BRPI1006883B1

BRPI1006883B1 - Equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, método de controle de temperatura da mesma, e sistema de produção de matéria-prima orgânica usando material de biomassa

Info

Publication number: BRPI1006883B1
Application number: BRPI1006883-0A
Authority: BR
Inventors: Minoru Genta; Ryosuke Uehara; Hideo Suzuki; Seiichi Terakura
Original assignee: Mitsubishi Power Environmental Solutions, Ltd.
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2021-06-29
Also published as: WO2011111190A1; JP4699567B1; BRPI1006883A2; JPWO2011111190A1; CA2741598C; CA2741598A1; US20120021503A1; US9102956B2

Abstract

equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, método de controle de temperatura da mesma, e sistema de produção de matéria-prima orgânica usando material de biomassa. um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que se alimenta de um material de biomassa sólida 11 a partir de um lado de um corpo de equipamento 42, alimenta-se de água quente 15 a partir de um lado, para decompor hidrotermicamente o material de biomassa 11 enquanto põe o material de biomassa 11 em contra contato com a água quente 15, dissolve frações solúveis de água quente, descarrega a água quente para o exterior a partir de um lado do corpo de equipamento 42 como um efluente de água quente 16, e descarrega uma biomassa sólida (uma água quente insolúvel) 17 para o exterior a partir do outro lado. o equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa inclui uma zona de reação efetiva a formada a partir do outro lado para dito um lado do corpo de equipamento 42, em que uma temperatura de alimentação de água quente 15 (por exemplo, de 200ºc) é mantida por um período de tempo predeterminado para provocar decomposição hidrotérmica, e uma zona de redução de temperatura b em que a temperatura é rapidamente reduzida a uma temperatura (por exemplo, de 140ºc) em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas (por exemplo, de 200ºc a 140ºc), imediatamente após elas estarem fora da zona de reação efetiva a.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que pode decompor hidrotermicamente um material de biomassa de modo eficiente, um método de controle de temperatura do mesmo, e um sistema de produção de matéria- prima orgânica que usa um material de biomassa e pode produzir eficientemente uma matéria- prima orgânica, tal como álcool, substitutos para o petróleo, ou aminoácido, o sistema de produção usa o equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa e o método do mesmo.

Fundamento da Invenção

[002] Convencionalmente, uma técnica para produzir etanol ou similar, em que é reali-zadaseparação de sólido-líquido após sacarificação de biomassa, tal como madeira, usando ácido sulfúrico diluído ou ácido sulfúrico concentrado, e uma fase líquida é neutralizada e usada como uma matéria-prima para fermentação de etanol, foi utilizada na prática (Literatura de Patente 1, Literatura de Patente 2).

[003] Ademais, a produção de matérias-primas químicas industriais (por exemplo, fermentação láctica) usando açúcar como um material inicial também pode ser considerada.

[004] Neste relatório, "biomassa" representa organismos incorporados em um sistema circulatório de substância da biosfera global ou acumulação de matérias orgânicas derivadas dos organismos (ver JIS K 3600 1258).

[005] A cana-de-açúcar, milho, etc., que são atualmente usados como matérias-primas de álcool, são originalmente usados como alimento, e não é preferível usar estes recursos alimentares como recursos industriais em longo prazo e de uma maneira estável em vista de um ciclo de vida de gêneros alimentícios efetivos.

[006] Portanto, é uma questão importante usar efetivamente recursos de celulose, tais como biomassa vegetal e biomassa baseada em madeira, que se acredita sejam recursos industriaisúteis no futuro.

[007] Ademais, nos recursos de celulose, a relação de componente de recursos é alterada de tal modo que a relação de celulose é de 38% a 50%, a de componente de hemicelulo- se é de 23% a 32%, e a de componente de lignina, que não é usado como uma matéria-prima de fermentação, é de 15% a 22%. Devido ao fato de que as pesquisas industriais têm sido conduzidas com muitos problemas não solucionados, matérias-primas nas pesquisas são consideradas de uma maneira fixa, e atualmente não existe qualquer divulgação de uma técnica de um sistema de produção que leve a versatilidade de material em consideração.

[008] Originalmente, devido ao fato de que questões relacionadas ao lixo e prevenção do aquecimento global são levadas em consideração de acordo com um método desfavorável para fermentar matéria-prima se comparado a matéria-prima do amido, existem poucos pontos no sistema de produção em que matérias-primas são consideradas de uma maneira fixa. Este sistema de produção deve ser amplamente aplicável a materiais residuais. A sacarificação en- zimática por si mesma não é de todo eficiente, e acredita-se que seja uma questão que deve ser resolvida no futuro. A taxa de sacarificação por tratamento ácido tem uma valor consideravelmente pequeno de cerca de 75% (em uma base de componente capaz de ser sacarificada) devido a excessiva decomposição de açúcar provocada por sobrerreação. Portanto, o rendimento de produção de etanol é de cerca de 25% com relação aos recursos de celulose (Literatura de Patente 1, Literatura de Patente 3).

[009] Nas técnicas convencionais divulgadas em Literaturas de Patente 1 a 3, houve um fenômeno em que um subproduto provoca inibição de sacarificação enzimática para reduzir o rendimento de açúcar. Portanto, foi proposto o equipamento de decomposição hidrotérmica que remove uma sacarificação enzimática inibidora de substância para aumentar atividade de enzima baseada em celulose (Literaturas de Patente 4 e 5).

Lista de Citação Literaturas de Patente

[010] Literatura de Patente 1: Publicação Nacional de Pedido de Patente Japonês No. H9-507386

[011] Literatura de Patente 2: Publicação Nacional de Pedido de Patente Japonês No. H11-506934

[012] Literatura de Patente 3: Pedido de Patente Japonês Submetido à Inspeção Pública No. 2005-168335

[013] Literatura de Patente 4: Pedido de Patente Japonês Submetido à Inspeção Pública No. 2009-183805

[014] Literatura de Patente 5: Pedido de Patente Japonês Submetido à Inspeção Pública No. 2009-183154

Outras Literaturas

[015] Literatura 1: Nikkei Bio Business, p. 52, Setembro 2002

Sumário Problema Técnico

[016] No equipamento de decomposição hidrotérmica de acordo com as Literaturas de Patente 4 e 5 mencionadas acima, biomassa e água quente pressurizada são alimentados em contra contato um com o outro para provocar reação hidrotérmica mediante troca de calor interna. Contudo, uma distribuição de temperatura ocorre em uma temperatura interna.

[017] A fig. 10 é um diagrama de padrão de um equipamento vertical de acordo com um exemplo convencional que decompõe hidrotermicamente biomassa com água quente.

[018] Como mostrado na fig. 10, neste equipamento de decomposição hidrotérmica vertical, a biomassa (sólida) 11 é alimentada em um corpo de equipamento 42 a partir de um lado de fundo, e movida para um lado superior por um parafuso de transferência 43 provido no mesmo, e uma biomassa sólida (uma água quente insolúvel) 17 é descarregada para o exterior a partir do lado superior.

[019] Por outro lado, água quente pressurizada (doravante, também "água quente") 15 é alimentada no corpo de equipamento 42 a partir do lado superior e posta em contra contato com a biomassa 11, e um efluente de água quente 16 é descarregado para o exterior a partir do lado de fundo. Portanto, no corpo de equipamento 42, a temperatura é reduzida gradualmente de um lado para alimentação da água quente 15 (lado superior) para o lado de fundo (um lado para alimentação de biomassa).

