JP7411567B2 - リグノセルロースのバイオマスの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、リグノセルロースのバイオマスを処理して、「第二世代」（２Ｇ）の甘味汁を生じさせる方法に関する。これらの甘味汁は、生化学経路を介して他の生成物（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、溶媒、例えば、アセトン等）を生じさせるために用いられてよい。この方法は、一般的に、３工程を含み、これらは、酒液の調製、バイオマスの浸透および浸透済みバイオマスの前処理、例えば、クッキングによる処理であり、これは、場合によっては、蒸気爆砕と組み合わされる。

リグノセルロースのバイオマスは、地球上で最も豊富な再生可能資源の一つを示す。考慮される基質は、非常に多様であり、それらは、木質の基質、例えば、種々の木材（硬材および軟材）と、農業（麦わら、トウモロコシの穂軸等）に由来するかまたは他の農業食品、紙等の工業に由来する共生成物との両方に関する。

リグノセルロースの材料の２Ｇ甘味汁への生化学的転化のための方法は、とりわけ、前処理工程と、酵素カクテルによる酵素加水分解の工程とを含む。これらの方法は、通常、前処理の前の浸透工程も含む。加水分解に由来する甘味汁は、次いで、例えば、発酵によって処理され、その方法は、分離の複数段階の工程および／または最終生成物の精製の１段階の工程も含む。

リグノセルロースのバイオマスは、３種の主要なポリマーからなっている：セルロース（３５％～５０％）；これは、ヘキソースから本質的に構成されるポリサッカライドである；ヘミセルロース（２０％～３０％）；これは、ペントースから本質的に構成されるポリサッカライドである；およびリグニン（１５％～２５％）；これは、複合体構造かつ高分子量のポリマーであり、エーテル結合によって結び付けられた芳香族アルコールからなっている。これらの種々の分子が、植物の細胞壁（plant wall）の固有の特性の要因になっており、それら自体を複合交格体（complex entanglement）に組織化している。

リグノセルロースのバイオマスを作り上げている３種のベースのポリマーの中で、セルロースおよびヘミセルロースは、２Ｇの甘味汁の生成を可能にするものである。

通常、ヘミセルロースは、前処理の間に糖に主として破壊され、セルロースは、酵素加水分解によってグルコースに転化される。しかしながら、粗製セルロースへのアクセスは、酵素にとってアクセスし難いままであり、それ故に、前処理の必要性がある。この前処理により、リグノセルロースの材料の物理化学的特性を改変して、酵素へのセルロースのアクセス可能性および酵素加水分解に対するそれの反応性を改善することが可能となる。

この前処理を行うために本発明にとって有利な数多くの技術が存在しており、これらは、以降において、総称「クッキング（cooking）」：酸性クッキング、アルカリ性クッキング、蒸気爆砕、「オルガノソルブパルピング（organosolv pulping）」の方法の下に分類されることになる。後者の方法は、１種または複数種の有機溶媒および一般的には水が存在する中での前処理に関係する。溶媒は、アルコール（エタノール）、酸、例えば、酢酸またはギ酸、さらにはアセトンであってよい。「オルガノソルブパルピング」方法により、リグニンの少なくとも一部の溶解およびヘミセルロースの一部の溶解に至る。それ故に、２つの出口流れがある：残留のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンを有する前処理済みの基質、および溶解したリグニンおよびヘミセルロースの一部を含有する溶媒相である。一般的には、溶媒の再生の工程があり、これにより、リグニン流れを抽出することが可能となる。所定の「オルガノソルブパルピング」の処理（とりわけエタノールによるもの）は、強酸（例えばＨ_２ＳＯ_４）の添加と結び付けられる。クッキング段階の前に浸透反応器を介して溶媒と接触しているようにバイオマスを置くことまたは「オルガノソルブパルピング」クッキングを行う前に酸触媒と接触しているようにバイオマスを置くことが想定されてもよい。

種々の構成が、例えば、文献（非特許文献１）、または文献（非特許文献２）において記録されている。

最も有効な前処理のうちの一つが、酸性蒸気爆砕であり、これにより、ヘミセルロースのほぼ完全な加水分解および酵素に対するセルロースのアクセス可能性および反応性における有意な改善が可能となる。この前処理は、他の処理（１種または複数種）によって先行されてよい。

全てのこれらの前処理は、最初に固体の形態にあるバイオマスに適用される：前処理の目的は、それらを取り壊すことにある。

最も有効な前処理のうちの一つが、蒸気爆砕であり、これにより、ヘミセルロースのほぼ完全な加水分解と、酵素に対するセルロースのアクセス可能性および反応性における有意な改善とが可能となる。この処理は、他の処理（１種または複数種）によって先行されてよい。

特許（特許文献１および２）には、マイルドな条件下のヘミセルロースのＣ５糖への加水分解の第１の工程を含んでいる方法であって、それ故に、それらを分解から保護する方法が提案されている。この工程は、第１の反応器において、水蒸気の注入により１．５ｂａｒ以上の圧力、１１０℃以上の温度で、場合によっては、弱酸の存在中で行われる。この工程の後に、洗浄が行われて、これによりＣ５糖の汁の抽出および回収がなされ、その後に、セルロースおよびリグニンを豊富に含んでいる残留バイオマスは、第２の工程（第２の反応器）に送られ、そこで、蒸気爆砕が行われる。この第２の反応器は、高圧水蒸気の注入により第１の反応器より高い圧力で操作し、これにより、バイオマスの突然の膨張が引き起こされる（蒸気爆砕）。

特許出願（特許文献３）には、製紙分野において、塩基性浸透酒液を含有している垂直反応器（浸透器）中の浸透方法が記載され、それ故に、浸透が行われる第１の帯域が規定されている。リグノセルロースの材料は、浸透器の底部において受け取られ、それは、２つの移送スクリューによって浸透器の頂部に移される。液体の高さより上方に置かれた浸透器の第２の帯域へのそれの移送の間に、バイオマスはドレイン処理され、液体は、落下して第１の帯域に逆戻りする。この構成において、液体の高さは、塩基性酒液の導入によって制御される。

処理が圧力工程（浸透、クッキングタイプの前処理その他）を必要としている場合、これらの圧力工程と相性がよい固体バイオマスの導入手段の使用をなすことが必要である。これは、例えば、圧縮スクリューの場合であり、その一つの実施形態は、特許出願（特許文献４）に記載されている。

本発明の目的は、それ故に、リグノセルロースのバイオマスの処理を改善することにある。本発明の目的は、とりわけ、バイオマスの処理工程の１回または複数回を行う反応器へのバイオマスの導入を改善することにある。

本発明の目的は、より詳細には、上記の従来技術の文献において記載されたようなバイオマスの浸透および蒸気爆砕の工程を改善することにある。本発明の目的は、処理方法、とりわけ、これらの２工程を、エネルギーおよび／または処理流体の消費の点からより有効なものにすることにもある。

本発明の明細書を通じて、略語「ＳＣ」は、固体含有率を意味し、これは、規格ASTM E1756 - 08(2015) “Standard Test Method for Determination of Total Solids in Biomass”に従って測定される。

米国特許第８０５７６３９号明細書 米国特許第８５１２５１２号明細書 国際公開第２０１３／１４１７７６号 中国特許第２７７３２２号明細書

M. Balat著、「Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A review」、Energy Conversion and Management、2011年、第52巻、p.858-875 N. Sarkar、S. Kumar Ghosh、S. Bannerjee、K. Aikat著、「Bioethanol production from agricultural wastes: an overview」、2012年、Renewable Energy 第37巻、p.19-27

（発明の概要）
本発明の主題は、第１に、リグノセルロースのバイオマスまたはリグノセルロースの基質を処理する方法であって、当該基質は、９０重量％以下の固体含有率ＳＣを含んでおり、当該方法は、前記バイオマスを処理するための少なくとも１基の反応器の使用を含み、前記反応器または前記反応器のうちの少なくとも１基は、フィード手段を介してバイオマスをフィードされ、当該フィード手段は、前記フィード手段のバイオマスの入口とバイオマスの出口との間に圧力増大を作り出し、前記フィード手段は、洗浄入口と洗浄出口との間の洗浄流体の流通によって洗浄される、方法である。

