BR112015031146B1

BR112015031146B1 - Processo para a geração de açúcares de um fluxo de resíduo

Info

Publication number: BR112015031146B1
Application number: BR112015031146-6A
Authority: BR
Inventors: Theodora Retsina; Kimberly Nelson
Original assignee: GranBio Intellectual Property Holdings, LLC
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2022-05-17
Also published as: EP3011042A2; EP3011042A4; WO2014204899A2; CA2933818A1; US20140370551A1; WO2014204899A3; BR112015031146A2

Abstract

PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE AÇÚCARES DE UM FLUXO DE RESÍDUO, E MÉTODO COMERCIAL PARA A GERAÇÃO DE AÇÚCARES E RECICLAGEM DE UM COMPONENTE DE NÃO BIOMASSA DE UM FLUXO DE RESÍDUO. Esta descrição provê um método comercial e um sistema para a geração de açúcares e a reciclagem d e um componente de não biomassa de um fluxo de resíduo. Em algumas realizações, um fluxo de resíduo que compreende a celulose e um componente de não biomassa é sacarificado para produzir glicose, seguido pela recuperação da glicose e do componente de não biomassa, que pode ser reciclado em outro lo cal associado à produção de um produto que contém celulose que contém o componente de não biomassa. Em determinado s cenários, o fluxo de resíduo é gerado em um primeiro local, o pré-tratamento de celulose (se desejado) e a hidrólise são conduzidos para um segundo local, e o componente de não biomassa é reciclado no primeiro local ou em um terceiro local. O componente de não biomassa pode incluir me tais, óxidos de metal, sais, compostos orgânicos, compostos inorgânicos, oligômeros ou polímeros, por exemplo.

Description

DADOS DE PRIORIDADE

[001] Este pedido de patente internacional reivindica prioridade ao Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/836.014, depositado em 17 de Junho de 2013 e ao Pedido de Patente Norte-Americano No. 14/305.076, depositado em 16 de Junho de 2014, cada um dos quais é por este meio aqui incorporado por referência em sua totalidade.

CAMPO

[002] A presente invenção geralmente refere-se a processos para a conversão de fluxos de resíduo que contém celulose em açúcares fermentáveis e coprodutos.

HISTÓRICO

[003] O refino de biomassa (ou biorrefino) está se tornando mais prevalente hoje. As fibras de celulose e açúcares, açúcares de hemicelulose, lignina, gás de síntese (syngas) e derivados destes intermediários estão sendo usados por muitas empresas para a produção química e de combustível. De fato, agora estamos observando a comercialização de biorrefinarias integradas que são capazes de processar o rendimento da biomassa da mesma forma que as refinarias de petróleo agora processam o óleo bruto. As matérias-primas da biomassa lignocelulósica subutilizadas têm o potencial a ser muito mais barato do que o petróleo, em uma base de carbono, bem como muito melhor a partir de um ponto de vista do ciclo de vida do ambiente.

[004] A biomassa lignocelulósica é o material renovável mais abundante no planeta e tem sido reconhecida como uma matéria-prima potencial para a produção de produtos químicos, combustíveis e materiais. A biomassa lignocelulósica normalmente compreende principalmente celulose, hemicelulose e lignina. Celulose e hemicelulose são polímeros naturais de açúcares, e lignina é um polímero de hidrocarboneto aromático/alifático que reforça toda a rede de biomassa.

[005] Algumas formas de biomassa são ricas em celulose, mas contêm pouca, se houver, hemicelulose ou lignina. Exemplos de tal biomassa incluem fluxos de resíduo sólido municipal, fluxos de resíduo industrial, resíduo de consumo, materiais reciclados e similares. Existe atualmente uma necessidade na técnica de processos e aparelhos que podem converter estes fluxos de resíduo em açúcares fermentáveis, tal como glicose, ou outros produtos valiosos (ou materiais a serem reusados). Os açúcares podem ser fermentados em etanol ou outros produtos.

SUMÁRIO

[006] A presente invenção aborda as necessidades mencionadas acima na técnica.

[007] Em algumas variações, a invenção provê um processo para a geração de açúcares a partir de um fluxo de resíduo, o processo compreendendo: (a) a provisão de um fluxo de resíduo que compreende celulose e um componente de não biomassa; (b) a introdução do fluxo de resíduo em um reator de sacarificação em condições eficazes para sacarificar pelo menos parte da celulose para produzir glicose, em que o componente de não biomassa não é substancialmente degradado no reator de sacarificação; (c) a recuperação ou o processamento adicional da glicose; e (d) a recuperação de pelo menos parte do componente de não biomassa.

[008] Em algumas realizações, o componente de não biomassa é selecionado do grupo que consiste em metais, óxidos de metal, sais, compostos orgânicos, compostos inorgânicos, oligômeros, polímeros e combinações destes. Em determinadas realizações, o componente de não biomassa consiste em ou inclui um polímero selecionado do grupo que consiste em polietileno, polipropileno, polilactídeo, polietilenoglicol, tereftalato de polietileno, ácido poliacrílico, poliuretanos, borracha sintética, resina de fenol formaldeído, neopreno, náilon, cloreto de polivinila, poliestireno, poliacrilonitrila, silicone e combinações destes.

