pode ser simplificada.
[0141]De modo a suprimir a decomposição excessiva de hemiceluloses (temperatura de início da decomposição: cerca de 140 °C a 180 °C) que estão contidas na fração de água incluída na fração sólida de biomassa 20, a temperatura do líquido de descarga de água quente 16 introduzido é opcionalmente diminuída por um meio de resfriamento que não é mostrado no diagrama, de acordo com a temperatura da fração sólida de biomassa 20 ou a capacidade do tanque de liquefação enzimática 21, e pode ser apropriadamente ajustada de modo que a temperatura do líquido do tanque de liquefação enzimática é resfriada para 140 °C ou mais baixo.
[0142]Além disso, o meio de resfriamento 26 fornecido no tanque de liquefação enzimática 21 do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10B anteriormente mencionado como ilustrado na FIG. 2 também pode ser instalado na presente forma de realização.
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31/41 [0143]Na presente forma de realização, a fração sólida de biomassa 20, que é uma fração insolúvel em água quente que serve como uma matéria-prima de hexose, é deixada cair no líquido de descarga 16 contendo uma fração solúvel em água quente de biomassa que serve como uma matéria-prima de pentose, e assim um produto de liquefação misto semelhante à pasta fluida 27 é obtido. Desse modo, o processo de sacarificação pode ser realizado em uma única linha.
[0144]Em seguida, um aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo 50 que realiza sacarificação enzimática usando o produto de liquefação misto 27 e concentrados sacarídeos será explicado usando a FIG. 7.
[0145]A FIG. 7 é um diagrama de contorno que ilustra um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10G de acordo com a terceira forma de realização.
[0146]Como ilustrado na FIG. 7, o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10G é um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa incluindo ainda um aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo 50 com respeito ao sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10F. Este aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo 50 inclui um tanque de sacarificação 52 que submete ainda o produto de liquefação misto 27 tendo uma porção deste sacarificada pela enzima 30, à sacarificação enzimática pela enzima 30; um aparelho de separação sólido-líquido 54 que separa uma fração sólida de uma solução de sacarídeo 53 obtida depois da sacarificação; e um aparelho de separação de água 56 tendo uma membrana de osmose reversa (RO) 56a, em que água 57 é removida da solução de sacarídeo 53 separada no aparelho de separação sólido-líquido 54, e uma solução de sacarídeo concentrada 55 é obtida.
[0147]O aparelho de separação sólido-líquido 54 pode usar, por exemplo, um decantador de rosca, um aparelho de filtração de areia e uma membrana MF, individualmente ou em combinação, e desse modo remove os materiais sólidos e
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32/41 promove a proteção da membrana RO 56a. Além disso, usando-se uma membrana de ultrafiltração (membrana UF) no lado a montante da membrana RO 56a, a proteção da membrana RO pode ser promovida, e também, a recuperação da enzima é permitida. Assim, a enzima pode ser reciclada, [0148]Além disso, uma membrana RO solta, uma membrana de nanofiltração (membrana NF), e semelhantes também podem ser usadas no aparelho de separação de água 56.
[0149]Em seguida, a ordem dos processos de tratamento deste aparelho de sacarificação/concentração de sacarídeo 50 será explicada.
[0150]O produto de liquefação misto 27 é uma mistura da fração sólida de biomassa 20 que é uma fração insolúvel em água quente que serve como uma matéria-prima de hexose, e um líquido de descarga 16 incluindo uma fração solúvel em água quente de biomassa que serve como uma matéria-prima de pentose. Portanto, a sacarificação C6 e a sacarificação C5 procedem na mesma linha.
<Processo de sacarificação enzimática>
[0151]Primeiro, no tanque de sacarificação 52, o produto de liquefação misto 27 tendo uma porção deste sacarificada pela enzima 30 é introduzido através da linha de descarga L1, a enzima 30 é adicionada ainda à esta, e a sacarificação ocorre como um resultado da reação enzimática para o processo de sacarificação enzimática.
[0152]Entretanto, não é necessário adicionar a enzima 30 ao tanque de sacarificação 52, se a enzima for adicionada em uma quantidade necessária ao tanque de liquefação enzimática 21.
