RS62648B1

RS62648B1 - Hidrotermalno-mehaničko pretvaranje lignocelulozne biomase u etanol ili druge proizvode fermentacije

Info

Publication number: RS62648B1
Application number: RS20211430A
Authority: RS
Inventors: Theodora Retsina; Vesa Pylkkanen; Steven Rutherford; Jean-Pierre Monclin
Original assignee: Granbio Intellectual Property Holdings Llc
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2021-12-31
Also published as: WO2016134195A1; EP3259360B1; US20170037436A1; US20220243229A1; HUE057204T2; US11254957B2; US20200172939A1; US20250250592A1; CA3015090A1; SI3259360T1; EP3259360A1; US20180237806A1; CN107532183A; PT3259360T; PL3259360T3; US12195782B2; US20160244788A1; LT3259360T; ES2898874T3; HRP20211743T1

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

[0001] Ovaj pronalazak se generalno odnosi na postupke za pripremu fermentabilnih šećera i proizvoda fermentacije od lignocelulozne biomase.

POZADINA PRONALASKA

[0002] Lignocelulozna biomasa je najzastupljeniji obnovljivi materijal na planeti i dugo je priznata kao potencijalna sirovina za proizvodnju hemikalija, goriva, i materijala. Lignocelulozna biomasa normalno prevashodno obuhvata celulozu, hemicelulozu, i lignin. Celuloza i hemiceluloza su prirodni polimeri šećera, a lignin predstavlja aromatični/alifatični polimer ugljenih hidrata koji jača čitavu mrežu biomase.

[0003] Rafinisanje biomase (ili biorafinisanje) je postalo dominantno u svetskoj poljoprivredi. Celulozna vlakna i šećeri, hemicelulozni šećeri, lignin, sintetički gas, i derivati ovih poluproizvoda se koriste za hemijsku i proizvodnju goriva. Integrisane biorafinerije su sposobne za obradu ulazne biomase prilično isto kao što rafinerije nafte sada obrađuju sirovo ulje. Nedovoljno iskorišćene sirovine lignocelulozne biomase imaju potencijal da postanu dosta jeftinije od nafta, na bazi ugljenika, kao i mnogo bolje sa stanovišta ekološkog životnog ciklusa. Tokom nekoliko proteklih godina, nekoliko komercijalnih biorafinerija je konstruisano, dizajnirano da pretvara lignoceluloznu biomasu kao što je kukuruzovina, pšenična slama, i bagasa šećerne trske ili slama žitarica u takozvani etanol druge generacije.

[0004] Na primer, US 2012/0006320 otkriva postupak za proizvodnju etanola od celulozne biomase. Međutim, ostaje potreba za poboljšanim tehnologijama pretvaranja kako bi se proizveo etanol druge generacije. Ono što je potrebno je ekonomičan, praktičan pristup koji će obezbediti lignoceluloznu biomasu koja je lako dostupna celulaznim enzimima, za proizvodnju fermentabilnih šećera.

KRATAK SADRŽAJ PRONALASKA

[0005] Ovaj pronalazak se bavi gorepomenutim potrebama iz ove oblasti. Neke varijacije ovog pronalaska su poznate kao GreenPower3+™ tehnologija ili GP3+™ tehnologija, koje se obično pripisuju nosiocu ove patentne prijave.

[0006] U jednom aspektu, ovaj pronalazak obezbeđuje postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije (npr., etanola) od lignocelulozne biomase, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) uvođenje sirovina lignocelulozne biomase u digestor jedne faze, pri čemu ta sirovina sadrži celulozu, hemicelulozu, i lignin;

(b) izlaganje te sirovina reakcionom rastvoru koji obuhvata paru ili tekuću toplu vodu unutar digestora, kako bi se rastvorila najmanje porcija hemiceluloze u tečnoj fazi i da bi se obezbedila čvrsta faza bogata celulozom;

(c) rafinisanje čvrste faze bogate celulozom, zajedno sa tečnom fazom, u mehaničkom rafineru da bi se smanjila prosečna veličina čestica čvrste faze bogate celulozom, čime se obezbeđuje mešavina koja obuhvata rafinisane čvrste materije bogate celulozom i tečnu fazu;

(d) enzimsko hidrolizovanje mešavine u reaktoru za hidrolizu sa celuloznim enzimima, kako bi se dobili fermentabilni šećeri iz mešavine, pri čemu reaktor za hidrolizu uključuje jednu ili više faza hidrolize; i

(e) fermentisanje najmanje nekih fermentabilnih šećera u fermentoru za proizvodnju proizvoda fermentacije.

[0007] U nekim načinima ostvarivanja, sirovina lignocelulozne biomase je izabrana iz grupe koju čine tvrdo drvo, meko drvo, bagasa šećerne trske, stabljika šećerne trske, energetska trska, kukuruzovina, klipovi kukuruza, kukuruzno vlakno, i njihove kombinacije.

[0008] Sirovina lignocelulozne biomase može biti prethodno obrađena, pre faze (a), pomoću jedne ili više tehnika izabranih iz grupe koju čine čišćenje, pranje, prethodno parenje, sušenje, mlevenje, klasifikovanje prema veličini čestica, i njihove kombinacije.

[0009] U nekim načinima ostvarivanja, reakcioni rastvor dalje obuhvata kiselinu, kao što je (ali bez ograničenja na) sirćetna kiselina. U nekim načinima ostvarivanja, najmanje porcija reakcionog rastvora se uvodi u sirovinu u predimpregnatoru pre faze (b).

[0010] Faza (b) može da uključuje vreme zadržavanja u digestoru od oko 2 minuta do oko 4 sata. U nekim načinima ostvarivanja, vreme zadržavanja u digestoru iznosi oko 10 minuta ili manje. Faza (b) može da uključuje temperaturu digestora od oko 150°C do oko 220°C, kao što je od oko 180°C do oko 200°C. Faza (b) može da se izvodi u digestoru u masenom odnosu tečnosti i čvrste materije od oko 1 do oko 4, poželjno oko 2 ili manje. Faza (b) može da se izvodi u digestoru pri pH od oko 3 do oko 5, kao što je od oko 3.5 do oko 4.5.

[0011] U nekim načinima ostvarivanja ovog postupka, rezervoar za produvavanje je konfigurisan za primanje čvrste faze bogate celulozom ili rafinisane čvrste materije bogate celulozom pod pritiskom koji je niži od pritiska digestora. Rezervoar za produvavanje može biti postavljen nizvodno od digestora i uzvodno od mehaničkog rafinera, tj. između digestora i rafinera. Ili rezervoar za produvavanje može biti postavljen nizvodno od mehaničkog rafinera. U određenim načinima ostvarivanja, prvi rezervoar za produvavanje je postavljen uzvodno od mehaničkog rafinera a drugi rezervoar za produvavanje je postavljen nizvodno od mehaničkog rafinera. Opciono, isparenje se izdvaja iz rezervoara(a) za produvavanje. Isparenje može biti prečišćeno i/ili kondenzovano ili komprimovano i vraćeno nazad u digestor. U bilo kom slučaju, toplota može ponovo da se stvara iz najmanje nekog dela jedinjenja.

[0012] Mehanički rafiner može biti izabran iz grupe koju čine rafiner za vruć vazduh, rafiner vruće mase, rafiner sa linijom za produvavanje, rafiner sa diskom, konusni rafiner, cilindrični rafiner, linijski defibrator, ekstruder, homogenizator, i njihove kombinacije.

[0013] Mehanički rafiner može da radi pod pritiskom rafinisanja izabranom od oko 1 bara do oko 20 bara. U nekim načinima ostvarivanja, pritisak rafinisanja je oko 3 bara ili manje. U nekim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner radi pod ili oko atmosferskog pritiska.

[0014] Mehanički rafiner može da radi pri električnom opterećenju od oko 2 kW do oko 50 kW, kao što je od oko 5 kW do oko 20 kW, energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom. Mehanički rafiner može da prenese do oko 500 kW-h energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom, kao što je od oko 50 kW-h do oko 200 kW-h energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom.

[0015] Postupak može da koristi više mehaničkih rafinera u različitim delovima ovog postupka. Na primer, između faze (c) i (d), najmanje porcija mešavine može da se prenese u drugi mehanički rafiner, koji obično radi pod istim ili nižim pritiskom rafinisanja u odnosu na pritisak mehaničkog rafinera u fazi (c). U određenim načinima ostvarivanja, prvi mehanički rafiner u fazi (c) predstavlja hermetički rafiner, a drugi mehanički rafiner predstavlja atmosferski rafiner.

[0016] U nekim načinima ostvarivanja, faza (d) koristi reaktore za višestruku enzimsku hidrolizu. Na primer, faza (d) može da koristi enzimsku hidrolizu od jedne faze konfigurisanu za celuloznu likvefakciju i saharifakciju, pri čemu enzimska hidroliza od jedne faze uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. Faza (d) može da koristi enzimsku hidrolizu u više faza konfigurisanu za celuloznu likvefakciju nakon koje sledi saharifakcija, pri čemu svaka faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. Kada se koristi enzimska hidroliza u više faza, postupak može da uključuje dodatno mehaničko rafinisanje mešavine, ili njegov delimično hidrolizovan oblik, posle najmanje prve faze enzimske hidrolize.

[0017] Postupak prema nekim od načina ostvarivanja dalje uključuje:

uvođenje mešavine u prvi reaktor za enzimsku hidrolizu u uslovima efikasne hidrolize kako bi se proizveo tečni hidrolizat koji obuhvata šećere rafinisane čvrste materije bogate celulozom i opciono od hemiceluloze, i rezidualna čvrsta faza bogata celulozom;

opciono odvajanje najmanje nekog dela tečnog hidrolizata od rezidualne čvrste faze bogate celulozom;

prenošenje rezidualne čvrste faze bogate celulozom kroz dodatni mehanički rafiner i/ili recikliranje rezidualne čvrste faze bogate celulozom kroz mehanički rafiner, da bi se dobile rafinisane rezidualne čvrste materije bogate celulozom; i

uvođenje rafinisane rezidualne čvrste materije bogate celulozom u drugi reaktor za enzimsku hidrolizu u uslovima efikasne hidrolize, da bi se dobili dodatni šećeri.

[0018] U nekim načinima ostvarivanja, filter za samočišćenje konfigurisan nizvodno od reaktora za hidrolizu kako bi se uklonile niti celuloznih vlakana. Niti celuloznih vlakana mogu biti reciklirane nazad u reaktor za hidrolizu.

[0019] Celulazni enzimi mogu da se uvode direktno u mehanički rafiner, tako da dolazi do simultanog rafinisanja i hidrolize. Alternativno, ili dodatno, celulozni enzimi mogu da se uvode u čvrstu fazu bogatu celulozom pre faze (c), tako da do tokom faze (c), dolazi do simultanog rafinisanja i hidrolize. U ovim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner poželjno radi na maksimalnoj temperaturi od 75°C ili manje kako bi se održavali uslovi efikasne hidrolize.

[0020] Postupak može da uključuje pretvaranje hemiceluloze u proizvod fermentacije, na razne načine. Na primer, faza (d) može da uključuje enzimsku hidrolizu hemiceluloznih oligomera kako bi nastali fermentabilni monomerni šećeri. Faza (e) može da uključuje enzimsku hidrolizu hemiceluloznih oligomera kako bi nastali fermentabilni monomerni šećeri unutar fermentora. Monomerni šećeri, dobijeni od hemiceluloze, mogu biti fermentisani zajedno sa glukozom ili mogu biti fermentisani u drugom fermentoru koji radi po šaržama ili paralelno sa prvim fermentorom.

[0021] Postupak dalje može da obuhvata uklanjanje jednog ili više inhibitora fermentacije, kao što je uklanjanje parom. U nekim načinima ostvarivanja, sirćetna kiselina (inhibitor fermentacije) se uklanja i opciono se reciklira u digestor.

[0022] Postupak obično uključuje koncentrovanje proizvoda fermentacije destilacijom. Destilacija stvara tok donjeg taloga destilacije, a u nekim načinima ostvarivanja tok donjeg taloga destilacije se uparava u uparivaču donjeg taloga destilacije koji predstavlja mehanički uparivač za komprimovanje isparenja ili je integrisan u nizu postavljenih uparivača višestrukog efekta.

[0023] Proizvod fermentacije može biti izabran iz grupe koju čine etanol, izopropanol, aceton, n-butanol, izobutanol, 1,4-butanediol, ćilibarna kiselina, mlečna kiselina, i njihove kombinacije. U određenim načinima ostvarivanja, proizvod fermentacije je etanol (i CO2koji se neophodno proizvodi tokom fermentacije).

[0024] Drugi postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od lignocelulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) uvođenje sirovina lignocelulozne biomase u digestor, pri čemu ta sirovina sadrži celulozu, hemicelulozu, i lignin;

(b) izlaganje sirovine reakcionom rastvoru koji obuhvata paru ili tekuću toplu vodu unutar digestora, kako bi se rastvorila najmanje porcija hemiceluloze u tečnoj fazi i da bi se obezbedila čvrsta faza bogata celulozom;

(c) odvajanje porcije tečne faze od čvrste faze bogate celulozom;

(d) mehaničko rafinisanje čvrste faze bogata celulozom da bi se smanjila prosečna veličina čestica, čime se obezbeđuju čvrste materije bogate celulozom;

(e) enzimsko hidrolizovanje rafinisane čvrste materije bogate celulozom u reaktoru za hidrolizu sa celuloznim enzimima, kako bi se dobili fermentabilni šećeri;

(f) hidrolizovanje hemiceluloze u tečnoj fazi, odvojeno od faze (e), da bi se napravili fermentabilni hemicelulozni šećeri; i

(g) fermentisanje najmanje nekih fermentabilnih šećera, i opciono najmanje neki od fermentabilnih hemiceluloznih šećera, u fermentoru za proizvodnju proizvoda fermentacije.

[0025] Opet drugi postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od lignocelulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(b) izlaganje te sirovine reakcionom rastvoru koji obuhvata paru ili tekuću toplu vodu unutar digestora, kako bi se rastvorila najmanje porcija hemiceluloze u tečnoj fazi i da bi se obezbedila čvrsta faza bogata celulozom;

(c) mehaničko rafinisanje čvrste faze bogate celulozom da bi se smanjila prosečna veličina čestica, čime se obezbeđuju čvrste materije bogate celulozom pomešane sa tečnom fazom; (d) odvajanje porcije tečne faze od rafinisane čvrste materije bogate celulozom;

[0026] Opet drugi postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od lignocelulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) uvođenje sirovina lignocelulozne biomase u digestor jedne faze, pri čemu sirovina sadrži celulozu, hemicelulozu, i lignin;

(b) izlaganje sirovina reakcionom rastvoru koji obuhvata paru ili tekuću toplu vodu unutar digestora, kako bi se rastvorila najmanje porcija hemiceluloze u tečnoj fazi i da bi se obezbedila čvrsta faza bogata celulozom;

(c) mehaničko rafinisanje čvrste faze bogate celulozom, zajedno sa tečnom fazom, da bi se smanjila prosečna veličina čestica čvrste faze bogate celulozom, čime se obezbeđuje mešavina koja obuhvata rafinisane čvrste materije bogate celulozom i tečnu fazu;

(d) enzimsko hidrolizovanje mešavine u reaktoru za hidrolizu sa celuloznim enzimima, kako bi se dobili fermentabilni šećeri iz mešavine; i

(e) ponovno pravljenje ili dalju obradu fermentabilnih šećera.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0027]

FIG.1 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, koristi hermetički rafiner sa linijom za produvavanje.

