BR112015030837B1

BR112015030837B1 - Processo de bio-refino

Info

Publication number: BR112015030837B1
Application number: BR112015030837-6A
Authority: BR
Inventors: Robert Downie; Leonard James Humphreys; Thomas Maschmeyer; William Rowlands
Original assignee: Licella Pty Ltd; Licella Fibre Fuels Pty Ltd; Ignite Resources Pty Ltd
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2021-08-03
Also published as: US11826722B2; AU2022208554A1; US20210146334A1; US10751690B2; AU2018202784A1; US20200001268A1; MY186490A; WO2014197928A1; BR112015030837A2; BR112015030837A8; US20240042414A1; US20160114307A1; US20220250031A1; AU2020201229A1; AU2014280837A1; CA2914833C; US10427132B2; EP3008155A4; WO2014197928A8; NZ629687A

Abstract

processo de bio-refino. a presente invenção se refere, de uma forma geral, para a geração de bio-produtos provenientes de matérias-primas de matéria orgânica. mais especificamente, a presente invenção se refere a processos melhorados para a conversão hidrotérmica / termoquímica de matérias primas orgânicas lignocelulósicas e / ou fossilizadas em biocombustíveis (por exemplo, bio-óleos) e / ou produtos químicos (por exemplo, produtos químicos de plataforma)

Description

INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA CRUZADA

[0001] Este pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisório australiano número 2013902103, depositado em 11 de junho de 2013, o conteúdo completo do qual é aqui incorporado por referência cruzada. CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção se refere, de uma forma geral, para a geração de bio-produtos provenientes de matérias-primas de matéria orgânica. Mais especificamente, a presente invenção se refere a métodos melhorados para a conversão hidrotérmico / termoquímica de matérias-primas lignocelulósicas e / ou orgânicas fossilizadas em biocombustíveis (por exemplo, bio-óleos) e / ou produtos químicos (por exemplo, produtos químicos de plataforma).

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0003] A demanda global por energia continua a aumentar enquanto as reservas de petróleo convencional (por exemplo, petróleo, gás e gás natural líquido) estão em declínio. Isto levou a um aumento da concentração e investigação de recursos de combustíveis não convencionais (por exemplo, óleo pesado, areias betuminosas, xisto betuminoso) e outras fontes não-fósseis de energia (por exemplo, materiais lignocelulósicos).

[0004] Uma quantidade significativa de investigação no domínio da produção de energia "alternativa" tem sido focado na geração de biocombustíveis a partir de matéria lignocelulósica. Esta tecnologia aumenta a perspectiva de uma mudança a uma matéria-prima abundante e renovável para produção de energia como uma alternativa para as reservas que empobrecem de matérias-primas à base de hidrocarbonetos. O enriquecimento de combustíveis fósseis de baixa densidade de energia (por exemplo, liginita, turfa e óleo de xisto) em produtos de combustível de alta energia também representa uma alternativa atraente dada a abundância relativa desses recursos.

[0005] Em particular, a conversão termoquímica da biomassa e outras matérias orgânicas complexas em biocombustíveis e produtos químicos baseados em reações hidrotermais mostrou a promessa significativa. Em geral, é desejável que tais métodos sejam contínuos ou, pelo menos, semi-contínuos por natureza, os quais possam conduzir a características do produto melhorados e / ou economia do processo melhorada, em comparação com os processos descontínuos. A economia do processo também é mais favorável quando o aumento das concentrações de matéria orgânica são utilizadas nas etapas de conversão termoquímica, porque a quantidade de água ou outro solvente que deve ser aquecido a temperaturas elevadas é menor. No entanto, quando elevadas concentrações de matéria orgânica são convertidas à temperatura e pressão elevadas, os principais produtos são muitas vezes soluções viscosas. Um problema comum em tais situações é uma dessolubilização parcial da matéria orgânica e inorgânica acidental, levando à deposição em superfícies de aparelhos, de outra forma conhecida como "escalonamento". Além disso, quando a água é usada como agente de despolimerização principal inchaço da matéria orgânica pode ocorrer a concentração de restrição que podem ser utilizados. Os elevados níveis de energia necessária para elevar e manter a água à temperatura de reação pode também resultar em carbonização lateral dentro das paredes dos vasos reatores. Com um funcionamento prolongado tais depósitos pode ter um efeito adverso sobre o processo, necessitando de tempo demorado e operações de desincrustação dispendiosos, a fim de restaurar o desempenho do processo. Por outro lado, em altas concentrações de material orgânico, os presentes invençãores observaram que um diferencial de pressão (isto é, um gradiente de pressão) se desenvolve ao longo do comprimento dos reatores de tubo no âmbito de ações de fluxo contínuo, que é prejudicial para a eficiência do processo.

[0006] Existe uma necessidade de métodos aperfeiçoados capazes de reduzir ou evitar os problemas, tais como o dimensionamento, a carbonização e / ou o desenvolvimento de gradientes de pressão entre os reatores durante a conversão termoquímica de matéria orgânica em bio- produtos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] Os presentes invençãores inesperadamente descobriram que a inclusão de uma quantidade eficaz de substrato sólido à matéria-prima de matéria orgânica utilizada em processos de conversão termoquímico reduz dimensionamento, reduz o desenvolvimento de diferenças de pressão durante o tratamento.

[0008] Em um primeiro aspecto, a presente invenção proporciona um método para a produção de um bio-produto a partir de matéria-prima de matéria orgânica, o metodo compreendendo: fornecer uma mistura de reação compreendendo a matéria- prima de matéria orgânica, um solvente e um substrato sólido; tratar a mistura reacional em um vaso de reação a uma temperatura de reação e de pressão adequado para a conversão de todas ou uma parte da matéria-prima de matéria orgânica em uma mistura de produtos que compreende o bio-produto; e despressurizar e resfriar a mistura reacional; em que o substrato sólido é sólido ou substancialmente sólido à temperatura e pressao da reação e; sequestrar a matéria inorgânica e/ou orgânica que dessolubiliza a mistura reacional ou a mistura de produto; e/ou alterar uma ou mais características da mistura de reação e / ou a mistura do produto no vaso reator.

[0009] Em um segundo aspecto, a invenção fornece um método para a inibição do escalonamento em um vaso reator durante a conversão da matéria-prima orgânica em um bio- produto, o método compreende:

[0010] fornecer uma mistura de reação compreendendo a matéria-prima de matéria orgânica, um solvente e um substrato sólido;

[0011] tratar a mistura de reação a uma pressão e temperatura de reação apropriada para a conversão da totalidade ou de uma de matéria-prima de matéria orgânica em uma mistura de produto que compreende o bio-produto; e

[0012] despressurizar e resfriar o produto,

[0013] em que o substrato sólido é sólido ou substancialmente sólido à temperatura e pressão de reação, e

[0014] sequestrar a matéria inorgânica e/ou orgânica que, dessolubiliza dentro da mistura de reação ou da mistura de produto; e/ou

[0015] altera um ou mais fluxos de características da mistura de reação e/ou mistura de produto no vaso reator.

[0016] Em uma concretização do primeiro e segundo aspectos, o tratamento é efetuado sob condições de fluxo contínuo.

[0017] Em um terceiro aspecto, a presente invenção proporciona um método para inibir o desenvolvimento de um gradiente de pressão em um vaso reator de fluxo contínuo, durante a conversão da matéria-prima de matéria orgânica em um bio-produto, o método compreendendo:

[0018] proporcionar uma mistura de reação que compreende a matéria-prima de matéria orgânica, um solvente, e um substrato sólido;

[0019] tratar a mistura reacional a uma temperatura e a pressão reacional apropriada para a conversão da totalidade ou de uma parte da matéria-prima de matéria orgânica em uma mistura de produtos que compreende o bio-produto; e

[0020] despressurizaçr e resfriar a mistura de produto;

[0021] em que o substrato sólido é sólido ou substancialmente sólido à temperatura e pressão de reação e;

[0022] sequestrar a matéria orgânica e / ou matéria inorgânica que dessolubiliza no interior da mistura reacional e/ou mistura de produto; e / ou

[0023] alterar uma ou mais características de fluxo da mistura de reação e / ou a mistura do produto no vaso reator.

[0024] Em uma concretização do terceiro aspecto, a despressurização é facilitada por uma pressão para baixo do dispositivo no vaso reator;

[0025] A mistura da reação é pressurizada até uma pressão máxima, antes ou durante o tratamento; e

[0026] antes da despressurização facilitada pela pressão para baixo do dispositivo, a mistura de produto é pressurizada a menos do que 98%, menos do que 95%, menos do que 90%, menos do que 85%, menos do que 80%, menos do que 75%, menos de 70%, menos do que 65%, menos do que 60%, menos do que 55%, ou menos do que 50%, da pressão máxima.

[0027] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido gera a área de superfície de metal adicional no interior do vaso reator, através de uma ação abrasiva, para desse modo proporcionar a área de superfície de metal adicional para fornecimento de catalisadores heterogêneos adicionais à mistura de reação.

[0028] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é inerte ou substancialmente inerte à temperatura de reação e de pressão.

[0029] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é quimicamente inerte ou substancialmente quimicamente inerte à temperatura e a pressão da reação.

[0030] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é um material carbonífero que compreende pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, ou, pelo menos, 90% em peso de carbono.

[0031] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é selecionado a partir do grupo que consiste em: carvão, carvão antracítico, meta- antracítico, semiantracítico antracítico, carvão betuminoso, carvão sub-betuminoso, liginita (isto é, carvão castanho), carvão de coque , alcatrão de carvão, derivados de alcatrão de carvão, carvão, carvão, coque, coque de alta temperatura, coque de fundição, coque de baixa e média temperatura, coque de breu, coque de petróleo, coque de forno, coque, coque de gás, coque de carvão marrom, semi-coque de carvão vegetal, carvão animal pirólise, carvão animal hidrotérmico, fumo negro, partículas finas de grafite, carbono amorfo, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, fibras de carbono crescido-vapor, e qualquer combinação dos mesmos.

[0032] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é um material não- carbonado que compreende não mais do que 10%, não mais do que 5%, não mais do que 1%, ou nenhum carbono.

[0033] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é selecionado a partir do grupo consistindo em cinzas volantes, um mineral, carbonato de cálcio, a calcite, um silicato, sica, quartzo, um óxido, um óxido de metal, um material insolúvel ou substancialmente insolúvel sal de metal, minérios de ferro, um mineral de argila, o talco, o gesso, e qualquer combinação dos mesmos.

[0034] Em outra concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é selecionado a partir do grupo que consiste de carbonatos de cálcio, carbonatos de magnésio, carbonatos de cálcio e magnésio, calcite, calcário, dolomita, hidróxidos de cálcio, hidróxidos de magnésio, óxidos de cálcio, óxidos de magnésio, carbonatos de hidrogênio de cálcio, carbonatos de hidrogênio de magnésio, caulinite, bentonite, ilita, zeólitos, fosfato de cálcio, hidroxiapataite, filossilicatos, e qualquer combinação dos mesmos.

[0035] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é fornecido sob a forma de um pó, ou uma suspensão compreendendo o pó.

[0036] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido está presente na mistura reacional a uma concentração de mais de 0,5%, mais do que 1%, mais de 3%, mais do que 5%, mais de 10%, mais de 25%, ou mais de 30% em peso.

[0037] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido está presente na mistura reacional a uma concentração de menos do que 0,5%, menos do que 1%, inferior a 3%, menos do que 5%, menos do que 10%, menos do que 25%, ou menos do que 50% em peso.

[0038] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o sequestrante de matéria orgânica e / ou inorgânica por o substrato sólido compreende a adsorção da matéria orgânica e / ou matéria inorgânica para uma superfície do substrato sólido.

[0039] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o sequestrante do orgânico e / ou matéria inorgânica por o substrato sólido compreende absorção da matéria orgânica e / ou matéria inorgânica no substrato sólido.

[0040] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica é matéria lignocelulósica.

[0041] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica é matéria lignocelulósica compreendendo pelo menos 10% da legnina, pelo menos, 35% de celulose, e pelo menos 20% da hemicelulose.

[0042] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica compreende mais do que cerca de 10% de cada um de lignina, celulose e hemicelulose.

[0043] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura de reação compreende mais de 10%, mais do que 15%, mais do que 20%, mais do que 30%, mais de 35%, ou mais de 40%, da matéria orgânica em peso.

[0044] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende menos do que 10%, menos do que 15%, menos do que 20%, menos do que 30%, menos do que 35%, menos do que 40%, menos de 50% , entre 5% e 40%, entre 10% a 35%, ou entre 15% e 30%, da matéria orgânica, em peso.

[0045] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica é fornecida sob a forma de uma pasta líquida que compreende parte ou a totalidade do solvente.

[0046] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende o tratamento da matéria orgânica, do substrato sólido e do solvente na forma de uma pasta.

[0047] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento é realizado em condições de fluxo contínuo e a pasta tem uma velocidade de fluxo de acima de 0,01 cm / s, acima de 0,05 cm / s, acima de 0,5 cm / s, acima de 0,1 cm / s, acima de 1,5 cm / s, ou acima de 2,0 cm / s.

[0048] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o método compreende ainda separar o substrato sólido a partir da mistura do produto, após a despressurização e o resfriamento, e a reciclagem do substrato sólido para uma segunda pasta ou segunda mistura reacional compreendendo matéria-prima de matéria orgânica.

[0049] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende ainda um aditivo de óleo.

[0050] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende ainda um aditivo de óleo que é misturado com a matéria-prima e / ou solvente antes do tratamento.

[0051] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende ainda um aditivo em óleo que constitui entre 5% e 60%, entre 5% e 50%, entre 5% e 40%, entre 5% e 30%, entre 5% e entre 20%, mais de 5%, mais de 10%, mais do que 15%, mais do que 20%, mais do que 30%, menos do que 20%, menos de 15% ou menos de 10% do aditivo em óleo em peso.

[0052] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende ainda um aditivo de óleo selecionado a partir do grupo que consiste em óleo parafínico, gasóleo, petróleo bruto, óleo sintético, carvão de petróleo, o bio-óleo, óleo de xisto, óleos de petróleo querogênio, óleo mineral, óleo mineral branco, óleo aromático, oleo de elevada octanagem, óleo de alto grau de destilação, oleo vegetal ou animal, as gorduras e as suas formas ácidas e formas esterificadas, e qualquer combinação dos mesmos.

[0053] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente é um solvente misto compreendendo um componente de solvente aquoso e um componente de solvente de óleo, em que os dois componentes são substancialmente não miscível ou parcialmente miscível à temperatura ambiente.

[0054] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente é um solvente misto compreendendo um componente de solvente aquoso e um componente de solvente de óleo, em que o componente de óleo é óleo elevado em bruto, oleo de elevada destilação ou uma combinação dos mesmos.

[0055] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente compreende água e oleo em uma relação de aproximadamente 1:1, em massa, de cerca de 1:2, em massa, de cerca de 2:1, em massa, de cerca de 3:1 em massa, de cerca de 1:3, em massa, de cerca de 1:4, em massa, de cerca de 4:1, em massa, de cerca de 1:5 em massa, de cerca de 5:1, em massa, de cerca de 1:6, em massa, , de cerca de 6:1, em massa, de cerca de 1:7 em massa, de cerca de 7:1, em massa, de cerca de 1: 8 em massa, de cerca de 8:1, em massa, de cerca de 1:9 em massa, de cerca de 9:1, em massa, de cerca de 1:10 em massa, ou de cerca de 10:1, em massa.

[0056] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o método compreende ainda a separação de óleo a partir do produto e reciclagem do óleo para uma segunda pasta ou segunda mistura reacional compreendendo matéria-prima de matéria orgânica.

[0057] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o método compreende ainda separar o substrato sólido e o óleo a partir do produto, e reciclar o substrato sólido e o óleo para uma segunda pasta ou segunda mistura reacional compreendendo matéria-prima de matéria orgânica.

[0058] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende o tratamento da mistura de reação a uma temperatura entre 250°C e 400°C e a uma pressão entre 100 bar e 300 bar.

[0059] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende o tratamento da mistura de reação a uma temperatura entre 310°C e 360°C e a uma pressão entre 160 bar e 250 bar.

[0060] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende o tratamento da mistura de reação a uma temperatura entre 320°C e 360°C e a uma pressão entre 220 bar e 250 bar.

[0061] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende o tratamento da mistura de reação a uma temperatura de entre pelo menos cerca de 100 ° C, pelo menos cerca de 150 ° C, pelo menos cerca de 200 ° C, pelo menos cerca de 250 ° C, pelo menos cerca de 300 ° C, em menos cerca de 350°C, entre cerca de 200°C e cerca de 250°C, entre cerca de 200°C e cerca de 400°C, entre cerca de 250°C e cerca de 400°C, entre cerca de 250°C e cerca de 350°C, e entre cerca de 250°C e cerca de 350°C; geração de vapor subcrítico ou supercrítico, independentemente da suspensão; e o contato da pasta fluida com o vapor subcrítico ou supercrítico no, pelo menos, um recipiente ou câmara do recipiente de reator.

[0062] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende a pressurização da mistura de reação a uma pressão de entre cerca de 100 bar e aproximadamente 400 bar, entre cerca de 150 bar e aproximadamente 400 bar, entre cerca de 200 bar e aproximadamente 400 bar, entre cerca de 150 bar e cerca de 350 bar, entre cerca de 180 bar e cerca de 350 bar, entre cerca de 150 bar e cerca de 300 bar, entre cerca de 150 bar e cerca de 280 bar, entre cerca de 150 bar e cerca de 270 bar, ou entre cerca de 200 bar e cerca de 300 bar.

[0063] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende ainda um aditivo catalisador.

[0064] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende ainda um catalisador aditivo que é misturado com a matéria-prima e / ou solvente antes do tratamento.

[0065] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador aditivo é adicionado à mistura de reação após a reação tenha atingido a referida temperatura e pressão da mistura de reação.

[0066] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador aditivo é selecionado a partir do grupo que consiste em: um catalisador de base, um catalisador de hidróxido de metal alcalino, um catalisador de hidróxido de metal de transição, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, carbonato de sódio, carbonato de potássio , um catalisador ácido, um catalisador ácido sólido, um catalisador de metal de formiato de alcali, um catalisador de metal de transição, um catalisador de formiato de metal de transição, um catalisador de metal de transição com suporte, um catalisador de ácido carboxílico reativo, um catalisador de metal de transição, um catalisador de sulfeto, um catalisador metálico nobre, um catalisador de água-gás- deslocamento, formato de sódio, formato de potássio, hidróxido de sódio, e combinações dos mesmos.

[0067] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador aditivo não está presente, ou não está substancialmente presente, em qualquer um ou mais de a matéria orgânica, o substrato sólido, o solvente, ou uma parede de um vaso reator que é realizado o método.

[0068] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador aditivo também está presente em qualquer uma ou mais da matéria orgânica, o substrato sólido, o solvente, ou uma parede de um vaso de reação em que o método é realizado.

[0069] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador é fornecido em uma suspensão compreendendo a matéria-prima de matéria orgânica, e o catalisador se situa entre 1% e 30%, entre 5% e 30%, entre 10% e 30%, entre 5% e 30%, entre 5% e 20%, entre 5% e 15%, entre 10% e 30%, entre 10% e 30%, entre 10% e 15%, menos do que 20%, menos do que 30 %, menos do que 25%, menos do que 15%, menos do que 10%, ou menos do que 5% do peso da matéria orgânica na mistura reacional

[0070] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende a matéria- prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) e o substrato sólido, a uma razão de cerca de 1:1, cerca de 3:2, cerca de 2: 1, cerca de 3:1, cerca de 4:1, cerca de 5:1, cerca de 6:1 a cerca de 8:1, cerca de 10: 1, cerca de 20:1, ou cerca de 30:1.