[020] A fig. 11 representa um estado de decomposição de biomassa com água quente.

[021] Como mostrado na fig. 11, a biomassa (matéria-prima celulósica) inclui hemicelu- lose e lignina diferente de celulose. Especificamente, a biomassa tem uma estrutura de tal modo que celulose é agrupada pela hemicelulose, e lignina é vinculada a mesma.

[022] Após decomposição hidrotérmica, a biomassa é dividida em uma água quente insolúvel (um sólido) e uma água quente solúvel.

[023] Portanto, o material de biomassa 11 é decomposto hidrotermicamente em uma faixa de alta temperatura (180°C a 240°C) com a água quente 15, e hemicelulose é dissolvida, e lignina também é decomposta e dissolvida no lado de água quente. Como resultado, a hemi- celulose e similar são dissolvidas no lado de água quente.

[024] Em um estado de hemicelulose solubilizada em água quente após ser solubiliza- da em água quente, existe um problema relacionado ao fato de que ocorre decomposição excessiva na faixa de alta temperatura (180°C a 240°C).

[025] Ou seja, quando toda a hemicelulose é solubilizada imediatamente após o material de biomassa 11 ser inserido no corpo de equipamento e posto em contato com a água quente 15, a hemicelulose solubilizada é imediatamente descarregada para o exterior como o efluente de água quente 16 devido ao efeito de contra contato. Portanto, o tempo de decomposição excessiva é curto. Contudo, quando o material de biomassa é elevado na água quente 15, e a hemicelulose é solubilizada próxima a uma posição onde o material de biomassa é descarregado como a biomassa sólida 17, a hemicelulose solúvel é posta em contato com água quente de alta temperatura por um longo período de tempo até que a hemicelulose solúvel seja descarregada a partir do lado de fundo do equipamento como o efluente de água quente 16. Portanto, a decomposição excessiva prossegue, e isto causa outro problema.

[026] Esta decomposição excessiva de hemicelulose diminui o rendimento de hemicelu- lose, que se torna uma matéria-prima de açúcar C5, e, assim, é desejável suprimir a decomposição excessiva de hemicelulose em uma água quente solúvel, aperfeiçoando, desse modo, eficiências de operação com plantas.

[027] Ademais, a mistura de um produto de decomposição excessiva em água quente inibe fermentação de açúcar C5 e álcool nas instalações no lado a jusante. Portanto, é preciso impedir geração do inibidor.

[028] A presente invenção foi realizada em vista dos problemas acima, e um objeto da presente invenção é prover um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que possa suprimir decomposição excessiva de hemicelulose como uma água quente solúvel, em processamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que pode separar um componente principalmente incluindo celulose de um material de biomassa, um método de controle de temperatura, e um sistema de produção de matéria-prima orgânica usando um material de biomassa.

Solução do Problema

[029] De acordo com um aspecto da presente invenção, equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que se alimenta de um material de biomassa sólida a partir de um lado de um corpo de equipamento, se alimenta de água quente a partir do outro lado, para decompor hidrotermicamente o material de biomassa enquanto põe o material de biomassa em contra contato com a água quente no corpo de equipamento, dissolve frações solúveis de água quente em água quente, descarrega a água quente para o exterior a partir de um lado do corpo de equipamento, e descarrega o material de biomassa para o exterior a partir do outro lado, inclui: uma zona de reação efetiva formada a partir do outro lado para dito um lado do corpo de equipamento, em que uma temperatura de alimentação da água quente é mantida por um período de tempo predeterminado para provocar decomposição hidrotérmica; e uma zona de redução de temperatura, em que a temperatura é rapidamente reduzida a uma temperatura em que frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas, imediatamente após elas estarem fora da zona de reação efetiva.

[030] Vantajosamente, no equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, uma temperatura de alimentação da água quente é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, a temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, e a zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida de uma temperatura para alimentação de água quente até 140°C ou menos.

[031] Vantajosamente, no equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, a zona de redução de temperatura inclui pelo menos duas zonas.

[032] Vantajosamente, no equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, uma temperatura de alimentação da água quente é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, a temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, uma primeira zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida da temperatura para alimentação de água quente até 180°C, e uma segunda zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida de 180°C a 140°C.

[033] Vantajosamente, no equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, o equipamento de decomposição hidrotérmica é um equipamento tipo gradiente ou tipo vertical.

[034] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um sistema de produção de matéria-prima orgânica usando um material de biomassa, inclui: um equipamento de pré- processamento que pré-processa um material de biomassa; qualquer um entre o equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa descrito acima; um primeiro dispositivo de decomposição enzimática que processa, com uma enzima, celulose em uma biomassa sólida descarregada do equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa para decompor celulose em uma solução de açúcar contendo hexose com a enzima; e um primeiro dispositivo de fermentação que produz qualquer um entre álcool, substitutos para o petróleo, e aminoácido mediante tratamento por fermentação, usando uma primeira solução de açúcar obtida pelo primeiro dispositivo de decomposição enzimática.

[035] Vantajosamente, o sistema de produção de matéria-prima orgânica usando um material de biomassa, inclui: um segundo dispositivo de decomposição enzimática que processa, com uma enzima, hemicelulose em um efluente de água quente para decompor hemicelu- lose em uma solução de açúcar contendo pentose com a enzima; e um segundo dispositivo de fermentação que produz qualquer um entre álcool, substitutos para o petróleo, e aminoácido mediante tratamento por fermentação, usando uma segunda solução de açúcar obtida pelo segundo dispositivo de decomposição enzimática.

[036] Vantajosamente, o sistema de produção de matéria-prima orgânica usando um material de biomassa, inclui: um dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico que decompõe, com ácido sulfúrico, um componente de hemicelulose em um efluente de água quente descarregada a partir do equipamento de decomposição hidrotérmica para decompor o componente de hemicelulose em uma segunda solução de açúcar contendo pentose; e um segundo dispositivo de fermentação que produz qualquer um entre álcool, substitutos para o petróleo, e aminoácido mediante tratamento por fermentação, usando uma segunda solução de açúcar obtida pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico.

[037] De acordo ainda com outro aspecto da presente invenção, um método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa inclui: usar um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que se alimenta de um material de biomassa sólida a partir de um lado de um corpo de equipamento; alimentar-se de água quente a partir do outro lado, para decompor hidrotermicamente o material de biomassa enquanto põe o material de biomassa em contra contato com a água quente; dissolver frações solúveis de água quente em água quente; descarregar a água quente para o exterior a partir de um lado do corpo de equipamento; descarregar o material de biomassa para o exterior a partir do outro lado; realizar controle de temperatura em uma zona de reação efetiva formada a partir do outro lado para dito um lado do corpo de equipamento, em que uma temperatura de alimentação da água quente é mantida por um período de tempo predeterminado para provocar decomposição hidrotérmica; e realizar controle de temperatura em uma zona de redução de temperatura, em que a temperatura é rapidamente reduzida a uma temperatura em que frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas, imediatamente após elas estarem fora da zona de reação efetiva.

