Способ кислотного предварительного гидролиза биомассы

1 Область техники Настоящее изобретение относится к способу предварительного гидролиза биомассы любого типа (древесина, лесосечные отходы,жмых, солома, трава, растительные остатки,органические вещества городских твeрдых отходов и т.д.) с целью получения промышленных продуктов, таких как лигноцеллюлоза (та часть,которая не подвергается варке с помощью этого способа) и растворы сахара, предгидролизат,ксилоза, глюкоза, мамоза, галактоза, арабиноза,ацетильные продукты, урановая кислота и т.д. Данное изобретение также раскрывает изготовление реакторов для варки таких минералов, как ильменит, анатаз, колумбит, пирохлор, цирконит и т.д. Предпосылки изобретения В патенте США 5 411 594 oписан гидролиз лигноцеллюлозной биомассы, предназначенный для получения раствора сахара и остатков лигнина. Согласно этому документу гидролиз целиком осуществляют в две стадии (гемицеллюлоза и целлюлоза) в реакторе непрерывного действия при соотношении Ж/Т, равном от 5 до 10, с максимальным выходом 65%, причем из-за высокого соотношения Ж/Т используют сложную систему регенерации тепла. Данное изобретение усовершенствует весь способ, так как предварительный гидролиз гемицеллюлозы осуществляется в реакторе периодического действия с соотношением Ж/Т=2, при этом выход равен 100% (максимальное использование сырья), из которого 80% составляет лигноцеллюлоза и 20% составляет продукт предварительного гидролиза. Регенерация тепла происходит только во время выгрузки продукта предварительного гидролиза c предварительным нагреванием кислотного раствора и воды в паровом котле. Патент США 5 366 558 раскрывает классический способ полного гидролиза, выполняемый двумя этапами и предназначаемый для полного разложения углеводородов; при этом совсем не ставится задача сохранения твердого материала и в еще меньшей степени задача создания пористой микроструктуры на макромолекулярном уровне (твердое вещество в этом патенте названо остатком: столбец 22,строка 46), что полностью противоположно концепции способа согласно данному изобретению, которое направлено на сохранение кристаллической целлюлозы и лигнина целлюлозной перегородки и также на создание макромолекулярной пористости в этой перегородке. Патент 5 366 558 дает следующие характеристики на своем первом этапе по сравнению с данным изобретением (начиная со второго этапа, этот патент здесь не комментируется, поскольку данное изобретение относится только к первому этапу). Согласно патенту 5 366 558 используют непрерывный способ с применением довольно усложненного оборудования и с 2 использованием потока жидкостей. Согласно данному изобретению применяют периодический процесс, упрощая оборудование и потоки жидкостей. По причине очень значительной усложненности оборудование согласно патенту 5 366 558 можно изготовить только из нержавеющей стали или никелевых сплавов (столбец 9, строка 56), и по этой причине используют кислотные растворы с рН от 2,0 до 3,0 (столбец 1, строка 35). Согласно данному изобретению для обеспечения возможности кислотного предгидролиза в более жестких условиях (рН 1),которые обусловливают серьезные, связанные с коррозией проблемы, необходимо было разработать технологию изготовления реакторов с внутренним покрытием из тугоплавких материалов (Ti, Nb, Та и их сплавы). Согласно описываемому в патенте 5 366 558 способу создают большие поверхности для осуществления способов второго этапа с помощью дробилки(столбец 3, строка 60), чтобы устранить недостатки первого этапа. Недостатки предгидролиза первого этапа подтверждаются тем фактом, что он использует этап сенсибилизации, который совершенно исключен согласно данному изобретению за счет низкого рН. Хотя патент 5 366 558 не дает какой-либо количественной информации о гранулометрическом составе, обеспечиваемом дробилкой, она формирует макрочастицы с гораздо меньшей поверхностью, чем поверхность, создаваемая макромолекулярной пористостью (каталитической), формируемой в вулканизме, происходящем в результате переработки, описываемой в данном изобретении. Согласно данному изобретению предгидролиз можно расширить с получением микроструктуры с макромолекулярной пористостью в целях обеспечения каталитического сгорания. Патент США 5 411 594 относится к полному гидролизу лигноцеллюлозной биомассы и по существу направлен на производство раствора сахара и формирование