[0071] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido constitui: pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 6%, pelo menos 7 %, pelo menos 8%, pelo menos 9%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, entre 1% em peso e 20%, entre 1% e 10%, entre 1% e 5%, entre 5% e 10%, entre 5% e 15%, entre 5% e 20%, entre 20% e 40%, entre 20% e 50%, entre 20 % e 30%, entre 30% e 40%, ou entre 40% e 50% da massa total combinado do substrato sólido e matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) na mistura reacional.

[0072] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a mistura reacional compreende menos do que 20%, menos do que 30%, menos do que 35%, menos do que 40%, menos do que 40%, menos do que 70%, menos de 80% , menos do que 90%, menos de 95%, entre 10% e 95%, entre 30% e 95%, entre 50% a 70%, ou entre 60% a 80%, de solvente por peso.

[0073] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente é um solvente aquoso, um solvente em óleo, ou uma mistura de um solvente aquoso e um solvente de óleo.

[0074] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente em óleo ou a mistura de solvente aquoso e o solvente compreende óleo de petróleo bruto, óleo de elevada destilação, ou uma combinação dos mesmos.

[0075] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente de óleo é reciclado a partir de um bio-produto produzido de acordo com o método.

[0076] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente substrato sólido é reciclado a partir de um bio-produto produzido de acordo com o método. Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido e solvente de óleo são reciclados de uma mistura a partir de um bio-produto produzido de acordo com o método, e a mistura de óleo reciclado e substrato reciclado é sólido à temperatura ambiente.

[0077] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente aquoso compreende água ou água e um álcool.

[0078] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o solvente aquoso compreende água e um álcool, e o álcool é selecionado a partir de etanol, metanol, ou uma combinação de etanol e metanol.

[0079] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, antes e / ou após o tratamento, a mistura reacional compreende uma percentagem, em peso, do dito álcool de mais de 3%, mais do que 5%, mais de 10%, mais de 15%, mais do que 20%, mais do que 25%, mais do que 30%, menos do que 30%, menos do que 25%, menos do que 20%, menos do que 15%, menos do que 10%, menos do que 5%, ou menos de 3%.

[0080] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o bio-produto compreende um componente de óleo tendo um poder calorífico de pelo menos 30 MJ / kg, pelo menos 32 MJ / kg, pelo menos 35 MJ / kg, ou pelo menos 36 MJ / kg, e um componente do substrato e do óleo misturado com um poder calorífico de pelo menos 26 MJ / kg, pelo menos 28 MJ / kg, pelo menos, 30 MJ / kg, pelo menos 32 MJ / kg, ou pelo menos 33 MJ / kg.

[0081] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o bio-produto compreende um composto selecionado a partir do grupo consistindo em: ceras; aldeídos; ácidos carboxílicos; carboidratos; fenóis; furfurais; álcoois; cetonas; resinas; Os ácidos de resina; compostos estruturalmente relacionados com ácidos resínicos; alcanos; alquenos; ácidos graxos; ésteres de ácidos graxos; esteróis; compostos relacionados com esteróis; oligômeros furânicos; ciclopentanonas; cicloexanonas; ciclopentanonas alquilo e alcoxi; cicloexanonas alquilo e alcoxi; ciclopentenoonas; ciclopentenonas alquilo e alcoxi; compostos aromáticos; naftalenos; naftalenos substituídos - alquilo e alcoxi; cresóis; fenóis de alquilo e alcoxi; catecóis alquilo e alcoxi; dihidroxibezenos alquilo e alcoxi; hidroquinonas alquilo e alcoxi; indenos; indeno-derivados, e qualquer combinação dos mesmos.

[0082] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a pasta é submetida a: (a) aquecimento e pressurização a uma temperatura e pressão alvo, (b) tratamento da temperatura alvo (s) e de pressão (s) por um período de tempo definido (isto é, o "tempo de retenção"), e (c) resfriamento e de-pressurização, sob condições de fluxo contínuo.

[0083] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o método compreende uma primeira fase de pré-aquecimento no qual a mistura de reação é aquecida a uma temperatura que está abaixo da temperatura de reação, e uma segunda etapa de aquecimento em que a mistura de reação é aquecida a temperatura de reação.

[0084] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a segunda fase de aquecimento compreende o contato da mistura reacional com vapor subcrítico ou supercrítico.

[0085] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador aditivo é adicionado à mistura reacional antes do primeiro estágio de pré- aquecimento.

[0086] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador aditivo é adicionado à mistura de reação, durante ou após o primeiro estágio de pré- aquecimento e antes da segunda fase de aquecimento.

[0087] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o catalisador aditivo é adicionado à mistura de reação durante ou depois da segunda fase de aquecimento.

[0088] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento é por um período de tempo de entre cerca de 20 minutos e cerca de 30 minutos.

[0089] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o método compreende a etapa de aquecer a matéria-prima de matéria orgânica e solvente para a temperatura em um período de tempo inferior a cerca de 2 minutos, antes do tratamento.

[0090] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o método compreende a etapa de aquecimento e pressurização da matéria-prima de matéria orgânica e do solvente à temperatura e pressão em um período de tempo inferior a cerca de 2 minutos, antes do tratamento.

[0091] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o método compreende as etapas de:

[0092] (i) resfriar a mistura do produto a uma temperatura de entre cerca de 160 ° C e cerca de 200 ° C em um período de tempo inferior a cerca de 30 segundos após o referido tratamento; e

[0093] (ii) despressurizar e resfriar a mistura do produto à temperatura ambiente pela liberação através de uma baixa pressão do dispositivo.

[0094] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a baixa pressão do dispositivo é envolta em água à temperatura ambiente.

[0095] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido é feito a partir de resíduo obtido por destilação ou por pirólise do bio-produto.

[0096] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o bio-produto compreende um ou mais de um componente oleoso, um componente de carvão animal, um componente aquoso compreendendo uma solução de produtos químicos orgânicos em água, e um componente gasoso que compreende: metano, hidrogênio, monóxido de carbono e / ou dióxido de carbono.

[0097] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o bio-produto compreende um bio-óleo.

[0098] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o bio-produto é fracionado para fornecer produtos químicos de plataforma.

[0099] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende o aquecimento e pressurização da pasta em pelo menos um recipiente ou câmara do vaso reator.

[00100] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a geração de vapor compreende o tratamento subcrítico ou supercrítico independentemente da pasta e o contato da pasta fluida com o vapor subcrítico ou supercrítico em pelo menos um recipiente ou câmara do dito vaso reator.

[00101] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a pasta está à temperatura e pressão ambiente ou próximo da temperatura ambiente antes de contatar com o referido vapor subcrítico ou supercrítico.

[00102] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o tratamento compreende: aquecer a pasta a uma temperatura selecionada do grupo que consiste de pelo menos cerca de 100° C, pelo menos cerca de 150° C, pelo menos cerca de 200° C, pelo menos cerca de 250° C, pelo menos cerca de 300°C, pelo menos cerca de 350°C, entre cerca de 200°C e cerca de 250°C, entre cerca de 200°C e cerca de 400°C, entre cerca de 250°C e cerca de 400°C, entre cerca de 250°C e cerca de 350°C, e entre cerca de 250°C e cerca de 350°C; gerar vapor subcrítico ou supercrítico, independentemente da suspensão; e contatar a pasta fluídica com o vapor subcrítico ou supercrítico no, pelo menos, um vaso ou câmara do vaso reator.

[00103] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a suspensão é pressurizada antes e / ou após o referido contato.

[00104] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a despressurização e o resfriamento da mistura do produto ocorre simultaneamente.

[00105] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a despressurização e o resfriamento da mistura do produto ocorre separadamente.

[00106] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) está presente em uma quantidade de entre 5% em peso e 50% em peso, entre 10% em peso e 40% em peso, ou entre 5% em peso e 30% em peso, de a pasta e / ou a mistura de reação.

[00107] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) está presente em uma quantidade de mais do que 5% em peso da pasta e / ou a mistura de reação.

[00108] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) está presente em uma quantidade de pelo menos 5% em peso, pelo menos 10% em peso, pelo menos 15% em peso, pelo menos 20% em peso, ou pelo menos 30% em peso da pasta e / ou a mistura de reação.

[00109] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, o substrato sólido está presente na mistura de suspensão e / ou reação em uma quantidade de entre 0,5% em peso e 50% em peso da quantidade total em peso% da matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) presente na pasta e / ou mistura de reação.

[00110] Em uma concretização do primeiro, segundo ou terceiro aspectos, a matéria-prima de matéria orgânica é de madeira (por exemplo, pinheiro Radiata).

[00111] Em um quarto aspecto, a presente invenção proporciona um bio-produto obtido pelo método do primeiro, segundo ou terceiro aspecto.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00112] As concretizações preferidas da presente invenção irão agora ser descrita, por meio apenas de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[00113] A Figura 1 é um diagrama de fluxo esquemático que mostra um aparelho para a conversão de matéria orgânica em bio-produtos, de acordo com uma concretização da invenção. A queda de pressão através do reator é medida entre os pontos 4 e 5.

[00114] A Figura 2 é um gráfico que mostra a diferença de pressão medida através do reator (pressão dentro - pressão fora) em função do tempo experimental para experiências sem (Corridas 1 - 3) e com (Corridas 4 - 9) substrato sólido adicionado à mistura de reação que contém matéria orgânica.

[00115] A Figura 3 é um gráfico que mostra as curvas TGA (perda de peso de amostra em função da temperatura) para amostras de substrato sólido misturado e produto de óleo de pistas 5, 6 e 7. Chave: gráficos superiores - % de peso em função da temperatura (eixo da esquerda). gráficos inferiores - derivado de perda de peso por temperatura w.r.t (eixo da direita). linha sólida, Pista 6. linha a tracejado ( ) e traço-ponto (_._.), Pista 5, linha pontilhada (_.._ ..), Pista 7.

[00116] As Figuras 4A-4E são gráficos representativos que mostram pressão manométrica perto do início do reator (pressão) e perto da extremidade do reator (pressão para fora) versus duração experimental para experiências com e sem substrato sólido adicionado à mistura de reação que contém matéria orgânica. A Figura 4A mostra pressão manométrica perto do início do reator (pressão) e perto da extremidade do reator (pressão fora) versus experimental para uma duração de serviço (Pista 1 - tabela 2) sem substrato. A Figura 4B mostra pressão manométrica perto do início do reator (pressão) e perto da extremidade do reator (pressão para fora) versus experimental para uma duração de serviço (Pista 2 - Tabela 2) sem substracto. A Figura 4C mostra pressão manométrica perto do início do reator (pressão) e perto da extremidade do reator (pressão para fora) versus experimental para uma duração de serviço (RUN 7- Tabela 2) com o substrato (a lignita). A Figura 4D mostra pressão manométrica perto do início do reator (pressão) e perto da extremidade do reator (pressão para fora) versus experimental para uma duração de serviço (RUN 9 - Tabela 2) com o substrato (a lignita). A Figura 4E mostra pressão manométrica perto do início do reator (pressão) e perto da extremidade do reator (pressão para fora) versus experimental para uma duração de serviço (Pista E - Tabela 7) com substrato (legnita).

Definições

[00117] Tal como utilizado neste pedido, as formas singulares "um", "uma" e "o" incluem referências plurais a menos que o contexto dite claramente o contrário. Por exemplo, o termo "catalisador" também inclui uma pluralidade de catalisadores.

[00118] Tal como aqui utilizado, o termo "compreendendo" significa "incluindo". As variações da palavra "compreendendo", tal como "compreendem" e "compreende", têm significados correspondentemente variados. Assim, por exemplo, um bio-produto "compreendendo" um bio- óleo pode consistir exclusivamente de bio-óleo ou podem incluir outras substâncias adicionais.

[00119] Como usado aqui, os termos "matéria orgânica", "materiais orgânicos" tem o mesmo significado e abrange qualquer material compreendendo carbono, incluindo materiais, tanto fossilizados e não fossilizadas. Exemplos não limitativos de matéria orgânica incluem fontes renováveis de biomassa (por exemplo, matéria lignocelulósica), assim como materiais contendo hidrocarbonetos (por exemplo, óleo de xisto, leginita e turfa) que podem ser não renováveis.

[00120] Tal como aqui utilizado, o termo "bio-produto" abrange qualquer produto que pode ser obtido por tratamento de matéria-prima de matéria orgânica, tal como definido acima, em conformidade com os métodos da presente invenção. Exemplos não limitantes de bio-produtos incluem biocombustíveis (por exemplo, bio-óleos, produtos de carvão animal, produtos gasosos) e produtos químicos (por exemplo, produtos químicos de plataforma, ácidos orgânicos, furanicos, furfural, hidroximetilfurfural, levoglucosan, sorbitol, cilitol, arabinitol, formaldeído, acetaldeído).

[00121] Tal como aqui utilizado, o termo "biocombustível" refere-se a um material contendo energia derivada do tratamento de matéria-prima de matéria orgânica, tal como definido acima, em conformidade com os métodos da presente invenção. Exemplos não limitantes de biocombustíveis incluem bio-óleos, produtos de carvão animal (por exemplo, injeção de carvão pulvarisado atualizado (PCI) produtos equivalentes e combustíveis para motores de carbono injeção direta (PCI)), e produtos gasosos (um produto gasoso que contém metano, hidrogênio, monóxido de carbono e / ou dióxido de carbono).

[00122] Tal como aqui utilizado, o termo "bio-óleo" refere-se a uma mistura complexa de compostos derivados do tratamento de matéria-prima de matéria orgânica, tal como definido acima, em conformidade com os métodos da presente invenção. O bio-óleo pode compreender compostos, incluindo, mas não limitado a, qualquer um ou mais dos alcanos, alquenos, aldeídos, ácidos carboxílicos, fenóis, carboidratos, furfurais, álcoois e cetonas. O bio-óleo pode compreender várias fases, incluindo, mas não limitado a, uma fase aquosa solúvel em água, que pode compreender, compostos, incluindo, mas não limitado a, qualquer um ou mais dos hidratos de carbono, aldeídos, ácidos carboxílicos, carboidrato, fenóis, furfurais , álcoois, cetonas, e resinas e ácidos de resinas e compostos estruturalmente relacionados com os ácidos de resina, alcanos e alquenos, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos, esteróis e compostos relacionados com o esterol, oligómeros furânicos, ciclopentanonas, e ciclohexanonas, alquil- e alcoxi ciclopentanonas, e ciclo- hexanonas, ciclopentenoonas, ciclopentenonas alquil e alcoxil, incluindo compostos aromáticos naftalenos e alquil e alcoxi - naftalenos substituídos, cresóis, fenóis de alquilo e de alcoxi, alquilo e alcoxi catecóis, dihidroxibezenos alquil- e alcoxi , alquil- e alcoxi hidroquinonas, indenos e indeno-derivados; e uma fase insolúvel em água que podem compreender, os compostos incluindo, mas não limitado a, qualquer um ou mais de ceras, aldeídos, ácidos carboxílicos, hidratos de carbono, fenóis, furfurais, álcoois e cetonas, resinas e ácidos de resinas, e compostos estruturalmente relacionados de ácidos de resina, alcanos e alcenos, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos, esteróis e compostos relacionados com o esterol, oligômeros furânicos, ciclopentanonas, e ciclo-hexanonas, ciclopentanonas alquil- e alcoxi-, e ciclo-hexanonas, ciclopentenoonas, ciclopentenonas alquil- e alcoxi-, aromático incluindo compostos naftalenos e alquil- e alcoxi - naftalenos substituídos, cresóis, fenóis de alquilo e de alcoxi, alquilo e alcoxi catecóis, alquil- e alcoxi-dihidroxibezenos, alquil- e alcoxi-hidroquinonas, indenos e derivados de indeno.

[00123] Tal como aqui utilizados, os termos "substância lignocelulósica" e "biomassa lignocelulósica" são utilizados indiferentemente e possuem o mesmo significado. Os termos englobam qualquer substância que compreende lignina, celulose e hemicelulose. A título de exemplo não limitativo, a matéria lignocelulósica pode compreender pelo menos 10% da lignina, pelo menos, 10% de celulose e pelo menos 10% da hemicelulose.

[00124] Tal como aqui utilizado, o termo "matéria orgânica fóssil" abrange qualquer material orgânico que foi submetido a pressão geotérmica e temperatura por um período de tempo suficiente para remover a água e concentra-se carbono a níveis significativos. Por exemplo, o material orgânico fóssil pode compreender mais do que cerca de 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ou 95% em peso de carbono. Exemplos não limitantes de matéria orgânica fóssil incluem carvões (por exemplo, carvão antracite, tais como meta-antracite, antracite e semianthracite; carvões betuminosos; carvões subbituminous; liginita (ou seja, carvão castanho), carvão de coque, alcatrão de carvão, derivados de alcatrão de carvão, carvão de carvão) , coques (por exemplo, coque de alta temperatura, o coque de fundição, de baixa e média coque temperatura, coque de breu, coque de petróleo, coque de forno, coque, coque de gás, coque de carvão marrom, coque semi), turfa (por exemplo moída turfa, sod turfa) , kerogen, areias betuminosas, xisto betuminoso, alcatrão de xisto, asfaltos, asfaltinas, betume naturais, areias betuminosas, ou qualquer combinação destes.

[00125] Tal como aqui utilizado, o termo "solvente" inclui dentro do seu escopo um "solvente aquoso", um "solvente oleoso", e suas combinações.

[00126] Tal como aqui utilizado, o termo "solvente aquoso" refere-se a um solvente que compreende pelo menos um por cento de água com base no peso total do solvente. Um "solvente aquoso" pode, portanto, compreender um entre água e um por cento de água de cem por cento com base no peso total do solvente. Um "solvente aquoso" também será entendido como incluindo dentro do seu âmbito "álcool aquoso", "etanol aquoso", e "metanol aquoso".

[00127] Tal como aqui utilizado, o termo "álcool aquoso" refere-se a um solvente que compreende pelo menos um álcool por cento com base no peso total do solvente.

[00128] Tal como aqui utilizado, o termo "solução aquosa de etanol" refere-se a um solvente que compreende pelo menos um por cento de etanol com base no peso total do solvente.

[00129] Tal como aqui utilizado, o termo "solução aquosa de etanol" refere-se a um solvente que compreende pelo menos um por cento de metanol com base no peso total do solvente.

[00130] Tal como aqui utilizado, o termo "solvente oleoso" refere-se a um solvente que compreende qualquer óleo adequado, exemplos não limitativos dos quais incluem óleo parafínico, gasóleo, petróleo bruto, óleo sintético, carvão de petróleo, o bio-óleo, óleo de xisto / óleo querogênio, óleos aromáticos (isto é, componentes únicos ou múltiplos anéis ou suas misturas), os óleos de altura, os óleos de triglicéridos, ácidos gordos, materiais extraiveis de éter, extracção de hexano, e qualquer mistura de qualquer um dos componentes anteriores, e em que o óleo consiste em menos de um por cento do solvente com base no peso total de solvente.

