BR112021010998A2 - Processo de limpeza de um reator de tratamento de uma biomassa lignocelulósica - Google Patents

Abstract

processo de limpeza de um reator de tratamento de uma biomassa lignocelulósica. a presente invenção refere-se a um processo de tratamento a ph ácido ou neutro em um reator de tratamento (4) de uma biomassa lignocelulósica (p), o dito processo compreendendo uma fase de limpeza contínua do reator, que compreende a introdução de uma solução aquosa básica (eb) no dito reator contendo a biomassa que está sendo tratada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE LIMPEZA DE UM REATOR DE TRATAMENTO DE UMA BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA". Campo técnico

[001] A invenção refere-se a um processo de tratamento de biomassa lignocelulósica para produzir sucos açucarados de segunda geração (2G). Esses sucos açucarados podem ser utilizados para produzir outros produtos por via bioquímica (por exemplo, álcoois, como etanol, butanol ou outras moléculas, ou solventes tais como acetona, etc.). Este processo compreende diferentes etapas, das quais geralmente três etapas que são a preparação de licor, a impregnação da biomassa para esse licor e o pré-tratamento da biomassa impregnada para cozimento, notadamente com explosão a vapor. Estado da técnica

[002] A biomassa lignocelulósica representa um dos recursos renováveis mais abundantes da terra. Substratos considerados são muito variados, sando simultaneamente substratos lígneo, como diferentes madeiras (folhosas e resinosas) coprodutos procedentes da agricultura (palhas de trigo, talos de milho, etc.), ou outras indústrias agroalimentares, de papel, etc.

[003] O processo de transformação bioquímica da lignocelulose em suco açucarado 2G compreende notadamente uma etapa de pré- tratamento e uma etapa de hidrólise enzimática por um coquetel enzimático. Esses processos compreendem também, na maioria das vezes, uma etapa de impregnação antes do pré-tratamento. Os sucos açucarados procedentes da hidrólise são tratados, em seguida, por exemplo, por fermentação, e o processo pode compreender igualmente etapas de separação e/ou uma etapa de purificação do produto final.

[004] A biomassa lignocelulósica é composta de três polímeros: a celulose (35 a 50%), que é um polissacarídeo essencialmente constituído de hexoses; a hemicelulose (20 a 30%), que é um polissacarídeo essencialmente constituído de pentoses; e a lignina (15 a 25%), que é um polímero de estrutura complexa e de alto peso molecular, composto de álcoois aromáticos ligados por ligações éter. Essas diferentes moléculas são responsáveis por propriedades intrínsecas da parede vegetal e se organizam em um emaranhado complexo.

[005] Dentre os três polímeros de base que integram a biomassa lignocelulósica, a celulose e a hemicelulose são dois que permitem a produção dos sucos açucarados 2G.

[006] Na maioria das vezes, a hemicelulose é majoritariamente decomposta em açúcares monoméricos e oligômeros durante o pré- tratamento, e a celulose é convertida em glicose pela hidrólise enzimática. Entretanto, o acesso à celulose bruta no substrato nativo permanec3e dificilmente acessível às enzimas, daí a necessidade de um pré-tratamento. Esse pré-tratamento permite modificar as propriedades físico-químicas da lignocelulóse, a fim de melhorar a acessibilidade da celulose às enzimas e sua reatividade à hidrólise enzimática.

[007] Existem numerosas tecnologias que interessam à invenção para realizar esse pré-tratamento, as quais serão reagrupadas abaixo sob o termo genérico "cozimento", conssem em aquecer a biomassa a alta temperatura por uma duração definida. São conhecidos notadamente os cozimentos ácidos, em que a biomassa é contatada com uma solução ácida antes/durante o cozimento, os cozimentos alcalinos, em que a biomassa é contatada com uma solução básica antes/durante o cozimento. É conhecido também o cozimento (ácido, alcalino ou sem impregnação) chamado de "por explosão a vapor", em que a biomassa é submetida a vapor d’água sob pressão.

[008] Existem também processos de pré-tratamento chamados de

"organosolv pulping" de acordo com a terminologia inglesa (ou tratamento com organossolvente). Este último processo refere-se a um pré-tratamento na presença de um ou vários solventes orgânicos e geralmente água. O solvente pode ser um álcool (etanol), um ácido tipo ácido acético, ácido fórmico, ou ainda acetona, e ainda uma mistura desses compostos. Os processos "organosov pulping" levam a uma solubi8lização, pelo menos parcial, da lignina, uma solubilização parcial das hemiceluloses. Então temos dois fluxos na saída: o substtato pré- tratado com celulose, hemicelulose e lignina residuais e a fase solvente que contém a lignina solubilizada e uma parte das hemicelulose. Geralmente há uma etapa de regeneração do solvente, a qual permite extrair um fluxo de lignina. Certos tratamentos "organosov pulping" (notadamente com etanol) podem ser cortados com o acréscimo de um ácido forte (do tipo H2SO4). Pode-se considerar igualmente contatar a biomassa com o solvente via um reator de impregnação antes da fase de cozimento ou contatar a biomassa com o catalisador ácido antes de efetuar um cozimento "organosov pulping".

[009] Diferentes configurações são reportadas, por exemplo, no documento "Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A revew", M. Balat, Energy Conversion and Management 52 (2011) 858-875), ou ainda no documento "Bioethanol production from agricultural wastes: an overview", No. Sarkar, S. Kumer Ghosh, S.Bannerjee, K. Aikat, Renwable Energy 37 (2012) 19-27).

[0010] Um dos pré-tratamentos mais eficazes é o cozimento com explosão a vapor, mencionado acima, pois ele permite uma hidrólise quase total da hemicelulose e uma melhora importante da acessibilidade e a reatividade da celulose às enzimas. Esse pré- tratamento pode ser precedido/seguido de outro (s) tratamento (s), e é aquele que interessará mais particularmente à invenção, mas sem estar limitado em sua aplicação.

[0011] Verificou-se que os reatores de tratamento da biomassa lignocelulósica, notadamente aqueles que se referem ao pré-tratamento da biomassa do tipo por cozimento, tendiam ao esmagamento: aquecer o meio reacional no reator a alta temperatura leva à produção de diferentes resíduos sólidos que aderem às paredes internas do reator. Esses resíduos acumulam-se pouco a pouco, por um tempo mais longo do que o tempo de residência médio da biomassa no reator. Eles podem acarretar, progressivamente, problemas operacionais, como por exemplo, um risco de entupimento da saída do reator, uma maior dificuldade de transportar a biomassa dentro do reator, e, de maneira geral, sua presença impacta negativamente as performances do reator.

[0012] Uma primeira solução fornecida para suprimir esses resíduos considerou esvaziar o reator, pará-lo, portanto, e abri-lo, para operar uma limpeza das paredes internas do reator por ação mecânica e/ou hidráulica, isto é, por raspagem das paredes e/ou por envio de água sob pressão a várias centenas de barras. Esse procedimento é certamente eficaz, mas ele consome tempo e energia: ele leva não apenas a parar o reator, mas também a esperar de seu resfriamento (o cozimento se faz a uma temperatura superior a 100ºC e sob pressão), depois a abrir, limpar, fechar novamente o reator e a colocar o mesmo em temperatura antes de relançar a produção.

