Brevet FR2441661A1 — publié le 19800613

La présente invention concerne un procédé de production d'éthanol à partir d'un apport de matières premières ou brutes comprenant un substrat contenant des hydrates de carbone mélangés à des fibres contenant de la cellulose et/ou à d'autres matériaux solides non fermentables, suivant lequel on sépare l'apport de matières premières en un écoulement riche en substances solides et en un écoulement de substrat débarrassé des substances solides, on fait fermenter ce dernier écoulement dans au moins un appareil de fermentation, on sépare par voie centrifuge un débit de liqueur de fermentation en au moins un écoulement de concentrat de levure et un écoulement épuisé en levure , et on recycle l'écoulement de concentrat de levure à l'appareil de fermentation tandis qu'on sépare l'écoulement épuisé en levure en un écoulement enrichi en éthanol et un écoulement résiduel qu'on recycle, au moins en partie, à l'appareil de fermentation. On peut fabriquer l'éthanol à partir de divers types de matières premières d'origine végétale. Ou ces matières premières contiennent un ou plusieurs hydrates de carbone fermentables, ou on les charge en de tels hydrates de carbone qui sont dissous dans l'eau à concentration plus ou moins élevée. Suivant le processus auquel a été soumise la matière première pour atteindre au moins un certain contenu d'hydrates de carbone fermentables, tel qu'une hydrolyse enzymatique acide ou de matière première à base d'amidon ou de cellulose contenant de la lignine, le substrat qu'on doit faire fermenter pour produire de ltéthanol est plus ou moins mélangé à des matières solides non fermentables telles que fibres de cellulose, coquilles, lignines, etc. Dans l'élaboration de procédés de production d'éthanol par fermentation, on cherche à réduire les besoins en énergie et la consommation d'eau et à accroitre le rendement en sucre autant que possible. La demande de brevet sE 78 01133 décrit un procédé qui répond à ces exigences tant que la matière première n'est pas trop contaminée par des fibres, des coquilles, etc. Cette demande décrit un procédé de production d'un composé organique volatil, notamment de l'éthanol, par fermentation continue d'un substrat contenant un ou des hydrates de carbone dans un appareil de fermentation, procédé caractérisé notamment en ce que l'on sépare, par centrifugation, un débit de liqueur de fermentation en au moins un écoulement de concentrat de levure et un écoulement épuisé en levure, et on recycle l'écoulement de concentrat de levure vers l'appareil de fermentation tandis que l'on fractionne l'écoulement épuisé en levure en un écoulement enrichi en composé organique volatil, que l'on rejette, et un écoulement résiduel, dont on recycle au moins une partie à l'appareil de fermentation. Si la matière première contient des fibres, la mise en oeuvre de ce procédé impose de les oter avant d'amener l'écoulement de matière première à l'appareil de fermentation, faute de quoi il serait impossible de recycler la levure sans recyclage simultané de la matière solide. Pour cette raison, on fractionne habituellement l'écoule- ment de matière première, par centrifugation, en un écou- lement de substrat qui est amené à l'appareil de fermentation et un écoulement riche en substances solides qui est lavé à l'eau, l'écoulement étant., après lavage, enrichi en substrat - qui adhère à la substance solide - et amené à l.'appareil de fermentation. Un tel mode opératoire rendrait possible la mise en oeuvre du procédé suivant la demande de brevet suédois déjà mentionnée, mais se traduirait par une consommation accrue et indésirable d'eau et d'énergie. La présente invention vise à fournir un procédé du genre mentionné ci-dessus, dont les exigences en matière d'énergie et de consommation d'eau sont réduites, le rendement en sucre restant élevé. Dans ce but, l'invention propose d'amener l'écoulement riche en substances solides en contact avec une fraction au moins de l'écoulement résiduel et de séparer le mélange ainsi obtenu pour partie en un écoulement de substances solides dont on a retiré pratiquement le substrat restant et, pour partie, en un écoulement enrichi en substrat, écoulement qui est recyclé à l'appareil de fermentation. Dans un mode avantageux de mise en oeuvre de la méthode suivant l'invention, on sépare ledit mélange à laide d'au moins un moyen de séparation constitué par des moyens de tamisage ou filtrage, on amène un écoulement riche en matières solides à ces moyens de tamisage en même temps qu'une fraction au moins de l'écoulement résiduel et on le sépare pour partie en une fraction constituée par une phase solide qu'on empêche de passer par les moyens de tamisage sans former une couche de filtration sur ces derniers et, pour partie, en une fraction liquide enrichie en substrat à laquelle on fait traverser les moyens de filtration avant de la recycler à l'appareil de fermentation. On peut aussi séparer ledit mélange à laide d'un séparateur centrifuge comportant un rotor tournant autour d'un axe