[009] Em algumas realizações, o fluxo de resíduo é derivado da fabricação de roupa, caso em que a celulose pode estar na forma de algodão ou outras fibras de celulose. Vários componentes de não biomassa podem estar presentes, incluindo corantes, tintas, ou materiais naturais ou sintéticos.

[010] Em algumas realizações, a etapa (b) utiliza enzimas de celulase. Nestas ou em outras realizações, a etapa (b) utiliza um ácido ou um catalisador de base. A etapa (b) pode ser conduzida em uma concentração de sólidos de a partir de cerca de 1% em peso a cerca de 25% em peso em uma base seca, tal como de cerca de 2% em peso a cerca de 10% em peso em uma base seca, por exemplo.

[011] O processo pode ainda compreender uma etapa de refino, antes de ou durante a etapa (b), para reduzir o tamanho médio da partícula do fluxo de resíduo. Em algumas realizações, a etapa de refino inclui refino mecânico, refino químico, refino termomecânico, refino químico-termomecânico ou uma combinação destes.

[012] Opcionalmente, um tensoativo pode ser introduzido no reator de sacarificação para melhorar a hidrólise da celulose. Em algumas realizações, o tensoativo compreende um lignossulfonato ou outro tensoativo derivado de biomassa.

[013] Em algumas realizações, o processo ainda compreende a remoção de cinza presente no fluxo de resíduo, antes da etapa (b). A remoção de cinza pode ser desejável quando o fluxo de resíduo contém altas concentrações de cinza, ou para reduzir a cinza no componente de não biomassa recuperado.

[014] Em algumas realizações, o rendimento da glicose na etapa (c) é pelo menos 70% de valor teórico, com base no teor da celulose no fluxo de resíduo. Em realizações preferidas, o rendimento da glicose na etapa (c) é pelo menos 80% de valor teórico, com base no teor da celulose no fluxo de resíduo.

[015] Em algumas realizações, o rendimento do componente de não biomassa na etapa (d) é pelo menos 90% de valor teórico, com base no teor do componente de não biomassa no fluxo de resíduo. Em determinadas realizações, o processo compreende essencialmente toda a recuperação do componente de não biomassa na etapa (d).

[016] O processo pode ser configurado para recuperar substancialmente todo componente de não biomassa, ou pelo menos o componente de não biomassa que não degrada, se houver, durante o fracionamento ou outro processamento. Em determinadas realizações, o componente de não biomassa não é substancialmente degradado durante o fracionamento, no caso em que substancialmente todo o componente de não biomassa inicialmente presente pode ser recuperado para reuso (ou combustão, gaseificação, etc.).

[017] O processo ainda pode incluir a fermentação da glicose em um produto de fermentação, tal como (mas não limitado a) etanol.

[018] Em algumas realizações, o processo ainda compreende a recuperação de celulose residual que não é sacarificada na etapa (b). Esta celulose residual pode incluir nanocelulose ou um precursor de nanocelulose. A celulose residual é refinada para formar nanocelulose, em determinadas realizações.

[019] Em algumas realizações, a hemicelulose está contida no fluxo de resíduo, e o processo ainda compreende a hidrólise da hemicelulose para produzir monômeros hemicelulósicos. Estes monômeros hemicelulósicos podem ser combinados com a glicose, se desejado. Da mesma forma, quando a lignina está contida no fluxo de resíduo, o processo pode ainda compreender a recuperação de pelo menos parte da lignina.

[020] Outras variações da invenção proveem um método comercial para a geração de açúcares e a reciclagem de um componente de não biomassa a partir de um fluxo de resíduo, o método compreendendo: (e) a obtenção de um fluxo de resíduo que compreende celulose e um componente de não biomassa, em que o fluxo de resíduo é derivado de ou associado à produção de um produto que contém celulose compreendendo o componente de não biomassa; (f) a introdução do fluxo de resíduo em um reator de sacarificação em condições eficazes para sacarificar pelo menos parte da celulose para produzir glicose, em que o componente de não biomassa não é substancialmente degradado no reator de sacarificação; (g) a recuperação da glicose; (h) a recuperação de pelo menos parte do componente de não biomassa como um fluxo recuperado; e (i) a reciclagem do fluxo recuperado em um local associado à produção do produto que contém celulose.

[021] Em algumas realizações deste método, as etapas (a) a (e) são conduzidas para um único local. Em algumas realizações, a etapa (e) inclui o transporte do fluxo recuperado para um local separado. Em determinadas realizações, o fluxo de resíduo é gerado em um primeiro local ou uma pluralidade de locais, as etapas (b) a (d) são conduzidas para um segundo local ou uma pluralidade de locais, e na etapa (e), o local associado à produção do produto que contém celulose é um terceiro local ou uma pluralidade de locais.

[022] O componente de não biomassa pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em metais, óxidos de metal, sais, compostos orgânicos, compostos inorgânicos, oligômeros, polímeros e combinações destes. Em determinadas realizações, sem limitação, o polímero é selecionado do grupo que consiste em polietileno, polipropileno, polilactídeo, polietilenoglicol, tereftalato de polietileno, ácido poliacrílico, poliuretanos, borracha sintética, resina de fenol formaldeído, neopreno, náilon, cloreto de polivinila, poliestireno, poliacrilonitrila, silicone e combinações destes.

