BRPI0822998B1

BRPI0822998B1 - sistema para produção de materiais orgânicos utilizando material de biomassa e método deste

Info

Publication number: BRPI0822998B1
Application number: BRPI0822998A
Authority: BR
Inventors: Fujita Kinya; Genta Minoru; Uehara Ryosuke; Seiichi Terakura
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd; Mitsubishi Heavy Ind Mechatronics Systems Ltd; Mitsubishi Hitachi Power Systems Env Solutions Ltd
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2020-02-04
Also published as: BRPI0822998A8; BRPI0822998A2; CA2666152A1; BRPI0822998B8; US20110124057A1; JP4436429B1; US8163517B2; JPWO2010038302A1; WO2010038302A1; US8334113B2; US20120178154A1; CA2666152C

Abstract

sistema de produção de material orgânico, utilizando material de biomassa e método um sistema de produção de material orgânico, utilizando material de biomassa inclui: um aparelho de decomposição hidrotérmica {13) que faz com que o material de biomassa (11) comprimido e água quente {12) a contracorrente contacto uns com os outros e sofrendo uma decomposição hidrotermais, e que as transferências de um componente de lignina e um componente da hemicelulose na água quente comprimida, de modo a separar o componente lignina e hemiceluloses de um resíduo de biomassa sólida, um dispositivo de sacarificação enzimática de celulose {17) que trata, com uma enzima de celulose no resíduo de biomassa sólida, assim como enzimaticamente para sacarificar a celulose com uma primeira solução de açúcar no contendo hexose; um fermentador de álcool (18) que produz álcool por fermentação, usando a primeira solução de açúcar obtida; um dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico (33) que se decompõe com ácido sulfúrico, o componente da hemicelulose em água quente (30) alta do aparelho decomposição hidrotérmica, que contém o componente lignina eluída e hemiceluloses aluídas, de modo a decompor o hemiceluloses a uma segunda solução de açúcar, contendo pentose e um segundo fermentador de álcool (34) que produz, usando a pentose segunda solução de açúcar, álcool por fermentação .

Description

“SISTEMA E MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE MATERIAL ORGÂNICO UTILIZANDO MATERIAL DE BIOMASSA”

Campo da Técnica [001] A presente invenção se refere a um aparelho de decomposição hidrotérmica de biomassa e um método do mesmo que permitem a decomposição hidrotérmica eficiente de material de biomassa, e a um sistema de produção de material orgânico utilizando material de biomassa, no qual o sistema possibilita a produção eficiente de materiais orgânicos, como álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos, utilizando tal aparelho e método.

Fundamento da Técnica [002] Tecnologias para produção de etanol ou similares têm sido comercializados que envolvem a conversão de biomassa lenhosa ou de outra biomassa em açúcares com ácido sulfúrico diluído ou ácido sulfúrico concentrado, em seguida, submetê-los à separação sólido-líquido, neutralizando a fase líquida da mesma e utilizando os componentes resultantes como materiais de biomassa para a fermentação do etanol ou outros (Documentos de Patente 1 e 2). Além disso, utilizando açúcar como matéria-prima, produção de matérias-primas industriais químicas (por exemplo, fermentação láctica) tem sido considerada. Biomassa como aqui utilizada refere-se a um organismo vivo integrado em circulação ao material na biosfera global ou acúmulo de materiais orgânicos derivados de organismos vivos (ver JIS K 3600 1258).

[003] Cana, milho e outros materiais, utilizados como matérias-primas de álcool, têm sido originalmente usados para o alimento. A utilização de tais fontes alimentares como fontes industriais estáveis em longo prazo, não é preferível, em vista do ciclo de vida do precioso alimento.

[004] Por esta razão, é um desafio usar eficientemente as fontes de celulose, como a biomassa herbácea e lenhosa, que são considerados como recursos potencialmente úteis.

[005] Fontes de celulose incluem a celulose variando de 38% a 50%, componentes de hemicelulose que variam de 23% para 32%, e componentes da lignina, que não são utilizados como materiais de fermentação, variando de 15% para 22%. Devido a muitos desafios, os estudos industriais têm sido realizados visando certos materiais fixos, e nenhuma tecnologia tem sido divulgada em sistemas de produção, tendo em conta a diversidade dos materiais.

[006] Os sistemas de produção visando materiais fixos não veem nenhum ponto sobre contramedidas para os problemas do lixo e do aquecimento global, porque esses sistemas têm tentado essas contramedidas com um método que traz mais desvantagens

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2/20 para materiais de fermentação do que os materiais de amido. Assim, houve a necessidade de um método aplicável a uma variedade de resíduos em sentido mais amplo. Métodos de sacarificação enzimática são também considerados como um desafio futuro, devido à sua baixa eficiência. Tratamento ácido só alcança uma taxa de sacarificação baixa de cerca de 75% (a base de componentes que podem ser sacarificado), devido à decomposição excessiva de açúcar. Assim, a produção de etanol atinge apenas 25% do peso das fontes de celulose (Não relativo aos Documento de Patente 1 e Documento Patente 3).

[007] [Documento de Patente 1] Pedido de Patente Japonês No. 9-507386, [Documento de Patente 2] Pedido de Patente Japonês No. 11-506934, [Documento de Patente 3] Pedido de Patente Japonês No. 2005-168335 [Documento não-patentário 1] Biotecnologia Nikkei & Negócios, p. 52, setembro 2002 [Documento Não-Patentário 2] Biomassa uso extensivo dos recursos biológicos, editada pela Sociedade Japonesa de Biociências, Biotecnologia, e Agroquímica, Asakura Editora Co., Ltd., setembro de 1985

Divulgação Da Invenção

Problema a ser Resolvido pela Invenção [008] Nas propostas divulgadas nos documentos de patente 1 e 2 acima, o ácido sulfúrico necessário para a reação precisa ser constantemente abastecido de fora do sistema de reação. Com o aumento da escala de produção, isto gera problemas, como o aumento do custo para a compra de equipamentos resistentes aos ácidos e grandes quantidades de ácido sulfúrico, enquanto aumenta o custo de escoamento do ácido sulfúrico utilizado (por exemplo, o custo de processamento com uma dessulfurização de gesso) e o custo para a recuperação do tal ácido sulfúrico.

[009] A proposta divulgada no Documento de Patente 3 acima, consiste em submeter os vários tipos de fontes de celulose ao tratamento hidrotérmico, e convertendo-os em açúcares com sacarificação enzimática. Durante o tratamento hidrotérmico, os inibidores da celulase, como componentes de lignina (Não relativo ao Documento de Patente 2) que inibem a sacarificação enzimática da celulose não são removidos e misturados com celulose. Isto gera um problema de redução da eficiência na sacarificação enzimática de celulose.

[0010] Outros que a celulose, componentes de hemicelulose também estão contidos nas fontes de celulose. Isto gera um problema que as enzimas adequadas para celulose e hemicelulose são componentes necessários para sacarificação enzimática.

