EA029554B1

EA029554B1 - Способ и устройство для обработки биомассы и органических отходов

Info

Publication number: EA029554B1
Application number: EA201790784A
Authority: EA
Inventors: Поль Яре Нильсен; Ханс Расмус Хольте
Original assignee: Камби Текнолоджи Ас
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2018-04-30
Also published as: US20170314046A1; MX360733B; CA2965422C; LT3212764T; US10214751B2; JP2017534451A; AU2015340594B2; CA2965422A1; JP6291138B2; EA201790784A1; CN107002100A; WO2016066752A1; DK3212764T3; AU2015340594A1; KR20170067899A; EP3212764B1; ES2692832T3; MX2017004827A; ZA201703119B; RS58127B1

Abstract

В изобретении представлен способ обработки материала биомассы посредством ферментации, причем вышеупомянутый способ включает предварительную обработку материала биомассы посредством термического гидролиза и влажного разрушения, и в результате этого получается промежуточный продукт, имеющий концентрацию сухого вещества выше 25% и температуру выше 90°C, который направляется на ферментацию, причем часть содержимого ферментационного резервуара, используемого для ферментации, возвращается и смешивается с частью промежуточного продукта от предварительной обработки.

Description

Настоящее изобретение предлагает способы, процессы и устройства для обработки материала, главным образом, органического происхождения, например, в форме отходов или биомассы, посредством которых содержащиеся в обработанном материале сахара и другие продукты становятся доступными для ферментации, превращаясь в один или несколько желательных продуктов.

Уровень техники, к которой относится изобретение

Осадки и отходы из муниципальных и промышленных сточных вод, а также отходы из других источников, главным образом, органического происхождения, такие как побочные продукты садоводства, сельского хозяйства, лесоводства, лесной промышленности, пищевой промышленности и т.д., в течение многих лет представляют собой повышенный интерес в качестве исходных материалов для производства горючих материалов, такие как биоэтанол или биогаз, без выбросов СО₂.

В литературе описан ряд различных способов предварительной обработки материала биомассы, посредством которых становятся более доступными содержащиеся в нем сахара и другие вещества. Наиболее хорошо известными являются гидролиз сильными и слабыми кислотами, влажное разрушение или паровое разрушение (§ТЕХ), влажное окисление (АО), разрушение основных волокон, включая разрушение волокон аммиаком (АРЕХ), и термический гидролиз жидкой горячей водой (ЬНА).

Как правило, гидролиз сильными и слабыми кислотами характеризуется тем, что гемицеллюлоза гидролизуется и растворяется, и повышается доступность целлюлозы для последующего кислотного или ферментативного гидролиза. Когда используется гидролиз этих типов, после разделения нерастворимых и растворенных фракций оказывается возможной дальнейшая обработка этих фракций посредством ферментации, помимо прочих способов. Гидролиз сильными кислотами, помимо других способов, описывает патент США № 6258175 (ПдШпсг). где также описывается возможность повторного использования применяемой кислоты после осаждения этанолом. Основная цель процесса заключается в том, чтобы растворить целлюлозу и гемицеллюлозу для последующего использования, например, в производстве этанола посредством ферментации.

Существуют несколько проблем, связанных с кислотным гидролизом биомассы. Прежде всего, необходимо разделить материал на очень мелкие частицы (мельче 1 мм), и для этого требуется чрезвычайно большое количество энергии. Кроме того, требуется нейтрализация обработанного материала, для осуществления которой обычно добавляется СаСО₃ (известняк). Это означает, что в данном процессе является высоким расход химических реагентов в сочетании с тем, что в процессе нейтрализации накапливается значительное количество гидратированного сульфата кальция. Кроме того, обработанный материал после кислотного гидролиза производит ингибирующее воздействие на ферментативный гидролиз и микробную ферментацию по сравнению с материалом, который образуется в результате обработки в других формах (см. ниже). Наконец, насосы, реакторы и другие устройства подвергаются коррозии в результате процесса, катализируемого кислотой.

Влажное разрушение (8ТЕХ) было описано уже давно, в 1928 г., когда Мазоп разработал способ изготовления древесно-волокнистых плит (патенты США №№ 1824221 и 2759856). Способ §ТЕХ представляет собой термический гидролиз при высоком давлении, где после снижения давления возникает так называемый эффект быстрого испарения, при котором разрушение каждого волокна происходит вследствие огромного падения давления, что обуславливает название влажное разрушение (или паровое разрушение). Этот способ обработки был далее распространен на производство, например, этанола или бумаги (см., например, международную патентную заявку № АО 98/27269).

В процессе §ТЕХ обычно происходит частичное (превышающее 80%) растворение гемицеллюлозы, и целлюлоза становится доступной для последующего гидролиза. Эффект §ТЕХ напоминает эффект кислотного гидролиза, однако в процессе §ТЕХ технологическое оборудование подвергается значительно меньшему износу, а также отсутствуют большие требования в отношении использования химических реагентов, и не накапливаются отходы. Однако в процессе §ТЕХ все же образуются в значительных количествах вещества, которые ингибируют возможный последующий процесс ферментации (РаНпсрзД и НаЬи-Надег6а1, 2000 г.), в частности, если материал был предварительно подвергнут ожижению кислотой (8О₂ или Н₂§О₄ (МагИи и др., 2002 г.)).

Влажное окисление (АО) было разработано в целях окисления фракций органических отходов (патент США № 2690425) и впоследствии модифицировано таким образом, чтобы получать раствор гемицеллюлозы из содержащей лигноцеллюлозу биомассы и органические отходы (см., например, международную патентную заявку № АО 00/14120). Влажное окисление представляет собой термический процесс с добавлением окислителя, такого как кислород при избыточном давлении. В процессе влажного окисления гемицеллюлоза частично растворяется, и часть присутствующего лигнина окисляется, и в результате этого повышается доступность целлюлозы. Как правило, для процесса АО не требуется дополнительная технологическая стадия в целях удаления ингибирующих веществ.

Разрушение основных волокон аммиаком (АРЕХ) представляет собой процесс, в котором сочетаются паровое разрушение и добавление основного катализатора. В традиционном процессе АРЕХ биомасса подвергается ожижению в аммиачной воде при умеренных температурах, составляющих приблизительно 50°С, и после этого давление мгновенно снижается в форме взрыва. Посредством этого процесса целлю- 1 029554 лоза и лигнин модифицируются, что делает целлюлозу более реакционноспособной (доступной), и одновременно высвобождается гемицеллюлоза.

Термический гидролиз (ΒΗΥ) представляет собой процесс, температура которого составляет, как правило, от 170 до 230°С, и в котором высокая степень растворения гемицеллюлозы обеспечивается одновременно с частичным растворением лигнина и повышением доступности целлюлозы (для ферментативного гидролиза). Отходы сахарного тростника, которые были предварительно измельчены и которые были подвергнуты предварительной обработке в процессе ΒΗΥ, обеспечивают выход этанола, составляющий вплоть до 90% от теоретического значения, после ферментативного гидролиза и ферментации в результате добавления фермента в умеренных количествах (Уап ^а1вит и др., 1996). Патент США № 4461648 описывает способ, который повышает доступность содержащих целлюлозу и лигноцеллюлозу материалов. Данный способ включает добавление водяного пара под давлением, термическую обработку и влажное разрушение, а также описано, что повторное использование пара не является возможным.

Известные способы производства горючих материалов без выбросов СО₂ на основе таких органических отходов или биомассы часто включают стадию предварительной обработки с использованием процесса термического гидролиза (ТНР) некоторого типа, за которым следует анаэробная ферментация.

Основу этих процессов часто представляет собой стадия термического гидролиза, осуществляемая в одном или нескольких реакторах с использованием сочетания высокой температуры и высокого давления в целях разрушения клеточной структуры органического материала, содержащегося в отходах или иле, а также разложения высокомолекулярных органических соединений на низкомолекулярные соединения.

После стадии термического гидролиза может осуществляться стадия парового разрушения, которая происходит в одном или нескольких снижающих давление резервуарах, где содержимое резервуара разрушается вследствие быстрого снижения давления. Это разрушение и измельчение биомассы делают последующую стадию ферментации более эффективной.

Продукт, получаемый в результате от стадий предварительной обработки, где используется процесс термического гидролиза (ТНР), как правило, имеет высокую температуру, составляющую, например, выше 90°С, и характеризуется относительно высоким содержанием сухого вещества, составляющим, например, выше 25%, и в некоторых случаях также и относительно низким значением рН, составляющим, например, ниже 5. Таким образом, для обработки данного продукта, как правило, требуется высокоспециализированное оборудование, а также данный продукт должен, как правило, подвергаться охлаждению, нейтрализации и/или разбавлению (например, водой) перед введением в последующий процесс на основе анаэробной ферментации, потому что она обычно осуществляется при менее высокой температуре, при пониженном содержании сухого вещества и при нейтральном значении рН.

Международная патентная заявка № ΥΟ 2007/009463 описывает способ превращения целлюлозного материала в этанол и другие продукты. Целлюлозный материал подвергается предварительной гидротермической обработке посредством по меньшей мере одной операции пропитывания, предварительной гидротермической обработки в реакторе при повышенном давлении и последующей операции прессования, и в результате этого образуются волокнистая фракция и жидкая фракция. Предварительная гидротермическая обработка сохраняет по меньшей мере 80% лигнина в волокнистой фракции. Вследствие необходимости обработки материала, имеющего высокое содержание сухого вещества, в процессах, описанных в международной патентной заявке № ΥΟ 2007/009463, как правило, требуется высокоспециализированное оборудование.