本発明によると、フィード手段またはフィード手段のうちの少なくとも１つの流体出口を出る洗浄流体の少なくとも一部は、同一のフィード手段の洗浄入口または前記フィード手段のうちの別のフィード手段の洗浄入口に再導入される。

本発明によると、用語「Ｘ％の固体含有率を含んでいるリグノセルロースのバイオマス」は、Ｘ％の固体含有率を自然に含むバイオマス（「生来の（native）」バイオマス）または本発明による方法に先行する１回または複数回の操作の後にこの含有率を有しているバイオマスのいずれかを意味する。

フィード手段の洗浄水の全部または一部をこのように「再循環させる」ことが、実際に非常に有利であることが分かり、このフィード手段は、例えば、フィードスクリューであってよい：最低限、バイオマスが触媒を全く含有していない場合、洗浄流体（水）の消費を節約することは達成される。エネルギーの節約を達成することも可能であるのは、洗浄回路への導入の前にこの洗浄水が加熱されなければならない場合である。室温より高い温度を既に有している「使用済み（spent）」流体が、洗浄回路に再注入されるからである。さらに、触媒を補給されたバイオマスのためのフィード手段を洗浄することに問題がある場合（例えば、酸性触媒、塩基性触媒または酸化触媒を用いて触媒酒液（catalytic liquor）を浸透させる操作の後）、フィード手段を出る洗浄水は、（バイオマスがフィード手段中を通過することによる液体抽出を経る場合）所定の含有率の触媒を含有することができるであろうが、洗浄回路の入口において触媒も含有している「使用済み」洗浄水のこの存在は、何等の課題も持ち出さなかったことが分かった。

本発明の浸透は簡単であることが留意されるべきである：設備は、同一のフィード手段の洗浄出口と洗浄入口との間または一つのフィード手段の洗浄出口と別の手段の入口との間の直接的な流体接続を確実にするための１個または複数個の追加のパイプを想定する必要があるのみである。

本発明によれば、再循環させられない退出洗浄水の選択できる部分をパージする可能性を保護することも可能である。

本発明により処理されるリグノセルロースのバイオマスが有する固体含有率ＳＣは、５重量％～８０重量％である。好ましくは、それは、７５重量％以下、とりわけ７０重量％以下または６５重量％以下、とりわけ５０重量％未満の固体を含有する。

それ故に、本発明により処理されるバイオマスは、フィード手段への導入の前に、好ましくは、所定の水分含有率を有する。この水は、例えば、木材チップの形態にあるバイオマスの場合と同様に、自然に存在してよい。それは、当然、低いかまたは非常に低い量であってもよく、これは、麦わらまたはトウモロコシわらの場合と同様であってよい。水分含有率が余りにも低いならば、バイオマスは、本発明の実施のために望ましい９０重量％以下または８０重量％以下の固体含有率を達成するように前もって加湿させてよい。

本発明によるフィード手段は、バイオマスを圧縮下に置き、これの目的は、一般的には、より高い圧力で帯域（反応器）にバイオマスを導入することにある。この圧縮は、フィード手段におけるこの圧力上昇から、バイオマス中に含有されている液体の少なくとも一部の抽出または排除を引き起こしてよく、このものは、場合によっては、フィード手段からの流体出口において洗浄流体と混合される。フィード手段またはフィード手段のうちの一つ中を通過する間のバイオマス中に含有される液体の少なくとも一部の任意抽出は、このようにして行われてよく、これは、バイオマスフィード手段の選択の結果である。

それ故に、バイオマスの固体含有率が高く、むしろ、上記の範囲の上限値（例えば、７０％または７５％～９０％の程度）内にあるならば、抽出手段からの洗浄流体出口を介したこのバイオマスからの流体の抽出は、ほとんどないかまたは全くないだろうということであり、本発明により、フィード手段に注入された洗浄流体を再循環させることが特に可能になる。

さらに、固体含有率がより低く、むしろ、上記の範囲の下限値内にある（例えば、７０％以下、６５％以下さらには５０％以下）ならば、バイオマスからの流体の所定量の抽出があるだろうということになり、本発明により、洗浄流体の供給をさらに低減させるか、さらにはそれをなくすかすることが可能となり、洗浄は、全体的にまたは部分的にバイオマスから抽出された流体により行われ得る。

好ましくは、フィード手段を出るリグノセルロースの基質の固体含有率ＳＣは、２０重量％以上、好ましくは４０重量％以上である。

好ましくは、フィード手段またはフィード手段の少なくとも１つにおいて作り出される圧力上昇は、最低０．０５ＭＰａであり、とりわけ０．０５～４ＭＰａ、例えば０．１～２．５ＭＰａである。

このまたはこれらのフィード手段は、例えば、フィードスクリューの形態にあり、これは、とりわけ、少なくとも一部において円錐形であり、カウリングを含んでおり、このカウリングは、洗浄流体の流通を可能にする火床を備えている。末端部、一般的には、このタイプのスクリューの円錐形の形状が、それ故に、バイオマスを圧縮することになり、圧力差を作り出す。このタイプのフィード手段は、主要な利点を有する：スクリューにより、バイオマスの密封プラグを形成することが可能となり、この密封プラグは、耐漏洩性を保証し、とりわけ、反応器からの液体のあらゆる急な高まりを防ぐ（液体の急な高まりは、反応器に向けて出現する）。

このタイプのスクリューの例は、文献CA 2 77322に記載されている。

本発明は、それ故に、加圧されたバイオマスのフィード手段を用いる反応器におけるバイオマスのあらゆる処理、とりわけ、大気圧より高いかまたは前記反応器への導入の前にバイオマスが見出される圧力より高い圧力でのあらゆる処理に適用されてよい。

一実施形態によると、本発明の方法は、化学触媒を含有している浸透酒液をバイオマスに浸透させる工程を含む。この工程の後に（直接的または１回または複数回の中間工程を想定することによって）、クッキング工程が行われてよく、このクッキング工程は、フィード手段を備えた反応器または当該反応器のうちの１つによって行われる。

一実施形態によると、本発明の方法は、化学触媒を含有している浸透酒液をバイオマスに浸透させる工程であって、バイオマスを液の床中に通過させることによってまたはベルトタイプのコンベア上で酒液をバイオマスに噴射することによってまたは撹拌反応器中にバイオマスを通過させることによって行われる工程を含む。

別の実施形態によると、本発明の方法は、化学触媒を含有している浸透酒液をバイオマスに浸透させる工程であって、前記フィード手段または前記フィード手段の少なくとも１つを介した反応器への導入によって行う、工程を含む。

一実施形態によると、本発明の方法は、クッキング、とりわけ、フィード手段を備えた反応器または当該反応器の１つにおけるクッキングによってバイオマスを処理する工程を含む。

本発明の方法の浸透の１つの例は、以下の通りである：それは、リグノセルロースのバイオマスを処理することの問題であって、前記方法は、以下の工程：
ａ） バイオマスの浸透を目的とした化学触媒を含有している浸透酒液を、調製帯域において調製する工程であって、該化学触媒は、酸性触媒、塩基性触媒および酸化触媒から選ばれ、好ましくは酸性触媒である、工程、
ｂ） 第１のフィード手段によって浸透反応器の入口を介して粉砕済みのバイオマスを導入する工程であって、前記第１のフィード手段を、前記手段の入口と出口との間の第１の洗浄流体の流通によって洗浄する、工程、
ｃ） 反応器の第１の酒液入口を介して浸透反応器に酒液を導入する工程、
ｄ） 浸透済みかつドレイン処理済みのバイオマスを、浸透反応器の出口からクッキング前処理反応器の入口に移送する工程であって、前記前処理反応器への導入を、第２のフィード手段を介して行い、前記第２のフィード手段を、前記フィード手段の入口と出口との間の第２の洗浄流体の流通によって洗浄する、工程、
ｅ） 前記クッキング反応器において前記バイオマスを前処理する工程
を含んでいる。