[0013] A invenção tem por objetivo, portanto, superar esses inconvenientes. Mais precisamente, a invenção tem por objetivo prover pum processo para eliminar, total ou parcialmente, esses resíduos, o qual seja eficaz, reduzindo os tempos de imobilização do reator e os gastos energéticos utilizados para realizá-lo. Sumário da invenção

[0014] A invenção tem por objeto, inicialmente, um processo de tratamento a pH ácido ou neutro, em um reator de tratamento, de uma biomassa lignocelulósica, o dito processo compreendendo uma fase de limpeza contínua do reator, a qual compreende a introdução de uma solução aquosa básica no dito reator contendo a biomassa que está sendo tratada.

[0015] Por "tratamento" no âmbito da invenção entende-se qualquer etapa que visa modificar uma característica pelo menos da biomassa. Pode tratar-se, notadamente, de um pré-tratamento, termo conhecido no campo do tratamento da biomassa lignocelulósica, tendo o objetivo de prepará-la para uma hidrólise enzimática.

[0016] O pH da solução aquosa básica antes da introdução no reator é preferivelmente superior ou igual a 9, notadamente superior ou igual a 10 ou 11, e vantajosamente de pelo menos 12, notadamente compreendido entre 12,5 e 13,5.

[0017] A invenção criou, portanto, um processo de limpeza do reator que se revelou muito eficaz para suprimir todo, ou quase todo, o resíduo sólido das paredes. Trata-se, portanto, de acordo com a invenção, de operar a limpeza com uma solução aquosa básica (que poderá ser designada também, doravante, pelo termo "licor" básico), por exemplo, uma solução contendo KOH, NaOH ou qualquer outra base mineral ou orgânica, durante o próprio tratamento da biomassa: a limpeza é feita mantendo-se a alimentação de biomassa do reator. A limpeza do reator é efetuada, portanto, com um reator pelo menos parcialmente cheio de biomassa, o qual, anteriormente ao seu pré-tratamento no reator em questão, pode ser pré-impregnado de uma solução aquosa ácida, neutra ou oxidante.

[0018] A limpeza de acordo com a invenção é feita por duas ações conjugadas: primeiramente, é química, com a ação da solução básica que se mostrou apta a descolar e/ou dissolver os resíduos sólidos colados nas paredes internas do reator, mas é igualmente mecânica, as partículas de biomassa que exercem um efeito abrasivo, além disso, sobre os ditos resíduos.

[0019] É um processo de limpeza mais simples de realizar do que uma limpeza mecânica ou hidráulica: de fato, ele pode ser realizado sem ter que abrir o reator, pois basta prever as entradas/saídas de solução aquosa básica (ou reutilizar entradas/saídas de fluido já presentes).

[0020] É efetuada sem mesmo ter parado a produção de biomassa pré-tratada: de maneira surpreendente, verificou-se, de fato, que a presença de biomassa tinha um efeito abrasivo, portanto, positivo em relação à limpeza do reator, como mencionado acima, mas sobretudo verificou-se igualmente que a biomassa que se encontra no reator com a solução básica não afetava a continuidade do processo: o tratamento ocorre durante a fase de limpeza.

[0021] Além disso, contrariamente à limpeza mecânica/hidráulica com abertura do reator, não é necessário esperar o resfriamento do reator para operar a limpeza. Pelo contrário, verificou-se até que efetuar a limpeza durante o pré-tratamento a quente, do tipo cozimento (com ou sem explosão a vapor), era muito favorável ao descolamento dos resíduos. O reator pode ficar quente durante a limpeza, não há necessidade de reaquecer este, já que não há parada de produção, portanto, tampouco há reinício no plano térmico.

[0022] Vantajosamente, pode-se prever aquecer a solução aquosa básica antes de sua introdução no reator de tratamento, notadamente a uma temperatura de menos de 40ºC, notadamente e pelo menos 80ºC e, por exemplo, de pelo menos 120ºC ou 100ºC. Constatou-se que a solução básica era eficaz mais rapidamente se ela estivesse pré- aquecida fora do reator.

[0023] Vantajosamente ainda, a introdução da solução básica no reator de tratamento pode ser efetuada no reator de pré-tratamento, cujo volume interior está a uma temperatura de pelo menos 120ºC, notadamente de pelo menos 140ºC. Ela é preferivelmente de pelo menos 240 ou 220ºC. Essa temperatura interna do reator pode ser aquela à qual o pré-tratamento é realizado de maneira convencional, notadamente por cozimento. O efeito da solução básica sobre os resíduos sólidos colados nas paredes do reator é, de fato, ampliado quando a solução/o reator estão quentes.

[0024] De acordo com uma forma de realização da invenção, introduz-se a biomassa no reator de tratamento por um meio de conduto de entrada com colocação sob pressão, do tipo parafuso transportador cônico, que é lavado por uma solução aquosa, e essa solução de lavagem é reciclada. Esse "prensado" pode ser reciclado de diferentes maneiras, por exemplo, como provisão extra de água para preparar uma solução aquosa de pH ácido ou neutro que é utilizada opcionalmente, antes do tratamento da biomassa de acordo com a invenção, a fim de impregná-la de águe /ou modificar o seu pH.

[0025] Diminui-se assim o consumo de água, acrescentada, do processo de tratamento da invenção, o qual se deve à utilização de uma solução aquosa básica de limpeza.

[0026] De preferência, a fase de limpeza do reator de tratamento com a solução básica tem uma duração compreendida entre 15 minutos e 8 horas, notadamente entre 1 e 3 horas. Portanto, essa duração não é longa, e pode ser modulada em função da frequência com a qual o reator é limpo.

[0027] De preferência, quando da fase de limpeza do reator de tratamento, o tempo de permanência no reator de tratamento da biomassa impregnada de solução aquosa básica está compreendido entre 5 e 15 minutos. Portanto, é um tempo de permanência bastante curto, que é ajustado pelas condições de criação do reator. Assim, quando a biomassa é transportada de seu ponto de entrada para seu ponto de saída no reator por um ou vários parafusos transportadores internos ao reator, pode-se regular esse tempo de permanência regulando a velocidade de rotação de pelo menos um desses parafusos transportadores internos.

[0028] Quando da fase de limpeza do reator de tratamento, o débito da solução aquosa básica na entrada do dito reator é regulado preferivelmente de maneira que o teor de matéria seca MS da biomassa diminui significativamente quando da passagem no reator de, por exemplo, um valor de 30 a 60% de MS, notadamente de 50% de MS, para um valor de 15 a 25% de MS, notadamente 20% MS. De fato, a solução aquosa básica vai ter um primeiro papel, que é impregnar de água a biomassa que entra no reator até a saturação da biomassa em líquido.

[0029] Em todo o presente texto, o acrônimo "MS" designa a taxa de matéria seca que é medida de acordo com ASTM E1756 – 08(2015) "Standard Test Method for Determination of Total Solids in Biomass".

[0030] Em seguida, é seu segundo papel, regula-se preferivelmente a concentração de massa (KOH, por exemplo) da solução aquosa básica de forma a aumentar o pH da biomassa que entra no reator a partir de uma faixa de pH ácido compreendida entre 0,5 e 3, preferivelmente próximo a 3, a uma faixa de pH básico compreendida entre 8 e 14, preferivelmente próximo a 13. (Então, estamos no caso da figura de um pré-tratamento de uma biomassa pré-impregnada de um licor ácido, e que, portanto, é preciso mudar para um pH básico para efetuar a limpeza de acordo com a invenção.).

[0031] Alterando o débito e a concentração de base da solução, pode-se saturar de água e elevar novamente o pH da biomassa, as quantidades precisas de solução básica consumidas quando de uma limpeza dependendo, naturalmente, do tamanho do reator e das características da biomassa que entra no reator.

