BR122017001932A2 - METHOD OF CONVERTING AN INTERMEDIARY TO A PRODUCT, PRODUCT AND BIOMASS FEED STOCK PROCESSING SYSTEMS - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa de animal, biomassa microbiana e resíduos municipais) que é processada para produzir produtos úteis, tais como combustíveis. por exemplo, sistemas podem usar materiais de estoque de alimentação, tais como materiais celulósicos e/ou lignocelulósicos e/ou materiais de amido ou açúcar, para produzir etanol e/ou butanol, por exemplo, por meio de fermentação.The present invention relates to biomass (e.g., plant biomass, animal biomass, microbial biomass and municipal waste) that is processed to produce useful products such as fuels. For example, systems may use feedstock materials, such as cellulosic and / or lignocellulosic materials and / or starch or sugar materials, to produce ethanol and / or butanol, for example by fermentation.
Description
(54) Título: MÉTODO DE CONVERSÃO DE UM INTERMEDIÁRIO A UM PRODUTO, PRODUTO E SISTEMAS DE PROCESSAMENTO DE ESTOQUE DE ALIMENTAÇÃO DE BIOMASSA (51) Int. Cl.: C12P 7/10; C12P 5/02; C12P 7/06; C12P 7/16 (30) Prioridade Unionista: 03/04/2009 US 12/417,880, 03/04/2009 US 12/417, 88018/06/2008 US 61/073,496, 03/04/2009 US 12/417,88018/06/2008 US 61/073, 49630/04/2008 US 61/049,419, 03/04/2009 US 12/417,88018/06/2008 US 61/073, 49630/04/2008 US 61/049,41930/04/2008 US 61/049,415, 03/04/2009 US 12/417, 88018/06/2008 US 61/073,49630/04/2008 US 61/049,41930/04/2008 US 61/049, 41530/04/2008 US 61/049,413, (...) (73) Titular(es): XYLECO, INC.(54) Title: METHOD OF CONVERSION OF AN INTERMEDIATE TO A PRODUCT, PRODUCT AND BIOMASS STOCK PROCESSING SYSTEMS (51) Int. Cl .: C12P 7/10; C12P 5/02; C12P 7/06; C12P 7/16 (30) Unionist Priority: 03/04/2009 US 12 / 417,880, 04/03/2009 US 12/417, 88018/06/2008 US 61 / 073,496, 04/03/2009 US 12/417, 88018/06/2008 US 61/073, 49630/04/2008 US 61 / 049,419, 04/03/2009 US 12 / 417,88018 / 06/2008 US 61/073, 49630/04/2008 US 61/049, 41930/04/2008 US 61 / 049,415, 04/03/2009 US 12/417, 88018/06/2008 US 61 / 073,49630 / 04/2008 US 61 / 049,41930 / 04/2008 US 61/049, 41530/04/2008 US 61 / 049,413, (...) (73) Holder (s): XYLECO, INC.
(72) Inventor(es): MARSHALL MEDOFF (74) Procurador(es): DANNEMANN, SIEMSEN, BIGLER & IPANEMA MOREIRA (86) Pedido Internacional: PCT US2009041942 de 28/04/2009 (87) Publicação Internacional: WO(72) Inventor (s): MARSHALL MEDOFF (74) Attorney (s): DANNEMANN, SIEMSEN, BIGLER & IPANEMA MOREIRA (86) International Application: PCT US2009041942 of 28/04/2009 (87) International Publication: WO
2009/140057 de 19/11/2009 (57) Resumo: A presente invenção refere-se a biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa de animal, biomassa microbiana e resíduos municipais) que é processada para produzir produtos úteis, tais como combustíveis. Por exemplo, sistemas podem usar materiais de estoque de alimentação, tais como materiais celulósicos e/ou lignocelulósicos e/ou materiais de amido ou açúcar, para produzir etanol e/ou butanol, por exemplo, por meio de fermentação.2009/140057 de 19/11/2009 (57) Abstract: The present invention relates to biomass (for example, plant biomass, animal biomass, microbial biomass and municipal waste) that is processed to produce useful products, such as fuels. For example, systems may use feed stock materials, such as cellulosic and / or lignocellulosic materials and / or starch or sugar materials, to produce ethanol and / or butanol, for example, by fermentation.
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE CONVERSÃO DE UM INTERMEDIÁRIO A UM PRODUTO, PRODUTO E SISTEMAS DE PROCESSAMENTO DE ESTOQUE DE ALIMENTAÇÃO DE BIOMASSA.Invention Patent Descriptive Report for METHOD OF CONVERSION OF AN INTERMEDIATE TO A PRODUCT, PRODUCT AND BIOMASS STOCK PROCESSING SYSTEMS.
[001] Dividido do PI0913013-6, depositado em 28.04.2009. CAMPO TÉCNICO [002] A presente invenção refere-se ao processamento de biomassa, tais como métodos e sistemas para processamento de biomassa.[001] Divided from PI0913013-6, deposited on April 28, 2009. TECHNICAL FIELD [002] The present invention relates to the processing of biomass, such as methods and systems for processing biomass.
ANTECEDENTES [003] Vários carboidratos, tais como materiais celulósicos e lignocelulósicos, por exemplo, na forma fibrosa, são produzidos, processados e usados em grandes quantidades em uma série de aplicações. Frequentemente, tais materiais são usados uma vez e, então, descartados como um resíduo ou são simplesmente considerados como sendo materiais residuais, por exemplo, esgoto, bagaço, pó de serragem e licor de maceração.BACKGROUND [003] Various carbohydrates, such as cellulosic and lignocellulosic materials, for example, in fibrous form, are produced, processed and used in large quantities in a number of applications. Often, such materials are used once and then discarded as waste or are simply considered to be waste materials, for example, sewage, bagasse, sawdust and maceration liquor.
SUMÁRIO [004] Biomassa pode ser processada para alterar sua estrutura em um ou mais níveis. A biomassa processada pode, então, ser usada, por exemplo, como uma fonte de materiais e/ou combustível.SUMMARY [004] Biomass can be processed to change its structure at one or more levels. The processed biomass can then be used, for example, as a source of materials and / or fuel.
[005] Em geral, a invenção refere-se a métodos de alteração de uma estrutura molecular e/ou supramolecular de um estoque de alimentação de biomassa. Conforme será discutido abaixo, em algumas implementações, os métodos incluem irradiação e dissipação do estoque de alimentação de biomassa. Em outras implementações, os métodos incluem irradiação do estoque de alimentação, resfriamento do estoque de alimentação e novamente irradiação do estoque de alimentação.[005] In general, the invention relates to methods of altering a molecular and / or supramolecular structure of a biomass feed stock. As will be discussed below, in some implementations, the methods include irradiation and dissipation of the biomass feed stock. In other implementations, the methods include irradiation of the feed stock, cooling of the feed stock and again irradiation of the feed stock.
[006] Materiais contendo carboidrato (por exemplo, materiais de[006] Materials containing carbohydrates (for example,
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2/204 biomassa ou materiais derivados de biomassa, tais como materiais de amido, materiais celulósicos, materiais lignocelulósicos ou materiais de biomassa que são ou que incluem quantidades significativas de açúcares de baixo peso molecular (por exemplo, monossacarídeos, dissacarídeos ou trissacarídeos) podem ser processados para alterar sua estrutura e os produtos podem ser feitos a partir dos materiais estruturalmente alterados. Por exemplo, muitos dos métodos descritos aqui podem proporcionar materiais celulósicos e/ou lignocelulósicos que têm um peso molecular e/ou cristalinidade menor com relação a um material nativo. Muitos dos métodos proporcionam materiais que podem ser mais prontamente utilizados por uma variedade de microorganismos para produzir produtos úteis, tais como hidrogênio, álcoois (por exemplo, etanol ou butanol), ácidos orgânicos (por exemplo, ácido acético), hidrocarbonetos, co-produtos (por exemplo, proteínas) ou misturas de qualquer um desses. Muitos dos produtos obtidos, tais como etanol ou n-butanol, podem ser utilizados como um combustível para abastecer carros, caminhões, tratores, navios ou trens, por exemplo, como um combustível para motor de combustão interna ou como um estoque de alimentação para célula combustível. Muitos dos produtos obtidos também podem ser utilizados para abastecer aeronaves, tais como aeroplanos, por exemplo, tendo motores a jato ou helicópteros. Além disso, os produtos descritos aqui podem ser utilizados para a geração de energia elerica, por exemplo, em uma usina de geração de vapor convencional ou em uma fábrica de célula combustível. [007] Em um aspecto, a invenção se caracteriza por métodos que incluem dissipação de um estoque de alimentação de biomassa que tenha sido irradiado para ionizar o estoque de alimentação de biomassa, de modo que o estoque de alimentação tenha um primeiro nível de radicais os quais são detectáveis com um espectrômetro de ressonância por orbital de elétrons, até um ponto em que os radicais estão em2/204 biomass or materials derived from biomass, such as starch materials, cellulosic materials, lignocellulosic materials or biomass materials that are or include significant amounts of low molecular weight sugars (for example, monosaccharides, disaccharides or trisaccharides) processed to alter its structure and products can be made from structurally altered materials. For example, many of the methods described here can provide cellulosic and / or lignocellulosic materials that have a lower molecular weight and / or crystallinity with respect to a native material. Many of the methods provide materials that can be more readily used by a variety of microorganisms to produce useful products, such as hydrogen, alcohols (eg, ethanol or butanol), organic acids (eg, acetic acid), hydrocarbons, by-products (e.g., proteins) or mixtures of any of these. Many of the products obtained, such as ethanol or n-butanol, can be used as a fuel to supply cars, trucks, tractors, ships or trains, for example, as a fuel for an internal combustion engine or as a supply cell supply fuel. Many of the products obtained can also be used to supply aircraft, such as airplanes, for example, having jet engines or helicopters. In addition, the products described here can be used for the generation of electrical energy, for example, in a conventional steam generation plant or in a fuel cell plant. [007] In one aspect, the invention is characterized by methods that include dissipating a biomass feed stock that has been irradiated to ionize the biomass feed stock, so that the feed stock has a first level of radicals. which are detectable with an electron orbital resonance spectrometer, to a point where the radicals are in
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3/204 um segundo nível menor do que o primeiro nível.3/204 a second level lower than the first level.
[008] Em outro aspecto, a invenção se caracteriza por métodos que incluem irradiação de um estoque de alimentação de biomassa para ionizar o estoque de alimentação de biomassa, de modo que o estoque de alimentação tenha um primeiro nível de radicais os quais são detectáveis com um espectrômetro de ressonância por orbital de elétrons e dissipação do estoque de alimentação de biomassa irradiado até um ponto em que os radicais estejam em um segundo nível menor do que o primeiro nível no estoque de alimentação de biomassa dissipado.[008] In another aspect, the invention is characterized by methods that include irradiation of a biomass feed stock to ionize the biomass feed stock, so that the feed stock has a first level of radicals which are detectable with an electron orbital resonance spectrometer and dissipation of the irradiated biomass feed stock to a point where the radicals are at a second level lower than the first level in the dissipated biomass feed stock.
[009] Alguns métodos ainda incluem processamento do estoque de alimentação de biomassa irradiado e dissipado para produzir um produto.[009] Some methods still include processing the irradiated and dissipated biomass feed stock to produce a product.
[0010] Algumas implementações incluem uma ou mais das características a seguir.[0010] Some implementations include one or more of the following features.
[0011] Dissipação pode incluir dissipação dos radicais para um nível que não é mais detectável com o espectrômetro de ressonância de orbital de elétrons, por exemplo, menos do que cerca de 1014 orbitais. Dissipação pode incluir aplicação de pressão à biomassa, por exemplo, uma pressão de mais de cerca de 1000 psig. Pressão pode ser aplicada junto com a aplicação de calor. Dissipação pode incluir contato da biomassa com um gás capaz de reação com os radicais, por exemplo, contato da biomassa com um fluido capaz de penetrar na biomassa e reação com os radicais. Dissipação também pode ou, alternativamente, incluir contato da biomassa com um antioxidante. Em alguns casos, o estoque de alimentação de biomasa inclui um antioxidante disperso no mesmo e dissipação inclui contato do antioxidante disperso no estoque de alimentação de biomassa com radicais.[0011] Dissipation dissipation may include the radicals to a level that is no longer detectable with the electron orbital resonance spectrometer, e.g., less than about 10 14 orbitals. Dissipation can include applying pressure to the biomass, for example, a pressure of more than about 1000 psig. Pressure can be applied along with the application of heat. Dissipation may include contact of the biomass with a gas capable of reacting with the radicals, for example, contact of the biomass with a fluid capable of penetrating the biomass and reaction with the radicals. Dissipation can also or, alternatively, include contact of the biomass with an antioxidant. In some cases, the biomass feed stock includes an antioxidant dispersed in it and dissipation includes contact of the antioxidant dispersed in the biomass feed stock with radicals.
[0012] Em outro aspecto, a invenção se caracteriza por um método incluindo irradiação de estoque de alimentação de biomassa que[0012] In another aspect, the invention is characterized by a method including irradiation of biomass feed stock that
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4/204 tenha sido preparado mediante redução de uma ou mais dimensões de partes individuais do estoque de alimentação de biomassa, usando um aparelho compreendendo um acelerador configurado para acelerar partículas, tais como elétrons ou íons, em que o aparelho é capaz de processamento de mais de 1.000 toneladas de material de biomassa por ano, por exemplo, mais de 10.000, 25.000, 50.000, 100.000 ou mesmo mais de 1.000.000 toneladas de biomassa por ano.4/204 has been prepared by reducing one or more dimensions of individual parts of the biomass feed stock, using an apparatus comprising an accelerator configured to accelerate particles, such as electrons or ions, in which the apparatus is capable of processing more 1,000 tonnes of biomass material per year, for example, more than 10,000, 25,000, 50,000, 100,000 or even more than 1,000,000 tonnes of biomass per year.
[0013] Em um outro aspecto, a invenção se caracteriza por irradiação de um estoque de alimentação de biomassa, por exemplo, com radiação ionizante de elétrons ou íons, para alterar uma estrutura molecular e/ou supramolecular do estoque de alimentação de biomassa, resfriamento do estoque de alimentação de biomassa e, então, reirradiação do estoque de alimentação de biomassa. As duas aplicações de radiação podem ser as mesmas ou diferentes, por exemplo, do mesmo tipo, tais como elétrons, no mesmo nível.[0013] In another aspect, the invention is characterized by irradiation of a biomass feed stock, for example, with electron or ion ionizing radiation, to alter a molecular and / or supramolecular structure of the biomass feed stock, cooling of the biomass feed stock and then re-radiation of the biomass feed stock. The two radiation applications can be the same or different, for example, of the same type, such as electrons, at the same level.
[0014] A invenção também se caracteriza por produtos formados por meio desses métodos e sistemas para realização dos métodos. [0015] Algumas implementações desses métodos incluem uma ou mais das características a seguir.[0014] The invention is also characterized by products formed using these methods and systems for carrying out the methods. [0015] Some implementations of these methods include one or more of the following characteristics.
[0016] O estoque de alimentação de biomassa pode ser esfriado até um ponto em que, após resfriamento, a biomassa está em uma temperatura abaixo de sua temperatura inicial antes de irradiação. Resfriamento da biomassa pode incluir contato da biomassa com um fluido em uma temperatura abaixo da temperatura inicial da biomassa ou abaixo da temperatura da biomassa após irradiação.[0016] The biomass feed stock can be cooled to a point where, after cooling, the biomass is at a temperature below its initial temperature before irradiation. Cooling of biomass may include contact of the biomass with a fluid at a temperature below the initial temperature of the biomass or below the temperature of the biomass after irradiation.
[0017] Cada irradiação do estoque de alimentação de biomassa pode ser realizada à medida que o estoque de alimentação de biomassa está sendo pneumaticamente transportado em um fluido. Radiação pode ser aplicada à medida que a biomassa cai sob a influência de gravidade. Por exemplo, a biomassa pode ser transportada de uma[0017] Each irradiation of the biomass feed stock can be performed as the biomass feed stock is being pneumatically transported in a fluid. Radiation can be applied as the biomass falls under the influence of gravity. For example, biomass can be transported from one
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5/204 primeira correia em uma primeira altura e capturada por uma segunda correia para um segundo nível, menor do que o primeiro nível, a borda de condução da primeira correia e a borda de condução da segunda correia definindo um vão e radiação ionizante pode ser aplicada ao estoque de alimentação de biomassa no vão definido. Durante irradiação, a biomassa pode ser transportada por uma pistola de partícula e através de um feixe de partículas carregadas. O estoque de alimentação de biomassa pode ter uma densidade volumétrica de menos de cerca de 0,25 g/cm3 em uma região abaixo e/ou acima do feixe.5/204 first belt at a first height and captured by a second belt to a second level, smaller than the first level, the leading edge of the first belt and the leading edge of the second belt defining a gap and ionizing radiation can be applied to the biomass feed stock in the defined span. During irradiation, the biomass can be transported by a particle gun and through a bundle of charged particles. The biomass feed stock can have a volumetric density of less than about 0.25 g / cm 3 in a region below and / or above the bundle.
