Método de tratamiento de la biomasa.

Un método para tratar la biomasa que comprende:

a) proporcionar:

i) biomasa, o

ii) una mezcla de biomasa y una solución acuosa que comprende amoníaco, en donde el peso seco de la biomasa es al menos 15 por ciento en peso con respecto al peso total de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y el amoníaco acuoso está en una cantidad que es menor que 12 por ciento en peso con respecto al peso seco de la biomasa;

b) cargar la biomasa de (a)(i) o mezcla de (a)(ii) utilizando un alimentador de no compactación en un aparato que comprende:

i) un barril cilíndrico que tiene un primer extremo equipado con un pistón y un segundo extremo equipado con una válvula de descarga;

ii) opcionalmente, un desvío unido en un extremo desviado al barril cilíndrico cerca del primer extremo del barril cilíndrico, y que tiene una válvula sellable en el extremo desviado no unido;

iii) al menos 2 puertos sellables en el barril cilíndrico o en el desvío;

iv) opcionalmente, una válvula en el barril cilíndrico que divide el barril en una primera y segunda cámaras separadas, teniendo dicha primera cámara el primer extremo del barril equipado con dicho pistón, y teniendo dicha segunda cámara el segundo extremo del barril con la válvula de descarga; y

v) un tanque de venteo unido a la válvula de descarga en el segundo extremo del barril;

en donde dicha biomasa de (a)(i) está cargada en el barril cilíndrico u opcionalmente en dicho desvío unido a dicho barril cilíndrico o la válvula está presente en dicho barril cilíndrico y dicha biomasa de (a)(ii) está cargado en dicha primera cámara u opcionalmente en dicho desvío unido a dicho barril cilíndrico;

c) cerrar dicho barril cilíndrico y desvío, si están presentes;

d) opcionalmente aplicar vacío a través de al menos un puerto en el barril cilíndrico;

e) agregar a través de al menos un puerto en el barril cilíndrico o desvío, si está presente, a la biomasa de (a)(i) una solución acuosa que comprende amoníaco en una cantidad que es menor que 12 por ciento en peso con respecto al peso seco de la biomasa en el barril, creando una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y además en donde el peso seco de la biomasa se encuentra en una concentración de sólidos alta de al menos aproximadamente 15 por ciento en peso con respecto al peso de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y agregar a esta mezcla o la mezcla cargada de (a)(ii) vapor a través de al menos un puerto en el barril cilíndrico o desvío, si está presente, para alcanzar una temperatura dentro del barril que sea de entre 85°C y 180°C;

f) cerrar los puertos en el barril cilíndrico o primera cámara y desvío, si están presentes, para proporcionar una cámara impermeable;

g) mantener la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso en la cámara impermeable o primera cámara a una temperatura adecuada durante un tiempo que es de entre 30 segundos y 4 horas;

h) opcionalmente mover la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso a una segunda cámara en el barril cilíndrico, si está presente, mediante el desplazamiento a través de una válvula abierta con dicho pistón, en donde la biomasa no está compactada y, opcionalmente, cerrar la válvula abierta para formar una segunda cámara impermeable y mantener la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso durante un tiempo que es de entre 2 minutos y 4 horas;

i) mover la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso con dicho pistón a través del barril cilíndrico impermeable de (g) o (h) a través de la válvula de descarga sin compactarse en el tanque de venteo;

en donde la biomasa no está compactada y se produce la biomasa tratada.

Método de tratamiento de la biomasa Campo de la invención Se proporciona un método de tratamiento de la biomasa que incluye un aparato especificado. El método que utiliza el aparato mueve la biomasa hacia y a través de un reactor en un estado no compactado, donde se lleva a cabo un método de tratamiento para impregnar y hacer reaccionar la biomasa con amoníaco acuoso diluido a temperatura y presión moderadas.

