BR112017014195B1

BR112017014195B1 - Processos para produzir uma corrente (slip stream) de açúcar e sistemas para produzir uma corrente (slip stream) de açúcar

Info

Publication number: BR112017014195B1
Application number: BR112017014195-7A
Authority: BR
Inventors: Steven G. Redford
Original assignee: Poet Research, Inc
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2023-04-11
Also published as: US10233466B2; US20210324423A1; US20210163996A1; BR112017014195A2; MX2017008738A; MX2022005583A; US20160186215A1; US11060116B2; WO2016109590A1; CA2972415A1; US20190153481A1

Abstract

Métodos e sistema para produzir uma corrente secundária de açúcar, por exemplo, para uso na produção de uma ou mais substâncias químicas, em instalações de fermentação de etanol. Em algumas modalidades, os métodos e os sistemas têm pouco a nenhum impacto sobre o nível de produção de etanol, apesar de produzir também uma corrente secundária de açúcar. Os métodos e os sistemas podem ser executados em instalações e processos de fermentação de etanol de moagem a seco, etanol de moagem a úmido, e etanol lignocelulósicos.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001]Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório U.S. No. 62/098.434, intitulado "Economic Ethanol Fermentation Sugar Stream, Processes and Systems of Producing Same", e tendo uma data de depósito de 31 de dezembro de 2014. Este pedido provisório é incorporado neste documento por referência em sua totalidade.

CAMPO

[002]O relatório descritivo refere-se aos métodos e aos sistemas para produzir açúcar em instalações de fermentação de etanol. O relatório descritivo também se refere aos métodos e aos sistemas para produzir simultaneamente etanol e uma corrente secundária de açúcar, por exemplo, para a produção de substâncias químicas que não sejam o etanol em instalações de fermentação de etanol, com pouco a nenhum impacto sobre o rendimento de álcool das instalações de etanol.

ANTECEDENTE

[003]As instalações de fermentação de etanol de primeira geração produzem etanol a partir de matéria-prima à base de amido, tal como o milho. Em um processo de fermentação de milho até etanol convencional, típico, o amido presente no milho é decomposto em açúcares simples, que podem ser fermentados por um etanologênio, tal como a levedura, em etanol.

[004]Os processos de produção de etanol tradicionais tipicamente envolvem cinco etapas básicas: moagem, cozimento, sacarificação, fermentação, destilação e recuperação. Em alguns tais processos, a etapa de moagem é uma etapa de moagem a seco na qual o milho é moído em farinha fina. O cozimento pode envolver a mistura da farinha fina com a água para formar uma pasta fluida, o aquecimento da pasta fluida até acima da temperatura de gelatinização do milho, e o tratamento da pasta fluida com uma enzima de liquefação para hidrolisar o amido contido nela até dextrinas. Na etapa de sacarificação, as enzimas são adicionadas à pasta para converter o amido de milho em açúcares simples. A fermentação dos açúcares por um etanologênio, tal como a levedura, produz uma cerveja, que é separada em etanol e vinhoto por destilação. O vinhoto inteiro pode ser submetido a um processamento adicional, onde ele é separado em torta úmida e vinhoto diluído. O vinhoto diluído passa através de evaporadores para produzir um xarope, o qual pode ser recombinado e secado com a torta úmida para produzir grãos secos de destilaria com solúveis (DDGS), uma ração animal. Nem todos os processos de produção de etanol de moagem a seco envolvem todas as etapas identificadas. Por exemplo, em alguns processos de produção de etanol de moagem a seco, a sacarificação e a fermentação não são etapas independentes, porém ocorrem simultaneamente. Como outro exemplo, alguns processos de produção de etanol de moagem a seco não envolvem a liquefação. Ainda como outro exemplo, o processo de hidrólise BPX® da POET® não usa um aparelho de cozinhar de jato (i.e., uma etapa de cozimento).

[005]Para produzir uma corrente de açúcar pura, ao mesmo tempo produzindo outros componentes do milho disponíveis para vender, alguns processos convencionais usam uma abordagem de moagem a úmido em vez de moagem a seco. Na moagem a úmido, o milho é saturado em água para amolecer o grão e facilitar a separação dos diversos componentes do grão de milho. Após a "saturação", os diversos componentes, tais como o amido, a fibra e o germe, são separados um do outro para o processamento separado em uma variedade de produtos. O equipamento de fracionamento, entretanto, é caro e aumenta o custo de produção da corrente de açúcar.

RESUMO

[006]A presente divulgação refere-se, em parte, aos métodos e aos sistemas para produzir simultaneamente uma corrente secundária de corrente de açúcar, por exemplo, para a produção de substâncias químicas que não sejam o etanol, bem como uma corrente de açúcar para a produção de etanol, em instalações de fermentação de etanol, ao mesmo tempo essencialmente mantendo o mesmo título de etanol, conforme poderia ser produzido pela mesma instalação se ela não produzisse a corrente de açúcar bioquímica.

[007]Em algumas tais modalidades, os métodos envolvem produzir uma corrente secundária de açúcar em uma instalação de fermentação de etanol configurada para produzir um título de etanol desejado, por preparação de uma corrente fermentável a partir de uma quantidade de matéria-prima, remoção de uma primeira parte da corrente fermentável antes da fermentação por um etanologênio, e produção do etanol a partir da segunda parte restante da corrente fermentável, consistente com o título de etanol desejado. Em algumas modalidades, a primeira parte é removida após a sacarificação da corrente fermentável. Em algumas modalidades, a primeira parte é removida antes da sacarificação da corrente fermentável.