[038] Vantajosamente, no método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, uma temperatura de alimentação da água quente é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, a temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, e a zona de re dução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida de uma temperatura para alimentação de água quente a 140°C ou menos.

[039] Vantajosamente, no método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, a zona de redução de temperatura inclui pelo menos duas zonas.

[040] Vantajosamente, no método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, uma temperatura de alimentação da água quente é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, a temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, uma primeira zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida da temperatura para alimentação de água quente a 180°C, e uma segunda zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida de 180°C a 140°C.

Efeitos Vantajosos da Invenção

[041] De acordo com a presente invenção, para manter reação de decomposição hidro- térmica de biomassa a uma temperatura predeterminada por um tempo predeterminado alimentando-se de água quente para provocar decomposição hidrotérmica eficiente, e suprimir decomposição excessiva de hemicelulose solubilizada em água quente, que se tornou uma fração solubilizada, por decomposição hidrotérmica, é provida uma faixa em que a temperatura é rapidamente reduzida de uma temperatura de decomposição hidrotérmica para uma temperatura em que decomposição excessiva não prossegue, possibilitando, desse modo, suprimir consideravelmente decomposição excessiva de hemicelulose. Como resultado, a decomposição excessiva de hemicelulose solubilizada em água quente é suprimida, e, assim, uma diminuição na produção de açúcar C5 pode ser suprimida.

Breve Descrição dos Desenhos

[042] A fig. 1 é um diagrama de padrão do equipamento de decomposição hidrotérmica de acordo com um primeiro modo de realização da presente invenção e uma distribuição de temperatura; A fig. 2 é um diagrama de padrão de outro equipamento de decomposição hidrotérmica de acordo com o primeiro modo de realização e uma distribuição de temperatura; A fig. 3 é um diagrama de padrão de outro equipamento de decomposição hidrotérmica de acordo com o primeiro modo de realização e uma distribuição de temperatura; A fig. 4 é um diagrama esquemático do equipamento de decomposição hidrotérmica de acordo com um segundo modo de realização da presente invenção; A fig. 5 é um diagrama esquemático de outro equipamento de decomposição hidrotér- mica de biomassa de acordo com um terceiro modo de realização da presente invenção; A fig. 6 é um diagrama esquemático de um sistema de produção de álcool como um material orgânico usando um material de biomassa de acordo com um quarto modo de realização da presente invenção; A fig. 7 é um diagrama esquemático de um sistema de produção de álcool como um material orgânico usando um material de biomassa de acordo com um quinto modo de realização da presente invenção; A fig. 8 é um diagrama esquemático de outro sistema de produção de álcool como um material orgânico usando um material de biomassa de acordo com o quinto modo de realização; A fig. 9 representa uma relação entre uma taxa de redução de xilose em água quente solúvel e um tempo de decomposição; A fig. 10 é um diagrama de padrão de um equipamento vertical de acordo com um exemplo convencional que decompõe hidrotermicamente biomassa com água quente; A fig. 11 representa um estado de decomposição de biomassa com água quente.

Descrição de Modos de realização

[043] Modos de realização de exemplo da presente invenção serão detalhadamente explicados abaixo com referência aos desenhos anexos. A presente invenção não está limitada aos modos de realização. Além disso, elementos constituintes nos modos de realização a seguir incluem aqueles que podem ser facilmente considerados por pessoas versadas na arte ou que são substancialmente equivalentes.

Primeiro modo de realização

[044] Um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com um modo de realização da presente invenção é explicado fazendo-se referência aos desenhos.

[045] A fig. 1 é um diagrama conceitual de um equipamento de decomposição hidro- térmica de biomassa de acordo com um primeiro modo de realização e uma distribuição de temperatura.

[046] Como mostrado na fig. 1, o equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com o presente modo de realização alimenta-se do material de biomassa sólida 11 a partir de um lado do corpo de equipamento 42 pelo parafuso de transferência 43, e se alimenta de água quente 15 a partir do outro lado, para decompor hidrotermicamente o material de biomassa 11 enquanto põe o material de biomassa 11 em contra contato com a água quente 15 no corpo de equipamento 42. Ademais, o equipamento de decomposição hidrotér- mica de biomassa dissolve frações solúveis de água quente (componentes de hemicelulose) em água quente, descarrega a água quente para o exterior a partir de um lado do corpo de equipamento 42 como o efluente de água quente 16, e descarrega a biomassa sólida (uma água quente insolúvel) 17 para o exterior a partir do outro lado. O equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa inclui uma zona de reação efetiva (uma zona de decomposição hidrotérmica) A formada a partir do outro lado para dito um lado do corpo de equipamento 42 do equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, em que a temperatura de alimentação da água quente 15 (180 a 240°C, tal como 200°C) é mantida por um determinado período de tempo para provocar decomposição hidrotérmica. O equipamento de decomposição hi- drotérmica de biomassa inclui ainda zona de redução de temperatura (uma zona de supressão de decomposição excessiva de hemicelulose dissolvida) B em que a temperatura é rapidamente reduzida (por exemplo, de 200°C a 140°C) para uma temperatura (por exemplo, de 140°C), em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas, imediatamente após elas estarem fora da zona de reação efetiva A.

[047] Na presente invenção, para manter reação de decomposição hidrotérmica de biomassa a uma temperatura predeterminada (por exemplo, de 200°C) por um tempo predeterminado para alimentação de água quente e provocar decomposição hidrotérmica eficiente, e suprimir decomposição excessiva de hemicelulose solubilizada em água quente, que se torna fração solubilizada por decomposição hidrotérmica, é provida uma faixa em que a temperatura é rapidamente reduzida de uma temperatura de decomposição hidrotérmica (200°C) para uma temperatura em que decomposição excessiva não prossiga (140°C) devido a resfriamento 45 por uma unidade de resfriamento, possibilitando, desse modo, suprimir consideravelmente decomposição excessiva.

[048] Como resultado, decomposição excessiva de hemicelulose, que é um componente solubilizado de água quente, é suprimida. Consequentemente, uma diminuição na produção de açúcar C5 pode ser reduzida.

[049] Como o resfriamento 45, um método de resfriamento direto para diretamente alimentar-se de um agente refrigerante (água fria), um método de resfriamento indireto usando uma camisa de resfriamento ou similar podem ser exemplificados.

[050] A razão porque a temperatura é rapidamente reduzida a 140°C ou menos é que a faixa de temperatura de 180°C a 140°C é uma faixa em que hemicelulose, que é um componente solubilizado de água quente, é excessivamente decomposta, como mostrado na fig. 9.

[051] Na fig. 9, um estado de decomposição com uma passagem de tempo de hemice- lulose solubilizada em água quente a cada temperatura é confirmado usando água quente em que hemicelulose é uma vez dissolvida a partir de biomassa. Devido ao fato de que a hemice- lulose não pode ser diretamente medida, a fig. 9 representa uma taxa de diminuição após a hemicelulose ser convertida a açúcar C5 (xilose).

[052] Como descrito acima, em um estado de hemicelulose solubilizada em água quente após ser solubilizada em água quente (em um estado chamado nu), devido ao fato de que a decomposição excessiva ocorre em uma faixa de temperatura igual a ou superior a 140°C, a hemicelulose precisa ser resfriada rapidamente para 140°C ou menos na presente invenção.

