ES2643992T3 - Procedimiento para el pretratamiento de lignocelulosa usando un disolvente de supercelulosa y disolventes altamente volátiles - Google Patents

Description

DESCRIPCION

Procedimiento para el pretratamiento de lignocelulosa usando un disolvente de supercelulosa y disolventes altamente volatiles 5

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

[0001] Esta solicitud se basa en y reivindica el beneficio de la fecha de presentacion de la solicitud de patente

provisional de EE.UU. numero 61/036.813, presentada el 14 de marzo de 2008.

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ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Campo de la invencion

15 [0002] La presente invencion se refiere al campo de las fuentes de energla alternativas y los medios para

extraer energla de esas fuentes. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a la degradation biologica y bioqulmica de material vegetal, incluyendo lignocelulosa, para la production de energla para uso en actividades humanas.

20 Description de la tecnica relacionada

[0003] La produccion de productos de base biologica y bioenergla a partir de lignocelulosa renovable es de importancia para el desarrollo sostenible de la sociedad industrial humana frente al agotamiento de los recursos naturales, especialmente combustibles fosiles, y a la acumulacion resultante de dioxido de carbono (CO2)

25 atmosferico. Tambien el desarrollo de tecnologlas para convertir eficazmente los residuos agricolas y forestales en azucares fermentables ofrece un destacado potencial para beneficiar los intereses nacionales de EE.Uu. Ademas, la produccion de estos biocombustibles de segunda generation, tales como etanol celulosico a partir de biomasa lignocelulosica renovable, as! como biocombustibles de tercera generacion, tales como hidrogeno y electricidad, conducira a la revolution bioindustrial necesaria para la transition de una economla basada en combustibles fosiles 30 a una economla sostenible de carbohidratos. El uso de biocombustibles ofrecera varios beneficios, incluyendo emisiones de gas de efecto invernadero reducidas, competencia disminuida por los suministros alimentarios restrictivos, desarrollo economico rural potenciado y seguridad energetica nacional aumentada. Sin embargo, los retos tecnologicos clave en esta area incluyen encontrar nuevas tecnologlas para la produccion de energla y la reduction del coste de las tecnologlas para convertir biomasa (principalmente lignocelulosa) en los productos 35 industriales de base biologica y bioenergla deseados.

[0004] La biomasa lignocelulosica, tal como residuos agricolas y forestales, desechos solidos municipales e industriales y plantas de bioenergla de hierbas y madera, es un complejo compuesto natural consistente principalmente en tres biopollmeros: celulosa, hemicelulosas y lignina. La lignocelulosa contiene tlpicamente

40 celulosa (aproximadamente 35-50 % en peso), hemicelulosa (aproximadamente 15-35 %) y lignina

(aproximadamente 5-30 %), dependiendo de su origen. Las moleculas de celulosa naturales aparecen en fibrillas de

celulosa elemental asociadas estrechamente con otros polisacaridos estructurales, tales como hemicelulosa, lignina y pectina.

45 [0005] La produccion eficaz y economicamente competitiva de azucares fermentables a partir de biomasa

recalcitrante sigue siendo el mayor obstaculo para la aparicion de biorrefinerlas de etanol celulosico. La sacarificacion de biomasa a traves de conversion biologica implica dos etapas clave: el pretratamiento o fraccionamiento de lignocelulosa seguido de la hidrolisis enzimatica de celulosa (y quizas hemicelulosa) para producir azucares fermentables. Los altos costes de procesamiento de tal proceso de conversion y el estrecho

50 margen entre los costes de la materia prima y los precios del azucar son los obstaculos clave para la

comercializacion.

[0006] Uno de los retos tecnologicos mas importantes es superar la recalcitrancia de los materiales

celulosicos naturales a permitir que la hidrolisis enzimatica produzca azucares fermentables. El pretratamiento de 55 celulosa es quizas la etapa mas costosa. Algunas estimaciones situan el coste en aproximadamente un 40 % de los costes de procesamiento totales. Ademas, la recalcitrancia afecta al coste de la mayorla de las demas operaciones que implican la descomposicion de lignocelulosa, incluyendo la reduccion del tamano de lignocelulosa antes del pretratamiento. El pretratamiento de materiales lignocelulosicos esta por tanto fuertemente asociado a los costes posteriores, incluyendo tasa de hidrolisis enzimatica, carga enzimatica, consumo de energla de mezclado, 60 concentration de producto, detoxification si se generan inhibidores, purification de producto, generacion de energla,

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demandas de tratamiento de desechos y otras variables de proceso.

[0007] La recalcitrancia de la biomasa celulosica ante las enzimas se cree atribuida a 1) los complicados

ligamientos entre los varios polisacaridos principales, incluyendo celulosa, hemicelulosa y lignina, que restringen las 5 acciones de hidrolisis de celulasas, hemicelulasas y lacasas y 2) las propiedades inherentes del material celulosico, que incluyen baja accesibilidad al sustrato para celulasas, un alto grado de polimerizacion (GP) y mala solubilidad de los fragmentos de celulosa en agua. Por tanto, el pretratamiento de materiales lignocelulosicos se ha reconocido como una etapa importante en la mejora del rendimiento global de productos de tales materiales.

10 [0008] Todos los tratamientos de lignocelulosa pueden dividirse en cuatro categorlas principales: 1)

procedimientos flsicos, incluyendo molienda en seco (astillado, molienda de bolas y desmenuzamiento); molienda en humedo, irradiacion, microondas y reactivos de hinchamiento (p.ej., ZnCh); 2) procedimientos qulmicos, incluyendo acidos diluidos (p.ej., H2SO4, H3PO4, HCl, acido acetico, acido formico/HCl diluidos), bases (p.ej., NaOH, cal, amoniaco, amina), Organosolv, agentes oxidantes (p.ej., O3, NO, H2O2, NaClO2), disolventes de celulosa (p.ej., 15 cadoxeno), DMAc/LiCl y H2SO4 concentrado; 3) procedimientos fisioqulmicos, incluyendo explosion por vapor con o sin catalizadores, explosion por CO2, explosion o expansion de fibra por amoniaco (AFEX), agua caliente de flujo directo, extracciones con fluido supercrltico (p.ej., CO2, CO2/H2O, CO2/SO2, NH3, H2O) y 4) procedimientos biologicos (p.ej., hongos de la podredumbre blanca).

20 [0009] Recientemente, el Consorcio de fundamentos aplicados e innovacion (CAFI) de refinado de biomasa

emprendio el primer proyecto coordinado para desarrollar informacion comparativa sobre el rendimiento de opciones de pretratamiento punteras. El consorcio concluyo que los mejores pretratamientos inclulan: acido diluido, pretratamiento con flujo directo, explosion de fibra por amoniaco, percolacion reciclada de amoniaco (ARP) y pretratamiento con cal. Adicionalmente, se han investigado extensamente otros dos posibles pretratamientos en 25 Europa y Canada: explosion por vapor con o sin impregnacion con SO2 y Organosolv. Se presentan las condiciones tlpicas para el pretratamiento de biomasa en la Tabla 1.

Tabla 1: Tecnologias y condiciones de reaccion representativas para el pretratamiento lignocelulosico

Tecnologia de pretratamiento

Productos qufmicos usados Temperatura, (°C) Presion, atm. absolutas Tiempos de reaccion, min

Acido sulfurico diluido, flujo paralelo

Acido sulfurico al 0,5-3,0 % 130-200 3-15 2-30

Pretratamiento de flujo directo

Acido sulfurico al 0,0-0,1 % 190-200 20-24 12-24

Pretratamiento con agua de pH controlado

Agua o vinaza 160-190 6-14 10-30

AFEX

Amoniaco anhidro al 100 % (1:1) 70-90 15-20 <5

ARP

Amoniaco al 10-15 % en peso 150-170 9-17 10-20

Cal

0,05-0,15 g de Ca(OH)2/g de biomasa 70-130 1-6 1-6 horas

30 [0010] Aunque se han realizado intensos esfuerzos de pretratamiento de lignocelulosa durante las ultimas

decadas, las tecnologias punteras actuales, incluyendo acido diluido, SO2, pH controlado, AFEX, ARP, flujo directo, Organosolv y pretratamiento con cal, no se han comercializado todavla a gran escala debido a los altos costes de procesamiento y grandes riesgos de inversion. Pero casi todos los pretratamientos estudiados intensamente comparten una o varias deficiencias comunes: 1) condiciones de pretratamiento duras (excepto AFEX), que dan 35 como resultado la degradacion de azucares y la formacion de inhibidores; 2) digeribilidad de celulosa baja o modesta debido a la presencia de lignina y hemicelulosa residuales; 3) altos requisitos de carga de celulasa; 4) baja tasa de hidrolisis debido a que una fraccion significativa de la lignocelulosa pretratada permanece cristalina; 5) gran consumo de servicios/energla; 6) enorme inversion de capital debido a la economla de escala y 7) menos coutilizacion de otros componentes principales de la lignocelulosa excepto con Organosolv.

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[0011] El pretratamiento con acido diluido (AD), que usa tlpicamente acido sulfurico (diluido), es el

procedimiento de pretratamiento mas investigado. Realizado a temperaturas (p.ej., 150-200 °C) y presiones (p.ej., 827-1379 kPaa) relativamente altas, el pretratamiento con AD solubiliza la hemicelulosa labil a acido y desestabiliza as! el compuesto lignocelulosico ligado por enlaces covalentes, enlaces de hidrogeno y fuerzas de van der Waals.

Como resultado, la lignina condensada permanece sobre la superficie de la celulosa cristalina despues del AD, obstaculizando potencialmente la hidrolisis enzimatica posterior.

[0012] El pulpeo Organosolv ofrece beneficios ambientalmente benignos, menor inversion de capital, 5 utilizacion de coproductos y menores costes de transporte de materia prima, en comparacion con el pulpeo Kraft. El

pretratamiento Organosolv se ha desarrollado a partir del pulpeo Organosolv y se ha estudiado para producir azucares fermentables despues de hidrolisis enzimatica ya desde los anos 80. En general, los pretratamientos Organosolv usan una combinacion de disolventes extractores de lignina que contiene catalizadores tales como acidos o bases y disolventes acuosos/organicos (p.ej., etanol y metanol) para extraer lignina en digestores a alta 10 temperatura y alta presion.