[023] Os sistemas comerciais podem ser configurados para realizar os métodos descritos. Os aparelhos podem ser configurados para realizar os processos descritos. A invenção também inclui produtos produzidos pelos processos e métodos descritos.

BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA

[024] A FIG. 1 é um diagrama de fluxo do processo exemplificativo, de acordo com algumas realizações da invenção para os fluxos de resíduo que contêm polímeros.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUMAS REALIZAÇÕES

[025] Esta descrição permitirá um técnico no assunto fazer e usar a invenção, e descreve diversas realizações, adaptações, variações, alternativas e usos da invenção. Estas e outras realizações, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes para aquele técnico no assunto quando feitos com referência à descrição detalhada a seguir da invenção em conjunto com quaisquer desenhos anexos.

[026] Como usado neste relatório descrito e nas reivindicações anexas, as formas singular “um”, “uma” e “o”, “a” incluem referentes no plural a menos que o contexto indique claramente o contrário. A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados neste relatório têm o mesmo significado como é geralmente entendido por um técnico ordinário no assunto a que esta invenção pertence. Todos os números e faixas de composição com base nas percentagens são percentagens em peso, a menos que indicado o contrário. Todas as faixas de números ou condições pretendem abranger qualquer valor específico contido dentro da faixa, arredondado para qualquer ponto decimal adequado.

[027] A menos que de outra forma indicado, todos os números que expressam parâmetros, condições de reação, concentrações de componentes, e assim por diante usados no relatório descrito e nas reivindicações são para serem entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Consequentemente, a menos que indicado o contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no relatório descrito a seguir e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo de pelo menos uma técnica analítica específica.

[028] O termo “compreendendo”, que é sinônimo de “incluindo”, “contendo” ou “caracterizado por” é inclusivo ou indeterminado e não exclui as etapas adicionais dos elementos ou do método não enumerados. “Compreendendo” é um termo da técnica usado na linguagem da reivindicação que significa que os elementos nomeados da reivindicação são essenciais, mas outros elementos da reivindicação podem ser adicionados e ainda formam um construto dentro do escopo da reivindicação.

[029] Como usada aqui, a frase “consistindo em” exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não especificado na reivindicação. Quando a frase “consiste em” (ou variações desta) aparece em uma cláusula do corpo de uma reivindicação, em vez de imediatamente após o preâmbulo, limita apenas o elemento estabelecido nessa cláusula; outros elementos não são excluídos da reivindicação como um todo. Como usada aqui, a frase “consistindo essencialmente em” limita o escopo de uma reivindicação às etapas especificadas dos elementos ou do método, mais aqueles que não afetam materialmente a base e nova(s) característica(s) da matéria objeto reivindicada.

[030] Com relação aos termos “compreendendo”, “consistindo em” e “consistindo essencialmente em”, onde um destes três termos é usado no presente relatório, a matéria objeto atualmente descrita e reivindicada pode incluir o uso de qualquer um dos outros dois termos. Dessa forma, em algumas realizações não explicitamente citado de outra forma, qualquer caso de “compreendendo” pode ser substituído por “consistindo em” ou, alternativamente, por “consistindo essencialmente em”.

[031] A presente invenção, em algumas variações, baseia-se no reconhecimento de que o processo de AVAP® (que é de propriedade comum do depositante deste pedido) pode ser modificado para a produção econômica de açúcares a partir de fluxos de resíduo. Em algumas variações, a invenção baseia-se na realização de que quando um material residual é rico em celulose e não contém grandes quantidades de lignina e/ou hemicelulose, a digestão com produtos químicos de cozimento pode não ser necessária e o fluxo de resíduo pode ser enzimaticamente hidrolisado em açúcares diretamente ou indiretamente, com ácidos ou enzimas, por exemplo.

[032] Determinadas realizações exemplificativas da invenção serão agora descritas. Estas realizações não pretendem limitar o escopo da invenção como reivindicado. A ordem das etapas pode ser variada, algumas etapas podem ser omitidas, e/ou outras etapas podem ser adicionadas. Neste relatório, referência à primeira etapa, à segunda etapa, etc. é apenas para fins de ilustração.

[033] Em algumas variações, a invenção provê um processo para a geração de açúcares de um fluxo de resíduo, o processo compreendendo: (a) a provisão de um fluxo de resíduo que compreende celulose e um componente de não biomassa; (b) a introdução do fluxo de resíduo em um reator de sacarificação em condições eficazes para sacarificar pelo menos parte da celulose para produzir glicose, em que o componente de não biomassa não é substancialmente degradado no reator de sacarificação; (c) a recuperação ou o processamento adicional da glicose; e (d) a recuperação de pelo menos parte do componente de não biomassa.

