WO2014060674A1 - Method for producing ethanol from biomass, including recirculating an internal flow containing ethanol upstream from or within the pretreatment - Google Patents
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Definitions
- the present invention is part of a process for producing so-called "second generation" ethanol from lignocellulosic biomass.
- Lignocellulosic biomass is one of the most abundant renewable resources on earth.
- the substrates considered are very varied, since they concern both woody substrates (hardwood and softwood), agricultural by-products (straw) or lignocellulosic waste-generating industries (agro-food industries, paper mills).
- Lignocellulosic biomass is composed of three main polymers: cellulose (35 to 50%), hemicellulose (20 to 30%) which is a polysaccharide essentially consisting of pentoses and hexoses and lignin (15 to 25%) which is a polymer of complex structure and high molecular weight, composed of aromatic alcohols connected by ether bonds.
- Cellulose and possibly hemicelluloses are targets for enzymatic hydrolysis but are not directly accessible to enzymes. This is the reason why these substrates must undergo a pretreatment preceding the enzymatic hydrolysis step.
- the pretreatment aims at modifying the physical and physicochemical properties of the lignocellulosic material, with a view to improving the accessibility of the cellulose trapped within the matrix of lignin and hemicellulose.
- the effectiveness of pretreatment is measured both by the material balance at the end of pretreatment (recovery rate of sugars in the form of monomers or soluble oligomers or insoluble polymers) and also by the susceptibility to enzymatic hydrolysis of cellulosic and hemicellulosic residues.
- the pretreatment by steam explosion is distinguished by its performance in terms of degradability of cellulose and its low dilution ratio.
- Pretreatment by steam explosion is also known as “steam explosion”, “steam gunning”, “explosive relaxation”, “steam pretreatment”.
- the biomass is rapidly heated to high temperature (150 ° -250 ° C.) by injection of steam under pressure. Stopping treatment is usually done by sudden decompression, called detente or explosion, which destructures the lignocellulosic matrix.
- the residence times vary from 10 seconds to a few minutes, for pressures ranging from 10 to 50 bars. This technique has been implemented either discontinuously or continuously.
- the steam explosion may be preceded by an acidic cooking step which aims to hydrolyze the hemicelluloses and to remove in a liquid solution in the form of monomeric sugars and / or oligomers.
- Important parameters for pretreatment include temperature, duration, presence of acid (type and concentration) and their effects are interchangeable to a certain extent. For example, a longer duration can compensate for a lower temperature.
- Biochemical processes for producing ethanol from lignocellulosic biomass include at least the following steps:
- the pretreated substrate sees its accessibility to enzymes improved by pretreatment.
- the hydrolysis and fermentation steps may be carried out according to several arrangements known to those skilled in the art. They include: Separate (or Sequential) Hydrolysis and Fermentation (SHF), Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), Presaccharification followed by Simultaneous Saccharification and Fermentation (PSSF), Hybrid Hydrolysis and Fermentation (HHF).
- the yeast Saccharomyces cerevisiae is the most efficient organism for the production of ethanol.
- the natural strain uses only hexoses (glucose, mannose, and to a lesser degree, galactose).
- Some genetic modification work has led to strains that can also use pentoses (and especially xylose), but the performances (yield, productivity, final title) on pentoses remain behind the use of hexoses. It is known that the rate of consumption of pentoses is significantly lower than that of hexoses.
- An object of the invention is therefore to provide a process for producing ethanol from biomass for which the energy and water budgets are optimized.
- step b) the enzymatic hydrolysis of the pretreated substrate contained in the effluent resulting from step a) is carried out in the presence of cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes so as to produce a hydrolyzate containing solubilized sugars;
- step b) the solubilized sugars contained in the hydrolyzate from step b) are ethanol fermented in the presence of an alcoholic microorganism so as to produce a fermented effluent containing ethanol;
- a step is carried out for extracting ethanol from the fermented effluent from step c).
- the process according to the invention also comprises a step e) in which at least one aqueous internal flow comprising ethanol obtained from an ethyl fermentation is recycled upstream of or into the pretreatment reactor, so as to recover at the outlet of said pretreatment reactor a vapor phase effluent containing ethanol.
- ethyl fermentation denotes a process for the fermentation of sugars into ethanol only by means of microorganisms such as, for example, yeasts or bacteria.
- the present invention describes a process for producing ethanol in which a stream comprising water and ethanol is recycled within the steam explosion pretreatment.
- ethanol produced by ethyl fermentation is recycled to the pretreatment stage by steam explosion, so that the vapor effluents generated during the expansion of the pretreatment stage and containing ethanol can be sent to a distillation step, common or not with the main chain.
- the invention exploits the property of ethanol to azeotrope with water which, because of its lower boiling point than that of water, allows a favorable distribution of ethanol in the vapor phase.
- the ethanol which is sent to the extraction stage is already in vapor form, which makes it possible to reduce the energy cost of the separation by distillation, and therefore the overall energy cost of the process.
- the other part of the recycled ethanol that is not recovered after the expansion phase remains in the effluent at the end of the pretreatment, and contributes to increasing the title of the wine (s) to be distilled.
- the recycled internal stream can advantageously be easily and thermally integrated in the overall scheme of the process according to the invention.
- the internal flow, before being recycled can be preheated by means of any hot flow produced by the process, such as for example during the extraction step which generally involves at least one distillation step.
- the recycling according to the invention makes it possible to reuse part of the water in the pretreatment stage by steam explosion and thus goes in the direction of optimizing the water balance of the process.
- the method further comprises the following steps: a solid / liquid separation of at least a portion of a vinasse produced in step d) is carried out so as to recover a
- the method further comprises the following steps:
- said liquid fraction comprises hexoses and / or pentoses.
- the method further comprises the following steps:
- an ethyl fermentation is carried out of the solubilized sugars contained in the liquid fraction so as to supply the internal flow of the ethanol.
- the internal flow containing ethanol originates from at least part of the fermented effluent produced in step c).
- the internal flow is a liquid fraction obtained after solid / liquid separation of at least a part of the fermented effluent produced in step c).
- the internal flow is a liquid fraction obtained after washing a cake obtained by solid / liquid separation of at least a part of the fermented effluent obtained in step c) .
- the method comprises the following steps: - Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is carried out so as to recover a pulp containing hexoses and optionally pentoses;
- - Ethyl fermentation is carried out hexoses and optionally pentoses contained in the pulp so as to provide said internal flow comprising ethanol.
- the method comprises the following steps:
- step b) Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is carried out so as to recover a liquid fraction containing hexoses and optionally pentoses;
- the method comprises the following steps:
- the pulp is washed so as to recover a liquid fraction containing hexoses and possibly pentoses;
- steps b) and c) are carried out in the same reactor.
- the internal flow containing ethanol is vaporized before the recycling step e).
- the process according to the invention makes it possible to treat biomass resulting from resinous tree species, hardwoods or agricultural lignocellulosic waste.
- the pretreatment with steam can be done in the presence of acid, the latter can be injected directly onto the biomass at the inlet of the pretreatment reactor.
- the acid can also be used under very dilute conditions to impregnate the biomass in the preparation phase.
- MS rate can be increased by solid / liquid separation after impregnation of the acid.
- the cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes used during the hydrolysis step may be produced by a microorganism belonging to the genera Trichoderma, Aspergillus, Penicillium or Schizophyllum, or an anaerobic bacterium belonging to the genus Clostridium, for example.
- the alcoholic microorganisms used in the conversion unit for carrying out the ethylic fermentation of hexoses are preferably chosen from yeasts and bacteria, possibly genetically modified.
- Saccharomyces cerevisiae is the one that is preferred. It is also possible to choose yeasts such as Schizosaccharomyces pombe or Saccharomyces uvarum or diastaticus. More thermophilic yeasts, such as Kluyveromyces fragilis (now often referred to as K. marxianus) are also of interest, especially when enzymatic hydrolysis and ethyl fermentation are carried out simultaneously (SSF method).
- a genetically modified organism such as, for example, a yeast of the Saccharomyces cerevisiae type such as TMB 3400 (Ohgren et al., J. of Biotech 126, 488-498, 2006) may also be used.
- This yeast makes it possible, in particular, to ferment in ethanol a part of the pentoses during the ethylic fermentation step of the hexoses, when the glucose is in a limiting concentration.
- Zymomonas mobilis When the alcoholic microorganism is a bacterium, Zymomonas mobilis is preferred which has an efficient assimilation route.
- yeasts species of Zymomonas mobilis have been modified to convert pentoses to ethanol, for example the strain Zymomonas mobilis 8bi described by Dutta et al (Biotechnol Prog., 2010, Vol.26, No. 1, pp. 64-72).
- Yeasts and preferably Saccharomyces cerevisiae are the microorganisms used very preferably for the conversion of hexoses. They have a better robustness, safety, and do not require sterility for the conduct of the process and installations. Yeasts of the genus Saccharomyces are able to ferment the only and unique hexoses (mainly glucose and mannose). These yeasts optimize the hexoses in ethanol and achieve mass conversion efficiencies of the order of 0.46 to 0.48, which is close to the maximum theoretical mass yield of 0.51. Only pentoses and some marginal carbon sources are not used by these wild yeasts. Modified strains of Saccharomyces have been developed to ferment pentoses, either in co-fermentation of hexoses or in a separate step.
- the ethyl fermentation is preferably carried out at a temperature of between 30 ° C. and 40 ° C. and at a pH of between 3 and 6.5.
- Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of the process for producing ethanol according to the invention.
- Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the ethanol production process according to the invention.
- Figure 3 is a schematic representation of a third embodiment of the ethanol production process according to the invention.
- Figure 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of the ethanol production process according to the invention.
- Figure 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of the ethanol production process according to the invention.
- pentoses means soluble monomers and oligomers of sugars comprising 5 carbon atoms and under the term “hexoses” the monomers and soluble oligomers of sugars comprising 6 carbon atoms.
- MS denotes the dry matter (solid and soluble) present in a medium and under the abbreviation “MES” the suspended matter (solids) present in a medium.
- MES the suspended matter
- Total Solids is determined according to the ASTM E1756-01 method which consists of a mass loss at 105 ° C.
- the cellulosic and / or lignocellulosic substrate is introduced via line 1 into a preparation unit 2 of the load.
- the water and / or steam necessary for driving the charge preparation are introduced into the preparation unit by a dedicated line (not shown).
- Reagents e.g., acid
- the charge preparation comprises, for example, mechanical grinding, acid addition, adjustment of the "MS" by adding water in liquid form and / or steam before introduction into the steam explosion reactor.
- the cellulosic or lignocellulosic substrate used in the process according to the present invention can be chosen from the most varied biomasses, but more particularly from resinous tree species (softwood species such as spruces or pines) or hardwood species (hardwood species such as eucalyptus trees). or lignocellulosic agricultural waste (wheat straw, rice, etc.) or dedicated crops (miscanthus, switchgrass).
- the prepared substrate is introduced into the pre-treatment reactor 4, via line 3, which uses the steam explosion technique.
- the steam required for pretreatment is introduced through a pipe (not shown).
- the vapor phase generated at the expansion is extracted by the pipe 27.
- pretreatment The role of pretreatment is to make the cellulose accessible to enzymes, by destructuring the lignocellulosic matrix.
- pretreatment by steam explosion it is made accessible preferentially hemicellulose, which is found to a large extent in the liquid phase at the outlet of the pretreatment.
- pressurization time a few seconds to a few minutes
- the pretreated substrate preferably contains between 5% by weight and 80% by weight of MS, more preferably between 15% by weight and 60% by weight of MS and even more preferably between 20% by weight and 55% by weight of MS.
- the pretreated substrate is extracted via line 5 and sent to a solid / liquid separation unit 6.
- the solid / liquid separation unit 6 makes it possible to separate via line 18 a liquid stream containing sugars mainly from hemicellulose and a wet pulp which is sent via line 7 to a conversion unit 8 which converts the cellulose into ethanol.
- the sugars from 1 hemicellulose include pentoses and possibly hexoses depending on the type of biomass treated.
- the conversion unit 8 from cellulose to ethanol comprises at least one enzymatic hydrolysis unit 9 and an ethyl fermentation unit 10.
- the units of enzymatic hydrolysis and ethyl fermentation are shown separately. however, it is possible in the context of this embodiment to have a single reactor in which hydrolysis and fermentation (SSF process) are carried out simultaneously.
- SSF process hydrolysis and fermentation
- the conditions of the enzymatic hydrolysis mainly the solids content of the mixture to be hydrolysed and the amount of enzymes used, are chosen so that one obtains solubilization of the cellulose of between 20% and 99% and preferably between 30% and 95%.
- the water necessary to obtain the target MS level is added via a pipe (not shown).
- the desired level of MS is generally between 5% by weight and 45% by weight and preferably between 8% by weight and 40% by weight.
- the enzymatic hydrolysis is preferably carried out at a pH of between 4 and 5.5 at a temperature of between 40 ° C. and 60 ° C.
- the necessary additives for example cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes, fermentation microorganisms (if the conversion reaction is in a single step), water, nutrients, chemical reagents such as soda and / or ammonia and / or potash, are introduced by a conduit (not shown) dedicated for this purpose.
- all or part of the pentoses can also be fermented into ethanol.
- the alcoholic microorganism is a yeast. Even more preferably, the alcoholic microorganism belongs to the genus Saccharomyces.
- a fermented wort comprising a solid residue and an ethyl wine is extracted via line 11 and is fed to a unit 12 for extraction / purification of ethanol contained in ethyl wine.
- This extraction / purification step generally comprises at least one distillation step.
- an effluent containing ethanol is recovered via line 13;
- the pulp is transferred to a solid / liquid separation unit from which a wet cake comprising cellulose, hemicellulose which has not been hydrolysed and lignin is recovered via line 16.
- line 17 a clarified vinasse containing the unfermented sugars.
- the clarified vinasse contains, for example, unfermented pentoses (xylose, arabinose), even traces of galactose, which is the most difficult hexose to be metabolized by conventional yeasts, or even traces of glucose if the fermentation has been incomplete.
- the wet cake can either be reintroduced into the process, or recycled to produce energy, for example by methanation or combustion, or as an agricultural supplement (spreading).
- a fraction of clarified vinasse between 10% and 90% and preferably between 15% and 60% by weight, is sent via line 17 to an additional ethyl fermentation reactor 19.
- the reactor 19 is a pentose fermentation reactor and optionally residual hexoses in ethanol.
- the microorganisms used for the fermentation of pentoses can be bacteria, yeasts or fungi.
- bacteria Among the bacteria, mention may be made of "wild" bacteria belonging to the genera Bacillus, Bacteroides, Thermoanaerobacter or Clostridium, recombinant bacteria of which the most interesting are Escherichia coli, Klebsiella oxytoca and especially Zymomonas mobilis.
- Wild yeasts such as Pichia stipitis, Candida shehatae and Pachysolen tannophilus, identified as being the most effective for converting pentoses to ethanol, can also be used. It is possible to choose recombinant yeasts, especially Saccharomyces cerevisiae as mentioned above.
- All or part of the ethyl wine produced by the fermentation reactor 19 is then transferred via line 20 to a processing unit 21.
- the processing unit 21 may comprise, for example, a vaporization device and / or a unit for separating suspended matter (eg by centrifugation and / or by decantation and / or by membrane treatment (ultra-filtration, micro-filtration)) .
- a vaporization device and / or a unit for separating suspended matter (eg by centrifugation and / or by decantation and / or by membrane treatment (ultra-filtration, micro-filtration)) .
- the possible residues of the treatment can be removed by a pipe (not shown).
- the effluent, in vapor or liquid form, coming from the treatment unit 21, and essentially containing water and ethanol (with a smaller amount of the compounds such as furfural, acetic acid) can be separated in two streams, as shown in Figure 1.
- One of the stream 24 is then sent to the pre-treatment reactor 4 and / or to the reactor for preparing the biomass 2.
- the other part of the stream 23 may optionally be recycled in the distillation unit 12.
- An advantage of recycling the fraction 24 in the pretreatment reactor 4 and / or in the biomass preparation reactor 2 is that this recycle stream makes it possible to replace all or part of the makeup water required for these components. steps.
- the internal stream containing water and ethanol is recycled in liquid form and / or in vapor form upstream or in the steam explosion pretreatment reactor. 4.
- the amount of ethanol recycled in the steam explosion reactor 4 is adjusted so as to obtain an ethanol content in said reactor 4 of less than 15% by weight, and preferably less than 10% by weight.
- Acetic acid, furfural and the other compounds provided by the recycling have concentrations in the reactor 6 of less than 5%, or even less than 2% by weight.
- the processing unit 21 comprises at least one vaporization unit.
- the vaporization of the flow makes it possible to recycle only the volatile products, and thus to avoid the recycling of soluble products such as the residual sugars (hexoses and pentoses) which can degrade in the steam explosion reactor in furfural, 5 -HMF, or organic acids (formic, levulinic).
- the ethanol and optionally the other components mentioned above which are recycled in the pretreatment reactor 4 are recovered after the expansion phase, for the most part in gaseous form with the steam by the pipe. 27 and transferred to a distillation unit 28 from which two streams are separated; a stream 29 which contains mainly ethanol and a stream 30 mainly comprising water.
- the ethanol of the stream 29 is reintroduced into the extraction / separation unit 12.
- the gaseous phase containing water and ethanol recovered after expansion of the pretreatment reactor 4 is sent directly to the extraction / separation unit 12.
- the conversion unit 8 comprises an enzymatic hydrolysis reactor 9, an ethyl fermentation reactor 10 separated from that of the enzymatic hydrolysis and a solid / liquid separation device 31 interposed between the said reactors 9 and 10;
- the flow comprising the ethanol and the water which is recycled is obtained from a pulp, produced by solid / liquid separation of the hydrolyzate resulting from the hydrolysis step, which has undergone an ethyl fermentation step sugars C6 and optionally C5 contained in said pulp.
- a liquid stream 33 which is sent into the fermentation reactor 10 and a pulp containing a solid residue impregnated with a juice containing C 6 sugars and optionally in the form of a pulp are extracted from the solid / liquid separation device 31.
- the pulp, via line 32, is sent to a fermentation reactor 19 hexoses and possibly pentoses.
- the pulp extracted from the pipe 32 is subjected to a washing step and solid / liquid separation to recover a juice containing hexoses (and optionally pentoses) and a wet cake.