[053] Se a temperatura de descarga do efluente de água quente 16 a ser descarregado a partir do corpo de equipamento é levada a 140°C ou menor mediante resfriamento, o efluente de água quente 16 pode ser imediatamente descarregado. Contudo, por exemplo, o equipamento pode ter uma zona de resfriamento residual C em que o efluente de água quente 16 é gradualmente resfriado a cerca de 100°C a 120°C, por exemplo, e o efluente de água quente 16 é transferido ao processo seguinte.

[054] O tempo de reação em controle de temperatura da zona de reação efetiva (a zona de decomposição hidrotérmica) A é preferencialmente de 20 minutos ou menos, e mais preferencialmente de 5 a 15 minutos. Isto decorre do fato de que se a reação for realizada por um tempo prolongado, a hemicelulose dissolvida em água quente se acumula para aumentar a taxa do produto de decomposição excessiva, o que não é desejável.

[055] Como uma pressão de reação, é desejável que uma pressão maior por 0.1 a 0.5 megapascal seja aplicada a uma pressão de vapor de água saturada a cada temperatura da temperatura de reação (180°C a 240°C) do corpo de equipamento 42A.

[056] Desta maneira, na presente invenção, um controlador (não mostrado) realiza controle de temperatura, de tal modo que a temperatura é controlada na zona de reação efetiva (uma zona de decomposição hidrotérmica) A, que é uma zona em que o componente de hemi- celulose é removido do material de biomassa 11 com água quente, e o componente de hemice- lulose é rapidamente resfriado na zona de redução de temperatura (a zona de supressão de decomposição excessiva de hemicelulose dissolvida) B, em que o componente de hemicelulo- se é resfriado imediatamente após ele passar pela zona de reação efetiva A. Portanto, a hemi- celulose solubilizada dissolvida em água quente é levada a passar através da zona de temperatura de decomposição excessiva em um intervalo de tempo o mais curto possível, desse modo, suprimindo consideravelmente decomposição excessiva do componente de hemicelulose, que é uma fração solúvel de água quente.

[057] É desejável que o controle para mudar a temperatura da zona de reação efetiva (a zona de decomposição hidrotérmica) A para a zona de redução de temperatura (a zona de supressão de decomposição excessiva de hemicelulose dissolvida) B seja realizado para desenhar uma curva de temperatura, como mostrado no diagrama de distribuição de temperatura no lado direito da fig. 1, de tal modo que a temperatura se altere substancialmente em um formato retangular a partir da zona de reação efetiva linear (a zona de decomposição hidrotérmi- ca) A.

[058] A água quente 15 e o material de biomassa 11 são postos em contra contato um com o outro, e o material de biomassa 11 é lavado com uma água quente 15 em um lado de extremidade superior a partir do qual a biomassa sólida 17 é descarregada. Mesmo quando o componente de decomposição excessiva está presente, a remoção do material de biomassa 11 para o exterior no estado sólido é reduzida pelo efeito de lavagem, purificando, desse modo, a biomassa sólida 17. Consequentemente, uma matéria-prima de hexose que dificilmente provocainibição de reação pode ser obtida.

[059] Como mostrado na fig. 2, quando a temperatura da zona de reação efetiva (a zona de decomposição hidrotérmica) A é de 180°C ou superior (por exemplo, 200°C), esta temperatura da zona de reação efetiva é mantida a 200°C por um tempo predeterminado, e, a seguir, podem ser providas uma primeira zona de redução de temperatura B1, em que a temperatura é reduzida de 200°C para 180°C, e uma segunda zona de redução de temperatura B2, em que a temperatura é resfriada para uma temperatura em que decomposição excessiva não ocorre (a temperatura é reduzida de 180°C para 140°C) imediatamente depois.

[060] Isto ocorre porque, por exemplo, quando o componente de hemicelulose é sacari- ficado para pentose, um tipo diferente de açúcar, tal como arabinose e xilose, pode dissolver-se a uma temperatura menor que 200°C. Por conseguinte, componentes de hemicelulose alterando-se para arabinose dissolvem a uma baixa temperatura (180°C). Portanto, é possível ter uma configuração tal modo tal que estes componentes sejam dissolvidos primeiro a uma temperatura em torno de 180°C, e, em seguida, componentes de hemicelulose alterando-se para xilose sejam dissolvidos a uma temperatura maior (200°C).

[061] A hemicelulose dissolvida na água quente passa pela zona de redução de temperatura (a zona de decomposição excessiva de hemicelulose dissolvida) B, em que a água quente escoa para baixo imediatamente após dissolução dentro de um curto intervalo de tempo, diminuindo, desse modo, decomposição excessiva.

[062] Como mostrado na fig. 3, um controle de temperatura pode ser realizado de modo tal que a temperatura de alimentação (200°C) da água quente é mantida por um tempo predeterminado e, a seguir, na zona de redução de temperatura B, a temperatura é reduzida a 180°C em uma curva suave e, imediatamente após, a temperatura é resfriada para uma temperatura em que decomposição excessiva não ocorre (a temperatura é reduzida de 180°C para 140°C).

Segundo modo de realização

[063] Um exemplo específico do equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção é explicado fazendo-se referência aos desenhos.

[064] A fig. 4 é um diagrama esquemático de um equipamento de decomposição hidro- térmica de biomassa de acordo com um segundo modo de realização.

[065] Como mostrado na fig. 4, o equipamento de decomposição hidrotérmica 41A de acordo com o presente modo de realização inclui: um dispositivo de alimentação de biomassa 31 que fornece o material de biomassa 11 a uma pressão normal até a uma pressão aumentada; e o equipamento de decomposição hidrotérmica 41A que gradualmente transporta o material de biomassa alimentado 11 (no presente modo de realização, por exemplo, palha de trigo) de um lado de extremidade inferior para o corpo de equipamento vertical (doravante, "corpo de equipamento") 42A pelo parafuso de transferência 43, alimenta-se da água quente 15 de um lado de extremidade superior diferente de uma posição de alimentação do material de biomassa 11 para o corpo de equipamento 42A, decompõe hidrotermicamente o material de biomassa 11 enquanto põe o material de biomassa 11 em contra contato com a água quente 15, e transfere um componente de lignina e um componente de hemicelulose para a água quente 15 para separar o componente de lignina e o componente de hemicelulose do material de biomassa 11. O equipamento de decomposição hidrotérmica 41A também inclui um dispositivo de descarga de biomassa 51 que descarrega a biomassa sólida 17 a partir do lado de extremidade superior do corpo de equipamento 42A a uma pressão aumentada até a uma pressão normal. Na fig. 4, o número de referência 54 significa líquido de desidratação, e o número de referência 55 significa nitrogênio pressurizado.

[066] Usando o equipamento de decomposição hidrotérmica 41A, o material de biomassa 11 e a água quente 15 são postos em contra contato um com o outro no equipamento. Como resultado, a biomassa sólida 17, principalmente incluindo celulose, pode ser obtida, transferindo um produto de reação secundária (componente de lignina e componente de hemi- celulose) diferente que a reação hidrotérmica para gerar celulose (que se torna solução de hexose por sacarificação enzimática), que é um componente alvo, para a água quente 15.