Международная патентная заявка № ΥΟ 03/013714 описывает шлюзовую систему, посредством которой продукт, имеющий высокое содержание сухого вещества, может разделяться на части, которые затем индивидуально пропускаются по меньшей мере через одну шлюзовую камеру и два пневматических затвора, и в результате этого обеспечивается, например, перенос из зоны низкого давления в зону высокого давления.

С течением времени были разработаны различные усовершенствования описанных выше способов обработки биомассы и органических отходов. Таким образом, один способ достижения этих усовершенствований обеспечивался посредством использования рециркуляции. В документах предшествующего уровня техники были описаны, в частности, рециркуляция пара, используемого на других стадиях процесса, включая его применение для предварительного нагревания биомассы, и рециркуляция воды, вытекающей из процесса, для сокращения расхода технологической воды, используемой на других стадиях процесса.

Международная патентная заявка № ΥΟ 2011/006854 описывает способ и устройство для термического гидролиза и паровое разрушения биомассы. Данный способ включает стадии предварительного нагревания биомасса, направления предварительно нагретой биомассы по меньшей мере в два реактора, где она подвергается нагреванию и давлению посредством введения пара, и, наконец, ступенчатого уменьшения давления с использованием двух снижающих давление резервуаров. Резервуар для предварительного нагревания предварительно нагревается возвратным паром из первого и второго снижающих давление резервуаров.

Международная патентная заявка № ΥΟ 01/60752 описывает способ, который представляет собой

- 2 029554 непрерывный процесс, включающий влажное окисление или паровое разрушение, в целях ферментативного превращения материала биомассы в этанол. Ферментационная отработанная воды, вытекающая после разделения от производства этанола, направляется на последующую стадию анаэробной ферментации, на которой производятся метан и вытекающая отработанная вода, в которой количество потенциально ингибирующих веществ находится на уровне ниже ингибирующего, что допускает возвращение всей или части вытекающей воды в процесс в целях уменьшения расхода технологической воды.

Международная патентная заявка № АО 2014/039984 описывает способ обработки биомассы для получения мономерных сахаров, в котором предварительно обработанная биомасса подвергается ферментативному гидролизу, и по меньшей мере часть подвергнутого ожижению материала из реактора ферментативного гидролиза возвращается в точку, расположенную выше по потоку относительно добавления ферментов, в качестве части жидкости для охлаждения горячей предварительно обработанной биомассы.

Патентная заявка США № И8 2009/0098616 описывает способ обработки растительного материала для высвобождения подвергающихся ферментации сахаров. Данный способ представляет собой двухстадийный процесс ферментативного гидролиза, и ему предпочтительно предшествует стадия автогидролиза, где материал подвергается воздействию высокой температуры, пара и давления, предпочтительно в присутствии кислоты. Имеющий низкую вязкость вытекающий поток после первой стадии гидролиза частично возвращается на первую стадию ферментативного гидролиза, некоторая или вся масса направляется непосредственно в реактор или может смешиваться со свежим лигноцеллюлозным исходным материалом перед поступлением в реактор. Кроме того, описывается, что ферментативный процесс может осуществляться в вакууме для удаления летучих компонентов, таких как, например, ингибирующие ферменты соединения, такие как фурфураль.

Несмотря на многочисленные способы обработки материала биомассы, сохраняется потребность в способе, согласно которому биомасса подвергается предварительной обработке и последующей ферментации без необходимости чрезмерного использования химических добавок или специализированного оборудования для обработки плотного материала, имеющего высокое содержание сухого вещества, высокую температуру и относительно низкое значение рН. Кроме того, существует потребность в способе, согласно которому разбавление водой сокращается до минимума, и в то же время сокращаются энергетические затраты и стоимость.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается способ обработки материала биомассы, включающий, по меньшей мере, следующие стадии:

предварительная обработка вышеупомянутого материала биомассы, включающая следующие стадии:

1) термический гидролиз при температуре выше 140°С, за которым следует

2) влажное разрушение, производящее промежуточный продукт, имеющий концентрацию сухого вещества выше 25% и температуру выше 90°С, последующая ферментация вышеупомянутого промежуточного продукта в ферментационном резервуаре, и дополнительно отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный продукт вводится в вышеупомянутый ферментационный резервуар посредством его перемешивания с частью содержимого вышеупомянутого ферментационного резервуара, которая перемещается в рециркуляционном контуре, выходящем из вышеупомянутого ферментационного резервуара, причем вышеупомянутое перемешивание осуществляется перед тем, как смесь вышеупомянутого промежуточного продукта и вышеупомянутой части содержимого вышеупомянутого ферментационного резервуара поступает в вышеупомянутый ферментационный резервуар.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для обработки материала биомассы, причем данное устройство включает один или несколько реакторов, один или несколько снижающих давление резервуаров, присоединенных к одному или нескольким реакторам для снижения давления на биомассу, и один или несколько ферментационных резервуаров, присоединенных к одному или нескольким снижающим давление резервуарам для ферментации, причем один или несколько ферментационных резервуаров присоединяются к одному или нескольким снижающим давление резервуарам для рециркуляции части содержимого ферментационного резервуара, которая смешивается с частью содержимого одного или нескольких снижающих давление резервуаров.

Ни одно из усовершенствований, упомянутых выше в настоящем документе, включая рециркуляцию, не преодолевает потребности в высокоспециализированном оборудовании для осуществления последующей обработки продуктов, получаемых в результате стадий традиционной предварительной обработки с использованием процесса термического гидролиза и имеющих высокую температуру, составляющую, например, выше 90°С, относительно высокое содержание сухого вещества, составляющее, на- 3 029554 пример, выше 25%, и относительно низкое значение рН, составляющее, например, ниже 5.

С другой стороны, в способе и устройстве согласно настоящему изобретению используется рециркуляция части материала, подвергнутого ферментации, в целях преодоления вышеупомянутой обычной потребности в специализированном оборудовании, охлаждении, нейтрализации и/или разбавлении, например, водой.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет (схематически) вариант осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет (схематически) типичный вариант осуществления известных способов предшествующего уровня техники, включая, например, использование червячных, спиральных или шнековых конвейеров для транспортировки материала, имеющего высокое содержание сухого вещества, через трубы.

Фиг. 3 представляет (схематически) вариант осуществления настоящего изобретения для первой предварительной обработки биомассы посредством термического гидролиза (ά) и влажного разрушения (ί) с последующей ферментацией получаемого в результате этого промежуточного продукта в ферментационном резервуаре (д), где часть содержимого ферментационного резервуара переносится в рециркуляционном контуре (ΐ) в снижающий давление резервуар (]), причем данный вариант осуществления включает необязательный отличительный признак направления пара вскипания в конденсатор (д) и циркуляционный насос (к), а также устройства для направления конденсата в расположенный ниже по потоку ферментационный резервуар (д) или на последующую обработку для регенерации химических веществ (р).

Фиг. 4 представляет (схематически) вариант осуществления настоящего изобретения для первой предварительной обработки биомассы посредством термического гидролиза (ά) и влажного разрушения (ί) с последующей ферментацией получаемого в результате этого промежуточного продукта в ферментационном резервуаре (д), где часть содержимого ферментационного резервуара переносится в рециркуляционном контуре (ΐ) в снижающий давление резервуар (]).

Фиг. 5 представляет (схематически) вариант осуществления настоящего изобретения, согласно которому часть содержимого ферментационного резервуара (д) обезвоживается (ак) и возвращается в качестве так называемого обезвоженного осадка, имеющего повышенное содержание сухого вещества, в питающую линию (а) для реактора термического гидролиза (ά), и в результате этого осуществляется его перемешивание с материалом биомассы, который поступает в процесс другим путем.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение предлагает способ обработки материала биомассы, включающий, по меньшей мере, следующие стадии:

Содержание сухого вещества в материале, получаемом в результате процесса типа ТНР, обычно является очень высоким, иногда превышая 90%. Когда содержание сухого вещества составляет выше 25%, при использовании традиционного оборудования и устройств возникает проблема, потому что промежуточный продукт не может переноситься в ферментационный резервуар через стандартные трубы с использованием стандартного перекачивающего оборудования. Таким образом, требуется высокоспециализированное оборудование, такое как трубы со шнековыми, спиральными или винтовыми конвейерами, и вследствие относительно низкого значения рН, высокой температуры и концентрации сухого вещества в материале для любого используемого оборудования потребуется часто обслуживание и ремонт. Таким образом, одно преимущество, достигаемое за счет способа согласно настоящему изобретению, заключается в том, что материал, имеющий высокое содержание сухого вещества, для переноса которого согласно традиционному способу потребовалось бы специализированное оборудование, теперь смешивается с материалом, возвращающимся из расположенного ниже по потоку ферментационного резервуара. Поскольку содержимое ферментационного резервуара имеет пониженное содержание сухого вещества и менее высокую вязкость, смешанный поток имеет относительно пониженную концентрацию сухого вещества и вязкость и, таким образом, становится применимым для простой транспортировки через стан- 4 029554 дартные трубы с использованием стандартного перекачивающего оборудования.

