JP2012507276A - Biomass processing process and system - Google Patents

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Abstract

本発明は、バイオマスを処理する、例は、バイオマスからバイオ燃料、たとえばバイオエタノールのようなものを作成するための方法(プロセス)およびシステムを提供する。より一層詳しくは、本発明に従うある方法には、(a)流体処理装置の通路に流れ込むようにバイオマスおよび作動流体を含有する組成物の少なくとも第1の部分を誘導すること、(b)流体処理装置の通路に連通するノズルを通して組成物中に高速度の輸送流体を注入し、それによって輸送流体は、作動流体が細分化され、かつ蒸気および液滴の流動様式がノズルの下流に形成されるようにせん断力を組成物に適用すること、(c)蒸気および液滴の流動様式を凝縮すること、(d)組成物を第1の保持容器へ移すこと、および(e)組成物を第1の保持容器において第1の所定の温度にて第1の所定の時間の間で保持し、そこで、液化酵素をその方法の前またはその間に組成物に添加することが含まれる。しかる後、組成物はさらに、バイオ燃料、例は、バイオエタノールのようなものを形成するように加工することができる。The present invention provides methods (processes) and systems for processing biomass, for example creating biofuels, such as bioethanol, from biomass. Even more particularly, a method according to the present invention includes (a) inducing at least a first portion of a composition containing biomass and working fluid to flow into a passage of a fluid treatment device, (b) fluid treatment. A high velocity transport fluid is injected into the composition through a nozzle that communicates with the passage of the device, whereby the transport fluid is subdivided into working fluid and a vapor and droplet flow pattern is formed downstream of the nozzle. Applying a shear force to the composition, (c) condensing vapor and droplet flow patterns, (d) transferring the composition to a first holding vessel, and (e) applying the composition to the first Holding in a holding container at a first predetermined temperature for a first predetermined time, wherein liquefying enzyme is added to the composition before or during the process. Thereafter, the composition can be further processed to form a biofuel, such as bioethanol.

Description

関連出願の相互参照。本出願は2008年10月30日付け出願の米国特許出願番号第12/290,700号の優先権を主張し、そしてそれは、2008年3月21日付け出願の国際出願PCT/GB2008/050210号および2008年5月2日付け出願の国際出願PCT/GB2008/050319号の35U.S.C.§120の下で利益を得る。上記に特定するすべての出願の内容を、参照によってまるで完全にここに復唱されるようにここに取り入れる。   Cross-reference of related applications. This application claims priority to US patent application Ser. No. 12 / 290,700, filed on Oct. 30, 2008, which includes international applications PCT / GB2008 / 050210 and 2008, filed Mar. 21, 2008. Profit under 35U.SC §120 of international application PCT / GB2008 / 050319 filed May 2, The contents of all applications identified above are hereby incorporated by reference as if fully set forth herein.

本発明の分野。本発明は、とりわけ、例は、バイオエタノールを含むバイオ(生物)燃料の生産の使用に適しているバイオマス(生物体量)処置プロセスおよびシステムを提供する。より一層詳しくは、本発明は、バイオマス組成物において存在するでんぷん(澱粉)およびセルロースの双方のアルコールへの転換のために単一のプロセスおよびシステムを提供する。   Field of the invention. The present invention provides, inter alia, biomass (biomass) treatment processes and systems that are suitable for use in the production of biofuels, including bioethanol. Even more particularly, the present invention provides a single process and system for the conversion of both starch (starch) and cellulose present in a biomass composition to alcohol.

バイオマスのバイオ燃料への転換は、消費者および生産者が同様に既存の化石燃料の周囲の環境および持続可能性の問題を認識しているので、近年大きな重要性をもつようになった。既存のバイオ燃料の大半は、糖料作物(sugar crops)および高い澱粉含量を有する作物の発酵から導き出され、それは以下に「第一世代」のプロセスと呼ぶ。第一世代のプロセスは典型的に、スラリー(泥漿)を形成するために、根拠の澱粉ベースの原材料を水と混合する初期の水和ステップを必要とする。水は、原材料と混合するのに先立ち予熱することができる。泥漿は追加的に、澱粉を活性化するために、容器において加熱することができ、そしてそれから再び加熱され、そして澱粉を長鎖糖類(シュガー)に変えるために、液化酵素と混合される。活性化段階は典型的に、泥漿を望ましい温度にまで加熱するために、蒸気ジャケット付きタンク(steam-jacketed tanks)または蒸気散布(スパージャー)加熱を用いる。同時に、かき混ぜミキサー、泥漿再循環ループ、または2つの組合せが泥漿を混合する。しかしながら、再循環ポンプの存在にもかかわらず、これらの加熱方法は、泥漿タンクまたは容器で、その温度がタンクの残部よりも著しく高くつくられる領域をもたらすことがありうる。そのようなプロセスでは、プロセスの初期に水和する澱粉は、それがこれらの高温領域と接触することになる場合に損なわれ、例は、変性されることがあり、そして、より一層低い生産収率をもたらす。また、上述の熱損傷問題、およびまた澱粉の乏しい水和によっても明らかなように、これらの配置(arrangements)も特に効果的な混合を提供しない。   The conversion of biomass to biofuels has become of great importance in recent years as consumers and producers are similarly aware of the environmental and sustainability issues surrounding existing fossil fuels. The majority of existing biofuels are derived from fermentation of sugar crops and crops with high starch content, which is referred to below as the “first generation” process. First generation processes typically require an initial hydration step in which the underlying starch-based raw material is mixed with water to form a slurry. The water can be preheated prior to mixing with the raw materials. The slurry can additionally be heated in a container to activate the starch and then heated again and mixed with the liquefaction enzyme to convert the starch into long-chain sugars (sugar). The activation stage typically uses steam-jacketed tanks or steam sparger heating to heat the slurry to the desired temperature. At the same time, a stirring mixer, a slurry recirculation loop, or a combination of the two mixes the slurry. However, despite the presence of a recirculation pump, these heating methods can result in an area in the slurry tank or vessel where the temperature is created significantly higher than the rest of the tank. In such a process, the starch that hydrates early in the process is compromised if it comes in contact with these high temperature regions, examples can be modified and lower yields are reduced. Bring rate. Also, these arrangements do not provide particularly effective mixing, as evidenced by the thermal damage problem described above and also the poor hydration of the starch.

これらの第一世代のプロセスは通常、プロセスの活性化および転換の段階(ステージ)のために別々の容器を用いる。活性化容器から転換のステージの容器にまでの泥漿の移動は通常、遠心力ポンプを用いて達成され、そしてそれは、泥漿上に高いせん(剪)断力を与え、その結果として、水和した澱粉にさらなる損傷を引き起こす。   These first generation processes typically use separate vessels for process activation and transformation stages. The movement of the slurry from the activation vessel to the conversion stage vessel is usually accomplished using a centrifugal pump, which provides a high shear force on the slurry and consequently hydrates. Causes further damage to starch.

転換ステージはまた、蒸気-、または水-ジャケット付きタンク、あるいはスパージャーヒーターによって加熱されたタンクを、液化酵素の最適な実行用の適切なレベルに泥漿の温度を上げるために用いることができる。あるいはまた、ジェットクッカー(調理器具)は、転換の段階の容器に入ってくる泥漿を加熱するために用いられる。泥漿は活性化段階におけるのと同じ熱損傷を被ることがあるだけでなく、高温領域もまた、プロセスからのグルコース収率を制限することに寄与する。これらの領域の過度の熱はメイラード反応(Maillard reactions)を促進し、そこでは、糖分子は、泥漿においてまた存在するタンパク質との相互作用のために破壊される。移送ポンプによるせん断損傷とこれらのメイラード損失との組合せは、利用可能なグルコース収率を制限する。その上、既存の液化プロセスは、転換段階において、できるだけ同じくらいの澱粉が糖に転換することが確実となるように、泥漿のための長い滞留時間を要求する。このことは、時間および製造プロセスのコストへの負の影響をもつ。   The conversion stage can also be used with a steam- or water-jacketed tank, or a tank heated by a sparger heater, to raise the temperature of the slurry to an appropriate level for optimal performance of the liquefaction enzyme. Alternatively, a jet cooker (cooking utensil) is used to heat the mud coming into the conversion stage container. Not only can the slurry suffer the same thermal damage as in the activation stage, but the high temperature region also contributes to limiting the glucose yield from the process. Excessive heat in these areas promotes Maillard reactions, where sugar molecules are destroyed due to interactions with proteins also present in the slurry. The combination of shear damage from the transfer pump and these Maillard losses limits the available glucose yield. Moreover, existing liquefaction processes require a long residence time for the slurry to ensure that as much starch as possible is converted to sugar during the conversion stage. This has a negative impact on time and manufacturing process costs.

高い澱粉含量を有する作物は食品用途(ヒトおよび動物の飼料の双方)において高い価値を有し、そして、セルロースおよびヘミセルロースからの潜在的な糖収率と比較するとき、合計作物の少ない割合だけが澱粉であるため、ヘクタールあたりのそれらの糖収率は低い。このように、主にリグニン、ヘミセルロースおよびセルロースからなるリグノセルロース系のバイオマスのようなバイオマスの代わりの供給源からのバイオ燃料の誘導のためのプロセスは、リグノセルロース系のバイオマスが極めて大量のバイオマスであるので、生産者にとって大いに重要である。それには、たとえば、すべての樹木および草、ならびに農業廃棄物(agricultural residues)、たとえば、湿性および乾燥した蒸留かす(distiller's grains)、コーン繊維、トウモロコシの穂軸およびサトウキビバガスのようなものが含まれる。   Crops with high starch content have high value in food applications (both human and animal feed) and only a small percentage of total crops when compared to the potential sugar yield from cellulose and hemicellulose Due to the starch, their sugar yield per hectare is low. Thus, the process for derivation of biofuels from alternative sources of biomass, such as lignocellulosic biomass consisting primarily of lignin, hemicellulose and cellulose, is lignocellulosic biomass with very large amounts of biomass. So it is very important for producers. This includes, for example, all trees and grasses, and agricultural residues, such as wet and dry distiller's grains, corn fiber, corn cobs and sugarcane bagasse .

リグノセルロース系のバイオマスからバイオ燃料を導き出すプロセスは、以下、「第二世代」のプロセスと称する。第二世代のプロセスは、3つの段階、すなわち、バイオマスの細胞構造(cellular structure)を破壊する最初の前処理の段階、バイオマスのセルロース部分が短鎖の糖に転換する第2の加水分解の段階、およびこれらの糖がアルコールに転換する第3の発酵の段階においてリグノセルロース系のバイオマスをアルコール(例は、エタノール)に転換する。   The process of deriving biofuel from lignocellulosic biomass is hereinafter referred to as the “second generation” process. The second generation process consists of three stages: a first pretreatment stage that destroys the cellular cellular structure of the biomass, and a second hydrolysis stage where the cellulose portion of the biomass is converted to short chain sugars. , And in a third fermentation stage where these sugars are converted to alcohol, lignocellulosic biomass is converted to alcohol (eg, ethanol).

加水分解の収率を増加させるために、前処理のステップは、バイオマスを柔らかくし、そしてその細胞構造を破壊するために必要であり、それによってより一層多くのセルロースおよびヘミセルロースの材料を露出させる。破壊的な前処理のプロセスは、実際には化学的または物理的であるのが通常である。目下の化学的な前処理のプロセスは、バイオマスの細胞の望ましい破壊を成し遂げるために、触媒に依存する。この触媒は普通、酸または酵素である。酵素は比較的高価であるが、酸には環境に有害という不利益がある。最も普通の物理的な前処理のプロセスは蒸気爆発(steam explosion)であり、それらの例は、ネベス(Neves)の、1984年1月10日付け発行の米国特許第4,425,433号およびフーディ(Foody)の、1984年7月24日付け発行の米国特許第4,461,648号で明らかにされる。蒸気爆発において、反応が気圧に対する突然の減圧によって止められる前に、バイオマスは、数分(2、3分)の間、高圧蒸気を用いて加熱される。蒸気爆発の不利益には、プロセスが適当なプロセス容器の範囲内で含まれなければならないことであり、そしてこのように非連続プロセスであるということである。さらにまた、プロセスのための目下のコストが高い一方で、蒸気爆発からの糖収率は比較的低い。   In order to increase the yield of hydrolysis, a pre-treatment step is necessary to soften the biomass and destroy its cellular structure, thereby exposing more cellulose and hemicellulose materials. Destructive pretreatment processes are usually chemical or physical in nature. The current chemical pretreatment process relies on a catalyst to achieve the desired destruction of biomass cells. This catalyst is usually an acid or an enzyme. Enzymes are relatively expensive, but acids have the disadvantage of being harmful to the environment. The most common physical pretreatment process is a steam explosion, examples of which include Neves, US Pat. No. 4,425,433, issued January 10, 1984, and Hoody. Of U.S. Pat. No. 4,461,648 issued July 24, 1984. In a steam explosion, the biomass is heated with high pressure steam for several minutes (a few minutes) before the reaction is stopped by a sudden depressurization to atmospheric pressure. The disadvantage of steam explosion is that the process must be contained within a suitable process vessel and is thus a discontinuous process. Furthermore, while the current cost for the process is high, the sugar yield from the steam explosion is relatively low.

米国特許第4,425,433号明細書U.S. Pat.No. 4,425,433 米国特許第4,461,648号明細書U.S. Pat.No. 4,461,648

第一および第二の世代のプロセスの双方では、酵母は糖を発酵させるのに用いられる。しかし、酵母は温度感受性であり、そして酵母が糖を発酵することができる前に、バイオマスはおよそ30℃まで冷やされなければならない。発酵されたバイオマスが蒸留のために下流で再加熱されなければならないとすると、バイオマスを冷やすことは、発酵プロセスの長さを増やすだけでなく、エネルギー消費も増やす。   In both the first and second generation processes, yeast is used to ferment sugar. However, yeast is temperature sensitive and the biomass must be cooled to approximately 30 ° C. before the yeast can ferment sugar. If the fermented biomass must be reheated downstream for distillation, cooling the biomass not only increases the length of the fermentation process, but also increases energy consumption.

上述の第一世代のプロセスは、最も普通に、現在のバイオ燃料産業で用いられるものである。加工処理用に作物を輸送するコストを下げるため、バイオ燃料処理工場は典型的に、作物が増殖する領域か、またはプロセスから2つの生産物(例は、エタノールおよび動物の飼料)の地方市場を有する領域に近接近して位置付けられる。またさらに、コストを下げる努力において、作物(例は、トウモロコシの穀粒)の澱粉ベースの成分は収穫の間、作物の残部(例は、柄および葉)から分離され、その結果、澱粉ベースの成分だけが処理工場へ運搬される。しかし、収穫の間のこの分離にもかかわらず、処理のために輸送される作物のおよそ10重量%は、澱粉が存在しないリグノセルロースの材料(例は、トウモロコシの外皮、トウモロコシの穂軸)から構成される。このように、たとえ、第一世代のプロセスにおいて作物の10%が処理工場へ輸送されるとしても、その輸送された10%からの取るに足らない収率になる。   The first generation process described above is most commonly used in the current biofuel industry. In order to reduce the cost of transporting crops for processing, biofuel processing plants typically create a local market for two products (eg, ethanol and animal feed) from the area where the crop grows or from the process. It is positioned in close proximity to the area it has. Still further, in an effort to reduce costs, starch-based components of crops (eg, corn kernels) are separated from the rest of the crop (eg, stalks and leaves) during harvesting, resulting in starch-based components. Only the ingredients are transported to the processing plant. However, despite this separation during harvesting, approximately 10% by weight of the crops transported for processing are from lignocellulosic materials (eg corn hulls, corn cobs) that are free of starch. Composed. Thus, even if 10% of the crop is transported to the processing plant in the first generation process, there is a negligible yield from that transported 10%.

この問題の解法は、また第二世代のプロセスを用い、リグノセルロースの材料からアルコールを得ることである。しかし、第一および第二の世代のプロセスの双方を単一の処理工場において互いのそばを動作させることは、処理のコストに重要な影響を及ぼす。まず最初に、第一および第二の世代のプロセスのための別々の処理ラインを有する処理設備を建設することに関係する設立コストは、第一世代のプロセスのラインだけを有する工場を建設するためのものよりも非常に大きい。次に、互いのそばで2つのプロセスの様々な段階を駆動させることでの生産コストも、第一世代のプロセスのラインだけを駆動させることに関連したそれらのものよりも大きい。   The solution to this problem is also to use a second generation process to obtain the alcohol from the lignocellulose material. However, operating both the first and second generation processes next to each other in a single processing plant has a significant impact on processing costs. First of all, the establishment cost related to building a processing facility with separate processing lines for the first and second generation processes is to build a factory with only the first generation process lines Much larger than the ones. Secondly, the production costs of driving the various stages of the two processes beside each other are also greater than those associated with driving only the first generation process lines.

したがって、本発明の1つの目的は、前述の不利益の1つまたはそれよりも多くを克服することである。   Accordingly, one object of the present invention is to overcome one or more of the aforementioned disadvantages.

発明の概略。本発明の第1の局面に従い、バイオマスの処理のための方法を提供し、それは、次の
(i)流体処理装置の通路に流れ込むようにバイオマスおよび作動流体(working fluid、加工液)を含む組成物を誘導すること、
(ii)流体処理装置の通路に連通するノズルを通して組成物中に高速度の輸送流体を注入し、それによって輸送流体は、作動流体が細分化(霧化)され、そして蒸気および液滴の流動様式(droplet flow regime)がノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物に適用すること、
(iii)蒸気および液滴の流動様式を凝縮(凝結)すること、および組成物を第1の保持容器へ移すこと、および
(iv)第1の保持容器において第1の予め定めた(所定の)温度にて第1の所定の時間の期間で組成物を保持すること
を含み、
(v)そこでは、プロセスはまた、組成物にアミラーゼ酵素およびセルラーゼ酵素を加えるステップ(工程)を包含する。
Summary of the invention. According to a first aspect of the present invention, a method for the treatment of biomass is provided, which comprises (i) a composition comprising biomass and a working fluid so as to flow into the passage of a fluid treatment device Inducing things,
(Ii) injecting a high velocity transport fluid into the composition through a nozzle communicating with the passage of the fluid treatment device, whereby the transport fluid is subdivided (atomized) into the working fluid and the flow of vapor and droplets Applying a shear force to the composition such that a droplet flow regime is formed downstream of the nozzle;
(Iii) condensing the vapor and droplet flow patterns, and transferring the composition to a first holding vessel; and (iv) a first predetermined (predetermined) in the first holding vessel. ) Holding the composition at a temperature for a first predetermined time period;
(V) where the process also includes the step of adding amylase and cellulase enzymes to the composition.

アミラーゼ酵素は、澱粉を糖に転換するのに適する任意の酵素であると考えられる。セルラーぜ酵素はセルロースまたはヘミセルロースを糖に転換するのに適する任意の酵素でもあると考えられる。   An amylase enzyme is considered to be any enzyme suitable for converting starch to sugar. Cellulase enzymes are also considered to be any enzyme suitable for converting cellulose or hemicellulose to sugar.

ノズルを通して組成物に高速度の輸送流体を注入するステップは、ノズルの下流に形成される低圧力領域を生じさせることを含むことができる。   Injecting the high velocity transport fluid through the nozzle into the composition can include creating a low pressure region formed downstream of the nozzle.

低圧領域の下流で輸送流体を凝縮することによって、凝縮ステップを開始することができる。   The condensation step can be initiated by condensing the transport fluid downstream of the low pressure region.

組成物を保持容器に移すステップには、組成物の温度を第1の所定の温度にまで上げるために、組成物を、温度調節ユニット(temperature conditioning unit)を通して通過させることを含むことができる。   Transferring the composition to the holding container can include passing the composition through a temperature conditioning unit to raise the temperature of the composition to a first predetermined temperature.

