(57)【要約】  前処理された原料を生産する方法が提供される。原料は、草、穀物のわら、茎葉およびそれらの組み合わせから選択され、原料の少なくとも約８０％は、約２ｃｍと約４０ｃｍの間の細片長を有する。この方法は、原料を液体中で湿潤させること、１本のロール圧搾機または一連のロール圧搾機を通じて湿潤した原料を圧搾し、湿潤した原料から水および可溶性物質の少なくとも一部を除去し、懸濁液にしたとき約８％から約２０％の固体濃度で汲み上げを行うのに適した大きさの原料細片を生じるよう原料を剪断することからなる。少なくとも１本のロール圧搾機または一連のロール圧搾機中の少なくとも１本のロール圧搾機は、外周にＶ字型の溝を有するロールを具備する。圧搾された原料細片は懸濁液とされると原料は約８％と約２０％の間の濃度を有する懸濁液にされ、懸濁液とされた原料は前処理反応器中へ汲み上げられる。懸濁液とされた原料の希酸前処理は、１６０℃から２８０℃の温度で行われる。【選択図】図1Ａ
2008512102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下からなる前処理された原料を生産する方法：
ａ）草、穀物わら、茎葉およびそれらの組み合わせからなる群から選択される原料を用意し、ここで前記原料の少なくとも８０％は、約２と約４０ｃｍの間の細片長を有すること；
ｂ）湿潤原料が生じるよう原料の最大水保持容量の約０．２５から約１０倍の水流で原料を湿潤させること；
ｃ）１本のロール圧搾機または一連のロール圧搾機を通じて湿潤した原料を圧搾して、湿潤した原料から水および可溶性物質の少なくとも一部を除去し、懸濁液とされた原料が生じるよう圧搾された原料が懸濁液とされるとき、スラリー化原料を約８％から約２０％の乾燥固体濃度で揚液することが可能であるような細片径を有する圧搾された原料を生じるよう湿潤させた原料を剪断し、
ここで１本のロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機は、外周にＶ字型の溝を有するロールを含み、かつ
ここで圧搾された原料は、１本のロール圧搾機中のニップ・ポイントまたは上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機のニップ・ポイントを通過した後、少なくとも約３５％の乾燥固体の密度を有すること；
ｄ）約８％から約２０％の乾燥固体濃度を有する懸濁液とされた原料を生じるよう圧搾された原料細片を懸濁液とし、懸濁液とされた原料を前処理反応器中へ揚液すること；ならびに
ｅ）前処理された原料を生じるよう、懸濁液とされた原料の希酸前処理を１６０℃から２８０℃の温度で行うこと。
【請求項２】
供給の段階（段階ａ）において穀物わらがコムギわら、オオムギわら、イネわら、カノーラわらまたはエンバクわらである請求項１の方法。
【請求項３】
供給の段階（段階ａ）において茎葉がトウモロコシ茎葉またはダイズ茎葉である請求項１の方法。
【請求項４】
砂が圧搾（段階ｃ）前に原料から除去される請求項１の方法。
【請求項５】
湿潤の段階（段階ｂ）において水流が水または水を主とする液である請求項１の方法。
【請求項６】
用意の段階（段階ａ）において原料が約２と約３０ｃｍの間の細片長を有する請求項１の方法。
【請求項７】
懸濁液とする段階（段階ｄ）において、懸濁液が前処理反応器に汲み上げられ、次に前処理された原料を生じるよう０．１から３０分間、ｐＨ  ０．８から２．０で、１７０℃から２６０℃の温度により前処理される請求項６の方法。
【請求項８】
前処理された原料がグルコースを生じるようセルラーゼ酵素により加水分解される請求項７の方法。
【請求項９】
グルコースが発酵しエタノールとなる請求項８の方法。
【請求項１０】
原料が湿潤（段階ｂ）または圧搾（段階ｃ）の段階の前に部分的に濾過される請求項１の方法。
【請求項１１】
圧搾の段階（段階ｃ）において一連の３本のロール圧搾機が使用される請求項１の方法。
【請求項１２】
湿潤の段階（段階ｂ）において液が約２０℃と約９５℃の間の温度である請求項１の方法。
【請求項１３】
湿潤の段階（段階ｂ）において液が約３０℃と約８５℃の間の温度である請求項１１の方法。
【請求項１４】
圧搾の段階（段階ｃ）において１本のロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機が原料に対し約１６．６ＭＰa〜２０．７ＭＰa（約２４００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉ）の圧力を加える請求項１の方法。
【請求項１５】
懸濁液とする段階（段階ｄ）において原料細片の少なくとも７０％が２．４ｃｍ以下の長さである請求項１の方法。
【請求項１６】
懸濁液とする段階（段階ｄ）において原料細片の少なくとも８０％が２．４ｃｍ以下の長さである請求項１５の方法。
【請求項１７】
懸濁液とする段階（段階ｄ）において原料細片の少なくとも８９％が２．４ｃｍ以下の長さである請求項１６の方法。
【請求項１８】
圧搾の段階（段階ｃ）において１本のロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機が原料細片径を縮小させるため追加の剪断力を生み出す請求項１の方法。
【請求項１９】
追加の剪断力が１本ロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の少なくとも１本のロール圧搾機のロールの直径の差によって生み出される請求項１８の方法。
【請求項２０】
１本ロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機のロールの直径が約１．２ｃｍから約２０ｃｍ変化する請求項１９の方法。
【請求項２１】
追加の剪断力が１本のロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機のロールの速度の差によって生み出される請求項１８の方法。
【請求項２２】
１本のロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機のロールの速度が約３．５％から約１０％変化する請求項２１の方法。
【請求項２３】
一連の圧搾機が使用され、湿潤の段階（段階ｂ）が上記の一連のロール圧搾機中の１本または複数のロール圧搾機から回収されるプレス・濾液（pressate）による原料の向流洗浄を含む請求項１の方法。
【請求項２４】
懸濁液とする段階（段階ｄ）において懸濁液とされた原料が約１０％と約１８％の間の乾燥固体の密度を有する請求項１の方法。
【請求項２５】
懸濁液とされた原料が約１２％と約１５％の間の乾燥固体の密度を有する請求項２４の方法。
【請求項２６】
圧搾の段階（段階ｃ）において一連の２本のロール圧搾機が使用される請求項１の方法。
【請求項２７】
圧搾の段階（段階ｃ）の後かつ懸濁液とする段階（段階ｄ）の前において、圧搾された原料が少なくとも約３５％の乾燥固体の密度を有する請求項１の方法。
【請求項２８】
圧搾の段階（段階ｃ）において、１本もしくは複数の他の圧搾機または１本もしくは複数の他の脱水装置が１本のロール圧搾機または一連のロール圧搾機と組み合わせて使用され、１本もしくは複数の他の圧搾機または１本もしくは複数の他の脱水装置がロール圧搾機でない請求項１の方法。
【請求項２９】
圧搾の段階（段階ｃ）の後かつ懸濁液とする段階（段階ｄ）の前において、圧搾された原料が少なくとも約３５％の乾燥固体の密度を有する請求項２８の方法。
【請求項３０】
方法が原料の連続的な供給および前処理された原料の連続的な回収を伴う連続的な方法である請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前処理された原料を生産する方法、さらに詳細にはセルロースを含む前処理された原料を生産する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
燃料エタノールは現在、コーンスターチ、サトウキビおよびサトウダイコンなどの原料から生産される。しかしながらこれらの原料からのエタノールの生産は、それらの穀物の生産に適した農地には限界があり、また人間と動物の食物連鎖の利益が競合することにより、これ以上大きく拡大することはできない。転換過程において二酸化炭素およびその他の生成物の放出を伴う化石燃料の使用は、それらの原料を使用すると環境上に有害な影響を及ぼす。
【０００３】
農業廃棄物、草、林業廃棄物および砂糖加工の残留物などのセルロースを含む原料からの燃料エタノールの生産は、それらの安価な原料が大量に利用可能であることおよびエタノールがガソリンに比較して燃料として清浄であるためにより注目されてきた。さらにセルロース転換過程の副産物であるリグニンは、セルロース転換過程を促進する燃料として使用することができ、それにより化石燃料の使用が避けられる。研究によれば、サイクル全体を考慮すると、セルロースから生産されるエタノールを使用すると温室効果ガスの発生がほぼ零であることを示している。
【０００４】
エタノール生産のため使用することができるセルロース原料は、トウモロコシ茎葉、コムギわら、オオムギわら、カノーラわらおよびダイズ茎葉などの農業廃棄物を含む。スイッチ・グラス（ｓｗｉｔｃｈ ｇｒａｓｓ）、ミスカンサス（ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ）、コードグラス（ｃｏｒｄ ｇｒａｓｓ）およびクサヨシなどの草も使用することができる。
【０００５】