[0032] De preferência, a taxa de enchimento do reator pela biomassa durante o tratamento está compreendida entre 20 e 80% ou 90%. Durante a fase de limpeza, esta taxa de enchimento pode ser mantida nessa faixa, e até, de preferência aumentar um pouco (um pouco) (por exemplo, diminuindo a velocidade de rotação do parafuso e de pelo menos um dos parafusos internos de transporte do reator, se houver), o que tende a melhorar a qualidade da limpeza.

[0033] A fase de limpeza continuamente do reator de tratamento é realizada de acordo com uma dada frequência e/ou quando é superação de um valor-limite de uma característica físico-química ou reológica do meio reacional no dito reator. Esta característica pode ser medida ou avaliada de maneira direta ou indireta. Pode tratar-se, por exemplo, de um limite de potência do motor utilizado para fazer girar um parafuso transportador dentro do reator, para fazer girar meios de agitação dentro do reator ou qualquer outra peça móvel dentro deste último.

[0034] De acordo com uma forma de realização, uma das características físicas, químicas ou reológicas ou a natureza da biomassa que alimenta o reator de tratamento durante pelo menos uma parte de sua fase de limpeza. De fato, pode ser interessante no tempo de limpeza, alimentar o reator de tratamento com uma biomassa com um poder abrasivo superior à biomassa utilizada durante o resto do tempo de produção. Pode-se substituir, por exemplo, massa do tipo palha durante a produção por uma biomassa do tipo "populus" durante a limpeza.

[0035] Vantajosamente, o tratamento de acordo com a invenção é um pré-tratamento no sentido convencional no tratamento da biomassa, e esse pré-tratamento é um cozimento dom explosão a vapor. O vapor separado da biomassa em um dispositivo de separação do tipo ciclone na saída do reator de tratamento, pode ser esgotado termicamente, pelo menos em parte, com o auxílio de um trocador de calor, para aquecer a ou uma das soluções aquosas utilizadas no dito processo. Uma vez extraído o calor do vapor, este último condensa, pelo menos em parte: pode-se recuperar- então, o condensado, notadamente via um condensador, e utilizá-lo no fornecimento de água no processo (água de lavagem dos diversos parafusos transportadores externos aos reatores, água de preparação de licor básico ou ácido...).

[0036] O pré-tratamento pode ser efetuado por cozimento, com ou sem explosão a vapor.

[0037] De acordo com uma forma de realização preferida, impregna-se a biomassa com uma solução aquosa ácida em um reator de impregnação, antes de sua introdução no reator de pré-tratamento. Os dois reatores podem ser montados em série e funcionar continuamente.

[0038] O fato de que, temporariamente, a biomassa acidificada sema posta em contato com uma solução básica dentro do reator de pré-tratamento não afetou significativamente o funcionamento do processo a jusante do reator de tratamento.

[0039] De acordo com uma forma de realização, o durante pelo menos uma parte da fase de limpeza contínua do reator de pré- tratamento, diminui-se ou se suprime o teor de ácido da solução aquosa ácida posta em contato com a biomassa quando de sua impregnação prévia dentro do reator de impregnação. Assim, pode-se reduzir a quantidade de base necessária para a preparação da solução básica de limpeza, uma vez que a quantidade de ácido contida na biomassa a ser neutralizada é menos elevada.

[0040] De acordo com outra forma de realização, durante pelo menos uma parte da fase de limpeza contínua do reator de pré- tratamento, substitui-se a solução aquosa ácida posta em contato com a biomassa, quando de sua impregnação prévia dentro do reator de impregnação, por uma solução aquosa básica, notadamente a mesma que aquela que é injetada durante a dita fase no reator de pré- tratamento; assim, pode-se reduzir ainda o consumo de base necessária à limpeza em relação à forma de realização precedente.

Igualmente pode-se substituir por uma solução aquosa de pH neutro, sempre pela mesma razão.

[0041] De acordo com uma variante, são utilizados vários, notadamente dois, reatores de impregnação em paralelo para impregnar a biomassa com uma solução aquosa antes de sua introdução no reator de pré-tratamento: um primeiro reator de impregnação é alimentado com solução aquosa ácida ou com solução aquosa de Ph neutro, e um segundo reator de impregnação é alimentado com solução aquosa básica, os dois reatores funcionando alternadamente, o segundo reator estando operacional durante pelo menos uma parte da fase de limpeza do reator de pré-tratamento. Esta variante permite realizar as formas de realização precedentes, modificando o tipo de impregnação da biomassa antes de seu pré- tratamento quando o reator de pré-tratamento passa para forma de limpeza, mudando a chegada de biomassa a ser impregnada de um reator de impregnação para outro.

[0042] De preferência, pode-se realizar uma separação entre biomassa e fase aquosa sob forma líquida ou vapor na saída do reator de pré-tratamento, por um dispositivo de separação ou vários dispositivos de separação em paralelo, notadamente dois dispositivos de separação, funcionando alternadamente. Pode tratar-se de equipamento do tipo ciclones. Como anteriormente para os dois reatores de impregnação em paralelo, utilizar vários dispositivos de separação em paralelopermite reduzir o período de transição entre o modo de produção e o modo de produção + limpeza do reator de pré- tratamento: com dois dispositivos em paralelo, um dos dois dispositivos pode ser dedicado à separação0 da biomassa pré-tratada "básica" (aquela pré-tratada durante a limpeza), separando apenas a biomassa pré-tratada durante a limpeza, e o outro dispositivo é dedicado então à separação convencional da biomassa pré-tratada com impregnação ácida ou neutra (aquela pré-tratada fora do período de limpeza).

[0043] A fase de limpeza do ou dos dispositivos de separação compreende vantajosamente, após a introdução da solução aquosa básica no reator de pré-tratamento, pelo menos uma enxágue do dispositivo de separação ou de um dos dispositivos de separação por uma solução aquosa, notadamente entre 1 e 10 enxágue sucessivas. Esse enxágue ou esses enxágues tem a finalidade de limpar o separador de traços de biomassa "básica" antes de repassar para o modo de produção convencional.

[0044] Quando se utilizam vários dispositivos de separação em paralelo, funcionando alternadamente, na saída do reator de pré- tratamento, pode-se realizar o enxágue de um dos dispositivos de separação descontinuamente, enquanto que o outro ou os outros dispositivos de separação continuam a funcionar e separar a biomassa na saída do reator de pré-tratamento.

[0045] Pode-se reciclar a solução aquosa de enxágue do ou dos dispositivos de separação, notadamente aquele que será dedicado à separação da biomassa pré-tratada "básica", para preparar a solução aquosa básica. Diminui-se assim o consumo de base da limpeza de acordo com a invenção.

[0046] Quando o processo só utiliza um dispositivo de separação, ele é enxaguado efetivamente, mas a água de enxágue pode ser evacuada do dispositivo com o resto da biomassa para continuar o processo a jusante, sem ter necessidade de extraí-la ou de reciclá-la.

[0047] A invenção tem como objeto, igualmente, um processo de tratamento de biomassa lignocelulósica compreendendo as seguintes etapas: - a separação de um licor de impregnação contendo um catalisador, notadamente ácido; a introdução da biomassa em um reator de impregnação para ser impregnada pelo licor de impregnação; - a transferência da biomassa impregnada para um reator de pré-

tratamento para sofrer aí um pré-tratamento por cozimento;- hidrólise enzimática da biomassa pré-tratada; - a fermentação alcoólica do mosto de hidrólise enzimática obtido, de modo que o processo é realizado continuamente, na totalidade no em parte das ditas etapas, e que se opera uma limpeza do reator de impregnação sem interromper sua produção de biomassa pré-tratada.