[0013] Actualmente, se esta desarrollando el proceso Lignol como parte de una biorrefinerla lignocelulosica comercial en Canada. En ese proceso, se lleva a cabo la etapa de extraccion de lignina a aproximadamente 180-200 °C y aproximadamente 2,7 MPa por una combinacion de etanol/agua en el intervalo de aproximadamente 50:50 (p/p)

15 mas aproximadamente 1 % de H2SO4 durante 30-90 minutos. Despues del pretratamiento Organosolv, se procesa ademas un licor negro que contiene lignina libre de azufre, furfural, azucares de hemicelulosa y otros productos qulmicos naturales tales como acido acetico: 1) precipitando y recuperando la lignina por dilucion del licor negro con un vapor acuoso, seguido de filtracion, lavado y secado; 2) recuperando y reciclando el etanol por evaporation instantanea del licor negro caliente y condensation de los vapores, y destilando el filtrado y lavados de la 20 precipitation de lignina; 3) recuperando el acido acetico, furfural y productos extractivos de la columna de destilacion y separando la xilosa de la vinaza y 4) convirtiendo los oligosacaridos de hemicelulosa en azucares que pueden fermentarse, produciendo mas etanol u otros productos de alto valor. Un informe de analisis economico de Lignol Innovations Co. sugiere que los ingresos por coproductos multiples, particularmente las fracciones de lignina, etanol y xilosa, aseguran una excelente economla para una planta pequena (aproximadamente 100 toneladas metricas al 25 dla), que es la vigesima parte de la entrada de una biorrefinerla lignocelulosica tlpica.

[0014] La sacarificacion de lignocelulosa por acidos concentrados es otro procedimiento de pretratamiento comun. Disolver e hidrolizar celulosa nativa en acido sulfurico concentrado, seguido de dilucion con agua, se reseno en la bibliografla ya en 1883. La sacarificacion industrial de madera implica muchos problemas tecnicos y

30 economicos, p.ej., equipo resistente a acido, recuperation de acido y rendimientos finales de azucar. Estos problemas no se han resuelto todavla a pesar de los numerosos procesos comerciales que se han desarrollado en Alemania, Suiza, Japon, EE.UU. y la antigua URSS desde inicios del siglo pasado. Las tecnologlas comercialmente probadas son el proceso de Scholler-Tornesch de 1926, que aplica acido sulfurico diluido (H2SO4 al 0,4 %); el proceso de Bergius-Rheinau de 1937, que aplica acido clorhldrico superconcentrado (HCl al 41 %) y el proceso de 35 acido sulfurico concentrado desarrollado en 1948, que usa una membrana para separar azucar y acido. En los Estados Unidos, el proceso Madison se desarrollo durante la Segunda Guerra Mundial como un sistema continuo, en lugar de discontinuo, basado en el principio del proceso de Scholler-Torneshch. Los procesos que usan acidos concentrados tienen la ventaja de una baja temperatura de reaction, pero los costes del equipo resistente a la corrosion son muy altos. Los problemas tecnicos principales al aplicar acido sulfurico concentrado son la separation 40 de azucar soluble/acido solido, la recuperacion de acido y la reconcentracion de acido.

[0015] Recientemente, se ha desarrollado un proceso llamado fraccionamiento de lignocelulosa basada en disolvente de celulosa y disolvente organico (COSLIF). Un disolvente de celulosa (p.ej., acido fosforico concentrado o llquido ionico) posibilita desestabilizar la estructura cristalina de la celulosa. Este tipo de pretratamiento puede

45 llevarse a cabo tambien a bajas temperaturas (p.ej., aproximadamente a 50 °C) y a presion atmosferica, lo que minimiza la degradation del azucar. Se usan las etapas de lavado posteriores para fraccionar la biomasa; un primer lavado con un disolvente organico para retirar la lignina y un segundo lavado con agua para retirar los fragmentos de hemicelulosa parcialmente hidrolizada (y potencialmente celulosa). El enfoque COSLlF produce celulosa amorfa altamente reactiva que puede hidrolizarse enzimaticamente con rapidez y con un alto rendimiento de digeribilidad de 50 glucano.

[0016] El COSLIF puede considerarse una tecnologla hlbrida para el pretratamiento de biomasa basada en disolvente de celulosa, sacarificacion con acido concentrado y Organosolv. En comparacion con otras tecnologlas de pretratamiento de biomasa basadas en disolvente de celulosa, esta nueva tecnologla implica tecnologlas de retirada

55 de lignina y un reciclado eficaz de disolvente. En comparacion con Organosolv, esta tecnologla puede realizarse a menores temperaturas, se minimiza la degradacion de hemicelulosa (minimizando el furfural como producto principal), los materiales celulosicos amorfos resultantes son mas reactivos que los de Organosolv y se usa una combinacion de disolventes diferente. Al contrario que la sacarificacion con acido concentrado, el acido fosforico concentrado se usa para hidrolisis limitada, dando como resultado polisacaridos de cadena larga que son insolubles 60 en los disolventes. Por lo tanto, la separacion de azucar con acido fosforico concentrado es una separacion de

solido/llquido. Pero en la sacarificacion con acido concentrado, la separation de azucar/acido es una separation de llquido/llquido. El COSLIF difiere tambien de la mayorla de tecnologlas de pretratamiento de biomasa (p.ej., acido diluido, AFEX, agua caliente, explosion por vapor, etc.) en que el proceso COSLIF puede generar celulosa amorfa que puede hidrolizarse facil y rapidamente y puede usarse para aislar componentes lignocelulosicos, tales como 5 lignina.

[0017] Se divulga una tecnologla puntera para el pretratamiento de lignocelulosa en la solicitud de patente

internacional numero PCT/US2006/011411 (publication numero WO 2007/111605), que se incorpora a la presente memoria en su totalidad como referencia. En realizaciones, esa solicitud de patente ensena un procedimiento que 10 incluye: anadir un primer disolvente a material lignocelulosico para disolver celulosa y hemicelulosa; anadir un segundo disolvente para precipitar celulosa amorfa y hemicelulosa y para solubilizar parcialmente lignina; separar celulosa y hemicelulosa de la lignina; separar la hemicelulosa de la celulosa; recuperar los productos y reciclar el primer disolvente y el segundo disolvente. El procedimiento de esa invention incluye por tanto separar la celulosa que contiene glucosa de la hemicelulosa que contiene azucares mixtos. Incluye tambien multiples disolventes 15 organicos para fraccionar celulosa, lignocelulosa, lignina y acido acetico, as! como multiples dispositivos mecanicos o electromecanicos para separar solidos (p.ej., celulosa) de llquidos (p.ej., disolventes organicos).

RESUMEN DE LA INVENCION

20 [0018] La presente invencion proporciona a una solution a los inconvenientes de las tecnologlas actualmente

disponibles. La invencion proporciona un procedimiento novedoso para la conversion de material vegetal, incluyendo material que contiene celulosa, hemicelulosa y lignocelulosa, en fuentes de energla utilizables, tales como carbohidratos, etanol e hidrogeno. En general, la invencion proporciona un pretratamiento de lignocelulosa novedoso para superar eficazmente las deficiencias de las tecnologlas comercialmente disponibles actualmente. La presente 25 invencion posibilita una mejor conversion del material vegetal en fuentes de energla utilizables mediante, entre otras cosas: 1) la expansion del uso de acido concentrado a todos los disolventes de celulosa (un uso que proporciona inesperadamente rasgos ventajosos) y 2) el uso de un disolvente de supercelulosa (p.ej., acido polifosforico o una mezcla de acido fosforico concentrado y P2O5 o vapor de P2O5 o una mezcla de H3PO4/P2O5) para disminuir el volumen de uso de disolvente. La presente invencion mejora tambien la conversion de material vegetal en 30 carbohidratos utilizables que pueden convertirse, entre otras cosas, en fuentes de energla mediante, entre otras cosas: 1) el uso de un disolvente de una etapa para precipitar tanto celulosa como hemicelulosa en sus formas amorfas y para solubilizar lignina y 2) la desorcion de al menos la celulosa y hemicelulosa amorfas usando vapor a baja temperatura a presiones atmosferica o por debajo de la atmosferica.

35 [0019] La presente invencion representa una mejora frente a las tecnologlas actualmente conocidas, e

incluye mejoras en ciertos aspectos de la tecnologla puntera anterior, como se divulga en el documento WO 2007/111605. Entre las mejoras, en realizaciones, la presente invencion elimina la separacion de los azucares C5 y C6, especialmente por la elimination de la etapa de separacion de celulosa de hemicelulosa y sus intermedios de hidrolisis. Otras mejoras proporcionadas por realizaciones de la invencion incluyen disminuir el numero de 40 disolventes organicos usados para producir productos finales para uso en la production de energla y disminuir el consumo de agua por pulverization de vapor para retirar disolventes organicos. Ademas, en realizaciones, el presente proceso proporciona una eficacia mejorada para la retirada de lignina. El presente proceso podrla aplicarse por tanto a madera blanda al eliminar una etapa de concentration de azucar que se efectua rutinariamente despues de la hidrolisis de celulosa amorfa. Las mejoras proporcionadas por la presente invencion proporcionan una mejora 45 sorprendente del rendimiento de azucares a partir de materiales lignocelulosicos. Es decir, un proceso segun la presente invencion puede procurar niveles excepcionalmente altos de solucion de azucar C5 y C6 (mas de 100 gramos de azucar por litro). Este tltulo es inesperadamente mayor que el tltulo tlpico de la divulgation anterior WO 2007/111605, que procura soluciones de azucar que tienen aproximadamente 25 g/l.

50 [0020] Las ventajas adicionales logradas por la presente invencion incluyen, en realizaciones, una

disminucion de la inversion de capital inicial requerida al (i) simplificar la columna de destilacion por fraccionamiento de dos disolventes organicos a un sistema de destilacion instantanea simple o de varias bandejas que recupera solo un disolvente organico, (ii) reducir el numero de etapas de lavado y (iii) simplificar el proceso de reciclado de disolvente de celulosa. Las ventajas adicionales logradas por realizaciones de la presente invencion incluyen una 55 reduction de la dependencia economica de ingresos potenciales por coproductos (acido acetico y/o lignina) al hacer el proceso economicamente factible, y una disminucion del consumo de energla requerido para la reduccion de partlculas de lignocelulosa.