[034] Como usado aqui, “fluxos de resíduo” podem variar amplamente. Os exemplos incluem fluxos de resíduo sólido municipal, fluxos de resíduo industrial, resíduo de consumo, materiais reciclados, resíduo de papel, produtos de resíduo de papel e outros produtos derivados de polpa, em cada caso incluindo pelo menos um componente de não biomassa. A celulose ou o componente de biomassa lignocelulósica pode ser um material da polpa (tal como celulose de Kraft, sulfito ou outra polpação) ou pode ser uma matéria-prima de biomassa bruta (tal como madeira ou resíduo proveniente da agricultura). Um “componente de não biomassa” é qualquer material que não é diretamente derivado de, ou contido inerentemente em, biomassa. O componente de não biomassa pode ser orgânico ou inorgânico. Vários níveis de umidade podem ser associados ao fluxo de resíduo. O fluxo de resíduo não precisa ser, mas pode ser, relativamente seco.

[035] Em algumas realizações, o fluxo de resíduo é derivado da fabricação de roupa, no caso em que a celulose pode estar na forma de algodão ou outras fibras de celulose. Vários componentes de não biomassa podem estar presentes, incluindo corantes, tintas, ou materiais naturais ou sintéticos.

[036] Em algumas realizações, o componente de não biomassa é selecionado do grupo que consiste em metais, óxidos de metal, sais, compostos orgânicos, compostos inorgânicos, oligômeros, polímeros e combinações destes. Nas realizações específicas, o componente de não biomassa inclui um polímero, tal como (mas não limitado a) um polímero selecionado do grupo que consiste em polietileno, polipropileno, polilactídeo, polietilenoglicol, tereftalato de polietileno, ácido poliacrílico, poliuretanos, borracha sintética, resina de fenol formaldeído, neopreno, náilon, cloreto de polivinila, poliestireno, poliacrilonitrila, silicone e combinações destes.

[037] Em algumas realizações, a etapa (b) utiliza enzimas de celulase. Nestas ou em outras realizações, a etapa (b) utiliza um ácido ou um catalisador de base. A etapa (b) pode ser conduzida em uma concentração de sólidos a partir de cerca de 1% em peso a cerca de 25% em peso em uma base seca, tal como a partir de cerca de 2% em peso a cerca de 10% em peso em uma base seca, por exemplo.

[038] O processo pode ainda compreender uma etapa de refino, antes de ou durante a etapa (b), para reduzir o tamanho médio da partícula do fluxo de resíduo. Em algumas realizações, a etapa de refino inclui refino mecânico, refino químico, refino termomecânico, refino químico-termomecânico, ou uma combinação destes.

[039] Opcionalmente, um tensoativo pode ser introduzido no reator de sacarificação para melhorar a hidrólise da celulose. Em algumas realizações, o tensoativo compreende um lignossulfonato ou outro tensoativo derivado de biomassa.

[040] Em algumas realizações, o processo ainda compreende a remoção de cinza presente no fluxo de resíduo, antes da etapa (b). A remoção de cinza pode ser desejável quando o fluxo de resíduo contém altas concentrações de cinza, ou para reduzir a cinza no componente de não biomassa recuperado.

[041] Em algumas realizações, o rendimento da glicose na etapa (c) é pelo menos 70% do valor teórico, com base no teor da celulose no fluxo de resíduo. Em realizações preferidas, o rendimento da glicose na etapa (c) é pelo menos 80% do valor teórico, com base no teor da celulose no fluxo de resíduo.

[042] Em algumas realizações, o rendimento do componente de não biomassa na etapa (d) é pelo menos 90% do valor teórico, com base no teor do componente de não biomassa no fluxo de resíduo. Em determinadas realizações, o processo compreende a recuperação essencialmente de todo componente de não biomassa na etapa (d).

[043] O processo pode ser configurado para recuperar substancialmente todo componente de não biomassa, ou pelo menos o componente de não biomassa que não degrada, se houver, durante o fracionamento ou outro processamento. Em determinadas realizações, o componente de não biomassa não é substancialmente degradado durante o fracionamento, no caso em que substancialmente todo componente de não biomassa inicialmente presente pode ser recuperado para reuso (ou combustão, gaseificação, etc.).

[044] O processo ainda pode incluir a fermentação da glicose em um produto de fermentação, tal como (mas não limitado a) etanol.

[045] Em algumas realizações, o processo ainda compreende a recuperação de celulose residual que não é sacarificada na etapa (b). Essa celulose residual pode incluir nanocelulose ou um precursor de nanocelulose. A celulose residual é refinada para formar nanocelulose, em determinadas realizações.

[046] Em algumas realizações, a hemicelulose está contida no fluxo de resíduo, e o processo ainda compreende a hidrólise da hemicelulose para produzir monômeros hemicelulósicos. Estes monômeros hemicelulósicos podem ser combinados com a glicose, se desejado. Da mesma forma, quando a lignina está contida no fluxo de resíduo, o processo pode ainda compreender a recuperação de pelo menos parte da lignina.