horizontal dans des paliers et une vis de transport disposée coaxialement au rotor pour rejeter la phase lourde séparée, la séparation s'effectuant en une fraction de substances solides qui constitue la phase lourde et une fraction liquide enrichie en substrat qu'on recycle à l'appareil de fermentation. On peut également utiliser des moyens de filtrage à dépression pour effectuer la séparation en une fraction solide et une fraction liquide enrichie en substrat. Il est particulièrement avantageux d'amener l'écoulement riche en substances solides en contact avec une fraction au moins de l'écoulement résiduel en disposant en série plusieurs moyens de séparation, l'écoulement riche en substances solides et une fraction au moins de l'écoulement résiduel étant amenés à circuler à contre-courant. Ce lavage à contre-courant de substrat à partir de l'écoulement riche en substances solides peut également être réalisé dans différents types d'extracteurs, par exemple constitués par des colonnes munies de plateaux d'extraction. Dans un mode de réalisation également avantageux de l'invention, on sépare l'écoulement épuisé en levure, par distillation, en un écoulement enrichi en éthanol et un écoulement résiduel, qu'on peut qualifier de boue, qui est ainsi utilisé pour transférer le substrat adhérant à la substance solide vers l'appareil de fermentation. Etant donné le rendement de transfert vers l'appareil de fermentation du substrat adhérant à la substance solide, il faut que la concentration de substances fermentables dans la boue soit beaucoup plus faible que la concentration dans l'alimentation en matières premières. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 montre schématiquement un diagramme d'écoulement dans une installation de mise en oeuvre du procédé suivant la demande de brevet SE 78 01133-5 - la figure 2 montre schématiquement le diagramme d'écoulement dans une installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention, comprenant trois filtres courbes disposés en série et un séparateur centrifuge à rotor horizontal et vis de transport coaxiale destiné à la récupération du substrat à partir de l'écoulement riche en substance solides - la figure 3 montre schématiquement une installation de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention qui utilise deux séparateurs centrifuges à rotor horizontal et vis de transport de récupération du substrat à partir de l'écoulement riche en substances solides. Sur toutes les figures, un ou plusieurs appareils de fermentation sont désignés par 1, un séparateur centrifugue de recyclage de la levure par 2, et une installation de séparation d'un écoulement épuisé en levure en un écoulement enrichi en éthanol et un écoulement résiduel, par 3. L'écoulement résiduel est épuisé en éthanol mais contient une certaine quantité de matériaux fermentables ou non fermentables. Dans les exemples illustrés, on suppose que l'installation 3 est un simple distillateur et l'écoulement résiduel sera par la suite désigné simple ment par "boue". De l'installation de distillation 3 sortent, par une conduite 4, un écoulement riche en éthanol et, par une conduite 5, une boue. Un écoulement de liqueur de fermentation est prélevé par une conduite 6 qui l'amène au séparateur centrifuge 2, tandis qu'un écoulement de levure séparée et recyclé par une conduite 7 à l'appareil de fermentation et qu'un écoulement épuisé en levure, mais contenant de ltéthanol, est envoyé par une conduite 8 à l'installation de distillation 3. Dans les trois installations illustrées, l'alimentation en matière première ou brute s'effectue par une conduite 9. L'installation montrée en figure 1 comprend un séparateur centrifuge 10 qui permet de débarrasser l'alimentation en matière première de toutes fibres et autres matières solides, qui sont rejetées par une conduite 11, tandis que l'écoulement de substrat est envoyé à l'appareil de fermentation par une conduite 12. Une fraction au moins de la boue provenant du distillateur 3 est recyclée à l'appareil de fermentation par une conduite 13, tandis que le reste est rejeté hors de l'installation par une conduite 14. Dans le mode de réalisation représenté en figure 2, destiné à mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention, une fraction de la boue est rejetée par une conduite 15. Le reste de la boue est ramené, par une conduite 16, à un-appareil de séparation efficace de la matière première d'apport en un écoulement de substances solides, sensiblement épuisé en substrat, et un écoulement de substrat. Cet appareil comprend trois filtres courbes 17, 18 et 19, trois bacs de mélange 20, 21 et 22 auxquels sont reliées des pompes respectives 23, 24 et 25. L'appareil comprend également un séparateur centrifuge 26. Ce dernier est d'un des types comprenant un rotor à arbre horizontal tournant dans des paliers et muni d'une vis de transport coaxiale au rotor permettant d'extraire la phase lourde séparée. Le séparateur centrifuge et les filtres courbes sont disposés en série. L'écoUlement de matière première, amené