Способ разделения кислоты и сахаров

1 Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к способам отделения кислоты от сахаров, получаемых при кислотном гидролизе целлюлозного и/или гемицеллюлозного материала. Данное изобретение далее касается способа удаления тяжелых металлов, связанных с растворами кислоты/сахара,которые получают из городских твердых отходов (ГТО) или осадка нечистот, которые могут содержать целлюлозные и/или гемицеллюлозные материалы. Предшествующий уровень техники В патенте США 5580389 раскрывают способы разделения кислот и сахаров, полученных в результате гидролиза сильной кислотой биомассы, содержащей целлюлозу и гемицеллюлозу. Целлюлозу и гемицеллюлозу сначала декристаллизуют, а затем гидролизуют с получением гидролизата, содержащего как сахара,так и кислоту. Диоксид кремния, присутствующий в биомассе, может быть затем удален для дальнейшей обработки. Оставшиеся твердые материалы затем подвергают второй декристаллизации и гидролизу с целью оптимизации выхода сахаров. Описан также способ отделения сахаров от кислоты в гидролизате. Полученный поток сахаров, содержащий как гексозы, так и пентозы, затем может быть подвергнут ферментации. В частности, способ выделения сахаров из гидролизата включает применение устройства для разделения с использованием смолы, в котором сахара адсорбируют на сильнокислотной смоле. Затем к смоле добавляют жидкости и получают поток кислоты, содержащий менее чем 2% сахара. В патентах США 5407580 и 5538637 раскрывают способ отделения ионного компонента, такого как кислота, от неионного компонента, такого как сахар, в полярных растворах с использованием ионовытеснительной технологии. В частности, способы включают регулирование дисперсии, вызываемой усадкой смолы под действием кислоты в ионообменных колоннах. В непрерывном способе используют кислую смолу, которая контактирует с кислотносахарным раствором, вследствие чего первая фракция является обогащенной фракцией кислоты, а последующие фракции являются обогащенными фракциями сахара. В патентах США 5407817 и 5571703 раскрывают способы обработки городских твердых отходов с целью выделения материалов, которые могут быть вторично использованы, и получения этанола из целлюлозного компонента. Одной специфической проблемой, касающейся городских твердых отходов, является компонент тяжелых металлов, который может ингибировать ферментацию сахаров дрожжами или другим ферментирующим микроорганизмом. Согласно данным патентам, тяжелые металлы могут быть удалены любым из двух раз 002483 2 личных способов. В процессе, предусматривающем "лобовое решение" проблемы, тяжелые металлы удаляют обработкой измельченного целлюлозного компонента разбавленной серной кислотой при приблизительно 40-100 С с целью солюбилизации практически всех тяжелых металлов. Затем нерастворимый компонент реакционной смеси, содержащий целлюлозу, может быть выделен и обработан с получением этанола. В способе, предусматривающем непрямое решение проблемы, измельченный целлюлозный компонент сразу гидролизуют концентрированной серной кислотой. После разбавления водой и обработки при повышенных температурах удаляют нерастворимый лигнин. Было показано, что тяжелые металлы связаны с нерастворимым лигнином, что позволяет удалить тяжелые металлы из раствора, содержащего сахар. В патенте США 5651895 описывают способы удаления тяжелых металлов из определенных сточных вод путем добавления соли железа, а затем основания для повышения рН до уровня приблизительно 8-10. Поскольку добавляют основание, образуется осадок, содержащий тяжелые металлы, который затем удаляют стандартными способами фильтрации. Процесс может быть осуществлен в непрерывном или периодическом вариантах. Сущность изобретения Изобретение относится к способу разделения кислоты и сахаров, полученных из жидкостей, являющихся результатом кислотного гидролиза, по меньшей мере, одного из целлюлозных или гемицеллюлозных материалов, предусматривающему добавление жидкостей в устройство для разделения, содержащее слой материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии, при этом кислота адсорбируется на хроматографическом материале, образуя,таким образом, серию первых фракций, содержащих растворы сахаров, и последующую серию фракций, содержащих растворы кислоты. Данное изобретение представляет важное новое направление по сравнению с предшествующим уровнем техники, в котором использовали катионную смолу для адсорбции сахара. В данном варианте осуществления, соответствующем предшествующему уровню техники,сахар обрабатывали как "продукт" разделения и получали с относительно высокой чистотой по сравнению с кислотой, которую в первую очередь элюировали со смолы. Фракции кислоты почти не содержали примеси или никакого фракционирования кислоты