[008]Em algumas modalidades, os métodos são efetuados em uma instalação de fermentação de etanol (à base de amido) de primeira geração e a corrente fermentável é uma pasta fluida ou uma mistura. Em algumas modalidades adicionais, onde a corrente fermentável for uma mistura, a mistura é processada para remover os sólidos e produzir uma corrente de açúcar. O processo de primeira geração pode ser qualquer processo para converter materiais à base de amido, tais como o milho, em etanol, por exemplo, incluindo ambos os processos que incluem e não incluem uma etapa de cozimento. Ainda em modalidades adicionais, os sólidos removidos são retornados para a segunda parte da corrente fermentável (i.e., a mistura). Nas modalidades adicionais, a corrente de açúcar é também processada, por exemplo, a corrente de açúcar é filtrada usando uma membrana, para remover as enzimas e as enzimas removidas são recicladas para a segunda parte da corrente fermentável (i.e., a mistura).

[009]Em outras modalidades adicionais, onde a corrente fermentável for uma pasta fluida, tanto a primeira parte da pasta fluida é processada em uma primeira mistura, quanto a segunda parte da pasta fluida é processada, conforme usual, em uma segunda mistura. Em certas modalidades adicionais, a primeira mistura é adicionalmente processada para remover os sólidos e produzir uma corrente de açúcar. Ainda nas modalidades adicionais, os sólidos removidos são combinados com a segunda mistura. Nas modalidades adicionais, a corrente de açúcar é também processada, por exemplo, a corrente de açúcar é filtrada usando uma membrana, para remover as enzimas e as enzimas removidas são recicladas para a segunda parte da corrente fermentável (i.e., a mistura).

[010]Em algumas modalidades, o processo é efetuado em uma instalação de fermentação de etanol lignocelulósica (também referido como celulósico). Nas modalidades adicionais, a corrente fermentável é removida antes da sacarificação. Em outras modalidades adicionais. A corrente fermentável é um licor sacarificado e, portanto, a corrente fermentável é removida após a sacarificação. Em algumas modalidades, a corrente fermentável, por exemplo, o licor sacarificado, é adicionalmente processada para produzir uma corrente de açúcar.

[011]Em certas modalidades, o título de etanol desejado é aproximadamente o título máximo da instalação produtora de etanol. Por exemplo, em certas modalidades, uma quantidade de matéria-prima é usada, a qual gera uma corrente fermentável (p.ex., uma mistura), a partir da qual são derivadas tanto uma primeira parte para a produção de substâncias químicas que não sejam o etanol, quanto uma segunda parte para a produção de etanol, onde a segunda parte é capaz de produzir o título máximo de etanol independentemente da primeira parte. Como outro exemplo, uma quantidade de matéria-prima é usada, a qual produz uma corrente fermentável que, se fermentada sem a separação em uma primeira parte para a produção de substâncias químicas que não sejam o etanol e em uma segunda parte para a produção de etanol, resultaria em um título de etanol em excesso do que o etanologênio da instalação de fermentação poderia tolerar. Em algumas modalidades, a quantidade de matéria-prima varia de uma quantidade que produziria um título de etanol que seria muito alto para o etanologênio tolerar, se tanto a primeira corrente fermentável (p.ex., a mistura) quanto a segunda corrente fermentável (p.ex., a mistura) pudessem ser fermentadas no mesmo volume de tanque, até uma quantidade de matéria-prima consistente com a capacidade da instalação de fermentação de etanol.

[012]Em algumas modalidades, os sistemas compreendem uma instalação de fermentação de etanol, configurada para produzir um título desejado de etanol, e componentes configurados para remover uma corrente secundária de uma corrente fermentável produzida na instalação, com essencialmente pouco ou nenhum impacto na produção do título de etanol desejado. Em algumas modalidades, os componentes são configurados para remover a corrente secundária após a sacarificação. Em algumas modalidades, os componentes são configurados para remover a corrente secundária antes da sacarificação. Em algumas modalidades, os sistemas adicionalmente compreendem componentes para separar e/ou retornar os sólidos derivados da corrente secundária de volta para a instalação de etanol, por exemplo, de volta para uma mistura ou um licor sacarificado produzido na instalação. Nas modalidades adicionais, os sistemas adicionalmente compreendem componentes para separar as enzimas residuais da corrente de açúcar após a remoção dos sólidos e retornar as enzimas de volta para a instalação de etanol. Em algumas modalidades, a instalação é uma instalação de etanol à base de amido. Em algumas modalidades, a instalação é uma instalação de etanol à base de amido de moagem a seco. Em algumas modalidades, a instalação é uma instalação de milho até etanol de moagem a seco. Em algumas modalidades, a instalação é uma instalação de etanol lignocelulósica.