[047] A FIG. 1 é um diagrama de fluxo do processo exemplificativo, de acordo com algumas realizações da invenção para fluxos de resíduo que contêm polímeros. Na FIG. 1, um fluxo de resíduo que contêm celulose é sacarificado com enzimas para gerar açúcares (incluindo glicose). Um fluxo de resíduo que contém cinza pode opcionalmente ser processado, primeiro com uma centrífuga (por exemplo) para remover a cinza. Os açúcares são fermentados em etanol, e o polímero recuperado pode ser reaproveitado para reutilização adicional, ou purgado a partir do processo.

[048] Outras variações da invenção proveem um método comercial para a geração de açúcares e a reciclagem de um componente de não biomassa a partir de um fluxo de resíduo, o método compreendendo: (a) a obtenção de um fluxo de resíduo que compreende celulose e um componente de não biomassa, em que o fluxo de resíduo é derivado de ou associado à produção de um produto que contém celulose compreendendo o componente de não biomassa; (b) a introdução do fluxo de resíduo em um reator de sacarificação em condições eficazes para sacarificar pelo menos parte da celulose para produzir glicose, em que o componente de não biomassa não é substancialmente degradado no reator de sacarificação; (c) a recuperação da glicose; (d) a recuperação de pelo menos parte do componente de não biomassa como um fluxo recuperado; e (e) a reciclagem do fluxo recuperado em um local associado à produção do produto que contém celulose.

[049] Em algumas realizações deste método, as etapas (a) a (e) são conduzidas para um único local. Em algumas realizações, a etapa (e) inclui o transporte do fluxo recuperado para um local separado. Em determinadas realizações, o fluxo de resíduo é gerado em um primeiro local ou uma pluralidade de locais, as etapas (b) a (d) são conduzidas para um segundo local ou uma pluralidade de locais, e na etapa (e), o local associado à produção do produto que contém celulose é um terceiro local ou uma pluralidade de locais.

[050] O componente de não biomassa pode ser selecionado do grupo que consiste em metais, óxidos de metal, sais, compostos orgânicos, compostos inorgânicos, oligômeros, polímeros e combinações destes. Em determinadas realizações, sem limitação, o polímero é selecionado do grupo que consiste em polietileno, polipropileno, polilactídeo, polietilenoglicol, tereftalato de polietileno, ácido poliacrílico, poliuretanos, borracha sintética, resina de fenol formaldeído, neopreno, náilon, cloreto de polivinila, poliestireno, poliacrilonitrila, silicone e combinações destes.

[051] Em algumas realizações, a etapa (d) utiliza enzimas de celulase. Em outras realizações, a etapa (d) utiliza um ácido ou um catalisador de base. A reciclagem do catalisador ou da enzima pode ser usada.

[052] Em algumas realizações, a hemicelulose está contida na biomassa lignocelulósica, e o processo ainda compreende a hidrólise da hemicelulose para produzir monômeros hemicelulósicos. Esses monômeros hemicelulósicos podem ser combinados com a glicose, se desejado. Além disso, quando a lignina está contida na biomassa lignocelulósica, o processo pode ainda compreender a recuperação de pelo menos parte da lignina. De um modo geral, a celulose terá pelo menos alguma hemicelulose e lignina presente, embora seja possível para o fluxo de resíduo incluir celulose de elevada pureza essencialmente sem lignina e/ou hemicelulose detectável.

[053] Em realizações preferidas, o processo ainda compreende a recuperação de pelo menos parte do componente de não biomassa. O processo pode ser configurado para recuperar substancialmente todo componente de não biomassa, ou pelo menos o componente de não biomassa que não degrada, se houver, durante o fracionamento ou outro processamento. Em determinadas realizações, o componente de não biomassa não é substancialmente degradado durante o fracionamento, no caso em que substancialmente todo componente de não biomassa inicialmente presente pode ser recuperado para reutilização (ou combustão, gaseificação, etc.). Neste relatório, “degradado” significa despolimerizado, polimerizado, ou de outra forma quimicamente reagido — isto é, quimicamente degradado. Pode haver mudanças físicas/mecânicas para o componente de não biomassa, tal como a redução do tamanho de partícula, a viscosidade, etc.

[054] Outras variações da presente invenção proveem um processo para a geração de açúcares a partir de um fluxo de resíduo, o processo compreendendo: (a) a provisão de um fluxo de resíduo compreendendo celulose e um componente de não biomassa; (b) a introdução do fluxo de resíduo em um reator de sacarificação em condições eficazes para sacarificar a celulose para produzir glicose, em que o componente de não biomassa não é substancialmente degradado no reator de sacarificação; (c) a recuperação de pelo menos parte da glicose; e (d) a recuperação de pelo menos parte do componente de não biomassa.

[055] Opcionalmente, o fluxo de resíduo é pré- tratado ou digerido antes da etapa (b). Se um tal pré- tratamento é realizado, preferivelmente não degrada substancialmente o componente de não biomassa. O pré- tratamento pode ser qualquer tratamento conhecido que inclui o tratamento químico ou mecânico. Em algumas realizações, o pré-tratamento é a digestão na presença de água, um catalisador de ácido (tal como SO2) e um solvente (tal como etanol). O solvente preferivelmente facilita uma taxa maior de transferência de massa do catalisador de ácido na biomassa lignocelulósica, comparado à taxa de transferência de massa de catalisador na biomassa lignocelulósica com água sozinha. Por exemplo, o etanol facilita uma melhor transferência de massa de SO2 devido ao etanol (com SO2 dissolvido) ser capaz de penetrar nos poros de biomassa mais eficientemente do que a água.