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3/20 [0011] A solução de açúcar resultante inclui uma solução de hexoses a partir da celulose, e uma solução de pentoses a partir de componentes de hemicelulose. Por exemplo, para fermentação do álcool, leveduras adequadas para as respectivas soluções são necessárias. Assim, a fermentação do álcool precisa ser melhorada pela baixa eficiência de fermentação de uma mistura de uma solução de hexose e uma solução de pentoses.

[0012] Como tal, as tecnologias convencionais provocaram um fenômeno que os produtos da reação lateral inibem sacarificação enzimática, reduzindo a produção de açúcar. Assim, o que tem sido necessário é um aparelho que remove a decomposição hidrotérmica de inibidores de sacarificação enzimática e, consequentemente, melhora a sacarificação enzimática de componentes à base de celulose.

[0013] Em vista dos problemas acima, a presente invenção tem como objetivo fornecer um sistema de produção de material orgânico utilizando material de biomassa, que pode eficientemente produzir uma solução de açúcar, utilizando o aparelho e método, e pode produzir de forma eficiente os vários tipos de materiais orgânicos (por exemplo, álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos) utilizando a solução de açúcar como material base.

Meios de Resolução de Problemas [0014] Para alcançar o objetivo acima, de acordo com uma primeira invenção da presente invenção, um sistema de produção de material orgânico, utilizando material de biomassa inclui: um aparelho de decomposição hidrotérmica que faz com que o material de biomassa e água quente comprimida, em contato em contracorrente, uns com os outros e sofrem uma decomposição hidrotérmica, e que transfere um componente de lignina e um componente de hemicelulose na água quente comprimida, de modo a separar o componente lignina e o componente de hemicelulose de um resíduo de biomassa sólida; um dispositivo de sacarificação enzimática que trata, com uma enzima, a celulose do resíduo da biomassa sólida descarregada a partir do aparelho de decomposição hidrotérmica, a fim de sacarificar, enzimaticamente, a celulose a uma primeira solução de açúcar contendo hexose; um primeiro fermentador que produz, utilizando a solução de açúcar obtida pelo primeiro dispositivo de sacarificação enzimática, qualquer um dos álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação; um dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico que decompõe com ácido sulfúrico, o componente de hemicelulose em água quente descarregada a partir do aparelho de decomposição hidrotérmica, a fim de decompor o componente de hemicelulose a uma segunda solução de açúcar, contendo pentose; e um segundo fermentador que produz, utilizando a segunda solução de açúcar obtida pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico, um dos álcoois,

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4/20 substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação.

[0015] De acordo com a segunda invenção, no sistema de produção de material orgânico de acordo com a primeira invenção, o aparelho de decomposição hidrotérmica tem uma temperatura de reação variando de 180°C a 240°C.

[0016] De acordo com a terceira invenção, no sistema de produção de material orgânico de acordo com as primeiras ou segundas invenções, o dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico tem uma temperatura de decomposição que varia de 100°C a 140°C.

[0017] De acordo com uma quarta invenção, um método para a produção de material orgânico utilizando material de biomassa inclui: um processo de decomposição hidrotérmica que faz com que o material de biomassa e água quente comprimida em contato, em contracorrente, uns com os outros e sofrem uma decomposição hidrotérmica; um processo de sacarificação enzimática que trata, com uma enzima, celulose no resíduo de biomassa sólida descarregada do processo de decomposição hidrotérmica, a fim de sacarificar, enzimaticamente, a celulose com uma primeira solução de açúcar contendo hexose; um primeiro processo de fermentação que produz, utilizando a primeira solução de açúcar obtido pelo primeiro processo de sacarificação enzimática, qualquer um dos álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação; um processo de decomposição de ácido sulfúrico que decompõe com ácido sulfúrico, o componente de hemicelulose em água quente descarregado a partir do processo de decomposição hidrotérmica, de modo a decompor os componentes de hemicelulose a uma segundo solução de açúcar contendo pentose; e um segundo processo de fermentação que produz, utilizando a segunda solução de açúcar obtida pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico, um dos álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação.

[0018] De acordo com a quinta invenção, no método para a produção de matéria orgânica, de acordo com a quarta invenção, o processo de decomposição hidrotérmica tem uma temperatura de reação variando de 180°C a 240°C.

[0019] De acordo com a sexta invenção, no método para a produção de matéria orgânica, de acordo com a quarta ou quinta invenção, o processo de decomposição de ácido sulfúrico tem uma temperatura de decomposição que varia de 100°C a 140°C.

Efeito da Invenção [0020] De acordo com a presente invenção, com o uso de um aparelho de decomposição hidrotérmica que faz o contato, em contracorrente, dos produtos de reação lateral (componentes de lignina e componentes de hemicelulose) resultante da reação para a produção de um componente alvo, ou seja, celulose, (que é enzimaticamente sacarificado para uma solução hexose) são transferidos para a água quente comprimida.

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Desta forma, a biomassa à base de celulose de resíduos sólidos pode ser obtida. Por conseguinte, pela eficácia sacarificação à solução de hexose e utilizando a solução de açúcar como material base, vários tipos de materiais orgânicos (por exemplo, álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos) podem ser produzidos de forma eficiente. Além disso, a hemicelulose nos produtos da reação lateral, transferida para a água quente, é convertida com ácido sulfúrico em monossacarídeos a uma temperatura baixa, permitindo a reação líquido-líquido com uma boa eficiência.

Breve Descrição dos Desenhos [0021] [Fig.1]. A Fig. 1 é um esquema de um sistema de produção de álcool de acordo com uma primeira modalidade.

[Fig. 2]. A Fig. 2 é um esquema de um aparelho de decomposição hidrotérmica de acordo com uma segunda modalidade.

[Fig. 3]. A Fig. 3 é um esquema de um aparelho de decomposição hidrotérmica de acordo com uma terceira modalidade.

[0022] Declarações de Letras ou Algarismos

- sistema de produção de álcool

- material de biomassa

- água quente comprimida

- aparelho de decomposição hidrotérmica

- resíduos de biomassa sólida

- enzima

- primeira solução de açúcar (hexose)

- dispositivo de sacarificação enzimática de celulose

- primeiro fermentador de álcool

- primeira fermentação alcoólica líquida

- etanol

- primeiro resíduo

- primeira refinaria

- água quente descarregada

- ácido sulfúrico

- segunda solução de açúcar (pentose)

- dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico

- segundo fermentador de álcool

- segunda fermentação alcoólica líquida segundo resíduo

- segundo refinador

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Melhor Modo (s) para Realizar a Invenção [0023] Modalidades exemplares da presente invenção são descritas com referência aos desenhos de acompanhamento. A presente invenção não se limita às modalidades. Elementos constitutivos das modalidades incluem elementos facilmente alcançados por uma pessoa versada na técnica, ou elementos que são substancialmente equivalentes aos elementos.