[013]As modalidades identificadas são ilustrativas somente e são, portanto, não limitativas. Os detalhes de uma ou mais modalidades não limitativas de acordo com a divulgação são apresentados nas descrições abaixo. Outras modalidades de acordo com a divulgação devem ser aparentes para aqueles de habilidade comum na técnica, após consideração da presente divulgação. Por exemplo, embora as execuções dos processos e dos sistemas sejam principalmente descritas neste documento com referência aos processos e aos sistemas de produção de etanol de moagem a seco, elas podem ser adaptadas para os processos e os sistemas de etanol de moagem a úmido, assim como para os processos e os sistemas de etanol lignocelulósicos, conforme uma pessoa de habilidade na técnica prontamente entenderia a partir da leitura deste relatório descritivo. Similarmente, embora as execuções dos processos e dos sistemas principalmente se refiram aos processos e aos sistemas de fermentação de milho até etanol, elas podem ser adaptadas para outros processos e sistemas de fermentação de biomassa até etanol, novamente conforme uma pessoa de habilidade poderia entender a partir da leitura deste relatório descritivo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[014]Salvo definição em contrário, todos os termos técnicos e científicos usados neste documento têm o mesmo significado como é comumente entendido por alguém de habilidade comum na técnica à qual esta divulgação pertence. Se houver uma pluralidade de definições para um termo aqui contido, aquelas nesta seção prevalecem, a não ser que estabelecido de outro modo.

[015]Onde sempre as expressões "por exemplo", "tal como", "incluindo" e similar forem usadas neste documento, a expressão "e sem limitação" é entendida vir depois, a não ser que explicitamente estabelecido de outro modo.

[016]Os termos "compreendendo" e "incluindo" e "envolvendo" (e similarmente "compreende" e "inclui" e "envolve") são usados de modo intercambiável e significam a mesma coisa. Especificamente, cada um dos termos é definido consistente com a definição da lei de patentes dos Estados Unidos de "compreendendo" e é, portanto, interpretado para ser um termo aberto significando "pelo menos o seguinte" e também interpretado para não excluir características, limitações, aspectos, etc. adicionais.

[017]O termo "cerca de" é pretendido explicar as variações devidas a erro experimental ou permitir desvios das medições que não impactem negativamente o propósito pretendido. Todas as medições ou números são implicitamente entendidos ser modificados pelo termo cerca de, mesmo se a medição ou o número não for explicitamente modificado pelo termo cerca de.

[018]O termo "substancialmente" é pretendido permitir desvios do termo descritivo que não impactem negativamente o propósito pretendido. Todos os termos descritivos são implicitamente entendidos ser modificados pelo termo substancialmente, mesmo se o termo descritivo não for explicitamente modificado pelo termo substancialmente.

[019]Onde sempre os termos "um" ou "uma" forem usados, "um(a) ou mais" é entendido, a não ser que explicitamente estabelecido de outro modo ou tal interpretação for despropositada no contexto.

[020]As expressões: "essencialmente mantendo o mesmo título de etanol"; "com pouco ou nenhum impacto para o rendimento de álcool da instalação de etanol"; "consistente com o título de etanol desejado" e similar indicam que, para uma dada instalação de etanol efetuando um processo de açúcar de corrente secundária de acordo com esta divulgação, qualquer redução resultante da produção de etanol é comercialmente aceitável. Por exemplo, a diferença no título de etanol entre uma instalação produzindo etanol e uma corrente secundária de açúcar de acordo com esta divulgação e a mesma instalação de etanol produzindo etanol sem a corrente secundária de açúcar pode ser cerca de 10%, ou cerca de 5%, ou cerca de 2%, ou cerca de 0%.

[021]A "mistura" refere-se a uma composição compreendendo açúcar produzido em uma instalação à base de amido. O "licor sacarificado" refere-se a uma composição compreendendo açúcar produzido em uma instalação de etanol lignocelulósica. A "pasta fluida" refere-se a uma composição de amido produzida em uma instalação à base de amido.

[022]A expressão "corrente de açúcar" refere-se a uma composição que compreende açúcar; uma corrente de açúcar não é necessariamente açúcar puro, porém pode ser, por exemplo, uma mistura ou uma mistura purificada (tal como uma mistura que tenha sido processada para remover pelo menos uma parte dos sólidos). A "corrente de açúcar" também se refere a uma corrente que é desviada de uma instalação de fermentação de etanol para proporcionar uma segunda fonte de açúcar, diferente da fonte principal de açúcar que será usada para produzir etanol. O açúcar na corrente de açúcar pode ser usado, por exemplo, para produzir uma ou mais substâncias químicas.

[023]As expressões: "remover os sólidos da primeira parte da corrente fermentável" e "remover as enzimas da corrente de açúcar", assim como outras expressões similares sugerindo um processo de purificação ou separação, não requerem a remoção/separação/purificação completa.

[024]A presente divulgação refere-se aos métodos e aos sistemas para produzir uma corrente de açúcar, por exemplo, para uso na produção de substâncias químicas que não sejam o etanol, ao mesmo tempo também produzindo etanol em um processo de fermentação de matéria-prima até etanol. Em algumas modalidades, a presente divulgação proporciona métodos e sistemas para produzir uma corrente de açúcar, por exemplo, para uso na produção de substâncias químicas que não sejam o etanol, ao mesmo tempo simultaneamente mantendo a produção de etanol em um nível comercialmente aceitável, por exemplo, essencialmente nos níveis de título máximos de acordo com a capacidade da instalação de fermentação de etanol de execução.

[025]Os processos de fermentação de etanol em geral envolvem produzir uma corrente fermentável a partir de uma matéria-prima (por exemplo, uma matéria- prima de amido à base de grão, incluindo o cereal integral, tal como o milho, o trigo, o sorgo, o triguilho, a cevada) e depois produzir o etanol a partir da corrente fermentável. Por exemplo, em um processo de fermentação de etanol à base de amido, a corrente fermentável pode ser uma mistura, e a produção do etanol envolver fermentar o açúcar na mistura até o etanol. Como outro exemplo à base de amido, a corrente fermentável pode ser uma pasta fluida, que é sacarificada para produzir uma mistura. O açúcar na mistura é depois fermentado em etanol. Ainda como outro exemplo, em um processo de fermentação de etanol lignocelulósico, a corrente fermentável pode ser um licor sacarificado, e a produção de etanol envolve fermentar o açúcar no licor sacarificado até etanol.

