BR112015015487B1

BR112015015487B1 - aparelho de reação de sacarificação

Info

Publication number: BR112015015487B1
Application number: BR112015015487-5A
Authority: BR
Inventors: Takashi Nishino; Noriaki Izumi; Hironori Tajiri; Hiromasa Kusuda; Masaki Tsuzawa
Original assignee: Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2020-10-13
Also published as: CN103894113B; WO2014103148A1; CN103894113A; US20160108355A1; US9920293B2; JP6170298B2; CN203737200U; BR112015015487A2; JP2014124159A

Abstract

"APARELHO DE REAÇÃO DE SACARIFICAÇÃO". A presente invenção refere-se a um aparelho de reação de sacarificação que inclui um reator (14), configurado para produzir uma reação de sacarificação de uma matéria-prima (10), e um dispositivo de carregamento de matéria-prima (20), configurado para carregar a matéria-prima (10), no reator (14), em intervalos predeterminados. O reator (14) inclui um alimentador de vapor para aquecimento (58), configurado para aumentar uma temperatura da matéria-prima (10), carregada a partir do dispositivo de carregamento de matéria-prima (20), até uma temperatura de reação de sacarificação; e um mecanismo de alimentação (54) configurado para, sequencialmente, alimentar cada uma das matérias-primas carregadas (10) na direção de um orifício de saída (56), em um curto período de tempo predeterminado, enquanto produz a reação de sacarificação de cada matéria-prima (10) sob uma alta temperatura e uma alta pressão. O dispositivo de carregamento de matéria-prima (20) é configurado para carregar, no reator (14), a matéria-prima (10) a uma densidade em massa adequada para uma velocidade de reação de sacarificação do reator (14). Desta maneira, é configurado o aparelho de reação de sacarificação, que é capaz de carregar a matéria-prima em um estado adequado para a sacarificação hidrolítica no reator pelo dispositivo de carregamento de matéria-prima, e de sacarificar hidroliticamente a matéria-prima, de modo eficiente no reator.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho de reação de sacarificação para carregar, por exemplo, uma matéria-prima de biomassa em um reator por meio de um dispositivo de carregamento de matéria-prima e para, hidroliticamente, sacarificar a matéria-prima de biomassa no reator.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[0002] Como parte da utilização de energia de biomassa, foram feitas tentativas para, hidroliticamente, sacarificar celulose ou hemicelulose, que são componentes principais de plantas, tais como bagaço e palha de arroz, e, então, obter etanol de sua solução de açúcar. O etanol, assim obtido, se destina a ser utilizado como parte de um combustível ao ser misturado em um combustível de automóvel ou utilizado como um combustível alternativo para a gasolina.

[0003] Um dos métodos para decompor a biomassa celulósica contendo celulose ou hemicelulose em sacarídeos é um método de, hidroliticamente, sacarificar a biomassa celulósica com a utilização de água supercrítica ou subcrítica de alta temperatura e de alta pressão.

[0004] Um exemplo do método é como segue: carregar uma matéria-prima de biomassa, que é um produto moído de bagaço, palha de arroz, ou semelhante (tal matéria-prima de biomassa pode ser simplesmente referida como "matéria-prima"na descrição e nas reivindicações deste documento) em um reator; hidroliticamente, sacarificar a matéria-prima no reator para obter uma solução de açúcar C5; e, então, adicionalmente sacarificar hidroliticamente um bolo desidratado da solução de açúcar C5 em um reator para obter uma solução de açúcar C6. Depois disso, estas soluções de açúcar são fermentadas e destiladas, sendo assim produzido o etanol.

[0005] Contudo, no caso de usar tal água supercrítica ou subcrítica de alta temperatura e de alta pressão, a sacarificação hidrolítica de celulose ou hemicelulose é completada dentro de um curto período de tempo de vários segundos a vários minutos, visto que a água supercrítica ou subcrítica apresenta uma potente força de oxidação.

[0006] Por essa razão, existe uma forte demanda de um aparelho de reação de sacarificação, que seja capaz de aumentar uma taxa de sacarificação ao carregar uma matéria-prima de biomassa em uma condição adequada para tal reação de sacarificação de curto prazo em um reator e, hidroliticamente, sacarificar a matéria-prima de biomassa eficientemente no reator.

[0007] Como um dispositivo para alimentar este tipo de matéria- prima de biomassa e semelhante, existe um dispositivo de alimentação convencional configurado para alimentar um objeto a ser tratado em um recipiente pressurizado. Este dispositivo é configurado de tal modo que o objeto a ser tratado em um corpo oco, provido com um meio de drenagem, seja empurrado para fora do corpo oco por meio de um pistão, através de uma abertura virada para o recipiente pressurizado (vide Literatura de Patente 1, por exemplo).

[0008] Como outro exemplo da técnica convencional, existe um dispositivo de injeção configurado para alimentar um objeto a ser injetado, contendo uma pasta fluida e sólidos em um reator de alta temperatura e de alta pressão, por meio de um pistão que se move dentro de um cilindro. Para fins de impedir a obstrução devido aos sólidos, este dispositivo é provido com um fuso, que se estende através de um furo atravessante do pistão (vide Literatura de Patente 2, por exemplo).

[0009] Como ainda outro exemplo da técnica convencional, existe um alimentador a seco configurado para fazer com que sólidos finamente divididos caiam de uma fenda de um cilindro por ação da gravidade em uma câmara de carga. Depois de fazer com que os sólidos caiam, o alimentador fecha a fenda do cilindro, e alimenta os sólidos da câmara de carga em um recipiente de reação de alta pressão por meio de um pistão (vide Literatura de Patente 3, por exemplo).

LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTE

[0010] PTL1: Publicação de Pedido de Patente Japonesa Submetido à Inspeção Pública No. 2005-145697.

[0011] PTL2: Publicação de Pedido de Patente Japonesa Submetido à Inspeção Pública No. 2006-7108.

[0012] PTL3: Publicação de Pedido de Patente Japonesa Submetido à Inspeção Pública No. S62-102826.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0013] Existe um método de carregar uma matéria-prima de biomassa em um reator, em cujo método, quando a matéria-prima for carregada no reator, a matéria-prima conterá umidade e estará em um estado de ser consolidada. Contudo, se a matéria-prima em tal estado consolidado for carregada no reator, levará tempo para aumentar a temperatura da matéria-prima até uma temperatura de reação de sacarificação. A razão para isto é considerada como segue: se a matéria-prima em um estado consolidado for carregada no reator, a matéria-prima tenderá a permanecer uma massa e não se romperá facilmente em pedaços; consequentemente, a matéria-prima não poderá ser rapidamente misturada com vapor; e, consequentemente, a taxa de aumento de temperatura será baixa. Por esta razão, se a matéria-prima em um estado consolidado for carregada no reator, a taxa de sacarificação será reduzida. O mesmo é verdadeiro no caso de alimentar a matéria-prima pelo dispositivo descrito na Literatura de Patente 1. Também, no caso do dispositivo descrito na Literatura de Patente 2, é difícil rapidamente aumentar a temperatura dos sólidos até uma temperatura de reação de sacarificação.