さらに、本方法は、以下の工程（単数回または複数回）：
ｆ） 前記第１または第２のフィード手段の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の少なくとも一部を、第１のフィード手段および／または第２のフィード手段の洗浄入口に再導入する工程
も含む。

好ましくは、浸透および水蒸気クッキング前処理は、連続的に行われる。しかしながら、本発明は、これらの２工程が不連続である方法にも、バッチ様式で適用される。好ましくは、クッキングに続いて、蒸気爆砕が行われるが、この爆砕工程は、依然として任意である。

好ましくは、この実施形態における浸透は、バイオマスの入口が前記浸透反応器の第１の浸透帯域中に置かれている反応器において行われてよく、当該浸透反応器は、２つの重ね合された帯域である、前記第１の浸透帯域と、浸透帯域より上方の第２の「ドレイン処理」帯域とを含み、浸透済みおよびドレイン処理済みのバイオマスの出口を備えているものである。より好ましくは、この反応器の構成において、前記反応器への酒液の導入は、反応器の第１の酒液入口を介して行われ、この第１の酒液入口は、反応器の前記第１の浸透帯域に置かれたものである。

本発明は、それ故に、この例において、２つのフィードスクリューの洗浄流体の全部または一部を再循環させることまたは再使用することを提案する。特に有利な特徴は、洗浄流体の一方および／または他方、またはそれらの両方を、浸透の品質またはクッキングの品質が如何にしても影響されることなく再循環させることが実際上可能であったことが分かったことにある。

加えて、この再循環は、種々の方法で、非常に弾力的に、かつ、洗浄流体のそれぞれについて行われてよい。

それ故に、浸透反応器のフィード手段の洗浄流体は、一般的には、水ベースであり、それ故に、「使用済み」の水は、主として、フィード手段の出口において回収される。この使用済みの水を、スクリューのフィード手段の一方または他方の入口にそれを再導入することによって再循環させることによって、本方法の水の消費における有意な低減が可能となる。さらに、この水が加熱される場合には、エネルギーの節約も観察される。洗浄水は抑えた加熱を全体的に必要とするからである。閉鎖ループ中の洗浄流体の流通は、それ故に、非常に有利である。

クッキング前処理反応器のフィード手段の洗浄流体に関して、状況はわずかに異なっている。洗浄流体（一般的にはこれも水である）は、触媒酒液を既に浸透させられたバイオマスを輸送するフィード手段を洗浄する際に、触媒を装填される傾向を有することになるからである：触媒を含有している浸透済みバイオマスからの液体の一部の排除は、このスクリューにおいて行われ、この液体は、スクリューの出口において、そこにある洗浄水と混合される。このフィード手段の出口において、これは、通常、「プレス酒液（press liquor）」と呼ばれる。このプレス酒液は、前処理反応器のフィード手段の洗浄入口に戻るか、または、第１のフィード手段の洗浄入口に行くかのいずれかのために再循環させられてよい。加えて、たとえ、浸透酒液が非常に酸性である場合であったとしても、したがって、プレス酒液も、より少ない程度ではあるが、酸性である場合であったとしても、これは、設備に関して何等の課題も持ち出さない。浸透反応器のバイオマスのフィード手段は、一般的には、触媒酒液との悪化接触なく抵抗するように（バイオマスフィード手段への酒液のあらゆるサージと戦うように）設計されているからである。

両方の場合において、使用済みの水の一部および／またはプレス酒液の一部もパージに送られることは依然として可能である。加えて、これらの２つの場合は、二者択一的であるかまたは累積的である。

好ましい実施形態によると、本発明の方法は、第１または第２のフィード手段の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の一部を、前記酒液を調製するａ）の目的のための浸透酒液調製帯域に再導入することも含む。

本方法の間に、必要であれば、触媒酒液を調製するために用いられる割合に対するまたはパージに送られる割合に対する、フィード手段に再導入されることになる退出洗浄流体の割合を意のままに調節・変更することは可能である。

酒液調製帯域に再導入されるのがプレス酒液の一部である場合、利点は二倍である。酒液の調製のための水の消費が低減させられると共に、プレス酒液が触媒も含有しているために触媒の消費も低減させられるからである。酒液調製工程は、一般的に、所定の物理化学パラメータ、例えば、温度、酒液中の触媒の含有率に対する（例えば、それが酸性または塩基性の触媒作用の問題である場合にｐＨをレギュレートすることによる）変動レギュレーション手段により行われ、追加触媒のこの供給は、それ故に、酒液についての所望の特徴を維持するためにこれらのレギュレーション手段によって考慮に入れられてよい。

第１および／または第２のフィード手段の洗浄は、連続的にまたは不連続的に行われてよく、それ故に、例えば、永続的洗浄または所与の時間間隔での洗浄により行われる。洗浄流通流量も変動してよく、とりわけ、反応器の一方または他方に導入されるバイオマスの質量流量に応じて変動してよい。

前記第１または第２のフィード手段の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の一部の、第１のフィード手段および／または第２のフィード手段の洗浄入口への再導入は、連続的にまたは不連続的に行われてよい。

一実施形態によると、第１のフィード手段の洗浄出口における第１の洗浄流体の一部は、第１または第２のフィード手段の洗浄入口に再導入され、前記洗浄流体の別の部分は、酒液を調製する目的のための酒液調製帯域に再導入される。

対称的に、先行する実施形態と適合可能な第２の実施形態によると、第２のフィード手段の洗浄出口における第２の洗浄流体の一部は、第１または第２のフィード手段の洗浄入口に再導入され、前記洗浄流体の別の部分は、酒液を調製する目的のための酒液調製帯域に再導入される。

一実施形態によると、フィード手段の洗浄は、触媒、とりわけ、酸性触媒、塩基性触媒または酸化触媒を補給されたバイオマスの存在中で行われ、前記フィード手段の流体出口を出る洗浄流体は、前記フィード手段中を通過することによりバイオマスが液体の抽出を経る時に所定量の前記触媒を含有し、この触媒を含有している前記洗浄流体は、少なくとも一部、同一のフィード手段の洗浄入口または前記フィード手段のうちの別のものの洗浄入口に再導入され、とりわけ、触媒を含まないバイオマスを運ぶ。用語「触媒（catalyst）」は、ここでは、バイオマスと相互作用することのできる、とりわけ、それの物理化学的またはレオロジーの特性の１つを改変する目的のためのあらゆる試薬としての広い意味で取られるべきである。本発明により、それ故に、そのような触媒を補給された場合でも、洗浄水を再循環させること、同一のフィード手段または別のフィード手段にそれを再導入することが可能であったことが発見され、これは、それ自体、バイオマスのみを輸送する：再導入された洗浄水は、高純度な水ではないが、触媒を補給された水は、全体としての本方法に関して有害な影響力を全く有していないことが分かったという事実は、予測外であった。

本発明の主題は、これまでに記載された方法を行う設備、とりわけ、９０重量％以下の固体含有率を有しているリグノセルロースのバイオマスを処理するための少なくとも１基の反応器を含み、前記反応器または前記反応器のうちの少なくとも１基のバイオマスを、前記フィード手段のバイオマスの入口とバイオマスの出口との間で圧力の増加を作り出すフィード手段によってフィードすることによる、設備でもある。前記フィード手段の洗浄は、洗浄入口と洗浄出口との間で洗浄流体を流通させることによって行われ、フィード手段またはフィード手段のうちの少なくとも１つの流体出口を出る洗浄流体の少なくとも一部を、同一のフィード手段または前記フィード手段のうちの別物の洗浄入口に再導入するための手段である。

