JP2020000230A - リグノセルロース系バイオマスを処理するための方法 - Google Patents

リグノセルロース系バイオマスを処理するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】バイオマス処理プロセスにおいて、混合物から出発して固体／液体分離を実施する新規の方法の提供。【解決手段】リグノセルロース系バイオマスを処理するための方法であって、少なくとも次のステップ：ａ．前処理済み基質を得るための、少なくとも１つの加熱処理または蒸気爆砕操作によるバイオマスの前処理、を含む方法において、ｂ．前処理済み基質の分離ステップが、２つの一連のサブステップ：混合流体を使用して連続ミキサー（Ｍ）によって実施される、固体／液体混合物を接触させる上流サブステップｂ１と、固体に富む固体相と液体に富む複数の液体相とを得るために、洗浄流体を使用して連続フィルター、特にベルトフィルター（Ｆ）によって実施される抽出／洗浄の下流サブステップｂ２と、を含み、前記フィルターから抽出された液体相の、前記ミキサーの入口における混合流体としての少なくとも部分的なリサイクルを伴うことを特徴とする方法。【選択図】図１

Description

本発明は「第２世代」（２Ｇ）含糖ジュース(仏juc)を産生するためにリグノセルロース系バイオマスを処理するためのプロセスに関する。それらの含糖ジュースは化学経路または生化学／発酵経路によって他の産物を産生するために使用され得る（例えば、アルコール、例えばエタノール、ブタノール、または他の分子、例えばアセトンなどの溶媒、および他のバイオベース分子など）。
リグノセルロース系バイオマスは地球上における最も豊富な再生可能資源の１つにあたる。考えられる基質は非常に様々であり、両方の木質基質、例えば種々の木（広葉および針葉）、農業に由来する副産物（麦藁、米藁、コーンハスクなど）、または他のアグリフード、製紙などの産業に由来する副産物に関係する。リグノセルロース系バイオマスは３つの主なポリマーからなる：本質的にヘキソースからなる多糖であるセルロース（３５％から５０％）；本質的にペントースからなる多糖であるヘミセルロース（２０％から３０％）；ならびにエーテル結合によって連結された芳香族アルコールからなる複雑な構造および高い分子量のポリマーであるリグニン（１５％から２５％）である。これらの種々の分子は植物壁の固有の特性を担っており、それら自体を複雑な絡合体(entanglement)へと組織化する。リグノセルロース系バイオマスを作り上げている３つのベースポリマーのうち、セルロースおよびヘミセルロースは２Ｇ含糖ジュースの産生を可能にするものである。
特に、リグノセルロース系材料から２Ｇ含糖ジュースへの生化学的変換のためのプロセスは前処理ステップと酵素カクテルによる酵素的加水分解のステップとを含む。通常は、これらのプロセスは前処理の前に含浸ステップをも包含する。加水分解に由来する含糖ジュースは、そのまま使用／アップグレードされ得るか、または任意に爾後に例えば発酵もしくは化学プロセスによって加工され得る。通常は、全体的なプロセスは中間分離ステップおよび／または最終産物の精製のステップを含む。
セルロースを酵素にとって利用し易くし (accessible)、酵素的加水分解における良好な反応性を達成するために、前処理は、リグノセルロース系バイオマスの物理化学的特性を改変することを可能にする。多くの前処理技術が存在しており、様々な化学的条件下におけるバイオマスの温度の確立を可能にする。前処理は、酸性または塩基性産物の追加ありまたはなしで実施され得る。これは、水または有機産物などの溶媒、例えばアルコール（オルガノソルブプロセス）中においても実施され得るが、蒸気などの薄く希釈された媒体中においても実施され得る。この前処理は蒸煮爆砕の文脈における離解または爆発的減圧などの物理的ステップをも包含し得る。この前処理は、全体的なプロセスを最適化するためのいくつかのステップ、例えば、蒸煮爆砕または２つの逐次的な蒸煮爆砕によって後続される酸蒸煮をも包含し得る。総称的な用語「蒸煮」にグループ分けされる下記の前処理は、希釈条件下におけるバイオマスの処理に関係し、酸蒸煮、アルカリ蒸煮、および「オルガノソルブ」蒸煮を包含する。後者のプロセスは、１つ以上の有機溶媒と一般的に水との存在下における前処理に関係する。溶媒は、アルコール（エタノール）、酢酸もしくはギ酸などの酸、またはさもなければアセトンであり得る。「オルガノソルブパルプ化」プロセスはリグニンの少なくとも部分的な溶解とヘミセルロースの部分的な溶解とに至る。ゆえに、２つの出口ストリームがある、すなわち：残存するセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンを有する前処理済み基質、ならびに溶解したリグニンとヘミセルロースの一部とを含有する溶媒相である。一般的には、リグニンストリームを抽出することを可能にする溶媒の再生のステップがある。ある種の「オルガノソルブパルプ化」処理（特に、エタノールによる）は強酸（例えばＨ２ＳＯ４）の追加とカップリングされる。蒸煮段階前に含浸反応器によってバイオマスを溶媒と接触させること、または「オルガノソルブパルプ化」蒸煮を実施する前にバイオマスを酸触媒と接触させることも考慮され得る。
バイオマスが濃縮され、比例して小量の蒸気に付されるという意味で、蒸煮爆砕型の前処理は蒸煮型の処理とは異なる。通常は、酸性条件下における蒸煮爆砕が好ましい。なぜなら、これは、ヘミセルロースの酸加水分解と酵素的加水分解におけるセルロースの反応性との間の良好な折衷を可能にし、ヘミセルロースの事実上完全な加水分解と酵素にとってのセルロースの利用性および反応性の大きい改善とを有するからである。この前処理は他の処理（単数または複数）（ミリング、含浸、蒸煮など）によって先行され得る。
種々の構成が例えば非特許文献１または非特許文献２によって報告されている。
ゆえに、この型のプロセス、蒸煮または蒸煮爆砕は、爾後の変換ステップそのものを開始する前に、原料バイオマスから反応性の前処理済み基質（前処理済み搾り粕(仏：marcマール)としても公知）への転換を要求するということが留意される。この前処理後に、前処理済み搾り粕に含浸する含糖ジュース中には糖（Ｃ５およびＣ６糖）が見出される。この液汁の回収は、バイオマス転換のプロセスの残りもしくは（並列の）別のプロセスによるアップグレードにとって、または含糖ジュースとしての市販にとって有利であり得る。ゆえに、これらの前処理済み搾り粕ジュースを抽出することが有利であり、その後に、そうして固体物に富むであろう当該前処理済み搾り粕が爾後の処理を受ける。
多くの場合に、前処理ステップは含浸ステップによって先行される。これは、酵素カクテルを使用する酵素的加水分解のステップによって後続される。ある種のケースにおいて、これらの先行するステップは、遊離した糖のエタノール発酵のステップおよび発酵産物の精製のステップによって後続される。プロセススキームのある種の構成において、酵素的加水分解のステップおよび発酵のステップは同じ反応器内においてＳＳＦ（同時糖化発酵）として公知の発酵構成によって行われ得る。プロセスのこれらの２つのステップが分離されているときには、かかるスキームはＳＨＦ型（分離式加水分解・発酵）であると呼ばれる。例は非特許文献３によって与えられている。
これらのステップにおいては、固体／液体混合物の形態の産物、例えば酵素的加水分解後に得られる「加水分解物」産物もあり得る。そこでは、固体／液体分離を実施して液体相を抽出することが、例えば、産生されたジュースを固体の存在に対してセンシティブである爾後のステップに使用するために、例えば爾後の発酵ステップに使用される発酵微生物のセンシティビティのケースにおいて、またはこの発酵ステップ周りの微生物のリサイクルのケースにおいて有利であり得る。
ゆえに、バイオマス処理プロセスの種々のステップにおいて、処理されようとする産物は固体／液体混合物の形態であるということと、それをアップグレードするためまたは全体的なプロセスを最適化するために液体相の少なくとも一部を固体相から抽出することが有利であり得るということとが分かる。