[0014] Existe também um método de carregar uma matéria-prima em um reator de alta pressão, em cujo método a matéria-prima a ser carregada no reator não é consolidada. Um exemplo do método é um método de carregamento que utiliza uma tremonha de fechamento comum. Contudo, o método de carregamento que utiliza uma tremonha de fechamento é o seguinte: abrir uma válvula de gaveta superior e carregar a matéria-prima na tremonha em um estado de baixa pressão, e fechar a válvula de gaveta superior; abrir uma válvula de ajuste de pressão inferior para ajustar a pressão na tremonha como sendo uma pressão alta, que é igual à pressão no reator, e, então, fechar a válvula de ajuste de pressão inferior; subsequentemente, abrir uma válvula de gaveta inferior para carregar a matéria-prima no reator; depois fechar a válvula de gaveta inferior e abrir uma válvula de ajuste de pressão superior para ajustar a pressão na tremonha como sendo uma pressão baixa, seguida pelo fechamento da válvula de ajuste de pressão superior; e, em seguida, abrir a válvula de gaveta superior e carregar a próxima matéria-prima na tremonha. Portanto, no caso de executar o carregamento da matéria-prima com a utilização da tremonha de fechamento, os intervalos de carregamento precisam ser ajustados para permitir que estas etapas sejam repetidas nos intervalos de carregamento. Estas etapas são executadas, por exemplo, uma vez a cada dois a três minutos, isto é, em intervalos de carregamento de dois a três minutos.

[0015] No entanto, conforme mencionado acima, o tempo de reação de sacarificação hidrolítica da matéria-prima de biomassa no reator é curto. Em particular, um tempo de reação necessário para a sacarificação hidrolítica de celulose é muito curto. A sacarificação hidrolítica de celulose é completada dentro de um curto período de tempo, por exemplo, dentro de um minuto. Consequentemente, no caso de adotar o uso da tremonha de fechamento acima descrita, o intervalo de carregamento da matéria-prima é mais longo do que o tempo de sacarificação hidrolítica. Por isso, no caso de usar um tanque de mistura completa, tal como a tremonha de fechamento, as matérias-primas que são carregadas, sequencialmente, são misturadas entre si. Consequentemente, a matéria-prima que foi submetida à reação por um longo período de tempo, e a matéria-prima que foi submetida à reação por um curto período de tempo são descarregadas ao mesmo tempo, o que causa uma redução na taxa de sacarificação. O mesmo é verdadeiro no caso de alimentar a matéria-prima pelo dispositivo descrito na Literatura de Patente 3.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0016] Em vista do acima, um objetivo da presente invenção é o de prover um aparelho de reação de sacarificação capaz de: carregar uma matéria-prima em uma condição adequada para a sacarificação hidrolítica em um reator, por meio de um dispositivo de carregamento de matéria-prima; e de, hidroliticamente, sacarificar a matéria-prima eficientemente no reator.

[0017] A fim de atingir o objetivo acima, os inventores da presente invenção conduziram experimentos que visam realizar a sacarificação hidrolítica eficiente em um reator. Nos experimentos, várias matérias- primas, em diferentes estados consolidados, foram, cada qual, carregadas em um reator, e submetidas a uma reação de sacarificação no reator. Depois, os inventores consideraram que, com o carregamento de cada matéria-prima no reator em um estado não consolidado predeterminado, a temperatura da matéria-prima poderia ser rapidamente aumentada até uma temperatura de reação de sacarificação por meio de vapor.

[0018] Com base nos resultados de vários experimentos, os inventores conseguiram um método de carregar uma matéria-prima em um estado não consolidado em um reator de fluxo em pistão, por meio de um dispositivo de carregamento de matéria-prima de um tipo de bomba de pistão. Com o método, os inventores descobriram o seguinte: com o uso do método, a temperatura da matéria-prima que foi carregada no reator pode ser rapidamente aumentada até uma temperatura adequada para uma reação de sacarificação no reator, e, então, a matéria-prima pode ser, hidroliticamente, sacarificada de modo eficiente dentro de um curto período de tempo, e, além disso, pode ser recuperada uma solução de açúcar C6, o que foi convencionalmente considerado como difícil.

[0019] Um aparelho de reação de sacarificação, de acordo com a presente invenção, inclui: um reator configurado para produzir uma reação de sacarificação de uma matéria-prima; e um dispositivo de carregamento de matéria-prima configurado para carregar a matéria- prima no reator em um intervalo predeterminado. O dispositivo de carregamento de matéria-prima é configurado para carregar, no reator, a matéria-prima com uma densidade aparente em que a matéria-prima irá se romper em pedaços e será dispersa, quando carregada no reator. O reator inclui: um alimentador de vapor para aquecimento configurado para aumentar uma temperatura da matéria-prima carregada do dispositivo de carregamento de matéria-prima até uma temperatura de reação de sacarificação; e um mecanismo de alimentação configurado para descarregar a matéria-prima carregada através de um orifício de saída, depois de a reação de sacarificação da matéria-prima ter sido produzida sob uma alta temperatura e uma alta pressão por um tempo predeterminado.

[0020] De acordo com a configuração acima, o dispositivo de carregamento de matéria-prima carrega, no reator, a matéria-prima com uma densidade aparente adequada para a velocidade de reação de sacarificação do reator. Consequentemente, a matéria-prima carregada no reator é dispersa, e assim, a área de superfície específica da matéria- prima pode ser aumentada, o que permite aumentar a temperatura da matéria-prima dentro de um curto período de tempo. Por isso, a temperatura da matéria-prima que foi carregada no reator pode ser rapidamente aumentada até a temperatura de reação de sacarificação, e a matéria-prima pode ser hidroliticamente sacarificada eficientemente em um tempo de sacarificação hidrolítica predeterminado. Isto realiza uma reação de sacarificação com uma alta taxa de sacarificação.

[0021] O dispositivo de carregamento de matéria-prima pode incluir: uma bomba de pistão configurada para carregar a matéria-prima no reator; um tubo de carregamento configurado para guiar um pistão da bomba de pistão, o tubo de carregamento incluindo um orifício de alimentação de matéria-prima; e uma válvula de gaveta configurada para abrir e fechar o tubo de carregamento. O pistão da bomba de pistão pode incluir uma porção de vedação configurada para vedar entre uma superfície periférica interna do tubo de carregamento e do pistão. O pistão pode ser configurado para isolar entre um lado do reator de alta pressão e um lado do orifício de alimentação de matéria-prima de baixa pressão, pela porção de vedação em uma seção de uma extremidade lateral da gaveta do orifício de alimentação de matéria-prima, para a válvula de gaveta.

[0022] De acordo com a configuração acima, no momento de carregar a matéria-prima no reator de alta pressão pela bomba de pistão, quando o pistão alcançar a extremidade lateral da gaveta do orifício de alimentação de matéria-prima do tubo de carregamento, a porção de vedação poderá vedar entre a superfície periférica interna do tubo de carregamento e o pistão, e assim, o reator e o orifício de alimentação de matéria-prima poderão ficar isolados um do outro. Consequentemente, a válvula de gaveta pode ser aberta em um estado em que a alta pressão do reator é vedada pelo pistão, podendo, assim, a matéria-prima ser estavelmente carregada no reator de alta pressão.

[0023] A bomba de pistão pode ser configurada para controlar cada posição, a posição do batente lateral de válvula de gaveta ou a posição do batente lateral do orifício de alimentação de matéria-prima do pistão, com relação à extremidade lateral da gaveta do orifício de alimentação de matéria-prima para conferir a densidade aparente da matéria-prima ajustável.

[0024] De acordo com a configuração acima, a densidade aparente da matéria-prima alimentada pelo pistão, pode ser ajustada para uma densidade aparente adequada para a sacarificação hidrolítica no reator.