[056] As condições de reação e sequências de operação podem variar amplamente. Algumas realizações usam as condições descritas na Patente Norte-Americana No. 8.030.039, emitida em 4 de Outubro de 2011; na Patente Norte-Americana No. 8.038.842, emitida em 11 de Outubro de 2011; na Patente Norte-Americana No. 8.268.125, emitida em 18 de Setembro de 2012; e nos Pedidos de Patente Norte-Americana Nos. 13/004.431; 12/234.286; 13/585.710; 12/250.734; 12/397.284; 12/304.046; 13/500.916; 13/626.220; 12/854.869; 61/732.047; 61/735.738; 61/739.343; 61/747.010; 61/747.105; 61/747.376; 61/747.379; 61/747.382; 61/747.408; e/ou 61/827.827, incluindo as histórias de continuação destes. Cada um desses pedidos de patente de propriedade comum é por este meio aqui incorporado por referência em sua totalidade. Em algumas realizações, o processo é uma variação da tecnologia do processo de AVAP® (ou uma porção deste) que é de propriedade comum do depositante deste pedido de patente.

[057] Em algumas realizações, o catalisador de ácido está presente em uma concentração de fase líquida de cerca de 1% em peso a cerca de 50% em peso, tal como cerca de 6% em peso a cerca de 30% em peso, ou cerca de 9% em peso a cerca de 20% em peso. O catalisador pode ser selecionado do grupo que consiste em dióxido de enxofre, trióxido de enxofre, ácido sulfuroso, ácido sulfúrico, ácido sulfônico, ácido lignossulfônico, enxofre elementar, polissulfetos e combinações ou derivados destes.

[058] Em algumas variações, a invenção provê um processo para a geração de açúcares de um fluxo de resíduo, o processo compreendendo: (a) a provisão de um fluxo de resíduo que compreende a biomassa lignocelulósica e um componente de não biomassa; (b) em um digestor, o tratamento do fluxo de resíduo na presença de um solvente para lignina, um catalisador de ácido, e água, para produzir um licor que contém sólidos insolúveis, hemicelulose dissolvida (se hemicelulose estiver contida na biomassa lignocelulósica), e lignina dissolvida (se lignina estiver contida na biomassa lignocelulósica), em que os sólidos insolúveis incluem celulose e o componente de não biomassa; (c) substancialmente a remoção dos sólidos insolúveis do licor; e (d) sacarificação de pelo menos parte dos sólidos insolúveis para produzir glicose. Outras variações da presente invenção proveem um método comercial para a geração de açúcares e a reciclagem de um componente de não biomassa de um fluxo de resíduo, o método compreendendo: (a) a obtenção de um fluxo de resíduo que compreende a celulose e um componente de não biomassa, em que o fluxo de resíduo é derivado de ou associado à produção de um produto que contém celulose compreendendo o componente de não biomassa; (b) a introdução do fluxo de resíduo em um reator de sacarificação em condições eficazes para sacarificar a celulose para produzir glicose, em que o componente de não biomassa não é substancialmente degradado no reator de sacarificação; (c) a recuperação de pelo menos parte da glicose; (d) a recuperação de pelo menos parte do componente de não biomassa como um fluxo recuperado; e (e) a reciclagem do fluxo recuperado em um local associado à produção do produto que contém celulose.

[059] Em algumas realizações do método, as etapas (a) a (e) são conduzidas para um único local. Em algumas realizações, a etapa (e) inclui o transporte do fluxo recuperado para um local separado. Em determinados cenários comerciais, o fluxo de resíduo é gerado em um primeiro local ou uma pluralidade de locais, as etapas (b) a (d) são conduzidas para um segundo local ou uma pluralidade de locais, e na etapa (e), o local associado à produção do produto que contém celulose é um terceiro local ou uma pluralidade de locais.

[060] O componente de não biomassa pode ser selecionado do grupo que consiste em metais, óxidos de metal, sais, compostos orgânicos, compostos inorgânicos, oligômeros, polímeros e combinações destes. Em determinadas realizações, sem limitação, o polímero é selecionado do grupo que consiste em polietileno, polipropileno, polilactídeo, polietilenoglicol, tereftalato de polietileno, ácido poliacrílico, poliuretanos, borracha sintética, resina de fenol formaldeído, neopreno, náilon, cloreto de polivinila, poliestireno, poliacrilonitrila, silicone e combinações destes.

[061] Os sistemas comerciais podem ser configurados para realizar os métodos descritos. Os aparelhos podem ser configurados para realizar os processos descritos. A invenção também inclui produtos produzidos pelos processos e métodos descritos.

[062] Os açúcares produzidos e recuperados podem ser fermentados em vários produtos. O produto de fermentação pode incluir um composto oxigenado, tal como (mas não limitado a) compostos oxigenados selecionados do grupo que consiste em etanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, glicerol, sorbitol, propanodiol, butanodiol, butanotriol, pentanodiol, hexanodiol, acetona, acetoína, butirolactona, 3-hidroxibutirolactona e quaisquer isômeros, derivados ou combinações destes.