[026]Em algumas modalidades, os métodos descritos neste documento em geral envolvem produzir uma corrente fermentável em excesso do que a instalação de execução tipicamente manusearia ou seria capaz de manusear, produzir uma corrente secundária de açúcar a partir da corrente fermentável em excesso, e produzir o etanol a partir da corrente fermentável restante. Em geral, os métodos envolvem preparar uma corrente fermentável a partir de uma quantidade de matéria- prima, remover uma primeira parte da corrente fermentável antes da fermentação por um etanologênio, e produzir o etanol a partir de uma segunda parte da corrente fermentável, consistente com o título de etanol desejado.

[027]Em algumas modalidades, a primeira parte (da corrente fermentável) é removida após a sacarificação da corrente de alimentação fermentável. Em algumas tais modalidades, a corrente secundária de açúcar (primeira parte removida) pode ser adicionalmente purificada por remoção dos sólidos de acordo com qualquer método apropriado, tal como qualquer método conhecido para aqueles de habilidade comum na técnica. Nas modalidades adicionais, os sólidos removidos são retornados para a instalação de fermentação de etanol e podem ser recombinados com a segunda parte da corrente de fermentação ou uma corrente derivada da segunda parte. Ainda nas modalidades adicionais, a corrente de açúcar resultante é também submetida a um processo de purificação, alvejado para remover as enzimas residuais. Em algumas tais modalidades, as enzimas residuais removidas são retornadas para reutilização na instalação de fermentação de etanol, tal como recombinadas com a segunda parte da corrente de fermentação ou outra corrente derivada da segunda parte.

[028]Em algumas modalidades, a primeira parte da corrente fermentável é removida antes da sacarificação da corrente fermentável. Em algumas tais modalidades, a primeira parte é adicionalmente processada para produzir açúcar (tal como sendo submetida a um processo de sacarificação), e a corrente secundária de açúcar resultante pode ser adicionalmente purificada, por exemplo, para remover os sólidos. Nas modalidades adicionais, os sólidos removidos podem ser recombinados com a segunda parte da corrente de fermentação ou uma corrente derivada da segunda parte.

[029]Em algumas modalidades, o título de etanol desejado é um título comercialmente aceitável. Em algumas modalidades, o título de etanol desejado é o título de etanol máximo da instalação produtora de etanol. Consequentemente, em algumas modalidades, a quantidade de matéria-prima é escolhida para produzir o título de etanol desejado que esteja em excesso da capacidade da instalação produtora de etanol de execução, se tanto a primeira parte da corrente fermentável quanto a segunda parte da corrente fermentável puderem ambas ser fermentadas no mesmo tanque. Em algumas modalidades, a quantidade de matéria-prima é escolhida de modo tal que a segunda parte da corrente fermentável produza o título de etanol desejado. Em algumas tais modalidades, o título de etanol resultante é um título comercialmente aceitável; em outras tais modalidades, o título de etanol resultante é o título de etanol operacional máximo da instalação de etanol. Em algumas modalidades, a quantidade de matéria-prima é escolhida para produzir um título de etanol que seja maior do que o etanologênio possa tolerar, se tanto a primeira parte quanto a segunda parte da corrente fermentável puderem ser fermentadas no mesmo tanque. Em algumas modalidades, a quantidade escolhida de matéria-prima pode variar de uma quantidade que produza um título de etanol maior do que o etanologênio possa tolerar até uma quantidade que seja maior do que a capacidade da instalação de execução. A quantidade escolhida de matéria- prima pode ser limitada pelos parâmetros operacionais de uma dada instalação; uma pessoa de habilidade comum poderia determinar o limite com base neste relatório descritivo e nas informações das operações da instalação de execução.

[030]Em algumas modalidades, os métodos podem ser executados em processos de fermentação de etanol de primeira geração (p.ex., à base de amido), tais como um processo de fermentação de etanol de moagem a seco. Em outras palavras, a "instalação de execução" mencionada o tempo todo pode ser uma instalação de fermentação de etanol de primeira geração, incluindo as instalações que utilizam as etapas de cozimento e que não utilizam as etapas de cozimento em seu processo de hidrólise. Um processo de milho etanol de moagem a seco tipicamente envolve: moer o milho; empastar o milho com a água; explodir com vapor os sólidos; liquefazer/sacarificar a corrente com enzimas; fermentar a mistura; destilar o álcool da cerveja; separar os sólidos do vinhoto inteiro para criar uma torta úmida; evaporar algo da água do vinhoto diluído para criar um xarope; remover o óleo do xarope; e secar a torta úmida e o xarope. Entretanto, os processos descritos neste documento não estão limitados na aplicação a este processo típico, porém podem ser aplicados a todos os processos de moagem a seco, incluindo, por exemplo, os processos de moagem a seco que não usam a explosão com vapor ou outras etapas de cozimento. Em geral, as usinas de etanol são projetadas para operar tão eficientemente quanto possível, i.e., produzir um título de etanol tão alto quanto for possível. As usinas de moagem a seco tipicamente produzem títulos que variam de cerca de 12% a cerca de 20%. Os obstáculos que limitam o título incluem o etanologênio usado para fermentar os açúcares, e os componentes não fermentáveis ("inertes") produzidos no processo global. Por exemplo, o etanologênio pode não ser capaz de tolerar um título mais elevado, e a presença de certo nível de inertes pode impactar o rendimento de álcool.