[0025] O alimentador de vapor para aquecimento pode ser configurado para alimentar vapor de aquecimento, que é tal vapor de aquecimento em que uma pressão de camada gasosa superior no reator se torna mais alta do que uma soma de uma pressão do vapor saturado em uma temperatura do líquido da matéria-prima, alimentada pelo mecanismo de alimentação, e de uma pressão parcial do gás, além do vapor no reator.

[0026] De acordo com a configuração acima, a matéria-prima carregada no reator com uma densidade aparente não consolidada predeterminada é tal que seja impedido o obstáculo à condensação de vapor, devido à pressão parcial do ar que é contido na matéria-prima e que é carregado no reator juntamente com a matéria-prima. Por isso, a área de superfície específica grande da matéria-prima pode ser rapidamente aquecida por vapor, que apresenta uma pressão maior do que a soma da pressão do vapor saturado na temperatura do líquido, que é uma temperatura de sacarificação hidrolítica, e da pressão parcial do gás além do vapor no reator. Isto permite, rapidamente, aumentar a temperatura da matéria-prima até uma temperatura adequada para a sacarificação hidrolítica, dentro de um curto período de tempo, e hidroliticamente sacarificar a matéria-prima dentro de um curto período de tempo.

[0027] O reator pode incluir uma porção de respiro, através da qual é descarregado o ar na matéria-prima carregada do dispositivo de carregamento de matéria-prima.

[0028] De acordo com a configuração acima, o ar na matéria-prima, que foi carregada no reator com uma densidade aparente não consolidada predeterminada, é descarregado do reator, podendo ser, assim, impedido o obstáculo à condensação de vapor, devido à pressão parcial do ar. Isto também permite reduzir o tempo para aumentar a temperatura da matéria-prima, aumentando assim a taxa de sacarificação.

[0029] O aparelho de reação de sacarificação pode incluir: um misturador configurado para misturar vapor na matéria-prima para preaquecer a matéria-prima, e alimentar a matéria-prima preaquecida no dispositivo de carregamento de matéria-prima; e um tanque flash configurado para reduzir uma temperatura e uma pressão da matéria- prima descarregada do reator. O aparelho de reação de sacarificação pode ser configurado para retornar vapor, cuja pressão foi reduzida no tanque flash, para o misturador e misturar o vapor na matéria-prima para preaquecer a matéria-prima, de tal modo que a temperatura da matéria- prima preaquecida fique mais baixa ou igual à temperatura de reação.

[0030] De acordo com a configuração acima, o vapor que é obtido depois de a temperatura e a pressão da matéria-prima descarregada do reator terem sido reduzidas no tanque flash, é utilizado para preaquecer a matéria-prima que será carregada no reator. Desta maneira, a economia de energia do aparelho pode ser realizada.

[0031] O misturador pode ser configurado para misturar um catalisador ácido na matéria-prima.

[0032] De acordo com a configuração acima, antes de a matéria- prima ser carregada no reator, a concentração de ácido de referência da matéria-prima é mantida constante, e, assim, a redução na taxa de sacarificação, devido à variação na taxa de sacarificação, pode ser suprimida, comparada a um caso em que o catalisador ácido é alimentado no reator.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0033] De acordo com a presente invenção, a matéria-prima, com uma densidade aparente adequada para a reação de sacarificação no reator, pode ser carregada, no reator, pelo dispositivo de carregamento de matéria-prima. Por isso, no reator, a temperatura da matéria-prima pode ser aumentada até uma temperatura adequada para a sacarificação hidrolítica, dentro de um curto período de tempo, e a matéria-prima pode ser hidroliticamente sacarificada de modo eficiente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0034] A Figura 1 é um diagrama de blocos, que mostra o equipamento de produção de bioetanol, incluindo um aparelho de reação de sacarificação de acordo com a presente invenção.

[0035] A Figura 2 é um diagrama de configuração que mostra o aparelho de reação de sacarificação de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0036] A Figura 3 é uma vista lateral de um dispositivo de carregamento de matéria-prima no aparelho de reação de sacarificação mostrado na Figura 2.

[0037] A Figura 4A é uma vista lateral que mostra o controle de posição de operação do dispositivo de carregamento de matéria-prima mostrado na Figura 3.

[0038] A Figura 4B é uma vista lateral que mostra o próximo controle de posição de operação do dispositivo de carregamento de matéria- prima mostrado na Figura 4A.

[0039] A Figura 4C é uma vista lateral que mostra o próximo controle de posição de operação do dispositivo de carregamento de matéria-prima mostrado na Figura 4B.

[0040] A Figura 5A é uma vista lateral que mostra um exemplo de controle de posição de operação, que é diferente dos controles de posição de operação do dispositivo de carregamento de matéria-prima mostrado nas Figuras de 4A a 4C.

[0041] E a Figura 5B é uma vista lateral que mostra um exemplo de controle de posição de operação, que é diferente dos controles de posição de operação do dispositivo de carregamento de matéria-prima mostrado nas Figuras de 4A a 4C e 5A.

DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES

[0042] Adiante, é descrita uma concretização da presente invenção com referência aos desenhos. Na concretização abaixo, o equipamento de produção de bioetanol, incluindo um aparelho de reação de sacarificação mostrado na Figura 1, é descrito como um exemplo. O equipamento de produção de bioetanol é configurado para obter uma solução de açúcar C5 e uma solução de açúcar C6 através de sacarificação hidrolítica de dois estágios.

[0043] Primeiro, o equipamento de produção de bioetanol é brevemente descrito com referência à Figura 1. Uma matéria-prima de biomassa 1, tal como bagaço ou palha de arroz, é triturada em um tamanho predeterminado no pré-tratamento 2. A matéria-prima é misturada com vapor 4 e um catalisador ácido 5 em um misturador 3. Depois, a matéria-prima é carregada em um reator 6, cuja temperatura e pressão são ajustadas às condições de temperatura e de pressão predeterminadas. A matéria-prima é submetida à sacarificação hidrolítica por um período de tempo predeterminado no reator 6, e é, então, alimentada em um tanque flash 7, no qual a matéria-prima sofre uma descompressão flash. A descompressão flash, executada no tanque flash 7, se destina a rapidamente reduzir a pressão da matéria- prima em um estado de pasta fluida, que é descarregada do reator 6, vaporizando, assim, parte da matéria-prima e reduzindo a temperatura da matéria-prima. Desta maneira, a reação é interrompida. Um sólido e um líquido da matéria-prima, cuja temperatura e pressão foram reduzidas no tanque flash 7, são separados como uma solução de açúcar C5 9 e um bolo desidratado primário 10 por um separador de sólido-líquido 8.

[0044] Depois, o bolo desidratado primário 10 é misturado com vapor 12 e um catalisador ácido 13 em um próximo misturador 11, se tornando, assim, uma próxima matéria-prima. A matéria-prima é carregada em um reator 14, cujas temperatura e pressão são ajustadas às próximas condições de temperatura e de pressão. No reator 14, a matéria-prima é submetida à sacarificação hidrolítica por um período de tempo predeterminado, e é, então, alimentada em um tanque flash 15, no qual a matéria-prima sofre uma descompressão flash. Um sólido e um líquido da matéria-prima, cujas temperatura e pressão foram reduzidas no tanque flash 15, são separados como uma solução de açúcar C6 17 e um bolo desidratado secundário 18 por um separador de sólido-líquido 16.

[0045] A solução de açúcar C5 9 e a solução de açúcar C6 17, assim obtidas, são submetidas à fermentação alcoólica e, então, destiladas. Como resultado, é produzido o bioetanol.