[00131] Tal como aqui utilizado, o termo "aditivo oleoso" refere-se a qualquer componente de óleo adequado para inclusão em uma matéria-prima, do solvente e / ou mistura de reação de acordo com a presente invenção, exemplos não limitativos dos quais incluem óleo parafínico, gasóleo, petróleo bruto, óleo sintético, carvão em petróleo, bio-óleo, óleo de xisto / óleo querogênio, óleos aromáticos (ou seja, os componentes individuais ou multi-rodeado ou suas misturas), óleos de altura, óleos triglicérides, ácidos graxos, éter de extração, hexano de extração, e qualquer mistura de qualquer um dos componentes anteriores. O aditivo de óleo pode constituir, pelo menos, uma porção por cento da matéria-prima, do solvente e / ou mistura de reação ao qual é adicionado, com base no peso total da alimentação, um solvente e / ou mistura de reação.

[00132] Tal como aqui utilizado, uma substância "supercrítica" (por exemplo, um solvente supercrítico) refere-se a uma substância que é aquecido acima da sua temperatura crítica e pressurizado acima da sua pressão crítica (isto é, uma substância, a uma temperatura e pressão acima da do seu ponto crítico).

[00133] Tal como aqui utilizado, uma substância "subcrítica" (por exemplo, um solvente subcrítico) refere-se a uma substância, a uma temperatura e / ou pressão abaixo do ponto crítico da substância. Por conseguinte, a substância pode ser "subcrítica", a uma temperatura abaixo do seu ponto crítico e uma pressão acima do seu ponto crítico, uma temperatura acima do seu ponto crítico e uma pressão abaixo do seu ponto crítico, ou a uma temperatura e pressão abaixo do seu ponto crítico.

[00134] Tal como aqui utilizado, um "substrato sólido" é um componente que é sólido ou substancialmente sólido à temperatura e pressão da reação utilizadas em conformidade com os métodos da presente invenção. O substrato sólido pode ser capaz de sequestrar matéria orgânica e / ou inorgânica que dessolubiliza dentro da mistura de reação e / ou uma mistura do produto produzido a partir da mistura de reação.

[00135] Adicionalmente ou em alternativa, o substrato sólido pode ser capaz de alterar as características do fluxo da mistura reacional ou a mistura do produto em um vaso de reação. substratos sólidos abrangem ambos os materiais carbonáceos e não-carbonados, exemplos não limitativos dos quais incluem carvão, carvão antracite, meta-antracite, semianthracite antracite, carvão betuminoso, carvão sub- betuminoso, liginita (ou seja, marrom carvão), carvão de coque, alcatrão de carvão, carvão derivados de alcatrão, carvão animal, carvão, coque, coque de alta temperatura, o coque de fundição, de baixa e média coque temperatura, coque de breu, coque de petróleo, coque de forno, coque, coque de gás, coque de carvão marrom, coque semi, carvão, carvão animal pirólise, carvão hidrotermal, carbono negro, partículas finas de grafite, carbono amorfo, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, fibras de carbono crescido- vapor, cinzas volantes, um mineral, carbonato de cálcio, a calcite, um silicato, sica, quartzo, um óxido, um óxido de metal, uma insolúvel ou substancialmente insolúvel sal de metal, minérios de ferro, um mineral de argila, talco, gesso, carbonato de cálcio, carbonatos de magnésio, carbonatos de cálcio e magnésio, calcite, calcário, dolomita, hidróxidos de cálcio, hidróxidos de magnésio, óxidos de cálcio, óxidos de magnésio, carbonatos de hidrogênio de cálcio, carbonatos de hidrogênio de magnésio, caulinite, bentonite, ilita, zeólitos, fosfato de cálcio, hidroxiapataita, filossilicatos, e qualquer combinação dos mesmos.

[00136] Tal como aqui utilizado, o termo "fluxo contínuo" refere-se a um processo em que uma suspensão de matéria-prima que compreende a matéria orgânica e qualquer um ou mais dos seguintes: um solvente, o substrato sólido, o aditivo catalisador e / ou do aditivo oleoso seja submetida a: (d) aquecimento e pressurização a uma temperatura e pressão alvo, (e) tratamento a temperatura e pressão alvo (s) por um período de tempo definido (um "tempo de retenção"), e (f) resfriamento e despressurização, durante o qual a suspensão é mantida sob um fluxo de movimento contínuo ao longo do comprimento (ou comprimento parcial) de uma dada superfície de um recipiente de reator.

[00137] Deve entender-se que as condições de "fluxo contínuo", tal como aqui contemplado são definidas por um ponto de aquecimento e pressurização de partida (isto é, (a) acima) e por um ponto final de resfriamento e de- pressurização (isto é, (c) acima). Condições de fluxo contínuo, como aqui contempladas não implicam qualquer limitação particular no que respeita a velocidade de fluxo da suspensão, desde que seja mantida em um fluxo de movimento contínuo.

[00138] Tal como aqui utilizado, um "aditivo catalisador" é um catalisador incorporado em uma suspensão de matéria-prima e / ou mistura de reação que é complementar a compostos catalíticos intrinsecamente presente na matéria- prima de matéria orgânica tratada em conformidade com os métodos da invenção, os compostos catalíticas intrinsecamente presente em qualquer solvente utilizado, de acordo com os métodos da invenção, os compostos catalíticas intrinsecamente presentes em um substrato sólido utilizado para realizar os métodos da invenção, e / ou compostos catalíticas intrinsecamente presentes nas paredes de um aparelho de reator utilizado para executar os métodos da invenção.

[00139] Tal como aqui utilizado, o termo "catalisador intrínseco" será entendido como sendo um catalisador que está naturalmente presente em um determinado componente de reação, tal como, por exemplo, todas as paredes de um ou mais de matéria-prima de matéria orgânica, em um solvente aquoso, e / ou dos vasos de um aparelho reator, ou, de um catalisador que forma in situ durante o processo de tratamento.

[00140] Tal como aqui utilizados, os termos "reator", "Aparato de reator", e "reatores" são utilizados indiferentemente e possuem o mesmo significado. Cada termo abrange qualquer aparelho adequado para a realização dos métodos da presente invenção incluindo, por exemplo, reatores de fluxo contínuo e reatores descontínuos.

[00141] Tal como aqui utilizado um substrato "substancialmente sólido" refere-se a um substrato que é predominantemente sólido a uma temperatura especificada de reação e / ou de pressão em que pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, pelo menos 90%, de preferência pelo menos 95%, e mais preferencialmente, pelo menos 98% do substrato é de uma forma sólida.

[00142] Tal como aqui utilizado, uma substância "substancialmente insolúvel" é uma que é predominantemente insolúvel a uma temperatura especificada de reação e / ou de pressão em que, pelo menos, 90%, de preferência, pelo menos 95%, e mais preferencialmente ,pelo menos 98% do substrato não é solubilizado.

[00143] Tal como é aqui usado, um substrato sólido "inerte" ou "quimicamente inerte" é aquele que não reage quimicamente com os outros componentes de uma mistura de reação ou catalisam as reacções entre os componentes de uma mistura reaccional, a uma temperatura de reação especificado e pressão ou na faixa de temperaturas de reação e pressões.

[00144] Tal como aqui utilizado, um substrato sólido "substancialmente inerte" ou "substancialmente quimicamente inerte", que não faz a qualquer grau significativo reage quimicamente com os outros componentes de uma mistura de reação ou catalisam as reações entre os componentes de uma mistura reaccional, a uma temperatura de reação especificado e pressão ou a uma gama de temperaturas de reação e pressões.

[00145] Um substrato sólido "substancialmente inerte" ou "substancialmente quimicamente inerte" será entendido para reagir com qualquer outro componente em uma dada mistura de reação, ou catalisar uma reação entre os componentes indicados em uma mistura de reação, em menos do que 5%, menos do que quatro %, inferior a 3%, inferior a 2%, ou menos do que 1%, de eventos de interacção com o componente (s).

[00146] Deve ser entendido que a utilização do termo "cerca de" aqui utilizado em referência a um valor em umérico recitado (por exemplo, uma temperatura ou pressão) inclui o valor em umérico recitado e valores em uméricos dentro de mais ou menos dez por cento do valor recitado.

[00147] Será entendido que a utilização do termo "entre" aqui utilizado para se referir a uma gama de valores em uméricos engloba os valores em uméricos, em cada extremidade da gama. Por exemplo, uma gama de temperaturas de entre 10°C e 15°C é inclusive das temperaturas 10°C e 15°C.

[00148] Qualquer descrição de um documento do estado da técnica é aqui, ou uma afirmação aqui derivado ou baseado no referido documento, não é uma admissão de que o documento ou declaração derivado é uma parte do conhecimento geral comum do estado da técnica relevante.

[00149] Para os fins de descrição todos os documentos aqui mencionados são incorporados por referência na sua totalidade, a menos que indicado de outra forma.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00150] Os métodos atuais para a produção do bio-óleo a partir de matéria orgânica sofrem de um certo número de inconvenientes. Para além do teor de oxigênio geralmente elevada e fraca estabilidade da maior parte das bio-óleos, a necessidade de efetuar as reações de despolimerização a alta temperatura e de pressão requer um aparelho reator (por exemplo, reatores de fluxo contínuo, reatores descontínuos e semelhantes) introduzindo dificuldades adicionais.

[00151] Por exemplo, a água é geralmente utilizada como o principal agente de despolimerização em processos de liquefação hidrotermais (por exemplo, melhoria hidrotérmica (HTU) e tecnologia do reator catalítico hidrotérmico (Cat- HTR)). O uso de água restringe a concentração de matéria orgânica (por exemplo, biomassa lignocelulósica) que pode ser usada em suspensão de matéria-prima em um reator devido ao inchaço. Além disso, altos níveis de energia são necessários para aquecer a água até à temperatura de reação (e mantê-la ali) resultando em carbonização do lado de dentro das paredes do vaso do reator. Embora a utilização de um co-solvente adequado, tal como etanol oferece um meio potencial de reduzir a carbonização como também aumenta significativamente o custo global do processo. O aquecimento balístico é outro método que pode ser utilizado para minimizar a carbonização. Este processo envolve a rápida convergência dos dois fluxos separados de transmissão (uma pasta e uma sub / supercrítico) de transmissão da água em uma câmara de aquecimento balístico. No entanto, o custo da caldeira supercrítica utilizada no aquecimento balístico e associado a fase de de ionização da água tem um efeito significativamente adverso sobre a eficiência de custos.

[00152] Outra desvantagem dos métodos conhecidos para a produção de bio-óleo que utilizam liquefacção hidrotérmica de matéria-prima de matéria orgânica é que o produto compreende, tipicamente, várias camadas de óleo com propriedades químicas diferentes. A separação das diferentes camadas pode ser difícil e exige recursos adicionais.

[00153] Outra desvantagem adicional dos métodos conhecidos para a produção de bio-óleo que utilizam liquefacção hidrotérmica de matéria-prima de matéria orgânica é que, quando elevadas concentrações de matéria orgânica liquefeita (por exemplo, matéria lignocelulósica) estão fluindo em um reator de tubo que tenha sido determinado pelos presentes invençãores que uma grande diferença de pressão pode desenvolver entre os elementos de reatores a montante e a jusante. Durante a operação de um reator de tubo de grandes dimensões sob condições de fluxo contínuo um grande diferencial de pressão é tipicamente suficiente para impedir a operação do reator por razões de controle e de segurança operacional.

[00154] Uma desvantagem adicional de métodos conhecidos para a produção de bio-óleo que utilizam liquefacção hidrotérmica de matéria-prima de matéria orgânica é que, quando elevadas concentrações de matéria orgânica liquefeita está fluindo em um reator de tubo que tem sido observado que a matéria orgânica e / ou inorgânica pode depositar sobre o reator paredes, particularmente, onde o perfil do tubo alterações, por exemplo, nas junções ou curvas que ligam dois elementos retos de tubo reator.

[00155] A presente invenção se relaciona com a descoberta inesperada de que pelo menos um dos inconvenientes anteriormente referidos podem ser aliviados pela incorporação de um substrato sólido para o material de alimentação e / ou mistura de reação usadas em processos de liquefacção hidrotermais. O substrato sólido é geralmente um que permanece sólido ou substancialmente sólido à temperatura e pressão da reação utilizada.

[00156] Sem limitação de mecanismo específico (s) de ação, postula-se que o aditivo substrato sólido pode atuar como um locus de deposição alternativa para materiais solubilizados orgânicos e / ou inorgânicos que, de outra forma como escala depositam nas paredes do reator. Este efeito de sequestro pode ser aumentado em que o substrato tem uma área superficial elevada por unidade de massa. Adicionalmente ou em alternativa, propõe-se que a presença do substrato sólido pode alterar as características do fluxo da matéria-prima de pasta, mistura reacional e / ou mistura de produtos. Estes e outros mecanismos potenciais podem ser responsáveis para a redução observada no diferencial de pressão que de outra forma se desenvolve entre os elementos do reator a montante e a jusante quando as concentrações mais elevadas de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) são utilizados na alimentação de polpa, e / ou a redução observada na deposição de matéria orgânica e / ou inorgânica nas paredes dos vasos reator (escalonamento).

[00157] Além disso, e novamente sem limitação à teoria mecanicista, postula-se que o substrato sólido pode adicionalmente aumentar as propriedades de bio-produtos por parte dos métodos da presente invenção através da disponibilização de área de superfície de metal adicional dentro do reator por meio de uma ação abrasiva nas superfícies que de outra forma seria protegida por meio de uma camada de passivação. Estas superfícies metálicas adicionais podem atuar como catalisadores heterogêneos para reações favoráveis (por exemplo, descarboxilação e reações de transferência de hidrogênio, e outros tipos de reação).

[00158] Por conseguinte, certos aspectos da presente invenção dizem respeito a métodos para a produção de produtos biológicos por tratamento de matéria-prima de matéria orgânica, com vários solventes e na presença de substratos sólidos no aumento da temperatura e pressão. Aspectos adicionais da presente invenção referem-se a bio-produtos gerados pelos métodos aqui descritos.

[00159] Os métodos da presente invenção são demonstrados para fornecer várias vantagens notáveis.

[00160] Uma dessas vantagens é a prevenção do acúmulo de pressão e / ou a formação de incrustações nos reatores durante a conversão da matéria-prima de matéria orgânica em bio-produtos (por exemplo, biocombustíveis, produtos químicos plataforma) em alta temperatura e pressão. Em particular, quando o processo de conversão é conduzida sob condições de fluxo contínuo em um reator de tubo ou semelhante, o desenvolvimento de um diferencial de pressão através do reator e / ou escamação nas paredes do reator podem exigir operações para ser encerrado e necessitam de caro e demorado escalonamento ou procedimentos de limpeza. Uma segunda vantagem é que a inclusão do substrato sólido pode auxiliar no aumento da disponibilidade de superfícies metálicas do reator em que podem participar na catálise heterogénea. Uma terceira vantagem é que, se um biocombustível líquido é piroliticamente destilado a partir de uma mistura de produto que compreende o substrato sólido após de-pressurização e de separação (ver metodologia nos Exemplos), um carvão animal pode ser gerado que pode ser reciclado para proporcionar substrato sólido para o tratamento de adicional matéria-prima matéria orgânica. Além disso, carvão animal produzido em excesso de requisitos de substrato sólido é um produto sólido rico em carbono renovável com adequação para uso em sequestro de bio-carvão animal de carbono, combustível e / ou aplicações de produtos químicos.

Matéria orgânica

[00161] A presente invenção proporciona métodos para a conversão da matéria-prima de matéria orgânica em bio- produtos (por exemplo, biocombustíveis, incluindo bio-óleos, produtos químicos, etc). Tal como aqui utilizado, "matéria orgânica" (também referido aqui como "material orgânico") engloba qualquer matéria compreendendo carbono, incluindo ambas as formas fósseis e não fósseis de matéria compreendendo carbono.

[00162] Sem limitação existe sobre o tipo particular de matéria-prima de matéria orgânica utilizados nos métodos da invenção, embora seja contemplado que o uso de um substrato sólido, em conformidade com os métodos da presente invenção pode ser mais benéfico durante a conversão de não- fóssil formas de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) em comparação com as formas fossilizadas de matéria orgânica.

[00163] A matéria orgânica utilizada nos métodos da invenção pode compreender matéria orgânica que ocorre naturalmente (por exemplo, biomassa lignocelulósica e semelhantes) e / ou materiais sintéticos orgânicos (por exemplo, borrachas sintéticas, plásticos, nylons e semelhantes). Em algumas concretizações, a matéria orgânica utilizada nos métodos da presente invenção compreende uma mistura de matéria orgânica e de matéria orgânica fóssil não- fóssil (por exemplo matéria lignocelulósica). Em tais casos, a matéria orgânica fóssil pode permanecer no estado sólido à temperatura de reação e da pressão no caso em que pode actuar como um substrato sólido, tal como aqui descrito. No caso em que mais do que um tipo (isto é, uma mistura) de matéria orgânica é utilizado, não existe limitação especial em relação à proporção dos diferentes componentes da matéria orgânica.

[00164] Em concretizações preferidas, a matéria orgânica utilizada nos métodos da invenção compreende ou é matéria lignocelulósica. Matéria lignocelulósica como aqui contemplado refere-se a qualquer substância que compreende lignina, celulose e hemicelulose.

[00165] Por exemplo, a matéria lignocelulósica pode ser uma planta lenhosa ou de um componente. Exemplos de plantas lenhosas adequados incluem, mas não estão limitados a, pinheiro (Pinus radiata por exemplo), vidoeiro, eucalipto, bambu, a faia, o abeto, abeto, cedro, choupo, o salgueiro e álamo. As plantas lenhosas podem ser coppiced plantas lenhosas (por exemplo, salgueiro, coppiced, Aspen coppiced).

[00166] Adicionalmente ou em alternativa, a matéria lignocelulósica pode ser uma planta fibrosa ou um seu componente. Exemplos não limitativos de plantas fibrosas (ou seus componentes) incluem gramíneas (por exemplo, switchgrass), aparas de relva, linho, espigas de milho, palha de milho, cana, bambu, bagaço, cânhamo, sisal, juta, cannibas, cânhamo, palha, palha de trigo , abaca, planta algodão, kenaf, casca de arroz, e do cabelo de coco. Adicionalmente ou em alternativa, a matéria lignocelulósica pode ser derivada a partir de uma fonte agrícola. Exemplos não limitantes de matéria lignocelulósica de origem agrícola incluem culturas agrícolas, resíduos de culturas agrícolas e resíduos de instalações de processamento de grãos (por exemplo casca de trigo / aveia, multas de milho etc.). Em geral, a matéria lignocelulósica de origem agrícola pode incluir madeiras duras, madeiras macias, madeira caules, madeira macia caules, cascas de nozes, galhos, arbustos, bastões, milho, palha de milho, palha de milho, culturas energéticas, florestas, frutas, flores, grãos, ervas , culturas herbáceas, palha de trigo, switchgrass, Salix, bagaço de cana, cabelos de sementes de algodão, folhas, cascas, agulhas, troncos, raízes, Mudas, culturas lenhosas de curta rotação, arbustos, mude gramíneas, árvores, videiras, esterco bovino e dejetos de suínos.

[00167] Adicionalmente ou em alternativa, a matéria lignocelulósica pode ser derivada de florestas comerciais ou virgens (por exemplo, árvores, mudas, processamento de madeira florestal ou resíduos, pedaços de madeira, tais como galhos, folhas, casca, troncos, raízes, folhas e produtos derivados da transformação de tais materiais, fluxos de resíduos ou bio-produtos de produtos de madeira, serração e as devoluções de fábricas de papel e off-cortes, serragem, e painéis de partículas).