- the wet cake is recycled in the process while the sweet juice is sent to the fermentation reactor 19 to produce an ethyl wine.
- the latter is then recycled to the pre-treatment reactor 4 and / or to the biomass preparation reactor 2, possibly after treatment in a unit 21, for example by heating or vaporization.
- FIG. 3 A third embodiment is shown in FIG. 3. This variant differs from that of FIG. 2 in the following way:
- a fraction of the fermented must extracted from the fermentation reactor 10 (or from the conversion unit 8 in the case where an SSF process is implemented) is sent to the solid / liquid separation unit. 40.
- a cake impregnated with an ethyl wine by the line 41 and a liquid fraction (or ethyl wine) by the line 42.
- the cake impregnated with ethyl wine is returned to the distillation unit 12 while the ethyl wine is treated in a treatment unit 21 (for example a vaporization unit) before being recycled in the pretreatment reactor 4 and / or in the reactor for preparing the biomass 2, as in the implementation of Figure 1.
- a treatment unit 21 for example a vaporization unit
- the solid / liquid separation unit 40 is completed by a cake washing unit.
- the fermented must is separated into a liquid fraction (ethyl wine) and a solid fraction containing a wet cake.
- the liquid fraction (or ethyl wine) is sent to the extraction / separation unit 12.
- the wet cake (or pulp) it is washed so as to recover a wash juice containing more than 70% by weight, preferably more than 85% by weight of the ethanol contained in the cake.
- the ethanol concentration of the wash juice is generally less than or equal to that of the liquid resulting from the solid / liquid separation.
- the wash juice is heated or vaporized in the treatment unit 21 before being recycled to the pre-treatment reactor 4 and / or to the biomass preparation reactor 2, as in the implementation of FIG.
- the washed solid residue can be reintroduced into the process, or recovered for example by combustion.
- FIG. 4 shows another embodiment of the method according to the invention. This embodiment differs from that of FIG. 1 in that the effluent from the steam explosion pre-treatment reactor 4 is treated in a unit 50 consisting of a solid / liquid separation and washing unit. separating a washed wet cake (or pulp) and an effluent liquid containing essentially pentoses.
- the pulp is sent to the conversion unit 8 while the liquid effluent is fed through line 51 to the fermentation unit 19.
- This fermentation step like the diagram of FIG. to transform by fermentation solubilized sugars into ethanol, sugars, which depending on the plant, will most often be pentoses.
- the ethyl wine which is withdrawn from the reactor 19 by the line 20, is sent to the processing unit 21 for example to vaporize it.
- the ethyl vapor is extracted via line 22 and all or part of said steam is then recycled to the pre-treatment reactor 4 and / or to the biomass preparation reactor 2, as in the implementation of FIG.
- FIG. 5 represents another embodiment of the method according to the invention which combines the embodiments of FIGS. 1 and 2.
- This embodiment implements a first solid / liquid separation step directly after the explosion step. with steam and a second solid / liquid separation step between the enzymatic hydrolysis and ethyl fermentation step.
- the effluent from the pre-treatment reactor is sent to a solid / liquid separation device 6 from which a wet cake is extracted via line 7 and a liquid fraction containing essentially pentoses by the line 18.
- the liquid effluent is treated in a ethyl fermentation unit 19 pentoses ethanol.
- the effluent containing ethanol obtained at the outlet of the fermentation unit 19 is, for example, vaporized in the processing unit 21 before being recycled to the reactor for preparing the biomass 2 and / or in the reactor of pretreatment of steam explosion 4.
- the conversion unit 8 which comprises an enzymatic hydrolysis reactor 9, a fermentation reactor 10 and a solid / liquid separation device 31 disposed between the hydrolysis reactor 9 and the fermentation reactor 10.
- the hydrolyzate, derived from the enzymatic hydrolysis reactor, which contains a solid impregnated with a juice comprising essentially hexoses undergoes a solid / liquid separation step by means of the device 31 in order to extract via line 33 a liquid effluent closing off essentially hexoses and, via the line 32, a pulp containing a solid hydrolysis residue impregnated with hexose juice (with possibly pentoses).
- the pulp impregnated with hexose juice is transferred to a fermentation unit 60 which mainly converts hexoses to ethanol.
- the fermented must from the fermentation unit 60 is then sent to a unit 62 which successively comprises a solid / liquid separation device (optionally supplemented by washing means) and heating / evaporation means of the ethyl wine obtained after separation. solid / liquid.
- a solid cake is extracted via line 63 while all or part of the ethyl wine is recycled to the biomass preparation reactor 2 and / or to the steam explosion pretreatment reactor 4 .
- the streams 18 and 32 are fermented in the same ethyl fermentation reactor.
- Example 1 (not according to the invention)
- the straw is crushed on a 50mm grid and then impregnated with sulfuric acid diluted to 0.8 g / L.
- the impregnation is followed by a solid / liquid separation and the impregnating liquor is recycled, the MS of the solid at the inlet of the steam explosion pre-treatment reactor is 30% by weight.
- the pretreatment by steam explosion is carried out at 202 ° C for 3 minutes, in a batch configuration.
- the medium is suddenly relaxed at a pressure of 1.3 atm.
- the steam consumption is 123509 kWh per hour. 12.8% weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion.
- the pre-treated effluent is sent to a solid / liquid separator so as to extract a liquid comprising 74% by weight of the pentoses.
- the solid cake is sent to an SSF reactor whose solid concentration at the reactor inlet is 10% and which comprises fermentation microorganisms of the genus Saccharomyces cerevisiae.
- the conditions for carrying out the simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 33.8 g of ethanol per 100 g of cellulose introduced.
- the pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen.
- a fermented must is recovered which comprises 15.8 g of ethanol / kg of fermented must. This fermented must is then sent to the ethanol separation / recovery unit.
- the ethanol is separated from the fermented must by distillation on two columns, the first in the presence of solids.
- a network of heat exchangers makes it possible to thermally integrate the separation process, in particular by using the condensers of the two columns for preheating the fermented must.
- the first column consumes 52,200 kWh per hour to the reboiler.
- the reboiler of the second column is fed by an exchanger placed on the head flow of the first column.
- a fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 36,900 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
- a heat exchanger disposed upstream of the first column and downstream of the fermented must / vinasse exchanger makes it possible to heat the fermented must at a temperature of 120 ° C., the consumption of this exchanger is 12515 kWh per hour.
- the process produces 112630 tonnes of ethanol annually with a specific consumption of 48.13 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages.
- Example 1 we present a process for producing ethanol from straw with the same characteristics as Example 1 by implementing the embodiment of Figure 3.
- the treated straw flow is the same as that of Example 1
- the effluent resulting from the pretreatment is sent to a solid / liquid separator from which a juice comprising 74% of the pentoses and a wet cake is extracted.
- the wet cake is sent to an SSF reactor whose solid concentration is 10% by weight and which comprises fermentation microorganisms of the genus Saccharomyces cerevisiae.
- the conditions for carrying out the simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 33.8 g of ethanol per 100 g of cellulose introduced.
- the pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen.
- a fraction of the fermented must is, according to the invention, sent to the solid / liquid separation from which a wet cake and a cake are extracted.
- liquid stream containing ethanol The solid cake is returned to the ethanol distillation unit.
- the liquid stream which contains water and ethanol (17.2 g / l) is completely sent to an exchanger to vaporize it before reintroduction into the pre-treatment reactor according to the invention.
- the ethanol content of the fermented must which is sent for distillation is 15.8 g of ethanol / kg of fermented must.
- the separation is done by distillation on two columns, the first distillation being conducted in the presence of solids.
- a network of heat exchangers makes it possible to integrate the separation process thermally, in particular by using the condensers of the two columns for the preheating of the fermented must.
- the first column consumes 43160 kWh per hour to the reboiler.
- the reboiler of the second column is fed by an exchanger placed on the head flow of the first column.
- a fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 28060 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
- the mixture comprising the preheated fermented must and the ethanol-containing vapor stream resulting from the relaxation of the pretreatment is sent to the first distillation column.
- This mixture has a temperature of 130 ° C. and an ethanol concentration of 16.8 g of ethanol / kg mixture.
- the net energy consumption of the ethanol separation / recovery stage is 43160 kWh per hour, ie 11.77 MJ / kg of ethanol extracted, which represents a 29% increase in the specific consumption of the ethanol. separation / recovery step.
- the extraction yield is 99.6%.
- the fermented must is mixed with a stream coming from the washing of CO 2 , then 38% of this stream is sent to a solid / liquid separator, from which a pulp at 16 is withdrawn, 8% MS and a liquid flow.
- the liquid flow from the solid / liquid separator has a flow rate of 158.3 tons / hour and an ethanol concentration of 17.2 g / l.
- This stream is vaporized at 17.5 bar and at a temperature of 310 ° C., and then injected into the steam explosion reactor. There is no additional addition of steam in this reactor.
- the energy consumption to vaporize this flow is 123 500 kWh per hour. 12.8% by weight of the mixture of the steam explosion reactor is recovered in the form of vapor at the expansion.
- the vapor stream is enriched with ethanol and contains 2.85% by weight of ethanol.
- the liquid effluent that is recovered after pretreatment contains 0.18% by weight of ethanol.
- 70% of the ethanol injected into the pretreatment reactor is recovered in the vapor phase at the outlet of the pretreatment stage.
- This vapor stream is directly mixed with the fermented wort preheated just before the first distillation column.
- the poplar is reduced to chips and then introduced into a screw conveyor in which low pressure steam is successively introduced to heat the substrate to a temperature of about 80 ° C. and diluted H 2 SO 4 , with a acid / poplar ratio of 0.03 g H 2 S0 4 per g MS.
- the mixture having a DM level of 45% is introduced into a continuous steam explosion reactor.
- the pretreatment by steam explosion is carried out at 200 ° C for 5 minutes.
- the medium is suddenly relaxed at a pressure of 1.3 atm.
- the steam consumption is 67000 kWh per hour, of which 64% is used for pretreatment by steam explosion. 12.1% by weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion.
- the pretreated substrate is sent to a hydrolysis reactor where the enzymes and the dilution water (80660 kg / h of water) are introduced, then the mixture is sent to an SSF reactor where a yeast of the genus Saccharomyces is introduced. cerevisiae.
- the solids concentration at the inlet of the SSF reactor is 21%.
- the conditions for carrying out the simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 20.2 g of ethanol per 100 g of introduced substrate (MS).
- the pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen, in contrast hexoses from hemicellulose, and in particular the mannoses are converted into ethanol.
- the CO 2 extracted is washed to recover the fraction of ethanol entrained in this stream.
- the ethanol content of the fermented must sent for distillation is 59.1 g of ethanol / kg of fermented must.
- the ethanol is separated from the fermented must by distillation on two columns, the first in the presence of solids.
- a network of heat exchangers makes it possible to integrate the separation process thermally, in particular with the condensers of the two columns which serve for preheating the wine.
- the first column consumes 26475 kWh per hour to the reboiler.
- the reboiler of the second column is fed by a portion of the condenser of the first column.
- a fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 9875 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
- a heat exchanger disposed upstream of the first column and downstream of the fermented must / vinasse exchanger makes it possible to heat the fermented must at 120 ° C., the consumption of this exchanger is 5475 kWh per hour.
- the net consumption of the ethanol recovery step is 31950 kWh per hour, or 5.71 MJ / kg of ethanol extracted.
- the extraction yield is 99.6%.
- the process produces 161160 tonnes of ethanol annually with a specific consumption of 17.68 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages.
- the pretreated substrate is sent to a pre-hydrolysis reactor where the enzymes and the dilution water (80025 kg / h of water) are introduced, and then the mixture is sent to an SSF reactor in the presence of the yeast Saccharomyces cerevisiae. .
- the solid concentration at the inlet of the SSF reactor is 21%.
- the conditions of implementation of the simultaneous hydrolysis and fermentation are adjusted to obtain a yield of 20.2 g of ethanol per g of introduced substrate (MS).
- the pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen, in contrast hexoses from hemicellulose, and in particular the mannoses are converted into ethanol.
- the CO 2 extracted is washed to recover the fraction of ethanol entrained in this stream.
- the ethanol content of the fermented must sent for distillation is 60.7 g of ethanol / kg of fermented must.
- the fermented must is mixed with the flow coming from the washing of CO 2 . 36% by weight of this mixture is sent to a solid / liquid separator which produces a cake containing 36% DM.
- Liquid effluent is also withdrawn from the solid / liquid separator at a flow rate of 52.5 tons / hour and has an ethanol concentration of 72.0 g / kg.
- This liquid effluent is vaporized at 17.5 bar and heated to 320 ° C. and then injected into the steam explosion reactor. There is no additional addition of steam in this reactor. The energy consumption to vaporize this flow is 38142 kWh per hour. 12.5% weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion.
- the vapor stream was enriched in ethanol and contained 8.07% by weight of ethanol.
- the pretreated substrate contains an ethanol residue of about 0.44% by weight.
- 71% by weight of the ethanol injected into the pre-treatment reactor is recovered in the vapor phase at the pre-treatment outlet.
- This vapor stream is recompressed at 3 bars and mixed with the preheated fermented wort just before the first distillation column.
- the ethanol is separated from the fermented must by distillation on two columns, the first in the presence of solids.
- a network of heat exchangers makes it possible to thermally integrate the separation process, in particular by using the condenser of the second column for preheating the fermented must.
- the condenser of the first column serves only to heat the reboiler of the second column.
- the first column consumes 20480 kWh per hour to the reboiler.
- a fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 8750 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
- the mixture comprising the preheated fermented must and the ethanol-containing vapor stream resulting from the relaxation of the pretreatment is sent to the first distillation column.
- This mixture typically has a temperature of 128 ° C and an ethanol concentration of 62.5 g ethanol / kg mixture.
- the net consumption of the ethanol recovery stage is 20 480 kWh per hour, or 3.66 MJ / kg of ethanol extracted, which represents a 36% gain on the specific consumption of the ethanol. separation step.
- the extraction yield is 99.6%.
- the process produces 161160 tonnes of ethanol annually and has a specific consumption of 14.80 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages. This represents an energy gain per ton of ethanol produced of 16.3% and with a yield of ethanol that is preserved.
- the pretreated substrate is sent to a prehydrolysis reactor where the enzymes and the dilution water (80025 kg / h of water) are introduced and the mixture is then sent to an SSF reactor where the yeast Saccharomyces cerevisiae is introduced.
- the solids concentration at the inlet of the SSF reactor is 21%.
- the conditions for carrying out simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 20.2 g of ethanol per 100 g of introduced substrate (MS).
- the pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen, in contrast hexoses from hemicellulose, and in particular the mannoses are converted into ethanol.
- the CO 2 extracted is washed to recover the fraction of ethanol entrained in this stream.
- the ethanol content of the fermented must sent for distillation is 60.7 g of ethanol / kg of fermented must.
- the fermented must is mixed with the flow coming from the washing of CO 2 .
- 36% of this mixture is sent to a solid / liquid separator, which allows to release a cake with 36% of MS.
- the liquid effluent is withdrawn from the solid / liquid separator at a flow rate of 52.5 tons / hour and has an ethanol concentration of 72.0 g / l.
- This effluent is heated to 105 ° C by heat exchange coupled with the condenser of the first distillation column.
- the effluent is then vaporized at 17.5 bar and superheated to 320 ° C.
- the steam is then injected into the steam explosion reactor. There is no additional addition of steam in this reactor.
- the energy consumption to vaporize this flow is 34170 kWh per hour.
- 12.5% weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion.
- the vapor stream was enriched in ethanol and contained 8.07% by weight of ethanol.
- the pretreated substrate resulting from the treatment contains an ethanol residue of the order of 0.44% by weight.
- 71% of the ethanol injected into the pre-treatment reactor is recovered in the vapor phase at the pre-treatment outlet.
- This vapor stream is recompressed at 3 bar and directly mixed with the fermented wort preheated just before the first distillation column.
- the separation is by distillation on two columns, the first in the presence of solids.
- a network of heat exchangers makes it possible to thermally integrate the separation process, in particular by using the condenser of the second column for preheating the fermented must.
- Example 5 differs from Example 4 in that the condenser of the first column serves to heat the reboiler of the second column and to preheat the flow of recycled ethanol pretreatment.
- the first column consumes 19900 kWh per hour to the reboiler.
- a fermented must / vinasses heat exchanger thus makes it possible to recover 8720 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
- the mixture composed of the preheated fermented wort and the ethanol-containing vapor stream resulting from the relaxation of the pretreatment is sent to the first distillation column.
- This mixture has a temperature of 128 ° C. and an ethanol concentration of 62.5 g of ethanol / kg of mixture.
- the net consumption of the ethanol recovery step is 19900 kWh per hour, ie 3.55 MJ / kg of ethanol extracted, which represents a 38% gain on the specific consumption of the separation step. .
- the extraction yield is 99.6%.
- the process produces 161160 tonnes of ethanol annually and has a specific consumption of 13.98 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages. This represents an energy gain per ton of ethanol produced of 20.9% and for a yield of ethanol that is conserved.
- the economy achieved on the single extraction step is substantial. As shown in the following examples, it can reach up to 50% on the extraction step, and up to 40% on the overall extraction and pretreatment consumption.
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Abstract
The invention relates to a method for producing ethanol from biomass, including the following steps: a) the biomass is pretreated in a pretreatment reactor by steam explosion so as to provide an effluent containing a pretreated substrate that contains cellulose; b) an enzymatic hydrolysis of the pretreated substrate resulting from step a) is carried out so as to provide a hydrolysate; c) an ethanol fermentation of the hexoses, and optionally of the pentoses, contained in the hydrolysate is carried out so as to produce a fermented effluent containing ethanol; and d) a step for extracting ethanol from the fermented effluent resulting from step c) is carried out. The method also includes a step e) in which at least one internal aqueous flow, containing ethanol resulting from ethanol fermentation, is recirculated upstream from or within the pretreatment reactor so as to recover an effluent containing ethanol, in vapor phase, that is output from said pretreatment reactor.