Образование накипи, отложений и иногда блокирование внутри резервуаров, труб и особенно теплообменников/холодильников представляет собой известную проблему в процессе термической обработки определенных материалов, в частности органических материалов, имеющих высокое содержание лигнина, смол и т.д. Снижение производительности и технологические проблемы могут приобретать решающее значение для работы таких установок. Частое использование систем местной очистки может потребоваться для сохранения работоспособности, причем в качестве очистителей обычно используются щелочные химические вещества. Биоразложение, которое происходит ниже по потоку в процессе анаэробной ферментации (брожения), разрушает органические кислоты и устанавливает относительно щелочные условия со щелочной текучей средой. Дополнительное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что резервуары, трубы, клапаны и холодильники выигрывают за счет рециркуляции подвергнутого ферментации материала, обеспечивающего непрерывную щелочную очистку без добавления дополнительных химических веществ в процессе нормальной эксплуатации. Для большинства исходных материалов этот процесс исключает использование химических веществ для местной очистки (С1Р). Для большинства вызывающих проблемы исходных материалов будет существенно уменьшаться расход дополнительных очищающих химических веществ.

На поведение волокон и целлюлозного материала влияют несколько факторов. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что значение рН представляет собой один из факторов, которые влияют на способность удерживания волокон в суспензии. Низкое значение рН, которое возникает в результате предварительной термической обработки органических материалов, делает затруднительным удерживание волокон в суспензии, и, таким образом, закупоривание превращается в главную проблему. Основное преимущество рециркуляции согласно настоящему изобретению заключается в том, что щелочной продукт ферментации увеличивает значение рН, и в результате этого поведение волокон и целлюлозного материала изменяется, они удерживаются в суспензии, что допускает перекачивание в осуществляемые ниже по потоку процессы без использования конвейерных систем.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, в частности, что значение рН, которое получается в процессе ферментации в ферментационном резервуаре, как правило, находится в интервале от 7,3 до 8,3, является благоприятным для смачиваемости волокон и их свойств при транспортировке. Волокна полностью или частично гидролизованной биомассы, которые получаются, например, в результате влажного разрушения, проявляют тенденцию к отделению от остального промежуточного продукта при низком значении рН, составляющем, например, ниже 6. Соответственно посредством рециркуляции части содержимого ферментационного резервуара и перемешивания с продуктом влажного разрушения становится возможным повышение значения рН промежуточного продукта, который в иных условиях является слабокислым, а также полное или частичное удерживание волокон гидролизованной биомасса в растворенном состоянии.

Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения значение рН поступающего в ферментационный резервуар вещества, получаемого после перемешивания промежуточного продукта с возвращаемым продуктом ферментации, является выше 6; согласно предпочтительному варианту осуществления значение рН поступающего в ферментационный резервуар вещества, получаемого после перемешивания, является выше 6,5.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения вышеупомянутый промежуточный продукт имеет температуру выше 100°С.

В таких случаях, в которых используется промежуточный продукт, имеющий температуру выше 100°С, могут обеспечиваться дополнительные преимущества, потому что пар, который обычно сопровождает такой промежуточный продукт, когда он образуется в результате процесса типа ТНР, может затем использоваться для нагревания или даже пастеризации других технологических потоков, включающих материалы органического происхождения, которые должны добавляться в предварительно обработанный материал перед ферментацией, например жидкий навоз.

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения вышеупомянутый промежуточный продукт имеет значение рН ниже 5.

Промежуточный продукт, получаемый в результате предварительной обработки посредством термического гидролиза, часто является кислым, имея значение рН, например, от 4 до 5. Таким образом, помимо того, что такой продукт должен обычно подвергаться отдельной нейтрализации, для которой требуется использование химических веществ перед введением в процесс на основе анаэробной ферментации, для транспортировки кислого материала, получаемого в процессе предварительной обработки, в ферментационный резервуар может дополнительно потребоваться специализированное оборудование. Однако в способе согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, частичная нейтрализация промежуточного продукта может осуществляться одновременно с рециркуляцией из ферментационного резервуара. В результате этого достигаются дополнительные преимущества, включающие снижение потребности в химической нейтрализации и/или специализированном оборудовании, которое в других условиях использовалось бы для транспортировки кислого материала. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения промежуточный продукт нейтрализуется посредством перемешивания с

- 5 029554 материалом, который возвращается из ферментационного резервуара. Способ согласно настоящему изобретению может регулироваться таким образом, что чем более кислым является промежуточный продукт, тем больше продукта ферментации необходимо возвращать, чтобы получалось значение рН в оптимальном интервале.

В качестве дополнительного преимущества способ согласно настоящему изобретению может осуществляться в замкнутой системе. В результате этого окружающая среда не будет подвергаться неблагоприятному воздействию летучих соединений, которые в других условиях могли бы испаряться из материала, подвергаемого предварительной обработке и последующей ферментации в ферментационном резервуаре, и которые могут представлять собой потенциальную опасность и при этом иметь очень неприятных запах.

Предварительная обработка посредством термического гидролиза может, как правило, осуществляться в периодическом режиме. Непрерывный технологический поток может осуществляться ниже по потоку относительно термического гидролиза, и, таким образом, оказываются возможными обработка, удерживание и использование относительно большого количества пара, высвобождаемого в процессе влажного разрушения (т.е. в тех случаях, где материал имеет температуру выше 100°С), и дополнительный результат этого заключается в том, что сокращается до минимума расход внешней энергии для процесса в целом.

Согласно настоящему изобретению рециркуляция из ферментационного резервуара к одному или нескольким снижающим давление резервуарам может предпочтительно представлять собой непрерывный технологический поток. Поскольку ввод продуктов термического гидролиза в снижающий давление резервуар предпочтительно может представлять собой периодический процесс, согласно данному сценарию уровень продукта гидролиза в снижающем давление резервуаре будет изменяться. Когда способ согласно настоящему изобретению применяется таким образом, снижающий давление резервуар дополнительно функционирует в качестве буферного резервуара-накопителя, и в результате этого получается непрерывный технологический поток в расположенный ниже по потоку ферментационный резервуар, в котором осуществляется процесс ферментации.

Для крупномасштабного оборудования оказывается благоприятным включение более чем одного реактора для предварительной обработки посредством термического гидролиза. Таким образом, оказывается возможной обработка нескольких партий с замедленными циклами, и в результате этого выпуск к одному или нескольким снижающим давление резервуарам распределяется с течением времени, а также требуемый впуск пара для нагревания реакторов распределяется более равномерно. Последнее условие является благоприятным для определения размеров производящих пар устройств и соответствующих энергетических потребностей. Таким образом, может быть получен полунепрерывный поток к одному или нескольким снижающим давление резервуарам. Кроме того, дополнительное преимущество включения более чем одного реактора для стадии термического гидролиза представляет собой преимущество улучшения непрерывности движения выше по потоку исходной биомассы для резервуаров термического гидролиза из накопительных резервуаров биомассы.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения возвратный пар от стадии влажного разрушения, которая осуществляется в одном или нескольких снижающих давление резервуарах, может использоваться для предварительного нагревания биомассы в предварительно нагреваемом резервуаре перед тем, как биомасса перекачивается в один или несколько реакторов. Пар дополнительно поступает в один или несколько реакторов в течение процесса и после заполнения биомассы нагревает ее до желательной температуры. В результате этого уменьшается потребность в добавлении свежего пара в один или несколько реакторов.

Промежуточный продукт, получаемый в результате предварительной обработки, включающей термический гидролиз и влажное разрушение материала биомассы, как правило, имеет концентрацию сухого вещества выше 25% и температуру выше 90°С. Традиционно проблема транспортировки промежуточного продукта, имеющего высокое содержание сухого вещества, решается посредством высокоспециализированного оборудования. Кроме того, температура промежуточного продукта традиционно снижается посредством традиционного водяного охлаждения. Основу настоящего изобретения представляет собой рециркуляция по меньшей мере части содержимого одного или нескольких ферментационных резервуаров, и в результате этого устраняются недостатки, возникающие вследствие обработки промежуточного продукта, которая является необходимой в других условиях, прежде чем данный продукт может поступать в ферментационный резервуар. Предварительная обработка материала биомассы может осуществляться разнообразными способами, как описывается ниже.

В литературе описан ряд различных способов предварительной обработки материала биомассы, посредством которых становятся доступными содержащиеся в ней сахара и другие вещества, причем некоторые из данных способов упоминаются во вводном разделе настоящего документа. Наиболее хорошо известными являются гидролиз сильными и слабыми кислотами, влажное разрушение, влажное окисление (^νθ), разрушение волокон аммиаком (ΆΡΈΧ), термический гидролиз жидкой горячей водой (ΗΗν) и их сочетания. Эти способы обработки могут осуществляться индивидуально или в любом сочетании, составляя часть предварительной обработки согласно настоящему изобретению. В зависимости от выбо- 6 029554 ра предварительной обработки, способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать стадию предварительной обработки, представляющей собой полное или частичное измельчение биомассы.

Дополнительные подробности стадий предварительной обработки описываются ниже.

Термический гидролиз.

Биомасса и/или органические отходы материал поступают в реактор, где материал перемешивается и нагревается непосредственно или косвенно паром до температуры, составляющей выше 140°С, как правило, находящейся в интервале от 140 до 220°С, предпочтительно в интервале от 140 до 200°С, предпочтительнее от 150 до 190°С, еще предпочтительнее от 160 до 180°С и наиболее предпочтительно составляющей 170°С при давлении насыщения. Когда достигаются желательная температура и желательное давление, материал может выдерживаться в этих условиях в течение от 5 до 30 мин, предпочтительно от 10 до 25 мин, предпочтительнее от 10 до 20 мин и наиболее предпочтительно от 15 до 20 мин.

Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения термический гидролиз осуществляется при температуре выше 140°С, которая выдерживается в течение от 5 до 30 мин, а затем следует влажное разрушение, осуществляемое посредством снижения давления от 5-35 бар (от 0,53,5 МПа) до атмосферного давления (0,1 МПа).

Влажное окисление.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способ также включает влажное окисление, причем данное окисление предпочтительно может осуществляться после стадии термического гидролиза, но до влажного разрушения. После окончания термического гидролиза в материал может добавляться надлежащий окислитель, предпочтительно кислород, пероксид водорода или воздух, в количестве, которое может зависеть от содержания лигнина, и которому, как правило, соответствует содержание материала, составляющее от 2 до 20% СОЭ (химическое потребление кислорода), предпочтительно от 3 до 19%, предпочтительнее от 5 до 17%, в том числе предпочтительно от 7 до 16% и предпочтительнее от 8 до 15%, в том числе предпочтительно от 9 до 14% и предпочтительнее от 10 до 13%, и определяемое по изменению давления в реакторе. Влажное окисление может осуществляться, как правило, при температуре в интервале от 170 до 220°С.

Давление и температура могут увеличиваться в связи с влажным окислением, составляя от 15 до 35 бар (от 1,5 до 3,5 МПа), предпочтительно от 20 до 35 бар (от 2 до 3,5 МПа), предпочтительнее от 25 до 35 бар (от 2,5 до 3,5 МПа) и наиболее предпочтительно от 30 до 35 бар (от 2 до 3 МПа) и от 170 до 210°С, предпочтительно от 180 до 200°С, предпочтительнее от 190 до 200°С соответственно. Согласно одному варианту осуществления окисление происходит при давлении выше давления насыщения в процессе термического гидролиза на стадии (1). Когда желательное давление и желательная температура достигаются после добавления окислителя, эти условия могут сохраняться в течение от 1 до 30 мин, предпочтительно от 5 до 25 мин, предпочтительнее от 10 до 20 мин и наиболее предпочтительно от 15 до 20 мин. Необязательно после окончания реакции влажного окисления давление материала может частично уменьшаться, составляя от 5 до 10 бар (от 0,5 до 1 МПа). В таком случае давление, при котором может осуществляться последующее влажное разрушение, находится в интервале от 5 до 35 бар (от 0,5 до 3,5 МПа). Если никакое частичное уменьшение давления не осуществляется, то давление находится в интервале от 1 до 35 бар (от 0,1 до 3,5 МПа).

Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения способ включает окисление при давлении от 15 до 35 бар (от 1,5 до 3,5 МПа) и температуре от 170 до 220°С, причем данные условия сохраняются в течение от 1 до 30 мин. Согласно более конкретному варианту осуществления настоящего изобретения способ включает окисление при давлении от 15 до 35 бар (от 1,5 до МПа) и температуре от 170 до 210°С, причем данные условия сохраняются в течение от 1 до 30 мин, и согласно следующему предпочтительному варианту осуществления данное окисление происходит после термического гидролиза, но до влажного разрушения.

Влажное разрушение.

После окончания стадии термического гидролиза и необязательной стадии влажного окисления обработанный материал биомассы затем поступает в один или несколько снижающих давление резервуаров, и этом процессе давление снижается от 5 до 35 бар (от 0,5 до 3,5 МПа); как правило, давление может уменьшаться до уровня ниже 2 бар (0,2 МПа), предпочтительно ниже 1,5 бар (0,15 МПа). Предпочтительно давление уменьшается от 15-35 бар (1,5-3,5 МПа) до приблизительно 1 бар (0,1 МПа), т.е. до атмосферного давления. В процессе этого влажного разрушения большинство клеточных структур разрушается. Немедленно после влажного разрушения температура окисленного материала предпочтительно составляет от 95 до 110°С, что делает материал стерильным. Когда термически обработанный материал выпускается из реактора термического гидролиза, его протекание к одному или нескольким снижающим давление резервуарам осуществляется под действием разности давления между реактором и одним или несколькими снижающими давление резервуарами, расположенными ниже по потоку. Вследствие этого перепада давления конденсированный пар будет испаряться внутри одного или нескольких снижающих давление резервуаров. Влажное разрушение осуществляется в одном снижающем давление резервуаре или последовательно в двух или более снижающих давление резервуарах. Термин испарительный ре- 7 029554 зервуар и термин снижающий давление резервуар используются взаимозаменяемым образом в настоящем документе.

Ферментация.

После охлаждения до желательной температуры обработанный материал может подвергаться дополнительной переработке для получения этанола, водорода, молочной кислоты, метана, сукцината, органических кислот или других желательных продуктов посредством ферментации.

Все способы согласно настоящему изобретению могут также включать обработку ферментами (например, целлюлазами) для превращения углеводов в моносахариды до ферментации и превращения в этанол или другие продукты ферментации.

После предварительной обработки суспензия и/или ее водная фаза может подвергаться дополнительной обработке посредством ферментативного гидролиза, в результате которого происходит, по меньшей мере, частичный гидролиз целлюлозы и гемицеллюлозы, и получается суспензия и/или водная фаза, содержащая в некотором количестве сахара, представляющие собой продукты микробной ферментации.

Цель такой обработка посредством ферментативного гидролиза заключается в том, чтобы гидролизовать олигосахаридные и, возможно, полисахаридные соединения, которые образуются в процессе обработки, представляющей собой влажное окисление, если оно осуществляется, и/или паровое разрушение целлюлозы и/или гемицеллюлозы, из которых в результате ферментации образуются сахара (например, глюкоза, ксилоза и, возможно, другие моносахариды).

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает ферментативный гидролиз вышеупомянутого промежуточного продукта, причем данный ферментативный гидролиз осуществляется перед стадией ферментации, но он может осуществляться до или после перемешивания вышеупомянутого промежуточного продукта с частью содержимого вышеупомянутого ферментационного резервуара.

Согласно предпочтительному варианту осуществления способ не включает какую-либо отдельную стадию ферментативного гидролиза.

Ферментативный гидролиз может осуществляться известным способом посредством обработки одним или несколькими соответствующими карбогидразными ферментами, включая глюкозидазы (ЕС 3.2). Согласно предпочтительному варианту осуществления карбогидразный фермент выбирается из группы, которую составляют целлюлаза (ЕС 3.2.1.4) в случае гидролиза целлюлозы или фрагментов целлюлозы; ксиланаза, такая как эндо-1,4-в-ксиланаза (ЕС 3.2.1.8) в случае гидролиза ксиланов; β-глюканаза, такая как глюкан-1,3-в-глюкозидаза (экзо-1,3-в-глюканаза, ЕС 3.2.1.58) или эндо-1,3(4)-в-глюканаза (ЕС 3.2.1.6), в случае гидролиза растворимых фрагментов целлюлозы с образованием глюкозы, и пектиназа (полигалактуроназа, ЕС 3.2.1.15) в случае гидролиза пектата и других галактуронанов. Товарные ферментные продукты, имеющие значение в данной связи, включают Се11ис1а81™, поставляемый компанией Νονο ΝοίάίδΚ Α/δ (Багсверд, Дания), например, как Се11ис1а81™ 1.5 Ь (жидкий препарат).

Се11ие1а81 одновременно проявляет активность в качестве целлюлазы (разлагая целлюлозу с образованием глюкозы, целлобиозы и высших полимеров глюкозы) и в некоторой степени активность в качестве ксиланазы.

Подвергающиеся ферментации сахара, а именно один или несколько моносахаридных продуктов, получаемые посредством гидролиза, являются подходящими для применения в целях дальнейшего превращения с образованием других подходящих для применения продуктов (например, этанола или ксилита). Таким образом, глюкоза (производимая из целлюлозы) и ксилоза (производимая из ксиланов в составе гемицеллюлозы) могут превращаться в этанол с использованием соответствующих вызывающих ферментация микроорганизмов, которые описаны в настоящем документе, и ксилоза может, например, в качестве альтернативы, превращаться в ксилит посредством установленных способов (например, посредством каталитического гидрирования или посредством ферментации).

В способе согласно настоящему изобретению промежуточный продукт подвергается ферментации в одном или нескольких ферментационных резервуарах. На стадии ферментации может использовать один или несколько вызывающих ферментацию микроорганизмов, способных разлагать олигосахариды и/или моносахариды, присутствующие в вышеупомянутой жидкой фазе, с образованием этанола.

Что касается ферментации, например, глюкозы, с образованием этанола, любой микроорганизм, способный превращать глюкозу в этанол, может использоваться в способе согласно настоящему изобретению. Например, подходящие микроорганизмы включают мезофильные микроорганизмы (т.е. микроорганизмы, которые проявляют оптимальный рост при температуре в интервале от 20 до 40°С), например, дрожжи δассЬа^οтусе8 сеге\А1ае. также называемые термином пекарские дрожжи.