[0018] Em outro aspecto, a invenção se caracteriza por métodos de alteração de uma estrutura molecular e/ou supramolecular de um material de amido ou de um açúcar de baixo peso molecular, tal como sacarose, em um estoque de alimentação de biomassa compreendendo pelo menos cerca de 10 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular. Os métodos incluem processamento do estoque de alimentação de biomassa tratado para produzir um produto, o estoque de alimentação de biomassa tratado tendo sido preparado por meio de pré-tratamento de um estoque de alimentação de biomassa usando um método de pré-tratamento que altera a estrutura molecular e/ou supramolecular do material de amido da porção açúcar de baixo peso molecular selecionado de radiação, ultrassom, pirólise e oxidação. [0019] Em outro aspecto, a invenção se caracteriza por métodos de tratamento de um estoque de alimentação de biomassa incluindo um material de amido para alterar a estrutura molecular e/ou supramolecular do material de amido com pelo menos um método selecionado do grupo consistindo em radiação, ultrassom, pirólise e oxidação.[0018] In another aspect, the invention is characterized by methods of altering a molecular and / or supramolecular structure of a low-molecular-weight starch or sugar material, such as sucrose, in a biomass feed stock comprising at least least about 10 weight percent of low molecular weight sugar. The methods include processing the treated biomass feed stock to produce a product, the treated biomass feed stock having been prepared by pretreating a biomass feed stock using a pretreatment method that alters the structure molecular and / or supramolecular structure of the starch material of the low molecular weight sugar portion selected from radiation, ultrasound, pyrolysis and oxidation. [0019] In another aspect, the invention is characterized by methods of treating a biomass feed stock including a starch material to alter the molecular and / or supramolecular structure of the starch material with at least one method selected from the group consisting of radiation, ultrasound, pyrolysis and oxidation.
[0020] Qualquer um dos aspectos da invenção pode, em algumas implementações, incluir uma ou mais das características a seguir. [0021] O método pode ainda incluir tratamento do estoque de alimentação de biomassa com um ou mais de outros métodos préPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 11/258[0020] Any aspect of the invention may, in some implementations, include one or more of the following characteristics. [0021] The method may also include treatment of the biomass feed stock with one or more other pre-petition methods 870170006381, of 01/30/2017, p. 11/258
6/204 tratamento, em que os outros métodos pré-tratamento são selecionados de ultrassom, pirólise e oxidação.6/204 treatment, in which the other pre-treatment methods are selected from ultrasound, pyrolysis and oxidation.
[0022] Radiação pode estar na forma de um feixe de elétrons, o qual pode ser aplicado, por exemplo, em uma dosagem total de entre cerca de 10 Mrad e cerca de 50 Mrad. A radiação pode ser radiação ionizante.[0022] Radiation can be in the form of an electron beam, which can be applied, for example, in a total dosage of between about 10 Mrad and about 50 Mrad. The radiation can be ionizing radiation.
[0023] Processamento pode incluir fabricação de um combustível. Em alguns casos, processamento inclui conversão do material irradiado utilizando um micro-organismo tendo a capacidade de converter pelo menos cerca de 1 por cento em peso da biomassa em combustível.[0023] Processing may include making a fuel. In some cases, processing includes conversion of the irradiated material using a microorganism having the ability to convert at least about 1 weight percent of the biomass into fuel.
[0024] Em algumas implementações, o processamento compreende fermentação do estoque de alimentação, aeróbica ou anaerobicamente, para produzir um produto, tal como um combustível, por exemplo, etanol. Por exemplo, processamento pode compreender contato do estoque de alimentação com um micro-organismo tendo a capacidade de converter pelo menos uma parte, por exemplo, pelo menos cerca de 1 por cento em peso, do estoque de alimentação ao produto. O micro-organismo pode ser um micro-organismo natural ou um microorganismo manipulado. Por exemplo, o micro-organismo pode ser uma bactéria, por exemplo, uma bactéria celulolítica, um fungo, por exemplo, um levedo, uma planta ou um protista, por exemplo, uma alga, um protozoário ou um protista similar a fungo, por exemplo, um mofo de lama. Quando os organismos são compatíveis, misturas podem ser utilizadas.[0024] In some implementations, processing comprises fermentation of the feed stock, aerobically or anaerobically, to produce a product, such as a fuel, for example, ethanol. For example, processing may comprise contact of the feed stock with a microorganism having the ability to convert at least a portion, for example, at least about 1 weight percent, from the feed stock to the product. The microorganism can be a natural microorganism or a manipulated microorganism. For example, the microorganism can be a bacterium, for example, a cellulolytic bacterium, a fungus, for example, a yeast, a plant or a protist, for example, an algae, a protozoan, or a fungus-like protist, for example example, a mud mold. When the organisms are compatible, mixtures can be used.
[0025] O produto pode incluir um ou mais de hidrogênio, ácidos orgânicos, hidrocarbonetos e álcoois, por exemplo, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol e misturas dos mesmos. Outros exemplos de produtos que podem ser produzidos através dos métodos descritos aqui incluem C1-C6 álcoois alquílicos mono- e polifuncionais, ácidos[0025] The product may include one or more of hydrogen, organic acids, hydrocarbons and alcohols, for example, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol and mixtures thereof. Other examples of products that can be produced using the methods described here include C1-C6 mono- and polyfunctional alkyl alcohols, acids
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 12/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 12/258
7/204 carboxílicos mono- e poli-funcionais, C1-C6 hidrocarbonetos e combinações dos mesmos. Outros exemplos de álcoois incluem metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, etileno glicol, propileno glicol, 1,4-butano diol, glicerina e combinações dos mesmos. Ácidos carboxílicos incluem ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico, ácido valérico, ácido caproico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malônico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido láctico, ácido ghidroxibutírico e combinações dos mesmos. Hidrocarbonetos incluem metano, etano, propano, pentano, n-hexano e combinações dos mesmos. Muitos desses produtos podem ser usados como combustíveis. [0026] O método pode ainda incluir preparo do estoque de alimentação de biomassa mediante redução de uma ou mais dimensões de partes individuais do estoque de alimentação de biomassa.7/204 mono- and poly-functional carboxylics, C1-C6 hydrocarbons and combinations thereof. Other examples of alcohols include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butane diol, glycerin and combinations thereof. Carboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, palmitic acid, stearic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, oleic acid, linoleic acid, glycolic acid, lactic acid , ghydroxybutyric acid and combinations thereof. Hydrocarbons include methane, ethane, propane, pentane, n-hexane and combinations thereof. Many of these products can be used as fuels. [0026] The method may also include preparing the biomass feed stock by reducing one or more dimensions of individual parts of the biomass feed stock.
[0027] Em alguns casos, o estoque de alimentação de biomassa tem fibras internas e o estoque de alimentação de biomassa foi cisalhado até um ponto em que suas fibras internas são substancialmente expostas. O estoque de alimentação de biomassa pode, em alguns casos, incluir ou ser composto de fibras distintas e/ou partículas tendo uma dimensão máxima de não mais do que cerca de 0,5 mm.[0027] In some cases, the biomass feed stock has internal fibers and the biomass feed stock has been sheared to a point where its internal fibers are substantially exposed. The biomass feed stock may, in some cases, include or be composed of different fibers and / or particles having a maximum dimension of no more than about 0.5 mm.
[0028] O estoque de alimentação de biomassa pode ser preparado e, então, pré-tratado e, então, preparado. O método de pré-tratamento pode ser selecionado, por exemplo, de radiação, tal como radiação a partir de um feixe de elétrons ou íons, ultrassom, pirólise e oxidação. Em algumas modalidades, pelo menos um dos métodos de prétratamento, por exemplo, radiação, é realizado sobre o estoque de alimentação de biomassa enquanto o estoque de alimentação de biomassa está exposto ao ar, nitrogênio, oxigênio, hélio ou argônio. Em algumas modalidades, pré-tratamento pode incluir pré-tratamento do estoque de alimentação de biomassa com explosão de vapor.[0028] The biomass feed stock can be prepared and then pre-treated and then prepared. The pretreatment method can be selected, for example, from radiation, such as radiation from an electron or ion beam, ultrasound, pyrolysis and oxidation. In some modalities, at least one of the pretreatment methods, for example, radiation, is carried out on the biomass feed stock while the biomass feed stock is exposed to air, nitrogen, oxygen, helium or argon. In some embodiments, pre-treatment may include pre-treatment of the biomass feed stock with steam explosion.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 13/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 13/258
8/204 [0029] Em algumas modalidades, a biomassa é preparada mediante redução de uma ou mais dimensões de partes individuais da biomassa, incluindo cisalhamento, trituração a úmido ou a seco, corte, compressão ou misturas de qualquer um desses processos. Por exemplo, cisalhamento pode ser realizado com um cortador de faca giratória. O cisalhamento pode produzir fibras tendo uma proporção média de comprimento-para-diâmetro de mais de 5/1. Em algumas modalidades, a biomassa preparada pode ter uma área de superfície BET de mais de 0,25 m2/g. A biomassa pode ser cisalhada até um ponto em que as fibras internas da biomassa sejam substancialmente expostas. A biomassa pode ser cisalhada até um ponto em que ela tenha uma densidade volumétrica de menos de cerca de 0,35 g/cm3. [0030] Em algumas modalidades, dois ou mais métodos de prétratamento podem ser aplicados ao estoque de alimentação de biomassa, por exemplo, radiação e ultrassom, radiação e oxidação, radiação e pirólise, ultrassom e oxidação, ultrassom e pirólise ou oxidação e pirólise. Os dois ou mais processos podem ser realizados em qualquer ordem ou em ou em torno do mesmo tempo.8/204 [0029] In some embodiments, biomass is prepared by reducing one or more dimensions of individual parts of the biomass, including shear, wet or dry grinding, cutting, compression or mixing of any of these processes. For example, shear can be performed with a rotary knife cutter. Shear can produce fibers having an average length-to-diameter ratio of more than 5/1. In some embodiments, the prepared biomass may have a BET surface area of more than 0.25 m 2 / g. The biomass can be sheared to a point where the internal fibers of the biomass are substantially exposed. The biomass can be sheared to a point where it has a volumetric density of less than about 0.35 g / cm 3 . [0030] In some modalities, two or more pretreatment methods can be applied to the biomass feed stock, for example, radiation and ultrasound, radiation and oxidation, radiation and pyrolysis, ultrasound and oxidation, ultrasound and pyrolysis or oxidation and pyrolysis. The two or more processes can be performed in any order or at or around the same time.
[0031] Em algumas modalidades, a alteração na estrutura molecular e/ou alteração na estrutura supramolecular da biomassa, por exemplo, do material celulósico ou lignocelulósico ou açúcar de baixo peso molecular ou material de amido, pode incluir uma alteração em qualquer um ou mais de um peso molecular médio, cristalinidade média, área de superfície, grau de polimerização, porosidade, ramificação, enxertagem, tamanho ou número de domínio, uma alteração no tipo ou número de grupos químicos funcionais e uma alteração no peso da fórmula. Por exemplo, a alteração na estrutura molecular e/ou estrutura supramolecular pode incluir uma diminuição em um ou ambos de um peso molecular médio e cristalinidade média ou um aumento em um ou ambos da área de superfície e porosidade.[0031] In some embodiments, the change in the molecular structure and / or change in the supramolecular structure of biomass, for example, cellulosic or lignocellulosic material or low molecular weight sugar or starch material, may include a change in any one or more of an average molecular weight, average crystallinity, surface area, degree of polymerization, porosity, branching, grafting, size or domain number, a change in the type or number of functional chemical groups and a change in the weight of the formula. For example, the change in molecular structure and / or supramolecular structure may include a decrease in one or both of an average molecular weight and average crystallinity or an increase in one or both of the surface area and porosity.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 14/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 14/258
9/204 [0032] Em alguns casos, biomassa funcionalizada (biomassa na qual o número e/ou tipo de grupos funcionais foi alterado) é mais solúvel e mais prontamente utilizada por micro-organismos em comparação com a biomassa não funcionalizada. Além disso, muitos dos materiais funcionalizados descritos aqui são menos propensos à oxidação e podem ter estabilidade a longo prazo intensificada sob condições ambientes.9/204 [0032] In some cases, functionalized biomass (biomass in which the number and / or type of functional groups has been changed) is more soluble and more readily used by microorganisms compared to non-functionalized biomass. In addition, many of the functionalized materials described here are less prone to oxidation and may have enhanced long-term stability under ambient conditions.
[0033] Em algumas modalidades, pelo menos um método de prétratamento pode ser realizado sobre uma biomassa na qual menos de cerca de 25 por cento em peso da biomassa estão em um estado intumescido, o estado intumescido sendo caracterizado como tendo um volume de mais de cerca de 2,5 por cento maior do que um estado não intumescido. Em outras modalidades, a biomassa é misturada com ou inclui um agente de intumescimento. Por exemplo, em qualquer método descrito aqui, a biomassa pode ser misturada com e/ou incluir um agente de intumescimento e a biomassa pode receber uma dose de menos de cerca de 10 Mrad de radiação.[0033] In some embodiments, at least one pretreatment method can be performed on a biomass in which less than about 25 weight percent of the biomass is in a swollen state, the swollen state being characterized as having a volume of more than about 2.5 percent larger than a non-swollen state. In other embodiments, the biomass is mixed with or includes a swelling agent. For example, in any method described here, the biomass can be mixed with and / or include a swelling agent and the biomass can receive a dose of less than about 10 Mrad of radiation.
[0034] O material de biomassa pré-tratado pode ainda incluir, opcionalmente, um tampão, tal como bicarbonato de sódio ou cloreto de amônio, um eletrólito, tal como cloreto de potássio ou cloreto de sódio, um fator de crescimento, tal como biotina e/ou um par de base, tal como uracila, um tensoativo, um mineral ou um agente de quelação. [0035] Em algumas modalidades, pré-tratamento é realizado sobre o estoque de alimentação de biomassa enquanto o estoque de alimentação de biomassa está exposto ao ar, nitrogênio , oxigênio, hélio ou argônio. Pré-tratamento pode ser realizado sob pressão, por exemplo, sob uma pressão de mais de cerca de 2,5 atmosferas. Os métodos descritos aqui podem ainda incluir oxidação da biomassa antes de prétratamento.[0034] The pre-treated biomass material may optionally also include a buffer, such as sodium bicarbonate or ammonium chloride, an electrolyte, such as potassium chloride or sodium chloride, a growth factor, such as biotin and / or a base pair, such as uracil, a surfactant, a mineral or a chelating agent. [0035] In some modalities, pre-treatment is carried out on the biomass feed stock while the biomass feed stock is exposed to air, nitrogen, oxygen, helium or argon. Pre-treatment can be carried out under pressure, for example, under a pressure of more than about 2.5 atmospheres. The methods described here can also include oxidation of the biomass before pretreatment.
[0036] O estoque de alimentação de biomassa pode incluir, por[0036] The biomass feed stock may include, for example,
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 15/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 15/258
10/204 exemplo, papel, produtos de papel, resíduos de papel, madeira, materiais relacionados à madeira, papelão em partícula, gramíneas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de milho, cascas de arroz, pêlo de coco, algodão, alga marinha, algodão, celuloses sintéticas ou misturas de qualquer um desses. A biomassa pode, em alguns casos, incluir um material sintético.10/204 example, paper, paper products, waste paper, wood, wood-related materials, particleboard, grasses, rice husks, bagasse, cotton, jute, hemp, linen, bamboo, sisal, abaca, straw, corn cobs, corn husks, rice husks, coconut fur, cotton, kelp, cotton, synthetic cellulose or mixtures of any of these. Biomass can, in some cases, include a synthetic material.
[0037] A biomassa pode, em alguns casos, incluir um carboidrato que inclui uma ou mais b-1,4-ligações e tem um peso molecular numérico médio entre cerca de 3.000 e 50.000.[0037] Biomass can, in some cases, include a carbohydrate that includes one or more b-1,4-bonds and has an average numerical molecular weight between about 3,000 and 50,000.