[00168] Adicionalmente ou em alternativa, a matéria lignocelulósica pode ser derivada a partir de produtos industriais e bio-produtos. Exemplos não limitantes incluem materiais relacionados com a madeira e resíduos lenhosos e produtos industriais (por exemplo, celulose, papel (por exemplo, jornal) de fabricação de papel pastas, papelão, tecidos e panos, dextrano, e rayon).

[00169] Será entendido que o material orgânico utilizado nos métodos do invenção podem compreender uma mistura de dois ou mais tipos diferentes de matéria lignocelulósica, incluindo qualquer combinação dos exemplos específicos fornecidos acima.

[00170] A proporção relativa de lignina, hemicelulose e celulose em uma determinada amostra irá depender da natureza específica da matéria lignocelulósica.

[00171] A título de exemplo, a proporção de hemicelulose de uma planta lenhosa ou fibroso utilizado nos métodos da presente invenção podem situar-se entre cerca de 15% e cerca de 40%, a proporção de celulose pode estar compreendida entre cerca de 30% e cerca de 60%, e a proporção de lignina pode estar entre cerca de 5% e cerca de 40%. De preferência, a proporção de hemicelulose na planta lenhosa ou fibroso pode ser entre cerca de 23% e cerca de 32%, a proporção de celulose pode estar compreendida entre cerca de 38% e cerca de 50%, e a proporção de lignina pode estar entre cerca de 15% e cerca de 25%.

[00172] Em algumas concretizações, a matéria lignocelulósica utilizado nos métodos da invenção podem compreender entre cerca de 2% e cerca de 35% de lignina, entre cerca de 15% e cerca de 45% de celulose, e entre cerca de 10% e cerca de 35% de hemicelulose.

[00173] Em outras concretizações, a matéria lignocelulósica utilizado nos métodos da invenção podem compreender entre cerca de 20% e cerca de 35% de lignina, entre cerca de 20% e cerca de 45% de celulose, e entre cerca de 20% e cerca de 35% de hemicelulose.

[00174] Em algumas concretizações, a matéria lignocelulósica pode compreender mais do que cerca de 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, ou 50% de lignina.

[00175] Em algumas concretizações, a matéria lignocelulósica pode compreender mais do que cerca de 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, ou 50% de celulose.

[00176] Em algumas concretizações, a matéria lignocelulósica pode compreender mais do que cerca de 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, ou 50% da hemicelulose.

[00177] O técnico versado no assunto irá reconhecer que os métodos aqui descritos não estão limitados pelas proporções relativas de lignina, hemicelulose e celulose em uma dada fonte de matéria lignocelulósica.

[00178] Em certas concretizações da invenção, uma mistura de material orgânico compreendendo de liginita (carvão marrom) e matéria lignocelulósica pode ser utilizada como matéria-prima de matéria orgânica nos métodos da invenção. A matéria lignocelulósica da mistura podem, por exemplo, compreender um material de plantas lenhosas e / ou material de planta fibrosa. A proporção de liginita na mistura pode ser maior do que cerca de 20%, 40%, 60% ou 80%.

[00179] Em alternativa, a proporção de matéria lignocelulósica na mistura pode ser maior do que cerca de 20%, 40%, 60% ou 80%.

[00180] Em algumas concretizações preferidas, a matéria orgânica utilizada nos métodos da invenção compreende materiais poliméricos contendo carbono, exemplos não limitativos dos quais incluem borrachas (por exemplo, pneus), plásticos e poliamidas (nylons) por exemplo.

[00181] Exemplos não limitativos de borrachas adequadas incluem borrachas naturais e sintéticas, tais como poliuretanos, borrachas de estireno, neoprenos, polibutadieno, fluororubbers, borrachas de butilo, borrachas de silicone, borracha de plantação, borrachas de acrilato, thiokols, e borrachas de nitrila.

[00182] Exemplos não limitativos de materiais plásticos adequados incluem o PVC, polietileno, poliestireno, terphtalate, polietileno e polipropileno.

[00183] Matéria-prima de matéria orgânica utilizada nos métodos da invenção pode compreender os resíduos contendo carbono, tais como esgotos, estrume, ou materiais domésticos ou de resíduos industriais.

Pré-tratamento da matéria orgânica

[00184] A matéria orgânica utilizada nos métodos da presente invenção podem opcionalmente ser pré-tratada antes da sua conversão em bio-produto (s).

[00185] Será reconhecido que não existe exigência estrita para executar uma etapa de pré-tratamento quando se utilizam os métodos aqui descritos. Por exemplo, pré- tratamento da matéria orgânica pode não ser necessária, se for obtido sob a forma de um líquido ou em uma forma de partículas. No entanto, é contemplado que em muitos casos, o pré-tratamento da matéria orgânica pode ser vantajosa para reforçar o resultado dos métodos aqui descritos. No pré-tratamento geral pode ser utilizado para quebrar a estrutura física e / ou química da matéria orgânica tornando- o mais acessível para vários reagentes utilizados nos métodos da invenção (por exemplo, à base de óleo de solventes, catalisadores e semelhantes) e / ou outros parâmetros da reação (por exemplo, calor e pressão). Em certas concretizações, o pré-tratamento da matéria orgânica pode ser realizada com o objectivo de aumentar a solubilidade, o aumento da porosidade e / ou reduzindo a cristalinidade de componentes de açúcar (por exemplo, celulose). Pré-tratamento da matéria orgânica pode ser realizada utilizando um aparelho tal como, por exemplo, um extrusor, um recipiente pressurizado, ou reator em batelada.

[00186] Pré-tratamento da matéria orgânica pode compreender métodos físicos, exemplos não limitativos dos quais incluem moagem, picagem, trituração, moagem (por exemplo, um moinho de bolas vibratório), / expansão, agitação, e campo de impulsos eléctricos tratamento de compressão / ou (PFE).

[00187] Adicionalmente ou em alternativa, pré- tratamento da matéria orgânica pode compreender métodos físico-químicos, exemplos não limitativos dos quais incluem pirólise, explosão de vapor, a fibra amoníaco explosão (AFEX), amónia reciclar percolação (ARP), e / ou dióxido de carbono explosão. Pré-tratamento com vapor de explosão pode adicionalmente envolver a agitação do material orgânico.

[00188] Adicionalmente ou em alternativa, pré- tratamento da matéria orgânica pode compreender métodos químicos, exemplos não limitativos dos quais incluem ozonólise, a hidrólise ácida (por exemplo, diluir a hidrólise ácida utilizando H2SO4 e / ou HCI), hidrólise alcalina (por exemplo, diluir a hidrólise alcalina, utilizando de sódio, de potássio, de cálcio e / ou hidróxidos de amónio), a deslignificação oxidativo (isto é biodegradação lignina catalisada pela enzima peroxidase na presença de H2O2), e / ou o método organosolvatação (isto é, utilização de uma mistura de solvente orgânico com catalisadores ácidos inorgânicos, tais como H2SO4 e / HCl ou para quebrar as ligações de lignina-hemicelulose).

[00189] Adicionalmente ou em alternativa, pré- tratamento da matéria orgânica pode compreender métodos biológicos, exemplos não limitativos dos quais incluem a adição de microrganismos (por exemplo, fungos de podridão) capaz de degradar / decompor vários componente (s) da matéria orgânica.

[00190] Em algumas concretizações, a matéria orgânica utilizada nos métodos da presente invenção é a matéria lignocelulósica que poderá ser submetido a um passo de pré- tratamento opcional em que a hemicelulose é extraído. Por conseguinte, a maior parte da hemicelulose (ou, de fato toda a hemicelulose) pode ser extraída da matéria lignocelulósica e o material restante (contendo predominantemente celulose e lignina) utilizado para produzir um biocombustível pelos métodos da invenção. No entanto, será entendido que este pré- tratamento é opcional e não existe necessidade de separar da matéria hemicelulose lignocelulósica ao executar os métodos da presente invenção. Os métodos adequados para a separação de hemiceluloses a partir de matéria lignocelulósica estão descritos, por exemplo, em número de publicação PCT WO / 2010/034055, cujo conteúdo total das quais é aqui incorporada por referência.

[00191] Por exemplo, a hemicelulose pode ser extraída da matéria lignocelulósica por tratamento de uma suspensão que compreende a matéria lignocelulósica (por exemplo, 5% a 15% p / v de concentração de sólidos) a um tratamento com um ácido aquoso suave (por exemplo, pH 6,5-6,9) a uma temperatura de entre cerca de 100°C e cerca 250°C, uma pressão de reação compreendida entre cerca de 2 e cerca de 50 atmosferas, durante entre cerca de 5 e cerca de 20 minutos. O componente hemicelulose solubilizado pode ser separado a partir do material sólido restante (contendo predominantemente celulose e lignina), utilizando quaisquer meios adequados (por exemplo, por utilização de um filtro de tamanho apropriado). O material sólido remanescente pode ser utilizada directamente nos métodos do invenção, ou alternativamente misturado com um ou mais outras formas de matéria orgânica (por exemplo, liginita) para utilização nos métodos da invenção.

Características das pastas

[00192] Matéria-prima de matéria orgânica utilizada, em conformidade com os métodos da presente invenção é, de preferência, tratado sob a forma de uma pasta. A pasta pode compreender a matéria orgânica em combinação com um solvente (por exemplo, um solvente aquoso, um solvente aquoso de álcool, solvente etanol aquoso, um solvente de metanol aquoso), opcionalmente em combinação com um substrato sólido, um catalisador aditivo, e / ou um óleo aditivo. A pasta pode ser gerado, por exemplo, através da geração de uma forma de partículas de matéria orgânica (por exemplo, por métodos físicos, tais como os referidos acima e / ou por outros meios) e a mistura com o solvente.

[00193] Não existe limitação particular em relação às proporções relativas dos solventes, matérias-primas, aditivo óleo e / ou substrato sólido na pasta. Exemplos não limitativos de potenciais quantidades destes diferentes componentes são descritos nas seções abaixo. Componente de matéria-prima matéria orgânica

[00194] Uma pasta para utilização em conformidade com os métodos da presente invenção compreenderá geralmente de matéria-prima de matéria orgânica.

[00195] Em certas concretizações da invenção, a concentração de matéria orgânica na suspensão pode ser menos do que cerca de 85% em peso, menos do que cerca de 75% em peso, ou menos do que cerca de 50% em peso. Alternativamente, a concentração de matéria orgânica pode ser mais do que cerca de 10% em peso, mais do que cerca de 20% em peso, mais do que cerca de 30% em peso, mais do que cerca de 40% em peso, mais do que cerca de 50% em peso, ou mais do que cerca de 60 em peso %. Em algumas concretizações a pasta pode compreender entre cerca de 35% em peso e cerca de 45% em peso de um aditivo de óleo. Em outras concretizações, a pasta pode compreender cerca de 40% em peso de óleo ou 39,5% em peso de um aditivo de óleo.

[00196] O tamanho ótimo das partículas dos componentes sólidos da carga de alimentação da matéria orgânica e a concentração óptima dos sólidos na pasta pode depender de fatores tais como, por exemplo, a capacidade de transferência de calor da matéria orgânica utilizada (isto é, a taxa à qual o calor pode ser transferido para e através de partículas individuais), as propriedades reológicas desejadas da suspensão e / ou a compatibilidade do componente com pasta / s de um determinado aparelho dentro do qual os métodos da invenção pode ser realizada (por exemplo, tubos do reator). O tamanho ótimo das partículas e / ou concentração de componentes sólidos dos componentes de matéria orgânica em uma pasta utilizados para os métodos da presente invenção podem ser prontamente determinadas por um técnico versado no assunto usando técnicas convencionais. Por exemplo, uma série de pastas fluidas pode ser gerado, cada amostra da série compreendendo diferentes tamanhos de partículas e / ou de diferentes concentrações dos componentes sólidos de matéria orgânica em comparação com as outras amostras. Cada pasta pode então ser tratada em conformidade com os métodos da invenção, sob um conjunto de condições de reação conservado.

[00197] O tamanho ótimo das partículas e / ou concentração de componentes sólidos de matéria orgânica pode então ser determinada mediante análise e comparação dos produtos gerados a partir de cada pasta usando técnicas padrão na arte.

[00198] Em certas concretizações da invenção, o tamanho de partícula dos componentes sólidos da matéria orgânica na suspensão pode situar-se entre cerca de 10 mícron e cerca de 10.000 mícrons. Por exemplo, o tamanho de partícula pode ser mais do que cerca de 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 ou 9000 mícrones. Alternativamente, o tamanho de partícula pode menos do que cerca de 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 ou 9000 mícrones. Em algumas concretizações, o tamanho de partícula está entre cerca de 10 mícron e cerca de 50 mícrons, entre cerca de 10 mícrons e cerca de 100 mícrons, entre cerca de 10 mícrons e cerca de 200 mícrons, entre cerca de 10 mícrons e cerca de 500 mícrons, entre cerca de 10 mícron e cerca de 750 mícron, ou entre cerca de 10 mícron e cerca de 1000 micra. Em outras concretizações, o tamanho de partícula está entre cerca de entre cerca de 100 mícrons e cerca de 1000 micra, entre cerca de 100 mícrons e cerca de 750 mícrons, entre cerca de 100 mícrons e cerca de 500 mícrons, ou entre cerca de 100 mícrons e cerca de 250 mícrons.

Componente solvente

[00199] Uma pasta para utilização em conformidade com os métodos da presente invenção compreenderá, de uma forma geral, um componente de solvente. O solvente pode ser um solvente aquoso, um solvente de petróleo, ou uma combinação dos mesmos.

[00200] O solvente pode compreender ou consistir de água.

[00201] Em certas concretizações da invenção, a concentração de água na pasta pode ser superior a cerca de 80% em peso, acima de cerca de 85% em peso, ou superior a cerca de 90% em peso. Por conseguinte, a concentração de água pode ser superior a cerca de 75% em peso, acima de cerca de 70% em peso, acima de cerca de 60% em peso, acima de cerca de 50% em peso, acima de cerca de 40% em peso, ou superior a cerca de 30% em peso. Em algumas concretizações, a concentração de água é de entre cerca de 90% em peso e cerca de 95% em peso.

[00202] Em algumas concretizações da pasta compreende entre cerca de 10% em peso e cerca de 30% em peso de água. Em outras concretizações preferidas, a pasta compreende cerca de 20% em peso de óleo ou de cerca de 15% em peso de água. Em algumas concretizações, a água é reciclada a partir do produto do processo. Por exemplo, uma porção de água presente após a conclusão da reação pode ser retirado como uma corrente lateral e reciclado na suspensão. O solvente pode compreender ou consistir de uma ou mais aquosa de álcool / s.

[00203] Por exemplo, pode ser apropriado ou preferível utilizar um álcool aquoso como solvente, quando a matéria orgânica utilizada nos métodos consiste em, ou compreende uma quantidade significativa de material ligno-celulósico e / ou outros materiais, de borracha e plásticos, devido às ligações químicas fortes nestes tipos de matéria orgânica. Os álcoois apropriados podem compreender entre um e cerca de dez átomos de carbono. Exemplos não limitativos de álcoois adequados incluem metanol, etanol, álcool isopropílico, álcool isobutílico, álcool pentilo, hexanol e iso-hexanol. A pasta pode compreender mais do que cerca de 5% em peso, 10% em peso, 15% em peso, 20% em peso, 25% em peso, 30% em peso, 35% em peso, 40% em peso, 45% em peso ou 50% em peso de álcool aquosa de álcool.

[00204] Em certas concretizações, o solvente compreende uma mistura de dois ou mais álcoois aquosos. De preferência, o álcool é etanol, metanol ou uma sua mistura. Componente de substrato sólido

[00205] Uma pasta para utilização em conformidade com os métodos da presente invenção pode compreender um componente de substrato sólido, tal como aqui descrito. características favoráveis de o substrato sólido pode incluir qualquer um ou mais do seguinte: ele permanece inerte ou substancialmente inerte à temperatura da reação e a pressão utilizada; ele permanece inalterado ou substancialmente inalterado após a conclusão do processo; que permanece como um sólido ou substancialmente sólido às temperaturas de reação e pressões utilizadas; que é de dureza baixo ou moderado de modo a que não induz abrasão substancial ou corrosão erosiva em reatores (por exemplo, reatores de fluxo contínuo); ele tem uma alta área de superfície específica interno ou externo de modo que possa adsorver e / ou absorver grandes quantidades de bio-produtos e / ou outros precipitados durante o processo de conversão.

[00206] O substrato sólido pode ser um material carbonoso. A título de exemplo não limitativo, o substrato sólido pode ser um material carbonífero que compreende pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, pelo menos 90%, ou, pelo menos, 95% em peso carbono.

[00207] Exemplos não limitativos de materiais carbonáceos adequados para utilização como o substrato sólido incluem carvões (por exemplo, carvão antracite, tais como meta-antracite, antracite e semianthracite; carvões betuminosos, carvões sub-betuminosa, linhite (ou seja, marrom carvão), carvão de coque, alcatrão de carvão, carvão derivados de alcatrão de carvão, carvão animal); coques (coque por exemplo, a alta temperatura, o coque de fundição, de baixa e média coque temperatura, coque de breu, coque de petróleo, coque de forno, coque, coque de gás, coque de carvão marrom, coque semi); carvão; pirólise de carvão animal; hidrotermal carvão; negro de fumo; grafite partículas finas; carbono amorfo; nanotubos de carbono; nanofibras de carbono; fibras de carbono crescida no vapor; e qualquer combinação dos mesmos.

[00208] Em algumas concretizações preferidas da presente invenção, o substrato sólido pode ser um carvão animal rico em carbono feita a partir do processamento prévio de matérias orgânicas de acordo com a presente invenção seguido por um tratamento térmico, na ausência substancial de oxigênio para remover materiais voláteis (por exemplo, por pirólise ou destilação sob vácuo a temperaturas na gama de 200°C a 800°C).

[00209] O substrato sólido pode ser um material não- carbonado. A título de exemplo não limitativo, o substrato sólido pode ser um material não-carbonado que compreende menos do que 20%, menos do que 10%, menos do que 5%, menos de 3%, menos de 2%, ou menos do que 1% , em peso de carbono, ou compreendem nenhum carbono.

[00210] Exemplos não limitativos de materiais não- carbonadas adequados para utilização como o substrato sólido incluem cinza (por exemplo, cinzas volantes); minerais (por exemplo carbonato de cálcio, a calcite, silicatos, sílica, quartzo, incluindo óxidos de minério de ferro, minerais de argila, talco, gesso); um sal de metal insolúvel ou substancialmente insolúvel; e qualquer combinação dos mesmos. Outros exemplos não limitativos de materiais adequados para utilização como o substrato sólido, incluem carbonatos de cálcio, carbonatos de magnésio, carbonatos de cálcio e magnésio, calcite, calcário, dolomita, hidróxidos de cálcio, hidróxidos de magnésio, óxidos de cálcio, óxidos de magnésio , carbonatos de hidrogênio de cálcio, carbonatos de hidrogênio de magnésio, caulinite, bentonite, ilita, zeólitos, fosfato de cálcio, hidroxiapataita, filossilicatos, e qualquer combinação dos mesmos.

[00211] Em certas concretizações da presente invenção, a concentração de substrato sólido na suspensão pode ser menos do que cerca de 20% em peso, menos do que cerca de 15% em peso, ou menos do que cerca de 10% em peso.