Antecedentes Materias primas celulósicas y lignocelulósicas y desechos, tales como residuos agrícolas, madera, desechos forestales, pulpa de fabricación de papel y desechos sólidos municipales e industriales, proporcionan una materia prima renovable potencialmente importante para la producción de productos valiosos tales como combustibles y otros químicos. Materias primas y desechos celulósicos y lignocelulósicos, compuestos de polímeros de carbohidrato que comprenden celulosa, hemicelulosa, glucanos y lignina son tratados generalmente con una variedad de medios químicos, mecánicos y enzimáticos para liberar principalmente azúcares de hexosa y pentosa, que después pueden fermentarse para obtener productos útiles.

Primero, las materias primas de biomasa son tratadas para hacer que los polímeros de carbohidrato de materiales celulósicos y lignocelulósicos estén más fácilmente disponibles para enzimas de sacarificación, lo que a menudo se denomina pretratamiento. La biomasa pretratada se hidroliza entonces adicionalmente en presencia de enzimas de sacarificación para liberar oligosacáridos y/o monosacáridos en un hidrolizado. Las enzimas de sacarificación utilizadas para producir azúcares fermentables a partir de biomasa pretratada típicamente incluyen una o más glucosidasas, tales como glucosidasas que hidrolizan celulosa, glucosidasas que hidrolizan hemicelulosa y glucosidasas que hidrolizan almidón, así como peptidasas, lipasas, ligninasas y/o feruloil esterasas. Enzimas de sacarificación y métodos para el tratamiento de la biomasa se reseñan en Lynd, L. R., et al. (Microbiol. Mol. Biol. Rev. (2002) 66:506- 577) .

Es deseable tener un sistema y/o método para tratar la biomasa que sea efectivo y económico para su uso a gran escala. El tratamiento de biomasa como un material concentrado de alto peso seco es necesario para producir las altas concentraciones de azúcares fermentables necesarias para la fermentación a productos económicamente. Por lo tanto, el movimiento de material que incluye una fracción de alto peso seco de biomasa a través de un reactor mientras se mantiene la capacidad de químicos de tratamiento de penetrar y preparar óptimamente la biomasa para la sacarificación, además de utilizar una cantidad mínima de energía y químicos, es un desafío para los procesos de tratamiento de la biomasa. También se desea un método que incluya equipos de bajo costo de capital. Métodos que incluyen reactores sin ningún requisito de agitación o rotación de reactor pueden reducir los costos de capital por concepto de equipos y el consumo de energía.

Se han descrito sistemas que no requieren agitación o rotación del reactor y especifican medios para mover la biomasa a través de un reactor. El documento US4186658 divulga un aparato para transportar material particulado, tal como virutas de madera, paja, bagazo y otro material fibroso, que compacta el material para dejarlo en un estado sólido tipo "tapón". Un transportador helicoidal pre-compacta el material, con compactación adicional mediante un pistón alternativo. El tapón compactado es tan denso que es capaz de prevenir de manera efectiva un resoplado en el sistema. El tapón puede entonces ser alimentado a un medio para procesar el material. Un tapón denso de material de biomasa no sería accesible de manera óptima mediante reactivos de pretratamiento.

De manera similar, el documento US 6.416.621 divulga un aparato y proceso para el tratamiento de sólidos con gases líquidos presurizados que incluye utilizar un dispositivo de compactación para compactar el sólido relleno en un reactor de presión y expandir el sólido compactado con una expansión similar a una explosión en un tanque de expansión. El documento US 5.171.592 divulga tratar la biomasa utilizando tecnología de Explosión de fibra con amoníaco mejorada que también comprime la biomasa e incluye un paso para reducir rápidamente la presión de la biomasa para hacer explotar la biomasa.

El documento US4136207 divulga un proceso para preparar material celulósico con digestibilidad mejorada por rumiantes que comienza con compactar mecánicamente el material. Después se somete a una presión de vapor alta en ausencia de reactivos químicos y se compacta adicionalmente para formar un tapón sólido de biomasa que evita el escape de vapor a través de la entrada. Después se descargan pequeñas porciones del material, sometiéndolo a una rápida reducción de la presión. La compactación de biomasa en un tapón no permitiría una accesibilidad óptima por reactivos químicos utilizados en el pretratamiento.