セルロースは、これらの原料の２番目に主要な成分であるヘミセルロースと同様、分解に対し非常に耐性がある結晶構造からなる。セルロース繊維のエタノールへの転換に必要なことは、リグニンからセルロースおよびヘミセルロースを遊離させること、またはセルロース原料内でセルラーゼ酵素にセルロースおよびヘミセルロースが接触する可能性を増大させることであり、そうしてヘミセルロースおよびセルロース炭水化物ポリマーを解重合して砂糖を解離し、ヘキソースおよびペントース糖の混合物を発酵させエタノールを得る。
【０００６】
原料はプラントに運ばれ、原料細片は一般的に、次の加工段階における取り扱いに適した望ましい大きさに裁断される。
【０００７】
セルロースを糖に転換するために使用されるよく知られた方法には、セルロースをグルコースに加水分解するのに十分な温度、酸濃度および時間による、蒸気および酸の使用を伴う酸加水分解法がある（グレスレイン（Ｇｒｅｔｈｌｅｉｎ）、１９７８、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２８：２９６−３０８）。
【０００８】
セルロース加水分解の代替的な方法は、酸による事前・加水分解（または前処理）とそれに続く酵素・加水分解である。この順序においてセルロース材料はまず、上記で説明した酸加水分解法を使用して、しかしより穏やかな温度、酸濃度および処理時間で前処理される。この前処理方法は、次の酵素転換段階のためのセルロース繊維内でセルロースに接触する可能性を増大させると考えられるが、結果的にセルロースのグルコース自体への転換はほとんどない。次の段階において、前処理された原料は適切な温度およびｐＨ（ペーハー）に調整され、次にセルラーゼ酵素による酵素転換にかけられる。
【０００９】
酸によるかセルラーゼ酵素によるかを問わず、セルロースの加水分解の後に糖が発酵してエタノールが得られう、次にエタノールが蒸留により回収される。
【００１０】
セルロース材料から糖へ転換するというセルロースの効率的な転換およびそれに続く糖のエタノールへの発酵は、商業的可能性に関して大きな課題に直面している。特に原料細片はしばしば、効率的に処理または加工するには大き過ぎる。小さな細片を必要とする処理システムの１つの望ましい種類は、揚液である。乾式方法においては、細片径縮小のために、水は原料に加えない。破砕、粉砕または圧搾を含む乾式方法は、大量の電力を必要とし、それが方法全体の費用に加えられる。さらに、揚液に適した小さな細片径への乾式処理は、湿潤率が高いかまたは湿潤率が変動する原料について、成功する見込みがない。２０％以上の水分を含むいくつかの原料は、頻繁に粉砕装置を目詰まりさせ、それは持続可能または適切な大きさの縮小を提供しない。代替的方法は、精製機もしくはハイドロパルパー（ｈｙｄｒｏｐｕｌｐｅｒ）（湿式パルプ製造機）などの設備を使用する湿式破砕方法または装置である：しかしながら湿式破砕は、また高価な設備および高い電力使用量も必要とする。さらに湿潤の破砕は、非常に希薄で処理および加工が高価である材料を生む。
【００１１】
転換過程の第２の問題は、前処理過程における酸の必要性が非常に高いことである。わらおよびトウモロコシ茎葉など多くの原料は、本来的にアルカリ度が高いので、ヘミセルロースの効率的な加水分解およびセルロース表面領域の暴露を達成するため（原料の）０．５％から６％ｗ／ｗの硫酸の添加を必要とする。この相当量の酸の添加は、原料中に内在するアルカリ度を相殺するのに役立つ。この多量の酸の使用は、方法の費用を増大させるだけでなく、前処理過程中にキシロースおよびその他の生成物の劣化ももたらし得る。
【００１２】
ＷＯ０２／０７０７５３（グリフィンおよびその他）は、少なくとも２分間原料を水と接触させ、塩、タンパク質およびその他の不純物を浸出させて続いて水および可溶性化合物を分離する浸出方法を説明している。グリフィンおよびその他の方法は、リグノセルロース原料からアルカリを分離し、それにより前処理のための酸の必要量を減少させる。グリフィンは細片径の縮小を要求するが、該方法は高水準の電力を消費し、進出処理を実行するのに必要な設備と相まって結果的に方法全体の費用が増大する。
【００１３】
バイオマスを脱水する圧搾機の使用は、当該技術分野において知られている。例えば、ＵＳ４，４３６，０２８（ワイルダー）は、細片径を大きく縮小させるハンマーミルの使用とそれに続く廃棄物材料の湿潤量を減少させるための二本ロール粉砕器による激しい圧力の適用を説明している。同様にＵＳ４，５２５，１７２（エリクソン）は、篩いドラムを有する圧搾機を使用するバイオマスの脱水について教示する。しかしながらこれらの方法は、圧搾または脱水中にバイオマスの破砕、剪断または細片径縮小をもたらさない。このことは、必要な細片径縮小を達成せずに高い資本および運転費用をもたらす。
【００１４】
ＵＳ４，５４３，８８１（アンダーソン）は、外部の管状ロールおよび外部ロールで受けるより小さい内部ロールを含む泥炭を脱水するための装置を開示している。より小さい内部ロールが回転し、その結果その外部表面は外部の管状ロールの内部表面に沿って動き、それによりロールの間に置かれた泥炭を圧縮し脱水を実行する。速度が相違するロールを操作することにより、剪断力および圧縮力が泥炭に働く。しかしながらロール圧縮装置の目的は、泥炭を脱水するためであり、細片径を縮小させるためではない。
【００１５】
ＵＳ２，８２８，０８１（コリンズ）は、乾いた樹皮上の篩部組織からコルクを分離するためのロール圧搾機の使用を説明している。乾燥したコルク成分の多い断片は、他と異なる速度のローラー粉砕器を通過し、それが剪断作用を通じて、コルク細片径を実質的に縮小させることなくコルク集合体を粉砕する。この方法は、材料の大きさの縮小を目的としていない。そのうえ、樹皮はエタノール生産に適していない。
【００１６】
バイオマスの一層の細片径縮小の必要性に対処するため、様々の方法が取られてきた。例えばＵＳ６，０３６，８１８（オドマーク）は、パルプを通して圧搾する二本のロールを有するパルプ脱水装置（ロール圧搾機）を説明している。パルプがロールを通過するにつれ、ドクター・ブレードが圧搾機からパルプを掻きとって導き、パルプはさらにスクリュー粉砕器により粉砕される。ＵＳ５，４５１，２９６（ピクリン（Ｐｉｋｕｌｉｎ））は、低密度のパルプから過剰な液体を除去する濃縮化装置（例えば二軸ロール圧搾機）の使用を教えている。結果的に生じる高密度のパルプは、フラファー（ｆｌｕｆｆｅｒ）などの粉砕装置に運ばれ、１０ｍｍ以下のパルプ細片を生じる。ＵＳ６，０３６，８１８またはＵＳ５，４５１，２９６のいずれかで使用されるロール圧搾機は、パルプを運ばず、粉砕せず、剪断せず、またその細片径を縮小させない。むしろ、細片径縮小を達成するため追加の設備が要求され、従って方法全体としては設備とエネルギー両方の費用が増大する。
【００１７】
ＵＳ４，７２８，０４４（デュイル（Ｄｕｉｌｌ）およびブルマー（Ｂｒｕｍｍｅｒ））は、湿気のある最初の材料を破砕し乾燥させるためのシステムを開示している。最初の材料は、ハンマー・ミルにより前もって粉砕される一方、熱いガスによって乾かされる。上昇する主管における追加の乾燥の後、材料は、高圧ロールのローラーの間のニップでさらに粉砕される。仕上げ材料は、乾燥し破砕された原材料として現れる。該方法は、生セメント粉、セメント・クリンカー、鉱石、石炭およびその他の材料の破砕および乾燥に適しているが、エタノールを生産するために原料をさらに処理することは扱われていない。エタノール生産のための適切な原料については、一切言及されていない。
【００１８】
ＵＳ４，２３７，２２６（グレスレイン（Ｇｒｅｔｈｌｅｉｎ））は、おがくず状製品を生産するためのウィリー粉砕器を使用する実験室装置による乾燥したオーク木材細片の粉砕を説明している。破砕された細片は、６０メッシュのふるいで篩い分けされて、次に、懸濁液を連続的前処理反応器に供給するのに先立ち、重量基準で水と固体が１８．５と１の比率で、水中で懸濁液とされる。ウィリー粉砕器は、２０％超の湿潤量の繊維についての使用に適しておらず、電力消費量が高くなる。さらに、これらの加工段階を行うのに使用することができる工業生産の設備の開示がない。
【００１９】
ミレット（Ｍｉｌｌｅｔｔ）およびその他（バイオテクノロジー・アンド・バイオエンジニアリング  シンポジウム第６号（１９７６）１２５−１５３）は、乾式ボール粉砕、湿式ボール粉砕および振動ボール粉砕などの原料の準備のためのいくつかの物理的処理を開示している。乾式ボール粉砕による細かな細片の生産は、方法の費用を実質的に増大させる一方、７２時間の湿式ボール粉砕は、反芻胃細菌によるセルロースの消化性を増大させた。しかしながら７２時間は、生産方法における実用的な処理時間でなく、次の前処理または酵素加水分解についての言及はない。２２０℃における３０分間の乾燥したトウヒおよびポプラの細片の振動ボール粉砕は、酵素加水分解の速度を高めることが認められた。しかしながらこの処理は、方法に多額の費用を加える。
【００２０】
ＵＳ３，５５４，４５３（ターレ（Ｔｈａｌｅ）およびその他）は、砕木、圧縮された織物ならびに亜硫酸塩および半化学的パルプの平らな断片など繊維状の物品を裁断する装置を開示している。該装置は、ローラーの間を進みながら繊維状材料を裁断する互いに噛み合う鋸歯状の円盤をそれぞれ有する裁断ローラーおよび支持ローラーを含む。ローラー上の鋸歯状の円盤の動作は、開繊された材料を生じ、材料を圧搾するものではない。
【００２１】