не происходило. Напротив, согласно данному изобретению кислоту адсорбируют на слое материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии, в результате чего кислота элюируется после того, как сахар элюировался из слоя. Таким образом, согласно данному изобретению кислоту обрабатывают как продукт разделения и получают с более высокой чистотой и в более вы 3 сокой концентрации по сравнению с результатами использования катионной смолы. Поскольку концентрировать кислоту значительно дороже (для повторного использования в процессе) по сравнению с сахаром (для ферментации), применение материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии приводит к существенной экономии затрат в плане энергетических потребностей и капитальных затрат по сравнению с использованием катионной смолы. Поскольку сахар не задерживается на материале для анионообменной или вытеснительной хроматографии, он элюируется первым и содержит примеси некоторого количества кислоты и тяжелых металлов. Примеси тяжелых металлов могут стать существенными, когда целлюлозный и/или гемицеллюлозный материал получают из ГТО. В данном варианте осуществления остаточная кислота и тяжелые металлы могут быть удалены из объединенных фракций сахара посредством обработки известью, которая как нейтрализует остаточную кислоту, так и осаждает тяжелые металлы с образованием гипса, содержащего тяжелые металлы. Таким образом изобретение касается также способа разделения кислоты и сахаров, полученных из жидкости, являющейся результатом кислотного гидролиза целлюлозных и/или гемицеллюлозных материалов, и удаления остаточной кислоты и тяжелых металлов из полученного раствора сахаров, который предусматривает(a) введение жидкостей в устройство для разделения, содержащее слой материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии, в котором кислота адсорбируется на хроматографическом материале, образуя, таким образом, серию первых фракций, содержащих растворы сахаров, и серию последующих фракций, содержащих растворы кислоты, и(b) обработку растворов сахаров известью для нейтрализации любой остаточной кислоты и осаждения тяжелых металлов, которые могут присутствовать в объединенных растворах сахаров. Изобретение также касается способа разделения кислоты и сахаров, полученных из жидкостей, являющихся результатом кислотного гидролиза целлюлозных и/или гемицеллюлозных материалов и удаления остаточной кислоты и тяжелых металлов из полученного раствора сахаров, который предусматривает(a) введение жидкостей в устройство для разделения, содержащее слой материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии, в котором кислота адсорбируется на хроматографическом материале, образуя, таким образом, серию первых фракций, содержащих растворы сахаров, и серию последующих фракций, содержащих растворы кислоты;(с) обработку объединенных растворов сахаров известью для нейтрализации любой остаточной кислоты и осаждения тяжелых металлов,которые могут присутствовать в объединенных растворах сахаров. Данное изобретение обеспечивает непрерывное удаление тяжелых металлов. Тяжелые металлы загрязняют фракции как кислоты, так и сахаров. Таким образом, фракция тяжелых металлов содержится во фракциях кислоты, которые объединяют, концентрируют и используют повторно. При повторном использовании кислоты и удалении фракции тяжелых металлов из объединенных растворов сахаров будет достигаться стабильный уровень концентрации тяжелых металлов в объединенных растворах сахаров. Таким образом, изобретение касается также непрерывного способа удаления тяжелых металлов из раствора сахаров и кислоты, предусматривающего(a) гидролиз образца, содержащего тяжелые металлы и целлюлозу и/или гемицеллюлозу, концентрированной кислотой с целью получения частично разложенной смеси;(b) разбавление частично разложенной смеси водой (которая может содержать необработанные нечистоты, продукты гниения, осадок нечистот, осадки сточных вод, потоки промышленных отходов и/или жидкие продукты со свалки) и нагревание в течение времени, которое достаточно для гидролиза в значительной степени целлюлозы и/или гемицеллюлозы с целью получения раствора сахара/кислоты, содержащего тяжелые металлы; с) введение раствора сахара/кислоты, содержащего тяжелые металлы, в устройство для разделения с псевдоподвижным слоем, содержащее слой материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии, в котором кислота адсорбируется на хроматографическом материале, образуя, таким образом, серию первых фракций, содержащих растворы сахаров, и серию последующих фракций, содержащих кислоту;(e) обработку объединенных растворов сахаров известью с целью нейтрализации любой остаточной кислоты и тяжелых металлов, которые могут присутствовать в объединенных растворах сахаров, и(f) объединение и концентрирование фракций, содержащих кислоту. Изобретение имеет многочисленные преимущества:(1) Концентрация кислоты в объединенных фракциях кислоты является более высокой 5 использовании катионообменной смолы (приблизительно 4,5-7%), что снижает размер, стоимость, потребление энергии и общие расходы на эксплуатацию кислотного испарителя, который концентрирует кислоту и возвращает ее в процесс. Кроме кислотного испарителя кислоту можно также концентрировать другими способами, такими как электродиализ и экстракция.