Primeira Modalidade [0024] Um sistema de produção de um material orgânico, ou seja, o álcool, com uso de material de biomassa de acordo com uma modalidade da presente invenção é descrito com referência aos desenhos. Fig. 1 é um esquema de um sistema de produção de material orgânico utilizando material de biomassa de acordo com a presente modalidade. Como mostrado na figura. 1, um sistema de produção de álcool 10 usando material de biomassa de acordo com a presente modalidade inclui: um aparelho de decomposição hidrotérmico 13 que faz com que um material de biomassa 11 e água quente comprimidos 12 a contracorrente contato uns com os outros e sofrendo uma decomposição hidrotérmica, as transferências de componentes de lignina e componentes de hemicelulose na água quente comprimido 12, e separação dos componentes da lignina e componentes de hemicelulose de um resíduo de biomassa sólida, um dispositivo de sacarificação enzimática de celulose 17, que alimenta uma enzima (celulase) 15 em um resíduo de biomassa sólida 14, que é apurado a partir da decomposição hidrotérmica aparelho 13, e trata de celulose com a enzima enzimaticamente sacarificação para uma primeira solução de açúcar 16 contendo hexose; um primeiro fermentador de álcool 18 que produz, utilizando a primeira solução de açúcar (hexose) 16 obtidos pelo dispositivo de sacarificação enzimática de celulose 17, um álcool (etanol na presente modalidade) por fermentação; um primeiro refinador 22 que refina uma primeira fermentação do álcool líquido 19, obtidas pelo primeiro fermentador de álcool 18, de modo a separar e refiná-lo em um produtoalvo, ou seja, etanol a 20, e um primeiro resíduo 21, um dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico 33, que as descargas de água quente comprimido 12, para que os componentes de lignina e a componentes de hemicelulose sejam transferidos para o aparelho de decomposição hidrotérmica 13, água quente descarregada 30 para o exterior, alimenta ácido sulfúrico 31 a água quente descarregada 30, e se decompõe com ácido sulfúrico componentes de hemicelulose na água quente descarregada 30, de modo a produzir uma segunda solução de açúcar 32 contendo pentose, um segundo fermentador de álcool 34, que produz, utilizando a segunda solução açucarada obtida (pentose)32, um álcool (etanol na presente modalidade) por fermentação, e uma segunda refinaria a 37, que refina uma segunda fermentação do álcool líquido 35, de modo a separá-lo em produto-alvo, ou

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7/20 seja, etanol a 20, e um segundo resíduo 36.

[0025] Biomassa para ser alimentada ao aparelho de decomposição hidrotérmica 13 não está limitada a nenhum tipo específico, e é um organismo vivo integrado em circulação ao material na biosfera global ou acúmulo de materiais orgânicos derivados de organismos vivos (ver JIS K 3600 1258). Na presente invenção, em particular, os recursos materiais de celulose de madeira, tais como árvores de folhas largas e plantas; resíduos agrícolas e resíduos de alimentos são utilizados preferencialmente.

[0026] O material de biomassa 11 é de preferência cominuído em partículas de diâmetro igual ou inferior a cinco milímetros, por exemplo, embora não limitado a este tamanho de partícula. Na presente modalidade, o material de biomassa pulverizada 11 é usado. Equipamentos de pré-tratamento podem ser fornecidos conforme necessário que rompe o material de biomassa 11 em partículas com diâmetro igual ou inferior a um diâmetro predeterminado. Quando o material de biomassa 11 é joio, por exemplo, o material de biomassa 11 pode ser alimentado ao aparelho de decomposição hidrotérmica 13 sem serem submetidos à pulverização. Exemplos de equipamentos de pré-tratamento podem incluir a limpeza dos equipamentos para biomassa de limpeza, bem como equipamentos de pulverização para controlar o diâmetro das partículas.

[0027] No aparelho de decomposição hidrotérmica 13, os intervalos de reação da temperatura de 180°C a 240°C, de preferência, e de 200°C a 230°C, mais preferivelmente. Isso porque, em temperaturas abaixo de 180°C, a decomposição hidrotérmica ocorre a uma taxa baixa e requer um tempo maior, aumentando o tamanho aparato, que não são preferíveis. Pelo contrário, em temperaturas acima de 240°C, a taxa de decomposição é muito alta e mais componente de celulose são transferidos do estado sólido para o líquido, facilitando a decomposição excessiva de açúcares da hemicelulose, que não são preferíveis. Dissolução de componentes de celulose começa a cerca de 140°C, começa a dissolução da celulose em cerca de 230°C, e dissolução dos componentes da lignina inicia em cerca de 140°C. A temperatura é de preferência no meio de uma escala de 180°C a 240°C que permite que a celulose se mantenha no sólido, e que permite que componentes de hemicelulose e lignina componentes possam ser decompostas em taxas adequadas.

[0028] A pressão de reação da decomposição hidrotérmica é preferivelmente ajustada para uma pressão maior por 0,1 MPa até 0,5 MPa do que a pressão de vapor saturado de água para cada temperatura, que permite que a água quente comprimida fique dentro do dispositivo. O tempo de reação é, de preferência, três minutos até dez minutos, não mais que 20 minutos. Isso porque um maior tempo de reação aumenta a proporção de produtos excessivamente decompostos e não é preferível.

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8/20 [0029] De acordo com a presente invenção, para o escoamento da água quente comprimida 15 e o escoamento do material de biomassa 11 no interior do corpo principal do dispositivo 42A do aparelho de decomposição hidrotérmica 41-1A, a água quente comprimida 15 e o material de biomassa 11 são contatados em contracorrente.

[0030] No aparelho de decomposição hidrotérmica 13, o sólido do material de biomassa 11 é alimentado a partir do lado esquerdo da figura, enquanto a água quente comprimida 12 é alimentada a partir do lado direito na figura. Como o material de biomassa e 11 comprimidos de água quente a 12 movem em direção oposta um ao outro, a água quente comprimida 12 (água quente, o líquido de dissolução de produtos em decomposição) é movido enquanto está a ser embebido em partículas sólidas pelo fluxo contracorrente contra o sólido, o material de biomassa 11.

[0031] Quando entrar em contato contracorrente entre si, o material da biomassa sólida 11 é decomposto com a água quente comprimida 12, e os produtos resultantes são decompostos dissolvidos e transferidos para a água quente comprimido 12.

[0032] Como proporção do estado sólido para o líquido, a taxa líquida é de preferência menos, porque permite a redução da quantidade de água a ser recuperada e em quantidade de vapor usado para aquecimento durante a decomposição hidrotérmica. A relação peso do material da biomassa e da água quente comprimido tanto para ser alimentado, por exemplo, 1:1 - 1:10 de preferência, e 1:1 - 1:5 mais preferivelmente, embora varie de acordo dependendo da configuração do aparelho.