本発明の主題は、リグノセルロースのバイオマスの処理設備の実施形態であって、以下：
－ バイオマスの浸透のための化学触媒を含有している浸透酒液を調製するための帯域であって、当該化学触媒は、酸性触媒、塩基性触媒または酸化触媒から選ばれ、好ましくは酸性触媒であり、当該帯域は、酒液出口を備えている帯域
－ 浸透反応器、とりわけ、バイオマス入口を備えた第１の浸透帯域と、第１の浸透帯域上に重ね合され、ドレイン処理帯域として知られている第２の帯域とを含む浸透反応器であって、前記反応器は、バイオマスの入口および出口を備えている、反応器
－ 浸透反応器、とりわけ、第１の浸透帯域に置かれた浸透反応器のバイオマス入口を介して浸透反応器に粉砕済みのバイオマスをフィードするための第１の手段
－ 酒液調製帯域の酒液出口を浸透反応器における、とりわけ、それの第１の浸透帯域における第１の酒液入口に接続している反応器に浸透酒液をフィードするための手段
－ 蒸気爆砕による浸透済みのバイオマスの前処理のための反応器であって、そのバイオマス入口は、浸透反応器のバイオマス出口に接続されている、反応器
－ 前記前処理反応器のバイオマス入口を介して前処理反応器に浸透済みのバイオマスをフィードするための第２の手段
－ 浸透反応器の第１の粉砕済みのバイオマスフィード手段の入口と出口との間の洗浄流体の流通
－ 前処理反応器の第２の浸透済みのバイオマスフィード手段の入口と出口との間の洗浄流体の流通
を含み、
当該設備は、
－ 前記第１または第２のフィード手段の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の少なくとも一部を、第１のフィード手段の洗浄入口および／または第２のフィード手段の洗浄入口に再導入する手段
も含んでいる、設備にもある。

有利には、当該設備は、第１または第２のフィード手段の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の一部を、浸透酒液調製帯域に再導入するための手段も含む。

有利には、それは、第１のフィード手段の洗浄出口における第１の洗浄流体の一部を、第１または第２のフィード手段の洗浄入口に再導入する手段、および前記流体の別の部分を、酒液調製帯域に再導入する手段を想定してよい。

本発明による設備は、第２のフィード手段の洗浄出口における第２の洗浄流体の一部を、第１または第２のフィード手段の洗浄入口に再導入する手段、および前記流体の別の部分を酒液調製帯域に再導入する手段を想定してもよい。

これらの再導入手段は、有利には、パイプまたは所望の水力学的接続を可能にする一式のパイプであり、その製造は、それ自体知られている。

本発明の主題は、あらゆるリグノセルロースのバイオマス、例えば、木材、わら、農業残渣、および全ての専用エネルギー作物であって、一年生または多年生の植物、例えば、ススキであってよいものの処理して、糖、バイオ燃料または生物を原料とした分子を生じさせられるためのここまでに記載された方法または設備の使用にもある。

（詳細な説明）
本発明は、本発明による方法の非制限の例を用いて以下に詳細に説明されることになり、以下の図によって例証される：
－ 図１：本発明によるバイオマス処理方法の一般原則のブロック図タイプの梗概表示、
－ 図２：本発明によるバイオマス処理方法の第１の実施形態のブロック図タイプの梗概表示、
－ 図３：本発明によるバイオマス処理方法の第２の実施形態のブロック図タイプの梗概表示、
－ 図４：本発明によるバイオマス処理方法の第３の実施形態のブロック図タイプの梗概表示。

図１は、それ故に、本発明の原理の表示であり、図２は、２回のバイオマス処理工程：触媒的浸透、次のクッキングに集約している。図３および４は、浸透およびクッキングの後の、バイオマスの酵素加水分解までのバイオマスを処理する方法の全体を記載する。

本発明は、より詳細には、最初の２工程、すなわち、粉砕済みのバイオマスの浸透および一旦それが浸透させられたところでのバイオマスのクッキングによる処理に焦点が当てられる。

（以下の参照符号を用いる図の説明）
同一の参照符号は、図面の全ての同一の成分／流体／生成物に対応する：
１：酒液調製タンクへの水の入来
２：酒液調製タンクへの酸の入来
３：酒液調製ツール（タンク）
４：浸透ツール（反応器）への酸性酒液
５：粉砕済みのバイオマス
６：浸透ツールのスクリューまたはプラグ－スクリューフィーダ
７：浸透ツールのプラグ－スクリューフィーダを洗浄するための水
８：浸透ツールのプラグ－スクリューフィーダの洗浄液出口
９、９’：浸透ツール（反応器）
９ａ：浸透タンク（９）の浸透帯域
９ｂ：浸透タンク（９）のドレイン処理帯域
１０：浸透・ドレイン処理済みのバイオマス
１１：前処理ツールのスクリューまたはプラグ－スクリューフィーダ
１２：前処理ツールのプラグ－スクリューフィーダを洗浄するための水
１３：前処理ツールのプラグ－スクリューフィーダのプレス酒液
１３ａ：パージへのプレス酒液
１３ｂ：前処理ツールのプラグ－スクリューフィーダを洗浄するためのプレス酒液の再循環
１３ｃ：酸性酒液調製タンク（３）へのプレス酒液の再循環
１３ｄ：浸透ツールのプラグ－スクリューフィーダを洗浄するためのプレス酒液の再循環
１４：前処理クッキングツール（爆砕反応器）
１５：前処理のための水蒸気の注入
１６：前処理済みバイオマスおよび水蒸気
１７：水蒸気と前処理済みのバイオマスとを分離するためのツール（サイクロン）
１８：凝縮への水蒸気
１９：前処理済みのバイオマス
２０：酵素加水分解
２１：糖を含有している酵素加水分解マスト
２２：アルコール性（エタノール性）発酵
２３：エタノール（アルコール）を含有している発酵ワイン
２４：蒸留
２５：濃アルコール
２６：粗蒸留かす

（図１）
図１は、本発明の原理を非常に模式的にそれの最も単純な実施形態において示している（その方法の詳細および種々の工程が図２～４を用いて続いて記載されることになる）：（触媒酒液を浸透させられたかまたは浸透させられていない）バイオマス（５）、（１０）は、加圧されたフィード手段（６）、（１１）による処理のために反応器（９）、（１４）に導入される。このフィード手段（６）、（１１）は、スクリュー（プラグスクリューフィーダとしても知られている）であり、その末端部は、円錐形であり、それは、カウリングを有しており、このカウリングは、ドレイン火床と、洗浄水入口（７）、（１２）と、洗浄水出口（８）、（１３）とを有している。密封バイオマスプラグが、スクリューの下流部中に作り出され、それは、スクリューのバイオマス入口とバイオマス出口の間の圧力差：少なくとも０．０５ＭＰａ、例えば、約０．５ＭＰａによって影響されたバイオマス上に圧縮を作りだす。バイオマスに適用される圧縮は、バイオマス中に含有される液体の一部の排除に至ってもよく、とりわけ、加圧されたフィード手段（６）、（１１）にそれが入る前にバイオマスのＳＣが８０％未満である場合である。このように抽出された液体は、洗浄水と混合され、使用済み洗浄水（８）、（１３）により抜き出される。

本発明によると、スクリュー（８）、（１３）を出る洗浄水の少なくとも一部は、スクリューの洗浄水入口（７）、（１２）に再注入される。退出洗浄水の一部は、単純にパージされること、および入来洗浄水の一部は、従来技術におけるような水供給を起源とすること、スクリュー入口に再循環させられる水の量を定期的にまたは系統的に補給することが依然として可能であることが留意される。

この図示において、洗浄水の再循環は、同一のスクリューに適用されるが、他の図により詳述されるように、本方法が複数の反応器についての複数のフィードスクリューを想定する場合、本発明は、一方のスクリューの出口における洗浄水の別のフィードスクリューの入口への全体的または部分的な再循環にも関する。

フィードスクリューに入るバイオマスの固体含有率は、ここでは、５０％である。スクリュー中の輸送の間にバイオマスの液体の一部が抽出されることが起こるかもしれず、この抽出された水は、スクリューの洗浄出口において使用済みの洗浄水と混合される。バイオマスの固体含有率が低くなるほどに、流体の抽出がより多くなり、フィードスクリュー中のバイオマスからのものがあることになり、この流体は、スクリュー入口において洗浄流体に補給するか、さらには、場合によっては全体的に置換する。