ＵＳ４，６８３，８１４（プロヴァニッチ（Ｐｌｏｖａｎｉｃｈ）およびその他）は、セルロースの生物資源を脱水するための装置および乾式方法を開示しており、該方法は、異なる速度で作動する１対の平坦な向かい合ったロールを用いる。ローラー速度が相違するので、圧縮されたバイオマスは熱せられ、さらなる水分除去および細片径縮小をもたらす。さらに水分はより高速で回転するロール上に集まり、圧縮された材料は、より低速で回転するロールに付着する。これにより、水分はより高速で回転するロールから回収することができ、圧縮された材料はより低速で回転するロールから回収することができる。該方法は、バイオマスの脱水のための効果的な手段を提供するが、プロヴァニッチおよびその他の方法は、原料のアルカリ度のわずかを除去するに過ぎない。さらにプロヴァニッチおよびその他は、揚液に適した細片径を有するセルロース原料の生産については教えていない。
【００２２】
サトウキビ原料から蔗糖を抽出する方法はよく知られている。これは、不純物を除去するためサトウキビ表面を洗浄すること、茎をより小さい断片とするため粗く切り刻むこと、および樹液分を抽出するため一連のローラー粉砕器でサトウキビの細片を粉砕することを含む。樹液分は圧搾機から回収され、蔗糖を生産するためにさらに加工される。液分抽出後のサトウキビの茎からの残渣（バガス）は、通常粉砕器で燃焼される。
【００２３】
セルロース原料の連続的前処理を経済的および工業的に実現可能にするため、前処理システムは多様な原料の前処理に対し変更可能でなければならない；原料のアルカリ度は、酸必要量および酸による糖製品の劣化を低減するため、その本来の水準から低減しなければならない；また細片を水性媒体で汲み出すことができるよう、過剰な電力または資本設備を必要とせずに、原料細片径を縮小しなければならない。
【００２４】
該システムの開発は、セルロース原料をグルコースおよび次にエタノールへ転換する方法全体の重要な要素であり続ける。
【００２５】
発明の要約
本発明は、前処理された原料を生産する方法、さらに詳細にはセルロースを含む前処理された原料を生産する方法に関する。
【００２６】
改善された効率性で前処理された原料を生産する方法を提供することが本発明の目的である。
【００２７】
本発明は、前処理された原料を生産する方法を提供し、該方法は以下の段階からなる：
ａ）草、穀物わら、茎葉およびそれらの組み合わせからなる群から選択される原料を用意し、ここで原料の少なくとも約８０％は、約２ｃｍと約４０ｃｍの間の細片長を有すること；
ｂ）湿潤した原料が生じるよう原料の最大水保持容量の約０．２５から約１０倍の水流で原料を湿潤させること；
ｃ）一本のロール圧搾機または一連のロール圧搾機を通じて湿潤原料を圧搾して、湿潤した原料から水および可溶性物質の少なくとも一部を除去し、圧搾された原料がスラリー化されて懸濁液になった原料が製造される際に、スラリー化された原料が約８％から約２０％の固体濃度で汲み出すことが可能であるような細片径を有する圧搾された原料を生じるよう湿潤した原料を剪断し、
ここで一本のロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の一本もしくは複数のロール圧搾機は、外周にＶ字型の溝を有するロールを備えるものであり、かつ
ここで圧搾された原料は、一本のロール圧搾機中のニップ・ポイントまたは上記の一連のロール圧搾機中の一本もしくは複数のロール圧搾機中のニップ・ポイントを通過した後、少なくとも約３５％の乾燥固体の密度を有すること；
ｄ）約８％から約２０％の間の固体濃度を有する懸濁液とされた原料を生じるよう圧搾された原料細片をスラリー化し、懸濁液とされた原料を前処理反応器中へ揚液すること；ならびに
ｅ）前処理された原料を生じるよう、スラリー化原料の希酸前処理を約１６０℃から約２８０℃の温度で行うこと。
【００２８】
本発明は、懸濁液とする段階（段階ｄ）の後、０．１から３０分間、約１７０℃から約２６０℃の温度および約０．８から約２．０のｐＨ（ペーハー）で原料が前処理される、上記で説明した方法も指向する。さらに前処理された原料は、グルコースを生じるようセルラーゼ酵素により加水分解され、次にグルコースを発酵させエタノールとすることができる。圧搾の段階（段階ｃ）の前に、原料を部分的に浸出させることができる。
【００２９】
本発明は、提供の段階（段階ａ）において、穀物わらがコムギわら、オオムギわら、イネわら、カノーラわらおよびエンバクわらからなる群から選択され、茎葉がトウモロコシ茎葉およびダイズ茎葉からなる群から選択される上記で説明した発明も指向する。好ましくは、提供の段階（段階ａ）において、原料の少なくとも約８０％は、約２と約３０ｃｍの間の細片長を有する。
【００３０】
本発明は、圧搾の段階（段階ｃ）において、一本ロール圧搾機または一連のロール圧搾機中の一本もしくは複数のロール圧搾機が原料細片径を縮小させるため追加の剪断力を生み出し、追加の剪断力が１本ロール圧搾機または一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数本のロール圧搾機中のロールの直径の差または速度の差によって生み出される、上記で説明した発明も指向する。
【００３１】
好ましくは一連のロール圧搾機は３本ロール圧搾機からなるが、２本ロール圧搾機も使用することもできる。
【００３２】
本発明は、一連の圧搾機が使用され、湿潤段階（段階ｂ）が一連の圧搾機中の少なくとも１本のロール圧搾機から回収されるプレス・濾液（pressate）による原料の向流洗浄を含む上記で説明した発明も指向する。
【００３３】
本発明は、湿潤の段階（段階ｂ）において、液体が約２０℃と約９５℃の間または約３０℃と約８５℃の間の温度である上記で説明した発明も指向する。
【００３４】
本発明は、スラリー化段階（段階ｄ）において、懸濁液とされた原料が約１０％と約１８％の間の乾燥固体または約１２％と約１５％の間の乾燥固体の密度を有する上記で説明した発明も指向する。好ましくは、圧搾の段階（段階ｃ）の後かつ懸濁液とする段階（段階ｄ）の前において、圧搾された原料は少なくとも約３５％の乾燥固体の密度を有する。懸濁液とする段階（段階ｄ）において、原料細片の少なくとも約７０％、８０％または８９％は、２．４ｃｍ以下の長さとすることができる。
【００３５】
本発明は、圧搾の段階（段階ｃ）において、１本もしくは複数の他の圧搾機または１本もしくは複数の他の脱水装置が１本ロール圧搾機または一連のロール圧搾機と組み合わせて使用され、１個もしくは複数の他の圧搾機または１個もしくは複数の他の脱水装置はロール圧搾機でない、上記で説明した発明も指向する。ロール圧搾機のほかに他の圧搾型または脱水の装置が１本のロール圧搾機または一連のロール圧搾機と組み合わせて使用される場合、湿潤原料の圧搾後、原料の密度は、好ましくは、少なくとも約３５％の乾燥固体である。
【００３６】
さらに本発明は、方法が原料の連続供給および前処理された原料の連続回収を伴う連続方法である、上記で説明した発明も指向する。
【００３７】
本発明の湿式処理方法は、電力投入が乾式破砕方法よりかなり少ないため、先行技術の不利益を克服する。本発明は、高い湿潤量を有する原料により乾式粉砕設備が目詰まりする危険も軽減する。さらに該圧搾機は、精製機またはハイドロパルパーなどの他の湿潤破砕装置よりも、必要とされる電力投入および費用がかなり少ない。本発明の方法は、最少量の水性溶液で揚液可能な原料を生産する。
【００３８】
さらに、湿式方法を使用することにより、塩、アルカリおよびタンパク質のかなりの部分は原料から除去される。このことは酸要求量を減少させ、潜在的にキシロース産出量を増加させる。これらの利点は、原料の浸出を使用するＷＯ０２／０７０７５３（グリフィン）により達成されたものと一致するが、浸出過程での接触時間および設備は不要である。
【００３９】
従って本発明は、リグノセルロース原料からの糖の生産において重要な進歩を提供する。
【００４０】
本発明のこの要約は、必ずしも本発明の全ての必要な特徴を説明するものではない。
【００４１】
図の簡単な説明
本発明のこれらの特徴および他の特徴は、添付された図を参照する以下の説明からより明らかとなる：
【００４２】
図１は、本発明の原料処理システムの構成要素の実施例の概略図である。図１Ａは、本発明に従った原料処理システムの実施例を示す。図１Ｂは、３本ローラーからなるロール圧搾機を示す。図１Ｃは、ロール圧搾機中のローラーの外面に存在し得る歯形の断面図を示す。
【００４３】
図２は、本発明に従って処理した後のコムギわら細片長の分析の結果を示す。細片長の測定値は、粉砕器中を１回（左のバー）、２回（中央のバー）または３回（右のバー）通過させた後粗粉砕に続いて測定された。１００個の繊維が無作為に選択され、細片長分布を求めるため定規により手作業で測定された。
【００４４】
図３は、本発明に従って処理した後のコムギわら細片径の分析の結果を示す。細片径は、標準的な四角い目のふるいを使用して決定される。ふるいは、細片の長さではなく直径を基準としてわらを分類する。粗く切り刻まれ（左のバー）、１回（左中央のバー）、２回（右中央のバー）および３回（右の棒）粉砕された材料のそれぞれの３個のサンプルは、種々の大きさのふるいを通過し、結果は材料のそれぞれのタイプについて平均した。
【００４５】
図４は、乾燥した原料（左のバー）において、または粉砕器を１回（左中央のバー）、２回（右中央のバー）もしくは３回（右のバー）の通過後に認められた水溶性カリウムおよび総窒素（総ケルダール法窒素；ＴＫＮ）の量を示す。溶解した成分は、圧搾の前後に測定され、最初の含有量の百分率で表される。
【００４６】
図５は、１回通過コムギわらの試験中の中密度（ＭＣ（商品名））ポンプの電流を示す。
【００４７】
図６は、組み合わせた２回および３回通過のコムギわらの試験中のＭＣ（商品名）ポンプの電流を示す。