[0048] A invenção tem como objeto, igualmente, uma instalação de realização do processo tal como descrito acima, instalação que compreende de montante a jusante:

[0049] - um reator de impregnação de biomassa lignocelulósica em conexão fluida com uma cuba de preparação de uma solução aquosa ácida,

[0050] - um reator de pré-tratamento da biomassa impregnada, em conexão fluido com uma cuba de preparação de uma solução aquosa básica, e

[0051] - um dispositivo de separação da biomassa pré-tratada a jusante do reator de pré-tratamento e que está associada a meios de enxágue por uma solução aquosa.

[0052] A realização da invenção proposta acrescenta, portanto, à instalação existente, uma cuba de preparação da solução básica, que poderá ser alimentada com água, com base concentrada (KOH, NaOH, por exemplo, ou qualquer outra base mineral ou orgânica), e eventualmente com água/solução básica reciclada. Esta cuba está equipada com meios conhecidos para, notadamente, manter constante o pH da solução, por acréscimo de base (KOH) e/ou de água. A cuba pode estar provida, igualmente, de meios de aquecimento para levar/ou manter a solução básica à temperatura desejada antes de introdução no reator. Os meios de aquecimento podem estar previstos, alternativa ou cumulativamente, nos meios de conexão fluida, tipo condutos, conduzindo a solução básica da cuba para o reator.

[0053] A instalação em questão pode utilizar dois reatores de impregnação e/ou dois dispositivos de separação e/ou dois reatores de pré-tratamento, funcionando alternadamente, dependendo de se o reator de pré-tratamento e em fase de limpeza ou não.

[0054] A invenção tem como objeto, igualmente, qualquer instalação de realização do processo de tratamento de biomassa mencionado anteriormente, tal como aquela instalação com compreende sucessivamente: - um reator de impregnação alimentado com solução de impregnação por uma cuba de preparação da dita solução e com de biomassa; - um reator de pré-tratamento da biomassa impregnada, que se pode alimentar com solução aquosa básica por uma cuba de preparação da dita solução; -um reator de hidrólise enzimática; e – um reator de fermentação alcoólica, todos os reatores estando montados em série, ou pelo menos dois deles.

[0055] A invenção tem igualmente como objeto a utilização do processo ou da instalação descritos anteriormente para o tratamento de biomassas do tipo madeira, palha, resíduos agrícolas, e todas as culturas energéticas dedicadas, em particular plantas anuais ou plurianuais, como miscanthus, com vista à produção de açúcares, biocombustíveis ou moléculas de bioaçúcar. Lista das figuras

[0056] A figura 1 representa o esquema de bloco do processo de limpeza de acordo com a invenção de um reator de pré-tratamento de biomassa inserindo-se em um processo de pré-tratamento de biomassa.

[0057] A figura 2 representa uma primeira variante do processo da figura 1.

[0058] A figura 3 representa uma segunda variante do processo de acordo com a figura 1.

[0059] A figura 4 representa uma terceira variante do processo de acordo com a invenção.

[0060] A figura 5 representa uma quarta variante do processo da figura 1.

[0061] A figura 6 representa uma quinta variante do processo de acordo com a invenção.

[0062] A figura 8 representa uma sétima variante do processo de acordo com a figura 1.

[0063] A figura 9 representa uma oitava variante do processo de acordo com a figura 1.

[0064] A figura 10 representa uma nona variante do processo de acordo com a figura 1.

[0065] A figura 11 representa uma décima variante do processo de acordo com a figura 1. Descrição das formas de realização

[0066] As figuras são muito esquemáticas, as mesmas referências correspondem aos mesmos componentes de uma figura para outra. Os reatores são representados na posição espacial que eles ocupam substancialmente em posição operacional.

[0067] O processo de limpeza de um reator de tratamento de biomassa é ilustrado aqui no âmbito de um processo de tratamento de biomassa destinado a produzir álcoois, notadamente biocarburante do tipo bioetanol, de acordo com as etapas do processo de acordo com a figura 1, descrito rapidamente abaixo.

[0068] Trata-se de um pré-tratamento, no sentido conhecido no campo da conversão da biomassa lignocelulósica. Uma forma de realização desse processo está descrita mais detalhadamente, por exemplo, na patente WO 2018/015227, ao qual se fará referência, se necessário.

[0069] Deve-se notar que o processo de limpeza de acordo com a invenção pode aplicar-se da mesma maneira a qualquer reator de pré- tratamento de biomassa e, de maneira mais geral, a qualquer reator que seja destinado a tratar uma biomassa lignocelulósica, o tratamento tendo como finalidade modificar uma das características químicas, físicas ou reológicas e sendo operado geralmente à uma temperatura elevada.

[0070] O processo de tratamento de biomassa, aqui tomado como exemplo e representado na figura 1, compreende uma primeira etapa de impregnação da biomassa em um reator vertical 3, seguida de uma etapa de pré-tratamento da biomassa uma fez impregnada em um reator de explosão a vapor 4 horizontal.

[0071] Essas etapas do processo são realizadas continuamente e estão detalhadas abaixo com o auxílio da descrição dos equipamentos utilizados para realizá-lo:

[0072] - Está prevista uma cuba de preparação 1 de um licor de impregnação contendo um catalisador químico, a qual está constituída a partir de água E e de catalisador A, que vêm alimentá-la, o catalisador é então um ácido forte do tipo ácido sulfúrico concentrado em fase aquosa, essa cuba permitindo alimentar o reator de impregnação 3 com uma mistura de água E de catalisador químico A,

[0073] - Um parafuso cônico 2 (chamado também de "plug screw" ou "sealing screw" na terminologia inglesa) de alimentação de biomassa fresca (aqui da palha de trigo P) no reator de impregnação 3;

[0074] - Uma alimentação com licor de impregnação do reator ligando a cuba de preparação de licor 1 e o reator de impregnação 3;

[0075] - Um reator de impregnação 3 equipado com dois parafusos de transporte ascendente (não representados) permitindo à biomassa passar de uma zona de impregnação na parte inferior do reator para a zona de esgotamento na parte superior do reator, e conduzir a biomassa impregnada e drenada na saída do reator situada no topo do reator;

[0076] Essa biomassa impregnada e drenada é enviada, em seguida, ao pré-tratamento por uma alimentação que desemboca em um segundo parafuso cônico 2’;

[0077] - Esse segundo parafuso cônico 2’ alimenta com biomassa impregnada um reator de pré-tratamento 4;

[0078] - O reator de pré-tratamento 4 trata a biomassaimpregnada por explosão a vapor;

[0079] - Está previsto um circuito de água de lavagem dos parafusos cônicos 2, 2’ do reator de impregnação 3 e do reator de pré- tratamento 4, representados simbolicamente na figura 1 por entradas de água E no nível dos ditos parafusos;

[0080] - Um meio de separação do vapor 5 é alimentado pelo reator 4 com biomassa tendo sofrido o cozimento por explosão a vapor, do tipo ciclone, por exemplo, com vapor V na saída alta e, na saída baixa, com biomassa pré-tratada/explodida, também chamada de mosto (ou "marc") M.

[0081] Esse mosto M apresenta, neste estágio, uma acessibilidade da celulose às enzimas suficiente para ser tratado por hidrólise enzimática para a produção de açúcares 2G. as condições da hidrólise enzimática e da fermentação consecutiva ou simultânea que seguem essa separação (não representadas na figura 1) são adaptadas aos produtos desejados e são conhecidas de um técnico no assunto.