[0038] Em algumas implementações, o material de biomassa inclui um amido, por exemplo, amido de milho, amido de trigo, amido de batata ou amido de arroz, um derivado de amido ou um material que inclui amido, tal como um produto alimentício comestível ou uma safra. Por exemplo, o material de amido pode ser arracacha, trigo silvestre, banana, cevada, cassava, kudzu, oca, sagu, sorgo, batatas domésticas regulares, batata doce, taro, inhame ou um ou mais tipos de feijão, tais como feijões fava, lentilhas ou ervilhas.[0038] In some implementations, the biomass material includes a starch, for example, corn starch, wheat starch, potato starch or rice starch, a starch derivative or a material that includes starch, such as a food product edible or a vintage. For example, the starch material can be squid, wild wheat, banana, barley, cassava, kudzu, hollow, sago, sorghum, regular domestic potatoes, sweet potatoes, taro, yams or one or more types of beans, such as fava beans , lentils or peas.
[0039] Em outras implementações, o material de biomassa é ou inclui um açúcar de baixo peso molecular. Por exemplo, os materiais de biomassa podem incluir pelo menos cerca de 0,5 por cento em peso de um açúcar de baixo peso molecular, por exemplo, pelo menos cerca de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12,5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 ou mesmo pelo menos cerca de 95 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular. Em alguns casos, a biomassa é composta substancialmente do açúcar de baixo peso molecular, por exemplo, mais de cerca de 95 por cento em peso, tal como 96, 97, 98, 99 ou substancialmente 100 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular. Materiais de biomassa que incluem açúcares de baixo peso molecular podem ser produtos agrícolas ou produtos alimentícios, tais como caPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 16/258[0039] In other implementations, the biomass material is or includes a low molecular weight sugar. For example, biomass materials can include at least about 0.5 weight percent of a low molecular weight sugar, for example, at least about 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 , 10, 12.5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 or even at least about 95 weight percent of low molecular weight sugar. In some cases, biomass is composed substantially of low molecular weight sugar, for example, more than about 95 weight percent, such as 96, 97, 98, 99 or substantially 100 weight percent of low weight sugar molecular. Biomass materials that include low molecular weight sugars can be agricultural products or food products, such as caPetição 870170006381, from 01/30/2017, p. 16/258
11/204 na-de-açúcar e beterraba sacarínica ou um extrato das mesmas, por exemplo, suco de cada-de-açúcar ou beterraba sacarínica. Exemplos específicos de açúcares de baixo peso molecular incluem celobiose, lactose, sacarose, glicose e xilose, junto com derivados das mesmas. Processamento de açúcares de baixo peso molecular através de qualquer um dos métodos descritos aqui pode tornar os produtos resultantes mais solúveis e/ou mais fáceis de utilizar por micróbios.11/204 in sugar and sugar beet or an extract thereof, for example, juice from each sugar or sugar beet. Specific examples of low molecular weight sugars include cellobiosis, lactose, sucrose, glucose and xylose, along with derivatives thereof. Processing of low molecular weight sugars using any of the methods described here can make the resulting products more soluble and / or easier for microbes to use.
[0040] Em um aspecto, um método de conversão de um intermediário a um produto inclui tratamento de um produto intermediário irradiado com um micro-organismo, o intermediário tendo sido preparado por meio de irradiação de um material de amido e tratamento do material de amido com uma enzima.[0040] In one aspect, a method of converting an intermediate to a product includes treating an intermediate product irradiated with a microorganism, the intermediate having been prepared by irradiating a starch material and treating the starch material with an enzyme.
[0041] Em outro aspecto, um método de conversão de um intermediário a umproduto inclui preparo de um intermediário mediante irradiação de um material de amido e tratamento do material de amido com uma enzima e tratamento do produto intermediário irradiado com um micro-organismo.[0041] In another aspect, a method of converting an intermediate to a product includes preparing an intermediate by irradiating a starch material and treating the starch material with an enzyme and treating the intermediate product irradiated with a microorganism.
[0042] Outro aspecto inclui um produto produzido por qualquer um dos métodos acima.[0042] Another aspect includes a product produced by any of the above methods.
[0043] Em um aspecto, um sistema de processamento de estoque de alimentação de biomassa inclui um dispositivo de irradiação configurado para ionizar um estoque de alimentação de biomassa, de modo que o estoque de alimentação tenha um primeiro nível de radicais detectáveis com um espectrômetro de ressonância por orbital de elétrons; e um dispositivo de dissipação configurado para dissipar o estoque de alimentação de biomassa ionizado até um ponto em que os radicais estejam em um segundo nível menor do que o primeiro nível. [0044] Em outro aspecto, um sistema de processamento de estoque de alimentação de biomassa inclui um ou mais dispositivos de irradiação configurados para irradiar um estoque de alimentação de biPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 17/258[0043] In one aspect, a biomass feed stock processing system includes an irradiation device configured to ionize a biomass feed stock, so that the feed stock has a first level of detectable radicals with a biomass spectrometer. electron orbital resonance; and a dissipation device configured to dissipate the ionized biomass feed stock to a point where the radicals are at a lower second level than the first level. [0044] In another aspect, a biomass feed stock processing system includes one or more irradiation devices configured to irradiate a biPetition feed stock 870170006381, from 01/30/2017, p. 17/258
12/204 omassa com pelo menos duas doses distintas de radiação; e um dispositivo de resfriamento configurado para esfriar o estoque de alimentação de biomassa entre as doses de radiação.12/204 omass with at least two distinct doses of radiation; and a cooling device configured to cool the biomass feed stock between radiation doses.
[0045] Em algumas implementações, um sistema também inclui um estoque de alimentação de biomassa posicionado para ser ionizado pelo dispositivo(s) de irradiação.[0045] In some implementations, a system also includes a biomass feed stock positioned to be ionized by the irradiation device (s).
[0046] Em qualquer um dos métodos ou sistemas descritos aqui, radiação pode ser aplicada a partir de um dispositivo que está em uma abóbada.[0046] In any of the methods or systems described here, radiation can be applied from a device that is in a dome.
[0047] O termo material fibroso, conforme usado aqui, é um material que inclui numerosas fibras frouxas, distintas e separáveis. Por exemplo, um material fibroso pode ser preparado a partir de uma fonte de fibra de papel Kraft alvejado mediante cisalhamento, por exemplo, com um cortador de faca giratória.[0047] The term fibrous material, as used here, is a material that includes numerous loose, distinct and separable fibers. For example, a fibrous material can be prepared from a source of Kraft paper fiber bleached by shearing, for example, with a rotary knife cutter.
[0048] O termo peneira, conforme usado aqui, significa um elemento capaz de peneiramento de um material de acordo com o tamanho. Exemplos de peneiras incluem uma placa perfurada, cilindro ou similar ou uma malha de arame ou tecido.[0048] The term sieve, as used here, means an element capable of sieving a material according to size. Examples of sieves include a perforated plate, cylinder or the like or a wire mesh or fabric.
[0049] O termo pirólise, conforme usado aqui, significa romper ligações em um material mediante a aplicação de energia térmica. Pirólise pode ocorrer enquanto o material em questão está sob vácuo ou imerso em um material gasoso, tal como um gás de oxidação, por exemplo, ar ou oxigênio ou um gás de redução, tal como hidrogênio. [0050] O teor de oxigênio é medido por meio de análise elemental levando uma amostra à pirólise em um forno operando a 1.300 °C ou acima.[0049] The term pyrolysis, as used here, means to break bonds in a material through the application of thermal energy. Pyrolysis can occur while the material in question is under vacuum or immersed in a gaseous material, such as an oxidation gas, for example, air or oxygen or a reducing gas, such as hydrogen. [0050] The oxygen content is measured by means of elemental analysis taking a sample to pyrolysis in an oven operating at 1,300 ° C or above.
[0051] O termo biomassa refere-se a qualquer matéria orgânica não fossilizada, isto é, renovável. Os vários tipos de biomassa incluem biomassa de planta (definida abaixo), biomassa microbiana, biomassa animal (qualquer subproduto animal, resíduo animal, etc.) e biomassa[0051] The term biomass refers to any non-fossilized organic matter, that is, renewable. The various types of biomass include plant biomass (defined below), microbial biomass, animal biomass (any animal by-product, animal waste, etc.) and biomass
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 18/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 18/258
13/204 de resíduo municipal (refugo comercial e residencial leve com produtos recicláveis, tais como metal e vidro, removidos).13/204 municipal waste (light commercial and residential refuse with recyclable products, such as metal and glass, removed).
[0052] O termo biomassa de planta e biomassa lignocelulósica referem-se virtualmente a qualquer matéria orgânica derivada de planta (de madeira ou não-madeira). Biomassa de planta pode incluir, mas não está limitada a, safras agrícolas ou alimentícias (por exemplo, cana-de-açúcar, beterrabas sacarínicas ou grãos de milho), resíduos e restos de safras agrícolas, tais como feno, palha de trigo, bagaço de cana-de-açúcar e similares. Biomassa de planta ainda inclui, mas não está limitada a, árvores, safras energéticas de madeira, resíduos de madeira e restos, tais como aparas de floresta de madeira macia, resíduos de casca, pó de serragem, correntes residuais da indústria de papel e polpa, fibra de madeira e similares. Adicionalmente, safras de gramíneas, tal como switchgrass e similares, têm potencial de serem produzidas em larga escala como outra fonte de biomassa de planta. Para áreas urbanas, o melhor estoque de alimentação de biomassa de planta potencial inclui resíduos de jardim (por exemplo, aparas de grama, folhas, galhos de árvore e arbustos) e resíduos de processamento vegetal.[0052] The term plant biomass and lignocellulosic biomass refer to virtually any organic matter derived from plants (wood or non-wood). Plant biomass can include, but is not limited to, agricultural or food crops (for example, sugar cane, sugar beets or corn kernels), agricultural crop residues and remnants such as hay, wheat straw, bagasse sugar cane and the like. Plant biomass still includes, but is not limited to, trees, energy wood crops, wood waste and debris, such as softwood forest shavings, bark waste, sawdust, paper and pulp industry waste streams , wood fiber and the like. Additionally, grass crops, such as switchgrass and the like, have the potential to be produced on a large scale as another source of plant biomass. For urban areas, the best potential plant biomass feed stock includes garden waste (for example, grass clippings, leaves, tree branches and shrubs) and plant processing waste.
[0053] Estoque lignocelulósico é qualquer tipo de biomassa de planta tal como, mas não limitado a, biomassa vegetal que não é de madeira, biomassa vegetal, safras cultivadas tais como, mas não limitado a, gramíneas, por exemplo, mas não limitado a, C4 gramíneas, tais como switchgrass, capim praturá, centeio, miscanto, grama falárisvermelha ou uma combinação das mesmas ou resíduos de processamento de açúcar, tais como bagaço ou polpa de beterraba, resíduos agrícolas, por exemplo, palha de soja, palha de milho, palha de arroz, cascas de arroz, palha de cevada, sabugos de milho, palha de trigo, palha de canola, palha de arroz, palha de aveia, cascas de aveia, fibra de milho, fibra de polpa de papel reciclada, pó de serragem, uma linha[0053] Lignocellulosic stock is any type of plant biomass such as, but not limited to, non-wood plant biomass, plant biomass, crops grown such as, but not limited to, grasses, for example, but not limited to , C4 grasses, such as switchgrass, silver grass, rye, miscantum, red phallus grass or a combination thereof or sugar processing residues, such as bagasse or beet pulp, agricultural residues, for example, soy straw, corn straw , rice straw, rice husks, barley straw, corn cobs, wheat straw, canola straw, rice straw, oat straw, oat husks, corn fiber, recycled paper pulp fiber, powder sawdust, a line
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 19/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 19/258
14/204 dura, por exemplo, madeira e pó de serragem de álamo, madeira macia e um combinação das mesmas. Ainda, o estoque de alimentação lignocelulósico pode incluir material residual celulósico tal como, mas não limitado a, jornal, papelão, pó de serragem e similarsimilares. [0054] Estoque de alimentação lignocelulósico pode incluir uma espécie de fibra ou, alternativamente, o estoque de alimentação lignocelulósico pode incluir uma mistura de fibras que se originam de diferentes estoques de alimentação lignocelulósicos. Além disso, o estoque de alimentação lignocelulósico pode compreender estoque de alimentação lignocelulósico fresco, estoque de alimentação lignocelulósico parcialmente seco, estoque de alimentação lignocelulósico totalmente seco ou uma combinação dos mesmos.14/204 hardwood, for example, poplar wood and sawdust, softwood and a combination thereof. In addition, the lignocellulosic feed stock may include cellulosic waste material such as, but not limited to, newspaper, cardboard, sawdust and similar materials. [0054] Lignocellulosic feed stock may include a kind of fiber or, alternatively, the lignocellulosic feed stock may include a mixture of fibers that originate from different lignocellulosic feed stocks. In addition, the lignocellulosic feed stock may comprise fresh lignocellulosic feed stock, partially dry lignocellulosic feed stock, fully dry lignocellulosic feed stock or a combination thereof.
[0055] Para fins da presente descrição, carboidratos são materiais que são compostos totalmente de uma ou mais unidades sacarídicas ou que incluem uma ou mais unidades sacarídicas. As unidades sacarídicas podem ser funcionalizadas em torno do anel com um ou mais grupos funcionais, tais como grupos ácido carboxílico, grupos amino, grupos nitro, grupos nitroso ou grupos nitrilo e ainda serem consideradas carboidratos. Carboidratos podem ser poliméricos (por exemplo, igual a ou mais do que 10-mer, 100-mer, 1,000-mer, 10,000-mer ou 100,000-mer), oligoméricos (por exemplo, igual a ou maior do que 4mer, 5-mer, 6-mer, 7-mer, 8-mer, 9-mer ou 10-mer), triméricos, diméricos ou monoméricos. Quando os carboidratos são formados de mais de uma única unidade de repetição, cada unidade de repetição pode ser a mesma ou diferente.[0055] For the purposes of the present description, carbohydrates are materials that are composed entirely of one or more saccharide units or that include one or more saccharide units. Saccharide units can be functionalized around the ring with one or more functional groups, such as carboxylic acid groups, amino groups, nitro groups, nitrous groups or nitrile groups and still be considered carbohydrates. Carbohydrates can be polymeric (for example, equal to or more than 10-mer, 100-mer, 1,000-mer, 10,000-mer or 100,000-mer), oligomeric (for example, equal to or greater than 4mer, 5- mer, 6-mer, 7-mer, 8-mer, 9-mer or 10-mer), quarterly, dimeric or monomeric. When carbohydrates are formed from more than a single repetition unit, each repetition unit can be the same or different.
[0056] Exemplos de carboidratos poliméricos incluem celulose, xilana, pectina e amido, enquanto que celobiose e lactose são exemplos de carboidratos diméricos. Exemplos de carboidratos monoméricos incluem glicose e xilose.[0056] Examples of polymeric carbohydrates include cellulose, xylan, pectin and starch, while cellobiose and lactose are examples of dimeric carbohydrates. Examples of monomeric carbohydrates include glucose and xylose.
[0057] Carboidratos podem ser parte de uma estrutura supramolePetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 20/258[0057] Carbohydrates may be part of a supramole structurePetition 870170006381, from 01/30/2017, p. 20/258
15/204 cular, por exemplo, covalentemente ligado à estrutura. Exemplos de tais materiais incluem materiais lignocelulósicos, tais como aqueles encontrados em madeira.15/204 cell, for example, covalently attached to the structure. Examples of such materials include lignocellulosic materials, such as those found in wood.
[0058] Um material de amido é um que é ou inclui quantidades significativas de amido ou um derivado de amido, tal como mais de cerca de 5 por cento em peso de amido ou derivado de amido. Para fins da presente descrição, um amido é um material que inclui uma amilose, uma amilopectina ou uma mistura física e/ou química das mesmas, por exemplo, uma mistura a 22:80 ou 30:70 por cento em peso de amilose para amilopectina. Por exemplo, arroz, milho e misturas dos mesmos são materiais de amido. Derivados de amido incluem, por exemplo, maltodextrina, amido modificado com ácido, amido modificado com base, amido branqueado, amido oxidado, amido acetilado, amido acetilado e oxidado, amido modificado com fosfato, amido geneticamente modificado e amido que é resistente à digestão.[0058] A starch material is one that is or includes significant amounts of starch or a starch derivative, such as more than about 5 weight percent of starch or starch derivative. For the purposes of the present description, a starch is a material that includes an amylose, an amylopectin or a physical and / or chemical mixture thereof, for example, a 22:80 or 30:70 weight percent mixture of amylose to amylopectin . For example, rice, corn and mixtures thereof are starch materials. Starch derivatives include, for example, maltodextrin, acid modified starch, base modified starch, bleached starch, oxidized starch, acetylated starch, acetylated and oxidized starch, phosphate modified starch, genetically modified starch and starch that is resistant to digestion.