【００４８】
好ましい実施態様の説明
本発明は、湿潤原料を処理するための方法および装置、さらに詳細には湿潤セルロースを含む原料を処理するための方法および装置に関する。
【００４９】
本発明は、原料の圧搾および剪断ならびに原料からの可溶性塩、タンパク質、糖、アルカリ化合物および有機酸の多くの除去を可能とする方法を提供する。湿潤原料は、１本ロール圧搾機または一連のロール圧搾機を使用した圧搾にかけられる。結果は、細片径が縮小し、水分が湿潤した原料から絞り出されることである。このようにして放出された可溶性成分は、原料の圧搾および剪断中に回収することができ、圧搾され一定の大きさとなった原料は次に、前処理またはその糖への転換のための次の処理段階と結合した前処理にかけることができる。該方法は連続方法として使用することができ、その結果連続方法で原料を供給し前処理された原料を回収することができる。しかしながら該方法は、バッチ式加工のため使用することもできる。本発明の方法は、原料から潜在的阻害物質を除去し、前処理における酸の必要量も減少させる。
【００５０】
本発明は、以下からなる前処理された原料を生産する方法を提供する：
ａ）草、穀物わら、茎葉およびそれらの組み合わせからなる群から選択される原料を用意し、ここで原料の少なくとも８０％は、約２と約４０ｃｍの間の細片長を有すること；
ｂ）湿潤原料が生じるよう原料の最大水保持容量の約０．２５から約１０倍の水流で原料を湿潤させること；
ｃ）１本または一連のロール圧搾機を通じて、湿潤した原料を圧搾して、湿潤した原料から水および可溶性物質の少なくとも一部を除去し、懸濁液とされた原料が生じるよう圧搾された原料が懸濁液とされるとき、スラリー化原料が約８から約２０％の固体濃度で揚液されることが可能であるような細片径を有する圧搾された原料を生じるよう湿潤原料をセン断し、
ここで１本ロール圧搾機または上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数のロール圧搾機は、外周にＶ字型の溝を有するロールを備え、かつ
ここで圧搾された原料は、１本のロール圧搾機中のニップ・ポイントまたは上記の一連のロール圧搾機中の１本もしくは複数本のロール圧搾機中のニップ・ポイントを通過した後、少なくとも約３５％の乾燥固体の密度を有すること；
ｄ）約８％から約２０％の固体濃度を有する懸濁液とされた原料を生じるよう圧搾された原料細片をスラリー化し、懸濁液とされた原料を前処理反応器中へ揚液すること；ならびに
ｅ）前処理された原料を生じるよう、懸濁液とされた原料の希酸前処理を約１６０℃から約２８０℃の温度で行うこと。
【００５１】
本発明の方法は、以下を含む多種多様な原料に有効である：（１）トウモロコシ茎葉またはダイズ茎葉などの茎葉；（２）コムギわら、オオムギわら、カノーラわら、エンバクわらおよびイネわらなどの穀物わら；（３）スイッチ・グラス（ｓｗｉｔｃｈ ｇｒａｓｓ）、ミスカンサス（ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ）、コードグラス（ｃｏｒｄ ｇｒａｓｓ）およびクサヨシなどの草；ならびにそれらの組み合わせ。これらの原料は、安価で大量に入手可能であり、高水準の炭水化物を含み、それは高い潜在的エタノール産出に相当する。
【００５２】
原料は通常、ベール形状またはその他の便利な形態でエタノール・プラントに運ばれる。ベールは、当技術分野で知られた方法を使用して、１本ロール圧搾機または一連のロール圧搾機により処理することができる細片を生み出すよう粗粉砕されることができる。例えば原料は、ハンマー・ミル、回転裁断器、剪断裁断器、ナイフ寸断機、タブ・グラインダー、木材チッパー類似の装置または投入される固体の細片径を縮小するその他の装置を使用して、粗く大きさを縮小させる過程で粉砕することができる。縮小した原料の大きさは、本発明のシステムにおける処理に適しており、すなわち縮小した原料の少なくとも８０％は、約２ｃｍから約４０ｃｍまたはそれらの間のいずれかの細片長を有する。好ましくは、原料の少なくとも８０％は、約２から約３０ｃｍもしくは約４から約２５ｃｍまたはそれらの間のいずれかの長さを有する。
【００５３】
本発明の方法において、原料は、圧搾の前に水流で湿潤される。水流は原料を湿潤させる適切な液体とすることができ、それにより１本または複数のロール圧搾機により原料を圧搾することが可能となる。例えば液体は、水、ミル・ウォーター、または前の原料処理から得られた再循環洗浄水（プレサート）とすることができる。後者の場合、原料の湿潤操作には、プラントへの投入時に原料を湿潤させるのに使用される結果として生じた水によるロール圧搾機の向流洗浄を含み得る。
【００５４】
原料は、当技術分野で知られた方法を使用して湿潤させることができる。例えば原料は、原料への液の噴霧、液タンクでの浸漬または液タンク中への原料の通過により湿潤させることができる。
【００５５】
使用される液体の量は、原料を湿潤させ、不純物の除去のため一定の追加の液体を提供するのに十分であるよう選択されるが、処理費用を増加させる希薄な水流を生むような過剰な量ではない。原料を適切に湿潤させるのに必要な液体の最適の量は、原料の物理的性質および原料の細片径により変化する。水の許容される量は、乾燥した原料の最大水保持容量の約０．２５から約１０倍またはそれらの間のいずれかの量である。例えば、加えられる水の量は、乾燥した原料の最大水保持容量の約０．２５、０．５、１．０、１．５、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０、８．０、９．０および１０倍またはそれらの間の量である。さらに好ましくは、加えられる水の量は、乾燥した原料の最大水保持容量の約１．５から約３倍またはそれらの間の量である。原料の最大水保持容量は、原料に加えられるた追加の水が自由水となる時点まで既知量の緩く充填された原料が吸収する水の重量を測定することによって求められる。この時点は、水が原料上に薄い連続的な層を形成する時点として測定される。原料の最大水保持容量を決定するにあたり、原料が概ね同じ大きさの細片に機械的に粉砕されることが好ましい。さらに、当業者には明白であろうが、原料の最大水保持容量は、固く充填された原料でなく緩く充填された原料について決定されることが好ましい。実施例として、１ｋｇの原料（乾燥基準）が４０００ｇの水を保持する場合、原料の最大水保持容量は４０００ｇ／ｋｇである。水の許容量はこのとき、原料１ｋｇあたり１０００ｇから４０，０００ｇとなる。
【００５６】
代替的に、許容される水の固体に対する比率は、重量を基準として約２．５：１から約１００：１またはそれらの間の量とすることができる。さらに好ましくは、水の固体に対する比率は、重量を基準として約２．５：１から約２５：１またはそれらの間の量である。例えば水の固体に対する比率は、重量を基準として約２．５：１、５：１、７．５：１、１０：１、１２．５：１、１５：１、１７．５：１、２０：１、２２．５：１もしくは２５：１またはそれらの間の量とすることができる。一般的な液体の原料に対する比率は、重量を基準として、約２．５：１から約１０：１またはそれらの間の量、例えば２．５：１、５：１、７．５：１または１０：１である。
【００５７】
水の添加とそれに続く圧搾は、原料から相当量のアルカリ度ならびに窒素およびカリウムを除去する。これにより前処理における酸使用量を減少させ、キシロース産出量を増加させることができる。
【００５８】
原料は、圧搾の前の砂除去の過程または浸出過程の一部として湿潤させることができる。砂除去は、原料上の砂の存在による磨耗からロール圧搾機を保護する利点を有する。砂の除去のため、水は上記で説明した比率、すなわち乾燥した原料の最大水保持容量の約０．２５から約１０倍またはそれらの間の量、より好ましくは乾燥した原料の最大水保持容量の約１．５から約３倍またはそれらの間の量で、原料と組み合わせら得る。この方法において、原料の湿潤は、ふるいを有する回転ドラムまたは当技術分野でよく知られている何らかのその他の設備上で行うことができる。濾液は、砂、水および可溶性不純物を含み、砂を除去するため沈殿させられる一方、水は、プラントへ新たに搬入される原料を洗浄するため再使用することができる。非限定の実施例において、砂の除去は、砂を含む濾液を湿式サイクロンに注入することにより行われる。
【００５９】
砂が除去されるか否かを問わず、原料を湿潤させるための液体の温度は、約２０℃から約９５℃の範囲の温度、例えば２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０もしくは９５℃またはそれらの間の量の温度とすることができる。一般的に温度が高いと、液体による可溶性成分のより効率的な抽出をもたらし得る。液体の温度範囲は、約３０℃から約８５℃またはそれらの間の温度とすることができる。
【００６０】
湿潤した原料は、次に大きさを縮小させられる。これは、原料を１本または一連のロール圧搾機中に搬送することにより達成される。本発明の方法に使用されるそれぞれのロール圧搾機は、工業的に入手可能なロール圧搾機（例えば、テキサス州ヒューストンのエドワーズ・エンジニアリング・コーポレーション；オーストラリア、ブンダバーグのブンダバーグ・ファウンドリー・エンジニアズ・リミテッド；またはミズーリ州セント・ルイスのフルトン・アイアン・アンド・マニュファクチャリング・ＬＬＣから）とすることができ、例えば３本（例えば図１Ｂを参照）または４本のロール（図１Ａ；ロール圧搾機４０、５０および６０）だが、これらに限定されない適切な本数のロールを含むことができる。さらにロール圧搾機は、以下に一層の詳細が説明される修正されたロール圧搾機とすることができる。