[0021] Por consiguiente, en un aspecto, la invencion proporciona un procedimiento de pretratamiento de

60 lignocelulosa para degradation en compuestos utiles en la produccion de energla. En general, el procedimiento se

caracteriza en las reivindicaciones y comprende: digerir lignocelulosa con polifosfato; precipitar celulosa y hemicelulosa con un disolvente o una mezcla de disolventes; lavar la celulosa y hemicelulosa precipitadas con un disolvente y desorber el precipitado lavado para retirar el disolvente. El procedimiento puede incluir tambien la reduccion bruta del tamano de partlcula de lignocelulosa antes de la degradacion de lignocelulosa con polifosfato. 5 En realizaciones, el procedimiento es un procedimiento de degradacion de lignocelulosa a uno o mas componentes subunitarios (p.ej., celulosa, hemicelulosa y lignina) o a uno o mas compuestos pequenos (p.ej., azucares) que pueden servir como fuentes de energla. En otras realizaciones, el procedimiento es un procedimiento de produccion de celulosa, hemicelulosa, lignina o combinaciones de dos o las tres de estas.

10 [0022] El procedimiento de pretratamiento puede incluir etapas de procedimiento adicionales para

proporcionar un procedimiento de produccion de uno o mas compuestos que sirven como fuentes de energla. En particular, el procedimiento puede ser un procedimiento de produccion de uno o mas azucares incluyendo, pero sin limitacion, azucares C5 y C6 tales como glucosa, xilosa, manosa y galactosa. En general, el procedimiento de produccion de una fuente de energla a partir de lignocelulosa comprende: digerir lignocelulosa con polifosfato; 15 precipitar celulosa y hemicelulosa con un disolvente o mezcla de disolventes; lavar la celulosa y hemicelulosa precipitadas con un disolvente; desorber el precipitado lavado para retirar el disolvente y exponer el precipitado a una o mas enzimas degradantes de celulosa o hemicelulosa en condiciones que permitan la degradacion enzimatica de la celulosa, hemicelulosa o ambas. El procedimiento, en realizaciones, puede incluir la separacion o purificacion de los productos de degradacion, tales como uno o mas azucares, de los reactantes.

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[0023] En otro aspecto, la presente invencion proporciona el uso de un sistema para el pretratamiento de lignocelulosa como se caracteriza en las reivindicaciones. En general, el sistema comprende al menos un envase, recipiente, etc. para digerir lignocelulosa, para mezclar y precipitar celulosa y hemicelulosa y para extraer lignina, para lavar celulosa y/o hemicelulosa precipitadas y para desorber el disolvente de la celulosa y/o hemicelulosa

25 precipitadas. Preferiblemente, el sistema comprende un envase, recipiente, etc. separado para cada una de las diferentes acciones descritas. En realizaciones, el sistema puede comprender ademas un dispositivo para reducir el tamano del material lignocelulosico a un tamano que sea ventajoso para la degradacion del material lignocelulosico a celulosa y/o hemicelulosa. En realizaciones, el sistema es un sistema para degradar lignocelulosa. En otras realizaciones, el sistema es un sistema para producir celulosa, hemicelulosa, lignina o una combinacion de dos o las 30 tres de estas a partir de lignocelulosa.

[0024] En realizaciones, el sistema comprende ademas al menos un envase, recipiente, etc. para la separacion de lignina. Por ejemplo, el sistema puede comprender una columna de destilacion que sea capaz de separar la lignina de disolventes organicos y polifosfato. En algunas realizaciones, el sistema comprende un horno

35 para la separacion de polifosfato de otras sustancias. En estas realizaciones, el polifosfato puede reutilizarse en degradaciones de lignocelulosa posteriores usando el sistema.

[0025] En aun otras realizaciones del sistema, se incluye un envase, recipiente, etc. para la hidrolisis de celulosa y/o hemicelulosa a compuestos pequenos (p.ej., azucares) que pueden servir como fuentes de energla. Por

40 ejemplo, el sistema puede comprender un tanque de hidrolisis en que la celulosa y/o hemicelulosa pueden degradarse enzimaticamente a azucares.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

45 [0026] Los dibujos acompanantes, que se incorporan y constituyen y son usados en parte de esta memoria

descriptiva, ilustran realizaciones ejemplares del sistema de acuerdo con la invencion, y junto con la descripcion escrita sirven para explicar ciertos principios de la invencion.

La Figura 1 es un diagrama esquematico de una realization de un sistema para la degradacion de lignocelulosa a 50 lignina y una mezcla de celulosa y hemicelulosa, o ambas.

La Figura 2 es un diagrama esquematico de una realizacion de un sistema para la degradacion de lignocelulosa a una mezcla de azucares C6 y c5, etanol y lignina.

La Figura 3 es un diagrama esquematico de una realizacion de un sistema para la degradacion de lignocelulosa a lignina y una mezcla de celulosa y hemicelulosa, o ambas.

55 La Figura 4 es un diagrama esquematico de una realizacion de un sistema para la degradacion de lignocelulosa a una mezcla de azucares C6 y C5 de alta concentration, etanol y lignina.

La Figura 5 es un diagrama esquematico de una realizacion de un sistema para la degradacion de lignocelulosa a lignina y una mezcla de celulosa y hemicelulosa, o ambas.

La Figura 6 es un diagrama esquematico de una realizacion de un sistema para la degradacion de lignocelulosa a 60 una mezcla de azucares C6 y C5 y lignina.

DESCRIPCION DETALLADA DE DIVERSOS ASPECTOS DE LA INVENCION

[0027] Se hara referenda ahora con detalle a diversas realizaciones ejemplares de la invencion, cuyos 5 ejemplos se ilustran en los dibujos acompanantes. Ha de entenderse que la siguiente description detallada no es

una limitation de la invencion, sino que se proporciona en lugar de ello para dar al lector una mejor comprension de ciertos detalles de aspectos y rasgos de la invencion.

[0028] Las tecnologlas actualmente conocidas para la conversion de material vegetal en fuentes de energla 10 utiles tienen algunas limitaciones. Entre estas limitaciones estan: 1) la celulosa amorfa encontrada en la fase acuosa

de composiciones conocidas para la production de fuentes de energla tiene una baja concentration de azucar (~20- 25 g de azucar/l). Por tanto, es deseable reconcentrar la solution de azucar diluido a una solution rica en azucar (> 100 g de azucar/l) antes de la fermentation; 2) los mercados para algunos coproductos no estan todavla disponibles o, si lo estan como en el caso de la lignina, no se producen grandes cantidades de coproductos de alta calidad (p.ej., 15 lignina); por lo tanto, podrla ser diflcil consumir la lignina y vender la lignina a precios aceptables antes de desarrollar un mercado de lignina robusto; 3) la tecnologla actualmente disponible requiere una alta inversion de capital para la columna de destilacion para separar acido acetico y acetona, que se usan en los sistemas actualmente conocidos y 4) los posibles altos costes de procesamiento de la separation y reciclado de disolvente organico. Los presentes procedimiento y el sistema usados de acuerdo con la presente invencion abordan estas limitaciones y proporcionan 20 un medio mas robusto para la conversion comercial de material vegetal en fuentes de energla utiles.

[0029] Con respecto a la primera limitacion mencionada anteriormente, el proceso actualmente divulgado incluye la retirada del disolvente organico de una mezcla de celulosa y hemicelulosa amorfas que sigue al lavado con disolvente organico por desorcion, preferiblemente mediante el uso de vapor para evaporar el disolvente

25 organico. Por ejemplo, en los presentes procedimiento y sistema, el segundo lavador de los sistemas anteriores puede reemplazarse por uno o mas secadores a vaclo o columnas de desorcion. El uso de tales secadores o columnas de desorcion produce un producto que es celulosa y hemicelulosa amorfas hidratadas que puede descomponerse, tal como por hidrolisis por enzimas (p.ej., celulasa para degradar hemicelulosa), acidos, microorganismos o combinaciones de estos. Tlpicamente, la composition de celulosa/hemicelulosa resultante de la 30 desorcion contiene aproximadamente un 20-30 % de contenido de solidos, que es bien adecuado para la hidrolisis directa por enzimas, acidos y/o microorganismos para producir soluciones de azucar altamente concentradas. Por tanto, segun la presente invencion, despues de la hidrolisis pueden obtenerse soluciones de azucar de alta concentracion. En realizaciones preferidas, se recicla cierta cantidad de disolvente organico residual de los carbohidratos amorfos (p.ej., etanol, butano, acetona) en la etapa de hidrolisis o incluso despues de la etapa de 35 fermentacion. De forma diferente de los disenos anteriormente conocidos, los presentes sistema y procedimiento pueden producir una corriente mixta que contiene tanto pentosas como hexosas en lugar de dos corrientes separadas de pentosas y hexosas.

[0030] Con respecto a la segunda limitacion mencionada anteriormente respecto a los procesos actualmente 40 disponibles, los presentes proceso y sistema incluyen, en realizaciones, quemar la mezcla de H3PO4/lignina/producto

extractivo para regenerar P2O5 o acido superfosforico. En tales realizaciones, se usa lignina como combustible, de forma similar al proceso en la industria del papel.

[0031] Con respecto a la tercera limitacion discutida anteriormente, los presentes sistema y proceso 45 reemplazan una cara columna de fraccionamiento y destilacion por una columna de destilacion simple o un sistema

de evaporation instantanea. Este reemplazo puede rebajar la inversion total inicial quizas un 30 % o mas.

[0032] Con respecto a la cuarta limitacion mencionada anteriormente, los nuevos disenos divulgados en la presente memoria pueden disminuir el coste de procesamiento en gran medida, reciclando menos volumen de

50 disolvente organico y un proceso de recuperation mas sencillo.

