BR112017025376B1 - Método de e arranjo para tratamento de biomassa - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um arranjo e um método de hidrólise de biomassa que compreende uma bomba de abastecimento (2), um reator de pré-hidrólise (106) e uma linha de abastecimento (4) localizada entre os mesmos para introduzir pasta fluida de biomassa fresca no reator de pré-hidrólise (106), no qual a bomba de abastecimento é uma bomba centrífuga de abastecimento (2) e o reator de pré-hidrólise é um reator de fluxo ascendente (106).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método e um arranjo para tratamento de biomassa. A presente invenção é especialmente adequada para hidrólise de biomassa, por exemplo, para a produção posterior de biocombustíveis, substâncias químicas, fertilizantes etc.

[002] O termo "biomassa" refere-se, em geral, a qualquer material que seja derivado de organismos biológicos vivos ou recentemente vivos. No contexto energético, ele é frequentemente usado para se referir a um material vegetal, no entanto, subprodutos e resíduos provenientes da criação de gado, processamento e preparação de alimentos e lixo orgânico doméstico podem ser fontes da biomassa. A biomassa está amplamente disponível e contém uma alta proporção de carboidratos na forma de celulose, hemicelulose e lignina. As cinco categorias principais de biomassa são: (1) resíduos de madeira (o que inclui serragem e descartes de fabricação de papel), (2) papel de resíduos urbanos, (3) resíduos de padarias e de outras áreas da indústria de produção e processamento alimentício, (4) resíduos agrícolas (incluindo restos culturais de milho, espigas de milho e bagaço de cana-de-açúcar), e (5) culturas energéticas dedicadas (as quais são compostas principalmente por gramíneas lenhosas altas e de crescimento rápido, tais como Panicum e Miscanthus).

[003] O tratamento da biomassa geralmente envolve as seguintes etapas: (1) coleta e transporte da biomassa para uma usina de processamento; (2) pré-tratamento da biomassa com um ou mais meios: mecânico/físico, químico, biológico e térmico para formar uma pasta fluida de biomassa aberta para tratamento por hidrólise; (3) execução de hidrólise enzimática, alcalina ou ácida usando-se enzimas, bases ou ácidos altamente especializados que catalisam a despolimerização do carboidrato em moléculas de açúcar; (4) tratamento final das moléculas de açúcar, como, por exemplo, transformação da glicose em etanol por meio de fermentação; e (5) separação do produto final resultante da fermentação, como etanol proveniente do caldo aquoso de fermentação.

[004] A técnica anterior provê numerosas formas de pré- tratamento do material de biomassa para a produção de um substrato que possa ser hidrolisado de um modo mais rápido e eficiente a fim de produzir moléculas de açúcar. Isso inclui, sem limitação, auto-hidrólise, hidrólise ácida, ativação de amônia, polpação kraft, polpação de solvente orgânico, pré-tratamento com água quente, percolação de amônia, pré-tratamento de cal, polpação de solvente cáustico, ou explosão a vapor para pré-tratamento de peróxido alcalino, ou seja, o uso de substâncias químicas (por exemplo, com ou sem a adição de um ácido ou uma base); meios mecânicos/físicos como corte, moagem, trituração e/ou refinação; meios biológicos, tais como tratamento com enzimas e/ou fungos; meios térmicos, tal como aquecimento da biomassa com vapor, e similares. Nesse estágio, é compreender que duas ou mais opções listadas ou outros pré-tratamentos apropriados podem ser executados em combinação para que se obtenha matéria- prima para hidrólise mais favorável possível. Uma meta comum de todas essas abordagens é o uso de tais dispositivos, processos e condições processuais para garantir que reagentes e enzimas tenham o maior acesso possível à superfície de sólidos contendo carboidrato presentes na pasta fluida de biomassa.

[005] Depois de ser pré-tratada, a pasta fluida de biomassa é processada em um ou mais reservatório(s) de reator para hidrólise, onde substâncias químicas ou enzimas adequadas são hidrolisadas, por exemplo, dividindo-se os carboidratos em monômeros. A pasta fluida de biomassa pré-tratada tende a ser altamente viscosa. Durante a hidrólise, a pasta fluida de biomassa pré-tratada também é liquefeita quando os polímeros da biomassa pré-tratada são convertidos em monômeros. Depois da hidrólise, os monômeros e açúcares, são novamente divididos em produtos finais desejados como, por exemplo, etanol.

[006] O documento U.S.-A-5.888.806 discute em mais detalhes reatores do tipo torre para a bioconversão de material lignocelulósico. O ponto de partida no documento U.S. é o fato de que a técnica anterior tem demonstrado a necessidade de mistura os biorreatores continuamente. Visto que a mistura contínua de biomassa em torres com um volume de centenas ou até mesmo mil ou dois mil metros cúbicos é quase impossível, o documento U.S. sugere um biorreator do tipo torre composto por uma variedade de seções cilíndricas de fluxo pistonado e zonas de mistura dispostas entre as mesmas. Cada zona de mistura pode ser criada por meio de um ou mais agitadores montados em parede ou por meio de um circuito externo de mistura/bombeamento. O propósito de secionar a torre é permitir que a hidrólise avance principalmente em condições de fluxo pistonado, ou seja, condições sem mistura ou sem turbulência, e misturar ou agitar de forma intermitente a biomassa para garantir uma transferência eficaz e uniforme de calor e massa. O documento ensina que, no início da hidrólise, ou seja, durante as primeiras 12 horas, as fases de mistura devem durar cerca de 5 minutos em intervalos de duas horas e depois disso, cinco minutos a cada 4 - 12 horas. A razão para uma mistura mais frequente nas primeiras 12 horas é o fato de que a consistência da biomassa é alta, ou seja, cerca de 10 %, enquanto a consistência ou viscosidade da biomassa se torna menor à medida que as reações de hidrólise avançam.

[007] De maneira mais específica, o documento também ensina que agitadores montados em parede são necessários nos estágios iniciais de hidrólise, por meio dos quais o reator do tipo torre, o qual pode ter, em processos de escala comercial, uma altura de 30 a 40 metros, deve ser provido com agitadores montados em parede em vários níveis, por exemplo, na altura de 10 metros e na altura de 20 metros. De maneia adicional, o(s) circuito(s) de mistura/bombeamento tem que ser disposto em um estágio posterior da hidrólise, ou seja, no exemplo citado, em uma altura de 25 - 30 metros. Desse modo, a construção e a instrumentação do reator do tipo torre, com todos os seus agitadores e circuitos de bombeamento, sem mencionar a manutenção dos mesmos, são tão complexas que, na prática, elas inviabilizam a aplicação de tais reatores do tipo torre.