【００６１】
本発明は、適切な細片径の縮小を行うため、１本または連続する複数のロール圧搾機を使用することができる。例えば本発明の方法は、１から７またはそれらの間の本数のロール圧搾機を使用することができる；例えば連続する１または２、３、４、５、６または７本のロール圧搾機を使用することができる。より具体的な実施例において、該方法は、連続する２本から４本のロール圧搾機を使用する。好ましくは、該方法は、連続する２本または３本のロール圧搾機を使用する。一連のロール圧搾機は、連続して順番に配置する（図１Ａを参照）ことができ、または他の加工設備を圧搾機の間に置くことができる。
【００６２】
さらに、１本または複数の他の種類の圧搾機または脱水装置を１本ロール圧搾機または一連のロール圧搾機と組み合わせて使用することができる。そのような圧搾型または脱水の装置は、ベルト圧搾機、フィルター圧搾機、スクリュー圧搾機および遠心機を含む場合があるがそれらに限定されない。
【００６３】
いかなる方法でも限定的であることを希望せず、それぞれのロール圧搾機（３）は、３本または４本のロール（図１Ｂ）を有する場合がある。この配置において、４本のロールのうち３本は、第１および第２の下部ロール（それぞれ２Ａおよび２Ｂ）が並んで底部にあり、第３の上部ロール（４）が底部ロールの間の上部にある三角形で配置される。好ましくは、第１および第２のロール（２Ａ、２Ｂ）は、ロール圧搾機の支持フレームに固定された軸受け箱（ジャーナル）を支えることにより支持され、上部ロール（４）は、ロール（４）が上下に動くことを許容する１組のガイド板上に備え付けることができる。上部ロール（４）は、上部および底部のロールの間に圧搾、剪断または圧搾および剪断の力をかけるためにそれぞれの末端上に備え付けられた油圧シリンダーを有する場合もある。ロール圧搾機が４本のロールを備えると、第４のロールは供給ローラーとして機能する。それぞれ４本のロールを備える一連のロール圧搾機を、図１Ａに示す。
【００６４】
図１Ｂを参照し、非限定的な実施例において、圧搾機（３）の操作中、湿潤した原料は２回、１回は上部ロール（４）と第１の下部ロール（２Ａ）の間で、次いで上部ロール（４）と第２の下部ロール（２Ｂ）の間で圧搾される。上部ロール（４）と第１の下部ロール（２Ａ）の間の供給開口部（８Ａ）および上部ロール（４）と第２の下部ロール（２Ｂ）の間の放出開口部は、それぞれ望ましい隙間に設置される。原料は、誘導装置（９）により圧搾機中に誘導される。
【００６５】
圧搾機のロールは、例えばステンレス鋼だが、これに限定されない適切な材料から構成することができる。それぞれのロールの寸法は、要求に応じて変化させることができるが、例えば直径約０．４５ｍから約２ｍまたはそれらの間の値を有し、長さ約０．７５ｍから約４ｍまたはそれらの間の値とすることができ、これは限定とはみなされない。
【００６６】
１本または複数の圧搾機は、それぞれのロールの外表面に切り込みを入れた「ヴィー」字型（Ｖ字型）の断面（６、図１Ｃ）を有する外周の溝がある圧搾ロールを備える。該外周の溝を有するロール圧搾機の提供は、湿潤した原料の排水および剪断力を向上させる。湿潤原料の湿潤量は減少し、それにより可溶性物質は除去され、原料の密度が増大する。溝による原料の剪断は、揚液可能な原料を生む効率的な細片径の縮小を可能にする。
【００６７】
溝の間隔（５）は、約１．０ｃｍから約１０．０ｃｍまたはそれらの間の値とすることができ、溝の深さは、約１．０ｃｍから約１０．０ｃｍまたはそれらの間の値とすることができる。上部ロール（４）は、３本ロールの溝がお互いに噛み合うよう配置されるが、各ロールは接触していない（８Ａおよび８Ｂ；図１Ｂ）。ロールのニップ・ポイントの間の隙間は、約０．０００１ｃｍから約０．１ｃｍまたはそれらの間の値とすることができる。溝の噛み合い（６）およびロール間の圧搾負荷は、剪断機能の大部分を構成する。
【００６８】
必要な細片径縮小を生み出すため一連の圧搾機が使用される場合、全ての圧搾機が外周の溝を有するロールを備えることは必要でないと理解されたい。例えば適切な剪断および水分の減少は、１本または複数の圧搾機が外周の溝を有するロールを含む一方で残りのロール圧搾機が平坦なロールを有する場合に達成し得ることが意図される。
【００６９】
圧搾機のロールは、原料がロール圧搾機を通じて供給されるにつれ原料へ圧力を加える。ロールに加えられた圧力は、細片径を縮小させるため追加の剪断力を生み出すよう必要に応じ調整することができる。プレサート（pressate）の除去および原料細片径の縮小のための適切な圧力の範囲は、約１６．６ＭＰa〜２０．７ＭＰa（約２４００から約３０００ｐｓｉ）またはそれらの間の値の範囲にある。例えば圧搾機のニップ圧は、約１６．６、１２．７、１７．９、１８．６、１９．３、２０．０、２０．７ＭＰa（約２４００、２５００、２６００、２７００、２８００、２９００または３０００ｐｓｉ）またはそれらの間の値とすることができる。
【００７０】
ロール圧搾機は、原料の粉砕の程度を増大させるため修正することができる。原料の粉砕の増加は、同じ速度で回転し直径が違うロールを使用することにより達成することができる。直径の差は、約１．２ｃｍから約２０．０ｃｍまたはそれらの間の値とすることができる；より具体的には、直径は、約１．５ｃｍから約１０．０ｃｍもしくは約１．５から約２．５ｃｍまたはそれらの間の量で異なる場合がある。代替的に、同じ直径のロールを使用することができるが、ロールは異なる速度で回転する。この場合ローラー間の速度の差は、０％から約１０％またはそれらの間の値とすることができる；より具体的な実施例において、速度は、約３．５％から約１０％またはそれらの間の値で異なる場合がある。異なる直径のローラー、異なる速度で回転するローラーの使用、または異なる直径を有しかつ異なる速度で回転するローラーの使用は、効率的な原料細片径の縮小をもたらし、望ましい原料細片径を達成するより少ないロール圧搾機の使用をもたらすことができる。さらにロール間の隙間は、追加の剪断力を生み出すのに望ましいよう調整することができる。
【００７１】
１本のロール圧搾機または一連のロール圧搾機を通過する結果、原料細片径は、処理に適した大きさに縮小する。細片は、圧搾された原料が次に懸濁液とされたとき、結果的に生じる懸濁液が約８から約２０％またはそれらの間の量の乾燥固体濃度で汲み出すことができるような大きさとする。好ましくは、細片は、懸濁液とされた原料が約１０％から約１８％の乾燥固体もしくはそれらの間の範囲、または約１２％から約１５％の乾燥固体もしくはそれらの間の範囲の固体濃度で揚液することができるような大きさとする。好ましくは、原料は懸濁液とし中濃度のポンプ（例えばスルザーＭＣ（商品名）ポンプ）を使用して汲み出すのに適した大きさとする。一旦原料が１本または一連のロール圧搾機から出ると、原料細片の大部分は約１０ｃｍ以内の長さである場合がある。好ましくは、原料細片の少なくとも約７０％、８０％または８９％は、約２．４ｃｍ以内の長さである。例えば原料細片の約７０％から８９％またはそれらの間の量は、約０．０５から約２．４ｃｍまたはそれらの間の量の長さである。
【００７２】
上記で示したとおり、湿潤した原料の圧搾は、原料の密度の増大をもたらす。唯１本のロール圧搾機が使用される場合、原料の密度は、圧搾機の１本のニップ・ポイントを通過した後に、少なくとも約３５％の乾燥固体、または約３５％から約９５％もしくはそれらの間の量の乾燥固体である。例えば原料の密度は、約３５％から約６０％またはそれらの間の量とすることができる。一連のロール圧搾機が使用される場合、乾燥固体の密度は、一連のロール圧搾機中の少なくとも１本（すなわち１本または複数）のロール圧搾機のニップ・ポイントを通過した後に、少なくとも約３５％、もしくは約３５％から約６０％もしくは約３５％から約９５％またはそれらの間の量の乾燥固体である。説明のために、かつ図１Ｂを参照して、上部ロール（４）と第１の低部ロール（２Ａ）の間の通過または上部ロール（４）と第２の底部ロール（２Ｂ）の間の通過後の原料の密度は、少なくとも約３５％である。好ましくは、圧搾の段階の後かつ懸濁液とする段階の前において、原料の密度は少なくとも約３５％である。例えば、図１Ａを参照して、原料の密度は、第３のロール圧搾機を出た後、例えば６０において、少なくとも約３５％である。
【００７３】
湿潤した原料の湿潤量が、ロール圧搾機または１本の圧搾機もしくは一連のロール圧搾機と組み合わせて選択的に使用される他の種類の圧搾機もしくは脱水装置において減少した後、原料の湿潤量は、下流の圧搾機または脱水装置に投入される前に増大する場合があることを理解されたい。例えば水流は、上流の圧搾機の放出口、下流の圧搾機の入り口、もしくは脱水装置、またはそれらの間の部分で加えることができる。
【００７４】
圧搾または懸濁液とした後の追加の段階として、原料は、追加の浸出にかけることができる。これは、原料中の可溶性成分の一部の溶解が可能となるのに適切な時間原料を水に接触させ、その後原料固体から水溶液の少なくとも一部を分離することにより行われる。
【００７５】
圧搾の後、原料は水の中で懸濁液とされる。原料に加えられる水の量は、一般的に、原料を揚液することが可能となる最低量として選択される。これにより一般的に、約８％から約２０％またはそれらの間の値の密度または固体濃度を達成することができる。例えば密度または固体濃度は、約８、１０、１２、１４、１５、１６、１８もしくは２０％またはそれらの間の値とすることができる。好ましくは、縮小した原料は、約１０から１８％もしくは約１２から１５％またはそれらの間の範囲の密度を有する原料懸濁液を生じるよう懸濁液とされる。