Что касается ферментации, например, ксилозы с образованием этанола, любой микроорганизм, способный превращать ксилозу в этанол, может использоваться в способе согласно настоящему изобретению. Подходящие для применения микроорганизмы включают, например, термофильные микроорганизмы определенных типов (т.е. микроорганизмы, которые проявляют оптимальный рост при повышенной температуре, как правило, при температуре, превышающей приблизительно 50°С) и произведенные из

- 8 029554 них генетически модифицированные микроорганизмы. Согласно предпочтительным вариантам осуществления подходящие микроорганизмы для ферментации с образованием этанола выбираются из группы, которую составляют виды рода анаэробных термобактерий ТйегтоапаегоЬас1ег, в том числе Т. таШгаии, виды рода 2утотоиа§, в том числе Ζ. МоЬШк, и виды дрожжей, такие как виды рода ΡίοΗίη. Примерный подходящий для применения штамм вида Т. таШгапи описали §оппе-Нап8еп и др. (1993 г.) и Айгтд и др. (1996 г.), где вышеупомянутый штамм обозначается как штамм А3М4.

Следует понимать, что в качестве микроорганизмов, подходящих для применения в ферментации с образованием этанола, могут быть выбраны генетически модифицированные микроорганизмы одного из вышеупомянутых видов подходящих для применения микроорганизмов, проявляющих повышенную или улучшенную активность в ферментации с образованием этанола по сравнению с микроорганизмами, из которых они производятся. При упоминании в настоящем документе выражение генетически модифицированные бактерии используется в традиционном значении данного термина, который означает штаммы, получаемые посредством воздействия на микроорганизмы любой традиционно используемой обработки в целях мутагенеза, включая обработку химическим мутагеном, таким как этанметансульфонат (ЕМ8) или М-метил-М'-нитро-Ы-нитрогуанидин (ΝΤΟ), ультрафиолетовое излучение, или самопроизвольно возникающие мутанты, включая классический мутагенез. Кроме того, насколько это возможно для получения генетически модифицированных бактерий посредством случайного мутагенеза или посредством выбора самопроизвольно возникающих мутантов, т.е. без использования технологии рекомбинантных ДНК, предусматривается, что мутанты вышеупомянутых микроорганизмов могут быть получены посредством таких технологий, включая технологии направленного мутагенеза и полимеразных цепных реакций (ПЦП) и другие существующие в лаборатории или в организме модификации специфических последовательностей ДНК, когда такие последовательности идентифицируются и выделяются.

Таким образом, когда используются микроорганизмы, имеющие различные требования к температуре роста для ферментации глюкозы и ксилозы соответственно, чтобы производить этанол, может оказаться желательным осуществление рассматриваемого процесса ферментации как двухстадийного процесса, в котором суспензия и/или водная фаза после предшествующих стадий сначала вступает в контакт с микроорганизмами одного из видов в соответствующих им надлежащих условиях (например, 8. сегеуыае при температуре, составляющей приблизительно 30°С) и после этого с микроорганизмами другого вида в соответствующих им надлежащих условиях (например, Т. таШгапи при температуре, составляющей приблизительно 70°С). Согласно настоящему изобретению рециркуляция части содержимого ферментационного резервуара может осуществляться для содержимого после одной или обеих из этих двух стадий. В тех случаях, где является желательной повышенная охлаждающая способность, рециркуляция может предпочтительно осуществляться после первой стадии, проводимой при менее высокой температуре. Две стадии могут надлежащим образом осуществляться в отдельных реакционных резервуарах для ферментации или в одном реакционном резервуаре в последовательном режиме.

В отличие от ферментативного гидролиза, представляющего собой четко определенный процесс, который зависит, например, от температуры, значения рН и количества добавляемого фермента, реакция ферментации является более зависимой в том смысле, что должны присутствовать надлежащие условия роста для выбранных микроорганизмов. Кроме того, среда для роста, в данном случае это предварительно обработанный материал биомассы, должна оставаться в равновесии в отношении, например, питательных веществ и токсичных или ингибирующих веществ. Важные виды равновесия представляют собой, помимо прочих, соотношение С:Ы, баланс ΝΡΚ, содержание 8 и содержание необходимых питательных микроэлементов. В качестве исходной точки некоторые материалы биомассы могут иметь низкое содержание компонентов, таких как, но не ограничиваясь этим, селен, молибден и кобальт. Таким образом, в частности, узкоспециализированные материалы биомассы могут в качестве исходной точки содержать в малых количествах определенные необходимые компоненты, которые требуются для оптимизированной ферментации. В таких случаях является благоприятным установление равновесия исходного материала с дополняющими материалами биомассы, и, таким образом, настоящее изобретение также допускает процессы на основе смешанных материалов биомассы. В том случае, где сбалансированный материал не может быть получен, добавление питательных микроэлементов может потребоваться на основании анализа фактического питательного равновесия в процессе ферментации. Если это требуется, растворы питательных веществ могут добавляться через точку введения, расположенную в циркуляционном контуре, или посредством добавления всех питательных веществ непосредственно в исходный материал, поступающий в реакционный резервуар для ферментации, в зависимости от типа питательной смеси, которая считается необходимой на основании анализа питательных микроэлементов подвергнутого ферментации материала. Химические вещества могут также добавляться в целях связывания определенных компонентов, которые в других условиях могли бы ингибировать процесс, если бы они присутствовали в высоких концентрациях. Пример такого компонента представляет собой сера, которая может в определенных процессах ингибировать заданный процесс ферментации, если она присутствует в высоких концентрациях, но которая может удаляться посредством добавления раствора хлорида железа в целях связывания серы в форме сульфата железа.

Что касается настоящего изобретение, следует отметить, в частности, что в результате фермента- 9 029554 тивного гидролиза, как правило, образуется продукт гидролиза, имеющий значение рН от 4 до 6. Ферментация материала биомассы, который был предварительно обработан посредством первого термического гидролиза, а затем посредством влажного разрушения, с другой стороны, дает продукт ферментации, имеющий значение рН, находящееся, как правило, в интервале от 7 до 8,5; предпочтительно в интервале от 7 до 8,3 и предпочтительнее в интервале от 7,3 до 8,3. Как становится очевидным из этих различий рН, описанные выше в настоящем документе преимущества смачиваемости волокон, растворения и, следовательно, улучшенных транспортных свойств согласно настоящему изобретению достигаются только посредством рециркуляции части содержимого ферментационного резервуара в продукт влажного разрушения и не могли быть аналогичным образом получены посредством любой потенциальной рециркуляции со стадии ферментации. Благодаря схеме рециркуляции из ферментационного резервуара способ согласно настоящему изобретению обеспечивает повышенное значение рН исходного потока в ферментационный резервуар. Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения значение рН исходного потока в ферментационный резервуар, получаемого после перемешивания промежуточного продукта с возвращаемым продуктом ферментации, является выше 6; согласно предпочтительному варианту осуществления значение рН исходного потока в ферментационный резервуар после перемешивания является выше 6,5.

Некоторые из технологических параметров, которые влияют на процесс ферментации, представляют собой продолжительность удерживания твердых частиц (8КТ) и продолжительность гидравлического удерживания (НКТ). Последний параметр представляет собой меру средней продолжительности времени, в течение которого растворимое соединение остается в ферментационном резервуаре. Посредством введения стадии разделения в контур циркуляции из ферментационного резервуара, как представлено на сопровождающих чертежах, значения 8КТ и НКТ могут быть сделаны существенно различающимися для процесса ферментации. В способе согласно настоящему изобретению ферментация может, как правило, осуществляться как непрерывный процесс, имеющий значение НКТ, составляющее от 10 до 40 суток и предпочтительно от 15 до 30 суток, и значение 8КТ, составляющее от 10 до 40 суток и предпочтительно от 20 до 40 суток, что обеспечивает более продолжительное воздействие и, таким образом, повышенное уменьшение содержания летучих твердых частиц (У8К), представляющих собой трудноразлагающиеся твердые частицы, присутствующие в материале биомассы. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения ферментация представляет собой непрерывный процесс, имеющий значение НКТ, составляющее от 2 до 20 суток, предпочтительно от 10 до 20 суток и предпочтительнее от 15 до 17 суток. Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения ферментация представляет собой непрерывный процесс, имеющий значение 8КТ, составляющее от 15 до 40 суток, предпочтительно от 20 до 40 суток и предпочтительнее от 30 до 40 суток. Именно благодаря природе вышеупомянутой стадии разделения ее эффективность очень важна для получаемой в результате разности между значениями НКТ и 8КТ. С другой стороны, высокая степень разделения может также оказаться энергозатратной, что может оказаться неблагоприятным для всех применений. Гидроциклоны, предназначенные для этой цели, как правило, являются достаточными для достижения благоприятного улучшения разности между значениями НКТ и 8КТ при приемлемых затратах и, как правило, обеспечивают увеличение продолжительности удерживания твердых частиц (8КТ) по сравнению с НКТ на 5-30% в зависимости от конкретного субстрата и технологических параметров.

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения испытания продемонстрировали положительный эффект осуществления гидролиза на двух стадиях. Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения часть содержимого ферментационного резервуара может обезвоживаться и возвращаться в форме так называемого обезвоженного осадка, имеющего повышенное содержание сухих твердых веществ (Ό8), в питающую линию для стадии гидролиза, и соответственно она перемешивается вместе с материалом биомассы, который иным образом поступает в процесс по линиям а или х на сопровождающих чертежах. Обезвоживание может осуществляться в положении ас или ай или, в качестве альтернативы, как обезвоживание ниже по потоку. Часть материала может затем возвращаться в процесс в соответствующем положении для осуществления двухстадийного гидролиза трудноразлагающихся твердых частиц, которые присутствуют в материале биомассы. Такой вариант осуществления настоящего изобретения проиллюстрирован на фиг. 5. Для обезвоживания могут использоваться центрифуга, ленточный сгуститель, ленточный пресс, фильтр-пресс, винтовой пресс или любое другое соответствующее обезвоживающее устройство. Сочетание различных обезвоживающих устройств, таких как гравитационный ленточный сгуститель и винтовой пресс, может в значительной степени увеличить потенциал для сокращения расходуемой электроэнергии по сравнению с традиционными центрифугами. Это сокращение расходуемой электроэнергии может составлять приблизительно от 1/2 до 1/6 расходуемой электроэнергии в случае декантирующей центрифуги.