El documento US6176176 divulga un aparato para tratar materiales celulósicos que utiliza un tornillo giratorio montado en un barril de un extrusor. Se alimenta amoníaco líquido bajo presión en el barril y se mezcla con material lignocelulósico en el barril, luego el material lignocelulósico que contiene el amoníaco se expande de manera explosiva por cambio de amoníaco líquido a un gas mientras sale del barril a través de un troquel calentado. El uso de un extrusor en un proceso comercial a gran escala sería muy costoso y de este modo no proporcionaría un

proceso económico.

Un método para tratar la biomasa para producir azúcares fermentables que utiliza amoníaco acuoso de baja fuerza para pretratar la biomasa de alta concentración se divulga en la solicitud de patente publicada de los Estados Unidos 2007/0031918.

Sigue existiendo la necesidad de un sistema y/o método para tratar la biomasa que mueva alto peso seco de biomasa a través de un reactor de bajo costo y que a la vez permita una máxima accesibilidad de reactivos químicos para preparar la biomasa para sacarificación.

Compendio de la invención La presente invención proporciona métodos para tratar la biomasa antes de la sacarificación, biomasa pretratada producida mediante el presente método, así como hidrolizado que contiene azúcares fermentables producidos mediante sacarificación posterior de la biomasa pretratada. El método para tratar la biomasa comprende:

a) proporcionar:

(i) biomasa o

(ii) una mezcla de biomasa y una solución acuosa que comprende amoníaco, en donde el peso seco de la biomasa es al menos 15 por ciento en peso con respecto al peso total de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y el amoníaco acuoso está en una cantidad que es menor que 12 por ciento en peso con respecto al peso seco de la biomasa;

b) cargar la biomasa de (a) (i) o una mezcla de (a) (ii) utilizando un alimentador de no compactación en un aparato que comprende;

i) un barril cilíndrico que tiene un primer extremo equipado con un pistón y un segundo extremo equipado con una válvula de descarga;

ii) opcionalmente, un desvío unido en un extremo desviado al barril cilíndrico cerca del primer extremo del barril cilíndrico, y que tiene una válvula sellable en el extremo desviado no unido;

iii) al menos 2 puertos sellables en el barril cilíndrico o en el desvío;

iv) opcionalmente, una válvula en el barril cilíndrico que divide el barril en una primera y segunda cámaras separadas, teniendo dicha primera cámara el primer extremo del barril equipado con dicho pistón, y teniendo dicha segunda cámara el segundo extremo del barril con la válvula de descarga; y v) un tanque de venteo unido a la válvula de descarga en el segundo extremo del barril;

en donde dicha biomasa de (a) (i) se carga en el barril cilíndrico u opcionalmente en dicho desvío unido a dicho barril cilíndrico, o la válvula está presente en dicho barril cilíndrico y dicha biomasa de (a) (ii) se carga en dicha primera cámara u opcionalmente en dicho desvío unido a dicho barril cilíndrico.

c) cerrar dicho barril cilíndrico y desvío, si están presentes.

d) opcionalmente aplicar vacío a través de al menos un puerto en el barril cilíndrico;

e) agregar a través de dicho al menos un puerto en el barril cilíndrico o desvío, si estuviese presente, a la biomasa de (a) (i) una solución acuosa que comprende amoníaco en una cantidad que es menor que 12 por ciento en peso con respecto al peso seco de la biomasa en el barril, creando una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y en donde además el peso seco de la biomasa está en una concentración de sólidos alta de al menos 15 por ciento... [Seguir leyendo]