（図２）
図２は、酸性酒液をバイオマスに浸透させる工程と、その次の、クッキング工程とを示し、バイオマス処理の一部を形成するものである。

本方法は、以下の方法で進行する：水および酸は、それぞれ、パイプ（１）および（２）を介して、酸性酒液調製タンク（３）に導入される。パイプの酸性酒液（４）は、次いで、浸透デバイス（９’）に注入されて、粉砕済みのバイオマスと混合される。浸透デバイスは、ここでは、コンベアであり、ベルトを取り囲んでいるローラの回転による置き換えで駆動されるコンベアベルトタイプのものであり、ベルトの上に、バイオマスが所与の厚さに置かれている。それが運ばれている間に、バイオマスは、タンク（３）から取られた酸性酒液を、ベルトの上方に置かれたノズルを介して噴射することに付される。過剰の酒液は、ベルト下で収集帯域中に回収されてよく、適宜、全体的にまたは部分的に再循環させられる。

浸透済みバイオマス（１０）は、場合によっては、前もってドレイン処理された上で、「プラグスクリューフィーダ」タイプの別のフィードスクリュー（１１）によって処理ユニット（１４）に導入される。このフィードスクリュー（１１）は、バイオマスを圧縮して、バイオマスプラグを形成する。このバイオマス反応器（１４）におけるクッキング反応が蒸気爆砕によって生じる場合に、この密封したバイオマスプラグは、耐漏出性を保証し、かつ、水蒸気の漏出を防ぐ。スクリュー（１１）におけるこの圧縮の間に、固／液分離が行われ、使用済みの酸性酒液は、スクリューのカウリング火床を通じて排出される。このスクリューは、パイプ（１２）からの水により洗浄され、これは、それ故に、使用済みの酸性酒液と混合され、洗浄水と使用済みの酸性酒液との混合物（プレス酒液としても知られる）は、パイプ（１３）中に排出される。プレス酒液は、スクリュー（１１）の洗浄に由来する固体を含有してもよい。

場合によっては、固／液の分離工程は、この流れ（１３）について、例えば、湾曲形状の火床を用いているデバイスにより行われる。

流れ（１３）は、次いで、下記の方：
－ パイプ（１３ａ）を介したパージ
－ スクリュー（１１）を洗浄するための水（１２）の全部および一部を置換するためのパイプ（１３ｂ）を介した再循環
－ パイプ（１３ｃ）を介した酸性酒液調製タンク（３）への再循環
に向けられ得る。

種々の実現性が、利用可能になる：
－ 一実施形態によると、流れ（１３）の全部は、パイプ（１３ｂ）に送られ、洗浄水（１２）の全部または一部が置換される、
－ 別の実施形態によると、流れ（１３）の一部のみが、パイプ（１３ｂ）に送られ、洗浄水（１２）の全部または一部を置換し、残りは、パイプ（１３ｃ）を介して送られ、酒液を製造することの方に貢献する（例えば、２つの変形例の間の容積割合において、２０／８０～８０／２０）。

バイオマスは、処理ツール（１４）において、クッキングおよび蒸気爆砕によって以下の図面において記載された方法で処理される。

（図３）
図３は、バイオマスの浸透を行う方法における、図２に対する変形例を示し、それは、バイオマスのクッキング／蒸気爆砕の後の工程も示している。

図２による方法との相違点のみがここでは記載されることになり、２つの方法は、その他の点では同様に行われる。

水および酸は、それぞれ、パイプ（１）および（２）を介して酸性酒液調製タンク（３）に導入される。パイプ中の酸性酒液（４）は、次いで、浸透デバイス（９）に注入されて、粉砕済みのバイオマスと混合される。それは、ここでは、反応器であり、これは、ここでは実質的に垂直に位置取りされている。

事前粉砕済みのバイオマスは、本方法にパイプ（５）を介してフィードスクリュー（６）中に回路を洗浄する水と共に導入される。フィードスクリュー（６）は、先行する図面においてすでに記載されたスクリュー（１１）に類似している。このスクリューにより、密閉バイオマスプラグを形成することが可能となり、この密閉バイオマスプラグは、耐漏出性を保証しかつ酸性酒液の漏出を防ぐものである。このスクリューは、水により洗浄される。この水は、パイプ（７）を介して入り、パイプ（８）を介して出る。スクリュー出口において、浸透反応器（９）の底部帯域においてプラグの膨張が生じる。バイオマスは、浸透帯域（９ａ）において酸性酒液を浸透させられた後、ドレイン処理帯域（９ｂ）においてドレイン処理される。それは、１つまたは２つの輸送スクリューを介して反応器（９）に運ばれる。

流れ（１３）は、次いで、ここまでのように、
－ パイプ（１３ａ）を介したパージ
－ スクリュー（１１）を洗浄するための水（１２）の全部または一部を置換するためのパイプ（１３ｂ）を介した再循環
－ パイプ（１３ｃ）を介した酸性酒液調製タンク（３）への再循環
の方に向けられ得るが、
－ 別の可能性も利用可能である；ここでは、流れ（１３）は、スクリュー（６）を洗浄するための水（７）の全部または一部を置換するためにパイプ（１３ｄ）を介しても再循環させられ得るからである。

図２～４および反応器（１４）における処理に続く工程に共通の反応器（１４）のより詳細な説明を進める：
反応器（１４）を加熱するために必要とされる水蒸気は、パイプ（１５）を介して導入される。反応器出口において、バイオマス／水蒸気の混合物は膨張させられ、ライン（１６）を介して分離ツール（１７）に運ばれる。分離ツール（１７）は、サイクロンタイプのものであってよい：それによって、水蒸気（１８）の前処理済みバイオマス（１９）からの分離が可能となる。

前処理済みのバイオマスは、次いで、変換ツール（２０）において糖を含有しているマスト（２１）に、酵素カクテルを用いて変換される。糖は、発酵工程（２２）における発酵によってアルコール（例えば、エタノール、アセトン、ブタノール）に転化される。発酵ワイン（２３）は、分離および精製の工程（２４）に送られる。工程（２４）は、例えば、蒸留によって行われ、この工程（２４）によって、濃アルコールを含有している流れ（２５）を粗蒸留かす（２６）（使用済み水、残留リグニン）から分離することが可能となる。

蒸気爆砕、マストの転化および発酵の工程のための操作条件の詳細は、当業者に知られているとして考えられ、これらは、ここでは与えられないことになる。

（図４）
図４は、図３に対する変形例を示す。

図３に対するさらなる参照符号は以下の通りである：
８：浸透ツールスクリュー（６）の使用済み洗浄液出口
８ａ：パージへの使用済み洗浄液
８ｂ：浸透ツールスクリューを洗浄するために再循環させられる洗浄液
８ｃ：酸性酒液調製タンク（３）に再循環させられる洗浄液
８ｄ：前処理ツール（１４）のスクリュー（１１）を洗浄するための再循環させられる洗浄液。

図３による方法との相違点のみがここでは記載されることになり、２つの方法は、他の点では同様に行われる。

ここでは、フィードスクリュー（６）を洗浄するための水（８）も、種々のどれか一つのまたは累積する実現性に従って再循環させられる。移送スクリュー（６）を洗浄するための液体（８）は、下記：
－ パイプ（８ａ）を介してシステムからパージされる
－ 浸透反応器（９）のフィードスクリュー（６）を洗浄するための水（７）を置換するためにパイプ（８ｂ）を介して再循環させられる
－ パイプ（８ｃ）を介して酸性酒液タンク（３）に再循環させられる
－ 爆砕ツール／反応器（１４）のフィードスクリュー（１１）を洗浄するための水（１２）を置換するためにパイプ（８ｄ）を介して再循環させられる
のいずれかであってよい。

本発明の別の実施形態によると、流れ（８）の全部が、パイプ（８ｂ）またはパイプ（８ｄ）に送られ、洗浄水（１２）または（７）の全部または一部が置換される。別の実施形態によると、一部が、パイプ（８ｂ）または（８ｄ）に送られ、残りが、パイプ（８ｃ）を介して送られ、浸透酒液の調製の方に貢献する。２つの部分の間の比は、容積で、８０／２０～２０／８０であってよい。