Реакционные резервуары для ферментации (ферментационные резервуары/ферментаторы) любого подходящего известного типа могут использоваться для осуществления одной или нескольких стадий ферментации рассматриваемого типа. За подробной информацией о подходящих реакционных резервуарах можно обратиться, например, к работе ТЕ. Вайеу и Ό.Ρ. О1Й8 (1986 г.). В данной связи являются подходящими как периодическая ферментация, так и непрерывная ферментация. Термины реакционный

- 10 029554 резервуар для ферментации, ферментатор и ферментационный резервуар используются взаимозаменяемым образом в настоящем документе.

После стадии ферментации с образованием этанола этанол отделяется от ферментационной среды.

Рециркуляция.

Как описано выше в настоящем документе, в способе согласно настоящему изобретению используется рециркуляционный поток содержимого ферментационного резервуара, в котором часть содержимого из ферментационного резервуара возвращается на конечную стадию предварительной обработки и, следовательно, перемешивается с промежуточным продуктом. Конечная стадия предварительной обработки представляет собой влажное разрушение или необязательно любую из дополнительных стадий предварительной обработки, которые осуществляются в отношении материала биомассы.

Поток материала из ферментационного резервуара предпочтительно является значительно больше, превышая, как правило, в 3-30 раз и предпочтительно в 5-25 поток предварительно обработанного материала, который образуется в результате конечной стадии предварительной обработки (термический гидролиз, влажное разрушение и необязательная дополнительная предварительная обработка, такая как влажное окисление). Таким образом, получаемый в результате смешанный поток, поступающий в ферментационный резервуар, будет иметь значение рН, температуру и содержание сухого вещества, которые являются совместимыми с нормальными рабочими технологическими параметрами ферментационного резервуара. Кроме того, содержание сухого вещества и, таким образом, вязкость будут регулироваться посредством балансирования рециркуляции за счет рециркуляции от 3 до 30-кратного количества продукта ферментации. Однако рециркуляция сама по себе не влияет на среднее содержание сухого вещества в потоке, который выходит из реакции термического гидролиза. Вместо этого содержание сухого вещества может регулироваться посредством разбавления водой таким образом, как, например, описано на фиг. 3, 4 и 5, перед термическим гидролизом (ад) или через рециркуляционный контур в снижающий давление резервуар (а£).

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения часть содержимого ферментационного резервуара перемешивается с частью промежуточного продукта таким образом, что по меньшей мере 10 объемных частей содержимого ферментационного резервуара перемешивается с одной объемной частью промежуточного продукта, предпочтительно по меньшей мере 20 объемных частей содержимого ферментационного резервуара перемешивается с одной объемной частью промежуточного продукта.

Перемешивание может осуществляться посредством создания потока из индивидуальных труб в смесительный резервуар или посредством прямого введения всей массы в общую трубу. Перемешивание может осуществляться посредством дополнительных перемешивающих устройств.

Рециркуляция может осуществляться, например, посредством введения содержимого ферментационного резервуара в снижающий давление резервуар ниже уровня жидкости, в результате которого одновременно достигается эффективное перемешивание. В качестве альтернативы, возвращаемый поток из ферментационного резервуара может направляться в верхнюю часть снижающего давление резервуара, например, через сопло, и в результате этого возвращаемый поток одновременно служит в качестве охладителя для конденсации пара вскипания внутри снижающего давление резервуара.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения перемешивание происходит в снижающем давление резервуаре; к основным преимуществам стадии рециркуляции относятся увеличение смачиваемости волокон и транспортные свойства после влажного разрушения. Следовательно, за счет осуществления перемешивания непосредственно после влажного разрушения, но перед любой транспортировкой промежуточного продукта достигается наибольшее преимущество. Однако перемешивание на последней стадии также является возможным.

Перемешивание 10 объемных частей содержимого ферментационного резервуара с одной объемной частью промежуточного продукта следует понимать как перемешивание двух продуктов в объемном соотношении 10:1; предпочтительно объемное соотношение находится в интервале от 3:1 до 30:1 в зависимости от характеристик исходных материалов и измеряется при одинаковых значениях давления и температуры.

Термин содержимое ферментационного резервуара означает жидкость и/или водную суспензию, которая образуется в результате ферментации, но до отделения продукта ферментации, например этанола.

Термин промежуточный продукт означает жидкость и/или водную суспензию, которая образуется в результате предварительной обработки, но до ферментации.

Термин часть содержимого следует понимать как частичное количество или полное количество жидкости и/или водной суспензии.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения одна объемная часть промежуточного продукта вводится для перемешивания с потоком, составляющим по меньшей мере 5 м³/ч, предпочтительно по меньшей мере 10 м³/ч. Поток содержимого из ферментационного резервуара или промежуточного продукта измеряется в м³/ч при 25°С и 1 бар (0,1 МПа).

Материал биомассы может быть выбран из группы, которую составляют солома, древесина, волокна, щепки, бумажная масса и потоки отходов; или выбираются побочные продукты от другой обрабаты- 11 029554 вающей промышленности, такой как пищевая промышленность, энергетические сельскохозяйственные культуры, листья, ветви, ил и бытовые отходы или другие аналогичные материалы, применяемые в производстве этанола, или другие биологические продукты. Предпочтительно в качестве материала биомассы выбирается биомасса, имеющая высокое содержание целлюлозы и/или гемицеллюлозы. Благоприятные результаты достигаются, в частности, когда применяются солома, древесные волокна и энергетические сельскохозяйственные культуры, такие как, например, маис. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения материал биомассы выбирается из группы, которую составляют солома, древесные волокна и энергетические сельскохозяйственные культуры, такие как, например, маис.

Как правило, биомасса, используемая в способе согласно настоящему изобретению, может иметь содержание сухого вещества, составляющее от 50 до 80%. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения материал биомассы, введенный в процесс, имеет массовую концентрацию сухого вещества, составляющую выше 25%, предпочтительно выше 50% и предпочтительнее выше 75%. Процентное содержание сухого вещества или его концентрация означает массовую процентную долю, т.е. мас.%.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения промежуточный продукт имеет концентрацию сухого вещества, составляющую выше 25 мас.%, предпочтительно выше 30 мас.%, предпочтительнее выше 35 мас.% и наиболее предпочтительно выше 40 мас.%. Термин промежуточный продукт в настоящем документе означает предварительно обработанный продукт (после термического гидролиза и влажного разрушения) перед любым перемешиванием с возвращаемым содержимым из ферментационного резервуара или любым последующим разбавлением водой после вышеупомянутых стадий предварительной обработки.

В зависимости от применяемого материала биомассы способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать одну или несколько стадий разбавления. Разбавление материала биомассы или промежуточного продукта может осуществляться в нескольких точках технологического процесса. Например, разбавление может осуществляться перед термическим гидролизом, например, посредством введения воды в реактор термического гидролиза; или выше по потоку относительно реактора термического гидролиза, например, посредством введения воды в рециркуляционный контур, поступающий в снижающий давление резервуар, или непосредственно в снижающий давление резервуар. Последний вариант допускает использование воды для разбавления в целях, по меньшей мере, частичного охлаждения пара вскипания. Разбавление содержащегося сухого вещества может дополнительно регулироваться посредством объемного соотношения материала, возвращаемого из ферментационного резервуара, поскольку содержание сухого вещества в ферментационном резервуаре является значительно ниже.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения разбавление осуществляется через рециркуляционный контур или непосредственно в снижающий давление резервуар.

Разбавление, если оно необходимо, способствует регулированию содержания сухого вещества в потоке, поступающем в ферментационный резервуар, и, таким образом, степени нагрузки. Степень нагрузки для ферментационного резервуара может, как правило, находиться в интервале от 2 до 10 кг У8/м³/сутки (У8 - летучие твердые вещества) и может предпочтительно находиться в интервале от 3 до 6 кг У8/м³/сутки. Различные исходные материалы могут обеспечивать различные вязкости, и степень нагрузки может регулироваться соответствующим образом. Традиционно вязкость биомассы представляет собой один из ограничительных факторов для степени нагрузки, однако настоящее изобретение в значительной степени улучшает смачиваемость волокон и транспортные свойства, обеспечивая повышенную степень нагрузки.

Низкотемпературный поток из ферментационного резервуара может дополнительно использоваться для конденсации газовой фазы из снижающего давление резервуара, предоставляя дополнительное преимущество способности рециркуляции теряющихся в иных условиях ценных компонентов, например летучих кислот, из газовой фазы в ферментационный резервуар. Кроме того, нежелательные компоненты, такие как, например, фурфурали, могут таким способом экстрагироваться и отделяться от газовой фазы, что предотвращает ингибирование в расположенном ниже по потоку ферментаторе, или они могут направляться на последующую внешнюю очистку и применение или на окисление для производства тепла.

