MX2008013981A - Proceso para el tratamiento de biomasa lignocelulosica. - Google Patents

Abstract

Un proceso para el tratamiento de biomasa para hacer más accesibles y/o digeribles los carbohidratos estructurales, utilizando hidróxido de amonio concentrado con o sin adición de amoniaco anhidro. El proceso utiliza preferentemente vapor para depurar el amoniaco de la biomasa para el reciclamiento. Los rendimientos, del proceso de los monosacáridos provenientes de los carbohidratos estructurales, son buenos, particularmente como son medidos por la hidrólisis enzimática de los carbohidratos estructurales. Los monosacáridos son utilizados como alimentaciones animales y como fuentes de energía para la producción de etanol.

Description

PROCESO PARA EL TRATAMIENTO DE BIOMASA LIGNOCELULOSICA CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un proceso para el tratamiento de una biomasa lignocelulósica con un hidróxido de amonio concentrado y preferentemente con gas amoniaco para incrementar la disponibilidad de los carbohidratos estructurales (polisacáridos ) . Preferentemente, el vapor bajo presión es utilizado para retirar el amoniaco de la biomasa para el reciclamiento . En particular, la presente invención se refiere a un proceso que hace posible la conversión eficiente de los polisacáridos a monosacáridos preferentemente mediante hidrólisis enzimática.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Una amplia variedad de métodos (por ejemplo, ácidos o bases concentrados o diluidos, altas temperaturas, radiación de diversas formas) han sido utilizados para pre-tratar la biomasa lignocelulósica para extraer carbohidratos estructurales que van a ser utilizados para obtener monosacáridos para muchos usos diferentes. La meta de estos pretratamientos es incrementar la velocidad y/o el rendimiento al cual son subsecuentemente obtenidos los monoscáridos a partir de los carbohidratos estructurales por medios químicos o bioquímicos tales como catálisis ácida, Ref. : 197810 catálisis enzimática, fermentación o digestión animal. En general, estos pretratamientos no han llegado al funcionamiento económico y técnico deseado por varias razones: 1) muchos pretratamientos degradan algunos de los azúcares, por ejemplo, a ácidos o aldehidos, reduciendo de este modo los rendimientos e inhibiendo la conversión biológica subsiguiente de los azúcares remanentes; 2) cuando son utilizados productos químicos en el pretratamiento, es frecuentemente difícil de recuperar estos tratamientos químicos a un costo razonable; 3) los productos químicos residuales pueden afectar negativamente las operaciones de conversión corriente abajo; y 4) la efectividad de muchos pretratamientos es limitada de modo que las conversiones finales de los carbohidratos estructurales obtenidos independientemente del rendimiento perdido por las reacciones de degradación de azúcares es inadecuado para la economía de procesos competitivos. De este modo, existen muchos métodos de la técnica anterior, y éstos tienen numerosos inconvenientes incluyendo aquellos anteriormente detallados. Los monosacáridos suficientemente baratos provenientes de la biomasa vegetal renovable puede volverse la base de las industrias químicas y de combustibles, reemplazando o sustituyendo el petróleo y otros materiales de alimentación fósiles. Los pretratamientos económicos y efectivos son requeridos para hacer a estos monosacáridos disponibles a un alto rendimiento y a un costo aceptable. La técnica anterior en el pretratamiento de la biomasa vegetal con amoniaco liquido anhidro o soluciones de hidróxido de amonio, es extensa. Ilustrativas son las siguientes patentes y referencias de la literatura: Patente de los Estados Unidos No. 4,600,590 a Dale Patente de los Estados Unidos No. 4,644,060 a Chou Patente de los Estados Unidos No. 5,037,663 a Dale Patente de los Estados Unidos No. 5,171,592 a Holtzapple et al. Patente de los Estados Unidos No. 5,865,898 a Holtzapple et al. Patente de los Estados Unidos No. 5,939,544 a arsents et al.