いずれにせよ、スクリュー（６）からの使用済みの水またはスクリュー（１１）からのプレス酒液のいずれかをこのように再循環させることに関して、一部は、パージに送られるように利用されてよい（パイプ（１３ａ）、（８ａ））。

言うまでもなく、スクリュー（６）の洗浄からの使用済み水の再循環を、スクリュー（１１）からのプレス酒液の再循環と組み合わせること、または一方または他方のみを再循環させることも本発明の状況の範囲内である。

少しの操作詳細または変形例が、ここまでに記載された最初の２回のバイオマス処理工程のために下記に与えられる。

（浸透工程）
浸透工程は、１０～９５℃の範囲にわたる温度で行われ、前記浸透工程中のバイオマスの滞留時間は、２０秒～１２時間である。好ましくは、バイオマスの滞留時間は、３０秒～６０分である。

浸透工程は、バッチ様式または連続の様式で行われてよい。好ましくは、この工程は、連続様式で行われる。浸透工程は、好ましくは、大気圧で行われる。好ましくは、浸透工程は、単一回の工程で行われる。

浸透工程は、バイオマスと酸性酒液とが接触しているように置くことを含む。それは、例えば、浸漬することまたは噴射することによって行われてよい。

浸透工程は、当業者に知られている機器、例えば、撹拌式反応器において、酒液の床中のバイオマスの水平または垂直のスループットによって、バイオマスを輸送するベルト上に噴射すること（図２において見られるように）によってまたは輸送スクリューにおいて行われる。

浸透反応器または浸透器は、一般的に、リグノセルロースの基質をそれの入来から出口開口部に移送する１基または複数基のツールを備えている。これらのツールは、例えば、スクリューまたはベルトであってよい。浸透器は、酸性酒液を運ぶために１個または複数個のパイプをさらに備え、さらには、必要であるならば、酸性酒液を抜き出すための１個または複数個のパイプを備えている。前記酸性酒液の入口および出口のパイプは、一般的に、並流または向流の再循環によって機能するように取り付けられている。

（前処理工程（クッキング））
リグノセルロースの基質は、この前処理工程を経る。この工程は、とりわけ、セルロースのフラクションの物理的および物理化学的な特性、例えば、それのポリマー化度およびそれの結晶性の状態を改変する方に向けられる。

前処理は、クッキング帯域を含む。このクッキングが行われる際の温度は、１００℃～２５０℃、より好ましくは１３０℃～２３０℃であり、その際の圧力は、０．１～４ＭＰａである。クッキング帯域中の滞留時間は、１０秒～４時間、より好ましくは３分～１時間である。

クッキングは、バッチ様式または連続様式で行われてよい。それは、当業者に知られているあらゆる機器において行われてよく、例えば、撹拌型反応器、水平管式反応器であって、輸送スクリューを備えたもの、非撹拌式バッチ反応器等である。クッキングのために必要とされる熱エネルギーは、熱伝達流体による熱交換器（間接）を介して、電熱によって、または高温流体、例えば、加圧水または水蒸気の直接注入によって供給されてよい。

クッキングの終わりにおける固体の退出は、急速減圧によって、低速減圧によって、直接的または間接的な熱交換によって誘導される温度低減後等に行われてよい。

一実施形態（好ましい形態）において、クッキング帯域は、直接注入による水蒸気を用いて加熱され、その後に、媒体の急激な減圧が行われ、この方法は、蒸気爆砕（または「steamex」）として知られている。これは、加圧された水蒸気を注入することによってリグノセルロースの基質が迅速に高温にされる方法である。処理の停止は、急速な減圧によって行われる。

蒸気爆砕方法の操作条件は、以下の通りである：
・ 水蒸気は、反応器に直接的に注入される；
・ 反応器の温度は、一般的に１５０～２５０℃、好ましくは１６０℃～２２０℃である、
・ 圧力は、０．５～２．５ＭＰａ、より好ましくは０．８～２．０ＭＰａである、
・ 膨張段階の前の滞留時間は、１０秒～２５分、好ましくは３分～１５分の範囲にわたる。

蒸気爆砕は、バッチ様式または連続様式で行われてよく、バイオマスの破壊を許容する減圧工程は、１回または複数回の工程で進行してよい。

図４に従う方法を用いているこれまたはこれらの再循環操作の浸透の実施例が以下に記載される。

（比較例１）
これは、使用済みの洗浄水のみを、酒液調製タンクのためのつぎ足し水として再循環させることによる例である。処理されるべきバイオマスは、以下の特徴を有している木材である。

供給原料：ポプラ材、流量７．４７トン／時、固体含有率（ＳＣ）：５０％、平均組成（ＳＣ基準）：

頭字語「ＳＣ」は、固体含有率を表しており、これは、規格ASTM E1756 - 08(2015) “Standard Test Method for Determination of Total Solids in Biomass”に従って測定される。

木材を、特徴的なサイズ５０ｍｍを有するチップの形態で用いる。ユニットに入るチップの温度は、室温である。チップ（５）を、円錐形スクリュー（６）を介して浸透反応器（９）に運ぶ。このスクリューを洗浄水（７）、（８）により１トン／時の流量で洗浄する。スクリュー（６）によって行われる圧縮の間に、液体を、０．６７９トン／時の速度でポプラチップから抽出し、浸透反応器（９）のスクリュー（６）を洗浄するための使用済み水の全流量は、それ故に、１．６７９トン／時である。

以下のものを、浸透反応器（９）に導入する：
－ 円錐形スクリュー（６）を介した、圧縮済み木材チップ
－ 水（１）および硫酸（２）により質量濃度１．５７重量％で、９０℃の温度で調製された酸性酒液（４）２．９トン／時。

浸透済みのチップを、浸透反応器（９）から取り出し、蒸気爆砕反応器（１４）に移送する。前処理反応器への入来を、別の円錐形スクリュー（１１）による移送によって行う。このスクリューを、洗浄水により０．６トン／時の流量で洗浄する。スクリュー（１１）によって行われる圧縮の間に、液体を、浸透済みのポプラチップから２．９５トン／時の速度で抽出し、浸透反応器（９）のスクリュー（６）を洗浄するための使用済みの水の全流量は、それ故に、３．５５トン／時である。この流れは、０．５重量％のＨ_２ＳＯ_４を含有している。

蒸気爆砕前処理を、連続的な構成において短い残留時間を用いて２００℃で行う。媒体を、１．３ａｔｍの圧力に急激に膨張させる。

浸透の上流に置かれた酸性酒液調製タンク（３）は、２．９トン／時の流量の酸性酒液を送達する。この酒液の調製を、水と９６％の硫酸とにより行い、それぞれの流量は、水２．８５２６トン／時および９６重量％の濃度にある酸０．０４７４トン／時である。この構成における水の全消費は、４．５５２６トン／時であり、酸の全消費は、９６重量％の濃度にある硫酸０．０４７４トン／時である。

スクリュー（６）および（１１）の洗浄からの使用済みの水を、パイプ（８ａ）および（１３ａ）を介してパージに送る。

（比較例２）
これは、比較例１を繰り返すが、唯一の相違点は、ここでは、爆砕反応器（１４）のスクリュー（１１）の洗浄から得られた流れの一部（１３ｃ）を、酸性酒液調製タンク（３）に送ることにある：この流れは、目標の酸度を有するようにされるべき酸のつぎ足しを考慮に入れて必要とされる液体のつぎ足しに等しい。それ故に、再循環させられる液の流量は、２．８６７５トン／時であり、つぎ足しの酸の流量は、９６重量％にある硫酸０．０３２５トン／時である。この第２の構成において、水の全消費は、１．６トン／時（スクリュー（１１）の洗浄用）であり、酸の消費は、９６重量％にある硫酸０．０３２５トン／時である。使用済み水２．３６２トン／時の流れが処理されなければならない。