[0059] Para fins da presente descrição, um açúcar de baixo peso molecular é um carboidrato ou um derivado do mesmo que tem um peso de fórmula (excluindo umidade) que é menos do que cerca de 2.000, por exemplo, menos de cerca de 1.800, 1.600, menos de cerca de 1.000, menos de cerca de 500, menos de cerca de 350 ou menos de cerca de 250. Por exemplo, açúcar de baixo peso molecular pode ser um monossacarídeo, por exemplo, glicose ou xilose, um dissacarídeo, por exemplo, celobiose ou sacarose ou um trissacarídeo.[0059] For the purposes of the present description, a low molecular weight sugar is a carbohydrate or a derivative thereof that has a formula weight (excluding moisture) that is less than about 2,000, for example, less than about 1,800 , 1,600, less than about 1,000, less than about 500, less than about 350 or less than about 250. For example, low molecular weight sugar can be a monosaccharide, for example, glucose or xylose, a disaccharide, for example, cellobiosis or sucrose or a trisaccharide.
[0060] Um composto combustível é um material capaz de queima na presença de oxigênio. Exemplos de materiais combustíveis incluem etanol, n-propanol, n-butanol, hidrogênio e misturas de quaisquer dois ou mais desses.[0060] A combustible compound is a material capable of burning in the presence of oxygen. Examples of combustible materials include ethanol, n-propanol, n-butanol, hydrogen and mixtures of any two or more of these.
[0061] Agentes de intumescimento, conforme usado aqui, são materiais que causam um intumescimento discernível, por exemplo, um aumento de 2,5 por cento no volume com relação a um estado não[0061] Swelling agents, as used here, are materials that cause discernible swelling, for example, a 2.5 percent increase in volume over a non
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 21/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 21/258
16/204 intumescido de materiais celulósicos e/ou lignocelulósicos quando aplicado a tais materiais como uma solução, por exemplo, uma solução aquosa. Exemplos incluem substâncias alcalinas, tais como hidróxidos de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de lítio e hidróxidos de amônio, agentes de acidificação, tais como ácidos minerais (por exemplo, ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácido fosfórico), sais, tais como cloreto de zinco, carbonato de cálcio, carbonato de sódio, sulfato de benziltrimetil amônio e aminas orgânicas básicas, tal como etileno diamina.16/204 swollen with cellulosic and / or lignocellulosic materials when applied to such materials as a solution, for example, an aqueous solution. Examples include alkaline substances, such as sodium hydroxides, potassium hydroxide, lithium hydroxide and ammonium hydroxides, acidifying agents, such as mineral acids (for example, sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid), salts, such as chloride zinc, calcium carbonate, sodium carbonate, benzyltrimethyl ammonium sulfate and basic organic amines, such as ethylene diamine.
[0062] Um material cisalhado, conforme usado aqui, é um material que inclui fibras distintas no qual pelo menos cerca de 50 % das fibras distintas têm uma proporção de comprimento/ diâmetro (L/D) de pelo menos cerca de 5 e que têm uma densidade volumétrica descomprimida de menos de cerca de 0,6 g/cm3. Um material cisalhado é, assim, diferente de um material que foi cortado, picado ou triturado. [0063] Alteração de uma estrutura molecular de um estoque de alimentação de biomassa, conforme usado aqui, significa alterar a configuração de ligação química, tal como o tipo e quantidade de grupos funcionais ou conformação da estrutura. Por exemplo, a alteração na estrutura molecular pode incluir alteração da estrutura supramolecular do material, oxidação do material, alteração de um peso molecular médio, alteração de uma cristalinidade média, alteração de uma área de superfície, alteração de um grau de polimerização, alteração de uma porosidade, alteração de um grau de ramificação, enxertagem sobre outros materiais, alteração de um tamanho de domínio cristalino ou uma alteração de um tamanho de domínio global.[0062] A shear material, as used here, is a material that includes distinct fibers in which at least about 50% of the distinct fibers have a length / diameter (L / D) ratio of at least about 5 and which have an uncompressed volumetric density of less than about 0.6 g / cm 3 . A sheared material is thus different from a material that has been cut, chopped or crushed. [0063] Changing a molecular structure of a biomass feed stock, as used here, means changing the chemical bonding configuration, such as the type and quantity of functional groups or structure conformation. For example, the change in molecular structure can include change in the supramolecular structure of the material, oxidation of the material, change in an average molecular weight, change in an average crystallinity, change in a surface area, change in a degree of polymerization, change in a porosity, alteration of a degree of branching, grafting on other materials, alteration of a crystalline domain size or alteration of an overall domain size.
[0064] O presente pedido incorpora, por referência aqui, os conteúdos todos do Pedido Internacional No. PCT/US2007/022719, depositado em 26 de Outubro de 2007. As descrições completas de cada um dos Pedidos de Patente U.S. a seguir são aqui incorporadas por refePetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 22/258[0064] This application incorporates, by reference here, all the contents of International Application No. PCT / US2007 / 022719, filed on October 26, 2007. The full descriptions of each of the following US Patent Applications are incorporated herein by reference 870170006381, of 01/30/2017, p. 22/258
17/204 rência: Pedidos Provisórios U.S. Nos. de Série 61/049.391; 61/049.394; 61/049.395; 61/049.404; 61/049.405; 61/049.406;17/204 reference: U.S. Provisional Orders Nos. Series 61 / 049.391; 61 / 049,394; 61 / 049,395; 61 / 049,404; 61 / 049,405; 61 / 049,406;
61/049.407; 61/049.413; 61/049.415; e 61/049.419, todos depositados em 30 de Abril de 2008; Pedidos Provisórios U.S. Nos. de Série 61/073.432; 61/073.436; 61/073.496; 61/073.530; 61/073.665; e 61/073.674, todos depositados em 18 de Junho de 2008; Pedido Provisório U.S. No. de Série 61/106.861, depositado em 20 de Outubro de 2008; Pedidos Provisórios U.S. Nos. de Série 61/139.324 e 61/139.453, ambos depositados em 19 de Dezembro de 2008 e Pedido de Patente U.S. Nos. Ser. 12/417.707; 12/417.720; 12/417.840; 12/417.699; 12/417.731; 12/417.900; 12/417.880; 12/417.723;61 / 049,407; 61 / 049,413; 61 / 049,415; and 61 / 049,419, all deposited on April 30, 2008; U.S. Provisional Orders Nos. Series 61 / 073,432; 61 / 073,436; 61 / 073,496; 61 / 073,530; 61 / 073,665; and 61 / 073,674, all deposited on June 18, 2008; U.S. Provisional Application Serial No. 61 / 106,861, filed October 20, 2008; U.S. Provisional Orders Nos. Series 61 / 139,324 and 61 / 139,453, both filed on December 19, 2008 and U.S. Patent Application Nos. Ser. 12 / 417,707; 12 / 417,720; 12 / 417,840; 12 / 417,699; 12 / 417,731; 12 / 417,900; 12 / 417,880; 12 / 417,723;
12/417.786; e 12/417.904, todos depositados em 3 de Abril de 2009. [0065] A menos que de outro modo definido, todos os termos técnicos e científicos usados aqui têm o mesmo significado conforme comumente entendido por aqueles versados no campo ao qual a presente invenção pertence. Embora métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles descritos aqui possam ser usados na prática ou testagem da presente invenção, métodos e materiais adequados são descritos abaixo. Todas as publicações, Apêndices, pedidos de patente, patentes e outra referências mencionadas aqui ou em anexo ao mesmo, são incorporados por referência na íntegra por tudo que eles contêm. Em caso de conflito, a presente especificação, incluindo definições, prevalecerá. Além disso, os materiais, métodos e exemplos são ilustrativos apenas e não se destinam a ser limitativos.12 / 417,786; and 12 / 417,904, all deposited on April 3, 2009. [0065] Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those versed in the field to which the present invention belongs. Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described below. All publications, Appendices, patent applications, patents and other references mentioned here or attached to it, are incorporated by reference in full by everything they contain. In case of conflict, this specification, including definitions, will prevail. In addition, the materials, methods and examples are illustrative only and are not intended to be limiting.
[0066] Outras características e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir e das reivindicações. DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0067] A figura 1 é um diagrama em bloco ilustrando a conversão de biomassa em produtos e co-produtos.[0066] Other features and advantages of the invention will be evident from the detailed description below and from the claims. DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [0067] Figure 1 is a block diagram illustrating the conversion of biomass into products and co-products.
[0068] A figura 2 é um diagrama em bloco ilustrando a conversão[0068] Figure 2 is a block diagram illustrating the conversion
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 23/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 23/258
18/204 de uma fonte de fibra em um primeiro e segundo materiais fibrosos. [0069] A figura 3 é uma vista seccional transversal de um cortador de faca giratória.18/204 of a fiber source in first and second fibrous materials. [0069] Figure 3 is a cross-sectional view of a rotary knife cutter.
[0070] A figura 4 é um diagrama em bloco ilustrando a conversão de uma fonte de fibra em um primeiro, segundo e terceiro materiais fibrosos.[0070] Figure 4 is a block diagram illustrating the conversion of a fiber source into a first, second and third fibrous material.
[0071] A figura 5 é um diagrama em bloco ilustrando a densificação de um material.[0071] Figure 5 is a block diagram illustrating the densification of a material.
[0072] A figura 6 é uma vista em perspectiva de um moinho de pélete.[0072] Figure 6 is a perspective view of a pellet mill.
[0073] A figura 7A é um material fibroso densificado na forma pélete.[0073] Figure 7A is a fibrous material densified in the form of a pellet.
[0074] A figura 7B é uma seção transversal de um pélete oco no qual o centro do oco está em- linha com um centro do pélete.[0074] Figure 7B is a cross section of a hollow pellet in which the center of the hollow is in line with a center of the pellet.
[0075] A figura 7C é uma seção transversal de um pélete oco no qual um centro do oco está fora de linha com o centro do pélete.[0075] Figure 7C is a cross section of a hollow pellet in which a center of the hollow is out of line with the center of the pellet.
[0076] A figura 7D é uma seção transversal de um pélete tri-lobal. [0077] A figura 8 é um diagrama em bloco ilustrando uma sequência de tratamento para processamento de estoque de alimentação. [0078] A figura 9 é uma vista em corte em perspectiva de um irradiador gama alojado em uma abóbada de concreto.[0076] Figure 7D is a cross section of a tri-lobal pellet. [0077] Figure 8 is a block diagram illustrating a treatment sequence for processing food stock. [0078] Figure 9 is a sectional perspective view of a gamma irradiator housed in a concrete vault.
[0079] A figura 10 é uma vista em perspectiva ampliada da região R da figura 9.[0079] Figure 10 is an enlarged perspective view of the region R of figure 9.
[0080] A figura 11 é um diagrama em bloco ilustrando uma sequência de pré-tratamento de estoque de alimentação através de irradiação de feixe de elétrons.[0080] Figure 11 is a block diagram illustrating a sequence of pre-treatment of feed stock through electron beam irradiation.
[0081] A figura 11A é uma representação esquemática de uma biomassa que está sendo ionizada e, então, oxidada ou dissipada.[0081] Figure 11A is a schematic representation of a biomass that is being ionized and then oxidized or dissipated.
[0082] A figura 11B é uma vista lateral esquemática de um sistema para irradiação de um material de baixa densidade volumétrica, enPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 24/258[0082] Figure 11B is a schematic side view of a system for irradiation of a material with low volumetric density, enPetição 870170006381, of 01/30/2017, p. 24/258
19/204 quanto que a figura 11C é uma vista seccional transversal do sistema tomada ao longo de 11C-11C.19/204 while figure 11C is a cross-sectional view of the system taken along 11C-11C.
[0083] A figura 11D é uma vista seccional transversal esquemática de um sistema de leito fluidizado para irradiação de um material de baixa densidade volumétrica.[0083] Figure 11D is a schematic cross-sectional view of a fluidized bed system for irradiation of a low volumetric density material.
[0084] A figura 11E é uma vista lateral esquemática de outro sistema para irradiação de um material de baixa densidade volumétrica. [0085] A figura 12 é uma vista esquemática de um sistema para ultrassom de uma corrente de processo de material celulósico em um meio líquido.[0084] Figure 11E is a schematic side view of another system for irradiating a material with low volumetric density. [0085] Figure 12 is a schematic view of a system for ultrasound of a process stream of cellulosic material in a liquid medium.
[0086] A figura 13 é uma vista esquemática de um aparelho de ultrassom tendo dois transdutores acoplados a uma única antena em forma de chifre.[0086] Figure 13 is a schematic view of an ultrasound device having two transducers coupled to a single antenna in the shape of a horn.
[0087] A figura 14 é um diagrama em bloco ilustrando um sistema de pré-tratamento de estoque de alimentação pirolítico.[0087] Figure 14 is a block diagram illustrating a pyrolytic feed pre-treatment system.
[0088] A figura 15 é uma vista lateral seccional transversal de uma câmara.[0088] Figure 15 is a cross-sectional side view of a chamber.
[0089] A figura 16 é uma vista lateral seccional transversal de uma câmara.[0089] Figure 16 is a cross-sectional side view of a chamber.
[0090] A figura 17 é uma vista lateral seccional transversal de uma câmara de um aparelho de pirólise que inclui um filamento aquecido. [0091] A figura 18 é uma vista lateral seccional transversal esquemática de um aparelho de pirólise de Curie-Point.[0090] Figure 17 is a cross-sectional side view of a pyrolysis apparatus chamber that includes a heated filament. [0091] Figure 18 is a schematic cross-sectional side view of a Curie-Point pyrolysis apparatus.
[0092] A figura 19 é uma vista lateral seccional transversal esquemática de um aparelho de pirólise com forno.[0092] Figure 19 is a schematic cross-sectional side view of a pyrolysis apparatus with an oven.
[0093] A figura 20 é uma vista superior seccional transversal esquemática de um aparelho de pirólise a laser.[0093] Figure 20 is a schematic cross-sectional top view of a laser pyrolysis apparatus.
[0094] A figura 21 é uma vista lateral superior transversal esquemática de um aparelho de pirólise à chama com filamento de tungstênio.[0094] Figure 21 is a schematic cross-sectional upper side view of a tungsten filament flame pyrolysis apparatus.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 25/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 25/258
20/204 [0095] A figura 22 é um diagrama em bloco ilustrando um sistema de pré-tratamento de estoque de alimentação oxidativo.20/204 [0095] Figure 22 is a block diagram illustrating an oxidative feed stock pre-treatment system.
[0096] A figura 23 é um diagrama em bloco ilustrando uma visão geral do processo de conversão de uma fonte de fibra em um produto, por exemplo, etanol.[0096] Figure 23 is a block diagram illustrating an overview of the process of converting a fiber source to a product, for example, ethanol.
[0097] A figura 24 é uma vista seccional transversal de um aparelho de explosão de vapor.[0097] Figure 24 is a cross sectional view of a steam explosion device.
[0098] A figura 25 é uma vista lateral seccional transversal esquemática de um dispositivo de ultrassom/ feixe de elétrons híbrido.[0098] Figure 25 is a schematic cross-sectional side view of a hybrid electron beam / ultrasound device.
[0099] A figura 26 é um diagrama de bloco ilustrando um processo de trituração a seco para grãos de milho.[0099] Figure 26 is a block diagram illustrating a dry milling process for corn kernels.
[00100] A figura 27 é um diagrama de bloco ilustrando um processo de trituração a úmido para grãos de milho.[00100] Figure 27 is a block diagram illustrating a wet milling process for corn kernels.
[00101] A figura 28 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papel poli-revestido em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi produzido sobre um cortador de faca giratória utilizando uma peneira com aberturas de 1/8 polegadas. [00102] A figura 29 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papelão Kraft branqueado em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi produzido sobre um cortador de faca giratória utilizando uma peneira com aberturas de 1/8 polegadas.[00101] Figure 28 is a scanning electron micrograph of a fibrous material produced from poly-coated paper at a magnification of 25 X. The fibrous material was produced on a rotary knife cutter using a sieve with 1 / 8 inches. [00102] Figure 29 is an electronically scanning micrograph of a fibrous material produced from bleached Kraft cardboard at a magnification of 25 X. The fibrous material was produced on a rotary knife cutter using a sieve with 1/8 openings inches.
[00103] A figura 30 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papelão Kraft branqueado em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi cisalhado duas vezes sobre um cortador de faca giratória utilizando uma peneira com aberturas de 1/16 polegadas durante cada cisalhamento.[00103] Figure 30 is an electronically scanned micrograph of a fibrous material produced from bleached Kraft cardboard at a magnification of 25 X. The fibrous material was sheared twice over a rotary knife cutter using a sieve with openings of 1 / 16 inches during each shear.