[031]Para produzir uma corrente de açúcar, ao mesmo tempo ainda mantendo o título de etanol, os métodos de acordo com a presente divulgação moem uma quantidade aumentada de matéria-prima em relação à quantidade típica de matéria-prima usada como insumo em um dado processo da instalação de fermentação de etanol de moagem a seco e, com isso, aumentam a quantidade de açúcar produzido na mistura em relação à quantidade de açúcar produzido se a usina estivesse somente produzindo uma corrente de açúcar para o etanol. Por exemplo, em algumas modalidades de moagem a seco, a quantidade de matéria- prima é escolhida para produzir um título de etanol que esteja em excesso do título máximo da dada instalação de fermentação de etanol. Por exemplo, a quantidade de matéria-prima é escolhida de modo tal que somente uma parte da corrente de fermentação produzida a partir da matéria-prima seja requerida para produzir o título de etanol máximo para a dada instalação de fermentação de etanol. Em outras modalidades de moagem a seco, a quantidade de matéria-prima é escolhida para produzir um título de etanol e/ou inertes que seja maior do que o etanologênio possa tolerar. Em algumas modalidades de moagem a seco, a quantidade de matéria- prima varia de uma quantidade que produziria um título de etanol que seria muito alto para o etanologênio até uma quantidade de matéria-prima consistente com a capacidade da instalação de fermentação de etanol. Em algumas modalidades de moagem a seco, a quantidade de matéria-prima pode ser aumentada acima dos limites descritos acima por remoção de um ou mais componentes da matéria-prima, tal como remoção da fibra do milho, com isso diminuindo o nível de inertes que entram no fermentador por quantidade dada de matéria-prima e permitindo maior moagem e remoção de açúcar. Em algumas modalidades, os componentes da matéria-prima removidos são introduzidos de volta no sistema em um local apropriado, tal como proporcionando a fibra do milho removida para os DDGS.

[032]A moagem adicional resulta em uma parte maior da corrente fermentável, que, em algumas modalidades, produziria açúcar que excederia a capacidade de processamento da instalação de fermentação (tal como criando títulos de etanol que seriam muito altos para o etanologênio tolerar, ou tal como produzindo uma quantidade de inertes que impactaria o rendimento de etanol para além do que é comercialmente aceitável). Consequentemente, uma parte da corrente fermentável é removida antes da fermentação.

[033]Em algumas modalidades, portanto, uma primeira parte da corrente fermentável é removida, por exemplo, para o propósito de proporcionar uma corrente secundária de açúcar para substância(s) química(s) que não seja(m) o etanol, em vez da produção de etanol, e a segunda parte restante pode ser fermentada em etanol. Em algumas modalidades, a primeira parte da mistura é removida após a sacarificação. Em algumas modalidades de moagem a seco, a primeira parte da corrente fermentável é removida após a sacarificação. Tais métodos podem envolver a produção de uma corrente secundária de açúcar em uma instalação de fermentação de etanol configurada para produzir um título de etanol desejado, por preparação de uma mistura a partir de uma quantidade de matéria-prima, remoção de uma primeira parte da mistura antes da fermentação por um etanologênio, que corresponde à corrente secundária de açúcar, e produção de etanol a partir da segunda parte restante da mistura, consistente com o título de etanol desejado.

[034]Em outras modalidades de moagem a seco, a primeira parte da corrente fermentável é removida antes da sacarificação. Tais métodos podem envolver a produção de uma corrente secundária de açúcar em uma instalação de fermentação de etanol configurada para produzir um título de etanol desejado, por preparação de uma pasta fluida a partir de uma quantidade de matéria-prima, remoção de uma primeira parte da pasta fluida, processamento da primeira parte da pasta fluida para produzir uma corrente de açúcar (por exemplo, direcionamento da pasta fluida para um processo de liquefação e/ou sacarificação), e produção de etanol a partir da segunda parte restante da pasta fluida, consistente com o etanol desejado.

[035]A mistura removida (quer seja removida diretamente como a corrente fermentável, quer seja gerada a partir da corrente fermentável removida) pode ser processada de acordo com qualquer método para gerar uma corrente secundária de açúcar purificada. Por exemplo, a mistura removida pode ser processada para separar os sólidos presentes na mistura, resultando em uma corrente secundária de açúcar. A corrente secundária de açúcar pode servir como uma fonte de açúcar para a produção de uma ou mais substâncias químicas. Em algumas modalidades, os sólidos separados podem ser combinados com a mistura que é para ser fermentada para produzir o etanol para o processamento e a recuperação do curso comum da operação da instalação. Em tais modalidades, o nível de material não fermentável ("inertes") que o processo de fermentação pode manusear, para manter as eficiências desejadas do processo de etanol, controlará a quantidade de açúcar que pode ser produzido para a corrente secundária de açúcar químico e, por sua vez, a quantidade de matéria-prima de entrada que pode ser usada acima e abaixo do que é usado durante a operação comum da instalação (i.e., quando a instalação estiver operando para somente produzir uma corrente de açúcar para a produção de etanol).