[063] Em algumas realizações, o composto oxigenado é um álcool C3 ou superior ou diol, tal como 1- butanol, isobutanol, 1,4-butanodiol, 2,3-butanodiol ou misturas destes.

[064] O produto de fermentação pode incluir um hidrocarboneto, tal como isopreno, farnaseno e compostos relacionados.

[065] Múltiplos produtos de fermentação podem ser produzidos em um único fermentador, na produção do coproduto ou como um resultado de subprodutos devido aos micro-organismos contaminantes. Por exemplo, durante a fermentação para produzir ácido lático, etanol é um subproduto comum devido à contaminação (e vice-versa).

[066] Múltiplos produtos de fermentação podem ser produzidos em fermentadores separados. Em algumas realizações, um primeiro produto de fermentação, tal como um ácido orgânico, é produzido a partir de glicose (celulose hidrolisada) enquanto um segundo produto de fermentação, tal como etanol, é produzido a partir de açúcares de hemicelulose. Ou, em algumas realizações, diferentes fermentações são direcionadas às porções de matéria-prima que têm tamanhos de partícula variados, cristalinidade ou outras propriedades.

[067] Em algumas realizações, o produto de fermentação inclui uma variante enzimaticamente isomerizada de pelo menos uma porção dos açúcares fermentáveis. Por exemplo, a variante enzimaticamente isomerizada pode incluir frutose que é isomerizada a partir de glicose. Em algumas realizações, glicose, que é normalmente D-glicose, é isomerizada com enzimas para produzir L-glicose.

[068] Em algumas realizações, o produto de fermentação inclui um ou mais dentre proteínas, aminoácidos, enzimas ou micro-organismos. Tais produtos de fermentação podem ser recuperados e usados dentro do processo; por exemplo, enzimas de celulase ou hemicelulase podem ser usadas para a hidrólise de sólidos ricos em celulose ou oligômeros de hemicelulose.

[069] Algumas variações são baseadas no reconhecimento de que a celulose limpa produzida nestes processos pode ser não apenas hidrolisada em glicose, mas também recuperada como um produto, intermediário ou precursor de polpa de celulose (tal como para nanocelulose).

[070] Em algumas realizações, o material rico em celulose é ainda processado em mais produtos de celulose. Os produtos de celulose incluem polpa de mercado, polpa solúvel (também conhecida como α-celulose), polpa de felpa, celulose purificada, papel, produtos de papel e assim por diante. O processamento adicional pode incluir o branqueamento, se desejado. O processamento adicional pode incluir a modificação de comprimento da fibra ou tamanho da partícula, tal como quando produzindo nanocelulose ou celulose nanofibrilada ou microfibrilada. Acredita-se que a celulose produzida por este processo é altamente passível de derivatização química para derivados de celulose e materiais com base em celulose tais como polímeros.

[071] Quando a hemicelulose está presente no fluxo de resíduo, toda ou uma porção da fase líquida contém açúcares de hemicelulose e oligômeros solúveis. É preferido remover mais da lignina (se presente) a partir do líquido, como descrito acima, para produzir um caldo de fermentação que conterá água, possivelmente parte do solvente para lignina, açúcares de hemicelulose e vários componentes secundários do processo de digestão. Este caldo de fermentação pode ser usado diretamente, combinado com um ou mais outros fluxos de fermentação, ou ainda tratado. O tratamento adicional pode incluir a concentração de açúcar pela evaporação; adição de glicose ou outros açúcares (opcionalmente como obtido a partir de sacarificação de celulose); adição de vários nutrientes tais como sais, vitaminas ou oligoelementos; ajuste de pH; e remoção de inibidores de fermentação tais como ácido acético e compostos fenólicos. A escolha de etapas de condicionamento deve ser específica para o(s) produto(s) alvo e micro-organismo(s) usado(s).

[072] Em algumas realizações, os açúcares de hemicelulose não são fermentados, mas em vez disso são recuperados e purificados, armazenados, vendidos ou convertidos em um produto de especialidade. Xilose, por exemplo, pode ser convertida em xilitol.

[073] Quando a lignina está presente no fluxo de resíduo, um produto de lignina pode ser rapidamente obtido a partir de uma fase líquida usando um ou mais de diversos métodos. Uma simples técnica é evaporar todo o líquido, resultando em um resíduo sólido rico em lignina. Esta técnica deve ser especialmente vantajosa se o solvente para lignina for imiscível em água. Outro método é fazer a lignina se precipitar fora da solução. Alguns meios para precipitar a lignina incluem (1) a remoção do solvente para lignina da fase líquida, mas não a água, tal como por seletivamente evaporar o solvente a partir da fase líquida até a lignina não ser mais solúvel; (2) a diluição da fase líquida com água até a lignina não ser mais solúvel; e (3) o ajuste da temperatura e/ou do pH da fase líquida. Os métodos tais como centrifugação podem ser, então, utilizados para capturar a lignina. Ainda outra técnica para a remoção da lignina é a extração contínua de líquido-líquido para seletivamente remover a lignina da fase líquida, seguida pela remoção do solvente de extração para recuperar a lignina relativamente pura.