[00212] Alternativamente, a concentração de substrato sólido pode ser mais do que cerca de 0,5% em peso, mais do que cerca de 1% em peso, mais do que cerca de 3% em peso, mais do que cerca de 5% em peso, mais do que cerca de 50 8% em peso, ou mais do que cerca de 10 % em peso. O tamanho óptimo das partículas e a concentração óptima do substrato sólido pode depender de fatores tais como, por exemplo, a capacidade de transferência de calor da matéria orgânica utilizada (isto é, a taxa à qual o calor pode ser transferido para dentro e através partículas individuais), o desejado reológico propriedades da pasta e / ou a compatibilidade do componente com pasta / s de um determinado aparelho dentro do qual os métodos da invenção pode ser realizada (por exemplo, tubos de reator). O tamanho óptimo das partículas e / ou a concentração do componente de substrato sólido em uma pasta utilizados para os métodos do invenção pode ser prontamente determinada por um perito na arte usando técnicas convencionais. Por exemplo, uma série de pastas fluidas pode ser gerado, cada amostra da série compreendendo um substrato sólido específica de tamanho e / ou diferentes concentrações diferentes das de outras amostras. Cada pasta pode então ser tratada em conformidade com os métodos da invenção, sob um conjunto de condições de reação conservado. O tamanho óptimo substrato sólido e / ou a concentração pode ser então determinada mediante análise e comparação dos produtos gerados a partir de cada pasta usando técnicas padrão do estado da técnica.

[00213] Em certas concretizações da invenção, o tamanho de um componente do substrato sólido na pasta pode estar entre cerca de 10 mícron e cerca de 10.000 mícrons. Por exemplo, o tamanho pode ser mais do que cerca de 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 ou 9000 mícrones. Alternativamente, o tamanho pode menos do que cerca de 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 ou 9000 mícrones. Em algumas concretizações, o tamanho é entre cerca de 10 mícron e cerca de 50 mícrons, entre cerca de 10 mícrons e cerca de 100 mícrons, entre cerca de 10 mícrons e cerca de 200 mícrons, entre cerca de 10 mícrons e cerca de 500 mícrons, entre cerca de 10 mícrons e cerca de 750 mícrons, ou entre cerca de 10 mícron e cerca de 1000 micra. Em outras concretizações, o tamanho é entre cerca de entre cerca de 100 mícrons e cerca de 1000 micra, entre cerca de 100 mícrons e cerca de 750 mícrons, entre cerca de 100 mícrons e cerca de 500 mícrons, ou entre cerca de 100 mícrons e cerca de 250 mícrons.

[00214] Em algumas concretizações da invenção, as distribuições de tamanho das partículas e características de carga da superfície da partícula do componente de matéria orgânica da suspensão e / ou o componente de substrato sólido da mistura pode ser optimizada de modo a proporcionar características de pastas desejável quando misturados, por exemplo, para obter a viscosidade mínima para um dado teor de sólidos. O tamanho óptimo das partículas e / ou carga de superfície de partícula de componentes sólidos em uma dada pasta utilizada pode ser facilmente determinada por um perito na arte usando técnicas convencionais. Por exemplo, uma série de pastas fluidas pode ser gerado, cada amostra da série compreendendo diferentes tamanhos de partículas e / ou concentrações diferentes de componentes sólidos em comparação com as outras amostras. Cada pasta pode então ser tratada em conformidade com os métodos da invenção, sob um conjunto de condições de reação conservado. O tamanho óptimo das partículas e / ou carga de superfície de partícula de componentes sólidos de matéria orgânica pode então ser determinada mediante análise e comparação dos produtos gerados a partir de cada pasta usando técnicas padrão conhecidas na arte.

Catalisadores

[00215] A conversão da matéria-prima de matéria orgânica em bio-produtos, utilizando os métodos da presente invenção pode ser aumentada pela utilização de um ou mais catalisadores aditivos. Embora alguns catalisadores possam ser um componente intrínseco da matéria orgânica (por exemplo, sais minerais), solventes (por exemplo, íosn hidrônio / hidróxido de água, compostos no óleo), o substrato sólido, e / ou paredes do recipiente de um aparelho de reator em que o matéria orgânica pode ser tratado (por exemplo, transição / metais nobres), a invenção contempla a utilização de catalisador(es) aditivo(s) para aumentar a produção de biocombustíveis a partir de material orgânico.

[00216] Por conseguinte, certas concretizações da invenção referem-se à produção de bio-produtos a partir de matéria orgânica por meio de tratamento com um solvente, um substrato sólido e, opcionalmente, um aditivo de óleo sob condições de aumento da temperatura e pressão na presença de pelo menos um catalisador aditivo. Por catalisador aditivo que irá ser entendido que o catalisador é complementar aos compostos catalíticos intrinsecamente presentes na matéria orgânica,, substrato sólido contendo solvente, e / ou paredes de um aparelho reator, no qual o método é realizado.

[00217] Por exemplo, uma concretização da invenção, na qual uma matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo matéria lignocelulósica) é tratado com um solvente e um substrato sólido sob condições de aumento da temperatura e da pressão em um aparelho reator não seria considerado para utilizar um catalisador aditivo.

[00218] Alternativamente, uma concretização da invenção, na qual uma matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) é misturada com um solvente, um substrato sólido e um catalisador de base suplementar (por exemplo, hidróxido de sódio) foi adicionado, e a mistura resultante foi, em seguida, tratada sob condições de temperatura aumentada e da pressão em um aparelho reator, o método poderia ser considerada para utilizar um catalisador aditivo.

[00219] Embora a utilização de catalisador aditivo / s pode ser vantajoso em certas circunstâncias, o destinatário especializado irá reconhecer que os métodos da invenção podem ser realizados sem o uso deles.

[00220] Um catalisador aditivo, tal como aqui contemplado pode ser qualquer catalisador que melhora a formação de biocombustível de matéria orgânica, utilizando os métodos da invenção, exemplos não limitativos dos quais incluem catalisadores de bases, catalisadores ácidos, catalisadores de hidróxidos de metal alcalino, catalisadores de hidróxidos de metais de transição, alcalino Os catalisadores de metal de formiato, formiato de metais de transição catalisadores, os catalisadores de ácidos carboxílicos reactivos, catalisadores de metais de transição, catalisadores de sulfeto, catalisadores de metais nobres, os catalisadores do gás de água, de deslocamento e as suas combinações. Os catalisadores adequados são descritos, por exemplo, na publicação do pedido de patente norte-americano número US 2012-0311658 A1 intitulado: "Métodos para a produção de biocombustíveis", cujo conteúdo total do qual é aqui incorporado por referência.

[00221] A quantidade ótima de um catalisador aditivo utilizado nos métodos da invenção pode depender de uma variedade de diferentes fatores, incluindo, por exemplo, do tipo de matéria orgânica sob tratamento, o volume de matéria orgânica sob tratamento, do solvente utilizado, a temperatura específica e da pressão empregue durante a reação, o tipo de catalisador e as propriedades desejadas do produto biocombustível. Seguindo os métodos do invenção, a quantidade óptima de um catalisador aditivo a ser utilizada pode ser determinada por um técnico versado no assunto sem esforço inventivo.

[00222] Em certas concretizações, um catalisador aditivo ou combinação de catalisadores aditivos pode ser usado em uma quantidade de entre cerca de 0,1% e cerca de 10% p / v catalisadores, entre cerca de 0,1% e cerca de 7,5% p / v catalisadores, entre cerca de 0,1% e cerca de 5% p / v catalisadores, entre cerca de 0,1% e cerca de 2,5% p / v catalisadores, entre cerca de 0,1% e cerca de 1% p / v de catalisadores, ou entre cerca de 0,1% e cerca de 0,5% p / v catalisadores (em relação ao solvente).

[00223] Em geral, os catalisadores aditivos podem ser usados para criar ou auxiliar na formação e / ou manutenção de um ambiente redutor favorecendo a conversão de matéria orgânica em biocombustível. O ambiente redutor pode favorecer a hidrólise da matéria orgânica, conduzir a substituição do oxigênio com hidrogênio, e / ou estabilizar o biocombustível formado.

[00224] O tratamento sob condições subcríticas (por oposição às condições supercríticas) pode ser vantajosa em que é necessária menos energia para executar os métodos e componentes da reação podem ser melhor preservado durante o tratamento. Quando as condições subcríticas são utilizadas, é contemplado que a utilização adicional de um ou mais catalisadores podem ser particularmente benéfica para aumentar o rendimento e / ou qualidade dos produtos biológicos. Além disso, os benefícios de custo de energia de entrada reduzida (isto é, para manter subcrítico, em vez de condições supercríticas) e preservação do solvente pode ultrapassar significativamente o custo adicionais inerentes à incluindo adicionalmente um ou mais dos catalisadores aditivos aqui descritos.

[00225] Considera-se que, sob condições de aumento da temperatura e pressão de moléculas de água no solvente pode dissociar-se em íons ácido (hidrônio) e base (hidróxido de) para facilitar a hidrólise de matérias orgânicas sólidas em tratamento (isto é, sólido à transformação líquido). Em certas concretizações, a temperatura e pressão à qual a reação é efectuada pode ser suficientemente alto para os níveis desejados de hidrólise para ocorrer sem o uso de catalisadores aditivos. Em outros casos, a temperatura e pressão à qual a reação é efectuada pode não ser suficientemente elevada para níveis desejados de hidrólise para ocorrer sem a adição de mais catalisadores aditivos.

[00226] Os catalisadores aditivos podem ser catalisadores de hidrólise. Em certas concretizações, os catalisadores de hidrólise podem ser catalisadores básicos. Qualquer catalisador básico adequado pode ser utilizado.

[00227] Exemplos não limitativos de catalisadores básicos adequados para a hidrólise incluem sais de metais alcalinos, sais de metais de transição, bases orgânicas, e as suas misturas.

[00228] Os sais de metais alcalinos ou sais de metais de transição podem compreender qualquer anião inorgânico (s), exemplos não limitativos dos quais incluem sulfato, sulfito, sulfeto, dissulfeto, fosfato, aluminato, nitrato, nitrito, silicato, hidróxido, metóxido, etóxido, alcóxido, carbonato e óxido.

[00229] Sais de metais alcalinos ou de transição preferidos são os sais de sódio, potássio, ferro, cálcio e bário, e podem compreender um ou mais aniões selecionados a partir de fosfato, aluminato, silicato, hidróxido, metóxido, etóxido, carbonato, sulfato, sulfeto, dissulfeto e óxido.

[00230] Exemplos não limitativos de bases orgânicas adequadas incluem amônia, aminoácidos básicos e polares (por exemplo, lisina, histidina, arginina), benzathin, benzimidazole, betaína, cinchonidina, cinchonina, dietilamina, di-isopropiletilamina, etanolamina, etilenodiamina, imidazolo, metil-amina, N -metilguanidine, N- metilmorfolina, N-metilpiperidina, bases de fosfazeno, picolina, piperazina, Procain, piridina, quinidina, quinolina, trialquilamina, tributilamina, trietilamina, trimetilamina e suas misturas.

[00231] Em certas concretizações, os catalisadores de hidrólise podem ser catalisadores ácidos, embora seja reconhecido que os catalisadores ácidos podem, em geral, ser mais lento para catalisar a hidrólise da matéria orgânica do que os catalisadores básicos. Qualquer catalisador ácido adequado pode ser usado.

[00232] Exemplos não limitativos de catalisadores ácidos adequados para a hidrólise incluem ácidos líquidos minerais, ácidos orgânicos, e suas misturas. Os ácidos líquidos minerais e ácidos orgânicos podem compreender qualquer anião inorgânico (s), exemplos não limitativos dos quais incluem aluminato, sulfato, sulfito, sulfeto, fosfato, fosfito, nitrato, nitrito, silicato, hidróxido e alcóxido (sob supercritico ou próximo supercrítico condições), aniões do grupo carbonato e carboxila.

[00233] Exemplos não limitativos de ácidos orgânicos adequados incluem ácido acético, ácido butírico, ácido capróico, ácido cítrico, ácido fórmico, ácido glicólico, ácido 3-hidroxipropiônico, ácido láctico, ácido propiónico ácido oxálico, ácido succínico, ácido úrico, e suas misturas.

[00234] Em certas concretizações, o catalisador ácido (s) para a hidrólise pode estar presente nos minerais da matéria orgânica e / ou derivado da formação in situ de ácidos e / ou compostos fenólicos carboxílicos durante o processo de tratamento. Nestes casos o catalisador ácido não são catalisadores aditivos, mas em vez disso considerada-se como catalisadores intrínsecos.

[00235] Em certas concretizações da invenção, uma mistura de um ou mais catalisadores aditivos ácido de hidrólise e um ou mais catalisadores aditivos básicos de hidrólise podem ser utilizados para aumentar a hidrólise da matéria sólida sob tratamento.

[00236] Os métodos do invenção podem empregar catalisadores aditivos para a hidrólise da matéria orgânica (tal como discutido nos parágrafos anteriores).

[00237] Adicionalmente ou alternativamente, os processos podem utilizar catalisadores que aumentam e / ou acelerar a remoção de oxigênio (direta ou indiretamente) a partir de compostos da matéria orgânica sob tratamento. A remoção de oxigênio pode proporcionar um número de efeitos vantajosos, tais como, por exemplo, aumentar o teor de energia e a estabilidade do biocombustível produzido. Um catalisador ácido aditivo pode ser usado para aumentar a remoção de oxigênio, por exemplo, por desidratação (eliminação) de água. Assim, em certas concretizações de um catalisador ácido pode ser utilizado para melhorar a hidrólise, e para aumentar a remoção de oxigênio a partir de matéria orgânica sob tratamento.

[00238] Qualquer catalisador ácido adequado pode ser usado para aumentar a remoção de oxigênio. Exemplos não limitativos de catalisadores ácidos adequados para a remoção de oxigênio incluem ácidos líquidos minerais, ácidos orgânicos, e suas misturas. Os ácidos líquidos minerais e ácidos orgânicos podem compreender qualquer anião inorgânico (s), exemplos não limitativos dos quais incluem aluminato, sulfato, sulfito, sulfeto, fosfato, fosfito, nitrato, nitrito, silicato, hidróxido e alcóxido (sob supercritico ou próximo supercrítico condições), aniões e grupo carbonato e carboxila.

[00239] Exemplos não limitativos de ácidos orgânicos adequados incluem ácido acético, ácido butírico, ácido capróico, ácido cítrico, ácido fórmico, ácido glicólico, ácido 3-hidroxipropiônico, ácido láctico, ácido propiónico ácido oxálico, ácido succínico, ácido úrico, e suas misturas.

[00240] Em certas concretizações podem ser usadas alumino-silicatos incluindo formas hidratadas (por exemplo zeólitos) durante o tratamento de matéria orgânica para ajudar na desidratação (eliminação) de água.

[00241] Adicionalmente ou alternativamente, a remoção de oxigênio pode ser aumentada por meios térmicos envolvendo descarbonilação de, por exemplo, aldeídos (dando R3C-H e gás CO) e descarboxilação de ácidos carboxílicos no material sob tratamento (dando R3C-H e gás CO2). A velocidade destas reacções pode ser aumentada pelo catalisador aditivo ácido e / ou metal de transição (nobre). Qualquer transição adequado ou metal nobre pode ser utilizado incluindo as apoiadas em ácidos sólidos. Os exemplos não-limitativos incluem Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2, e as suas misturas.

[00242] Adicionalmente ou alternativamente, um catalisador aditivo de hidrogenação e ácido combinado pode ser utilizado para aumentar a remoção de oxigênio, por exemplo, por hidrodesoxigenação (isto é, a eliminação da água (via componente ácido) e a saturação de ligações duplas (através do componente de metal)). Qualquer catalisador de hidrogenação é ácido combinado adequado pode ser utilizado, incluindo aqueles suportados em ácidos sólidos. Os exemplos não-limitativos incluem Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2, NiO/MoO3, CoO/MoO3, NiO/WO2,, zeólitos carregados com metais nobres (por exemplo, ZSM-5, beta, ITQ- 2), e suas misturas.

[00243] Os métodos do invenção podem empregar catalisadores aditivos que aumentam a hidrólise da matéria orgânica sob tratamento, e / ou catalisadores que melhoram a remoção de oxigênio a partir de compostos na matéria orgânica (tal como discutido nos parágrafos anteriores).

[00244] Adicionalmente ou alternativamente, os processos podem utilizar catalisadores aditivos que aumentam a concentração de hidrogênio (quer directamente ou indirectamente) em compostos com a matéria orgânica em tratamento. A concentração de hidrogênio, pode proporcionar um número de efeitos vantajosos, tais como, por exemplo, aumentar o teor de energia e a estabilidade do biocombustível produzido.

[00245] Um catalisador de hidrogenação de transferência de aditivo pode ser usado para aumentar a concentração de hidrogênio em compostos com a matéria orgânica sob tratamento, por exemplo, por hidrogenação de transferência, ou na geração de hidrogênio in situ.

[00246] Qualquer catalisador de hidrogenação de transferência adequado pode ser utilizado para aumentar a concentração de hidrogênio. Exemplos não limitativos de catalisadores de transferência de hidrogenação adequados incluem hidróxidos de metais alcalinos (por exemplo, hidróxido de sódio), hidróxidos de metais de transição, formatos de metais alcalinos (por exemplo, formato de sódio), formatos de metais de transição, ácidos carboxílicos reactivos, de transição ou metais nobres, e misturas destes.

[00247] Em certas concretizações, um catalisador de hidróxido de sódio aditivo é utilizada na mistura de reação a uma concentração de entre cerca de 0,1M e cerca de 0,5M.

[00248] Em outras concretizações aditivos catalisadores espécies de ferro de baixa valência (incluindo os seus hidretos) são utilizadas na mistura de reação, incluindo espécies homogêneos e heterogêneos de ferro zero.

[00249] O hidróxido de metal alcalino ou formato pode compreender qualquer metal alcalino adequado. metais alcalinos preferidos incluem sódio, potássio, e suas misturas. O hidróxido de metal de transição ou formiato pode compreender qualquer metal de transição adequado, exemplos preferidos incluindo Fe e Ru. O ácido carboxílico reativo pode ser qualquer ácido carboxílico adequado, exemplos preferidos incluindo ácido fórmico, ácido acético, e suas misturas. A transição ou de metal nobre pode ser qualquer transição ou de metal nobre adequado, exemplos preferidos incluindo platina, paládio, níquel, ruténio, ródio e suas misturas.

[00250] Adicionalmente ou em alternativa, um catalisador de metal de transição de aditivo pode ser usado para aumentar a concentração de hidrogênio na matéria orgânica sob tratamento, por exemplo, por hidrogenação com H2. Exemplos não limitativos de catalisadores de metais de transição adequados para a hidrogenação com H2 incluem metais de valência zero (por exemplo, ferro, platina, paládio, e níquel), sulfetos de metais de transição (por exemplo, sulfeto de ferro (FeS, FexSy), e suas misturas.

[00251] Adicionalmente ou em alternativa, um catalisador de deslocamento de gás de água de aditivo pode ser usado para aumentar a concentração de hidrogênio na matéria orgânica em tratamento (isto é, através de uma reação de deslocação água-gás). Qualquer deslocamento de gás de água adequado de catalisador (WGS) podem ser utilizados, incluindo, por exemplo, óxidos de metais de transição, metais de transição e suas misturas (por exemplo magnetite, os catalisadores à base de platina WGS, de cobre e níquel finamente dividido).