FIG.2 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, koji koristi atmosferski rafiner.

FIG.3 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, koji koristi više rezervoara za produvavanje sa hermetičkim rafinerom između rezervoara za produvavanje.

FIG.4 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, koji koristi atmosferski rafiner i ponovno stvaranje lignina.

FIG.5 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, koji koristi atmosferski rafiner i integrisanu hidrolizu enzima ili kiselina.

FIG.6 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, koji koristi atmosferski rafiner i reciklira nepretvorene čvrste materije nakon enzimske hidrolize nazad u rafiner.

FIG.7 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, koji koristi atmosferski rafiner i reciklira nepretvorene čvrste materije nakon razdvajanja čvrstih materija od tečnosti nazad u rafiner.

FIG.8 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje integrisani postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, sa hermetičkim rafinerom, uparavanja hidrolizata poluproizvoda, i koncentracije proizvoda fermentacije.

FIG.9 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje integrisani postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska, sa opcionim mehaničkim rafinerom, uparavanja hidrolizata poluproizvoda, i koncentracije proizvoda fermentacije.

FIG.10 predstavlja pojednostavljeni blok dijagram koji prikazuje postupak nekih načina ostvarivanja, koji koristi dodatno rafinisanje i dodatne faze hidrolize.

DETALJAN OPIS NAČINA OSTVARIVANJA PRONALASKA

[0028] Ovaj opis će omogućiti stručnjaku iz oblasti da napravi i koristi ovaj pronalazak, i opisuje nekoliko načina ostvarivanja, adaptacija, varijacija, alternativa, i upotreba ovog pronalaska. Ovi i drugi načini ostvarivanja, svojstva, i prednosti ovog pronalaska će postati očigledniji stručnjacima uz pozivanje na sledeći detaljan opis ovog pronalaska zajedno sa pratećim crtežima.

[0029] Kako se koristi u ovoj specifikaciji i priloženim zahtevima, oblici u jednini "jedan," "neki," i "taj" uključuju svoje referente u množini osmim ukoliko kontekst jasno ne nalaže drugačije. Ukoliko nije drugačije definisano, svi tehnički i naučni pojmovi koji se ovde koriste imaju isto značenje koje je uobičajeno jasno stručnjaku iz oblasti kojem ovaj pronalazak pripada. Svi brojevi kompozicija i opsezi zasnovani na procentima predstavljaju masene procente, osim ukoliko nije drugačije naznačeno.

Predviđeno je da svi opsezi brojeva i uslova obuhvataju bilo koju konkretnu vrednost sadržanu u tom opsegu, zaokruženu na bilo koju pogodnu decimalu.

[0030] Osim ukoliko nije drugačije naznačeno, svi brojevi koji izražavaju uslove reakcije, stehiometrije, koncentracije komponenata, i tako dalje koji se koriste u specifikaciji i patentnim zahtevima bi trebalo da se shvate kao da su modifikovani u svim slučajevima pojmom "oko." S tim u vezi, ukoliko nije suprotno naznačeno, numerički parametri definisani u sledećoj specifikaciji i priloženim patentnim zahtevima predstavljaju približne vrednosti koje mogu da variraju u zavisnosti od konkretne analitičke tehnike.

[0031] Pojam "koji obuhvata," koji je sinonim sa "koji uključuje," "koji sadrži," ili "naznačen time" je inkluzivan ili otvoren i ne isključuje dodatne, nenavedene elemente ili faze postupka. "Koji obuhvata" je pojam iz tehnike koji se koristi u jeziku patentnih zahteva koji znači da su imenovani elementi patentnih zahteva ključni, ali drugi elementi iz patentnih zahteva mogu da se dodaju i dalje da čine konstrukt unutar obima ovog pronalaska.

[0032] Kako se ovde upotrebljava, faza "koji se sastoji od' isključuje bilo koji element, fazu, ili sastojak koji nije konkretno naznačen u patentnom zahtevu. Kada se fraza "sastoji se od' (ili njene varijacije) javlja u klauzuli tela patentnog zahteva, pre nego nakon preambule, ograničava samo element definisan u klauzuli; drugi elementi nisu isključeni iz patentnog zahteva kao celine. Kako se ovde upotrebljava, faza "koji se suštinski sastoji od' ograničava obim patentnog zahteva na konkretno naznačene elemente ili faze postupka, kao i one koji materijalno ne utiču na osnovu i novu karakteristiku(e) predmeta koji je predmet zaštite.

[0033] Što se tiče pojmova "koji obuhvata," "koji se sastoji od," i "koji se suštinski sastoji od," pri čemu se jedan od ova tri pojma koristi ovde, ovde otkriveni i predmet koji se štiti može da uključuje upotrebu bilo kog od ova dva pojma. Tako u nekim načinima ostvarivanja koji nisu eksplicitno navedeni, bilo koji slučaj od "koji obuhvata" može biti zamenjen sa "sastoji se od' ili, alternativno, "koji se suštinski sastoji od."

[0034] Neke varijacije se temelje na otkriću jednostavnog postupka za pretvaranje lignocelulozne biomase u fermentabilne šećere. U nekim načinima ostvarivanja, biomasa je podvrgnuta pari ili natapanju toplom vodom da bi se rastvorile hemiceluloze, sa ili bez dodatka sirćetne kiseline. Nakon ove faze opciono može da usledi mehaničko rafinisanje, kao što je u rafineru za vruć vazduh, čvrstih materija bogatih celulozom (bogatih ligninom). Rafinisane čvrste materije u zatim enzimski hidrolizovane da bi se napravili šećeri, u jednom ili biše reaktora ili sudova za hidrolizu (ili likvefakciju). Faza uparavanja nakon enzimske hidrolize, i pre ferementacije, može biti uključena kako bi se uklonila voda i potencijalno inhibitori ferementacije iz hidrolizata. Uparavanje poluproizvoda smanjuje glavne i operativne troškove postupka za celulozna biogoriva, kao što su etanol i butanol.

[0035] Dostupnost celuloze enzimima se postiže prema otkrivenim postupcima. Dostupnost je dovedena do maksimuma pomoću dve kontrole koje su po prirodi (i) hidrotermalna i (ii) mehanička. Optimalni hidrotermalni uslovi obezbeđuju oslobađanje hemiceluloza iz čvrste strukture biomase, koja povećava dostupnost celuloze za enzime, čak i kada sadržaj lignina ostaje visok. Optimalni uslovi mehaničkog rafinisanja obezbeđuju dostupnost celuloze za enzime.

[0036] Određeni primeri načina ostvarivanja ovog pronalaska će sada biti opisani. Ovi načini ostvarivanja nisu predviđeni da ograniče obim ovog pronalaska onako kako se štiti. Redosled faza može da varira, neke faze mogu biti izostavljene, i/ili druge faze mogu biti dodate. Pozivanje ovde na prvu fazu, drugu fazu, itd. je samo u ilustrativne svrhe. Slično, jedinične operacije mogu biti konfigurisane u različitim sekvencama, neke jedinice mogu biti izostavljene, a druge jedinice mogu biti dodate.

[0037] FIG.1 do 10 predstavljaju pojednostavljene blok dijagrame koji prikazuju postupak nekih načina ostvarivanja ovog pronalaska. Postupak sa FIG.1 upošljava hermetički rafiner sa linijom za produvavanje. Taj postupak upošljava atmosferski rafiner. Postupak sa FIG.3 upošljava više rezervoara za produvavanje sa hermetičkim rafinerom između rezervoara za produvavanje. Postupak sa FIG.4 upošljava atmosferski rafiner i ponovno stvaranje lignina. Postupak sa FIG.5 upošljava atmosferski rafiner i integrisanu hidrolizu enzima ili kiselina. Postupak sa FIG.6 upošljava atmosferski rafiner i reciklira nepretvorene čvrste materije nakon enzimske hidrolize nazad u rafiner. Postupak sa FIG.7 upošljava atmosferski rafiner i reciklira nepretvorene čvrste materije nakon razdvajanja čvrstih materija od tečnosti nazad u rafiner. Postupak sa FIG.8 upošljava hermetički rafiner, uparavanje hidrolizata poluproizvoda, i koncentraciju proizvoda fermentacije. Postupak sa FIG.9 uključuje opcioni mehanički rafiner, uparavanje hidrolizata poluproizvoda, i koncentraciju proizvoda fermentacije. Postupak sa FIG.

10 upošljava (opciono) nekoliko faza dodatnog rafinisanja i dodatne hidrolize.

[0038] U jednom aspektu, ovaj pronalazak obezbeđuje postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije (npr., etanola) od lignocelulozne biomase, pri čemu taj postupak obuhvata:

[0039] U nekim načinima ostvarivanja, sirovina lignocelulozne biomase je izabrana iz grupe koju čine tvrdo drvo, meko drvo, bagasa šećerne trske, stabljika šećerne trske, energetska trska, kukuruzovina, klipovi kukuruza, kukuruzno vlakno, i njihove kombinacije.

[0040] Sirovina biomase je izabrana iz grupe koju čine tvrdo drvo, meko drvo, šumski ostaci, poljoprivredni ostaci (kao što je bagasa šećerne trske), industrijski otpad, potrošački otpad, ili njihove kombinacije. U bilo kom od ovih postupaka, sirovina može da uključuje saharozu. U nekim načinima ostvarivanja sa saharozom prisutnom u sirovini (npr., šećernoj trski ili šećernoj repi), većina saharoze se ponovo pravi kao deo fermentbilnih šećera. U nekim načinima ostvarivanja sa dekstrozom (ili skrobom koji se brzo hidrolizuje do dekstroze) prisutnom u sirovini (npr., kukuruzu), dekstroza se ponovo pravi kao deo fermentabilnih šećera.

[0041] Neki načini ostvarivanja ovog pronalaska omogućavaju obradu "poljoprivrednih ostataka," za koje je za ove svrhe predviđeno da uključuju lignoceluloznu biomasu povezanu sa hranjivim usevima, jednogodišnjim travama, energetskim usevima, ili drugim godišnjim obnovljivim sirovinama. Primeri poljoprivrednih ostataka uključuju, ali bez ograničenja na, kukuruzovinu, kukuruzno vlakno, pšeničnu slamu, bagasu šećerne trske, pirinčanu slamu, ovsenu slamu, ječmenu slamu, kineski šaš, energetsku trsku, ili njihove kombinacije.

[0042] Sirovina lignocelulozne biomase može biti prethodno obrađena, pre faze (a), pomoću jedne ili više tehnika izabranih iz grupe koju čine čišćenje, pranje, prethodno parenje, sušenje, mlevenje, klasifikovanje prema veličini čestica, i njihove kombinacije. Postupak može da uključuje čišćenje polazne sirovine vlažnim ili suvim čišćenjem. Postupak može da uključuje smanjenje veličine, natapanje toplom vodom, uklanjanje vode, parenje, ili druge operacije, uzvodno od digestora.

[0043] U nekim načinima ostvarivanja, reakcioni rastvor dalje obuhvata kiselinu, kao što je (ali bez ograničenja na) sirćetna kiselina. U nekim načinima ostvarivanja, najmanje porcija reakcionog rastvora se uvodi u sirovinu u predimpregnatoru pre faze (b).

[0044] Faza (b) može da uključuje vreme zadržavanja u digestoru od oko 2 minuta do oko 4 sata. U nekim načinima ostvarivanja, vreme zadržavanja u digestoru iznosi oko 10 minuta ili manje. U različitim načinima ostvarivanja, vreme zadržavanja u digestoru je oko 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 minuta, ili oko 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, ili 4.0 sata.

[0045] Faza (b) može da uključuje temperaturu digestora od oko 150°C do oko 220°C, kao što je od oko 180°C do oko 200°C. U različitim načinima ostvarivanja, temperatura digestora je oko 160°C, 165°C, 170°C, 175°C, 180°C, 181°C, 182°C, 183°C, 184°C, 185°C, 186°C, 187°C, 188°C, 189°C, 190°C, 195°C, ili 200°C. U datoj ozbiljnosti reakcije, postoji kompromis između vremena i temperature. Opciono, temperaturni profil je konkretno naznačen za digestor.

[0046] Primećuje se da temperatura digestora može biti izmerena na različite načine. Za temperaturu digestora se može uzeti temperatura isparenja unutar digestora. Temperatura digestora može biti izmerena od temperature čvrstih materija i/ili tečnosti (ili njihove reakcione mešavine). Temperatura digestora može biti uzeta kao ulazna temperatura digestora, izlazna temperatura digestora, ili njihova kombinacija ili korelacija. Temperatura digestora može biti izmerena kao, ili biti u korelaciji sa, temperaturom zida digestora. Trebalo bi da se ima na umu, posebno kod kratkog vremena zadržavanja (npr., 5 minuta) da temperature različitih faza prisutnog isparenja, tečnosti, čvrste materije, i metalnih zidova) možda neće postići ravnotežu.

[0047] Faza (b) može da uključuje pritisak digestora od atmosferskog pritiska do oko 40 bara, kao što je od oko 10 bara do oko 20 bara. Pritisak digestora može da odgovara pritisku saturacije pare na temperaturi digestora. U nekim načinima ostvarivanja, pritisak digestora je viši od pritiska saturacije pare na temperaturi digestora, kao kada je prezasićeno vodeno isparenje poželjno, ili kada je inertni gas takođe prisutan u digestoru. U nekim načinima ostvarivanja, pritisak digestora je niži od pritiska saturacije pare na temperaturi digestora, kao kada je superzagrejana para poželjna, ili kada kada je prisutan vod za ispuštanje pare.

[0048] Faza (b) može da se izvodi u digestoru u masenom odnosu tečnosti i čvrste materije od oko 0.1 do oko 10, kao što je od oko 1 do oko 4, poželjno oko 2 ili manje. U različitim načinima ostvarivanja, maseni odnos tečnosti i čvrste materije u digestoru je oko 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, ili 3.0.