[008] O documento U.S. também ensina que a biomassa que é recebida a partir de sua fase de pré-tratamento é levada para um misturador onde enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes apropriados são misturados com a biomassa. O documento ensina que o tempo de permanência no misturador é tipicamente menor que cerca de 10 minutos. O misturador também serve como uma bomba que empurra a pasta fluida para o fundo do biorreator do tipo torre e conduz a pasta fluida através da torre. O documento não faz nenhuma menção sobre o tipo de misturador, mas visto que o tempo de permanência é contado em minutos e que o misturador também atua como uma bomba, é muito pouco provável que haja outra opção que não seja uma rosca alimentadora de grande porte. Caso esse pressuposto esteja correto, é fácil compreender porque a biomassa tem que ser misturada ao longo da extensão do reator do tipo torre. A única razão para isso é a incapacidade de a rosca alimentadora misturar as enzimas/substâncias químicas/nutrientes de modo regular na biomassa.

[009] Desse modo, o equipamento que o documento U.S. sugere para hidrólise de biomassa é complicado e, consequentemente, oneroso. Os agitadores que poderiam ser usados para agitar a biomassa contendo um teor de sólidos de cerca de 10 % em peso precisam ter uma construção especial e seus motores de acionamento devem ser muito potentes, de modo que o consumo de consumo de energia necessário para executar a hidrólise é extremamente alto. Os misturadores usados para misturar as enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes com a biomassa fresca durantes minutos também precisam ter uma construção específica, o que praticamente significa, no mínimo, altos custos com investimento e, obviamente, com execução também.

[0010] O documento U.S.-A1-2011/0177559 discute um processo, no qual matérias-primas de biomassa (por exemplo, biomassa vegetal, biomassa animal e biomassa de resíduos urbanos) são processadas para produzir produtos, tais como combustíveis. Por exemplo, sistemas são descritos, os quais podem converter matérias-primas em uma solução de açúcar, a qual pode ser então fermentada para produzir etanol. A matéria-prima de biomassa é sacarificada em um reservatório por meio da operação de um misturador a jato, o reservatório também contendo um meio líquido e um agente de sacarificação.

[0011] Em outras palavras, esse documento mais recente também ensina a necessidade de mistura os conteúdos do reator de hidrólise, ou seja, a pasta fluida de biomassa. Uma característica que precisa ser devidamente compreendida é a mistura do reator de hidrólise do pedido de patente U.S. por meio de um misturador a jato. Um misturador a jato é um dispositivo usado para misturar líquidos ou suspensões bem diluídas de líquidos e sólidos. Misturadores a jato não são capazes de misturar suspensões espessas, difíceis de fluir e possivelmente grumosas. No entanto, quanto aos documentos citados acima, nota-se que a disposição de algum tipo de misturador dentro ou em conexão com reatores de hidrólise é uma prática. Tais arranjos exigem um ou mais dispositivos de mistura, sistemas acionamento e suporte, instrumentação etc., de modo que os gastos com investimento, execução e manutenção do equipamento representam uma parcela considerável dos custos totais da usina.

[0012] Na prática, parece que a razão principal pela qual equipamentos onerosos e complicados são usados em reatores de hidrólise é a mistura desigual de enzimas, nutrientes e/ou substâncias químicas na biomassa, razão pela qual a biomassa, as enzimas, nutrientes e/ou substâncias químicas presentes precisam ser misturados ou agitados durante a hidrólise várias vezes.

[0013] O WO-A1-2014039984 discute um processo de hidrólise com dois estágios, no qual a biomassa fresca é bombeada por meio de uma bomba com deslocamento positivo para um misturador de enzima onde as enzimas são misturadas com a biomassa. Em seguida, a mistura assim formada de enzimas e biomassa é levada para um primeiro reator de pré-hidrólise continuamente operado e de fluxo descendente. Depois de um determinado tempo de permanência, a biomassa é descarregada a partir do primeiro reator de pré-hidrólise de fluxo descendente e levada via um segundo misturador de enzima para um segundo reator de pré-hidrólise de fluxo descendente.

[0014] Problemas práticos relacionados com o processo de hidrólise discutido acima referem-se ao equipamento necessário para executar o processo e o modo de operação do primeiro reator de hidrólise. Primeiramente, o uso de uma bomba com deslocamento positivo para mover a biomassa até o primeiro reator de hidrólise não é, de forma alguma, uma escolha econômica, pois os custos referentes a seu investimento, execução e manutenção são mais altos do que os de uma bomba centrífuga. Em segundo lugar, a execução da primeira hidrólise em um modo de fluxo descendente também não é econômica. Em outras palavras, o bombeamento da biomassa viscosa ao longo de uma tubulação relativamente estreita até o topo do primeiro reator de hidrólise exige muito mais energia do que no caso em que o reator é um reator de fluxo ascendente com um diâmetro consideravelmente maior. Além disso, a execução dos primeiro e segundo reatores de hidrólise em um modo de fluxo descendente exige que a biomassa seja bombeada novamente até o topo do segundo reator de hidrólise depois de sair do primeiro reator de hidrólise.

[0015] O documento U.S.-A-4,248,484 discute um sistema de reator por atrito, no qual um reservatório de reator é acoplado a uma bomba centrífuga usada como a fonte de atrito. A ideia básica é circular os conteúdos do reservatório de reator por meio da bomba centrífuga para que a fonte de atrito submeta os sólidos introduzidos no reservatório de reator a um alto grau de cisalhamento. O exemplo nessa patente discute o sistema de reator por atrito operando em uma consistência ou concentração de 1%.

[0016] Um objetivo da presente invenção é oferecer uma solução para pelo menos alguns dos problemas discutidos acima.

[0017] Outro objetivo da presente invenção é introduzir um arranjo para hidrólise de biomassa que tenha uma construção simples e com bem poucos componentes dependentes de manutenção.

[0018] Um objetivo adicional da presente invenção é introduzir um método e um arranjo para hidrólise de biomassa, no qual a mistura de enzimas, nutrientes e/ou substâncias químicas é executada uma ou duas vezes fora do reator de hidrólise e antes de introduzir a mistura da biomassa e enzimas, nutrientes e/ou substâncias químicas no reator de hidrólise, e no qual a reação de hidrólise pode avançar sem interrupção como um fluxo pistonado.