[00104] A figura 31 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papelão Kraft branqueado em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi cisalhado três vezes soPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 26/258[00104] Figure 31 is an electronically scanned micrograph of a fibrous material produced from bleached Kraft cardboard at a magnification of 25 X. The fibrous material was sheared three times on sPetition 870170006381, from 01/30/2017, p. 26/258
21/204 bre um cortador de faca giratória. Durante o primeiro cisalhamento, uma peneira de 1/8 polegadas foi usada; durante o segundo cisalhamento, uma peneira de 1/16 polegadas foi usada e, durante o terceiro cisalhamento, uma peneira dee 1/32 polegadas foi usada.21/204 about a rotary knife cutter. During the first shear, a 1/8 inch sieve was used; during the second shear, a 1/16 inch sieve was used and, during the third shear, a 1/32 inch sieve was used.
[00105] A figura 32 é uma vista lateral esquemática de um aparelho de ultrassom, enquanto que a figura 33 é uma vista seccional transversal através da célula de processamento da figura 32.[00105] Figure 32 is a schematic side view of an ultrasound device, while figure 33 is a cross-sectional view through the processing cell of figure 32.
[00106] A figura 34 é uma micrografia de varredura eletrônica em uma ampliação de 1000 X de um material fibroso produzido a partir de cisalhamento de switchgrass sobre um cortador de faca giratória e, então, passando o material cisalhado através de uma peneira de 1/32 polegadas.[00106] Figure 34 is a scanning electron micrograph at 1000 X magnification of a fibrous material produced from shearing switchgrass over a rotary knife cutter and then passing the sheared material through a 1 / 32 inches.
[00107] As figuras 35 e 36 são micrografias de varredura eletrônica do material fibroso da figura 34 após irradiação com raios gama a 10 Mrad e 1000 Mrad, respectivamente, em uma ampliação de 1000 X. [00108] A figura 37 é um micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da figura 34 após irradiação com 10 Mrad e ultrassom em uma ampliação de 1000 X.[00107] Figures 35 and 36 are electronically scanned micrographs of the fibrous material in Figure 34 after gamma irradiation at 10 Mrad and 1000 Mrad, respectively, at a magnification of 1000 X. [00108] Figure 37 is a micrograph of electronic scan of the fibrous material of figure 34 after irradiation with 10 Mrad and ultrasound at a magnification of 1000 X.
[00109] A figura 38 é um micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da figura 34 após irradiação com 100 Mrad e ultrassom em uma ampliação de 1000 X.[00109] Figure 38 is a scanning electron micrograph of the fibrous material of Figure 34 after irradiation with 100 Mrad and ultrasound at a magnification of 1000 X.
[00110] A figura 39 é um espectro de infravermelho de papelão Kraft cisalhado sobre um cortador de faca giratória.[00110] Figure 39 is an infrared spectrum of Kraft cardboard sheared over a rotary knife cutter.
[00111] A figura 40 é um espectro de infravermelho do papel Kraft da figura 39 após irradiação com 100 Mrad de radiação gama.[00111] Figure 40 is an infrared spectrum of the Kraft paper of figure 39 after irradiation with 100 Mrad of gamma radiation.
[00112] A figura 41 é uma vista esquemática de um processo para conversão de biomassa.[00112] Figure 41 is a schematic view of a process for converting biomass.
[00113] A figura 42 é uma vista esquemática de outro processo para conversão de biomassa.[00113] Figure 42 is a schematic view of another process for converting biomass.
DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 27/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 27/258
22/204 [00114] Sistemas e processos são descritos aqui os quais podem usar vários materiais de biomassa, tais como materiais celulósicos, materiais lignocelulósicos, materiais de amido ou materiais que são ou que incluem açúcares de baixo peso molecular, como materiais de estoque de alimentação. Tais materiais estão frequentemente disponíveis, mas podem ser difíceis de processar, por exemplo, por meio de fermentação ou podem proporcionar rendimentos sub-ótimos em uma taxa lenta. Em alguns casos, a dificuldade no processamento se origina, pelo menos em parte, da recalcitrância do estoque de alimentação. Etapas de processamento são descritas as quais podem reduzir essa recalcitrância e, desse modo, facilitar a conversão do estoque de alimentação em biomassa a um produto desejado.22/204 [00114] Systems and processes are described here which can use various biomass materials, such as cellulosic materials, lignocellulosic materials, starch materials or materials that are or include low molecular weight sugars, such as stock materials from food. Such materials are often available, but they can be difficult to process, for example, through fermentation or they can provide sub-optimal yields at a slow rate. In some cases, the difficulty in processing stems, at least in part, from the recalcitrance of the feed stock. Processing steps are described which can reduce this recalcitrance and thus facilitate the conversion of the feed stock in biomass to a desired product.
[00115] Nos processos descritos aqui, materiais de estoque de alimentação são primeiro fisicamente preparados para processamento, frequentemente mediante redução de tamanho dos materiais do estoque de alimentação brutos. Estoque de alimentação fisicamente preparado pode, então, ser pré-tratado ou processado usando um ou mais de radiação (a qual pode, em alguns casos, estar sob condições térmicas controladas), ultrassom, oxidação, pirólise e explosão de vapor. Os vários sistemas e métodos de pré-tratamento podem ser usados em combinações de duas, três ou mesmo quatro dessas tecnologias. Outras técnicas as quais podem ser usadas para intensificar o processamento do estoque de alimentação são descritas aqui, por exemplo, resfriamento do estoque de alimentação entre etapas de irradiação e dissipação do estoque de alimentação de biomassa após irradiação. [00116] Materiais funcionalizados também são descritos aqui, tendo tipos e quantidades desejadas de funcionalidade, tais como grupos ácido carboxílico, grupos enol, grupos aldeído, grupos cetona, grupos nitrilo, grupos nitro ou grupos nitroso, os quais podem ser preparados usando os métodos descritos aqui. Tais materiais funcionalizados poPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 28/258[00115] In the processes described here, feed stock materials are first physically prepared for processing, often by reducing the size of raw feed stock materials. Physically prepared feed stock can then be pre-treated or processed using one or more of radiation (which can, in some cases, be under controlled thermal conditions), ultrasound, oxidation, pyrolysis and vapor explosion. The various pre-treatment systems and methods can be used in combinations of two, three or even four of these technologies. Other techniques which can be used to intensify the processing of the feed stock are described here, for example, cooling of the feed stock between irradiation steps and dissipation of the biomass feed stock after irradiation. [00116] Functionalized materials are also described here, having desired types and amounts of functionality, such as carboxylic acid groups, enol groups, aldehyde groups, ketone groups, nitrile groups, nitro groups or nitrous groups, which can be prepared using the methods described here. Such functionalized materials poPetição 870170006381, of 01/30/2017, p. 28/258
23/204 dem, por exemplo, ser mais solúveis, mais fáceis de utilizar por vários micro-organismos ou podem ser mais estáveis a longo prazo, por exemplo, menos propensos à oxidação.23/204 may, for example, be more soluble, easier to use by various microorganisms or may be more stable in the long run, for example, less prone to oxidation.
[00117] Em alguns casos, o estoque de alimentação pode incluir açúcares de baixo peso molecular ou materiais de amido, conforme será discutido em detalhes aqui.[00117] In some cases, the feed stock may include low molecular weight sugars or starch materials, as will be discussed in detail here.
TIPO DE BIOMASSA [00118] Em geral, qualquer material de biomassa que é ou inclui carboidratos compostos totalmente de uma ou mais unidades sacarídicas ou que incluem uma ou mais unidades sacarídicas pode ser processado através de qualquer um dos métodos descritos aqui. Por exemplo, o material de biomassa pode ser materiais celulósicos ou lignocelulósicos, materiais de amido, tais como grãos de milho, grãos de arroz ou outros alimentos ou materiais que são ou incluem um ou mais açúcares de baixo peso molecular, tais como sacarose ou celobiose.TYPE OF BIOMASS [00118] In general, any biomass material that is or includes carbohydrates composed entirely of one or more saccharide units or that includes one or more saccharide units can be processed using any of the methods described here. For example, the biomass material can be cellulosic or lignocellulosic materials, starch materials, such as corn kernels, rice grains or other foods or materials that are or include one or more low molecular weight sugars, such as sucrose or cellobiosis .
[00119] Por exemplo, tais materiais podem incluir papel, produtos de papel, resíduos de papel, madeira, materiais relacionados à madeira, papelão em partícula, gramíneas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de milho, cascas de arroz, pêlo de coco, algodão, alga marinha, algodão, celuloses sintéticas ou misturas de qualquer um desses. Materiais adequados incluem aqueles listados na seção Sumário acima.[00119] For example, such materials may include paper, paper products, waste paper, wood, wood-related materials, particleboard, grasses, rice husks, bagasse, cotton, jute, hemp, linen, bamboo, sisal , abaca, straw, corn cobs, corn straw, rice husks, coconut hair, cotton, seaweed, cotton, synthetic cellulose or mixtures of any of these. Suitable materials include those listed in the Summary section above.
[00120] Fontes de fibra incluem fontes de fibra celulósica, incluindo papel e produtos de papel (por exemplo, papel poli-revestido e papel Kraft) e fontes de fibra lignocelulósicas, incluindo madeira e materiais relacionados à madeira, por exemplo, papelão em partícula. Outras fontes de fibra adequadas incluem fontes de fibra natural, por exemplo, gramíneas, casca de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho,[00120] Fiber sources include cellulosic fiber sources, including paper and paper products (for example, poly-coated paper and Kraft paper) and lignocellulosic fiber sources, including wood and wood-related materials, for example, particleboard . Other suitable sources of fiber include sources of natural fiber, for example, grasses, rice husks, bagasse, cotton, jute, hemp, flax,
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24/204 bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, cascas de arroz, pêlo de coco; fontes de fibra com alto teor de a-celulose, por exemplo, algodão; e fontes de fibra sintética, por exemplo, fio extrudado (fio orientado ou fio não orientado). Fontes de fibra natural ou sintética podem ser obtidas de recortes de materiais têxteis virgens, por exemplo, materiais têxteis remanescentes ou eles podem ser um resíduo pósconsumidor, por exemplo, trapos. Quando os produtos de papel são usados como fonte de fibra, eles podem ser matérias virgens, por exemplo, recortes de materiais virgens ou eles podem ser um resíduo pós-consumidor. Além de matérias primas virgens, resíduo pósconsumidor, industrial (por exemplo, refugo) e de processamento (por exemplo, efluente de processamento de papel) pode também ser usado como fontes de fibra. Também, a fonte de fibra pode ser obtida ou derivada de resíduos de um ser humano (por exemplo, esgoto), animal ou planta. Fontes de fibra adicionais foram descritas nas Patentes U.S. Nos. 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 e 5.952.105.24/204 bamboo, sisal, abaca, straw, corn cobs, rice husks, coconut hair; fiber sources with a high content of a-cellulose, for example, cotton; and synthetic fiber sources, for example, extruded yarn (oriented yarn or non-oriented yarn). Sources of natural or synthetic fiber can be obtained from cutouts of virgin textile materials, for example, remaining textile materials or they can be a post-consumer waste, for example, rags. When paper products are used as a fiber source, they can be virgin materials, for example, cutouts of virgin materials or they can be post-consumer waste. In addition to virgin raw materials, post-consumer, industrial (eg, refuse) and processing (eg, paper processing effluent) waste can also be used as fiber sources. Also, the fiber source can be obtained from or derived from the waste of a human (eg, sewage), animal or plant. Additional sources of fiber have been described in U.S. Patent Nos. 6,448,307, 6,258,876, 6,207,729, 5,973,035 and 5,952,105.
[00121] Biomassa microbiana inclui biomassa derivada de organismos unicelulares que ocorrem naturalmente ou geneticamente modificados e/ou organismos multicelulares, por exemplo, organismos do oceano, lagos, corpos de água, por exemplo, água salgada ou água doce ou em terra e que contêm uma fonte de carboidrato (por exemplo, celulose). Biomassa microbiana pode incluir, mas não está limitada a, por exemplo, protistas (por exemplo, animal (por exemplo, protozoários, tais como flagelados, ameboides, ciliados e esporozoários) e planta (por exemplo, algas tais como alveolados, cloraracniófitos, criptófitos, euglenoides, glaucófitos, haptófitos, algas vermelhas, estramenópilos e viridaeplantae)), algas marinhas, plâncton (por exemplo, macroplâncton, mesoplâncton, microplâncton, nanoplâncton, picoplâncton e femptoplâncton), fitoplâncton, bactérias (por exemplo, bactérias gram positivas, bactérias gram negativas e extremófilos, levedos e/ou mistuPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 30/258[00121] Microbial biomass includes biomass derived from naturally occurring or genetically modified single-celled organisms and / or multicellular organisms, for example, ocean organisms, lakes, bodies of water, for example, salt water or fresh water or on land and containing a carbohydrate source (for example, cellulose). Microbial biomass can include, but is not limited to, for example, protists (for example, animal (for example, protozoa, such as flagellates, ameboids, ciliate and sporozoans) and plant (for example, algae such as honeycombs, chloroachnophytes, cryptophytes , euglenoids, glaucophytes, haptophytes, red algae, stramenopils and viridaeplantae)), seaweed, plankton (e.g., macroplankton, mesoplankton, microplankton, nanoplankton, picoplankton, and phopltoplankton), bacteria, gram-positive bacteria, negative and extremophilic, yeast and / or mixed petition 870170006381, of 30/01/2017, page 30/258
25/204 ras dos mesmos. Em alguns casos, a biomassa microbiana pode ser obtida de sistemas de cultura, por exemplo, sistemas de cultura em larga escala a seco e a úmido.25/204 ras of them. In some cases, microbial biomass can be obtained from culture systems, for example, wet and dry large-scale culture systems.
[00122] Biomassa animal inclui qualquer material residual orgânico, tal como material residual derivado de animal ou excremento ou material residual derivado de ser humano ou excremento (por exemplo, estrume e esgoto).[00122] Animal biomass includes any organic waste material, such as animal-derived waste material or excrement or human-derived waste material or excrement (for example, manure and sewage).
[00123] Em algumas modalidades, o carboidrato é ou inclui um material tendo uma ou mais b-1,4-ligações e tendo um peso molecular numérico médio entre cerca de 3.000 e 50.000. Tal carboidrato é ou inclui celulose (I), a qual é derivada de (β-glicose 1) através de condensação de ligações β(1 ® 4)-glicosídicas. Essa ligação contrasta, em si, com aquela para ligações a(1 ® 4)-glicosídicas presentes em amido e outros carboidratos.[00123] In some embodiments, the carbohydrate is or includes a material having one or more b-1,4-bonds and having an average numerical molecular weight between about 3,000 and 50,000. Such carbohydrate is or includes cellulose (I), which is derived from (β-glucose 1) through condensation of β (1 ® 4) -glycosidic bonds. This bond contrasts, in itself, with that for (1 ® 4) -glycoside bonds present in starch and other carbohydrates.
MATERIAIS DE AMIDO [00124] Materiais de amido incluem amido em si, por exemplo, amido de milho, amido de trigo, amido ou amido de arroz, um derivado de amido, ou um material que inclui amido, tal como um produto alimentício comestível ou uma safra. O material de amido pode ser arracacha, trigo silvestre, banana, cevada, cassava, kudzu, oca, sagu, sorgo, batatas domésticas regulares, batata doce, taro, inhame ou um ou mais feijões, tais como favas, lentilhas ou ervilhas. Uma mistura de quaisquer dois ou mais materiais de amido também é considerada comoSTARCH MATERIALS [00124] Starch materials include starch itself, for example, corn starch, wheat starch, starch or rice starch, a starch derivative, or a material that includes starch, such as an edible food product or a harvest. The starch material can be squid, wild wheat, banana, barley, cassava, kudzu, hollow, sago, sorghum, regular domestic potatoes, sweet potatoes, taro, yams or one or more beans, such as broad beans, lentils or peas. A mixture of any two or more starch materials is also considered to be
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26/204 sendo um material de amido. Fontes de amido incluem, por exemplo, trigo, cevada, milho e batatas. Em modalidades particulares, o material de amido é derivado de milho. Vários amidos de milho e derivados são descritos em Corn Starch, Corn Refiners Association (11a Edição, 2006), o qual é anexo aqui como Apêndice A.26/204 being a starch material. Starch sources include, for example, wheat, barley, corn and potatoes. In particular embodiments, the starch material is derived from corn. Various corn starches and derivatives are described in Corn Starch, Corn Refiners Association (11th Edition, 2006) which is herein attached as Appendix A.