[067] Neste momento, uma camisa de temperatura, que é um equipamento de ajuste de temperatura do corpo de equipamento 41A, é dividido em uma pluralidades de elementos 45a a 45f constituídos por unidades de alimentação de meio de aquecimento 45a a 45d e unidades de alimentação de meio de resfriamento 45e a 45f.

[068] O controle de temperatura para manter uma temperatura predeterminada (por exemplo, 200°C) com a água quente 15 que está sendo alimentada é então realizado alimentando um meio de aquecimento a uma temperatura predeterminada nas unidades de alimentação de meio de aquecimento 45a a 45d, realizando efetivamente, desse modo, decomposição hidrotérmica.

[069] Posteriormente, um controle de temperatura é realizado para reduzir a temperatura rapidamente da temperatura de decomposição hidrotérmica (200°C) para uma temperatura (140°C) em que decomposição excessiva não prossegue, alimentando um meio de resfriamento a uma temperatura predeterminada nas unidades de alimentação de meio de resfriamento 45e a 45f, a fim de suprimir decomposição excessiva da hemicelulose solubilizada hidrotermi- camente, que se tornou frações solubilizadas devido ao meio de resfriamento. Portanto, a decomposição excessiva de hemicelulose, que é um componente solubilizado hidrotermicamente, é suprimida. Por conseguinte, uma diminuição na produção de açúcar C5 é reduzida.

[070] Como resultado, com a biomassa sólida 17, celulose pode ser eficientemente sa- carificada a uma primeira solução de açúcar contendo hexose, possibilitando, desse modo, produzir eficientemente vários materiais orgânicos (por exemplo, álcool) a partir da solução de açúcar.

[071] Por outro lado, o componente de hemicelulose no efluente de água quente 16 descarregado do equipamento de decomposição hidrotérmica 41A pode ser sacarificado a uma segunda solução de açúcar contendo pentose, possibilitando, desse modo, produzir eficientemente vários materiais orgânicos (por exemplo, álcool) a partir da solução de açúcar.

[072] No presente modo de realização, embora o material de biomassa 11 seja alimen- tado a partir do lado de extremidade inferior, a presente invenção não está limitada a isto. Ao contrário, o material de biomassa 11 pode ser alimentado a partir do lado de extremidade superior. Neste momento, a água quente 15 é alimentada a partir do lado de extremidade inferior.

[073] O dispositivo de alimentação de biomassa 31 que fornece a biomassa a uma pressão normal até a uma pressão aumentada inclui uma unidade de bomba, tal como uma bomba de pistão ou uma bomba de lama.

[074] No presente modo de realização, o equipamento de decomposição hidrotérmica 41A é um equipamento vertical como mostrado na fig. 4. Entretanto, a presente invenção não está limitada a isto, e um equipamento de decomposição hidrotérmica tipo gradiente ou tipo horizontal pode ser usado.

[075] A razão porque o equipamento de decomposição hidrotérmica é o tipo gradiente ou o tipo vertical é que gás gerado na reação de decomposição hidrotérmica e gás trazido de uma matéria-prima pode escapar rapidamente do acima, o que é preferível. Ademais, devido ao fato de que o produto de decomposição é extraído com a água quente 15, concentração do produto extraído aumenta do lado superior para o lado inferior, o que é preferível em vista da eficiência de extração.

[076] No equipamento de decomposição hidrotérmica 41A de acordo com o presente modo de realização, provendo o parafuso de transferência 43, (1) o sólido pode ser transportado em um contrafluxo sólido-líquido; (2) separação de líquido sólido torna possível no corpo de equipamento 42A; e (3) mistura da água quente 15 na superfície do sólido é progredida no corpo de equipamento 42A para facilitar reação.

[077] Ademais, um raspador (não mostrado) que impede obstrução de uma abertura de descarga do efluente de água quente 16 pode ser provido no parafuso de transferência 43.

[078] No presente modo de realização, uma camisa de temperatura foi explicada como um exemplo do equipamento de ajuste de temperatura. Entretanto, a presente invenção não está limitada a isto, e, por exemplo, um método de injetar água fria ou um método de ajustar temperatura mediante troca de calor externa pode ser apropriadamente usado.

Terceiro modo de realização

[079] Outro modo de realização do equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa de acordo com a presente invenção é explicado fazendo-se referência aos desenhos.

[080] A fig. 5 é um diagrama esquemático de outro equipamento de decomposição hi- drotérmica de biomassa de acordo com um terceiro modo de realização.

[081] Como mostrado na fig. 5, um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa 41B de acordo com o presente modo de realização inclui: um dispositivo de alimentação de biomassa 60 que fornece o material de biomassa 11 (por exemplo, palha de trigo) a uma pressão normal até a uma pressão aumentada; e o equipamento de decomposição hidro- térmica 41B que gradualmente move o material de biomassa fornecido 11 de um ou outro lado de extremidade de extremidades superior e inferior (no presente modo de realização, o lado de extremidade inferior) em um corpo de equipamento vertical (doravante, "corpo de equipamento") 42B em um estado consolidado se alimenta de água quente 15 a partir de uma extremidade (no presente modo de realização, o lado de extremidade superior) diferente de uma posição de alimentação do material de biomassa 11 para o corpo de equipamento 42B, decompõe hi- drotermicamente o material de biomassa 11 enquanto põe o material de biomassa 11 em contra contato com a água quente 15, e transfere um componente de lignina e um componente de hemicelulose para a água quente 15 para separar o componente de lignina e o componente de hemicelulose do material de biomassa 11. O equipamento de decomposição hidrotérmica 41B também inclui o dispositivo de descarga de biomassa 51 que descarrega a biomassa sólida 17 a partir do lado de posição de alimentação da água quente 15 do corpo de equipamento 42B a uma pressão aumentada até a uma pressão normal. Signos de referência V11 a V15 significamválvulas LIGA-DESLIGA.

[082] O dispositivo de alimentação de biomassa 60 que fornece a biomassa a uma pressão normal até a uma pressão aumentada inclui uma unidade de bomba, tal como uma bomba de pistão ou uma bomba de lama.

[083] No presente modo de realização, dentro do corpo de equipamento 42B, é provida uma unidade de agitação fixa 61 que agita o material de biomassa 11 em um estado consolidado, em um chamado fluxo em pistão, de modo que o material de biomassa 11 a ser alimentado no mesmo é agitado por uma função de agitação, quando movido axialmente.

[084] Provendo a unidade de agitação fixa 61, a mistura da água quente 15 na superfície do sólido e dentro do sólido é progredida no corpo de equipamento 42B para promover reação.

[085] Na presente invenção, quanto ao fluxo da água quente 15 e o material de biomassa 11 no corpo de equipamento 42B do equipamento de decomposição hidrotérmica 41B, é desejável que o material de biomassa 11 e a água quente 15 sejam agitados e levados a escoar em um chamado contrafluxo em que o material de biomassa 11 e a água quente 15 são postos em contra contato um com o outro.

[086] O equipamento de decomposição hidrotérmica 41B realiza decomposição hidro- térmica em um fluxo em pistão. Portanto, sua configuração é simples, e o material de biomassa sólida 11 se move paralelo a um eixo central de um tubo, enquanto está sendo agitado verticalmente ao eixo central do tubo. Enquanto isto, a água quente 15 (produtos decompostos por dissolução em líquido, água quente) move-se enquanto é absorvida entre partículas sólidas por um contrafluxo contra o sólido.