[0019] Um objetivo adicional da presente invenção é introduzir um método e arranjo para hidrólise de biomassa, no qual a concentração de biomassa fresca é igual ou maior que 15%.

[0020] Um objetivo adicional da presente invenção é introduzir um arranjo para hidrólise de biomassa que é dimensionável em todos os tamanhos possíveis.

[0021] Um objetivo adicional da presente invenção é introduzir um arranjo para hidrólise de biomassa que é comercialmente atrativo, ou seja, vantajoso em termos de investimento, execução e manutenção. Isso inclui tanto a seleção do equipamento quanto sua operação para que o consumo de energia resultante seja o menor possível.

[0022] Um objetivo adicional da presente invenção é introduzir um arranjo para hidrólise de biomassa que seja capaz de elevar o teor de sólidos da biomassa para um alto nível e, naturalmente, reduzir e, às vezes, evitar a necessidade do uso de água limpa durante a hidrólise.

[0023] Outro objetivo da presente invenção é otimizar todo o maquinário do processo, incluindo o reator de hidrólise.

[0024] O último objetivo é determinado pelos seguintes fatos: tempo de permanência da biomassa no reator de hidrólise, investimento relacionado ao reator de hidrólise e investimento, execução e manutenção do equipamento usado para bombear e/ou misturar a biomassa durante o processo de hidrólise. Quando esses fatores são considerados em detalhe, percebe-se que o tamanho do reator de hidrólise, o qual depende tanto do tempo de permanência quanto do teor de sólidos da pasta fluida de biomassa, deve ser calculado usando-se uma pasta fluida de biomassa contendo um teor de sólidos que permita que a pasta fluida de biomassa seja bombeada por meio de uma bomba centrífuga, a qual em todos aspectos, ou seja, custos com investimento, execução e manutenção, é superior a qualquer outro equipamento de bombeamento. Desse modo, mesmo se o reator de hidrólise tiver que ser maior do que, quando se utiliza, por exemplo, roscas alimentadoras, o investimento em um reator maior quando se utiliza bombas centrífugas é rapidamente compensado pelos custos mais baixos com investimento, execução e manutenção relacionados ao uso de bombas centrífugas.

[0025] Pelo menos um objetivo da invenção é alcançado por meio de um método de hidrólise de biomassa em um processo de hidrólise com dois estágios, o qual possui um reator de pré-hidrólise e um reator de hidrólise com uma zona de hidrólise e uma zona de descarga, o método compreendendo as etapas para: a) tratar previamente a biomassa fresca por pelo menos um dentre os meios: mecânico, físico, térmico e químico para abrir a biomassa para o tratamento por hidrólise; b) adicionar pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes à biomassa fresca que possui uma consistência de 15 % em peso ou mais na etapa (a) ou depois disso; c) misturar pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes com a biomassa fresca na etapa (b), ou depois dela, para formar uma mistura dos mesmos; d) reciclar a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir de um dentre: o reator de pré-hidrólise, a zona de descarga do reator de hidrólise e a linha localizada entre os mesmos para ser adicionada à mistura de pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes e biomassa fresca na etapa (c), ou depois dela, para reduzir a viscosidade dos mesmos e para formar uma pasta fluida de biomassa; e) introduzir a pasta fluida de biomassa no reator de pré- hidrólise por meio de uma bomba centrífuga; f) permitir que a pasta fluida de biomassa avance no reator de pré-hidrólise em uma direção ascendente como um fluxo tubular laminar, e g) coletar a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir do reator de pré-hidrólise para processamento posterior no reator de hidrólise.

[0026] Pelo menos um objetivo da invenção é alcançado por meio de um arranjo para hidrólise de biomassa que compreende uma bomba de abastecimento, um reator de hidrólise com uma entrada e uma saída, uma linha de abastecimento entre a bomba de abastecimento e o reator de hidrólise para introduzir a pasta fluida de biomassa fresca no reator de hidrólise, no qual a bomba de abastecimento é uma bomba centrífuga de abastecimento e uma linha de reciclagem é disposta para se estender a partir da saída do reator de hidrólise até a bomba de abastecimento ou a montante da mesma.

[0027] Outro aspecto caracterizante típico da presente invenção se torna evidente a partir das reivindicações de patente dependentes em anexo.

[0028] As vantagens do arranjo e método de acordo com a presente invenção são, por exemplo, as seguintes: • reciclagem de enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes, • um processo em escala comercial pode ser construído com um investimento consideravelmente menor do que antes, • uso minimizado de água adicional, • custos reduzidos com execução e manutenção, • tamanho otimizado do reator de hidrólise, e • equipamento confiável.

[0029] O método e o arranjo para a hidrólise de biomassa de acordo com a presente invenção são descritos mais em detalhe com referência aos desenhos em anexo, nos quais: figura 1 ilustra de forma esquemática uma primeira modalidade preferida da presente invenção, figura 2 ilustra de forma esquemática uma segunda modalidade preferida da presente invenção, figura 3 ilustra de forma esquemática uma terceira modalidade preferida da presente invenção, figura 4 ilustra de forma esquemática uma quarta modalidade preferida da presente invenção, e figura 5 ilustra de forma esquemática uma quinta modalidade preferida da presente invenção.

[0030] De acordo com a figura 1 os principais componentes do arranjo para hidrólise de biomassa de todas as modalidades preferidas da presente invenção são: uma bomba centrífuga de abastecimento 2, uma linha de abastecimento 4, um reator do tipo torre, ou seja, um reator de hidrólise 6, uma bomba de descarga 8, uma linha de descarga 10 e uma linha de reciclagem 12. A linha de abastecimento 4 leva a pasta fluida de biomassa a partir da bomba centrífuga de abastecimento 2 até a primeira extremidade do reator do tipo torre ou de hidrólise 6 em conexão com uma segunda extremidade, ou seja, uma zona de descarga, na qual uma bomba de descarga 8 foi disposta. A bomba de descarga 8 move a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir do reator do tipo torre 6, através da primeira saída de descarga, para a linha de descarga 10, a qual leva a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada para processamento posterior, como para um segundo estágio de hidrólise ou para fermentação, só para citar algumas opções sem nenhuma intenção de limitar o processamento posterior às alternativas listadas. A linha de reciclagem 12 se ramifica a partir da linha de descarga 10 ou da bomba de descarga 8 (que possui mais de uma saída de pressão), ou é disposta separadamente por meio de uma segunda saída de descarga e de uma bomba de descarga (não mostrada) para reciclar uma parte da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada em qualquer posição apropriada entre o pré-tratamento ou fonte 16 da biomassa e o reator do tipo torre ou reator de hidrólise 6.