[0082] A utilização da técnica de pré-tratamento descrita anteriormente leva ao depósito de diferentes tipos de biomassa (da palha de tricô aqui, mas também miscnthus, populus, etc.), que se acumulam/ aderem à superfície de pelo menos um dos parafusos de transporte internos ao reator de pré-tratamento 4. Esses depósitos sofrem um cozimento em tempos mais longos do que o tempo a permanência normal da biomassa no reator, e se transformam em um resíduo, que se pode chamar aqui de "coque". Esse "coque" pode criar diversos problemas operacionais, como entupimentos do orifício de saída do reator 4, um aumento das fricções do parafuso ou dos parafusos em questão na parede do ambiente no qual eles estão alojados, e pode resultar uma redução das performances da unidade de pré-tratamento em sua totalidade, tal como representada na figura 1.

[0083] A definição da composição do "coque" mostrou-se delicada, pois trata-se de um resíduo cujo aspecto e composição evoluem com o passar do tempo: no começo de um ciclo de produção, a matéria que se deposita é a biomassa, ela tem, portanto, essencialmente as mesmas características que a biomassa que continua seu percurso através do reator 4 e para as etapas a jusante. O depósito que se constitui por aderência à parede interna do reator 4 vai ficar tempo muito mais tempo nas condições de cozimento (temperatura notadamente) do que desejado. O efeito da temperatura afeta a composição e a morfologia do resíduo, que vai evoluir para um resíduo cada vez mais "cozido". Quanto mais o resíduo estiver "cozido", tanto mais ele é compacto e tanto mais ele adere às paredes do reator.

[0084] Esses depósitos de "coque" são cumulativos: quanto mais tempo de operação da ferramenta, tanto mais importante será a quantidade de coque depositada, e tanto mais as "camadas" de coque próximas da parede vão evoluir para um sólido muito duro. Esses depósitos provocam, portanto, um fenômeno de esmagamento, aumentando a espessura das paredes e diminuindo o volume útil do reator. De acordo com a configuração do reator de cozimento, e notadamente o tipo de interior no local, pode-se constatar uma perturbação da rotação de certos elementos como o parafuso, ou um pelo menos dos parafusos de transporte da biomassa dentro do reator em cozimento. Essa perturbação é observada notadamente por uma elevação da potência do motor que faz girar o parafuso.

[0085] Ao longo da produção, pode acontecer também que uma parte desse resíduo, mais ou menos amolecido, se destaca da parede do reator, sob o efeito, por exemplo, da rotação do parafuso ou de pelo menos um dos parafusos de transporte internos ao reator ou da passagem da biomassa através do reator: assim, partículas de densidade bem superior ao leito de biomassa que está cozida podem ser levadas a se destacar e a serem arrastadas pra o orifício de saída do reator, o que pode gerar entupimentos ou problemas operacionais a jusante. Apesar desses destacamentos, constata-se que os depósitos continuem a aumentar com o passar do tempo durante um dado ciclo de produção.

[0086] Após a parada, o resfriamento e a abertura do reator 4 de cozimento, pôde-se constatar que o coque se apresenta sob duas formas: uma forma dura em contato direto com paredes internas do reator e uma forma mais friável que recobre o coque duro. A diferença entre esses dois coques se encontra em suas composições elementares, como indicado na tabela 1 abaixo. Coque friável Coque duro Teor de carbono (%) 44,57 65,07 Teor de hidrogênio (%) 5,85 4,67 Teor de oxigênio (%) 34,63 24,58

[0087] Constata-se que a percentagem de carbono contido no coque duro é mais elevada do que a do coque friável, enquanto que se nota uma tendência inversa para o teor de oxigênio, e de valores semelhantes para o teor de hidrogênio, conclui-se disso que o coque friável é, de algum modo, o precursor do coque denso.

[0088] A invenção consiste em perseguir o funcionamento dos dois reatores de impregnação 3 e de pré-tratamento 4, procedendo à limpeza química do reator 4, a fim de extrair esse coque C e/ou de retardar a formação do mesmo.

[0089] Essa limpeza não necessita de abertura do reator e da limpeza mecânica do interior do reator como era o caso anteriormente. Essa limpeza de acordo com a invenção, detalhada abaixo, é, portanto,

mais rápida, mais econômica e mais segura, pois permite limitar os riscos operacionais ligados à montagem e desmontagem da unidade, e sobretudo porque permite não parar a produção.

[0090] Um exemplo de realização de realização do processo de acordo com a invenção e suas variantes são explicados com o auxílio de todas as figuras. Ele necessita dos seguintes equipamentos suplementares em relação àqueles já descritos, no desenho da figura 1:

[0091] - Uma cuba de preparação 6 de um licor de limpeza EB contendo uma base. Essa cuba 6 permite alimentar o reator de pré- tratamento 4 em solução básica a uma certa concentração. Ela é alimentada com água E e com Base B (por exemplo, com uma base B sob forma de uma solução aquosa concentrada de KOH), cuja quantidade é acrescentada para obter um licor em quantidade desejada e na concentração de base/no pH desejado.

[0092] - Uma alimentação com licor de limpeza do reator 4 ligando a cuba de preparação de licor de limpeza 6 e o reator de pré-tratamento 4 a ser limpo, pré-aquecendo-a, se necessário, por equipamentos ad hoc (resistências de aquecimento que circundam os condutos, por exemplo), com equipamentos adaptados para injetar o licor de limpeza no reator 4 sob pressão,

[0093] - Uma entrada de água de enxágue ER para o ciclone 5.

[0094] O desenrolar do exemplo de realização do processo de limpeza de acordo com a invenção compreende duas sequências consecutivas:

[0095] - Sequência 1: injeção do licor básico EB aquecido previamente no reator 4 que está sendo alimentado do reator com a biomassa ácida.

[0096] As condições da injeção são as seguintes:

[0097] - a solução básica EB é uma solução aquosa de KOH, com uma concentração de KOH de 1 a 50% em peso de KOH,

preferivelmente de 5 a 12% em peso de KOH, em relação à água,

[0098] - o débito da solução EB no reator está compreendido entre 100 e 500 kg/h, notadamente de cerca de 300kg/h

[0099] - a taxa de enchimento pela biomassa impregnada com a solução básica EB do reator 4 é de 20 a 9%, notadamente de cerca de 30%,

[00100] - a temperatura à qual a solução EB é injetada no reator 4 está compreendida entre 80ºC e 200ºC, notadamente de cerca de 130ºC,

[00101] - a temperatura do reator 4 está compreendida entre 150 e 220ºC, notadamente cerca de 200ºC

[00102] - a duração desta sequência está compreendida entre 15 minutos e 8 horas, sendo notadamente de 2 horas,

[00103] - o tempo de permanência da solução EB no reator 4 está compreendido entre 5 e 15 minutos, e notadamente de cerca de 10 minutos.

[00104] - Sequência 2: limpeza do ciclone 5 pela realização de um enxágue a água ER para terminar a limpeza. Pode-se falar de "flush d’água", na medida em que o enxágue consiste, neste exemplo de realização, em projetar água sob pressão no ciclone, água que é evacuada rapidamente em seguida.

[00105] As condições operacionais desta sequência são as seguintes:

[00106] - número de enxágues: de 1 a 10, por exemplo, igual a 2,

[00107] - a temperatura da água de enxágue: 20º C a 80ºC, por exemplo, de 20ºC (quer seja uma temperatura ambiente ou próxima da temperatura ambiente, quer seja uma temperatura mais elevada, necessitando de um pré-aquecimento da água de enxágue ER).