1. Un método para tratar la biomasa que comprende:

a) proporcionar:

i) biomasa, o ii) una mezcla de biomasa y una solución acuosa que comprende amoníaco, en donde el peso seco de la biomasa es al menos 15 por ciento en peso con respecto al peso total de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y el amoníaco acuoso está en una cantidad que es menor que 12 por ciento en peso con respecto al peso seco de la biomasa;

b) cargar la biomasa de (a) (i) o mezcla de (a) (ii) utilizando un alimentador de no compactación en un aparato que comprende:

i) un barril cilíndrico que tiene un primer extremo equipado con un pistón y un segundo extremo equipado con una válvula de descarga;

ii) opcionalmente, un desvío unido en un extremo desviado al barril cilíndrico cerca del primer extremo del barril cilíndrico, y que tiene una válvula sellable en el extremo desviado no unido;

iii) al menos 2 puertos sellables en el barril cilíndrico o en el desvío;

iv) opcionalmente, una válvula en el barril cilíndrico que divide el barril en una primera y segunda cámaras separadas, teniendo dicha primera cámara el primer extremo del barril equipado con dicho pistón, y teniendo dicha segunda cámara el segundo extremo del barril con la válvula de descarga; y v) un tanque de venteo unido a la válvula de descarga en el segundo extremo del barril;

en donde dicha biomasa de (a) (i) está cargada en el barril cilíndrico u opcionalmente en dicho desvío unido a dicho barril cilíndrico o la válvula está presente en dicho barril cilíndrico y dicha biomasa de (a) (ii) está cargado en dicha primera cámara u opcionalmente en dicho desvío unido a dicho barril cilíndrico;

c) cerrar dicho barril cilíndrico y desvío, si están presentes;

d) opcionalmente aplicar vacío a través de al menos un puerto en el barril cilíndrico;

e) agregar a través de al menos un puerto en el barril cilíndrico o desvío, si está presente, a la biomasa de (a) (i) una solución acuosa que comprende amoníaco en una cantidad que es menor que 12 por ciento en peso con respecto al peso seco de la biomasa en el barril, creando una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y además en donde el peso seco de la biomasa se encuentra en una concentración de sólidos alta de al menos aproximadamente 15 por ciento en peso con respecto al peso de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, y agregar a esta mezcla o la mezcla cargada de (a) (ii) vapor a través de al menos un puerto en el barril cilíndrico o desvío, si está presente, para alcanzar una temperatura dentro del barril que sea de entre 85º C y 180º C;

f) cerrar los puertos en el barril cilíndrico o primera cámara y desvío, si están presentes, para proporcionar una cámara impermeable;

g) mantener la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso en la cámara impermeable o primera cámara a una temperatura adecuada durante un tiempo que es de entre 30 segundos y 4 horas;

h) opcionalmente mover la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso a una segunda cámara en el barril cilíndrico, si está presente, mediante el desplazamiento a través de una válvula abierta con dicho pistón, en donde la biomasa no está compactada y, opcionalmente, cerrar la válvula abierta para formar una segunda cámara impermeable y mantener la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso durante un tiempo que es de entre 2 minutos y 4 horas;

i) mover la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso con dicho pistón a través del barril cilíndrico impermeable de (g) o (h) a través de la válvula de descarga sin compactarse en el tanque de venteo;

en donde la biomasa no está compactada y se produce la biomasa tratada.

2. El método de la reivindicación 1, en donde uno o más de los pasos (a) , (b) , (c) , (d) , (e) , (f) , (g) y (h) se repiten al menos una vez antes de (i) .

3. El método de la reivindicación 1, en donde se incluye el paso de descompactación.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el amoníaco acuoso es entre 4% y 6% con respecto al peso seco de la biomasa.

5. El método de la reivindicación 1, en donde el peso seco de la biomasa es al menos 20% con respecto al peso de crear una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso.

6. El método de la reivindicación 5, en donde el peso seco de la biomasa es al menos 30% con respecto al peso de crear una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso.

7. El método de la reivindicación 6, en donde el peso seco de la biomasa es al menos 50% con respecto al peso de crear una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso.

8. El método de la reivindicación 1, en donde la temperatura adecuada es de entre 120º C y 160º C.

9. El método de la reivindicación 1, en donde el alimentador de no compactación de (b) es una tolva equipada con un inductor de flujo de no compactación.

10. El método de la reivindicación 1, en donde la primera cámara cilíndrica se cierra con al menos una válvula.

11. El método de la reivindicación 1, en donde dicha biomasa deriva de múltiples materias primas.