[0046] Em seguida, um aparelho de reação de sacarificação 60 é descrito em detalhes com referência à Figura 2. O aparelho de reação de sacarificação 60 inclui: o misturador 11 e o reator 14 para obter a solução de açúcar C6 17 do bolo desidratado primário 10; e um dispositivo de carregamento de matéria-prima 20, que é provido entre o misturador 11 e o reator 14. As condições para se obter a solução de açúcar C6 no reator 14 são tais que, comparadas às condições para se obter a solução de açúcar C5 no reator 6, a temperatura de reação e a pressão de reação são mais altas, e o tempo de reação de sacarificação é mais curto.

[0047] Conforme mostrado na Figura 2, no misturador 11, o catalisador ácido 13 e o vapor 12 são misturados na matéria-prima (neste exemplo, o bolo desidratado primário) 10. Desta maneira, com a mistura do catalisador ácido 13 na matéria-prima 10 antes do carregamento da matéria-prima 10 no reator 14, a concentração de ácido de referência da matéria-prima é mantida constante, e, assim, a redução na taxa de sacarificação, devido à variação na taxa de sacarificação, é suprimida, comparada a um caso em que o catalisador ácido 13 é alimentado no reator 14.

[0048] Na presente concretização, uma vez que a matéria-prima 10 é preaquecida pelo vapor 12 no misturador 11, pode ser reduzida uma diferença de temperatura (Δt) que ocorre no momento de aumentar a temperatura da matéria-prima 10 até uma temperatura de reação no reator 14 descrito abaixo. O preaquecimento que usa o vapor 12 faz com que a matéria-prima 10 seja preaquecida a uma temperatura que é mais baixa ou igual à temperatura de reação no reator 14. Por exemplo, a matéria-prima 10 é preaquecida a uma temperatura de cerca de 120 °C. Convém notar que o preaquecimento da matéria-prima 10 pelo vapor 12 pode ser executado, conforme necessário.

[0049] A matéria-prima 10, misturada com o catalisador ácido 13 e o vapor 12 no misturador 11, é tal que, por exemplo, se a umidade na matéria-prima 10 for menor do que 50% em peso, será menos provável que a matéria-prima 10 venha a se tornar uma pasta fluida no reator 14. Por isso, a umidade na matéria-prima 10 é ajustada para estar na faixa de cerca de 50 a 80% em peso.

[0050] Em seguida, a matéria-prima 10, depois de ser misturada com o catalisador ácido 13 no misturador 11, é alimentada em uma tremonha 21 do dispositivo de carregamento de matéria-prima 20, que é também mostrado na Figura 3. O dispositivo de carregamento de matéria-prima 20 é um dispositivo para carregar a matéria-prima 10 no reator 14. O dispositivo de carregamento de matéria-prima 20 é configurado para carregar uma quantidade fixa de matéria-prima 10 da tremonha 21 no reator 14, por meio de uma bomba de pistão 30, via um tubo de carregamento 22 em intervalos predeterminados. A bomba de pistão 30 é configurada para empurrar a matéria-prima 10 que foi alimentada na tremonha 21, de tal modo que a matéria-prima 10 seja empurrada para fora da tremonha 21 na direção do reator 14, carregando, assim, a matéria-prima 10 no reator 14. O tubo de carregamento 22 guia um pistão 31 da bomba de pistão 30.

[0051] Uma válvula de gaveta 26 é provida entre a bomba de pistão 30 e o reator 14. Uma vez que o reator 14 é um lado de alta pressão, quando o pistão 31 da bomba de pistão 30 alcançar uma posição predeterminada, a válvula de gaveta 26 será controlada para isolar (vedar) entre a bomba de pistão 30 e o reator 14, e, depois disso, a válvula de gaveta 26 será controlada para se abrir, de tal modo que a matéria-prima 10 seja carregada no reator 14 em intervalos predeterminados. O intervalo predeterminado é ajustado para ser mais curto do que um tempo sobre o qual a matéria-prima 10 permanece no reator 14. Por exemplo, a matéria-prima 10 é carregada no reator 14 uma vez a cada 20 a 60 segundos. Convém notar que o carregamento da matéria-prima será descrito abaixo em detalhes.

[0052] Conforme mencionado acima, a umidade na matéria-prima 10, que será carregada no reator 14 pelo dispositivo de carregamento de matéria-prima 20, é ajustada no misturador 11, de tal modo que a umidade fique na faixa de cerca de 50 a 80% em peso. Contudo, embora a matéria-prima 10 contenha umidade na faixa de cerca de 50 a 80% em peso, uma vez que a matéria-prima 10 não é líquida, a matéria-prima 10 não é facilmente misturada com vapor no reator 14.

[0053] Em vista do acima, a matéria-prima 10, com uma densidade aparente não consolidada, é carregada no reator 14 pelo dispositivo de carregamento de matéria-prima 20. Consequentemente, a matéria- prima 10 será dispersa, quando carregada no reator 14, de modo que a temperatura da matéria-prima 10 aumente até uma temperatura de reação de sacarificação, dentro de um curto período de tempo.

[0054] Isto é, com o carregamento da matéria-prima 10 no reator 14, com uma densidade aparente em que a matéria-prima 10 está em um estado flocoso não consolidado, a matéria-prima carregada 10 se rompe em pedaços e é dispersa em um estado pulverulento. Como resultado, a matéria-prima 10 apresenta uma grande área de superfície, que entra em contato com o vapor para aquecimento. Especificamente, desta maneira, a matéria-prima 10, que foi carregada e que se tornou pulverulenta, apresenta uma grande área de superfície específica, que entra em contato com o vapor para aquecimento. A matéria-prima 10 é, devido à grande área de superfície específica, rapidamente aquecida pelo vapor para aquecimento, e a temperatura da matéria-prima 10 é aumentada até uma temperatura adequada para a reação de sacarificação dentro de um curto período de tempo. A densidade aparente não consolidada da matéria-prima 10 é ajustada, por exemplo, em cerca de 0,3 a 0,6.

[0055] O reator 14 é configurado para obter uma solução de açúcar com a sacarificação hidrolítica de uma matéria-prima de biomassa em uma alta temperatura e uma alta pressão. Uma porção de camada gasosa 50, apresentando um volume predeterminado, é formada na parte superior do reator 14, no qual é carregada a matéria-prima 10 da bomba de pistão 30. Uma porção de camada líquida 51 é formada na parte inferior do reator 14. Enquanto a matéria-prima 10 estiver sendo alimentada, através da porção de camada de líquido 51, na direção de um orifício de saída 56 sobre um tempo de reação predeterminado, a matéria-prima 10 é hidroliticamente sacarificada.

[0056] A porção de camada gasosa superior 50 é provida com um orifício de carregamento de matéria-prima 52. A extremidade distal do tubo de carregamento 22 da bomba de pistão 30 é conectada ao orifício de carregamento de matéria-prima 52. A matéria-prima 10 é carregada através do orifício de carregamento de matéria-prima 52, e cai no topo de um alimentador transversal 53, provido na porção de camada líquida inferior 51. A porção de camada gasosa 50 é provida com um manómetro de camada gasosa superior 41. A porção de camada líquida 51 é provida com um termômetro a líquido 42.