第1の所定の温度は、摂氏80および85度の間であることができる。第1の所定の温度は、摂氏83度であることができる。   The first predetermined temperature can be between 80 and 85 degrees Celsius. The first predetermined temperature can be 83 degrees Celsius.

あるいはまた、第1の所定の温度は、摂氏72および80度の間、なるべくなら摂氏76および78度の間で、たとえば、摂氏75度、または摂氏77度であることができる。   Alternatively, the first predetermined temperature can be between 72 and 80 degrees Celsius, preferably between 76 and 78 degrees Celsius, for example, 75 degrees Celsius, or 77 degrees Celsius.

液化酵素(群)、たとえば、アミラーゼおよび/またはセルラーゼ酵素は、組成物が流体処理装置の通路に誘導されるのに先立って組成物に加えることができる。   The liquefaction enzyme (s), eg, amylase and / or cellulase enzymes, can be added to the composition prior to the composition being directed into the passage of the fluid treatment device.

本プロセスは、さらに以下を含むことができる。すなわち
(i) 組成物を第1の時間の期間の終わりに次いで、第2の保持容器へ移すこと、および
(ii) 第2の所定の温度で第2の所定の時間の期間に第2の保持容器において組成物を保持することであり、そこで、液化酵素、例は、アミラーゼ酵素を、組成物が流体処理装置の通路に誘導されるのに先立って組成物に加えることができ、そして、別の液化酵素、例は、セルラーゼ酵素を、第1の時間の期間の終わりおよび第2の時間の期間の初めの間に組成物に加えることができる。
The process can further include: Ie
(i) transferring the composition to a second holding container at the end of the first time period; and
(ii) holding the composition in a second holding container at a second predetermined temperature for a second predetermined time period, wherein a liquefying enzyme, for example an amylase enzyme, the composition being a fluid The composition can be added to the composition prior to being directed into the processor passage, and another liquefying enzyme, eg, a cellulase enzyme, can be added at the end of the first time period and for the second time period. It can be added to the composition during the beginning.

組成物を第2の保持容器へ移すのに先立ち、プロセスはさらに、組成物を第2の所定の温度に冷やすステップを含むことができる。   Prior to transferring the composition to the second holding container, the process may further comprise cooling the composition to a second predetermined temperature.

第1の所定の温度は、摂氏80および85度の間であることができる。 なるべくなら、第1の所定の温度は、摂氏83度であってよい。   The first predetermined temperature can be between 80 and 85 degrees Celsius. If possible, the first predetermined temperature may be 83 degrees Celsius.

第2の所定の温度は、摂氏50および60度の間であることができる。なるべくなら、第2の所定の温度は、摂氏55度であってよい。   The second predetermined temperature can be between 50 and 60 degrees Celsius. If possible, the second predetermined temperature may be 55 degrees Celsius.

組成物を第2の保持容器へ移すのに先立ち、プロセスはさらに以下のものを含むことができる。すなわち
(i)第2の流体処理装置の通路に組成物を誘導すること、および
(ii)第2の流体処理装置の通路に連通するノズルを通して組成物に高速の輸送流体を注入し、それによって、輸送流体は、作動流体が第2の時間の間に細分化され、および第2の蒸気および液滴の流動様式がノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物に適用することであり、そこでは、セルラーゼ酵素は、組成物が第1の流体処理装置の通路に誘導されるのに先立って組成物に加えられ、および液化酵素、例は、アミラーゼ酵素は、組成物が第2の流体処理装置の通路に誘導されるのに先立って組成物に加えらる。
Prior to transferring the composition to the second holding container, the process may further include: (I) directing the composition into the passage of the second fluid treatment device; and (ii) injecting a high-speed transport fluid into the composition through a nozzle communicating with the passage of the second fluid treatment device, thereby Applying a shear force to the composition such that the working fluid is subdivided during the second time and a second vapor and droplet flow pattern is formed downstream of the nozzle. Where the cellulase enzyme is added to the composition prior to the composition being directed into the passage of the first fluid treatment device, and the liquefying enzyme, eg, the amylase enzyme, is It is added to the composition prior to being guided into the passage of the two fluid treatment devices.

第1の所定の温度は、摂氏50および60度の間であることができる。好ましくは、第1の所定の温度は、摂氏55度であってよい。   The first predetermined temperature can be between 50 and 60 degrees Celsius. Preferably, the first predetermined temperature may be 55 degrees Celsius.

第2の所定の温度は、摂氏80および85度の間であることができる。好ましくは、第2の所定の温度は、摂氏83度であってよい。   The second predetermined temperature can be between 80 and 85 degrees Celsius. Preferably, the second predetermined temperature may be 83 degrees Celsius.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)組成物を所定の発酵温度に冷やすこと、
(ii)1またはそれよりも多くの発酵薬剤を組成物に加えること、組成物を発酵容器へ移すこと、および
(iii)所定の発酵温度にて所定の発酵時間の間で発酵容器において組成物を保持すること。
The process can further include the following steps. (I) cooling the composition to a predetermined fermentation temperature;
(Ii) adding one or more fermentation agents to the composition, transferring the composition to the fermentation vessel; and (iii) the composition in the fermentation vessel at a predetermined fermentation temperature for a predetermined fermentation time. To hold.

冷却ステップは、組成物を冷却容器を通して通過させることを含むことができる。冷却容器は、マッシュクーラーであってよい。   The cooling step can include passing the composition through a cooling vessel. The cooling vessel may be a mash cooler.

発酵温度は、摂氏30および40度の間であることができる。好ましくは、発酵温度は、摂氏35度であってよい。   The fermentation temperature can be between 30 and 40 degrees Celsius. Preferably, the fermentation temperature may be 35 degrees Celsius.

本発明では、1またはそれよりも多くの発酵薬剤を組成物に加えることができる。ここで用いられるように、“発酵薬剤”には、発酵プロセスを容易にするために使用されるよく知られた薬剤が含まれ、および制限されないが、グルコアミラーゼおよび酵母が含まれる。   In the present invention, one or more fermentation agents can be added to the composition. As used herein, “fermentation agents” include well-known agents used to facilitate the fermentation process and include, but are not limited to, glucoamylase and yeast.

プロセスはさらに、組成物の残部からアルコールを取り除くために発酵させた組成物を蒸留するステップを含むことができる。   The process can further include distilling the fermented composition to remove alcohol from the remainder of the composition.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)第1の流体処理装置の通路に流れ込む組成物に回収された水または凝縮物を戻すこと。
The process can further include the following steps. Ie
(i) Returning the recovered water or condensate to the composition flowing into the passage of the first fluid treatment device.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)組成物の残部を分離機(セパレーター)へ移すこと、および
(ii)固形物(固体)を組成物の残部から分離すること。
The process can further include the following steps. Ie
(i) transferring the remainder of the composition to a separator; and
(ii) separating the solid (solid) from the rest of the composition.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)セパレーターから水分を回収すること、および
(ii)第1の流体処理装置の通路に流れ込む組成物に水分を戻すこと。
The process can further include the following steps. Ie
(i) recovering moisture from the separator; and
(ii) returning moisture to the composition flowing into the passage of the first fluid treatment device.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)第2の流体処理装置の通路に流れ込むように組成物の一部分を誘導すること、
(ii)第2の流体処理装置の通路と連通するノズルを通して組成物に高速度の輸送流体を注入することであり、それによって、輸送流体は、作動流体が細分化され、および第2の蒸気および液滴の流動様式がノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物に適用し、
(iii)第2の蒸気および液滴の流動様式を凝縮すること、および組成物を第2の保持容器へ移すこと、および
(iv)第2の保持容器において第2の所定の温度にて第2の所定の時間の期間で組成物を保持することであり、
(v)そこで、第1の流体処理装置および第1の保持容器、および第2の流体処理装置および第2の保持容器を、並列(並行)に動作させ(operate、操作し)、および
(vi)そこで、アミラーゼ酵素は、第1の流体処理装置の通路に組成物を誘導するのに先立ち組成物に加えられ、およびセルラーゼ酵素は、第2の流体処理装置の通路に組成物の1部分を誘導するのに先立ち組成物の1部分に加えられる。
The process can further include the following steps. Ie
(i) directing a portion of the composition to flow into the passage of the second fluid treatment device;
(ii) injecting a high velocity transport fluid into the composition through a nozzle in communication with a passage of the second fluid treatment device, whereby the transport fluid is subdivided into a working fluid and a second vapor And applying a shear force to the composition so that the flow pattern of the droplets is formed downstream of the nozzle,
(iii) condensing the flow pattern of the second vapor and droplets, and transferring the composition to a second holding vessel; and
(iv) holding the composition in a second holding container at a second predetermined temperature for a second predetermined time period;
(v) Therefore, the first fluid processing device and the first holding container, and the second fluid processing device and the second holding container are operated in parallel (operate), and
(vi) An amylase enzyme is then added to the composition prior to inducing the composition in the passage of the first fluid treatment device, and the cellulase enzyme is added to the composition of the composition in the passage of the second fluid treatment device. Added to one portion of the composition prior to inducing the portion.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)所定の発酵温度に組成物の各々の部分を冷やすこと、
(ii)1またはそれよりも多くの発酵薬剤を組成物に加えること、
(iii)組成物の1部分を発酵容器へ移すこと、および
(iv)発酵容器において所定の発酵温度にて所定の発酵時間の間で組成物を保持すること。
The process can further include the following steps. Ie
(i) cooling each part of the composition to a predetermined fermentation temperature;
(ii) adding one or more fermentation agents to the composition;
(iii) transferring a portion of the composition to the fermentation vessel; and
(iv) holding the composition in a fermentation vessel at a predetermined fermentation temperature for a predetermined fermentation time.

発酵温度は、摂氏30および40度の間であることができる。好ましくは、発酵温度は、摂氏35度であってよい。   The fermentation temperature can be between 30 and 40 degrees Celsius. Preferably, the fermentation temperature may be 35 degrees Celsius.

この具体化では、1またはそれよりも多くの発酵薬剤を、組成物に加えることができる。 好ましくは、2つの発酵薬剤が加えられ、それらの発酵薬剤はグルコアミラーゼおよび酵母である。   In this embodiment, one or more fermentation agents can be added to the composition. Preferably, two fermentation agents are added and the fermentation agents are glucoamylase and yeast.

組成物の第1および第2の部分の発酵は、単一発酵容器で実行することができる。あるいはまた、組成物の1部分の発酵は別々の発酵容器において遂行することができる。   Fermentation of the first and second parts of the composition can be carried out in a single fermentation vessel. Alternatively, fermentation of one part of the composition can be accomplished in separate fermentation vessels.

プロセスはさらに、組成物の残部からアルコールを取り除くために発酵させた組成物を蒸留するステップを含むことができる。   The process can further include distilling the fermented composition to remove alcohol from the remainder of the composition.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)組成物の残部をセパレーターへ移すこと、および
(ii)固形物を組成物の残部から分離すること。
The process can further include the following steps. (I) transferring the remainder of the composition to the separator; and (ii) separating the solid from the remainder of the composition.

プロセスはさらに、以下のステップを含むことができる。すなわち
(i)固形分をセパレーターから回収すること、および
(ii)固形物を第2の流体処理装置の通路において組成物の第2の部分に戻すこと。
The process can further include the following steps. Ie
(i) recovering solids from the separator; and
(ii) returning solids to the second portion of the composition in the passage of the second fluid treatment device.

組成物の第2の部分は、セパレーターから回収された固形分であることができる。   The second part of the composition can be the solids recovered from the separator.

輸送流体は蒸気であってよい。   The transport fluid may be steam.

作動流体は水であることができる。   The working fluid can be water.

バイオマスは、1またはそれよりも多くの澱粉系の作物(starch-based crops)を含むことができる。   Biomass can include one or more starch-based crops.

本発明の第2の局面によると、バイオマスおよび作動流体を含む組成物の処置のためのシステムが提供され、システムは以下のものを含む。すなわち
(i)少なくとも1種の流体処理装置であり、組成物の供給を受け取るための通路、および通路中に開口するノズル出口を有し、かつスロート(のど状物)部分で、その断面積が出口のものよりも小さいものを有する輸送流体ノズルを有する装置、
(ii)通路の出口に連通する流体における第1の保持容器、および
(iii)第1の保持容器に連通する流体における発酵容器。
According to a second aspect of the present invention there is provided a system for the treatment of a composition comprising biomass and working fluid, the system comprising: (I) at least one fluid treatment device, having a passage for receiving a supply of the composition, and a nozzle outlet opening in the passage, and having a cross-sectional area at a throat portion An apparatus having a transport fluid nozzle having a smaller one than that of the outlet;
(Ii) a first holding container in the fluid communicating with the outlet of the passage; and (iii) a fermentation container in the fluid communicating with the first holding container.

システムはさらに、第1の保持容器および発酵容器の中間に位置付けられる第1の冷却容器を含むことができる。   The system can further include a first cooling vessel positioned intermediate the first holding vessel and the fermentation vessel.

システムはさらに、第2の保持容器および第1の冷却容器および発酵容器の中間の第2の冷却容器を含むことができる。   The system can further include a second holding vessel and a second cooling vessel intermediate the first cooling vessel and the fermentation vessel.

流体処理装置は、添加物を組成物に導入するために、1またはそれよりも多くの付加的なポート(additive port、添加物ポート)を含むことができる。付加的なポートは、ノズル出口の上流で通路に通じることができる。代わりに、またはそのうえ、付加的なポートは、ノズル出口のすぐに下流で通路に通じることができる。システムはさらに、第2の保持容器の近くに付加的なポートを含むことができる。   The fluid treatment device can include one or more additive ports to introduce the additive into the composition. An additional port can lead to the passage upstream of the nozzle outlet. Alternatively or additionally, an additional port can lead to the passage immediately downstream of the nozzle outlet. The system can further include an additional port near the second holding container.

システムはさらに、第2の流体処理装置および第1の保持容器の下流の第2の保持容器、第1の保持容器からの組成物を受け取るために第2の通路をもつ第2の流体処理装置、および第2の通路に開口するノズル出口を有し、かつスロート部分で、その断面積が出口のものよりも小さいものをもつ第2の輸送流体ノズルを含むことができる。   The system further includes a second fluid processing apparatus and a second holding container downstream of the first holding container, a second fluid processing apparatus having a second passage for receiving a composition from the first holding container. And a second transport fluid nozzle having a nozzle outlet opening in the second passage and having a throat portion having a cross-sectional area smaller than that of the outlet.

別の具体化において、システムは、第1の流体処理装置および第1の保持容器で構成される第1の処理ラインを含み、およびシステムはさらに、以下のもの含む第2の処理ラインを含む。すなわち
(i)第2の流体処理装置であり、第2の流体処理装置は、組成物の供給を受けるための第2の通路、および第2の通路に開口するノズル出口を有し、かつスロート部分であり、その断面積が出口のものより小さいものをもつ第2の輸送流体ノズルをもつものを有し、および
(ii)第2の通路の出口に流体連通する第2の保持容器であり、
(iii) そこで、第1および第2の処理ラインは、組成物の供給および発酵容器の間で並列に接続される。
In another embodiment, the system includes a first processing line comprised of a first fluid processing device and a first holding vessel, and the system further includes a second processing line that includes: Ie
(i) a second fluid treatment device, the second fluid treatment device having a second passage for receiving the supply of the composition, and a nozzle outlet opening in the second passage, and a throat portion And having a second transport fluid nozzle whose cross-sectional area is smaller than that of the outlet, and
(ii) a second holding container in fluid communication with the outlet of the second passage;
(iii) Thus, the first and second treatment lines are connected in parallel between the composition supply and the fermentation vessel.

システムはさらに、流体処理装置の通路に対する入口と流体連通する混合容器を含み、混合容器は、組成物を形成するために、バイオマスおよび作動流体の供給物を混合することを含むことができる。   The system further includes a mixing vessel in fluid communication with an inlet to the passage of the fluid treatment device, which can include mixing the biomass and working fluid supplies to form a composition.

システムはさらに、その、あるいは、各々の流体処理装置の上流でポンプを含むことができる。   The system may further include a pump upstream of that or each fluid treatment device.

システムは、アレイ(配列体)を形成するために、直列におよび/または互いに並列して接続される複数の流体処理装置を含むことができる。   The system can include a plurality of fluid treatment devices connected in series and / or in parallel to each other to form an array.

システムは、アレイを形成するために、直列におよび/または互いに並行して接続される複数の第2の流体処理装置を含むことができる。   The system can include a plurality of second fluid treatment devices connected in series and / or in parallel to each other to form an array.

システムはさらに、第1のおよび/または第2の流体処理装置およびそのそれぞれの第1のおよび/または第2の保持容器の間で組成物の温度を上げるための温度調節ユニットを含むことができる。   The system can further include a temperature adjustment unit for raising the temperature of the composition between the first and / or second fluid treatment device and its respective first and / or second holding vessel. .

システムはさらに、発酵容器の下流に蒸留装置を含むことができる。システムはさらに、混合容器の入口の下流に、蒸留装置を含むことができる。システムはさらに、蒸留装置を流体処理装置の入口に接続する第1の戻しライン(return line)を含むことができる。   The system can further include a distillation apparatus downstream of the fermentation vessel. The system can further include a distillation apparatus downstream of the inlet of the mixing vessel. The system can further include a first return line connecting the distillation apparatus to the inlet of the fluid treatment apparatus.

システムはさらに、蒸留装置の下流に、分離装置を含むことができる。システムはさらに、混合容器の入口の下流に、分離装置を含むことができる。システムは、セパレーターを流体処理装置の入口に接続する第2の戻しラインを含むことができる。   The system can further include a separation device downstream of the distillation device. The system can further include a separation device downstream of the inlet of the mixing vessel. The system can include a second return line that connects the separator to the inlet of the fluid treatment device.

分離装置には、遠心分離機が包含される。   Separation devices include centrifuges.

システムはさらに、輸送流体供給ユニットを、そのあるいは、各々の輸送流体ノズルと流体連通して含むことができる。輸送流体供給ユニットは、双方の第1および第2の流体処理装置に、輸送流体を供給することができる。   The system may further include a transport fluid supply unit in fluid communication with the or each transport fluid nozzle. The transport fluid supply unit can supply transport fluid to both the first and second fluid treatment devices.

輸送流体は蒸気であることができ、および調節ユニットは蒸気発生機であってよい。   The transport fluid can be steam and the conditioning unit can be a steam generator.