[0031] Assim como para a bomba centrífuga de abastecimento 2, uma boa opção é uma bomba centrífuga projetada para bombear pastas fluidas fibrosas ou quaisquer pastas fluidas que contenham partículas sólidas. Uma opção preferida é uma assim chamada bomba de consistência média vendida e comercializada pela empresa Sulzer Pumps AG, a bomba sendo capaz de bombear a pasta fluida de biomassa que possui um teor de sólidos bem acima de 20 % em peso. Tal bomba de consistência média inclui um rotor se estendendo a partir do impulsor da bomba até o canal de entrada da bomba ou, às vezes, para fora do mesmo e para dentro do tubo de queda ou de algum outro reservatório a montante da bomba. O uso de bombas de consistência média foi discutido, por exemplo, nas EP-B1-347088, EP-B1-368530 e EP-B1-1147316. Em alguns casos, se desejado, a bomba centrífuga de abastecimento 2, independentemente de sua construção detalhada, pode ser provida com um meio para separar o gás da pasta fluida de biomassa. O uso de tais bombas foi discutido, por exemplo, nas EP-B1- 337394, EP-B1-474478 e EP-B1-830511.

[0032] Componentes adicionais necessários para fazer o arranjo funcionar são uma fonte 14 de uma ou mais de enzimas, substâncias químicas e nutrientes, e uma fonte 16 de biomassa. Os componentes restantes mostrados na figura 1 são opcionais, ou seja, a necessidade dos mesmos depende de vários fatores, tais como o teor de sólidos, o grau de fineza, a origem/tipo da biomassa, o tamanho do reator do tipo torre ou reator de hidrólise, a direção de fluxo no reator do tipo torre, ou seja, fluxo ascendente ou descendente etc.

[0033] Desse modo, o tubo de queda 20 a montante da bomba de abastecimento 2 é necessário se o fluxo da biomassa proveniente de seu pré-tratamento, ou seja, de sua fonte 16, não for estável, a ponto de oscilar de modo que uma determinada quantidade de capacidade de tampão seja necessária a montante da bomba centrífuga de abastecimento 2 para que a bomba de abastecimento 2 receba um fluxo pistonado da biomassa fresca. Se o fluxo da biomassa fresca não oscilar e uma capacidade de tampão não for necessária, tanto a biomassa quanto as enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes poderão ser introduzidos diretamente na entrada da bomba 2.

[0034] Um misturador separado 22 é necessário se for considerado que a bomba centrífuga 2 não é capaz de, ou para alguma outra razão, não é usada para misturar todas as enzimas, substâncias químicas e nutrientes necessários e/ou uma pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada com a biomassa fresca.

[0035] Um dispositivo de entrada 24, assim chamado espalhador superior, disposto em uma abertura de entrada ou na entrada do reator de hidrólise 6 é necessário quando o reator do tipo torre ou reator de hidrólise 6 é do tipo com fluxo descendente, contendo a zona de hidrólise em sua extremidade superior e um diâmetro tão grande que é necessário espalhar a pasta fluida de biomassa de modo regular sobre o volume de pasta fluida de biomassa que já se encontra no reator do tipo torre 6. Sem o dispositivo de entrada 24, o fluxo de entrada vertical de pasta fluida de biomassa penetraria com muita profundidade na pasta fluida de biomassa já presente no reator do tipo torre 6, o que resultaria na canalização da pasta fluida de biomassa. Nesta aplicação, canalização significa um fenômeno no qual a pasta fluida de biomassa que entra no reator do tipo torre com uma determinada velocidade afunda na pasta fluida de biomassa anteriormente introduzida e chega à zona de descarga do reator do tipo torre em um curso mais rápido do que o resto da pasta fluida de biomassa presente no reator do tipo torre. No pior dos casos, tal canalização resultaria em uma parte da pasta fluida de biomassa permanecendo imóvel no reator do tipo torre, próxima à parede do mesmo e outra parte da pasta fluida de biomassa passando da entrada do reator do tipo torre para a descarga do mesmo em um curso relativamente rápido, de modo que a pasta fluida de biomassa descarregada a partir do reator do tipo torre não seria substancialmente hidrolisada e a parte presente no reator do tipo torre seria totalmente hidrolisada. Também deve ser compreendido que há outras opções para efetuar a introdução de pasta fluida de biomassa no reator de hidrólise. Uma opção viável é levar a linha de abastecimento 4 para dentro do reator de hidrólise através da parede do mesmo e efetuar o espalhamento da pasta fluida de biomassa, se necessário, por meio de um dispositivo de espalhamento posicionado na extremidade da linha de abastecimento localizada dentro do reator de hidrólise.

[0036] A zona de descarga 26, conforme mostrada na figura 1, está localizada na parte inferior do reator do tipo torre 6 visto que o reator é do tipo com fluxo descendente. Quando o reator do tipo torre ou reator de hidrólise tem um diâmetro pequeno o suficiente e/ou quando a viscosidade ou o teor de sólidos da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada é baixo o suficiente ou o grau de hidrólise é alto o suficiente, a descarga da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada pode ser executada sem nenhum meio específico, ou seja, simplesmente dispondo a saída de descarga ou uma saída comum (de maneira preferida, mas não necessariamente cônica) no fundo do reator de hidrólise. No entanto, quando o reator 6 tem um diâmetro largo o suficiente e/ou quando a viscosidade ou o teor de sólidos da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada é alto o suficiente ou o grau de hidrólise baixo o suficiente, a zona de descarga 26 da primeira modalidade preferida da presente invenção ilustrada na figura 1 é provida com um ou mais agitadores 28, os quais mantêm a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada em movimento na parte inferior do reator 6 para que o fluxo pistonado de pasta fluida de biomassa entre na bomba de descarga 8 através da descarga saída. A parte inferior do reator do tipo torre ou a zona de descarga 26 também pode ser preferidamente, mas não é necessariamente, provida com um pilar inferior e central 30, o qual, por meio de seu formato como o de um cogumelo, separa a zona de descarga 26 da zona de hidrólise localizada na parte superior do reator do tipo torre 6, ou seja, impede que o volume de pasta fluida de biomassa caia de um modo descontrolado na zona de descarga 26. Neste caso, os agitadores 28 são preferidamente instalados na parede 32 do reator do tipo torre de modo a fazer a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada girar em no fundo pilar 30 e se soltar do volume de pasta fluida de biomassa predominante acima da zona de descarga 26 de um modo controlado. Uma opção que vale mencionar e que é especialmente adequada para torres ou reatores com um diâmetro menor, é uma inserção do tipo arado disposta em um lado da torre na zona de descarga, por meio da qual um único agitador ou um par de agitadores posicionado oposto à inserção para direcionar um fluxo em direção à inserção é capaz de manter a zona de descarga em uma condição móvel para que a descarga de pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada possa avançar de um modo controlado.