[036]Em algumas modalidades, além de reciclar os sólidos a partir da primeira parte da corrente fermentável, as enzimas na corrente de açúcar são também recicladas para o processo de fermentação de etanol. Por exemplo, após os sólidos serem removidos, a corrente de açúcar resultante pode ser submetida a um processo de filtração para remover as enzimas. Em algumas modalidades, o reciclo das enzimas para o processo de fermentação a partir dos sólidos removidos e/ou a partir da corrente de açúcar proporciona um benefício econômico, porque menos enzimas necessitam ser usadas no processo de fermentação de etanol. Para ilustrar a ideia, se: 100% das enzimas na corrente secundária puderem ser recicladas; e se o volume combinado da primeira parte e da segunda parte representar 100% do volume fermentável, com a primeira parte sendo 20% do volume fermentável total e a segunda parte representando 80% do volume fermentável total; então somente uma quantidade de enzimas necessárias para 60% do volume fermentável total necessita ser adicionada à segunda parte, porque a quantidade restante de enzima requerida pode ser reciclada para a segunda parte a partir da primeira parte.

[037]Em quaisquer das modalidades acima descritas, a parte da porção fermentável removida pode ser escolhida de modo tal que a parte restante da corrente fermentável seja típica da quantidade de corrente fermentável processada para a data instalação de fermentação atingir o seu título de etanol desejado (por exemplo, máximo). Ou seja, uma quantidade de açúcar pode ser removida (diretamente por remoção de uma parte da mistura ou indiretamente por remoção de uma parte da pasta fluida) para manter a mesma quantidade de açúcar para a produção de etanol típica da dada instalação e, consequentemente, o título de etanol.

[038]Em algumas modalidades de moagem a seco, até cerca de 25% em volume da corrente fermentável (p.ex., a mistura) podem ser removidos antes da fermentação. Em algumas modalidades de moagem a seco, até cerca de 15% em volume da corrente fermentável (p.ex., a mistura) podem ser removidos antes da fermentação. Em algumas modalidades de moagem a seco, até cerca de 10% em volume da corrente fermentável (p.ex., a mistura) podem ser removidos antes da fermentação. Em algumas modalidades de moagem a seco, até cerca de 5% em volume da corrente fermentável (p.ex., a mistura) podem ser removidos antes da fermentação. Em algumas modalidades de moagem a seco, de cerca de 10% a cerca de 15% em volume da corrente fermentável (p.ex., a mistura) podem ser removidos antes da fermentação. Em algumas modalidades de moagem a seco, de cerca de 8% a cerca de 10% em volume da corrente fermentável (p.ex., a mistura) podem ser removidos antes da fermentação. Em algumas modalidades de moagem a seco, de cerca de 2% a cerca de 5% em volume da corrente fermentável (p.ex., a mistura) podem ser removidos antes da fermentação.

[039]Em geral, o limite superior da corrente fermentável adicional (p.ex., mistura) que pode ser produzida e, consequentemente, o limite superior da corrente fermentável (p.ex., a mistura) que pode ser removida refere-se aos parâmetros de processamento de uma dada instalação. Por exemplo, as instalações que operam em títulos menores podem, em geral, ser capazes de moer mais e, portanto, remover mais corrente fermentável (p.ex., mistura) em relação às instalações que operam em título maior. A quantidade de corrente fermentável adicional (p.ex., mistura) que pode ser fornecida para o fermentador também depende do etanologênio escolhido e do nível de inertes e/ou do título que ele pode tolerar. A quantidade de corrente fermentável (p.ex., mistura) que pode ser removida também depende da perda de etanol que é aceitável para uma dada instalação. Por exemplo, se uma instalação puder aceitar uma perda de 10% em etanol, ela pode remover maiores quantidades de açúcar em relação a uma instalação que deseja manter o seu rendimento de etanol. Como outro exemplo, se a instalação puder aceitar pouca até nenhuma perda em etanol e a instalação estiver operando em título alto, ela pode somente ser capaz de remover uma pequena quantidade de corrente fermentável (p.ex., mistura) por moagem de novo.

[040]Em algumas modalidades de moagem a seco, a quantidade de matéria- prima pode exceder as orientações acima mencionadas se um ou mais componentes da matéria-prima forem removidos antes da fermentação, por exemplo, antes da introdução da matéria-prima no processo ou, por exemplo, antes da liquefação, com isso diminuindo os inertes que entram no fermentador, permitindo uma maior moagem e remoção de mistura/açúcar. Como um exemplo, a matéria-prima pode ser o milho, e o componente removido pode ser a fibra. Em algumas modalidades, o componente ou os componentes removidos, tais como a fibra, é/são enviado(s) diretamente para o Grão Seco de Destilaria ("DDG"). Por exemplo, em algumas tais modalidades onde os componentes da matéria-prima forem removidos inicialmente, até cerca de 37%, ou até cerca de 40% em volume da corrente fermentável podem ser removidos antes da fermentação.