[00108] Em fase de limpeza, obtém-se, na saída do ciclone 5, um mosto que não é mais o mosto ácido M convencional, mas um mosto básico M1.

[00109] A frequência do procedimento de limpeza pode variar grandemente em função do tipo e do tamanho do reator de pré- aquecimento 4, do tipo de biomassa tratada, etc. Por exemplo, a limpeza pode ser iniciada quando o torque de um dos parafusos de transporte internos ao reator aumenta em mais de 15% em relação ao torque observado no começo da produção. Pode ser iniciado também no fim de um dado período, que pode ir de 2 horas a 4 meses de produção.

[00110] Diferentes variantes podem ser trazidas ao exemplo de processo de limpeza descrito acima, continuando dentro do âmbito da invenção, algumas das quais são detalhadas abaixo (algumas, pelo menos, dessas variantes podem ser alternativas ou cumulativas):

[00111] A- Durante a limpeza, a concentração de ácido A da cuba de preparação 1 do licor de impregnação pode ser reduzida até uma concentração zero eventualmente, ou seja, no fim, uma impregnação que só se faz ainda com água.

[00112] B- A água de lavagem E do parafuso 2’ (que é neutra) conduzindo a biomassa impregnada no reator 4 pode ser limpa na cuba de preparação 6 da solução básica EB durante a limpeza, o que permite reduzir o consumo de água suplementar devido à limpeza, como representado na figura 2.

[00113] C- Pode-se realizar uma impregnação da biomassa com um licor básico durante a sequência de limpeza, seja com o mesmo licor básico EB que é preparado na cuba 6, seja um licor básico deferente, notadamente em tornos de concentração em base B. esta variante permite reduzir a quantidade de solução básica pura a ser reduzida dentro do reator de pré-tratamento 4, pois não haverá mais, ou menos, ácido a ser neutralizado para chegar ao pHG básico visado. Entretanto, uma certa quantidade de licor básico será eliminada no prensado (que corresponde à água extraída do parafuso 2’).

[00114] Assim, pode continuar sendo necessário um fornecimento de licor básico EB diretamente no reator 4 (via a cuba 6).

[00115] A figura 3 ilustra esta variante: a cuba 6 de preparação de licor básico EB tem sempre duas entradas, uma para a base B concentrada (KIOH concentrado), a outra para a água, mas aqui ela tem também duas saídas: uma saída para o reator de pré-tratamento como anteriormente e uma saída para o reator de impregnação 3. Com esta configuração, pode-se alimentar o reator de impregnação 3, que seja com a solução ácida EA desde a cuba 1 em modo de produção, quer seja com a solução básica EB desde a cuba 6 em modo de produção + limpeza.

[00116] A cuba 6 pode alimentar assim, simultaneamente, os dois reatores 3 e 4, ou pelo menos durante um período comum durante a limpeza do reator 4. É possível igualmente antecipar e começar a alimentar com solução básica EB um dos reatores antes do outro, notadamente o reator de impregnação 3 antes do início da limpeza pela solução EB do reator de pré-tratamento 4.

[00117] D- Podem ser combinadas também as duas variantes precedente, como representado na figura 4, simultaneamente, com a reciclagem do pressado (básico) na saída do parafuso 2’ na cuba 6 de preparação de licor básico EB, e a alimentação por esta mesma cuba 6 dos dois reatores 3 e 4 durante pelo menos uma parte da limpeza. A impregnação da biomassa, durante a limpeza, é realizada com o licor básico, mudando de reator de impregnação durante a limpeza.

[00118] E- Podem ser utilizados também dois reatores de impregnação 3, 3’ funcionando alternadamente, como representado na figura 5. Como na variante C, impregna-se a biomassa não com um licor ácido EA, mas com um licor básico EB durante pelo menos uma parte da limpeza do reator, ou até também um pouco antes, da seguinte maneira: em modo de produção, a biomassa é conduzida no reator 3 de pré-tratamento alimentada com licor ácido pela cuba 2, e em modo de produção + limpeza (durante toda a limpeza ou parte da mesma), a biomassa é re-encaminhada para o impregnador 3’, o qual é alimentado com licor básico EB desde a cuba 6. Portanto, utiliza-se um segundo reator de impregnação 3’ dedicado para a limpeza. Esta forma de realização apresenta a vantagem, em relação à variante C, de reduzir os tempos de transição entre impregnações ácidas e impregnações básicas.

[00119] F- Podem ser combinadas as variantes E e B, isto é, podem ser utilizados os dois reatores de impregnação 3, 3’ e reciclar a água extraída do parafuso 2’ na cuba 6 de preparação de licor básico EB.

[00120] G- Pode-se reciclar o mosto (chamado também de "marc), notadamente no contexto da variante E de dois reatores de impregnação; a biomassa pré-tratada básica M1 que sai do dispositivo de separação 5 durante a limpeza do reator de pré-tratamento 4. De fato, durante este período, ele é básico. Pode-se lavar o mosto M1 então na saída do dispositivo de separação 5 com água; ele se torna um mosto básico lavado M1’, como representado na figura 6, e extrair daí uma fase aquosa básica E1, que é reciclada na cuba 6 de preparação do licor básico. A impregnação, durante a limpeza, é realizada com um licor básico, mudando de reator de impregnação e de cuba de preparação de licor.

[00121] H- Uma outra variante consiste em utilizar dois dispositivos de separação 5, 5’ (ciclone) funcionando alternadamente, como representado na figura 7: acrescenta-se um ciclone 5’, que é dedicado ao tratamento do mosto básico M1. Em modo de produção o ciclone 5 é operacional, ele trata um mosto ácido M, em modo de produção + limpeza, muda-se a saída do reator 4 para o segundo ciclone 5’, que separará apenas mosto básico M1. A vantagem desta variante é reduzir o tempo de transição entre os dois modos. A figura 7 combina esta variante com a variante G: lava-se igualmente o mosto básico, uma vez separado no ciclone 5’, para reciclar a água de lavagem básica E1 para a cuba de preparação 6 de licor básico.

[00122] J- Esta variante decorre da variante E de dois reatores de impregnação 3,3’ precedentes, com a seguinte diferença: em modo de produção, utiliza-se o reator de impregnação 3 convencional alimentado com solução ácida EA pela cuba 1. Em modo produção + limpeza, muda-se aqui para o segundo reator de impregnação 3’, que só é alimentado com água, como representado na figura 8: durante a limpeza, a biomassa só é impregnada por uma solução aquosa a pH neutro (e não uma solução básica EB).

[00123] K- A invenção se aplica igualmente a processos de pré- tratamento de biomassa sem pré-impregnação prévia com um licor (fala- se então de "auto-hidrólise"): neste caso, a biomassa P, após ter sofrido eventualmente um tratamento do tipo mecânico (esmagamento...), térmico (secagem) ou umidificação, é introduzida diretamente no reator de pré-tratamento 4, como representado na figura 9.

[00124] L- Esta variante, ilustrada na figura 10, combina a reciclagem do prensado E1 da variante E com aquela da água de lavagem do parafuso 2’ da variante B para a cuba 6 de preparação do licor básico EB. Diminui-se assim consideravlemente, ao mesmo tempo, o consumo de água e de base necessária para a limpeza de acordo com a invenção.