[0033] De acordo com a presente invenção, no aparelho de decomposição hidrotérmica 13, o uso das transferências fluxo contracorrentes de componentes de lignina e componentes de hemicelulose para o líquido, ou seja, a água quente comprimida 12, ao permitir que a celulose permaneça, ou seja, no sólido, os resíduos sólidos de biomassa 14, para ser descarregados a partir do aparelho de decomposição hidrotérmica 13. Desta forma, a primeira solução de açúcar (hexose) 16 é obtida no dispositivo de sacarificação enzimática 17 de celulose para a realização de sacarificação enzimática. Assim, é possível estabelecer um processo de fermentação adequada para uma hexose (fermentação adequada para um produto final: na presente modalidade, o etanol 20 é obtido por fermentação, usando o primeiro fermentador de álcool 18, e refinado para a primeira fermentação alcoólica líquida 19).

[0034] De acordo com a presente invenção, com o uso de um aparelho que faz com que a decomposição hidrotérmica de contato contracorrentes, produtos laterais de reação (componentes de lignina e componentes de hemicelulose), resultante da reação para a produção de um componente de destino, ou seja, celulose, (que é enzimaticamente sacarificado para uma solução hexose) são transferidos para a água quente comprimi

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9/20 da. Desta forma, a biomassa de celulose de resíduos sólidos pode ser obtida. Por conseguinte, pela eficácia sacarificação a celulose e com a solução de açúcar como material de base, vários tipos de materiais orgânicos (por exemplo, álcool) pode ser produzido de forma eficiente.

[0035] Na presente invenção, causando contato contracorrentes, seus componentes são descarregados sequencialmente, a fim de solubilidade na água quente comprimida 12. Além disso, devido aos gradientes de temperatura a partir da qual a biomassa é alimentada ao local onde a água quente é alimentada, uma decomposição excessiva de componentes de hemicelulose é impedida. Como resultado, os componentes das pentoses podem ser recuperados de forma eficiente. Além disso, fazendo com que o material de biomassa e a água quente comprimida para contracorrente contato uns com os outros, o calor é recuperado, o que é preferível, em vista da eficiência do sistema.

[0036] Na presente modalidade, o etanol 20 pode ser produzido por fermentação, usando a segunda solução de açúcar, (pentose) 32 obtidos pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico 33.

[0037] Como as condições de decomposição em um dispositivo de ácido sulfúrico de decomposição de acordo com a presente invenção, uma concentração de ácido sulfúrico é 0,1%, em peso, 5% em peso, de preferência, 1% em peso de 4%, em peso, uma temperatura de decomposição é de 100°C a 140°C, de preferência cerca de 120°C, e um tempo de decomposição é de 30 minutos a três horas, de preferência cerca de uma hora. Isso ocorre porque as condições fora desses intervalos são resultados desfavoráveis na decomposição de hemicelulose.

[0038] Na técnica relacionada, quando o material de biomassa é decomposta com ácido sulfúrico sem sofrer pré-tratamento, a decomposição é realizada com ácido sulfúrico de 1% em peso de cerca de 10 minutos a uma temperatura elevada, em torno de 180°C. Porque o ácido sulfúrico age como um inibidor enzimático sacarificação de celulose na jusante, o rendimento da hexose é baixo.

[0039] De acordo com a presente invenção, o aparelho de decomposição hidrotérmica 13 causas de celulose componentes para permanecer no resíduo de biomassa sólida 14 de antecedência, e trata componentes de hemicelulose, transferido para a água quente 12 comprimidos com ácido sulfúrico sob uma condição de baixa temperatura. Este arranjo simplifica a configuração do equipamento de ácido sulfúrico, e reduz significativamente a quantidade do uso de ácido sulfúrico (0,6 vez a 0,9 vez o montante uso de ácido sulfúrico na técnica relacionada). Como resultado, a quantidade de ácido sulfúrico, submetidos a um processo de eliminação (processo de dessulfuração de gesso) é reduzido, de modo que o equipamento para a recuperação e separação de ácido sulfúrico é

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10/20 reduzido, diminuindo o tamanho do equipamento.

[0040] Devido à decomposição, utilizando ácido sulfúrico ocorre em uma temperatura igual ou inferior a 140°C, não há necessidade de preparar material resistente ao ácido a uma temperatura alta (180°C), como na técnica relacionada, reduzindo assim o equipamento custo.

[0041] Quando a palha de trigo foi utilizada como material de biomassa 11, por exemplo, o rendimento da recuperação de açúcares atinge 0,85 para pentose (taxa de recuperação de 85%), e 0,91 para as hexoses (taxa de recuperação de 91%), assumindo um para cada pentose e hexose na palha de trigo. Como tal, as taxas de recuperação excelentes foram alcançadas.

[0042] A água quente descarregada 30 não é necessariamente tratada em um sistema separado. Por exemplo, os processos subsequentes àquelas realizadas no dispositivo de sacarificação enzimática 17 e dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico 33, os processos subsequentes àquelas realizadas no primeiro fermentador de álcool e no segundo 18, 34 ou processos subsequentes àqueles realizados no primeiro e segundo refinadores 22, 37 podem ser organizados como processos comuns, ou outra modificação pode ser feita de forma adequada.

[0043] De acordo com a presente invenção, no aparelho de decomposição hidrotérmica 13, do fluxo contracorrente permite que a celulose permaneça na fase sólida, que é o resíduo de biomassa sólida 14. Assim, a primeira solução de açúcar (hexose) 16 é obtida pelo dispositivo de sacarificação enzimática 17 para a realização de sacarificação enzimática. Além disso, os componentes de hemicelulose dissolvidos na fase líquida, que é a água quente comprimida 12, estão separados, como a água quente descarregada 30, e a segunda solução de açúcar (pentose) 32 é obtida pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico 33, utilizando ácido sulfúrico. Isso permite que a primeira solução de açúcar e da segunda solução de açúcar a ser separada de forma eficiente e sacarificada em diferentes processos. Assim, processos de fermentação adequados para cada uma das hexoses e pentoses (fermentação adequada para um produto final: por exemplo, a fermentação do etanol) pode ser estabelecida.

[0044] Como tal, no aparelho de decomposição hidrotérmica 13, o uso das transferências fluxo contracorrente de um produto de reação lateral e um componente de lignina solúvel em água quente comprimida, ambos atuando como inibidores da reação de sacarificação enzimática para a obtenção de hexose, à água quente comprimida 12. Assim, a biomassa de celulose de resíduos sólidos 14 é obtida, melhorando o rendimento da primeira solução de açúcar 16 contendo pentose na reação subsequente por sacarificação enzimática.

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11/20 [0045] Por outro lado, os componentes da hemicelulose contidos na separação descarregada de água quente 30 são sacarificados mais tarde, o dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico de 33, de modo que uma solução de açúcar, segundo 32 contendo pentose pode ser obtida. Em seguida, no primeiro e segundo fermentador de álcool 18, 34 utilizando por leveduras etc. Adequado para hexoses e pentoses, etanol 20 pode ser obtido por fermentação individualmente e de forma eficiente.

[0046] Embora na presente modalidade descreva um exemplo de que um álcool, etanol é obtido por fermentação, a presente invenção não se limita a este exemplo. À exceção dos álcoois, substitutos para o petróleo utilizado como material de produto químico, ou aminoácidos, utilizados como alimentos e materiais de alimentação podem ser obtidos com um fermentador.