(2) Фракции кислоты содержат меньше сахаров по сравнению с их содержанием при использовании катионообменной смолы, что приводит к снижению засорения кислотного испарителя и повышению выхода сахаров.(3) Фракции, содержащие сахара, содержат больше кислоты, что позволяет выделить тяжелые металлы и нейтрализовать рН добавлением извести.(4) Хотя концентрация сахаров является более низкой (приблизительно 3-9%, более предпочтительно 5-9%) по сравнению с использованием катионообменной смолы (приблизительно 8-14%, более предпочтительно 10-14%),концентрирование раствора сахаров может быть легко осуществлено с помощью установки для обратного осмоса или путем выпаривания. Поскольку концентрирование раствора сахаров является необходимым даже при использовании катионообменной смолы, дополнительное концентрирование, обусловленное использованием материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии, не повышает в значительной степени капитальные затраты или эксплуатационные расходы при осуществлении процесса. Неожиданно вышеупомянутый процесс позволяет с высокой продуктивностью и эффективно по себестоимости получить этанол из материала, содержащего целлюлозу и гемицеллюлозу, например, из осадка нечистот и/или городских твердых отходов. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения При реализации изобретения исходным сырьем может являться любой содержащий целлюлозу или гемицеллюлозу материал, такой как биомасса, включая отходы с фермы, сельскохозяйственные остатки, отходы сельскохозяйственного производства, просо прутьевидное, листья, кукурузную солому, гибриды тополя и т.п., бумажные отходы, измельченную бумагу или картон, бумажную массу, измельченную бумажную пульпу и т.п., деревянную щепу,опилки, или ГТО, включая отходы, полученные непосредственно из городских служб, или городские твердые отходы, которые были предварительно отправлены на свалку, а впоследствии извлечены, и их любые комбинации. Кроме городских твердых отходов исходное сырье может содержать осадок нечистот, осадок продуктов гниения и осадки сточных вод, предпочтительно в форме лепешки осадка нечистот, которая может содержать значительные количества целлю 002483 6 лозного материала, или осадка нечистот, который был подкислен кислотой, полученной из сахарно-кислотного сепаратора (например, промывной водой из вторичных "лигниновых" фильтров). Подкисление осадка нечистот помогает поддерживать его в виде раствора или суспензии и помогает уменьшить микробную активность и, таким образом, запах подкисленного материала. Целлюлозный и гемицеллюлозный материал из отходов вводят в оборудование через полностью автоматизированную станцию приема. Материал отходов затем нагружают на поточный транспортер. При этом могут быть выделены любые повторно используемые материалы, такие как ценные объемные предметы,железосодержащие металлы, отличные от железа металлы, например, алюминий, стекло, пластмасса и резина и т.п. Способы выделения таких компонентов хорошо известны и описаны,например, в патентах США 5184780,5104419, 5060871, 5009672, 4974781, 4874134,4692167, 4553977, 4541530, 4341353, 4069145 и 4063903. Предпочтительно, когда любые материалы обрывков шин нагружают на отдельный поточный транспортер, который ведет к системе переработки обрывков шин и выделения резины, в которой обрывки шин измельчают и удаляют резину, сталь и волокно. Управляемый на расстоянии погрузчик используют для удаления любых слишком крупных, объемных или иных материалов с транспортера для твердых отходов. Эти слишком крупные материалы могут быть обработаны далее с целью уменьшения размера. Затем материал отправляют в накопитель для вторичной переработки для бестарной транспортировки. Материал отходов, остающийся после удаления слишком крупного материала, затем сортируют с использованием барабанного грохота или другого механизма для сортировки, который разрушает любые упаковки и образует два отдельных потока обработки. При соответствующей сортировке один поток содержит органические отходы, состоящие в основном из целлюлозного и гемицеллюлозного материала, тогда как другой поток содержит металлические продукты определенного размера, пластмассу,стекло и резину. Материалы отходов могут быть подвергнуты ряду