特許文献１は次の一連のステップによってバイオマスを処理するためのプロセスを提案している：ａ−バイオマスフィードストックを水および酸性または塩基性化合物と接触させることおよび加熱することによって前処理ステップが実施されて、前処理済み基質を得、ｂ−前処理済み基質が、セルラーゼ酵素、およびステップｅ）において得られた発酵産物に富む液体ストリームと接触させられて、固体残渣と糖を含有する液体相とを包含する加水分解物を得、ｃ−アルコール形成微生物を使用して加水分解物のアルコール発酵が実施されて、固体物と発酵産物を含有する液体相とを包含する発酵液を産生し、ｄ−発酵液中に含有される固体物の少なくとも一部が抽出されて、固体物に富むストリームと固体物が除去された発酵液とを得、ｅ−固体物に富むストリームが液体ストリームによって洗浄されて、発酵産物に富む前記液体ストリームを得、発酵産物に富む液体ストリームはステップｂ）へとリサイクルされ、ｆ−固体物が除去された発酵液の分離のステップが実施されて、アルコールまたは溶媒を包含する少なくとも１つの精製されたストリームとビナスの少なくとも１つのストリームとを得る。
ゆえに、この特許は発酵ステップ後にリグニンおよび他の可能な不活性固体の分離を実施することを提案している。それから、主としてリグニンからなる固体物は洗浄に付されて、トラップされた発酵産物、具体的にはアルコールおよび溶媒を回収する。それから、既存のストリームの希釈を生じさせないように、洗浄液体は酵素的加水分解ユニットへとリサイクルされ、これは発酵ユニットと同じユニットであり得、またはこれは発酵ユニットとは異なり得る。
特許文献２は、前処理ステップと、酵素的加水分解のステップと、それから発酵ステップとを包含するプロセスにおいて、加水分解物中に含有される固体残渣の少なくとも一部の抽出を実施して、リグニンを包含する固体残渣のストリームと固体残渣が除去された加水分解物とを得ることを提案している。それから、固体残渣のストリームは液体ストリームによって洗浄されて、糖に富む液体ストリームを回収する。これは酵素的加水分解ステップへとリサイクルされて、プロセス中のストリームの希釈を生じさせることなしに糖をアップグレードすることができ得る。
これらの２つの特許においては、固体／液体混合物から固体物に富む相と液体に富む相とを分離することを企図した中間産物の洗浄および抽出が実施され、従来の装置、例えば抽出／分離を実施するための傾瀉またはパーコレーション装置と向流洗浄装置とを使用する。
しかしながら、混合物が非常に異なる特徴を同時に有し得る限り、かかる固体／液体分離を達成することは、特に全体的なバイオマス処理プロセスのステップのシークエンスにおけるその場所、使用されるバイオマスの型などに応じて、標準化することが困難な操作である。特に、それらの特徴は、初めのバイオマスの固体含量と処理されるべき混合物のレオロジーとである。分離の狙いは、そこまで分離を及ぼすことが所望である度合いに応じても異なり得る。従来の装置は、かかる異なる混合物の分離を保証するために要求される全ての汎用性および効率を必ずしも有さない。
本発明の目的は、特にバイオマス処理プロセスの文脈において従来の技術と比較されるときに改善されている、混合物から出発して固体／液体分離を実施する新規の方法を提案することである。特に、本発明の目的は、処理すべき混合物に応じてより効率的および／またはより汎用的である技術を提案することである。
任意に、本発明の目的は、加えて、可能な限りコンパクトである装置によって実施され得るこの型の技術を提案することである。
国際公開第２０１４／１３５７５５号パンフレット 欧州特許出願公開第２７７４９９２号明細書
Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: a review, M. Balat, Energy Conversion and Management 52 (2011) 858-875 Bioethanol production from agricultural wastes: an overview, N. Sarkar, S. Kumar Ghosh, S. Bannerjee, K. Aikat, Renewable Energy 37 (2012) 19-27 Ethanol from Lignocellulosics: A review of the economy, M. von Silvers and G. Zacchi, Bioresource Technology 56 (1996) 131-140
本発明の対象は、第１に、リグノセルロース系バイオマスを処理するためのプロセスであり、前記プロセスは少なくとも次のステップを含む：
ａ．前処理済み基質を得るための、少なくとも１つの加熱処理(英cooking,仏cuisson)または蒸気爆砕(英steam explosion)操作によるバイオマスの前処理。
このプロセスは：
ｂ．ステップａの帰結としてまたはステップａ後の前記基質の処理の追加のステップの帰結として得られた前処理済み基質の少なくとも一部の液体／固体分離、
という少なくとも１つのステップをも含み、
前記分離ステップは、２つの一連のサブステップ：
−任意にポンプによって先行される、混合流体を使用して連続ミキサーによって実施される、固体／液体混合物を接触させる上流サブステップｂ１と、
−固体に富む固体相と液体に富む複数の液体相とを得るための、洗浄流体を使用して連続フィルター、特にベルトフィルターによって実施される抽出／洗浄の下流サブステップｂ２と、
を含み、
好ましくは、フィルターは、分離されるべき固体／液体混合物の流通と抽出／洗浄流体との間において向流的に機能し、ベルトフィルターから抽出された液体相の、ミキサーの入口における混合流体としての少なくとも部分的なリサイクルを有する。
本文中において、用語「上流」、「下流」、「後続」または「先行」は、本発明のプロセスが実施される設備において、処理されるべき当該産物の、より正確に言えば処理されるべきバイオマスの固体部分の、流動の一般的な方向の参照によって与えられる。
ゆえに、固体／液体分離を実施するために、本発明はそれらのそれぞれに特定の２つの装置を有する２つの操作をカップリングすることを提案する。すなわち、第１に、分離されるべき混合物を混合流体（例えば水系の流体）と接触させるためのミキサーであり、これは連続的に機能し得、それから、これはベルトフィルターにフィードして実際の分離を実施する。ミキサーは混合物に適切な特徴（レオロジー特性、固体含量など）を与えて、それから連続フィルターによって処理されることができる。２つの装置は直列にマウントされ、両方とも連続的に機能し得る。これはバッチ型機能よりも著しく有利である。フィルターについて、用語「連続」は処理されるべき固体のこととして理解される。
連続ミキサーはその原理上公知である：概略的には、これは、混合物がフィードされる入口を有する中空の円筒体と、混合物をミキサーの入口から出口まで搬送するための内部スクリューと、ミキサー内の混合物を当該流体と接触させる混合流体（水）循環路とを含むミキサーである。ミキサーは入口に調量装置を装備し得る。この型の連続ミキサーは特にＰａｒｉｍｉｘ社によって名称Ｐａｒｉｍｉｘ−ＩＭＲ連続ミキサーで販売されている。特に、これは、高い流量においてさえも低い混合チャンバー体積によって混合物を接触させることができるという利点を有する。これは装置を非常にコンパクトにし、これは本発明の文脈において最も具体的に希求される。これは、ミキサー内における混合物の短い滞留時間をも可能にしながら、同時に、非常に均質でありかつ所望の固体含量である産物をミキサー出口において得ることを可能にする。
好ましい連続フィルターはベルトフィルターであり、これもその原理上公知である：概略的には、これは、網(英gauze)ベルトの異なるゾーン上の混合物を一連として搬送することによって、固体／液体混合物の抽出および洗浄を連続的に実施することを可能にする。抽出は部分的な真空下においてこの網を通して実施され、これは混合物をゾーンからゾーンへと移送し、かつこれは濾過／抽出を実施することができるように多孔質である。これは液体の抽出を完了するためのプレスを、その最も下流の部分に装備し得る。この型のベルトフィルターは例えばＢＨＳ社によって名称ＢＦＲ連続ベルトフィルターで市販されている。この型の器具は真空抽出による連続ベルトフィルターとして公知である。
例えばベルトプレスの形態または直列の複数のベルトプレスの形態の、他の連続フィルターも使用され得る。
ゆえに、本発明は、連続的に機能するこれらの２つの装置を直列に使用し（しかしながら、後で記載される通り、ベルトフィルターは厳密な意味で連続して機能する）、ミキサー出口はフィルターの入口に原料をフィードし（これはバッチ型機能よりも著しく有利である）、その結果非常にコンパクトでありかつ既存のバイオマス処理設備に一体化することが容易であるアセンブリをもたらす。