[074] A lignina produzida de acordo com a invenção pode ser usada como um combustível. Como um combustível sólido, a lignina é similar no teor de energia ao carvão. A lignina pode agir como um componente oxigenado em combustíveis líquidos, para melhorar a octanagem enquanto cumpre as normas como um combustível renovável. A lignina produzida aqui também pode ser usada como material polimérico e como um precursor químico para a produção de derivados de lignina. A lignina sulfonada pode ser vendida como um produto de lignossulfonato ou queimada para valor de combustível.

[075] A presente invenção também provê sistemas configurados para a realização dos processos descritos, e composições produzidas a partir deles. Qualquer fluxo gerado pelos processos descritos pode ser parcialmente ou completamente recuperado, purificado ou ainda tratado, e/ou comercializado ou vendido.

[076] Nesta descrição detalhada, referência tem sido feita a múltiplas realizações da invenção e exemplos não limitantes em relação a como a invenção pode ser entendida e praticada. Outras realizações que não proveem todos os aspectos e vantagens estabelecidos neste relatório podem ser utilizadas, sem se afastar do espírito e do escopo da presente invenção. Esta invenção incorpora a experimentação e a otimização da rotina dos métodos e sistemas descritos neste relatório. Tais modificações e variações são consideradas estar dentro do escopo da invenção definido pelas reivindicações.

[077] Todas as publicações, patentes e pedidos de patente citados neste relatório descrito são aqui incorporados por referência em sua totalidade como se cada publicação, patente ou pedido de patente tivesse sido estabelecido especificamente e individualmente neste relatório.

[078] Onde os métodos e as etapas descritos acima indicam determinados eventos que ocorrem em determinada ordem, aquele técnico ordinário no assunto reconhecerá que a ordem de determinadas etapas pode ser modificada e que tais modificações estão de acordo com as variações da invenção. Adicionalmente, determinadas etapas podem ser realizadas simultaneamente em um processo paralelo quando possível, bem como realizadas em sequência.

[079] Portanto, na medida em que há variações da invenção, que estão dentro do espírito da descrição ou são equivalentes às invenções encontradas nas reivindicações anexas, pretende-se que esta patente cubra essas variações do mesmo modo. A presente invenção deve apenas ser limitada pelo que é reivindicado.

Claims

1. PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE AÇÚCARES DE UM FLUXO DE RESÍDUO, caracterizado pelo dito processo compreender: (a) a provisão de um fluxo de resíduo que compreende a celulose e um componente de não biomassa; (b) a introdução do dito fluxo de resíduo em um reator de sacarificação em condições eficazes para sacarificar pelo menos parte da dita celulose para produzir glicose, em que o dito componente de não biomassa não é degradado no dito reator de sacarificação; (c) a recuperação ou o processamento adicional da dita glicose; (d) a recuperação de pelo menos parte do dito componente de não biomassa; e (e) recuperação da celulose residual que não é sacarificada na etapa (b), em que a dita celulose residual é refinada mecanicamente para formar nanocelulose.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito componente de não biomassa ser selecionado do grupo que consiste em metais, óxidos de metal, sais, compostos orgânicos, compostos inorgânicos, oligômeros, polímeros e combinações destes.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo dito componente de não biomassa incluir um polímero.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo dito polímero ser selecionado do grupo que consiste em polietileno, polipropileno, polilactídeo, polietilenoglicol, tereftalato de polietileno, ácido poliacrílico, poliuretanos, borracha sintética, resina de fenol formaldeído, neopreno, náilon, cloreto de polivinila, poliestireno, poliacrilonitrila, silicone e combinações destes.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito fluxo de resíduo ser derivado da fabricação de roupa.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa (b) utilizar enzimas de celulase.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa (b) utilizar um ácido ou um catalisador de base.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa (b) ser conduzida em uma concentração de sólidos a partir de 1% em peso a 25% em peso em uma base seca.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela etapa (b) ser conduzida em uma concentração de sólidos a partir de 2% em peso a 10% em peso em uma base seca.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito processo ainda compreender uma etapa de refino, antes de ou durante a etapa (b), para reduzir o tamanho médio da partícula do dito fluxo de resíduo.

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela dita etapa de refino incluir refino mecânico, refino químico, refino termomecânico, refino químico-termomecânico ou uma combinação destes.

12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo rendimento da dita glicose na etapa (c) ser pelo menos 70% do valor teórico, com base no teor da dita celulose no dito fluxo de resíduo.

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo dito rendimento da dita glicose na etapa (c) ser pelo menos 80% do valor teórico, com base no teor da dita celulose no dito fluxo de resíduo.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo rendimento do dito componente de não biomassa na etapa (d) ser pelo menos 90% de valor teórico, com base no teor do dito componente de não biomassa no dito fluxo de resíduo.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo dito processo compreender toda a recuperação do dito componente de não biomassa na etapa (d).

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito processo ainda compreender a fermentação da dita glicose em um produto de fermentação.