[0049] Faza (b) može da se izvodi u digestoru pri pH od oko 2 do oko 6, kao što je od oko 3 to 5, ili od oko 3.5 do oko 4.5. U različitim načinima ostvarivanja, pH digestora je oko 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, ili 4.9. Generalno, niža pH obezbeđuje veću ozbiljnost reakcije. Uobičajeno, pH digestora nije kontrolisana ali je diktira kompozicija polazne sirovine (npr., sadržaj kiselina ili kapacitet pufera) i da li je kiselina uključena u vodeni reakcioni rastvor. Na osnovu merenja na polaznom materijalu ili izvedenih dinamičkih merenja ili koja su u korelaciji tokom postupka, aditiv (npr., kiselina ili baza) mogu da se dodaju u digestor kako bi se promenila pH digestora.

[0050] U nekim načinima ostvarivanja ovog postupka, rezervoar za produvavanje je konfigurisan za primanje čvrste faze bogata celulozom ili rafinisane čvrste materije bogate celulozom pod pritiskom koji je niži od pritiska digestora. Rezervoar za produvavanje može biti postavljen nizvodno od digestora i uzvodno od mehaničkog rafinera, tj. između digestora i rafinera. Ili rezervoar za produvavanje može biti postavljen nizvodno od mehaničkog rafinera. U određenim načinima ostvarivanja, prvi rezervoar za produvavanje je postavljen uzvodno od mehaničkog rafinera, a drugi rezervoar za produvavanje je postavljen nizvodno od mehaničkog rafinera. Opciono, isparenje se izdvaja iz rezervoara(a) za produvavanje. Isparenje može biti prečišćeno i/ili kondenzovano ili komprimovano i vraćeno nazad u digestor. U bilo kom slučaju, toplota može ponovo da se stvara iz najmanje nekog dela jedinjenja.

[0051] Mehanički rafiner može biti izabran iz grupe koju čine rafiner za vruć vazduh, rafiner vruće mase, rafiner sa linijom za produvavanje, rafiner sa diskom, konusni rafiner, cilindrični rafiner, linijski defibrator, ekstruder, homogenizator, i njihove kombinacije.

[0052] Mehanički rafiner može da radi pod pritiskom rafinisanja izabranim od oko 1 bara do oko 20 bara. U nekim načinima ostvarivanja, pritisak rafinisanja je oko 3 bara ili manje. U nekim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner radi pri ili oko atmosferskog pritiska.

[0053] Mehanički rafiner može da radi pri električnom opterećenju od oko 2 kW do oko 50 kW, kao što je od oko 5 kW do oko 20 kW, energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom. U različitim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner radi pri električnom opterećenju od oko 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, ili 40 kW energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom.

[0054] Mehanički rafiner može da prenese do oko 500 kW-h energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom, kao što je od oko 50 kW-h do oko 200 kW-h energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom. U različitim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner prenosi oko 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 225, 250, 275, 300, 325, 350, ili 400 kW-h energije za rafinisanje po toni čvrste faze bogate celulozom.

[0055] Mehanički rafiner može biti dizajniran i može da radi pomoću principa koji su dobro poznati u tehnici pulpe i biljaka od kojih se pravi papir i biorafinerijama. Na primer, dimenzije razmaka na ploči rafinera mogu da variraju, kao što je od oko 0.1 mm do oko 10 mm, ili oko 0.5 mm do oko 2 mm, da bi se postigla željena distribucija veličine čestica. Izbor dimenzija razmaka može da zavisi od prirode polazne sirovine, na primer.

[0056] U nekim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner je dizajniran i/ili podešen da bi se postigla određena srednja dužina vlakana, kao što je oko 1 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm, 0.1 mm ili manje. Generalno govoreći, kraća vlakna ili vlakna sa manjim prečnikom su lakša da se enzimski hidrolizuju do šećera, u poređenju sa većim vlaknima.

[0057] U nekim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner je dizajniran i/ili podešen da bi se postigao određen sadržaj iverja (snopovi vlakana), kao što je manje od oko 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, ili manje. Iverje nije poželjno zato što ima tendenciju da bude teže za enzimsku hidrolizu do šećera. Čvorove i druge veće čestice bi takođe trebalo rafinisati.

[0058] Postupak može da koristi više mehaničkih rafinera u različitim delovima ovog postupka. Na primer, između faza (c) i (d), najmanje porcija mešavine može da se prenese u drugi mehanički rafiner, koji obično radi pod istim ili nižim pritiskom rafinisanja u odnosu na pritisak mehaničkog rafinera u fazi (c). U određenim načinima ostvarivanja, prvi mehanički rafiner u fazi (c) predstavlja hermetički rafiner a drugi mehanički rafiner predstavlja atmosferski rafiner.

[0059] U nekim načinima ostvarivanja, faza (d) koristi reaktore za višestruku enzimsku hidrolizu. Na primer, faza (d) može da koristi enzimsku hidrolizu od jedne faze konfigurisanu za celuloznu likvefakciju i saharifakciju, pri čemu enzimska hidroliza jedne faze uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. Faza (d) može da koristi enzimsku hidrolizu u više faza konfigurisanu za celuloznu likvefakciju nakon koje sledi saharifakcija, pri čemu svaka faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. Kada se koristi enzimska hidroliza u više faza, postupak može da uključuje dodatno mehaničko rafinisanje mešavine, ili njegov delimično hidrolizovan oblik, nakon najmanje prve faze enzimske hidrolize.

[0060] U nekim načinima ostvarivanja, nekiselinski i ne-enzimski katalizatori mogu biti upošljeni zbog zajedničkog hidrolizovanja glukoznih oligomera i hemiceluloznih oligomera. Na primer, bazni katalizatori, čvrsti katalizatori, jonske tečnosti, ili drugi efikasni materijali mogu biti upošljeni.

[0061] Postupak prema nekim od načina ostvarivanja dalje uključuje:

uvođenje mešavine u prvi reaktor za enzimsku hidrolizu u uslovima efikasne hidrolize kako bi se proizveo tečni hidrolizat koji obuhvata šećere rafinisane čvrste materije bogate celulozom i opciono od hemiceluloze, i rezidualnu čvrstu fazu bogatu celulozom;

opciono odvajanje najmanje nekog dela tečnog hidrolizata od rezidualne čvrste faza bogate celulozom;

[0062] U nekim načinima ostvarivanja, filter za samočišćenje konfigurisan nizvodno od reaktora za hidrolizu kako bi se uklonile niti celuloznih vlakana. Niti celuloznih vlakana mogu biti reciklirane, najmanje delimično, nazad u reaktor za hidrolizu.

[0063] Celulozni enzimi mogu da se uvode direktno u mehanički rafiner, tako da dolazi do simultanog rafinisanja i hidrolize. Alternativno, ili dodatno, celulozni enzimi mogu da se uvode u čvrstu fazu bogatu celulozom pre faze (c), tako da do tokom faze (c), dolazi do simultanog rafinisanja i hidrolize. U ovim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner poželjno radi na maksimalnoj temperaturi od 75°C, 70°C, 65°C, 60°C, 55°C, 50°C ili manje kako bi se održavali uslovi efikasne hidrolize.

[0064] Postupak može da uključuje pretvaranje hemiceluloze u proizvod fermentacije, na razne načine. Na primer, faza (d) može da uključuje enzimsku hidrolizu hemiceluloznih oligomera kako bi nastali fermentabilni monomerni šećeri. Faza (e) može da uključuje enzimsku hidrolizu hemiceluloznih oligomera kako bi nastali fermentabilni monomerni šećeri unutar fermentora. Monomerni šećeri, dobijeni od hemiceluloze, mogu biti fermentisani zajedno sa glukozom ili mogu biti fermentisani u drugom fermentoru koji radi po šaržama ili paralelno sa prvim fermentorom.

[0065] Postupak dalje može da obuhvata uklanjanje jednog ili više inhibitora fermentacije, kao što je oslobađanje parom. U nekim načinima ostvarivanja, sirćetna kiselina (inhibitor fermentacije) se uklanja i opciono se reciklira u digestor.

[0066] Postupak obično uključuje koncentrovanje proizvoda fermentacije destilacijom. Destilacija stvara tok donjeg taloga destilacije, a u nekim načinima ostvarivanja tok donjeg taloga destilacije se uparava u uparivaču donjeg taloga destilacije koji predstavlja mehanički uparivač za komprimovanje isparenja ili je integrisan u nizu postavljenih uparivača višestrukog efekta.

[0067] Proizvod fermentacije može biti izabran iz grupe koju čine etanol, izopropanol, aceton, n-butanol, izobutanol, 1,4-butanediol, ćilibarna kiselina, mlečna kiselina, i njihove kombinacije. U određenim načinima ostvarivanja, proizvod fermentacije je etanol (i CO2neophodno istovremeno proizvedeno u fermentaciji).

[0068] Čvrsti prinos (takođe poznat kao prinos pulpe ili prinos vlakana) je frakcija čvrstih materija koje ostaju (nerastvorene) nakon digestije i rafinisanja, ali pre enzimske hidrolize, u odnosu na polaznu sirovinu biomase. Čvrsti prinos ovog postupka može da varira, kao što je od oko 60% do oko 90%, obično od oko 70% do oko 80%. Čvrsti prinos ne uključuje rastvorene čvrste materije (npr., hemicelulozni šećeri u rastvoru). U različitim načinima ostvarivanja, čvrsti prinos je oko 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, ili 80%.

[0069] Prinos šećera (takođe poznat kao prinos ugljenih hidrata) je frakcija šećernih monomera i oligomera nakon enzimske hidrolize, ali pre fermentacije hidrolizata, u odnosu na čvrsti materijal koji ulazi u hidrolizu iz digestije i bilo kog rafinisanja. Prinos šećera ovog postupka može da varira, kao što je od oko 40% do oko 80% (ili više), poželjno najmanje 50%. U različitim načinima ostvarivanja, prinos šećera je oko 50%, 52%, 54%, 56%, 58%, 60%, 62%, 64%, 66%, 68%, 70%, ili više.

[0070] Frakcija polazne hemiceluloze koja se ekstrahuje u rastvor može biti od oko 50% do oko 95%, kao što je oko 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, ili 90%.

[0071] Prinos proizvoda fermentacije (npr., prinos etanola) je prinos konačnog proizvoda proizvedenog u fermentaciji, u odnosu na teoretski prinos ako su svi šećeri fermentisani do proizvoda. Teoretski prinos fermentacije se uzima u obzir za bilo koje neophodne koproizvode, kao što su ugljendioksid u slučaju etanola. U slučaju etanola, prinos etanola ovog postupka može da varira, kao što je od oko 65% do oko 95%, obično najmanje 80%. U različitim načinima ostvarivanja, prinos etanola je oko 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90% ili više. Prinos etanola na bazi polazne sirovine takođe može da se izračuna. U različitim načinima ostvarivanja, prinos etanola je od oko 45 gal/T (T predstavlja suve tone polazne lignocelulozne sirovine) do oko 85 gal/T, obično oko 60 gal/T ili više.

[0072] Drugi postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od lignocelulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(c) odvajanje porcije tečne faze od čvrste faze bogate celulozom;

(d) mehaničko rafinisanje čvrste faze bogate celulozom da bi se smanjila prosečna veličina čestica, čime se obezbeđuju čvrste materije bogate celulozom;

[0073] Opet drugi postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od lignocelulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) uvođenje sirovine lignocelulozne biomase u digestor, pri čemu sirovina sadrži celulozu, hemicelulozu, i lignin;

[0074] Opet drugi postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od lignocelulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(e) ponovno pravljenje ili dalju obradu fermentabilnih šećera.

[0075] Ovde otkriveni postupak je za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(b) digestiranje sirovine sa reakcionim rastvorom uključujući paru i/ili toplu vodu u digestoru u uslovima efikasne reakcije da bi se proizveo digestirani tok koji sadrži čvrste materije bogate celulozom, oligomere celuloze, i lignin;

(c) prenošenje digestiranog toka kroz mehanički rafiner, čime se stvara rafinisani tok sa smanjenom prosečnom veličinom čestica čvrstih materija bogatih celulozom;

(d) odvajanje isparenja iz rafinisanog toka;

(e) uvođenje rafinisanog toka u jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveli šećeri od čvrstih materija bogatih celulozom i opciono hemiceluloznih oligomera; i (f) ponovno stvaranje ili dalju obradu najmanje nekih šećera u obliku fermentabilnih šećera.

[0076] Ovde je otkriven drugi postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(d) odvajanje isparenja iz rafinisanog toka;

(e) uvođenje rafinisanog toka u jedinicu hidrolize kiseline u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveli šećeri od čvrstih materija bogatih celulozom i opciono hemiceluloznih oligomera;

(f) ponovno stvaranje ili dalju obradu najmanje nekih šećera u obliku fermentabilnih šećera.

[0077] Postupak za proizvodnju etanola od celulozne biomase je takođe ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) prenošenje digestiranog toka kroz rafiner sa linijom za produvavanje, čime se stvara rafinisani tok sa smanjenom prosečnom veličinom čestica čvrstih materija bogatih celulozom;

(d) odvajanje isparenja iz rafinisanog toka;

(e) uvođenje rafinisanog toka u jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveli šećeri od čvrstih materija bogatih celulozom i od hemiceluloznih oligomera;

(f) fermentisanje šećera da bi se proizveo etanol u razblaženom rastvoru; i

(g) koncentrovanje razblaženog rastvora da bi se proizveo proizvod etanola.

[0078] Drugi ovde otkriveni postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) smanjenje pritiska digestiranog toka;

(d) uvođenje digestiranog toka u jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizvela tečna faza koja obuhvata šećere čvrstih materija bogatih celulozom i opciono hemiceluloznih oligomera, i čvrsta faza koja obuhvata čvrste materije bogate celulozom;

(e) razdvajanje tečne faze i čvrste faze iz faze (d);

(f) prenošenje čvrste faze kroz mehanički rafiner, čime se stvara rafinisani tok sa smanjenom prosečnom veličinom čestica čvrstih materija bogatih celulozom;

(g) recikliranje rafinisanog toka u jedinicu enzimske hidrolize, da bi se dobili dodatni šećeri od čvrstih materija bogatih celulozom sadržanih u čvrstoj fazi iz faze (d); i

(h) ponovno stvaranje ili dalju obradu najmanje nekih šećera i najmanje nekih dodatnih šećera u obliku fermentabilnih šećera.

[0079] Opet drugi postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) smanjenje pritiska digestiranog toka;

(d) uvođenje digestiranog toka u prvu jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizvela tečna faza koja obuhvata šećere čvrstih materija bogatih celulozom i opciono hemiceluloznih oligomera, i čvrsta faza koja obuhvata čvrste materije bogate celulozom;

(e) razdvajanje tečne faze i čvrste faze iz faze (d);

(g) recikliranje rafinisanog toka u drugu jedinicu enzimske hidrolize, da bi se dobili dodatni šećeri od čvrstih materija bogatih celulozom sadržanih u čvrstoj fazi iz faze (d); i

(h) ponovno stvaranje ili dalju obradu najmanje nekih šećera i/ili dodatnih šećera u obliku fermentabilnih šećera.