разделений с помощью магнитов для удаления содержащих железо металлов. Затем отходы пропускают через сепаратор на основе вихревых токов для удаления любых отличных от железа металлов. Содержащие и не содержащие железо металлы вместе транспортируют в накопители, где они ожидают упаковывания в кипы. Затем органические отходы измельчают и обрабатывают в системе получения этанола, 7 которая принимает материал отходов и обрабатывает его, чтобы получить этанол. При использовании осадка нечистот его сначала обезвоживают для получения лепешки осадка нечистот. Способы обезвоживания осадка нечистот для получения лепешек осадка нечистот хорошо известны в уровне техники. Например, содержание влаги в осадке нечистот может быть снижено с помощью вакуумных фильтров до 75-85%-ой влажности с целью получения лепешки осадка нечистот. Поскольку лепешки осадка нечистот в норме не будут содержать значительные количества рециклизируемых материалов (алюминия, стекла, пластмасс и т.п.), они могут быть непосредственно гидролизованы и обработаны в системе получения этанола. Однако при необходимости можно добиваться дальнейшего высушивания лепешки осадка нечистот путем распылительной сушки под вакуумом или сушки распылением, при которой частицы лепешки осадка нечистот высушивают при суспендировании в потоке горячих газов для обеспечения почти мгновенного удаления избытка влаги. Могут быть также использованы сушильные барабаны и системы с противоточным нагреванием. Данные технологии сушки обычно включают глиномялку, сушильный барабан с нагревателем, циклонный сепаратор и газоочиститель. Вышеупомянутые способы сушки описаны в публикациях "Разложение и удаление отходов" (Sludge Digestion and Disposal), Public Works, 125(5):D47-D58 (1994). Возможна коммерческая продажа части побочных продуктов процесса получения этанола. В качестве помощи при эксплуатации завода часть побочных продуктов может также сжигаться для выработки электроэнергии с целью получения тепла для выпаривания или с целью получения тепла для сушки отходов. Например,нерастворимый материал, полученный после гидролиза целлюлозного и/или гемицеллюлозного материала, в основном состоит из лигнина,естественного ароматического органического полимера, обнаруженного во всех сосудистых растениях. При сжигании лигнина в качестве топлива для бойлера общие затраты энергии на эксплуатацию обрабатывающего оборудования могут быть значительно снижены. См. патент США 5571703. Более того, возможно также сжигание компонента нехлорированной пластмассы ГТО. Технологию отделения нехлорированной пластмассы от хлорированной пластмассы (например, ПВХ (поливинилхлорида, известную как Vinyl Cycle, приобретают в National Recovery Technologies, Nashville, Tennessee. Технология Vinyl Cycle описана в патенте США 5260576. Данный композитный лигнино-пластмассовый материал также может сжигаться в качестве топлива для бойлера, таким образом еще более снижая затраты энергии в описанном процессе получения этанола. 8 Любые неорганические материалы, остающиеся после вышеупомянутого процесса сортировки, могут быть гранулированы и использованы в промышленности в качестве добавок в строительные материалы. Процесс, соответствующий данному изобретению, может быть полностью автоматизирован, требуя только рутинного обслуживания в конце каждой смены операции. Полностью автоматизированные способы сортировки устраняют необходимость антисанитарной ручной сортировки. Неперерабатываемыми материалами являются опасные отходы, взрывчатые вещества и инфекционные отходы. Система способна справляться с холодильниками, мойками, сушками, кухонными плитами, автомобильным металлическим ломом, крупными материалами,небольшими промышленными отходами и стандартными городскими твердыми отходами. Данная система сконструирована для выделения белых предметов, пластмасс, стекла, резины,содержащих железо металлов и металлов, не содержащих железа, из твердых отходов. Уровень тяжелых металлов, обнаруживаемый в целлюлозном компоненте осадков нечистот (и состоящих из них лепешек) или ГТО, может значительно различаться в зависимости от источника отходов. Например, гидролизат, полученный из целлюлозного компонента ГТО из городских районов или районов с высоко развитой промышленностью, может быть загрязнен тяжелыми металлами до такой степени, что это может ингибировать последующий процесс дрожжевой ферментации. Вследствие этого данные типы образцов ГТО должны быть обработаны с целью снижения содержания тяжелых металлов перед ферментацией. Способы кислотного гидролиза материалов, содержащих целлюлозу и гемицеллюлозу,для получения растворов кислоты/сахаров хорошо известны и описаны, например, в патентах США 5407817, 5407580, 5538637, 5562777,5571703, 5580389, 5597714 и 5620877, содержание которых