別の具体化において、本発明は、ここに明らかにする方法またはシステムのいずれかに従って生産されるバイオエタノールを提供する。たとえば、本発明には、バイオエタノールをバイオマスから生産するためのプロセスが含まれ、それは以下のものを含む。すなわち
(a)流体処理装置の通路に流れ込むように、バイオマスおよび作動流体を含む組成物の少なくとも第1の部分を誘導すること、
(b)流体処理装置の通路と連通するノズルを通して組成物に高速の輸送流体を注入することであり、それによって、輸送流体は、作動流体が細分化され、かつ蒸気および液滴の流動様式がノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物に適用し、
(c)蒸気および液滴の流動様式を凝縮すること、
(d)組成物を第1の保持容器へ移すこと、
(e)第1の保持容器において第1の所定の温度にて第1の所定の時間の期間で組成物を保持すること、そこで、液化酵素はプロセスに先立ち、またはその間に組成物に加えられ、
(f)第1の所定の期間の終わりの後に組成物を第2の保持容器へ移すこと、
(g)第2の保持容器において第2の所定の温度にて第2の所定の時間の期間で組成物を維持すること、
(h)組成物を所定の発酵温度に冷やすこと、
(i)発酵薬剤を組成物に加えること、
(j)組成物を発酵容器へ移すこと、および
(k)発酵容器において組成物を、発酵させた組成物で、それにはバイオエタノールが含まれるものを生成するように、所定の発酵時間で所定の発酵温度にて保持すること。
In another embodiment, the present invention provides bioethanol produced according to any of the methods or systems disclosed herein. For example, the present invention includes a process for producing bioethanol from biomass, which includes: Ie
(a) inducing at least a first portion of the composition comprising biomass and working fluid to flow into the passage of the fluid treatment device;
(b) injecting a high-speed transport fluid into the composition through a nozzle in communication with the passage of the fluid treatment device, whereby the transport fluid is subdivided into working fluid and the flow pattern of vapor and droplets Applying a shear force to the composition so that it is formed downstream of the nozzle;
(c) condensing vapor and droplet flow patterns;
(d) transferring the composition to a first holding container;
(e) holding the composition in a first holding container at a first predetermined temperature for a first predetermined time period, wherein the liquefied enzyme is added to the composition prior to or during the process. ,
(f) transferring the composition to a second holding container after the end of the first predetermined period;
(g) maintaining the composition in a second holding container at a second predetermined temperature for a second predetermined time period;
(h) cooling the composition to a predetermined fermentation temperature;
(i) adding a fermenting agent to the composition;
(j) transferring the composition to a fermentation vessel; and
(k) Hold the composition in a fermentation vessel at a predetermined fermentation temperature for a predetermined fermentation time so as to produce a fermented composition containing bioethanol.

本発明の好適な具体化を次に、例としてだけ、添付の図面に関して説明する。図面はすなわち、次のものである。
本発明に従う流体処理装置の縦断面図である。 本発明に従うバイオマス組成物の処置のためのシステムの第1の具体化の概略図である。 本発明に従うバイオマス組成物の処置のためのシステムの第2の具体化の概略図である。 本発明に従うバイオマス組成物の処置のためのシステムの第3の具体化の概略図である。 本発明に従うバイオマス組成物の処置のためのシステムの第4の具体化の概略図である。 本発明に従うバイオマス組成物の処置のためのシステムの第5の具体化の概略図である。 本発明に従うバイオマス組成物の処置のためのシステムの第6の具体化の概略図である。 図1に示す流体処理装置を通してバイオマス組成物が通過するときのその圧力および温度の変動を示すグラフである。
Preferred embodiments of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings. The drawings are as follows:
It is a longitudinal cross-sectional view of the fluid processing apparatus according to this invention. 1 is a schematic view of a first embodiment of a system for treatment of biomass composition according to the present invention. FIG. FIG. 3 is a schematic view of a second embodiment of a system for treatment of biomass composition according to the present invention. FIG. 4 is a schematic view of a third embodiment of a system for treatment of biomass composition according to the present invention. FIG. 6 is a schematic view of a fourth embodiment of a system for treatment of biomass composition according to the present invention. FIG. 6 is a schematic view of a fifth embodiment of a system for treatment of biomass composition according to the present invention. FIG. 7 is a schematic view of a sixth embodiment of a system for treatment of biomass composition according to the present invention. 2 is a graph showing fluctuations in pressure and temperature when a biomass composition passes through the fluid treatment apparatus shown in FIG.

図面の詳しい説明。図1は、流体処理装置で、概して10で表示され、その垂直横断面である。処理装置10は、縦方向に延在する通路14が画成されるハウジング12を含む。通路には入口(インレット)16および出口(アウトレット)18があり、そして実質一定の円形の横断面である。言い換えると、通路12の断面積は、入口16から出口18まで実質一定である。   Detailed description of the drawing. FIG. 1 is a fluid treatment apparatus, generally designated 10 and is a vertical cross section thereof. The processing apparatus 10 includes a housing 12 in which a longitudinally extending passage 14 is defined. The passage has an inlet 16 and an outlet 18 and is a substantially constant circular cross section. In other words, the cross-sectional area of the passage 12 is substantially constant from the inlet 16 to the outlet 18.

突起部20は入口16から軸方向にハウジング12中に伸び、そして圧縮できる輸送流体の導入のために、それについて外面的にプレナム22を定める。輸送流体(図1に示されない)の供給源に接続可能である入口24を、プレナム22は備える。突起部20は、それについて内部的に入口16および通路14の上流の部分を定める。突起部20は、入口16から遠い遠位末端部26を有する。突起部20の遠位末端部26は、大きくなり、それから、内部で先細りになる表面28を定めるように再び減る厚みを有する。ハウジング12は、壁30があり、それは、突起部20の先細りになる表面28の近くの場所で、それは厚みが増加する。厚みのこの増大は、突起部20の先細りになる表面28のそれと対応する内側のテーパー(先細部)をもつ表面32を、壁30の一部分に提供する。それらの間で、突起部20の先細りになる表面28および壁30の先細りになる表面32は、環状ノズル34を定める。ノズル34はプレナム22と流体連通するノズル入口36を有し、ノズル出口40が通路14に開口し、そしてノズルスロート38はノズル入口36およびノズル出口40の中間に介在する。ノズルスロート38は、ノズル入口36またはノズル出口40のいずれのものよりも小さい断面積を有する。通路14はまた、混合領域17を含み、それはノズル出口40のすぐ下流の通路に位置付けられる。   Projection 20 extends axially from inlet 16 into housing 12 and externally defines a plenum 22 for introduction of compressible transport fluid. The plenum 22 includes an inlet 24 that can be connected to a source of transport fluid (not shown in FIG. 1). The protrusion 20 internally defines an upstream portion of the inlet 16 and the passage 14. The protrusion 20 has a distal end 26 that is remote from the inlet 16. The distal end 26 of the protrusion 20 has a thickness that increases and then decreases again to define a surface 28 that tapers inside. The housing 12 has a wall 30, which is a location near the tapering surface 28 of the protrusion 20, which increases in thickness. This increase in thickness provides a portion of the wall 30 with a surface 32 having an inner taper corresponding to that of the tapered surface 28 of the protrusion 20. Between them, the tapered surface 28 of the protrusion 20 and the tapered surface 32 of the wall 30 define an annular nozzle 34. The nozzle 34 has a nozzle inlet 36 in fluid communication with the plenum 22, a nozzle outlet 40 opens into the passage 14, and a nozzle throat 38 is interposed between the nozzle inlet 36 and the nozzle outlet 40. The nozzle throat 38 has a smaller cross-sectional area than either the nozzle inlet 36 or the nozzle outlet 40. The passage 14 also includes a mixing region 17, which is located in the passage immediately downstream of the nozzle outlet 40.

図2は、図1に示されるタイプの流体処理装置を組み込むバイオマス組成物の処置のための、第1の好適なシステムの具体化を示す。バイオマス組成物は、バイオマスおよび作動流体を含む組成物である。ここに説明する具体化において、好適な作動流体は水であるが、しかし、プロセスを遂行するのにふさわしい他の流体を用いることができる。用語「バイオマス」は、本明細書において燃料またはエネルギー源として用いることができる任意の生物学的材料を説明するために用いる。適切な種類のバイオマスの非制限的な例には、林産品、未処理木製品、エネルギー作物、雑木材、短期輪作雑木材(short rotation coppice)、ならびに、食品加工および高エネルギー作物、たとえば、動物の排泄物、ナタネ(ブドウの搾りかす)、サトウキビおよびトウモロコシ(メイズ)のようなものからの産業上および生分解可能な局地的な生成物が含まれる。しかし、この特定の種類のバイオマスに制限されないが、たとえば、本発明のシステムおよび方法で用いるために最も好ましいバイオマスは、コーン、小麦および大麦のような澱粉ベースの作物である。バイオマスは、予め粉にした(pre-ground)形態で、本発明のシステムおよび方法で使用するために提供することができる。   FIG. 2 shows a first preferred system embodiment for the treatment of biomass compositions incorporating a fluid treatment device of the type shown in FIG. A biomass composition is a composition comprising biomass and a working fluid. In the embodiments described herein, the preferred working fluid is water, but other fluids suitable for performing the process can be used. The term “biomass” is used herein to describe any biological material that can be used as a fuel or energy source. Non-limiting examples of suitable types of biomass include forest products, untreated wood products, energy crops, miscellaneous timber, short rotation coppice, and food processing and high energy crops such as animal Included are industrial and biodegradable local products such as excreta, rapeseed (grass), sugar cane and corn (maize). However, without being limited to this particular type of biomass, for example, the most preferred biomass for use in the systems and methods of the present invention are starch-based crops such as corn, wheat and barley. Biomass can be provided for use in the systems and methods of the present invention in a pre-ground form.

処置システムは、概して50で表示され、流体処理装置10および流体処理装置10の出口18に流体連通する保持容器52を含む。保持容器52は好ましくは、加熱水ジャケット(示さない)によって絶縁され、および囲まれ、そして容器52の内容物を混ぜ、そしてかき混ぜるためにモーター駆動のかき混ぜ機(示さず)を含む。システム50もまた、保持容器52に流体連通する冷却容器54、および冷却容器54に流体連通する発酵容器56を含む。輸送流体供給物58は処理装置10のプレナム入口24に、輸送流体がそれに供給されるように接続される。示さないが、システムはまた、処理装置10の通路14に流体を誘導するための流体処理装置の上流のポンプを含むことができる。同様に、温度調節ユニット(TCU)(示さず)は、流体処理装置10および保持容器52の間で、システム50に含まれうる。TCUは、図1に例示されるタイプの1またはそれよりも多くの流体処理装置を含む。1よりも多く複数の処理装置がTCUにある場合、それらは好ましくは直列に配置される。温度調節ユニットは、流体処理装置10から保持容器52に通過する任意の流体の温度も緩徐に増加させることができる。   The treatment system includes a holding vessel 52, indicated generally at 50, in fluid communication with the fluid treatment device 10 and the outlet 18 of the fluid treatment device 10. Holding vessel 52 is preferably insulated and surrounded by a heated water jacket (not shown) and includes a motor driven agitator (not shown) to mix and agitate the contents of vessel 52. The system 50 also includes a cooling vessel 54 in fluid communication with the holding vessel 52 and a fermentation vessel 56 in fluid communication with the cooling vessel 54. The transport fluid supply 58 is connected to the plenum inlet 24 of the processing apparatus 10 so that transport fluid is supplied thereto. Although not shown, the system can also include a pump upstream of the fluid treatment device for directing fluid into the passage 14 of the treatment device 10. Similarly, a temperature control unit (TCU) (not shown) can be included in the system 50 between the fluid treatment device 10 and the holding vessel 52. The TCU includes one or more fluid treatment devices of the type illustrated in FIG. If there are more than one processing unit in the TCU, they are preferably arranged in series. The temperature adjustment unit can also slowly increase the temperature of any fluid that passes from the fluid treatment device 10 to the holding container 52.

図2において点線の中で囲まれるシステム50は既存のバイオマス処理ラインにインストールすることができ、あるいは必要に応じ、付加的な構成要素を、完全なバイオマス処理ラインを創るためにシステム50に加えることができる。この場合、また、システムは、処理装置10の上流に位置付けられ、および装置10の入口16と流体連通する混合容器60を含むことができる。混合容器60は好ましくは、加熱水ジャケット(示さず)によって囲まれ、そして容器60の内容物を混合し、そしてかき混ぜるために、モーター駆動かき混ぜ機(示さず)を有する。混合容器60もまた、それぞれの第1および第2の付加的な供給物64、68に接続する第1および第2の付加的なライン62、66を含む。システムは、第3および第4の付加的な供給物72、76から発酵薬剤を供給するために発酵容器56に接続する第3および第4の付加的なライン70、74を含むことができる。蒸留容器80は、発酵容器56に流体連通で接続されてよい。そのうえ、発酵容器56および分離容器90の間に位置付けられる保持タンク(参照せず)を提供することができる。蒸留容器80は出口84を有し、そして図2で示すように、直接、または存在するときには、混合容器60を介して、処理装置10の入口16に流体連通する戻りライン82を含むことができる。最後に、システム50はまた、蒸留容器80に流体連通で接続される分離容器90を含むことができる。分離容器90は好ましくは、遠心分離機を含み、そして第2の戻りライン92およびドレインライン(排水管)94を含む。蒸留容器80の戻りライン82と同様に、第2の戻りライン92は、直接、または混合容器60を介して、処理装置10の入口16に流体連通する。ドレインライン94は、セパレーター90内の内容物を取り出すか、または排出させる。   The system 50 enclosed in the dotted line in FIG. 2 can be installed in an existing biomass processing line, or additional components can be added to the system 50 to create a complete biomass processing line, as needed. Can do. In this case, the system can also include a mixing vessel 60 positioned upstream of the processing device 10 and in fluid communication with the inlet 16 of the device 10. Mixing vessel 60 is preferably surrounded by a heated water jacket (not shown) and has a motor driven agitator (not shown) to mix and agitate the contents of vessel 60. The mixing vessel 60 also includes first and second additional lines 62, 66 that connect to respective first and second additional supplies 64, 68. The system can include third and fourth additional lines 70, 74 that connect to the fermentation vessel 56 to supply fermentation agents from the third and fourth additional supplies 72, 76. The distillation vessel 80 may be connected in fluid communication with the fermentation vessel 56. In addition, a holding tank (not referenced) positioned between the fermentation vessel 56 and the separation vessel 90 can be provided. The distillation vessel 80 has an outlet 84 and can include a return line 82 in fluid communication with the inlet 16 of the processing apparatus 10, either directly or through the mixing vessel 60, as shown in FIG. . Finally, the system 50 can also include a separation vessel 90 connected in fluid communication to the distillation vessel 80. Separation vessel 90 preferably includes a centrifuge and includes a second return line 92 and a drain line (drain) 94. Similar to the return line 82 of the distillation vessel 80, the second return line 92 is in fluid communication with the inlet 16 of the processing apparatus 10 either directly or via the mixing vessel 60. The drain line 94 takes out or discharges the contents in the separator 90.

図3はシステムの第2の具体化を示し、概して150で表示される。システム150は、図1に示されるタイプの流体処理機構10、および処理装置10の出口18に流体連通する第1の保持容器52を含む。システム150もまた、第1の保持容器52に流体連通する冷却容器54、および冷却容器54の下流の発酵容器56を含む。輸送流体供給物58は、輸送流体がそれに供給されうるように、処理装置10のプレナム入口24に接続する。第2の具体化が第1の具体化と異なるところは、システム150がさらに、第2の保持容器152、および第1の冷却容器54および発酵容器56の間にシステム150の他の構成要素に直列に接続する第2の冷却容器154を含むことである。双方の第1および第2の保持容器52、152は好ましくは、加熱水ジャケット(示さず)によって絶縁され、および囲まれ、そして各々は、容器52、152の内容物を混合し、およびかき混ぜるためにモータ駆動のかき混ぜ機を含む。   FIG. 3 shows a second embodiment of the system, generally indicated at 150. The system 150 includes a fluid handling mechanism 10 of the type shown in FIG. 1 and a first holding vessel 52 in fluid communication with the outlet 18 of the processing apparatus 10. The system 150 also includes a cooling vessel 54 in fluid communication with the first holding vessel 52 and a fermentation vessel 56 downstream of the cooling vessel 54. A transport fluid supply 58 connects to the plenum inlet 24 of the processing apparatus 10 so that transport fluid can be supplied thereto. Where the second embodiment differs from the first embodiment, the system 150 further includes a second holding vessel 152 and other components of the system 150 between the first cooling vessel 54 and the fermentation vessel 56. A second cooling vessel 154 connected in series. Both first and second holding containers 52, 152 are preferably insulated and surrounded by a heated water jacket (not shown), and each is for mixing and stirring the contents of containers 52, 152 Includes a motor driven stirrer.

システム150では、第1の付加的な供給物164は第1の付加的なライン162によって処理装置10の入口16に接続し、そして第2の付加的な供給物168は第2の付加的なライン166によって第2の保持容器152に接続する。システム150はまた、第3および第4の付加的な供給物72、76から発酵薬剤をそれに供給するために発酵容器56に接続する第3および第4の付加的なライン70、74を含むことができる。   In the system 150, a first additional feed 164 is connected to the inlet 16 of the processor 10 by a first additional line 162, and a second additional feed 168 is a second additional feed Connected to the second holding container 152 by line 166. The system 150 also includes third and fourth additional lines 70, 74 that connect to the fermentation vessel 56 to supply it with fermentation agents from third and fourth additional supplies 72, 76 Can do.

図3中で点線の中で囲まれるシステム150は、既存のバイオマス処理ラインにインストールすることができ、あるいは必要に応じ、付加的な構成要素は、完全なバイオマス処理ラインを創るためにシステム150に加えることができる。この場合、システムはまた、処理装置10の上流に位置付けられ、そして装置10の入口16に流体連通する混合容器60を含むことができる。混合容器60は好ましくは、加熱水ジャケット(示さず)によって囲まれ、および容器60の内容物を混合し、かき混ぜるために、モーター駆動かき混ぜ機(示さず)を有する。混合容器60がシステム150の一部を形成するとき、第1の付加的なライン162は、流体処理装置10の入口の代わりに、混合容器60に接続することができる。蒸留容器80は、発酵容器56の出口160に接続させることができる。蒸留容器80は出口84を有し、そして、図3で示すように直接、または存在するときには、混合容器60を介してのいずれでも、処理装置の入口16に流体連通する戻りライン82も含むことができる。最後に、システム150は蒸留容器80と流体連通で接続する分離容器90を含むことができる。分離容器90は好ましくは、遠心分離機を含み、そして第2の戻りライン92およびドレインライン94を含む。蒸留容器80の戻りライン82と同様に、直接、または混合容器60を介してのいずれでも、第2の戻りライン92は、処理装置の入口16に流体連通する。ドレインライン94は、セパレーター90内の内容物を、取り出すか、または排出させるのを可能にする。   The system 150 enclosed within the dotted line in FIG. 3 can be installed in an existing biomass processing line, or additional components can be added to the system 150 to create a complete biomass processing line, if desired. Can be added. In this case, the system can also include a mixing vessel 60 positioned upstream of the processing apparatus 10 and in fluid communication with the inlet 16 of the apparatus 10. Mixing vessel 60 is preferably surrounded by a heated water jacket (not shown) and has a motor driven agitator (not shown) to mix and agitate the contents of vessel 60. When the mixing vessel 60 forms part of the system 150, the first additional line 162 can be connected to the mixing vessel 60 instead of the inlet of the fluid treatment device 10. The distillation vessel 80 can be connected to the outlet 160 of the fermentation vessel 56. The distillation vessel 80 has an outlet 84 and also includes a return line 82 that is in fluid communication with the processing device inlet 16 either directly or as shown, via the mixing vessel 60 as shown in FIG. Can do. Finally, the system 150 can include a separation vessel 90 that is in fluid communication with the distillation vessel 80. Separation vessel 90 preferably includes a centrifuge and includes a second return line 92 and a drain line 94. Similar to the return line 82 of the distillation vessel 80, the second return line 92, either directly or through the mixing vessel 60, is in fluid communication with the inlet 16 of the processing apparatus. The drain line 94 allows the contents in the separator 90 to be removed or discharged.

図4〜7は、本発明のシステムの他の好適な具体化を示す。システムの第1および第2の具体化と同様に、システムのこれらの追加的な具体化は、図2および3に示される混合、蒸留および分離の容器を用いて補うことができるが、しかし、これらの補足的な容器については簡潔さ上の理由のため、これらの更なる具体化に関して例示または説明はしない。   4-7 show other preferred embodiments of the system of the present invention. Similar to the first and second embodiments of the system, these additional embodiments of the system can be supplemented using the mixing, distillation and separation vessels shown in FIGS. 2 and 3, however, These supplemental containers are not illustrated or described with respect to these further embodiments for reasons of brevity.