<Processo de separação sólido-líquido>
[0153]Em seguida, a solução de sacarídeo 53 é armazenada em um primeiro tanque de solução de sacarídeo 61, e subsequentemente, um líquido com resíduo sólido 62 tal como lignina, é separado pelo aparelho de separação sólido-líquido 54.
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Posteriormente, a solução de sacarideo 53 é armazenada em um segundo tanque de solução de sacarídeo 63. No desenho, numerais de referência L3 e L4 representam linhas de fornecimento de solução de sacarideo que fornecem a solução de sacarídeo 53.
<Processo de concentração de sacarídeo>
[0154]Em seguida, a solução de sacarídeo 53 é tratada removendo-se água 57 desta por um aparelho de separação de água 56 incluindo uma membrana RO 56a, e assim uma solução de sacarídeo concentrada 55 é obtida.
[0155]Esta solução de sacarídeo concentrada 55 serve como várias matérias-primas orgânicas para o tratamento de fermentação de processos subsequentes que não são mostrados no diagrama.
[0156]Na presente forma de realização, visto que a sacarificação é obtida usando o produto de liquefação misto 27, a sacarificação é obtida em uma concentração de substrato baixa, e a sacarificação é permitida em um tempo de reação curto.
[0157]Além disso, visto que o produto de liquefação misto está em uma forma de pasta fluida, agitação, transporte e semelhantes podem ser realizados com operabilidade favorável.
[0158]Também, visto que a sacarificação é obtida em uma concentração de substrato baixa, a redução da quantidade de enzima usada pode ser promovida.
[0159]Além disso, a concentração de sacarídeos pode ser realizada eficientemente por um tratamento de membrana usando várias membranas.
[0160]Também, o líquido com resíduo sólido separado 62 tal como lignina é altamente calórico, o líquido com resíduo sólido pode ser usado para aplicações de combustível. Também, o líquido com resíduo sólido 62 tal como lignina, pode ser utilizado em aplicações de fertilizante orgânico ou em aplicações de matéria-prima química (utilização destas como um adesivo de lignina, e semelhantes).
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34/41 [0161]Como tal, o método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matéria-prima de biomassa da presente invenção pode produzir eficientemente uma solução de sacarídeo 53 a partir de uma matéria-prima de biomassa 11, como ilustrado na FIG. 7 fornecendo-se uma matéria-prima de biomassa 11 contendo celulose, hemiceluloses e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada, decompondo-se hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa 11 por uma unidade de decomposição hidrotérmica 17 usando água quente pressurizada 15, dissolvendo-se componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada 15, subsequentemente alimentando-se a fração sólida de biomassa 20 descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica 17 em um tanque de liquefação enzimática 21 que está em conexão com a unidade de decomposição hidrotérmica 17 e tem uma enzima 30 e um líquido de descarga 16 introduzidos nesta, obtendo-se um produto de liquefação misto 27 em que uma porção da fração sólida de biomassa é liquefeita pela enzima 30, descarregando-se este produto de liquefação misto 27 de um estado pressurizado para um estado de pressão normal, concluindo-se a sacarificação enzimática no tanque de sacarificação 52 para obter uma solução de sacarídeo 53 subsequentemente separando-se uma fração sólida, e depois removendo-se água desta.
[0162]Na presente forma de realização, visto que o líquido de descarga 16 é usado no momento do empastamento no tanque de liquefação enzimática 21, e a introdução de água do exterior pode ser suprimida, a concentração de sacarificação pode ser aumentada até, por exemplo, 1,5 em peso % a 8 em peso %. Como o resultado, o aparelho de concentração da solução de sacarídeo a ser instalado no lado a jusante pode ser desnecessário, ou a compactação do aparelho de concentração da solução de sacarídeo pode ser promovida.