Patente de los Estados Unidos No. 5,473,061 a Bredereck et al. Patente de los Estados Unidos No. 6,416,621 a Karstens Patente de los Estados Unidos No. 6,106,888 a Dale et al. Patente de los Estados Unidos No. 6,176,176 a Dale et al. Félix, A., et al., Anim. Prod. 51 47-61 (1990) Waiss, A. C, Jr . , et al ., Journal of Animal Science 35 No. 1, 109-112 (1972). Todas estas patentes y publicaciones son incorporadas por referencia en la presente en su totalidad. En particular, la explosión de fibra de amonio (AFEX) representa un pretratamiento único y efectivo para convertir biológicamente la biomasa lignocelulósica en etanol (Dale, B. E., 1986. Patente de los Estados Unidos 5,037,663; Dale, B.E., 1991. Patente de los Estados Unidos 4,600,590; Alizadeh, H., F. Teymouri, T.I. Gilbert, B. E. Dale, 2005.

Pretreatment of Switchgrass by Ammonia Fiber Explosión.

Applied Biochemistry and Biotechnology , 121-124:1133-1141; Dale, B. E., 1991. Patente de los Estados Unidos 4,600,590; Dale, B. E . , 1986. Patente de los Estados Unidos 5,037,663) .

En el pretratamiento AFEX, la biomasa lignocelulósica es expuesta a amoniaco concentrado a presiones elevadas, suficiente para mantener el amoniaco en fase liquida y temperaturas moderadas (por ejemplo, alrededor de 100°C) .

Los tiempos de residencia en el reactor AFEX son en general de al menos de 30 minutos. Para terminar la reacción AFEX, la biomasa pretratada es despresurizada (movida de prisa) .