[00125] M- Esta variante representada na figura 11 preconiza umaintegração térmica do processo por condensação do vapor V na saída do ciclone 5. Este vapor V serve para aquecer o licor básico EB que circula em condutos entre a cuba 6 e o reator de pré-tratamento 4 via um trocador de calor (não representado). Ele serve igualmente para reduzir a quantidade de água utilizada na cuba 6, recuperando o condensado procedente do resfriamento do vapor que sai do ciclone, via um condensador (não representado).

[00126] N- De acordo com uma variante, pode-se escolher injetar a biomassa impregnada do licor ácido EA no reator de pré-tratamento 4 a partir do reator de impregnação 3 em modo produção, e injetar diretamente a biomassa P não-impregnada no reator de pré-tratamento 4 em modo produção + limpeza, parando então a alimentação de biomassa impregnada de licor ácido.

[00127] O- Ainda de acordo com outra variante, cumulável com todas as outras, pede-se escolher injetar no reator de pré-tratamento uma dada biomassa impregnada em modo de produção, e injetar uma outra biomassa, impregnada ou não de um licor, em modo produção + limpeza. Por exemplo, em produção, escolhe-se uma biomassa do tipo palha, e no modo produção + limpeza, escolhe-se uma biomassa mais abrasiva, à base de "populus": aumenta-se assim, temporariamente, o tempo de limpeza, o caráter abrasivo da biomassa, para ajudar a descolar mais facilmente os resíduos sólidos de coque das paredes. Exemplos Exemplo 1 não conforme com a invenção

[00128] Ele utiliza a configuração apresentada na figura 1, sem o acréscimo da cuba de preparação de um licor aquoso básico (KOH) limpo à invenção.

[00129] Trata-se de uma limpeza mecânica do reator de pré- tratamento com parada da produção e abertura do reator, de acordo com uma solução anterior.

[00130] Foi realizado com palha de trigo como biomassa. As características e composição da carga são as seguintes;

[00131] - Matéria seca: 91,07%

[00132] - Débito de biomassa: 65 kg MS/h

[00133] As condições operacionais para produzir biomassa pré- tratada são as seguintes:

[00134] - Impregnação para a produção no reator de impregnação 3:

[00135] Débito de solução ácida H2SO4: 1,5 kg/h (pH de cerca de 1)

[00136] - Explosão Vapor da biomassa impregnada no reator de pré- tratamento 4:

[00137] Tempo de permanência: 5 min

[00138] Duração de produção: 72 horas

[00139] - Limpeza mecânica de acordo com o estado da técnica:

[00140] Tempo de descida de temperatura: 48 horas

[00141] Tempo de abertura e desmontagem: 8 horas

[00142] Tempo de limpeza: 8 horas

[00143] Tempo de remontagem do reator: 8 horas

[00144] A massa de coque C produzida é de 16 kg, ocupando um volume de 0,012m3 no reator 4, ou seja, uma redução do volume de reator de 8,7% e um débito de produção de coque de 222 g/h. Exemplo 2 conforme a invenção:

[00145] Utiliza a configuração apresentada na figura 1, com o acréscimo da cuba de preparação de um licor aquoso básico (KOH) limpo à invenção.

[00146] As características e composição da carga de palha de trigo são idênticas àquelas da palha de tribo utilizada no exemplo 1.

[00147] As condições operacionais são detalhadas abaixo:

[00148] Modo 1 = produção:

[00149] - Impregnação para a produção dentro do reator de impregnação 3:

[00150] Débito de solução ácido; 1,5 kg/h (H2SO4)

[00151] - Explosão Vapor da biomassa impregnada dentro do reator de pré-tratamento 4:

[00152] Tempo de permanência: 5 min

[00153] Duração de produção\; 20 horas

[00154] O prensado E1 procedente do parafuso 2’ é inteiramente reciclado para a cuba 1 de preparação da solução aquosa ácida.

[00155] Após 20 horas de produção, a sequência de limpeza é realizada nas seguintes condições:

[00156] Modo 2 = produção + limpeza:

[00157] - Impregnação no reator de impregnação 3:

[00158] Débito de solução ácida (solução ácida EA): 1,5 kg/ho (H2SO4)

[00159] - Explosão Vapor da biomassa impregnada dentro do reator de pré-tratamento 4

[00160] Tempo de permanência: 10 min

[00161] Temperatura dentro do reator: 200ºC

[00162] Débito KOH: suficiente para fazer baixar a MS até o valor de saturação da biomassa

[00163] Duração da limpeza: 2 horas

[00164] Concentração do KOH no licor: suficiente para passar a biomassa de um pH de 3 para um pH de 13

[00165] Número de ciclos: 3 ciclos de modo 1 (produção e de modo 2 (produção + limpeza)

[00166] - Limpeza do ciclone 5 (dispositivo de separação)

[00167] Após 3 ciclos de modo 1 + modo 2, por uma duração total de produção de 66 h (60 horas de produção e 6 horas de limpeza\0, a limpeza mostrou-se eficaz.

[00168] De fato, a massa de coque C recuperada no fim do procedimento (após esses 3 ciclos, portanto) não ultrapassa os 3 kg, ou seja, um débito de produção de coque de 39 g/h.

[00169] Assim, o procedimento de limpeza permitiu reduzir o débito de produção de 222 g/h em 72 horas a somente 39 g/h após uma produção de 60 h separada de 3 limpezas de 2 horas cada uma. Exemplo 3 conforme a invenção

[00170] É idêntico ao exemplo 2 e com a diferença de que a produção não dura 20 horas, mas 80 horas.

[00171] Após 3 ciclos de produção e de limpeza por uma duração total de funcionamento de 246 horas \9240 horas de modo produção e 6 horas de modo produção + limpeza), a limpeza mostrou-se eficaz.

[00172] De fato, a massa de coque C recuperada no fim desses três ciclos não ultrapassa os 3 kg, ou seja, um débito de produção de coque de 41 g/h.

[00173] Assim, o procedimento de limpeza permitir reduzir o débito de produção de 222 g/h em 72 h a somente 41 g/h após uma produção de 240 horas separada de 3 limpezas e de 2 horas cada uma. Exemplo 4 conforme a invenção:

[00174] A carga é ainda de palha de trigo, cujas características e composição são as seguintes:

[00175] - Matéria seca: 88,30% em peso

[00176] - Débito de biomassa\; 65 kg MS/h

[00177] As condições operacionais são detalhadas abaixo:

[00178] Modo 1 = produção:

[00179] - Impregnação para a produção no reator de impregnação 3:

[00180] Débito de solução ácida: 1,5 gk/h

[00181] - Explosão Vapor da biomassa impregnada dentro do reator de pré-tratamento 4:

[00182] Tempo de permanência: 5 min

[00183] Duração de produção: 80 horas

[00184] Após 80 horas de produção, a sequência de limpeza é enquadrada nas seguintes condições:

[00185] Modo 2 = produção + limpeza:

[00186] - Impregnação no reator de impregnação 3:

[00187] Débito de solução ácida: 1,5 kg/h

[00188] - Explosão Vapor da biomassa impregnada dentro do reator de pré-tratamento 4:

[00189] Tempo de permanência: 10 min

[00190] Temperatura do reator: 200ºC

[00191] Débito KOH: suficiente para fazer baixar a MS até o valor de saturação da biomassa

[00192] Duração de limpeza: 2 h

[00193] Concentração do KOH no licor: suficiente para passar a biomassa de um pH 3 para um pH 13

[00194] Número de ciclos: 8 ciclos de modo 1 (produção) e de modo 2 (limpeza + produção)

[00195] - Limpeza do ciclone 5

[00196] Número de "flush" de água:2

[00197] Após 8 ciclos, por uma duração total de funcionamento de 656 (640) horas de produção e 16 horas de produção + limpeza), a limpeza mostrou-se eficaz.