図4は、本発明のシステムの第3の具体化を示し、概して250で表示される。システム250は、図1に示されるタイプの流体処理機構10、および処理装置10の出口18に流体連通する第1の保持容器52を含む。システム250はまた、発酵容器56に流体連通する冷却容器54を含み、それらの双方は、第1の保持容器52の下流にある。輸送流体供給物58は、処理装置10のプレナム入口24に、輸送流体がそれに供給されうるように接続される。第3の具体化が前述の具体化と異なるところは、システム250がさらに、第2の流体処理装置210、および第1の保持容器52および冷却容器54の間でシステム250の他の構成要素と直列に接続される第2の保持容器252を含むことである。第2の処理装置210は、図1に図示される第1の処理装置10と実質同一で、そしてそのそれぞれのプレナム入口に接続される第2の輸送流体供給物258を有する。   FIG. 4 shows a third embodiment of the system of the present invention, indicated generally at 250. The system 250 includes a fluid handling mechanism 10 of the type shown in FIG. 1 and a first holding vessel 52 in fluid communication with the outlet 18 of the processing apparatus 10. The system 250 also includes a cooling vessel 54 that is in fluid communication with the fermentation vessel 56, both of which are downstream of the first holding vessel 52. The transport fluid supply 58 is connected to the plenum inlet 24 of the processing apparatus 10 so that transport fluid can be supplied thereto. The third embodiment differs from the previous embodiment in that the system 250 further includes a second fluid treatment device 210 and other components of the system 250 between the first holding vessel 52 and the cooling vessel 54. A second holding container 252 connected in series. The second processing device 210 has a second transport fluid supply 258 that is substantially identical to the first processing device 10 illustrated in FIG. 1 and connected to its respective plenum inlet.

システム250では、第1の付加的な供給物264は、第1の処理装置10の入口16に、第1の付加的なライン262によって接続され、その一方で第2の付加的な供給物268は第2の付加的なライン266によって第2の処理装置210の入口に接続される。システム250はまた、第3および第4の付加的な供給物72、76から発酵薬剤を供給するために発酵容器56に接続される第3および第4の付加的なライン70、74を含むことができる。発酵容器56は出口260を有する。   In the system 250, the first additional feed 264 is connected to the inlet 16 of the first processing unit 10 by a first additional line 262, while the second additional feed 268. Is connected to the inlet of the second processor 210 by a second additional line 266. The system 250 also includes third and fourth additional lines 70, 74 connected to the fermentation vessel 56 to supply fermentation agents from the third and fourth additional supplies 72, 76 Can do. The fermentation vessel 56 has an outlet 260.

図5は本発明のシステムの第4の具体化を示し、概して350で指定される。システム350は、互いに並列にあって、下流に位置付けられる共有発酵容器56に接続される第1および第2の処理ラインを含む。第1の処理ラインは、図1に示されるタイプの第1の流体処理装置10、第1の処理装置10の出口18に流体連通する第1の保持容器52、および第1の保持容器52に流体連通する第1の冷却容器54を含む。第1の輸送流体供給物58は、第1の処理装置10のプレナム入口24に、輸送流体がそれに供給されうるように接続される。第2の処理ラインはまた、図1で示されるタイプの第2の流体処理装置310、第2の処理装置310の出口に流体連通する第2の保持容器352、および第2の保持容器352に流体連通する第2の冷却容器354を含む。システム350は、第2の処理装置310のプレナム入口に輸送流体を供給するために、第2の輸送流体供給物358を含むことができる。   FIG. 5 shows a fourth embodiment of the system of the present invention, generally designated 350. System 350 includes first and second processing lines that are parallel to each other and connected to a shared fermentation vessel 56 positioned downstream. The first processing line includes a first fluid processing device 10 of the type shown in FIG. 1, a first holding vessel 52 in fluid communication with the outlet 18 of the first processing device 10, and a first holding vessel 52. A first cooling vessel 54 in fluid communication is included. The first transport fluid supply 58 is connected to the plenum inlet 24 of the first processing apparatus 10 so that transport fluid can be supplied thereto. The second processing line also includes a second fluid processing device 310 of the type shown in FIG. 1, a second holding vessel 352 in fluid communication with the outlet of the second processing device 310, and a second holding vessel 352. A second cooling vessel 354 is in fluid communication. The system 350 can include a second transport fluid supply 358 to supply transport fluid to the plenum inlet of the second processing device 310.

双方の第1および第2の冷却容器54、354は、下流に位置付けられる発酵容器56に流体連通する。   Both first and second cooling vessels 54, 354 are in fluid communication with a fermentation vessel 56 positioned downstream.

システム350では、第1の付加的な供給物364は、第1の付加的なライン362によって第1の処理装置10の入口16に接続され、その一方で第2の付加的な供給物368は第2の付加的なライン366によって第2の処理装置310の入口に接続される。システム350は、第3および第4の付加的な供給物72、76から発酵薬剤をそれに供給するために発酵容器56に接続される第3および第4の付加的なライン70、74を含むことができる。発酵容器56は、システムを補うために、図2に示されるタイプの蒸留容器および分離容器と発酵容器56とを接続することができる出口360を有する。システム350において、蒸留容器および分離容器が存在する場合、システム350は、蒸留および分離の容器を、第2の処理装置310の入口と接続するそれぞれの戻りライン(示さず)を含むことができる。システム350は、第1および第2の処理ラインの上流で混合容器(示さず)も含むことができ、でなければ第1および第2の処理ラインの各々のために、第1および第2の混合容器を供する。   In the system 350, the first additional feed 364 is connected to the inlet 16 of the first processor 10 by a first additional line 362, while the second additional feed 368 is A second additional line 366 connects to the inlet of the second processing device 310. System 350 includes third and fourth additional lines 70, 74 connected to fermentation vessel 56 to supply fermentation agents to it from third and fourth additional supplies 72, 76 Can do. The fermentation vessel 56 has an outlet 360 that can connect the fermentation vessel 56 to a distillation vessel and separation vessel of the type shown in FIG. 2 to supplement the system. In the system 350, if a distillation vessel and a separation vessel are present, the system 350 can include respective return lines (not shown) that connect the distillation and separation vessel to the inlet of the second processing device 310. The system 350 can also include a mixing vessel (not shown) upstream of the first and second processing lines, otherwise the first and second processing lines for each of the first and second processing lines. Serve mixing vessel.

図6および7は、本発明に従うシステムの第5および第6の具体化を示す。システムは、概して450および550で指定され、図2に示されるシステム50と似る。その各々は、保持容器52、保持容器52に流体連通する冷却容器54、および冷却容器54に流体連通する発酵容器56を有する。システム450、550が前述の具体化のシステムと異なるところは、流体処理装置に関する。保持容器52の上流で単一の流体処理装置の代わりに、各々のシステム450、550は流体処理装置のアレイを利用する。   Figures 6 and 7 show fifth and sixth embodiments of the system according to the invention. The system is generally designated 450 and 550 and is similar to the system 50 shown in FIG. Each has a holding vessel 52, a cooling vessel 54 in fluid communication with the holding vessel 52, and a fermentation vessel 56 in fluid communication with the cooling vessel 54. The difference between the systems 450, 550 from the system of implementation described above relates to the fluid treatment device. Instead of a single fluid treatment device upstream of the holding vessel 52, each system 450, 550 utilizes an array of fluid treatment devices.

第5の具体化のシステム450では、流体処理装置10が提供され、そこでは、装置10が保持容器52の上流で互いに直列に配置される。図6に図示されるように、処理装置のアレイは、単一の輸送流体供給物58を共有することができ、でなければ、各々の処理装置はそれ自身の専用の輸送流体供給物を有することができる。システム450は、それぞれの第1および第2の付加的なライン464、468を含むことができ、それらは、それぞれの第1および第2の付加的なライン462、466を、流体処理装置10の入口16にアレイで接続する。前述の具体化と同様に、第3および第4の付加的なライン70、74は、それぞれの第3および第4の付加的な供給物72、76を発酵容器56に接続するために、システム450において存在することができる。   In a fifth embodiment system 450, a fluid treatment device 10 is provided in which the devices 10 are placed in series with each other upstream of the holding vessel 52. As illustrated in FIG. 6, an array of processing devices can share a single transport fluid supply 58, otherwise each processing device has its own dedicated transport fluid supply. be able to. The system 450 can include respective first and second additional lines 464, 468 that connect the respective first and second additional lines 462, 466 of the fluid treatment device 10. Connect to inlet 16 in an array. Similar to the previous embodiment, the third and fourth additional lines 70, 74 are connected to the fermentation vessel 56 to connect the respective third and fourth additional feeds 72, 76 to the fermentation vessel 56. Can exist at 450.

第6の具体化のシステム550では、流体処理装置10のアレイが提供され、それらは、装置10の第1および第2の保持容器52の上流で並行に配置される。処理装置のアレイは単一の輸送流体供給物を共有することができ、でなければ、図7で示すように、処理装置の各対はそれぞれの第1および第2の輸送流体供給物58、558を有することができる。等しく、個々の各装置10は、輸送流体のそれ自身の専用の供給物を有することができる。システム550は、それぞれの第1および第2の付加的な供給物564、568を、アレイを形成する各ペアにおいて流体処理装置10の入口16に接続する第1および第2の付加的なライン562、566を含むことができる。前述の具体化と同様に、第3および第4の付加的なライン70、74は、それぞれの第3および第4の付加的な供給物72、76を発酵容器56に接続するために、システム450において存在することができる。   In a sixth embodiment system 550, an array of fluid treatment devices 10 is provided, which are arranged in parallel upstream of the first and second holding vessels 52 of the device 10. An array of processing devices can share a single transport fluid supply, otherwise each pair of processing devices has a respective first and second transport fluid supply 58, as shown in FIG. Can have 558. Equally, each individual device 10 can have its own dedicated supply of transport fluid. The system 550 includes first and second additional lines 562 that connect respective first and second additional supplies 564, 568 to the inlet 16 of the fluid treatment device 10 in each pair forming the array. , 566. Similar to the previous embodiment, the third and fourth additional lines 70, 74 are connected to the fermentation vessel 56 to connect the respective third and fourth additional feeds 72, 76 to the fermentation vessel 56. Can exist at 450.

添付図面を参照し、バイオマスおよび作動流体を含む組成物の処置のためのプロセスの好適な具体化を、次に説明する。   A preferred embodiment of a process for the treatment of a composition comprising biomass and working fluid will now be described with reference to the accompanying drawings.

プロセスの第1の具体化は、図2に図示されるシステム50の第1の具体物を利用する。扱われる組成物は、バイオマスおよび作動流体の混合物を含む。上記のように、バイオマスは多種多様な供給源から得ることができ、しかし、バイオマスは澱粉ベースの作物(例は、コーン)であることが好ましい。また上述のように、作動流体は好ましくは水である。バイオマスおよび作動流体は、システム50から遠く離れた場所で組成物を形成するために混ぜ合わせることができる。あるいはまた、システム50が混合容器60を含む場合、組成物は混合容器60で形成することができる。基本の澱粉ベースの作物は、制御された質量(mass、大量)の追加的な流量で、混合容器60において作動流体中に導入される。作物の導入は、手動で、または自動的に為すことができ、そして連続的に、またはバッチとして導入することができる。作物および作動流体の混合は、スラリー(泥漿)を形成する組成物に導く。別々に、第1および第2の付加的な供給物64、68において保持されるアミラーゼ酵素およびセルラーゼ酵素は、それぞれの第1および第2の付加的な供給ライン62、66を介して組成物に加えられる。好ましくは、泥漿中の作物対液体含量の比は、20-40重量%である。随意に、1またはそれよりも多くのPH調節体(アジャスター)(例は、希釈硫酸、アンモニア)および/または界面活性剤は、この点で泥漿に添加することもできる。   The first embodiment of the process utilizes the first embodiment of the system 50 illustrated in FIG. The composition to be treated comprises a mixture of biomass and working fluid. As noted above, biomass can be obtained from a wide variety of sources, but it is preferred that the biomass is a starch-based crop (eg, corn). Also, as mentioned above, the working fluid is preferably water. Biomass and working fluid can be combined to form a composition at a location remote from the system 50. Alternatively, if the system 50 includes a mixing vessel 60, the composition can be formed with the mixing vessel 60. The basic starch-based crop is introduced into the working fluid in the mixing vessel 60 at an additional flow rate of controlled mass. The introduction of the crop can be done manually or automatically and can be introduced continuously or as a batch. The mixing of crop and working fluid leads to a composition that forms a slurry. Separately, the amylase and cellulase enzymes retained in the first and second additional feeds 64, 68 are transferred to the composition via respective first and second additional feed lines 62, 66. Added. Preferably, the ratio of crop to liquid content in the slurry is 20-40% by weight. Optionally, one or more PH regulators (adjusters) (eg, dilute sulfuric acid, ammonia) and / or surfactants can be added to the slurry in this regard.

ここに記述される処置プロセスの実施例の各々で利用されるアミラーゼ酵素は好ましくは、750および824 AGU/gの間の活性を有する、α-アミラーゼである。酵素活性は、湿性作物(wet crop)または供給原料の単位質量につき表示される。   The amylase enzyme utilized in each of the treatment process examples described herein is preferably an α-amylase having an activity between 750 and 824 AGU / g. Enzyme activity is expressed per unit mass of wet crop or feedstock.

加熱水は混合容器60を囲む水ジャケットに入れられ、そして次いで加熱水ジャケットは容器60において泥漿を、典型的に30-60℃の温度に、最も好ましくは30-40℃に加熱し、および30-120分の間この温度で泥漿を保持する。泥漿が混合容器60で保持される間、モータ駆動のかき混ぜ機は泥漿を穏やかな(すなわち低い剪断の)動揺でかき混ぜる。   Heated water is placed in a water jacket surrounding the mixing vessel 60, and the heated water jacket then heats the slurry in the vessel 60, typically to a temperature of 30-60 ° C, most preferably 30-40 ° C, and 30 -Hold mud at this temperature for 120 minutes. While the slurry is held in the mixing vessel 60, the motor driven agitator agitates the slurry with gentle (ie low shear) agitation.

泥漿は、澱粉含量を完全な水和のために調製されることを可能にするために、十分な時間の期間の間に混合容器60において望ましい温度で保持される。泥漿が十分な時間の間に混合容器60において浸されたとき、それは容器60から排出させて、入口16を介して流体処理装置10の通路14中に誘導される。組成物は、重力の下で流体処理装置10に誘導されうる。あるいはまた、ポンプが存在するならば、ポンプは低い剪断状況の下で流体処理装置10に組成物を誘導することができる。   The slurry is held at the desired temperature in the mixing vessel 60 for a sufficient period of time to allow the starch content to be prepared for complete hydration. When the slurry is soaked in the mixing vessel 60 for a sufficient amount of time, it is drained from the vessel 60 and directed through the inlet 16 into the passage 14 of the fluid treatment device 10. The composition can be directed to the fluid treatment device 10 under gravity. Alternatively, if a pump is present, the pump can direct the composition to the fluid treatment device 10 under low shear conditions.

図1を参照して、泥漿が流体処理装置10に達するとき、泥漿は入口16を通って通路14に入り、そして出口18から外に通る。輸送流体は、この非制限的な例のそれは好ましくは蒸気であり、5-7バール(Bar)の間での好ましい圧力の輸送流体供給物58からプレナム入口24まで供給される。入口24およびプレナム22を通しての輸送流体の導入は、蒸気の噴射が非常に高く、好ましくは超音波の、速さでノズル出口40から出る原因になる。蒸気が泥漿に注入されるとき、運動量および質量の移動は、蒸気および液滴の流動様式を形成するために2つの間で起こり、泥漿の作動流体構成要素の細分化をもたらす。言い換えると、組成物中の作動流体は、連続気相において分散する非常に小さな液滴に分解される。この移動は、蒸気の膨張によって、それがノズル34を出るとき、通路14の混合領域17において発生する乱気流を通して高められる。混合領域17に注入される蒸気は、剪断力を泥漿に適用し、作動流体成分を細分化するだけでなく、泥漿の中に懸濁される基本の作物の細胞構造も崩壊させる。細胞構造のこの破壊は、作物から存在する任意の澱粉顆粒をも分離する一方で、同時に組成物にも存在するリグノセルロース物質をできるだけ多く曝露させる。   Referring to FIG. 1, when the slurry reaches the fluid treatment device 10, the slurry enters the passage 14 through the inlet 16 and passes out through the outlet 18. The transport fluid, in this non-limiting example, is preferably steam and is fed from the transport fluid supply 58 at a preferred pressure between 5-7 Bar to the plenum inlet 24. The introduction of the transport fluid through the inlet 24 and plenum 22 causes the vapor injection to be very high, preferably exiting the nozzle outlet 40 at an ultrasonic rate. When steam is injected into the slurry, momentum and mass transfer occur between the two to form a flow pattern of steam and droplets, resulting in subdivision of the working fluid components of the slurry. In other words, the working fluid in the composition breaks down into very small droplets that are dispersed in a continuous gas phase. This movement is enhanced by the expansion of steam through the turbulence generated in the mixing region 17 of the passage 14 as it exits the nozzle 34. The steam injected into the mixing zone 17 not only applies shear forces to the slurry and breaks down the working fluid components, but also disrupts the basic crop cellular structure suspended in the slurry. This disruption of cellular structure separates any starch granules present from the crop while at the same time exposing as much of the lignocellulosic material present in the composition as possible.

組成物が流体処理装置10を通過するような組成物の温度および圧力は、図8のグラフにおいて見ることができ、そのグラフは、図1の装置10において種々の点を組成物が通過するとき、温度および圧力のプロファイル(側面)を示す。グラフは、4つのセクション(区分)A-Dに分けられており、それらは、装置10の種々の区分に対応する。区分Aは、入口16およびノズル34の間で通路14の区分に対応する。区分Bは、ノズル34および混合領域17の中間部分の間で広がる混合領域17の上流の区分に対応する。区分Cは混合領域17の前述の中間の部分および出口18の間で広がる混合領域17の下流の区分に対応し、その一方で区分Dは組成物が出口18を通過するときのその温度および圧力を例示する。   The temperature and pressure of the composition such that the composition passes through the fluid treatment device 10 can be seen in the graph of FIG. 8, which shows when the composition passes through various points in the device 10 of FIG. Shows temperature and pressure profiles (sides). The graph is divided into four sections (sections) A-D, which correspond to the various sections of the device 10. Section A corresponds to the section of passage 14 between inlet 16 and nozzle 34. Section B corresponds to the section upstream of the mixing region 17 that extends between the nozzle 34 and the middle portion of the mixing region 17. Section C corresponds to the aforementioned intermediate portion of the mixing zone 17 and the downstream section of the mixing zone 17 extending between the outlets 18 while section D is its temperature and pressure as the composition passes through the outlet 18 Is illustrated.

蒸気は、図8のグラフの区分Bの始めに、組成物中に注入される。蒸気の注入で、好ましくは、超音速での、およびノズル34を出ることでのその膨張は、ノズル34のすぐ下流の混合領域17の区分において低圧エリアを生じさせる。蒸気および幾何学的な状況、および熱と質量の移動の率によって定められる点で、蒸気の速さは減り、そして蒸気は凝縮し始める。蒸気の凝縮は続くことができ、そして混合領域17の下流の区分において、凝縮衝撃波を形成することができる。図8の区分Cで見ることができるように、凝縮衝撃波の形成は、組成物の圧力における急速な増加を引き起こし、そして組成物は図8の区分Dにおける液相へと凝縮する。   Steam is injected into the composition at the beginning of section B of the graph of FIG. Its expansion at the injection of steam, preferably at supersonic speed and at the exit of nozzle 34, creates a low pressure area in the section of mixing region 17 immediately downstream of nozzle 34. At a point determined by the steam and geometric conditions, and the rate of heat and mass transfer, the steam speed decreases and the steam begins to condense. Vapor condensation can continue and a condensation shock wave can be formed in the downstream section of the mixing zone 17. As can be seen in section C of FIG. 8, the formation of a condensed shock wave causes a rapid increase in the pressure of the composition and the composition condenses into the liquid phase in section D of FIG.