本発明が発見した事項は、これらの装置の機能パラメータの２つの選択肢の組み合わせが、得られる分離が第１に産業的に実現可能であるためおよびそれが頑丈でかつ効率的でもあるための必要条件であったということである：
−一方では、フィルター、特にベルトフィルターの連続的な機能、好ましくは分離されるべき固体／液体混合物の流通と抽出／洗浄流体との間における向流的な機能という選択肢（向流的な機能は並流的な機能よりも効率的であることが判明している）、
−他方では、フィルターから抽出された液体相のミキサーの入口における混合流体としての少なくとも部分的なリサイクルである。これは、ミキサーの混合流体の消費、一般的には水の消費を削減することを可能にし、かつこれは、驚くべきことに、ミキサーによるより効率的な混合とフィルターによるより濃縮された液体相（単数または複数）の抽出とを可能にすることが判明した。
好ましくは、固体／液体混合物の分離は、ステップａの帰結として得られた前処理済み基質の第１の部分についてステップｂの間に実施され、前記前処理済み基質の第２の部分は少なくとも１つの爾後の処理ステップ、特に加水分解、それから発酵に付され、ステップｂにおいて得られた固体に富む固体相も少なくとも１つの爾後の処理ステップ、特に前処理済み基質の第２の部分が付されるものと同じものに付される。
ゆえに、前処理済み搾り粕の液体の一部を抽出することが可能であり、単純に前処理済み搾り粕の全て、および前処理されそれから本発明に従って分離された搾り粕の全ては、それから同じステップシークエンスを辿り、例えば次のステップの同じ反応器内に注入されて、そこで同じ転換を受ける。
そうして、利点は、糖を含有する液体相（本文中においては「含糖ジュース」とも呼ばれる）のアップグレード、またはまさにそのプロセスへの活用という目的のために、前処理済み搾り粕の一部について、液体相の一部だけ（十分量だけ）を取り出すことができるというものである。
有利には、１つの実施形態に従うと、分離ステップｂに由来する液体に富む液体相は含糖ジュースであり、前記プロセスは酵素を産生するステップｃおよび／または酵母を産生するステップｄをも含み、前記含糖ジュースの少なくとも１つは酵素ｃまたは酵母ｄの前記産生（微生物の増殖／生長）に使用される。ゆえに、このケースにおいては、酵素または酵母の産生にフィードするための含糖ジュースの必要量だけを抽出することと、ゆえに前処理済み搾り粕の分離を必要量に限定することとが可能である。
有利には、本発明に従うプロセスは、加水分解物を得るために、前処理ステップａから得られた前処理済み基質の酵素的加水分解のステップｅを含み得、それから固体／液体分離ｂが前記加水分解物の少なくとも一部、特に前記加水分解物の全てについて実施され得る。
１つの実施形態に従うと、固体／液体分離ｂは、固体に富む固体相を得るために、前処理ステップａの帰結として得られた前処理済み基質の少なくとも一部、特に全てについて実施され、プロセスは、加水分解物を得るために、固体に富む前記固体相の酵素的加水分解のステップｅをも含む。ゆえに、このケースにおいては、前処理済み搾り粕の全てを分離することと抽出された液体相の全てを活用することとが好ましく、これは、プロセスの残りとは別個にそれをアップグレードするための含糖ジュースの産生がとりたててターゲットとされるときに有利である。
有利には、本発明に従うプロセスは前処理ステップａ後に次のステップをも含む：
ｅ．固体物と糖を含有する液体相とを包含する加水分解物を得るための、前処理済み基質の酵素的加水分解、
ｆ．発酵液を得るための、加水分解物の発酵（発酵ステップｆは酵素的加水分解ステップｅに追行または付随し得る）、
ｇ．アルコール、溶媒、または別のバイオベース分子の形態の蒸留産物、およびビナスを得るための、発酵液の分離／蒸留（分離ステップｂは、加水分解ステップｅおよび／または発酵ステップｆおよび／または分離／蒸留ステップｇ後に得られた産物の少なくとも一部、特に全てについて実施されることができる）。
任意に、分離ステップｂにおいて、ミキサーの内側は少なくとも３０℃、特に４０および６０℃の間の運転温度まで特に一体化された電気加熱手段によって加熱される。実際のところ、ミキサー内のその移送の間における混合物の加熱は、ミキサーを出る混合物の均質性を改善するということが判明した。温度は過度なエネルギー消費を発生させないように十分低く留まる。
また、好ましくは、分離ステップｂにおいて、抽出／洗浄流体はフィルターへの導入前に、および／またはリサイクルされるフィルターからの抽出された液体相のミキサーへのその導入前に、特に少なくとも３０℃かつ９０℃以下の温度、特に４０℃および８０℃の間の温度に加熱される。ミキサーにおけるそのリサイクル前に液体相を加熱することは、前記相がミキサー内の混合物を加熱する仕事に寄与することを可能にする。ミキサーが装備する加熱手段によって得られる加熱およびミキサー内の熱い混合流体の流通によって得られる加熱は、そうして適切に調節され得る。当然ながら、フィルターからリサイクルされた液体相の加熱に加えてまたはその代わりに、フィルターからのリサイクルから来ない混合流体（一般的に水）を加熱することも可能である。
有利には、ステップｂにおいて、フィルターはベルトフィルターであり、これは少なくとも２つの、特に少なくとも３つの一連のゾーンを含み、少なくとも１つのゾーン、特に各ゾーンにおける液体相の抜き出しを有する。ベルトフィルターは非常にフレキシブルな実装である：所望であるゾーンの数およびサイズ、特に長さが考慮され得、ゾーン同士は、ゾーンのグループあたり１つの液体相のみを抜き出すように一緒にしてグループ分けされ得、ゾーン同士は、異なる長さ、例えばベルト上の混合物の移送の軸に沿って増大または減少する長さなどを有し得る。
好ましくは、第１および／または第２ゾーンの液体相はステップｂのミキサーの入口へと少なくとも部分的にリサイクルされる。ゆえに、ベルトフィルターの可能な限りずっと上流において抽出された液体相（単数または複数）を、すなわち最も濃縮されているものをリサイクルすることが好ましく、これは、より濃縮された液体をミキサー出口において得ることを可能にする。好ましくは、第３のゾーンおよび／または後続するゾーンおよび／または最後のゾーンから抜き出された液体相は、ベルトフィルター洗浄／抽出流体として少なくとも部分的にリサイクルされる：これは、本発明におけるベルトフィルターの機能の際に向流が実施されるやり方である。
任意に、ステップｂにおいて、フィルター、特にベルトフィルターは、その端部分にプレスを装備し得る。ゆえに、分離はさらに改善される。
有利には、分離ｂが前処理ステップａから得られた前処理済み基質について実施されるときに、ベルトフィルターから抽出された産生された液体相が少なくとも５０ｇの産物／ｋｇ、特に少なくとも３０、少なくとも３５；少なくとも４０、好ましくは少なくとも５０ｇの糖／ｋｇという濃度を有するように、分離ステップｂ１およびｂ２の運転パラメータは固体／液体混合物の特徴の関数として選択され得る。実際のところ、含糖ジュースそのものが有効にアップグレードされ得るのはかかる濃度からである。具体的には、この結果を達成するための好ましい運転パラメータは、ミキサーの入口におけるフィルターから抽出された液体相のリサイクルの速度、またはさもなければリサイクルの構成（すなわち、具体的には、単一の型のリサイクルされた液汁、もしくは調節可能な割合のフィルターのいくつかのゾーンからのいくつかの液汁（ゆえに、これらは異なる糖濃度を有するであろう）、および／またはミキサーへとリサイクルされるこのまたはこれらの液汁への調節可能な量の水の追加）である。
本発明の対象はリグノセルロース系バイオマスを処理するための設備でもあり、特に、先に記載されたプロセスを実施することを意図され、これは少なくとも：
−前処理済み基質を得るための、少なくとも１つの加熱処理(英cooking,仏cuisson)または蒸気爆砕(英steam explosion)操作によるバイオマスの前処理のための１つのゾーン、
−前処理ゾーンの出口または前処理ゾーン後の前記基質の追加の処理ゾーンの出口において得られた前処理済み基質の少なくとも一部の液体／固体分離のための１つのゾーン、
を含み、