[0163]Como tal, de acordo com a presente forma de realização, quando um
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35/41 componente principal de celulose e componentes de hemicelulose de uma matériaprima de biomassa são submetidos a um tratamento de decomposição no estado de contato de sólido-líquido, e a fração sólida de biomassa 20 como um produto de decomposição deste é alimentada no líquido que foi introduzido em um tanque de liquefação enzimática 21, a fração sólida de biomassa 20 é convertida à pasta fluida, e a pasta fluida torna-se um selo líquido. Assim, a efluência de um gás para pressurização pode ser impedida. Desse modo, a efluência do gás para pressurização (por exemplo, nitrogênio pressurizado ou ar pressurizado) é impedida, e redução em grande parte do custo operacional pode ser promovida.
[0164]Neste momento, visto que o líquido de descarga 16 descarregado da unidade de decomposição hidrotérmica 17 é introduzido no tanque de liquefação enzimática 21, é desnecessário formar a pasta fluida usando água do exterior.
[0165]Além disso, visto que a enzima 30 é introduzida no tanque de liquefação enzimática 21, parcialmente sacarifica em um estado pressurizado, e também, um produto de liquefação misto parcialmente sacarificado 27 é descarregado em uma pressão variando de um estado pressurizado a um estado de pressão normal, e a sacarificação é obtida no tanque de sacarificação 52 em um estado de pressão normal, a eficiência do tratamento de sacarificação é realçada.
[0166]Assim, de acordo com a presente forma de realização, quando o líquido de descarga de água quente 16 é usado sem fornecer água do exterior no momento do empastamento, e também, a liquefação enzimática é realizada usando a enzima 30, a redução em grande parte da quantidade de água consumida na instalação total é permitida, e a redução no custo pode ser promovida.
[0167]Além disso, visto que a sacarificação é obtida usando um produto de liquefação misto 27 obtido misturando-se uma fração sólida de biomassa semelhante à pasta fluida 20 que serve como uma matéria-prima de hexose, e um líquido de descarga de água quente 16 que serve como uma matéria-prima de pentose, um
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36/41 aumento na quantidade absoluta de sacarídeos recuperados de um único tanque de sacarificação enzimática 21 pode ser promovido.
[0168]Além disso, visto que a sacarificação é obtida usando um produto de liquefação misto 27 obtido misturando-se uma fração sólida de biomassa semelhante à pasta fluida 20 que serve como uma matéria-prima de hexose e um líquido de descarga de água quente 16 que serve como uma matéria-prima de pentose, a miscibilidade da enzima e da biomassa é melhorada. Portanto, a enzima trabalha mais eficientemente, a quantidade de enzima consumida na sacarificação pode ser reduzida, e como um resultado, a redução do custo para uso da enzima pode ser promovida.
[0169]Além disso, visto que a sacarificação é obtida usando um produto de liquefação misto 27 obtido misturando-se uma fração sólida de biomassa semelhante à pasta fluida 20 que serve como uma matéria-prima de hexose, e um líquido de descarga de água quente 16 que serve como uma matéria-prima de pentose, a linha de sacarificação não pode ser preparada em um sistema duplo tal como uma linha convencional, e pode ser preparada em uma linha única de um sistema único. Portanto, o processo de sacarificação enzimática é simplificado, e a redução do custo da instalação e do custo operacional pode ser promovida.
[0170]Além disso, visto que a quantidade de água consumida pode ser reduzida, a quantidade de água residual gerada pode ser reduzida, e a redução do custo de tratamento de água residual pode ser promovida.
[Quarta forma de realização] [0171]Em seguida, uma outra forma de realização do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção será explicada com referência aos desenhos. Entretanto, os mesmo membros como os membros do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa da terceira forma de realização serão designados com os mesmos numerais de referência, e outras
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37/41 explanações destes não serão repetidas aqui.
[0172]A FIG. 8 é um diagrama de contorno que ilustra o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a quarta forma de realização.
[0173]Como ilustrado na FIG. 8, um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10H é fornecido com um filtro 71 na linha de entrada de líquido de descarga de água quente L11 com respeito ao sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10G da terceira forma de realização. Instalando-se este filtro 71, uma fração sólida tal como lignina no líquido de descarga de água quente é separada. Desse modo, a inibição da sacarificação por lignina pode ser impedida.
[Quinta forma de realização] [0174]Em seguida, uma outra forma de realização do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa, de acordo com a presente invenção será explicada com referência aos desenhos. Entretanto, os mesmos membros como os membros do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa da terceira forma de realização serão designados com os mesmos numerais de referência, e outras explanações destes não serão repetidas aqui.