[0080] Opet drugi postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od celulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) opciono eksplodiranje digestiranog toka, čime se stvara eksplodirani tok sa smanjenom prosečnom veličinom čestica čvrstih materija bogatih celulozom;

(d) uvođenje digestiranog toka i/ili (ukoliko se faza (c) se izvodi) eksplodiranog toka u jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveo hidrolizat koji sadrži šećere; (e) uparavanje hidrolizata pomoću uparivača sa višestrukim efektom ili mehaničkog uparivača za komprimovanje isparenja, da bi se proizveo koncentrovani hidrolizat;

(f) fermentisanje koncentrovanog hidrolizata da bi se dobio razblaženi proizvod fermentacije; i (g) koncentrovanje razblaženog proizvoda fermentacije da bi se dobio koncentrovani proizvod fermentacije.

[0081] Dalji postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) opciono prenošenje digestiranog toka kroz mehanički rafiner, čime se stvara rafinisani tok sa smanjenom prosečnom veličinom čestica čvrstih materija bogatih celulozom;

(d) uvođenje digestiranog toka i/ili (ukoliko se faza (c) izvodi) rafinisani tok u jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveo hidrolizat koji sadrži šećere;

(e) opciono uparavanje hidrolizata pomoću uparivača sa višestrukim efektom ili mehaničkog rastvarača za komprimovanje isparenja, da bi se proizveo koncentrovani hidrolizat;

(f) fermentisanje hidrolizata da bi se dobio razblaženi proizvod fermentacije; i

(g) koncentrovanje razblaženog proizvoda fermentacije da bi se dobio koncentrovani proizvod fermentacije.

[0082] Drugi postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od celulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(d) uvođenje digestiranog toka i/ili (ukoliko se faza (c) izvodi) eksplodiranog toka u jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveo hidrolizat koji sadrži šećere; (e) uparavanje hidrolizata pomoću uparivača sa višestrukim efektom ili mehaničkog rastvarača za komprimovanje isparenja, da bi se proizveo koncentrovani hidrolizat;

[0083] Opet drugi postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od celulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) opciono prenošenje najmanje porcije digestiranog toka kroz prvi mehanički rafiner u liniji za izduvavanje;

(d) opciono prenošenje najmanje porcije digestiranog toka kroz drugi mehanički rafiner nakon smanjenja pritiska digestiranog toka;

(e) uvođenje digestiranog toka i/ili (ukoliko se izvode faza (c) i/ili faza (d)) njegovog mehanički obrađenog derivata, u jedinicu enzimske likvefakcije u uslovima efikasne likvefakcije da bi se proizveo tok prvog poluproizvoda;

(f) opciono prenošenje najmanje porcije toka prvog poluproizvoda kroz treći mehanički rafiner; (g) uvođenje toka prvog poluproizvoda i/ili (ukoliko se faza (f) izvodi) njegovog mehanički obrađenog derivata, u prvu jedinicu enzimske hidrolize u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveo tok drugog poluproizvoda;

(h) opciono prenošenje najmanje porcije toka drugog poluproizvoda kroz četvrti mehanički rafiner;

(i) uvođenje toka drugog poluproizvoda i/ili (ukoliko se faza (h) izvodi) njegovog mehanički obrađenog derivata, u drugu jedinicu enzimske hidrolize da bi se proizveo koncentrovani hidrolizat;

(j) fermentisanje koncentrovanog hidrolizata da bi se dobio razblaženi proizvod fermentacije; i (k) koncentrovanje razblaženog proizvoda fermentacije da bi se dobio koncentrovani proizvod fermentacije.

[0084] Postupak može da ne uključuje rafiner, ili samo prvi mehanički rafiner, ili samo drugi mehanički rafiner, ili samo treći mehanički rafiner, ili samo četvrti mehanički rafiner, ili bilo koju njihovu kombinaciju (npr., bilo koja dva takva rafinera, ili bilo koja tri takva rafinera, ili sva četiri takva rafinera).

[0085] Dalji ovde otkriveni postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(e) uparavanje hidrolizata pomoću uparivača sa višestrukim efektom ili mehaničkog rastvarača za komprimovanje isparenja, da bi se proizveo koncentrovani hidrolizat;

[0086] Drugi ovde otkriveni postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(d) uvođenje enzima u mehanički rafiner i održavanje uslova efikasne hidrolize da bi se proizveli šećeri od čvrstih materija bogatih celulozom i opciono hemiceluloznih oligomera, istovremeno sa fazom (c);

(e) uparavanje vode iz hidrolizata iz faze

(d); i

[0087] Opet drugi ovde otkriveni postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(d) uvođenje rafinisanog toka u jedinicu za hidrolizu kiseline u uslovima efikasne hidrolize da bi se proizveli šećeri od čvrstih materija bogatih celulozom i opciono hemiceluloznih oligomera; (e) odvajanje isparenja iz rafinisanog toka pre, tokom, ili posle faze (d); i

[0088] U nekim načinima ostvarivanja, reakcioni rastvor obuhvata ili se sastoji suštinski od pare u zasićenom, užarenom, ili prezasićenom obliku. U ovim ili drugim načinima ostvarivanja, reakcioni rastvor obuhvata ili se suštinski sastoji od tekuće tople vode pod pritiskom.

[0089] U određenim načinima ostvarivanja, upošljava se kombinacija pare i tekuće tople vode. Na primer, faza prethodnog parenja može da se uposli pre digestora, a zatim tekuća topla voda može da se uvode u digestor zajedno sa prethodno prethodno uparenom biomasom. U zavisnosti od temperature i pritiska, para može delimično ili potpuno da se kondenzuje, ili tekuća topla voda može delimično ili potpuno da uđe u fazu isparenja, u glavnom prostoru digestora i/ili unutar otvorenog prostora između celuloznih vlakana, na primer.

[0090] Reakcioni rastvor opciono uključuje kiseli katalizator, kao pomoć u ekstrakciji hemiceluloze iz polaznog materijala, i moguće kako bi se katalizovala određena hidroliza. U nekim načinima ostvarivanja, kiselina predstavlja kiselinu koja sadrži sumpor (npr., sumpor dioksid). U nekim načinima ostvarivanja, ta kiselina je sirćetna kiselina, koja može ponovo da se napravi od digestiranog toka (tj., od nizvodnih operacija). Aditivi mogu biti prisutni u reakcionom rastvoru, kao što su kiseli ili bazni katalizatori, ili druga jedinjenja prisutna u recikliranim tokovima.

[0091] Mogući su mnogi tipovi digestora. Digestor može biti horizontalan, vertikalan, ili nagnut. Digestor može ili ne mora da ima bilo kakvu unutrašnju mešalicu ili sredstva za mešanje. Digestor može biti pričvršćen na jednom mestu, ili mu može biti dozvoljeno da se okreće (npr., oko svojih osovinskih ili radijalnih dimenzija). Digestor može da radi u režimu protoka na gore ili na dole, u odnosu na čvrste materije ili mešavine čvrste materije i tečnosti. Kada postoji višak tečnosti, digestor može da radi istovremeno ili u suprotnom smeru (čvrsti protok nasuprot tečnog protoka). Digestor može da radi kontinuirano, polukontinuirano, po šaržama, ili u nekoj njihovoj kombinaciji ili hibridu. Model protoka u digestoru može biti protok čepa, dobro izmešan, ili bilo koji drugi model protoka. Digestor može biti zagrevan interno ili eksterno, kao što je parom, toplim uljem, itd. Generalno, principi inženjeringa hemijskog reaktora mogu da se primene na dizajn digestora i operaciju.

[0092] U određenim poželjnim načinima ostvarivanja ovog pronalaska, digestor predstavlja vertikalni digestor. U nekim načinima ostvarivanja, digestor nije uključen u ili ne uključuje horizontalni digestor (npr., tipa Pandia). Iako u stanju tehnike postoje tendencije ka proučavanju vertikalnog digestora za obradu jednogodišnjih vlakana (poljoprivredni ostaci), otkriveno je da prethodna obrada jedne faze u vertikalnom digestoru radi iznenađujuće dobro za paru ili ekstrakciju tople vode poljoprivrednih ostataka pre enzimske hidrolize.

[0093] Kako je ovde predviđeno, "vertikalni digestor" može da uključuje nevertikalnu pomoćnu opremu, uključujući opremu za uvođenje i dešaržiranje. Na primer, horizontalni ili nagnuti ulaz (npr., uvodnik čepa sa navojem) ili horizontalni ili nagnuti izlaz (npr., dešaržer čepa sa navojem), horizontalni ili nagnuti uređaj za impregnaciju, horizontalna ili nagnuta linija za produvavanje, i tako dalje mogu biti uključeni u postupak kada se koristi vertikalni digestor. Takođe, vertikalni digestor može biti suštinski vertikalan ali može da sadrži sekcije ili zone koje nisu striktno vertikalne, i može da sadrži bočne tokove (ulazni ili izlazni), tokove internog recikliranja, i tako dalje koji mogu da se konstruišu kao nevertikalni. U nekim načinima ostvarivanja, vertikalni digestor ima različit prečnik duž svoje dužine (visine).

[0094] Digestor je digestor jedne faze. Ovde "jedna faza" znači da je biomasa ekstrahovana ekstrakcionim rastvorom (npr., tekućom toplom vodom sa opcionom kiselinom kao što je sirćetna kiselina) na temperaturi i pritisku reakcije, kako bi srastvorile hemiceluloze i lignin, bez razdvajanja poluproizvoda pre ulaska u mehanički rafiner, liniju za produvavanje, ili ventil za produvavanje.

Hemiceluloze nisu razdvojene a čvrste materije bogate celulozom nisu odvojeno obrađene pre enzimske hidrolize. Nakon digestora i opcionog rafinera sa linijom za produvavanje, i nakon što je pritisak otpušten kako bi se postigao atmosferski pritisak, u nekim načinima ostvarivanja, hemiceluloze mogu biti oprane od čvrstih materija i odvojeno obrađene kako bi se hemiceluloza hidrolizovala na monomere i/ili kako bi odvojeno fermentisale hemicelulozne šećere u etanol. U nekim načinima ostvarivanja, nema razdvajanja poluproizvoda: svi ekstrahovani/digestirani sadržaji—i čvrste i tečne faze—se šalju u enzimsku hidroliozu da bi se proizvela glukoza i drugi monomerni šećeri kao što je ksliloza.

[0095] Neki konkretni načini ostvarivanja ovog pronalaska upošljavaju vertikalni digestor jedne faze konfigurisan da kontinuirano prethodno obrađuje ulaznu biomasu tekućom toplom vodom, nakon čega sledi rafinisanje sa linijom za produvavanje čitavog prethodno obrađenog materijala, a nakon toga sledi enzimska hidroliza celog rafinisanog materijala.

[0096] Mehanički rafiner može biti izabran iz grupe koju čine rafiner za vruć vazduh, rafiner vruće mase, rafiner sa linijom za produvavanje, rafiner sa diskom, konusni rafiner, cilindrični rafiner, linijski defibrator, homogenizator, i njihove kombinacije (potrebno je imati u vidu da ovi industrijski pojmovi međusobno isključuju jedan drugog). U određenim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner je rafiner sa linijom za produvavanje. Drugi mehanički rafineri mogu da se uposle, a mogu da se uvode pomoćna sredstva za hemijsko rafinisanje (npr., masne kiseline), kao što je da se podesi viskozitet, gustina, lubrikacija, itd.

[0097] Mehanička obrada (rafinisanje) može da uposli jednu ili više poznatih tehnika kao što je, ali bez ograničenja na, mlevenje, usitnjavanje, lupanje, sonikacija, ili bilo koja druga sredstva za smanjenje veličine čestica celuloze. Takvi rafineri su dobro poznati u industriji i uključuju, bez ograničenja, Valley udarače, rafinere sa jednim diskom, rafinere sa dva diska, konusne rafinere, uključujući i širokog i uskog ugla, cilindrične rafinere, homogenizatore, mikrofluidizatore, i druge slične uređaje za mlevenje ili usitnjavanje. Videti, na primer, Smook, Handbook for Pulp & Paper Technologists, Tappi Press, 1992.

[0098] Hermetički rafiner može da radi pod istim pritiskom kao digestor, ili pod različitim pritiskom. U nekim načinima ostvarivanja, i digestor i rafiner rade u opsegu pritiska koji odgovara ravnoteži temperatura saturacije pare od oko 170°C do oko 210°C, kao što je oko 180°C do oko 200°C. U nekim načinima ostvarivanja, hermetički rafiner se uvodi pužnim vijkom između digestora i rafinera.

[0099] U principu, pritisak u rafineru bi mogao biti veći od pritiska digestora, zbog ulaza mehaničke energije. Na primer, pužni uvodnik pod visokim pritiskom bi mogao da se koristi kako bi se povećao pritisak rafinisanja, po želji. Takođe, prepoznaće se da lokalizovani pritisci (sila podeljena površinom) mogu biti veći od pritiska isparenja, usled prisustva mehaničke površinske sile (npr., ploče) koja utiče na čvrst materijal ili gustu kašastu suspenziju.

[0100] Rezervoar za produvavanje može biti postavljen nizvodno od mehaničkog rafinera, tako da mehanički rafiner radi pod pritiskom. Pritisak od mehaničkog rafinera može biti isti kao pritisak digestora, ili može da se razlikuje. U nekim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner radi pri pritisku rafinisanja izabranom od oko 30 psig (2.07 bara, pri čemu se mora imati u vidu da se "bar" ovde odnosi na manometarski pritisak) do oko 300 psig (20.7 bara), kao što je oko 50 psig (3.45 bara) do oko 150 psig (10.3 bara).

[0101] Rezervoar za produvavanje može biti postavljen uzvodno od mehaničkog rafinera, tako da mehanički rafiner radi pod smanjenim pritiskom ili atmosferskim pritiskom. U nekim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner radi pod pritiskom rafinisanja od manje od oko 50 psig, manje od oko 30 psig, ili na ili oko atmosferskog pritiska.

[0102] Trebalo bi da se ima na umu da bi "rezervoar za produvavanje" trebalo da se tumači u širem smislu da podrazumeva ne samo rezervoar već i bilo koji drugi uređaj ili opremu koja može da omogući smanjenje pritiska u postupku pare. Samim tim rezervoar za produvavanje može biti rezervoar, sud, sekcija cevi, ventil, uređaj za razfvajanje, ili druga jedinica.

[0103] U nekim načinima ostvarivanja, nakon digestora za uklanjanje hemiceluloze, produvavanje poluproizvoda se izvodi na, na primer, oko 40 psig. Materijal se šalje u rafiner sa linijom za produvavanje, a zatim do konačnog produvavanja do atmosferskog pritiska, na primer. U nekim načinima ostvarivanja, dešaržer hladnog produvavanja se koristi da se uvede u hermetički rafiner. U nekim načinima ostvarivanja, konvejer prenosa se koristi da se uvede u hermetički rafiner.