лигнинового остатка. Полный гидролиз выполняют в два этапа (гемицеллюлоза и целлюлоза) в реакторе непрерывного действия; гидролиз имеет отношение жидкость/твердое вещество (Ж/Т) от 5 до 10 с максимальным выходом 65%. По причине высокого Ж/Т потребляется очень значительное количество энергии и должна использоваться сложная система регенерации тепла. Данное изобретение выполняет всю переработку, поскольку предгидролиз выполняют в реакторе периодического действия при Ж/Т=2, с выходом 100% (максимальное использование сырья); при этом около 80% массы получают при производстве лигноцеллюлозы, и около 20% - в результате производства предгидролизата. Регенерацию тепла осуществляют путем использования тепла исходящего пара, который сохраняет температуру способа, и иногда за счет утилизации тепла предгидролизата. В этом отношении, для этой цели используется теплообменник, который 3 предварительно нагревает кислотный раствор в следующей реакции, и также используют водоснабжение из котла. Патент ЕР 0265111 А 2 направлен на производство ксилозы из жидкой части гидролиза. Этот патент заявляет способ переработки гидролизированной жидкой фракции биомассы. Тот факт, что согласно указанному патенту твердая часть считается остатком, а также в большинстве более ранних относящихся к гидролизу патентов, является причиной отсутствия оптимизации способов получения топлива с определенными характеристиками. Согласно данному изобретению принят диаметрально противоположный подход, т.е. детализирован процесс предгидролиза с целью получения твердого остатка с макромолекулярной пористой характеристикой каталитического топлива. Согласно данному изобретению оптимизированы следующие параметры: время, температура, кислотное содержание, перемешивание смеси кислотного раствора + биомасса, гидромодуль (отношение жидкого содержания/твердого содержания). Получаемая при этом лигноцеллюлоза является пористой на макромолекулярном уровне, диминерализованной, крошковатой, соответствующей для измельчения в субметрические частицы с низким содержанием энергии, легковысушиваемой с остаточным теплом газов сгорания при 230 С в коротких периодах с одновременным размолом. Патент GB 1569138 относится к чрезвычайно легкому предгидролизу с кислотным содержанием ниже 1% и температурой ниже 160 С (реактор с тефлоновым покрытием) с целью получения целлюлозной массы, с восстановлением моносахаридов, сформированных разложением гемицеллюлозы. Фактически, поскольку цель указанного патента заключается в получении целлюлозной массы поэтому кислотные процессы должны быть максимально слабыми, чтобы не повредить целлюлозное волокно, не ухудшить его прочность. Цель данного изобретения прямо противоположная, т.е. предгидролиз со средним содержанием серной кислоты (1-2%) с температурой около 160-170 С для обеспечения макромолекулярной пористости в целях достижения каталитического сгорания. Патент США 5 338 366 относится к способу предгидролиза биомассы (с применением выпускаемого промышленностью оборудования), который совершенно отличается от способа данного изобретения. Этот патент описывает способ предгидролиза биомассы в качестве предварительного способа для других методов обработки биомассы, таких как гидролиз целлюлозы, производство бумажной массы, производство спирта, фурфурала и др. Этот патент описывает получаемое твердое вещество в виде взвеси, содержащей разбухшую биомассу, и не упоминает применение этого твердого вещества 4 в качестве топлива, а это является важным моментом данного изобретения. Производство топливной каталитической лигноцеллюлозы конкретно нигде в указанном патенте не упоминается. Раскрытие изобретения Данное изобретение направлено на оптимизирование способа гидролиза биомассы (варка только гемицеллюлозы и аморфной целлюлозы). Предгидролиз выполняют в несколько более концентрированном кислотном растворе,чем в обычных процессах (рН 1, вместо рН от 2 до 3). Это стало достижимым только благодаря разработке технологии изготовления реакторов с внутренним покрытием из тугоплавких материалов (Ti, Nb, Та и их сплавов). Согласно данному изобретению оптимизированы следующие параметры: время, температура, кислотное содержание, перемешивание смеси кислотного раствора + биомасса, гидромодуль(отношение жидкого содержания/твердого содержания). Получаемая при этом лигноцеллюлоза является пористой на макромолекулярном