El proceso AFEX no está limitado a amoniaco anhidro con AFEX. Se agrega algo de agua a la biomasa, de modo que cualquier amoniaco anhidro es inmediatamente convertido a una mezcla de agua amoniacal concentrada al comienzo del tratamiento AFEX. La recuperación del amoniaco utilizado en el pretratamiento AFEX es un objetivo clave cuando se integra el AFEX dentro de un diseño de proceso de conversión de biomasa más amplio. El diseño de recuperación de amoniaco existente (Eggeman, T. 2001. Ammonia Fiber Explosión Pretreatment for Bioethanol Production, National Renewable Energy Laboratory (NREL) Subcontract No. LCO-1-31055-01 ) , el cual se describe en la Figura 1, recurre a la compresión de amoniaco, el cual es vaporizado como resultado de la operación de movimiento instantáneo, y separando el amoniaco liquido que permanece en contacto con los sólidos pretratados vía la evaporación en un secador. El vapor resultante, el cual también contiene agua, es luego distribuido hacia una columna de destilación para purificar el amoniaco. El amoniaco proveniente de la columna es bombeado a presión, y junto con el amoniaco comprimido instantáneamente, es reciclado al reactor AFEX. La Figura 1 muestra el procedimiento de recuperación de amoniaco, existente. La Figura 1 muestra el sistema 10 de la técnica anterior que incluye un recipiente reactor AFEX 12, cerrado, dentro del cual la biomasa, el agua y el amoniaco son introducidos bajo presión. La válvula Vi es utilizada para liberar la presión del recipiente 12. La biomasa tratada es transferida a un secador caliente 14. La biomasa seca es transferida fuera del secador 14 para el tratamiento subsiguiente. El amoniaco proveniente del secador 14 es condensado por el condensador 22 y enviado a la columna de suspensión 16. El agua es removida y condensada por el condensador 18. El amoniaco es condensado en el condensador 20 y reciclada hacia el recipiente 12. El gas amoniaco es presurizado en un compresor 24, condensado y reciclado hacia el recipiente 12. El problema es que los procesos producen ya sea rendimientos bajos de los monosacáridos y/o requieren cantidades grandes de amoniaco liquido o soluciones de hidróxido de amonio. Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso que combina de manera efectiva el uso del hidróxido de amonio concentrado para extraer los carbohidratos estructurales con un reciclamiento efectivo de amoniaco. Además, un objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso económico que hace posible la producción de monosacáridos con un alto rendimiento a partir de los carbohidratos estructurales. Estos y otros objetivos se volverán cada vez más aparentes por referencia a la siguiente descripción y a las Figuras.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un proceso para el tratamiento de carbohidratos estructurales en biomasa lignocelulósica que comprende: (a) hacer reaccionar la biomasa con una solución caliente de hidróxido de amonio acuoso que tiene una concentración mayor de aproximadamente 30% en peso de amoniaco en un recipiente cerrado a 50°C o superior, a una presión elevada desde la presión atmosférica mientras que se manipula simultáneamente la temperatura, una proporción en masa del amoniaco a una biomasa seca y una proporción en masa del agua a la biomasa seca, para incrementar la capacidad de digestión y/o la accesibilidad de los carbohidratos estructurales; (b) libera rápidamente la presión en el recipiente; (c) recuperar al menos algo del amoniaco y del hidróxido de amonio a partir de la biomasa y la solución; y (d) procesar opcionalmente además la biomasa tratada por medio de enzimas, conversión microbiana y procesos digestivos animales. Preferentemente, los carbohidratos estructurales son recuperados como una mezcla de glucosa, xilosa, arabinosa y otros azúcares en el paso (d) Preferentemente, los carbohidratos estructurales hechos disponibles por el tratamiento adicional que es la conversión microbiana que produce ácidos orgánicos, alcoholes y otros subproductos. Preferentemente los carbohidratos hechos disponibles por