[0057] O alimentador transversal 53, provido na parte inferior do reator 14, é configurado de tal modo que, quando um motor de acionamento 55 acionar um mecanismo de alimentação biaxial 54 para girar, o alimentador transversal 53 alimente a matéria-prima 10 transversalmente, enquanto mistura a matéria-prima 10 além de um tempo adequado para a sacarificação hidrolítica, e depois descarregue a matéria-prima hidroliticamente sacarificada em um estado de pasta fluida através do orifício de saída 56. O reator 14 é um reator de fluxo em pistão configurado para, sequencialmente, alimentar as matérias- primas 10 que foram carregadas do orifício de carregamento de matéria- prima 52 na direção do orifício de saída 56. A matéria-prima 10 reage e se torna a pasta fluida de alta concentração, enquanto a matéria-prima 10 estiver sendo alimentada pelo alimentador transversal 53 sob o ambiente de alta temperatura e de alta pressão no reator 14.

[0058] Na presente concretização, o mecanismo de alimentação 54 do alimentador transversal 53 é configurado como um mecanismo de alimentação biaxial. Contudo, o mecanismo de alimentação 54 não é limitado a um tipo específico de mecanismo de alimentação, contanto que o mecanismo de alimentação 54 seja configurado para conduzir a matéria-prima 10 para o orifício de saída 56, além do tempo de reação predeterminado.

[0059] No lado do orifício de carregamento de matéria-prima 52 do reator 14, o vapor para aquecimento 57 é alimentado na matéria-prima 10, que foi carregada através e deixada cair do orifício de carregamento de matéria-prima 52. O vapor para aquecimento 57 é alimentado de um alimentador de vapor para aquecimento 58. O vapor para aquecimento 57 é tal vapor de alta temperatura que faz com que a pressão de camada gasosa superior no reator 14 se torne mais alta do que a soma da pressão do vapor saturado na temperatura da porção de camada líquida e da pressão parcial do gás, além do vapor. Por meio do vapor para aquecimento 57, a temperatura da matéria-prima 10, que foi carregada através do orifício de carregamento de matéria-prima 52, é rapidamente aumentada. Por exemplo, se a temperatura da porção de camada líquida no reator 14 estiver na faixa de 240 a 280°C, o vapor para aquecimento 57 a ser alimentado será o vapor de alta temperatura com uma temperatura de cerca de 250 a 300°C. Com a alimentação do vapor para aquecimento de alta temperatura 57, a temperatura da matéria- prima 10 é aumentada até a temperatura de reação de sacarificação, dentro de um curto período de tempo. Por exemplo, a temperatura da matéria-prima 10 pode ser aumentada até a temperatura de reação de sacarificação, dentro de dez segundos, durante os quais a temperatura da matéria-prima 10 pode ser aumentada de uma temperatura de cerca de 20 a 120°C até uma temperatura de cerca de 240 a 280°C.

[0060] O alimentador de vapor para aquecimento 58 alimenta o vapor para aquecimento 57, que é tal vapor de alta pressão que a seguinte inequação considera verdadeiro: pressão do vapor saturado da porção de camada líquida 51 + pressão parcial do ar < pressão de camada gasosa superior interna. Neste exemplo, o alimentador de vapor para aquecimento 58 alimenta vapor, cuja temperatura está na faixa de 250 a 300°C. Conforme mencionado acima, a pressão da camada gasosa no espaço superior, no reator 14, é ajustada para ser maior do que a soma da pressão do vapor saturado da porção de camada líquida 51 e da pressão parcial do gás além do vapor. Como resultado, é impedido o obstáculo à condensação de vapor, devido à pressão parcial do ar. Também, desta forma, o tempo para aumentar a temperatura da matéria-prima 10 é reduzido, e, assim, a taxa de sacarificação é aperfeiçoada.

[0061] Na presente concretização, o ar é liberado através de tubos de respiro 40, a partir de cima do orifício de carregamento de matéria- prima 52 e de cima de uma borda de extremidade do alimentador transversal 53. Quando a matéria-prima 10 com uma densidade aparente não consolidada for carregada no reator 14 pela bomba de pistão 30, conforme descrito acima, o ar ficará contido na matéria-prima 10. O ar é descarregado através de tubos de respiro 40, sendo, assim, evitado o seguinte problema: a pressão parcial de vapor no reator 14 diminui, devido a que o vapor não é facilmente condensado, e, como resultado, o aumento de temperatura da matéria-prima 10 se torna mais lento. A liberação do ar através de tubos de respiro 40 pode incluir a liberação de ar através de um tubo de respiro 40 que é conectado ao tubo de carregamento 22 do dispositivo de carregamento de matéria- prima 20. Conforme descrito acima, com a liberação do ar, de modo que uma quantidade excessiva de ar não venha a permanecer no reator 14, a pressão parcial do ar no reator 14 é reduzida, sendo, assim, acelerada a condensação de vapor. Também, desta maneira, o tempo para aumentar a temperatura da matéria-prima 10 é reduzido, e, assim, a taxa de sacarificação é aperfeiçoada.

[0062] Uma porção de extremidade do alimentador transversal 53 em sua direção de alimentação é provida com o orifício de saída 56, através do qual a matéria-prima hidroliticamente sacarificada 10 é descarregada. A matéria-prima 10 descarregada através do orifício de saída 56 é alimentada no tanque flash 15, no qual a matéria-prima 10 sofre uma descompressão flash, e então a matéria-prima 10 é alimentada no separador de sólido-líquido (Figura 1)16.

[0063] Além disso, na presente concretização, o vapor que é gerado na parte superior do tanque flash 15, quando a descompressão flash for executada no tanque flash 15, é conduzido para o misturador 11 e utilizado como o vapor 12 para preaquecer a matéria-prima. Com a alimentação do vapor 12 do tanque flash 15 no misturador 11 para utilizar o vapor 12 para preaquecer a matéria-prima,é realizada a economia de energia de todo o aparelho.

[0064] Em seguida, o dispositivo de carregamento de matéria-prima 20 é descrito em detalhes com referência à Figura 3. O dispositivo de carregamento de matéria-prima 20 inclui: a válvula de gaveta 26 provida em uma posição que é ligeiramente afastada do orifício de carregamento de matéria-prima 52 do reator 14; a tremonha 21 provida em uma posição que é afastada da válvula de gaveta 26 por uma distância predeterminada; e a bomba de pistão 30 configurada para empurrar a matéria-prima 10, que foi alimentada, para a tremonha 21, de tal modo que a matéria-prima 10 seja empurrada para fora da tremonha 21.

[0065] Um controlador controla a válvula de gaveta 26 para abrir ou fechar o tubo de carregamento 22. Um membro de gaveta 27 abre ou fecha o tubo de carregamento 22.

[0066] Uma distância L1 entre uma face de extremidade lateral da tremonha do membro de gaveta 27 e uma extremidade lateral da gaveta (uma extremidade de orifício de alimentação de matéria-prima) 24 de um orifício de alimentação de matéria-prima 23, provido no fundo da tremonha 21, é ligeiramente menor do que uma distância de orifício de alimentação de matéria-prima L2 no fundo da tremonha 21.