[0175]A FIG. 9 é um diagrama de contorno que ilustra o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a quinta forma de realização.
[0176]Como ilustrado na FIG. 9, um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 101 é fornecido com um filtro de membrana de troca de íon 72 na linha de entrada de líquido de descarga de água quente L11 com respeito ao sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10G da terceira forma de realização. Instalando-se este filtro de membrana de troca de íon 72, materiais ácidos solubilizados no líquido de descarga de água quente 16 são removidos por troca de íon. Desse modo, a inibição da sacarificação por materiais ácidos é impedida.
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38/41 [Sexta forma de realização] [0177]Em seguida, uma outra forma de realização do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção será explicada com referência aos desenhos, Entretanto, os mesmos membros como os membros do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa, da terceira forma de realização serão designados com os mesmos numerais de referência, e outras explanações destes não serão repetidas aqui.
[0178]A FIG. 10 é um diagrama de contorno que ilustra o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a sexta forma de realização.
[0179]Como ilustrado na FIG. 10, um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10J inclui uma linha de retorno de água L5 que retorna ainda a água 57 que foi separada do aparelho de separação de água 56 ao tanque de liquefação enzimática 21, com respeito ao sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10G da terceiro forma de realização.
[0180]Além disso, esta linha de retorno de água L5 tem um refrigerador 60 interposto nesta de modo que a água 57 é resfriada até uma temperatura predeterminado e depois é retornada ao tanque de liquefação enzimática 21.
[0181]Desse modo, a água separada 57 pode ser reciclada.
[Sétima forma de realização] [0182]Em seguida, uma outra forma de realização do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção será explicada com referência aos desenhos. Entretanto, os mesmos membros como os membros do sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa da primeira forma de realização serão designados com os mesmos numerais de referência, e outras explanações destes não serão repetidas aqui.
[0183]A FIG. 11 é um diagrama de contorno que ilustra o sistema de
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39/41 decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a sétima forma de realização.
[0184]Como ilustrado na FIG. 11, um sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10K é fornecido ainda com um aparelho de tratamento biológico 61 na linha de retorno de água L5 com respeito ao sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa 10J da sexta forma de realização, de modo que água 57 é biologicamente tratada e depois é retornada ao tanque de liquefação enzimática 21.
[0185]Visto que a água 57 separada pela membrana RO 56a no processo de concentração de sacarídeo contém materiais inibidores de reação (compostos orgânicos de peso molecular baixo), o tratamento pode ser realizado facilmente por um aparelho de tratamento biológico 61. Também, metano pode ser recuperado e utilizado em combustível e semelhantes usando-se, por exemplo, um aparelho de tratamento biológico de fermentação de metano como o aparelho de tratamento biológico 61.
[0186]Como debatido acima, quando o sistema de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção é usado, uma fração sólida de biomassa 20 é enzimaticamente sacarificada, e o manejo desta é tornado mais fácil. Também, a fração sólida de biomassa torna-se apropriada para o processo de sacarificação subsequente, e a produção eficiente de uma solução de sacarídeo (sacarídeos C6 e sacarídeos C5) pode ser realizada. Além disso, usandose esta solução de sacarídeo como um ponto de partida, por exemplo, várias matérias-primas orgânicas (por exemplo, álcoois, substitutos de petróleo, e aminoácidos) para LPG, combustíveis automotivos, combustíveis de jato para aviões, querosene, óleo diesel, óleos pesados variados, gás combustível, nafta, etileno glicol que é um produto de craqueamento de nafta, ácido láctico, álcoois (etanol e semelhantes), aminas, etoxilato alcoólico, polímeros de cloreto de vinila, alquilalumínio, PVA, emulsão de acetato de vinil, poliestireno, polietileno,
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40/41 polipropileno, policarbonato, resina MMA, náilon, e poliéster podem ser eficientemente produzidos. Portanto, substitutos de produtos químicos derivados do petróleo, que é um combustível esgotável, e uma solução de sacarídeo derivada de biomassa como uma matéria-prima de produção para substitutos destes podem ser eficientemente utilizados.