前記分離ゾーンは、直列の２つのサブゾーン：−任意に上流ポンプと組み合わせられた混合流体を使用する連続ミキサーを含む１つの上流接触サブゾーンと、−洗浄流体による連続フィルター、特にベルトフィルターを含む１つの下流抽出／洗浄サブゾーンと、
を含み、
フィルターは、好ましくは分離されるべき固体／液体混合物の流通と抽出／洗浄流体との間において向流的に機能し、
ベルトフィルターによって抽出された液体相のミキサーの入口への混合流体としての少なくとも部分的なリサイクルを有する。
設備は分離ゾーンにおいて：−フィルターによって抽出された液体相の少なくとも一部をミキサーの入口へとリサイクルするための、ベルトフィルターとミキサーとの間の流体連通手段と、−フィルターから抽出された別の液体相を前記フィルターの洗浄流体としてリサイクルするための流体連通手段とを提供し得る。
好ましくは、フィルターはベルトフィルターであり、これは任意にその端部分にプレスを装備し得る。
処理設備は、酵素産生ゾーンおよび／または酵母産生ゾーンをも含み得、ベルトフィルターから抽出された少なくとも１つの液体相を分離ゾーンから酵素産生ゾーンおよび／または酵母産生ゾーンまで移動するための手段を考慮し得、前記液体相は含糖ジュースである。
本発明の対象は、糖、バイオ燃料、またはバイオベース分子を産生するためのバイオマス、例えば木、藁、農業残渣、および全ての専用エネルギー作物、特に一年生または多年生植物、例えばススキの処理のための、上に記載されているプロセスまたは設備の使用でもある。より一般的には、本発明に従うプロセスに用いられるリグノセルロース系バイオマスまたはリグノセルロース系材料は、例えば、原料木または加工木（広葉および針葉）、農業副産物、例えば藁、植物繊維、林業作物、アルコール生成植物、糖生産用植物、および穀物生産用植物からの残渣、紙産業からの残渣、海洋バイオマス（例えばセルロース系大型藻類）、またはセルロース系もしくはリグノセルロース系材料転換産物から得られる。リグノセルロース系材料はバイオポリマーでもあり得、選好的にセルロースに富む。
本発明は、アップグレード可能な産物として、エタノールなどのバイオ燃料および含糖ジュース両方またはバイオ燃料単独もしくは含糖ジュース単独を多大なフレキシビリティーによって産生することを可能にする。
本発明は、次の図によって例解される限定しない実施例の助けによって下に詳細に記載される：
バイオマス処理プロセスにおいて固体／液体混合物を分離するステップｂを実施するために本発明の文脈において使用される装備の概略的表現。 図２ａおよび図２ｂ：使用されるバイオマスの型に従う、図１に表現されている装備の２つの異なる活用。 図１に表現されている装備に付属するミキサーの概略的表現（縦断面）。 第１の変形に従ってバイオマス前処理ステップに組み込まれた本発明によって実施される分離ステップｂのブロック図形態による機能的表現。 図４に従って本発明によって実施される分離ステップｂを組み込んだバイオマス処理プロセス丸ごとのブロック図形態による機能的表現。 第２の変形に従って本発明によって実施される分離ステップｂを組み込んだバイオマス処理プロセス丸ごとのブロック図形態による機能的表現。 第３の変形に従って本発明によって実施される分離ステップｂを組み込んだバイオマス処理プロセス丸ごとのブロック図形態による機能的表現。 第４の変形に従って本発明によって実施される分離ステップｂを組み込んだバイオマス処理プロセス丸ごとのブロック図形態による機能的表現。
同じ参照符号は図の全てにおいて同じ構成要素／流体／産物に対応する。図は非常に概略的であり、必ずしも一定比率ではなく、関係する装備の全ての構成要素または全てのプロセス詳細ではなく、より具体的に本発明の記載に関係するもののみを表現している。
ゆえに、図１は、リグノセルロース系バイオマス処理プロセスにおいて混合物の固体／液体分離を実施するために本発明の文脈において開発された装備を表現している：分離されるべき混合物は、第１に、図３により詳細に表現されているＰａｒｉｍｉｘ社からのＩＭＲミキサーなどの連続ミキサーＭによって、それから、ＢＨＳ社からのＢＦＲモデル連続真空ベルトフィルターなどのベルトフィルターＦによって処理される。これらは両方とも実質的に水平に、互いに異なる高さに配置され、ミキサーはベルトフィルターよりも上に配置されている。
この装備の記載を単純化するためには、簡潔にするために、分離されるべき混合物はバイオマス処理プロセスからの前処理済み搾り粕であると考えられるが、本発明に従う分離はかかるプロセスの他の固体／液体混合物にも適用され得る（図６以降の助けによって後で記載される通り）。
ミキサーＭは、混合流体を追加することと、搾り粕をミキサーの１つの端から他方まで搬送するミキサーのエンドレススクリューによって得られるブレンドとによって、高含量の乾物（ＤＭ）および固体を有する前処理済み搾り粕の再パルプ化を可能にする。図３に詳述されている通り、ミキサーＭはシャフトレス回転スクリューＶを装備した円筒体を含み、その上流端は調量装置Ｄを装備し、これは分離されるべき混合物を連続的に計り取り、これはそれから調量装置と連通したフィードチューブまたはホッパーＡによってミキサー内に注入される。これは運転位置に、すなわち実質的に水平な平面上に表現されている。
その上流部分において、ミキサーの円筒体は混合流体入口（単数または複数）ｅ１、ｅ２を装備し、流体（単数または複数）はスクリューによって遠心され、こうして作り出された液体渦は逆方向の爆砕された搾り粕のストリームと合流する。この原理の手段によって、このミキサーの混合チャンバーの体積は低く、使用される動力も低く、ミキサー丸ごとはコンパクトである。ここで、ミキサーは円筒体の内側を約４０から５０℃の温度に加熱するための電気加熱手段（示されていない）を装備し、この熱の供給はミキサーを出て行く混合物のより多大な均質性を、その中における一定の滞留時間で得ることを促進する。ミキサーＭを出て行く再パルプ化された搾り粕は重力によってベルトフィルターＦのベルトの上流部分に落下する。
向流洗浄によるベルトフィルターＦ上のこの搾り粕の分離は、糖が濃縮されたジュースを抽出することを可能にする。ベルトフィルターＦテクノロジーは真空濾過に基づいており、その原理は前進して行くベルト上に前処理済み搾り粕を連続して広げることである。この多孔質ベルトは真空吸引によって液体（ジュース）を固体から分離することを可能にし、ケーキ（洗浄済みの搾り粕）を形成し、これはベルトの端に落下する。洗浄流体がベルト上にスプレーされて、ベルトに沿って徐々に形成するケーキを洗浄する。後で詳述される通り、ジュースは部分的にリサイクルされる。それらは単一のストリームとしてもプールされ得る。
この事例において、ベルトフィルターＦは図１において１から１０と付番される１０個の有効な真空ゾーンを有し、そこでは洗浄・濾過プロセスの種々のステップが行われ得る（フィルターの可動かつサイズ変更可能なゾーン）。これはポリウレタンまたはシリコーンなどのポリマーのベルトを濾過ベルト側に装備して、真空の損失を限定し、分離を改善し得る。第１のゾーン（単数または複数）の直後の上側部分に仕切り板（またはいずれかの他の同等の機械的手段）を追加して、ベルト上の混合物のより良好な分布を可能にすることが考慮され得る。
ここで、これらの装備に入る種々のストリームおよび出て行く種々のストリームが上流から下流に記載される：前処理済み搾り粕Ｍ０はミキサーＭの調量装置Ｄに入り、混合流体は入口ｅ１、ｅ２によってミキサー内に導入される（図３のみに示されている）。混合された搾り粕Ｍ１（後ではＭｏＲｅとも呼ばれる）はミキサーＭの下流端を出て行き、重力によってフィルターＦのベルトＢ上のその上流部分に落下する。ベルトは、搾り粕をその下流端まで搬送し、ベルトの下には３つの液体相Ｊ１、Ｊ２、およびＪ３の真空抽出を有し、これらは減少して行く濃度の含糖ジュースである。ベルトよりも上には、その上流部分またはその中央部分において、互いから離間されたノズル同士によって２つの抽出／洗浄流体ｆ１およびｆ２が導入される。流体ｆ１は水であり得、流体ｆ２はジュースＪ３の部分的なまたは完全なリサイクルである。当然ながら、３つの液体相ではなくより多く、ベルトフィルターのゾーンがあるのと少なくとも同じ数を真空抽出することは、本発明の文脈内に留まる。