[0033] En un aspecto, la presente invencion proporciona un procedimiento de pretratamiento de lignocelulosa para degradation a compuestos utiles en la produccion de energla. En general, el procedimiento comprende: digerir lignocelulosa con polifosfato; precipitar celulosa y hemicelulosa con un primer disolvente o una mezcla de

55 disolventes; lavar la celulosa y hemicelulosa precipitadas con un segundo disolvente y desorber el precipitado lavado para retirar el disolvente.

[0034] Segun el procedimiento, digerir lignocelulosa comprende combinar polifosfato (es decir, disolvente de supercelulosa, acido superfosforico) con lignocelulosa. La lignocelulosa puede proporcionarse en estado purificado,

60 semipurificado o no purificado. Por ejemplo, puede proporcionarse como una composicion sencilla o compleja que

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comprende lignocelulosa como porcion solida sustancial de la composicion. La composicion puede comprender otro material biologico y uno o mas disolventes, tales como agua. La etapa de digestion comprende ademas permitir que lignocelulosa y polifosfato permanezcan en contacto en condiciones en que el polifosfato descompone o disuelve la lignocelulosa en sus componentes subunitarios celulosa, hemicelulosa y lignina. Preferiblemente, la digestion se 5 efectua de tal modo que se disuelva al menos un 50 %, mas preferiblemente al menos un 90 % y lo mas preferiblemente sustancialmente toda la celulosa y hemicelulosa presentes.

[0035] Segun el presente procedimiento, se precipitan entonces la celulosa y hemicelulosa disueltas con un

primer disolvente o una mezcla de primeros disolventes. Aparece precipitacion como resultado de combinar la

10 composicion de lignocelulosa digerida con uno o mas disolventes en condiciones que permitan la precipitacion de al menos parte de la celulosa y/o hemicelulosa. Preferiblemente al menos un 50 %, mas preferiblemente al menos un 90 % y lo mas preferiblemente sustancialmente toda la celulosa y hemicelulosa amorfas disueltas precipitan durante esta etapa.

15 [0036] La etapa de precipitar celulosa y/o hemicelulosa incluye ademas disolver y/o extraer la lignina

presente en la composicion. Preferiblemente, se separa al menos un 20 %, y mas preferiblemente al menos un 50 % y lo mas preferiblemente sustancialmente toda la lignina de la celulosa y hemicelulosa en esta etapa.

[0037] Segun el procedimiento, el primer disolvente puede ser cualquier disolvente o combinacion de

20 disolventes que sea adecuado para precipitar celulosa, hemicelulosa o ambas y para disolver lignina.

Preferiblemente, el primer disolvente comprende uno o mas de los siguientes: metanol, etanol, 1-propanol, 2- propanol, acetona, propanal, 1-butanol, 2-butanol, butanal, butanona (metiletilcetona), ferc-butanol y agua. En realizaciones preferidas, el disolvente comprende etanol, un butanol, acetona, agua o una combinacion de dos o mas de estos. Los disolventes adicionales incluyen, pero sin limitacion, CO2 o mezclas de CO2 y uno o mas

25 disolventes enumerados anteriormente, o disolventes con caracterlsticas similares para la separation de carbohidratos polimericos de lignina, acido acetico y acido (poli)fosforico.

[0038] El procedimiento de la invention comprende ademas lavar la celulosa y hemicelulosa precipitadas con un segundo disolvente o combinacion de disolventes. El segundo disolvente puede ser cualquier disolvente o

30 combinacion de disolventes que sea adecuado para lavar la celulosa y/o hemicelulosa. Preferiblemente, el disolvente es uno que sea adecuado para la retirada de acido fosforico de celulosa y/o hemicelulosa. En realizaciones preferidas, el segundo disolvente es uno, o una mezcla de dos o mas, de los disolventes enumerados anteriormente como primeros disolventes preferidos. En algunas realizaciones preferidas, el disolvente comprende etanol, butanol, acetona, agua o una combinacion de dos o mas de estos.

35

[0039] La etapa de lavado da como resultado la separacion de celulosa y hemicelulosa amorfas de sustancialmente toda la lignina y acido fosforico presentes en las composiciones de digestion y precipitacion. La lignina, acido fosforico y otros componentes no celulosicos ni hemicelulosicos pueden procesarse ademas en ciertas realizaciones, como se describe con mas detalle a continuation.

40

[0040] Se desorbe entonces el disolvente restante de la celulosa y hemicelulosa amorfas lavadas mediante cualquier medio adecuado. Por ejemplo, el precipitado lavado puede exponerse a vaclo, calor, desorcion por arrastre de gas, vapor o una combinacion de estos para evaporar el disolvente del precipitado. Preferiblemente, se usa vapor, mas preferiblemente vapor a baja temperatura solo o en combinacion con vaclo, para evaporar el disolvente

45 del precipitado. En comparacion con los procesos usados actualmente, que se basan en una o mas etapas de lavado que usan agua, el presente procedimiento proporciona un modo rapido, eficaz y barato de retirar el primer/segundo disolvente del precipitado. Una reduction del uso de agua no solo reduce los costes de efectuar el procedimiento, sino que proporciona tambien un producto de mayor calidad. Mas especlficamente, el uso de lavados de agua requiere multiples lavados y da como resultado un producto que tiene un contenido de agua

50 extremadamente alto, que tlpicamente debe retirarse antes de poder proporcionar el producto en forma util. Sin embargo, segun el presente procedimiento, pueden usarse pequenas cantidades de agua en forma de vapor para evaporar los disolventes y proporcionar un producto util. Debido a que se requieren pequenas cantidades de vapor, se usa menos agua en el proceso, y se consiguen ahorros de costes. Ademas, el producto desorbido que se produce tiene un contenido de solidos significativamente mayor que el conseguido por procedimientos anteriores, lo

55 que permite el uso inmediato en reacciones de procesamiento adicionales. Por tanto, se reduce el tiempo para preparar el producto as! como la necesidad de equipo y manipulation de celulosa y hemicelulosa.

[0041] La combinacion resultante de celulosa amorfa y hemicelulosa amorfa hidratadas es adecuada para cualquier fin. En realizaciones discutidas con detalle a continuacion, se usa el producto hidratado como fuente de

60 reacciones hidrollticas y/o de fermentation para producir composiciones de azucar concentradas y/o disolventes

organicos. Ventajosamente, el uso de vapor para desorber el disolvente de la celulosa y hemicelulosa da como resultado un producto que tiene un contenido de agua detectable, e incluso sustancial, que se prefiere para el tratamiento posterior de celulosa y hemicelulosa. Cuando se usa vapor como agente de desorcion en el proceso de desorcion, la celulosa y hemicelulosa amorfas secadas no estan obviamente en estado seco debido a la presencia 5 de agua. Sin embargo, por conveniencia de discusion, se hace referencia a este producto en la presente memoria como “secado”. Es mas, en realizaciones preferidas, la celulosa y hemicelulosa secadas pueden contener una cantidad significativa de agua, por ejemplo al menos un 50 % (p/p), al menos un 60 % (p/p), al menos un 70 % (p/p), al menos un 75 % (p/p) o al menos un 80 % (p/p) de agua, constituyendo la celulosa y/o hemicelulosa la mayorla, si no toda, la porcion restante.

10

[0042] Ademas de las etapas enumeradas anteriormente, el procedimiento de pretratamiento de lignocelulosa

puede comprender etapas relacionadas con el preprocesamiento de los materiales de partida y el posprocesamiento de las sustancias no celulosicas y no hemicelulosicas. Por ejemplo, antes de la digestion, puede tratarse el material lignocelulosico de cualquier serie de modos para proporcionar una reduccion bruta del tamano de partlcula de

15 lignocelulosa. Ademas, en realizaciones, antes de la digestion el material lignocelulosico, que puede ser por ejemplo madera dura, madera blanda, papel reciclado, papel de desecho, podas forestales, pulpa y desecho de papel, rastrojo de malz, fibra de malz, paja de trigo, paja de arroz, bagazo de cana de azucar o pasto aguja, puede lavarse, puede alterarse su contenido de humedad o puede acondicionarse de cualquier otro modo deseado. En realizaciones preferidas, se ajusta el material lignocelulosico para tener un contenido de humedad de

20 aproximadamente 5-30 %, mas preferiblemente de aproximadamente 10-20 % y lo mas preferiblemente de aproximadamente 15 %. Antes de entrar en el digestor, la biomasa lignocelulosica con un alto contenido de azucar y/o protelna solubles puede preextraerse con un disolvente (p.ej., agua caliente) para retirar esos productos extractivos (azucares o protelnas).

25 [0043] Otra etapa opcional en el proceso de pretratamiento es una etapa de separacion entre el lavado de la

celulosa y la hemicelulosa amorfas y la desorcion del producto lavado. La etapa de separacion puede lograrse mediante cualquier medio adecuado incluyendo, pero sin limitation, tecnicas de separacion de llquido/solido conocidas, tales como filtration y centrifugation.

30 [0044] Es aun otra etapa opcional para el procedimiento la captura y reutilizacion del disolvente o disolventes

liberados, tlpicamente por evaporacion/volatilizacion, durante la desorcion. Ventajosamente, el disolvente o disolventes pueden capturarse en esta etapa y reutilizarse como disolvente o disolventes para precipitar y lavar la celulosa y/o hemicelulosa.

35 [0045] En algunas realizaciones, se procesan adicionalmente lignina, acido fosforico, disolvente o disolventes

y otras sustancias retiradas durante la etapa de lavado para proporcionar coproductos. Por ejemplo, la solution de lavado puede someterse a una columna de destilacion para separar componentes basandose en sus propiedades flsicas (p.ej., volatilidad). Igualmente, la solucion de lavado puede someterse a cualquiera de una serie de tecnicas de separacion de llquido/solido, tales como filtracion y centrifugacion, para separar sustancias basandose en el

40 tamano, peso, densidad, etc. En realizaciones preferidas, se retira la lignina de otros componentes y se captura en forma de un coproducto altamente purificado. En realizaciones altamente preferidas, se somete en primer lugar la solucion de lavado a un proceso de destilacion para retirar y capturar uno o mas disolventes (p.ej. etanol) y se somete la fraction sin disolvente a una o mas tecnicas de separacion de llquido/solido para separar la lignina de las sustancias restantes.