[0187]Além disso, visto que uma fração sólida de biomassa é introduzida em um líquido, o término da reação pode ser realizado alta e eficientemente resfriandose a fração sólida de biomassa por troca de calor direta com o líquido. Assim, a decomposição excessiva de hemiceluloses residuais, lignina residual, e celulose como um componente principal por água quente que são incluídas na fração sólida de biomassa, é suprimida. Como o resultado, a supressão da produção de componentes inibidores de reação é promovida, e também, um aumento na razão de recuperação da fração de celulose pode ser promovido.
Lista dos Sinais de Referência
SISTEMAS DE DECOMPOSIÇÃO HIDROTÉRMICA DE BIOMASSA 10A a 10K
MATÉRIA-PRIMA DE BIOMASSA
UNIDADE DE FORNECIMENTO DE BIOMASSA
CORPO PRINCIPAL DO APARELHO
PRIMEIRO MEIO DE ROSCA
ÁGUA QUENTE PRESSURIZADA
LÍQUIDO DE DESCARGA DE ÁGUA QUENTE
UNIDADE DE DECOMPOSIÇÃO HIDROTÉRMICA
UNIDADE DE DESCARGA DE FRAÇÃO SÓLIDA DE BIOMASSA
FRAÇÃO SÓLIDA DE BIOMASSA
TANQUE DE LIQUEFAÇÃO ENZIMÁTICA
MEIO DE AGITAÇÃO
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41/41
UNIDADE DE DESCARGA
FRAÇÃO SÓLIDA DE BIOMASSA LIQUEFEITA
NITROGÊNIO PRESSURIZADO
PRODUTO DE LIQUEFAÇÃO MISTO
30ENZIMA

Claims (13)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando uma matéria-prima de biomassa (11), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    uma unidade de fornecimento de biomassa (12) que fornece uma matériaprima de biomassa (11) contendo celulose, hemiceluloses, e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada;
    uma unidade de decomposição hidrotérmica (17) que decompõe hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa (11) por água quente pressurizada (15), e dissolve componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada (15);
    uma unidade de descarga de fração sólida de biomassa (18) que está ligada a partir da unidade de decomposição hidrotérmica (17) e descarrega uma fração sólida de biomassa (20) da unidade de decomposição hidrotérmica (17);
    um recipiente de pressão (21) incluindo um fornecedor de enzima e uma unidade de descarga (23) fornecida em uma proximidade de um fundo deste que está em conexão com a unidade de descarga de fração sólida de biomassa (18), a partir da qual a fração sólida de biomassa descarregada (20) é introduzida na mesma, liquefaz a fração sólida de biomassa (20) na pasta fluida de biomassa contendo oligômeros de baixo peso molecular com uma enzima (30) fornecida a partir do fornecedor de enzima sob condições pressurizadas, e descarrega a pasta fluida de biomassa através da unidade de descarga (23) sob condições pressurizadas a condições normais de pressão; e um primeiro tanque de sacarificação (52A) que sacarifa a pasta fluida de biomassa sob condições normais de pressão para obter uma primeira solução de sacarídeos (53A).
  2. 2. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11), de acordo com a reivindicação 1,
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    CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um meio de resfriamento (26) que resfria o recipiente de pressão (21).
  3. 3. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda uma unidade que fornece água (32) ao recipiente de pressão (21).
  4. 4. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    3, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de decomposição hidrotérmica (17) transporta a matéria-prima de biomassa (11) que foi fornecida do lado de uma extremidade do corpo principal (13) do aparelho ao lado da outra extremidade do corpo principal (13) do aparelho por um meio de transporte (14) dentro do corpo principal (13) do aparelho, fornece água quente pressurizada (15) do lado de uma extremidade diferente do sítio de fornecimento da matéria-prima de biomassa (11) para o interior do corpo principal (13) do aparelho, decompõe hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa (11) levando-se a matéria-prima de biomassa (11) e a água quente pressurizada (15) em contato em contracorrente, transfere componentes solúveis em água quente em um líquido de descarga de água quente (16), que é água quente pressurizada (15) a ser descarregada, e separa componentes de lignina e componentes de hemicelulose da matéria-prima de biomassa (11).