抽出／洗浄流体の動きはベルト上の混合物の流通に対して相対的に向流的に行われる。本発明の文脈において、公知の様式では、洗浄ゾーンのそれぞれにおいて実際の向流的流動がないという意味で、これはつまりは「近似的」向流である。ベルトフィルターの原理はタンジェンシャル洗浄に基づいている：混合物はここでは横方向に、例として図中では左から右に動き、洗浄液体（より一般的には、本明細書において上では、抽出／洗浄流体とも呼ばれる）は上側から下方に動く。ベルト上の動いている混合物上への液体の注入は、注加、すなわち重力による流動によって、またはスプレーによってのどちらかで行われ得る。ベルト上の動いている混合物を通り抜ける液体の上側から下方への動きは、ベルト上に作り出される真空によって課される。フィルターは抽出されるべき固体相（「ケーキ」とも呼ばれる）を含む混合物に対して連続した機能を有し、これは概略的には次の通り表現され得る：−ステージ１、ベルトが前進する、−ステージ２、ベルトが停まり、真空が作り出され（かつ、適切なところでは、プレスが実施される）、ジュースがゾーンのそれぞれにおいて抽出される、など。一般的に、洗浄液体の注入は連続的に実施される（注入はベルトが前進して行くときおよびそれが停止しているときに行われる）ということが注意されるべきである。向流はその抽出の上流における抽出されたジュースの再注入によって「近似」される。
ジュースＪ１、Ｊ２、Ｊ３の少なくとも１つの全てまたは一部は混合流体としてミキサーＭへとリサイクルされ得る。
こうして、フィルターＦの多孔質ベルトの１０個のゾーンの下においては、Ｊ１、Ｊ２、およびＪ３と言われる３つの液体相がここの部分的な真空下において抽出され、次第に固体に富む固体相「ケーキ」Ｇはその進行をベルトの下流部分まで続け、それはベルトのまさにその端に置かれたプレスＰに付された後にここから抽出され、このプレスが分離を締めくくる。このプレスステップは任意である。
洗浄流体（単数または複数）ｆ１、ｆ２は送達管が装備する加熱手段によって例えば３０から８５℃の温度まで加熱された後に、多孔質ベルトによって搬送されるケーキの上側に注加される。
混合流体としてミキサーへまたは洗浄／抽出流体としてフィルターへどちらかでリサイクルされる含糖ジュース（単数または複数）のストリームも、フィルターまたはミキサーへの再導入前に、それらの送達管が装備する加熱手段によって例えば３０から８５℃の温度に加熱される。
図２ａは、ススキに基づくバイオマスの前処理済み搾り粕を分離するために図１の設備を実装する第１のやり方を表現している：ジュースＪ３はフィルターＦの最上流の入口、洗浄抽出流体入口ｆ１へと全部リサイクルされ、ジュースＪ２は水の形態のミキサー流体の入口ｅ２への注ぎ足しとしてミキサーＭの入口ｅ１へと全部リサイクルされる。ジュースＪ１の全てはこの分離設備の外における使用／アップグレードのために抽出される。
図２ｂは、藁に基づくバイオマスの前処理済み搾り粕を分離するために図１の設備を実装する別のやり方である。図２ａとの違いは、ここでは、ジュースＪ１の一部も混合流体としてジュースＪ２と共にミキサーへとリサイクルされるということである。
ミキサーまたはフィルターへとリサイクルされるベルトフィルターから抽出されたジュースＪ１、Ｊ２、Ｊ３…のそれぞれの割合は、０％から１００％まで非常に可変であり得る。これは、バイオマスの性質（その固体含量）に、所望の水消費に、有効成分（このケースにおいては糖）の所望の濃度に、必要に従って全体的なバイオマス処理プロセスへのそれらの爾後の使用の関数として、または独立したアップグレード産物として抽出されるジュースに応じるであろう。
図４は、バイオマス前処理への分離ステップｂの一体化をブロック図形態で表現している。示されている参照符号は次の意味を有する：
１．処理されるべきバイオマス
２．前処理ステップ
３．バイオマス前処理ａのために要求される流体のストリーム（水、酸触媒、蒸気など）
４．２つのストリーム、分離ステップｂに行く４ａおよび４ｂ（これは、図５の助けによって後で詳述される通り加水分解ステップに行く）に分離される前処理済み搾り粕のストリーム
５．本発明に従う分離ステップｂに使用されるミキサー
６．ミキサーを出て行く混合物
７．本発明に従う分離ステップｂに使用されるベルトフィルターセパレータ
８．洗浄流体（一般的に水）
９．抽出された含糖ジュース
１０．洗浄済みの固体
１１．ベルトフィルターに返され、少なくとも一部（１１ａ）がミキサーに送られる中間ジュース
ブロック２は、１つ以上の他の入口ストリーム３の流体（水、酸または塩基型の化学触媒を有する水、酸化剤、蒸気など）と接触させることと任意の熱処理（単数または複数）とによる、１つまたは種々の薬品によるバイオマス１の入口ストリームの調整および前処理という第１ステップである。前処理済み搾り粕４のストリームが出口ストリームとして得られる。
こうして、ブロック５は本発明に従って分離ｂのサブステップｂ１を運転する：これはミキサーＭであり、これは、入口において、前処理済み搾り粕４のストリームの一部４ａとミキサー５の下流のベルトフィルター７から抽出されたジュース１１ａの一部を含む混合液体の少なくとも１つのストリームとを受け取る。
ブロック７はベルトフィルターによる分離サブステップｂ２を運転する：これは、入口において、ブロック５からミキサーを出て行く固体６のストリームと少なくとも１つの液体洗浄ストリーム８とを受け取り、フィルターの下流から抽出されたジュースの一部１１ｃの上流へのリサイクルと別の一部１１ａのブロック５のミキサーの入口へのリサイクルとを有し、洗浄済みの固体１０のストリームがそこから出て行く。
図５は、図４に従う第１の変形に従うバイオマス処理プロセス丸ごとへの本発明に従う分離ステップｂの組み込みを表現している。すでに記載されたブロック２、５、および７の後に、新たな参照符号は次の意味を有する：
２０．含糖ジュース９を使用する生体触媒産生ステップ（単数または複数）
２１．生体触媒の産生のために要求される流体のストリーム
２２．生体触媒（酵素および／または酵母）を含有する溶液、ならびに任意に示されていない他の流体
２３．前処理済み搾り粕４の他方の一部４ｂと任意に洗浄済みの搾り粕１０とが導入される、酵素的加水分解ステップ（または、同時酵素的加水分解・発酵ＳＳＦのステップ）
２４．未加水分解の固体と溶液としての加水分解に由来する糖との混合物（またはＳＳＦのケースにおいては未加水分解の固体と発酵産物との混合物）
こうして、この図は、今回は、バイオマスについて実施される前処理以降に搾り粕の酵素的加水分解および発酵によって続けられる処理プロセスに組み込まれた本発明を示している。
前処理済み搾り粕４は、先行する図に記載されている通り本発明に従って分離されるストリーム４ａと、酵素的加水分解ステップ２３を指向するストリーム４ｂとに分割された。任意に、本発明に従って分離および洗浄された搾り粕１０もストリーム４ｂと共にこのステップ２３を指向し得る（もしそうでなければ、これはバイオマス処理プロセスまたは他所によって別様にアップグレードされ得る）。ストリーム２４はそこから出て行き、これは、加水分解が発酵と同時に行われるか（ＳＳＦ）否かに応じて、未加水分解の固体と加水分解に由来する糖との混合物（ＳＳＦなし）または未加水分解の固体と発酵産物との混合物（ＳＳＦあり）からなり得る。
ブロック２０は生体触媒（酵素、酵母）の産生のステップ（単数または複数）であり、これは、ブロック７のベルトフィルターによる分離に由来する含糖ジュース９と生体触媒の産生のために要求される１つ以上の流体ストリーム２１（水、栄養素、他の糖、例えばｐＨを制御するための化学産物など）とを使用し、それから、この含糖ジュース９は酵素を産生する微生物（真菌）および／または酵母にとっての生長／増殖基質または産生基質として働く。
この第１の変形において、抽出されたジュース９は酵母および／または酵素の産生のために全部使用される。それらの目的のために、ストリーム９の一部のみを使用することも可能である。バイオマス処理プロセスとは独立して、この含糖ジュース９の全てまたは部分をアップグレードすることも可能である（例えば、それそのものをアップグレードする）。
その一部のみではなく前処理済み搾り粕の全てを本発明に従う分離操作に付すことと、それから、分離された搾り粕の全てを次の酵素的加水分解／発酵ブロックに送ることとも可能である。
原料搾り粕の（すなわち、前処理ステップからの出口における搾り粕の）一部を酵素産生および／または酵母増殖のために直接的に使用することも可能である。バイオマスの前処理に由来する搾り粕を使用する酵母の増殖については、例えば特許国際公開第２０１６／１９３５７６号パンフレットの参照がなされ得る。前処理済み搾り粕を使用する酵素の産生については、例えば特許国際公開第２０１７／１７４３７８号パンフレットの参照がなされ得る。