Конденсация газовой фазы из одного или нескольких снижающих давление резервуаров, которая переводит газы в жидкое состояние, может осуществляться посредством использования части жидкости и/или водной суспензии, которая образуется в результате ферментации, в качестве охлаждающей среды.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения часть газовой фазы от предварительной обработки конденсируется посредством использования части содержимого ферментационного резервуара в качестве охлаждающей среды.

Термин часть газовой фазы означает частичное количество или полное количество газовой фазы в одном или нескольких снижающих давление резервуарах.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения фурфурали в конденсированной газовой фазе отделяются посредством экстракции. Фурфураль также известен как фуран-2-карбальдегид.

- 12 029554

Другие наименования представляют собой, например, фуран-2-карбоксальдегид, фураль, фурфуральдегид, 2-фуральдегид и пирослизевый альдегид.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения летучие кислоты из газовой фазы в одном или нескольких снижающих давление резервуарах конденсируются и после этого возвращаются в один или несколько ферментационных резервуаров, где они оказываются подходящими для применения в ферментации. Термин летучие кислоты означает кислоты, имеющие низкую температуру кипения, такие как угольная, уксусная и масляная кислоты.

Настоящее изобретение также предлагает устройство, обеспечивающее такие же преимущества, которые описаны для способа согласно настоящему изобретению.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для обработки материала биомассы, причем данное устройство включает один или несколько реакторов, один или несколько снижающих давление резервуаров, присоединенных к одному или нескольким реакторам для снижения давления на биомассу, и один или несколько ферментационных резервуаров, присоединенных к одному или нескольким снижающим давление резервуарам для ферментации, причем один или несколько ферментационных резервуаров присоединяются к одному или нескольким снижающим давление резервуарам для рециркуляции части содержимого ферментационного резервуара, которая смешивается с частью содержимого одного или нескольких снижающих давление резервуаров. Упоминаемый в настоящем документе термин один или несколько реакторов может также означать один или несколько реакторов термического гидролиза.

Ферментационный резервуар включает выпуск, который может находиться на верхней, боковой или нижней поверхностях для большинства применений, как должно быть известно специалисту в данной области техники. Однако для исходного материала некоторых типов может оказываться благоприятным установление различных значений продолжительности удерживания твердых частиц (§КТ) и продолжительности гидравлического удерживания (НКТ). Это может быть достигнуто посредством включения одного или нескольких сепараторов или сгустителей в устройство согласно настоящему изобретению.

Способ и устройство согласно настоящему изобретению могут дополнительно включать один или несколько сепараторов или сгустителей, предпочтительно один или несколько гидроциклонных сепараторов, присоединенных к рециркуляционному контуру от одного или нескольких ферментационных резервуаров для отделения твердых частиц, имеющих один выпуск с повышенным содержанием сухого вещества и один выпуск с пониженным содержанием сухого вещества, причем выпуск с повышенным содержанием сухого вещества может направляться обратно в ферментационный резервуар или может предпочтительно присоединяться к одному или нескольким снижающим давление резервуарам, и выпуск с пониженным содержанием сухого вещества может представлять собой выпуск продукта ферментационного резервуара.

Согласно настоящему изобретению могут использоваться в любом сочетании выпуски из ферментационных резервуаров, находящиеся на верхней, боковой или нижней поверхностях, и/или дополнительные выпуски из одного или нескольких сепараторов, имеющие пониженное содержание сухого вещества. Однако для получения наибольшей разности между 8КТ и НКТ выпуск через один или несколько сепараторов может быть доведен до максимума, и выпуск непосредственно из ферментационного резервуара может быть доведен до минимума.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способ или устройство дополнительно включает сепаратор, присоединенный к рециркуляционному контуру от одного или нескольких ферментационных резервуаров для отделения твердых частиц, имеющий один выпуск с повышенным содержанием сухого вещества и один выпуск с пониженным содержанием сухого вещества, причем выпуск с повышенным содержанием сухого вещества присоединяется к одному или нескольким снижающим давление резервуарам, и выпуск с пониженным содержанием сухого вещества представляет собой выпуск продукта ферментационного резервуара. Согласно данному варианту осуществления сепаратор предпочтительно может представлять собой гидроциклон.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способ или устройство дополнительно включает сепаратор для отделения твердых частиц, присоединенный к выпуску продукта ферментационного резервуара, причем данный сепаратор имеет один выпуск с повышенным содержанием сухого вещества и один выпуск с пониженным содержанием сухого вещества, выпуск с повышенным содержанием сухого вещества присоединяется к впуску в один или несколько реакторов термического гидролиза или присоединяется к впуску биомассы в один или несколько реакторов термического гидролиза, и выпуск с пониженным содержанием сухого вещества представляет собой выпуск продукта из процесса. Таким образом, отделяемая часть, имеющая повышенное содержание сухого вещества, может возвращаться в реактор термического гидролиза для второй обработки посредством термического гидролиза. Согласно данному конкретному варианту осуществления в качестве сепаратора предпочтительно могут выбираться центрифуга, ленточный сгуститель, ленточный пресс, фильтр-пресс и винтовой пресс. Устройство или способ может иметь единственный выпуск одного или нескольких продуктов через се- 13 029554 паратор, или могут одновременно присутствовать выпуск продуктов через сепаратор и непосредственно из ферментационного резервуара.

Сепаратор может, как правило, представлять собой циклон, такой как, например, гидроциклон, центрифуга, ленточный сгуститель, ленточный пресс, фильтр-пресс, винтовой пресс или любое другое соответствующее разделительное или обезвоживающее устройство.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения присутствуют три реактора, установленные параллельно. Число реакторов может отличаться от данного числа. Используя три реактора, можно обеспечивать непрерывное наполнение реакторов.

Устройство согласно настоящему изобретению может включать более чем снижающий давление резервуар. Посредством использования по меньшей мере двух снижающих давление резервуаров, установленных последовательно, оказывается возможным получение большего количества энергии.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения устройство может, но не обязательно, дополнительно включать теплообменник, присоединенный к одному или нескольким ферментационным резервуарам и одному или нескольким снижающим давление резервуарам для конденсации части газовой из одного или нескольких снижающих давление резервуаров посредством использования части содержимого ферментационного резервуара в качестве охлаждающей среды. В случае решения, включающего снижающие давление резервуар двух ступеней, второй резервуар может быть оборудован внутренним охлаждающим контуром вместо рециркуляции ферментационного резервуара.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения устройство дополнительно включает экстракционный компонент для отделения фурфуралей из конденсированной газовой фазы.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения теплообменник присоединяется к одному или нескольким ферментационным резервуарам для рециркуляции летучих кислот в конденсированной газовой фазе.

Отличительные признаки и варианты осуществления, которые описываются в настоящем документе по отношению к способу согласно настоящему изобретению, применяются с соответствующими изменениями к устройству согласно настоящему изобретению и наоборот.

Подробное описание чертежей

Фиг. 1 представляет способ и устройство для предварительной обработки фракций биомассы и органических отходов с последующим биологическим разложением, таким как анаэробная ферментация.

Полученная твердая фракция биомассы и/или органических отходов, как правило, в приемном/накопительном контейнере (а) направляется (Ь) через подающее устройство (с), обычно представляющее собой впускной клапан или паровую питающую систему, в один или несколько реакторов высокого давления (ά). Пар при высоком давлении (е) вводится в один или несколько реакторов, и посредством закрывания впускного и выпускного клапанов (с и ί) создается достаточное давление для осуществления благоприятного гидролиза принимаемой биомассы. Когда достигается достаточное давление пара, клапаны остаются закрытыми до тех пор, пока не проходит соответствующее время выдерживания. В зависимости от характеристик исходного материала может оказываться благоприятным удаление некоторых газов в течение времени нагревания и выдерживания. Если эти газы не высвобождаются, газы могут направляться в конденсационную систему (д) через снижающий давление клапан (й). После окончания времени выдерживания давление может уменьшаться посредством снижающего давление клапана (й) перед открытием выпускного клапана (ί). Когда выпускной клапан открывается, предварительно обработанный материал быстро выпускается в испарительный резервуар (]) через прочно закрепленную выпускную трубу (ί). Скорость выпуска определяется разностью давления между реактором и расположенным ниже по потоку испарительным резервуаром (]). Вследствие перепада давления конденсированный пар будет быстро испаряться и отделяться от материала и воды внутри испарительного резервуара (]). Избыточный пар вскипания, который выделяется внутри испарительного резервуара (]), высвобождается из верхней части испарительного резервуара через трубу. Пар вскипания предпочтительно направляется в конденсатор (д). Конденсатор, предпочтительно состоящий из башенного охладителя с циркуляционным насосом (к) и конденсатным холодильником (1), сжижает избыточный пар. В качестве альтернативы конденсатор может работать с холодной охлаждающей водой, которая вводится непосредственно в конденсатор (д). Неконденсирующиеся газы (т) выпускаются из конденсатора, и при этом и может оказаться необходимой дезодорационная обработка. Конденсат выпускается обратно в испарительный резервуар (п), направляется через трубы (о) в осуществляемый ниже по потоку процесс или выделятся из процесса, возможно, для последующей обработки в целях регенерации химических веществ (р). Подвергнутый разложению биологический материал, например продукт ферментации из одного или нескольких расположенных ниже по потоку анаэробных ферментаторов (д). возвращается в испарительный резервуар посредством циркуляционного насоса (г) ферментатора. Перемешивание внутри испарительного резервуара осуществляется посредством введения в испарительный резервуар ниже уровня жидкости (ΐ). Если оказывается предпочтительной конденсация внутри испарительного резервуара, возвращаемый поток направляется в верхнюю часть испарительного резервуара через сопло (δ), и при этом испарительный резервуар служит в качестве охладителя для конденсации пара вскипания. Такая конденсация может оказываться неблагоприятной вследствие образования ингибиторов. В таком случае конденсация

- 14 029554 должна осуществляться внутри отдельного конденсатора (д). Смесь, содержащая предварительно обработанный материал, конденсат и возвращаемый разложенный биологический материал, такой как продукт ферментации, будет перекачиваться в процесс, осуществляемый ниже по потоку, например, в анаэробном ферментаторе (с|). посредством питающего насоса (и). В зависимости от предпочтительной температуры в осуществляемом ниже по потоку процессе охлаждение может осуществляться в холодильнике (ν или те).