[00252] Adicionalmente ou alternativamente, a concentração de hidrogênio na matéria orgânica sob tratamento pode ser facilitada por na gaseificação in situ (isto é, catálise térmica). A gaseificação em in situ pode ser melhorada por aditivos metais de transição. Qualquer metal de transição adequado pode ser utilizado, incluindo, por exemplo, as que são apoiadas em ácidos sólidos (por exemplo, Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2,, e as suas misturas), e sulfetos de metais de transição (por exemplo FexSy, FeS/Al2O3, FeS/SiO2, FeS/Al2O3/SiO2, e as suas misturas).

[00253] A Tabela 1 abaixo proporciona um resumo dos vários catalisadores exemplificativos que podem ser empregados nos métodos da invenção e as reações correspondentes que podem catalisar. Tabela 1: Resumo dos catalisadores e reações correspondentes.

[00254] Catalisadores aditivos para utilização nos métodos da invenção podem ser produzidos utilizando métodos químicos conhecidos no estado da técnica e / ou adquiridos a partir de fontes comerciais.

[00255] Será compreendido que existe qualquer limitação particular em relação ao tempo em que os catalisador(es) aditivo (s) pode ser aplicado quando a realização dos métodos da invenção. Por exemplo, o catalisador(es) aditivo(s) pode ser adicionado à matéria orgânica, substrato sólido contendo solvente, aditivo de óleo, ou uma mistura de um ou mais destes componentes (por exemplo, uma pasta), antes do aquecimento / pressurização para atingir a temperatura de reação e da pressão , durante o aquecimento / pressurização para atingir a temperatura de reação e da pressão, e / ou depois da temperatura da reação e a pressão são atingidos. O tempo de adição de catalisador aditivo pode depender da reatividade da matéria-prima utilizada. Por exemplo, matérias-primas altamente reativas podem beneficiar da adição de catalisador aditivo próximo ou à temperatura de reação alvo e pressão, enquanto matérias- primas menos reactivas pode ter uma janela de processo mais amplo para o catalisador de adição de aditivos (por exemplo, os catalisadores podem ser adicionados antes de atingir a temperatura de reação alvo e pressão).

[00256] catalisador aditivo podem ser incluídos em uma mistura de reação usados para o tratamento de acordo com a presente invenção antes do aquecimento e / ou pressurização da mistura de reação, durante o aquecimento e / ou pressurização da mistura de reação, e / ou após a mistura da reação atinge uma reação desejada temperatura e / ou pressão da reação. Componente oleoso

[00257] Em algumas concretizações preferidas da invenção, a suspensão, a mistura de reação, ou tanto compreende a matéria orgânica misturada com um aditivo de óleo. O aditivo de óleo pode atuar como um solvente de óleo na reação. O óleo pode ser qualquer óleo adequado, exemplos não limitativos dos quais incluem óleo parafínico, o gasóleo, petróleo bruto, óleo sintético, carvão de petróleo, o bio- óleo, óleo xisto / querogênio petróleo, óleos aromáticos (isto é, simples ou multi-componentes rodeado ou suas misturas), óleos de altura, óleos de triglicerídeos, ácidos graxos, éter extraíveis de extração de hexano, e qualquer mistura de qualquer um dos componentes anteriores. O óleo pode ser incorporado na mistura de suspensão em qualquer ponto antes da temperatura e / ou pressão da reação alvo sejam alcançados. Por exemplo, o óleo pode ser adicionado à pasta em suspensão de um tanque de mistura como mostrado na Figura 1. Além disso, ou em alternativa, o óleo pode ser adicionado à pasta em rota para um reator e / ou durante o aquecimento / pressurização da pasta.

[00258] Em concretizações particularmente preferidas, o óleo é um produto de bio-óleo reciclado a partir do processo. Por exemplo, uma parte do bio-óleo produzido pode ser retirado como uma corrente lateral e reciclado na suspensão, a mistura de reação, ou ambas as coisas.

[00259] Em algumas concretizações preferidas, o bio- óleo é reciclado em conjunto com o substrato sólido, sendo cada um deles um componente do bio-produto. Por exemplo, uma parte do bio-óleo produzido misturado com o substrato sólido pode ser retirado como uma corrente lateral e reciclado na suspensão, a mistura de reação, ou ambas as coisas.

[00260] Não existe limitação particular quanto à proporção do aditivo de óleo em uma pasta compreendendo matéria orgânica tratada em conformidade com os métodos da presente invenção. Por exemplo, a pasta pode compreender mais do que cerca de 2% em peso de óleo, mais do que cerca de 5 p% de óleo, mais do que cerca de 10% em peso de óleo, ou mais do que cerca de 20, 30, 40, 50, 60 ou 70% em peso de óleo.

[00261] Alternativamente, a pasta pode compreender menos do que cerca de 98% em peso do óleo, menos óleo do que cerca de 95% em peso, menos do que cerca de 90% em peso de óleo, ou menos do que cerca de 80, 70, 60, 50, 40 ou 30% em peso de óleo.

[00262] Em algumas concretizações preferidas, a pasta compreende entre cerca de 10% em peso e cerca de 30% em peso de matéria orgânica, entre cerca de 2% em peso e cerca de 15% em peso de substrato sólido, e entre cerca de 50% em peso e cerca de 90% em peso de solvente, onde o solvente é um mistura de óleo e fase aquosa, em qualquer proporção. Em algumas concretizações preferidas, a pasta compreende entre cerca de 40% em peso e cerca de 50 % em peso de óleo.

[00263] Em outras concretizações preferidas, a pasta compreende óleo de cerca de 45% em peso.

[00264] Em outras concretizações preferidas, a pasta compreende uma proprção de matéria-prima a óleo de 0,5 - 1,2: 1. O óleo pode ser óleo parafínico.

Condições reacionais

[00265] De acordo com os métodos da presente invenção, matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) pode ser tratada com um solvente, na presença de um substrato sólido, tal como aqui descrito, e opcionalmente na presença de um aditivo óleo e / ou um aditivo de catalisador, sob condições de aumento da temperatura e pressão para a produção de produtos biológicos.

[00266] As condições específicas de temperatura e pressão utilizadas quando prática dos métodos do invenção pode depender de vários fatores diferentes, incluindo, por exemplo, do tipo de solvente utilizado, do tipo de matéria- prima de matéria orgânica sob tratamento, da forma física da matéria-prima de matéria orgânica sob tratamento, as proporções relativas dos componentes da mistura de reação (por exemplo, a proporção do solvente, o óleo aditivo, catalisador aditivo, matéria-prima de matéria orgânica e / ou qualquer outro componentes adicionais), os tipos de catalisador (es) aditivo utilizado (se presente), o tempo de retenção, e / ou o tipo de aparelho no qual os métodos são realizados. Estes e outros fatores podem ser variados de modo a optimizar um determinado conjunto de condições, de modo a maximizar o rendimento e / ou reduzir o tempo de processamento. Em concretizações preferidas, toda ou substancialmente todo o material orgânico utilizado como matéria-prima é convertido em bio-produto (s).

[00267] Condições de reação desejada pode ser conseguida, por exemplo, por condução da reação em um aparelho adequado (por exemplo, um Aparato de reator sub / supercrítico) capaz de manter o aumento da temperatura e o aumento da pressão. Temperatura e Pressão

[00268] De acordo com os métodos da presente invenção, uma mistura de reação é fornecido e tratada a uma temperatura- e pressão alvos durante um período de tempo fixo ( "tempo de retenção") para facilitar a conversão da matéria- prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) em bio-produto (s). A temperatura e / ou pressão necessária para conduzir a conversão da matéria-prima orgânica em biocombustível utilizando os métodos da presente invenção dependerá de um número de fatores incluindo o tipo de matéria orgânica sob tratamento e as proporções relativas dos componentes da reação (por exemplo, a proporção de solventes, óleo aditivo, catalisador aditivo, matéria-prima de matéria orgânica e / ou qualquer outro componente adicional / s), os tipos de catalisador aditiva (s) utilizado (se presente), o tempo de retenção, e / ou o tipo de aparelho no qual o métodos são realizados. Será reconhecido que vários catalisadores aditivos, tais como aqui descrito (Ver subsecção acima "catalisadores") pode ser utilizado para aumentar a eficiência de reações, que por sua vez pode reduzir a temperatura e / ou pressão necessária para conduzir a conversão da matéria orgânica a bio-produtos utilizando um dado solvente e um substrato sólido. Com base na descrição do invenção aqui proporcionado o destinatário especializado pode determinar facilmente a temperatura de reação apropriada e pressão para uma dada mistura de reação. Por exemplo, a temperatura ótima de reação e / ou de pressão para uma dada suspensão de matéria-prima pode ser facilmente determinada pelo destinatário especializado mediante a preparação e execução de uma série de reacções que diferem apenas pela temperatura e / ou pressão utilizada e analisando o rendimento e / ou qualidade do produto de bio-alvo (s) produzido.

[00269] O técnico versado no assunto irá também reconhecer que a pressão utilizada é uma função da pressão de componentes em pasta e em gota, induzida pela pasta, e fortemente dependente de qualquer desenho particular do reator (por exemplo o diâmetro do tubo e / ou o comprimento, etc.).

[00270] Em certas concretizações, o tratamento da matéria-prima de matéria orgânica para produzir um bio- produto utilizando os métodos da invenção pode ser conduzida a temperatura (s) de entre cerca de 150 ° C e cerca de 550 ° C e à pressão (s) de entre cerca de 10 bar e cerca de 400 bar. De preferência, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 150 ° C e cerca de 500 ° C e à pressão (s) de entre cerca de 80 bar e cerca de 350 bar. Mais preferencialmente, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 180 ° C e cerca de 400 ° C e à pressão (s) de entre cerca de 100 bar e aproximadamente 330 bar. Ainda mais preferencialmente, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 200 ° C e cerca de 380 ° C e à pressão (s) de entre cerca de 120 bar e aproximadamente 250 bar.

[00271] Em concretizações preferidas, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 200°C e cerca 400°C, e pressão (s) de entre cerca de 100 bar e cerca de 300 bar.

[00272] Em outras concretizações preferidas, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 250°C e cerca 380°C, e pressão (s) de entre cerca de 50 bar e cerca de 300 bar.

[00273] Em outras concretizações preferidas, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 320 ° C e cerca de 360 ° C e à pressão (s) de entre cerca de 150 bar e aproximadamente 250 bar. Em outras concretizações preferidas, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 330 ° C e cerca de 350 ° C e à pressão (s) de entre cerca de 230 bar e aproximadamente 250 bar. Em uma outra forma de realização particularmente preferida, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de cerca de 340 ° C e à pressão (s) de entre cerca de 240 bar.

[00274] Em outras concretizações preferidas, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) de entre cerca de 320°C e cerca 360°C, e pressão (s) de entre cerca de 220 bar e aproximadamente 250 bar.

[00275] Em certas concretizações, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) superior a cerca de 180 ° C e à pressão (s) acima de cerca de 150 bar. Em outras concretizações, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) superior a cerca de 200 ° C e à pressão (s) acima de cerca de 180 bar. Em concretizações adicionais, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) superior a cerca de 250 ° C e à pressão (s) acima de cerca de 200 bar. Em outras concretizações, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) superior a cerca de 300 ° C e à pressão (s) acima de cerca de 250 bar. Em outras concretizações, a mistura de reação é mantida à temperatura (s) superior a cerca de 350 ° C e à pressão (s) acima de cerca de 300 bar.

[00276] Será entendido que em certas concretizações de um solvente utilizado nos métodos do presente invenção pode ser aquecido e pressurizado para além da sua temperatura crítica e / ou para além da sua pressão crítica (isto é, para além do 'ponto crítico' de solvente). Deste modo, o solvente pode ser um 'supercrítico' solvente se aquecido e pressurizado para além do 'ponto crítico' de solvente.

[00277] Em certas concretizações de um solvente utilizado nos métodos do presente invenção pode ser aquecido e pressurizado até ao nível (s) abaixo da sua temperatura e pressão crítica (isto é, abaixo do 'ponto crítico' de solvente). Deste modo, o solvente pode ser um 'sub-crítico' solvente se a temperatura máxima e / ou a pressão máxima é inferior à do seu 'ponto crítico'. De um modo preferido, o solvente "subcríticos" é aquecido e / ou pressurizado com o nível (s) que se aproxima o 'ponto crítico' de o solvente (por exemplo, entre cerca de 10°C a cerca de 50°C abaixo da temperatura crítica e / ou entre cerca de 10 atmosferas e cerca de 50 atmosferas abaixo da sua pressão crítica).

[00278] Em algumas concretizações, um solvente utilizado nos métodos da presente invenção pode ser aquecido e pressurizado para níveis tanto acima como abaixo da sua temperatura e pressão crítica (isto é aquecida e / ou ambos acima pressurizados e abaixo o 'ponto crítico' de solvente a tempos diferentes). Assim, o solvente pode oscilar entre os estados 'subcrítico" e "supercrítico" ao executar os métodos. Tempo de retenção

[00279] O período específico de tempo durante o qual a conversão da matéria-prima de matéria orgânica pode ser conseguida, ao atingir uma temperatura alvo e pressão (ou seja, o "tempo de retenção") pode depender de diversos fatores incluindo, por exemplo, do tipo de matéria orgânica sob tratamento e as proporções relativas dos componentes da reação (por exemplo, a proporção do solvente, o óleo aditivo, catalisador aditivo, matéria-prima de matéria orgânica e / ou qualquer outro componente / s adicional), os tipos de catalisador (es) aditivo utilizado (se presente), o tempo de retenção, e / ou o tipo de aparelho no qual os métodos são realizados. Estes e outros fatores podem ser variados de modo a optimizar um determinado método de modo a maximizar o rendimento e / ou reduzir o tempo de processamento. De um modo preferido, o tempo de retenção é suficiente para converter todo ou substancialmente todo o material orgânico utilizado como matéria-prima em bio-produto (s).

[00280] Em certas concretizações, o tempo de retenção é menor do que cerca de 60 minutos, 45 minutos, 30 minutos, 25 minutos, 20 minutos, 15 minutos, 10 minutos ou menos do que cerca de 5 minutos. Em certas concretizações, o tempo de retenção é mais do que cerca de 60 minutos, 45 minutos, 30 minutos, 25 minutos, 20 minutos, 15 minutos, 10 minutos ou mais do que cerca de 5 minutos. Em outras concretizações, o tempo de retenção é de entre cerca de 1 minuto e cerca de 60 minutos. Em concretizações adicionais, o tempo de retenção é de entre cerca de 5 minutos e cerca de 45 minutos, entre cerca de 5 minutos e cerca de 35 minutos, entre cerca de 10 minutos e cerca de 35 minutos, ou entre cerca de 15 minutos e cerca de 30 minutos. Noutras concretizações, o tempo de retenção é de entre cerca de 20 minutos e cerca de 30 minutos.

[00281] Os técnicos versados no assunto irão reconhecer que vários catalisadores aditivos, tal como aqui descrito (Ver subsecção abaixo "catalisadores") podem ser utilizados para aumentar a eficiência do tratamento, que por sua vez pode reduzir o tempo de retenção necessário para converter a matéria orgânica em bio-produto (s). Da mesma forma, o tempo de retenção necessário será influenciada pelas proporções dos vários componentes da mistura de reação (por exemplo, água, aditivos de óleo, álcool, substratos sólidos, catalisador aditivo, etc).

[00282] O tempo de retenção ótimo para um dado conjunto de condições de reação, tal como aqui descritas podem ser facilmente determinadas pelo destinatário especializado mediante a preparação e execução de uma série de reacções que diferem apenas pelo tempo de retenção, e analisando o rendimento e / ou qualidade do bio-produtos (s) produzido. Aquecimento/resfriamento, pressurização / despressurização

[00283] A mistura de reação (por exemplo, sob a forma de uma suspensão) que compreende matéria-prima de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica), solvente, e opcionalmente um ou mais catalisador aditivo, tal como aqui definido pode ser levada a uma temperatura e pressão alvo (isto é, a temperatura / pressão mantida para o "tempo de retenção") ao longo de um determinado período de tempo. misturas de reação que não contêm uma proporção significativa de óleo aditivo pode necessitar de uma conversão inicial muito rápida para gerar algum solvente in situ. No entanto, a incorporação de óleo na mistura de reação tal como aqui descrito permite que o óleo para actuar como um solvente aliviando assim a exigência de aquecimento rápido / pressurização.

[00284] Em algumas concretizações, a mistura de reação é submetido a uma fase de pré-aquecimento separada antes de atingir a temperatura de reação. A fase de pré-aquecimento pode ser efectuado com uma suspensão de matéria-prima antes da mistura de reação total a ser formado. Alternativamente, a fase de pré-aquecimento pode ser efectuado com uma pasta fluida que compreende todos os componentes da mistura de reação. Em algumas concretizações, a fase de pré-aquecimento eleva a temperatura da suspensão de matéria-prima ou mistura de reação a uma temperatura máxima de cerca de: 120°C, 130°C, 140°C, 150°C, 160°C, 170°C, 180°C, 190°C, 200°C ou. Em outras concretizações, a temperatura é aumentada para menos de cerca de: 120°C, 130°C, 140°C, 150°C, 160°C, 170°C, 180°C, 190°C ou 200°C. Em ainda outras concretizações a temperatura é elevada para entre cerca de 100°C e cerca de 200°C, entre cerca de 100°C e cerca de 180°C, entre cerca de 100°C e cerca de 160°C, entre cerca de 120°C e cerca de 180°C, ou entre cerca de 120°C e cerca de 160°C.

[00285] Em sistemas de fluxo contínuo, a pressão será geralmente mudar desde a atmosférica até atingir a pressão durante o tempo que demora a atravessar a bomba (isto é, próximo de instantânea), enquanto que em sistema descontínuo que irá espelhar o tempo que leva para aquecer a mistura acima.

[00286] Em algumas concretizações, a mistura de reação pode ser levada a uma temperatura-alvo e / ou pressão em um período de tempo de entre cerca de 30 segundos e cerca de 30 minutos.

[00287] Em algumas concretizações, a mistura de reação pode ser levada a uma temperatura-alvo e / ou pressão em um período de tempo inferior a cerca de 15 minutos, menos do que cerca de 10 minutos, menos do que cerca de 5 minutos, ou menos de cerca de 2 minutos.

[00288] Em certas concretizações, a mistura de reação pode ser levada a uma pressão alvo substancialmente instantânea e levada a uma temperatura alvo em menos de cerca de 20 minutos, menos do que cerca de 10 minutos, ou menos do que cerca de 5 minutos. Em outras concretizações, a mistura de reação pode ser levada a uma pressão alvo substancialmente instantânea e levada a uma temperatura alvo em menos de cerca de dois minutos. Em outras concretizações, a mistura de reação pode ser levada a uma pressão alvo substancialmente instantânea e levada a uma temperatura alvo de entre cerca de 1 e cerca de 2 minutos.

[00289] Adicionalmente ou em alternativa, após a conclusão do período de tempo de retenção da mistura de produto gerado pode ser arrefecida para entre cerca de 150 ° C e cerca de 200 ° C, entre cerca de 160 ° C e cerca de 200 ° C, de preferência entre cerca de 170 ° C e cerca de 190 ° C, e mais preferencialmente cerca de 180 ° C, em um período de tempo inferior a cerca de 10 minutos, de preferência menos do que cerca de 7 minutos, mais preferencialmente menos do que cerca de 6 minutos, de preferência entre cerca de 4 e cerca de 6 minutos, e mais preferivelmente cerca de 5 minutos. Após o período inicial de resfriamento, a temperatura pode ainda reduzida até à temperatura ambiente com concomitante de- pressurização pela libertação rápida em um meio aquoso frio (por exemplo, água de refrigeração).