ストリーム２２が生体触媒（酵素および／または酵母）と任意に他の流体（例えば：水、特にｐＨを制御するための化学産物など、含糖ジュース以外によって産生される生体触媒、栄養素など）とを含有するブロック２０を出て、この流出ストリーム２２は酵素的加水分解ブロック２３の入り口に注入される。
ひとたび酵素産生が実施されると、前処理済みバイオマスの酵素的加水分解を実施するために、全部のマスト(英must)が活用される、すなわち酵素およびそれらを産生した真菌が両方とも活用されるか、または酵素のみが活用されるか（このケースにおいては、先行する分離／精製ステップが実行されなければならない）どちらかである。
好ましくは、酵素カクテルは真菌Trichoderma reeseiによって産生された。
酵母の産生に関連して、好ましくは、産生される酵母はキシロースを消費するように遺伝子改変されているSaccharomyces cerevisiaeなどの酵母である。発酵ステップに活用されるであろう得られたストリームは、酵母を丸ごとまたは濃縮マストとして含有し得る；後者のケースにおいてはこれは酵母クリームと呼ばれる（そうして、先行する濃縮ステップが実施されなければならない）。
図６は、本発明の分離ステップｂを第２の変形に組み込むことを提案している。新たな参照符号は次の意味を有する：
３０．例えばエタノールへの発酵ステップ
３１．発酵のために要求される流体のストリーム
３２．発酵産物を含有する溶液
こうして、この事例においては、酵素的加水分解ステップ２３とは異なる発酵ステップのためのブロック３０があり、本発明のブロック５、７の分離がこれらの２つのステップ間に挿入される：酵素的加水分解ステップに由来するストリーム２４が本発明に従って分離され、ベルトフィルターによって分離を実施するブロック７を出て行くストリーム９が入口ストリームとして発酵ブロック３０に送られ、これは発酵にとって必要な流体（単数または複数）の入口ストリーム３１、例えば生体触媒（酵母）および任意に栄養素などをもフィードされる。
発酵ステップを出るストリーム３２は発酵産物を含有し、これはそれから蒸留、脱水、固体／液体分離（示されていない）などの従来の分離ステップを受け得、これらは、所望のバイオベース分子（この事例においては、バイオ燃料としてのエタノール）、固体残渣、およびビナス(仏vinasse)としても公知の液体残渣を得ることを可能にする。
図７は、本発明の分離ステップｂを第３の変形に組み込むことを提案している。新たな参照符号は次の意味を有する：
４０．加水分解・発酵ステップ
４１．未加水分解の固体と発酵産物とを含有するストリーム
４２．発酵産物を含有する液体溶液ストリーム
５０．発酵産物分離ステップ
５１．精製された発酵産物ストリーム
５２．ビナスストリーム
こうして、ブロック４０は酵素的加水分解ステップおよび発酵ステップを表現している。それらは別個または同時であり得、明瞭にするために共通のブロックによって表現されている。これらの２つのステップに由来し、ゆえに未加水分解の固体の一部と発酵産物とを含有するストリーム４１は、本発明に従って分離ブロック５、７の入口に搬送される。この分離から出て行く発酵産物を含有する液体ストリーム４２は発酵産物分離ステップのブロック５０にフィードする（ゆえに、この液体ストリームは、含糖ジュースのみであった先行する変形のストリーム９とは異なる組成を有する）。ブロック５０の出口においては、部分精製された発酵産物の液体ストリーム５１が回収され、ビナスストリーム５２が回収され、これは任意に（図中の点線矢印）ブロック７のベルトフィルターの洗浄水８の代用としてリサイクルされ得る。
図８は、本発明の分離ステップｂを第４の変形に組み込むことを提案している。新たな参照符号は次の意味を有する：
５４．未加水分解の固体と液体とを含有する産物から分離された媒体
５５．ビナス
このケースにおいて、本発明の分離ステップｂは分離ステップ５０後に実施される：未加水分解の固体と液体とを含有する産物から分離された媒体を包含する、分離５０に由来するストリーム５４がミキサー５に送られ、こうして、ブロック７のベルトフィルターを出て行く固体ストリーム５５は洗浄によって抽出されたビナスである。この変形において、分離ステップ５０は、発酵反応器それ自体の中でその場で、または分離後の媒体が発酵に返る別の別個の循環路でのどちらかで発酵ステップとカップリングされ得、これは発酵／分離カップリングと呼ばれる。
全てのこれらの変形においては、このケースにおいてはバイオマスの変換のために必要な微生物の増殖、生長、または酵素の産生のための基質として含糖ジュースを活用するために、ただしそれらの含糖ジュースそのものをアップグレードすることが所望であるときにも、本発明に従う分離ステップｂがバイオマス処理プロセスの公知のステップ間に挿入され得るということが分かる。
実装例
これらの実施例は、先行する図の助けによって詳述されているプロセススキームおよび装備を辿っている。
バイオマスの５つの異なる型について３つの実施例を記載する：ＳＲＣ（短伐期林）による実施例１、ススキによる実施例２、および藁による実施例３、別の藁構成による実施例４、およびＳＲＣによる別の構成による実施例５である。
目標は、５０ｇ／ｋｇという最小糖濃度を有する含糖ジュースＪ１を得ることである。
下に記載される実施例において、略語「ＤＭ」はＡＳＴＭのＥ１７５６−０８（２０１５）規格「Standard Test Method for Determination of Total Solids in Biomass」に従って計測される乾物含量を言う。
運転条件は次の通りである：
ミキサーＭはＰａｒｉｍｉｘ−ＩＭＲ連続ミキサーであり、これは高含量の乾物（ＤＭ）および固体を有する搾り粕の再パルプ化を可能にする。これは電気的手段によって約４０〜５０℃に加熱される。
向流洗浄によるＢＨＳ社からのＢＦＲ連続ベルトフィルターなどのベルトフィルターＦによる分離は、糖が濃縮されたジュースを抽出することを可能にする。ベルトフィルターテクノロジーは真空濾過に基づく。原理は、前進して行くベルト上に前処理済み搾り粕を連続して広げることである。この多孔質ベルトは真空吸引によって液体（ジュース）を固体から分離することを可能にし、ケーキ（洗浄済みの搾り粕）を形成し、これはベルトの端に落下する。ジュースは部分的にリサイクルされる。
フィルターＦは１０個の有効な真空ゾーンを有し、そこでは洗浄・濾過プロセスの種々のステップが行われ得る（フィルターの可動ゾーン）。ゾーンはゾーン同士の３つのグループとしてプールされ、これらは変更可能であり、かつこれらは３つのジュースＪ１、Ｊ２、およびＪ３を抽出することを可能にする。フィルターは多孔質ベルトの側にポリウレタンまたはシリコーンベルトを装備して、観察される真空の損失を限定し、産物の濾過を改善する。フィルターは混合物フィードゾーンの直後のベルトよりも上に垂直壁を装備して、フィルター上の混合物のより良好な分布を可能にする。
可溶な糖の回収を増大させ、かつ濾過時間を削減するために、リサイクルされたジュースストリームＪ２（および適切なところではＪ１）、Ｊ３、および洗浄水Ｆ１を加熱する：
−ジュースＪ３を加熱し、第１の洗浄水ノズルｆ１へとリサイクルする
−熱い洗浄水を第２洗浄ノズルｆ２によってフィードした
−ジュースＪ２を加熱し、ミキサーの入口における前処理済み搾り粕の再パルプ化までリサイクルする（および適切なところではジュースＪ１）。
藁（実施例３および４）、ならびにポプラＴＣＲを使用する実施例５については、ジュースＪ１の一部をもミキサーＭへとリサイクルして、ジュースＪ１の糖濃度を増大させた。
試験したフィルターの特徴および運転条件は次の通りである：
−参照：ＢＦ０２５−０２０、
−網：０５８０００−Ｗ１２０（ポリプロピレン１２０μｍ；０５−８０００−Ｓ１２０）
−材料：ポリマー
−流量：１８０ｋｇ／時間の処理可能な懸濁液
−濾過表面積：０．５ｍ２
−真空レベル：−０．５および−１ｂａｒの間

下記の表１は、本発明に従って分離されるフィードストック（前処理済みバイオマスＭ０）の固体含量および乾物ＤＭ含量の特徴を照合している：