【００７６】
代替的に、原料に加えられる水の量は、重量を基準として固体１あたり約２．５から約１０の水またはそれらの間の値とすることができる。例えば、重量を基準とした水と固体の間の比率は、約２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、４．５：１、５：１、５．５：１、６：１、６．５：１、７：１、７．５：１、８：１、８．５：１、９：１、９．５：１もしくは１０：１またはそれらの間の量とすることができる。限定的とみなされない実施例として、縮小した原料は、固体１に対し水が５または６（５：１または６：１）で懸濁液とされる。
【００７７】
懸濁液とされた原料は、次に希酸前処理の工程にかける。前処理工程は、ヘミセルロースまたはその一部を糖に転換し、セルロースの一部を糖に転換する場合もある。該処理の非限定的な実施例は、Ｕ．Ｓ．４，４６１，６４８（フーディー；これは参照により本書の一部となる）で説明された蒸気爆発を含む。一般的に、リグノセルロース原料の希酸前処理の条件は、０．１、０．５、１、５、１０、１５、２０、２５もしくは３０分間を含む約０．１から約３０分間またはそれらの間の量の時間で、約０．８から約２．０またはそれらの間の量のｐＨ、例えば０．８、１、１．２、１．４、１．６、１．８または２．０のｐＨにおける、約１６０℃から約２８０℃またはそれらの間の量の範囲、例えば１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０または２８０℃の温度を含む。前処理のための低いｐＨは、原料への酸の添加を必要とする。前処理のため使用される酸は、硫酸、亜硫酸または燐酸を含むがそれらに限定されない当技術分野で知られたあらゆる種類の適切な酸とすることができる。硫酸は、その低費用および回収後の硫酸塩の形の肥料としての使用により、好ましいものである。希酸を用いて行われる傑出した前処理工程は、グレスレイン（Ｇｒｅｔｈｌｅｉｎ）（ＵＳ４，２３７，２２６）およびサスナー（Ｓａｓｓｎｅｒ）およびその他（Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｔｅｃｈ、２００５、１２１−１２４：１１０１−１１１７）が説明したものを含み、それらは参照により本書に組み込まれる。
【００７８】
前処理された原料は次に、セルロースをグルコースに転換するためセルラーゼ酵素による酵素加水分解にかけることができる。理論に拘束されることを望まずに、前処理は、セルラーゼ酵素による加水分解に対する原料の感受性を高める。セルラーゼ酵素は一般的に、約３から７のｐＨの範囲に耐える；従って前処理された原料は、一般的に酵素加水分解の前に中和される。前処理後のｐＨの調整は、アンモニア・ガス、水中に溶解したアンモニア（水酸化アンモニウム）、水酸化ナトリウム、石灰、炭酸ナトリウムまたは水酸化カリウムを使用して行うことができる。セルラーゼ酵素に対しより好都合なｐＨは、例えば約４．５から約５．０の範囲内またはそれらの間の値、例えば４．５、４．６、４．７、４．８、４．９または５．０のｐＨである。ｐＨ調整された前処理された原料は次に、セルラーゼ酵素を使用する酵素加水分解にかけることができる。
【００７９】
「セルラーゼ酵素」、「セルラーゼ」または「酵素」という用語により、セルロースの加水分解に触媒作用を起こし、グルコース、セロビオースおよびその他のセロオリゴ糖などの生成物に変える酵素を意味する。セルラーゼは、エクソ−セロビオハイドロラーゼ（ｅｘｏ−ｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅｓ）（ＣＢＨ）、エンドグルカナーゼ（ｅｎｄｏｇｌｕｃａｎａｓｅｓ）（ＥＧ）および［ベータ］―グルコシダーゼ（［ベータ］Ｇ）を含む、多くの微生物が産生する多酵素混合物を表す一般名である。最も広く研究され、特徴付けられかつ工業的に生産されているセルラーゼの中には、アスペルギルス・フミコーラ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ，Ｈｕｍｉｃｏｌａ）およびトリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属の菌ならびにバチルスおよびテルモビフィダ（Ｔｈｅｒｍｏｂｉｆｉｄａ）属の細菌から得られるものがある。セルラーゼ酵素は、遺伝子組み換え技術により生産することができ、このことは当業者によく知られている。非限定的な実施例において、上記で説明した前処理された原料は、トリコデルマが産生するセルラーゼ酵素による加水分解にかけることができる。
【００８０】
好ましい実施形態において、糖は発酵してエタノールとなる。発酵は、酵母、細菌もしくはその他の微生物または酵素混合物により、生成物が望ましい効率性および産出量となるべく行うことができる。好ましい実施形態において発酵は、ヘキソース糖グルコース、マンノース、ガラクトースまたはそれらの組み合わせに加え、ペントース糖キシロース、アラビノースまたはそれらの組み合わせを発酵させることが可能な、遺伝子操作された酵母、例えばだが、これらに限定されないサッカロミケスもしくはピチア、または微生物、例えばだが、これに限定されないザイモモナス菌もしくは大腸菌を使用して行われる。代替的に、生成物流中の糖は、発酵して乳酸となる。当業者は、エタノール、有機酸または糖アルコールを生産するための糖の発酵における要件を熟知している。
【００８１】
図１Ａを参照して、全体的な処理システムの非限定的な実施例を示す。例えばコムギわらのベールなどの原料は、裁断され、コムギわらの最大水保持容量の０．２５から１０倍の水で湿潤される。原料は、ふるい（２０）を有する傾斜のある回転ドラム上で洗浄される。砂および可溶性の固体を含む水は、ふるいを通過する。砂および溶剤の流れは、砂を除去するため湿式サイクロンまたは沈殿タンク（３０）に送られる。水は、入ってくる原料を洗浄するため再使用され、または他の用途のため処理することができる。
【００８２】
ふるいにかけられ、湿潤した原料は、第１のコンベヤー・ベルト（１）上に移される。原料は、それぞれ第１もしくは第２または両方のロール圧搾機（４０、５０）のプレサート（４３、７０または両方）からの溶剤により湿潤させることができる。湿潤した原料は、第１のロール圧搾機（４０）へ運ばれ、そこで粉砕され圧搾される。プレサート（４３）は、小さい細片および溶剤を含み、第１のポンプ（４８）を通じて、ふるい（２０）を有する傾斜のある回転ドラムに（配管４５を通じて）送ることができる。回転ドラム（２０）に送る前に、プレサート（４３）は、第１の渦巻タンク（４７）へ送ることができる。プレサート固体は回収され、第１のロール圧搾機（４０）へ供給される原料と結合する。水は、可溶性タンパク質、糖および塩を含み、回収して、潜在的に副産物として使用することができる。水は、例えばタンパク質の再生および濃縮、だがそれらに限定されない追加の処理のため送ることもできる。
【００８３】
一旦圧搾された固体は、２番目のコンベヤー（４２）により２番目のロール圧搾機（５０）へ運ばれる。固体は、３番目のロール圧搾機（６０）からのプレサート（８０）により湿潤する。湿潤した固体は、ロール圧搾機（５０）を通過する。プレサート（７０）は、小さい細片および溶剤を含み、固体を回収する固体除去ふるい（７５）に第２のポンプ（５６）により供給される。プレサート（７０）は、固体除去ふるい（７５）へ注入される前に第２の渦巻タンク（５４）を通過する場合もある。ふるい（７５）により回収されたプレサート固体は、コンベヤー（７７）に供給され、第１のロール圧搾機（４０）に供給する第１のコンベヤー（１）に注入される。溶剤（８２）は、洗浄溶剤タンク（９２）に注入され、微粉を除去するため浄化器（９４）へ揚液することができる。浄化された液（９６）は、次に第１のコンベヤー（１）に戻し入れることができる。
【００８４】
２回圧搾された固体は、３番目のコンベヤー（５２）に沿って、３番目のロール圧搾機（６０）に向け運ばれる。固体は、プロセス水または膨潤水（７）により湿潤される。３番目の圧搾機（６０）からのプレサート（８０）は、小さい細片および液を含む。小さい細片を含むプレサート（８０）は、第３のポンプ（６２）を通じて２番目のロール圧搾機（５０）に供給される原料固体に加えられる。これにより、原料の３段階の向流洗浄／湿潤を伴う原料の濾過が可能となる。選択的に、プレサート（８０）は、３番目の渦巻タンク（６３）を通過してもよい。
【００８５】
３番目の圧搾の終わりに、原料細片は、揚液に適した大きさに剪断された。３番目のロール圧搾機（６０）からの粉砕された繊維は、次に貯蔵容器（８６）にコンベヤー・システム（８４）により送られ、そこで一定時間貯蔵される。粉砕された繊維は、次にコンベヤー（８８）を通じて混合タンク（９０）に注入され、そこで該繊維は、８％から２０％もしくは１０から１８％もしくは１２％から１５％またはそれらの間の量の密度を有する原料懸濁液を生じるよう懸濁液とされる。代替的に、３番目のロール圧搾機（６０）からの粉砕された繊維は、重量を基準として固体１あたり水が約４．５から約８またはそれらの間の量、例えば固体１あたり水が約４．５、４．８、５．０、５．２、５．４、５．６、５．８、６．０、６．２、６．４、６．６、６．８、７．０、７．２、７．４、７．６、７．８もしくは８．０またはそれらの間の量、例えば約５で、懸濁液とすることができる。
【００８６】