45

[0046] La solucion de lavado, o los componentes de la solucion de lavado que permanecen despues de la destilacion y/o la separacion de llquido/solido puede, en realizaciones, calentarse a altas temperaturas para producir coproductos. Por ejemplo, la solucion de lavado, despues de someterse a destilacion y separacion de llquido/solido, puede calentarse en un horno u otras operaciones unitarias similares (p.ej., oxidation en humedo), produciendo

50 coproductos tales como ceniza y acido polifosforico. Como con el disolvente recuperado opcionalmente de la etapa de desorcion y del proceso de destilacion opcional, el acido polifosforico puede reutilizarse en el procedimiento, mejorando por tanto la rentabilidad del procedimiento en general.

[0047] Ha de observarse aqul que los procedimientos anteriores en este campo tecnologico usan columnas

55 de destilacion por fraccionamiento caras de alto numero de bandejas para separar los componentes volatiles (p.ej.

disolventes, moleculas carbonadas de cadena corta no disolventes, etc.). Aunque el uso de tales columnas esta englobado por la presente invention, se ha encontrado que el uso de una columna de destilacion sencilla proporciona una separacion y production y acumulacion de coproducto adecuadas.

60 [0048] Ademas de las etapas de procedimiento mencionadas anteriormente, con o sin las etapas opcionales,

la invencion proporciona etapas adicionales que dan como resultado un procedimiento de produccion de uno o mas compuestos que sirven como fuentes de energla. Por ejemplo, el procedimiento puede ser un procedimiento de produccion de azucares, disolventes tales como alcoholes o ambos. En general, el procedimiento de produccion de compuestos que sirven como fuentes de energla comprende: digerir lignocelulosa con polifosfato; precipitar celulosa 5 y hemicelulosa con un primer disolvente o mezcla de disolventes; lavar la celulosa y hemicelulosa precipitadas con un segundo disolvente; desorber el precipitado lavado para retirar el disolvente e hidrolizar o descomponer de otro modo la celulosa y/o hemicelulosa en componentes subunitarios. En realizaciones preferidas, se usa el procedimiento de pretratamiento descrito anteriormente para producir celulosa amorfa y hemicelulosa amorfa relativamente secadas para uso en el procedimiento de produccion de compuestos de fuente de energla. La celulosa 10 y hemicelulosa relativamente secadas se exponen a condiciones que descomponen la celulosa y hemicelulosa en compuestos mas sencillos. Las condiciones pueden ser cualquier condicion adecuada para conseguir el objetivo. Por ejemplo, pueden exponerse celulosa y hemicelulosa a acido soluble o solido, a una o mas enzimas a uno o mas microorganismos o a una combination de agentes de descomposicion. En realizaciones ejemplares, se expone la celulosa/hemicelulosa a una o mas enzimas degradantes de celulosa o hemicelulosa (p.ej., celulasa) en condiciones 15 que permitan la degradation enzimatica de celulosa, hemicelulosa o ambas.

[0049] El procedimiento, en realizaciones, puede incluir la separation o purification de productos de degradacion, tales como uno o mas azucares, de los reactantes. Por ejemplo, pueden usarse tecnicas de separacion de llquido/solido conocidas para separar azucares (p.ej., glucosa, galactosa, manosa) de celulosa y hemicelulosa,

20 as! como de enzimas y/u otras sustancias presentes en la composition de reaction de degradacion. Ventajosamente, cuando se usan como reactantes celulosa amorfa y hemicelulosa desorbidas con vapor, los reactantes estan presentes en una cantidad de aproximadamente 20 %-30 % del contenido de solidos. Debido al menos en parte a este alto contenido de solidos, pueden conseguirse muy altas concentraciones de azucares, del orden de 100 gramos de azucares por litro.

25

[0050] Ha de observarse que, aunque la produccion de azucares es una realization preferida, esta tambien englobada por la invencion la produccion de otros productos. Por ejemplo, las condiciones de la reaccion de hidrolisis pueden establecerse de tal modo que celulosa y hemicelulosa se conviertan predominante o completamente en etanol como producto final deseado. Por tanto, en realizaciones ejemplares, pueden combinarse

30 uno o mas microorganismos que sean capaces de degradar celular y/o hemicelulosa y sean capaces de fermentar azucar hasta alcoholes (p.ej., etanol) con la celulosa y hemicelulosa en condiciones que permitan la degradacion de celulosa y hemicelulosa y la fermentation de los azucares resultantes hasta alcohol. El alcohol producido por el microorganismo o microorganismos puede capturarse entonces para uso como fuente de energla (p.ej., para alimentar motores de combustion interna). Como alternativa, puede usarse el alcohol para cualquier otro fin 35 adecuado, incluyendo el uso en los presentes procedimientos como disolvente para precipitation y lavado.

[0051] Como resultara evidente para los especialistas en la tecnica, el procedimiento puede comprender una o mas etapas adicionales que pueden incluirse para mejorar la rentabilidad del procedimiento. Por ejemplo, pueden retirarse las sustancias de la reaccion de hidrolisis que no se deseen por su capacidad de produccion de energla,

40 por ejemplo, por tecnicas de separacion de solido/llquido. Estas sustancias pueden purificarse entonces o tratarse ademas para producir sustancias utiles. En realizaciones preferidas, el fosfato de calcio solido de la reaccion de hidrolisis puede hacerse reaccionar con acido sulfurico, produciendo sulfato de calcio que es un desecho y acido polifosforico, que puede usarse como disolvente de celulosa.

45 [0052] Ademas de los aspectos de la invencion relativos a los procedimientos, la presente invencion

proporciona el uso de sistemas para el pretratamiento de lignocelulosa, para la produccion de celulosa y/o hemicelulosa y para la produccion de una o mas sustancias que puedan servir como fuente de energla. En general, los sistemas de la invencion proporcionan aparatos, disolventes y/o reactantes para llevar a cabo los procedimientos de la invencion. Por tanto, en realizaciones, los sistemas comprenden recipientes para digerir lignocelulosa, 50 precipitar y/o lavar celulosa y hemicelulosa y desorber celulosa y hemicelulosa amorfas de disolventes. En realizaciones adicionales, los sistemas comprenden una o mas columnas de destilacion o fraccionamiento/destilacion, uno o mas separadores de solido/llquido y uno o mas hornos. En mas realizaciones adicionales, los sistemas incluyen uno o mas recipientes de hidrolisis. Una vez mas, el sistema puede incluir uno o mas recipientes para alterar el tamano, contenido de agua, etc. del material bruto que va a proporcionar el material 55 lignocelulosico sobre el que actuar. Los sistemas segun el uso de la presente invencion pueden incluir, pero no necesariamente, disolventes y reactantes para la produccion y separacion de productos y coproductos.

[0053] En cualquiera de las realizaciones discutidas en la presente memoria, los recipientes pueden ser

generalmente un tanque agitado continuamente, un reactor tubular continuo o un tanque por lotes. Puede funcionar 60 cualquier recipiente, a condicion de que haya un medio para mover los materiales solidos, llquidos y gaseosos

dentro y fuera del sistema. Los contenidos del recipiente se mezclan preferiblemente en cierta extension, para reducir las limitaciones de transferencia de masa entre el disolvente y la fase solida y para potenciar la tasa de aproximacion hacia el equilibrio de fases. Los materiales de construccion se eligen basandose en el disolvente seleccionado y las condiciones de proceso y la flexibilidad deseada del recipiente particular. En general, no son 5 necesarios recipientes especiales debido a las moderadas condiciones de proceso para practicar esta invencion.

[0054] Se discuten otros parametros y consideraciones generales para sistemas y procedimientos de pretratamiento de lignocelulosa y produccion de azucares y otras fuentes de energla en el documento WO 2007/111605.

10

[0055] Volviendo ahora a las figuras, la Figura 1 representa un diagrama que muestra una realizacion de un sistema y proceso para la conversion de materia vegetal en fuentes de energla utilizables. La presente discusion se refiere a la practica de un procedimiento segun la invencion que usa esa realizacion del sistema.

15 [0056] Se disponen 1 materiales brutos, que contienen 1,2 kg de biomasa que contiene lignocelulosa con 15

% de humedad, que tienen un tamano medio de partlcula de menos de 0,5 cm en un digestor 3 y se anaden 2 3 litros de disolvente de supercelulosa (SCS). Ha de observarse que el SCS es preferiblemente polifosfato o acido polifosforico. Ademas, aunque se discute aqul lignocelulosa humeda de 0,5 cm o tamano de partlcula pequeno, los materiales brutos pueden ser lignocelulosa humeda de cualquier tamano incluyendo, pero sin limitacion, la escala de 20 2,5 cm o menor. El SCS en este ejemplo es polifosfato (poli-P2O5) usado a una concentration del 85 %, que se anade en forma de vapor o gotitas finas de acido fosforico superconcentrado (por ejemplo, P2O5> 70 %). Se anade aproximadamente 6 kg de polifosfato. Se mezcla bien la combination en el digestor 3. El tiempo de reaction oscila de varios minutos a horas. El mezclado de agua y acido es un proceso exotermico; se ha encontrado que es apropiada una temperatura relativamente alta (p.ej., 50 °C a incluso 120 °C) para la disolucion de celulosa. Al mismo 25 tiempo, las condiciones favorecen una hidrolisis parcial de celulosa y hemicelulosa. La relation de lignocelulosa (peso seco) a P2O5 es de aproximadamente 1:6, aunque la relacion puede ser cualquier relacion adecuada, tal como una relacion de 1:1 a 1:10, tal como 1:1 a 1:5. Cuando se ensayo, la lignocelulosa disuelta parecla un gel.

[0057] Despues de digerir la lignocelulosa en el digestor 3, se transfiere 4 la mezcla al tanque de 30 precipitation 5, se anade 6 en primer lugar agua para precipitar del disolvente celulosa y hemicelulosa. Se anade 6

un disolvente altamente volatil (DAV), etanol a una concentracion del 80 % en una cantidad de 10 litros, para precipitar mas celulosa y hemicelulosa, as! como para solubilizar la lignina. Las alternativas a etanol en esta etapa incluyen otros disolventes, tales como acetona y metanol. Ademas, puede usarse CO2 para disolver mas lignina a alta presion. Otra option es anadir una mezcla de agua y el disolvente altamente volatil.