[0104] Rafinisanje može da se izvodi u širokom opsegu koncentracija čvrstih materija (konzistentnost), uključujući od oko 2% do oko 50% konzistentnosti, kao što je oko 4%, 6%, 8%, 10%, 15%, 20%, 30%, 35%, ili 40% konzistentnosti.

[0105] Hermetički rafiner može da radi pod istim pritiskom kao digestor, ili pod različitim pritiskom. U nekim načinima ostvarivanja, i digestor i rafiner rade u opsegu pritiska koji odgovara temperaturama ravnoteže saturacije pare od oko 170°C do oko 210°C, kao što je oko 180°C do oko 200°C. U nekim načinima ostvarivanja, hermetički rafiner se uvodi pužnim vijkom između digestora i rafinera.

[0106] U određenim načinima ostvarivanja ovog pronalaska, prvi rezervoar za produvavanje je postavljen uzvodno od mehaničkog rafinera, a drugi rezervoar za produvavanje je postavljen nizvodno od mehaničkog rafinera. U ovom scenariju, pritisak je snižen između digestora i rafinera, koji radi iznad atmosferskog pritiska. Nakon rafinisanja, pritisak se otpušta u drugi rezervoar za produvavanje. U nekim načinima ostvarivanja, mehanički rafiner radi pri pritisku rafinisanja izabranom od oko 10 psig do oko 150 psig, kao što je oko 20 psig do oko 100 psig, ili oko 30 psig do oko 50 psig.

[0107] U nekim načinima ostvarivanja, isparenje se izdvaja iz rezervoara za produvavanje, a toplota se ponovo stvara iz najmanje nekog dela jedinjenja. Najmanje neko od isparenja može biti komprimovano i vraćeno nazad u digestor. Neko od isparenja može biti prečišćeno iz toga postupka.

[0108] U nekim načinima ostvarivanja, toplota ponovo nastaje iz najmanje nekog dela jedinjenja, pomoću principa integrisanja toplote. Najmanje neko od isparenja može biti komprimovano i vraćeno nazad u digestor. Nešto isparenja može biti prečišćeno iz postupka.

[0109] U određenim načinima ostvarivanja, smanjenje pritiska koje se javlja preko ventila za produvavanje uzrokuje, ili pomaže kod, širenja vlakana ili eksplozije vlakana. Ekspanzija ili eksplozija vlakana je tip fizičkog dejstva koje može da se javi, čime se smanjuje veličina čestica ili površina celulozne faze, i pojačava enzimska digestibilnost prethodno obrađene celuloze. Određeni načini ostvarivanja upošljavaju ventil za produvavanje (ili više ventila za produvavanje) kako bi se zamenio mehanički rafiner ili kako bi se povećalo rafinisanje koje potiče od mehaničkog rafinera, postavljenog ili ispred ili iza takvog ventila za produvavanje. Neki načini ostvarivanja kombinuju mehanički rafiner i ventil za produvavanje u jedan uređaj koji istovremeno rafiniše čvrste materije bogate celulozom pri čemu se produvava materijal do smanjenog pritiska.

[0110] U nekim načinima ostvarivanja, enzimi koji se uvode, ili su prisutni u jedinici enzimske hidrolize mogu da uključe ne samo celulaze već i hemicelulaze. U određenim načinima ostvarivanja, enzimi uvedeni ili prisutni u jedinici enzimske hidrolize uključuju endoglukanaze i egzoglukanaze.

[0111] Enzimska hidroliza može da se izvodi pri koncentraciji čvrstih materija od oko 5 mas.% do oko 25 mas.%, kao što je oko 10 mas.%, 12 mas.%, 15 mas.%, 18 mas.%, 20 mas.%, ili 22 mas.%.

[0112] Jedinica enzimske hidrolize može da uključuje jednu fazu konfigurisanu za celuloznu likvefakciju i saharifakciju, pri čemu jedna faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. Alternativno, jedinica enzimske hidrolize može da uključuje dve faze konfigurisane za celuloznu likvefakciju nakon koje sledi saharifakcija, pri čemu svaka faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova.

[0113] Enzimi uvedeni u ili prisutni u jedinici enzimske hidrolize mogu da uključuju celulaze i hemicelulaze. U nekim načinima ostvarivanja, enzimi uvedeni u ili prisutni u jedinici enzimske hidrolize uključuju endoglukanaze i egzoglukanaze.

[0114] Neki načini ostvarivanja upošljavaju dva ili više jedinica enzimske hidrolize. Prva jedinica enzimske hidrolize može da uključuje jednu fazu konfigurisanu za celuloznu likvefakciju i saharifakciju, pri čemu jedna faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. Alternativno, prva jedinica enzimske hidrolize može da uključuje dve faze konfigurisane za celuloznu likvefakciju nakon koje sledi saharifakcija, pri čemu svaka faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova.

[0115] Druga jedinica enzimske hidrolize može da uključuje jednu fazu konfigurisanu za celuloznu likvefakciju i saharifakciju, pri čemu jedna faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. Alternativno, druga jedinica enzimske hidrolize može da uključuje dve faze konfigurisane za celuloznu likvefakciju nakon koje sledi saharifakcija, pri čemu svaka faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova. U određenim načinima ostvarivanja, postupak dalje obuhvata recikliranje najmanje nekog materijala obrađenog u drugoj jedinici enzimske hidrolize, za razdvajanje čvrste materije/tečnosti, na primer.

[0116] Enzimi uvedeni u, ili prisutni u jedinici enzimske hidrolize mogu da uključuju celulaze i hemicelulaze. U nekim načinima ostvarivanja, enzimi uvedeni u, ili prisutni u jedinici enzimske hidrolize uključuju endoglukanaze i egzoglukanaze.

[0117] Reaktor za hidrolizu može biti konfigurisan u jednoj ili više faza ili sudova. U nekim načinima ostvarivanja, reaktor za hidrolizu predstavlja sistem dva, tri, ili više fizičkih sudova koji su konfigurisani za izvođenje likvefakcije ili hidrolize oligomera šećera. Na primer, u određenim načinima ostvarivanja, na rezervoar za likvefakciju se nadovezuje rezervoar za hidrolizu, koji se zatim nadovezuje na drugi rezervoar za produženu hidrolizu. Enzimi mogu da se dodaju u bilo koji ili više ovih sudova, i može da se koristi enzim za recikliranje.

[0118] U drugim načinima ostvarivanja, koristi se jedan fizički reaktor za hidrolizu, pri čemu reaktor sadrži mnoštvo zona, kao što je zona likvefakcije, zona prve hidrolize, i zona druge hidrolize. Zone mogu biti stabilne ili u pokretu, a reaktor može biti kontinuirani reaktor protoka čepa, kontinuirani reaktor sa umešivačem, reakator koji radi po šaržama, reaktor koji radi sa polušaržama, ili bilo njihove kombinacije, uključujući modele sa proizvoljnim tokom čvrstih i tečnih faza.

[0119] Mehanički rafiner može biti uključen pre likvefakcije, između rezervoara za likvefakciju i rezervoara za hidrolizu, i/ili između rezervoara za hidrolizu i produženog rezervoara za hidrolizu.

Alternativno ili dodatno, mehanički rafiner može biti uključen bilo gde u postupku. Enzimi mogu da se uvode direktno u bilo koji od rafinera, po želji.

[0120] U nekim načinima ostvarivanja, enzimi se uvode direktno u mehanički rafiner. U ovim ili drugim načinima ostvarivanja, enzimi se uvode u digestirani tok, uzvodno od mehaničkog rafinera. Enzimi mogu da uključuje celulaze (npr., endoglukanaze i egzoglukanaze) i hemicelulaze.

[0121] Uslovi efikasne hidrolize mogu da uključe maksimalnu temperaturu od 75°C ili manje, poželjno 65°C ili manje, unutar mehaničkog rafinera. U nekim načinima ostvarivanja, uslovi efikasne hidrolize uključuju temperature hidrolize od oko 30°C, 40°C, 50°C, 60°C, ili 70°C unutar mehaničkog rafinera. Ovo su prosečne temperature unutar zone rafinisanja. Lokalna žarišta mogu biti prisutna unutar rafinera, na primer u regionima visokosmicajnog, visokofrakcionog kontakta između čvrste materije bogate celulozom i metalnih ploča.

[0122] U nekim načinima ostvarivanja, reaktor za hidrolizu ili rafiner je konfigurisan da uzrokuje najmanje neku likvefakciju kao rezultat enzimskog dejstva na čvrste materije bogate celulozom.

"Likvefakcija" znači delimičnu hidrolizu celuloze da bi se formirali glukozni oligomeri (tj. glukan) koji se rastvaraju u rastvoru, ali ne potpunu hidrolizu celuloze na glukozne monomere (saharifakciju). Razne frakcije celuloze mogu biti hidrolizovane tokom likvefakcije. U nekim načinima ostvarivanja, frakcija hidrolizovane celuloze može biti od oko 5% do oko 90%, kao što je oko 10% do oko 75% (npr. oko 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, ili 70%). U određenim načinima ostvarivanja, nema odvojenog rezervoara za likvefakciju ili reaktora; likvefakcija i hidroliza se javljaju u istom sudu (npr., rafineru ili reaktoru za hidrolizu).

[0123] "Mešavina enzima usmerena na likvefakciju" označava mešavinu enzima koja uključuje najmanje jedan enzim koji je sposoban za hidrolizovanje celuloze kako bi se formirali rastvorljivi oligomeri. U nekim načinima ostvarivanja, mešavina enzima usmerena na likvefakciju uključuje i endoglukanaze i egzoglukanaze. Endoglukanaze su celulaze koje napadaju regione niske kristalnosti u celuloznim vlaknima endodejstvom, čime se stvaraju slobodni krajevi lanca. Egzoglukanaze ili celobiohidrolaze su celulaze koje hidrolizuju veze 1,4-glikocidila u celobiozi.

[0124] Razni celulozni enzimi mogu da se koriste u mešavini enzima usmerenoj na likvefakciju, kao što je jedan ili više enzima navedenih u Verardi et al., " Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass: Current Status of Processes and Technologies and Future Perspectives," Bioetanol, Prof. Marco Aurelio Pinheiro Lima (Ed.), ISBN: 978-953-51-0008-9, InTech (2012).

[0125] Neki načini ostvarivanja upošljavaju termotolerantne enzime dobijene od termofilnih mikroorganizama. Termofilni mikroorganizmi mogu biti grupisani u termofilima (rast do 60°C), ekstremnim termofilima (65-80°C) i hipertermofilima (85-110°C). Jedinstvena stabilnost enzima koju proizvode ovi mikroorganizmi na povišenim temperaturama, ekstremnoj pH i visokom pritisku (do 1000 bara) čini ih vrednim za postupke u oštrim uslovima. Takođe, termofilni enzimi imaju povišenu otpornost na mnoge denaturisane uslove kao što je upotreba deterdženata koji mogu biti efikasna sredstva u uklanjanju nepovratne adsorpcije celulaze na supstratima. Dalje, upotreba visokih temperatura za rad, koja uzrokuje smanjenje viskoziteta i porast difuzionih koeficijenata supstrata, imaju značajan uticaj na solubilizaciju celuloze. Većina termofilnih celulaza ne pokazuje inhibiciju na visokom nivou reakcionih proizvoda (npr. celobioze i glukoze). Posledično se očekuju visoke stope reakcija i viši prinosi postupaka. Visoke temperature postupka takođe smanjuju kontaminaciju. Videti tabelu 6, " Thermostable cellulases " u Verardi et al., prethodno navedenu, zbog primera termotolerantnih enzima koji mogu da se koriste u mešavini enzima usmerenoj na likvefakciju, ili u ovde datim drugim načinima ostvarivanja.

[0126] U nekim načinima ostvarivanja, enzim je izabran tako da na visokoj temperaturi, taj enzim može da katalizuje likvefakciju (delimičnu hidrolizu) ali ne saharifakciju (ukupnu hidrolizu). Kada se temperatura smanji, isti enzim može da katalizuje saharifakciju da bi se proizvela glukoza.

[0127] Postupak hidrolize upošljava celulozne enzime i obično će sadržati celulaze i hemicelulaze. Ovde celulaze mogu da uključuju β-glukozidaze koje pretvaraju celobiozu celooligosaharida i disaharida u glukozu. Brojni su enzimi koji mogu da napadnu hemicelulozu, kao što je glukoronid, acetilesteraza, ksilanaza, β-ksilozidaze, galaktomanaza i glukomanaza. Primeri kiselih katalizatora uključuju sumpornu kiselinu, sumpordioksid, hlorovodoničnu kiselinu, fosfornu kiselinu, i azotnu kiselinu.

[0128] U određenim načinima ostvarivanja ovog pronalaska, filter za samočišćenje konfigurisan nizvodno od rezervoara za hidrolizu da bi se uklonile niti celuloznih vlakana pre slanja hidrolizat u fermentor ili drugu jedinicu (npr., drugi sud za hidrolizu za produženu hidrolizu rastvorljivog materijala). Filter za samočiščenje kontinuirano odbacuje čvrste materije (uključujući niti celuloznih vlakana) koje mogu da se recikliraju nazad u prvi sud za hidrolizu. Na primer, niti celuloznih vlakana mogu da se recikliraju u kuler biomase koji uvodi sud za redukciju viskoznosti na početku hidrolize.

[0129] Tokovi mnogih tečnosti sadrže čestice, i često je poželjno da se ove čestice razdvoje od toka tečnosti. Ukoliko se ne razdvoje, čestice mogu da degradiraju kvalitet proizvoda, efikasnost, smanje učinak, ili uzrokuju oštećenje komponenti unutar sistema. Mnogi tipovi filtera su dizajnirani u svrhu uklanjanja čestica iz tokova tečnosti. Takvi filteri obično uključuju element filtera dizajniran da proseje čestice. Međutim, materijal čestica često postaje zarobljen u elementu filtera. Kako se količina materijala čestica, koji se često označava kao filter kolač, sakuplja na elementu filtera, pad pritiska koji se javlja na elementu filtera raste. Pad pritiska na elementu filtera dovoljne jačine može značajno da smanji tok tečnosti, pri čemu se na toj tački element filtera mora periodično čistiti, ili zameniti novim filterom. Često se ovo radi ručno uklanjanjem elementa filtera i čišćenjem filtera pre ponovnog instaliranja nazad u sistem. Da bi se ručne operacije smanjile, filteri su dizajnirani tako da se postigne kontinuirano samočišćenje.

[0130] Kako je ovde predviđeno, "filter za samočišćenje" bi trebalo da se tumači u širokom smislu tako da se odnosi na uređaje za filtraciju samočišćenjem, dekantere za samočišćenje, sita za samočišćenje, centrifuge za samočišćenje, ciklone za samočišćenje, rotirajuće bubnjeve za samočišćenje, ekstrudere za samočišćenje, ili druge uređaje za razdvajanje samočišćenjem.