Description
PROCÉDÉ DE PRODUCTION D'ETHANOL À PARTIR DE BIOMASSE AVEC RECYCLAGE D'UN FLUX INTERNE COMPRENANT DE L'ETHANOL EN AMONT OU AU SEIN DU PRETRAITEMENT DOMAINE DE L'INVENTION PROCESS FOR PRODUCING ETHANOL FROM BIOMASS WITH RECYCLING OF AN INTERNAL FLOW COMPRISING ETHANOL UPSTREAM OR WITHIN THE DOMAIN PRETREATMENT OF THE INVENTION
La présente invention s'inscrit dans le cadre d'un procédé de production d'éthanol dit de "seconde génération" à partir de biomasse lignocellulosique. The present invention is part of a process for producing so-called "second generation" ethanol from lignocellulosic biomass.
ART ANTÉRIEUR PRIOR ART
La biomasse lignocellulosique représente une des ressources renouvelables les plus abondantes sur terre. Les substrats considérés sont très variés, puisqu'ils concernent à la fois les substrats ligneux (feuillus et résineux), les sous-produits de l'agriculture (paille) ou ceux des industries génératrices de déchets lignocellulosiques (industries agroalimentaires, papeteries ) . Lignocellulosic biomass is one of the most abundant renewable resources on earth. The substrates considered are very varied, since they concern both woody substrates (hardwood and softwood), agricultural by-products (straw) or lignocellulosic waste-generating industries (agro-food industries, paper mills).
La biomasse lignocellulosique est composée de trois principaux polymères : la cellulose (35 à 50%), 1 ' hémicellulose (20 à 30%) qui est un polysaccharide essentiellement constitué de pentoses et d'hexoses et la lignine (15 à 25%) qui est un polymère de structure complexe et de haut poids moléculaire, composé d'alcools aromatiques reliés par des liaisons éther. Lignocellulosic biomass is composed of three main polymers: cellulose (35 to 50%), hemicellulose (20 to 30%) which is a polysaccharide essentially consisting of pentoses and hexoses and lignin (15 to 25%) which is a polymer of complex structure and high molecular weight, composed of aromatic alcohols connected by ether bonds.
Ces différentes molécules sont responsables des propriétés intrinsèques de la paroi végétale et s'organisent en un enchevêtrement complexe . These different molecules are responsible for the intrinsic properties of the plant wall and are organized in a complex entanglement.
La cellulose et éventuellement les hémicelluloses sont les cibles de l'hydrolyse enzymatique mais ne sont pas directement accessibles aux enzymes. C'est la raison pour laquelle ces substrats doivent subir un prétraitement précédant l'étape d'hydrolyse enzymatique. Le prétraitement vise à modifier les propriétés physiques et physico-chimiques du matériau lignocellulosique, en vue d'améliorer l'accessibilité de la cellulose emprisonnée au sein de la matrice de lignine et d ' hémicellulose .
De nombreuses technologies pour réaliser ce prétraitement existent. On peut citer par exemple la cuisson acide, la cuisson alcaline, l'explosion à la vapeur, les procédés Organosolv, etc. Cellulose and possibly hemicelluloses are targets for enzymatic hydrolysis but are not directly accessible to enzymes. This is the reason why these substrates must undergo a pretreatment preceding the enzymatic hydrolysis step. The pretreatment aims at modifying the physical and physicochemical properties of the lignocellulosic material, with a view to improving the accessibility of the cellulose trapped within the matrix of lignin and hemicellulose. Many technologies to achieve this pretreatment exist. Examples include acid cooking, alkaline cooking, steam explosion, Organosolv processes, etc.
L'efficacité du prétraitement se mesure à la fois par le bilan matière à l'issue du prétraitement (taux de récupération des sucres sous forme de monomères ou d' oligomères solubles ou polymères insolubles) et également par la susceptibilité à l'hydrolyse enzymatique des résidus cellulosiques et hémicellulosiques. The effectiveness of pretreatment is measured both by the material balance at the end of pretreatment (recovery rate of sugars in the form of monomers or soluble oligomers or insoluble polymers) and also by the susceptibility to enzymatic hydrolysis of cellulosic and hemicellulosic residues.
Le prétraitement par explosion à la vapeur se distingue par ses performances en termes de dégradabilité de la cellulose et son faible taux de dilution. The pretreatment by steam explosion is distinguished by its performance in terms of degradability of cellulose and its low dilution ratio.
Le prétraitement par explosion à la vapeur est aussi connu sous le nom de "steam explosion", "steam gunning", "détente explosive", "prétraitement à la vapeur". La biomasse est portée rapidement à haute température (150°-250 °C) par injection de vapeur sous pression. L'arrêt du traitement s'effectue généralement par décompression brutale, appelée détente ou explosion, qui déstructure la matrice lignocellulosique . Les temps de séjour varient de 10 secondes à quelques minutes, pour des pressions allant de 10 à 50 bars. Cette technique a été mise en œuvre soit en discontinu soit en continu. Certaines technologies proposent une injection d'eau pour refroidir le milieu avant la décompression. Pretreatment by steam explosion is also known as "steam explosion", "steam gunning", "explosive relaxation", "steam pretreatment". The biomass is rapidly heated to high temperature (150 ° -250 ° C.) by injection of steam under pressure. Stopping treatment is usually done by sudden decompression, called detente or explosion, which destructures the lignocellulosic matrix. The residence times vary from 10 seconds to a few minutes, for pressures ranging from 10 to 50 bars. This technique has been implemented either discontinuously or continuously. Some technologies offer water injection to cool the environment before decompression.
De nombreuses configurations sont possibles pour ce type de prétraitement. La mise en œuvre peut-être de type batch, ou de type continue. L'explosion vapeur peut-être précédée d'une imprégnation d'acide pour favoriser l'hydrolyse des hémicelluloses lors de la cuisson. Lorsque l'explosion à la vapeur est appliquée sur un substrat préalablement acidifié, par exemple avec l'H2S04, elle conduit à une solubilisation et une hydrolyse quasi-totale des hémicelluloses en leurs monomères, en limitant la dégradation en furfural. En outre, la susceptibilité de la cellulose à l'hydrolyse enzymatique est améliorée. L'utilisation d'un catalyseur acide permet de diminuer la température du procédé (150 à 200°C contre 250°C pour l'explosion à la vapeur sans catalyseur), et ainsi de minimiser la formation de composés de dégradation. Many configurations are possible for this type of pretreatment. The implementation may be batch type, or continuous type. The steam explosion may be preceded by an acid impregnation to promote the hydrolysis of hemicelluloses during cooking. When the steam explosion is applied to a previously acidified substrate, for example with H 2 SO 4 , it leads to a solubilization and almost complete hydrolysis of hemicelluloses in their monomers, limiting the degradation to furfural. In addition, the susceptibility of cellulose to enzymatic hydrolysis is improved. The use of an acidic catalyst makes it possible to reduce the temperature of the process (150 to 200 ° C. against 250 ° C. for the steam explosion without catalyst), and thus to minimize the formation of degradation compounds.
L'explosion à la vapeur peut être précédée d'une étape de cuisson acide qui vise à hydrolyser les hémicelluloses et à les
retirer dans une solution liquide sous forme de sucres monomères et/ou d'oligomères. The steam explosion may be preceded by an acidic cooking step which aims to hydrolyze the hemicelluloses and to remove in a liquid solution in the form of monomeric sugars and / or oligomers.
La présence d'éthanol dans une biomasse à l'entrée du prétraitement par explosion à la vapeur a été peu étudiée. Zahibi et al. [S. Zabihi, et al. "Pretreatment of wheat straw using steam, steam/acetic acid and steam/ethanol and its enzymatic hydrolysis for sugar production." Biosystems engineering 105 (2010): 288-97] ont étudié l'impact d'une imprégnation préalable de la paille avec de 1 ' éthanol sur un prétraitement par explosion à la vapeur sans présence d'acide. L'imprégnation avec de l' éthanol augmente l'efficacité de l'explosion à la vapeur (augmentation du rendement en sucres de l'hydrolyse). Les mélanges éthanol/eau utilisés pour l'imprégnation sont 25%, 50% et 75% poids éthanol. La solution la plus concentrée a montré les meilleurs résultats. Dans cet article, l'effet de l'acide acétique a aussi été étudié dans les mêmes conditions que l' éthanol, et un impact positif sur l'hydrolyse enzymatique a aussi été observé. Les paramètres opératoires de l'explosion à la vapeur peuvent être adaptés en fonction du type de biomasse à traiter. The presence of ethanol in a biomass at the entrance of the steam explosion pretreatment has been little studied. Zahibi et al. [S. Zabihi, et al. "Pretreatment of wheat straw using steam, steam / acetic acid and steam / ethanol and its enzymatic hydrolysis for sugar production." Biosystems engineering 105 (2010): 288-97] have studied the impact of prior impregnation of straw with ethanol on a steam explosion pretreatment without the presence of acid. Impregnation with ethanol increases the efficiency of the steam explosion (increase of the sugar yield of the hydrolysis). The ethanol / water mixtures used for the impregnation are 25%, 50% and 75% by weight ethanol. The most concentrated solution showed the best results. In this paper, the effect of acetic acid has also been studied under the same conditions as ethanol, and a positive impact on enzymatic hydrolysis has also been observed. The operating parameters of the steam explosion can be adapted according to the type of biomass to be treated.
Les paramètres importants pour le prétraitement sont notamment la température, la durée, la présence d'acide (type et concentration) et leurs effets sont interchangeables dans une certaine mesure. Ainsi par exemple une durée plus longue peut compenser une température moins élevée. Important parameters for pretreatment include temperature, duration, presence of acid (type and concentration) and their effects are interchangeable to a certain extent. For example, a longer duration can compensate for a lower temperature.
Les procédés biochimiques de production d'éthanol à partir de biomasse lignocellulosique, dit "procédés de seconde génération" comprennent au moins les étapes suivantes : Biochemical processes for producing ethanol from lignocellulosic biomass, referred to as "second generation processes", include at least the following steps:
• prétraitement du substrat, • pretreatment of the substrate,
• hydrolyse enzymatique du substrat prétraité, Enzymatic hydrolysis of the pretreated substrate,
· fermentation en éthanol de l'hydrolysat obtenu, et · Ethanol fermentation of the hydrolyzate obtained, and
• séparation/purification de l' éthanol obtenu après fermentation . • separation / purification of the ethanol obtained after fermentation.
La validité économique de ce type de procédé de production d'éthanol est difficile à obtenir même pour les opérateurs disposant d'une large ressource mobilisable. Plusieurs postes ont un fort impact sur le coût global d'opération des unités ; on peut citer en particulier l'accessibilité de la ressource végétale et l'énergie
mise en œuvre pour la séparation et la purification de l'éthanol qui sont le plus souvent réalisées par distillation. L'optimisation de ce type de procédé passe obligatoirement par une valorisation optimale de l'ensemble des sucres, ainsi que par une bonne gestion de l'intégration thermique du procédé. The economic validity of this type of ethanol production process is difficult to obtain even for operators with a large mobilizable resource. Several positions have a strong impact on the overall cost of operation of the units; we can mention in particular the accessibility of the plant resource and the energy implementation for the separation and purification of ethanol which are most often carried out by distillation. The optimization of this type of process necessarily involves an optimal valuation of all sugars, as well as a good management of the thermal integration of the process.
Le substrat prétraité voit son accessibilité aux enzymes améliorée par le prétraitement. Les étapes d'hydrolyse et de fermentation peuvent être mises en œuvre selon plusieurs agencements connus de l'homme de l'art. On cite notamment: Separate (ou Sequential) Hydrolysis and Fermentation (SHF) , Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) , Presacchararification followed by Simultaneous Saccharification and Fermentation (PSSF) , Hybrid Hydrolysis and Fermentation (HHF) . The pretreated substrate sees its accessibility to enzymes improved by pretreatment. The hydrolysis and fermentation steps may be carried out according to several arrangements known to those skilled in the art. They include: Separate (or Sequential) Hydrolysis and Fermentation (SHF), Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), Presaccharification followed by Simultaneous Saccharification and Fermentation (PSSF), Hybrid Hydrolysis and Fermentation (HHF).
La levure Saccharomyces cerevisiae est l'organisme le plus performant pour la production d'éthanol. La souche naturelle n'utilise que les hexoses (glucose, mannose, et à un degré moindre, le galactose). Certains travaux de modifications génétiques ont conduit à des souches capables d'utiliser aussi les pentoses (et notamment le xylose) , mais les performances (rendement, productivité, titre final) sur pentoses restent en retrait par rapport à l'utilisation des hexoses. Il est en effet connu que la vitesse de consommation des pentoses est nettement inférieure à celle des hexoses. The yeast Saccharomyces cerevisiae is the most efficient organism for the production of ethanol. The natural strain uses only hexoses (glucose, mannose, and to a lesser degree, galactose). Some genetic modification work has led to strains that can also use pentoses (and especially xylose), but the performances (yield, productivity, final title) on pentoses remain behind the use of hexoses. It is known that the rate of consumption of pentoses is significantly lower than that of hexoses.
Plusieurs voies sont à l'étude pour la fermentation industrielle des pentoses en éthanol, soit à partir de microorganismes fermentant naturellement les pentoses, soit par modifications génétiques de microorganismes déjà performants pour l'utilisation des hexoses. L'introduction de la fermentation des pentoses permet encore d'autres configurations de procédés comme par exemple la "Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation" (SSCF) . Enfin, il existe également le "Consolidated BioProcessing" (CBP) dans lequel les enzymes sont directement produites dans le réacteur d'hydrolyse et de fermentation. Cependant aucun microorganisme n'a aujourd'hui des performances satisfaisantes pour une mise en œuvre industrielle à court terme. Several pathways are being studied for the industrial fermentation of pentoses in ethanol, either from microorganisms naturally fermenting pentoses, or by genetic modifications of microorganisms already performing for the use of hexoses. The introduction of pentose fermentation still allows other process configurations such as "Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation" (SSCF). Finally, there is also the "Consolidated BioProcessing" (CBP) in which the enzymes are directly produced in the hydrolysis and fermentation reactor. However, no microorganism today has satisfactory performance for industrial implementation in the short term.
L'extraction de l'éthanol réalisée par distillation est un poste particulièrement énergivore . Pour l'amélioration du bilan
économique de la production d'éthanol, il convient d'envisager de réduire les volumes d'eau notamment au moyen de recyclages et/ou de regroupements de différents flux qui concentrent les alcools et d'intégrer thermiquement l'ensemble de la chaîne. En effet, la consommation spécifique d'énergie pour séparer par exemple l'éthanol diminue fortement lorsque la concentration dans le flux initial (aussi appelée titre) augmente. The extraction of ethanol produced by distillation is a particularly energy-intensive item. For balance sheet improvement economic development of ethanol production, it is advisable to consider reducing water volumes, in particular by means of recycling and / or consolidation of different streams that concentrate the alcohols and to integrate the entire heat chain. Indeed, the specific energy consumption to separate for example ethanol decreases sharply when the concentration in the initial flow (also called title) increases.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
Un but de l'invention est donc de proposer un procédé de production d'éthanol à partir de biomasse pour lequel les bilans en énergie et en eau sont optimisés. An object of the invention is therefore to provide a process for producing ethanol from biomass for which the energy and water budgets are optimized.
A cette fin, il est proposé un procédé de production d'éthanol à partir de biomasse comprenant au moins les étapes suivantes : To this end, there is provided a method for producing ethanol from biomass comprising at least the following steps:
a) on prétraite dans un réacteur de prétraitement la biomasse par explosion à la vapeur de manière à fournir un effluent contenant un substrat prétraité; a) pretreating the biomass by steam explosion in a pretreatment reactor to provide an effluent containing a pretreated substrate;
b) on effectue une hydrolyse enzymatique du substrat prétraité contenu dans l'effluent issu de l'étape a) en présence d'enzymes cellulolytiques et/ou hémicellulolytiques de manière à produire un hydrolysat contenant des sucres solubilisés; b) the enzymatic hydrolysis of the pretreated substrate contained in the effluent resulting from step a) is carried out in the presence of cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes so as to produce a hydrolyzate containing solubilized sugars;
c) on effectue une fermentation éthylique des sucres solubilisés contenus dans 1 'hydrolysat issu de l'étape b) en éthanol, en présence d'un microorganisme alcooligène de sorte à produire un effluent fermenté contenant de l'éthanol; c) the solubilized sugars contained in the hydrolyzate from step b) are ethanol fermented in the presence of an alcoholic microorganism so as to produce a fermented effluent containing ethanol;
d) on effectue une étape d'extraction de l'éthanol de l'effluent fermenté issu de l'étape c) . d) a step is carried out for extracting ethanol from the fermented effluent from step c).
Le procédé selon l'invention comprend en outre une étape e) dans laquelle on recycle, en amont du ou dans le réacteur de prétraitement, au moins un flux interne aqueux comprenant de l'éthanol issu d'une fermentation éthylique, de sorte à récupérer en sortie dudit réacteur de prétraitement un effluent en phase vapeur contenant de l'éthanol. The process according to the invention also comprises a step e) in which at least one aqueous internal flow comprising ethanol obtained from an ethyl fermentation is recycled upstream of or into the pretreatment reactor, so as to recover at the outlet of said pretreatment reactor a vapor phase effluent containing ethanol.
Au sens de la présente invention, le terme "fermentation éthylique" désigne un procédé de fermentation des sucres en éthanol
seul au moyen de microorganismes tels que par exemple des levures ou des bactéries. For the purposes of the present invention, the term "ethyl fermentation" denotes a process for the fermentation of sugars into ethanol only by means of microorganisms such as, for example, yeasts or bacteria.
La présente invention décrit un procédé de production d'éthanol dans lequel un flux comprenant de l'eau et de 1 ' éthanol est recyclé au sein du prétraitement par explosion à la vapeur. The present invention describes a process for producing ethanol in which a stream comprising water and ethanol is recycled within the steam explosion pretreatment.