[00125] Um amido (por exemplo, CAS# 9005-25-8, tem a fórmula química (C6H10O5)„) e geralmente compreende uma mistura de amilose e amilopectina (usualmente em proporções de 20:80 ou 30:70) e, em geral, existe como um homopolímero de unidades de anidroglicose repetidas unidas por um β-glicosídeo sobre a próxima unidade de amido através de ligações de hemiacetal. Moléculas de amido são, tipicamente, compostas de 1,4-ligações e são referidos como amilose, enquanto que 1,6-ligações servem como o ponto de ramificação em molécula de amido ramificadas denominadas amilopectina.[00125] A starch (eg CAS # 9005-25-8, has the chemical formula (C 6 H 10 O 5 ) „) and generally comprises a mixture of amylose and amylopectin (usually in proportions of 20:80 or 30 : 70) and, in general, exists as a homopolymer of repeated anhydroglycoside units joined by a β-glycoside on the next starch unit via hemiacetal bonds. Starch molecules are typically composed of 1,4-bonds and are referred to as amylose, while 1,6-bonds serve as the branching point in branched starch molecules called amylopectin.
ESTRUTURA GRANULARGRANULAR STRUCTURE
Tabela 1. Tamanho de grânulo de vários amidosTable 1. Granule size of various starches
[00126] As plantas armazenam amido dentro de organelas especializados denominados amiloplastos, onde ele é depositado para formar[00126] Plants store starch inside specialized organelles called amyloplasts, where it is deposited to form
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27/204 grânulos. Esses grânulos são compreendidos de amido recentemente sintetizado em camadas em torno de um núcleo de hilo e variam, quanto ao diâmetro, de 2 a 130 mícrons. O tamanho e formato do grânulo são característicos da origem da planta e servem como uma forma de identificação da fonte de um amido em particular (Tabela 1). A estrutura do grão é cristalina, com as moléculas de amido se orientando de uma forma tal a formar cristais radialmente orientados que dão origem ao fenômeno de bi-refringência. Quando um feixe de luz polarizada é dirigido através de um grânulo de amido, o grânulo é dividido por linhas escuras em quatro seções em formato de cunha. Essa hachura transversal ou cruz é característica de estruturas esferocristalinas.27/204 granules. These granules are comprised of starch recently synthesized in layers around a hilum core and vary, in diameter, from 2 to 130 microns. The granule size and shape are characteristic of the plant's origin and serve as a way of identifying the source of a particular starch (Table 1). The structure of the grain is crystalline, with the starch molecules orienting themselves in such a way as to form radially oriented crystals that give rise to the phenomenon of bi-refringence. When a beam of polarized light is directed through a starch granule, the granule is divided by dark lines into four wedge-shaped sections. This cross hatch or cross is characteristic of spherocrystalline structures.
[00128] As moléculas de amilose consistem de cadeias únicas principalmente não ramificadas com 500-20.000 unidades de α -(1,4)-Dglicose dependentes de sacarose. As ligações α(1,4) promovem a formação de uma estrutura de hélice. A fórmula estrutural da amilose é representada na Figura 2 onde o número de subunidades de glicose repetidas (n) pode ser muitos milhares (usualmente na faixa de 300 a 3000). Amido de amilose é menos prontamente digerido do que a amilopectina; contudo, ele ocupa menos espaço, de modo que é preferido para armazenamento em plantas. A amilose compõe cerca de 30% do amido armazenado em plantas. A enzima digestiva amilase funciona sobre as extremidades da molécula de amido, decompondo-a em açúPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 33/258[00128] Amylose molecules consist of single, mostly unbranched chains with 500-20,000 units of sucrose-dependent α - (1,4) -D glucose. The α (1,4) bonds promote the formation of a helix structure. The structural formula of amylose is represented in Figure 2 where the number of repeated glucose subunits (n) can be many thousands (usually in the range of 300 to 3000). Amylose starch is less readily digested than amylopectin; however, it takes up less space, so it is preferred for plant storage. Amylose makes up about 30% of the starch stored in plants. The digestive enzyme amylase works on the ends of the starch molecule, breaking it down into sugar. Petition 870170006381, of 1/30/2017, p. 33/258
28/204 cares.28/204 cards.
[00129] Moléculas de amilose contribuem para a formação de gel porque as cadeias lineares podem se orientar de modo paralelo umas às outras, se movendo próximas o bastante juntas para ligação. Provavelmente em virtude da facilidade com a qual as moléculas de amilose passam umas sobre as outras na pasta cozida, elas não contribuem significativamente para a viscosidade.[00129] Amylose molecules contribute to the formation of gel because the linear chains can orient themselves parallel to each other, moving close enough together for connection. Probably because of the ease with which amylose molecules pass over each other in the cooked paste, they do not contribute significantly to the viscosity.
AmilopectinaAmylopectin
H [00130] Figura 3. Estrutura parcial representativa da amilopectina [00131] A amilopectina é formada por a-(1,6)-ramificação não aleatória da estrutura de a-(1,4)-D-glicose do tipo amilose. Conforme pode ser visto na Figura 3, unidades de glicose são ligadas de uma forma linear com ligações α (1,4). Ramificação ocorre com ligações α (1,6) ocorrendo a cada 24 a 30 unidades de glicose e é determinada por enzimas de ramificação. Cada molécula de amilopectina contém um milhão ou mais resíduos, cerca de 5% dos quais formam os pontos de ramificação.H [00130] Figure 3. Representative partial structure of amylopectin [00131] Amylopectin is formed by a- (1,6) -non-random branching of the structure of a- (1,4) -D-glucose of the amylose type. As can be seen in Figure 3, glucose units are connected in a linear fashion with α (1,4) bonds. Branching occurs with α (1,6) bonds occurring every 24 to 30 units of glucose and is determined by branching enzymes. Each amylopectin molecule contains one million or more residues, about 5% of which form the branch points.
[00132] As moléculas de amilopectina ramificadas conferem viscosidade à pasta cozida, em virtude do papel que ela serve na manutenção do grânulo intumescido. Suas cadeias laterais e formato denso mantém moléculas de amilopectina de orientadas intimamente o bastante para ligação de hidrogênio, de modo que usualmente elas não contribuem para a formação de gel.[00132] The branched amylopectin molecules give viscosity to the cooked paste, due to the role it serves in maintaining the swollen granule. Its side chains and dense shape keep amylopectin molecules oriented closely enough for hydrogen bonding, so they usually do not contribute to gel formation.
FONTE [00133] Plantas hidrolisam o amido, liberando as subunidades deSOURCE [00133] Plants hydrolyze starch, releasing the subunits of
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29/204 glicose quando energia é requerida. Até o momento, a maior fonte de amido é o milho (milho verde), com outras fontes comumente usadas sendo trigo, batata, tapioca e arroz. As proporções relativas de amilose para amilopectina e pontos de ramificação de 1,6-ligação são estabelecidos geneticamente e são relativamente constantes para cada espécie de amido. Por exemplo, amilomilhos contêm mais de 50% de amilase, enquanto que milho ceroso tem quase nenhuma (~3%). AMIDO NÃO PROCESSADO [00134] Amido que é produzido através do processo de trituração a úmido de milho e, então, seco, é referido como amido de milho comum, regular ou não modificado. Várias formas de amido de milho existem, incluindo pós finos ou espessos, flocos, flocos finos ou mesmo partículas maiores. Amido não modificado pode ser minimamente processado mediante ajuste do pH, através de tratamento térmico suave ou através da adição de pequenas quantidades de produtos químicos ou adjuvantes antes ou após secagem de forma a otimizar o desempenho. Como um exemplo, conversão enzimática de amido em açúcares pode ser acelerada ajutando o pH do amido.29/204 glucose when energy is required. So far, the biggest source of starch is maize (green maize), with other commonly used sources being wheat, potatoes, tapioca and rice. The relative proportions of amylose to amylopectin and 1,6-link branch points are genetically established and are relatively constant for each starch species. For example, starch contains more than 50% amylase, while waxy corn has almost none (~ 3%). UNprocessed starch [00134] Starch that is produced through the wet corn crushing process and then dried, is referred to as regular, unmodified or regular corn starch. Several forms of corn starch exist, including fine or thick powders, flakes, fine flakes or even larger particles. Unmodified starch can be minimally processed by adjusting the pH, through mild heat treatment or by adding small amounts of chemicals or adjuvants before or after drying in order to optimize performance. As an example, enzymatic conversion of starch to sugars can be accelerated by adjusting the pH of the starch.
[00135] Até o momento, o polissacarídeo mais consumido na dieta humana é o amido. O amido (em particular amido de milho) é usado no cozimento para espessamento de alimentos, tais como molhos. Na indústria, ele é usado na fabricação de adesivos, papel, têxteis e como um molde na fabricação de doces, tais como gomas de uva e balas de gelatina. A fabricação de papel é a maior aplicação não alimentícia para amidos globalmente, consumindo milhões de toneladas métricas anualmente. Em uma folha de papel xerográfico típica, por exemplo, o teor de amido pode ser tão alto quanto 8%. Amidos modificado e não modificado são usados na fabricação de papel.[00135] So far, the most consumed polysaccharide in the human diet is starch. Starch (in particular corn starch) is used in cooking to thicken foods, such as sauces. In industry, it is used in the manufacture of adhesives, paper, textiles and as a mold in the manufacture of sweets, such as grape gums and jelly candies. Papermaking is the largest non-food application for starches globally, consuming millions of metric tons annually. In a typical xerographic sheet of paper, for example, the starch content can be as high as 8%. Modified and unmodified starches are used in paper making.
[00136] A composição química do amido, moléculas de carbono altamente oxigenadas, torna o amido um excelente produto para uso[00136] The chemical composition of starch, highly oxygenated carbon molecules, makes starch an excellent product for use
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30/204 como um estoque de alimentação de produto químico.30/204 as a chemical feed stock.
AMIDO GENETICAMENTE MODIFICADO [00137] O amido geneticamente modificado, o qual refere-se ao amido de plantas geneticamente manipuladas, foi modificado para reduzir a necessidade de processamento químico (redução dos custos, toxicidade ou processos ambientalmente perigosos) ou de forma a produzir novos carboidratos os quais poderiam não ocorrer naturalmente na espécie de planta que está sendo colhida. A modificação, nesse sentido, refere-se à manipulação genética do DNA da planta e não ao processo posterior ou tratamento do amido ou grânulos de amido.GENETICALLY MODIFIED STARCH [00137] Genetically modified starch, which refers to starch from genetically engineered plants, has been modified to reduce the need for chemical processing (cost reduction, toxicity or environmentally hazardous processes) or in order to produce new carbohydrates which might not occur naturally in the species of plant being harvested. The modification, in this sense, refers to the genetic manipulation of the plant's DNA and not to the subsequent process or treatment of starch or starch granules.
[00138] Amido geneticamente modificado é de interesse particular na fabricação de polímeros biodegradáveis e estoque de alimentação não celulósico na indústria de papel, bem como na criação de novos aditivos alimentícios. Por exemplo, milho ceroso foi estudado extensivamente na década de 1950 por suas propriedades desejáveis. Amido de milho ceroso, o qual é essencialmente 100% de amilopectina, proporciona pastas que são quase claras quando frias, não congelam e, quando seco em filmes finos, proporcionam um revestimento solúvel em água translúcido frequentemente usado para espessamento de uma ampla variedade de alimentos preparados. Modificação genética desse amido para tentar aumentar o teor de amilose poderia resultar potencialmente em um excelente formador de filme e poderia ser torcido em uma fibra. Pesquisa nessa área resultou no desenvolvimento comercial de dois híbridos de milho, um contendo cerca de 55%, o outro cerca de 70% de amilose e, recentemente, pesquisa recente resultou no desenvolvimento de um amido com 80% de amilose.[00138] Genetically modified starch is of particular interest in the manufacture of biodegradable polymers and non-cellulosic feed stock in the paper industry, as well as in the creation of new food additives. For example, waxy maize was studied extensively in the 1950s for its desirable properties. Waxy corn starch, which is essentially 100% amylopectin, provides pastes that are almost clear when cold, do not freeze and, when dried on thin films, provide a translucent water-soluble coating often used to thicken a wide variety of foods prepared. Genetic modification of this starch to try to increase the amylose content could potentially result in an excellent film former and could be twisted into a fiber. Research in this area has resulted in the commercial development of two corn hybrids, one containing about 55%, the other about 70% amylose, and recently, recent research has resulted in the development of a starch with 80% amylose.
AMIDO MODIFICADO [00139] Amido modificado é um aditivo alimentício o qual é preparado por meio de tratamento do amido ou grânulos de amido, fazendoMODIFIED STARCH [00139] Modified starch is a food additive which is prepared by treating starch or starch granules, making
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31/204 com que o amido seja parcialmente degradado. O amido modificado é usado como um agente de espessamento, estabilizante ou um emulsificante. Além dos produtos alimentícios, o amido modificado é também encontrado em produtos farmacêuticos. Amidos são modificados por uma série de razões, incluindo aumentar sua estabilidade ao calor, ácido e congelamento excessivo; alterar sua textura; ou prolongar ou reduzir o tempo de gelatinização.31/204 with the starch being partially degraded. The modified starch is used as a thickening agent, stabilizer or an emulsifier. In addition to food products, modified starch is also found in pharmaceutical products. Starches are modified for a number of reasons, including increasing their stability to heat, acid and excessive freezing; change its texture; or prolong or reduce the gelatinization time.
AMIDO ÁCIDO-MODIFICADO [00140] Amido ácido-modificado, usualmente referido simplesmente como amido modificado, é preparado tratando amido ou grânulos de amido com ácidos inorgânicos. A reação primária que ocorre durante tratamento com ácido é hidrólise de ligações glicosídicas nas moléculas de amido. Modificação com ácido reduz o comprimento de cadeia do amido, mas não altera substancialmente a configuração molecular. Nesse método, uma suspensão de amido-água é agitada enquanto está sendo submetida a tratamento suave com ácido mineral diluído em temperaturas elevadas, mas abaixo da temperatura de gelatinização do amido. Quando de obtenção da viscosidade desejada, o ácido é neutralizado com carbonato de sódio e o amido é filtrado, lavado e seco.ACID-MODIFIED STARCH [00140] Acid-modified starch, usually referred to simply as modified starch, is prepared by treating starch or starch granules with inorganic acids. The primary reaction that occurs during treatment with acid is hydrolysis of glycosidic bonds in the starch molecules. Acid modification reduces the chain length of the starch, but does not substantially alter the molecular configuration. In this method, a suspension of starch-water is stirred while being subjected to mild treatment with mineral acid diluted at elevated temperatures, but below the gelatinization temperature of the starch. When the desired viscosity is obtained, the acid is neutralized with sodium carbonate and the starch is filtered, washed and dried.
AMIDO DE MILHO OXIDADO [00141] Outro método para reduzir a viscosidade é oxidação. Embora agentes de oxidação, tais como cloro, peróxido de hidrogênio e permanganato de potássio, possam ser usados, amidos oxidados produzidos por meio do processo de trituração a úmido são quase sempre feitos usando hipoclorito de sódio como o agente de oxidação. Suspensões aquosas de amido sob agitação são tratadas com hipoclorito de sódio diluído contendo um pequeno excesso de hidróxido de sódio (NaOH) e aquecido para 120 °F. Quando a viscosidade desejada é obtida, a pasta de amido oxidada é tratada com um agente de reduPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 37/258OXIDIZED CORN STARCH [00141] Another method for reducing viscosity is oxidation. Although oxidizing agents, such as chlorine, hydrogen peroxide and potassium permanganate, can be used, oxidized starches produced through the wet milling process are almost always made using sodium hypochlorite as the oxidizing agent. Aqueous stirred starch suspensions are treated with diluted sodium hypochlorite containing a small excess of sodium hydroxide (NaOH) and heated to 120 ° F. When the desired viscosity is obtained, the oxidized starch paste is treated with a reducing agent 870170006381, from 01/30/2017, p. 37/258
32/204 ção, tal como bissulfito de sódio, para remover o hipoclorito em excesso, o pH é ajustado e o amido é filtrado, lavado e, finalmente, seco. Tratamento do amido com um agente de oxidação converte aleatoriamente os grupos hidroxila em grupos carboxila ou carbonila, o que resulta na clivagem da ligação glicosídica adjacente. Amidos oxidados são usados em massas e pães, uma vez que eles aderem muito bem às carnes.32/204 tion, such as sodium bisulfite, to remove excess hypochlorite, the pH is adjusted and the starch is filtered, washed and finally dried. Treatment of the starch with an oxidizing agent randomly converts the hydroxyl groups to carboxyl or carbonyl groups, which results in the cleavage of the adjacent glycosidic bond. Oxidized starches are used in pasta and bread, as they adhere very well to meats.