[0037] Assim como para a operação do arranjo para hidrólise de biomassa, a biomassa a ser introduzida no arranjo é pré-tratada em 16 (o que pode ser chamado de pré-tratamento de biomassa) por qualquer meio mecânico, físico, térmico e/ou químico apropriado que abra os carboidratos dos sólidos para enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes usados na hidrólise para formar biomassa aberta para o tratamento por hidrólise. Uma opção preferida para tal tratamento é a vaporização, ou seja, a adição de vapor à biomassa para que sua temperatura seja aumentada e as ligações dentro da biomassa (por exemplo, lignina) amoleçam e tornem a biomassa mais fácil de ser bombeada por meio de uma bomba convencional e comum ou de uma bomba centrífuga de consistência média. Desse modo, a biomassa fresca que entra na bomba centrífuga de abastecimento 2, ou no tubo de queda 20, se necessário, está em uma condição tão fina, ou seja, foi dividida no pré-tratamento em partículas tão finas, que, independentemente de seu teor de sólidos ou consistência estar acima de 15 % em peso, de maneira preferida, acima de 20 % em peso, ela pode ser bombeada para processamento por meio da bomba centrífuga de abastecimento 2.

[0038] Pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes é adicionado ou misturado com a biomassa fresca que possui uma consistência de 15 % em peso ou mais para formar uma mistura dos mesmos em pelo menos um dentre: o pré-tratamento (em 16), a linha introduzindo biomassa fresca a partir do pré-tratamento no tubo de queda 20 ou na bomba 2; a própria bomba 2, o misturador 22 e pelo menos um dentre as linhas levando a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada para um dentre o tubo de queda 20, a bomba 2 e o misturador 22. Uma característica preferida da invenção é que as enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes são introduzidos à biomassa em estado seco ou na maior concentração possível para prevenir a distribuição de líquido em excesso dentro da biomassa. Tal líquido em excesso significa, na prática, desperdício de energia, visto que ele tem que ser removido, por exemplo, por evaporação, do produto final ou intermediário resultante do processo. Desse modo, é vantajoso, embora não totalmente necessário, que, depois do pré-tratamento e mistura de enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes com a biomassa fresca, nenhum outro líquido seja adicionado ao processo.

[0039] A biomassa fresca ou pasta fluida de biomassa também é provida com pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada a partir da zona de descarga do reator do tipo torre ou reator de hidrólise através da linha 12 e pelo menos uma dentre a linha 12a que leva à linha de abastecimento 4 (incluindo o dispositivo de entrada 24 possivelmente usado) entre a bomba de abastecimento 2 e o reator do tipo torre 6, a linha 12b que leva ao misturador 22, a linha 12c que leva à bomba centrífuga de abastecimento 2 e a linha 12d que leva à linha entre a fonte ou pré-tratamento da biomassa fresca (em 16) e o tubo de queda 20 ou a bomba de abastecimento 2. De maneira preferida, a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada é reciclada a montante da bomba de abastecimento 2 ou na própria bomba de abastecimento para diminuir a viscosidade da biomassa fresca de modo que ela se torne bombeável ou mais fácil de bombear pela bomba centrífuga de abastecimento 2.

[0040] A mistura de pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes é executada por meio da bomba centrífuga de abastecimento 2 ou pelo misturador giratório 22. De qualquer forma, a mistura ocorre em uma pequena cavidade e em um ambiente altamente turbulento para que as enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes tenham condições ideais para serem misturados de modo regular e uniforme com a biomassa fresca. A mistura propriamente dita ocorre em menos de 10 segundos, de maneira preferida, em poucos segundos, de maneira mais preferida, em frações de segundo. Uma mistura rápida e uniforme na pequena cavidade garante que as enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes sejam espalhados de modo regular por toda a pasta fluida de biomassa, por meio do qual a hidrólise possa avançar eficientemente até seu grau desejado sem a necessidade de estágios intermediários de mistura.

[0041] Depois de ser provida com a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada e pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes, a pasta fluida de biomassa é introduzida no reator do tipo torre ou no reator de hidrólise 6 pela parte superior do mesmo (modalidades das figuras 1, 2, 4 e 5) ou por baixo (modalidades das figuras 3 e 5), vai depender se o reator de hidrólise é do tipo com fluxo descendente ou fluxo ascendente. A pasta fluida de biomassa é introduzida, em todas as modalidades da presente invenção, no reator 6 para que a pasta fluida de biomassa seja capaz de avançar no reator como um fluxo tubular laminar para que a hidrólise possa prosseguir sem quaisquer interrupções. Por 'fluxo pistonado' entende-se um tipo de fluxo, no qual a biomassa avança no reator como um pistão, sem nenhuma turbulência interna e a velocidade de fluxo ao longo de toda a seção transversal do reator é constante. Quando o diâmetro do reator é grande e a pasta fluida de biomassa é adicionada pela parte de cima, algum tipo de dispositivo de entrada 24 posicionado na entrada do reator de hidrólise é usado. O dispositivo de entrada 24 é, de maneira preferida, mas não necessária, um dispositivo giratório capaz de espalhar a pasta fluida de biomassa como uma camada uniforme em cima da pasta fluida de biomassa já presente no reator do tipo torre 6, ou seja, ele espalha a pasta fluida de biomassa de modo regular por toda a seção transversal do reator do tipo torre 6. Se o reator do tipo torre ou reator de hidrólise tiver um fluxo ascendente, a introdução de pasta fluida de biomassa dentro da torre poderá ser executada usando-se várias entradas posicionadas no fundo da torre ou dispondo-se um dispositivo específico de espalhamento em conexão com uma única entrada.