懸濁液は、次に追加の処理（１００）にかけられ、これは前処理反応器における前処理の段階を含む。前処理反応器において、懸濁液は希酸前加水分解にかけられ、結果として生じる前処理された懸濁液は、次に酵素加水分解にかけられ前述したようにセルロースを糖に転換する。
【００８７】
本発明は、以下の実施例でさらに説明される。
「実施例」
【００８８】
実施例１：コムギわらの細片径を減少させるロール圧搾機システムの使用
コムギわらの最初の大きさの縮小は、木材チッパー類似の装置を使用して行われた。わらの平均の長さは約１５ｃｍに縮小した。切り刻まれたわらは、約３分の１が覆いのかけられたトラックの荷台、残りは屋外の貯蔵容器に、圧搾試験のため必要となるまで保管された。試験中２日間激しい雨があった。
【００８９】
粉砕器は４本ロール型であり、「浮動支持」の油圧制動の上部ロールを有していた。ロールのニップ・ポイント間の隙間は、０．０００１″（１万分の１インチ）に設定された。ロールは、ステンレス鋼で構成され、０．７６ｍ（３０″）の長さであり、０．４５７ｍ（１８″）の直径を有していた。ロールは外周に溝があり、溝の間に１．３ｃｍ（０．５″）の間隔があった。溝の深さは記録されなかった。粉砕器は、４８０Ｖ、７４Ａ、６０ｈｐ、１７７５ｒｐｍの電気モーターにより駆動した。モーターはギアボックスに接続されたが、ギア減速比および最終的なロールｒｐｍは示されなかった。粉砕器は、モーターのアンペア数およびロール間のニップ圧を示す針計器を備えていた。
【００９０】
わらは、ステンレス鋼の金網かごに手作業で積まれた。材料わらのサンプルは、最初の湿潤量測定、細片径分析および化学組成のため、それぞれのかごから得られた。かごは、５０ｋｇの緩く充填されたわらに十分な１立方メートルの容量を有していた。使用されたそれぞれのかごの正確な重量が記録された。かごは、２０分間、５５００リットル・タンクにおいて、概ね４９００リットルの水の中で浸漬された。わらとともに除去された水の量を見積もり、かご１本あたりで溶解したわら材料の量の計算が可能となるよう、最初と最後の水位が、それぞれのかごおよび得られた大桶の内容物のサンプルについて記録された。２０分間の浸漬後、かごは大桶から回収され、約１０分間排水させておいた。
【００９１】
浸漬され排水されたわらのサンプルは、湿潤量分析のためそれぞれのかごから取られた。かごの約半分（〜２５ｋｇの炉乾燥わら）は、幅１．５ｆｔで長さ８ｆｔのコンベヤー・ベルト上に手作業で積まれ、ベルトは、粉砕器上の供給ホッパーに巻き上げられた。ベルトの速度は、供給ホッパーの水平を維持するため手作業で制御された。ベルト上にわらを供給するのに必要な平均時間が、５回の試験について測定された。圧搾されたわらのサンプルは、湿潤量測定、細片径分析および化学組成のため取られた。粉砕器プレサートのサンプルは、溶解および非溶解固体の分析のため得た。工程は、かごの残り半分について繰り返された。
【００９２】
２回通過の材料の開始前に、ガスで動く送水ポンプが得られ、濾過大桶は空にされ再び満たされた。１回通過の材料は、８かごのわらを１回の粉砕器の通過で処理することにより再び準備され、圧搾された材料は一晩プラントに保管された。１回通過の材料は次に、かごに再び積み込まれ、前述のとおり浸漬および排水され、第２の通過のため粉砕器中を流れた。
【００９３】
３回通過の材料が同様の方法で生産された。
【００９４】
１回、２回および３回通過のわらは、ポンプ試験のため分析された。原料および圧搾されたわらのサンプルは、無機および窒素分析にもかけられた。浸出液およびプレサートは、溶解した全固体について分析された。さらにわらは、湿潤量および細片径について分析された。
【００９５】
細片径は、２つの方法で測定された。最初のコムギわらサンプルおよび粉砕器通過のそれぞれからのサンプルについて、１００個の無作為に選択された繊維が定規で測定され、平均の長さが計算された。第２に、わらの一部が炉乾燥され、炉乾燥されたわらの２０グラムのサンプルが、５個の標準的なふるいの組み合わせを使用して細片径分析にかけられ、それぞれのふるい上に保持されたわらの量が計量された。それぞれのふるい上に保持された材料の質量が記録された。粗く切り刻まれ、１回、２回および３回粉砕された材料のそれぞれ３個のサンプルが分析され、結果は材料のそれぞれの種類について平均された。
【００９６】
中密度（ＭＣ（Ｒ））ポンプ試験は、１回、２回および３回通過のサトウキビ圧搾わらについても行われた。２回および３回通過のわらは、分析のため結合された。試験は、湿潤し圧搾されたわらを直立管中の既知の量の水に加えることにより行われた。直立管中の全水量は、最初の水量、封水漏れ量および湿潤したわら中の水量の合計として計算された。わらのサンプルは、材料のそれぞれのドラムから取られ、固体含有量について分析された。わらの乾燥質量が計算できるよう、ドラムが検量された。次に固体に対する液体の比率が、わら質量の炉乾燥重量で割った全水量として計算された。
【００９７】
電力消費
２５ｋｇの炉乾燥わらを供給するのに必要な時間は、恒常的に２０から３５秒の間であり、５回の試験からの平均測定時間は３０秒であった。試験粉砕器の乾燥繊維処理量は、１時間あたり２．５−３トンと見積もられる。わらを粉砕器に供給している間、モーター電流引き込みは平均して約５５Ａであり、これは定格全負荷の７５％であり、ニップ圧は、負荷のない値に対してわずかに０．７−１．４ＭＰａ（１００−２００ｐｓｉｇ）または約８％増加した。従って、正確な処理量の上限は不明である。
【００９８】
２５炉乾燥ｋｇのわらについて、５０−５７Ａの範囲で、および４８０Ｖのモーター電圧、３０秒（０．００８３時間）の供給時間を使用して、具体的な電力消費は以下のとおり計算される：
【００９９】
（５５Ａ＊４８０Ｖ）＊（１ＫＷ／１０００Ｗ）＊０．００８３時間／０．０２５トンのわら＝８．８ＫＷｈｒ／１トンのわら。
【０１００】
フルトン粉砕器は、現在使用されているハンマーミルより高い処理量および低いエネルギー要求を有することに留意されたい。現在使用されている最大の粉砕器は、１２００ｈｐモーターにより駆動し、１日あたり９０００トンのサトウキビを処理する能力があった。
【０１０１】
細片長分布
細片長分布の結果は、圧搾されたコムギのサンプルについて図２に図表を用いて示す。稼動中の圧搾機の観察から、わらのごく一部がロールの溝部分を迂回し、ロールの側面に沿って必要な時間を経ずに粉砕器から漏れ出していることが明らかであった。これは、ロールの側面に沿ってスチールのスクレーパーを設置することで回避できた。必要以上に大きい材料の原因はこの部分である。必要以上に大きい材料の部分は、平均の繊維長を劇的に変更することなく、連続する粉砕器の通過により減少した。
【０１０２】
ふるいを使用する細片長分布の分析において、わらは細片の長さではなく直径を基準として分類されることに留意すべきである。大きさは、材料の正確な平均繊維長を表さないが、従前の作業は、ハンマーミルで粉砕されたわらについて平均細片長とふるいの大きさとの間の相関を示した。ふるいにかけられたサンプルの視認は、同様の傾向が圧搾されたわら材料について当てはまることを示した−より大きな細片は、より大きな目のふるい上に保持される一方、より短い細片は、より小さいふるい上に保持されたのである。結果を図３に示すが、これは繊維の大きさの分布および生み出された微粉の量を示す。
【０１０３】
図２および３に示す結果は、継続する粉砕器の通過が必要以上に大きい材料の量と最大のふるい上に保持された材料の量の両方を減少させることを示している。さらに平均的細片径は、１．３ｃｍのロール溝の間隔に近づく傾向がある。また、０．８５ｍｍ未満の材料として分類される微粉含有量は、粉砕器中の継続する通過によりわずかに増加したに過ぎない。
【０１０４】
粉砕されたコムギわら微粉の生産は、微粉の一定部分が粉砕器プレサートにより運ばれるため、図２および図３によって完全には扱われない。プレサートのサンプルは、非溶解の固体−つまりコムギわら微粉−について分析されたが、固体の大きさの分布は決定されなかった。粉砕器プレサートの視認は、プレサート中のコムギわら細片の大部分が非常に小さく、概ね０．２ｃｍ以下であることを示した。粉砕器プレサート中の非溶解固体の重量パーセントを表１に示す。
表１：粉砕器プレサート中の非溶解固体の重量パーセント
2008512102.tif 000003
【０１０５】
原料および圧搾されたわらの湿潤量を使用して、発生したプレサートの総量を計算することができる。プレサート中の非溶解固体に関するデータと結び付けた場合、プレサート中で失われた微粉の総量は、乾燥わらを基準として計算することができる。これを表２に示す。
表２：プレサート中の微粉として失われた原料わらのパーセント
2008512102.tif 000004
【０１０６】
微粉の回収は、サトウキビ産業にとって一般的な手順であり、通常の方法は、粉砕器プレサートをふるいにかけることである。
可溶性成分の分析
【０１０７】
コムギわらの非構造成分の構成を図４に示す。
【０１０８】
可溶性カリウム塩は、濾過により９０％の減少を示す。窒素含有量は、わらのタンパク質含有量に関係し、サトウキビ圧搾機中の３回の通過後約４０％減少する。わらの二酸化珪素、灰分およびカルシウム含有量は、この試験の条件下では、濾過および圧搾作業によって影響を受けない。
【０１０９】
揚液性試験