Ainsi au moins une partie de l' éthanol produit par fermentation éthylique est recyclée dans l'étape de prétraitement par explosion à la vapeur, de sorte que les effluents vapeurs générés lors de la détente de l'étape de prétraitement et contenant de l' éthanol peuvent être envoyés vers une étape de distillation, commune ou non avec la chaîne principale. L'invention exploite la propriété de 1' éthanol à former un azéotrope avec l'eau qui, du fait de sa température d'ébullition plus basse que celle de l'eau, permet une répartition favorable de l' éthanol en phase vapeur. Ainsi, l' éthanol qui est envoyé à l'étape d'extraction se trouve déjà sous forme vapeur, ce qui permet de diminuer le coût énergétique de la séparation par distillation, et donc le coût énergétique global du procédé. L'autre partie de l' éthanol recyclé non récupéré après la phase de détente, reste dans l'effluent en sortie du prétraitement, et contribue à augmenter le titre du ou des vins à distiller. Thus, at least a portion of ethanol produced by ethyl fermentation is recycled to the pretreatment stage by steam explosion, so that the vapor effluents generated during the expansion of the pretreatment stage and containing ethanol can be sent to a distillation step, common or not with the main chain. The invention exploits the property of ethanol to azeotrope with water which, because of its lower boiling point than that of water, allows a favorable distribution of ethanol in the vapor phase. Thus, the ethanol which is sent to the extraction stage is already in vapor form, which makes it possible to reduce the energy cost of the separation by distillation, and therefore the overall energy cost of the process. The other part of the recycled ethanol that is not recovered after the expansion phase remains in the effluent at the end of the pretreatment, and contributes to increasing the title of the wine (s) to be distilled.
Par ailleurs le flux interne recyclé peut être avantageusement et aisément intégré thermiquement dans le schéma global du procédé selon l'invention. Ainsi le flux interne, avant d'être recyclé, peut être préalablement chauffé au moyen de tout flux chaud produit par le procédé, comme par exemple lors de l'étape d'extraction qui met généralement en œuvre au moins une étape de distillation. Moreover, the recycled internal stream can advantageously be easily and thermally integrated in the overall scheme of the process according to the invention. Thus, the internal flow, before being recycled, can be preheated by means of any hot flow produced by the process, such as for example during the extraction step which generally involves at least one distillation step.
Ainsi, grâce au procédé selon la présente invention il est possible d'améliorer nettement le bilan énergétique de l'étape d'extraction de l'ordre de 5% à 50%. Thus, thanks to the process according to the present invention it is possible to significantly improve the energy balance of the extraction step of the order of 5% to 50%.
Par ailleurs le recyclage selon l'invention permet de réutiliser une partie de l'eau dans l'étape de prétraitement par explosion à la vapeur et donc va dans le sens d'une optimisation du bilan eau du procédé. Furthermore, the recycling according to the invention makes it possible to reuse part of the water in the pretreatment stage by steam explosion and thus goes in the direction of optimizing the water balance of the process.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie d'une vinasse produite à l'étape d) de sorte à récupérer une According to one embodiment, the method further comprises the following steps: a solid / liquid separation of at least a portion of a vinasse produced in step d) is carried out so as to recover a
fraction liquide contenant des pentoses; et liquid fraction containing pentoses; and
- on effectue une fermentation éthylique des pentoses de la fraction liquide de sorte à fournir ledit flux interne comprenant de an ethyl fermentation of the pentoses of the liquid fraction is carried out so as to provide said internal flow comprising
1 ' éthanol . Ethanol.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes: According to another embodiment, the method further comprises the following steps:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'effluent issu de l'étape a) de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des sucres solubilisés; et - Solid / liquid separation of at least a portion of the effluent from step a) is carried out so as to recover a liquid fraction containing solubilized sugars; and
- on effectue une fermentation éthylique des sucres de la fraction liquide de sorte à fournir ledit flux interne comprenant de 1' éthanol. Selon l'invention ladite fraction liquide comprend des hexoses et/ou des pentoses. an ethyl fermentation of the sugars of the liquid fraction is carried out so as to provide said internal flow comprising ethanol. According to the invention, said liquid fraction comprises hexoses and / or pentoses.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes: According to another embodiment, the method further comprises the following steps:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'effluent obtenu à l'étape a) de sorte à récupérer une pulpe; - on effectue un lavage de ladite pulpe de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des sucres solubilisés; - Solid / liquid separation of at least a portion of the effluent obtained in step a) to recover a pulp; washing said pulp so as to recover a liquid fraction containing solubilized sugars;
- on effectue une fermentation éthylique des sucres solubilisés contenus dans la fraction liquide de sorte à fournir ledit le flux interne de l' éthanol. an ethyl fermentation is carried out of the solubilized sugars contained in the liquid fraction so as to supply the internal flow of the ethanol.
Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention le flux interne contenant de l 'éthanol est issu d'au moins une partie de l'effluent fermenté produit à l'étape c). According to another embodiment of the process according to the invention, the internal flow containing ethanol originates from at least part of the fermented effluent produced in step c).
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, le flux interne est une fraction liquide obtenue après séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'effluent fermenté produit à 1 ' étape c ) . According to one embodiment of the process according to the invention, the internal flow is a liquid fraction obtained after solid / liquid separation of at least a part of the fermented effluent produced in step c).
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, le flux interne est une fraction liquide obtenue après lavage d'un gâteau obtenu par séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'effluent fermenté obtenu à l'étape c) . According to one embodiment of the process according to the invention, the internal flow is a liquid fraction obtained after washing a cake obtained by solid / liquid separation of at least a part of the fermented effluent obtained in step c) .
Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'hydrolysat obtenu à l'étape b) de sorte à récupérer une pulpe contenant des hexoses et éventuellement des pentoses; According to another embodiment, the method comprises the following steps: - Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is carried out so as to recover a pulp containing hexoses and optionally pentoses;
- on effectue une fermentation éthylique des hexoses et éventuellement des pentoses contenus dans la pulpe de sorte à fournir ledit le flux interne comprenant de l'éthanol. - Ethyl fermentation is carried out hexoses and optionally pentoses contained in the pulp so as to provide said internal flow comprising ethanol.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes: According to another embodiment, the method comprises the following steps:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'hydrolysat obtenu à l'étape b) de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des hexoses et éventuellement des pentoses; - Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is carried out so as to recover a liquid fraction containing hexoses and optionally pentoses;
- on effectue une fermentation éthylique des hexoses et éventuellement des pentoses contenus dans la fraction liquide de sorte à fournir ledit le flux interne comprenant de l'éthanol. - Ethyl fermentation of the hexoses and optionally pentoses contained in the liquid fraction to provide said internal flow comprising ethanol.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes : According to one embodiment, the method comprises the following steps:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'hydrolysat obtenu à l'étape b) de sorte à récupérer une pulpe; - Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is performed so as to recover a pulp;
- on effectue un lavage de la pulpe de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des hexoses et éventuellement des pentoses ; the pulp is washed so as to recover a liquid fraction containing hexoses and possibly pentoses;
- on effectue une fermentation éthylique des hexoses et éventuellement des pentoses contenus dans la fraction liquide de sorte à fournir ledit le flux interne comprenant de l'éthanol. - Ethyl fermentation of the hexoses and optionally pentoses contained in the liquid fraction to provide said internal flow comprising ethanol.
Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention les étapes b) et c) sont réalisées dans un même réacteur. According to another embodiment of the process according to the invention, steps b) and c) are carried out in the same reactor.
Selon un autre mode de réalisation préféré, le flux interne contenant de l'éthanol est vaporisé avant l'étape de recyclage e) . According to another preferred embodiment, the internal flow containing ethanol is vaporized before the recycling step e).
Le procédé selon l'invention permet de traiter de la biomasse issue d'espèces arborescentes résineuses, de feuillues ou de déchets lignocellulosiques agricoles. The process according to the invention makes it possible to treat biomass resulting from resinous tree species, hardwoods or agricultural lignocellulosic waste.
Dans le cadre de l'invention, le prétraitement à la vapeur peut se faire en présence d'acide, ce dernier peut être injecté directement sur la biomasse à l'entrée du réacteur de prétraitement. L'acide peut également être utilisé en conditions très diluées pour imprégner la biomasse dans la phase de préparation. Le taux de MS
peut être augmenté par une séparation solide/liquide après l'imprégnation de l'acide. In the context of the invention, the pretreatment with steam can be done in the presence of acid, the latter can be injected directly onto the biomass at the inlet of the pretreatment reactor. The acid can also be used under very dilute conditions to impregnate the biomass in the preparation phase. MS rate can be increased by solid / liquid separation after impregnation of the acid.
Selon l'invention, les enzymes cellulolytiques et/ou hemicellulolytiques utilisées pendant l'étape d'hydrolyse peuvent être produites par un microorganisme appartenant aux genres Trichoderma, Aspergillus, Pénicillium ou Schizophyllum, ou une bactérie anaérobie appartenant au genre Clostridium, par exemple. According to the invention, the cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes used during the hydrolysis step may be produced by a microorganism belonging to the genera Trichoderma, Aspergillus, Penicillium or Schizophyllum, or an anaerobic bacterium belonging to the genus Clostridium, for example.
Selon l'invention, les microorganismes alcooligènes utilisés dans l'unité de conversion pour réaliser la fermentation éthylique des hexoses sont de préférence choisis parmi les levures et les bactéries, éventuellement génétiquement modifiées. According to the invention, the alcoholic microorganisms used in the conversion unit for carrying out the ethylic fermentation of hexoses are preferably chosen from yeasts and bacteria, possibly genetically modified.
Lorsque le microorganisme alcooligène est une levure, Saccharomyces cerevisiae est celle qui est préférée. Il est également possible de choisir des levures telles que Schizosaccharomyces pombe ou Saccharomyces uvarum ou diastaticus . Des levures plus thermophiles, telles que les Kluyveromyces fragilis (maintenant souvent désignée par K. marxianus) présentent également un intérêt, notamment lorsque l'hydrolyse enzymatique et la fermentation éthylique sont réalisées simultanément (procédé SSF) . When the alcoholic microorganism is a yeast, Saccharomyces cerevisiae is the one that is preferred. It is also possible to choose yeasts such as Schizosaccharomyces pombe or Saccharomyces uvarum or diastaticus. More thermophilic yeasts, such as Kluyveromyces fragilis (now often referred to as K. marxianus) are also of interest, especially when enzymatic hydrolysis and ethyl fermentation are carried out simultaneously (SSF method).
Un organisme génétiquement modifié, comme par exemple une levure de type Saccharomyces cerevisiae telle que la TMB 3400 (Ohgren et al, J. of Biotech 126, 488-498, 2006) peut également être utilisé. Cette levure permet notamment de fermenter en éthanol une partie des pentoses lors de l'étape de fermentation éthylique des hexoses, lorsque le glucose est en concentration limitante. A genetically modified organism, such as, for example, a yeast of the Saccharomyces cerevisiae type such as TMB 3400 (Ohgren et al., J. of Biotech 126, 488-498, 2006) may also be used. This yeast makes it possible, in particular, to ferment in ethanol a part of the pentoses during the ethylic fermentation step of the hexoses, when the glucose is in a limiting concentration.
Lorsque le microorganisme alcooligène est une bactérie, on préférera Zymomonas mobilis qui présente une voie d'assimilation efficace. Tout comme pour les levures, des espèces de Zymomonas mobilis ont été modifiées pour convertir les pentoses en éthanol comme par exemple la souche Zymomonas mobilis 8bi décrite par Dutta et al (Biotechnol. Prog., 2010, Vol. 26, No. 1, pp 64-72) . When the alcoholic microorganism is a bacterium, Zymomonas mobilis is preferred which has an efficient assimilation route. As for yeasts, species of Zymomonas mobilis have been modified to convert pentoses to ethanol, for example the strain Zymomonas mobilis 8bi described by Dutta et al (Biotechnol Prog., 2010, Vol.26, No. 1, pp. 64-72).
Les levures, et de préférence Saccharomyces cerevisiae sont les microorganismes utilisés de façon très préférée pour la conversion des hexoses. Ils présentent une meilleure robustesse, sécurité, et ne nécessitent pas de stérilité pour la conduite du procédé et des installations .
Les levures du genre Saccharomyces sont capables de fermenter les seuls et uniques hexoses (glucose et mannose essentiellement). Ces levures valorisent de façon optimale les hexoses en éthanol et permettent d'atteindre des rendements massiques de conversion de l'ordre de 0,46 à 0,48, ce qui est proche du rendement massique théorique maximal qui vaut 0,51. Seuls les pentoses et quelques sources carbonées marginales ne sont pas utilisés par ces levures sauvages. Des souches modifiées de Saccharomyces ont été développées pour fermenter les pentoses, soit en co-fermentation des hexoses, soit dans une étape séparée. Yeasts, and preferably Saccharomyces cerevisiae are the microorganisms used very preferably for the conversion of hexoses. They have a better robustness, safety, and do not require sterility for the conduct of the process and installations. Yeasts of the genus Saccharomyces are able to ferment the only and unique hexoses (mainly glucose and mannose). These yeasts optimize the hexoses in ethanol and achieve mass conversion efficiencies of the order of 0.46 to 0.48, which is close to the maximum theoretical mass yield of 0.51. Only pentoses and some marginal carbon sources are not used by these wild yeasts. Modified strains of Saccharomyces have been developed to ferment pentoses, either in co-fermentation of hexoses or in a separate step.
La fermentation éthylique est réalisée préférentiellement à une température comprise entre 30°C et 40°C, et à un pH compris entre 3 et 6,5. The ethyl fermentation is preferably carried out at a temperature of between 30 ° C. and 40 ° C. and at a pH of between 3 and 6.5.
DESCRIPTION DES DESSINS DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Ces aspects ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront clarifiés dans la description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'invention, référence étant faite aux dessins des figures, dans lesquelles : These and other features and advantages of the invention will be clarified in the detailed description of particular embodiments of the invention, with reference to the drawings of the figures, in which:
La Figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du procédé de production d' éthanol selon 1 ' invention . Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of the process for producing ethanol according to the invention.
La Figure 2 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation du procédé de production d' éthanol selon l'invention. Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the ethanol production process according to the invention.
La Figure 3 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation du procédé de production d' éthanol selon 1 ' invention . Figure 3 is a schematic representation of a third embodiment of the ethanol production process according to the invention.
La Figure 4 est une représentation schématique d'un quatrième mode de réalisation du procédé de production d' éthanol selon 1 ' invention . Figure 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of the ethanol production process according to the invention.
La Figure 5 est une représentation schématique d'un cinquième mode de réalisation du procédé de production d' éthanol selon 1 ' invention . Figure 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of the ethanol production process according to the invention.
Généralement, des éléments identiques sont dénotés par des mêmes références dans les figures.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L ' INVENTION Generally, identical elements are denoted by the same references in the figures. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Au sens de la présente invention, on désigne sous le terme de "pentoses" les monomères et oligomères solubles des sucres comprenant 5 atomes de carbone et sous le terme de "hexoses" les monomères et oligomères solubles des sucres comprenant 6 atomes de carbone . For the purposes of the present invention, the term "pentoses" means soluble monomers and oligomers of sugars comprising 5 carbon atoms and under the term "hexoses" the monomers and soluble oligomers of sugars comprising 6 carbon atoms.
On désigne sous l'abréviation "MS" les matières sèches (solides et solubles) présentes dans un milieu et sous l'abréviation "MES" les matières en suspension (solides) présentes dans un milieu. Le taux de matières sèches (ou "Total Solids") est déterminé selon la méthode ASTM E1756-01 qui consiste en une perte de masse à 105°C. The abbreviation "MS" denotes the dry matter (solid and soluble) present in a medium and under the abbreviation "MES" the suspended matter (solids) present in a medium. The solids content (or "Total Solids") is determined according to the ASTM E1756-01 method which consists of a mass loss at 105 ° C.
En référence à la figure 1, le substrat cellulosique et/ou lignocellulosique est introduit par la conduite 1 dans une unité de préparation 2 de la charge. L'eau et/ou la vapeur nécessaires à la conduite de la préparation de charge sont introduites dans l'unité de préparation par une ligne dédiée (non représentée). Les réactifs (e.g. de l'acide) et autres utilités sont introduits par une autre ligne dédiée (non représentée). La préparation de charge comprend par exemple un broyage mécanique, une addition d'acide, un réglage de la "MS" par ajout d'eau sous forme liquide et/ou vapeur avant l'introduction dans le réacteur d'explosion à la vapeur. With reference to FIG. 1, the cellulosic and / or lignocellulosic substrate is introduced via line 1 into a preparation unit 2 of the load. The water and / or steam necessary for driving the charge preparation are introduced into the preparation unit by a dedicated line (not shown). Reagents (e.g., acid) and other utilities are introduced through another dedicated line (not shown). The charge preparation comprises, for example, mechanical grinding, acid addition, adjustment of the "MS" by adding water in liquid form and / or steam before introduction into the steam explosion reactor.
Le substrat cellulosique ou lignocellulosique utilisé dans le procédé selon la présente invention peut être choisi parmi les biomasses les plus variées, mais plus particulièrement depuis les espèces arborescentes résineuses (softwood tels que les épicéas ou les pins) ou feuillues (hardwood tels que les eucalyptus) ou les déchets lignocellulosiques agricoles (paille de blé, riz, etc.) ou encore les cultures dédiées (miscanthus, switchgrass ) . The cellulosic or lignocellulosic substrate used in the process according to the present invention can be chosen from the most varied biomasses, but more particularly from resinous tree species (softwood species such as spruces or pines) or hardwood species (hardwood species such as eucalyptus trees). or lignocellulosic agricultural waste (wheat straw, rice, etc.) or dedicated crops (miscanthus, switchgrass).
Le substrat préparé est introduit dans le réacteur de prétraitement 4, via la ligne 3, qui met en œuvre la technique d'explosion à la vapeur. La vapeur nécessaire au prétraitement est introduite par une conduite (non représentée) . La phase vapeur générée à la détente est extraite par la conduite 27. The prepared substrate is introduced into the pre-treatment reactor 4, via line 3, which uses the steam explosion technique. The steam required for pretreatment is introduced through a pipe (not shown). The vapor phase generated at the expansion is extracted by the pipe 27.
Le rôle du prétraitement est de rendre la cellulose accessible aux enzymes, en déstructurant la matrice lignocellulosique. Lors du prétraitement par explosion à la vapeur, on rend accessible
préférentiellement 1 ' hémicellulose, qui se retrouve en grande partie dans la phase liquide en sortie du prétraitement. The role of pretreatment is to make the cellulose accessible to enzymes, by destructuring the lignocellulosic matrix. When pretreatment by steam explosion, it is made accessible preferentially hemicellulose, which is found to a large extent in the liquid phase at the outlet of the pretreatment.