35

[0058] Despues de la precipitacion, se transfiere 7 la mezcla al lavador 8. En el lavador 8, se usa 9 DAV adicional (en este caso etanol) para lavar la celulosa y hemicelulosa precipitadas y retirar el disolvente llquido eficazmente. Dependiendo de la eficacia de lavado, se usa cualquiera de 10-20 litros de etanol aproximadamente al 80 % para lavar la mezcla. El lavador, que es un separador de solido/llquido, es un dispositivo de lavado o centrlfuga

40 a contracorriente. Sin embargo, en otras realizaciones, puede ser cualquiera de una serie de dispositivos de filtration ordinarios tales como filtros de banda de presion y secadores de tamiz, por nombrar unos pocos. Despues de la separation de solido/llquido, se retira 14 la fase llquida. La fase llquida incluye algo de disolvente, acido fosforico y lignina. En tandas tlpicas, la composition llquida comprendla un 99 % de H3PO4 y contenla adicionalmente aproximadamente un 50 % de la lignina inicial de la biomasa. Contenla adicionalmente etanol y agua.

45

[0059] La fase solida despues del lavado contiene celulosa y hemicelulosa amorfas mas etanol. En tandas tlpicas, la fase solida contiene 0,40 kg de celulosa y 0,2 kg de hemicelulosa y un peso total de 2,3 kg. Esta composicion se transfiere 10 al desorbedor 11. En el presente ejemplo, se usa 12 dioxido de carbono para desorber el gas y secar la celulosa y hemicelulosa, y para retirar el etanol 13. En realizaciones alternativas, podrla usarse

50 vaclo o calor o vapor en lugar de dioxido de carbono. En ensayos realizados usando vapor, la cantidad de etanol retirada era de 1,29 kg, representando un 95 % de eficacia de retirada. El residuo obtenido es celulosa y hemicelulosa amorfas casi secas, que se retiran 15 del desorbedor 11.

[0060] La Figura 2 representa un diagrama que muestra una realizacion de un sistema y proceso para la 55 conversion de materia vegetal en fuentes de energla utilizables. La presente discusion se refiere a la practica de un

procedimiento segun la invencion que usa esa realizacion del sistema. Ha de observarse que esta realizacion incluye el sistema y el procedimiento discutidos anteriormente con respecto a la Figura 1, pero incluye tambien componentes de sistema y etapas de procedimiento adicionales.

60 [0061] En el sistema y el proceso segun la Figura 2, se transfieren 15 celulosa y hemicelulosa amorfas

relativamente secas que tienen un contenido de humedad de 75 % al tanque de hidrolisis 16. Se anaden 17 las enzimas celulasa y hemicelulasa y se ajusta el pH de la composition a un valor adecuado mediante la adicion de la base 18 (carbonato de calcio). Tras la termination de la degradation de celulosa y hemicelulosa por las enzimas, se obtienen 19 azucares altamente concentrados. Se encontro que la concentration de azucares dependla de la 5 relation de fase solida/solucion enzimatica. El tiempo de hidrolisis podia oscilar de varias horas a varios dlas, dependiendo de la carga enzimatica y las propiedades enzimaticas. Durante la etapa de hidrolisis, es posible retirar una pequena cantidad de disolvente altamente volatil residual.

[0062] Tambien como parte del sistema y el procedimiento representados en la Figura 2, se incluye un 10 evaporador instantaneo 20. En el evaporador instantaneo, se separa 21 disolvente altamente volatil (etanol en este

ejemplo) de otros componentes de la fraction llquida del evaporador instantaneo. Permanece tlpicamente una pequena cantidad de acido acetico en la fase llquida, particularmente cuando se prefiere no usar un alto vaclo o una alta temperatura para su separation para ahorrar costes de procesamiento y disminuir la inversion de capital. La fase llquida residual contiene acido fosforico, lignina disuelta con disolvente, productos extractivos de lignocelulosa, 15 acido acetico y una pequena cantidad de carbohidrato. Para ahorrar costes de inversion de capital y costes de procesamiento, se transfiere 22 la fase llquida a un horno 23 y se quema directamente en el horno 23 usando la energia almacenada en la lignina. En tandas tipicas, antes de quemar, el desecho contiene aproximadamente 0,08 kg de lignina. La ceniza (principalmente P2O5, representada en la figura como SCS) se captura 24 y puede usarse para la siguiente ronda de pretratamiento.

20

[0063] Volviendo ahora a la Figura 3, se representa esquematicamente otra realization del uso del sistema y el procedimiento de la invention para producir celulosa y hemicelulosa a partir de lignocelulosa. Como se muestra en la Figura 3, se introducen 1 materiales que contienen lignocelulosa bruta en el digestor 3. Los materiales brutos tienen un tamano aproximado de 0,5 cm o menor en su direction mas larga y un contenido de humedad de

25 aproximadamente un 15 %. Se anade 2 polifosfato al digestor 3, se mezclan bien los materiales de lignocelulosa y se permiten digerir, produciendo una suspension que contiene principalmente celulosa, hemicelulosa y lignina como productos de base biologica. Se transfiere 4 el material digerido al tanque de precipitation 5. Durante la transferencia, se anade 6 una mezcla de etanol:agua 80:20 (vol/vol) a la mezcla. En el tanque de precipitacion 5, precipitan celulosa y hemicelulosa y se disuelve la lignina. Se transfiere 7 entonces la mezcla al lavador 8, al que se 30 anade 9 etanol:agua 80:20 adicional. Se separan las fracciones solida y llquida: se recoge la fraccion llquida 14. Se transfiere 10 la fraccion solida al desorbedor 11. En el desorbedor 11, se expone 12 vapor a baja temperatura al material solido para evaporar el disolvente etanol. Se retira 13 el etanol evaporado (con vapor/agua) del desorbedor 11 y se recoge en el tanque de retention de disolvente 27.

35 [0064] Se transfiere 15 el material solido destilado por arrastre al secador de tornillo 28 donde se captura y

retira 29 etanol adicional al tanque de retencion de disolvente 27. Se recoge 30 la torta de celulosa y hemicelulosa secada del secador de tornillo 28.

[0065] La Figura 4 representa un diagrama que muestra aun otra realizacion de un sistema y proceso para la

40 conversion de materia vegetal en fuentes de energia utilizables. La presente discusion se refiere a la practica de un procedimiento segun la invencion que usa esa realizacion del sistema. Ha de observarse que esta realizacion incluye el sistema y procedimiento discutidos anteriormente con respecto a la Figura 3, pero incluye tambien componentes de sistema y etapas de procedimiento adicionales.

45 [0066] Como se muestra en la Figura 4, se introducen 25 materiales que contienen lignocelulosa bruta en la

cortadora 26, donde se reduce el tamano de los materiales brutos a aproximadamente 0,5 cm o menos en su direccion mas larga. En esta etapa, los materiales brutos pueden tratarse adicionalmente, por ejemplo, lavando para retirar algunos productos extractivos de lignocelulosa (p.ej., proteinas y algunos azucares solubles), proporcionando materiales lignocelulosicos enriquecidos para procesamiento adicional. Despues de accionarse en la cortadora 26, 50 se transfieren 1 los materiales lignocelulosicos, que tipicamente tiene aproximadamente un 15 % de contenido de humedad, al digestor 3. Se anade 2 polifosfato al digestor 3, se mezclan bien los materiales lignocelulosicos y se permiten digerir, produciendo principalmente celulosa, hemicelulosa y lignina como productos de base biologica. Se transfiere 4 el material digerido al tanque de precipitacion 5. Durante la transferencia, se anade 6 una mezcla de etanol:agua 80:20 (vol/vol) a la mezcla desde el tanque de retencion de disolvente 27. En el tanque de precipitacion 55 5, precipitan celulosa y hemicelulosa y se disuelve la lignina. Se transfiere 7 entonces la mezcla al lavador 8, al que se anaden 9 etanol:agua 80:20 adicionales desde el tanque de retencion de disolvente 27. Se separan las fracciones solida y llquida; se transfiere 14 la fraccion llquida a la columna de fraccionamiento/destilacion 20, mientras que se transfiere 10 la fraccion solida al desorbedor 11. En el desorbedor 11, se expone 12 vapor a baja temperatura al material solido para evaporar el disolvente etanol. Se retira 13 el etanol evaporado (con vapor/agua) del desorbedor 60 11 y se recoge en el tanque de retencion de disolvente 27.

[0067] Se transfiere 15 el material solido desorbido al secador de tornillo 28 donde se captura y retira 29 etanol adicional al tanque de retencion de disolvente 27. Se transfiere 30 la torta de celulosa y hemicelulosa secada del secador de tornillo 28 al tanque de hidrolisis 16. Se anaden 17 celulasa y hemicelulasa para digerir

5 enzimaticamente la celulosa y hemicelulosa y se ajusta el pH con base 18, permitiendo una actividad enzimatica optima. Despues de la hidrolisis, se transfiere 31 la mezcla a un separador de solido/llquido 32. El separador de solido/llquido en este ejemplo es una centrlfuga, pero podrla usarse cualquier separador adecuado. En la fase llquida, se obtienen 33 azucares a altas concentraciones (mayores de 30 g/l). En ciertos lotes, se reintroduce 34 una porcion de la solucion de azucar de alta concentracion en el tanque de hidrolisis. Los azucares solubles pueden 10 mezclarse con la celulosa y hemicelulosa amorfas secadas para hidrolisis de nuevo para una solucion de concentracion de azucar mayor o pueden usarse para fermentacion directamente.

[0068] En ciertas configuraciones del sistema y el procedimiento, se usa el sistema principalmente para la

produccion de azucares para uso como fuente de combustible. En otras configuraciones, se configuran el sistema y

15 procedimiento para producir uno o mas alcoholes. El tanque de hidrolisis y sus componentes pueden modificarse para conseguir el objetivo de produccion deseado. Por ejemplo, cuando se desean azucares, el tanque de hidrolisis puede incluir acidos o enzimas que sean capaces de degradar celulosa y hemicelulosa a sus bloques de construccion componentes de azucar. Cuando se desea un alcohol (p.ej., etanol), el tanque de hidrolisis puede contener microorganismos que pueden degradar celulosa y hemicelulosa hasta el alcohol. En tales realizaciones, 20 puede capturarse el alcohol. En la realizacion representada en la Figura 4, se representa la produccion tanto de azucares como de etanol. En la figura, se captura el etanol producido a partir del tanque de hidrolisis y se retira 35 al tanque de retencion de disolvente 27. Por supuesto, el alcohol producido puede retirarse a otro recipiente y usarse con otros fines.