DEXTRINAS [00142] Dextrinas são um grupo de carboidratos de baixo peso molecular produzido por meio de aquecimento a seco ou torrefação de amido não modificado, com ou sem um ácido ou catalisador alcalino. Outros métodos de dextrinização utilizam um leito fluido, no qual amido não modificado é colocado em um reator e suspenso ou fluidizado em uma corrente de ar aquecida. O amido é, então, acidificado e aquecido até que o produto final desejado seja obtido. Durante dextrinização, o grânulo não é destruído, mas a integridade do grânulo é rompida. Quando dextrinas são suspensas em água e aquecidas, os grânulos intumescem e se separam em camadas que eventualmente se rompem e dispersam. Dextrinas são misturas de polímeros de Dglicose a-(1,4)-ligados lineares começando com uma ligação α-(1,6). A produção industrial, em geral, é realizada por meio de hidrólise ácida de amido de batata. Dextrinas são sólidos solúveis em água brancos a ligeiramente amarelos que são opticamente ativos. Sob análise, as dextrinas podem ser detectadas com solução de iodo, proporcionando uma coloração vermelha.DEXTRINS [00142] Dextrins are a group of low molecular weight carbohydrates produced by dry heating or roasting unmodified starch, with or without an acid or alkaline catalyst. Other dextrinization methods use a fluid bed, in which unmodified starch is placed in a reactor and suspended or fluidized in a heated air stream. The starch is then acidified and heated until the desired final product is obtained. During dextrinization, the granule is not destroyed, but the granule's integrity is disrupted. When dextrins are suspended in water and heated, the granules swell and separate into layers that eventually break and disperse. Dextrins are mixtures of D- Glucose polymers a- (1,4) -linear bonds starting with an α- (1,6) bond. Industrial production, in general, is carried out by acid hydrolysis of potato starch. Dextrins are white to slightly yellow water-soluble solids that are optically active. Under analysis, dextrins can be detected with iodine solution, providing a red tint.
[00143] Existem três tipos principais de dextrinas: branca, amarela e goma Britânica. Embora dextrinas tenham uma cor branca e tenham viscosidades reduzidas e solubilidades em água fria oscilando de 5 a mais de 90%, dextrinas brancas são usadas para fazer géis muito macios. Dextrinas amarelas (produzidas com menos ácido, maiores temPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 38/258[00143] There are three main types of dextrins: white, yellow and British gum. Although dextrins are white in color and have low viscosities and cold water solubilities ranging from 5 to more than 90%, white dextrins are used to make very soft gels. Yellow dextrins (produced with less acid, higher temPetition 870170006381, from 01/30/2017, page 38/258
33/204 peraturas e mais tempo) são de cor amarela e têm maior solubilidade em água. Dextrinas amarelas são usadas para a fabricação de pastas com altos teores de sólidos que são muito viscosas e, quando aplicadas em filmes finos, secam rapidamente. Finalmente, gomas Britânicas são produzidos mediante a adição de pouco ou nenhum ácido ao amido muito seco e, então, torradas enquanto se aumenta gradualmente a temperatura. Elas são de cor castanha a marrom claro e são usadas para preparar géis quase sólidos a géis muito macios a líquidos viscosos.33/204 periods and longer) are yellow in color and have greater solubility in water. Yellow dextrins are used to make pastes with high levels of solids that are very viscous and, when applied to thin films, dry quickly. Finally, British gums are produced by adding little or no acid to the very dry starch and then toasting while gradually increasing the temperature. They are brown to light brown in color and are used to prepare almost solid gels to very soft gels and viscous liquids.
CICLODEXTRINAS [00144] Ciclodextrinas são oligossacarídeos de glicose cíclicos de não-redução resultantes da degradação de amido catalisada por glucanotransferase de ciclomaltodextrina. Existem três ciclodextrinas comuns com 6, 7 ou 8 resíduos de D-glucopiranonsila (α-, β- e γciclodextrina, respectivamente) ligados através de ligações α-1,4 glicosídicas (Figura 4). Todas as três ciclodextrinas têm estruturas similares (comprimentos e orientações de ligação), além das necessidades estruturais de acomodação de um número diferente de resíduos de glicose. Elas apresentam uma molécula em formato de bacia sem fundo (cone truncado) desviada por uma ligação de hidrogênio entre os grupos 3-OH e 2-OH em torno da borda externa. Ciclodextrinas são usadas para encapsulação para liberação controlada de aroma, disfarce de odores e sabores, estabilização de emulsões, aumento do poder de espumação e controle ou disfarce da cor.CYCLODEXTRINS [00144] Cyclodextrins are non-reducing cyclic glucose oligosaccharides resulting from starch degradation catalyzed by cyclomaltodextrin glucanotransferase. There are three common cyclodextrins with 6, 7 or 8 residues of D-glucopyranonsyl (α-, β- and γcyclodextrin, respectively) linked through α-1,4 glycosidic bonds (Figure 4). All three cyclodextrins have similar structures (lengths and connection orientations), in addition to the structural needs to accommodate a different number of glucose residues. They have a bottomless basin-shaped molecule (truncated cone) deflected by a hydrogen bond between the 3-OH and 2-OH groups around the outer edge. Cyclodextrins are used for encapsulation for controlled aroma release, disguise of odors and flavors, stabilization of emulsions, increased foaming power and color control or disguise.
DERIVADOS DE AMIDO (RETICULADOS E ESTABILIZAÇÃO) [00145] Amido pode ser quimicamente derivatizado nas posições hidroxila primária e secundária, o que confere propriedades diferentes daquelas encontradas no amido parental. Isso é presumivelmente em virtude de ruptura das ligações de hidrogênio. Dois tipos de derivados são preparados comercialmente, reticulados/inibidos e estabilizados.STARCH DERIVATIVES (crosslinking and stabilization) [00145] Starch can be chemically derivatized in the primary and secondary hydroxyl positions, which gives different properties than those found in parental starch. This is presumably due to the breakdown of hydrogen bonds. Two types of derivatives are commercially prepared, cross-linked / inhibited and stabilized.
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Amidos reticulados, algumas vezes referidos como amidos inibidos, são feitos por meio de reação de grupos hidroxila sobre duas moléculas diferentes dentro de um grânulo, com um agente bifuncional. Reagentes tais como oxicloreto de fósforo ou trimetafosfato de sódio podem ser usados como agentes de reticulação. Quantidades muito pequenas desses agentes podem exercer um efeito acentuado sobre o comportamento do amido cozido.Cross-linked starches, sometimes referred to as inhibited starches, are made by reacting hydroxyl groups on two different molecules within a granule, with a bifunctional agent. Reagents such as phosphorus oxychloride or sodium trimetaphosphate can be used as crosslinking agents. Very small amounts of these agents can have a marked effect on the behavior of cooked starch.
[00146] Amido pode ser estabilizado contra gelificação usando reagentes monofuncionais. Esses reagentes reagem com grupos hidroxila sobre o amido para introduzir grupos substituintes que interferem com os efeitos de ligação de hidrogênio, desse modo, aumentando sua capacidade de combinação com a água ou viscosidade ou conferindo uma carga positiva à molécula de amido. Reagentes usados na estabilização de amido através de ruptura de ligação de hidrogênio incluem óxido de etileno para produzir hidroxietil amido, anidrido acético para produzir acetatos de amido, anidrido succínico para produzir succinatos de amido, ortofosfato monossódico ou tripolifosfato de sódio para produzir fosfatos de amido e óxido de propileno para produzir hidroxipropil amidos. Reagentes que conferem uma carga positiva à molécula de amido incluem aminas terciárias ou quaternárias para produzir amidos catiônicos.[00146] Starch can be stabilized against gelation using monofunctional reagents. These reagents react with hydroxyl groups on the starch to introduce substituent groups that interfere with the hydrogen bonding effects, thereby increasing their ability to combine with water or viscosity or giving a positive charge to the starch molecule. Reagents used in stabilizing starch through hydrogen bond disruption include ethylene oxide to produce hydroxyethyl starch, acetic anhydride to produce starch acetates, succinic anhydride to produce starch succinates, monosodium orthophosphate or sodium tripolyphosphate to produce starch phosphates and propylene oxide to produce hydroxypropyl starches. Reagents that give a positive charge to the starch molecule include tertiary or quaternary amines to produce cationic starches.
AMIDO PRÉ-GELATINIZADO [00147] Suspensões de muitos amidos e derivados de amido podem ser gelatinizadas e secas para proporcionar uma ampla variedade de amidos pré-gelatinizados. Isso é feito sobre um único secador a tambor com rolos aplicadores. A pasta de amido é aquecida para gelatinizar a mesma, instantaneamente seca e triturada ao requisito de granulação desejado. Amido pré-gelatinizado é usado para espessar sobremesas instantâneas, tais como pudins, permitindo que o alimento engrosse com a adição de água fria ou leite. Similarmente, grânulos dePREGELATINIZED STARCH [00147] Suspensions of many starches and starch derivatives can be gelatinized and dried to provide a wide variety of pregelatinized starches. This is done on a single drum dryer with applicator rollers. The starch paste is heated to gelatinize it, instantly dried and ground to the desired granulation requirement. Pre-gelatinized starch is used to thicken instant desserts, such as puddings, allowing the food to thicken with the addition of cold water or milk. Similarly, granules of
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35/204 molho de queijo (tal como em Macaroni e Queijo ou lasanha) ou grânulos de molho de carne a serem espessados com água fervendo sem que o produto forme grumos. Coberturas para pizza comerciais contendo amido modificado irão espessar quando aquecidas no forno, mantendo as mesmas por cima da pizza e, então, se tornam líquidas quando frias.35/204 cheese sauce (as in Macaroni and Cheese or lasagna) or granules of meat sauce to be thickened with boiling water without the product forming lumps. Commercial pizza toppings containing modified starch will thicken when heated in the oven, keeping them on top of the pizza and then become liquid when cold.
AMIDOS BRANQUEADOS [00148] Branqueamento através de oxidação muito leve é realizado usando hipoclorito de sódio, cloreto de sódio, peróxido de hidrogênio, permanganato de potássio, ácido peracético ou perssulfato de amônio com dióxido de enxofre. Interações com as moléculas de amido deve ser muito pequena, uma vez que nenhuma alteração ocorre nas propriedades físicas do amido ou sua solução, exceto quanto à sua cor. Teoricamente, haverá a produção de poucos grupos aldeído ou carboxila. Apenas quantidades residuais de cloreto de sódio, sulfato de sódio ou acetato de sódio permanecem no produto final. O amido branqueado é recuperado em filtros contínuos ou centrífugas usando quantidades copiosas de água para remover quantidades residuais de sais inorgânicos formados a partir do agente de branqueamento, seco e embalado.WHITE STARCHES [00148] Bleaching through very light oxidation is performed using sodium hypochlorite, sodium chloride, hydrogen peroxide, potassium permanganate, peracetic acid or ammonium persulfate with sulfur dioxide. Interactions with the starch molecules must be very small, since no change occurs in the physical properties of the starch or its solution, except for its color. Theoretically, there will be the production of few aldehyde or carboxyl groups. Only residual amounts of sodium chloride, sodium sulfate or sodium acetate remain in the final product. The bleached starch is recovered in continuous filters or centrifuges using copious amounts of water to remove residual amounts of inorganic salts formed from the bleach, dried and packaged.
AÇÚCARES DE BAIXO PESO MOLECULAR [00149] Materiais de biomassa que incluem açúcares de baixo peso molecular podem, por exemplo, incluir pelo menos cerca de 0,5 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular, por exemplo, pelo menos cerca de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12.5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 ou mesmo pelo menos cerca de 95 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular. Em alguns casos, a biomassa é composta substancialmente do açúcar de baixo peso molecular, por exemplo, mais de 95 por cento em peso, tal como 96, 97, 98, 99 ou substancialmente 100 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular.LOW MOLECULAR WEIGHT SUGARS [00149] Biomass materials that include low molecular weight sugars can, for example, include at least about 0.5 weight percent of low molecular weight sugar, for example, at least about 2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12.5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 or even at least about 95 weight percent of low molecular weight sugar. In some cases, the biomass is composed substantially of low molecular weight sugar, for example, more than 95 weight percent, such as 96, 97, 98, 99 or substantially 100 weight percent of low molecular weight sugar.
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36/204 [00150] Materiais de biomassa que incluem açúcares de baixo peso molecular podem ser produtos agrícolas ou produtos alimentícios tais como cana de açúcar ou suco de beterrabas sacarínicas ou um extrato das mesmas, por exemplo, suco de cana de açúcar ou beterrabas sacarínicas. Materiais de biomassa que incluem açúcares de baixo peso molecular podem ser extratos substancialmente puros, tal como açúcar de mesa cristalizado (sacarose) ou bruto. Açúcares de baixo peso molecular incluem derivados de açúcar. Por exemplo, os açúcares de baixo peso molecular podem ser oligoméricos (por exemplo, igual a ou mais 4-mer, 5-mer, 6-mer, 7-mer, 8-mer, 9-mer ou 10-mer), triméricos, diméricos ou monoméricos. Quando os carboidratos são formados de mais de uma única unidade de repetição, cada unidade de repetição pode ser a mesma ou diferente.36/204 [00150] Biomass materials that include low molecular weight sugars can be agricultural products or food products such as sugar cane or sugar beet juice or an extract thereof, for example, sugar cane juice or sugar beet . Biomass materials that include low molecular weight sugars can be substantially pure extracts, such as crystallized (sucrose) or raw table sugar. Low molecular weight sugars include sugar derivatives. For example, low molecular weight sugars can be oligomeric (for example, equal to or more 4-mer, 5-mer, 6-mer, 7-mer, 8-mer, 9-mer or 10-mer), quarterly , dimeric or monomeric. When carbohydrates are formed from more than a single repetition unit, each repetition unit can be the same or different.
[00151] Exemplos específicos de açucares de baixo peso molecular incluem celobiose, lactose, sacarose, glicose e xilose, junto com derivados dos mesmos. Em alguns casos, derivados de açúcar são mais rapidamente dissolvidos em solução ou utilizados por micróbios para proporcionar um material útil, tal como etanol ou butanol. Vários de tais açúcares e derivados de açúcar são mostrados abaixo[00151] Specific examples of low molecular weight sugars include cellobiose, lactose, sucrose, glucose and xylose, along with derivatives thereof. In some cases, sugar derivatives are more quickly dissolved in solution or used by microbes to provide a useful material, such as ethanol or butanol. Several of such sugars and sugar derivatives are shown below
HLl^HLl ^
(Γ-γποποácido de sacarose) ácido 2-ceto-alu cônico(Γ-γποποaccharide sucrose) 2-keto-alu conical acid
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HCKHCK
ETANOL A PARTIR DE AÇÚCARES DE BAIXO PESO MOLECULAR [00152] Mais de metade da produção de etanol no mundo é produzida a partir de açúcar e subprodutos de açúcar, com o Brasil sendo o líder mundial. Atualmente, não há produção comercial de etanol a partir de cana-de-açúcar ou beterrabas sacarínicas nos Estados Unidos, onde 97 por cento do etanol são produzidos a partir de milho.ETHANOL FROM LOW MOLECULAR WEIGHT SUGARS [00152] More than half of the world's ethanol production is produced from sugar and sugar by-products, with Brazil being the world leader. Currently, there is no commercial production of ethanol from sugar cane or sugar beets in the United States, where 97 percent of ethanol is produced from corn.
[00153] Tecnologicamente, o processo de produção de etanol a partir de açúcar é mais simples do que converter milho em etanol. A conversão de milho em etanol requer cozimento adicional (processo de trituração a úmido) e a aplicação de enzimas, enquanto que a conversão de açúcar requer apenas um processo de fermentação com levedo. O requisito de energia para conversão de açúcar em etanol é cerca de metade daquele para o milho. Contudo, os custos com tecnoPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 43/258[00153] Technologically, the process of producing ethanol from sugar is simpler than converting corn into ethanol. Converting corn into ethanol requires additional cooking (wet milling process) and the application of enzymes, while converting sugar requires only a yeast fermentation process. The energy requirement for converting sugar into ethanol is about half that for corn. However, technoPetition costs 870170006381, of 01/30/2017, p. 43/258
38/204 logia e energia direta são um dentre vários fatores que determinam a viabilidade da produção de etanol. Outros fatores incluem custos de produção relativos (incluindo estoques de alimentação), taxas de conversão, proximidade a unidades de instalação, preços alternativos e políticas governamentais, construção de fábricas e custos de processamento. Uma vez que outros países mostraram que pode ser economicamente viável produzir etanol a partir de açúcar e outros novos estoques de alimentação estão sendo pesquisados, o interesse nos Estados Unidos sobre a produção de etanol a partir de açúcar tem aumentado.38/204 Logistics and direct energy are one of several factors that determine the viability of ethanol production. Other factors include relative production costs (including food stocks), conversion rates, proximity to installation units, alternative prices and government policies, construction of factories and processing costs. Since other countries have shown that it may be economically viable to produce ethanol from sugar and other new food stocks are being researched, interest in the United States on the production of ethanol from sugar has increased.