Typiquement, les conditions opératoires pour le prétraitement par explosion à la vapeur sont les suivantes: Typically, the operating conditions for pretreatment by steam explosion are as follows:
· T= 150 à 250°C · T = 150 to 250 ° C
• P = 10 à 50 bar • P = 10 to 50 bar
• temps de mise sous pression = quelques secondes à quelques minutes • pressurization time = a few seconds to a few minutes
Il est à noter que des étapes additionnelles suivant l'étape de prétraitement, par exemple de mise au pH ou de liquéfaction peuvent être réalisées afin de faciliter la mise en œuvre et l'efficacité des étapes d'hydrolyse enzymatique et de fermentation éthylique subséquente . It should be noted that additional steps following the pretreatment step, for example of pH-setting or liquefaction, can be carried out in order to facilitate the implementation and the effectiveness of the enzymatic hydrolysis and subsequent ethyl fermentation steps.
Le substrat prétraité contient préférentiellement entre 5% poids et 80% poids de MS, plus préférentiellement entre 15% poids et 60% poids de MS et encore plus préférentiellement entre 20% poids et 55% poids de MS . The pretreated substrate preferably contains between 5% by weight and 80% by weight of MS, more preferably between 15% by weight and 60% by weight of MS and even more preferably between 20% by weight and 55% by weight of MS.
Comme montré sur la figure 1, le substrat prétraité est extrait par la conduite 5 et envoyé vers une unité de séparation solide/liquide 6. L'unité de séparation solide/liquide 6 permet de séparer par la ligne 18 un flux liquide contenant des sucres issus essentiellement de 1 ' hémicellulose et une pulpe humide qui est envoyée par la conduite 7 dans une unité de conversion 8 qui réalise la transformation de la cellulose en éthanol . Les sucres issus de 1 ' hémicellulose comprennent des pentoses et éventuellement des hexoses selon le type de biomasse traitée. As shown in FIG. 1, the pretreated substrate is extracted via line 5 and sent to a solid / liquid separation unit 6. The solid / liquid separation unit 6 makes it possible to separate via line 18 a liquid stream containing sugars mainly from hemicellulose and a wet pulp which is sent via line 7 to a conversion unit 8 which converts the cellulose into ethanol. The sugars from 1 hemicellulose include pentoses and possibly hexoses depending on the type of biomass treated.
L'unité de conversion 8 de la cellulose en éthanol comprend au moins une unité d'hydrolyse enzymatique 9 et une unité de fermentation éthylique 10. Dans la figure 1, les unités d'hydrolyse enzymatique et fermentation éthylique sont représentées de manière séparée l'une de l'autre, cependant il est possible dans le cadre de ce mode de réalisation d'avoir un seul réacteur dans lequel sont effectuées simultanément l'hydrolyse et la fermentation (procédé SSF) . The conversion unit 8 from cellulose to ethanol comprises at least one enzymatic hydrolysis unit 9 and an ethyl fermentation unit 10. In FIG. 1, the units of enzymatic hydrolysis and ethyl fermentation are shown separately. however, it is possible in the context of this embodiment to have a single reactor in which hydrolysis and fermentation (SSF process) are carried out simultaneously.
Les conditions de l'hydrolyse enzymatique, principalement le taux de matière sèche du mélange à hydrolyser et la quantité d'enzymes utilisée, sont choisies de telle façon que l'on obtienne
une solubilisation de la cellulose comprise entre 20% et 99% et de manière préférée entre 30% et 95%. L'eau nécessaire à l'obtention du taux de MS visé est ajoutée par une conduite (non représentée) . Le taux de MS souhaité est généralement compris entre 5% poids et 45% poids et préférentiellement entre 8% poids et 40% poids. The conditions of the enzymatic hydrolysis, mainly the solids content of the mixture to be hydrolysed and the amount of enzymes used, are chosen so that one obtains solubilization of the cellulose of between 20% and 99% and preferably between 30% and 95%. The water necessary to obtain the target MS level is added via a pipe (not shown). The desired level of MS is generally between 5% by weight and 45% by weight and preferably between 8% by weight and 40% by weight.
Selon l'invention, l'hydrolyse enzymatique est préférentiellement réalisée à pH compris entre 4 et 5,5 à une température comprise entre 40 °C et 60 °C. According to the invention, the enzymatic hydrolysis is preferably carried out at a pH of between 4 and 5.5 at a temperature of between 40 ° C. and 60 ° C.
Les additifs nécessaires, par exemple les enzymes cellulolytiques et/ou hémicellulolytiques , les microorganismes de fermentation (si la réaction de conversion est en une seule étape), de l'eau, des nutriments, des réactifs chimiques comme par exemple la soude et/ou l'ammoniac et/ou la potasse, sont introduits par une conduite (non représentée) dédiée à cet effet. The necessary additives, for example cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes, fermentation microorganisms (if the conversion reaction is in a single step), water, nutrients, chemical reagents such as soda and / or ammonia and / or potash, are introduced by a conduit (not shown) dedicated for this purpose.
Comme mentionné plus haut, il est possible de réaliser l'hydrolyse enzymatique et la fermentation éthylique (des hexoses ou des hexoses et pentoses) dans une même et seule opération désignée par le terme SSF. Cette opération est préférentiellement réalisée à une température comprise entre 30°C et 45°C, à un pH compris entre 4 et 6. As mentioned above, it is possible to carry out enzymatic hydrolysis and ethyl fermentation (hexoses or hexoses and pentoses) in one and the same operation designated by the term SSF. This operation is preferably carried out at a temperature of between 30 ° C. and 45 ° C., at a pH of between 4 and 6.
De manière optionnelle et selon le (s) microorganisme ( s ) de fermentation utilisé(s), tout ou partie des pentoses peuvent être aussi fermentés en éthanol. Optionally and depending on the fermentation microorganism (s) used (s), all or part of the pentoses can also be fermented into ethanol.
De préférence le microorganisme alcooligène est une levure. De manière encore plus préféré, le microorganisme alcooligène appartient au genre Saccharomyces . Preferably the alcoholic microorganism is a yeast. Even more preferably, the alcoholic microorganism belongs to the genus Saccharomyces.
A l'issue de l'étape de conversion éthylique, un moût fermenté comprenant un résidu solide et un vin éthylique est extrait par la conduite 11 et est amené dans une unité d'extraction/purification 12 de l' éthanol contenu dans le vin éthylique. Cette étape d'extraction/purification comprend généralement au moins une étape de distillation. At the end of the ethyl conversion step, a fermented wort comprising a solid residue and an ethyl wine is extracted via line 11 and is fed to a unit 12 for extraction / purification of ethanol contained in ethyl wine. . This extraction / purification step generally comprises at least one distillation step.
De l'unité d'extraction/purification 12, on récupère au moins: • un effluent contenant de 1 'éthanol via la ligne 13 ; · une pulpe, soutirée par la ligne 14, contenant un résidu insoluble qui est en partie composé de cellulose et hémicellulose qui n'ont pas été hydrolysées et de lignine en
mélange avec une fraction liquide (vinasse) contenant des sucres non fermentés (des pentoses et éventuellement des hexoses ) . From the extraction / purification unit 12, at least: • an effluent containing ethanol is recovered via line 13; · A pulp, withdrawn via line 14, containing an insoluble residue which is partly composed of cellulose and hemicellulose which have not been hydrolysed and of lignin in mixing with a liquid fraction (vinasse) containing unfermented sugars (pentoses and possibly hexoses).
La pulpe est transférée vers une unité de séparation solide/liquide 15 d'où l'on récupère par la ligne 16 un gâteau humide comprenant de la cellulose, de 1 ' hémicellulose qui n'ont pas été hydrolysées et de la lignine et, par la ligne 17, une vinasse clarifiée contenant les sucres non fermentés. La vinasse clarifiée contient par exemple des pentoses non fermentés (xylose, arabinose) , voire des traces de galactose qui est l'hexose le plus difficile à métaboliser par les levures conventionnelles, voire des traces de glucose si la fermentation a été incomplète. The pulp is transferred to a solid / liquid separation unit from which a wet cake comprising cellulose, hemicellulose which has not been hydrolysed and lignin is recovered via line 16. line 17, a clarified vinasse containing the unfermented sugars. The clarified vinasse contains, for example, unfermented pentoses (xylose, arabinose), even traces of galactose, which is the most difficult hexose to be metabolized by conventional yeasts, or even traces of glucose if the fermentation has been incomplete.
Le gâteau humide peut être soit réintroduit dans le procédé, soit valorisé pour produire de l'énergie par exemple par méthanisation ou par combustion, ou en tant que complément agricole (épandage ) . The wet cake can either be reintroduced into the process, or recycled to produce energy, for example by methanation or combustion, or as an agricultural supplement (spreading).
En référence à la figure 1, une fraction de la vinasse clarifiée, entre 10% et 90% et de préférence entre 15% et 60% poids, est envoyée par la conduite 17 vers un réacteur 19 de fermentation éthylique additionnel. With reference to FIG. 1, a fraction of clarified vinasse, between 10% and 90% and preferably between 15% and 60% by weight, is sent via line 17 to an additional ethyl fermentation reactor 19.
Comme montré sur la figure 1, par l'intermédiaire de la conduite 18, tout ou partie du liquide contenant des sucres solubilisés dont éventuellement des pentoses, et issu de la séparation solide/liquide 6 disposée en amont de l'unité de conversion 8, est également envoyé dans le réacteur de fermentation additionnel 19. Dans le cas où tout le liquide n'est pas envoyé dans le réacteur de fermentation 19, la partie restante peut être utilisée par exemple pour la production d'enzymes ou encore valorisée en méthane ou en énergie. As shown in FIG. 1, via line 18, all or part of the liquid containing solubilized sugars, possibly including pentoses, and coming from the solid / liquid separation 6 arranged upstream of the conversion unit 8, is also sent to the additional fermentation reactor 19. In the case where all the liquid is not sent to the fermentation reactor 19, the remaining part can be used for example for the production of enzymes or recovered in methane or in energy.
Le réacteur 19 est un réacteur de fermentation des pentoses et éventuellement des hexoses résiduels en éthanol. Les microorganismes utilisés pour la fermentation des pentoses peuvent être des bactéries, des levures ou des champignons. The reactor 19 is a pentose fermentation reactor and optionally residual hexoses in ethanol. The microorganisms used for the fermentation of pentoses can be bacteria, yeasts or fungi.
Parmi les bactéries, on peut citer les bactéries "sauvages" appartenant aux genres Bacillus, Bacteroides, Thermoanaerobacter ou Clostridium, des bactéries recombinantes dont les plus intéressantes
sont Escherichia coli, Klebsiella oxytoca et surtout Zymomonas mobilis . Among the bacteria, mention may be made of "wild" bacteria belonging to the genera Bacillus, Bacteroides, Thermoanaerobacter or Clostridium, recombinant bacteria of which the most interesting are Escherichia coli, Klebsiella oxytoca and especially Zymomonas mobilis.
Des levures sauvages telles que Pichia stipitis, Candida shehatae et Pachysolen tannophilus, identifiées comme étant les plus efficaces pour cette conversion des pentoses en éthanol, peuvent également être utilisées. Il est possible de choisir des levures recombinantes, notamment les Saccharomyces cerevisiae comme mentionné plus haut . Wild yeasts such as Pichia stipitis, Candida shehatae and Pachysolen tannophilus, identified as being the most effective for converting pentoses to ethanol, can also be used. It is possible to choose recombinant yeasts, especially Saccharomyces cerevisiae as mentioned above.
Tout ou partie du vin éthylique produit par le réacteur de fermentation 19 est ensuite transféré, via la conduite 20, dans une unité de traitement 21. All or part of the ethyl wine produced by the fermentation reactor 19 is then transferred via line 20 to a processing unit 21.
L'unité de traitement 21 peut comprendre par exemple un dispositif de vaporisation et/ou une unité de séparation des matières en suspension (e.g. par centrifugation et/ou par décantation et/ou par traitement membranaires (Ultra-filtration, Micro-filtration) ) . Les résidus éventuels du traitement peuvent être retirés par une conduite (non représentée). The processing unit 21 may comprise, for example, a vaporization device and / or a unit for separating suspended matter (eg by centrifugation and / or by decantation and / or by membrane treatment (ultra-filtration, micro-filtration)) . The possible residues of the treatment can be removed by a pipe (not shown).
L'effluent, sous forme vapeur ou liquide, issu de l'unité de traitement 21, et contenant essentiellement de l'eau et de l'éthanol (avec une moindre quantité des composés tels que le furfural, l'acide acétique) peut être séparé en deux flux, comme indiqué dans la figure 1. Un des flux 24 est alors envoyée vers le réacteur de prétraitement 4 et/ou vers le réacteur de préparation de la biomasse 2. L'autre partie du flux 23 peut éventuellement être recyclé dans l'unité de distillation 12. The effluent, in vapor or liquid form, coming from the treatment unit 21, and essentially containing water and ethanol (with a smaller amount of the compounds such as furfural, acetic acid) can be separated in two streams, as shown in Figure 1. One of the stream 24 is then sent to the pre-treatment reactor 4 and / or to the reactor for preparing the biomass 2. The other part of the stream 23 may optionally be recycled in the distillation unit 12.
Un avantage de procéder au recyclage de la fraction 24 dans le réacteur de prétraitement 4 et/ou dans le réacteur de préparation de la biomasse 2 est que ce flux de recyclage permet de remplacer tout ou partie de l'appoint d'eau nécessaire à ces étapes. An advantage of recycling the fraction 24 in the pretreatment reactor 4 and / or in the biomass preparation reactor 2 is that this recycle stream makes it possible to replace all or part of the makeup water required for these components. steps.
Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, le flux interne contenant de l'eau et de l'éthanol est recyclé sous forme liquide et/ou sous forme vapeur en amont ou dans le réacteur de prétraitement par explosion à la vapeur 4. According to another embodiment of the process according to the invention, the internal stream containing water and ethanol is recycled in liquid form and / or in vapor form upstream or in the steam explosion pretreatment reactor. 4.
Typiquement, la quantité d' éthanol recyclé dans le réacteur d'explosion à la vapeur 4 est ajustée de sorte à obtenir une teneur en éthanol dans ledit réacteur 4 de moins de 15% poids, et de préférence de moins de 10% poids. L'acide acétique, le furfural et
les autres composés apportés par le recyclage ont des concentrations dans le réacteur 6 inférieures à 5%, voire inférieures à 2% poids. Typically, the amount of ethanol recycled in the steam explosion reactor 4 is adjusted so as to obtain an ethanol content in said reactor 4 of less than 15% by weight, and preferably less than 10% by weight. Acetic acid, furfural and the other compounds provided by the recycling have concentrations in the reactor 6 of less than 5%, or even less than 2% by weight.
De manière préférée, l'unité de traitement 21 comprend au moins une unité de vaporisation. La vaporisation du flux permet de ne recycler que les produits volatils, et donc d'éviter le recyclage de produits solubles tels que les sucres résiduels (hexoses et pentoses) qui peuvent se dégrader dans le réacteur d'explosion à la vapeur en furfural, 5-HMF, ou encore en acides organiques (formique, lévulinique) . Preferably, the processing unit 21 comprises at least one vaporization unit. The vaporization of the flow makes it possible to recycle only the volatile products, and thus to avoid the recycling of soluble products such as the residual sugars (hexoses and pentoses) which can degrade in the steam explosion reactor in furfural, 5 -HMF, or organic acids (formic, levulinic).
Comme montré sur la figure 1, 1 ' éthanol et éventuellement les autres constituants mentionnés ci-dessus qui sont recyclés dans le réacteur de prétraitement 4 sont récupérés après la phase de détente en majeure partie sous forme gazeuse avec la vapeur d'eau par la conduite 27 et transférés vers une unité de distillation 28 d'où sont séparés deux flux; un flux 29 qui contient majoritairement de l' éthanol et un flux 30 comprenant majoritairement de l'eau. L' éthanol du flux 29 est réintroduit dans l'unité d ' extraction/ séparation 12. As shown in FIG. 1, the ethanol and optionally the other components mentioned above which are recycled in the pretreatment reactor 4 are recovered after the expansion phase, for the most part in gaseous form with the steam by the pipe. 27 and transferred to a distillation unit 28 from which two streams are separated; a stream 29 which contains mainly ethanol and a stream 30 mainly comprising water. The ethanol of the stream 29 is reintroduced into the extraction / separation unit 12.
Selon un mode alternatif de réalisation non représenté sur la figure 1, la phase gazeuse contenant de l'eau et de l' éthanol récupérée après détente du réacteur de prétraitement 4 est directement envoyée à l'unité d ' extraction/ séparation 12. According to an alternative embodiment not shown in FIG. 1, the gaseous phase containing water and ethanol recovered after expansion of the pretreatment reactor 4 is sent directly to the extraction / separation unit 12.
La figure 2 représente un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention qui diffère de celui présenté à la figure 1 par le fait que : FIG. 2 represents another embodiment of the method according to the invention which differs from that presented in FIG. 1 by the fact that:
• l'unité de conversion 8 comprend un réacteur d'hydrolyse enzymatique 9, un réacteur de fermentation éthylique 10 séparé de celui de l'hydrolyse enzymatique et un dispositif de séparation solide/liquide 31 interposé entre lesdits réacteurs 9 et 10; The conversion unit 8 comprises an enzymatic hydrolysis reactor 9, an ethyl fermentation reactor 10 separated from that of the enzymatic hydrolysis and a solid / liquid separation device 31 interposed between the said reactors 9 and 10;
• le flux comprenant l' éthanol et l'eau qui est recyclé est obtenu à partir d'une pulpe, produite par séparation solide/liquide de l'hydrolysat issu de l'étape d'hydrolyse, qui a subi une étape de fermentation éthylique des sucres en C6 et éventuellement en C5 contenus dans ladite pulpe.
En référence à la figure 2, on extrait du dispositif de séparation solide/liquide 31 un flux liquide 33 qui est envoyé dans le réacteur de fermentation 10 et une pulpe contenant un résidu solide imprégné d'un jus contenant des sucres en C6 et éventuellement en C5. La pulpe, par l'intermédiaire de la conduite 32, est envoyée dans un réacteur de fermentation 19 des hexoses et éventuellement des pentoses. The flow comprising the ethanol and the water which is recycled is obtained from a pulp, produced by solid / liquid separation of the hydrolyzate resulting from the hydrolysis step, which has undergone an ethyl fermentation step sugars C6 and optionally C5 contained in said pulp. With reference to FIG. 2, a liquid stream 33 which is sent into the fermentation reactor 10 and a pulp containing a solid residue impregnated with a juice containing C 6 sugars and optionally in the form of a pulp are extracted from the solid / liquid separation device 31. C5. The pulp, via line 32, is sent to a fermentation reactor 19 hexoses and possibly pentoses.