[087] Ademais, no fluxo em pistão, um fluxo uniforme da água quente 15 pode ser realizado. Isto é porque quando o material de biomassa sólida 11 é decomposto com a água quente 15, o produto decomposto dissolve-se no lado de água quente, e, assim, a viscosidade em torno de uma porção decomposta aumenta, de modo que água quente se desloca preferencialmente para em torno de uma porção não decomposta, provocando então decomposição da porção não decomposta. Esta configuração cria um fluxo uniforme de água quente, realizando, desse modo, decomposição uniforme.

[088] No corpo de equipamento 42B, devido à resistência de uma parede de tubo interna do corpo de equipamento 42B no equipamento de decomposição hidrotérmica 41B, a densidade de sólido no lado de saída do material de biomassa 11 é reduzida se comparada àquela no lado interno do material de biomassa 11. Além disso, a quantidade da biomassa sólida 17 diminui devido à decomposição, para aumentar a relação da água quente 15. Consequentemente, o tempo de retenção de líquido aumenta, provocando decomposição excessiva de componentes decompostos no líquido. Por conseguinte, pelo menos a unidade de agitação fixa 61 é provida.

[089] Neste momento, uma jaqueta de temperatura, que é um equipamento de ajuste de temperatura do corpo de equipamento 41A, é dividido em uma pluralidade dos elementos 45a a 45f constituídos pelas unidades de alimentação de meio de aquecimento 45a a 45d e as unidades de alimentação de meio de resfriamento 45e a 45f.

[090] Um controle de temperatura para manter uma temperatura predeterminada (por exemplo, 200°C) com a água quente 15 que está sendo alimentada é então realizado alimentando um meio de aquecimento a uma temperatura predeterminada nas unidades de alimentação de meio de aquecimento 45a a 45d, realizando eficientemente, desse modo, decomposição hidrotérmica.

[091] A seguir, um controle de temperatura é realizado para reduzir a temperatura rapidamente da temperatura de decomposição hidrotérmica (200°C) para uma temperatura (140°C) em que decomposição excessiva não prossegue, alimentando um meio de resfriamento a uma temperatura predeterminada nas unidades de alimentação de meio de resfriamento 45e a 45f, a fim de suprimir decomposição excessiva da hemicelulose solubilizada hidrotermicamente, que se tornou frações solubilizadas devido ao meio de resfriamento. Portanto, decomposição excessiva de hemicelulose, que é um componente solubilizado hidrotermicamente, é suprimida. Por conseguinte, uma diminuição na produção de açúcar C5 é reduzida.

[092] No presente modo de realização, uma jaqueta de temperatura foi explicada como um exemplo do equipamento de ajuste de temperatura. Contudo, a presente invenção não está limitada a isto, e, por exemplo, um método de injetar água fria ou um método de ajuste de temperatura mediante troca de calor externa pode ser apropriadamente usado.

Quarto modo de realização

[093] Um sistema de produção de álcool, que é um material orgânico, usando um material de biomassa de acordo com um quarto modo de realização da presente invenção é explicado fazendo-se referência aos desenhos.

[094] A fig. 6 é um diagrama conceitual de um sistema de produção de um material or- gânico usando o material de biomassa de acordo com o presente modo de realização.

[095] Como mostrado na fig. 6, um sistema de produção de álcool 10A usando o material de biomassa de acordo com o presente modo de realização inclui um dispositivo de pré- processamento 12 que realiza, por exemplo, trituração do material de biomassa 11, o equipamento de decomposição hidrotérmica 41A mostrado na fig. 4 que realiza decomposição hidro- térmica do material de biomassa, enquanto põe um produto triturado de biomassa pré- processada 13 em contra contato com a água quente 15, para transferir o componente de ligni- na e o componente de hemicelulose para a água quente 15, separando, desse modo, o componente de lignina e o componente de hemicelulose de uma biomassa sólida, um primeiro dispositivo de decomposição enzimática 19-1 que processa celulose na biomassa sólida 17 descarregada do equipamento de decomposição hidrotérmica 41A com enzima para decompor celulose em uma solução de açúcar contendo hexose por uma primeira enzima (celulase) 18-1, um primeiro fermentador de álcool 21-1 que produz álcool (etanol no presente modo de realização) por tratamento de fermentação usando uma primeira solução de açúcar (hexose) 20-1 obtida pelo primeiro dispositivo de decomposição enzimática 19-1, e um primeiro dispositivo de refinamento 25-1 que refina um primeiro licor de fermentação de álcool 22-1 para separar o primeiro licor de fermentação de álcool 22-1 em etanol 23, que é um produto desejado, e um resíduo 24-1.

[096] De acordo com a presente invenção, no equipamento de decomposição hidrotér- mica de biomassa 41A como mostrado na fig. 4, o componente de lignina e o componente de hemicelulose são transferidos para a água quente 15 no lado de líquido adotando contrafluxo, de modo que a celulose permanece na biomassa sólida 17 no lado de sólido, adquirindo, desse modo, a primeira solução de açúcar (hexose) 20-1 pelo primeiro dispositivo de decomposição enzimática 19-1 para sacarificação enzimática.

[097] Portanto, um processo de fermentação de acordo com hexose (fermentação de acordo com um produto final: no presente modo de realização, o etanol 23 é obtido devido a fermentação usando o primeiro fermentador de álcool 21-1) pode ser estabelecido.

[098] No presente modo de realização, etanol de álcool é exemplificado como o produto a ser obtido pelo tratamento de fermentação. Contudo, a presente invenção não está limitada a isto, e substitutos de petróleo, que se tornam matérias-primas de produto químico, ou aminoá- cido, que se torna um material de alimento/ração diferente de álcool podem ser obtidos pelo fermentador.

[099] Vários materiais, tais como LPG, combustível automotivo, combustível de aeronave, querosene de petróleo, óleo diesel, vários óleos pesados, gás combustível, nafta, etileno glicol, como produto de decomposição de nafta, amina etanol, álcool etoxilato, polímero de cloreto de vinila, alquil alumínio, PVA, emulsão de acetato de vinila, poliestireno, polietileno, poli- propileno, policarbonato, resina MMA, nylon, e poliéster podem ser eficientemente produzidos como um produto químico a partir de uma solução de açúcar. Portanto, a solução de açúcar derivada de biomassa pode ser eficientemente usada como substitutos de produtos químicos derivados de óleo cru, que é um combustível esgotável, e como uma matéria-prima para produzir os substitutos.

Quinto modo de realização

[0100] Um sistema de produção de álcool, que é um material orgânico, usando um material de biomassa de acordo com um quinto modo de realização da presente invenção é explicado fazendo-se referência aos desenhos.

[0101] A fig. 7 é um diagrama conceitual de um sistema de produção de álcool, que é um material orgânico, usando o material de biomassa de acordo com o presente modo de realização.

[0102] Como mostrado na fig. 7, um sistema de produção de álcool 10B usando o material de biomassa de acordo com o presente modo de realização inclui um segundo dispositivo de decomposição enzimática 19-2 que processa um componente de hemicelulose transferido para o efluente de água quente 16 descarregado do equipamento de decomposição hidrotérmi- ca 41A com enzima, para decompor o componente de hemicelulose em uma segunda solução de açúcar 20-2 contendo pentose, no sistema de produção de álcool 10A mostrado na fig. 6.