[0047] Exemplos de produtos industriais produzidos a partir de uma solução de açúcar como material de base podem incluir o gás liquefeito de petróleo (GLP), o combustível de automóvel, combustível da aeronave, óleo para aquecimento, óleo diesel, vários tipos de óleos pesados, gás combustível, nafta, e de nafta produtos decompostos tais como etilenoglicol, etanolamina, etoxilato de álcool, polímeros de cloreto de vinilo, alquilalumínio, acetato de polivinila (PVA), emulsão de acetato de vinila, poliestireno, polietileno, polipropileno, policarbonato, metacrilato de metila (MMA) resina de nylon, e poliéster. Assim, os substitutos para os produtos industriais derivados de petróleo, que é o combustível fóssil, e solução de açúcar a partir de biomassa, que é um material para a produção de tais substitutos, podem ser usados de forma eficiente.

[0048] Como descrito acima, a presente invenção fornece: um sistema orgânico de produção material e um método utilizando material de biomassa que pode produzir, através da transferência de componentes à base de celulose e componentes de hemicelulose do material da biomassa para a água quente comprimida e separando-as de açúcar, cada um, soluções adequadas para os componentes à base de celulose e os componentes de hemicelulose (solução de açúcar hexose e solução de açúcar pentose), e que pode produzir de forma eficiente, utilizando as soluções de açúcar como materiais de base, vários tipos de materiais orgânicos (por exemplo, álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos). No entanto, a tecnologia convencional de um fenômeno que faz com que um produto de reação lado inibe sacarificação enzimática e produção de açúcar é reduzida.

Segunda Modalidade [0049] Com referência aos desenhos, a seguir descreve a modalidade de um aparelho de decomposição térmica da biomassa utilizada no sistema de produção de álcool 10 usando material de biomassa de acordo com a presente invenção. Fig. 2 é um

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12/20 esquema de um aparelho de decomposição hidrotérmica da biomassa de acordo com a modalidade. Como mostrado na figura. 2, a biomassa de decomposição hidrotérmica 13A aparelhos de acordo com a presente modalidade inclui: um alimentador de biomassa 40 que alimenta um material de biomassa 11 sob pressão normal, sob a pressão aumentada, decomposição hidrotérmica aparelho 13A que permite que o material de biomassa alimentado (por exemplo, palha de trigo na presente modalidade) 11 a ser gradualmente transportada dentro de um corpo inclinado de dispositivo principal (a seguir, o corpo principal do dispositivo), 51 a partir de uma extremidade inferior das mesmas com um transportador de parafuso 52, e também permite que a água quente comprimida 12 a ser alimentada no dispositivo principal corpo 51 a partir de uma extremidade superior do mesmo, que é diferente de uma seção de alimentação para o material de biomassa 11, de modo a causar o material de biomassa 11 e a água quente comprimida 12 a contracorrente contato uns com os outros e sofrendo uma decomposição hidrotermais, e que a lignina transferências e os componentes de hemicelulose na água quente comprimida 12, de modo a separar os componentes de lignina e a componentes de hemicelulose do material de biomassa 11, e um descarregador de biomassa 60 cerca de que as descargas de resíduos em biomassa sólida 14 sob a pressão aumentada sob pressão normal, na extremidade superior do corpo principal do dispositivo 51. Na figura, indicada por referência numeral 53 é a vapor, 54 é um dreno, e 55 está sob pressão de nitrogênio.

[0050] Como tal, com o uso da decomposição hidrotérmica inclinada aparelhos 13A, o material de biomassa 11 e comprimidos de água quente 12 em contato contracorrente entre si dentro do aparelho. Assim, produtos laterais de reação (componentes de lignina e componentes de hemicelulose), resultante da reação hidrotérmica para produzir um componente de destino, ou seja, celulose, (que é enzimaticamente sacarificado a uma solução hexose) são transferidos para a água quente comprimida 12. Desta forma, a biomassa de celulose de resíduos sólidos 14 pode ser obtida. Por conseguinte, pela eficácia sacarificação a celulose para a primeira solução de açúcar contendo hexose e utilizando a solução de açúcar como material de base, vários tipos de materiais orgânicos (por exemplo, álcool) podem ser produzidos de forma eficiente. Por outro lado, os componentes de hemicelulose na água quente descarregado 30, lançadas a partir do aparelho 13A de decomposição hidrotérmica, são degradados pela decomposição do ácido sulfúrico a uma segunda solução de açúcar, contendo pentose e utilizando a solução de açúcar como material de base, vários tipos de compostos orgânicos materiais (por exemplo, álcool) pode ser eficientemente produzido.

[0051] Na presente modalidade, o material de biomassa 11 é alimentado a partir da extremidade inferior. A presente invenção não se limita a isso, e os materiais de bio

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13/20 massa 11 podem ser alimentados reversamente a partir da extremidade superior. Neste caso, a água quente comprimida 12 é alimentada a partir da extremidade inferior. Exemplos de alimentador 40 de biomassa que alimenta biomassa sob pressão normal, sob a pressão aumentada pode incluir uma unidade de bomba, como uma bomba de pistão ou uma bomba de lama.

[0052] Na presente modalidade, os aparelhos de decomposição hidrotérmica 13A é um aparelho do tipo inclinado como mostrado na figura. 2. A presente invenção não se limita a isso, e um aparelho vertical ou horizontal de reação de decomposição hidrotérmica podem ser adotados.

[0053] O aparelho de decomposição hidrotérmica pode ser organizado como um tipo de torta ou um tipo vertical, porque é preferível em relação a que o gás resultante da reação de decomposição hidrotérmica, o gás trazido para o material, e como pode ser liberado rapidamente a partir do lado superior. Este acordo é preferível, tendo em conta a eficiência do descarregamento, porque os produtos decompostos são descarregados com a água quente comprimida 12 e, portanto, a concentração dos materiais é descarregada a aumentar a partir do lado superior para o lado inferior.

[0054] De acordo com a modalidade, um aparelho de decomposição hidrotérmica 13A , proporciona o transporte de parafuso 52, 1) a entrega do sólido é possível graças ao fluxo contracorrente de dois líquidos e sólidos), a separação sólido-líquido é possível dentro do aparelho corpo principal 51, e 3) a água quente comprimida sobre a superfície do sólido e no interior do sólido é progressivamente misturado no interior do corpo principal do dispositivo de 51, de modo que a reação é facilitada.

[0055] O transporte de parafuso 52 pode incluir uma raspadeira (não mostrado) que impede a oclusão de uma saída para a alta de água quente 30.

[0056] De acordo com a presente modalidade, em um reator de transporte de polpa, que mistura o material de biomassa e água 11 de antecedência e alimenta a mistura no corpo principal do dispositivo, a água precisa ser adicionada em grandes quantidades (10 vezes a 20 vezes em relação de peso) em relação para o sólido, de modo a proporcionar fluidez ao chorume. No entanto, porque o material, ou seja, o material de biomassa 11, e a água quente comprimida 12 para remover os componentes de lignina e componentes de hemicelulose da biomassa são alimentados 13A de decomposição hidrotérmica aparelhos com sistemas separados, a relação peso do líquido pode ser feita pequeno em relação ao do sólido, melhorando assim a eficiência econômica.