Le moût fermenté issu du réacteur de fermentation 19 qui comprend un vin éthylique en mélange avec le résidu solide, est transféré par la conduite 20 dans une unité de traitement 21 qui comprend un dispositif de séparation solide/liquide complété par des moyens de chauffe et/ou de vaporisation du vin éthylique obtenu après séparation solide/liquide du moût fermenté. Tout ou partie du vin éthylique chauffé, voire sous forme vapeur, est recyclé dans le réacteur de prétraitement 4 et/ou dans le réacteur de préparation de la biomasse 2 via la conduite 24, comme dans la mise en œuvre de la Figure 1. Le résidu solide extrait du moût fermenté est soit recyclé dans le procédé, soit évacué hors du procédé. The fermented must from fermentation reactor 19 which comprises an ethyl wine mixed with the solid residue, is transferred via line 20 to a treatment unit 21 which comprises a solid / liquid separation device supplemented by heating means and / or or vaporization of the ethyl wine obtained after solid / liquid separation of the fermented must. All or part of the heated ethyl wine, or even in vapor form, is recycled in the pre-treatment reactor 4 and / or in the reactor for preparing biomass 2 via line 24, as in the implementation of FIG. solid residue extracted from the fermented must is either recycled in the process or discharged out of the process.
Selon un mode alternatif du procédé selon la figure 2, la pulpe extraite de la conduite 32 est soumise à une étape de lavage puis de séparation solide/liquide afin de récupérer un jus contenant des hexoses (et éventuellement des pentoses) et un gâteau humide. Le gâteau humide est recyclé dans le procédé tandis que le jus sucré est envoyé dans le réacteur de fermentation 19 pour produire un vin éthylique. Ce dernier est ensuite recyclé dans le réacteur de prétraitement 4 et/ou dans le réacteur de préparation de la biomasse 2, éventuellement après traitement dans une unité 21 par exemple par un chauffage ou une vaporisation. According to an alternative method of the method according to Figure 2, the pulp extracted from the pipe 32 is subjected to a washing step and solid / liquid separation to recover a juice containing hexoses (and optionally pentoses) and a wet cake. The wet cake is recycled in the process while the sweet juice is sent to the fermentation reactor 19 to produce an ethyl wine. The latter is then recycled to the pre-treatment reactor 4 and / or to the biomass preparation reactor 2, possibly after treatment in a unit 21, for example by heating or vaporization.
Un troisième mode de réalisation est représenté à la figure 3. Cette variante se distingue de celle de la figure 2 de la manière suivante : A third embodiment is shown in FIG. 3. This variant differs from that of FIG. 2 in the following way:
• une unité de séparation solide/liquide 40 est disposée en aval de l'unité de conversion 8 ; A solid / liquid separation unit 40 is disposed downstream of the conversion unit 8;
• l'absence d'une unité supplémentaire de fermentation éthylique .
En référence à la figure 3, une fraction du moût fermenté extrait du réacteur de fermentation 10 (ou de l'unité de conversion 8 dans le cas où un procédé SSF est mis en œuvre) est envoyée dans l'unité de séparation solide/liquide 40. De l'unité de séparation solide/liquide 40 on sépare un gâteau imprégné d'un vin éthylique par la ligne 41 et une fraction liquide (ou vin éthylique) par la ligne 42. Le gâteau imprégné du vin éthylique est renvoyé dans l'unité de distillation 12 tandis que le vin éthylique est traité dans une unité de traitement 21 (par exemple une unité de vaporisation) avant d'être recyclé dans le réacteur de prétraitement 4 et/ou dans le réacteur de préparation de la biomasse 2, comme dans la mise en œuvre de la Figure 1. • the absence of an additional unit of ethyl fermentation. With reference to FIG. 3, a fraction of the fermented must extracted from the fermentation reactor 10 (or from the conversion unit 8 in the case where an SSF process is implemented) is sent to the solid / liquid separation unit. 40. From the solid / liquid separation unit 40 is separated a cake impregnated with an ethyl wine by the line 41 and a liquid fraction (or ethyl wine) by the line 42. The cake impregnated with ethyl wine is returned to the distillation unit 12 while the ethyl wine is treated in a treatment unit 21 (for example a vaporization unit) before being recycled in the pretreatment reactor 4 and / or in the reactor for preparing the biomass 2, as in the implementation of Figure 1.
Selon un mode alternatif de réalisation du procédé selon la figure 3, l'unité de séparation solide/liquide 40 est complétée par une unité de lavage du gâteau. Dans ce cas de figure, le moût fermenté est séparé en une fraction liquide (vin éthylique) et une fraction solide contenant un gâteau humide. La fraction liquide (ou vin éthylique) est envoyée vers l'unité d ' extraction/ séparation 12. Quant au gâteau humide (ou pulpe), il est lavé de manière à récupérer un jus de lavage contenant plus de 70% poids, de préférence plus de 85% poids de l'éthanol contenu dans le gâteau. La concentration en éthanol du jus de lavage est généralement inférieure ou égale à celle du liquide issu de la séparation solide/liquide. Le jus du lavage est chauffé ou vaporisé dans l'unité de traitement 21 avant d'être recyclé dans le réacteur de prétraitement 4 et/ou dans le réacteur de préparation de la biomasse 2, comme dans la mise en œuvre de la figure 1. Le résidu solide lavé peut être réintroduit dans le procédé, ou valorisé par exemple par combustion. According to an alternative embodiment of the method according to Figure 3, the solid / liquid separation unit 40 is completed by a cake washing unit. In this case, the fermented must is separated into a liquid fraction (ethyl wine) and a solid fraction containing a wet cake. The liquid fraction (or ethyl wine) is sent to the extraction / separation unit 12. As for the wet cake (or pulp), it is washed so as to recover a wash juice containing more than 70% by weight, preferably more than 85% by weight of the ethanol contained in the cake. The ethanol concentration of the wash juice is generally less than or equal to that of the liquid resulting from the solid / liquid separation. The wash juice is heated or vaporized in the treatment unit 21 before being recycled to the pre-treatment reactor 4 and / or to the biomass preparation reactor 2, as in the implementation of FIG. The washed solid residue can be reintroduced into the process, or recovered for example by combustion.
Sur la figure 4 est représenté un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce mode de réalisation se différencie de celui de la figure 1 par le fait que l'effluent issu du réacteur de prétraitement par explosion à la vapeur 4 est traité dans une unité 50 constitué d'une unité de séparation solide/liquide et de lavage de manière à séparer un gâteau humide lavé (ou pulpe) et un effluent
liquide contenant essentiellement des pentoses. La pulpe est envoyée dans l'unité de conversion 8 tandis que l'effluent liquide est amené grâce à la conduite 51 vers l'unité de fermentation 19. Cette étape de fermentation, à l'image du schéma de la figure 1 a pour but de transformer par fermentation les sucres solubilisés en éthanol, sucres, qui en fonction du végétal, seront le plus souvent des pentoses. Le vin éthylique, qui est soutiré du réacteur 19 par la ligne 20, est envoyé vers l'unité de traitement 21 afin par exemple de le vaporiser. La vapeur éthylique est extraite par la ligne 22 et toute ou partie de ladite vapeur est ensuite recyclée dans le réacteur de prétraitement 4 et/ou dans le réacteur de préparation de la biomasse 2, comme dans la mise en œuvre de la figure 1. FIG. 4 shows another embodiment of the method according to the invention. This embodiment differs from that of FIG. 1 in that the effluent from the steam explosion pre-treatment reactor 4 is treated in a unit 50 consisting of a solid / liquid separation and washing unit. separating a washed wet cake (or pulp) and an effluent liquid containing essentially pentoses. The pulp is sent to the conversion unit 8 while the liquid effluent is fed through line 51 to the fermentation unit 19. This fermentation step, like the diagram of FIG. to transform by fermentation solubilized sugars into ethanol, sugars, which depending on the plant, will most often be pentoses. The ethyl wine, which is withdrawn from the reactor 19 by the line 20, is sent to the processing unit 21 for example to vaporize it. The ethyl vapor is extracted via line 22 and all or part of said steam is then recycled to the pre-treatment reactor 4 and / or to the biomass preparation reactor 2, as in the implementation of FIG.
La figure 5 représente un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention qui combine les modes de réalisation des figures 1 et 2. Ce mode de réalisation met en œuvre une première étape de séparation solide/liquide directement après l'étape d'explosion à la vapeur et une seconde étape de séparation solide/liquide entre l'étape d'hydrolyse enzymatique et de fermentation éthylique. FIG. 5 represents another embodiment of the method according to the invention which combines the embodiments of FIGS. 1 and 2. This embodiment implements a first solid / liquid separation step directly after the explosion step. with steam and a second solid / liquid separation step between the enzymatic hydrolysis and ethyl fermentation step.
En référence à la figure 5, l'effluent issu du réacteur de prétraitement est envoyée dans un dispositif de séparation solide/liquide 6 d'où l'on extrait un gâteau humide par la ligne 7 et une fraction liquide contenant essentiellement des pentoses par la ligne 18. Comme dans le schéma de la figure 1, l'effluent liquide est traité dans une unité de fermentation éthylique 19 des pentoses en éthanol. L'effluent contenant de l' éthanol obtenu en sortie de l'unité de fermentation 19 est par exemple vaporisé dans l'unité de traitement 21 avant d'être recyclé dans le réacteur de préparation de la biomasse 2 et/ou dans le réacteur de prétraitement d'explosion à la vapeur 4. With reference to FIG. 5, the effluent from the pre-treatment reactor is sent to a solid / liquid separation device 6 from which a wet cake is extracted via line 7 and a liquid fraction containing essentially pentoses by the line 18. As in the scheme of Figure 1, the liquid effluent is treated in a ethyl fermentation unit 19 pentoses ethanol. The effluent containing ethanol obtained at the outlet of the fermentation unit 19 is, for example, vaporized in the processing unit 21 before being recycled to the reactor for preparing the biomass 2 and / or in the reactor of pretreatment of steam explosion 4.
Quant au gâteau humide extrait du dispositif de séparation solide/liquide 6, il est envoyé dans l'unité de conversion 8 qui comprend un réacteur d'hydrolyse enzymatique 9, un réacteur de fermentation 10 et un dispositif de séparation solide/liquide 31 disposé entre le réacteur d'hydrolyse 9 et le réacteur de fermentation 10.
L ' hydrolysat, issu du réacteur d'hydrolyse enzymatique, qui contient un solide imprégné d'un jus comprenant essentiellement des hexoses subi une étape de séparation solide/liquide au moyen du dispositif 31 afin d'extraire par la ligne 33 un effluent liquide refermant essentiellement des hexoses et, via la ligne 32, une pulpe contenant un résidu solide d'hydrolyse imprégné d'un jus d'hexoses (avec éventuellement des pentoses) . La pulpe imprégnée du jus d'hexoses est transférée dans une unité de fermentation 60 qui réalise principalement la conversion des hexoses en éthanol. Le moût fermenté issu de l'unité de fermentation 60 est ensuite envoyé dans une unité 62 qui comprend successivement un dispositif de séparation solide/liquide (éventuellement complété par des moyens de lavage) et des moyens de chauffage/évaporation du vin éthylique obtenu après séparation solide/liquide. Comme montré sur la figure 5, un gâteau solide est extrait par la ligne 63 tandis que tout ou partie du vin éthylique est recyclé dans le réacteur de préparation de la biomasse 2 et/ou dans le réacteur de prétraitement d'explosion à la vapeur 4. As for the wet cake extracted from the solid / liquid separation device 6, it is sent to the conversion unit 8 which comprises an enzymatic hydrolysis reactor 9, a fermentation reactor 10 and a solid / liquid separation device 31 disposed between the hydrolysis reactor 9 and the fermentation reactor 10. The hydrolyzate, derived from the enzymatic hydrolysis reactor, which contains a solid impregnated with a juice comprising essentially hexoses undergoes a solid / liquid separation step by means of the device 31 in order to extract via line 33 a liquid effluent closing off essentially hexoses and, via the line 32, a pulp containing a solid hydrolysis residue impregnated with hexose juice (with possibly pentoses). The pulp impregnated with hexose juice is transferred to a fermentation unit 60 which mainly converts hexoses to ethanol. The fermented must from the fermentation unit 60 is then sent to a unit 62 which successively comprises a solid / liquid separation device (optionally supplemented by washing means) and heating / evaporation means of the ethyl wine obtained after separation. solid / liquid. As shown in FIG. 5, a solid cake is extracted via line 63 while all or part of the ethyl wine is recycled to the biomass preparation reactor 2 and / or to the steam explosion pretreatment reactor 4 .
Selon un mode de réalisation alternatif du procédé décrit dans la figure 5, les flux 18 et 32 sont fermentés dans un même réacteur de fermentation éthylique. According to an alternative embodiment of the process described in FIG. 5, the streams 18 and 32 are fermented in the same ethyl fermentation reactor.
EXEMPLES EXAMPLES
Les exemples ci-après illustrent l'invention, sans en limiter la portée. Exemple 1 (non conforme à l'invention) The following examples illustrate the invention without limiting its scope. Example 1 (not according to the invention)
Dans cet exemple, on présente un procédé de production d' éthanol à partir de paille ayant les caractéristiques suivantes: In this example, a process for the production of ethanol from straw having the following characteristics is presented:
Charge: Paille de blé de composition moyenne : Load: Wheat straw of medium composition:
Débit de paille de blé: 123,32 tonnes/heure
Préparation de charge et prétraitement : Wheat straw flow: 123.32 tonnes / hour Charge preparation and pretreatment:
La paille est broyée sur une grille 50mm, puis imprégnée avec de l'acide sulfurique dilué à 0,8 g/L. L'imprégnation est suivie d'une séparation solide/liquide et la liqueur d'imprégnation est recyclée, la MS du solide en entrée du réacteur de prétraitement par explosion à la vapeur est de 30% poids. Le prétraitement par explosion à la vapeur est effectué à 202°C pendant 3 minutes, dans une configuration batch. Le milieu est brusquement détendu à une pression de 1,3 atm. La consommation de vapeur est de 123509 kWh par heure. 12,8% poids du mélange du réacteur d'explosion est récupéré en phase vapeur à la détente. The straw is crushed on a 50mm grid and then impregnated with sulfuric acid diluted to 0.8 g / L. The impregnation is followed by a solid / liquid separation and the impregnating liquor is recycled, the MS of the solid at the inlet of the steam explosion pre-treatment reactor is 30% by weight. The pretreatment by steam explosion is carried out at 202 ° C for 3 minutes, in a batch configuration. The medium is suddenly relaxed at a pressure of 1.3 atm. The steam consumption is 123509 kWh per hour. 12.8% weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion.
Conversion en éthanol : Conversion to ethanol:
L'effluent prétraité est envoyé vers un séparateur solide/liquide de manière à extraire un liquide comprenant 74% poids des pentoses. The pre-treated effluent is sent to a solid / liquid separator so as to extract a liquid comprising 74% by weight of the pentoses.
Le gâteau solide est envoyé dans un réacteur de SSF dont la concentration en solide à l'entrée du réacteur est de 10% et qui comprend des microorganismes de fermentation du genre Saccharomyces cerevisiae. Les conditions de mise en œuvre de l'hydrolyse et de la fermentation simultanées sont choisies pour obtenir un rendement de 33,8 g d'éthanol par 100 g de cellulose introduite. Les pentoses présents ne sont pas convertis par le microorganisme de fermentation choisi. The solid cake is sent to an SSF reactor whose solid concentration at the reactor inlet is 10% and which comprises fermentation microorganisms of the genus Saccharomyces cerevisiae. The conditions for carrying out the simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 33.8 g of ethanol per 100 g of cellulose introduced. The pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen.
A la sortie du réacteur de SSF, on récupère un moût fermenté qui comprend 15,8 g d ' éthanol/kg de moût fermenté. Ce moût fermenté est ensuite envoyé vers l'unité de séparation/récupération de 1 ' éthanol . At the outlet of the SSF reactor, a fermented must is recovered which comprises 15.8 g of ethanol / kg of fermented must. This fermented must is then sent to the ethanol separation / recovery unit.
Séparation et récupération de l' éthanol: Separation and recovery of ethanol:
La séparation de l' éthanol du moût fermenté se fait par distillation sur deux colonnes, la première en présence des solides. Un réseau d'échangeurs permet d'intégrer thermiquement le procédé de séparation, notamment en utilisant les condenseurs des deux colonnes pour le préchauffage du moût fermenté.
La première colonne consomme 52 200 kWh par heure au rebouilleur . The ethanol is separated from the fermented must by distillation on two columns, the first in the presence of solids. A network of heat exchangers makes it possible to thermally integrate the separation process, in particular by using the condensers of the two columns for preheating the fermented must. The first column consumes 52,200 kWh per hour to the reboiler.
Le rebouilleur de la seconde colonne est alimenté par un échangeur placé sur le flux de tête de la première colonne. Un échangeur de chaleur moût fermenté/vinasse permet de récupérer 36 900 kWh par heure des vinasses extraites de la première colonne. The reboiler of the second column is fed by an exchanger placed on the head flow of the first column. A fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 36,900 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
Un échangeur de chaleur disposé en amont de la première colonne et en aval de l' échangeur moût fermenté/vinasse permet de chauffer le moût fermenté à une température de 120°C, la consommation de cet échangeur est de 12515 kWh par heure. A heat exchanger disposed upstream of the first column and downstream of the fermented must / vinasse exchanger makes it possible to heat the fermented must at a temperature of 120 ° C., the consumption of this exchanger is 12515 kWh per hour.
Ainsi, la consommation énergétique nette de l'étape de récupération de l'éthanol est de 64715 kWh par heure, soit 16,55 MJ/kg d'éthanol extrait. Le rendement d'extraction est de 99,6%. Thus, the net energy consumption of the ethanol recovery step is 64715 kWh per hour, or 16.55 MJ / kg of ethanol extracted. The extraction yield is 99.6%.
Le procédé permet de produire annuellement 112630 tonnes d'éthanol avec une consommation spécifique de 48,13 MJ/kg d'éthanol pour les étapes de prétraitement et distillation. The process produces 112630 tonnes of ethanol annually with a specific consumption of 48.13 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages.