Жидкая биомасса (х), для которой является благоприятной предварительная термическая обработка, может добавляться в реактор (й) непосредственно или через подающую систему (а или Ь) в целях благоприятного перемешивания перед реактором.

Жидкая биомасса (у), для которой является менее благоприятной предварительная термический обработка, может направляться непосредственно в испарительный резервуар или в циркуляционный контур ферментатора (ζ-1 или ζ-2). Для переноса жидкой биомассы в процесс должны быть выбраны соответствующие насосы (аа и аЬ).

Фиг. 3 представляет следующий пример способа и устройства для первой предварительной обработки биомассы, например органических отходов, и для последующего биологического разложения посредством ферментации. Фиг. 3 соответствует описанию для фиг. 1, за исключением того, что здесь отсутствует конденсатный холодильник (1), и конденсат (п) не выпускается обратно в испарительный резервуар (]), однако представлены два возможных соединения для разбавления водой, один через рециркуляционный контур в испарительный резервуар (а.Г) и один, присоединенный к впуску (с) в реактор термического гидролиза (й). Кроме того, представлен сепаратор или сгуститель (ас), присоединенный к рециркуляционному контуру между ферментационным резервуаром (с|) и испарительным резервуаром (ί), сепаратор (ас,) имеющий выпуск (ай). Прямой выпуск из ферментационного резервуара (д) представлен как (ае).

Фиг. 4 представляет следующий пример способа и устройства для первой предварительной обработки биомассы посредством термического гидролиза (й) и влажного разрушения (]) и последующей ферментации получаемого промежуточного продукта в ферментационном резервуаре (с|). причем часть содержимого ферментационного резервуара переносится через рециркуляционный контур (ΐ) в снижающий давление резервуар (]). Принимаемая твердая фракция биомассы и/или органических отходов, находящаяся, как правило, в приемном/накопительном контейнере (а), перемещается (Ь) через подающее устройство (с), например впускной клапан или паровую питающую систему, в один или несколько реакторов высокого давления (й). Жидкая биомасса (х), для которой является благоприятным термический гидролиз, может добавляться в реактор (й) непосредственно или через питающую систему (а или Ь) для благоприятного перемешивания перед реактором. Пар при высоком давлении (е) вводится в один или несколько реакторов (й), и посредством закрытия впускного и выпускного клапанов (с и Г) обеспечиваются достаточные значения давления и температуры для осуществления благоприятного гидролиза принимаемой биомассы. Когда достигается достаточное давление пара, клапаны остаются закрытыми до тех пор, пока не истекает соответствующее время выдерживания. В зависимости от характеристик исходного материала, это может оказываться благоприятным для удаления некоторых газов через снижающий давление клапан (й). Давление может уменьшаться посредством снижающего давление клапана (й). Когда выпускной клапан (Г) открывается, предварительно обработанный материал быстро выпускается в снижающий давление резервуар (]) через выпускную трубу (ί). Скорость выпуска определяется разностью давления между реактором и расположенным ниже по потоку снижающим давление резервуаром (]). Вследствие перепада давления конденсированный пар быстро испаряется и может высвобождаться из верхней части снижающего давление резервуара через трубу. Подвергнутый ферментации материал, например продукт ферментации, из одного или нескольких расположенных ниже по потоку ферментационных резервуаров (д) возвращается в снижающий давление резервуар (]) с помощью циркуляционного насоса (г) ферментатора и через сепаратор или сгуститель (ас). Сепаратор (ас), имеющий выпуск (ай) и дополнительный непосредственный выпуск из ферментационного резервуара (с|). представлен как (ае). Посредством введения в снижающий давление резервуар ниже уровня жидкости (ΐ) осуществляется перемешивание внутри снижающего давление резервуара (]). Если оказывается предпочтительной конденсация внутри снижающего давление резервуара (]), возвращаемый поток направляется в верхнюю часть снижающего давление резервуара (]) через сопло (8) и при этом служит в качестве охладителя для конденсации пара вскипания. Смесь, содержащая предварительно обработанный материал и возвращаемый разложенный биологический материал, такой как продукт ферментации, перекачивается в процесс, осуществляемый ниже по потоку, например, в одном или нескольких ферментационных резервуарах (д), посредством питающего насоса (и). В зависимости от предпочтительной температуры в осуществляемом ниже по потоку процессе охлаждение может осуществляться в холодильнике (ν или те). Жидкая биомасса (у), для которой является менее благоприятной предварительная термическая обработка, может направляться непосредственно в снижающий давление резервуар (]) или в циркуляционный контур из ферментационного резервуара (ζ-1 или ζ-2). Вода для разбавления может направляться в процесс через рециркуляционный контур (аГ) в испарительный резервуар (]) или непосредственно (ад) через впуск (с) в реактор термического гидролиза (й). Соответствующие насосы (аа и аЬ) должны быть выбраны для переноса в

- 15 029554 процесс жидкой биомассы. Непосредственный выпуск из ферментационного резервуара (д) представлен как (ае).

Фиг. 5 представляет следующий вариант осуществления настоящего изобретения, согласно которому часть содержимого ферментационного резервуара (д) обезвоживается в сепараторе (ай) и возвращается, представляя собой так называемый обезвоженный осадок, имеющий повышенное содержание сухого вещества (сухого твердого вещества), в питающую линию (а) для стадии гидролиза, и в результате этого происходит перемешивание с материалом биомассы, поступающим в процесс другим путем.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ обработки материала биомассы, включающий, по меньшей мере, следующие стадии: предварительная обработка вышеупомянутого материала биомассы, включающая следующие стадии:

2. Способ по п.1, в котором промежуточный продукт имеет температуру выше 100°С.

2) влажное разрушение, производящее промежуточный продукт, имеющий концентрацию сухого вещества выше 25% и температуру выше 90°С, последующая ферментация вышеупомянутого промежуточного продукта в ферментационном резервуаре, и дополнительно отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный продукт вводится в вышеупомянутый ферментационный резервуар посредством его перемешивания с частью содержимого вышеупомянутого ферментационного резервуара, которая перемещается в рециркуляционном контуре, выходящем из вышеупомянутого ферментационного резервуара, причем вышеупомянутое перемешивание осуществляется перед тем, как смесь вышеупомянутого промежуточного продукта и вышеупомянутой части содержимого вышеупомянутого ферментационного резервуара поступает в вышеупомянутый ферментационный резервуар; и после вышеупомянутого перемешивания и до поступления смеси в ферментационный резервуар значение рН составляет более 6.

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, в котором промежуточный продукт имеет рН ниже 5.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором способ дополнительно включает влажное окисление, которое осуществляют после термического гидролиза и до влажного разрушения.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором часть содержимого ферментационного резервуара перемешивается с промежуточным продуктом таким образом, что перемешиваются по меньшей мере 10 объемных частей содержимого ферментационного резервуара с одной объемной частью промежуточного продукта.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором часть газовой фазы от предварительной обработки конденсируется посредством использования части содержимого ферментационного резервуара в качестве охлаждающей среды.

7. Способ по п.6, в котором фурфурали в конденсированной газовой фазе отделяются посредством экстракции.

8. Способ по п.6, в котором летучие кислоты в конденсированной газовой фазе возвращаются в ферментационный резервуар.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором материал биомассы, введенный в процесс, имеет концентрацию сухого вещества выше 50 мас.%.

10. Способ по любому из пп.1-9, в котором материал биомассы, введенный в процесс, выбирается из группы, которую составляют солома, древесина, волокна, щепки, бумажная масса, ил и бытовые отходы.

11. Способ по любому из пп.1-10, в котором термический гидролиз осуществляется при температуре выше 140°С и продолжается в течение от 5 до 30 мин, и после этого влажное разрушение осуществляется посредством уменьшения давления от 5-35 бар (0,5-3,5 МПа) до атмосферного давления (0,1 МПа).

12. Способ по п.1, в котором ферментация вышеупомянутого промежуточного продукта в ферментационном резервуаре производит продукт ферментации, имеющий рН в интервале от 7 до 8,5.

13. Способ по п.1, в котором после перемешивания промежуточного продукта с продуктом ферментации, возвращенным из ферментационного резервуара, и до поступления смеси в вышеупомянутый ферментационный резервуар значение рН составляет более 6,5.

14. Способ по п.1, в котором объемное соотношение содержимого ферментационного резервуара, которое смешивается с промежуточным продуктом, находится в интервале от 3:1 до 30:1.

15. Способ по любому из пп.1-4, в котором часть содержимого ферментационного резервуара перемешивается с промежуточным продуктом таким образом, что перемешивается по меньшей мере 20 объемных частей содержимого ферментационного резервуара с одной объемной частью промежуточного продукта.

- 16 029554