ミキサーＭのフィードスクリュー回転スピード、ゆえに前処理済み搾り粕Ｍ０の流量は、調量装置Ｄの頻度によって定まる。このスピードはミキサーを出て行く再パルプ化された搾り粕の混合および粘度への影響を有する。過度に高い混合スクリュースピードは、プロセスの残りにとって粘稠過ぎる再パルプ化された搾り粕をもたらす。一般的には、搾り粕の流量を計測するための手段と併せて計量ホッパーが設備に提供され（示されていない）、フィードはスクリュースピードをこの流量計測に従属させることによって制御され得る。これは前もって校正された設定スクリュースピードで運転するようにも選ばれ得る。
下記の表２はミキサーに入る原料搾り粕およびリサイクルされたジュースの流量を提示している：
本発明に従う実施例１：短伐期林（ＳＲＣ）に基づくバイオマス
試験はＳＲＣによって始めた。これは、多くの場合に、加工することが困難である原材料と考えられている。抽出を改善するために、スプレーノズルを設置し、−０．６ｂａｒの真空を適用した。全体的な物質収支および運転条件は下記の表３に詳述されている。
本発明に従う実施例２：ススキに基づくバイオマス
ススキから得られた前処理済み搾り粕のジュースの抽出は問題を呈さなかった。洗浄（混合とも呼ばれる。ミキサーＭによって実施される）は非常に効率的であり、５８〜６０ｇ／ｋｇの間の糖濃度を有するジュースが産生された。全体的な物質収支および運転条件は先行する表および下記の表４に詳述されている。
ベルトフィルターＦに１６０ｋｇ／ｈのＭｏＲｅ（１８％ＤＭ）を５８℃でフィードした。２つの注加洗浄ノズルをベルトの１０個の有効なゾーンのゾーン４および６上に設置した。可能な限り最も多大な空間をストリーム間に有するために、第１のノズルはフィルターの前進の方向に対して相対的に向流的に、第２のノズルは並流的に洗浄した。６５〜６８ｇ／ｋｇの糖の４５ｋｇ／ｈのジュースＪ１が最初の２日間に産生された。次に、第３日に、洗浄水流量を増大させて、より多くのジュースをやや低濃度で産生した。結果的に、５５ｋｇ／ｈのＪ１が産生され、５８および６０ｇ／ｋｇの間の糖濃度を有した。
本発明に従う実施例３：藁に基づくバイオマス
藁についての第１の試験を、２つの先行する実施例と同じ構成によって実施した。結果的に、ジュースＪ１は３８．７７ｇ／ｋｇという低い糖濃度を有する。これを増大させるために、Ｊ２タンクへのＪ１のリサイクル（２０ｋｇ／ｈ）を確立し、ジュースＪ１およびＪ２の混合物を加熱し、ミキサーＭへとリサイクルした。真空を改善し、かつ割れる傾向を有するケーキを締めるために、第１の洗浄ノズルはスプレーにより（ゾーン４）、第２のものは注加によった（ゾーン６）。具体的には、７０ｋｇ／ｈのジュースＪ１が５３〜５７ｇ／ｋｇの糖で産生された。運転条件は先行する表４に詳述されている。
本発明に従う実施例４：藁バイオマス
この試験も藁に基づくバイオマスによる実施例３と同じ構成を有し、次の違いを有する：ここでは、最終プレス（ベルトフィルターのゾーン９における洗浄済みの搾り粕ケーキをプレスする）は使用されず、第１の洗浄ノズルはスプレーではなく注加によって使用され、第２の洗浄ノズルは注加ではなくスプレーによって使用される。産生された液汁Ｊ１はより高い濃度の糖を有する（５０〜６６ｇ／ｋｇの糖）。運転条件は下記の表４に詳述されている。
本発明に従う実施例５：ＳＲＣに基づくバイオマス
この試験もＳＲＣに基づくバイオマスによる実施例１と同じ構成を有し、次の違いを有する：ここでは、最終プレス（ベルトフィルターのゾーン９における洗浄済みの搾り粕ケーキをプレスする）は使用されず、第１の洗浄ノズルはスプレーではなく注加によって使用される。産生された液汁Ｊ１は糖の５１ｇ／ｋｇという濃度を有する。運転条件は下記の表４に詳述されている。
ジュースＪ１の糖濃度が本当に求められる５０ｇ／ｋｇに達しているかどうかを現場で迅速にチェックするために、アタゴブランドＰＡＬ−１屈折計によって計測を取った。
下記の表４はフィードストックの特徴：ジュースＪ２（または藁ではＪ１＋Ｊ２）とのＭ０の混合物、ならびに産物Ｊ１およびＭ０を提示しており、本発明によって得られた分離の効率を定量している：藁の分離は最も効率的であった（９９％）。
帰結として、本発明に従うこれらの５つの実施例は、異なる初めのバイオマスによって、概ね５０ｇ／ｋｇという設定最小閾値よりも上の所望の糖濃度を有する抽出されたジュースＪ１という目標を達成してのけたということが分かる。直列の２つの装備、連続ミキサーおよび連続（ベルト）フィルターによる本発明に従う分離は、大いなるフレキシビリティーおよび多大なコンパクトさを可能にする。ゆえに、分離後に得られた固体部分および液体部分両方をアップグレードすることを所望して混合物の固体／液体分離を実施する必要があればすぐに、それらは種々のステップにおいてバイオマス処理設備に難なく挿入され得る。
ゆえに、本発明は、前処理済みバイオマスおよびそのレオロジー的な制約にかかわらず、５０ｇ／ｋｇよりも多大な濃度を有する含糖ジュースを得ることを可能にする。これは、次の比較例に示されている通り、本発明が実施されないときには当てはまらない：

比較例（本発明に従わない）：
先行する実施例の２つの前処理済みバイオマスを本発明に従わない構成で使用する：基質Ｍ０をミキサーＭによって水と混合し、それからベルトフィルターＦによって分離する。本発明に従わないこの実装においては、ベルトフィルターＦから抽出されたストリームのミキサーＭへのリサイクルはない。
比較例６：ＳＲＣに基づくバイオマス
実施例１に由来するＳＲＣの前処理済みバイオマスＭ０をミキサーＭによって水と混合し、それからベルトフィルターＦによって分離する。これはそれ自体は実施例１の構成に従って運転される。そのレオロジーゆえに、ベルトフィルターＦによって濾過されることができるケーキを形成するためには、ＳＲＣの前処理済みバイオマスは１６％未満の固体含量まで希釈されなければならない。実施例１のＳＲＣ搾り粕Ｍ０の組成を再掲する：３８％という固体含量、８３ｇ／ｋｇという糖含量。ミキサー出口において正しいレオロジーを得るためには、混合後の基質の固体含量を低めることが必要である：ゆえに、６８．８ｋｇの水をミキサー内の５０ｋｇの搾り粕Ｍ０に追加することが必要であり、それから、この混合物はベルトフィルター上に載せられる。ベルトフィルターの第１のゾーンは、４１．６ｇ／ｋｇのみの糖含量を有する濃縮ジュースＪ１の産生を可能にする。本発明に従わないこの実施例においては、ＳＲＣ基質では、ジュースＪ１中の糖の５０ｇ／ｋｇという濃度を達成することは可能ではないということが分かる。
比較例７：藁に基づくバイオマス
実施例３に由来する藁の前処理済みバイオマスＭ０をミキサーＭによって水と混合し、それからベルトフィルターＦによって分離する。これはそれ自体は実施例３の構成に従って運転される。そのレオロジーゆえに、ベルトフィルターＦによって濾過されることができるケーキを形成するためには、藁の前処理済みバイオマスは９％未満の固体含量まで希釈されなければならない。実施例３の藁搾り粕Ｍ０の組成を再掲する：３０％という固体含量、９０ｇ／ｋｇという糖含量。ミキサー出口において正しいレオロジーを得るためには、混合後の基質の固体含量を低めることが必要である：ゆえに、１１７ｋｇの水をミキサー内の５０ｋｇの搾り粕Ｍ０に追加することが必要であり、それから、この混合物はベルトフィルター上に載せられる。ベルトフィルターの第１のゾーンは２７ｇ／ｋｇという糖含量を有する濃縮ジュースＪ１の産生を可能にする。本発明に従わないこの実施例においては、藁基質では、ジュースＪ１中の糖の５０ｇ／ｋｇという濃度を達成することは可能ではないということが分かる。
Ａ ホッパー
Ｂ ベルト
Ｄ 調量装置
Ｆ フィルター
ｅ１ 入口
ｅ２ 入口
ｆ１ 抽出／洗浄流体
ｆ２ 抽出／洗浄流体
Ｊ１ ジュース
Ｊ２ ジュース
Ｊ３ ジュース
Ｍ ミキサー
Ｍ０ 搾り粕／前処理済みバイオマス
Ｖ スクリュー
１ 処理されるべきバイオマス
２ 前処理
３ バイオマス前処理のために要求される流体
４ 前処理済み搾り粕
４ａ 分離ステップに行く前処理済み搾り粕のストリーム
４ｂ 加水分解ステップに行く前処理済み搾り粕のストリーム
５ ミキサー
６ ミキサーを出て行く混合物
７ ベルトフィルター
８ 洗浄流体
９ 抽出された含糖ジュース
１０ 洗浄済みの固体
１１ リサイクルされる中間ジュース
２０ ジュースを使用する生体触媒産生
２１ 生体触媒の産生のために要求される流体
２２ 生体触媒を含有する溶液および任意の他の流体
２３ 酵素的加水分解（または同時酵素的加水分解・発酵）
２４ 未加水分解の固体と加水分解に由来する糖との混合物（または未加水分解の固体と発酵産物との混合物）
３０ 発酵
