СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА В ЭТАНОЛ

1. Способ превращения целлюлозного материала в этанол и другие продукты, причем целлюлозный материал содержит по меньшей мере целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу и золу, в котором целлюлозный материал очищают и подвергают непрерывной гидротермической предварительной обработке без добавления кислот или оснований, или других химических реактивов, которые требуется извлекать, причем получают жидкость и фракцию волокон, фракцию волокон подвергают ферментативному размягчению и осахариванию, причем способ включает ферментацию с получением этанола и извлечение продукта, где способ включает:
осуществление гидротермической предварительной обработки, подвергая целлюлозный материал по меньшей мере одной операции вымачивания, и проведение целлюлозного материала через по меньшей мере один реактор высокого давления, задающий зону высокого давления реактора, работающую при повышенном давлении; целлюлозный материал нагревают до температуры от 170 до 230°С, и проводят по меньшей мере одну операцию отжима целлюлозного материала с образованием фракций волокон и жидкой фракции;
выбор температуры и времени пребывания на гидротермической предварительной обработке, так чтобы сохранялась волокнистая структура сырья и по меньшей мере 80% лигнина удерживалось во фракции волокон;
выгрузка отжатой фракции волокон из зоны высокого давления реактора в расположенную ниже по схеме закрытую зону, которая находится при более низком давлении, чем зона высокого давления реактора, с одновременным сбором образующегося пара бездоступа воздуха;
выгрузка жидкой фракции из реактора высокого давления во вторую закрытую зону, которая находится при более низком давлении, чем зона высокого давления реактора, с одновременным сбором выделяющегося пара без доступа воздуха.
2. Способ по п.1, в котором целлюлозный материал очищают от песка, камней и других нежелательных тяжелых объектов путем мокрой очистки с использованием жидкой фракции, такой как промывочная вода.
3. Способ по п.1 или 2, в котором крупные предметы, которые движутся вместе с целлюлозным материалом в процессе очистки, следуют с целлюлозным материалом и фракцией волокон ниже, и удаляются перед ферментацией или перед извлечением продукта.
4. Способ по п.1, в котором процесс превращения целлюлозного сырья объединен с теплоэлектроцентралью, соединенной с сетью.
5. Способ по п.1 или 4, в котором процесс превращения целлюлозного материала объединен с процессом производства этанола из крахмала и/или сахара и теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), соединенной с сетью.
6. Способ по п.1, в котором целлюлозный материал вымачивается в жидкой фракции в реакторе для замачивания при атмосферном давлении до того, как он будет введен в указанный реактор высокого давления.
7. Способ по п.6, в котором из целлюлозного материала удаляется вода при переходе от реактора для замачивания в реактор высокого давления.
8. Способ по п.1, в котором целлюлозный материал загружают порциями в указанный реактор высокого давления из расположенной выше по схеме зоны высокого давления, которая находится при более низком давлении, чем зона высокого давления реактора, причем целлюлозный материал загружают через шлюзовую систему, содержащую по меньшей мере два пневматических затвора, из которых по меньшей мере один пневматический затвор в любой момент обеспечивает герметичное уплотнение между указанной верхней зоной высокого давления и указанной зоной высокого давления реактора, и где вымоченный целлюлозный материал обезвоживается в указанной шлюзовой системе.
9. Способ по п.1 или 6-8, в котором целлюлозный материал подвергается сдвиговым усилиям в реакторе высокого давления.
10. Способ по п.1, в котором выгрузка и сброс давления фракции волокон проводится как паровой взрыв.
11. Способ по п.1 или 10, в котором относительно теплая фракция волокон смешивается с раствором целлюлозных ферментов, которые находятся при температуре ниже, чем температура фракции волокон, и необязательно контролируя температуру смеси достигают температуру, оптимальную для активности ферментов.
12. Способ по п.11, в котором целлюлозные ферменты получают на месте и смешиваются с фракцией волокон вместе с субстратом.
13. Способ по п.11, в котором частицы фракции волокон, наполненные ферментами, подаются в и движутся через вытянутый реактор размягчения, наполненный средой размягченной фракции волокон.
14. Способ по п.13, в котором размягченная фракция волокон направляется в ферментер после прохождения через поступающую фракцию волокон.
15. Способ по п.14, в котором размягченная фракция волокон удаляется до того, как все волокна будут размягчены, а неразмягченные волокна и несжижаемые предметы удаляются из размягченной фракции до того, как она будет добавлена в поступающую фракцию волокон вверху реактора размягчения, и затем выгружается из нижней секции на входном конце реактора размягчения и направляется в ферментер.
16. Способ по п.28, в котором частицы фракции волокон, наполненные ферментами, подаются сразу на термофильный процесс одновременного осахаривания и ферментации (SSF), превращающий С5 и С6 сахара в этанол.
17. Способ по п.11, в котором процесс одновременного осахаривания и ферментации (SSF) объединен с процессом отгонки этанола, работающим с температурами бродильной смеси, близкими к температуре ферментации, и где отогнанная бражка волокон с активными ферментами и микроорганизмами возвращается в ферментер.
18. Способ по п.1, в котором конденсат с процесса испарения используется как добавочная вода для гидротермической предварительной обработки.
19. Установка для превращения целлюлозного материала в этанол и другие продукты, причем целлюлозный материал содержит по меньшей мере целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу и золу, которая включает очистительное устройство для очистки целлюлозного материала, устройство гидротермической предварительной обработки для проведения непрерывной гидротермической предварительной обработки целлюлозного материала без добавления кислот или оснований, или других химических реактивов, которые требуется извлекать, причем установка подходит для получения жидкости и фракции волокон, кроме того, установка включает структуру для осуществления ферментативного размягченния и осахаривания фракции волокон, и структуру для брожения с получением этанола и извлечения продукта, где устройство гидротермической предварительной обработки устроено так, чтобы проводить гидротермическую предварительную обработку, подвергая целлюлозный материал по меньшей мере одной операции вымачивания; установка включает:
по меньшей мере один реактор высокого давления, через который может проводиться целлюлозный материал, причем по меньшей мере один реактор высокого давления задает зону высокого давления реактора, работающую при повышенном давлении; причем реактор высокого давления устроен так, чтобы нагревать целлюлозный материал до температуры от 170 до 230°С, кроме того, реактор высокого давления включает устройство отжима для отжима целлюлозного материала, чтобы получить в результате фракцию волокон и жидкую фракцию, в соответствии с чем устройство гидротермической предварительной обработки способно поддерживать такие температуры и время пребывания на гидротермической предварительной обработке, чтобы сохранялась волокнистая структура сырья и чтобы по меньшей мере 80% лигнина удерживалось во фракции волокон;
механизм выгрузки фракции волокон для выгрузки отжатой фракция волокон из зоны высокого давления реактора в расположенную ниже по схеме закрытую зону, которая находится при более низком давлении, чем зона высокого давления реактора, с одновременным сбором образующегося пара без доступа воздуха;
механизм выгрузки жидкой фракции для выгрузки жидкой фракции из реактора высокого давления во вторую закрытую зону, которая находится при более низком давлении, чем зона высокого давления реактора, с одновременным сбором выделяющегося пара без доступа воздуха.