（実施例３：本発明に合致する）
この実施例では、本発明に合致する木材の浸透および前処理の方法であって、先行する比較例１および２におけるのと同一の供給原料を処理する方法を提示する。木材を５０ｍｍの特徴サイズを有するチップの形態で用いる。ユニットに入るチップの温度は、室温である。

チップを、円錐形スクリュー（６）を介して浸透反応器（９）に運ぶ。このスクリューを、洗浄液（７）、（８）、（１３ｄ）により１．０トン／時の流量で洗浄する；この液は、水（７）と前処理反応器（１４）のスクリュー（１１）を洗浄するための液（１３ｄ）との混合物を起源とする。スクリュー（６）によって行われる圧縮の間に、液体を、ポプラチップから０．６７９トン／時の速度で抽出し、浸透反応器（９）のスクリュー（６）を洗浄するための使用済み水の全流量は、それ故に、１．６７９トン／時である。

以下のものを浸透反応器（９）に導入する：
－ 円錐形スクリュー（６）を介した、圧縮済みの木材チップ
－ 水（１）および硫酸（２）により１．５７重量％の質量濃度で、９０℃の温度で調製された酸性酒液（４）２．９トン／時。

浸透済みのチップを、浸透反応器（９）から取り出し、蒸気爆砕反応器（１４）に移送する。前処理反応器（１４）への入来を、第２の円錐形スクリュー（１１）による移送によって行う。このスクリュー（１１）を、洗浄水（１２）、（１３）により０．６トン／時の流量で洗浄する。スクリュー（１１）によって行われる圧縮の間に、液体を、浸透済みのポプラチップから２．９５トン／時の速度で抽出し、反応器（１４）のスクリュー（１１）を洗浄するための使用済み水の全流量は、それ故に、３．５５トン／時である。この流れは、０．５重量％のＨ_２ＳＯ_４を含有している。蒸気爆砕前処理を、２００℃で連続的な構成において短い滞留時間を用いて行う。媒体を、１．３ａｔｍの圧力に急激に膨張させる。

浸透の上流に置かれた酸性酒液調製タンク（３）は、２．９トン／時の流量の酸性酒液を送達する。好ましくは、それは、ｐＨおよび水、酸、使用済みの酒液および調製された酒液の流量を測定するためのセンサを備えている。

爆砕反応器（１４）のスクリュー（１１）の洗浄から得られた流れの一部を、酸性酒液調製タンク（３）に送る：この流れは、目標の酸性度を有するようにされるべき酸のつぎ足しを考慮に入れて、必要とされる液体つぎ足しに等しい。それ故に、先行する実施例におけるのと同様に、再循環させられる液体の流量は、２．８６７５トン／時であり、つぎ足しの酸の流量は、９６重量％の硫酸０．０３２５トン／時である。前処理反応器（１４）のスクリュー（１１）を洗浄するための使用済み液体（１３）の流れの、酒液タンク（３）のためのつぎ足し液体として送られない部分（１３ｄ）を、浸透反応器（９）のスクリュー（６）を洗浄するために、０．６８３トン／時の流量で、水０．３１７トン／時に対する補給として送る。水の全消費は、それ故に、０．９１７トン／時である。使用済みの水１．６７９トン／時の流れが処理されなければならない。

それ故に、本発明に合致する方法により、比較例２の構成に対して、以下のことが可能となる：
－ ４２％より高い水の質量消費の低減
－ 処理されるべき使用済み水の質量における２９％の低減。

（実施例４：本発明に合致する）
この実施例では、本発明に合致する木材の浸透の方法および前処理の方法であって、比較例１におけるのと同一の供給原料処理する方法を提示する。

木材を５０ｍｍの特徴サイズを有するチップの形態で用いる。ユニットに入るチップの温度は、室温である。

チップを、円錐形スクリュー（６）を介して浸透反応器（９）に運ぶ。このスクリューを、洗浄水（７）により１．０トン／時の流量で洗浄する。スクリューにより行われる圧縮の間に、液体を、ポプラチップから０．６７９トン／時の速度で抽出し、浸透反応器（９）のスクリュー（６）を洗浄するための使用済み水の全流量は、それ故に、１．６７９トン／時である。

以下のものを浸透反応器（９）に導入する：
－ 円錐形スクリュー（２）を介した、圧縮済み木材チップ
－ 水（１）および硫酸（２）により１．５７重量％の質量濃度に、９０℃の温度で調製された酸性酒液（４）２．９トン／時。

浸透済みのチップを、浸透反応器（９）から取り出し、蒸気爆砕反応器（１４）に移送する。前処理反応器（１４）への入来を、第２の円錐形スクリュー（１１）による移送によって行う。スクリューによって行われる圧縮の間に、液体（１３）を、浸透済みのポプラチップから２．９５トン／時の速度で抽出する。この流れの一部（１３ｂ）１．５トン／時を、円錐形スクリュー（１１）を洗浄するために、本発明に従って用いる。浸透反応器（９）のスクリュー（６）を洗浄するための使用済み水の全流量は、それ故に、４．４５トン／時であり、そのうちの１．５トン／時を、洗浄（１３ｂ）のために再循環させる。この流れは、０．６０２重量％のＨ_２ＳＯ_４を含有している。この流れが実施例１から抽出された流れより酸においてより濃縮されているのは、圧縮の間に抽出された使用済み酸性酒液がスクリュー洗浄水により希釈されなかったからである。蒸気爆砕前処理を、２００℃で連続的な構成において短い滞留時間を用いて行う。媒体を、１．３ａｔｍの圧力に急激に膨張させる。

浸透の上流に置かれた酸性酒液調製タンク（３）は、２．９トン／時の流量の酸性酒液を送達する。

前処理反応器（１４）のスクリュー（１１）の洗浄から得られた流れ（１３）であって、スクリューの洗浄（１３ｂ）のために用いられないもの（１３ｃ）を、酸性酒液調製タンク（３）に２．８７トン／時の流量で送り、残り（１３ａ）（０．０８トン／時）をパージする。つぎ足しの酸の流量は、９６重量％の硫酸０．０２９４トン／時である。

この実施例による方法において、水の全消費は、（浸透スクリュー（６）の洗浄のために）１．０トン／時であり、酸の消費は、９６重量％の硫酸０．０２９４トン／時である。１．７５９トン／時の使用済み水の流れが処理されなければならない。

それ故に、本発明に合致するこの実施例による方法により、比較例２の構成に対して、以下のことが可能となる：
－ ３７％の水の質量消費の低減
－ 濃硫酸の質量消費における９．４％の低減
－ 処理されるべき使用済み水の質量における２５％の低減。

結論として、これらの実施例により、本発明によって、非常に有意なエネルギー／出発材料の節約が可能となるとともに実施の柔軟性が大きいことが実証される。加えて、設備上で誘導される改変は、依然として控えめであり、かつ、実施し易く、適切な場合に、流量を変動させる手段、ｐＨまたは温度を測定する手段を備えたパイプの追加により実施し易く、それらの概念に残っているこれらの追加のパイプは、全体的に、当業者の範囲内にある。本発明は、たとえ、バイオマスを処理するための種々の操作（例えば、浸透およびクッキングおよび／または蒸気爆砕）が連続的でなくても依然として有益である：好ましさは、この場合においては、洗浄水の同一のフィードスクリューへの再循環に与えられることになる（スクリュー（６）を洗浄するためのループ（８ｂ）、スクリュー（１１）を洗浄するためのループ（１３ｂ））。

本発明によるバイオマス処理方法の一般原則のブロック図タイプの梗概表示である。 本発明によるバイオマス処理方法の第１の実施形態のブロック図タイプの梗概表示である。 本発明によるバイオマス処理方法の第２の実施形態のブロック図タイプの梗概表示である。 本発明によるバイオマス処理方法の第３の実施形態のブロック図タイプの梗概表示である。

Claims (16)