[0067] A porção de extremidade distal do pistão 31 da bomba de pistão 30 é provida com uma porção de vedação 32. A porção de vedação 32 exerce uma função de vedação de vedar entre o pistão 31 e a superfície periférica interna do tubo de carregamento 22, em uma seção da extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23 para a válvula de gaveta 26. Consequentemente, o pistão 31 da bomba de pistão 30 empurra a matéria-prima 10, que foi alimentada no orifício de alimentação de matéria-prima 23 de uma extremidade lateral da bomba de pistão 25 do orifício de alimentação de matéria-prima 23 para a válvula de gaveta. Quando o pistão 31 for inserido no tubo de carregamento 22 da extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23, a porção de vedação 32 vedará entre o pistão 31 e o tubo de carregamento 22. Convém notar que, na descrição abaixo, a posição de referência para a distância L1 no lado do orifício de alimentação de matéria-prima corresponde à extremidade lateral da gaveta 24. Entretanto, alternativamente, conforme indicado por duas linhas em cadeia de dois pontos, a posição de referência para a distância L1 no lado do orifício de alimentação de matéria-prima pode ser uma posição 28, que está ligeiramente afastada da extremidade lateral da gaveta 24 na direção da válvula de gaveta, de modo que o membro de gaveta 27 venha a ser aberto em um estado em que o tubo de carregamento 22 esteja completamente vedado pela porção de vedação 32 do pistão 31.

[0068] Por isso, em um estado em que a porção de vedação 32 do pistão 31 veda entre o pistão 31 e o tubo de carregamento 22, mesmo que a válvula de gaveta 26 seja aberta, a pressão não será aliviada do lado do reator de alta pressão 14, na direção do orifício de alimentação de matéria-prima de baixa pressão 23.

[0069] Quando o tubo de carregamento 22 estiver em um estado de ser vedado pelo pistão 31, o membro de gaveta 27 será aberto e o pistão 31 da bomba de pistão 30 será expandido para a posição da válvula de gaveta 26. Como resultado, a matéria-prima 10 no tubo de carregamento 22 será carregada no reator 14.

[0070] Depois disso, o pistão 31 será retraído, e o membro de gaveta 27 será fechado antes de o pistão 31 alcançar a extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23. Desta maneira, a válvula de gaveta 26 é fechada em um estado em que o tubo de carregamento 22 é vedado pela porção de vedação 32 do pistão 31. Por isso, a pressão não será aliviada do lado do reator de alta pressão 14 na direção do orifício de alimentação de matéria-prima de baixa pressão 23.

[0071] Na presente concretização, as distâncias de curso sobre as quais o pistão 31 da bomba de pistão 30 é expandido e contraído são controladas por sensores. Neste exemplo, um cilindro 33, configurado para expandir e contrair o pistão 31 ,é provido com sensores de posição de 35 a 39. Estes sensores de posição 35 a 39 detectam a posição do pistão 31. De acordo com a posição detectada do pistão 31, a abertura e o fechamento do membro de gaveta 27 da válvula de gaveta 26 são controlados na maneira descrita acima.

[0072] Na presente concretização, conforme mostrado nas Figuras de 4A a 4C referidas abaixo, o cilindro 33 é provido com: o sensor de posição 35, configurado para detectar que o pistão 31 da bomba de pistão 30 é posicionado na extremidade lateral da bomba de pistão 25 do orifício de alimentação de matéria-prima 23; o sensor de posição 36, configurado para detectar que o pistão 31 é posicionado na extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23; e o sensor de posição 37, configurado para detectar que o pistão 31 é posicionado na face de extremidade lateral da tremonha do membro de gaveta 27. Conforme mostrado nas Figuras 5A e 5B referidas abaixo, o cilindro 33 é também provido com: o sensor de posição 38, configurado para detectar que o pistão 31 alcançou uma posição correspondendo a uma distância L4; e o sensor de posição 39, configurado para detectar que o pistão 31 alcançou uma posição correspondendo a uma distância L5. Comutadores de limitação ou outras configurações podem ser utilizados para realizar estes sensores de posição 35 a 39.

[0073] A seguir, o controle de posição de operação é descrito com referência às Figuras de 4A a 4C, em relação à distância L1 do membro de gaveta 27 do tubo de carregamento 22 para a extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23, à distância de orifício de carregamento de matéria-prima L2 da tremonha 21, e a um curso L3 da bomba de pistão 30 para o pistão 31 a ser posicionado na face de extremidade lateral da tremonha no membro de gaveta 27.

[0074] A Figura 4A mostra um estado em que o pistão 31 da bomba de pistão 30 é expandido do estado mostrado na Figura 3. Com a expansão do pistão 31, a matéria-prima 10, no fundo da tremonha 21, em uma quantidade correspondendo à distância de orifício de alimentação de matéria-prima L2, é empurrada para a válvula de gaveta 26. Depois, quando o pistão 31 alcançar a extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23, a porção de vedação 32, ao redor do pistão 31, entrará em contato com o tubo de carregamento 22, vedando, assim, entre o pistão 31 e a superfície periférica interna do tubo de carregamento 22. Como resultado, a matéria-prima 10, na quantidade correspondendo à distância de orifício de alimentação de matéria-prima L2, é movida para uma porção do tubo de carregamento 22, a porção correspondendo à distância L1 entre o membro de gaveta 27 da válvula de gaveta 26 e a extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23, de tal modo que a matéria-prima 10 fique em um estado ligeiramente pressionado. Também, desta maneira, o lado do reator de alta pressão 14 e o lado do orifício de alimentação de matéria-prima de baixa pressão 23, podem ser isolados entre si.

[0075] Em seguida, conforme mostrado na Figura 4B, o membro de gaveta 27 é aberto, e o pistão 31 é expandido por um curso L1. Desta maneira, a matéria-prima 10 é carregada no reator 14. Neste exemplo, a matéria-prima 10 é ligeiramente empurrada no tubo de carregamento 22, de tal modo que a matéria-prima 10 tenha uma densidade aparente predeterminada (por exemplo, de cerca de 0,3 a 0,6), sendo, então, a matéria-prima 10 carregada no reator 14. Por isso, quando a matéria- prima 10 for carregada no reator 14, a matéria-prima 10 se romperá em pedaços e será dispersa em um estado pulverulento. Com a dispersão da matéria-prima 10 no momento do carregamento, a área de superfície específica da matéria-prima 10 aumenta, e, consequentemente, a matéria-prima 10 é rapidamente aquecida na temperatura de reação de sacarificação por meio do vapor para aquecimento.

[0076] Na presente concretização, conforme descrito acima, a matéria-prima 10 é preaquecida a tal temperatura de modo a não fazer com que a reação de sacarificação progrida (por exemplo, até uma temperatura na faixa de 100 a 120°C). Desta maneira, o aumento de temperatura, que será causado pelo aquecimento depois de a matéria- prima 10 ser carregada no reator 14, se torna pequeno, e, assim, a temperatura da matéria-prima 10 é rapidamente aumentada até a temperatura de reação. Com a adoção desta configuração, o vapor no tanque flash 15 é efetivamente utilizado, conforme descrito acima, e o grau de aumento de temperatura, causado no reator 14, se torna pequeno. Desta maneira, a economia de energia é realizada.

[0077] Em seguida, conforme mostrado na Figura 4C, o membro de gaveta 27 é fechado enquanto o pistão 31 está sendo contraído pela distância L1 para a extremidade lateral da gaveta 24 do orifício de alimentação de matéria-prima 23. Depois disso, o pistão 31 é contraído para a extremidade lateral da bomba de pistão 25 do orifício de alimentação de matéria-prima 23 para ficar no estado inicial, mostrado na Figura 3.