el proceso son utilizados por procesos digestivos animales en dietas animales de rumiantes o no rumiantes. Preferentemente, la temperatura de la mezcla del amoniaco, la biomasa y el agua en el recipiente cerrado está a una temperatura entre aproximadamente 50°C y 120°C. Preferentemente, la presión en el recipiente cerrado está entre aproximadamente 4 y 50 atm(4.1 y 51.66kg/cm2) . Preferentemente, el gas amoniaco es agregado al recipiente para rellenar cualquier espacio vacio en el recipiente. El tratamiento con amoniaco no solubiliza directamente mucha de la biomasa. Aproximadamente 20% de la hemicelulosa (principalmente polímeros de xilano) puede ser solubili zada , pero esencialmente ninguno de los polisacáridos estructurales de glucano (celulosa) son solubili zados . Lo que sucede es que éstos son "activados" o hechos mucho más susceptibles a la hidrólisis. El término "carbohidratos estructurales" significa la celulosa y la hemicelulosa . La presente invención también se refiere a un proceso para el tratamiento de una biomasa vegetal que contiene material lignocelulósico, que comprende carbohidratos estructurales con agua naturalmente presente en la biomasa, para producir carbohidratos estructurales más digeribles o accesibles, que comprende: (a) hacer reaccionar la biomasa con una solución acuosa caliente de hidróxido de amonio, en una cantidad mayor de aproximadamente 30% en peso de amoniaco en la solución acuosa de hidróxido de amonio en un recipiente cerrado, a una presión elevada y a una temperatura elevada sin degradar la lignocelulosa , para retirar los carbohidratos estructurales de la biomasa hacia la solución, en donde una cantidad de agua proporcionado con la biomasa es mayor del 1% en peso y menor del 50% en peso de la biomasa; (b) liberar la presión de la biomasa en el recipiente; (c) retirar una suspensión de la biomasa con los carbohidratos estructurales desde el recipiente; y (d) depurar la solución de hidróxido de amonio y amoniaco a partir de la suspensión para proporcionar los carbohidratos estructurales en la suspensión, en donde más del 85% de la glucosa disponible en los carbohidratos estructurales puede ser recuperada como resultado de la hidrólisis enzimática de los carbohidratos estructurales. Preferentemente, el amoniaco es reciclado. Preferentemente, los azúcares comprenden una mezcla de xilosa y glucosa. Preferentemente, una temperatura de la mezcla del amoniaco, la biomasa y el agua en el recipiente cerrado está entre aproximadamente 50 y 120°C. Preferentemente, es agregado gas amoniaco para rellenar cualquier espacio vacio en el recipiente. Preferentemente, la presión es liberada rápidamente. Preferentemente, la presión está entre aproximadamente 6.9 y 20.7 atm(7.12 y 21.38 kg/cm2 ) . La presente invención se refiere además a un proceso para la recuperación del amoniaco a partir de un tratamiento de explosión de fibra de amoniaco (AFEX) de una biomasa lignocelulósica que comprende: (a) el tratamiento de la biomasa con una solución acuosa de hidróxido de amonio en un recipiente de reacción cerrado, bajo presión para formar una suspensión; (b) liberar la presión en el recipiente del recipiente de reacción y bombear la suspensión hacia una columna de depuración; (c) depurar o retirar el amoniaco de una porción superior de la columna de depuración, utilizando vapor bajo presión con eliminación de una suspensión depurada desde una porción inferior de la columna; (d) introducir el amoniaco retirado de la porción superior de la columna hacia un mezclador y agregar agua bajo presión al mezclador, para formar una solución acuosa diluida de amoniaco; (e) enfriar la solución acuosa diluida de amoniaco proveniente del mezclador; y (f) introducir la solución acuosa enfriada de amoniaco hacia el recipiente de reacción, junto con la biomasa adicional bajo presión. Preferentemente, la reacción es continua. La presente invención también se refiere a un sistema para realizar el proceso como se describe en la presente . La sustancia y ventajas de la presente invención se volverán cada vez más aparente por referencia a las siguientes figuras y a la descripción.