[00198] De fato, no total, 14,96 kg de coque C foram recuperados, ou seja, um débito de produção de coque de 22 g/h. Exemplo 5 conforme a invenção:

[00199] Foi realizado com madeira "populus" TCR, cujas características e composição são as seguintes, com a configuração da figura 1 com acréscimo da cuba 6 de preparação de licor básico, como para o exemplo 2:

[00200] - Matéria seca: 55,50 % em peso

[00201] - Debito de biomassa: 80 kg MS/h

[00202] Modo 1 = produção:

[00203] - Impregnação para a produção no reator de impregnação 3:

[00204] Débito de solução ácida (2,5% em peso): 2,7 kg/h

[00205] - Explosão Vapor da biomassa impregnada no reator de pré- tratamento 4:

[00206] Tempo de permanência: 7,5 min

[00207] Duração de produção: 60 horas

[00208] Após 60 horas de produção, a sequência de limpeza é enquadrada nas seguintes condições:

[00209] Modo 2 = produção + limpeza:

[00210] - Impregnação no reator de impregnação 3:

[00211] Débito de solução ácida (2,5% em peso): 2,7 kg/h

[00212] - Explosão Vapor da biomassa impregnada no reator de pré- tratamento 4:

[00213] Tempo de permanência: 7,5 min

[00214] Temperatura do reator: 200ºC

[00215] Débito KOH: suficiente para fazer baixar a MS até o valor de saturação da biomassa

[00216] Duração da limpeza: 2 h

[00217] Concentração do KOH no licor: suficiente para passar a biomassa de um pH 3 para um pH 13

[00218] Número de ciclos: 3 ciclos de modo 1 e modo 2

[00219] - Limpeza do ciclone 5

[00220] Número de "flush" de água: 2

[00221] Após esses 3 ciclos, por uma duração total de funcionamento de 186 horas (180 horas produção e 6 horas de limpeza), a limpeza mostrou-se eficaz.

[00222] De fato, no total, 8 kg de coque foram recuperados, ou seja, um débito de produção de coque de 121 g/h.

[00223] Em conclusão, a limpeza de acordo com a invenção evita ter que parar a produção, com todos os inconvenientes que estão ligados à mesma (perda de tempo, perda de rendimento, manutenção de operadores mais pesados), ou, pelo menos, permite espaçar muito significativamente as limpezas completas com parada de produção.

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de tratamento a pH ácido ou neutro em um reator de tratamento (4) de uma biomassa lignocelulósica (P), o dito processo compreendendo uma fase de limpeza contínua do reator, que compreende a introdução de uma solução aquosa básica (EB) no dito reator contendo a biomassa que está sendo tratada.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que se aquece a solução aquosa básica (EB) antes de introdução no reator de tratamento (4), notadamente a uma temperatura de pelo menos 40ºC, notadamente pelo menos 80ºC.

3. Processo de acordo com precedentes reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a introdução da solução básica no reator de tratamento (4) é efetuada no dito reator, cujo volume interno está a uma temperatura de pelo menos 120ºC, notadamente pelo menos 140ºC.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a fase de limpeza do reator de tratamento (4) com a solução básica (EB) tem uma duração compreendida entre 15 minutos e 8 horas, notadamente entre 1 e 3 horas.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, na etapa de limpeza do reator de tratamento (4), o tempo de permanência no dito reator da biomassa (P) impregnada de solução aquosa básica (EB) está compreendido entre 5 e 15 minutos.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, na fase de limpeza do reator de tratamento (4), o débito da solução aquosa básica (EB) na entrada do dito reator está regulada de maneira que o teor de matéria seca MS da biomassa (P) diminui quando de sua passagem no reator, de um valor de 30 a 60% em MS, notadamente de 50% de MS, para um valor de 15 a 25% em MS, notadamente de 20% MS.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que se regula a concentração de base de solução aquosa básica (EB) de modo a aumentar o pH da biomassa (P) que entra no reator (4) a partir de uma faixa de pH ácido compreendida entre 0,5 e 3, preferivelmente próximo a 3, para uma faixa de pH básica compreendida entre 8 e 14, preferivelmente próximo a 13.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a fase de limpeza contínua do reator de tratamento (4) é realizada de acordo com uma dada frequência e/ou quando há ultrapassagem de um valor-limite de uma característica físico-química ou reológica do meio reacional no dito reator.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que se muda uma das características físicas, químicas ou reológicas ou a natureza da biomassa (P) que alimenta o reator de tratamento (4 durante pelo menos uma parte de sua fase de limpeza.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o tratamento é um cozimento com explosão a vapor, e pelo fato de que se esgota termicamente, pelo menos em parte, o calor do vapor (V) na saída de um dispositivo de separação (5) disposto na saída do reator de tratamento (4), por recuperação via um trocador de calor, para aquecer a solução ou as soluções aquosas (E, EA, EB) utilizadas no dito processo, a porção de vapor (V) que está condensada, notadamente via um condensador, sendo reciclada preferivelmente como fornecimento de água.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que se impregna a biomassa (P) com uma solução aquosa ácida (EA) em um reator de impregnação (3) antes de sua introdução no reator de tratamento, que é um reator de pré-tratamento (4).

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, durante pelo menos uma parte da fase de limpeza contínua do reator de tratamento (4), diminui-se ou suprime-se o teor de ácido da solução aquosa ácida (EA) posta em contato com a biomassa quando de sua impregnação prévia no reator de impregnação (3).

13. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que, durante pelo menos uma parte da fase de limpeza contínua do reator de tratamento (4), substitui-se a solução aquosa ácida (EA) posta em contato com a biomassa (P), quando de sua impregnação prévia no reator de impregnação (3), por uma solução aquosa básica (EB), notadamente a mesma que é injetada durante a dita fase no reator de tratamento (4), ou por uma solução aquosa (E) de pH neutro.

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que são utilizados vários, notadamente dois reatores de impregnação (3, 3’) em paralelo para impregnar a biomassa (P) com uma solução aquosa antes de sua introdução no reator de pré-tratamento, um primeiro reator de impregnação (3) sendo alimentado com solução aquosa ácida (EA) ou com solução aquosa (E) de pH neutro, e um segundo reator de impregnação (3’) sendo alimentado com solução aquosa básica (EB), os dois reatores (3,3’) funcionando alternadamente, o segundo reator (3’) estando operacional durante pelo menos uma parte da fase de limpeza do reator de pré-tratamento (4).

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que se realiza uma separação entre biomassa (P) e a fase aquosa sob forma líquida ou vapor na saída do reator de pré-tratamento (4) por um dispositivo de separação (5), e que a fase de limpeza compreende, após a introdução da solução aquosa básica (EB) no reator de pré-tratamento (4), pelo menos um enxágue do dispositivo de separação por uma solução aquosa (E), notadamente entre 1 e 10 enxágues sucessivos.

16. Instalação para realização do processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ela compreende, de montante a jusante, um reator de impregnação (3) de biomassa lignocelulósica (P) em conexão fluida com uma cuba (1) de preparação de uma solução aquosa ácida (EA)ou neutra (E), um reator de tratamento que é um reator de pré-tratamento (4) da biomassa impregnada, em conexão fluida com uma cuba de preparação (6) de uma solução aquosa básica (EB), e um dispositivo de separação (5) que está associado a meios de enxágue por uma solução aquosa (E).