par la conduite 9, circule à contre-courant de l'écoulement de boue, amené par la conduite 16. La substance solide, qui est ainsi lavée, est portée à uneteneur en solides secs relativement élevée par le séparateur centrifuge 26. Elle quitte l'appareil en vue d'un traitement ultérieur, tel qu'un séchage, par une conduite 27. L'écoulement de substrat, débarrassé des fibres de produits similaires, est amené à l'appareil de fermentation par une conduite 28. Il faut remarquer qu'on peut utiliser de très nombreux diagrammes de circulation différents, la disposition représentée s'étant toutefois révélée particulièrement efficace et économique à exploiter. Le mode de réalisation de l'invention montré en figure 3 comprend, comme on l'a indiqué ci-dessus, deux séparateurs centrifuges 29 et 30 du me me type que celui désigné par la référence 26 sur la figure 2 ; il comprend également deux bacs 31 et 32 munis d'agitateurs non représentés. Les séparateurs centrifuges et les bacs sont disposés en série, comme le montre la figure. Un écoulement de matière première est amené au bac 31 par la conduite 9. Un écoulement liquide provenant du séparateur centrifuge 30 est également amené à ce bac par une conduite 33. Un écoulement de boue est amené par une conduite 34 au bac 32. Un produit à peu près sec, débarrassé de substrat, sort de l'appareil par une conduite 35. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'éthanol à partir d'un apport de matières premières ou brutes comprenant un substrat contenant des hydrates de carbone mélangés à des fibres contenant de la cellulose et/ou à d'autres matériaux solides non fermentables, suivant lequel: on sépare l'apport de matières premières en un écoulement riche en substances solides et en un écoulement de substrat débarrassé des substances solides; on fait fermenter ce dernier écoulement dans au moins un appareil de fermentation; on sépare par voie centrifuge un débit de liqueur de fermentation, en au moins un écoulement de concentrat de levure et un écoulement épuisé en levure; et on recycle l'écoulement de concentrat de levure à l'appareil de fermentation tandis qu'on sépare l'écoulement épuisé en levure en un écoulement enrichi en éthanol et un écoulement résiduel qu'on recycle, au moins en partie, à l'appareil de fermentation, caractérisé en ce qu'on met l'écoulement riche en substances solides en contact avec une fraction au moins d'écoulement résiduel, on sépare le mélange ainsi obtenu pour partie en un écoulement de substances solides, d'où le substrat restant a été sensiblement enlevé, et pour partie en un écoulement enrichi en substrat qui est recyclé à l'appareil de fermentation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu on sépare ledit mélange à laide d'au moins un moyen de séparation constitué par des moyens de filtrage, on amène un écoulement riche en matières solides auxdits moyens de filtrage en meme temps qu'une fraction au moins dudit écoulement résiduel et on le sépare pour partie en une fraction constituée par une phase solide, clou'on empêche de traverser les moyens de filtrage sans former une couche de filtrage sur ceux- ci et pour partie en une fraction liquide enrichie en substrat qu'on fait passer à travers les moyens de filtrage et qu on recycle à l'appareil de fermentation. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on sépare ledit mélange à l'aide d'au moins un séparateur centrifuge comportant un rotor tournant autour d'un axe horizontal dans des paliers et une vis de trans port disposée coaxialement au rotor pour rejeter la phase lourde séparée, la séparation s'effectuant en une fraction de substances solides qui constitue la phase lourde et une fraction liquide enrichie en substrat qu'on recycle à l'appareil de fermentation. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on sépare ledit mélange à l'aide d'au moins un moyen de séparation constitué par des moyens de filtrage dont une face est soumise à une dépression, on collecte la fraction solide d'un côté des moyens de filtrage, tandis qu'on fait traverser les moyens de filtrage par la fraction liquide, enrichie en substrat. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on met l'écoulement riche en substances solides en contact avec une fraction au moins de l'écoulement résiduel en disposant en série plusieurs moyens de séparation, l'écoulement riche en substances solides et une fraction au moins de l'écoulement résiduel étant amenés à circuler à contre-courant. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fractionne l'écoulement épuisé en levure , par distillation, pour obtenir ledit écoulement enrichi en éthanol et ledit écoulement résiduel. 7. Installation de production d'éthanol par le procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce quelle comprend des moyens, tels que des bacs de mélange, de mise en contact de l'écoulement riche en substances solides avec une fraction au moins de l'écoulement résiduel et des moyens, tels que des filtres ou séparateurs centrifuges, de séparation du mélange ainsi obtenu.