[0103] Dois dispositivos de decomposição enzimática, dois fermentadores de álcool, e dois dispositivos de refinamento (um primeiro dispositivo de decomposição enzimática 19-1 e um segundo dispositivo de decomposição enzimática 19-2, um primeiro fermentador de álcool 21-1 e um segundo fermentador de álcool 21-2, e um primeiro dispositivo de refinamento 25-1 e um segundo dispositivo de refinamento 25-2) são providos separadamente. O etanol 23 é obtido realizando um processo de decomposição enzimática, um processo de fermentação de álcool, e um processo de refinamento de acordo com a primeira solução de açúcar (hexose) 20-1 e a segunda solução de açúcar (pentose) 20-2.

[0104] No presente modo de realização, após um segundo licor de fermentação de álcool 22-2 ser obtido pelo processo de fermentação realizado pelo segundo fermentador de álcool 21-2 usando a segunda solução de açúcar (pentose) 20-2 obtida pelo segundo dispositivo de decomposição enzimática 19-2 usando a segunda enzima 18-2, o etanol 23 pode ser produzido pelo segundo dispositivo de refinamento 25-2. O número de referência 24-2 denota um resíduo.

[0105] O efluente de água quente não é sempre processado em sistemas separados, e várias mudanças podem ser feitas de tal modo que, por exemplo, um processo após o dispositivo de decomposição enzimática ser comunizado, um processo após o fermentador de álcool ser comunizado, ou um processo após o dispositivo de refinamento ser comunizado.

[0106] A fig. 8 é um diagrama conceitual de um sistema de produção de álcool, que é um material orgânico usando um material de biomassa de acordo com uma modificação do presente modo de realização.

[0107] Como mostrado na fig. 8, no sistema de produção de álcool 10A mostrado na fig. 6, um sistema de produção de álcool 10C de acordo com o presente modo de realização inclui um dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico 73 que descarrega uma água quente 15, na qual o componente de lignina e o componente de hemicelulose são transferidos, para o exterior como o efluente de água quente 16, fornece ácido sulfúrico 71 ao efluente de água quente 16, e decompõe o componente de hemicelulose no efluente de água quente 16 com ácido sulfúrico para decompor o componente de hemicelulose na segunda solução de açúcar 20-2 contendo pentose, o segundo fermentador de álcool 21-2 que produz álcool (etanol no presente modo de realização) pelo tratamento de fermentação usando a segunda solução de açúcar obtida (pen tose) 20-2, e o segundo dispositivo de refinamento 25-2 que refina o segundo licor de fermentação de álcool 22-2 para separar o segundo licor de fermentação de álcool 22-2 no etanol 23, que é um produto desejado, e um segundo resíduo 24-2.

[0108] No presente modo de realização, o etanol 23 pode ser produzido pelo tratamento de fermentação usando a segunda solução de açúcar (pentose) 20-2 obtida pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico 73.

[0109] As condições de decomposição para o dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico na presente invenção são tais que a concentração de ácido sulfúrico é de 0.1% a 5% por peso, preferencialmente, 1% a 4% por peso, a temperatura de decomposição é de 100°C a 140°C, preferencialmente aproximadamente 120°C, e um tempo de decomposição é de 30 minutos a 3 horas, preferencialmente, cerca de 1 hora. Isto é porque, se as condições de decomposição estiverem for a destas faixas, decomposição favorável de hemicelulose não pode ser realizada.

[0110] Convencionalmente, quando o material de biomassa é diretamente decomposto com ácido sulfúrico, o processo de decomposição é realizado a uma temperatura tão elevada quanto aproximadamente 180°C por cerca de 10 minutos, usando 1% por peso de ácido sulfú- rico. Contudo, devido ao fato de que o ácido sulfúrico atuar como um inibidor no momento de sacarificação enzimática de celulose em um lado a jusante, a produção de hexose diminui.

[0111] Por outro lado, na presente invenção, no equipamento de decomposição hidro- térmica de biomassa 41A, o componente de celulose é levado a permanecer na biomassa sólida 17 antecipadamente, para processar o efluente de água quente 16 contendo o componente de hemicelulose transferido para o lado de água quente 13 com ácido sulfúrico sob uma condição de baixa temperatura. Portanto, a estrutura de instalações de ácido sulfúrico pode ser simplificada, e uma quantidade de uso de ácido sulfúrico pode ser consideravelmente suprimida (a 0.6 a 0.9 vezes a quantidade de uso convencional de ácido sulfúrico). Como resultado, a quantidade de remoção (tratamento com gesso) de ácido sulfúrico é reduzida, possibilitando, desse modo, reduzir o tamanho de instalação para recuperar e separar ácido sulfúrico e reduzir a dimensão de instalações.

[0112] Devido ao fato de que a decomposição usando ácido sulfúrico pode ser realizada a uma temperatura tão baixa quanto 140°C ou inferior, quaisquer instalações resistentes a calor convencionais para alta temperatura (180°C) não são necessárias, possibilitando, desse modo, reduzir o custo das instalações.

[0113] De acordo com a presente invenção, no equipamento de decomposição hidro- térmica de biomassa 41A (41B), adotando contrafluxo, a celulose permanece na biomassa sólida 17 no lado de sólido, e o primeiro dispositivo de decomposição enzimática 19-1 para sacarificação enzimática obtém a primeira solução de açúcar (hexose) 20-1, e na água quente 15 no lado de líquido, o componente de hemicelulose dissolvida na água quente 15 é separado como o efluente de água quente 16. O segundo dispositivo de decomposição enzimática 19-2 para sacarificação enzimática ou o dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico 73 obtém a segunda solução de açúcar (pentose) 20-2 separadamente. Portanto, ambas as soluções de açúcar podem ser eficientemente separadas e sacarizadas, respectivamente. O processo de fermentação de acordo com hexose e pentose (fermentação de acordo com o produto final: por exemplo, fermentação de etanol) pode ser estabelecido.

[0114] Como descrito acima, adotando contrafluxo no equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa 41A, um produto de reação secundária, que se torna um inibidor na reação de sacarificação enzimática para obter hexose, e o componente de lignina solúvel em água quente são transferidos para o lado de água quente 15. Portanto, a biomassa sólida baseada em celulose 17 pode ser obtida, aperfeiçoando, desse modo, a produção de sacarificação de hexose na reação de sacarificação posteriormente.

[0115] Por outro lado, o componente de hemicelulose contido no efluente de água quente separado 16 é sacarizado no segundo dispositivo de decomposição enzimática 19-2, possibilitando, desse modo, obter a solução de açúcar contendo pentose.

[0116] Usando um fermento ou similar adequado para hexose e pentose, respectivamente, o etanol 23 pode ser eficientemente e individualmente obtido por fermentação.

[0117] Ademais, no momento da reação hidrotérmica, no equipamento de reação, é provida a zona de reação efetiva (a zona de decomposição hidrotérmica) A formada a partir do outro lado para dito um lado do corpo de equipamento 42, em que a temperatura de alimentação da água quente 15 (180 a 240°C, tal como 200°C) é mantida por um determinado período de tempo para provocar decomposição hidrotérmica, e a zona de redução de temperatura (a zona de supressão de decomposição excessiva de hemicelulose dissolvida) B, em que a temperatura é rapidamente reduzida (por exemplo, de 200°C a 140°C) a uma temperatura (por exemplo, de 140°C), em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas, imediatamente após elas estarem fora da zona de reação efetiva A. Como resultado, a decomposição excessiva de hemicelulose é suprimida, e assim uma diminuição na produção de açúcar C5 pode ser suprimida.