введено в данный контекст в виде ссылки во всей их полноте. В последующем обсуждении описывают три процесса, которые могут быть использованы для снижения содержания тяжелых металлов в целлюлозном и/или гемицеллюлозном компоненте исходного сырья. Первый снижает содержание тяжелых металлов перед гидролизом, а два другие - после гидролиза. Какой из процессов использовать, можно определить на основании уровня загрязнения тяжелыми металлами,обнаруженного в исходном сырье. В процессе, предусматривающем "лобовое решение" проблемы, тяжелые металлы, которые могут ингибировать ферментацию сахаров, отделяют посредством смешивания входящего измельченного целлюлозного и/или гемицеллюлозного материала с разбавленной серной ки 9 слотой и последующего нагревания смеси. Твердые вещества затем прессуют, а жидкости обрабатывают известью, получая побочный продукт гипс. Затем гипс удаляют, а остающиеся твердые вещества подготавливают для расщепления на сахара в системе гидролиза. Данный "лобовой" процесс подробно описан в патенте США 5571703. Альтернативным способом является процесс непрямого удаления большей части тяжелых металлов, который включает проведение стадии гидролиза и выделение не растворимого в воде лигнина. Показано, что большая часть тяжелых металлов связана с лигнином. Лигнин можно сразу сжигать или сначала предварительно обработать концентрированным раствором соли для элюирования тяжелых металлов с целью их удаления. Данный непрямой процесс детально описан в патенте США 5571703. Третий процесс выделения тяжелых металлов включает гидролиз целлюлозного и/или гемицеллюлозного материала концентрированной кислотой (например, концентрированной серной кислотой), отделение кислоты от сахаров с помощью анионной вытесняющей смолы и сбор исходных фракций, содержащих сахар,тяжелые металлы и небольшое количество кислоты. Способы непрерывного разделения кислот и сахаров с использованием ионовытеснительной хроматографии с подвижным слоем смолы описаны в патентах США 5580389,5407580, 5538637 и 5571703. В данном процессе материал для анионообменной или вытеснительной хроматографии заменяет катионную смолу, описанную в вышеупомянутых патентах. Примеры материалов для анионообменной или вытеснительной хроматографии, которые могут быть использованы в процессе, соответствующем данному изобретению, включают хроматографические материалы, содержащие группы третичного аммония, группы четвертичного аммония или группы полиаминов. Анионные функциональные группы могут быть присоединены к ряду материалов (см., например, монографию V.R. Меуеr Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография (Practical High-Performance Liquid Chromatography), 2-ое изд., 1994, John WileySons,New York, Приложение 3, стр. 323), включаяinter alia полимеры (т.е. смолы), такие как полистиролдивинилбензол, гидроксиалкилмакролат,сополимер винилового спирта и агарозу. Анионные функциональные группы могут быть также присоединены к диоксиду кремния (см. монографию К.К. Unger и соавт., "Связанные фазы диоксида кремния для разделения биополимеров средствами жидкостной хроматографии на колонках" (Bonded Silica Phases for theraphy, Advances and Perspectives), 1988, Academic Press, New York, т.5, стр. 17). Стабильность связанной фазы и стабильность рН могут быть повышены путем изначальной обработки пористых частиц диоксида кремния полисилоксанами (см. статью Н. Engelhard и соавт., Chromatographia, 1989, т. 27, стр. 535 и патент США 5203991. Дополнительные материалы, к которым также могли бы быть присоединены анионные функциональные группы, включают interalia стекло с контролируемыми порами и пористый графитный углерод (см. монографию V.R. Меуеr Практическая высокоэффективная жидкостная хроматографияHighperformance Liquid Chromatography), 2-ое изд.,1994, John WileySons, New York, стр. 98). Ионовытеснение представляет собой механизм разделения, который также может применяться с материалами для ионообменной хроматографии (см. работу J.S. Fitz, J. Chromatography, 1991, т. 546, стр. 111). При ионовытеснении ионные функциональные группы на ионообменном материале отталкивают ионы того же заряда, так что они не могут войти в систему пор ионообменного материала и вследствие этого не задерживаются. Соединения, которые смогли войти в систему пор, разделяются с помощью гель-хроматографии в зависимости от диаметра пор. При использовании полистироладивинилбензола механическая стабильность повышается с повышением процентного содержания агента, перекрестно сшивающего дивинилбензол (см. монографию V.R. Меуеr Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография (Practical High-performance LiquidSons, New York, стр. 96). Однако полученное упрощение структуры пор приводит к уменьшению времени удерживания маленьких