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La Figura 1 es un diagrama de flujo del proceso para un pretratamiento AFEX de la técnica anterior con recuperación y reciclamiento de amoniaco. La Figura 2 es un diagrama de flujo del proceso para la presente invención para el pretratamiento AFEX con una recuperación eficiente del amoniaco.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La biomasa celulósica contiene grandes cantidades de carbohidratos estructurales o polisacáridos (celulosa, hemicelulosa , y similares) que pueden proporcionar azúcares simples mucho menos caros de la fermentación o la transformación no biológica, hacia una variedad de productos o como alimentos animales mejorados. No obstante, estos poliscáridos son difíciles de acceder. La presente invención proporciona el proceso de pret ratamiento utilizando hidróxido de amonio concentrado bajo presión para mejorar la accesibilidad/digestibilidad a partir de una biomasa celulósica. La presente invención utiliza preferentemente combinaciones de amoniaco anhidro y soluciones concentradas de hidróxido de amonio para obtener resultados que no son obtenidos ya sea por el hidróxido de amonio diluido o por el amoniaco anhidro que actúan solos. En la presente invención el material 1 i gnoce 1 u 1 ó s i co es tratado con un hidróxido de amoniaco concentrado en una cantidad mayor de 30% en peso, en una solución de hidróxido de amonio. El proceso puede ser realizado en un reactor continuo o en un reactor por lotes como en los Ejemplos. La biomasa contiene agua que está naturalmente presente. Típicamente, esta agua natural representa aproximadamente 1% hasta 20% en peso de la biomasa. En general, esta agua natural tiende a ser enlazada en la biomasa y de este modo el agua que está principalmente involucrada es aquella agregada con la solución de hidróxido de amonio. El agua puede ser también agregada a la biomasa y, si es asi, entonces ésta se mezcla con el hidróxido de amonio para proporcionar la solución de hidróxido de amonio. Hasta 50% de la biomasa puede ser agua agregada . El término "biomasa lignocelulósica" significa una lignina de origen natural y el material basado en celulosa. Tales materiales son, por ejemplo, alfalfa, paja de trigo, mazorcas de maíz, fibra de madera y similares. Preferentemente, los materiales son desmenuzados en partículas en una dimensión más larga. El término "carbohidratos estructurales" significa los materiales po 1 i s a cá r i do s que contienen porciones mono s a cá r i da s disponibles mediante hidrólisis . La proporción en masa de una biomasa de 1 i gno ce luí o s a al amoniaco es preferentemente 1 a 1. La temperatura de reacción es preferentemente de 90°C; no obstante, la temperatura puede estar entre 50°C y 120°C. La presión está preferentemente entre 6.9 a .7 atm (7.12 a 21.38kg/cm2) ; no obstante, pueden ser utilizadas presiones entre 4 y 50 atm(4.13 y 51.66kg/cm2) . Las soluciones calientes de hidróxido de sodio/agua o los vapores calientes de amon i a co / agua pueden ser agregados para triturar la biomasa 1 i gnoce lu 1 ó s i c a en un recipiente contenido, para obtener temperaturas finales de la mezcla de 50°C o superiores, preferentemente de 90°C. Una proporción en peso preferida del amoniaco a la biomasa seca fue de aproximadamente 0.2 a 1.0. Una proporción en masa preferida del agua a la biomasa seca fue de aproximadamente 0.4 a 1.0. La Figura 2 muestra el sistema 100 mejorado con el recipiente reactor AFEX. La suspensión es directamente enviada a la columna de depuración 104 y al condensador 106 y es enviada al mezclador 108 para la adición del agua. Se utiliza vapor a alta presión en la columna de depuración 104 para retirar el amoniaco de la suspensión. La suspensión acuosa caliente es removida del fondo de la columna de depuración. Los condensadores 110 y 112 son utilizados para enfriar la mezcla de agua y amoniaco que es reciclada hacia el recipiente 102. Al comparar las Figuras 1 y 2, se puede observar que el proceso es más eficiente.