[0057] De acordo com a presente invenção, porque uma parte do gás está presente no interior do corpo principal do dispositivo 51, gás nitrogênio (N2) pressurizado 55 é alimentado para dentro.

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14/20 [0058] Dentro do aparelho 13A de decomposição hidrotérmica, a temperatura do material de biomassa 11 é maior, fazendo com que ele mantenha contato com a água quente comprimida 12, no corpo principal do dispositivo 51 e troca direta do calor. A temperatura pode ser aumentada pela utilização de vapor ou o como do lado de fora, conforme necessário.

[0059] O alimentador de biomassa 40 emprega um mecanismo de parafuso de alimentação 41, que tem um mecanismo de vedação material realizada pela própria biomassa, e alimenta o material da biomassa sólida 11 sob pressão normal, a pressão aumentou. Especificamente, com o mecanismo de alimentação 41, incluindo um parafuso de alimentação 41a 41b e um cilindro hidráulico, o material de biomassa 11 alimentado dentro é comprimido, para que uma ficha de biomassa 42 é formada. A ficha de biomassa 42 serve como um material de vedação para manter a pressão dentro do aparelho 13A de decomposição hidrotérmica. Aos poucos, pressionado pelo parafuso de alimentação 41a, a biomassa pode ser gradualmente descarregada a partir de uma extremidade do 41b cilindro hidráulico, de modo que o material de biomassa 11 é alimentado de forma confiável para o corpo principal do dispositivo 51.

[0060] O descarregador de biomassa cerca de 60 tem uma configuração semelhante ao do alimentador de biomassa 40. Com um mecanismo de alimentação 61, incluindo 61a parafuso de alimentação e um cilindro hidráulico 61b, o resíduo de biomassa sólida 14 reagiu no aparelho de decomposição hidrotérmica sendo comprimido, para que uma ficha de biomassa de 62 seja formada. A ficha de biomassa 62 serve como um material de vedação para manter a pressão dentro do aparelho 13A de decomposição hidrotérmica. O resíduo de biomassa sólida 14 sob a pressão aumentada, a partir do qual os componentes de lignina e componentes de hemicelulose foram transferidos para a água quente descarregada 30, podem ser descarregadas para, sob pressão normal. No momento da alta, a água residual é removida da tomada de biomassa 62. Esta solução desidratada 63 inclui componentes solúveis em água quente comprimida (componentes de lignina e componentes de hemicelulose). Assim, a solução desidratada 63 é enviada para a água quente descarregada 30 e tratada juntamente com a água descarregada quente 30.

[0061] Como a pressão é alterada de maior pressão para a pressão normal dentro do descarregador de biomassa de 60, os resíduos de biomassa sólida 14 são apurados vapor explodiu, causando a ruptura de suas fibras. Isso melhora a eficiência de sacarificação enzimática no processo posterior.

[0062] O descarregador de biomassa 60 pode remover os inibidores de sacarificação enzimática e inibidores da fermentação alcoólica, ou qualquer um deles, que são

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15/20 de baixo peso molecular, inibidores voláteis.

[0063] Na presente invenção, fazendo com que o material de biomassa e água quente para comprimido contracorrente contato uns com os outros, seus componentes são sequencialmente eluídos por ordem de solubilidade na água quente. Além disso, devido ao gradiente de temperatura a partir da qual a biomassa é alimentada ao local onde a água quente é alimentada, uma decomposição excessiva de componentes de hemicelulose é impedida. Como resultado, os componentes das pentoses podem ser recuperados de forma eficiente. Além disso, fazendo com que o material de biomassa e a água quente comprimida para contracorrente contato uns com os outros, o calor é recuperado, o que é preferível, em vista da eficiência do sistema.

Terceira Modalidade [0064] Com referência aos desenhos, a seguir descreve outra modalidade do aparelho de decomposição da biomassa hidrotérmica utilizado no sistema de produção de álcool 10 utilizando material de biomassa de acordo com a presente invenção. Fig. 3 é um esquema de um aparelho de decomposição hidrotérmica da biomassa de acordo com a presente modalidade. Como mostrado na figura. 3, a biomassa de decomposição hidrotérmica 13B aparelhos de acordo com a presente modalidade inclui: um alimentador de biomassa 80 que alimenta o material da biomassa (por exemplo, palha de trigo na presente modalidade) 11 sob pressão normal, sob crescente pressão, um corpo de dispositivo principal horizontal (a seguir “O corpo principal do dispositivo) 70 que permite que o material de biomassa 11 a ser alimentados não através de mover-se gradualmente a partir de uma extremidade a esquerda ou à direita (à esquerda na presente modalidade), de um estado consolidado, e também permite a água quente comprimida 12 a ser alimentado a partir de um fim nele (no lado direito na presente modalidade), que é diferente do lado de onde o material de biomassa 11 é alimentado, de forma a causar o material de biomassa 11 e o comprimido quente água 12 a contracorrente contato uns com os outros e sofrendo uma decomposição hidrotermais, e que os componentes transferências de lignina e componentes de hemicelulose na água quente comprimida 12, de modo a separar os componentes de lignina e a componentes de hemicelulose do material de biomassa 11, e do descarregador de biomassa 60 que as descargas de resíduos de biomassa sólida 14 sob a pressão aumentada sob pressão normal, ao lado de onde a água quente comprimido 12 é introduzida no corpo principal do dispositivo 70. Exemplos de alimentador de biomassa 80 que alimenta biomassa sob pressão normal, sob a pressão aumentada pode incluir uma unidade de bomba, como uma bomba de pistão ou uma bomba de lama.

[0065] Na presente modalidade, no interior do corpo principal do dispositivo 70 é

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16/20 fornecida uma unidade de agitação fixa 71 que agita o material de biomassa 11 em uma condição consolidada, chamada de fluxo em pistão. Com este arranjo, o material de biomassa 11, alimentado aí é agitado por ação de agitação quando movido axialmente.

[0066] Ao fornecer a unidade de agitação fixa 71, a água quente comprimida 12 na superfície do sólido e no interior do sólido é progressivamente misturada no corpo principal do dispositivo 70, de modo que a reação é facilitada.

[0067] De acordo com a presente invenção, para o fluxo da água quente comprimida 12 e fluxo do material da biomassa 11 no interior do corpo principal do dispositivo de 70 a decomposição hidrotérmica aparelho 13B, a água quente comprimida 12 e do material de biomassa 11 são contato contracorrentes, de preferência com o fluxo agitado.

[0068] O aparelho de decomposição hidrotérmica 13B realiza a decomposição do fluxo em pistão e tem uma configuração simples. Assim, o sólido, o material de biomassa 11 é movido paralelo a um eixo central de sua tubulação, ao ser agitado em uma direção perpendicular ao eixo central do tubo. Pelo contrário, a água quente comprimida 12 (água quente, o líquido de dissolução de produtos em decomposição) é movida enquanto está sendo embebidos em partículas sólidas pelo fluxo contracorrente contra o sólido.