молекул, таких как галактоза(см., например, патент США 5407580). Специфические примеры анионообменных или вытеснительных смол, которые могут быть использованы,включают сильноосновные анионообменные смолы DEAE SEPHADEX,QAE SEPHADEX, DEAE SEPHAROSE, DEAETRISACRYL PLUS, DEAE SEPHACEL, DEAEA101D, IONAC A-540, IONAC A-544, IONAC A548, IONAC A-546, IONAC A-550, IONAC A-5,IONAC A-580, IONAC A-590, IONAC A0000,QAE SEPHADEX A-25, QAE SEPHADEX A-50,DIAION TYPE I и DIAION TYPE II. Предпочтительные сильноосновные анионообменные смолы включают AMBERLITE IRP-67, BIORADAG-1X10, BIORAD AG-1X8 и DOWEX 1 Х 8. Более предпочтительным является AMBERLITEPurolit A600. Специфические примеры материалов для анионобменной или вытеснительной хроматографии на основе двуокиси кремния,которые могут быть использованы, включаютSAX1, Ultrasil-AX и Zorbax SAX. Устройство с псевдоподвижным слоем, которое обеспечивает непрерывное разделение потоков, содержащих кислоту и сахар, имеется в продаже от фирмы Advanced Separation Technologies Incorporated, Lakeland, Florida (МоделиLC1000 и ISEP LC2000) и Illinois Water Treatment (IWT), Rockford, IL (система ADSEP, см. работу Morgart и Graaskamp, тезис 230, Масштабированный непрерывный процесс хроматографии (Continuous Process Scale Chromatography) Питтсбургская конференция по аналитической химии и прикладной спектроскопии (TheApplied Spectroscopy), New Orleans, 22 февраля 1988 г.), в обоих из них используют ионовытеснительные смолы. Данные устройства описаны,например, в патентах США 4522726 и 4764276. См. также патенты США 5407580,5538637, 5580389 и 5571703 в плане способов отделения сахаров от кислоты в растворе путем непрерывной ионовытеснительной хроматографии. Температура разделения может находиться в диапазоне от комнатной температуры до приблизительно 80 С. Предпочтительно температура разделения составляет приблизительно 60 С. Повышенные температуры могут достигаться путем помещения обогревающей обшивки вокруг устройства для разделения и мониторинга температуры с помощью термопары. В предпочтительном варианте осуществления поток сахаров, полученный в данном процессе разделения, содержит остаточную кислоту. Остаточную кислоту нейтрализуют основанием, таким как известь (для получения гипса) или аммиаком до рН приблизительно 6. Когда целлюлозный материал выделяют из ГТО,он может содержать значительные количества тяжелых металлов, которые следует удалить 12 перед ферментацией. В данном варианте осуществления предпочтительной является обработка ранних, содержащих сахар фракций, известью как для нейтрализации рН, так и для осаждения тяжелых металлов. В данном процессе фракцию тяжелых металлов извлекают из содержащей сахар фракции, другую фракцию связывают с лигнином, а оставшаяся фракция находится во фракциях,содержащих кислоту. Данные содержащие кислоту фракции объединяют и концентрируют и повторно используют в реакции кислотного гидролиза. Количество тяжелых металлов будет повышаться при повторном использовании и будет достигать стабильного уровня в зависимости от уровня тяжелых металлов, удаляемых с лигнином и гипсом. Альтернативно тяжелые металлы могут быть удалены из раствора путем обработки солью железа, добавления основания в раствор для повышения рН до приблизительно 8-10 и удаления осадка, содержащего тяжелые металлы, согласно патенту США 5651895. Основания, которые могут быть использованы для данной цели, включают любой оксид или гидроксид щелочно-земельного металла, такого как оксид или гидроксид кальция или магния. После отделения сахара от кислоты хроматографический слой промывают водой для удаления остаточной кислоты и других примесей. Защитные колонны могут быть использованы для защиты хроматографических слоев от загрязнения частицами вещества. Неактивный хроматографический материал, удаленный из хроматографических слоев, может быть использован в защитных колоннах. По мере засорения защитных колонн их снимают с линии, проводят обратную промывку и возвращают на рабочее место. Данную стадию можно автоматизировать путем контролирования циклов переключения и обратной промывки с помощью перепада давления между защитными колоннами. После промывания и очистки от загрязнений хроматографический слой является подготовленным для другого процесса разделения. При использовании устройства с псевдоподвижным слоем смолы процесс разделения может проводиться непрерывно. Технология псевдоподвижного слоя представляет собой способ противоточной хроматографии, который позволяет избежать сложностей перемещения среды твердого адсорбента. Способ осуществляют посредством последовательного расположения входных (сырье и десорбент) и выходных (продукт и побочные продукты) отверстий вдоль фиксированного слоя среды, который разделен на секции, с помощью распределяющих