EJEMPLOS 1 AL 20 Un recipiente de presión 102 de 300 mi fue primeramente llenado con una masa dada de forraje de maíz humedecido al nivel de humedad deseado como se indica en la Tabla 1, y el recipiente 102 fue sellado. Luego se preparó una mezcla concentrada de hidróxido de amonio al mezclar las proporciones correctas del amoniaco anhidro y agua en otro recipiente a presión y esta mezcla fue agregada al forraje de maíz en el recipiente reactor 102 de 300 mi para alcanzar el nivel final deseado de amoniaco y agua. En este caso, el objetivo fue 1 kg de amoniaco por kg de biomasa seca, y 0.6 kg de agua por kg de biomasa seca. La mezcla de amoniaco, el agua y la biomasa fue luego calentada a 90°C, mantenida a esa temperatura por 5 minutos y la presión se liberó rápidamente . El sólido resultante fue hidrolizado a mezclas de monosacár idos que contenían, por ejemplo, glucosa, xilosa y arabinosa. Los resultados de la presente invención son mostrados en la Tabla 1 en los Ejemplos 2 al 15.

Tabla 1 - Rendimientos de glucosa y xilosa del forraje de maíz tratado con amoniaco, después de 168 horas (7 días) para la hidrólisis con una enzima de celulosa. Se utilizaron diferentes concentraciones de amoniaco. Todas las corridas son a 1 kg de NH3:1 kg de forraje seco (BM) , temperatura del reactor 90°C, 0.6 kg de agua/kg de forraje seco (excepto por los últimos 4 experimentos 17 al 20) y un tiempo de residencia de 5 minutos. 15 FPU de enzima celulasa/gramo de glucano en BM. (a) El Ejemplo Comparativo 1 muestra el proceso AFEX descrito en las Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,600,590 y 5,037,663 a Dale, ejemplificadas por la Figura 1. Los Ejemplos Competitivos 16 al 19 (b) muestran los resultados a presión atmosférica con hidróxido de amonio, el Ejemplo 20 (c) muestra el proceso sin amoniaco. La Tabla 1 muestra los resultados para la conversión de forraje de maíz a glucosa y xilosa después del tratamiento con amoniaco y agua. La cantidad total de agua, amoniaco y la biomasa y la temperatura del sistema es la misma en todos los casos. La biomasa fue tratada con 1 kg de amoniaco por 1 kg de biomasa seca (el forraje no tratado tiene un contenido de humedad de aproximadamente 15% en base seca) . Los experimentos fueron corridos a 90°C con un tiempo de retención de 5 minutos a esa temperatura, y el material tratado del Ejemplo 1 fue hidrolizado con 15 unidades de papel filtro de celulosa por gramo de celulosa en el forraje. Desde el punto de vista de las condiciones finales a las cuales fue sometido el forraje, estas condiciones son idénticas. Las primeras dos (2) columnas de la Tabla muestran cómo fue realizado esto. Por ejemplo, la columna titulada "Adición de Amoniaco" muestra si el amoniaco (como NH3) fue o no agregado como amoniaco anhidro o bien como hidróxido de amonio (amoniaco en agua) . Por ejemplo, "todo NH3" significa que todo el amoniaco fue agregado a la biomasa como amoniaco liquido anhidro como en el Ejemplo 1 directamente desde el tanque a presión. "TODO NH4OH" significa que todo el amoniaco fue agregado como hidróxido de amonio acuoso. La segunda columna muestra si el agua fue agregada al forraje directamente, o bien agregada como parte del hidróxido de amonio. En la primera hilera, "todo NH3" y "Toda el agua en BM" significa que todo el amoniaco fue agregado como anhidro y toda el agua estuvo en la biomasa como en el Ejemplo 1. El último grupo de hileras es para "Todo NH4OH" que significa que todo el amoniaco fue agregado como hidróxido de amonio y el agua fue agregada ya sea al forraje o con el hidróxido de amonio. De este modo, dependiendo de cómo son agregados el amoniaco y el agua, son obtenidos resultados muy diferentes. Ochenta y cinco por ciento (85%) de conversión de la celulosa a glucosa es utilizado como el mínimo para un proceso de costo competitivo. Utilizando ese criterio, el volumen final muestra el porcentaje de rendimiento después de 168 horas de hidrólisis para la glucosa (G) y la xilosa (X) . En ningún caso, cuando toda el agua fue agregada como hidróxido de amonio (hidróxido de amonio comparativamente más diluido) es el criterio de 85% logrado. A partir de la Tabla 1 aparece que la concentración del amoniaco es importante. El agua naturalmente asociada con la biomasa no actúa como el agua libre disponible para diluir el amoniaco. Las características específicas del proceso de la presente invención que la hace más ventajosa que los métodos de la técnica anterior son como sigue: (1) éste no degrada los carbohidratos de la biomasa, de modo que el rendimiento no está comprometido debido al pretratamiento; (2) son obtenidos altos rendimientos totales de glucosa (casi 100% de teórico) y 85% de los rendimientos teóricos de la xilosa; (3) son necesarias bajas velocidades de aplicación de las enzimas hidrolíticas de otro modo caras, para obtener estos rendimientos, (4) el amoniaco residual puede servir como una fuente de nitrógeno para las fermentaciones subsiguientes u operaciones de alimentación de animales; (5) la biomasa y los polisacáridos tratados pueden ser alimentados a niveles de sólidos muy altos a las operaciones subsiguientes del proceso, con lo cual se incrementa la concentración de todos los productos y se reduce el gasto de producción de otros productos químicos a partir de los polisacáridos; y (6) el uso de las combinaciones de amoniaco e hidróxido de amonio se ajusta bien a las operaciones de recuperación para el amoniaco . Los mercados que pueden utilizar esta invención incluyen: (1) la industria química de los Estados Unidos que está comenzando a desplazarse lejos del petróleo como una fuente de alimentaciones químicas, y está interesada en monosacáridos baratos como productos químicos de plataforma para nuevos procesos sustentables ; (2) la industria de la fermentación, especialmente la industria de la producción de etanol para combustible, que está también interesada en azúcares baratos provenientes de biomasa vegetal; y (3) la industria alimenticia de animales que es fuertemente afectada por el costo de los carbohidratos/calorías disponibles para elaborar alimentos animales de varios tipos. El siguiente Ejemplo 16 describe dos (2) características de diseño que reducen los requerimientos de energía de proceso con relación a los diseños existentes de la recuperación de amoniaco para el pretratamiento AFEX: (1) la depuración con vapor del material pretratado; y (2) la condensación por apagado con agua de vapor de amoniaco. La Figura 2 presenta un diagrama de flujo de proceso de estas características en el contexto del diseño de pretratamiento AFEX, más amplio.