１回、２回および３回通過のサトウキビ圧搾わらの中密度（ＭＣ（Ｒ））ポンプ試験が行われた。１回通過の材料について、達成された最終的な液体対固体の比率は、６．１：１であった。試験は、全ての１回通過わらを試験により使い尽くしたときに中止した。この試験中に作動していた器具から入手可能な唯一のデータは、ＭＣポンプのアンペア数、直立管水準の読み取りおよびＭＣポンプ＃１（Ｐ２０４０８）からの吐き出し圧力である。これらのうち直立管水準は、液体対固体の比率の計算において唯一重要なものであり、ＭＣポンプ＃１吐き出し圧力は、ポンプ速度およびＭＣポンプ＃１再循環配管上の制水弁を変更することにより、概ね０．４４ＭＰａ（６５ｐｓｉｇ）で手作業により制御される。ＭＣポンプ＃１のアンペア数は、これらの同様の方法により制御され、目標値は、ほぼ１００％全負荷アンペア数である。唯一の独立のパラメータは、ＭＣポンプ＃２のアンペア数である。この試験中の２本のＭＣポンプの電流引き込みを図５に示す。ＭＣポンプ＃２の電流は、この試験中６６から６８％全負荷アンペア数（％ＦＬＡ）へとわずか２％増加した。
【０１１０】
同様の試験が、結合した２回および３回通過材料を使用して行われた。試験は、直立管のあふれ出しのため、最終的な液体対固体の比率が５．９：１の時点で中止された。再びいうが、より高い個体密度まで進めることは可能であったかもしれない。２本のＭＣポンプの電流引き込みを図６に示す。ＭＣポンプ＃２は、６６から６８％ＦＬＡと同じ２％の電流の増加を示している。
【０１１１】
要約
ロール圧搾試験作業は、フルトン圧搾機を使用して行われた。設備は、電力消費、処理量および細片径縮小を基準として評価された。概ねそれぞれ３００ｋｇの１回、２回および３回通過材料が準備された。わらの化学的分析が、圧搾作業中除去された内因性の塩を決定するため行われた。
【０１１２】
コムギわら細片径は、最初の概ね１５ｃｍの粗く切り刻まれた平均長さから、第１の通過中概ね７０％が１．５ｃｍ以下に縮小し、また残り３０％のわらは６ｃｍまでの長さを有していた。圧搾機中の連続的な通過は、必要以上に大きい材料の百分率を減少させたが、生産された細片の中間の大きさはわずかに縮小させたに過ぎない。１回から３回圧搾された材料からの圧搾機プレサート中で回収された微粉の量は、３倍増加した。
【０１１３】
圧搾されたわらのポンプ試験は、ハンマーミルにより粉砕されたコムギわらと同様の性質を示した。得られた最終の液体対固体は、概ね６：１であった。材料のポンパビリティは、１回および２回通過の材料が同様の動きを示した点で、サトウキビ圧搾機通過の数と無関係であると思われた。
【０１１４】
大桶の浸出液および粉砕器プレサート中の溶解材料の平均量は、最初の乾燥わら質量のわずか２．５％であった。簡単に溶解するカリウム塩は除去された；カルシウム、灰分および二酸化珪素は、１０％未満減少した。総ケルダール法窒素（ＴＫＮ）は、約４０％減少した。
【０１１５】
試験のため使用された圧搾機の見積もり処理量は、１時間あたり２．５から３トンの炉乾燥わらであった。この比率は２５ｋｇのわらに対して約３０秒の供給時間に基づくが、粉砕器は能力以下で作動していた可能性がある。圧搾機稼動のための具体的なエネルギー消費量は、わら１トンあたり概ね９ｋＷｈｒと計算された。ハンマーミルによりわらを同様の細片長に切り刻むのに必要な電力量は、７０ｋＷｈｒ／トンである。
【０１１６】
圧搾されたわらの平均湿潤量は４５％であった。この値は、粉砕器中の通過の数によって影響を受けなかった。従前の試験は、この試験で記録された２０．０ＭＰa（２９００ｐｓｉ）の平均記録サトウキビ圧搾ニップ圧と同様、液圧圧搾における加えられた１７．２ＭＰａ（２５００ｐｓｉ）の圧力による４３％の固体の値を示した。
【０１１７】
実施例２：コムギわらの細片径を最適化するための改良された剪断力を有するロール圧搾機システムの使用
コムギわらの最初の大きさの縮小は、木材チッパー様装置を使用して行われる。わらの平均の長さは約１５ｃｍに縮小する。切り刻まれたわらは、圧搾試験のため必要となるまで保存される。
【０１１８】
粉砕器は４ロール型であり、「浮動支持」の液圧により制動される上部ロールを有している。ロールのニップ・ポイントの間の隙間は、約０．０００１（１万分の１インチ）に設定される。ロールは、ステンレス鋼で構成され、０．７６ｍ（３０″）の長さであり、０．４５７ｍ（１８″）または０．４３２ｍ（１７″）の直径を有する。ロールは外周に溝があり、溝の間に１．３ｃｍ（０．５″）の間隔がある。粉砕器は、４８０Ｖ、７４Ａ、６０ｈｐ、１７７５ｒｐｍの電気モーターにより駆動する。粉砕器は、モーターのアンペア数およびロール間のニップ圧を示す針計器を備えている。
【０１１９】
圧搾機のロールが生む剪断力は、ａ）低部ロールの０．４５７ｍ（１８″）に比較して０．４３２ｍ（１７″）の直径を有する上部ロールを使用すること、またはｂ）低部ロールの速度より概ね５％早い速度で上部ロールを駆動させることにより、増大する。これらの状態のいずれかにより、ロール間で異なる速度がもたらされ、原料に加えられる剪断力を増大させる。
【０１２０】
わらは、ステンレス鋼の金網かごに手作業で積まれる。材料わらのサンプルは、最初の湿潤量測定、細片径分析および化学組成のため、それぞれのかごから得られる。かごは、５０ｋｇの緩く梱包されたわらに十分な１立方メートルの容量を有する。使用されたそれぞれのかごの正確な重量が記録される。かごは、２０分間、５５００リットル・タンクにおいて、概ね４９００リットルの水の中で浸漬される。わらとともに除去された水の量を見積もり、かご１本あたりで溶解したわら材料の量の計算が可能となるよう、最初と最後の水位が、それぞれのかごおよび得られた大桶の内容物のサンプルについて記録される。２０分間の浸漬後、かごは大桶から回収され、約１０分間排水させる。
【０１２１】
浸漬され排水されたわらのサンプルは、湿潤量分析のためそれぞれのかごから採取される。かごの約半分（〜２５ｋｇの炉乾燥わら）は、幅０．４５ｍ（１．５ｆｔ）で長さ２．４ｍ（８ｆｔ）のコンベヤー・ベルト上に手作業で積まれ、ベルトは、粉砕器上の供給ホッパーに巻き上げられる。ベルトの速度は、供給ホッパーの水平を維持するため手作業で制御される。ベルト上にわらを供給するのに必要な平均時間が、５回の試験について測定される。圧搾されたわらのサンプルは、湿潤量測定、細片径分析および化学組成のため採取される。粉砕器濾液（プレサート）のサンプルは、溶解および非溶解固体の分析のため採取される。工程は、かごの残り半分について繰り返される。
【０１２２】
２回通過材料の開始前に、濾過大桶は空にされ再び満たされる。１回通過材料は、８かごのわらを１回の粉砕器の通過で処理することにより再び準備される。１回通過の材料は次に、かごに再び積み込まれ、前述のとおり浸漬および排水され、第２の通過のため粉砕器中を流れる。
【０１２３】
３回通過の材料が同様の方法で生産される。
【０１２４】
原料および圧搾されたわらのサンプルは、無機および窒素分析にかけられる。浸出液および濾液（プレサート）は、溶解した全固体について分析される。わらは、湿潤量および細片径についても分析される。細片径は、２つの方法で測定される。最初のコムギわらサンプルおよび粉砕器通過のそれぞれからのサンプルについて、１００個の無作為に選択された繊維が定規で測定され、平均の長さが計算される。第２に、わらの一部が炉乾燥され、炉乾燥されたわらの２０グラムのサンプルが、５個の標準的なふるいの組み合わせを使用して細片径分析にかけられ、それぞれのふるい上に保持されたわらの量が計量される。それぞれのふるい上に保持された材料の質量が記録される。粗く切り刻まれ、１回、２回および３回粉砕された材料のそれぞれ３個のサンプルが分析され、結果は材料のそれぞれの種類について平均される。
【０１２５】
ａ）０．４３２の直径を有する上部ロールおよびｂ）概ね５％速い上部ロールの速度を使用して得られた結果は、実施例１で示されたものと同様である。
【０１２６】
全ての引用は参照により本明細書の一部となる。
【０１２７】
本発明は、１または複数の実施形態に関して説明された。しかしながら、請求項において定義する本発明の範囲から逸脱することなしに多くの変更および修正を行い得ることは、当業者にとって明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１Ａ】本発明に従った原料処理システムの実施例を示す。
【図１Ｂ】本発明の３本のローラーからなるロール圧搾機を示す。
【図１Ｃ】ロール圧搾機中のローラーの外面に存在する場合がある歯形の断面を示す。
【図２】本発明に従って処理した後のコムギわら細片長の分析の結果を示す。
【図３】本発明に従って処理した後のコムギわら細片径の分析の結果を示す。
【図４】乾燥した原料（左の棒）において、または粉砕器中の１回（左中央の棒）、２回（右中央の棒）もしくは３回（右の棒）の通過後に認められた水溶性カリウムおよび総窒素（総ケルダール態窒素；ＴＫＮ）の量を示す。
【図５】１回通過コムギわらの試験中の中密度（ＭＣ（Ｒ））ポンプ電流を示す。
【図６】結合された２回および３回通過のコムギわらの試験中のＭＣ（Ｒ）ポンプ電流を示す。
【図１Ａ】
2008512102.tif 000005
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2008512102.tif 000007
【図２】
2008512102.tif 000008
【図３】
2008512102.tif 000009
【図４】
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【図５】
2008512102.tif 000011
【図６】
2008512102.tif 000012
【国際調査報告】
2008512102.tif 000013
2008512102.tif 000014