[0078] A matéria-prima 10 é carregada desta maneira pela bomba de pistão 30, por exemplo, uma vez a cada 20 a 60 segundos, isto é, em intervalos de carregamento de 20 a 60 segundos. O tempo além do qual a matéria-prima 10 permanece no reator 14 (isto é, o tempo de transporte) é muito curto, por exemplo, de vários décimos de segundos a um minuto. Contudo, o carregamento da matéria-prima 10 é executado nos intervalos, cada um dos quais é mais curto do que o tempo de transporte. Desse modo, a matéria-prima 10 é carregada no reator 14 em ciclos curtos, de tal maneira que, conforme descrito acima, a matéria-prima 10 apresente uma densidade aparente não consolidada e que esteja em um estado flocoso no momento de ser carregada no reator 14. Consequentemente, as matérias-primas 10 são, sequencialmente, alimentadas através do reator 14, e cada matéria- prima 10 é hidroliticamente sacarificada de modo eficiente em um tempo de sacarificação hidrolítico curto predeterminado. Desta maneira, o aumento na taxa de sacarificação é realizado.

[0079] Em seguida, exemplos de controle de posição de operação diferente, por meio da bomba de pistão 30 e da válvula de gaveta 26, são descritos com referência às Figuras 5A e 5B. Convém notar que posições correspondendo às distâncias L4 e L5 nas Figuras 5A e 5B são mostradas de maneira exagerada para fins de conveniência da descrição.

[0080] O exemplo mostrado na Figura 5A é um exemplo de ajustes que serão aplicados, quando a densidade aparente da matéria-prima 10 for desejada como sendo ligeiramente maior (isto é, a matéria-prima 10 é desejada como sendo ligeiramente mais consolidada) do que no exemplo mostrado nas Figuras de 4A a 4C. Neste exemplo, a posição expandida do pistão 31, no momento de carregar a matéria-prima (isto é, no momento de abrir o membro de gaveta 27) é limitada à posição correspondendo à distância L4, de tal modo que o pistão 31 não alcance a face de extremidade lateral da tremonha do membro de gaveta 27. A distância L4 é detectada pelo sensor de posição 38 provido no cilindro 33.

[0081] Com a limitação do comprimento de expansão do pistão 31, conforme descrito acima, a matéria-prima 10, que será carregada a partir do tubo de carregamento 22 no reator 14, ligeiramente permanece em frente do membro de gaveta 27. Consequentemente, em seguida, quando a matéria-prima 10, em uma quantidade correspondendo à distância de orifício de alimentação de matéria-prima L2, for movida pelo pistão 31 na direção do tubo de carregamento 22 e, então, o pistão 31 tiver alcançado a extremidade lateral da gaveta 24, a nova matéria- prima 10 será empurrada contra a matéria-prima 10, permanecendo defronte ao membro de gaveta 27. Desta maneira, no tubo de carregamento 22, a matéria-prima 10 pode ser consolidada em um grau ligeiramente maior.

[0082] Depois, com a abertura do membro de gaveta 27 e com a expansão do pistão 31 pela distância L4, a matéria-prima 10 com a densidade aparente mais alta pode ser carregada no reator 14. Este exemplo de controle de posição de operação é aplicado a um caso em que a matéria-prima precisa ser ligeiramente consolidada antes de ser carregada no reator 14.

[0083] No momento de expandir o pistão 31 para carregar a matéria-prima 10, o membro de gaveta 27 pode estar em um estado fechado, conforme indicado pelas linhas em cadeia de dois pontos, e o pistão 31 pode ser empurrado da extremidade lateral da gaveta 24 para a posição correspondendo à distância L4. Depois, quando o pistão 31 tiver alcançado a posição correspondendo à distância L4, o membro de gaveta 27 poderá ser aberto e o pistão 31 poderá ser adicionalmente expandido para a posição correspondendo à distância L1 para carregar a matéria-prima 10 no reator 14. Desta maneira, a matéria-prima 10 em uma quantidade correspondendo à distância de orifício de alimentação de matéria-prima L2 pode ser consolidada no tubo de carregamento 22 defronte ao membro de gaveta 27 pela distância L4 para aumentar a densidade aparente, e a matéria-prima 10 com a densidade aparente aumentada pode ser carregada no reator 14. Este exemplo de controle de posição de operação é também aplicado a um caso em que a matéria-prima precisa ser ligeiramente consolidada antes de ser carregada no reator 14.

[0084] O exemplo mostrado na Figura 5B é um exemplo de ajustes que serão aplicados, quando a densidade aparente da matéria-prima 10 for desejada como sendo ligeiramente menor (isto é, a matéria-prima 10 é desejada como sendo mais flocosa) ou a quantidade de alimentação da matéria-prima 10 for desejada como sendo menor do que no exemplo mostrado nas Figuras de 4A a 4C. Neste exemplo, a posição contraída do pistão 31 é limitada à posição correspondendo à distância L5, de tal modo que, no fundo da tremonha 21, o pistão 31 é detido no meio de ser contraído pela distância de orifício de alimentação de matéria-prima L2. A distância L5 é detectada pelo sensor de posição 39 provido no cilindro 33.

[0085] Com a limitação do comprimento de contração do pistão 31, conforme descrito acima, a matéria-prima 10, em uma quantidade correspondendo à distância L5 fora da distância de orifício de alimentação de matéria-prima L2, no fundo da tremonha 21, é empurrada entre a extremidade lateral da gaveta 24 do tubo de carregamento 22 e o membro de gaveta 27 antes de o pistão 31 vedar a extremidade lateral da gaveta 24. Desse modo, é reduzida a quantidade de matéria-prima 10 a ser empurrada entre a extremidade lateral da gaveta 24 do tubo de carregamento 22 e o membro de gaveta 27. Desta maneira, a quantidade de matéria-prima 10 movida para o tubo de carregamento 22 é reduzida, e, assim, a matéria-prima 10 é impedida de ser consolidada. Também, a quantidade de alimentação da matéria-prima 10 pode ser reduzida.

[0086] Depois, com a abertura do membro de gaveta 27 e a expansão do pistão 31 pela distância L1, a matéria-prima 10 com a densidade aparente inferior pode ser carregada no reator 14. Este exemplo de controle de posição de operação é aplicado, por exemplo, ao caso de carregar a matéria-prima 10 que foi previamente ligeiramente consolidada no reator 14 sem adicionalmente consolidar a matéria-prima 10.

[0087] Quando forem feitos ajustes da distância L1 e da distância do orifício de alimentação de matéria-prima L2, o ajuste de densidade aparente da matéria-prima 10, conforme descrito acima, poderá ser executado com o ajuste das posições expandida e contraída do pistão 31 com referência à posição da extremidade lateral da gaveta 24 do tubo de carregamento 22. O ajuste das posições expandida e contraída do pistão 31 pode ser executado com o ajuste das posições dos sensores de posição 38 e 39.

[0088] Conforme descrito acima, de acordo com o aparelho de reação de sacarificação 60, a matéria-prima 10 pode ser altamente carregada de modo frequente, no reator 14, pela bomba de pistão 30 do dispositivo de carregamento de matéria-prima 20 em um caso em que a matéria-prima 10 é desejada como sendo carregada, no reator 14, em curtos intervalos, por exemplo, na produção de bioetanol. Além disso, a matéria-prima 10, com tal densidade aparente que a temperatura da matéria-prima 10 pode ser aumentada até uma temperatura adequada para a reação no reator 14, dentro de um curto período de tempo, pode ser carregada no reator 14.

[0089] Ademais, mesmo que a condição de umidade e semelhante variem dependendo da matéria-prima 10, ajustes, por exemplo, do estado consolidado da matéria-prima 10 a ser carregada no reator 14, poderão ser feitos com o controle da bomba de pistão 30 do dispositivo de carregamento de matéria-prima 20. Por isso, a matéria-prima 10, cuja densidade aparente foi ajustada em uma densidade aparente adequada para o reator 14, pode ser carregada no reator 14. Isto realiza uma reação estável com uma alta taxa de sacarificação no reator 14.