Exemple 2 (conforme à l'invention) Example 2 (in accordance with the invention)
Dans cet exemple, on présente un procédé de production d'éthanol à partir de paille avec les mêmes caractéristiques que l'exemple 1 en mettant en œuvre le mode de réalisation de la figure 3. Le débit de paille traité est le même que celui de l'exemple 1. In this example, we present a process for producing ethanol from straw with the same characteristics as Example 1 by implementing the embodiment of Figure 3. The treated straw flow is the same as that of Example 1
Conversion en éthanol : Conversion to ethanol:
L'effluent issu du prétraitement est envoyé vers un séparateur solide/liquide d'où l'on extrait un jus comprenant 74% des pentoses et un gâteau humide. Le gâteau humide est envoyé dans un réacteur de SSF dont la concentration en solide est de 10% poids et qui comprend des microorganismes de fermentation du genre Saccharomyces cerevisiae. Les conditions de mise en œuvre de l'hydrolyse et de la fermentation simultanées sont choisies pour obtenir un rendement de 33,8 g d'éthanol par 100 g de cellulose introduite. Les pentoses présents ne sont pas convertis par le microorganisme de fermentation choisi . The effluent resulting from the pretreatment is sent to a solid / liquid separator from which a juice comprising 74% of the pentoses and a wet cake is extracted. The wet cake is sent to an SSF reactor whose solid concentration is 10% by weight and which comprises fermentation microorganisms of the genus Saccharomyces cerevisiae. The conditions for carrying out the simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 33.8 g of ethanol per 100 g of cellulose introduced. The pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen.
A la sortie de cette étape de conversion SSF, une fraction du moût fermenté est, conformément à l'invention, envoyée vers la séparation solide/liquide d'où l'on extrait un gâteau humide et un
flux liquide contenant de 1 ' éthanol . Le gâteau solide est renvoyé vers l'unité de distillation de l' éthanol. Le flux liquide qui contient de l'eau et de l'éthanol (17,2 g/L) est intégralement envoyé vers un échangeur pour le vaporiser avant sa réintroduction dans le réacteur de prétraitement conformément à l'invention. At the end of this SSF conversion step, a fraction of the fermented must is, according to the invention, sent to the solid / liquid separation from which a wet cake and a cake are extracted. liquid stream containing ethanol. The solid cake is returned to the ethanol distillation unit. The liquid stream which contains water and ethanol (17.2 g / l) is completely sent to an exchanger to vaporize it before reintroduction into the pre-treatment reactor according to the invention.
Le titre en éthanol du moût fermenté qui est envoyé à la distillation est de 15,8 g d ' éthanol/kg de moût fermenté. The ethanol content of the fermented must which is sent for distillation is 15.8 g of ethanol / kg of fermented must.
Séparation et récupération de l'éthanol : Separation and recovery of ethanol:
La séparation se fait par distillation sur deux colonnes, la première distillation étant conduite en présence des solides. Un réseau d'échangeurs permet d'intégrer thermiquement le procédé de séparation, notamment en utilisant les condenseurs des deux colonnes pour la préchauffe du moût fermenté. La première colonne consomme 43160 kWh par heure au rebouilleur. Le rebouilleur de la seconde colonne est alimenté par un échangeur placé sur le flux de tête de la première colonne. Un échangeur de chaleur moût fermenté/vinasse permet de récupérer 28060 kWh par heure des vinasses extraites de la première colonne. The separation is done by distillation on two columns, the first distillation being conducted in the presence of solids. A network of heat exchangers makes it possible to integrate the separation process thermally, in particular by using the condensers of the two columns for the preheating of the fermented must. The first column consumes 43160 kWh per hour to the reboiler. The reboiler of the second column is fed by an exchanger placed on the head flow of the first column. A fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 28060 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
Le mélange comprenant le moût fermenté préchauffé et le flux vapeur contenant de l'éthanol issu de la détente du prétraitement est envoyé dans la première colonne de distillation. Ce mélange a une température de 130°C et une concentration en éthanol de 16,8 g d'éthanol/kg mélange. The mixture comprising the preheated fermented must and the ethanol-containing vapor stream resulting from the relaxation of the pretreatment is sent to the first distillation column. This mixture has a temperature of 130 ° C. and an ethanol concentration of 16.8 g of ethanol / kg mixture.
La consommation énergétique nette de l'étape de séparation/récupération de l'éthanol est de 43160 kWh par heure, soit 11,77 MJ/kg d' éthanol extrait, ce qui représente un gain de 29% sur la consommation spécifique de l'étape de séparation/récupération. Le rendement d'extraction est de 99,6%. The net energy consumption of the ethanol separation / recovery stage is 43160 kWh per hour, ie 11.77 MJ / kg of ethanol extracted, which represents a 29% increase in the specific consumption of the ethanol. separation / recovery step. The extraction yield is 99.6%.
Le procédé permet de produire annuellement 105610 tonnes d'éthanol pour une consommation spécifique de 45,45 MJ/kg d'éthanol pour les étapes de prétraitement et distillation. Par rapport à l'exemple 1, cela représente une perte en rendement en éthanol de 6% mais pour un gain énergétique de 12% sur l'ensemble de la chaîne, ce qui représente un gain énergétique rapporté à la tonne d'éthanol produit de 6%.
Mise en œuyre de l'invention : The process produces 105610 tonnes of ethanol per year for a specific consumption of 45.45 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages. Compared to Example 1, this represents a loss in ethanol yield of 6% but for a 12% energy gain over the entire chain, which represents an energy gain relative to the ton of ethanol produced from 6%. Embodiment of the invention:
A la sortie du réacteur de SSF, le moût fermenté est mélangé avec un flux venant du lavage du C02, puis 38% de ce flux est envoyé vers un séparateur solide/liquide, d'où l'on soutire une pulpe à 16,8% de MS et un flux liquide. Le flux liquide issu du séparateur solide/liquide a un débit de 158,3 tonnes/heure et une concentration en éthanol de 17,2 g/L. Ce flux est vaporisé à 17,5 bars et à une température de 310°C, puis injecté dans le réacteur d'explosion à la vapeur. Il n'y a pas d'ajout supplémentaire de vapeur dans ce réacteur. At the outlet of the SSF reactor, the fermented must is mixed with a stream coming from the washing of CO 2 , then 38% of this stream is sent to a solid / liquid separator, from which a pulp at 16 is withdrawn, 8% MS and a liquid flow. The liquid flow from the solid / liquid separator has a flow rate of 158.3 tons / hour and an ethanol concentration of 17.2 g / l. This stream is vaporized at 17.5 bar and at a temperature of 310 ° C., and then injected into the steam explosion reactor. There is no additional addition of steam in this reactor.
La consommation d'énergie pour vaporiser ce flux est de 123 500 kWh par heure. 12,8% poids du mélange du réacteur d'explosion à la vapeur est récupéré sous forme vapeur à la détente. The energy consumption to vaporize this flow is 123 500 kWh per hour. 12.8% by weight of the mixture of the steam explosion reactor is recovered in the form of vapor at the expansion.
Étant donné que l' éthanol est plus volatil que l'eau, le flux de vapeur s'enrichit en éthanol et contient 2,85% poids d'éthanol. L'effluent liquide qui est récupéré à l'issue du prétraitement contient 0,18% poids d'éthanol. Ainsi, 70% de 1 'éthanol injecté dans le réacteur de prétraitement est récupéré dans la phase vapeur en sortie de l'étape de prétraitement. Ce flux vapeur est directement mélangé avec le moût fermenté préchauffé juste avant la première colonne de distillation. Since ethanol is more volatile than water, the vapor stream is enriched with ethanol and contains 2.85% by weight of ethanol. The liquid effluent that is recovered after pretreatment contains 0.18% by weight of ethanol. Thus, 70% of the ethanol injected into the pretreatment reactor is recovered in the vapor phase at the outlet of the pretreatment stage. This vapor stream is directly mixed with the fermented wort preheated just before the first distillation column.
Exemple 3 (non conforme à l'invention) Example 3 (not in accordance with the invention)
Dans cet exemple, on présente un procédé de production d'éthanol à partir de peuplier avec les caractéristiques suivantes: In this example, a process for the production of ethanol from poplar with the following characteristics is presented:
Charge: Peuplier de composition moyenne Charge: Poplar of medium composition
Débit de peuplier: 100 tonnes/heure
Préparation de charge et prétraitement : Poplar flow rate: 100 tonnes / hour Charge preparation and pretreatment:
Le peuplier est réduit en copeaux, puis introduit dans un convoyeur à vis dans lequel sont successivement introduits de la vapeur basse pression pour chauffer le substrat à une température d'environ 80°C puis de l'acide H2S04 dilué, avec un ratio acide/peuplier de 0,03 g H2S04 par g MS . The poplar is reduced to chips and then introduced into a screw conveyor in which low pressure steam is successively introduced to heat the substrate to a temperature of about 80 ° C. and diluted H 2 SO 4 , with a acid / poplar ratio of 0.03 g H 2 S0 4 per g MS.
A la sortie du convoyeur, le mélange présentant un taux de MS de 45% est introduit dans un réacteur d'explosion à la vapeur en continu. Le prétraitement par explosion à la vapeur est effectué à 200 °C pendant 5 minutes. Le milieu est brusquement détendu à une pression de 1,3 atm. La consommation de vapeur est de 67000 kWh par heure, dont 64% est mise en œuvre pour le prétraitement par explosion à la vapeur. 12,1% en masse du mélange du réacteur d'explosion est récupéré en phase vapeur à la détente. At the outlet of the conveyor, the mixture having a DM level of 45% is introduced into a continuous steam explosion reactor. The pretreatment by steam explosion is carried out at 200 ° C for 5 minutes. The medium is suddenly relaxed at a pressure of 1.3 atm. The steam consumption is 67000 kWh per hour, of which 64% is used for pretreatment by steam explosion. 12.1% by weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion.
Conversion en éthanol : Conversion to ethanol:
Le substrat prétraité est envoyé dans un réacteur d'hydrolyse où sont introduites les enzymes et l'eau de dilution (80660 kg/h d'eau), puis le mélange est envoyé vers un réacteur de SSF où est introduit une levure du genre Saccharomyces cerevisiae . La concentration en solides à l'entrée du réacteur de SSF est de 21%. The pretreated substrate is sent to a hydrolysis reactor where the enzymes and the dilution water (80660 kg / h of water) are introduced, then the mixture is sent to an SSF reactor where a yeast of the genus Saccharomyces is introduced. cerevisiae. The solids concentration at the inlet of the SSF reactor is 21%.
Les conditions de mise en œuvre de l'hydrolyse et de la fermentation simultanées sont choisies pour obtenir un rendement de 20,2 g d' éthanol pour 100 g de substrat introduit (MS) . Les pentoses présents ne sont pas convertis par le microorganisme de fermentation choisi, par contre les hexoses issues de 1 ' hémicellulose, et notamment les mannoses sont convertis en éthanol. Le C02 extrait est lavé pour récupérer la fraction d'éthanol entraîné dans ce flux. Ainsi, le titre en éthanol du moût fermenté envoyé en distillation est de 59,1 g d'éthanol/kg de moût fermenté. The conditions for carrying out the simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 20.2 g of ethanol per 100 g of introduced substrate (MS). The pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen, in contrast hexoses from hemicellulose, and in particular the mannoses are converted into ethanol. The CO 2 extracted is washed to recover the fraction of ethanol entrained in this stream. Thus, the ethanol content of the fermented must sent for distillation is 59.1 g of ethanol / kg of fermented must.
Séparation et récupération de l' éthanol: Separation and recovery of ethanol:
La séparation de l' éthanol du moût fermenté se fait par distillation sur deux colonnes, la première en présence des solides. Un réseau d'échangeurs permet d'intégrer thermiquement le procédé de séparation, avec notamment les condenseurs des deux colonnes qui
servent pour la préchauffe du vin. La première colonne consomme 26475 kWh par heure au rebouilleur. Le rebouilleur de la seconde colonne est alimenté par une partie du condenseur de la première colonne. Un échangeur de chaleur moût fermenté/vinasse permet de récupérer 9875 kWh par heure des vinasses extraites de la première colonne. Un échangeur de chaleur disposé en amont de la première colonne et en aval de l' échangeur moût fermenté/vinasse permet de chauffer le moût fermenté à 120 °C, la consommation de cet échangeur est de 5475 kWh par heure. Ainsi, la consommation nette de l'étape de récupération de l'éthanol est de 31950 kWh par heure, soit 5,71 MJ/kg d'éthanol extrait. Le rendement d'extraction est de 99,6% . The ethanol is separated from the fermented must by distillation on two columns, the first in the presence of solids. A network of heat exchangers makes it possible to integrate the separation process thermally, in particular with the condensers of the two columns which serve for preheating the wine. The first column consumes 26475 kWh per hour to the reboiler. The reboiler of the second column is fed by a portion of the condenser of the first column. A fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 9875 kWh per hour of vinasse extracted from the first column. A heat exchanger disposed upstream of the first column and downstream of the fermented must / vinasse exchanger makes it possible to heat the fermented must at 120 ° C., the consumption of this exchanger is 5475 kWh per hour. Thus, the net consumption of the ethanol recovery step is 31950 kWh per hour, or 5.71 MJ / kg of ethanol extracted. The extraction yield is 99.6%.
Le procédé permet de produire annuellement 161160 tonnes d'éthanol avec une consommation spécifique de 17,68 MJ/kg d'éthanol pour les étapes de prétraitement et distillation. The process produces 161160 tonnes of ethanol annually with a specific consumption of 17.68 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages.
Exemple 4 (conforme à l'invention) Example 4 (in accordance with the invention)
Dans cet exemple, on présente un procédé de production d'éthanol à partir de peuplier avec les mêmes caractéristiques que l'exemple 3, en mettant en œuvre le mode de réalisation de la figure 3. Le débit de peuplier traité est identique à celui de l'exemple 3. In this example, a process is described for producing ethanol from poplar with the same characteristics as Example 3, by implementing the embodiment of FIG. 3. The rate of treated poplar is identical to that of Example 3
Conversion en éthanol : Conversion to ethanol:
Le substrat prétraité est envoyé dans un réacteur de pré- hydrolyse où sont introduites les enzymes et l'eau de dilution (80025 kg/h d'eau), puis le mélange est envoyé vers un réacteur de SSF en présence de la levure Saccharomyces cerevisiae . La concentration en solide à l'entrée du réacteur de SSF est de 21%. Les conditions de mise en œuvre de l'hydrolyse et de la fermentation simultanées sont réglées pour obtenir un rendement de 20,2 g d'éthanol par g de substrat introduit (MS). Les pentoses présents ne sont pas convertis par le microorganisme de fermentation choisi, par contre les hexoses issues de 1 ' hémicellulose, et notamment les mannoses sont convertis en éthanol. Le C02 extrait est lavé pour récupérer la fraction d'éthanol entraîné dans ce flux. Ainsi, le titre en éthanol du moût fermenté envoyé en distillation est de 60,7 g d' éthanol/kg de moût fermenté.
Mise en œuyre de l'invention : The pretreated substrate is sent to a pre-hydrolysis reactor where the enzymes and the dilution water (80025 kg / h of water) are introduced, and then the mixture is sent to an SSF reactor in the presence of the yeast Saccharomyces cerevisiae. . The solid concentration at the inlet of the SSF reactor is 21%. The conditions of implementation of the simultaneous hydrolysis and fermentation are adjusted to obtain a yield of 20.2 g of ethanol per g of introduced substrate (MS). The pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen, in contrast hexoses from hemicellulose, and in particular the mannoses are converted into ethanol. The CO 2 extracted is washed to recover the fraction of ethanol entrained in this stream. Thus, the ethanol content of the fermented must sent for distillation is 60.7 g of ethanol / kg of fermented must. Embodiment of the invention:
A la sortie du réacteur de SSF, le moût fermenté est mélangé avec le flux venant du lavage du C02. 36% poids de ce mélange est envoyé vers un séparateur solide/liquide qui produit un gâteau à 36% de MS . Un effluent liquide est également soutiré du séparateur solide/liquide avec un débit de 52,5 tonnes/heure et présente une concentration en éthanol de 72,0 g/kg. Cet effluent liquide est vaporisé à 17,5 bars et chauffé jusqu'à 320°C, puis injecté dans le réacteur d'explosion à la vapeur. Il n'y a pas d'ajout supplémentaire de vapeur dans ce réacteur. La consommation d'énergie pour vaporiser ce flux est de 38142 kWh par heure. 12,5% poids du mélange du réacteur d'explosion est récupéré en phase vapeur à la détente. Le flux de vapeur s'est enrichi en éthanol et contient 8,07% poids d'éthanol. Le substrat prétraité contient un résidu d'éthanol d'environ 0,44% en poids. Ainsi, 71% poids de l'éthanol injecté dans le réacteur de prétraitement est récupéré dans la phase vapeur en sortie de prétraitement. Ce flux vapeur est recomprimé à 3 bars et mélangé avec le moût fermenté préchauffé juste avant la première colonne de distillation. At the outlet of the SSF reactor, the fermented must is mixed with the flow coming from the washing of CO 2 . 36% by weight of this mixture is sent to a solid / liquid separator which produces a cake containing 36% DM. Liquid effluent is also withdrawn from the solid / liquid separator at a flow rate of 52.5 tons / hour and has an ethanol concentration of 72.0 g / kg. This liquid effluent is vaporized at 17.5 bar and heated to 320 ° C. and then injected into the steam explosion reactor. There is no additional addition of steam in this reactor. The energy consumption to vaporize this flow is 38142 kWh per hour. 12.5% weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion. The vapor stream was enriched in ethanol and contained 8.07% by weight of ethanol. The pretreated substrate contains an ethanol residue of about 0.44% by weight. Thus, 71% by weight of the ethanol injected into the pre-treatment reactor is recovered in the vapor phase at the pre-treatment outlet. This vapor stream is recompressed at 3 bars and mixed with the preheated fermented wort just before the first distillation column.