  5. 5. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    4, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um segundo tanque de sacarificação (40B) que sacarifica um líquido de descarga de água quente (16) descarregado da unidade de decomposição hidrotérmica (17) para obter uma segunda solução de sacarídeo (42B).
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  6. 6. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11) de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    um primeiro aparelho de separação sólido-líquido (54A) que separa um resíduo sólido remanescente na primeira solução de sacarídeo (53A) obtida depois da sacarificação no primeiro tanque de sacarificação (52A); e um primeiro aparelho de separação de água (56A) que remove a água (57a) da primeira solução de sacarídeo (53A) obtida depois da separação de sólido.
  7. 7. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11) de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    um segundo aparelho de separação sólido-líquido (54B) que separa um resíduo sólido remanescente na segunda solução de sacarídeo (42B) obtida depois da sacarificação no segundo tanque de sacarificação (40B); e um segundo aparelho de separação de água (56B) que remove água (57b) a partir da segunda solução de sacarídeo (42B) obtida depois da separação de sólido.
  8. 8. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11) de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema (10,50) compreende ainda uma linha de entrada de líquido de descarga (L11) de água quente que introduz um líquido de descarga de água quente (16) incluindo uma fração solúvel em água quente de biomassa, que é descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica (17) para o recipiente de pressão (21), a fração sólida de biomassa liquefeita (20) é misturada com um líquido de descarga de água quente (16) para obter um produto de liquefação misto (27), e o produto de liquefação misto (27) é sacarificado em um tanque de sacarificação (52) para obter uma solução de sacarídeo (53).
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  9. 9. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11) de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que um filtro (71) é interposto na linha de entrada de líquido de descarga (L11) de água quente.
  10. 10. Sistema de produção de solução de sacarídeo (10, 50) utilizando a matéria-prima de biomassa (11) de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que um meio de resfriamento é interposto na linha de entrada de líquido de descarga (L11).
  11. 11. Método para produzir uma solução de sacarídeo usando uma matériaprima de biomassa (11), o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    fornecer uma matéria-prima de biomassa (11) contendo celulose, hemiceluloses e lignina em uma pressão variando da pressão normal a uma pressão adicionada;
    decompor hidrotermicamente a matéria-prima de biomassa (11) por uma unidade de decomposição hidrotérmica (17) usando água quente pressurizada;
    dissolver componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente pressurizada (15), subsequentemente descarregar uma fração sólida de biomassa (20) da unidade de decomposição hidrotérmica (17) através de uma unidade de descarga de fração sólida de biomassa (18), liquefazer com uma enzima (30) a fração sólida de biomassa (20) descarregada da unidade de decompoisção hidrotérmica (17) em um recipiente de pressão (21) sob condições pressurizadas para obter uma pasta fluida de biomassa contendo oligômeros de baixo peso molecular e descarregar a pasta fluida de biomassa do recipiente de pressão (21) sob condições pressurizadas a condições normais de pressão; e subsequentemente submeter a pasta fluida de biomassa à
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    5/5 monossacarificação sob condições normais de pressão para produzir uma primeira solução de sacarídeo (53A) em um primeiro tanque de sacarificação (52A).
  12. 12. Método para produzir a solução de sacarídeo usando a matéria-prima de biomassa (11), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que um produto de liquefação misto (27) é obtido, enquanto um líquido de descarga de água quente (16) incluindo uma fração solúvel em água quente de biomassa descarregada da unidade de decomposição hidrotérmica (17) é introduzido no recipiente de pressão (21) e subsequentemente o produto de liquefação misto (27) é sacarificado para obter uma solução de sacarídeo.
  13. 13. Método para produzir a solução de sacarídeo usando a matéria-prima de biomassa (11), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda descarregar o líquido de descarga de água quente (16) incluindo uma fração solúvel em água quente de biomassa da unidade de decomposição hidrotérmica (27) e submeter o líquido de descarga de água quente (16) à monossacarificação por uma enzima (41) sob as condições normais de pressão para produzir a segunda solução de sacarídeo.
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