[041]A presente divulgação também proporciona sistemas para a produção de uma corrente secundária de açúcar. Os sistemas incluem uma instalação de fermentação de etanol e componentes configurados para remover uma corrente secundária de uma corrente de fermentação produzida na instalação, com essencialmente nenhum impacto para a produção do título de etanol desejada. Em algumas modalidades, a instalação de etanol é configurada para produzir etanol a partir de um cereal integral, tal como o milho. Em algumas modalidades, a instalação de etanol é configurada para produzir etanol a partir de biomassa lignocelulósica. Em algumas modalidades, os componentes são configurados para remover a corrente secundária após a sacarificação da corrente fermentável. Em algumas modalidades, os componentes são configurados para remover a corrente secundária antes da sacarificação da corrente fermentável. Em algumas modalidades, o sistema proporciona equipamento de processamento para purificar a corrente secundária e retornar os componentes removidos da corrente secundária (tais como os sólidos removidos da mistura) de volta para a corrente, para a produção de etanol (tal como de volta para a mistura em uma instalação à base de amido ou de volta para o licor sacarificado em uma instalação lignocelulósica). Em algumas modalidades, onde a corrente fermentável for removida antes da sacarificação, o sistema também inclui componentes para o processamento adicional da corrente para produzir açúcar.

[042]Diversas modalidades foram descritas, porém uma pessoa de habilidade entende que ainda outras modalidades são incluídas por esta divulgação. Será apreciado por aqueles versados na técnica que poderiam ser feitas mudanças nas modalidades descritas acima, sem sair dos seus amplos conceitos inventivos. Por exemplo, embora o processo seja descrito principalmente com relação aos processos de moagem a seco, ele poderia também ser adaptado para processos de moagem a úmido. É entendido, portanto, que esta divulgação e os conceitos inventivos não estão limitados às modalidades particulares divulgadas, porém são pretendidos para cobrir as modificações dentro do espírito e do escopo dos conceitos inventivos, incluindo como definidos nas reivindicações anexas. Consequentemente, a descrição precedente das diversas modalidades não necessariamente implica exclusão. Por exemplo, "algumas" modalidades ou "outras" modalidades podem incluir tudo ou parte de "algumas", "outras", "mais" e "certas" modalidades dentro do escopo desta invenção. Os métodos e os dispositivos dentro do escopo da divulgação podem também ser definidos de acordo com as modalidades abaixo. Modalidades adicionais não incluídas: 1. Um processo para produzir uma corrente secundária de açúcar, executado em uma instalação de fermentação produtora de etanol configurada para produzir um título de etanol desejado, compreendendo: a. preparar uma corrente fermentável a partir de uma quantidade de matéria- prima; b. remover uma primeira parte da corrente fermentável antes da fermentação por um etanologênio; e, c. produzir etanol a partir de uma segunda parte da corrente fermentável consistente com o título de etanol desejado. 2. Um processo de acordo com a modalidade 1, onde o título de etanol desejado é aproximadamente o título máximo da instalação produtora de etanol. 3. Um processo de acordo com a modalidade 1 ou a modalidade 2, compreendendo adicionalmente: separar os sólidos da primeira parte da corrente fermentável e proporcionar os sólidos pelo menos para a segunda parte da corrente fermentável para produzir uma quantidade total de sólidos na segunda parte. 4. Um processo de acordo com a modalidade 1 ou a modalidade 2, onde a quantidade de matéria-prima é escolhida para produzir um título de etanol que está em excesso do título máximo da instalação produtora de etanol, se tanto a primeira parte quanto a segunda parte da corrente fermentável forem fermentadas. 5. Um processo de acordo com a modalidade 1 ou a modalidade 2, onde a quantidade de matéria-prima é escolhida para produzir um título de etanol que é maior do que o etanologênio pode tolerar, se tanto a primeira parte quanto a segunda parte da corrente fermentável forem fermentadas. 6. Um processo de acordo com a modalidade 3, onde a quantidade total de sólidos na segunda parte não impacta negativamente o título de etanol desejado. 7. Um processo de acordo com a modalidade 3, onde o processo mantém o título de etanol desejado. 8. Um processo de acordo com quaisquer das modalidades 1-7, onde a corrente fermentável é escolhida a partir de uma pasta fluida, uma mistura, e um licor sacarificado. 9. Um processo de acordo com a modalidade 8, onde o processo é executado em uma instalação de fermentação de etanol à base de amido e a corrente fermentável é uma pasta fluida ou uma mistura. 10. Um processo de acordo com a modalidade 9, onde a primeira parte é removida após a sacarificação e a corrente fermentável é uma mistura. 11. Um processo de acordo com a modalidade 9, onde a primeira parte é removida antes da sacarificação e a corrente fermentável é uma pasta fluida. 12. Um processo de acordo com a modalidade 10 ou a modalidade 11, onde a matéria-prima é um cereal integral. 13. Um processo de acordo com a modalidade 12, onde a matéria-prima é o milho. 14. Um processo de acordo com quaisquer das modalidades 6, 7 e 9-12, onde o processo é executado em uma instalação de fermentação de etanol à base de amido e compreende: a. moer a matéria-prima; b. cozinhar a matéria-prima moída, onde o cozimento compreende misturar a matéria-prima moída para formar uma pasta fluida e hidrolisar a matéria- prima empastada para produzir as dextrinas; e, se necessário, c. sacarificar as dextrinas para produzir a glicose. 15. Um processo de acordo com a modalidade 14, onde a matéria-prima tem uma temperatura de gelatinização e a hidrólise é realizada acima da temperatura de gelatinização da matéria-prima. 16. Um processo de acordo com a modalidade 14, compreendendo adicionalmente fracionar a matéria-prima. 17. Um processo de acordo com quaisquer das modalidades 1-10 e 12-16, compreendendo adicionalmente separar o açúcar da primeira parte da corrente fermentável. 18. Um processo de acordo com a modalidade 17, compreendendo adicionalmente usar o açúcar para produzir uma ou mais substâncias químicas. 19. Um processo de acordo com quaisquer das modalidades 1-9 e 11-16, compreendendo adicionalmente direcionar a primeira parte para um processo de liquefação, processo de sacarificação, ou ambos, para produzir uma mistura; e processar a mistura para produzir uma corrente de açúcar. 20. Um processo de acordo com a modalidade 19, onde a corrente de açúcar derivada da primeira parte é usada para produzir uma ou mais substâncias químicas. 21. Um sistema para produzir uma corrente secundária de açúcar, compreendendo: a. uma instalação de fermentação de etanol configurada para produzir um título desejado de etanol a partir de um cereal integral; b. componentes configurados para remover uma corrente secundária de uma corrente fermentável produzida na instalação, com essencialmente nenhum impacto para a produção do título de etanol desejado. 22. Um sistema de acordo com a modalidade 21, onde o título de etanol desejado é aproximadamente o título máximo da instalação de fermentação de etanol. 23. Um sistema de acordo com as modalidades 21 ou 22, onde os componentes são configurados para remover a corrente secundária após a sacarificação. 24. Um sistema de acordo com as modalidades 21 ou 22, onde os componentes são configurados para remover a corrente secundária antes da sacarificação. 25. Um sistema de acordo com quaisquer das modalidades 21-24, compreendendo adicionalmente componentes configurados para retornar os sólidos derivados da corrente secundária de volta para uma mistura ou licor sacarificado produzido na instalação.