[0131] Neki filteri za samočišćenje ponovo koriste pulsiranje za izbacivanje materijala ili oštrica kako bi se ostrugale čestice u obliku kolača. Neki filteri za samočišćenje se čiste tečnostima u spreju, kao što je voda ili vazduh da bi se uklonile čestice. Neki filteri za samočišćenje koriste jake pritiske ili sile za izbacivanje čestica u obliku kolača sa filtera. Neki filteri za samočišćenje upošljavaju model pokretnog (npr., obrtnog) filtera pri čemu se čestice kontinuirano filtriraju i uklanjaju usled sile centrifugiranja ili drugih sila. Mnogi filteri za samočišćenje su komercijalno dostupni.

[0132] Takođe videti, na primer, U.S. Patent No.4,552,655, izdat 12. novembra 1985. i U.S. Patent No.

8,529,661, izdat 10. septembra 2013.

[0133] Kako je ovde predviđeno, "niti celuloznih vlakana" se generalno odnose na relativno velike, nerastvorljive čestice koje sadrže celulozu u obliku pojedinačnih vlakana ili snopova vlakana. Niti celuloznih vlakana, bez ograničenja, mogu da imaju dužine i efikasne dužine u opsegu od oko 0.1 mm do oko 10 mm, kao što je oko 0.5 mm do oko 5 mm. Neki snopovi celuloznih vlakana mogu da imaju veoma veliku dužinu ili veličinu čestica, kao što je oko 10 mm ili više. Principi ovog pronalaska mogu da se primenjuju na manje celulozne čestice, dužine ili veličine čestica manje od 0.1 mm, dokle god čestice mogu da se uhvate filterom za samočišćenje.

[0134] U nekim načinima ostvarivanja, sastav nekih niti celuloznih vlakana može biti sličan sastavu polaznog materijala biomase, kao što je kada velike čestice nisu efikasno prethodno obrađene u digestoru.

[0135] U nekim načinima ostvarivanja, filter za samočišćenje konfigurisan nizvodno od jedinice enzimske hidrolize kako bi se uklonile niti celuloznih vlakana. Filter za samočiščenje poželjno radi u kontinuitetu. Niti celuloznih vlakana mogu da se recikliraju nazad u jednu ili više jedinica enzimske hidrolize radi dalje hidrolize celuloze.

[0136] U nekim načinima ostvarivanja ovog pronalaska, filter za samočišćenje je konfigurisan nizvodno od jedinice enzimske likvefakcije kako bi se uklonile niti celuloznih vlakana. U ovim ili drugim načinima ostvarivanja, filter za samočišćenje je konfigurisan nizvodno od prve jedinice enzimske hidrolize kako bi se uklonile niti celuloznih vlakana. U ovim ili drugim načinima ostvarivanja, filter za samočišćenje konfigurisan nizvodno od druge jedinice enzimske hidrolize kako bi se uklonile niti celuloznih vlakana.

[0137] Najmanje porcija niti celuloznih vlakana može da se reciklira nazad u jedinicu enzimske likvefakcije ili sud ili razmenjivač toplote koji uvodi u jedinicu enzimske likvefakcije. Alternativno, ili dodatno, najmanje porcija niti celuloznih vlakana su reciklirani nazad u prvu jedinicu enzimske hidrolize ili u sud ili razmenjivač toplote koji uvodi u prvu jedinicu enzimske hidrolize. Alternativno, ili dodatno, najmanje porcija niti celuloznih vlakana se reciklir nazad u digestor i/ili jedan od mehaničkih rafinera.

[0138] Generalno govoreći, enzimska hidroliza koja sledi nakon hidrotermalno-mehaničkog postupka bi trebalo da bude optimizovana za tip biomasae, glavni trošak rezervoara u odnosu na sadržaj čvrstih materija, integrisanje energije sa ostatkom pogona, i trošak enzima u odnosu na prinos šećera. Za svaku komercijalnu primenu, stručnjak može da izvede projekat eksperimenata u saradnji sa dobavljačem enzima, ili u vezi sa proizvodnjom enzima na lokaciji. U nekim načinima ostvarivanja, ovde otkriveni postupak se naknadno adaptira na postojeći digestor, postojeći rafiner, postojeći reaktor za hidrolizu, i/ili postojeći sistem za fermentaciju. Takvo naknadno adaptiranje mora da se uskladi sa ograničenjima lokacije.

[0139] Postupak dalje može da uključuje uklanjanje jednog ili više inhibitora fermentacije oslobađanjem. Ovo oslobađanje može da se izvede nakon faza (e), tj. obradom hidrolizovanog celuloznog toka, pre fermentacije. Alternativno, ili dodatno, oslobađanje može da se izvodi na toku nakon digestije, kao što je u liniji za produvavanje, ili kao deo sistema za recikliranje sirćetne kiseline.

[0140] Postupak uključuje fazu fermentisanja najmanje nekih fermentabilnih šećera do proizvoda fermentacije. Obično će postupak dalje da uključuje koncentraciju i prečišćavanje proizvoda fermentacije. Proizvod fermentacije može biti izabran iz grupe koju čine etanol, n-butanol, 1,4butanediol, ćilibarna kiselina, mlečna kiselina, ili njihove kombinacije, na primer. Lignin može da se spaljuje radi proizvodnje energije.

[0141] Neki načini ostvarivanja dalje uključuju uklanjanje toka čvrstih materija sadrži lignin nakon pre fermentacije fermentabilnih šećera. U ovim ili drugim načinima ostvarivanja, postupak može dalje da uključuje uklanjanje toka čvrstih materija koji sadrži lignin nakon fermentacija fermentabilnih šećera. Lignin može da se spaljuje radi proizvodnje energije.

[0142] Neke ovde otkrivene varijacije se temelje na dizajnu opcija postupka da bi se povećao prinos proizvodnje etanola (ili drugog proizvoda fermentacije). Neke konfiguracije postupka uključuju slanje digestirane pulpe, nakon toplog produvavanja pre bilo kog mehaničkog rafinisanja, u kontinuiranu enzimsku hidrolizu. Enzimska hidroliza može biti konfigurisana u jednoj fazi (likvefakcija i saharifakcija u jednom sudu) ili dve faze (rezervoara) po šaržama. Različiti sudovi mogu biti dizajnirani /mogu da rade kao reaktori rezervoara sa kontinuiranim umešavanjem. Materijal (tečan i čvrst) iz enzimske hidrolize može biti podvrgnut razdvajanju čvrstih materija i tečnosti, dok se tečna faza koja sadrži C5i C6šećere šalje na fermentaciju. Čvrsta faza može biti poslata u atmosferski rafiner pulpe pri čemu se dalja dekonstrukcija nehidrolizovanog vlakna (čvrsta faza) postiže podešavanjem strujnog opterećenja i fizičkih parametara (npr., dimenzija razmaka ili žlebova). Sledeće, rafinisano vlakno se šalje u jedinicu enzimske hidrolize ili se reciklira nazad u prvu jedinicu hidrolize. Ovi načini ostvarivanja mogu da povećaju prinos enzimske hidrolize recikliranjem više dekonstruisanih vlakana, i/ili povećaju digestabilnost vlakna do mikroorganizama ferementacije koji se prevodi u veći prinos etanola. Manje čvrstih materija poslatih na fermentaciju se prevodi u veći prinos fermentacije. Pivo čistije fermentacije koje će proizvoditi manje onečišćenja od pivske kolone.

[0143] Ovde otkriveni postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) smanjenje pritiska digestiranog toka;

(e) razdvajanje tečne faze i čvrste faze iz faze (d);

[0144] Drugi ovde otkriveni postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

(c) smanjenje pritiska digestiranog toka;

(e) razdvajanje tečne faze i čvrste faze iz faze (d);

[0145] Dalji postupak za proizvodnju fermentabilnih šećera od celulozne biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(a) obezbeđivanje sirovine koja obuhvata celuloznu biomasu;

[0146] Faza (d) može da se izvodi u koncentraciji čvrstih materija od oko 5 mas.% do oko 25 mas.%, kao što je oko 10 mas.%, 15 mas.%, ili 20 mas.%.

[0147] Faza (g) može da koristi destilaciju, koja pravi tok donjeg taloga destilacije. Tok donjeg taloga destilacije može biti uparen u uparivaču donjeg taloga destilacije koji je integrisan sa fazom (e) u nizu postavljenih uparivača višestrukog efekta. Uparivač donjeg taloga destilacije može da obezbedi gorivo za sagorevanje bogato ligninom.

[0148] Suspendovane čvrste materije (lignin ili druge čvrste materije) mogu da se uklone pre faze (e). Suspendovane čvrste materije mogu biti tokom ili nakon faze (e) i pre uparivača donjeg taloga destilacije.

[0149] Koncentrovani proizvod fermentacije može biti izabran iz grupe koju čine etanol, n-butanol, izobutanol, 1,4-butanediol, ćilibarna kiselina, mlečna kiselina, ili njihove kombinacije, na primer.

Koncentrovani proizvod fermentacije može biti etanol.

[0150] U nekim načinima ostvarivanja, postupak uključuje pranje čvrste materije bogate celulozom pomoću vodenog rastvora za pranje, da bi se napravio filtrat za pranje; i opciono kombinovanje najmanje nekog filtrata za pranje sa tečnošću ekstrakta. U nekim od ovih načina ostvarivanja, postupak dalje uključuje presovanje čvrste materije bogate celulozom da bi se proizvele oprane čvrste materije bogate celulozom i presovani filtrat; i opciono kombinovanje najmanje nekog pres filtrata sa tečnošću ekstrakta.

[0151] Postupak može da uključuje pranje u obrnutom smeru, kao što je pranje u dve, tri, četiri ili više faza. Razdvajanje/pranje može biti kombinovano sa primenom enzima, na razne načine.

[0152] Dva katalizatora hidrolize mogu da se koriste u seriji. U nekim načinima ostvarivanja, prvi katalizator hidrolize uključuje celulaze. U nekim načinima ostvarivanja, drugi katalizator hidrolize uključuje hemicelulaze. U drugim načinima ostvarivanja, prvi katalizator hidrolize i drugi katalizator hidrolize predstavljaju kisele katalizatore, bazne katalizatore, jonske tečnosti, čvrste katalizatore, ili druge efikasne materijale. Prvi katalizator hidrolize može biti isti kao, ili različit od, drugog katalizatora hidrolize.

[0153] U nekim načinima ostvarivanja, glukoza se ponovo pravi u odvojenom toku od hemiceluloznih monomera. U drugim načinima ostvarivanja, glukozni i hemicelulozni monomeri se ponovo prave u istom toku. Postupak može da uključuje fermentaciju glukoze i/ili fermentabilnih hemiceluloznih šećera do proizvoda fermentacije.

[0154] U nekim načinima ostvarivanja, postupak počinje kako se biomasa primi ili redukuje do željene veličine čestica. U prvoj fazi ovog postupka, biomasa se uvodi (npr., iz suda za uvođenje) u hermetički ekstrakcioni sud koji kontinuirano radi u šaržnom režimu. Biomasa može prvo da se upari ili opere vodom kako bi se uklonila prljavština i uvučeni vazduh. Biomasa se uranja sa vodenom tečnošću ili zasićenim isparenjem i zagreva do temperature između oko 100°C do oko 250°C, na primer 150°C, 160°C, 170°C, 180°C, 190°C, 200°C, ili 210°C. Poželjno, biomasa se zagreva do oko 180°C do 210°C.

[0155] Pritisak u sudu pod pritiskom može biti podešen za održavanje vodene tečnosti u obliku tečnog stanja, isparenja, ili njihove kombinacije. Primeri pritisaka su oko 1 bara do oko 30 bara, kao što je oko 3 bara, 5 bara, 10 bara, ili 15 bara.

[0156] Vreme zadržavanja za čvrstu fazu u digestoru (ekstrakcioni sud pod pritiskom) može da varira od oko 2 minuta do oko 4 sata, kao što je oko 5 minuta do oko 1 sata. U određenim načinima ostvarivanja, vreme zadržavanja u digestoru je kontrolisano na oko 5 do 15 minuta, kao što je 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ili 15 minuta. Vreme zadržavanja tečne faze u digestoru može da varira od oko 2 minuta do oko 4 sata, kao što je oko 5 minuta do oko 1 sata. Vreme zadržavanja faze isparenja za digestor može da varira od oko 1 minuta do oko 2 sata, na primer, kao što je oko 3 minuta do oko 30 minuta. Vremena zadržavanja čvrste faze, tečne faze, i faze isparenje mogu biti sva ista, ili mogu nezavisno da se kontrolišu prema principima konstruisanja reaktora (npr., strategije recikliranja i recirkulacije).

[0157] Vodena tečnost može da sadrži kisela jedinjenja, kao što je (ali bez ograničenja na) sumporna kiselina, sumporasta kiselina, sumpor dioksid, sirćetna kiselina, mravlja kiselina, ili oksalna kiselina, ili njihove kombinacije. Koncentracija razblažene kiseline (ukoliko je ima) može biti u opsegu od 0.01 mas.% do 10 mas.% po potrebi da bi se poboljšala rastvorljivost određenih minerala, kao što su kalijum, natrijum, ili silicijum. Poželjno, koncentracija kiseline je izabrana od oko 0.01 mas.% do 4 mas.%, kao što je 0.1 mas.%, 0.5 mas.%, ili 1 mas.%.

[0158] Druga faza može da uključuje dekompresiju ekstrahovane biomase u rezervoar za produvavanje ili drugi rezervoar ili jedinicu. Isparenje može da se koristi za zagrevanje ulazne biomase ili kuvanje tečnosti, direktno ili indirektno. Isparene organske kiseline (npr., sirćetna kiselina), koje se stvaraju tokom ili su obuhvaćene fazom kuvanja, mogu biti reciklirane nazad na kuvanje.

[0159] Treća faza uključuje mehaničko rafinisanje ekstrahovane biomase. Ova faza (koja koristi, na primer, rafiner sa linijom za produvavanje) može biti gotova pre ili posle dekompresije.

[0160] Opciono, rafinisane čvrste materije mogu biti oprane. Pranje može da se postigne vodom, recikliranim kondenzatima, recikliranim permeatom, ili njihovom kombinacijom. Pranje obično uklanja većinu rastvorenog materijala, uključujući hemiceluloze i minerale. Konačna konzistentnost čvrste materije bez vode bogate celulozom može biti povećana do 30% ili više, poželjno do 50% ili više, pomoću uređaja za mehaničko presovanje. Uređaj za mehaničko presovanje može biti integrisan sa mehaničkim rafinerom, kako bi se postiglo kombinovano rafinisanje i pranje.

[0161] Četvrta faza uključuje hidrolizovanje ekstrahovanih ljuspica sa enzimima kako bi se nešto celuloze pretvorilo u glukozu. Enzimi uključuju celulozne enzime. Enzimi mogu da se uvode u ekstrahovane ljuspice zajedno sa vodom, recikliranim kondenzatima, recikliranim permeatom, aditivima za podešavanje pH, aditivima za pojačavanje hidrolize (kao što su lignosulfonati), ili njihove kombinacije.