уровне, диминерализованной, крошковатой,соответствующей для измельчения в субметрические частицы с низким потреблением энергии,легковысушиваемой с остаточным теплом газов сгорания при 230 С в коротких периодах, с одновременным размолом. Данное изобретение обеспечивает высокую концентрацию сахара в предгидролизате, снижает затраты последующих процессов и обеспечивает возможность использования деионизированной воды за счет низкого Ж/Т отношения (порядка 2) для производства топливной чистой каталитической лигноцеллюлозы для ее использования в газовых турбинах с внешними камерами сгорания. Цели изобретения Задача данного изобретения заключается в разработке способа предварительного гидролиза, применимого для любого вида биомассы. Задача данного изобретения заключается в разработке способа предварительного гидролиза биомассы, отличающегося низким соотношением Ж/Т (порядка 2). Задача данного изобретения заключается в разработке способа предварительного гидролиза биомассы, обеспечивающего полное заполнение устройства выполнения предгидролиза. Задача данного изобретения заключается в разработке способа предварительного гидролиза биомассы, отличающегося сокращенным интервалом времени реакции. Задача данного изобретения заключается в разработке способа предварительного гидролиза биомассы для получения лигноцеллюлозы и предгидролизата. Задача данного изобретения заключается в разработке способа предварительного гидролиза, отличающегося 100% утилизацией биомассы. 5 Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана блок-схема предварительного гидролиза биомассы с массовым балансом. На фиг. 2 показаны микрофотографии лигноцеллюлозы (предварительно гидролизованная древесина эвкалипта), кристаллической целлюлозы и глобулизированного лигнина. На фиг. 3 показан график среднего значения удельной энергии, выделяемой во время сгорания частицы лигноцеллюлозы. На фиг. 4 показан график удельной электропроводности сгораемой плазмы для газа,тяжелого дизельного топлива, угля, дегтя и лигноцеллюлозы. Подробное описание фигур чертежей и характеристик изобретения На фиг. 1 показана блок-схема процесса переработки биомассы, где основным оборудованием является "реактор безотказного типа" согласно изобретению. При переработке минералов выполняются аналогичные операции, за исключением соответствующего изменения периферийных устройств оборудования и регулирования массового баланса для каждого типа минерала. На данной блок-схеме изображены нижеследующие элементы оборудования: 1) питающая платформа - где производится выгрузка биомассы (или минерала) и, при необходимости, ее промывка; 2) шнековый питатель - осуществляющий подачу и уплотнение биомассы в реакторе(уплотнение необязательно в случае минералов); 3) реактор - основной объект данного изобретения, в котором осуществляют способы гидролиза биомассы, варки минерала, а также другие химические или термохимические процессы обработки материалов; 4) теплообменник - выполняющий три функции, а именно а) регенерацию тепла во время выгрузки продукта предварительного гидролиза, б) предварительный нагрев кислотного раствора, и в) предварительный нагрев парообразующей воды и паровом котле; 5) бак или передвижная промывочная ванна - где лигноцеллюлозу (или минерал) промывают до требуемой степени, при этом из промывных вод предварительной промывки выделяют продукт предварительного гидролиза, а другие промывные воды нейтрализуют и обрабатывают в отстойнике, прежде чем произвести их сброс в природную среду или использовать для удобрения и т.д.; 6) бак для продукта предварительного гидролиза, который является стационарным или установлен на транспортировочную платформу, предназначен для хранения первичного продукта; 7) сушилка для лигноцеллюлозы или минерала - предназначена для сушки вторичного продукта; 6 8) дробилка для лигноцеллюлозы или минерала - предназначена для измельчения вторичного продукта; 9) бункер, который является стационарным или установлен на транспортировочную платформу, - предназначен для хранения вторичного продукта. Предварительный гидролиз биомассы и получаемые продукты Предварительному гидролизу можно подвергать биомассу любого типа, такую как древесина, жмых и солома сахарного тростника, растительные остатки, кора, трава, органические вещества городских отходов и т.