[0069] No fluxo em pistão, a água quente comprimida 12 é inundada de maneira uniforme. Isso porque, quando o material de biomassa 11 sólida é decomposto em água quente comprimida 12, os produtos decompostos são dissolvidos na água quente. Assim, a viscosidade em torno de uma porção decomposta é aumentada, de modo que a água quente é movida para uma parcela não-decomposta dominante, provocando a decomposição da parcela não decomposta. Isto cria um fluxo uniforme da água quente, possibilitando a decomposição uniforme.

[0070] No corpo principal do dispositivo de 70 aparelhos 13B de decomposição hidrotérmica, devido à resistência de sua parede interna da tubulação, a densidade de sólidos no lado de saída para o material de biomassa 11 é reduzido em comparação com o que, no lado de entrada para o material de biomassa 11. Além disso, a quantidade do resíduo de biomassa sólida 14 é reduzida pela decomposição. Como resultado, a relação entre a água quente comprimida 12 é maior, e o tempo de retenção de líquidos é prolongada, provocando uma decomposição excessiva de componentes decompostas no líquido. Por esta razão, a unidade fixa agitação é fornecida como apropriado.

[0071] A unidade de agitação fixa 71 pode ter sulcos formados nela, ou pode ser instalada em vários lances. Além disso, a unidade de agitação fixa 71 pode ter parafusos em série em vários estágios, de modo que cada parafuso realiza mexendo individualmente. O corpo principal do dispositivo 70 aparelhos 13B de decomposição hidrotérmica pode

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17/20 ter uma forma de cone. Especificamente, no corpo principal do dispositivo 70, a saída para o material de biomassa 11 tem uma menor área da seção transversal do que a de entrada. Com este arranjo, a densidade do material sólido de biomassa 11 é maior no corpo principal do dispositivo 70.

[0072] Além disso, uma função flexível pode ser fornecida para impedir o sólido de ocluir no corpo principal do dispositivo 70. Além disso, a relação de peso sólido-líquido no corpo principal do dispositivo 70 pode ser controlada de forma adequada, controlando, por exemplo, o torque de uma unidade rotativa de agitação, a capacitância e a onda ultrassônica no corpo principal do dispositivo 70, e os componentes do peso no interior do corpo principal do dispositivo 70.

[0073] A água quente comprimida 12 fluiu pelo fluxo contracorrente, de modo que o calor está diretamente trocado. Isto impede a decomposição excessiva de produtos decompostos (tais como componentes de lignina), que são decompostos e descarregados para a fase líquida.

[0074] A água quente comprimida 12 a ser alimentada no corpo principal 70 do dispositivo é de preferência menos pesada em relação ao material de biomassa 11, porque permite a redução da quantidade de vapor usado para aquecimento durante a decomposição hidrotérmica. A relação em peso do material da biomassa 11 para a água quente comprimida 12 ambos a serem alimentados é, por exemplo, 1:1 - 1:10 de preferência, e 1:1 - 1:5 mais preferivelmente, embora varie de acordo, dependendo da configuração do dispositivo. Particularmente, na presente modalidade, o fluxo de plugue é composto de fase sólida e fase líquida, ou seja, o material de biomassa e a água quente comprimida, e é movido através do corpo principal do dispositivo 70 na condição consolidada. A relação de sólido para líquido pode ser, portanto, 1:1 - 1:5. Conforme descrito, a relação de peso do material da biomassa 11 e a água quente comprimida 12, ambos para serem alimentados no corpo principal do dispositivo 70, é feita 1:1 - 1:10, reduzindo assim o calor necessário para o dispositivo de decomposição hidrotérmica.

[0075] Além disso, através do controle da relação de peso de sólido para líquido no interior do corpo principal do dispositivo 70, as condições para a decomposição hidrotérmica são estabilizadas, e o resíduo sólido de biomassa 14 é descarregado de forma estável do descarregador de biomassa 60.

[0076] Fazendo com que o material de biomassa 11 e a água quente comprimida 12 entrem em contato em contracorrente um com o outro dentro do aparelho de decomposição hidrotérmica 13B, a separação sólido-líquido é realizada. Isso reduz a quantidade de produtos excessivamente decompostos para ser trazidos para a celulose, sólidos. Como os componentes da lignina e similares são precipitados em baixas temperaturas, a

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18/20 separação é difícil a baixas temperaturas. Assim, após a decomposição hidrotérmica, os produtos decompostos são retirados do sistema de reação e submetidos à separação. Desta forma, é possível reduzir a perda de calor liberada quando ocorre devido a uma transição de uma condição de alta temperatura e alta pressão a uma temperatura normal e condição de pressão normal. Além disso, o líquido de descarga contendo os produtos decompostos é separado com maior eficiência. Este arranjo é realizado considerando o fato de que os produtos de decomposição hidrotérmica são componentes polissacarídeos precipitados em baixas temperaturas e, portanto, a separação é dificilmente realizada a baixas temperaturas.

[0077] De acordo com a presente modalidade, o peso do material de biomassa 11 a ser incorporado no aparelho de decomposição hidrotérmica 13B é aumentado, em relação ao peso da água quente comprimida 12. Isso permite a redução no tamanho do aparelho, contribuindo assim para melhorar a eficiência econômica.

[0078] Dentro do aparelho de decomposição hidrotérmica 13B, a temperatura do material de biomassa 11 é aumentada fazendo-o entrar em contato com a água quente comprimida 12 no corpo principal do dispositivo 70 e trocando diretamente calor. A temperatura pode ser aumentada utilizando vapor 53 ou semelhante a partir do exterior, se necessário. Alternativamente, vapor saturado pode ser alimentado diretamente no corpo principal do dispositivo 42, em vez da água quente.

[0079] Na presente modalidade, o alimentador de biomassa 80 emprega um mecanismo para a alimentação do material de biomassa 11, incluindo uma bomba de pistão 81a. Com esse arranjo, o alimentador de biomassa 80 alimenta o material da biomassa sólida 11 sob pressão normal até sob pressão aumentada. Usando a bomba de pistão 81a e aplicando pressão com o pistão, o material de biomassa 11 é alimentado de forma confiável para o corpo principal do dispositivo 70.

[0080] Especificamente, o uso da bomba de pistão 81a permite que o sólido no fluxo contracorrente, ou seja, de sólidos e líquidos, o material de biomassa 11, a ser movida pela operação da bomba 81a de pistão, sem fornecer uma unidade de rotação em movimento ou similar para mover o sólido no interior do corpo principal do dispositivo 70. Além disso, o uso da bomba 81a de pistão também permite o controle da densidade no interior do corpo principal do dispositivo 70 (a relação peso sólido para líquido). Especificamente, é possível controlar o tempo de retenção da água quente comprimida no interior do corpo principal do dispositivo 70.