[0042] Depois de um tempo de permanência predeterminado, a pasta fluida de biomassa atinge o grau desejado de hidrólise e a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada é descarregada a partir do reator do tipo torre 6. Dependendo principalmente do teor original de sólidos, do diâmetro do reator do tipo torre 6 e/ou do grau de hidrólise, a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada pode ser descarregada a partir da zona de descarga 6 do reator sem nenhum meio específico e de forma direta através da(s) saída(s) e por meio de pelo menos um bomba de descarga 8 ou usando- se um meio específico (discutido em mais detalhes com referência às modalidades das figuras 1 e 2), garantindo assim que pelo menos uma bomba de descarga receba um fluxo pistonado de pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir do reator 6. A bomba de descarga 8, a qual nesta modalidade é uma bomba centrífuga, bombeia a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada para processamento posterior.

[0043] A mesma bomba de descarga 8 ou uma bomba de descarga separada disposta em sua própria saída é usada para reciclar uma parte da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir da zona de descarga do reator de volta para ser misturada com a pasta fluida de biomassa fresca, conforme discutido anteriormente. O propósito de reciclar tal pasta fluida de biomassa é prevenir o uso em excesso de líquido de diluição (normalmente água) e manter o teor de sólidos da pasta fluida de biomassa no reator do tipo torre 6 o mais alto possível. O uso de líquido de diluição externo pode ser evitado quando a hidrólise reduz a viscosidade da pasta fluida de biomassa dividindose as cadeias de carboidrato em açúcares e à medida que a hidrólise possa avançar. Desse modo, a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada atua como um líquido de diluição quando misturada com a biomassa fresca. Em outras palavras, ela reduz a viscosidade total da biomassa fresca - mistura de pasta fluida de biomassa reciclada sem introduzir líquido adicional no processo, de modo que a pasta fluida de biomassa resultante se torna mais fácil para bombear. Além disso, usando-se a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada na produção de biomassa fresca bombeável, o teor de sólidos da pasta fluida de biomassa no reator do tipo torre é o mais alto possível. Na realidade, o teor de sólidos é determinado pela capacidade da bomba centrífuga de abastecimento de bombear fluido contendo sólidos. Alto teor de sólidos da pasta fluida de biomassa significa, na prática, um reator do tipo torre de menor tamanho em comparação com o reator de hidrólise que utiliza pasta fluida de biomassa com teores mais baixos de sólidos. Alto teor de sólidos também significa menor consumo de energia durante a remoção de água a partir do produto final ou intermediário. Portanto, uma boa opção para uso como bomba de descarga 8 é uma assim chamada bomba de consistência média vendida e comercializada pela empresa Sulzer Pumps AG, a bomba sendo capaz de bombear pasta fluida de biomassa que contenha um teor de sólidos ou consistência bem acima de 20 % em peso. Além disso, a bomba de descarga 8, independentemente de sua construção detalhada, pode ser provida, se desejada, com um meio para separar o gás da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada. Um benefício adicional de se reciclar uma parte da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada na biomassa fresca é que simultaneamente uma parte das enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes também é reciclada, resultando assim em uma necessidade menor de introduzir novas enzimas, substâncias químicas e/ou nutrientes a partir de 14 na pasta fluida de biomassa fresca.

[0044] A segunda modalidade preferida da presente invenção ilustrada na figura 2 difere da primeira modalidade preferida discutida na figura 1 quanto à zona de descarga 126 da torre ou reator onde o reator do tipo torre ou reator de hidrólise 6 da figura 2 é provido com um raspador inferior 40, o qual é um dispositivo disposto de modo substancialmente central no fundo 42 do reator do tipo torre 6 para que um eixo 44 se estenda por dentro do reator 6, e o eixo 44 tem uma ou mais pás raspadoras 46 se estendendo para fora do eixo e relativamente perto do fundo 42 do reator do tipo torre 6. Como outra alternativa, o fundo da torre pode ser provido com mais de um raspador e (de maneira preferida, mas não necessária) com uma saída central para a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada. O fundo da torre 42, ou na verdade a saída da mesma, também é provido com um tubo de queda curto 48 em cuja parte inferior a bomba de descarga 8 é acoplada. O(s) raspador(es) de fundo funciona para que, ao ser girado, ele limpa a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada em direção à saída e para dentro do tubo de queda curto 48, a partir de onde a pasta fluida de biomassa é posteriormente bombeada, conforme discutido em conexão com a figura 1. Naturalmente, a linha de reciclagem 12 pode ter sua origem na linha de descarga pressurizada 10, conforme mostrado na figura 2, mas ela também pode estar em outra saída de pressão da bomba de descarga 8, ou em uma segunda saída de descarga (com outra bomba de descarga) disposta no tubo de queda curto 48 ou em um segundo tubo de queda curto (provido com outra bomba de descarga) disposto em uma segunda saída de descarga na zona de descarga no fundo da torre.

[0045] Outra opção, não mostrada nas figuras, para garantir o devido funcionamento da zona de descarga é usada para dispor uma ou mais linhas de reciclagem, dependendo do diâmetro da torre, do formato do fundo da torre e/ou do teor de sólidos ou da viscosidade ou do grau de hidrólise da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada, levando a pasta fluida de biomassa a partir da bomba de descarga 8 de volta para a zona de descarga. Por reciclar uma parte da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada de volta para a zona de descarga, o fluxo e o movimento global na zona são aumentados, de modo que nenhuma área estagnada possa se formar na zona de descarga. A introdução da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada pode ser executada pelo fundo e/ou pela parede do reator de hidrólise por meio de um número desejado de aberturas de entrada.

[0046] A terceira modalidade preferida da presente invenção ilustrada na figura 3 difere das duas primeiras modalidades preferidas quanto à direção de fluxo no reator do tipo torre ou no reator de hidrólise 6, reator esse que agora é do tipo com fluxo ascendente, ou seja, a linha de abastecimento 4 da bomba centrífuga de abastecimento 2 leva a uma abertura de entrada no fundo do reator do tipo torre 6, de maneira preferida, no centro do mesmo. Normalmente uma entrada no fundo da torre é suficiente, mas em alguns casos específicos, a linha de abastecimento 4 pode ser provida com um divisor de fluxo, de maneira preferida, localizado próximo ao fundo da torre, e, por exemplo, mais quatro linhas de abastecimento dispostas simetricamente no fundo da torre para que um fluxo uniforme de pasta fluida de biomassa entre na torre por quatro entradas ou aberturas de entrada diferentes. Por meio desse tipo de arranjo, garante-se que a pasta fluida de biomassa avance como um fluxo tubular laminar em uma direção ascendente no reator do tipo torre.