д. Предварительный гидролиз включает в себя нижеследующие стадии: 1. Рубленую биомассу выгружают на подающую платформу, которая может быть оборудована транспортером или наклонным шнековым питателем, где ее промывают, чтобы уменьшить содержание неорганических примесей (земля, зола и т.д.). 2. С подающей платформы биомассу загружают в шнековый питатель, который заполняет реактор до уплотнения биомассы до плотности 300 кг/м 3 (сухое вещество), что в 3 раза больше плотности мягкой биомассы (жмых,солома, трава, растительные остатки, кора, органическое вещество городских отходов). Питатель остается присоединенным к реактору в течение всей операции заполнения, которая длится примерно 10 мин. После заполнения реактор отсоединяется от питателя в результате горизонтального перемещения подвижной конструкции относительно стационарной конструкции. После отсоединения питателя впускное сопло закрывается клапаном, приводимым в действие гидравлическими цилиндрами. 3. После заполнения реактора его заполняют кислотным раствором (порядка 1,7% биомассы), предварительно нагревают до 80 С в теплообменнике в при Ж/Т-отношении=2, этап дегазификации начинают пропусканием водяного пара, нагревают до 160 С и повышают давление до 0,62 МПа. Указанную операцию выполняют в течение 10 мин, причем тепло удаляемого водяного пара регенерируют в теплообменнике кислотным раствором следующей реакции. Для этой регенерации тепла размер теплообменника обычно в 2 раза превышает объем кислотного раствора, необходимого для каждой реакции. 4. После нагревания биомассы и повышения давления в течение 30 мин осуществляют предварительный гидролиз одновременно с поворотным колебанием реактора и продувкой водяного пара для поддержания температуры,близкой к 16010 С, которая необходима для сообщения лигноцеллюлозе характеристики каталитического сгорания, так как при более низких температурах не происходит полный гидролиз гемицеллюлозы и аморфной целлюло 7 зы, а при более высоких температурах кристаллическая целлюлоза превращается в аморфную целлюлозу, что затрудняет ее измельчение с получением мелких частиц (250 мм). Необходимо отметить важное значение гибких соединений для поддержания температуры в течение всего периода гидролиза и колебаний реактора для обновления пограничного слоя насыщенной сахаром жидкости на поверхности крошки или частиц биомассы, благодаря чему достигается оптимальное время гидролиза, равное примерно 20-30 мин. Степень предварительного гидролиза контролируют, измеряя содержание сахара в продукте предварительного гидролиза при помощи рефрактометра или любого другого устройства для измерения концентрации сахара до достижения значения, равного 9 ед. (брикс). Более продолжительное время предварительного гидролиза ведет к уменьшению содержания сахара вследствие расщепления ксилозы с образованием фурфуралового и фурфурилового спирта. Всесторонний контроль температуры,давления, содержания кислоты, колебания (гомогенизации) и чистоты водяного пара позволяет полностью оптимизировать процесс предварительного гидролиза. 5. После выполнения предварительного гидролиза полученный продукт (сахарный раствор) выгружают и подают в стационарный или передвижной бак через теплообменник, где происходит регенерация его энергии для предварительного нагрева кислотного раствора и воды в паровом котле. Регенерация тепла продукта предварительного гидролиза из удаляемого водяного пара (нагревание и продувка) и использование низкого соотношения жидкости/твердого вещества (Ж/Т=2) позволяют сократить расход потребляемой согласно данному изобретению энергии до значений менее 6% энергии, содержащейся в исходной биомассе. Указанные величины значительно меньше аналогичных показателей, характерных для других способов переработки биомассы, которые в большинстве случаев составляют порядка 30%(Ж/Т=12). Выгрузка гидролизата продолжается в течение примерно 10 мин. 6. После выгрузки продукта предварительного гидролиза производят промывку в соотношении Ж/Т=1 с получением раствора брикс=5. Вторую фракцию продукта предварительного гидролиза затем смешивают или не смешивают с первой фракцией (брикс=9). Первую фракцию обычно используют для получения фурфурала(наибольшая возможная концентрация сахара) и вторую фракцию используют для получения спирта (например, путем ферментации с применением полученных генетическим путем бактерий Echerichia coli). Следует отметить, что вторая фракция содержит (5 х 1S)/(9 х 1,5S+5 х 1S)=0,27=27% сахара, присутствующего в