[0118] Como descrito acima, de acordo com a presente invenção, um sistema de produção de um material orgânico usando um material de biomassa que separa componente baseado em celulose e componente de hemicelulose transferido para água quente, suprime decomposição excessiva de hemicelulose, para possibilitar eficiente produção das soluções de açúcar (uma solução de hexose e uma solução de pentose) adequada para componentes respectivos, e pode eficientemente produzir vários materiais orgânicos (por exemplo, álcool, substitutos de petróleo, ou aminoácido) a partir da solução de açúcar podem ser providos.

Aplicabilidade Industrial

[0119] Como descrito acima, o equipamento de decomposição hidrotérmica de acordo com a presente invenção separa um componente principalmente incluindo celulose de um material de biomassa e eficientemente produz uma solução de açúcar. Ademais, vários materiais orgânicos (por exemplo, álcool, substitutos de petróleo, ou aminoácido) podem ser eficientemente produzidos a partir da solução de açúcar. Lista de Sinais de Referência 11 material de biomassa 12 dispositivo de pré-processamento 13 produto triturado de biomassa 15 água quente 16 efluente de água quente 17 biomassa sólida 18 enzima 19-1 primeiro dispositivo de decomposição enzimática 19-2 segundo dispositivo de decomposição enzimática 20-1 primeira solução de açúcar (hexose) 20-2 segunda solução de açúcar (pentose) 23 etanol 41A, 41B equipamento de decomposição hidrotérmica 42 corpo de equipamento 43 parafuso de transferência

Claims

1. Equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que se alimenta de um material de biomassa sólida a partir de um lado de um corpo de equipamento, alimenta-se de água quente pressurizada a partir do outro lado, para decompor hidrotermicamente o material de biomassa enquanto põe o material de biomassa em contra contato com a água quente pressurizada no corpo de equipamento, dissolve frações solúveis de água quente em água quente, descarrega a água quente pressurizada para o exterior a partir de um lado do corpo de equipamento, e descarrega o material de biomassa para o exterior a partir do outro lado, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: - uma zona de reação efetiva formada a partir do outro lado para o dito um lado do corpo de equipamento, em que uma temperatura de alimentação da água quente pressurizada é mantida por um período de tempo predeterminado para provocar decomposição hidrotérmica; e - uma zona de redução de temperatura, em que uma temperatura é rapidamente reduzida a uma temperatura em que frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas, imediatamente após ela estar fora da zona de reação efetiva.

2. Equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: - uma temperatura de alimentação da água quente pressurizada é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, - uma temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, e - a zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que uma temperatura é reduzida de uma temperatura para alimentação da água quente pressurizada a 140°C ou menos.

3. Equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a zona de redução de temperatura inclui pelo menos duas zonas.

4. Equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, de acordo com a reivindi- cação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que: - uma temperatura de alimentação da água quente pressurizada é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, - uma temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, - uma primeira zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida da temperatura para alimentação da água quente pressurizada para 180°C, e - uma segunda zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida de 180°C a 140°C.

5. Equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o equipamento de decomposição hidrotérmica é um equipamento tipo gradiente ou tipo vertical.

6. Sistema de produção de matéria-prima orgânica usando um material de biomassa, o sistema CARACTERIZADO por compreender: - um equipamento de pré-processamento que pré-processa um material de biomassa; - o equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5; - um primeiro dispositivo de decomposição enzimática que processa, com uma enzima, celulose em uma biomassa sólida descarregada do equipamento de decomposição hidrotérmi- ca de biomassa para decompor celulose em uma solução de açúcar contendo hexose com a enzima; e - um primeiro dispositivo de fermentação que produz qualquer um entre álcool, substitutos para o petróleo, e aminoácido mediante tratamento por fermentação, usando uma primeira solução de açúcar obtida pelo primeiro dispositivo de decomposição enzimática.

7. Sistema de produção de matéria-prima orgânica usando um material de biomassa, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por compreender: - um segundo dispositivo de decomposição enzimática que processa, com uma enzima, hemicelulose em um efluente de água quente para decompor hemicelulose em uma solução de açúcar contendo pentose com a enzima; e - um segundo dispositivo de fermentação que produz qualquer um entre álcool, substitutos para o petróleo, e aminoácido mediante tratamento por fermentação, usando uma segunda solução de açúcar obtida pelo segundo dispositivo de decomposição enzimática.

8. Sistema de produção de matéria-prima orgânica usando um material de biomassa, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por compreender: - um dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico que decompõe, com ácido sulfúri- co, um componente de hemicelulose em um efluente de água quente descarregada a partir do equipamento de decomposição hidrotérmica para decompor o componente de hemicelulose em uma segunda solução de açúcar contendo pentose; e - um segundo dispositivo de fermentação que produz qualquer um entre álcool, substitutos para o petróleo, e aminoácido mediante tratamento por fermentação, usando uma segunda solução de açúcar obtida pelo dispositivo de decomposição de ácido sulfúrico.

9. Método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotérmi- ca de biomassa, o método CARACTERIZADO por compreender: - usar um equipamento de decomposição hidrotérmica de biomassa que se alimenta de um material de biomassa sólida a partir de um lado de um corpo de equipamento; - alimentar-se de água quente pressurizada a partir do outro lado, para decompor hidro- termicamente o material de biomassa enquanto põe o material de biomassa em contra contato com a água quente pressurizada; - dissolver frações solúveis de água quente em água quente; - descarregar a água quente pressurizada para o exterior a partir de um lado do corpo de equipamento; - descarregar o material de biomassa para o exterior a partir do outro lado; - realizar controle de temperatura em uma zona de reação efetiva formada a partir do outro lado para o dito um lado do corpo de equipamento, em que uma temperatura de alimentação da água quente pressurizada é mantida por um período de tempo predeterminado para provocar decomposição hidrotérmica; e - realizar controle de temperatura em uma zona de redução de temperatura, em que uma temperatura é rapidamente reduzida a uma temperatura em que frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas, imediatamente após ela estar fora da zona de reação efetiva.

10. Método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotér- mica de biomassa, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que: - uma temperatura de alimentação da água quente pressurizada é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, - uma temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, e - a zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que uma temperatura é reduzida de uma temperatura para alimentação da água quente pressurizada a 140°C ou menos.

11. Método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotér- mica de biomassa, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a zona de redução de temperatura inclui pelo menos duas zonas.

12. Método de controle de temperatura de um equipamento de decomposição hidrotér- mica de biomassa, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que: - uma temperatura de alimentação da água quente pressurizada é uma temperatura predeterminada de 180°C a 240°C, - uma temperatura em que as frações solúveis de água quente não são excessivamente decompostas é de 140°C ou menos, - uma primeira zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida da temperatura para alimentação da água quente pressurizada a 180°C, e - uma segunda zona de redução de temperatura é uma faixa de temperatura em que a temperatura é reduzida de 180°C a 140°C.