[0047] Outra diferença pode ser vista, naturalmente, no topo, ou seja, na zona de descarga, do reator do tipo torre 6 onde um assim chamado descarregador superior 50 foi disposto na saída ou na saída de descarga. A pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada é pressionada contra o descarregador superior 50 pela pressão criada originalmente pela bomba de abastecimento 2. O descarregador superior 50 compreende uma câmara, onde um rotor gira para que o fluxo de pasta fluida de biomassa que entra no dispositivo possa avançar até a(s) saída(s) do descarregador superior 50. Desse modo, o descarregador superior 50 é capaz de misturar, dividir e controlar o fluxo de descarga da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada. O rotor do descarregador superior 50 pode ser provido, se desejado, com um meio para criar tal campo de força centrífuga que é capaz de remover o gás da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada. O gás separado pode ser ventilado para a atmosfera ou coletado para processamento posterior. O descarregador superior 50 também pode ser provido com um impulsor capaz de elevar a pressão para que, por meio do aumento de pressão gerado, a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada seja levada através da linha 10 para processamento posterior, conforme mostrado, a título de exemplo, na figura 5, ou que uma parte da mesma seja reciclada de volta para linha 12. De maneia adicional, a linha de reciclagem 12 pode se ramificar a partir da linha de descarga 10 ou se originar em uma saída própria separada, ou seja, no mesmo modo que nas modalidades anteriores. No caso em que há uma saída própria separada para a linha de reciclagem, uma bomba centrífuga é necessária para a reciclagem da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada. Naturalmente, tal bomba também pode ser necessária, embora a pasta fluida de biomassa reciclada seja levada a partir da linha de descarga 10.

[0048] A quarta modalidade preferida da presente invenção ilustrada na figura 4 difere das modalidades anteriores por mostrar um reator de pré-hidrólise de fluxo ascendente 106 disposto na linha de abastecimento 4 entre a bomba centrífuga de abastecimento 2 e o reator do tipo torre 6, ou seja, os reatores 106 e 6 são dispostos em série. O reator de fluxo ascendente 106 pode ser projetado para um tempo de retenção desejado para a pré-hidrólise, por meio do qual uma opção é conduzir a linha de reciclagem 112 a partir da linha de descarga 104 entre o reator de pré-hidrólise de fluxo ascendente 106 e o reator do tipo ou o reator de hidrólise em questão 6. Outra opção, provavelmente mais preferível, é ramificar a linha de reciclagem a partir da linha de descarga 10 do reator de hidrólise em questão 6, como também é mostrado na figura 4. Assim como para a descarga da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir do reator de pré-hidrólise de fluxo ascendente 106, um descarregador superior disposto na saída do reator de pré-hidrólise 106, conforme discutido em conexão com a figura 3, pode ser preferidamente usado. Outra alternativa, especialmente quando o diâmetro do reator for bem pequeno, é fazer uma dobra no cano do reator de modo a conectar o reator de pré-hidrólise 106 ao dispositivo de entrada 24 para que a pressão criada pela bomba de abastecimento 2 seja capaz de descarregar a pasta fluida de biomassa a partir do reator de pré-hidrólise no reator de hidrólise em questão 6. A descarga da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir do fundo do reator do tipo torre ou do reator de hidrólise 6 pode ser executada por meio de qualquer uma das opções apresentadas anteriormente neste relatório descritivo, o raspador de fundo 40 tendo sido mostrado simplesmente como um exemplo.

[0049] A quinta modalidade preferida da presente invenção ilustrada na figura 5 difere das modalidades anteriores no sentido de que o arranjo compreende, neste caso, mais de um reator do tipo torre ou reator de hidrólise 6. Os reatores do tipo torre 6 podem operar sob o princípio de fluxo pistonado ou de batelada. Por outro lado, a modalidade da figura 5 segue os princípios discutidos na figura 4, ou seja, um reator de pré-hidrólise de fluxo ascendente 106, o qual, neste caso, é provido com um descarregador superior, o qual divide a pasta fluida de biomassa parcialmente hidrolisada entre os reatores do tipo torre 6 e a linha de reciclagem 112. No entanto, também é naturalmente possível levar uma parte da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada para a linha de reciclagem a partir das linhas de descarga 10 dos reatores do tipo torre 6.

[0050] Naturalmente, também é possível usar a bomba de abastecimento 2, ou o misturador giratório 22, se usado, para dividir a pasta fluida de biomassa para mais de um reator do tipo torre ou reator de hidrólise 6 disposto em paralelo. Em outras palavras, a modalidade discutida agora é uma modificação da figura 5, na qual o reator de pré- hidrólise 106 foi removido. Tais reatores de hidrólise 6 podem operar sob o princípio de fluxo pistonado ou de batelada. E os reatores 6 podem ter fluxo ascendente ou fluxo descendente e ser providos com qualquer um dos meios de entrada e descarga anteriormente neste relatório descritivo, o que inclui uma alternativa na qual nenhum deles é realmente necessário.

[0051] Uma vantagem das modalidades ilustradas nas figuras 4 e 5 é a quantidade consideravelmente reduzida de energia necessária para mover a biomassa ao longo do processo de hidrólise. Neste caso, a resistência de fluxo das tubulações do arranjo de hidrólise é minimizada, visto que o uso de tubulações estreitas é limitado à tubulação 4 entre a bomba 2 e o reator de pré-hidrólise 106 e à tubulação 104 entre o reator de pré-hidrólise 106 e o reator de hidrólise em questão 6, enquanto, na técnica anterior que utiliza dois reatores de fluxo descendente, há duas tubulações estreitas se estendendo a partir do nível do chão até o topo dos reatores de hidrólise.

[0052] Como pode ser visto a partir da descrição acima, um método e um novo arranjo para hidrólise de biomassa foi desenvolvido. Embora a presente invenção tenha sido descrita a título de exemplos e em conexão com o que é atualmente considerado como as modalidades mais preferidas, deve ser compreendido que a invenção não está limitada às modalidades apresentadas e visa a abranger várias combinações e/ou modificações de suas características, bem como outras aplicações que se encontrem dentro do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações em anexo.