двух фракциях, и поэтому ее обязательно нужно использовать. Кроме того, следует отметить, что обе фракции в 8 общей сложности содержат (0,09 х 1,5S+0,05 х 1S)/ 0,2S=0,925S=92,5% сахара, присутствующего в гемицеллюлозе и аморфной целлюлозе. Благодаря высокой степени извлечения сахара нет необходимости выделять сахар при помощи сложных и дорогостоящих методов из промывной воды, направляемой в водоотстойник. Настоящее изобретение делает ненужным применение дорогостоящих винтовых прессов для экстракции продукта предварительного гидролиза и извлечения сахаров предгидролизата,содержащегося в лигноцеллюлозе. Время извлечения сахара составляет порядка 10 мин. 7. После извлечения сахара производят выгрузку лигноцеллюлозы, открывая большую крышку и наклоняя реактор. Лигноцеллюлозу можно выгружать в механические промыватели(конические, цилиндрические, поворотные баки и т.д.) или передвижные ванны для промывки перколяцией (диффузией). Выгрузку производят в течение нескольких минут, и вместе с очисткой уплотнительных колец и установкой реактора в положение разгрузки вся операция занимает менее 10 мин. Полный цикл обработки длится примерно 80 мин, что позволяет выполнять 16 реакций в день при степени эксплуатации устройства, равной 90%. 8. Промывку можно осуществлять в промывателе любого типа. Предпочтительной является промывка перколяцией (диффузией) в передвижных ваннах или больших мешках, которые требуют меньшего расхода воды, обеспечивают защиту лигноцеллюлозы от загрязняющих примесей и позволяют производить выгрузку в передвижные емкости. Промывные воды удовлетворяют требованиям Решения CONAMA20 от 18 июня 1986 г. (опубликованного в D.O.U. 30 июля 1996 г. (Brazilian Official Gazette), поэтому их можно спускать в любые водоемы. Что касается экологических характеристик данного изобретения, то промывные воды нейтрализуются известковым молоком и подвергаются биологической очистке в отстойниках. 9. Промывку по настоящему изобретению можно осуществлять двумя способами, а именно обычной водой и деионизированной водой. В первом случае получают обычную лигноцеллюлозу с нормальным содержанием золы, образующейся из неорганических веществ, присутствующих в самой биомассе и попадающих в нее из окружающей среды (в основном, земля). Осуществляя промывку деионизированной водой, получают чистую лигноцеллюлозу, предназначенную для использования в качестве топлива для газовых турбин, которое должно характеризоваться низким содержанием K+Na5 частей на миллион. Предварительный гидролиз позволяет эффективно уменьшить содержание золы в биомассе в результате взаимодействия неорганических веществ с H2SO4 с образованием растворимых сульфатов, которые выщелачиваются из лигноцеллюлозы во время предварительного 9 гидролиза и промывки. Использование деионизированной воды существенно увеличивает эффективность промывки, позволяя уменьшить содержание Na+K до уровней, необходимых для использования топлива в газовых турбинах. Применение деионизированной воды в способе по настоящему изобретению является вполне приемлемым и недорогостоящим благодаря низкому соотношению Ж/Т=2. Осуществление известных способов с высоким расходом воды(Ж/Т=12) никогда не предусматривало использование деионизированной воды и получение лигноцеллюлозы в виде топлива, пригодного для газовых турбин. В результате предварительного гидролиза биомассы, осуществляемого в реакторе безотказного типа, получают два продукта (два товара): лигноцеллюлозу и продукт предварительного гидролиза. Лигноцеллюлоза Рассматривая лигноцеллюлозу, следует отметить, что древесина состоит из гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина, находящегося в микрофибриллах. Целью выполнения предварительного гидролиза в реакторе безотказного типа является варка гемицеллюлозы и аморфной целлюлозы при сохранении целлюлозы в кристаллической форме и лигнина в глобулизированном виде. Все указанные цели достигаются,и результаты показаны на микрофотографии,изображенной на фиг. 3. На указанной микрофотографии показан фракталь волокон кристаллической целлюлозы с глобулизированной лигноцеллюлозой. Получены нижеследующие результаты: а) благодаря полному контролю параметров способа, осуществляемого в реакторе безотказного типа, процесс протекает равномерно во всем реакторе, позволяя получить "однородные продукты"; б) благодаря сохранению кристалличности лигноцеллюлозу можно измельчать до частиц менее 250 мм в молотковых дробилках, штифтовых дробилках и тому подобных при потреблении энергии 12 кВтч/т, величину которой вводят в формулу Бонда,где W = работа в кВтч/т, Wi = рабочий показатель материала, Р = размер отверстий, через которые проходит 80% продукта (в микронах), F = размер отверстий, через которые проходит 80% подаваемого материала (в микронах), и получают Wi=15, т.