Depuración con Vapor de Material Pretratado Después de que se completa el pretratamiento AFEX, el material pretratado es movido instantáneamente a una menor presión, como en el diseño existente. De manera contraria al diseño existente; no obstante, la presente invención utiliza la depuración con vapor de los sólidos pretratados resultantes para recuperar el amoniaco residual. Esta característica hace posible la eliminación del secado de los sólidos de energía intensa, que se utiliza en el diseño de la Figura 1. El equipo de procesamiento puede ser similar a aquel utilizado para el secado directo con vapor de los sólidos, para lo cual existe un número cada vez mayor de ejemplos comerciales (Kudra, T., A.S. Mujumdar, 2002. Advanced Drying Technologies, New York, NY: Marcel Dekker, Inc.; Pronyk, C, S. Cenkowski, 2003. "Superheating Steam Drying Technologies". ASAE eeting Presentation, Paper Number RRV03-0014) .

Condensación por Apagado con Agua de Vapor de Amoniaco El vapor de amoniaco que viene de la columna de depuración con vapor de recuperación de amoniaco, es combinado con vapor de amoniaco que surge de la operación de movimiento instantáneo post-AFEX y condensado primeramente por la adición de agua en el mezclador y luego enfriando indirectamente la solución acuosa en dos pasos, primeramente con agua de enfriamiento, y luego con agua enfriada. La mezcla acuosa condensada es luego presurizada vía el bombeo del líquido y reciclada hacia el reactor AFEX. Estos pasos eliminan la necesidad para la compresión de vapor de amoniaco que es utilizada en el diseño de la Figura 1.

Utilidad de la Invención Con base en el proceso Aspen Plus (un software de modelación comercialmente disponible) que realiza las simulaciones del proceso de las Figuras 1 y 2, la presente invención requiere energía de proceso significativamente menor con relación al diseño existente, como es indicado en la Tabla 2. Además, se anticipa que la invención dará como resultado también menores costos de procesamiento.

Tabla 2. Comparación de los requerimientos de energía del proceso: el diseño propuesto versus existente para el pretratamiento AFEX con recuperación de amoniaco. 1,2 Energía Requerida del Energía Requerida del Diseño de la Figura 1 Diseño de la Figura 2 Flujo de energía (% de material de (%de material de alimentación LHV) alimentación LHV) Vapor al secador 7.73% - Vapor a la columna NH3 2.87% 3.82% Energía al compresor 0.02% - Energía a la unidad de 0.14% agua enfriada TOTAL 10.62% 3.96% La energía necesaria para lograr la temperatura de reacción AFEX es cumplida completamente con el calor del mezclado entre el amoniaco y el agua en el reactor. Ambos diseños utilizan las mismas cargas de amoniaco y agua: 0.3 g de NH3/g de biomasa; 0.5 g de H20/g de biomasa .