上述のように、蒸気がノズル34を通して組成物に注入されると、圧力減少は混合領域17の上流の区分において生じることがある。圧力におけるこの縮小は、ノズル出口40に近い混合領域17のこの上流の区分で、少なくとも部分的な真空を形成する。テストは、蒸気が注入されると、およそ90%の真空が領域17において達成されることが分かった。   As described above, when steam is injected into the composition through the nozzle 34, a pressure decrease may occur in a section upstream of the mixing zone 17. This reduction in pressure creates at least a partial vacuum in this upstream section of the mixing region 17 near the nozzle outlet 40. Tests have shown that approximately 90% vacuum is achieved in region 17 when steam is injected.

以前述べたように、剪断力は、注入された蒸気によって組成物に適用され、そして創られる以降の乱流は泥漿において懸濁される基本の作物の細胞構造を崩壊させる。泥漿が、混合領域17において形成される部分的な真空、および凝縮衝撃波を通過するとき、図8の区分BおよびCでの圧力プロファイルによって例示されるように、それは圧力発生での変化によってさらに破壊される。   As previously mentioned, shear forces are applied to the composition by the injected steam, and the subsequent turbulence created disrupts the basic crop cell structure suspended in the slurry. As the slurry passes through the partial vacuum formed in the mixing region 17 and the condensed shock wave, it is further broken by changes in pressure generation, as illustrated by the pressure profile in sections B and C of FIG. Is done.

澱粉顆粒が装置10において作物から分離されるとき、顆粒は、蒸気の導入のために、ほとんど即座にさらに水和し、加熱され、そして活性化される。装置10は、水和を完了し、泥漿が通り抜けるとき、澱粉内容物を活性化させ、またはゼラチン化するために、組成物を同時にポンプで圧送し、加熱する。言い換えると、澱粉顆粒の同種の膨張は、熱の存在において、水を吸収する顆粒のために起こる。これはゆるめるために顆粒の範囲内で澱粉ポリマーの間での水素結合を引き起こし、そして結晶構造の元に戻らない破壊が顆粒内部にある。   When the starch granules are separated from the crop in the device 10, the granules are further hydrated, heated and activated almost immediately for the introduction of steam. The apparatus 10 simultaneously pumps and heats the composition to complete the hydration and to activate or gelatinize the starch contents as the slurry passes. In other words, homogenous expansion of starch granules occurs due to granules that absorb water in the presence of heat. This causes hydrogen bonding between the starch polymers within the granules to loosen, and there is irreversible fracture of the crystal structure inside the granules.

そのうえ、装置は、アミラーゼおよびセルラーゼの酵素を組成物中に混ぜ、均質な分布および液相において澱粉およびリグノセルロースの物質との高レベルの接触を提供する。組成物の温度は、それが装置10を去るときに、好ましくは74-76℃の間である。   In addition, the device mixes the amylase and cellulase enzymes into the composition and provides a high level of contact with the starch and lignocellulose materials in a homogeneous distribution and liquid phase. The temperature of the composition is preferably between 74-76 ° C. as it leaves the device 10.

組成物は、装置10を去るときの温度は、澱粉含量の活性化および細胞の破壊の間、組成物への任意の熱損傷を避けられるように選ばれる。しかし、この温度は、アミラーゼおよびセルラーゼの酵素の最適なパフォーマンス(性能)のために、その温度より低いことがある。組成物の温度は従って、組成物に極端に高い温度または付加的剪断力をかけることなく上昇させる必要があるかもしれない。この穏やかな加熱は、装置10および保持容器52の間に位置付けられる随意の温度調節ユニット(TCU)を用いて達成することができる。   The composition is selected so that the temperature upon leaving the device 10 avoids any thermal damage to the composition during activation of starch content and cell destruction. However, this temperature may be lower than that for optimal performance of amylase and cellulase enzymes. The temperature of the composition may therefore need to be increased without subjecting the composition to extremely high temperatures or additional shear forces. This gentle heating can be achieved using an optional temperature control unit (TCU) positioned between the device 10 and the holding vessel 52.

上述したように、TCUは、図1に図示されるタイプの1またはそれよりも多くの流体処理装置を含む。TCUを作成する装置に供給される蒸気の圧力は、制御され、その結果蒸気の圧力は、TCUの上流で流体処理装置10に供給されるそれと比較したときそれが比較的低い。TCUの装置のための好ましい蒸気入力圧は、0.5-2.0バールの間にある。結果的に、組成物がTCUを通過するときに、輸送流体速度はほとんど、またはまったく剪断力がないほど著しく低く、または凝縮衝撃が、注入された蒸気によって組成物に適用される。その代わりに、TCUは単に、組成物の温度を穏やかに上げるために、低圧蒸気を使うだけである。   As mentioned above, a TCU includes one or more fluid treatment devices of the type illustrated in FIG. The pressure of the steam supplied to the device that creates the TCU is controlled so that the pressure of the steam is relatively low when compared to that supplied to the fluid treatment device 10 upstream of the TCU. The preferred steam input pressure for the TCU device is between 0.5-2.0 bar. As a result, when the composition passes through the TCU, the transport fluid velocity is so low that there is little or no shear, or a condensation impact is applied to the composition by the injected vapor. Instead, the TCU simply uses low pressure steam to gently raise the temperature of the composition.

一旦それがTCUを通過するなら、組成物は好ましくは、80-85℃の間での、および最も好ましくは83℃での温度である。保持容器52の水ジャケットは、泥漿を前述の温度に維持する加熱水を受け取る。何らTCUがシステム50に存在しないならば、加熱水ジャケットは泥漿の温度を望ましい範囲内に上昇させ、そしてそれからそれを維持するのに用いられる。組成物は、アミラーゼおよびセルラーゼの酵素が、存在する澱粉、セルロースおよびヘミセルロースを糖に転換させるのを可能にするのに十分な滞留時間の間、保持容器52において保持される。滞留時間の終わりに、組成物は発酵容器56に移される。このようにして、本発明の方法およびシステムは、バイオマスから多糖類を生じさせるのに用いることができ、それは、必要に応じて、アルコール、たとえば、エタノールのようなもの、特にバイオエタノールにまでさらに処理されることがある。   Once it passes through the TCU, the composition is preferably at a temperature between 80-85 ° C and most preferably at 83 ° C. The water jacket of the holding vessel 52 receives heated water that maintains the slurry at the aforementioned temperature. If no TCU is present in the system 50, the heated water jacket is used to raise and then maintain the slurry temperature within the desired range. The composition is held in holding container 52 for a residence time sufficient to allow amylase and cellulase enzymes to convert the starch, cellulose and hemicellulose present to sugar. At the end of the residence time, the composition is transferred to the fermentation vessel 56. In this way, the method and system of the present invention can be used to generate polysaccharides from biomass, which can be further expanded to alcohols, such as, for example, ethanol, especially bioethanol, if necessary. May be processed.

発酵のための組成物の好適な温度は、30および40℃の間であり、そして最も好ましくは35℃である。保持容器52および発酵容器56の間で組成物の温度を下げるために、組成物は、慣習的なマッシュクーラーと同様な様式で動作する冷却容器54を通過させることができる。あるいはまた、冷却容器54が存在しないなら、組成物は発酵容器56での望ましい温度への冷却に委ねることができる。   Suitable temperatures for the composition for fermentation are between 30 and 40 ° C, and most preferably 35 ° C. In order to lower the temperature of the composition between the holding vessel 52 and the fermentation vessel 56, the composition can be passed through a cooling vessel 54 that operates in a manner similar to a conventional mash cooler. Alternatively, if the cooling vessel 54 is not present, the composition can be left to cool to the desired temperature in the fermentation vessel 56.

発酵薬剤は好ましくは、発酵容器56またはそのすぐ上流のいずれかで、組成物に添加される。薬剤は第3および第4の付加的な供給物72、76に含まれ、およびそれぞれの付加的なライン70、74を介して組成物に届けられる。用いられる発酵薬剤は、グルコアミラーゼおよび酵母であることができる。一旦薬剤が加えられ、そして組成物が望ましい温度範囲内にあるならば、組成物は、薬剤が、存在する糖をアルコールに、たとえばバイオエタノールのようなものに転換させるのを許す十分な時間の間、望ましい温度範囲内で発酵容器において保持される。   The fermentation agent is preferably added to the composition either at fermentation vessel 56 or immediately upstream thereof. The drug is contained in the third and fourth additional supplies 72, 76 and is delivered to the composition via respective additional lines 70, 74. Fermentation agents used can be glucoamylase and yeast. Once the drug is added and the composition is within the desired temperature range, the composition has sufficient time to allow the drug to convert the sugars present to alcohol, such as bioethanol. Meanwhile, it is held in the fermentation vessel within the desired temperature range.

一旦発酵ステージが完了すると、組成物は以降の蒸留および分離のために移すことができまる。以前に述べたように、これらのその後のプロセスは、本発明のシステムおよび方法の一部分であってよく、またはそうでない場合がある。蒸留容器80において、組成物は沸騰し、そして組成物に存在する任意のアルコール(エタノール)は蒸発し、出口84を介し排出される。アルコールに残留する任意の不純物を除去するために、分子篩を出口の下流に提供することができる。その上、蒸留容器80および分離機(セパレーター)容器90の間に位置付けられる水回収システム(示さず)を提供することができる。蒸留容器80に残される組成物の残部は、“全体の蒸留廃液(whole stillage)”として知られる。この全体の蒸留廃液は、2つの主要な構成要素から作成され、すなわち、基本の作物の非澱粉要素〔別名“蒸留かす(distiller’s grains)”として知られる〕および水〔別名“希薄な蒸留廃液(thin stillage)”として知られる〕である。この全体の蒸留廃液は、分離容器90に蒸留容器80から移され、その結果、蒸留かすおよび希薄な蒸留廃液を互いから分離することができる。分離は好ましくは、遠心分離機を用いて達成される。分離された希薄な蒸留廃液は、必要に応じて戻りライン92を介して組成物へと加えることができる。蒸留かすを加工し、および動物飼料として用いることができる。   Once the fermentation stage is complete, the composition can be transferred for subsequent distillation and separation. As previously mentioned, these subsequent processes may or may not be part of the system and method of the present invention. In the distillation vessel 80, the composition boils and any alcohol (ethanol) present in the composition evaporates and is discharged through the outlet 84. A molecular sieve can be provided downstream of the outlet to remove any impurities remaining in the alcohol. Moreover, a water recovery system (not shown) positioned between the distillation vessel 80 and the separator (separator) vessel 90 can be provided. The remainder of the composition left in the distillation vessel 80 is known as the “whole stillage”. This entire distillation effluent is made up of two main components: the non-starch element of the basic crop (also known as “distiller's grains”) and water (also known as “diluted distillation effluent ( thin stillage) ”. This entire distillation waste solution is transferred from the distillation vessel 80 to the separation vessel 90, so that the distillation residue and the dilute distillation waste solution can be separated from each other. Separation is preferably accomplished using a centrifuge. The separated distillate waste liquor can be added to the composition via return line 92 as needed. Distilled waste can be processed and used as animal feed.

システム150の第2の具体化によって採用されるプロセスは、図3で示すように、システム50の第1の具体化によって採用されるものに類似する。扱われる組成物は、バイオマスおよび作動流体の混合物を含む。好ましいバイオマスは澱粉系(ベース)の作物(例は、コーン)であり、そして作動流体は好ましくは水である。バイオマスおよび作動流体は、システム150と遠く離れた場所で組成物を形成するために、混合されるかもしれない。あるいはまた、システム150が混合容器60を含む場合、組成物は混合容器60において形成することができる。基本の澱粉ベースの作物は、制御された質量の追加的流量で、混合容器60において作動流体中に導入される。作物および作動流体の混合は、泥漿を形成する添え異物を導く。別に、第1の付加的な供給物164において保持されるアミラーゼ酵素はさらに、第1の付加的な供給ライン162を介して組成物に加えられる。第1の付加的なライン162は、直接に、存在するときには混合容器60に、さもないと、流体処理装置10の入口16にアミラーゼ酵素を供給することができる。好ましくは、泥漿における液体含量に対する作物のパーセンテージは、20-40重量%である。随意に、1またはそれよりも多くのPH調整剤(アジャスター)および/または界面活性剤を、この点で泥漿に加えることもできる。   The process employed by the second implementation of system 150 is similar to that employed by the first implementation of system 50, as shown in FIG. The composition to be treated comprises a mixture of biomass and working fluid. The preferred biomass is a starch-based (base) crop (eg corn) and the working fluid is preferably water. Biomass and working fluid may be mixed to form a composition at a remote location with the system 150. Alternatively, if the system 150 includes a mixing vessel 60, the composition can be formed in the mixing vessel 60. Basic starch-based crops are introduced into the working fluid in the mixing vessel 60 at an additional flow rate of controlled mass. Mixing crops and working fluids leads to extraneous matter that forms a slurry. Alternatively, the amylase enzyme retained in the first additional feed 164 is further added to the composition via the first additional feed line 162. The first additional line 162 can supply amylase enzyme directly to the mixing vessel 60 when present, or to the inlet 16 of the fluid treatment device 10. Preferably, the percentage of the crop to the liquid content in the slurry is 20-40% by weight. Optionally, one or more PH modifiers (adjusters) and / or surfactants can be added to the slurry at this point.

加熱水は混合容器60を囲む水ジャケットに入れられ、そして加熱水ジャケットはそれから、泥漿を容器60において一般的に30-60℃、最も好ましくは30-40℃の温度に加熱し、そして泥漿を30-120分間この温度で保持する。泥漿が混合容器60において保持される間、モータ駆動かき混ぜ機は泥漿を穏やかな(すなわち、低い剪断)動揺でかき混ぜる。   The heated water is placed in a water jacket surrounding the mixing vessel 60, and the heated water jacket then heats the slurry in the vessel 60 to a temperature generally between 30-60 ° C, most preferably 30-40 ° C, and the slurry is removed. Hold at this temperature for 30-120 minutes. While the slurry is held in the mixing vessel 60, the motor driven agitator stirs the slurry with gentle (ie, low shear) agitation.

泥漿は、澱粉含量が完全な水和のために調製されるのを可能にするために、十分な時間の期間の間に混合容器60において望ましい温度で保持される。泥漿が十分な時間の間に混合容器60において浸されたとき、それは容器60から排出され、そして入口16を介して流体処理装置10の通路14に誘導される。組成物は、重力の下で流体処理装置10に誘導することができる。あるいはまた、ポンプが存在するなら、ポンプは、組成物を、流体処理装置10中に誘導することができる。この場合、低剪断ポンプが用いられる。流体処理装置10は、プロセスの第1の具体化で用いられるものと同一である。装置10の操作の様式、その中で起こる機構、および組成物に対する結果として生じる影響は、図1および8に関し先に述べたように、プロセスの第1の具体化の場合のようなものである。したがって、それらは、再度ここで詳述はしない。   The slurry is held at the desired temperature in the mixing vessel 60 for a sufficient period of time to allow the starch content to be prepared for complete hydration. When the slurry is soaked in the mixing vessel 60 for a sufficient amount of time, it is discharged from the vessel 60 and directed via the inlet 16 to the passage 14 of the fluid treatment device 10. The composition can be directed to the fluid treatment device 10 under gravity. Alternatively, if a pump is present, the pump can direct the composition into the fluid treatment device 10. In this case, a low shear pump is used. The fluid treatment device 10 is the same as that used in the first embodiment of the process. The mode of operation of the device 10, the mechanisms that occur therein, and the resulting effects on the composition are as in the first embodiment of the process, as described above with respect to FIGS. . They are therefore not detailed here again.

澱粉顆粒が装置10において作物から分離されると、顆粒は、蒸気の導入のために、ほとんど即座にさらに水和され、加熱され、および活性化される。装置10は、水和を完了し、泥漿が通過するとき澱粉含量を活性化するか、またはゼラチン化するために、同時に組成物をポンプで圧送し、および加熱する。そのうえ、装置はアミラーゼ酵素を組成物に混合し、液相において澱粉材料との接触の同質の分布および高いレベルを提供する。組成物が装置10を去るときその温度は、好ましくは74-76℃の間である。   Once the starch granules are separated from the crop in the device 10, the granules are further hydrated, heated and activated almost immediately for the introduction of steam. The device 10 simultaneously pumps and heats the composition to complete hydration and activate or gelatinize the starch content as the slurry passes. Moreover, the device mixes the amylase enzyme into the composition and provides a homogeneous distribution and high level of contact with the starch material in the liquid phase. When the composition leaves device 10, the temperature is preferably between 74-76 ° C.

プロセスの第1の具体化と同様に、上述のタイプの温度調節ユニット(TCU)を、組成物の温度を先に述べたのと同様に穏やかに上げるために、システム150に含むことができる。一旦それがTCUを通過するなら、組成物は好ましくは80-85℃の間の温度で、そして最も好ましくは83℃である。組成物は次いで第1の保持容器52に移される。第1の保持容器52の水ジャケットは、泥漿を前記の温度に維持する加熱水を受ける。TCUがシステム150で存在しないなら、加熱水ジャケットは泥漿の温度を望ましい範囲内までに増加させて、それからそれを維持するのに用いられる。組成物は、アミラーゼ酵素が組成物において存在する澱粉を糖に転換するのを可能にするのに十分な第1の滞留時間の間、第1の保持容器52において保持される。第1の滞留時間の終わりに、組成物は第2の保持容器152に移される。   Similar to the first embodiment of the process, a temperature control unit (TCU) of the type described above can be included in system 150 to gently raise the temperature of the composition as previously described. Once it passes through the TCU, the composition is preferably at a temperature between 80-85 ° C, and most preferably 83 ° C. The composition is then transferred to the first holding container 52. The water jacket of the first holding container 52 receives heated water that maintains the slurry at the aforementioned temperature. If a TCU is not present in the system 150, the heated water jacket is used to increase and then maintain the temperature of the slurry within the desired range. The composition is held in the first holding container 52 for a first residence time sufficient to allow the amylase enzyme to convert the starch present in the composition to sugar. At the end of the first residence time, the composition is transferred to the second holding container 152.

構成物の好ましい温度は、それが第2の保持容器152を通るとき、50および60℃の間、そして最も好ましくは、55℃にある。第1および第2の保持容器52、152の間で組成物の温度を減らすために、組成物は、慣習的なマッシュクーラーと同じ様式で操作される冷却容器54に通すことができる。あるいはまた、冷却容器54が存在しないなら、組成物は第2の保持容器152において望ましい温度にまで冷却させることができる。第2の保持容器152の加熱水ジャケットは、望ましい範囲内で組成物の温度を維持する。セルラーゼ酵素は、第2の付加的な供給物168および関連する供給ライン166を介して第2の保持容器152において、組成物に加えられる。セルラーゼ酵素は組成物が流体処理装置10を通過したとき、露出するリグノセルロース材料において存在するセルロース、そしてヘミセルロースと反応させるために加えられる。組成物は、セルラーゼ酵素が存在するセルロースおよびヘミセルロースのすべてを糖に転換するのを可能にするのに十分な第2の滞留時間の間、第2の保持容器152において保持される。第2の滞留時間の終わりに、組成物は発酵容器56へ移される。   The preferred temperature of the composition is between 50 and 60 ° C. and most preferably 55 ° C. as it passes through the second holding container 152. In order to reduce the temperature of the composition between the first and second holding containers 52, 152, the composition can be passed through a cooling container 54 that is operated in the same manner as a conventional mash cooler. Alternatively, if the cooling vessel 54 is not present, the composition can be cooled to the desired temperature in the second holding vessel 152. The heated water jacket of the second holding container 152 maintains the temperature of the composition within the desired range. Cellulase enzyme is added to the composition in the second holding vessel 152 via the second additional feed 168 and associated feed line 166. Cellulase enzymes are added to react with the cellulose present in the exposed lignocellulosic material and hemicellulose as the composition passes through the fluid treatment device 10. The composition is held in the second holding container 152 for a second residence time sufficient to allow all of the cellulose and hemicellulose in which the cellulase enzyme is present to be converted to sugar. At the end of the second residence time, the composition is transferred to the fermentation vessel 56.