е. величину того же порядка, что и у большинства минеральных материалов (то есть кристаллических материалов). Затраты на энергию измельчения составляют менее 1,00 доллара США/т; в) благодаря высокой пористости лигноцеллюлозу можно сушить до 50% влажности простым стеканием, не используя дорогостоящие винтовые прессы на стадии сушки. Окончательную сушку производят во вращающихся 10 сушилках до влажности менее 12% с таким же расходом энергии, как при сушке зерновых культур (750 МДж/т), как это показано в нижеследующих примерах; в.1) сушка лигноцеллюлозы: расход 0,4 кг/ч(0,4 х 10 х 42)/0,224=750 МДж/т лигноцеллюлозы); в.2) сушка риса: расход 1/3 стера (куб.м) древесины (396 кг/стер, теплотворная способность 10,5 МДж/кг) для сушки 30 мешков риса в день (60 кг/мешок)-(0,33 х 396 х 10,5)/1,8760 МДж/т риса. Стоимость сушки с использованием благородных видов топлива (древесина - 10,00 долларов США/стер = 1,80 доллара США/т лигноцеллюлозы или GLP - 0,50 доллара США/кг = 9,00 доллара США/т лигноцеллюлозы) всегда является очень высокой, поэтому необходимо использовать остаточное тепло паровых котлов при 225 С. В связи с этим сушку и измельчение необходимо всегда производить рядом с тепловой электростанцией или паровым котлом, используя остаточное тепло; г) благодаря пористости лигноцеллюлозы пустые пространства в целлюлозе подвергаются воздействию микроорганизмов жвачных животных, поэтому лигноцеллюлозу можно использовать в качестве объемного компонента корма для животных, который усваивается на 58%, что сравнимо с высококачественными объемными компонентами (силос из влажной кукурузы 61%, силос из люцерны - 56%, травяной корм 56%, овсяная солома - 44%) и гораздо выше усвоения натуральной травы (35%); д) лигноцеллюлозу применяют, в основном, в качестве топлива для паровых котлов,газовых турбин и для выработки энергии методом магнитной гидродинамики (MHD). В табл. 6 приведен пример применения лигноцеллюлозы в качестве топлива для парового котла в сравнении с жидким топливом. Более низкая теплотворная способность лигноцеллюлозы (20 МДж/кг), чем у жидкого топлива (41 МДж/кг) компенсируется ее стоимостью (40,00 долларов США/т), которая в 3 раза меньше стоимости жидкого топлива (120,00 долларов США/т). Несмотря на то что необходимо в 2 раза большее количество лигноцеллюлозы, ее можно использовать вместо жидкого топлива в паровых котлах любого типа, так как лигноцеллюлоза является окисленным топливом (29% O2) и требует вдувания воздуха почти в таком же объеме, что и при использовании жидкого топлива. Это значит, что в любом мазутном или газовом котле можно сжигать лигноцеллюлозу с теплотворной способностью порядка 15% горелок и воздушных инжекторов. Лигноцеллюлоза, полученная в результате промывки деионизированной водой, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к чистому топливу для сжигания в газовых турбинах, в котором содержание Na+K5 мил 11 лионных долей. Хотя чистая лигноцеллюлоза содержит Na+K15 миллионных долей, это значение можно уменьшить путем очистки в циклоне. Частицы менее 200 мм подвергаются каталитическому сгоранию, как показано на фиг. 4. Это происходит вследствие двух факторов: во-первых, благодаря большей открытой поверхности (2 м 2/г, измеренной методом BET Brunaur, Emmett и Tellen, или при помощи йодного числа 100) по сравнению с поверхностью натуральной биомассы (0,4 м 2/г) и, во-вторых,благодаря тонкому измельчению (250 мкм),что обеспечивает доступ кислорода карбюрируемого топлива и выделение одноокиси из пор лигноцеллюлозы без столкновения молекул,вследствие чего обеспечивается возможность каталитического сгорания (размер частицы лигноцеллюлозысредний свободный выход карбюрируемого топлива и газов, образующихся в результате сгорания). Все это свидетельствует о том, что лигноцеллюлоза является единственным твердым каталитическим топливом, которое можно получать в большом количестве,причем время его сгорания (20 мс) того же порядка, что и у природного газа. Для газовых турбин