[00290] Os processos de aquecimento / resfriamento e pressurização / despressurização podem ser facilitados através da realização dos métodos da presente invenção em um sistema de fluxo contínuo (ver abaixo a seção intitulada "fluxo contínuo"). Fluxo contínuo

[00291] Geração de bio-produto a partir de matérias- primas de matéria orgânica (por exemplo, matéria lignocelulósica) utilizando os métodos da presente invenção pode ser assistido por realização dos métodos sob condições de fluxo contínuo.

[00292] Apesar de os métodos não necessita de ser realizada sob condições de fluxo contínuo, isso pode proporcionar um número de efeitos vantajosos. Por exemplo, o fluxo contínuo podem facilitar a aplicação e / ou a remoção do calor e / ou pressão acelerada aplicada à pasta. Isso pode ajudar a alcançar as taxas desejadas de massa e transferência de calor, aquecimento / resfriamento e / ou pressurização / despressurização. Fluxo contínuo também pode permitir que o tempo de retenção a ser rigidamente controlado. Sem limitação, a um mecanismo de acção particular, postula-se que o aumento da velocidade de aquecimento / resfriamento e / ou pressurização / despressurização facilitada por condições de fluxo contínuo, juntamente com a capacidade de força regular auxilia tempo de retenção na prevenção da ocorrência de colateral indesejável -reactions (por exemplo, polimerização) como a pasta corridas / pressuriza e / ou esfria / despressuriza. O fluxo contínuo também é acreditado para melhorar as reações responsáveis pela conversão da matéria orgânica em biocombustível, em virtude de geração de mistura e forças de cisalhamento acreditados para ajudar na emulsificação que pode ser um importante mecanismo envolvido no transporte e "memória" dos óleos gerados longe do superfícies reactivos da matéria-prima, bem como fornecendo área de superfície de interface para o chamado “catálise em água”.

[00293] Por conseguinte, em concretizações preferidas dos métodos da presente invenção são realizados sob condições de fluxo contínuo. Tal como aqui utilizado, o termo "fluxo contínuo" refere-se a um processo em que orgânica matéria- prima de matéria misturado com um solvente na forma de uma pasta (o qual pode ainda compreender qualquer um ou mais de um substrato sólido, um aditivo óleo e / ou um catalisador aditivo) é submetida a: (a) aquecimento e pressurização a uma temperatura e pressão alvo, (b) tratamento a temperatura alvo (s) e de pressão (s) por um período de tempo definido (isto é, o "tempo de retenção"), e (c) resfriamento e despressurização, enquanto a suspensão é mantida sob uma corrente de movimento contínuo ao longo do comprimento (ou comprimento parcial) de uma dada superfície. Deve entender-se que as condições de "fluxo contínuo" tal como aqui contempladas são definidas por um ponto de aquecimento e pressurização de partida (isto é, (a) acima) e por um ponto final de resfriamento e de- pressurização (isto é, (c) acima).

[00294] Condições de fluxo contínuo, como aqui contempladas não implicam qualquer limitação particular no que respeita a velocidade de fluxo da suspensão, desde que seja mantida em uma corrente de movimento contínuo.

[00295] De preferência, a velocidade de fluxo (independente de volume) mínima da pasta ao longo de uma dada superfície excede a velocidade de sedimentação de material sólido dentro da pasta (isto é, a velocidade terminal no qual uma partícula suspensa tendo uma densidade maior do que as rodeiam jogadas de solução (por gravidade ) na direcção do fundo da corrente de pasta).

[00296] Por exemplo, a velocidade de escoamento mínima da pasta pode ser superior a cerca de 0,01 cm / s, acima de cerca de 0,05 cm / s, de preferência superior a cerca de 0,5 cm / s e mais preferencialmente acima de cerca de 1,5 cm / s. A velocidade de escoamento superior pode ser influenciado por fatores tais como a taxa de fluxo volumétrico e / ou tempo de retenção. Este por sua vez pode ser influenciada por os componentes de um aparelho reator particular utilizado para manter as condições de fluxo contínuo.

[00297] Condições de fluxo contínuo podem ser facilitada, por exemplo, através da realização dos métodos da invenção em um aparelho reator adequado. Um aparelho reator adequado compreenderão geralmente de componentes de aquecimento / resfriamento, pressurização /despressionar e de reação em que um fluxo contínuo de pasta é mantida.

[00298] A utilização de uma velocidade de fluxo adequada (em condições de fluxo contínuo) pode ser vantajosa na prevenção de escala-formação ao longo do comprimento de uma superfície em particular que a pasta se desloca ao longo (por exemplo, as paredes dos vasos de um aparelho reator) e / ou a geração de uma mistura eficaz regime para a transferência de calor eficiente para e dentro da pasta. Bio-produtos

[00299] Os métodos da presente invenção podem ser utilizados para produzir bio-produto (s) a partir de matérias-primas de matéria orgânica (por exemplo matéria lignocelulósico). A natureza do bio-produto (s) podem depender de uma variedade de diferentes fatores, incluindo, por exemplo, tratamento da matéria-prima de matéria orgânica, e / ou as condições de reação / reagentes utilizados nos métodos.

[00300] Em certas concretizações, o bio-produto (s) podem compreender um ou mais biocombustíveis (por exemplo, bio-óleos, produtos de carvão animal, produtos gasosos) e produtos químicos (por exemplo, produtos químicos de plataforma, ácidos orgânicos, furanics, furfural, hidroximetilfurfural, levoglucosano, sorbitol, cilitol, arabinitol, formaldeído, acetaldeído).

[00301] Em geral, o bio-produto (s) produzido de acordo com os métodos da presente invenção compreendem ou consistem de uma bio-óleo. O bio-óleo pode compreender compostos, incluindo, mas não limitado a, qualquer um ou mais dos alcanos, alquenos, aldeídos, ácidos carboxílicos, fenóis, carboidratos, furfurais, álcoois e cetonas. O bio-óleo pode compreender compostos, incluindo mas não se limitando a aldeídos, ácidos carboxílicos, carboidrato, fenóis, furfurais, álcoois e cetonas, resinas e ácidos de resinas e compostos estruturalmente relacionados com os ácidos de resina, alcanos e alcenos, ácidos gordos e ácido graxo ésteres, esteróis e compostos relacionados com o esterol, oligômeros furânicos, ciclopentanonas, e ciclo-hexanonas, alquil- e alcoxi-ciclopentanonas, e ciclo-hexanonas, ciclopentenoones, alquilo e alcoxilo ciclopentenonas, incluindo compostos aromáticos naftalenos e alquilo e alcoxi - naftalenos substituídos, cresóis, fenóis de alquilo e de alcoxi, alquilo e alcoxi catecóis, dihidroxibezenos alquilo e alcoxi, alquil- Hidroquinonas e alcoxi-, indenos e indeno- derivados.

[00302] O bio-óleo pode compreender várias fases, incluindo, mas não se limitando a uma fase aquosa solúvel em água que podem compreender, os compostos incluindo, mas não limitado a, qualquer um ou mais dos carboidrato, aldeídos, ácidos carboxílicos, carboidrato, fenóis, furfurais, álcoois, cetonas e, de resinas e ácidos de resinas e compostos estruturalmente relacionados com os ácidos de resina, alcanos e alquenos, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos, esteróis e compostos relacionados com o esterol, oligômeros furânicos, ciclopentanonas, e ciclo-hexanonas, alquil- e alcoxi ciclopentanonas, e ciclohexanonas, ciclopentenoonas, alquil- e alcoxi ciclopentenonas, incluindo compostos aromáticos naftalenos e naftalenos alquil- e alcoxi substituídos, cresóis, fenóis de alquilo e de alcoxi, alquilo e alcoxi catecóis, e alquil- e alcoxi dihidroxibezenos, alquil- e alcoxi hidroquinonas, indenos e indeno-derivados; e uma fase insolúvel em água que podem compreender, os compostos incluindo, mas não limitado a, qualquer um ou mais de ceras, aldeídos, ácidos carboxílicos, carboidratos, fenóis, furfurais, álcoois e cetonas, resinas e ácidos de resinas, e compostos estruturalmente relacionados de ácidos de resina, alcanos e alquenos, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos, esteróis e compostos relacionados com o esterol, oligómeros furânicos, ciclopentanonas, e ciclohexanonas, alquil- e alcoxi ciclopentanonas, e ciclohexanonas, ciclopentenoonas, alquil- e alcoxi ciclopentenonas, aromático incluindo compostos naftalenos e naftalenos substituídos alquil- e alcoxi, cresóis, fenóis de alquilo e de alcoxi, alquilo e alcoxi catecóis, alquil- e alcoxi dihidroxibezenos, alquil- e alcoxi hidroquinonas, indenos e indeno-derivados.

[00303] Outros exemplos não limitativos de bio- produtos incluem carvão de petróleo (por exemplo, carvão de carbono com óleos ligada), carvão animal, e os produtos gasosos (por exemplo metano, hidrogênio, monóxido de carbono e / ou dióxido de carbono, etano, eteno, propeno, propano).

[00304] Em algumas concretizações, um biocombustível pode ser produzido a partir de matéria orgânica compreendendo matéria lignocelulósico. O biocombustível pode compreender uma fase líquida que compreende o bio-óleo.

[00305] Biocombustíveis (por exemplo, bio-óleos) produzidos de acordo com os métodos da invenção podem compreender um certo número de características vantajosas, exemplos não limitativos dos quais incluem a redução do teor em oxigênio, aumento do teor de hidrogênio, o aumento do conteúdo de energia e aumento de estabilidade. Além disso, a bio-óleos produzidos pelos métodos da invenção podem compreender uma única fase de óleo que contém o produto de liquefacção. O produto pode ser separado a partir da fase de óleo, utilizando, por exemplo, centrifugação eliminando a necessidade de evaporar grandes quantidades de água.

[00306] Um bio-produto de bio-óleo produzido de acordo com os métodos da invenção pode compreender um teor de energia superior a cerca de 25 MJ / kg, maior do que cerca de 30 MJ / kg, mais preferencialmente superior a cerca de 32 MJ / kg, mais preferencialmente maior do que cerca de 35 MJ / kg, ainda mais preferencialmente superior a cerca de 37 MJ / kg, de 38 MJ / kg ou 39 MJ / kg, e mais preferivelmente, acima de cerca de 41 MJ / kg. O produto de bio-óleo pode compreender menos do que cerca de 15% de oxigênio em peso dB, de preferência, inferior a cerca de 10% de oxigênio em peso dB, mais preferivelmente inferior a cerca de 8% de oxigênio em peso dB e, ainda mais preferivelmente, menos do que cerca de 7% de oxigênio em peso dB, e de um modo preferido menos do que cerca de 5% em peso de oxigênio dB. O produto de bio-óleo pode compreender mais do que cerca de 6% de hidrogênio em peso dB, de um modo preferido maior do que cerca de 7% em peso dB hidrogênio, mais preferivelmente maior do que cerca de 8% de hidrogênio em peso dB, e ainda mais preferivelmente maior do que cerca de 9% em peso dB hidrogênio. A razão molar de hidrogênio: carbono de um bio-óleo do invenção pode ser inferior a cerca de 1,5, menos do que cerca de 1,4, menos do que cerca de 1,3, ou menos do que cerca de 1,2.

[00307] Um bio-óleo produzido de acordo com os métodos da invenção podem compreender, por exemplo, qualquer uma ou mais das seguintes classes de compostos: fenóis, aromáticos e alifáticos, ácidos, cetonas, aldeídos, hidrocarbonetos, álcoois, ésteres, éteres, furanos , furfurais, terpenos, policíclicos, oligo- e polímeros de cada uma das classes acima mencionadas, esteróis vegetais, os esteróis vegetais modificados, asfaltenos, pré-asfaltenos, e ceras.

[00308] Um bio-produto carvão animal ou óleo de carvão produzido em conformidade com os métodos da invenção pode compreender um teor de energia superior a cerca de 20 MJ / kg, de preferência superior a cerca de 25 MJ / kg, mais preferencialmente superior a cerca de 30 MJ / kg, e ainda mais preferivelmente maior do que cerca de 31 MJ / kg, 32 MJ / kg, 33 MJ / kg ou 34 MJ / kg. O produto de carvão animal carvão animal ou óleo pode compreender menos do que cerca de 20% de oxigênio em peso dB, de preferência inferior a cerca de 15% em peso dB de oxigênio, mais preferivelmente, menos do que cerca de 10% de oxigênio em peso dB e ainda mais preferivelmente menos do que cerca de 9% de oxigênio em peso dB. O produto carvão ou carvão animal óleo pode compreender mais do que cerca de 2% de hidrogênio em peso dB, de um modo preferido maior do que cerca de 3% de hidrogênio em peso dB, mais preferivelmente maior do que cerca de 4% em peso dB hidrogênio, e ainda mais preferivelmente maior do que cerca de 5% de hidrogênio em peso dB . A razão molar de hidrogênio: carbono de um produto de óleo de carvão animal do invenção pode ser inferior a cerca de 1,0, menos do que cerca de 0,9, menos do que cerca de 0,8, menos do que cerca de 0,7, ou menos do que cerca de 0,6.

[00309] Um bio-produto de óleo de carvão animal produzido de acordo com os métodos da invenção podem compreender, por exemplo, qualquer uma ou mais das seguintes classes de compostos: fenóis, aromáticos e alifáticos, ácidos, cetonas, aldeídos, hidrocarbonetos, álcoois, ésteres, éteres , furanos, furfurais, terpenos, policíclicos, oligo- e polímeros de cada um dos acima mencionados classes, asfaltenos, pré-asfaltenos, e ceras.

[00310] Um bio-produto de carvão animal (PCI atualizado carvão equivalente) produzido em conformidade com os métodos da invenção podem compreender, por exemplo, uma mistura de carbono amorfo e grafite com grupos terminais parcialmente oxigenados, dando origem a superfície grupos carboxi e alcoxi bem como carbonilo e ésteres.

[00311] Bio-produtos produzidos de acordo com os métodos da presente invenção podem compreender um ou mais biocombustíveis (por exemplo, bio-óleos, produtos de carvão animal, produtos gasosos) e de produtos químicos (por exemplo, produtos químicos de plataforma, ácidos orgânicos, furanics, furfural, hidroximetilfurfural, levoglucosano, sorbitol, cylitol, arabinitol, formaldeído, acetaldeído).

[00312] Bio-produtos produzidos de acordo com os métodos da presente invenção pode ser limpo e / ou separadas em componentes individuais utilizando técnicas convencionais conhecidas no estado da técnica.

[00313] Por exemplo, as fases sólidas e líquidas dos produtos biocombustíveis (por exemplo, a partir da conversão de carvão) pode ser filtrada através de uma prensa de filtro de pressão, ou um filtro de tambor de vácuo rotativo, em uma primeira fase de separação de sólidos e líquidos. O produto sólido obtido pode incluir um caractere de alto carbono com óleos encadernados. Em certas concretizações, o óleo pode ser separado do carvão animal, por exemplo, por destilação térmica ou por extracção com solvente. O produto líquido obtido pode conter uma baixa percentagem de óleos leves, que podem ser recuperados e concentrados embora um evaporador.

[00314] Bio-produtos produzidos de acordo com os métodos da presente invenção podem ser utilizados em qualquer número de aplicações. Por exemplo, os biocombustíveis podem ser misturados com outros combustíveis, incluindo, por exemplo, etanol, óleo diesel e semelhantes. Adicionalmente ou em alternativa, os biocombustíveis podem ser transformados em produtos combustíveis. Adicionalmente ou alternativamente, os biocombustíveis podem ser utilizados directamente, por exemplo, como produtos do petróleo e similares.

[00315] Será apreciado pelos técnicos versado no assunto que numerosas variações e / ou modificações podem ser feitas a invenção como mostrado nas concretizações específicas sem se afastar do espírito ou escopo da invenção como amplamente descrito. As presentes concretizações são, por conseguinte, sendo consideradas em todos os aspectos como ilustrativas e não restritivas.

EXEMPLOS

[00316] A invenção irá agora ser descrita com referência a exemplos específicos, os quais não devem ser interpretados como de alguma forma limitando Exemplo 1: Conversão exemplificativa de matéria orgânica para um óleo bruto sintético e produtos químicos adicionais, na presença de um substrato sólido: comparação com a conversão na ausência de substrato sólido. Pis ta

[00317] Um componente de óleo adicional não foi adicionado para esta série de experiências. À medida que a matéria orgânica se liquefaz dentro de uma questão de segundos após ser aumentada até à temperatura de reação considera-se que existe uma fase oleosa presente no interior do reator mesmo nas pistas em que nenhum componente de solvente de óleo adicionado é usado, em particular, para concentrações de matéria orgânica na suspensão superior a 5% p / p.

(ii) Aquecimento e pressurização

[00318] Uma bomba de alta pressão foi alimentada pelo tanque de pasta líquida para fornecer a pasta para a secção de aquecimento a pressões faixas, como mostrado na Tabela 3 abaixo. Aquecimento da pasta pode ser realizada de várias maneiras, por exemplo, por um sistema de troca de calor contra ou em co-corrente e / ou por imersão da secção de aquecimento, em um leito fluidizado quente. Alternativamente, a pasta pode ser aquecida de um modo balístico pela intersecção da pasta na secção de aquecimento com um fluxo de óleo ou de água aquecida, por exemplo, na gama de 400-720 graus Celsius, (ver, por exemplo, a publicação do pedido de patente provisório Australiano número AU 2010902938 intitulado "processo de aquecimento balísticos", todo o conteúdo do qual é aqui incorporada por referência). Em todos os casos, a temperatura da pasta alvo estava na faixa de 250-350 graus Celsius (centígrados) ao entrar no reator. Em certos casos, um ou mais catalisadores incorporados na pasta antes da entrada no reator.

[00319] Nos experimentos específicos aqui exemplificados, a suspensão foi pré-aquecida por meio de um permutador de calor de contracorrente para cerca de 150 C e, em seguida, ainda aquecida por mistura com um fluxo incidente de vapor supercrítico a cerca de 320 - 360 C, antes de entrarem no reator.

(iii) Reação de Conversão

[00320] A suspensão foi introduzida no reator (que pode ter uma orientação vertical ou horizontal), sob condições de fluxo contínuo com a pasta de reação serem mantidos a uma temperatura constante e a pressão dentro das gamas, como mostrado na Tabela 3 abaixo.

[00321] O tempo de permanência à temperatura de reação foi mantida à gama de 15-30 min. dependente da matéria-prima e catalisador / s aplicados. Como a reação é ligeiramente endotérmica (3 - 5 MJ / kg de produto), apenas uma pequena quantidade de aquecimento de guarnição era necessário.