устройств, что позволяет жидкости втекать и вытекать из каждой секции. Наружный циркуляционный насос непрерывно перекачивает жидкость через многосекционную колонну, тогда как входные и выходные отвер 13 стия последовательно располагаются вокруг системы в том же самом направлении, что и поток жидкости. Это приводит к образованию псевдопотока среды для разделения в направлении, противоположном потоку жидкости. Например, непрерывное разделение смеси кислоты и сахара, при котором кислота лучше адсорбируется на хроматографическом материале, чем сахар, может быть инициировано введением смеси в одну из секций колонны. Разделение будет происходить таким образом,что сахар будет проходить впереди кислоты. Поскольку сахар идет по ходу потока в следующую секцию колонны, точка введения сырья переходит в следующую за ней по ходу потока секцию колонны, поддерживая таким образом движение по ходу потока очищенного сахара и движение против хода потока очищенной кислоты относительно точки введения сырья. В точке, расположенной на несколько секций колонны выше точки введения сырья, вводят элюент для удаления кислоты из среды. Несмотря на то, что все потоки идут в одном направлении, адсорбированная кислота двигается назад относительно точки введения сырья, которое двигается вперед быстрее, чем очищенная кислота. Вследствие этого кислоту удаляют в точке, находящейся перед точкой введения сырья и после точки введения элюента, тогда как сахар двигается по ходу потока относительно точки введения сырья и против хода потока относительно точки введения элюента. В результате среда будет "двигаться" в противоположном потоку жидкости направлении относительно входных и выходных отверстий. С помощью данной системы профиль хроматографического разделения может поддерживаться и рециркулировать в адсорбционной среде. Данный профиль может быть оптимизирован с целью получения продукта высокой очистки и потока высокоочищенных побочных продуктов при минимальном разбавлении. См. работу Morgart и Graaskamp, Тезис 230,Масштабированный непрерывный процесс хроматографии (Continuous Process Scale Chromatography) Питтсбургская конференция по аналитической химии и прикладной спектроскопии(The Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy), New Orleans, 22 февраля 1988 г После нейтрализации отделенного раствора сахаров и удаления из него тяжелых металлов раствор сахаров концентрируют и смешивают с дрожжами для получения раствора этанол/вода. По сравнению с использованием катионообменной смолы раствор сахаров, полученный после разделения на хроматографическом материале для анионообменной или вытеснительной хроматографии, является более разбавленным и сначала должен быть сконцентрирован. Раствор сахаров может быть сконцен 002483 14 трирован до приблизительно 10-22%, более предпочтительно до приблизительно 12-22%. Это может быть осуществлено путем выпаривания, например, при использовании нагревания и/или вакуума. Для того чтобы избежать индуцированного нагреванием разложения сахара и для улучшения экономических показателей процесса, предпочтительным является использование для концентрирования раствора обратноосмотических мембран или фильтров. Обратный осмос имеет теоретический верхний предел 18% и приемлемый функциональный диапазон 15-16%. Данные обратноосмотические мембраны или фильтры имеются в таких фирмах, какLouis), Amicon (Danvers, MA) и Culligan (Northbrook, IL). Любой микроорганизм из числа известных дрожжей или бактерий может быть использован для превращения сахара в этанол, в зависимости от того, какие C5 и/или C6-caxapa, присутствуют в растворе. Примеры данных организмов можно найти в патентах США 5198074, 5135861,5036005, 4952503, 4650689, 4384897, 4288550 и 5580389. Предпочтительным организмом является Е. coli, несущая гены PDC и ADH Zymonas,описанная в патенте США 5000000, которая способна ферментировать как C5, так и C6caxapa с образованием этанола. Когда целлюлозный материал выделяют из ГТО, сахара в основном представляют собой C6-caxapa, которые могут ферментироваться обычными имеющимися пекарскими или пивными дрожжами. Могут быть добавлены аммиак и дрожжевые питательные вещества и проводят тщательное мониторирование рН для обеспечения требуемого баланса значения рН приблизительно 6 для оптимальной ферментации. После ферментации выделяют этанол. Дрожжи могут быть удалены перед выделением этанола или могут не удаляться. Этанол может быть выделен путем отгонки или, альтернативно, может быть выделен экстракцией растворителями с использованием растворителя, который является нетоксичным для ферментируемых микроорганизмов. См. патент США 5036005. Дрожжи могут быть также удалены центрифугированием. См. патент США 4952503. Предпочтительно, когда сначала удаляют оставшиеся дрожжи, а