Claims (21)

1. Método de hidrólise de biomassa contínua em um processo de hidrólise com dois estágios que possui um reator de pré- hidrólise e um reator de hidrólise contendo uma zona de hidrólise e uma zona de descarga, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas para: a) tratar previamente a biomassa fresca através de pelo menos um dentre um meio mecânico/físico, um meio químico, um meio biológico e um meio térmico para abrir biomassa para tratamento por hidrólise; b) adicionar pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes à biomassa que possui uma consistência de 15 % em peso ou mais na etapa (a) ou depois dela; c) misturar pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes com a biomassa fresca na etapa (b) ou depois disso para formar uma mistura dos mesmos; d) reciclar pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir de um dentre: o reator de pré-hidrólise (106), a zona de descarga (26; 126) do reator de hidrólise (6) e uma linha de descarga (104) localizada entre os mesmos, para ser misturada com a mistura de pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes e da biomassa fresca na etapa (c) ou depois disso para formar uma pasta fluida de biomassa e para reduzir a viscosidade da mesma, e) introduzir a pasta fluida de biomassa no reator de pré- hidrólise (106) por meio de uma bomba centrífuga (2); f) permitir que a pasta fluida de biomassa avance no reator de pré-hidrólise (106) em uma direção ascendente como um fluxo tubular laminar, e g) coletar pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir do reator de pré-hidrólise (106) para processamento posterior no reator de hidrólise (6).

2. Método de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, depois da etapa f), misturar a pasta fluida de biomassa parcialmente hidrolisada e, ao mesmo tempo, descarregar a mesma a partir do reator de pré-hidrólise (106).

3. Método de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por executar a etapa c) por meio da bomba centrífuga de abastecimento (2) e/ou de um misturador giratório separado (22) disposto em uma linha de abastecimento (4) entre a bomba centrífuga de abastecimento (2) e o reator de pré-hidrólise (106).

4. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por reciclar a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada para pelo menos um dentre a montante da bomba centrífuga de abastecimento (2), a própria bomba centrífuga de abastecimento (2), o misturador giratório (22) e entre a bomba centrífuga de abastecimento (2) ou o misturador giratório (22) e o reator de pré-hidrólise (106).

5. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por coletar a pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada a partir da linha de descarga (104) do reator de pré-hidrólise (106), a partir da linha de descarga (10) ou a partir do reator de hidrólise (6) via uma saída do mesmo.

6. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por introduzir pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes em pelo menos um dentre: pré-tratamento (16) da biomassa fresca, a montante da bomba centrífuga de abastecimento (2), a bomba centrífuga de abastecimento (2) e o misturador giratório separado (22).

7. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por separar gás da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada e, ao mesmo tempo, descarregar o mesmo a partir do reator de pré-hidrólise (106) ou do reator de hidrólise (6).

8. Método de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por executar a etapa de separar gás da pasta fluida de biomassa por meio de uma bomba centrífuga (8) ou de um descarregador superior (50) do reator de pré-hidrólise (106) ou do reator de hidrólise (6).

9. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por separar gás da pasta fluida de biomassa e, ao mesmo tempo, introduzir a mesma em direção ao reator de pré-hidrólise (106) por meio da bomba centrífuga de abastecimento (2).

10. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por adicionar todo o líquido necessário pelo processo à biomassa no pré- tratamento e/ou junto com pelo menos um dentre: enzimas, substâncias químicas e nutrientes.

11. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por adicionar todo o líquido necessário pelo processo à biomassa antes de misturar a biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada reciclada com a biomassa.

12. Método de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por executar a hidrólise de biomassa: a) em pelo menos um reator de pré-hidrólise de fluxo ascendente e em pelo menos um reator de pré-hidrólise de fluxo descendente, ou b) em pelo menos um reator de pré-hidrólise de fluxo ascendente e em pelo menos dois reatores de pré-hidrólise de fluxo descendente acoplado em série ou em paralelo.

13. Arranjo para hidrólise de biomassa contínua compreendendo uma bomba de abastecimento (2), um reator de pré- hidrólise (106), um reator de hidrólise (6) com uma entrada para sua zona de hidrólise e uma saída a partir de sua zona de descarga, uma linha de abastecimento (4) entre a bomba de abastecimento e o reator de pré-hidrólise (106) para introduzir pasta fluida de biomassa fresca no reator de pré-hidrólise (106), caracterizado pelo fato de que a bomba de abastecimento é uma bomba centrífuga de abastecimento (2) e que o reator de pré-hidrólise (106) é um reator de fluxo ascendente que possui uma entrada em seu fundo e uma saída em seu topo, o arranjo ainda compreendendo uma ou mais linhas de reciclagem (12, 12a, 12b, 12c, 112) para reciclagem da pasta de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir de um dentre o reator pré-hidrólise (106), uma zona de descarga (26, 126) do reator de hidrólise (6) e uma linha de descarga (104) localizada entre os mesmos.

14. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o reator de hidrólise é composto por um único reator do tipo torre (6) ou por pelo menos dois reatores (6) acoplados em paralelo.

15. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado em um dispositivo de mistura (50) disposto em conexão com a saída do reator de pré-hidrólise (106) para misturar a pasta fluida de biomassa parcialmente hidrolisada descarregada a partir do reator de pré-hidrólise (106).

16. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o reator de hidrólise (6) é provido com um dispositivo de entrada (24) para espalhar a pasta fluida de biomassa de modo regular por toda a seção transversal do reator do tipo torre (6).

17. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de que o reator de pré-hidrólise (106) ou o reator de hidrólise (6) é provido com meios (8; 28, 30; 40, 44, 46; 50) para facilitar a descarga de pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir do reator de pré-hidrólise (106) ou da zona de descarga do reator de hidrólise (6).

18. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o meio (28, 30) para facilitar a descarga é pelo menos um agitador (28) e um pilar inferior opcional (30) disposto no fundo do reator de hidrólise (6) na zona de descarga, ou pelo menos um raspador de fundo (40) que possui um eixo (44) e pás (46), e sendo disposto no fundo do reator de hidrólise (6) na zona de descarga, ou uma ou mais linhas de reciclagem que coletam uma parte da pasta fluida de biomassa pelo menos parcialmente hidrolisada a partir da zona de descarga e devolvem-na de volta para a zona de descarga do reator de hidrólise.

19. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 18, caracterizado pelo fato de que a bomba centrífuga de abastecimento (2) é provida com um meio para separar o gás da pasta fluida de biomassa.

20. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o meio (8; 50) para facilitar a descarga é um descarregador superior (50) disposto em cima do reator de pré-hidrólise (106) ou uma bomba centrífuga de descarga (8) disposta em comunicação fluida com a zona de descarga (26, 126) no fundo do reator de hidrólise (6).

21. Arranjo de hidrólise de biomassa de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o descarregador superior (50) ou a bomba centrífuga de descarga (8) é provido com um meio para separar o gás da pasta fluida de biomassa e/ou para dividir a pasta fluida de biomassa entre várias saídas.

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