также требуется топливо с общим содержанием макрочастиц 200 миллионных долей и содержанием макрочастиц больше 5 мкм 8 миллионных долей. Указанные характеристики достигаются тремя способами: в результате полного сгорания благодаря каталитической характеристике лигноцеллюлозы, использование циклона между наружной камерой сгорания и газовой турбиной и применение магнитного сепаратора после измельчения лигноцеллюлозы для удаления загрязняющих примесей, попадающих из дробилок. Без очистки в магнитных сепараторах общее содержание макрочастиц составляет 50 миллионных долей, и при магнитном отделении содержание макрочастиц крупнее 5 мкм 8 миллионных долей. Благодаря каталитическому сгоранию лигноцеллюлоза является великолепным топливом для MHD, обеспечивая высокую удельную электропроводность в плазме сгорания при высокой температуре, равной 2727 С (3000 К). На фиг. 4 показано, что удельная электропроводность лигноцеллюлозы равна примерно 70 Cм/м по сравнению с 15 Cм/м для очищенного минерального угля, 12 Cм/м для топлива, полученного из нефти, и 8 Cм/м для природного газа. Необходимо отметить, что в древесине содержание углерода равно 48% и содержание водорода равно 6%, давая соотношение С/Н=8. Предварительный гидролиз увеличивает содержание углерода в лигноцеллюлозе до 66% и уменьшает содержание Н до 4,3%, удваивая соотношение С/Н=15. 12 Таблица 1 Основные неорганические загрязняющие примеси, содержащиеся в древесине эвкалипта и продукте предварительного гидролиза мг/г Са K Na Мg Р Аl Si Mn Fe Zn S Эвкалипт 700 250 - 150 100 50 30 10 8 3 70 Чистая лигноцел- 1 15 - 80 2 40 100 2 8 80 люлоза Продукт предварит. 280 420 80 160 90 15 30 25 40 5 2500 гидролиза Полученный результат имеет важное значение, так как показано, что удельная электропроводность является очень низкой при низких значениях С/Н и существенно увеличивается при С/Н=15, обеспечивая последующее насыщение. Во время сгорания водород образует гидроксил ОН- с маленьким промежутком, равным 400 , для электрона в плазме сгорания,что уменьшает удельную электропроводность и не влияет на указанную величину при содержании водорода меньше 3%; е) помимо использования в качестве топлива и объемного компонента в корме для животных, лигноцеллюлоза находит применение в таких областях, как пиролиз при производстве жидких видов топлива и активированного угля,производство сажи (неполное сгорание), производство метанола, резинатов лигноцеллюлозы(агломератов, MDF - волокон средней плотности), питательной среды полутвердого брожения (грибы, бактерии и ферменты) и т.д. Продукт предварительного гидролиза Продукт предварительного гидролиза представляет собой раствор сахаров, содержащий ксилозу (80%), глюкозу, мамозу, галактозу,арабинозу, ацетильные продукты, урановую кислоту и т.д. Помимо сахаров, указанный продукт содержит серную кислоту, добавляемую в процессе предварительного гидролиза, и неорганические загрязняющие примеси, указанные в табл. 1. Всесторонний контроль за осуществлением процесса в реакторе безотказного типа позволяет выполнять фактически полный предварительный гидролиз, в результате которого происходит расщепление всех легко гидролизуемых продуктов без разложения сахаров благодаря низкой температуре данного способа(160 С). Содержание растворимых сахаров (в бриксах) контролируется поминутно, и процесс прекращается (начало выгрузки, сброс давления, охлаждение), как только содержание сахаров достигает максимума. Низкое соотношение Ж/Т=2 позволяет достигать содержания сахаров порядка 10 бриксов аналогично другой питательной среде (сахарный тростник, кукуруза и т.д.). Продукт предварительного гидролиза обычно имеет рН=1. В результате извлечения сахаров (тип промывки с Ж/Т=1), получают продукт предварительного гидролиза с содержанием сахара порядка 5 ед. и рН=1,5, который 13 можно смешивать или не смешивать с ранее полученным продуктом для последующей обработки. Продукт предварительного гидролиза имеет три основных применения: производство фурфурала двухстадийным методом (дегидратация пентозы), производство этанола (сбраживание с применением полученных генетическим путем бактерий Echerichia coli) и производство ксилита (каталитическая гидрогенизация Dксилозы). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ кислотного предварительного гидролиза биомассы, согласно которому а) подают биомассу в реактор для переработки; б) смачивают биомассу кислотным раствором; в) нагревают смесь кислотного раствора и биомассы; отличающийся тем, что биомассу уплотняют внутри реактора и количество вводимого кислотного раствора таково, что соотношение жидкость/твердое регулируют до значения 2; при этом нагревание производят до такой степени, которая в основном содействует варке гемицеллюлозы и аморфной целлюлозы данной биомассы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют нарезку и промывку биомассы в любом порядке. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу биомассы выполняют винтовым спиральным шнеком. 4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем,что подачу в устройство предгидролиза биомассы производят до тех пор, пока не начнется уплотнение, чтобы обеспечить плотность в значении около 300 кг/м 3. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу в устройстве предгидролиза смачивают кислотным раствором, причем количество кислоты приблизительно соответствует 1,7% сухой биомассы, рН раствора составляет порядка 1. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислотный раствор предварительно нагревают до значения около 80 С до его введения в устройство предгидролиза. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь кислотного раствора и биомассы имеет температуру в пределе приблизительных значений от 150 до 170 С, предпочтительно около 160, и давление около 0,62 МПа. 8. Способ по любому одному из пп.1 или 7,отличающийся тем, что в случае нагревания острым паром используют пар, исходящий из устройства предгидролиза, чтобы поддерживать температуру в пределах значений приблизительно от 150 до 170 С. 14 9. Способ по любому одному из пп.1, 7 или 8, отличающийся тем, что исходящий пар предпочтительно имеет температуру около 160 С. 10. Способ по любому одному из пп.1, 7, 8 или 9, отличающийся тем, что тепло исходящего пара регенерируют в теплообменнике, предварительно нагревая кислотный раствор следующей реакции. 11. Способ по любому одному из пп.1, 7, 8,9 или 10, отличающийся тем, что включает в себя операцию дегазификации биомассы в начальной фазе нагревания. 12. Способ по любому одному из пп.1, 7, 8,9, 10 или 11, отличающийся тем, что предварительный гидролиз проводят в течение около 30 мин. 13. Способ по любому одному из пп.1, 7, 8,9, 10, 11 или 12, отличающийся тем, что устройство предварительного гидролиза подвергают вращательному движению. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный раствор сахара имеет концентрацию (по степени Брикса) порядка 10. 15. Способ по п.1 или 14, отличающийся тем, что основным компонентом-сахаром предварительного гидролиза является ксилит, получаемый варкой гемицеллюлозы. 16. Способ по п.1, отличающийся тем, что в завершающей операции получают тврдый материал, состоящий из кристаллической целлюлозы и лигнина, называемый лигноцеллюлозой. 17. Способ по п.1 или 16, отличающийся тем,что сахар,содержащийся в лигноцеллюлозе, извлекают в соответствии с этапами а) введения технической воды в соотношении жидкость/твердое около 1; б) перемешивания в устройстве проведения предварительного гидролиза; в) выгрузки раствора, полученного на предыдущих этапах. 18. Способ по пп.1, 16 или 17, отличающийся тем, что выполняют этап промывки лигноцеллюлозы, причм указанная промывка включает в себя следующие операции: а) введение технической воды в устройство проведения предварительного гидролиза в соотношении жидкость/твердое около 3; б) перемешивание в указанном устройстве проведения предварительного гидролиза и в) выгрузка раствора, полученного на предыдущих этапах. 19. Способ по п.1 или 16, отличающийся тем, что включает в себя этап выгрузки полученной лигноцеллюлозы. 20. Способ по пп.1, 16 или 19, отличающийся тем, что включает в себя этап промывки лигноцеллюлозы из устройства проведения предварительного гидролиза. 21. Способ по п.1 или 20, отличающийся тем, что внешнюю промывку лигноцеллюлозы выполняют посредством перколяции на соответствующих подвижных мкостях или контейнерах. 22. Способ по п.1 или 20, отличающийся тем, что внешнюю промывку выполняют в механических устройствах промывки типа устройств, применяемых для обогащения руды. 23. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологическую воду используют для производства обычной лигноцеллюлозы, а деионизированную во время проведения способа воду используют для производства чистой лигноцеллюлозы.