発酵のための組成物の好ましい温度は、30および40℃の間、そして最も好ましくは35℃である。第2の保持容器152および発酵容器56の間で組成物の温度を下げるために、組成物は慣習的なマッシュクーラーと同じ様式で操作される第2の冷却容器154に通すことができる。あるいはまた、第2の冷却容器154が存在しないなら、組成物は発酵容器56において望ましい温度にまで冷却されるのを委ねられることができる。   The preferred temperature of the composition for fermentation is between 30 and 40 ° C and most preferably 35 ° C. In order to lower the temperature of the composition between the second holding vessel 152 and the fermentation vessel 56, the composition can be passed through a second cooling vessel 154 that is operated in the same manner as a conventional mash cooler. Alternatively, if the second cooling vessel 154 is not present, the composition can be left to cool to the desired temperature in the fermentation vessel 56.

発酵薬剤は好ましくは、発酵容器56またはそのすぐ上流でのいずれかでも組成物に加えられる。薬剤は第3および第4の付加的な供給物72、76に含まれ、そしてそれぞれの付加的なライン70、74を介して組成物に配送される。用いる発酵薬剤は、グルコアミラーゼおよび酵母であることができる。一旦薬剤が加えられ、そして組成物が望ましい温度範囲の中にあるなら、組成物は薬剤が存在する糖をアルコールに転換するのを可能にするのに十分な発酵時間の間、望ましい温度範囲内で発酵容器において保持される。   The fermentation agent is preferably added to the composition either at fermentation vessel 56 or immediately upstream thereof. The drug is contained in the third and fourth additional supplies 72, 76 and delivered to the composition via respective additional lines 70, 74. The fermentation agent used can be glucoamylase and yeast. Once the drug is added and the composition is within the desired temperature range, the composition is within the desired temperature range for a fermentation time sufficient to allow the sugar in which the drug is present to be converted to alcohol. In the fermentation vessel.

一旦発酵段階が完了されるなら、組成物はその後の蒸留および分離のために運ぶことができる。蒸留容器80において、組成物は沸騰され、そしてたとえば、エタノールのような、組成物において存在する任意のアルコールでも蒸発させ、そして出口84を介して排出される。アルコールにおいて任意の残留する不純物を除去するために、分子篩を出口の下流に提供することができる。加えて、蒸留容器80および分離機容器90の間に位置付けられる水回収システム(示さず)を提供することができる。蒸留容器80に残される組成物の残部は、“全体の蒸留廃液”として知られる。この全体の蒸留廃液は、2つの主要な構成要素から作成され、すなわち、基本の作物の非澱粉要素(別名“蒸留かす”として知られる)および水(別名“希薄な蒸留廃液”として知られる)である。この全体の蒸留廃液は、分離容器90に蒸留容器80から移され、その結果、蒸留かすおよび希薄な蒸留廃液を互いから分離することができる。分離は好ましくは、遠心分離機を用いて達成される。分離された希薄な蒸留廃液は、必要に応じて戻りライン92を介して組成物へと加えることができる。蒸留かすを加工し、および動物飼料として用いることができる。   Once the fermentation stage is complete, the composition can be carried for subsequent distillation and separation. In the distillation vessel 80, the composition is boiled and any alcohol present in the composition, such as ethanol, is evaporated and discharged via the outlet 84. A molecular sieve can be provided downstream of the outlet to remove any residual impurities in the alcohol. In addition, a water recovery system (not shown) positioned between the distillation vessel 80 and the separator vessel 90 can be provided. The remainder of the composition left in the distillation vessel 80 is known as “total distillation waste”. This entire distillate is made up of two main components: the non-starch element of the basic crop (also known as “distilled waste”) and water (also known as “diluted distillate”) It is. This entire distillation waste solution is transferred from the distillation vessel 80 to the separation vessel 90, so that the distillation residue and the dilute distillation waste solution can be separated from each other. Separation is preferably accomplished using a centrifuge. The separated distillate waste liquor can be added to the composition via return line 92 as needed. Distilled waste can be processed and used as animal feed.

システム250の第3の具体化によって採用されるプロセスは、図4で示すように、システム50、150の第1および第2の具体化によって採用されるものとの類似点がある。扱われる組成物は、バイオマスおよび作動流体の混合物から形成され、そして第2の具体化に関して先に述べたのと同じ様式で調製される。しかし、それは、まず第1に、第1の付加的な供給物264から組成物に加えられるアミラーゼ酵素よりもむしろセルラーゼ酵素である。組成物は重力の下で第1の流体処理装置10に誘導することができ、あるいはポンプは低い剪断状況の下で第1の流体処理装置10に組成物を誘導することができる。このプロセスに採用される双方の第1および第2の流体処理装置10、210は、上述の第1および第2の具体化において用いられるものと同一である。装置10、210の作動の方法、その中で起こる機構、および組成物に対する結果として生じる影響は、図1および8に関して前述のとおりである。したがって、それらは再びここで詳述しない。   The process employed by the third implementation of system 250 is similar to that employed by the first and second implementations of systems 50, 150, as shown in FIG. The composition to be treated is formed from a mixture of biomass and working fluid and is prepared in the same manner as described above for the second embodiment. However, it is primarily the cellulase enzyme rather than the amylase enzyme that is added to the composition from the first additional feed 264. The composition can be directed to the first fluid treatment device 10 under gravity, or the pump can be directed to the first fluid treatment device 10 under low shear conditions. Both the first and second fluid treatment devices 10, 210 employed in this process are the same as those used in the first and second embodiments described above. The manner of operation of the devices 10, 210, the mechanisms that occur therein, and the resulting effects on the composition are as described above with respect to FIGS. Therefore, they are not detailed here again.

第1の処理装置10は、主にセルロース材料を前処理し、そしてセルラーゼ酵素に混ぜ込むために用いる。第1の処理装置10も、部分的に澱粉顆粒を作物から分離し、そして部分的に澱粉顆粒を水和させる。第2の処理装置210は、完全に澱粉を水和させ、そして活性化し、澱粉酵素に混ぜ込むのに用いられる。装置はセルラーゼ酵素を組成物に混入させ、第1の処理装置10でのリグノセルロース材料の破壊によって露出した任意のセルロースおよびヘミセルロースとの接触の同種の分布および高水準が供給される。第1の装置10を組成物が去るとき構成物の温度は、好ましくは50-60℃の間で、そして最も好ましくは55℃である。それは次に第1の保持容器52へ移される。   The first processing device 10 is mainly used to pre-treat the cellulosic material and mix it with the cellulase enzyme. The first processor 10 also partially separates the starch granules from the crop and partially hydrates the starch granules. The second processor 210 is used to fully hydrate and activate the starch and mix it with the starch enzyme. The apparatus incorporates a cellulase enzyme into the composition to provide a homogeneous distribution and high level of contact with any cellulose and hemicellulose exposed by the destruction of the lignocellulosic material in the first processing apparatus 10. When the composition leaves the first apparatus 10, the temperature of the composition is preferably between 50-60 ° C and most preferably 55 ° C. It is then transferred to the first holding container 52.

第1の保持容器52の水ジャケットは、泥漿を前記の温度に維持する加熱水を受け取る。組成物は、セルラーゼ酵素が、組成物において存在するセルロースおよびヘミセルロースを糖に転換するのに十分な第1の滞留時間のために、第1の保持容器52において保持される。第1の滞留時間の終わりに、組成物は第2の処理装置210へ移され、その位置では、アミラーゼ酵素は第2の付加的な供給物268を介して加えられる。   The water jacket of the first holding container 52 receives heated water that maintains the slurry at the aforementioned temperature. The composition is held in the first holding container 52 for a first residence time sufficient for the cellulase enzyme to convert the cellulose and hemicellulose present in the composition to sugar. At the end of the first residence time, the composition is transferred to the second processor 210, where amylase enzyme is added via the second additional feed 268.

上記のように、組成物の澱粉含量に対する同じ影響を伴い、第2の流体処理装置210は、第1の処理装置10と同じ様式で操作される。そのうえ、装置はアミラーゼ酵素を組成物に混入させる、液相において澱粉材料との接触の同質の分布および高レベルが供給される。組成物が第2の装置210を去るときそれの温度は、好ましくは74-76℃の間である。前述の如く、温度調節ユニットは、組成物の温度を、80および85℃の間に穏やかに上げるために、組成物が第2の保持容器252へ移される前に存在することができる。第2の保持容器252の水ジャケットは、泥漿を前記温度に維持する加熱水を受け取る。TCUがシステム250に存在しないなら、加熱水ジャケットを、泥漿の温度を望ましい範囲内に上昇させ、そして次にそれを維持するのに用いられる。組成物は、アミラーゼ酵素が組成物において存在する澱粉を糖に転換するのを可能にするのに十分な第2の滞留時間の間、第2の保持容器252で保持される。第2の滞留時間の終わりに、組成物は発酵容器56へ移される。   As described above, the second fluid treatment device 210 is operated in the same manner as the first treatment device 10 with the same effect on the starch content of the composition. In addition, the device is supplied with a homogeneous distribution and high level of contact with the starch material in the liquid phase, which incorporates the amylase enzyme into the composition. When the composition leaves the second device 210, its temperature is preferably between 74-76 ° C. As mentioned above, a temperature adjustment unit can be present before the composition is transferred to the second holding vessel 252 to gently raise the temperature of the composition between 80 and 85 ° C. The water jacket of the second holding vessel 252 receives heated water that maintains the slurry at the temperature. If a TCU is not present in the system 250, a heated water jacket is used to raise the temperature of the slurry within the desired range and then maintain it. The composition is held in the second holding vessel 252 for a second residence time sufficient to allow the amylase enzyme to convert the starch present in the composition to sugar. At the end of the second residence time, the composition is transferred to the fermentation vessel 56.

前に述べた具体化と同様に、発酵のための組成物の好ましい温度は、30および40℃の間、そして最も好ましくは35℃である。第2の保持容器252および発酵容器56の間で組成物の温度を下げるために、組成物は慣習的なマッシュクーラーと同じ様式で動く冷却容器54に通すことができる。あるいはまた、冷却容器54が存在しないなら、組成物は発酵容器56における望ましい温度に冷却させることができる。発酵段階は前の具体化のものと同一である。一旦発酵段階が完了されるなら、組成物は以降の蒸留および分離の段階のための出口260を介して移すことができ、それはまた、前の具体化のものと同じであってよい。   As with the previously described embodiments, the preferred temperature of the composition for fermentation is between 30 and 40 ° C, and most preferably 35 ° C. In order to reduce the temperature of the composition between the second holding vessel 252 and the fermentation vessel 56, the composition can be passed through a cooling vessel 54 that moves in the same manner as a conventional mash cooler. Alternatively, if the cooling vessel 54 is not present, the composition can be cooled to the desired temperature in the fermentation vessel 56. The fermentation stage is identical to that of the previous embodiment. Once the fermentation stage is completed, the composition can be transferred through an outlet 260 for subsequent distillation and separation stages, which may also be the same as in the previous embodiment.

プロセスの第4の具体化は、図5に示されるシステム350を用い、そこでは、組成物が共有発酵容器56を通過する前に、組成物の澱粉およびセルロースの含量の糖への転換は並列に駆動する第1および第2のプロセスラインで遂行される。すでに上述したタイプのバイオマスおよび作動流体の組成物は、第1の付加的な供給物364を介してそれに加えられるアミラーゼ酵素を有する。結果として生じる組成物は第1のプロセスラインに、そして最初に、第1の処理装置10に導入され、その結果として、それは種々の流体処理装置がすでに記述されたのと同じ方法で輸送流体によって細分化される。このようにして、第1の流体処理装置10は、組成物の澱粉含量を水和させ、および活性化させ、そして均質的にアミラーゼ酵素を組成物に混入させる。   A fourth embodiment of the process uses the system 350 shown in FIG. 5, where the conversion of the starch and cellulose content of the composition to sugar is paralleled before the composition passes through the shared fermentation vessel 56. Is carried out in the first and second process lines that are driven to. A biomass and working fluid composition of the type already described above has an amylase enzyme added to it via a first additional feed 364. The resulting composition is introduced into the first process line and first into the first treatment device 10, so that it is transported by the transport fluid in the same way that the various fluid treatment devices have already been described. Subdivided. In this way, the first fluid treatment device 10 hydrates and activates the starch content of the composition and homogeneously incorporates the amylase enzyme into the composition.

組成物が第1の装置10を出るとき、その温度は再度好ましくは、74-76℃の間であり、そして従って、第1の装置を出ると、温度調節ユニットを経由して、または水ジャケットを付けた第1の保持容器52によってのいずれでも、望ましい80-85℃の範囲内にまで穏やかに加熱される。組成物は次いで、アミラーゼ酵素が組成物の澱粉含量を糖に転換するのを可能にするのに十分な第1の滞留時間の間、第1の保持容器52で保持される。組成物は次に、すでに上述したタイプの発酵段階のために、発酵容器56へ移される。冷却容器54は発酵に先立ち組成物の温度を下げることができ、でなければ、組成物は発酵容器56で冷却されることができる。発酵の後、組成物は以降の蒸留および分離のための出口360を介して放出される。   When the composition exits the first device 10, its temperature is again preferably between 74-76 ° C., and thus upon exiting the first device, via a temperature control unit or a water jacket Any of the first holding containers 52 with the slab is gently heated to the desired 80-85 ° C. range. The composition is then held in the first holding vessel 52 for a first residence time sufficient to allow the amylase enzyme to convert the starch content of the composition to sugar. The composition is then transferred to the fermentation vessel 56 for a fermentation stage of the type already described above. The cooling vessel 54 can lower the temperature of the composition prior to fermentation, otherwise the composition can be cooled in the fermentation vessel 56. After fermentation, the composition is discharged through outlet 360 for subsequent distillation and separation.

分離段階から得られる固形物および蒸留かすは、それから、更なるバッチのバイオマス組成物を形成するために蒸留または分離の間、排出される追加的な作動流体および/または液体の構成要素と混ぜ合わせられる。セルラーゼ酵素はこの組成物に加えられ、それは次に第2の処理装置310を介して第2のプロセスラインに誘導される。さらに組成物を第2の処理装置310に通すことが、組成物において固体材料の細胞構造を崩壊させ、そして均質的にセルラーゼ酵素を組成物に混入する結果を伴い、第2の処理装置310は、すでに記述されたものと同じ様式で操作される。組成物は好ましくは、50および60℃の間での温度で第2の装置310を出て、そして第2の保持容器352へ移される。組成物は、第2の装置310で露出するセルロースおよびヘミセルロースを糖に転換するために、セルラーゼ酵素のために十分な第2の滞留時間の間、第2の保持容器352で保持される。組成物は次いで発酵容器56での発酵のために、必要に応じて第2の冷却容器354を介して移される。   The solids and distillate obtained from the separation stage are then combined with additional working fluid and / or liquid components that are discharged during distillation or separation to form a further batch of biomass composition. It is done. The cellulase enzyme is added to the composition, which is then directed to the second process line via the second processor 310. Furthermore, passing the composition through the second processing unit 310 results in disrupting the cellular structure of the solid material in the composition and homogeneously incorporating the cellulase enzyme into the composition, the second processing unit 310 , Operated in the same manner as already described. The composition preferably exits the second device 310 at a temperature between 50 and 60 ° C. and is transferred to the second holding container 352. The composition is held in the second holding container 352 for a second residence time sufficient for the cellulase enzyme to convert the cellulose and hemicellulose exposed in the second device 310 to sugar. The composition is then transferred via the second cooling vessel 354 as needed for fermentation in the fermentation vessel 56.

プロセスのこの具体化は、初期の組成物の部分が同時に双方の第1および第2のプロセスラインに供給されるように修正することができ、第1のラインが澱粉含量を、および第2のラインがセルロースおよびヘミセルロースの含量を、組成物の双方の部分が発酵容器56へ移される前に、糖に転換することを伴った。したがって、第2のプロセスラインが分離段階の後に組成物の残余を受け取ることは重要ではない。   This embodiment of the process can be modified so that a portion of the initial composition is fed to both the first and second process lines simultaneously, the first line is the starch content, and the second The line involved converting the cellulose and hemicellulose content to sugar before both parts of the composition were transferred to the fermentation vessel 56. Therefore, it is not important that the second process line receives the remainder of the composition after the separation stage.

図2および3のシステムによって用いられるように、図6および7に示されるシステムによって採用されるプロセスの第5および第6の具体化は、プロセスの第1および第2の具体化と実質同じである。バイオマス組成物の形成、アミラーゼおよびセルラーゼの酵素の添加、1または2つの保持容器での加工された組成物の残存、および組成物の以降の発酵は、それらの初期の具体化としてのこれらの第5および第6の具体化において同じものである。第5および第6の具体化が異なるところは、単一の流体処理装置が流体処理装置のアレイによって代えられたということである。図6の第5の具体化において、アレイは互いと直列に配置される多数の処理装置から形成される。図7の第6の具体化において、アレイは直列に2対の処理装置から形成され、そこでは、各対は他と並行である。流体処理装置の数およびその構成が本発明のプロセスおよびシステムにおいて用いることができたことが理解されるべきである。   As used by the systems of FIGS. 2 and 3, the fifth and sixth embodiments of the process employed by the systems shown in FIGS. 6 and 7 are substantially the same as the first and second embodiments of the process. is there. The formation of the biomass composition, the addition of amylase and cellulase enzymes, the remaining of the processed composition in one or two holding vessels, and the subsequent fermentation of the composition are the first of these as their initial embodiments. The same is true in the fifth and sixth embodiments. The difference between the fifth and sixth embodiments is that a single fluid treatment device has been replaced by an array of fluid treatment devices. In the fifth embodiment of FIG. 6, the array is formed from a number of processing devices arranged in series with each other. In the sixth embodiment of FIG. 7, the array is formed from two pairs of processing devices in series, where each pair is parallel to the other. It should be understood that the number of fluid treatment devices and their configurations could be used in the process and system of the present invention.

各々の装置の操作、および機構およびその中で創られる影響は、すでに記述されたものと同じである。図6および7に示されるタイプのアレイの使用は、澱粉含量の水和および活性化、リグノセルロース材料の崩壊および露出、および組成物と酵素との均質な混合に関する処理装置の効果を最大にする。アレイの使用はまた、組成物の温度が、アレイのすべてで単一の処理装置で可能であるよりも高く徐々に上がることを可能にすることができる。これは、組成物の温度での望ましい上昇だけが達成されるのを、組成物がアレイでの最終的な装置を通過したあとに確実にするために、アレイでの各々の以降の装置に届けられる輸送流体の供給圧および/または密度を変えることによって達成されるかもしれない。   The operation and mechanism of each device and the effects created therein are the same as already described. Use of an array of the type shown in FIGS. 6 and 7 maximizes the effect of the processing equipment on starch content hydration and activation, lignocellulosic material disintegration and exposure, and intimate mixing of the composition with the enzyme. . The use of the array can also allow the temperature of the composition to rise gradually and higher than is possible with a single processing unit in all of the arrays. This is delivered to each subsequent device in the array to ensure that only the desired increase in temperature of the composition is achieved after the composition has passed through the final device in the array. May be achieved by changing the supply pressure and / or density of the transport fluid produced.