[0162] Neki ili svi enzimi mogu da se dodaju u liniju za produvavanje pre ili na rafineru sa linijom za produvavanje, na primer, kao pomoć prilikom kontakta enzima sa vlaknima. U nekim načinima ostvarivanja, najmanje porcija enzima se reciklira po šaržama ili kontinuiranim postupkom.

[0163] Kada se za hidrolizu celuloze koriste kiselina, ta kiselina može biti izabrana iz grupe koju čine sumporna kiselina, sumporasta kiselina, sumpor dioksid, mravlja kiselina, sirćetna kiselina, oksalna kiselina, ili njihove kombinacije. Kiseline mogu biti dodate u ekstrahovane ljuspice pre ili posle mehaničkog rafinisanja. U nekim načinima ostvarivanja, kiseli uslovi razblaženja se koriste na temperaturama između oko 100°C i 190°C, na primer oko 120°C, 130°C, 140°C, 150°C, 160°C, ili 170°C, i poželjno od 120°C do 150°C. U nekim načinima ostvarivanja, najmanje porcija kiseline se reciklira po šaržama ili kontinuiranim postupkom.

[0164] Kiselina može biti izabrana iz grupe koju čine sumporna kiselina, sumporasta kiselina, ili sumpor dioksid. Alternativno, ili dodatno, ta kiselina može da uključuje mravlju kiselinu, sirćetnu kiselinu, ili oksalnu kiselina iz tečnosti za kuvanje ili recikliranu iz prethodne hidrolize.

[0165] Peta faza može da uključuje kondicioniranje hidrolizata da bi se uklonile neke ili većina isparljivih kiselina i drugi inhibitori fementacije. Uparavanje može da uključuje trenutno isparavanje ili oslobađanje kako bi se uklonio sumpor dioksid, ukoliko je prisutan, pre uklanjanja isparljivih kiselina. Faza uparavanja se poželjno izvodi ispod ph disocije od 4.8 sirćetne kiseline, a poželjnije pH izabrane od oko 1 do oko 2.5. U nekim načinima ostvarivanja, dodatne faze uparavanja mogu da se koriste. Ove dodatne faze uparavanja mogu da se izvode u različitim uslovima (npr., temperatura, pritisak, i pH) u odnosu na fazu uparavanja.

[0166] U nekim načinima ostvarivanja, neke ili sve uparene organske kiseline mogu biti reciklirane, u obliku isparenja ili kondenzata, do prve faze (faze kuvanja) kao pomoć kod uklanjanja hemiceluloza ili minerala iz biomase. Ovo recikliranje organskih kiselina, kao što je sirćetna kiselina, može biti optimizovano zajedno sa uslovima postupka koji mogu da variraju u zavisnosti od reciklirane količine, da bi se poboljšala efikasnost kuvanja.

[0167] Šesta faza može da uključuje ponovo pravljenje fermentabilnih šećera, koji mogu da se čuvaju, prenose, ili obrađuju. Šesta faza uključuje fermentisanje fermentabilnih šećera do proizvoda, o kojem je u nastavku reč.

[0168] Sedma faza može da uključuje pripremu čvrstih ostataka (koji sadrže lignin) radi spaljivanja. Ova faza može da uključuje rafinisanje, mlevenje, fluidizaciju, sabijanje, i/ili peletizovanje suve, ekstrahovane biomase. Čvrsti ostaci mogu da se uvode u kotao u obliku finog praška, opuštenog vlakna, peleta, briketa, ekstrudata, ili u bilo kom drugom pogodnom obliku. Pomoću poznate opreme, čvrsti ostaci mogu biti ekstrudirani kroz komoru pod pritiskom kako bi se formirali uniformni peleti i briketi iste veličine.

[0169] U nekim načinima ostvarivanja, fermentabilni šećeri se ponovo prave od rastvora, u koncentrovanom obliku. Fermentabilni šećeri su fermentisani da bi se proizvela biohemikalija ili biogoriva kao što je (ali bez ograničenja na) etanol, 1-butanol, izobutanol, sirćetna kiselina, mlečna kiselina, ili bilo koji drugi proizvod fementacije. Prečišćeni proizvod fermentacije može biti proizveden destilovanjem proizvoda fermentacije, koji će takođe stvoriti tok donjeg taloga destilacije koji sadrži rezidualne čvrste materije. Faza uparavanja donjeg taloga može da se koristi, da bi se proizvele rezidualne čvrste materije.

[0170] Nakon fermentacije, rezidualne čvrste materije (kao što je donji talog destilacije) mogu biti ponovo napravljene, ili spaljene u čvrstom ili obliku guste kašaste suspenzije, ili reciklirane da bi se kombinovale u pelete biomase. Upotreba rezidualnih čvrstih materija fermentacije može da zahteva uklanjanje minerala. Generalno, bilo kakav ostatak čvrste materije može da se koristi za spaljivanje, nakon koncentrovanja donjeg taloga destilacije.

[0171] Alternativno, ili dodatno, postupak može da uključuje ponovno stvaranje rezidualne čvrste materije u obliku koproizvoda fermentacije u čvrstom, tečnom, ili obliku guste kašaste suspenzije.

Koproizvod fermentacije može da se koristi kao fertilizator ili komponenta fertilizatora, budući da je obično bogat kalijumom, azotom, i/ili fosforom.

[0172] U određenim načinima ostvarivanja, postupak dalje obuhvata kombinovanje, na pH od oko 4.8 do 10 ili većoj, porcije isparene sirćetne kiseline sa alkalnim oksidom, alkalnim hidroksidom, alkalnim karbonatom, i/ili alkalnim bikarbonatom, pri čemu je taj alkal izabrana iz grupe koju čine kalijum, natrijum, magnezijum, kalcijum, i njihove kombinacije, da bi se pretvorila porcija isparene sirćetne kiseline u alkalni acetat. Alkalni acetat može biti ponovo napravljen. Po želji, prečišćena sirćetna kiselina može biti napravljena od alkanog acetata.

[0173] Inhibitori fementacije mogu biti odvojeni od hidrolizata dobijenog iz biomase, kao što je po sledećim fazama:

(a) obezbeđivanje toka tečnog hidrolizata dobijenog iz biomase koji obuhvata inhibitor fermentacije;

(b) uvođenje toka tečnog hidrolizata u rektifikacionu kolonu za izdvajanje lakih frakcija;

(c) uvođenje toka isparenja bogatog parom u rektifikacionu kolonu za izdvajanje lakih frakcija kako bi se oslobodila najmanje porcija inhibitora fermentacije iz toka tečnog hidrolizata;

(d) ponovno stvaranje, iz rektifikacione kolone za izdvajanje lakih frakcija, toka oslobođene tečnosti i izlaznog toka isparenja iz kolone za lake frakcije, pri čemu taj tok oslobođene tečnosti ima koncentraciju inhibitora fermenatacije nižu od toka tečnog hidrolizata;

(e) komprimovanje izlaznog toka isparenja iz kolone za lake frakcije da bi se napravio tok komprimovanog isparenja;

(f) uvođenje toka komprimovanog isparenja, i toka tečnosti bogatog vodom, u uparivač;

(g) ponovno stvaranje, iz uparivača, uparenog tečnog toka i izlaznog toka isparenja iz uparivača; i (h) recikliranje najmanje porcije izlaznog toka isparenja iz uparivača u rektifikacionu kolonu za izdvajanje lakih frakcija kao tok isparenja bogatog parom, ili njegove porcije.

[0174] Hidrolizat dobijen iz biomase može biti proizvod kisele ili enzimske hidrolize, ili može biti ekstrahovani rastvor iz digestora, na primer. U nekim načinima ostvarivanja, inhibitor fermentacije je izabran iz grupe koju čine sirćetna kiselina, mravlja kiselina, formaldehid, acetaldehid, mlečna kiselina, furfural, 5-hidroksimetilfurfural, furani, uranske kiseline, fenolna jedinjenja, jedinjenja koja sadrže sumpor, i njihove kombinacije ili derivati.

[0175] U nekim načinima ostvarivanja, tok tečnosti bogat vodom sadrži čvrste materije biomase koje su koncentrovane u uparivaču. Ove čvrste materije biomase mogu biti dobijene od iste biomase kao i tečni hidrolizat dobijen iz biomase, u integrisanom postupku.

[0176] Opciono, inhibitor fermentacije se reciklira u prethodnu operativnu jedinicu (npr., digestor ili reaktor) radi stvaranja toka tečnog hidrolizata dobijenog iz biomase, kao pomoć oko hidrolize ili prethodne obrade sirovine biomase ili njene komponente. Na primer, sirćetna kiselina može u ovu svrhu biti reciklirana, kako bi se pomoglo u uklanjanju hemiceluloza iz biomase i/ili u hidrolizi oligomera do monomernih šećera.

[0177] Drugi postupak za odvajanje inihibtora fermentacije od hidrolizata dobijenog iz biomase je ovde otkriven, pri čemu taj postupak obuhvata:

(e) uvođenje izlaznog toka isparenja iz kolone za lake frakcije, i toka tečnosti bogatog vodom, u uparivač;

(f) ponovno stvaranje, iz uparivača, uparenog tečnog toka i izlaznog toka isparenja iz uparivača; (g) komprimovanje izlaznog toka isparenja iz uparivača da bi se napravio tok komprimovanog isparenja; i

(h) recikliranje najmanje porcije toka komprimovanog isparenja u rektifikacionu kolonu za izdvajanje lakih frakcija u obliku toka isparenja bogatog parom, ili njegove porcije.

[0178] U nekim načinima ostvarivanja, uparivač je kotao, pri čemu tok tečnosti bogat vodom obuhvata napojnu vodu iz kotla, a rok uparene tečnosti obuhvata kondenzat iz kotla.

[0179] Ovaj postupak može biti kontinuiran, polukontinuiran, ili po šaržama. Kada je kontinuiran ili polukontinuiran, rektifikaciona kolona za izdvajanje lakih frakcija može da radi u suprotnom smeru, istovremeno, ili kombinovano.

[0180] Dalji postupak za odvajanje i ponovno stvaranje inhibitora fermentacije od hidrolizata dobijenog iz biomase može da obuhvata:

(b) uvođenje toka tečnog hidrolizata u rektifikacionu kolonu za izdvajanje lakih frakcija; (c) uvođenje toka isparenja bogatog parom u rektifikacionu kolonu za izdvajanje lakih frakcija kako bi se oslobodila najmanje porcija inhibitora fermentacije iz toka tečnog hidrolizata;

(e) uvođenje izlaznog toka isparenja iz kolone za lake frakcije, i toka tečnosti bogate vodom, u rektifikacionu kolonu;

(f) ponovno stvaranje, iz rektifikacione kolone, toka rektifikacione tečnosti i toka isparenja iz rektifikacione kolone, pri čemu taj tok rektifikacione tečnosti ima veću koncentraciju inhibitora fementacije od toka tečnog hidrolizata; i

(g) recikliranje najmanje porcije toka isparenja iz rektifikacione kolone u rektifikacionu kolonu za izdvajanje lakih frakcija u obliku toka isparenja bogatog parom, ili njegove porcije.

[0181] Inhibitor fermentacije može biti izabran iz grupe koju čine sirćetna kiselina, mravlja kiselina, formaldehid, acetaldehid, mlečna kiselina, furfural, 5-hidroksimetilfurfural, furani, uronske kiseline, fenolna jedinjenja, jedinjenja koja sadrže sumpor, i njihove kombinacije ili derivati. U nekim načinima ostvarivanja, inhibitor fermentacije obuhvata ili se sastoji suštinski od sirćetne kiseline.

[0182] U slučaju sirćetne kiseline, tok oslobođene tečnosti poželjno ima manje od 10 g/L koncentracije sirćetne kiseline, kao što je manje od 5 g/L koncentracije sirćetne kiseline. Tok isparenja iz rektifikacione kolone poželjno ima manje od 0.5 g/L koncentracije sirćetne kiseline, kao što je manje od 0.1 g/L koncentracije sirćetne kiseline. Tok rektifikacione tečnosti poželjno ima najmanje 25 g/L koncentracije sirćetne kiseline, kao što je oko 40 g/L ili više sirćetne kiseline. U nekim načinima ostvarivanja, tok rektifikacione tečnosti ima najmanje 10 puta veću koncentraciju od sirćetne kiseline u odnosu na tok oslobođene tečnosti. U određenim načinima ostvarivanja, postupak dalje obuhvata ponovno stvaranje sirćetne kiseline sadržane u toku rektifikacione tečnosti pomoću ekstrakcije tečnosti-isparenja ili tečnotečno ekstrakcije.

[0183] U nekim načinima ostvarivanja, tok tečnosti bogat vodom uključuje kondenzat iz uparivača. Kondenzat iz uparivača može da se dobije iz uparivača u kojem su koncentrovane čvrste materije biomase, a čvrste materije biomase mogu da se dobiju iz iste sirovine biomase u obliku tečnog hidrolizata dobijenog iz biomase, u integrisanom postupku.

[0184] Opciono, inhibitor fermentacije (npr., sirćetna kiselina) se reciklira u prethodnu operativnu jedinicu radi stvaranja toka tečnog hidrolizata dobijenog iz biomase, kako bi se pomoglo oko hidrolize ili prethodne obrade sirovine biomase ili njene komponente.

[0185] Postupak može biti kontinuiran, polukontinuiran, ili po šaržama. U slučaju kontinuiranog ili polukontinuiranog, rektifikaciona kolona za izdvajanje lakih frakcija može da radi u suprotnom smeru, istovremeno, ili kombinovano. Rektifikaciona kolona može da radi kontinuirano ili po šaržama.

[0186] U različitim načinima ostvarivanja, faza (g) obuhvata komprimovanje i/ili prenošenje toka isparenja iz rektifikacione kolone pomoću uređaja izabranog iz grupe koju čine mehanički centrifugalni kompresor isparenja, mehanički osovinski kompresor isparenja, termokompresor, ejektor, difuziona pumpa, turbomolekularna pumpa, i njihove kombinacije.

[0187] Po želji, baza ili drugi aditiv može biti uključen u tok tečnosti bogat vodom, ili odvojeno uveden u rektifikacionu kolonu, da bi se proizvele soli ili drugi reakcioni proizvodi dobijeni od inihibtora fermentacije. U nekim načinima ostvarivanja, tok tečnosti bogat vodom uključuje jedan ili više aditiva koji mogu da reaguju sa inhibitorom fermentacije. U određenim načinima ostvarivanja, inhibitor fermentacije uključuje sirćetnu kiselinu, a jedan ili više aditiva uključuju bazu. So acetata može zatim biti generisana unutar rektifikacione kolone, ili u jedinici kuplovanoj sa rektifikacionom kolonom. Opciono, so acetata može biti odvojena i ponovo napravljena pomoću ekstrakcije tečnost-isparenje ili ekstrakcije tečno-tečno.