[0090] Com o carregamento da matéria-prima 10 no reator 14 por meio da bomba de pistão 30, a matéria-prima 10 pode ser carregada no reator 14 sem que nenhuma matéria-prima 10 seja deixada dentro do tubo de carregamento 22.

[0091] A descrição acima para a concretização descreve, como um exemplo, o equipamento de produção de bioetanol, que obtém uma solução de açúcar C5 e uma solução de açúcar C6 através da sacarificação hidrolítica de dois estágios da matéria-prima de biomassa 10. Entretanto, a presente concretização será também aplicável a outro equipamento, se o outro equipamento se destinar a carregar um tipo similar de matéria-prima em um reator e causar uma reação da matéria- prima no reator, dentro de um curto período de tempo. Isto é, a descrição acima da concretização meramente fornece um exemplo não limitativo.

[0092] A descrição acima da concretização descreve dois exemplos (Figura 5A, Figura 5B) como exemplos de controle de movimento do pistão 31 da bomba de pistão 30. Estes controles de movimento podem ser combinados entre si, e também, um controle de posição de operação diferente pode ser executado de acordo com diferentes condições. Desse modo, o controle de posição de operação da bomba de pistão 30 não é limitado à concretização acima descrita. Além disso, o controle de posição de operação do pistão 31 pode ser executado não apenas com a utilização de comutadores de limitação, mas também com a utilização de pressão hidráulica que aciona o pistão 31, de tal modo que a densidade aparente da matéria-prima 10 se torne uma densidade aparente adequada. Isto é, a descrição acima da concretização meramente fornece exemplos não limitativos.

[0093] Além disso, na concretização acima, dispositivos, tais como uma válvula de drenagem, uma válvula de despressurização, e uma válvula de equalização de pressão, podem ser providos no lado do orifício de alimentação de matéria-prima, próximo à válvula de gaveta 26 do tubo de carregamento 22.

[0094] A descrição acima da concretização descreve exemplos não limitativos, e várias modificações podem ser feitas à concretização sem se afastar do espírito da presente invenção. Desse modo, a presente invenção não é limitada à concretização acima descrita.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0095] O aparelho de reação de sacarificação, de acordo com a presente invenção, é aplicável particularmente a um caso em que é desejado hidroliticamente sacarificar uma matéria-prima de biomassa de modo eficiente, e aumentar a taxa de sacarificação. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 10 matéria-prima (bolo desidratado primário) 11 misturador 12 vapor 13 catalisador ácido 14 reator 15 tanque flash 16 separador de sólido-líquido 17 solução de açúcar C6 18 bolo desidratado secundário 20 dispositivo de carregamento de matéria-prima 21 tremonha 22 tubo de carregamento 23 orifício de alimentação de matéria-prima 24 extremidade lateral da gaveta 25 extremidade lateral da bomba de pistão 26 válvula de gaveta 27 membro de gaveta 30 bomba de pistão 31 pistão 32 porção de vedação 33 cilindro 35 a 39 sensor de posição 40 tubo de respiro 41 manômetro de camada gasosa superior 42 termômetro a líquido 50 porção de camada gasosa 51 porção de camada líquida 52 orifício de carregamento de matéria-prima 53 alimentador transversal 54 mecanismo de alimentação 55 motor de acionamento 56 orifício de saída 57 vapor para aquecimento 58 alimentador de vapor para aquecimento 60 aparelho de reação de sacarificação L1 distância L2 distância de orifício de alimentação de matéria-prima L3 curso L4, L5 distância

Claims

1. Aparelho de reação de sacarificação (60) caracterizado pelo fato de que compreende: um reator (14) configurado para produzir uma reação de sacarificação de uma matéria-prima (10); e um dispositivo de carregamento de matéria-prima (20) configurado para carregar a matéria-prima (10) para dentro do reator (14) em um intervalo predeterminado, em que o dispositivo de carregamento de matéria-prima (20) é configurado para carregar a matéria-prima (10) para dentro do reator (14) tal que a matéria-prima (10) caia dentro do reator (14) de cima, a matéria-prima (10) tendo uma tal densidade aparente que a matéria- prima (10) se rompe em pedaços e é dispersa quando carregada para dentro do reator (14), e o reator (14) inclui: um alimentador de vapor para aquecimento (58) configurado para aumentar uma temperatura da matéria-prima (10) carregada a partir do dispositivo de carregamento de matéria-prima (20) para uma temperatura de reação de sacarificação; e um mecanismo de alimentação (54) configurado para descarregar a matéria-prima (10) carregada através de um orifício de saída (56) depois da reação de sacarificação da matéria-prima (10) ter sido produzida sob uma alta temperatura e uma alta pressão por um tempo predeterminado.

2. Aparelho de reação de sacarificação (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de carregamento de matéria-prima (20) inclui: uma bomba de pistão configurada para carregar a matéria-prima (10) para dentro do reator (14); um tubo de carregamento configurado para guiar um pistão da bomba de pistão, o tubo de carregamento incluindo um orifício de alimentação de matéria-prima; e uma válvula de gaveta configurada para abrir e fechar o tubo de carregamento; o pistão da bomba de pistão incluir uma porção de vedação configurada para vedar entre o tubo de carregamento e o pistão, e o pistão é configurado para isolar entre um lado de reator (14) de alta pressão e um lado do orifício de alimentação de matéria- prima de baixa pressão pela porção de vedação em uma seção de uma extremidade lateral da gaveta do orifício de alimentação de matéria- prima para a válvula de gaveta.

3. Aparelho de reação de sacarificação (60), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a bomba de pistão é configurada para controlar ambas de uma posição do batente lateral de válvula de gaveta e uma posição do batente lateral do orifício de alimentação de matéria-prima do pistão com relação à extremidade lateral da gaveta do orifício de alimentação de matéria-prima para tornar a densidade aparente da matéria-prima (10) ajustável.

4. Aparelho de reação de sacarificação (60), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o alimentador de vapor para aquecimento (58) é configurado para alimentar vapor para aquecimento, que é tal vapor para aquecimento que uma pressão de camada gasosa superior no reator (14) se torna mais alta que uma soma de uma pressão do vapor saturado em uma temperatura do líquido da matéria-prima (10) alimentada pelo mecanismo de alimentação (54) e de uma pressão parcial de gás diferente de vapor.

5. Aparelho de reação de sacarificação (60), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o reator (14) inclui uma porção de respiro, através da qual ar na matéria-prima (10) carregada a partir do dispositivo de carregamento de matéria-prima (20) é descarregado.

6. Aparelho de reação de sacarificação (60), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende: um misturador configurado para misturar vapor na matéria- prima (10) para pré-aquecer a matéria-prima (10), e alimentar a matéria- prima (10) pré-aquecida para o dispositivo de carregamento de matéria- prima (20); e um tanque flash configurado para reduzir uma temperatura e uma pressão da matéria-prima (10) descarregada a partir do reator (14), em que o aparelho de reação de sacarificação (60) é configurado para retornar vapor cuja pressão tenha sido reduzida no tanque flash para o misturador e misturar o vapor na matéria-prima (10) para pré- aquecer a matéria-prima (10), de tal modo que a temperatura da matéria-prima (10) pré-aquecida se torna mais baixa ou igual à temperatura de reação.

7. Aparelho de reação de sacarificação (60), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o misturador é configurado para misturar um catalisador ácido na matéria-prima (10).