３１ 発酵のために要求される流体
３２ 発酵産物を含有する溶液
４０ 加水分解・発酵
４１ 未加水分解の固体と発酵産物
５０ 発酵産物分離
５１ 精製された発酵産物
５２ ビナス
５４ 未加水分解の固体と液体とを含有する産物から分離された媒体
５５ ビナス

Claims (15)

  1. リグノセルロース系バイオマスを処理するための方法であって、
    少なくとも次のステップ：
    ａ．前処理済み基質を得るための、少なくとも１つの加熱処理(英cooking,仏cuisson)または蒸気爆砕(英steam explosion)操作によるバイオマスの前処理、
    を含む方法において、
    ｂ．ステップａの帰結としてまたはステップａ後の前記基質の処理の追加ステップの帰結として得られた前記前処理済み基質の少なくとも一部の液体／固体分離の少なくとも１つのステップをも含み、かつ、
    前記分離ステップが、２つの一連のサブステップ：
    −任意にポンプによって先行される、混合流体を使用して連続ミキサー（Ｍ）によって実施される、固体／液体混合物を接触させる上流サブステップｂ１と、
    −固体に富む固体相と液体に富む複数の液体相とを得るために、洗浄流体を使用して、連続フィルター、特にベルトフィルター（Ｆ）によって実施される抽出／洗浄の下流サブステップｂ２と、
    を含み、
    前記フィルターから抽出された液体相の、前記ミキサーの入口における混合流体としての少なくとも部分的なリサイクルを伴う、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記連続フィルターが、分離されるべき固体／液体混合物の流通と抽出／洗浄流体との間において向流的に機能することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 固体／液体混合物の分離が、ステップａの帰結として得られた前処理済み基質の第１の部分についてステップｂの間に実施されることと、前記前処理済み基質の第２の部分が少なくとも１つの爾後の処理ステップ、特に加水分解に付されることと、ステップｂにおいて得られた固体に富む固体相もまた少なくとも１つの爾後の処理ステップ、特に前処理済み基質の第２の部分が付されるものと同じものに付されることとを特徴とする、請求項１および２のいずれか１項に記載の方法。
  4. 前処理ステップａに由来する前処理済み基質の酵素的加水分解のステップｅを含んで、加水分解物を得ること、固体／液体分離ｂが前記加水分解物の少なくとも一部について実施されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 固体／液体分離ｂが、前処理ステップａの帰結として得られた前処理済み基質の少なくとも一部、特に全てについて実施されて、固体に富む固体相を得ることと、当該記法が固体に富む前記固体相の酵素的加水分解のステップｅを含んで、加水分解物を得ることとを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 分離ステップｂに由来する液体に富む液体相が含糖ジュースであることと、当該方法が酵素を産生するステップｃおよび／または酵母を産生するステップｄをも含むことと、前記含糖ジュースの少なくとも１つが酵素ｃまたは酵母ｄの前記産生のために使用されることとを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前処理ステップａ後に次のステップ：
    ｅ．固体物と糖を含有する液体相とを包含する加水分解物を得るための、前処理済み基質の酵素的加水分解、
    ｆ．発酵液を得るための、加水分解物の発酵（発酵ステップｆは酵素的加水分解ステップｅに追行または付随し得る）、
    ｇ．アルコール、溶媒、または別のバイオベース分子の形態の蒸留産物、およびビナスを得るための、発酵液の分離／蒸留、
    を含み、
    ステップｂは、加水分解ステップｅおよび／または発酵ステップｆおよび／または分離／蒸留ステップｇ後に得られた産物の少なくとも一部について実施される、
    ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 分離ステップｂにおいて、抽出／洗浄流体がフィルター（Ｆ）への導入前に、および／またはリサイクルされるフィルターから抽出された液体相のミキサーへのその導入前に、特に少なくとも３０℃、特に９０℃以下の温度、特に４０℃および８０℃の間の温度に加熱されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. ステップｂにおいて、フィルターがベルトフィルター（Ｆ）であり、これが少なくとも２つの、特に少なくとも３つの一連のゾーンを含み、各ゾーンにおいて液体相の抜き出しを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 第１および／または第２ゾーンからの液体相が少なくとも部分的にステップｂのミキサーの入口（Ｍ）へとリサイクルされることと、第３のおよび／または最後のゾーンから抜き出された液体相がベルトフィルター（Ｆ）の洗浄／抽出流体として少なくとも部分的にリサイクルされることとを特徴とする、請求項９に記載の方法。
  11. 分離ｂが前処理ステップａから得られた前処理済み基質について実施されるときに、ベルトフィルター（Ｆ）から抽出された産生された液体相が、少なくとも５０ｇの産物／ｋｇ、特に少なくとも５０ｇの糖／ｋｇの濃度を有するように、分離ステップｂ１およびｂ２の運転パラメータが固体／液体混合物の特徴の関数として選択され得ることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. リグノセルロース系バイオマスを処理するための設備であって、
    少なくとも：
    −前処理済み基質を得るための、少なくとも１つの加熱処理(英cooking,仏cuisson)または蒸気爆砕(英steam explosion)操作によるバイオマスの前処理のための１つのゾーン、
    −前処理ゾーンの出口または前処理ゾーン後の前記基質の追加の処理ゾーンの出口において得られた前処理済み基質の少なくとも一部の液体／固体分離のための１つのゾーン、
    を含むことを特徴とし、
    前記分離ゾーンは、直列の２つのサブゾーン：−任意に上流ポンプと組み合わせられた混合流体を使用する連続ミキサー（Ｍ）を含む１つの上流接触サブゾーンと、−洗浄流体による連続フィルター、特にベルトフィルター（Ｆ）を含む１つの下流抽出／洗浄サブゾーンとを含み、
    フィルターは、好ましくは、分離されるべき固体／液体混合物の流通と抽出／洗浄流体との間において向流的に機能し、
    フィルターによって抽出された液体相のミキサーの入口への混合流体としての少なくとも部分的なリサイクルを有する、
    リグノセルロース系バイオマスを処理するための設備。
  13. 分離ゾーンにおいて：−フィルターによって抽出された液体相の少なくとも一部をミキサーの入口へとリサイクルするための、フィルター（Ｆ）とミキサー（Ｍ）との間の流体連通手段、および−フィルター（Ｆ）から抽出された別の液体相を前記フィルターのための洗浄流体としてリサイクルするための流体連通手段を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の処理設備。
  14. それが酵素産生ゾーンおよび／または酵母産生ゾーンをも含むことと、ベルトフィルターから抽出された少なくとも１つの液体相を分離ゾーンから酵素産生ゾーンおよび／または酵母産生ゾーンまで移動するための手段を備え、前記液体相が含糖ジュースであることとを特徴とする、請求項１２または１３に記載の処理設備。
  15. 糖、バイオ燃料、またはバイオベース分子を産生するための、バイオマス、例えば木、藁、農業残渣、および全ての専用エネルギー作物、特に一年生または多年生植物、例えばススキの処理のための、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法または請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の設備の使用。
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