25 [0069] El separador de solido/llquido 32 produce tambien una fase solida que se transfiere 36 al reactor 37.

En el reactor 37, se anaden acido sulfurico y fosfato de calcio solido a la fase solida y se permiten reaccionar. Despues de la reaccion, se producen sulfato de calcio solido y acido fosforico.

[0070] Volviendo ahora a la fase llquida producida como resultado del lavado en el lavador 8, la fase llquida 30 contiene principalmente etanol, acido fosforico y lignina. Se transfiere 14 la fase llquida a la columna de

fraccionamiento/destilacion 20. La columna de fraccionamiento/destilacion 20 separa el acido acetico 38 y el etanol 21 de los demas componentes. Tlpicamente, el etanol recuperado era una solucion al 85 %. Se transfieren 39 los componentes restantes de la fase llquida de lavado al separador de solido/llquido 23, donde se separa 40 la lignina. Se transfieren 22 los componentes restantes de la solucion de lavado al horno 24 y se queman, produciendo ceniza 35 y polifosfato, que pueden usarse en lotes posteriores de degradation.

[0071] La Figura 5 representa otra realizacion ejemplar del uso del sistema y procedimiento de la presente invention para degradar materiales lignocelulosicos hasta celulosa y hemicelulosa. Como se muestra en la figura, se anaden 1 materiales brutos al digestor 3. Se anade 2 tambien polifosfato al digestor 3, se mezclan los materiales

40 bien y se permite degradar la lignocelulosa hasta celulosa, hemicelulosa y lignina. Mas especlficamente, en el digestor 3, se mezcla bien el material lignocelulosico con vapor de P2O5 o gotitas finas de acido fosforico superconcentrado con una concentracion final de P2O5 del 83 %. Aunque se usa una concentracion del 83 % en este ejemplo, ha de observarse que puede usarse cualquier concentracion adecuada, tal como 70 % o mas, 75 % o mas u 80 % o mas. El calor liberado por el mezclado de agua y acido polifosforico o acido fosforico o mezclas de los 45 mismos se usa para acelerar la disolucion de biomasa. La temperatura puede variar de 40 hasta 120 °C, y es preferiblemente de 45 a 100 °C, mas preferiblemente de 47 a 90 °C y lo mas preferiblemente de 50 a 85 °C. El tiempo de reaccion puede variar de varios minutos hasta varias horas, pero es preferiblemente de 30 a 240 min, mas preferiblemente de 45 a 180 min y lo mas preferiblemente de 60 a 120 min. Tlpicamente, la biomasa disuelta parecla una suspension.

50

[0072] Se transfiere 4 entonces el material digerido al tanque de precipitation 5, al que se anade 6 una solucion de aproximadamente 80 % de etanol del tanque de retencion de disolvente 27. Se mantiene la mezcla durante un periodo de tiempo suficiente para precipitar celulosa y hemicelulosa y solubilizar lignina. Se transfiere 7 entonces la mezcla al lavador 8 y se lava la mezcla con etanol al 80 % 9 del tanque de retencion de disolvente 27.

55 Se transfiere 41 entonces el precipitado lavado al separador de solido/llquido 42, que en este caso es una centrlfuga de tambor, para retirar de la suspension la mayorla del disolvente libre y otras sustancias de la solucion de lavado. Se retira 14' la fraction llquida y puede combinarse con la fraction de llquido de lavado retirada en 14. En otras realizaciones, puede usarse otro equipo mecanico (p.ej., secador de tornillo) en este punto. El contenido de solidos resultante del proceso y el aparato variaba de 5-20 %. Es preferible conseguir un contenido de solidos del 8 % o 60 mas, mas preferiblemente del 10 % o mas, y lo mas preferiblemente del 15 % o mas. En la figura, el tanque de

precipitacion 5 y el lavador 8 estan rodeados por un solo recuadro, indicado por una llnea de puntos. Esto es para indicar que, en algunas realizaciones, un reactor unitario unico consolidado puede ejecutar ambas funciones. En tales realizaciones, el tanque de precipitacion 5 y el lavador 8 son una sola unidad.

5 [0073] Se transfiere 10 la suspension al desorbedor 11 y se extrae el etanol usando vapor a baja temperatura

12. Se libera 13 el etanol volatilizado en forma de vapor de etanol (mas vapor) y se recoge en el tanque de retencion de disolvente 27. En el desorbedor 11, se desorbe la suspension que contiene celulosa amorfa, hemicelulosa, lignina no disuelta residual mas una pequena cantidad de acido fosforico en el disolvente organico (p.ej., etanol) por vapor a baja temperatura a presion disminuida o atmosferica. La suspension tiene tlpicamente un contenido de solidos de 510 20 %. Se prefiere que la suspension tenga un contenido de solidos de 5-20 %, preferiblemente de 8 % o mas, mas preferiblemente de 10 % o mas y lo mas preferiblemente de 15 % o mas. En tandas tlpicas, la suspension tenia un contenido de azucar total de 40 a 90 % basado en el peso solido. Preferiblemente, el contenido de azucar es de 60 % o mas, mas preferiblemente de 65 % o mas y lo mas preferiblemente de 80 % o mas. En esta operation unitaria, se usa vapor a baja temperatura (aproximadamente 60-120 °C). Independientemente del aparato usado, se 15 seca la suspension de biomasa humeda como partlculas solidas en un lecho fluidizado o secador por pulverization. Se usa el calor (p.ej. del vapor) para vaporizar la mayorla del disolvente organico (p.ej., 80-99 % del etanol, preferiblemente al menos un 85 %, mas preferiblemente al menos un 95 % y lo mas preferiblemente al menos un 98 % del etanol). Despues de esta operacion, la biomasa secada tiene tlpicamente un contenido de solidos de 1040 %. Se prefiere que, en este paso, la biomasa tenga un contenido de solidos del 20 % o mas, mas preferiblemente 20 del 25 % o mas y lo mas preferiblemente del 30 % o mas, con agua mas algo de disolvente organico restante (p.ej., 5 % del disolvente organico inicial). Se retira 15 la celulosa/hemicelulosa secada del desorbedor 11 para uso posterior.

[0074] La Figura 6 representa un diagrama que muestra aun otra realization de un sistema y proceso para la 25 conversion de materia vegetal en fuentes de energla utilizables. La presente discusion se refiere a la practica de un

procedimiento segun la invention que usa esa realizacion del sistema. Ha de observarse que esta realizacion incluye el sistema y procedimiento discutidos anteriormente con respecto a la Figura 5, pero incluye tambien componentes de sistema y etapas de procedimiento adicionales. Como se muestra en la Figura 6, se introducen 25 materiales brutos que contienen lignocelulosa en la cortadora 26, donde los materiales brutos se reducen en tamano 30 a aproximadamente 0,5 cm o menos en su direction mas larga. En esta etapa, los materiales brutos pueden tratarse adicionalmente, por ejemplo por lavado, proporcionando materiales lignocelulosicos enriquecidos para procesamiento adicional. Como en otras realizaciones en que se usa una cortadora, la cortadora (fresadora) disminuye el tamano de la partlcula de biomasa a menos de 2,54 cm. El contenido de humedad de la biomasa puede variar de aproximadamente 5-50 %. En esta realizacion, antes de la siguiente etapa, se fija la humedad de 35 biomasa a un valor fijado (10-30 %). En realizaciones preferidas, se fija el contenido de humedad al 15 %. La partlcula de biomasa sobresecada puede mezclarse con agua para el contenido de humedad deseado. Despues de accionarse en la cortadora 26, se transfieren 1 los materiales lignocelulosicos, que tienen preferiblemente aproximadamente un 15 % de contenido de humedad, al digestor 3. Se anade 2 polifosfato al digestor 3, se mezclan bien los materiales lignocelulosicos y se permiten digerir, produciendo principalmente celulosa, hemicelulosa y 40 lignina como productos de base biologica. Se transfiere 4 el material digerido al tanque de precipitacion 5. Durante la transferencia, se anade una mezcla de etanol:agua al 80:20 (vol/vol) 6 a la mezcla desde el tanque de retencion de disolvente 27. En el tanque de precipitacion 5, precipitan celulosa y hemicelulosa y se disuelve la lignina. Se transfiere 7 entonces la mezcla al lavador 8, al que se anaden 9 etanol:agua 80:20 adicionales desde el tanque de retencion de disolvente 27. Se captura la solution de lavado liquida y se transfiere 14 a la columna de destilacion 20. 45 Se transfiere 41 la suspension en fase solida desde la etapa de lavado al separador de solido/liquido 42, que en este caso es una centrifuga de tambor, para retirar de la suspension la mayoria del disolvente libre y otras sustancias a la solucion de lavado. Se retira 14' la fraction liquida y se combina con la fraction liquida de lavado retirada en 14 o bien se aplica directamente a la columna de destilacion 20. En el desorbedor 11, se expone 12 vapor a baja temperatura al material solido para evaporar el disolvente etanol. Se retira 13 el etanol evaporado (con vapor/agua) 50 del desorbedor 11 y se recoge en el tanque de retencion de disolvente 27.