ферментированную жидкость закачивают насосом в дистилляционную колонну для экстракции этанола. Альтернативно сахар может быть ферментирован до молочной кислоты. См. патенты США 5503750 и 5506123. Другие потенциальные продукты ферментации глюкозы включают органические кислоты, такие как лимонная, уксусная, муравьиная, яблочная и янтарная кислота; могут быть также получены спирты,такие как пропанол, изопропанол, бутанол и глицерин (в дополнение к этанолу). Возможно получение при ферментации глюкозы дополнительных продуктов в зависимости от способа ферментации и используемых субстратов, например ферментов, аминокислот, антибиотиков и белков. Данные процессы ферментации хорошо представлены в уровне техники. См., например, монографию Bernard Atkinson и FerdaMavituna, Руководство по биохимической инженерии и биотехнологии (Biochemical Engineeringand Biotechnology Handbook), New York, NY,Nature Press (1983). Теперь, после полного описания данного изобретения для специалистов будет понятным,что оно может быть реализовано в широких рамках эквивалентных способов реализации, а также других параметров, не затрагивая объем изобретения или какой-либо вариант его осуществления. Все публикации, патентные заявки и патенты, описанные в данном контексте, введены в виде ссылок во всей их полноте. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ разделения кислоты и сахаров,находящихся в жидкостях, полученных в результате кислотного гидролиза материала, содержащего, по меньшей мере, один компонент,выбранный из группы, включающей целлюлозу и гемицеллюлозу, отличающийся тем, что жидкость, содержащую кислоту и сахара, вводят в устройство для разделения, содержащее слой материала для анионообменной или вытеснительной хроматографии, в котором кислота адсорбируется на хроматографическом материале,и получают серию первых фракций, содержащих растворы сахаров, и серию последующих фракций, содержащих растворы кислоты. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные растворы сахаров загрязнены кислотой или тяжелыми металлами. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно удаляют остаточную кислоту и тяжелые металлы из растворов сахаров путем обработки известью, при этом кислоту нейтрализуют, а тяжелые металлы осаждают с образованием гипса, содержащего тяжелые металлы. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед удалением остаточной кислоты и тяжелых металлов растворы сахаров объединяют. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная кислота является серной кислотой. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный хроматографический материал пред 16 ставлен смолой для ионовытеснительной хроматографии. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала, содержащего, по меньшей мере, один компонент, выбранный из группы,включающей целлюлозу и гемицеллюлозу, используют городские твердые отходы. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала, содержащего, по меньшей мере, один компонент, выбранный из группы,включающей целлюлозу и гемицеллюлозу, используют жидкость, выделенную из осадка нечистот или продуктов гниения, или осадков сточных вод, или потоков промышленных сточных вод. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед введением жидкости в устройство для разделения, жидкости, полученные в результате кислотного гидролиза, разбавляют водой и нагревают в течение времени, достаточного для гидролиза в значительной степени, по меньшей мере, одного компонента, выбранного из группы, включающей целлюлозу и гемицеллюлозу. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворы сахаров, полученные из устройства для разделения, объединяют и рециклизуют в устройство для разделения. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что вода для разбавления представляет собой сточную воду или нечистоты, содержащие органический азот. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что после обработки известью растворы сахаров дополнительно концентрируют до содержания сахара 12-22%. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракции, содержащие кислоту, объединяют и концентрируют, а затем рециклизуют в устройство для разделения, по меньшей мере, один раз. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкости, содержащие кислоту и сахара, разделяют путем непрерывной ионообменной или вытеснительной хроматографии с использованием устройства с псевдоподвижным слоем,содержащим материал для анионообменной или вытеснительной хроматографии. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно проводят ферментацию дрожжами полученного раствора с образованием слабоалкогольного продукта, необязательно удаляют дрожжи из полученного слабоалкогольного продукта, который затем подвергают перегонке с получением этанола.