[0081] O descarregador de biomassa 60 é o mesmo que o aparelho 13A de decomposição hidrotérmica mostrado na figura. 2, e, portanto, as descrições dele são omitidas.

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19/20 [0082] Na presente modalidade, a água quente comprimida 12 é descarregada em uma parte perto da entrada para a alimentação da biomassa. Como alternativa, uma saída de líquido para a água quente comprimida 12 podem ser fornecidas em uma porção média e alta líquida pode ser submetida a dois de aquecimento e resfriamento, ou uma delas, de modo que uma distribuição de temperatura ideal é traçada. Em seguida, o líquido apurado pode ser alimentado no corpo principal do dispositivo 70, novamente.

[0083] A concentração de inibidores tais como furfral no líquido pode ser medido perto de um ponto de descarga para a água quente comprimida 12, de modo que a quantidade de alimentação da água quente comprimida 12 é controlada com base no valor medido. Ou, a concentração de açúcar pode ser medida próxima ao descarregador de biomassa 60, de modo que a quantidade de alimentação da água quente comprimida 12 é controlada com base no valor medido.

[0084] Na presente modalidade, a água quente comprimida 12 pode ser alimentada partir de uma seção. A presente invenção não se limita a isso, e a água quente comprimida 12 pode ser alimentada a partir de uma pluralidade de seções de controle de temperatura.

[0085] Na presente invenção, fazendo com que o material de biomassa e água quente comprimida entrem em contato em contracorrente um com o outro, seus componentes são descarregados sequencialmente por ordem de solubilidade na água quente. Além disso, devido ao gradiente de concentração e o gradiente de temperatura a partir da qual a biomassa é alimentada ao local onde a água quente é alimentada, uma decomposição excessiva de componentes de hemicelulose é impedida. Como resultado, os componentes das pentoses podem ser recuperados de forma eficiente. Além disso, fazendo com que o material de biomassa e a água quente comprimida entrem em contato em contracorrente um com o outro, o calor é recuperado, o que é preferível, em vista da eficiência do sistema.

[0086] De acordo com uma modificação da presente modalidade, os aparelhos de decomposição hidrotérmicos horizontais 13B, conforme mostrados na figura. 3, podem ser organizados como um tipo de torta ou um tipo vertical. O corpo principal do dispositivo pode ser organizado como um tipo de torta ou um tipo vertical, porque é preferível em relação a que o gás resultante da reação de decomposição hidrotérmica, o gás trazido para o material, e como pode ser liberada rapidamente a partir do lado superior. Este acordo é preferível, tendo em conta a eficiência do descarregamento, porque os produtos decompostos são descarregados com a água quente comprimida 12 e, portanto, a concentração dos materiais é descarregada aumentou a partir do lado superior para o lado inferior.

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Aplicação Industrial [0087] Conforme descrito, o sistema e método de acordo com a presente invenção podem separar os componentes à base de celulose a partir de material de biomassa, de modo a produzir de forma eficiente uma solução de açúcar. Além disso, utilizando a solução de açúcar como material de base, vários tipos de materiais orgânicos (por exemplo, álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos) podem ser eficientemente produzidos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de produção de material orgânico (10) utilizando material de biomassa (11), o sistema de produção de material orgânico (10), CARACTERIZADO por compreender:

um aparelho de decomposição hidrotérmica (13) que faz com que o material de biomassa (11) e água quente comprimida (12) entrem em contato, em contracorrente, um com o outro e sofram decomposição hidrotérmica, e que transfere um componente de lignina e um componente de hemicelulose para a água quente comprimida (12), de modo a separar o componente de lignina e o componente de hemicelulose de um resíduo sólido de biomassa (14);

um dispositivo de sacarificação enzimática (17) que trata, com uma enzima (15), celulose no resíduo sólido de biomassa (14) descarregado a partir do aparelho de decomposição hidrotérmica (13), a fim de sacarificar, enzimaticamente, a celulose para uma primeira solução de açúcar (16) contendo hexose;

um primeiro fermentador (18) que produz, utilizando a primeira solução de açúcar (16) obtida pelo dispositivo de sacarificação enzimática (17), qualquer um de álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação;

um dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico (33) que decompõe, com ácido sulfúrico (31), o componente de hemicelulose em água quente (30) descarregada a partir do aparelho de decomposição hidrotérmica (13), a fim de decompor o componente de hemicelulose a uma segunda solução de açúcar (32) contendo pentose; e um segundo fermentador (34) que produz, utilizando a segunda solução de açúcar (32) obtida pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico (33), qualquer um de álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação, em que o aparelho de decomposição hidrotérmica (13) está configurado para submeter a decomposição hidrotérmica a uma temperatura de reação variando de 180°C a 240°C.
2. Sistema de produção de material orgânico (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico (33) ser configurado para realizar a decomposição do componente de hemicelulose a uma temperatura de decomposição variando de 100°C a 140°C.
3. Método para produção de material orgânico utilizando material de biomassa (11), CARACTERIZADO por compreender:

um processo de decomposição hidrotérmica que faz com que o material de biomassa (11) e água quente comprimida (12) entrem em contato, em contracorrente, um com o outro e sofram decomposição hidrotérmica e que transfere um componente de lignina e um componente de hemicelulose para a água quente comprimida (12), de modo

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2/2 a separar o componente de lignina e o componente de hemicelulose a partir de um resíduo sólido de biomassa (14);

um processo de sacarificação enzimática que trata, com uma enzima (15), celulose no resíduo sólido de biomassa (14) descarregado a partir do processo de decomposição hidrotérmica, de forma a sacarificar, enzimaticamente, a celulose para uma primeira solução de açúcar (16) contendo hexose;

um primeiro processo de fermentação que produz, utilizando a primeira solução de açúcar (16) obtida pelo processo de sacarificação enzimática, qualquer um de álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação;

um processo de decomposição de ácido sulfúrico que decompõe, com ácido sulfúrico, o componente de hemicelulose em água quente (30) descarregada a partir do processo de decomposição hidrotérmica, a fim de decompor o componente de hemicelulose a uma segunda solução de açúcar (32) contendo pentose; e um segundo processo de fermentação que produz, utilizando a segunda solução de açúcar (32) obtida pelo processo de decomposição de ácido sulfúrico, qualquer um de álcoois, substitutos para o petróleo, ou aminoácidos por fermentação, em que o processo de decomposição hidrotérmica é realizado a uma temperatura de reação variando de 180°C a 240°C, a concentração de ácido sulfúrico no processo de decomposição de ácido sulfúrico é de 0,1%, em peso, até 5%, em peso, a pressão de reação no processo de decomposição hidrotérmica é ajustada a uma pressão maior por 0,1 MPa até 0,5 MPa do que uma pressão de vapor saturado de água a cada temperatura, e a relação em peso do material de biomassa (11) para a água quente comprimida (12) no processo de decomposição hidrotérmica é de 1:1 a 1:10.
4. Método para a produção de material orgânico, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de o processo de decomposição de ácido sulfúrico ser realizado em uma temperatura de decomposição variando de 100°C a 140°C.