[0075] Se transfiere 15 el material solido desorbido al tanque de hidrolisis 16. Se anaden 17 celulasa y hemicelulasa para digerir enzimaticamente celulosa y hemicelulosa y se ajusta el pH con base 18 para permitir una actividad enzimatica optima. Como en otras realizaciones, en el tanque de hidrolisis se usa cierta cantidad de base

55 (p.ej., cal o carbonato de calcio) para ajustar el pH para mejorar la actividad enzimatica, tal como fijandolo al pH optimo de la enzima. Pueden usarse celulasas y/o hemicelulasas o enzimas funcionales dobles para hidrolizar celulosa amorfa mas hemicelulosa hasta azucares solubles, respectivamente. El proceso de hidrolisis puede realizarse en modo de alimentation por lotes, es decir, pueden anadirse lentamente por etapas (para un mejor mezclado) mas materiales celulosicos amorfos humedos con un contenido de solidos de mas de un 20 % en lugar 60 de anadirse de una vez al inicio. Puede obtenerse una solucion de azucares de alta concentration despues de la

hidrolisis con varios lotes de adicion de celulosa amorfa, que son mas de 100 g de hexosas y pentosas solubles por litro. Tambien pueden mezclarse soluciones de azucar de alta concentracion con celulosa amorfa para sacarificacion y cofermentacion simultaneas (SSCF) o bioprocesamiento consolidado (CBP). La corriente solida que contiene la lignina restante, celulosa y Ca3(PO4)2 puede quemarse para retirar cualquier producto organico. Las cenizas que 5 contienen Ca3(PO4)2 pueden regenerarse hasta acido fosforico concentrado anadiendo acido sulfurico concentrado. Puede reciclarse cierta pequena cantidad de disolvente organico (p.ej. etanol) durante la etapa de hidrolisis por vaclo o desorcion o reciclarse despues de la fermentacion de azucar a etanol.

[0076] Despues de la hidrolisis, se transfiere 31 la mezcla a un separador de solido/llquido 32. El separador

10 de solido/llquido en este ejemplo es una centrlfuga, pero podrla usarse cualquier separador adecuado. En la fase llquida, se obtienen 33 azucares a muy altas concentraciones (mayores de 100 g/l). En ciertos lotes, se reintroduce 34 una porcion de la solucion de azucar de alta concentracion en el tanque de hidrolisis. En tales realizaciones, el uso de la solucion de azucar reemplaza al agua en la celulosa solida para una solucion de azucar mas rica.

15 [0077] En ciertas configuraciones del sistema y procedimiento, se usa principalmente el sistema para la

produccion de azucares para uso como fuente de combustible. En otras configuraciones, se configuran el sistema y procedimiento para producir uno o mas alcoholes. El tanque de hidrolisis y sus componentes pueden modificarse para conseguir el objetivo de produccion deseado. Por ejemplo, cuando se desean azucares, el tanque de hidrolisis puede incluir acidos o enzimas que sean capaces de degradar celulosa y hemicelulosa hasta sus bloques de 20 construccion componentes de azucar. Cuando se desea un alcohol (p.ej., etanol), el tanque de hidrolisis puede contener microorganismos que degraden celulosa y hemicelulosa hasta el alcohol u otros productos. En tales realizaciones, puede capturarse el alcohol. En la realizacion representada en la Figura 6, se representa la produccion tanto de azucares como de etanol. En la figura, se captura el etanol producido en el tanque de hidrolisis y se retira 35 al tanque de retencion de disolvente 27. Por supuestos, el alcohol producido puede retirarse a otro 25 recipiente y usarse con otros fines.

[0078] El separador de solido/llquido 32 produce tambien una fase solida que se transfiere 36 al reactor 37. En el reactor 37, se anaden acido sulfurico y fosfato de calcio solido a la fase solida y se permiten reaccionar. Despues de la reaccion, se producen sulfato de calcio solido y acido fosforico.

30

[0079] Volviendo ahora a la fase llquida producida como resultado del lavado en el lavador 8, la fase llquida contiene principalmente etanol, acido fosforico y lignina. Se transfiere 14 la fase llquida a la columna de destilacion 20. La columna de destilacion 20 separa el etanol 21 de los demas componentes. El etanol recuperado es tlpicamente de aproximadamente un 80 % de concentracion. Se observa que, en esta realizacion, no se requiere

35 una cara columna de fraccionamiento/destilacion, lo que mejora la rentabilidad del proceso sin reducir significativamente el rendimiento de producto y coproductos. Puede usarse una columna de destilacion en todas las realizaciones, y por tanto puede sustituir a la columna de fraccionamiento/destilacion en cualquiera de las realizaciones ejemplares precedentes. En la columna de destilacion, se recicla el disolvente organico (p.ej. etanol) mediante una columna de destilacion de varias bandejas. La concentracion del etanol condensado de la columna 40 puede variar de 50-95 %, preferiblemente 50 %, mas preferiblemente 70 % y lo mas preferiblemente 80 %. Despues o durante la retirada del disolvente organico, la lignina precipita en el fondo de la columna de destilacion, que puede separarse del acido fosforico acuoso. La fase llquida restante contiene mayoritariamente acido fosforico, algo de lignina y productos extractivos organicos de biomasa.

45 [0080] Se transfieren 39 los componentes restantes de la fase llquida de lavado al separador de solido/llquido

23, donde se separa 40 la lignina. Se elimina por lavado el acido fosforico en la lignina solida con agua o el disolvente organico.

[0081] Se transfieren 22 los componentes restantes de la solucion de lavado al horno 24 y se queman,

50 produciendo ceniza y polifosfato, que puede usarse en lotes posteriores de degradacion. En el horno, la fase llquida restante, que contiene mayoritariamente acido fosforico, algo de lignina y productos extractivos organicos de biomasa, puede regenerarse hasta vapor de P2O5, acido polifosforico o una mezcla de ellos. El termino “horno” incluye oxidacion en humedo. Para disminuir los costes de procesamiento y el tamano del horno, se oxidara completamente hasta P2O5 solo una fraccion del acido polifosforico. La fraccion de acido polifosforico pasada a 55 traves del horno 24 puede variar de 1-100 % y es preferiblemente de 15 % o mas, mas preferiblemente de 20 % o mas y lo mas preferiblemente de 35 % o mas. Cuando el acido fosforico es rico en productos extractivos organicos, puede convertirse en P2O5 de alta pureza. El P2O5 puede sublimarse; las cenizas sin P2O5 pueden separarse como fertilizante vegetal. El P2O5 sublimado puede mezclarse con agua formando acido polifosforico, acido fosforico concentrado, o usarse para pretratar biomasa humeda, por ejemplo directamente en el digestor 3.

[0082] Entre muchos usos, los presentes proceso y sistema son adecuados para madera dura y materiales

herbaceos. Si se aplican a madera blanda, el proceso y sistema pueden modificarse en varios puntos: 1) durante la etapa de digestion, pueden anadirse algunos catalizadores, por ejemplo SO2; 2) durante la etapa de lavado, podrla eliminarse por lavado mas lignina usando disolventes a alta temperatura que pueden disolver mas lignina; 3) antes 5 de la etapa de hidrolisis, podrla retirarse mas lignina anadiendo algunos reactivos oxidantes, tales como H2O2, O3, O2 a alta concentracion, NO, etc. En resumen, el proceso descrito anteriormente es mucho mas sencillo que las tecnologlas actualmente conocidas incluyendo, pero sin limitacion, las divulgaciones de patente anteriores PCT/US2006/011411, PCT/LTS06/030894, US 4.058.011, WO 9606207, SU 1348396A1 (Grinshpan DD, Tsygankova NG, Kaputskii FN), DE 3.035.084 (US 4.839.113) y US 6.139.959. Aunque los ingresos totales 10 requeridos seran a menudo mucho menores que para las tecnologlas anteriores (pero mayores que otros pretratamientos), el nuevo diseno disminuye los costes de inversion de capital y procesamiento en gran medida as! como produce altas concentraciones de celulosa y hemicelulosa, as! como hidrolizado de azucar, que son adecuados para fermentaciones de etanol, entre otras cosas.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un procedimiento para fraccionar biomasa lignocelulosica y para producir azucares a partir de

   lignocelulosa, comprendiendo el procedimiento:

   digerir lignocelulosa con acido polifosforico;

   precipitar celulosa y hemicelulosa y solubilizar lignina con un primer disolvente; separar la lignina solubilizada de la celulosa y hemicelulosa precipitadas; y

   desorber el primer disolvente de la celulosa y hemicelulosa precipitadas exponiendo la celulosa, hemicelulosa y 10 disolvente a vapor, vaclo o una combination de estos, proporcionando una mezcla de celulosa amorfa hidratada y hemicelulosa amorfa hidratada; e

   hidrolizar la mezcla de celulosa amorfa hidratada y hemicelulosa amorfa hidratada produciendo una composition que comprende uno o mas azucares.

   15 2. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el primer disolvente comprende etanol a

   aproximadamente un 80 % de concentration.
2. 3. El procedimiento de la reivindicacion 2, en el que el primer disolvente comprende adicionalmente CO2, SO2, O3 o mezclas de dos o los tres de estos.

   20
3. 4. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el procedimiento no comprende el uso de un disolvente ademas del primer disolvente.
4. 5. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la composicion comprende azucares a una 25 concentracion de al menos 30 gramos por litro.
5. 6. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la composicion comprende azucares a una concentracion de al menos 50 gramos por litro.

   30 7. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la composicion comprende azucares a una

   concentracion de al menos 100 gramos por litro.
6. 8. El procedimiento de la reivindicacion 1, que da como resultado una mezcla de pentosas y hexosas.

   35 9. Uso de un sistema para fraccionar biomasa lignocelulosica en un procedimiento de una cualquiera de

   las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo el sistema:

   un tanque de precipitation para la precipitation de celulosa y hemicelulosa y para la solubilization de lignina;

   un lavador para lavar la celulosa y hemicelulosa precipitadas; y

   un desorbedor para desorber el disolvente de la celulosa y hemicelulosa precipitadas,

   40 en el que el sistema no comprende un separador para separar celulosa de hemicelulosa.
7. 10. El uso de la reivindicacion 9, que comprende ademas un digestor para la digestion de materiales

   brutos que comprenden lignocelulosa hasta partlculas que tienen un tamano de aproximadamente 0,5 cm o menor.

   45 11. El uso de la reivindicacion 9, que comprende ademas un tanque de hidrolisis para hidrolizar la celulosa

   y hemicelulosa precipitadas.
8. 12. El uso de la reivindicacion 9, que comprende ademas una columna de destilacion para separar los

   componentes de la solution de lavado del lavador, en el que la columna de destilacion no es una columna de

   50 fraccionamiento-destilacion.
9. 13. El uso de la reivindicacion 9, que comprende ademas un horno.