[00322] Esta observação experimental significa que existe pouca restrição ao diâmetro do tubo do reator, uma vez que não necessita de ser aquecido substancialmente; a massa térmica e ficando para o reator suficiente. Outro importante factor positivo relacionado com dimensionamento do sistema e mantendo o comprimento do reator a um nível mínimo. O catalisador foi adicionado como uma solução aquosa entre o passo de aquecimento e o reator. Tabela 3. Exemplos de Condições do Processo

(iv) Refrigeração e pressão de descida

[00323] No fim do tempo definido de residência da corrente do produto pode ser opcionalmente passado através de um trocador de calor com uma temperatura de saída na gama dos 50 - 180 graus Celsius (fase em que as taxas de reação lentas substancialmente), esta temperatura final conjunto sendo matéria-prima dependente. Em alternativa e, tal como exemplificado aqui, a pressão de descida para baixo até à pressão atmosférica por um ou mais etapas de despressurização. Especificamente, a mistura que reagiu foi despressurizado através da passagem por um sistema capilar seleccionável, quer cerca de 20 bar e, em seguida, à pressão atmosférica ou directamente para a pressão atmosférica. A saída do tubo capilar pode ser imerso em água ou outro líquido. O sistema de descida de pressão foi usado para gerar a contra-pressão no sistema do reator e aquecimento, permitindo uma reação de fluxo contínuo para ser conseguida a uma pressão constante e uma temperatura de estado estacionário. Uma pressão de descida adequada ao sistema é descrito, por exemplo, nos Estados Unidos da América publicação de patente n°. 2012-0227822 A1, intitulado "Conjunto para reduzir a pressão de pasta fluida em um sistema de processamento de pasta", todo o conteúdo das quais é aqui incorporada por referência.

(v) Resultados

[00324] Em cada caso, um produto insolúvel em água, separa-se a fase aquosa por resfriamento. O produto insolúvel em água pode ser um líquido ou uma massa fundida viscosa, dependendo da temperatura ambiente e sobre se é ou não contém substrato sólido e se ou não o óleo foi usado na fase de solvente. Produtos contendo substrato sólido pode ser um passo semelhante a sólido vítreo a temperaturas ambientes. Em cada caso, a fase aquosa contém compostos orgânicos solúveis em água.

[00325] Observou-se que no caso em que o sem substrato sólido foi adicionado à alimentação de polpa, a queda de pressão ao longo do reator, tal como medido pela diferença entre um medidor de pressão localizado antes do reator e um medidor de pressão localizado depois do reator, mas antes do passos de resfriamento ou despressurização, aumentou substancialmente com a duração do prazo, possivelmente uma indicação de bloqueios parciais em desenvolvimento dentro do reator. Em contraste, em que um substrato sólido é adicionado a queda de pressão desenvolvido ao longo do reator é insignificante e não aumenta ao longo do tempo. As quedas de pressão ao longo do reator registados em uma série de experiências com e sem substrato sólido adicionado são mostrados na Figura 2 e na Figura 4.

[00326] É uma característica chave do presente invenção que permite a reação de elevadas concentrações de matéria orgânica em grande escala reatores contínuos sem a necessidade para a concepção dos perfis do reator elaborados no custo significativamente maior.

[00327] Por exemplo, é possível que a longo do reator tubular direita, sem qualquer alteração no perfil também poderia superar o desenvolvimento de uma queda de pressão através do reator, no entanto um tal reator teria de ser de cerca de 18 metros de comprimento, de modo a atingir o mesmo tempo de permanência, três seis reatores medidor se encontra ligado em série. Uma vez que uma configuração preferida para muitas aplicações, em termos de fabricação do reator e disposição para ocupar uma área mínima pegada, é três montado verticalmente 6 tubos medidor se encontra ligado em série por curvas de raio estreitas, em oposição a um tubo de 18 metros montado em qualquer configuração horizontal ou vertical , a presente invenção leva a reduções de custos operacionais no desenho de uma planta em escala comercial para a conversão de matéria orgânica, em especial em relação à biomassa lignocelulósica.

(vi) Natureza dos produtos a partir do Processo

[00328] Dependendo da natureza do substrato sólido utilizado, o substrato sólido pode ser completamente inerte nas condições de reação e ser substancialmente inalterada, ou pode actuar como um catalisador para auxiliar na transformação da matéria orgânica de produtos, ou pode parcialmente reagir e parcialmente contribuir para a formação de produtos do processo, ou pode ocorrer uma combinação de cada uma.

[00329] Sem limitação, a um modo particular de acção, tais como substratos de carbono activado pode, sob as condições descritas na presente invenção catalisam a conversão de matéria orgânica a produtos contendo menos de oxigênio, facilitando reacções de descarboxilação. (Ver, por exemplo, carvões activados para tratamento hidrotérmico descarboxilação de ácidos graxos, Jie Fu, Fan Shi, L. T. Thompson, Jr., Xiuyang Lu, e Phillip E. Savage, ACS Catal., 2011, 1 (3), pp 227-231)

[00330] No caso de um substrato sólido é empregue pode ser recuperado a partir do processo intimamente misturado com o combustível e produtos químicos insolúveis em água.

[00331] Alternativamente e de preferência, o substrato sólido é separado do combustível e produtos químicos insolúveis em água, antes ou imediatamente após o passo de despressurização por meio de um hidrociclone, centrífuga, filtro, filtro ou outros meios de separação física. Nesse caso, o substrato sólido é mais preferencialmente reciclada para o processo por mistura com a matéria orgânica fresca a ser alimentado ao processo.

[00332] Alternativamente produtos líquidos são parcialmente separado do substrato sólido antes ou imediatamente após o passo de despressurização por meio de um hidrociclone, centrífuga, filtro, filtro ou outros meios de separação física. Nesse caso, os produtos líquidos são de preferência retirado como uma corrente de produto e o substrato sólido, misturado com alguns produtos líquidos é, de preferência recicladas para o processo por mistura com a matéria orgânica fresca a ser alimentado ao processo.

[00333] Alternativamente produtos combustíveis e produtos químicos são separados a partir do substrato sólido em um passo de processamento separado, por exemplo, por destilação ou por extracção com um solvente. Nesse caso o combustível extraído ou produtos químicos que podem ser líquidos ou sólidos são retirados como uma corrente de produto e o resíduo, sendo o substrato sólido é preferencialmente reciclada para o processo por mistura com a matéria orgânica fresca a ser alimentado ao processo.

[00334] Em todos os casos substrato sólido que é o excesso dos requisitos para a reciclagem no processo constitui um produto adicional, por exemplo um combustível sólido, um coque de carvão ou PCI, um precursor de carvão activado.

[00335] Certas propriedades dos produtos insolúveis em água a partir dos corre exemplificados são apresentados nas Tabelas 4 e 5.

[00336] No caso de os exemplos contendo um substrato sólido, as propriedades marcadas "substrato sólido ...inicial" são aqueles que correspondem ao substrato sólido, como misturados na mistura de reação ou pasta, antes de passar através do reator. As propriedades marcadas "substrato sólido mistura & produto de óleo" são aqueles da mistura de substrato sólido e o óleo do produto insolúvel em água, depois de passar através da reação e passos de resfriamento e de despressurização. As propriedades marcadas "óleo separado do produto" são aquelas propriedades do produto em óleo insolúvel em água após separação do substrato sólido. As propriedades marcadas "substrato sólido / produto sólido recuperado" são as propriedades do material sólido residual após a remoção do produto de óleo. Este material pode ser reciclado após, se necessário, trituração ou moagem até um tamanho de partícula adequado, como substrato sólido para ser combinada com a nova matéria orgânica que entra no processo. Sem limitação, os meios utilizados para separar os produtos de petróleo a partir do substrato sólido nestes exemplo foram: solvente de extração com acetona ou solventes tetra- hidrofurano; destilação em vácuo ou por sublimação de vácuo; destilação, incluindo a destilação parcialmente-pirolítico sob um fluxo de gás inerte ou vapor, por exemplo vapor de água e / ou de azoto ou de árgon.

[00337] A separação térmica dos produtos a partir do substrato sólido é exemplificado por análise termogravimétrica (TGA) do produto sob atmosfera de nitrogênio. A Figura 3 mostra a perda de peso em função da temperatura, para amostras de Misturado Substrato Sólido & Óleo Produto de pistas 5 (duas amostras), 6, e 7. Os dados ilustram que até 50% em massa das amostras em questão pode ser volatilizado até temperaturas de 400 ° C.

[00338] Tabela 4. Propriedades dos produtos insolúveis em água a partir dos corre exemplificado

(vii) Composição dos Produtos

[00339] Os produtos solúveis em água e insolúveis em água a partir da reação são misturas complexas de compostos orgânicos. Listados na tabela 6 a seguir uma série de componentes identificados na fase solúvel em água e insolúvel em água dos produtos, em que a matéria orgânica compreendidas pinheiro radiata. A maioria dos componentes são comuns a ambas as fases solúveis em água e insolúveis em água. Tabela 6. Componentes identificados nas fases solúveis em água e insolúveis em água dos produtos.

(viii) Discussão

[00340] É evidente a partir dos exemplos anteriores que a adição de um substrato sólido inibe o acúmulo ao longo do tempo de uma diferença de pressão através de um reator de tubo, em condições de fluxo contínuo. O substrato sólido não diminui o valor calorífico dos bio-produtos obtidos, mas na verdade fornece importante reforço. Bio-produtos pode ser separada do substrato por uma variedade de métodos físicos. O substrato residual pode ser reciclado para o processo ou se não for necessário para esse efeito, representa um bio- produto sólido.

Exemplo 2: Conversão exemplificatica adicional de matéria orgânica para um óleo bruto sintético e produtos químicos adicionais na presença de um substrato sólido: (i) Preparação da pasta

[00341] Matéria-prima pré-moída (Biomassa de pinheiro radiata contendo cerca de 10 a 20% em peso de água) foi misturado com água em um tanque de pasta líquida agitado com substrato sólido. O substrato sólido era tanto lignita quanto carvão ativado.

[00342] As proporções de mistura dos materiais usados na série de experimentos são dados na Tabela 7 abaixo. (ii) Aquecimento e pressurização

[00343] As amostras foram pré-aquecidas e uma bomba de alta pressão foi alimentada pelo tanque de pasta líquida para fornecer a pasta para a parte principal do reator. Aquecimento da pasta pode ser realizada de várias maneiras, por exemplo, por um sistema de troca de calor contra ou co- fluxo e / ou por imersão da seção de aquecimento, em um leito fluidizado quente. Alternativamente, a pasta pode ser aquecida de um modo balístico pela intersecção da pasta na secção de aquecimento com um fluxo de óleo ou de água (por exemplo, vapor supercrítico) (ver, por exemplo, publicação do pedido de patente nour-americano n° US 2013-0205652 A1 intitulado "processo de aquecimento balísticos", todo o conteúdo das quais é aqui incorporada por referência).

[00344] Em todos os casos, a temperatura da pasta alvo estava na faixa de 250-350 ° C após o que entra no reator. Em certos casos, um ou mais catalisadores incorporados na pasta antes da entrada no reator. Nas experiências específicas aqui exemplificados a suspensão foi pré-aquecida por meio de um permutador de calor de contracorrente para cerca de 150 ° C e, em seguida, ainda aquecida por mistura com um fluxo incidente de vapor supercrítico a cerca de 320-360 ° C, antes de entrarem no reator. (iii) Reação de conversão

[00345] A suspensão foi introduzida no reator (que pode ter uma orientação vertical ou horizontal), sob condições de fluxo contínuo com a pasta de reação serem mantidos a uma temperatura constante e a pressão dentro das gamas, como mostrado na Tabela 8 abaixo. O tempo de permanência nas condições de reação também é mostrado na Tabela 8.

[00346] O catalisador foi adicionado como uma solução aquosa após o contato com o vapor supercrítico antes da pasta aquecida e pressurizada que entra no reator. (iv) Refrigeração e pressão de descida

[00347] No fim do tempo definido de residência da corrente do produto pode ser opcionalmente passado através de um trocador de calor com uma temperatura de saída na faixa dos 50 - 180 graus Celsius (fase em que as taxas de reação lentas substancialmente), esta temperatura final conjunto sendo matéria-prima dependente. Em alternativa e tal como exemplificado aqui, a pressão de descida para baixo até à pressão atmosférica por um ou mais etapas de despressurização. Especificamente, a mistura que reagiu foi despressurizado através da passagem por um sistema capilar seleccionável, quer cerca de 20 bar e, em seguida, à pressão atmosférica ou directamente para a pressão atmosférica. A saída do tubo capilar pode ser imerso em água ou outro líquido. O sistema de descida de pressão foi usado para gerar a contra-pressão no sistema do reator e aquecimento, permitindo uma reação de fluxo contínuo para ser conseguida a uma pressão constante e uma temperatura de estado estacionário. Uma pressão adequada descidos sistema é descrito, por exemplo, na publicação do pedido de patente norte-americano n° US 2012-0227822 A1, intitulado "Conjunto para reduzir a pressão de pasta fluida em um sistema de processamento de pasta", todo o conteúdo das quais é aqui incorporada por referência. (v) Análise dos Produtos

[00348] Certas propriedades dos produtos insolúveis em água a partir dos corre exemplificados são mostrados nas Tabelas 9 e 10. Sem limitação, os meios utilizados para separar os produtos de petróleo a partir do substrato sólido nestes exemplos foram os seguintes: solvente de extracção com solventes acetona ou tetra-hidrofurano; destilação em vácuo ou por sublimação de vácuo; destilação, incluindo a destilação parcialmente-pirolítico sob um fluxo de gás inerte ou de vapor (por exemplo, vapor e / ou de azoto ou árgon).

Claims

1. Processo para produzir um bio-produto a partir de matéria-prima de matéria orgânica, o método caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma mistura reacional compreendendo a matéria-prima de matéria orgânica, um solvente e um substrato sólido; tratar a mistura reacional a uma temperatura entre cerca de 200° C e 400° C e pressão de cerca de 100 bar e 400 bar em um recipiente reator a uma temperatura e pressão de reação adequadas para conversão de toda ou uma porção da matéria-prima de matéria orgânica em uma mistura de produtos compreendendo o bio-produto; e despressurizar e resfriar a mistura de produto; em que o substrato sólido constitui entre 5% e 15% da massa combinada total do substrato sólido e matéria-prima de matéria orgânica na mistura reacional ante ao dito tratamento; o substrato sólido é sólido ou substancialmente sólido à temperatura e pressão da reação; o substrato sólido é quimicamente inerte ou substancialemnte quimicamente inerte à temperatura e pressão da reação; o substrato sólido sequestra a matéria orgânica e / ou inorgânica que se dessolubiliza dentro da mistura reacional ou da mistura de produto; e / ou altera uma ou mais características de fluxo da mistura reacional e / ou da mistura do produto no recipiente reator, e o substrato sólido é: (a) selecionado do grupo constituído por: carvão antracítico, meta-antracítico, antracítico, semi- antracítico carvão betuminoso, carvão subbituminoso, lignina (carvão marrom), carvão de coque, alcatrão de carvão, coque, coque de alta temperatura, coque de fundição, coque de baixa e média temperatura, coque de piche, coque de petróleo, coque de forno de coque, coque, coque de gás, coque de carvão, semi coque, carvão, carvão de pirólise, carvão hidrotermal, carbono preto, partículas finas de grafite, carbono amorfo, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, fibras de carbono crescidas a vapor e qualquer combinação destas; ou (b) selecionado do grupo constituído por cinzas, cinzas volantes, um mineral, carbonato de cálcio, calcita, um silicato, sílica, quartzo, um óxido, um óxido metálico, um sal metálico insolúvel ou substancialmente insolúvel, um minério de ferro, uma argila mineral, talco, gesso, carbonatos de magnésio, carbonatos de cálcio e magnésio, calcário, dolomita, hidróxidos de cálcio, hidróxidos de magnésio, óxidos de cálcio, óxidos de magnésio, hidrogenocarbonatos de cálcio, hidrogenocarbonatos de magnésio, caulinita, illite, zeolitas, fosfato de cálcio, hidroxiapatita, filossilicatos e qualquer combinação destes.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tratamento é realizado sob condições de fluxo contínuo.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato o substrato sólido é um material carbonáceo que compreende pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, ou pelo menos 90% em peso de carbono.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o substrato sólido é material não carbonáceo que compreende não mais do que 10%, não mais do que 5%, não mais do que 1%, ou nenhum carbono.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sequestro da matéria orgânica e / ou inorgânica pelo substrato sólido compreende adsorver a matéria orgânica e / ou a matéria inorgânica em uma superfície do substrato sólido ou no substrato sólido.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da matéria-prima de matéria orgânica é matéria lignocelulósica;

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da matéria-prima de matéria orgânica é fornecida na forma de uma pasta líquida compreendendo algum ou todo o solvente.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o tratamento ser realizado sob condições de fluxo contínuo e a pasta ter uma velocidade de fluxo acima 0,01 cm/s, acima de 0,05 cm/s, acima de 0,5 cm/s, acima de 0,1 cm/s, acima de 1,5 cm/s ou acima de 2,0 cm/s.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a separação do substrato sólido da mistura de produtos após o resfriamentoo e despressurização, e a reciclagem do substrato sólido para uma segunda suspensão ou segunda mistura de reação compreendendo matéria-prima de matéria orgânica.

10. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a mistura reacional compreende ainda um aditivo oleoso que constitua entre 5% e 60%, entre 5% e 50%, entre 5% e 40%, entre 5% e 30%, entre 5% e entre 20%, superior a 5%, superior a 10%, superior a 15%, superior a 20%, superior a 30%, inferior a 20%, inferior a 15% ou inferior a 10% da mistura reacional em peso.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura reacional compreende ainda um aditivo oleoso selecionado do grupo que consiste em óleo parafínico, gasóleo, petróleo bruto, óleo sintético, óleo de carvão, bio-óleo, óleo de xisto, óleo de querogênio, óleo mineral, óleo mineral branco, óleo aromático, óleo alto, óleo alto destilado, óleos vegetais ou animais, gorduras e suas formas ácidas e formas esterificadas, e qualquer combinação dos mesmos

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a mistura reacional compreende ainda ainda a separação de óleo do produto e a reciclagem do óleo para uma segunda pasta ou segunda mistura de reacção compreendendo matéria- prima de matéria orgânica.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tratamento compreende tratar a mistura reacional (i) a uma temperatura entre 250°C e 400°C, e uma pressão entre 100 bar e 300 bar; (ii) uma temperatura entre 310°C e 360°C, e uma pressão entre 160 bar e 250 bar; ou (iii) uma temperatura entre 320°C e 360°C, e uma pressão entre 220 bar e 250 bar

14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura reacional compreende ainda um aditivo de catalisador que é: (1) misturado com a matéria-prima e / ou solvente antes do tratamento; ou (111) adicionado à mistura reacional após a mistura reacional atingir a referida temperatura e pressão de reação.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o aditivo de catalisador ser selecionado do grupo constituído por: um catalisador de base, um catalisador de hidróxido de metal alcalino, um catalisador de hidróxido de metal de transição, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, carbonato de potássio, carbonato de potássio, um catalisador de metal de transição, um catalisador de metal de transição suportado, um catalisador de ácido carboxílico reativo, um catalisador de metal de transição, um catalisador de sulfeto, um catalisador de metal nobre, Um catalisador de mudança de água gasosa, formato de sódio, formato de potássio, hidróxido de sódio e combinações destes.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente do substrato sólido é reciclado a partir de um bio-produto produzido conforme o processo.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda separar o substrato sólido e o óleo do produto e reciclar o substrato sólido e o óleo em uma segunda pasta ou segunda mistura de reação compreendendo matéria-prima de matéria orgânica.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de compreender ainda a utilização de um sistema de bombeamento de dois estágios, em que uma bomba de baixa pressão é usada para fornecer a pasta a uma bomba de alta pressão do segundo estágio e a bomba de alta pressão é usada para trazer a pasta para o pressão de reação.

19. Processoo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bio-produto compreende um componente de óleo com um valor calorífico bruto superior a 35 MJ / kg.