Mientras que la presente invención es descrita en la presente con referencia a las modalidades ilustradas, se debe entender que la invención no está limitada a éstas. Aquellos que tienen experiencia ordinaria en la técnica y accedan a las enseñanzas de la presente, reconocerán modificaciones y modalidades adicionales dentro del alcance de la misma. Por lo tanto, la presente invención está limitada únicamente por las reivindicaciones anexas en la presente . Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (17)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Un proceso para el tratamiento de carbohidratos estructurales en biomasa lignocelulósica , caracterizado porque comprende: (a) hacer reaccionar la biomasa con una solución acuosa caliente de hidróxido de amonio que tiene una concentración mayor de aproximadamente 30% en peso de amoniaco en un recipiente cerrado a 50°C o por arriba, a una presión elevada de presión atmosférica, mientras que se manipula simultáneamente la temperatura, una proporción en masa del amoniaco a una biomasa seca y una proporción de masa del agua a la biomasa seca para incrementar la capacidad de digestión y/o accesibilidad de los carbohidratos estructurales; (b) liberar rápidamente la presión en el recipiente ; (c) recuperar al menos algo del amoniaco y del hidróxido de amonio de la biomasa y la solución; y (d) procesar además opcionalmente la biomasa tratada por medio de enzimas, conversión microbiana o procesos digestivos animales.
2. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los carbohidratos estructurales son recuperados como una mezcla de glucosa, xilosa, arabinosa y otros azúcares en el paso (d) .
3. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los carbohidratos estructurales son hechos disponibles por el tratamiento adicional que esta conversión microbiana que produce ácidos orgánicos, alcoholes y otros subproductos.
4. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los carbohidratos hechos disponibles por el proceso son utilizados por procesos digestivos animales en dietas animales rumiantes o no rumiantes .
5. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de la mezcla de amoniaco, la biomasa y el agua en el recipiente cerrado está a una temperatura entre aproximadamente 50°C y 120°C.
6. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la presión en el recipiente cerrado está entre aproximadamente 4 y 50 atm (4.13-51.66kg/cm2) .
7. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas amoniaco es agregado al recipiente para rellenar cualquier espacio vacio en el recipiente.
8. 8. Un proceso para el tratamiento de una biomasa vegetal que contiene material lignocelulósico, que comprende carbohidratos estructurales con agua naturalmente presente en la biomasa para producir carbohidratos estructurales más digeribles o accesibles, caracterizado porque comprende: (a) hacer reaccionar la biomasa con una solución acuosa caliente de hidróxido de amonio en una cantidad mayor de aproximadamente 30% en peso del amoniaco en la solución acuosa de hidróxido de amonio en un recipiente cerrado, a una presión elevada y a una temperatura elevada sin degradar la lignocelulosa para retirar los carbohidratos estructurales de la biomasa hacia la solución, en donde una cantidad de agua proporcionada con la biomasa es mayor de 1% en peso y menor de 50% en peso de la biomasa; (b) liberar la presión en la biomasa en el recipiente ; (c) retirar una suspensión de la biomasa con los carbohidratos estructurales del recipiente; y (d) depurar la solución de hidróxido de amonio y amoniaco a partir de la suspensión para proporcionar los carbohidratos estructurales en la suspensión, en donde más del 85% de la glucosa disponible en los carbohidratos estructurales puede ser recuperada como resultado de la hidrólisis enzimática de los carbohidratos estructurales.
9. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los azúcares comprenden una mezcla de xilosa y glucosa.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque una temperatura de la mezcla de amoniaco, biomasa y agua en el recipiente cerrado está entre aproximadamente 50 y 120°C.
11. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el gas amoniaco es agregado para rellenar cualquier espacio vacio en el recipiente .
12. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la presión es rápidamente liberada.
13. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la presión es rápidamente liberada.
14. 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la presión está entre aproximadamente 6.9 y 20.7 atm (7.12-21.38kg/cm2) .
15. 15. Un proceso para la recuperación del amoniaco a partir de un tratamiento de explosión de fibra de amoniaco (AFEX) de una biomasa lignocelulósica , caracterizado porque comprende : (a) tratar la biomasa con una solución acuosa de hidróxido de amonio en un recipiente de reacción cerrado, bajo presión para formar una suspensión; (b) liberar la presión en el recipiente del recipiente de reacción y bombear la suspensión hacia una columna de depuración; (c) depurar el amoniaco a partir de una porción superior de la columna de depuración, utilizando vapor bajo presión con la remoción de una suspensión depurada desde una porción inferior de la columna; (d) introducir el amoniaco depurado de la porción superior de la columna hacia un mezclador, y agregar agua bajo presión hacia el mezclador para formar una solución acuosa diluida de amoniaco; (e) enfriar la solución acuosa diluida de amoniaco desde el mezclador; y (f) introducir la solución de amoniaco acuosa enfriada hacia el recipiente de reacción junto con la biomasa adicional bajo presión.
16. 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la reacción es continua .
17. 17. Un sistema para realizar el proceso de conformidad con la reivindicación 15 ó 16.