Claims

1. Processo para produzir uma corrente (slip stream) de açúcar executado em uma instalação de fermentação de etanol de moagem a seco configurada para produzir um título de etanol desejado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a) preparar uma corrente fermentável a partir de uma quantidade de matéria- prima, em que a corrente fermentável é uma mistura; b) remover uma primeira parte da corrente fermentável após a sacarificação e antes da fermentação por um etanologênio; c) produzir etanol a partir de uma segunda parte restante da corrente fermentável consistente com um título de etanol desejado.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o título de etanol desejado é consistente com o título de etanol máximo da instalação e a segunda parte restante da corrente fermentável produz até o título de etanol máximo consistente com a capacidade da instalação de fermentação.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente separar sólidos da primeira parte da mistura para produzir uma corrente de açúcar; e, combinar os sólidos separados com a segunda parte restante da corrente fermentável.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que enzimas são separadas da corrente de açúcar e combinadas com a segunda parte restante da corrente fermentável.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria-prima é um cereal integral.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria-prima é milho.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente fracionar o milho.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria-prima é milho, a corrente fermentável é a mistura, a primeira parte varia de 2% a 5% em volume da mistura, e o processo mantém o título de etanol desejado.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo compreende adicionalmente usar açúcar derivado da primeira parte da corrente fermentável para produzir uma ou mais substâncias químicas.

10. Sistema para produzir uma corrente (slip stream) de açúcar CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a. uma instalação de fermentação de etanol configurada para produzir um título desejado de etanol a partir de cereal integral; e, b. componentes configurados para remover uma corrente (slip stream) a partir de uma corrente fermentável produzida na instalação de fermentação com essencialmente nenhum impacto para a produção do título de etanol desejado, em que os componentes estão configurados para remover a corrente (slip stream) após a sacarificação.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente componentes para retornar sólidos derivados da corrente (slip stream) de volta a uma mistura designada para a produção de etanol.

12. Processo para produzir uma corrente (slip stream) de açúcar executado em uma instalação de fermentação de etanol de moagem a seco configurada para produzir um título de etanol desejado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a. preparar uma corrente fermentável a partir de uma quantidade de matéria- prima, em que a corrente fermentável é uma pasta fluida; b. remover uma primeira parte da corrente fermentável antes da sacarificação, e antes da fermentação por um etanologênio, em que a primeira parte da corrente fermentável é usada para a produção de substância(s) química(s) não etanol; c. produzir etanol a partir de uma segunda parte restante da corrente fermentável consistente com um título de etanol desejado.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o título de etanol desejado é consistente com o título de etanol máximo da instalação e a segunda parte da corrente fermentável produz até o título de etanol máximo consistente com a capacidade da instalação de fermentação.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente processar a primeira parte da pasta fluida para produzir uma mistura; separar sólidos da mistura produzida a partir da primeira parte da pasta fluida para produzir uma corrente de açúcar; e, combinar os sólidos separados com uma mistura produzida pela segunda parte da corrente fermentável.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente filtrar a corrente de açúcar usando uma membrana.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que as enzimas são separadas da corrente de açúcar usando a membrana e em que as enzimas são combinadas com a segunda parte restante da corrente fermentável.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria-prima é um cereal integral.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria-prima é milho.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente fracionar o milho.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria-prima é milho, a corrente fermentável é a mistura, a primeira parte varia de 2% a 5% em volume da mistura, e o processo mantém o título de etanol desejado.

21. Sistema para produzir uma corrente (slip stream) de açúcar CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a. uma instalação de fermentação de etanol configurada para produzir um título desejado de etanol a partir de cereal integral; e, b. componentes configurados para remover uma corrente (slip stream) a partir de uma corrente fermentável produzida na instalação de fermentação com essencialmente nenhum impacto para a produção do título de etanol desejado, em que os componentes estão configurados para remover a corrente (slip stream) antes da sacarificação.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente componentes para retornar sólidos derivados da corrente (slip stream) de volta para uma mistura designada para a produção de etanol.