[0188] Ovaj novi proizvod dobijen ovim postupkom se obezbeđuje ovde otkrivenim postupkom.

Odnosno, proizvod, kao što je etanol, može biti proizveden bilo kojim od ovde otkrivenih postupaka.

[0189] Ovde je otkriven poslovni sistem u kojem se faze uzabranog postupka praktikuju na različitim mestima i potencijalno od strane različitih korporativnih tela, koja su međusobno povezana na neki način, putem zajedničkog ulaganja, odnosa zastupanja, ugovorne proizvodnje, kao klijent sa ograničenom upotrebom proizvoda, itd. Na primer, biomasa može biti digestirana i rafinisana hidrotermalno-mehaničkom fazama kako je ovde otkriveno, a rafinisane čvrste materije bogate celulozom mogu biti prenešene na drugo mesto radi enzimske hidrolize šećera, a zatim fermentacije etanola. Ili biomasa može biti digestirana i rafinisana hidrotermalno-mehaničkim fazama i hidrolizovana enzimima, a zatim se hidrolizat prenosi na drugo mesto (kao što je pogon za prvo generisanje etanola) da bi se fermentisao etanol.

[0190] Neke varijacije ovog pronalaska su poznate kao GreenPower3+™ tehnologija ili GP3+™ tehnologija (zaštićeni nazivi API Intellectual Property Holdings, LLC), koje se obično pripisuju nosiocu ove patentne prijave.

[0191] U ovom detaljnom opisu, pomenuti su višestruki načini ostvarivanja ovog pronalaska i neograničavajući primeri koji se odnose na to kako ovaj pronalazak može biti shvaćen i primenjen u praksi.

[0192] Gde gore opisani postupci i faze ukazuju da će se određeni događaji javiti određenim redosledom, stručnjaci će prepoznati da redosled određenih faza može biti modifikovan i da su takve modifikacije u skladu sa varijacijama ovog pronalaska. Pored toga, određene faze mogu da se izvedu istovremeno u paralelnom postupku kada je to moguće, a isto tako mogu da se izvedu i sekvencijalno.

[0193] Stoga, u meri u kojoj postoje varijacije ovog pronalaska, koje su u okviru priloženih patentnih zahteva, predviđeno je da ovaj patent obuhvati takođe i te varijacije. Ovaj pronalazak je ograničen samo onim što se štiti.

Claims

PRIMER

[0194] Kukuruzovina je podvrgnuta postupku prema nekom od načina ostvarivanja. Sastav kukuruzovine je sledeći:

Glukan 42.9 mas.%

Ksilan 21.2 mas.%

Galaktan 1.2 mas.%

Arabinan 2.2 mas.%

Manan 0.2 mas.%

Lignin 23.4 mas.%

Pepeo 3.1 mas.%

[0195] Uslovi šporeta (digestora) podrazumevaju temperaturu digestora od 183°C i vreme zadržavanja u digestoru od 22 minuta. Nakon hemijske reakcije u digestoru, lako mehaničko rafinisanje se izvodi na digestiranom materijalu, bez razdvajanja čvrstih materija i tečnosti. Mehaničko rafinisanje upošljava atmosferski stoni rafiner (0.5 mm razmak, 1 prolaz).

[0196] Digestirani materijal se zatim podvrgava enzimskoj hidrolizi. Koncentracija guste kašaste suspenzije je oko 10 mas.% od ukupnih čvrstih materija. Koristi se komercijalno dostupan celulozno enzimski koktel, pri čemu je doza enzima 2.25 mas.% u odnosu na biomasu. pH tokom enzimske hidrolize je u opsegu od 4.8-5.3. Temperatura tokom enzimske hidrolize iznosi 54°C, i hidroliza se izvodi tokom 72 sata da bi se dobio tečni hidrolizat.

[0197] Tečni hidrolizat se zatim fermentiše pomoću komercijalno dostupnog prinosa koji proizvodi etanol. Početna smola je 0.4 g suvog prinosa po litru bujona završne fermentacije. Primenjuje se polušaržna fermentacija, pri čemu je vreme uvođenja 20 sati. Ukupno trajanje fermentacije je 36 sati, uključujući vreme punjenja polušarže. Baza amonijaka se koristi i pH se kontroliše do 6.0. Nisu dodavani nutritijenti za fermentaciju tokom fermentacije.

[0198] Tečni hidrolizat se fermentiše do etanola sa 82% teoretskog prinosa fermetnacije, u odnosu na ukupne monomere u tečnom hidrolizatu koji se uvodi u fermentor. Izračunati prinos etanola je ovaj eksperiment i iznosi 57 galona etanola po suvoj toni polazne biomase (kukuruzovine).

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju proizvoda fermentacije od lignocelulozne biomase, pri čemu pomenuti postupak obuhvata:

(a) uvođenje sirovine lignocelulozne biomase u digestor jedne faze, pri čemu pomenuta sirovina sadrži celulozu, hemicelulozu, i lignin;

(b) izlaganje pomenute sirovine reakcionom rastvoru koji obuhvata paru ili tekuću toplu vodu unutar pomenutog digestora, kako bi se rastvorila najmanje porcija pomenute hemiceluloze u tečnoj fazi i da bi se obezbedila čvrsta faza bogata celulozom;

(c) rafinisanje pomenute čvrste faze bogate celulozom, zajedno sa pomenutom tečnom fazom, u mehaničkom rafineru da bi se smanjila prosečna veličina čestica pomenute čvrste faze bogate celulozom, čime se obezbeđuje mešavina koja obuhvata rafinisane čvrste materije bogate celulozom i pomenutu tečnu fazu;

(d) enzimsko hidrolizovanje pomenute mešavine u reaktoru za hidrolizu sa celuloznim enzimima, da bi se dobili fermentabilni šećeri od pomenute mešavine, pri čemu pomenuti reaktor za hidrolizu uključuje jednu ili više faza hidrolize; i

(e) fermentisanje najmanje nekih pomenutih fermentabilnih šećera u fermentoru da bi se proizveo proizvod fermentacije.
2. Postupak prema zahtevu 1, u kojem:

(i) pomenuta sirovina lignocelulozne biomase je izabrana iz grupe koju čine tvrdo drvo, meko drvo, bagasa šećerne trske, stabljika šećerne trske, energetska trska, kukuruzovina, klipovi kukuruza, kukuruzno vlakno, i njihove kombinacije; ili

(ii) pomenuta sirovina lignocelulozne biomase je prethodno obrađena, pre faze (a), pomoću jedne ili više tehnika izabranih iz grupe koju čine čišćenje, pranje, prethodno parenje, sušenje, mlevenje, klasifikovanje veličine čestica, i njihove kombinacije.
3. Postupak prema zahtevu 1, u kojem se najmanje porcija pomenutog reakcionog rastvora uvodi u pomenute sirovine u predimpregnatoru pre faze (b) ili u kojem pomenuti reakcioni rastvor dalje obuhvata kiselinu, opciono pri čemu pomenuta kiselina predstavlja sirćetnu kiselinu.
4. Postupak prema zahtevu 1, u kojem se pomenuti reakcioni rastvor sastoji od pare ili tekuće tople vode.
5. Postupak prema zahtevu 1, u kojem faza (b) uključuje:

(i) vreme zadržavanja u digestoru od oko 2 minuta do oko 4 sata, poželjno pri čemu pomenuto vreme zadržavanja u digestoru iznosi oko 10 minuta ili manje; ili

(ii) temperaturu digestora od oko 150°C do oko 220°C, poželjno pri čemu pomenuta temperatura digestora iznosi od oko 180°C do oko 200°C.
6. Postupak prema zahtevu 1, u kojem se faza (b):

(i) izvodi u digestoru pri masenom odnosu tečnosti i čvrste materije od oko 1 do oko 4, poželjno pri čemu pomenuti maseni odnos tečnosti i čvrste materije u digestoru iznosi oko 2 ili manje; ili (ii) izvodi u digestoru pri pH od oko 3 do oko 5, poželjno pri čemu pomenuta pH u digestoru iznosi od oko 3.5 do oko 4.5.
7. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu pomenuti postupak koristi rezervoar za produvavanje konfigurisan za primanje pomenute čvrste faze bogate celulozom ili pomenutih rafinisanih čvrstih materija bogatih celulozom pod pritiskom nižim od pritiska u digestoru, opciono pri čemu je pomenuti rezervoar za produvavanje postavljen nizvodno od pomenutog digestora i uzvodno ili nizvodno od pomenutog mehaničkog rafinera ili pri čemu je isparenje odvojeno od pomenutog rezervoara za produvavanje, poželjno pri čemu se toplota ponovo stvara od najmanje nekog dela pomenutog isparenja ili pri čemu se najmanje neki deo pomenutog isparenja kondenzuje ili komprimira i vraća u pomenuti digestor.
8. Postupak prema zahtevu 1, u kojem je prvi rezervoar za produvavanje postavljen uzvodno od pomenutog mehaničkog rafinera, a drugi rezervoar za produvavanje je postavljen nizvodno od pomenutog mehaničkog rafinera.
9. Postupak prema zahtevu 1, u kojem:

(i) pomenuti mehanički rafiner radi pod pritiskom rafinisanja izabranom od oko 1 bara do oko 20 bara, poželjno pri čemu je pomenuti pritisak rafinisanja oko 3 bara ili manje, opciono pri čemu pomenuti mehanički rafiner radi pod ili oko atmosferskog pritiska; ili

(ii) pomenuti mehanički rafiner radi pri električnom opterećenju od oko 2 kW do oko 50 kW energije za rafinisanje po toni pomenute čvrste faze bogate celulozom, poželjno pri čemu pomenuti mehanički rafiner radi pri električnom opterećenju od oko 5 kW do oko 20 kW energije za rafinisanje po toni pomenute čvrste faze bogate celulozom; ili

(iii) pomenuti mehanički rafiner prenosi do oko 500 kW-h energije za rafinisanje po toni pomenute čvrste faze bogate celulozom, poželjno pri čemu pomenuti mehanički rafiner prenosi od oko 50 kW-h do oko 200 kW-h energije za rafinisanje po toni pomenute čvrste faze bogate celulozom.
10. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu pomenuti postupak obuhvata korišćenje više mehaničkih rafinera u različitim delovima pomenutog postupka, opciono pri čemu pomenuti postupak obuhvata, između faza (c) i (d), prenošenje najmanje porcije pomenute mešavine u drugi mehanički rafiner koji radi pod nižem pritiskom rafinisanja u odnosu na onaj od pomenutog mehaničkog rafinera u fazi (c), poželjno pri čemu pomenuti mehanički rafiner u fazi (c) predstavlja hermetički rafiner, a pomenuti drugi mehanički rafiner predstavlja atmosferski rafiner.
11. Postupak prema zahtevu 1, u kojem:

(i) faza (d) koristi više reaktora za enzimsku hidrolizu;

(ii) faza (d) koristi enzimsku hidrolizu jedne faze konfigurisanu za celuloznu likvefakciju i saharifakciju, pri čemu pomenuta enzimska hidroliza jedne faze uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova; ili

(iii) faza (d) koristi enzimsku hidrolizu više faza konfigurisanu za celuloznu likvefakciju nakon koje sledi saharifakcija, pri čemu svaka faza uključuje jedan ili više rezervoara ili sudova, pri čemu opciono pomenuti postupak dalje obuhvata dodatno mehaničko rafinisanje pomenute mešavine, ili njen delimično hidrolizovan oblik, nakon najmanje prve faze enzimske hidrolize ili pri čemu pomenuti postupak dalje obuhvata:

uvođenje pomenute mešavine u prvi reaktor za enzimsku hidrolizu u uslovima efikasne hidrolize kako bi se proizveo tečni hidrolizat koji obuhvata šećere od pomenutih rafinisanih čvrstih materija bogatih celulozom i opciono od pomenute hemiceluloze, i rezidualne čvrste faze bogate celulozom;

opciono odvajanje najmanje nekog dela pomenutog tečnog hidrolizata od pomenute rezidualne čvrste faze bogate celulozom;

prenošenje pomenute rezidualne čvrste faze bogate celulozom kroz dodatni mehanički rafiner i/ili recikliranje pomenute rezidualne čvrste faze bogate celulozom kroz pomenuti mehanički rafiner, da bi se dobile rafinisane rezidualne čvrste materije bogate celulozom; i uvođenje pomenutih rezidualnih čvrstih materija bogatih celulozom u drugi reaktor za enzimsku hidrolizu u uslovima efikasne hidrolize, da bi se dobili dodatni šećeri.
12. Postupak prema zahtevu 1, u kojem je filter za samočišćenje konfigurisan nizvodno od pomenutog reaktora za hidrolizu kako bi se uklonile niti celuloznih vlakana, opciono pri čemu se pomenute niti celuloznih vlakana recikliraju nazad u pomenuti reaktor za hidrolizu.
13. Postupak prema zahtevu 1, u kojem se celulozni enzimi uvode direktno u pomenuti mehanički rafiner ili u pomenutu čvrstu fazu bogatu celulozom pre faze (c), opciono pri čemu pomenuti mehanički rafiner radi na maksimalnoj temperaturi od 75°C ili manje kako bi se održavali uslovi efikasne hidrolize.
14. Postupak prema zahtevu 1, u kojem faza (d) uključuje enzimsku hidrolizu hemiceluloznih oligomera da bi se dobili fermentabilni monomerni šećeri ili faza (e) uključuje enzimsku hidrolizu hemiceluloznih oligomera da bi se dobili fermentabilni monomerni šećeri unutar pomenutog fermentora, opciono pri čemu se najmanje porcija pomenutih fermentabilnih monomernih šećera takođe fermentiše da bi se proizveo pomenuti proizvod fermentacije.
15. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu pomenuti postupak dalje obuhvata:

(i) uklanjanje jednog ili više inhibitora fermentacije; ili

(ii) koncentrovanje pomenutog proizvoda fermentacije destilacijom, opciono pri čemu pomenuta destilacija stvara tok donjeg taloga destilacije, i pri čemu pomenuti tok donjeg taloga destilacije se uparava u uparivaču donjeg taloga destilacije koji predstavlja mehanički uparivač za komprimovanje isparenja ili je integrisan u nizu postavljenih uparivača višestrukog efekta.
16. Postupak prema zahtevu 1, u kojem je pomenuti mehanički rafiner izabran iz grupe koju čine rafiner za vruć vazduh, rafiner vruće mase, rafiner sa linijom za produvavanje, rafiner sa diskom, konusni rafiner, cilindrični rafiner, linijski defibrator, ekstruder, homogenizator, i njihove kombinacije.
17. Postupak prema zahtevu 1, u kojem je pomenuti proizvod fermentacije izabran iz grupe koju čine etanol, izopropanol, aceton, n-butanol, izobutanol, 1,4-butanediol, ćilibarna kiselina, mlečna kiselina, i njihove kombinacije, poželjno pri čemu je pomenuti proizvod fermentacije etanol.