1. ９０重量％以下の固体含有率を含んでいるリグノセルロースのバイオマスを処理する方法であって、前記バイオマスを処理するための少なくとも１基の反応器（（９）、（１４））の使用を含み、前記反応器または前記反応器のうちの一方に、フィード手段（（６）、（１１））を介してバイオマスをフィードし、フィード手段（（６）、（１１））は、前記フィード手段のバイオマス入口とバイオマス出口との間で圧力上昇を作り出し、前記フィード手段を、洗浄入口（（７）、（１２））と洗浄出口（（８）、（１３））との間の洗浄流体の流通によって洗浄する方法であって、フィード手段（（６）、（１１））またはフィード手段（（６）、（１１））のうちの一方の流体出口を出る洗浄流体の少なくとも一部を、同一のフィード手段の洗浄入口または前記フィード手段のうちの他方の洗浄入口に再導入することを特徴とする方法。
2. フィード手段（（６）、（１１））またはフィード手段（（６）、（１１））のうちの一方中を液体が通過している間に、液体をバイオマスから抽出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. フィード手段（（６）、（１１））またはフィード手段（（６）、（１１））のうちの一方において作り出された圧力上昇は、少なくとも０．０５ＭＰａであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 化学触媒を含有している浸透酒液をバイオマスに浸透させる工程を含んでおり、フィード手段（（６）、（１１））を備えた反応器（（９）、（１４））または反応器（（９）、（１４））のうちの一方にバイオマスを導入することによってこの工程を行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
5. 化学触媒を含有している浸透酒液をバイオマスに浸透させる工程を含んでおり、酒液の層中にバイオマスを通過させるかまたはバイオマスを酒液とともにベルトタイプのコンベア（９’）上に噴射するかまたは撹拌型の反応器中にバイオマスを通過させることによって該工程を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。
6. 化学触媒を含有している浸透酒液をバイオマスに浸透させる工程を含んでおり、前記フィード手段（６）を介して反応器（９）に導入することによって該工程を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。
7. クッキングによって、フィード手段（１１）を備えた反応器（１４）または反応器（１４）のうちの１基においてバイオマスを処理する工程を含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の方法。
8. 請求項１～７のいずれか１つに記載の方法であって、以下の工程：
   ａ） バイオマス（５）の浸透を目的とする化学触媒（２）を含有している浸透酒液（４）を調製帯域（３）において調製する工程であって、該化学触媒は、酸性触媒、塩基性触媒および酸化触媒から選ばれる、工程
   ｂ） 第１のフィード手段（６）によって浸透反応器（９）の入口を介して粉砕済みバイオマス（５）を導入する工程であって、前記第１のフィード手段を、前記手段（６）の入口と出口との間の第１の洗浄流体（（７）、（８））の流通によって洗浄する、工程
   ｃ） 反応器の第１の酒液（４）の入口を介して浸透反応器（９）に酒液を導入する工程
   ｄ） 浸透済みかつドレイン処理済みのバイオマス（１０）を浸透反応器の出口からクッキング前処理反応器（１４）の入口に移送する工程であって、前記前処理反応器への導入を、第２のフィード手段（１１）を介して行い、前記第２のフィード手段を、前記フィード手段の入口と出口との間の第２の洗浄流体（（１２）、（１３））の流通によって洗浄する工程
   ｅ） 前記クッキング前処理反応器（１４）において前記バイオマス（１０）を前処理する工程
   ｆ） 前記第１または第２のフィード手段（（６）、（１１））の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の少なくとも一部を、第１のフィード手段（６）および／または第２のフィード手段（１１）の洗浄入口に再導入する工程
   を含む、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   ｇ） 第１または第２のフィード手段（（６）、（１１））の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の一部を、前記酒液を調製するａ）の目的のために浸透酒液調製帯域（３）に再導入する工程
   も含むことを特徴とする方法。
10. フィード手段またはフィード手段のうちの一方は、フィードスクリュー（（６）、（１１））であり、これは、少なくとも部分的に円錐形であり、カウリングを含んでおり、該カウリングは、洗浄流体の流通および場合によるバイオマスからの流体の抽出を可能にするグリッドを備えていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１つに記載の方法。
11. 第１のフィード手段（６）の洗浄出口における第１の洗浄流体（８）の一部を、第１または第２のフィード手段の洗浄入口（（８ｂ）、（８ｄ））に再導入すること、および前記洗浄流体の別の部分（８ｃ）を、酒液を調製する目的のための酒液調製帯域（３）に再導入することを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
12. 第２のフィード手段（１１）の洗浄出口における第２の洗浄流体（１３）の一部を、第１または第２のフィード手段（（６）、（１１））の洗浄入口に再導入すること（（１３ｂ）、（１３ｄ））、および前記洗浄流体の別の部分（１３ｃ）を、酒液を調製する目的のための酒液調製帯域（３）に再導入することを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
13. 触媒を補給されたバイオマスの存在中でフィード手段（１１）の洗浄を行うこと、前記フィード手段（（６）、（１１））の流体出口を出た洗浄流体は、所定の含有率で前記触媒を含有すること、およびこの触媒を含有している前記洗浄流体を、少なくとも一部、同一のフィード手段または前記フィード手段のうちの別のフィード手段の洗浄入口に再導入することを特徴とする請求項１～１２のいずれか１つに記載の方法。
14. 請求項１～１３のいずれか１つに記載の方法を行う設備であって、９０重量％以下の固体含有率を有しているリグノセルロースのバイオマスを処理するための少なくとも１基の反応器を含み、前記反応器または前記反応器のうちの１基に、フィード手段を介してバイオマスをフィードし、該フィード手段は、前記フィード手段のバイオマス入口とバイオマス出口との間に圧力上昇を作り出し、洗浄入口と洗浄出口との間の洗浄流体の流通により前記フィード手段を洗浄し、該設備は、フィード手段（（６）、（１１））またはフィード手段（（６）、（１１））のうちの一方の流体出口を退出する洗浄流体（（８）、（１３））の少なくとも一部を、同一のフィード手段または前記フィード手段のうちの別のフィード手段の洗浄入口に再導入する手段を含むことを特徴とする設備。
15. リグノセルロースのバイオマスを処理するための設備であって、
    － バイオマス（５）の浸透のための化学触媒を含有している浸透酒液（４）を調製する帯域（３）であって、該化学触媒は、酸性触媒、塩基性触媒または酸化触媒から選ばれ、該帯域（３）は、酒液出口を備えている、帯域（３）
    － 浸透反応器（９）であって、バイオマスの入口および出口を備えている、浸透反応器（９）
    － 粉砕済みのバイオマスを浸透反応器（９）に浸透反応器のバイオマス入口を介してフィードするための第１の手段（６）
    － 浸透酒液（４ａ）を、浸透反応器（９）にフィードするための手段であって、該浸透反応器（９）は、酒液（４）の調製帯域（３）の酒液出口を該浸透反応器における第１の酒液入口に接続している、手段
    － クッキングによる、浸透済みバイオマス（１０）の前処理のためのクッキング前処理反応器（１４）であって、そのバイオマス入口は、浸透反応器（９）のバイオマス出口に接続されている、クッキング前処理反応器（１４）
    － 浸透済みのバイオマス（１０）を前処理反応器に前記クッキング前処理反応器（１４）のバイオマス入口を介してフィードするための第２の手段（１１）、
    － 浸透反応器（９）の第１の粉砕済みバイオマス（５）のフィード手段（６）の入口と出口との間の洗浄流体（（７）、（８））の流通
    － 前処理反応器（１４）の第２の浸透済みバイオマス（１０）のフィード手段（１１）の入口と出口との間の洗浄流体（（１２）、（１３））の流通
    を含んでいる、設備であって、
    － 前記第１または第２のフィード手段（（６）、（１１））の流体出口を出る第１および／または第２の洗浄流体の少なくとも一部を、第１のフィード手段および／または第２のフィード手段の洗浄入口に再導入するための手段
    も含んでいることを特徴とする、設備。
16. リグノセルロースのバイオマス（５）を処理して、糖、バイオ燃料または生物を原料とした分子を生じさせるための、請求項１～１３のいずれか１つに記載の方法または請求項１４または１５に記載の設備の使用。
    

Images