特に明記しない限り、本発明のシステムに含まれうる冷却容器、蒸留容器および分離容器は、慣習的な組合わせ方である。それらは従って、この明細書で十分に詳細で記述されていない。   Unless otherwise stated, the cooling vessel, distillation vessel and separation vessel that can be included in the system of the present invention are conventional combinations. They are therefore not described in sufficient detail in this specification.

本発明は、バイオマス組成物において存在する澱粉およびセルロースの双方の転換のための単一の処置システムおよびプロセスを提供する。その際、本発明は、収集した作物とともに必然的に処理工場へ運搬されるセルロースおよびリグノセルロースの材料からのものを含む、組成物から得られるアルコールを最大にする。この追加的な材料を輸送することでのコストは従って、本発明でかなり取り戻される。一緒に澱粉およびセルロースの含量を転換することによって、本発明は、異なったプロセスおよびプロセスラインが別々に澱粉およびセルロースの含量を転換するために必要である既存のシステムと比較して、意義深いコスト削減を提供する。   The present invention provides a single treatment system and process for the conversion of both starch and cellulose present in a biomass composition. In doing so, the present invention maximizes the alcohol obtained from the composition, including those from cellulose and lignocellulose materials that are necessarily transported to the processing plant with the collected crop. The cost of transporting this additional material is therefore considerably recovered with the present invention. By converting the starch and cellulose content together, the present invention provides significant cost compared to existing systems where different processes and process lines are required to convert the starch and cellulose content separately. Provide reductions.

さらなる利点は、ここに記述するタイプの流体処理機構の使用による本発明で得られる。記述されるタイプの処理機構を使うことは、本発明が、組成物の澱粉含量を加熱し、および活性化させるのを可能にする一方、澱粉含量に損害を与えることがある極端な熱の領域の作成を避けられる。これらの領域の防止はまた、抽出された澱粉とのタンパク質の反応に起因するメイラード効果を減らし、または排除する。これらの反応は澱粉の糖への転換を妨げることがあり、したがって収率を減らすことがある。さらに、穏やかな動揺の混合および低い温度での低い剪断のポンプでの圧送はまた、保持容器のうちの1つで保持されるか、または容器の間で輸送される間、組成物の澱粉含量に損害を与えることがある高い剪断力がないことを確実にする。そのような損害は、貯蔵物から入手可能な最終的なブドウ糖収率を制限する。   Further advantages are obtained with the present invention through the use of a fluid handling mechanism of the type described herein. Using a processing mechanism of the type described will allow the present invention to heat and activate the starch content of the composition, while at the extreme heat zone that may damage the starch content. You can avoid creating. Prevention of these areas also reduces or eliminates the Maillard effect due to the protein reaction with the extracted starch. These reactions can hinder the conversion of starch to sugar and thus reduce the yield. In addition, gentle rocking mixing and pumping with low shear pumps at low temperatures are also held in one of the holding containers or while being transported between containers, the starch content of the composition Ensure that there are no high shear forces that can damage the. Such damage limits the final glucose yield available from the stock.

処理装置はまた、組成物の構成要素が単純なかき混ぜ機のパドルおよび/または再循環ループを単独で使用することが可能であるよりも、完全に混ぜられることを確実にする。作動流体の細分化はさらに、以前に可能であるものよりも、組成物の均質な混合を確実にする。このすぐれた混合は、澱粉およびセルロースの含量を糖に転換するために加えたアミラーゼおよびセルラーゼの酵素の効率を上昇させる。   The processor also ensures that the components of the composition are thoroughly mixed, rather than using a simple stirrer paddle and / or recirculation loop alone. The subdivision of the working fluid further ensures a more homogeneous mixing of the composition than previously possible. This good mixing increases the efficiency of the amylase and cellulase enzymes added to convert the starch and cellulose content to sugar.

リグノセルロースの材料の転換に関して、処理において装置がさらに本発明の性能を向上させるとき、これがバイオマスで存在するより多くのこの材料を露出させるので、剪断作用および凝縮/圧力ショックは組成物のバイオマス構成要素に適用された。これは実質的に貯蔵物のすべての澱粉顆粒が分離するのを可能にし、それによって、酵素の活性化が処理装置において機械的な活性化によって補われ、慣習的なプロセスと比較して改善された澱粉活性化率を提供する。これも、プロセスが特に澱粉を実質100%の転換率の糖にさせるのを可能にする。本発明の方法はしたがって、組成物が一回処理装置を通過することだけを、それが転換段階のための保持容器を通るよう準備ができる前に、組成物に要求することができる。それゆえに、損失増強のための時間がプロセスの間になく、収率は大いに改善される。   Regarding the conversion of lignocellulosic material, shearing and condensation / pressure shocks are responsible for the biomass composition of the composition because in processing the equipment further improves the performance of the invention, this exposes more of this material present in the biomass. Applied to the element. This allows virtually all starch granules in the stock to be separated, whereby the enzyme activation is supplemented by mechanical activation in the processing unit and is improved compared to conventional processes. Provides a high starch activation rate. This also allows the process to make the starch in particular a sugar with a substantially 100% conversion rate. The method of the present invention can therefore require the composition to pass through the processing equipment only once, before it is ready to pass through the holding vessel for the conversion stage. Therefore, there is no time for loss enhancement during the process and the yield is greatly improved.

より多くの澱粉を露出させることはまた、組成物が発酵プロセスへ移される前に、アミラーゼ酵素のより少ないものが12-18の望ましいブドウ糖の同等価値を達成するために必要なことを意味する。そのうえ、凝縮/圧力ショックは比較的低い温度で細菌を殺し、それによってどんな以降の発酵プロセスでも損失が減らされる。   Exposing more starch also means that less of the amylase enzyme is needed to achieve the equivalent value of 12-18 desirable glucose before the composition is transferred to the fermentation process. In addition, condensation / pressure shock kills bacteria at relatively low temperatures, thereby reducing losses in any subsequent fermentation process.

追加的に、作動流体を細分化し、蒸気および液滴の流動様式を構築するために、バイオマス組成物に蒸気のような輸送流体を注入することは、組成物の内容物の細胞構造への、それが既存の処理前のプロセスによって達成したものより大きな崩壊の程度を確実にする。さらに、崩壊が輸送流体の注入によって少なくとも部分的に成し遂げられ、既存の化学的な処理前のプロセスと比較するとき、本発明は触媒または添加物の減少した量が崩壊の望ましい程度を得るのを可能にする。実際、輸送流体注入によって達成される崩壊は、完全にそのような処理前の添加物の必要を取り除くかもしれない。処理装置の輸送流体注入は、組成物上で継続的な剪断および乱流(turbulent forces)を確実にする。本発明の方法はしたがって、連続的でありえ、それが蒸気爆発の前処理プロセスに必要であるような単独型容器でのプロセスを含む必要がない。   Additionally, injecting a transport fluid, such as steam, into the biomass composition to subdivide the working fluid and build a steam and droplet flow regime, into the cellular structure of the contents of the composition, It ensures a greater degree of collapse than that achieved by existing pre-treatment processes. Furthermore, when the decay is accomplished at least in part by injecting the transport fluid, the present invention allows the reduced amount of catalyst or additive to obtain the desired degree of decay when compared to existing pre-chemical treatment processes. enable. In fact, the collapse achieved by transport fluid injection may completely eliminate the need for such pre-treatment additives. The transport fluid injection of the processing equipment ensures continuous shear and turbulent forces on the composition. The method of the present invention can therefore be continuous and does not have to include a single vessel process as it is required for a steam explosion pretreatment process.

高速の輸送流体注入によって与えられる高い剪断力は、バイオマスの細胞構造の破壊に援助するだけでなく、酵素と組成物との親密で均質な加熱および混合を確実にするために、組成物の作動流体構成要素も細分化する。そのような改善された加熱および混合は、必要な化学反応を保持容器において成し遂げることを要求される時間および酵素の量を減らす。   The high shear force provided by the high-speed transport fluid injection not only assists in the destruction of the cellular structure of the biomass, but also operates the composition to ensure intimate and homogeneous heating and mixing of the enzyme with the composition. The fluid components are also subdivided. Such improved heating and mixing reduces the time and amount of enzyme required to achieve the required chemical reaction in the holding vessel.

本発明の処理およびシステムが以降の発酵プロセスで発酵率を改善もすることができることをも発見された。本発明の改善された水和も、バイオマス原料での多少のタンパク質を水和させる。これらの水和したタンパク質は発酵性酵母に対する追加的な原料の働きをし、それによって酵母の発酵性能を向上させる。   It has also been discovered that the process and system of the present invention can also improve fermentation rates in subsequent fermentation processes. The improved hydration of the present invention also hydrates some protein in the biomass feedstock. These hydrated proteins serve as additional raw materials for the fermentable yeast, thereby improving the fermentation performance of the yeast.

1またはそれよりも多くの冷却容器が本発明のシステムの一部を形成するとして説明されるが、これらの冷却容器がシステムの好ましい、重要であるよりはむしろ、その構成要素であることを理解すべきである。冷却容器が組成物の温度を保持容器および発酵容器の間で下げさせられる一方で、この冷却は保持容器または発酵容器自体の範囲内で行われることができた。そのような冷却容器は、たとえば、熱交換器、チラー(冷却装置)、直接噴射クーラー、カスケード(滝)クーラー、またはその種の他のものを含むことができる。   Although one or more cooling vessels are described as forming part of the system of the present invention, it is understood that these cooling vessels are components of the system rather than being preferred and important. Should. While the cooling vessel allowed the temperature of the composition to fall between the holding vessel and the fermentation vessel, this cooling could take place within the holding vessel or the fermentation vessel itself. Such cooling vessels can include, for example, heat exchangers, chillers, direct injection coolers, cascade coolers, or the like.

処理装置は、1またはそれよりも多くの付加的なポートを含むために修飾されることができ、それによって酵素を混合容器の代わりに処理装置に直接加えられる。ノズル出口の上流で装置の通路に通じる付加的なポートが提供されるかもしれない。代わりとして、またはその上、通路の混合領域にノズルのすぐに下流に通路に通じる付加的なポートを提供することができる。   The processor can be modified to include one or more additional ports, thereby adding the enzyme directly to the processor instead of the mixing vessel. Additional ports may be provided that lead to the passage of the device upstream of the nozzle outlet. Alternatively or additionally, an additional port can be provided in the mixing region of the passage that leads to the passage immediately downstream of the nozzle.

システムの第5および第6の具体化で利用される処理装置の列は、他の図示した具体化で示される個々の処理装置を置き換えることができる。存在する1よりも多くの流体処理装置がある本発明の具体化において、これらの多重の処理装置の2またはそれよりも多くは単一の輸送流体供給物を共有することができる。代わりに、システムで存在する処理装置のすべては、単一の輸送流体供給を共有するかもしれない。   The sequence of processing units utilized in the fifth and sixth embodiments of the system can replace the individual processing units shown in other illustrated implementations. In embodiments of the present invention where there are more than one fluid treatment device present, two or more of these multiple treatment devices can share a single transport fluid supply. Instead, all of the processing equipment present in the system may share a single transport fluid supply.

上述のシステムの好適な具体化がそれぞれの付加的な供給物をシステムに接続する付加的なラインを含む一方で、これらは、本発明のシステムおよび方法にとって必須ではない。各々の添加物は、専用の供給物および関連した供給ラインについて必要なく、望ましい場所でシステムに手動で加えられうる。   While the preferred embodiments of the system described above include additional lines connecting each additional supply to the system, these are not essential to the system and method of the present invention. Each additive can be manually added to the system at the desired location without the need for a dedicated feed and associated supply line.

混合容器が本発明のシステムの好ましい、重要であるよりはむしろ、その構成要素であるとすでに述べた。等しく、混合容器でマイオマスおよび作動流体の組成物を形成する処置プロセスにおける初期ステップは、本質的でない。混合容器が存在しないなら、組成物は遠い離れた場所で形成され、そしてそれから処置のために本発明のシステムにポンプで注入されうる。   It has already been mentioned that the mixing vessel is a preferred rather than important component of the system of the present invention. Equally, the initial steps in the treatment process of forming the myomas and working fluid composition in the mixing vessel are not essential. If no mixing container is present, the composition can be formed at a remote location and then pumped into the system of the present invention for treatment.

用いる酵素がそれを必要とする場合、保持容器でのその滞留時間の間の組成物の温度が72および80℃の間で、そして好ましくは76および78℃の間にあることができるように、システムおよびプロセスの第1の具体化は修正することができる。   If the enzyme used requires it, so that the temperature of the composition during its residence time in the holding vessel can be between 72 and 80 ° C, and preferably between 76 and 78 ° C, The first embodiment of the system and process can be modified.

本発明のプロセスおよびシステムで用いられる好適な輸送流体は蒸気である。しかし、代わりの輸送流体が用いられうる。二酸化炭素のような、代わりの熱い、凝縮性ガスを、たとえば、その代わりに用いることができる。   The preferred transport fluid used in the processes and systems of the present invention is steam. However, alternative transport fluids can be used. An alternative hot, condensable gas, such as carbon dioxide, can be used instead, for example.

本発明の方法が上述の特定のα-アミラーゼ酵素の使用に限られていないことを理解すべきである。β-アミラーゼまたはλ-アミラーゼのような代わりのアミラーゼ酵素は、その代わりに用いることができる。さらにまた、各タイプのアミラーゼ酵素およびセルラーゼ酵素のうちの1つよりも多くが、組成物に加えられることを認められなければならない。他の酵素、アミラーゼ、セルラーゼ、またはヘミセルラーゼ以外の酵素は、アミラーゼ、セルラーゼ、またはヘミセルラーゼと実質同じ方法で、バイオマスに作用することがで、また、本発明の範囲によって、そしてその範囲内で予測される。   It should be understood that the method of the present invention is not limited to the use of the specific α-amylase enzymes described above. Alternative amylase enzymes such as β-amylase or λ-amylase can be used instead. Furthermore, it must be observed that more than one of each type of amylase enzyme and cellulase enzyme is added to the composition. Other enzymes, amylases, cellulases, or enzymes other than hemicellulases can act on biomass in substantially the same manner as amylases, cellulases, or hemicellulases, and are within and within the scope of the present invention. is expected.

これらの、および他の修飾およ改善は、本発明の範囲から離れることなく組み込むことができる。   These and other modifications and improvements can be incorporated without departing from the scope of the invention.

Claims (74)