Séparation et récupération de l'éthanol : Separation and recovery of ethanol:
La séparation de l'éthanol du moût fermenté se fait par distillation sur deux colonnes, la première en présence des solides. Un réseau d'échangeurs permet d'intégrer thermiquement le procédé de séparation, notamment en utilisant le condenseur de la seconde colonne pour la préchauffage du moût fermenté. The ethanol is separated from the fermented must by distillation on two columns, the first in the presence of solids. A network of heat exchangers makes it possible to thermally integrate the separation process, in particular by using the condenser of the second column for preheating the fermented must.
Le condenseur de la première colonne sert uniquement à chauffer le rebouilleur de la seconde colonne. La première colonne consomme 20480 kWh par heure au rebouilleur. Un échangeur de chaleur moût fermenté/vinasses permet de récupérer 8750 kWh par heure des vinasses extraites de la première colonne. The condenser of the first column serves only to heat the reboiler of the second column. The first column consumes 20480 kWh per hour to the reboiler. A fermented must / vinasse heat exchanger makes it possible to recover 8750 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
Le mélange comprenant le moût fermenté préchauffé et le flux vapeur contenant de l'éthanol issu de la détente du prétraitement est envoyé dans la première colonne de distillation. Ce mélange a typiquement une température de 128 °C et une concentration en éthanol de 62,5 g d'éthanol/kg mélange.
Ainsi, la consommation nette de l'étape de récupération de l'éthanol est de 20 480 kWh par heure, soit 3,66 MJ / kg d'éthanol extrait, ce qui représente un gain de 36% sur la consommation spécifique de l'étape de séparation. Le rendement d'extraction est de 99,6%. The mixture comprising the preheated fermented must and the ethanol-containing vapor stream resulting from the relaxation of the pretreatment is sent to the first distillation column. This mixture typically has a temperature of 128 ° C and an ethanol concentration of 62.5 g ethanol / kg mixture. Thus, the net consumption of the ethanol recovery stage is 20 480 kWh per hour, or 3.66 MJ / kg of ethanol extracted, which represents a 36% gain on the specific consumption of the ethanol. separation step. The extraction yield is 99.6%.
Le procédé permet de produire annuellement 161160 tonnes d'éthanol, et a une consommation spécifique de 14,80 MJ/kg d'éthanol pour les étapes de prétraitement et de distillation. Cela représente un gain énergétique rapporté à la tonne d'éthanol produit de 16,3% et avec un rendement en éthanol qui est conservé. The process produces 161160 tonnes of ethanol annually and has a specific consumption of 14.80 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages. This represents an energy gain per ton of ethanol produced of 16.3% and with a yield of ethanol that is preserved.
Exemple 5 (conforme à l'invention) Example 5 (in accordance with the invention)
Dans cet exemple, on présente un procédé de production d'éthanol à partir de peuplier avec les mêmes caractéristiques que l'exemple 3, en mettant en œuvre le mode de réalisation de la figure 3. Le débit de peuplier traité est celui de l'exemple 3. In this example, a process is described for producing ethanol from poplar with the same characteristics as in Example 3, by implementing the embodiment of FIG. 3. The flow rate of treated poplar is that of the example 3.
Conversion en éthanol : Conversion to ethanol:
Le substrat prétraité est envoyé dans un réacteur de préhydrolyse où sont introduites les enzymes et l'eau de dilution (80025 kg/h d'eau), puis le mélange est envoyé vers un réacteur de SSF où est introduite la levure Saccharomyces cerevisiae . La concentration en solides à l'entrée du réacteur de SSF est de 21%. Les conditions de mise en œuvre de l'hydrolyse et de la fermentation simultanées sont choisies pour obtenir un rendement de 20,2 g d'éthanol par 100 g de substrat introduit (MS) . Les pentoses présents ne sont pas convertis par le microorganisme de fermentation choisi, par contre les hexoses issues de 1 ' hémicellulose, et notamment les mannoses sont convertis en éthanol. Le C02 extrait est lavé pour récupérer la fraction d'éthanol entraîné dans ce flux. Ainsi, le titre en éthanol du moût fermenté envoyé en distillation est de 60,7 g d'éthanol/kg de moût fermenté. Mise en œuyre de l'invention : The pretreated substrate is sent to a prehydrolysis reactor where the enzymes and the dilution water (80025 kg / h of water) are introduced and the mixture is then sent to an SSF reactor where the yeast Saccharomyces cerevisiae is introduced. The solids concentration at the inlet of the SSF reactor is 21%. The conditions for carrying out simultaneous hydrolysis and fermentation are chosen to obtain a yield of 20.2 g of ethanol per 100 g of introduced substrate (MS). The pentoses present are not converted by the fermentation microorganism chosen, in contrast hexoses from hemicellulose, and in particular the mannoses are converted into ethanol. The CO 2 extracted is washed to recover the fraction of ethanol entrained in this stream. Thus, the ethanol content of the fermented must sent for distillation is 60.7 g of ethanol / kg of fermented must. Embodiment of the invention:
A la sortie du réacteur de SSF, le moût fermenté est mélangé avec le flux venant du lavage du C02.
36% de ce mélange est envoyé vers un séparateur solide/liquide, qui permet de sortir un gâteau à 36% de MS . L'effluent liquide est soutiré du séparateur solide/liquide à un débit de 52,5 tonnes/heure et présente une concentration en éthanol de 72,0 g/L. Cet effluent est chauffé à 105°C grâce à un échange de chaleur couplé avec le condenseur de la première colonne de distillation. L'effluent est ensuite vaporisé à 17,5 bars et surchauffé jusqu'à 320°C. La vapeur est ensuite injectée dans le réacteur d'explosion à la vapeur. Il n'y a pas d'ajout supplémentaire de vapeur dans ce réacteur. La consommation d'énergie pour vaporiser ce flux est de 34170 kWh par heure. 12,5% poids du mélange du réacteur d'explosion est récupéré en phase vapeur à la détente. Le flux de vapeur s'est enrichi en éthanol et contient 8,07% en poids d'éthanol. Le substrat prétraité issu du traitement contient un résidu d'éthanol de l'ordre de 0,44% en poids. Ainsi, 71% de l' éthanol injecté dans le réacteur de prétraitement est récupéré dans la phase vapeur en sortie de prétraitement. Ce flux vapeur est recomprimé à 3 bars et directement mélangé avec le moût fermenté préchauffé juste avant la première colonne de distillation. At the outlet of the SSF reactor, the fermented must is mixed with the flow coming from the washing of CO 2 . 36% of this mixture is sent to a solid / liquid separator, which allows to release a cake with 36% of MS. The liquid effluent is withdrawn from the solid / liquid separator at a flow rate of 52.5 tons / hour and has an ethanol concentration of 72.0 g / l. This effluent is heated to 105 ° C by heat exchange coupled with the condenser of the first distillation column. The effluent is then vaporized at 17.5 bar and superheated to 320 ° C. The steam is then injected into the steam explosion reactor. There is no additional addition of steam in this reactor. The energy consumption to vaporize this flow is 34170 kWh per hour. 12.5% weight of the mixture of the explosion reactor is recovered in the vapor phase at the expansion. The vapor stream was enriched in ethanol and contained 8.07% by weight of ethanol. The pretreated substrate resulting from the treatment contains an ethanol residue of the order of 0.44% by weight. Thus, 71% of the ethanol injected into the pre-treatment reactor is recovered in the vapor phase at the pre-treatment outlet. This vapor stream is recompressed at 3 bar and directly mixed with the fermented wort preheated just before the first distillation column.
Séparation et récupération de l' éthanol : Separation and recovery of ethanol:
La séparation se fait par distillation sur deux colonnes, la première en présence des solides. Un réseau d'échangeurs permet d'intégrer thermiquement le procédé de séparation, notamment en utilisant le condenseur de la seconde colonne pour la préchauffage du moût fermenté. The separation is by distillation on two columns, the first in the presence of solids. A network of heat exchangers makes it possible to thermally integrate the separation process, in particular by using the condenser of the second column for preheating the fermented must.
L'exemple 5 se différencie de l'exemple 4 par le fait que le condenseur de la première colonne sert à chauffer le rebouilleur de la seconde colonne ainsi qu'à préchauffer le flux d'éthanol recyclé au prétraitement. La première colonne consomme 19900 kWh par heure au rebouilleur. Un échangeur de chaleur moût fermenté/vinasses permet ainsi de récupérer 8720 kWh par heure des vinasses extraites de la première colonne. Example 5 differs from Example 4 in that the condenser of the first column serves to heat the reboiler of the second column and to preheat the flow of recycled ethanol pretreatment. The first column consumes 19900 kWh per hour to the reboiler. A fermented must / vinasses heat exchanger thus makes it possible to recover 8720 kWh per hour of vinasse extracted from the first column.
Le mélange composé du moût fermenté préchauffé et du flux vapeur contenant de l' éthanol issu de la détente du prétraitement est envoyé vers la première colonne de distillation. Ce mélange a
une température de 128 °C et une concentration en éthanol de 62,5 g d ' éthanol/kg de mélange. The mixture composed of the preheated fermented wort and the ethanol-containing vapor stream resulting from the relaxation of the pretreatment is sent to the first distillation column. This mixture has a temperature of 128 ° C. and an ethanol concentration of 62.5 g of ethanol / kg of mixture.
La consommation nette de l'étape de récupération de l' éthanol est de 19900 kWh par heure, soit 3,55 MJ/kg d'éthanol extrait, ce qui représente un gain de 38% sur la consommation spécifique de l'étape de séparation. Le rendement d'extraction est de 99,6%. The net consumption of the ethanol recovery step is 19900 kWh per hour, ie 3.55 MJ / kg of ethanol extracted, which represents a 38% gain on the specific consumption of the separation step. . The extraction yield is 99.6%.
Le procédé permet de produire annuellement 161160 tonnes d'éthanol, et a une consommation spécifique de 13,98 MJ/kg d'éthanol pour les étapes de prétraitement et distillation. Cela représente un gain énergétique rapporté à la tonne d'éthanol produit de 20,9% et pour un rendement en éthanol qui est conservé. The process produces 161160 tonnes of ethanol annually and has a specific consumption of 13.98 MJ / kg of ethanol for the pretreatment and distillation stages. This represents an energy gain per ton of ethanol produced of 20.9% and for a yield of ethanol that is conserved.
Grâce au procédé selon l'invention, l'économie réalisée sur l'unique étape d'extraction est substantielle. Comme montré dans les exemples suivants, elle peut atteindre jusqu'à 50 % sur l'étape d'extraction, et jusqu'à 40% sur la consommation globale extraction et prétraitement. Thanks to the method according to the invention, the economy achieved on the single extraction step is substantial. As shown in the following examples, it can reach up to 50% on the extraction step, and up to 40% on the overall extraction and pretreatment consumption.
Les différents modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être combinées entre eux dans la mesure où le procédé met en œuvre un recyclage d'un flux aqueux contenant de l'éthanol qui est issu d'un flux interne au procédé.
The various embodiments described above can be combined with each other insofar as the process involves recycling an aqueous stream containing ethanol that is derived from a flow internal to the process.
Claims
1. Procédé de production d'éthanol à partir de biomasse comprenant au moins les étapes suivantes : A process for producing ethanol from biomass comprising at least the following steps:
a) on prétraite dans un réacteur de prétraitement la biomasse par explosion à la vapeur de manière à fournir un effluent contenant un substrat prétraité; a) pretreating the biomass by steam explosion in a pretreatment reactor to provide an effluent containing a pretreated substrate;
b) on effectue une hydrolyse enzymatique du substrat prétraité contenu dans l'effluent issu de l'étape a) en présence d'enzymes cellulolytiques et/ou hémicellulolytiques de manière à produire un hydrolysat contenant des sucres solubilisés; b) the enzymatic hydrolysis of the pretreated substrate contained in the effluent resulting from step a) is carried out in the presence of cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes so as to produce a hydrolyzate containing solubilized sugars;
c) on effectue une fermentation éthylique des sucres solubilisés contenus dans l' hydrolysat issu de l'étape b) , en présence d'un microorganisme alcooligène de sorte à produire un effluent fermenté contenant de l'éthanol; d) on effectue une étape d'extraction de l'éthanol de l'effluent fermenté issu de l'étape c), c) the solubilized sugars contained in the hydrolyzate from step b) are fermented in ethyl in the presence of an alcoholic microorganism so as to produce a fermented effluent containing ethanol; d) a step is carried out for extracting ethanol from the fermented effluent from step c),
caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une étape e) dans laquelle on recycle, en amont du ou dans le réacteur de prétraitement, au moins un flux interne aqueux comprenant de l'éthanol issu d'une fermentation éthylique, de sorte à récupérer en sortie dudit réacteur de prétraitement un effluent en phase vapeur contenant de l'éthanol. characterized in that the process further comprises a step e) in which at least one aqueous internal stream comprising ethanol from an ethyl fermentation is recycled upstream of or into the pretreatment reactor, so as to recover at the outlet of said pretreatment reactor a vapor phase effluent containing ethanol.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel : The method of claim 1, wherein:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie d'une vinasse produite à l'étape d) de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des pentoses; et a solid / liquid separation of at least a portion of a vinasse produced in step d) is carried out so as to recover a liquid fraction containing pentoses; and
- on effectue une fermentation éthylique des pentoses de la fraction liquide de sorte à fournir ledit flux interne comprenant de 1 ' éthanol . - Ethyl fermentation of the pentoses of the liquid fraction is carried out so as to provide said internal flow comprising ethanol.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel :
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'effluent issu de l'étape a) de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des sucres solubilisés; et 3. Method according to one of the preceding claims, wherein: - Solid / liquid separation of at least a portion of the effluent from step a) is carried out so as to recover a liquid fraction containing solubilized sugars; and
- on effectue une fermentation éthylique des sucres de la fraction liquide de sorte à fournir ledit flux interne comprenant de an ethyl fermentation of the sugars of the liquid fraction is carried out so as to provide said internal flow comprising
1 ' éthanol . Ethanol.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite fraction liquide comprend des hexoses et/ou des pentoses. The method of claim 3, wherein said liquid fraction comprises hexoses and / or pentoses.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel : The method of claim 1, wherein:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'effluent obtenu à l'étape a) de sorte à récupérer une pulpe; - Solid / liquid separation of at least a portion of the effluent obtained in step a) to recover a pulp;
- on effectue un lavage de ladite pulpe de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des sucres solubilisés; washing said pulp so as to recover a liquid fraction containing solubilized sugars;
- on effectue une fermentation éthylique des sucres solubilisés contenus dans la fraction liquide de sorte à fournir ledit le flux interne de l' éthanol. an ethyl fermentation is carried out of the solubilized sugars contained in the liquid fraction so as to supply the internal flow of the ethanol.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le flux interne contenant de l' éthanol est issu d'au moins une partie du moût fermenté produit à l'étape c) . 6. The method of claim 1, wherein the internal flow containing ethanol is derived from at least a portion of the fermented mash produced in step c).
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le flux interne est une fraction liquide obtenue après séparation solide/liquide d'au moins une partie du moût fermenté produit à l'étape c) . 7. The method of claim 6, wherein the internal flow is a liquid fraction obtained after solid / liquid separation of at least a portion of the fermented must produced in step c).
8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le flux interne est une fraction liquide obtenue après lavage d'un gâteau obtenu par séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'effluent fermenté obtenu à l'étape c) . 8. The method of claim 6, wherein the internal flow is a liquid fraction obtained after washing a cake obtained by solid / liquid separation of at least a portion of the fermented effluent obtained in step c).
9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel: The method of claim 1, wherein:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'hydrolysat obtenu à l'étape b) de sorte à récupérer une pulpe contenant des hexoses et éventuellement des pentoses; - Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is carried out so as to recover a pulp containing hexoses and optionally pentoses;
- on effectue une fermentation éthylique des hexoses et éventuellement des pentoses contenus dans la pulpe de sorte à fournir ledit le flux interne comprenant de l' éthanol.
- Ethyl fermentation is carried out hexoses and optionally pentoses contained in the pulp so as to provide said inner flow comprising ethanol.
10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel: The method of claim 1, wherein:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'hydrolysat obtenu à l'étape b) de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des hexoses et éventuellement des pentoses; - Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is carried out so as to recover a liquid fraction containing hexoses and optionally pentoses;
- on effectue une fermentation éthylique des hexoses et éventuellement des pentoses contenus dans la fraction liquide de sorte à fournir ledit le flux interne comprenant de l'éthanol. - Ethyl fermentation of the hexoses and optionally pentoses contained in the liquid fraction to provide said internal flow comprising ethanol.
11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel: The method of claim 1, wherein:
- on effectue une séparation solide/liquide d'au moins une partie de l'hydrolysat obtenu à l'étape b) de sorte à récupérer une pulpe; - Solid / liquid separation of at least a portion of the hydrolyzate obtained in step b) is performed so as to recover a pulp;
- on effectue un lavage de la pulpe de sorte à récupérer une fraction liquide contenant des hexoses et éventuellement des pentoses ; the pulp is washed so as to recover a liquid fraction containing hexoses and possibly pentoses;
- on effectue une fermentation éthylique des hexoses et éventuellement des pentoses contenus dans la fraction liquide de sorte à fournir ledit le flux interne comprenant de l'éthanol. - Ethyl fermentation of the hexoses and optionally pentoses contained in the liquid fraction to provide said internal flow comprising ethanol.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les étapes b) et c) sont réalisées dans un même réacteur. 12. Method according to one of claims 1 to 8, wherein steps b) and c) are carried out in the same reactor.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le flux interne contenant de l'éthanol est vaporisé avant l'étape de recyclage e ) . 13. Method according to one of the preceding claims, wherein the internal flow containing ethanol is vaporized before the recycling step e).
14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les enzymes cellulolytiques et/ou hemicellulolytiques sont produites par un microorganisme appartenant aux genres Trichoderma, Aspergillus, Pénicillium ou Schizophyllum, ou une bactérie anaérobie appartenant au genre Clostridium. 14. Method according to one of the preceding claims, wherein the cellulolytic and / or hemicellulolytic enzymes are produced by a microorganism belonging to the genera Trichoderma, Aspergillus, Penicillium or Schizophyllum, or an anaerobic bacterium belonging to the genus Clostridium.
15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape c) est réalisée en présence d'un microorganisme sélectionné parmi les genres Saccharomyces cerevisiae Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragilis et Zymomonas mobilis .
15. Method according to one of the preceding claims, wherein step c) is carried out in the presence of a microorganism selected from the genera Saccharomyces cerevisiae Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragilis and Zymomonas mobilis.
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