バイオマスを処理するための方法であって、次の
(a)流体処理装置の通路に流れ込むようにバイオマスおよび作動流体を含む組成物の少なくとも第1の部分を誘導すること、
(b)流体処理装置の通路に連通するノズルを通して組成物に高速度の輸送流体を注入し、それによって輸送流体は、作動流体が細分化され、そして蒸気および液滴の流動様式がノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物に適用すること、
(c)蒸気および液滴の流動様式を凝縮すること、
(d)組成物を第1の保持容器に移すこと、および
(e)組成物を第1の保持容器において第1の所定の温度にて第1の所定の時間の間で保持し、そこで液化酵素をプロセスの前またはその間に組成物に添加すること
を含む、方法。
A method for treating biomass comprising: (a) inducing at least a first portion of a composition comprising biomass and working fluid to flow into a passage of a fluid treatment device;
(B) injecting a high velocity transport fluid into the composition through a nozzle communicating with the passage of the fluid treatment device, whereby the transport fluid is subdivided into working fluid and the flow pattern of vapor and droplets downstream of the nozzle Applying a shear force to the composition so as to form,
(C) condensing vapor and droplet flow patterns;
(D) transferring the composition to a first holding container; and (e) holding the composition in the first holding container at a first predetermined temperature for a first predetermined time where it liquefies. Adding the enzyme to the composition before or during the process.
液化酵素は、澱粉の対糖の転換酵素、セルラーゼまたはヘミセルラーゼの対澱粉の転換酵素、およびそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項1に従う方法。   2. The method according to claim 1, wherein the liquefaction enzyme is selected from the group consisting of starch-to-sugar convertase, cellulase or hemicellulase-to-starch convertase, and combinations thereof. 澱粉の対糖の転換酵素はアミラーゼであり、およびセルラーゼ、またはヘミセルラーゼの対澱粉の転換酵素はセルラーゼ、またはヘミセルラーゼまたは双方である、請求項2に従う方法。   The method according to claim 2, wherein the starch-to-sugar convertase is amylase and the cellulase, or hemicellulase-to-starch convertase, is cellulase, or hemicellulase or both. ステップ(b)はノズルの下流に形成される低圧領域を生成することを含む、請求項1に従う方法。   The method according to claim 1, wherein step (b) comprises generating a low pressure region formed downstream of the nozzle. 輸送流体は蒸気および二酸化炭素からなる群より選ばれる凝縮性ガスである、請求項1に従う方法。   The method according to claim 1, wherein the transport fluid is a condensable gas selected from the group consisting of steam and carbon dioxide. ステップ(d)は、組成物の温度を第1の所定の温度に上昇させるために、組成物を温度調節ユニットに通過させることを含む、請求項1に従う方法。   The method according to claim 1, wherein step (d) comprises passing the composition through a temperature adjustment unit to raise the temperature of the composition to a first predetermined temperature. 第1の所定の温度は80℃および85℃の間である、請求項1に従う方法。   The method according to claim 1, wherein the first predetermined temperature is between 80 ° C and 85 ° C. 第1の所定の温度は83℃である、請求項7に従う方法。   The method according to claim 7, wherein the first predetermined temperature is 83 ° C. 第1の所定の温度は72℃および80℃の間である、請求項1に従う方法。   The method according to claim 1, wherein the first predetermined temperature is between 72 ° C and 80 ° C. 第1の所定の温度は76℃および78℃の間である、請求項9に従う方法。   The method according to claim 9, wherein the first predetermined temperature is between 76 ° C. and 78 ° C. 第1の所定の温度は75℃または77℃である、請求項9に従う方法。   The method according to claim 9, wherein the first predetermined temperature is 75 ° C or 77 ° C. アミラーゼおよびセルラーゼの酵素は、ステップ(a)に先立って組成物に加えられる、請求項3に従う方法。   4. The method according to claim 3, wherein the amylase and cellulase enzymes are added to the composition prior to step (a). さらに、次の
(f)組成物を、第1の所定の時間の終わりに次いで第2の保持容器に移すこと、および
(g)組成物を、第2の保持容器において第2の所定の温度にて第2の所定の時間の間で保持すること
を含む、請求項1に従う方法。
And (g) transferring the composition to the second holding container next to the end of the first predetermined time; and (g) transferring the composition to the second predetermined temperature in the second holding container. The method according to claim 1, comprising holding for a second predetermined period of time.
第1の液化酵素を、組成物にステップ(a)に先立って加え、および第2の液化酵素を、組成物に第1の所定の時間の終わりおよび第2の所定の時間の初めの間に加える、請求項1に従う方法。   A first liquefaction enzyme is added to the composition prior to step (a), and a second liquefaction enzyme is added to the composition between the end of the first predetermined time and the beginning of the second predetermined time. A method according to claim 1, which is added. 第1の液化酵素はアミラーゼであり、および第2の液化酵素はセルラーゼまたはヘミセルラーゼ、または双方である、請求項14に従う方法。   15. The method according to claim 14, wherein the first liquefaction enzyme is amylase and the second liquefaction enzyme is cellulase or hemicellulase, or both. さらに、ステップ(f)に先立って組成物を第2の所定の温度に冷やすことを含む、請求項13に従う方法。   14. The method according to claim 13, further comprising cooling the composition to a second predetermined temperature prior to step (f). 第2の所定の温度は50℃および60℃の間である、請求項13に従う方法。   The method according to claim 13, wherein the second predetermined temperature is between 50 ° C and 60 ° C. 第2の所定の温度は55℃である、請求項17に従う方法。   The method according to claim 17, wherein the second predetermined temperature is 55 ° C. さらに、次の
(e)ステップ(f)に先立って、少なくとも第1の組成物を第2の流体処理装置の通路に誘導し、および
(e)第2の高速度の輸送流体を、組成物の少なくとも1部分に、第2の流体処理装置の通路に連通するノズルを通して注入し、それによって、輸送流体は、作動流体が細分化され、および第2の蒸気および液滴の流動様式が第2の流体処理装置のノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物に適用し、そこで、第1の液化酵素は組成物にステップ(a)に先立って加えられ、および第2の液化酵素は組成物にステップ(e)に先立って添加される、請求項13に従う方法。
Further, prior to the next (e 1 ) step (f), at least a first composition is directed into the passage of the second fluid treatment device, and (e 2 ) a second high velocity transport fluid, At least a portion of the composition is injected through a nozzle in communication with the passage of the second fluid treatment device, whereby the transport fluid is subdivided into working fluid and the second vapor and droplet flow pattern is A shear force is applied to the composition, as formed downstream of the nozzle of the second fluid treatment device, wherein the first liquefaction enzyme is added to the composition prior to step (a), and the second the liquefied enzyme is added prior to the composition step (e 1), the method according to claim 13.
第1の所定の温度は50℃および60℃の間である、請求項19に従う方法。   The method according to claim 19, wherein the first predetermined temperature is between 50 ° C and 60 ° C. 第1の所定の温度は55℃である、請求項20に従う方法。   21. A method according to claim 20, wherein the first predetermined temperature is 55 [deg.] C. 第2の所定の温度は80℃および85℃の間である、請求項19に従う方法。   The method according to claim 19, wherein the second predetermined temperature is between 80 ° C and 85 ° C. 第2の所定の温度は83℃である、請求項22に従う方法。   The method according to claim 22, wherein the second predetermined temperature is 83 ° C. さらに、
(h)組成物を所定の発酵温度に冷やすこと
(i)発酵薬剤を組成物に加えること
(j)組成物を発酵容器に移すこと、および
(k)組成物を発酵容器において所定の発酵温度にて所定の発酵時間の間で発酵した組成物を生成するために保持すること
を含む、請求項19に従う方法。
further,
(H) cooling the composition to a predetermined fermentation temperature (i) adding a fermentation agent to the composition (j) transferring the composition to a fermentation vessel; and (k) a predetermined fermentation temperature in the fermentation vessel. 20. A method according to claim 19, comprising holding to produce a fermented composition at a predetermined fermentation time.
ステップ(h)は、組成物を、冷却容器を通過させることを含む、請求項24に従う方法。   25. A method according to claim 24, wherein step (h) comprises passing the composition through a cooling vessel. 冷却容器はマッシュクーラーである、請求項25に従う方法。   26. A method according to claim 25, wherein the cooling vessel is a mash cooler. 所定の発酵温度は30℃および40℃の間である、請求項24に従う方法。   The process according to claim 24, wherein the predetermined fermentation temperature is between 30 ° C and 40 ° C. 所定の発酵温度は35℃である、請求項27に従う方法。   The process according to claim 27, wherein the predetermined fermentation temperature is 35 ° C. 発酵薬剤は、グルコアミラーゼ、酵母、およびそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項24に従う方法。   25. The method according to claim 24, wherein the fermentation agent is selected from the group consisting of glucoamylase, yeast, and combinations thereof. さらに、(l)発酵した組成物を、組成物の残余からアルコールを取り除くために蒸留することを含む、請求項24に従う方法。   25. The method according to claim 24, further comprising (l) distilling the fermented composition to remove alcohol from the remainder of the composition. さらに、(m)任意の回収された水または凝縮物を、第1の流体処理装置の通路に流れ込む組成物に戻すことを含む、請求項30に従う方法。   32. The method according to claim 30, further comprising: (m) returning any recovered water or condensate to the composition flowing into the passage of the first fluid treatment device. さらに、次の
(n)任意の残りの組成物を、分離機に移すこと、および
(o)残りの組成物から固形物を分離すること
を含む、請求項31に従う方法。
32. The method according to claim 31, further comprising: (n) transferring any remaining composition to a separator; and (o) separating solids from the remaining composition.
さらに、次の
(p)水分を分離機から回収すること、および
(q)水分を、第1の流体処理装置の通路に流れ込む組成物に戻すこと
を含む、請求項32に従う方法。
33. The method according to claim 32, further comprising: (p) recovering moisture from the separator; and (q) returning moisture to the composition flowing into the passage of the first fluid treatment device.
さらに、次の
(f)ステップ(e)の後、組成物の少なくとも1部分、第2部分を、第2の流体処理装置の通路に流れ込むように誘導すること、
(g)高速度の輸送流体を、組成物の第2部分に、第2の流体処理装置の通路に連通するノズルを通して注入し、それによって輸送流体は、作動流体が細分化され、そして第2の蒸気および液滴の流動様式が第2の流体処理装置のノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物の第2の部分に適用すること、
(h)第2の蒸気および液滴の流動様式を凝縮させること、および組成物の第2の部分を第2の保持容器に移すこと、および
(i)組成物の第2の部分を、第2の保持容器において、第2の所定の温度にて、第2の所定の時間の間で保持し、そこで、第1の流体処理装置および第1の保持容器、および第2の流体処理装置および第2の保持容器は並行して動作し、およびアミラーゼ酵素は組成物の第1の部分に、組成物の第1の部分の第1の処理装置の通路への誘導に先立って加えられ、およびセルラーゼ酵素は組成物の第2の部分の第2の処理装置の通路への誘導に先立って加えられること
を含む、請求項3に従う方法。
And, after the next (f 2 ) step (e), directing at least one portion of the composition, the second portion, to flow into the passage of the second fluid treatment device,
(G 2 ) high velocity transport fluid is injected into the second portion of the composition through a nozzle in communication with the passage of the second fluid treatment device, whereby the transport fluid is subdivided into working fluid and second Applying a shear force to the second portion of the composition such that a flow pattern of two vapors and droplets is formed downstream of the nozzle of the second fluid treatment device;
(H 2 ) condensing the flow pattern of the second vapor and droplets, and transferring the second portion of the composition to the second holding vessel; and (i 2 ) transferring the second portion of the composition The second holding container is held at a second predetermined temperature at a second predetermined time for a second predetermined time, wherein the first fluid processing device, the first holding container, and the second fluid processing The apparatus and the second holding vessel operate in parallel, and the amylase enzyme is added to the first part of the composition prior to induction of the first part of the composition into the passage of the first processing apparatus. And the cellulase enzyme is added prior to induction of the second portion of the composition into the passage of the second processing device.
さらに、次の
(j)組成物の各部分を所定の発酵温度に冷やすこと、
(k)発酵薬剤を組成物の各部分に加えること、
(l)組成物の各部分を少なくとも1種の発酵容器に移すこと、および
(m)組成物の各部分を、少なくとも1種の発酵容器において所定の発酵温度にて所定の発酵時間の間で発酵した組成物を形成するために保持すること
を含む、請求項34に従う方法。
Furthermore, each part of the following (j 2 ) composition is cooled to a predetermined fermentation temperature,
(K 2 ) adding a fermentation agent to each part of the composition;
(L 2 ) transferring each part of the composition to at least one fermentation vessel, and (m 2 ) transferring each part of the composition at a predetermined fermentation temperature in a predetermined fermentation time in at least one fermentation vessel. 35. A method according to claim 34 comprising holding to form a fermented composition between.
発酵温度は30℃および40℃の間である、請求項35に従う方法。   36. A process according to claim 35, wherein the fermentation temperature is between 30 <0> C and 40 <0> C. 発酵温度は35℃である、請求項36に従う方法。   The process according to claim 36, wherein the fermentation temperature is 35 ° C. 発酵薬剤はグルコアミラーゼ、酵母、およびそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項35に従う方法。   36. The method according to claim 35, wherein the fermentation agent is selected from the group consisting of glucoamylase, yeast, and combinations thereof. 組成物の第1および第2の部分の発酵は単一発酵容器において遂行される、請求項35に従う方法。   36. The method according to claim 35, wherein the fermentation of the first and second parts of the composition is performed in a single fermentation vessel. 組成物の第1および第2の部分の発酵は別々の発酵容器において遂行される、請求項35に従う方法。   36. A method according to claim 35, wherein the fermentation of the first and second parts of the composition is carried out in separate fermentation vessels. さらに、組成物の残余からアルコールを取り除くために発酵した組成物を蒸留することを含む、請求項35に従う方法。   36. The method according to claim 35, further comprising distilling the fermented composition to remove alcohol from the remainder of the composition. さらに、次の
(n)組成物の任意の残りの非発酵部分を、分離機に移すこと、および
(o)組成物の残りの非発酵部分から固形物を分離すること
を含む、請求項35に従う方法。
Further comprising transferring any remaining non-fermented portion of the next (n 2 ) composition to a separator, and (o 2 ) separating solids from the remaining non-fermented portion of the composition 36. A method according to item 35.
さらに、次のステップ
(p)固形物を分離機から回収する、および
(q)固形物を第2の流体処理装置の通路に戻すこと
を含む、請求項42に従う方法。
Furthermore, to recover the next step (p 2) solids from the separator, and a (q 2) to the solids back to the passage of the second fluid treatment apparatus, according to claim 42 methods.
組成物の第2の部分は分離機から回収された固形分である、請求項42に従う方法。   43. A method according to claim 42, wherein the second part of the composition is the solids recovered from the separator. 輸送流体は蒸気である、請求項5に記載の方法。   The method of claim 5, wherein the transport fluid is steam. 作動流体は水である、請求項1に従う方法。   The method according to claim 1, wherein the working fluid is water. バイオマスは1種またはそれよりも多くのでんぷん系作物を含む、請求項1に従う方法。   The process according to claim 1, wherein the biomass comprises one or more starch-based crops. バイオマスおよび作動流体を含む組成物の処理のためのシステムであって、次の
(a)少なくとも1種の流体処理装置であり、組成物の供給を受け取るための入口を有する通路、および通路に開口するノズル出口を有し、かつスロート部分で、その断面積が出口のものよりも小さいものを有する輸送流体ノズルを含むもの、
(b)通路の出口に流体連通する第1の保持容器、および
(c)第1の保持容器に流体連通する発酵容器
を含む、システム。
A system for processing a composition comprising biomass and a working fluid comprising: (a) at least one fluid processing device having a passage having an inlet for receiving a supply of the composition, and opening in the passage; Including a transport fluid nozzle having a nozzle outlet that has a throat portion whose cross-sectional area is smaller than that of the outlet;
(B) a first holding vessel in fluid communication with the outlet of the passage; and (c) a fermentation vessel in fluid communication with the first holding vessel.
さらに、第1の保持容器および発酵容器の中間に位置付けられる第1の冷却容器を含む、請求項48に従うシステム。   49. The system according to claim 48, further comprising a first cooling vessel positioned intermediate the first holding vessel and the fermentation vessel. さらに、第2の保持容器、および第1の冷却容器および発酵容器の中間に位置付けられる第2の冷却容器を含む、請求項49に従うシステム。   50. The system according to claim 49, further comprising a second holding vessel and a second cooling vessel positioned intermediate the first cooling vessel and the fermentation vessel. 流体処理装置は、添加物を組成物に導入するための少なくとも1種の付加的なポートを含む、請求項50に従うシステム。   51. A system according to claim 50, wherein the fluid treatment device comprises at least one additional port for introducing an additive into the composition. 少なくとも1種の付加的なポートはノズル出口の上流の通路に開く、請求項51に従うシステム。   52. The system according to claim 51, wherein the at least one additional port opens into a passage upstream of the nozzle outlet. 少なくとも1種の付加的なポートはノズル出口のすぐ下流の通路に開く、請求項51に従うシステム。   52. The system according to claim 51, wherein the at least one additional port opens into a passage immediately downstream of the nozzle outlet. さらに、第2の保持容器の近くの付加的なポートを含む、請求項52または53に従うシステム。   54. A system according to claim 52 or 53, further comprising an additional port near the second holding container. さらに、第2の流体処理装置および第1の保持容器の下流の第2の保持容器を含み、第2の流体処理装置は第1の保持容器から組成物を受け取るための第2の通路を有し、および第2の輸送流体ノズルは、第2の通路に開口するノズル出口を有し、かつスロート部分で、その断面積が出口のものより小さいものを有する、請求項48に従うシステム。   Further, the apparatus includes a second fluid treatment device and a second retention vessel downstream of the first retention vessel, the second fluid treatment device having a second passage for receiving the composition from the first retention vessel. 49. The system according to claim 48, wherein the second transport fluid nozzle has a nozzle outlet opening into the second passage and has a throat portion having a cross-sectional area smaller than that of the outlet. さらに、第1の流体処理装置および第1の保持容器で構成される第1の処理ライン、および第2の処理ラインを含み、次の
(a)組成物の供給を受け取るための第2の通路を有する第2の流体処理装置、および第2の通路に開口するノズル出口を有し、かつスロート部分で、その断面積が出口のものより小さいものを有する第2の輸送流体ノズル、および
(b)第2の通路の出口に流体連通する第2の保持容器であり、そこで、第1および第2の処理ラインは組成物の供給および発酵容器の間で並列に接続されるもの
を含む、請求項48に従うシステム。
And a second treatment line comprising a first treatment line comprising a first fluid treatment device and a first holding vessel, and a second treatment line for receiving a supply of the following (a 1 ) composition: A second fluid treatment device having a passage, and a second transport fluid nozzle having a nozzle outlet opening into the second passage and having a throat portion having a cross-sectional area smaller than that of the outlet, and b 1 ) a second holding vessel in fluid communication with the outlet of the second passage, wherein the first and second treatment lines include those connected in parallel between the composition supply and the fermentation vessel 49. A system according to claim 48.
さらに、入口および出口を有する混合容器を含み、混合容器は流体処理装置の通路に入口で流体連通し、混合容器はバイオマスおよび作動流体の供給を、組成物を形成するために混合する、請求項48に従うシステム。   The method further comprises a mixing vessel having an inlet and an outlet, wherein the mixing vessel is in fluid communication with the passage of the fluid treatment device at the inlet, and the mixing vessel mixes the supply of biomass and working fluid to form the composition. 48 system. さらに、少なくとも1種の処理装置の上流のポンプを含む、請求項48に従うシステム。   49. The system according to claim 48, further comprising a pump upstream of at least one processing unit. さらに、アレイを形成するために、互いに直列におよび/または並列に接続される複数の流体処理装置を含む、請求項48に従うシステム。   49. The system according to claim 48, further comprising a plurality of fluid treatment devices connected in series and / or in parallel to form an array. さらに、アレイを形成するために、互いに直列におよび/または並列に接続される複数の第2の流体処理装置を含む、請求項48に従うシステム。   49. The system according to claim 48, further comprising a plurality of second fluid treatment devices connected in series and / or in parallel to each other to form an array. さらに、第1および/または第2の流体処理装置およびそのそれぞれの第1のおよび/または第2の保持容器の間の組成物の温度を上げるための温度調節ユニットを含む、請求項50に従うシステム。   51. The system according to claim 50, further comprising a temperature adjustment unit for raising the temperature of the composition between the first and / or second fluid treatment device and its respective first and / or second holding container. . 温度調節ユニットは蒸気発生機である、請求項61に従うシステム。   62. A system according to claim 61, wherein the temperature control unit is a steam generator. さらに、発酵容器の下流の蒸留装置を含む、請求項57に従うシステム。   58. The system according to claim 57, further comprising a distillation device downstream of the fermentation vessel. 蒸留装置は混合容器の入口の下流にある、請求項63に従うシステム。   64. A system according to claim 63, wherein the distillation device is downstream of the inlet of the mixing vessel. さらに、蒸留装置を流体処理装置の入口に接続する第1の戻りラインを含む、請求項64に従うシステム。   65. The system according to claim 64, further comprising a first return line connecting the distillation device to the inlet of the fluid treatment device. さらに、蒸留装置の下流の分離装置を含む、請求項63に従うシステム。   64. The system according to claim 63, further comprising a separation device downstream of the distillation device. さらに、混合容器の入口の下流の分離装置を含む、請求項64に従うシステム。   The system according to claim 64, further comprising a separation device downstream of the inlet of the mixing vessel. さらに、分離装置を流体処理装置の入口に接続する第2の戻りラインを含む、請求項67に従うシステム。   68. The system according to claim 67, further comprising a second return line connecting the separation device to the inlet of the fluid treatment device. 分離装置には、遠心分離機が含まれる、請求項66および67のいずれか一項に従うシステム。   68. A system according to any one of claims 66 and 67, wherein the separation device comprises a centrifuge. さらに、少なくとも1種の輸送流体ノズルに流体連通する輸送流体供給ユニットを含む、請求項56に従うシステム。   57. The system according to claim 56, further comprising a transport fluid supply unit in fluid communication with the at least one transport fluid nozzle. 輸送流体供給ユニットは輸送流体を第1および第2の流体処理装置の双方に供給する、請求項70に従うシステム。   71. A system according to claim 70, wherein the transport fluid supply unit supplies transport fluid to both the first and second fluid treatment devices. 輸送流体は蒸気である、請求項48に従うシステム。   49. A system according to claim 48, wherein the transport fluid is steam. 請求項48のシステムに従って生産されたバイオエタノール。   49. Bioethanol produced according to the system of claim 48. バイオマスからバイオエタノールを生産するための方法であって、次の
(a)流体処理装置の通路に流れ込むようにバイオマスおよび作動流体を含む組成物の少なくとも第1の部分を誘導すること、
(b)流体処理装置の通路に連通するノズルを通して組成物に高速度の輸送流体を注入し、それによって輸送流体は、作動流体が細分化され、そして蒸気および液滴の流動様式がノズルの下流に形成されるように、せん断力を組成物に適用すること、
(c)蒸気および液滴の流動様式を凝縮すること、
(d)組成物を第1の保持容器へ移すこと、
(e)組成物を第1の保持容器において第1の所定の温度にて第1の所定の時間の間に保持し、そこで、液化酵素をこの方法の前またはその間に組成物に加えること、
(f)組成物を第2の保持容器に、第1の所定の時間の間に次いで移すこと、
(g)組成物を第2の保持容器において、第2の所定の温度にて、第2の所定の時間の間で保持すること、
(h)組成物を所定の発酵温度に冷やすこと、
(i)発酵薬剤を組成物に加えること、
(j)組成物を発酵容器に移すこと、および
(k)組成物を、発酵容器において所定の発酵温度にて所定の発酵時間の間で、バイオエタノールを含む発酵された組成物を生成するために保持すること
を含む、方法。
A method for producing bioethanol from biomass comprising: (a) inducing at least a first portion of a composition comprising biomass and working fluid to flow into a passage of a fluid treatment device;
(B) injecting a high velocity transport fluid into the composition through a nozzle communicating with the passage of the fluid treatment device, whereby the transport fluid is subdivided into working fluid and the flow pattern of vapor and droplets downstream of the nozzle Applying a shear force to the composition so as to form,
(C) condensing vapor and droplet flow patterns;
(D) transferring the composition to a first holding container;
(E) holding the composition in a first holding container at a first predetermined temperature for a first predetermined time, wherein liquefying enzyme is added to the composition before or during the process;
(F) transferring the composition to a second holding container during a first predetermined time;
(G) holding the composition in a second holding container at a second predetermined temperature for a second predetermined time;
(H) cooling the composition to a predetermined fermentation temperature;
(I) adding a fermenting agent to the composition;
(J) transferring the composition to a fermentation vessel; and (k) producing the fermented composition comprising bioethanol for a predetermined fermentation time at a predetermined fermentation temperature in the fermentation vessel. Holding the method.
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