[00154] Em resposta ao interesse crescente sobre o açúcar e etanol, a USDA liberou um estudo em Julho de 2006 intitulado: The Economic Feasibility of Ethanol Production from Sugar in the United States, o qual é incorporado aqui por referência na íntegra. O relatório descobriu que os preços no mercado atual para etanol, conversão de cana-de-açúcar, beterrabas sacarínicas e melaço em etanol seriam previsíveis (veja Tabela 1).[00154] In response to the growing interest in sugar and ethanol, the USDA released a study in July 2006 entitled: The Economic Feasibility of Ethanol Production from Sugar in the United States, which is incorporated here by reference in its entirety. The report found that current market prices for ethanol, conversion of sugarcane, sugar beet and molasses into ethanol would be predictable (see Table 1).
Tabela 1. Preços no mercado atual para etanolTable 1. Current market prices for ethanol
*Por galão **Exclui os custos de transporte* Per gallon ** Excluding shipping costs
BETERRABA SACARÍNICA [00155] Beterrabas sacarínicas são uma safra anual crescida em 11SACARINIC BEET [00155] Sugar beets are an annual crop grown in 11
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39/204 estados através de uma variedade de condições climáticas, do clima quente do Imperial Valley da Califórnia aos climas mais frios de Montana e Dakota do Norte. Subprodutos de beterraba sacarínica incluem polpa de beterraba, a qual pode ser vendida para ração para animais e melaço, o qual também é vendido para ração para animais ou ainda processado para extrair mais açúcar.39/204 states across a variety of climatic conditions, from the warm climate of California's Imperial Valley to the colder climates of Montana and North Dakota. Sugar beet by-products include beet pulp, which can be sold for animal feed and molasses, which is also sold for animal feed or further processed to extract more sugar.
[00156] Unidades de processamento de beterraba sacarínica convertem beterrabas sacarínicas brutas diretamente em açúcar refinado em um processo em 1 etapa. Embora os campos de beterraba sacarínica plantados tenham caído ligeiramente desde a década de 1990, a produção de açúcar atualmente aumentou em virtude de investimentos em novo equipamento de processamento, a adoção de novas tecnologias, variedades aprimoradas de safra e tecnologias intensificadas para a extração de açúcar de melaço. Beterrabas sacarínicas são muito volumosas e relativamente caras de transportar e devem ser processadas muito rapidamente antes que a sacarose deteriore. Portanto, todas as fábricas de processamento de beterraba sacarínica estão localizadas nas áreas de produção.[00156] Sugar beet processing units convert raw sugar beets directly into refined sugar in a 1-step process. Although the sugar beet fields planted have fallen slightly since the 1990s, sugar production has currently increased due to investments in new processing equipment, the adoption of new technologies, improved crop varieties and intensified technologies for sugar extraction of molasses. Sugar beets are very bulky and relatively expensive to transport and must be processed very quickly before sucrose deteriorates. Therefore, all sugar beet processing factories are located in the production areas.
CANA-DE-AÇÚCAR [00158] A cana-de-açúcar é uma safra tropical perene produzida em quatro estados: Flórida, Hawaii, Louisiana e Texas. Subprodutos do processamento de cana-de-açúcar incluem melaço e bagaço, o material fibroso que resta após o açúcar ser prensado da cana-de-açúcar. O bagaço é, frequentemente, queimado como um combustível para ajudar nos moinhos de cana-de-açúcar. A cana-de-açúcar é inicialmente processada em açúcar bruto em moinhos próximo dos campos de cana. Assim como beterrabas, a cana é volumosa e relativamente cara de transportar e deve ser processada tão logo possível a fim de minimizar a deterioração da sacarose. O açúcar bruto é, então, enviado para as refinarias para produzir açúcar refinado.SUGAR CANE [00158] Sugarcane is a perennial tropical crop produced in four states: Florida, Hawaii, Louisiana and Texas. By-products from sugarcane processing include molasses and bagasse, the fibrous material that remains after sugar is pressed from sugarcane. The bagasse is often burned as a fuel to help sugar cane mills. Sugarcane is initially processed into raw sugar in mills close to the cane fields. Like beets, cane is bulky and relatively expensive to transport and must be processed as soon as possible to minimize the deterioration of sucrose. Raw sugar is then sent to refineries to produce refined sugar.
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40/204 [00159] Beterraba sacarínica obteve uma maior cota na produção de açúcar nos Estados Unidos durante a última década, somando agora 58,8 por cento da produção de açúcar da nação, enquanto que a cana-de-açúcar caiu para 41,2 por cento.40/204 [00159] Sugar beet has achieved a greater share of sugar production in the United States over the past decade, now adding 58.8 percent of the nation's sugar production, while sugar cane has dropped to 41, 2 percent.
MELAÇO [00160] O açúcar mais amplamente usado a partir da fermentação de etanol é melaço escuro, o qual contém cerca de 35 - 40% em peso de sacarose, 15 - 20% em peso de açúcares invertidos, tais como glicose e frutose e 28 - 35% em peso de sólidos que não são de açúcar. O melaço escuro (xarope) é coletado como um subproduto da fabricação de cana-de-açúcar. O melaço é diluído para um purê contendo aproximadamente 10 -20 % em peso de açúcar. Após o pH do purê ser ajustado para cerca de 4 - 5 com ácido mineral, ele é inoculado com o levedo e a fermentação é realizada não assepticamente a 20 32°C durante cerca de 1 - 3 dias. A levedura fermentada, a qual contém aproximadamente 6 - 10% em peso de etanol é, então, enviada para recuperação de produto na seção de purificação da fábrica. [00161] A produção de etanol (usando 141 galões por tonelada de fator de conversão de sacarose) foi calculada para cana-de-açúcar, beterrabas sacarínicas e melaços abaixo.Molasses [00160] The most widely used sugar from ethanol fermentation is dark molasses, which contains about 35 - 40% by weight of sucrose, 15 - 20% by weight of inverted sugars, such as glucose and fructose and 28 - 35% by weight of non-sugar solids. Dark molasses (syrup) is collected as a by-product of the manufacture of sugar cane. The molasses is diluted to a puree containing approximately 10-20% by weight of sugar. After the pH of the puree is adjusted to about 4 - 5 with mineral acid, it is inoculated with the yeast and fermentation is carried out non-aseptically at 20 32 ° C for about 1 - 3 days. The fermented yeast, which contains approximately 6 - 10% by weight of ethanol, is then sent for product recovery in the purification section of the factory. [00161] Ethanol production (using 141 gallons per ton of sucrose conversion factor) was calculated for sugar cane, sugar beets and molasses below.
Cana-de-açúcar:Sugar cane:
[00162] Taxa de recuperação de 12,24% de açúcar bruto, mais 41,6 libras de sacarose a partir de melaço de cana [00163] 1 tonelada de cana-de-açúcar = 235,0 libras de sacarose a partir de açúcar bruto e 41,6 libras de sacarose a partir de melaço [00164] = 276,6 libras (0,1383 toneladas) de sacarose [00165] = 19,5 galões de etanol [00166] ou 0,051 toneladas de cana-de-açúcar por galão de etanol produzido[00162] Recovery rate of 12.24% raw sugar, plus 41.6 pounds of sucrose from cane molasses [00163] 1 ton of sugarcane = 235.0 pounds of sucrose from sugar crude and 41.6 pounds of sucrose from molasses [00164] = 276.6 pounds (0.1383 tons) of sucrose [00165] = 19.5 gallons of ethanol [00166] or 0.051 tons of sugar cane per gallon of ethanol produced
Beterrabas Sacarínicas:Sugar beets:
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41/204 [00167] Taxa de recuperação de 15,58% de açúcar refinado, mais 40,0 libras de sacarose a partir de melaço de beterrada [00168] 1 tonelada de beterraba sacarínica = 311,6 libras de sacarose a partir de açúcar refinado e 40,0 libras de sacarose a partir de melaço de beterraba [00169] = 351,6 libras (0,1758 toneladas) de sacarose [00170] = 24,8 galões de etanol [00171] ou 0,040 toneladas de beterraba sacarínica por galão de etanol produzido41/204 [00167] Recovery rate of 15.58% refined sugar, plus 40.0 pounds of sucrose from beet molasses [00168] 1 ton of sugar beet = 311.6 pounds of sucrose from sugar refined and 40.0 pounds of sucrose from beet molasses [00169] = 351.6 pounds (0.1758 tons) of sucrose [00170] = 24.8 gallons of ethanol [00171] or 0.040 tons of sugar beet per gallon of ethanol produced
Melaço:Molasses:
[00172] 49,2% de açúcares totais como sacarose [00173] 1 tonelada de melaço = 984 libras (0,492 toneladas) de sacarose [00174] = 69,4 galões de etanol [00175] ou 28,8 libras de melaço por galão de etanol produzido [00176] ou 2,45 galões de melaço por galão de etanol produzido [00177] (usando uma conversão de 1,0 galões de melaço = 11,74 libras de peso)[00172] 49.2% of total sugars as sucrose [00173] 1 ton of molasses = 984 pounds (0.492 tons) of sucrose [00174] = 69.4 gallons of ethanol [00175] or 28.8 pounds of molasses per gallon of ethanol produced [00176] or 2.45 gallons of molasses per gallon of ethanol produced [00177] (using a conversion of 1.0 gallons of molasses = 11.74 pounds in weight)
Açúcar bruto:Raw sugar:
[00178] 96,0% de açúcares totais como sacarose [00179] 1 tonelada de açúcar bruto = 1920 libras (0,96 toneladas) de sacarose [00180] = 135,4 galões de etanol [00181] ou 14,77 libras de açúcar bruto por galão de etanol produzido[00178] 96.0% of total sugars as sucrose [00179] 1 ton of raw sugar = 1920 pounds (0.96 tons) of sucrose [00180] = 135.4 gallons of ethanol [00181] or 14.77 pounds of raw sugar per gallon of ethanol produced
Açúcar de beterraba refinado:Refined beet sugar:
[00182] 100,0% de açúcares totais como sacarose [00183] 1 tonelada de açúcar refinado = 2000 libras (1,0 tonelada) de sacarose [00184] = 141,0 galões de etanol[00182] 100.0% of total sugars as sucrose [00183] 1 ton of refined sugar = 2000 pounds (1.0 ton) of sucrose [00184] = 141.0 gallons of ethanol
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42/204 [00185] ou 14,18 libras de açúcar refinado por galão de etanol produzido [00186] Os resultados desse estudo têm várias implicações importantes referentes à produção de etanol a partir de safras de açúcar nos Estados Unidos. Primeiro, sob a tenologia de fermentação existente, milho é atualmente o estoque de alimentação mais barato disponível para uso na produção de etanol nos Estados Unidos. Em segundo, dado os preços no mercado de açúcar e etanol atuais e futuros projetados, parece que a produção de açúcar é o uso mais previsível para cana-de-açúcar ou beterrabas sacarínicas. Terceiro, a conversão celulósica de biomassa em oferece o potencial para que uma ampla variedade de estoquees de alimentação sejam usados na produção de etanol.42/204 [00185] or 14,18 pounds of refined sugar per gallon of ethanol produced [00186] The results of this study have several important implications regarding the production of ethanol from sugar crops in the United States. First, under the existing fermentation technology, corn is currently the cheapest feed stock available for use in ethanol production in the United States. Second, given current and projected future sugar and ethanol prices in the market, it appears that sugar production is the most predictable use for sugarcane or sugar beets. Third, cellulosic conversion of biomass into offers the potential for a wide variety of feed stocks to be used in ethanol production.
[00187] Sistemas e processos são descritos aqui, os quais podem utilizar esses açúcares de baixo peso molecular para produzir etanol mais rapidamente e com um custo mais eficaz.[00187] Systems and processes are described here, which can use these low molecular weight sugars to produce ethanol more quickly and more cost effectively.
[00188] Misturas de quaisquer materiais de biomassa descritos aqui podem ser utilizadas para a produção de qualquer um dos produtos descritos aqui, tal como etanol. Por exemplo, misturas de materiais celulósicos e materiais de amido podem ser utilizadas para produção de qualquer produto descrito aqui.[00188] Mixtures of any biomass materials described here can be used for the production of any of the products described here, such as ethanol. For example, mixtures of cellulosic materials and starch materials can be used to produce any product described here.
SISTEMAS PARA TRATAMENTO DE BIOMASSA [00189] A figura1 mostra um sistema 100 para conversão de biomassa, particularmente biomassa com componentes celulósicos e lignocelulósicos e/ou componentes de amido significativos, em produtos e co-produtos úteis. O sistema 100 inclui um sub-sistema de preparo de alimentação 110, um sub-sistema de pré-tratamento 114, um subsistema de processo primário 118 e um sub-sistema de pósprocessamento 122. O sub-sistema de preparo de alimentação 110 recebe biomassa em sua forma bruta, prepara fisicamente a biomassaBIOMASS TREATMENT SYSTEMS [00189] Figure 1 shows a system 100 for converting biomass, particularly biomass with significant cellulosic and lignocellulosic components and / or starch components, into useful products and co-products. System 100 includes a feed preparation subsystem 110, a pretreatment subsystem 114, a primary process subsystem 118 and a postprocessing subsystem 122. Feed preparation subsystem 110 receives biomass in its raw form, it physically prepares the biomass
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43/204 para uso como estoque de alimentação por meio de processos a jusante (por exemplo, reduz o tamanho e homogeneizar a biomassa) e armazena a biomassa em sua forma bruta e como estoque de alimentação.43/204 for use as feed stock through downstream processes (for example, reduce the size and homogenize the biomass) and store the biomass in its raw form and as feed stock.
[00190] Estoque de alimentação de biomassa com componentes celulósicos e/ou lignocelulósicos ou componentes de amido pode ter um alto peso molecular e cristalinidade médios que podem tornar o processamento do estoque de alimentação em produtos úteis (por exemplo, fermentação do estoque de alimentação para produzir etanol) difícil. Por exemplo, outros usaram ácidos, bases e enzimas para processar estoques de alimentação celulósicos, lignocelulósicos ou de amido. Conforme descrito aqui, em algumas modalidades, tais tratamentos são desnecessários ou são necessários apenas em pequenas quantidades ou quantidades catalíticas.[00190] Biomass feed stock with cellulosic and / or lignocellulosic components or starch components may have a high average molecular weight and crystallinity which can make the processing of the feed stock into useful products (eg fermentation of the feed stock for producing ethanol) difficult. For example, others used acids, bases and enzymes to process cellulosic, lignocellulosic or starch food stocks. As described here, in some embodiments, such treatments are unnecessary or are needed only in small amounts or catalytic amounts.
[00191] O sub-sistema de pré-tratamento 114 recebe o estoque de alimentação do sub-sistema de preparo de alimentação 110 e prepara o estoque de alimentação para uso em processos de produção primários através, por exemplo, de redução do peso molecular e cristalinidade médios do estoque de alimentação. O sub-sistema de processo primário 118 recebe o estoque de alimentação pré-tratado do subsistema de pré-tratamento 114 e produz produtos úteis (por exemplo, etanol, outros álcoois, produtos farmacêuticos e/ou produtos alimentícios). Em alguns casos, o produto do sub-sistema de processo primário 118 é diretamente útil mas, em outros casos, requer processamento adicional fornecido pelo sub-sistema pós-processamento 122. O sub-sistema pós-processamento 122 confere processamento adicional às correntes de produto do sistema de processo primário 118 as quais o requer (por exemplo, destilação e desnaturação de etanol), bem como tratamento para correntes residuais dos outros sub-sistemas. Em alguns casos, os co-produtos dos sub-sistemas 114, 118, 122 podem[00191] The pretreatment subsystem 114 receives the feed stock from the feed preparation subsystem 110 and prepares the feed stock for use in primary production processes by, for example, reducing molecular weight and average crystallinity of the feed stock. The primary process subsystem 118 receives the pre-treated feed stock from the pretreatment subsystem 114 and produces useful products (for example, ethanol, other alcohols, pharmaceuticals and / or food products). In some cases, the product of the primary process subsystem 118 is directly useful, but in other cases, it requires additional processing provided by the post-processing subsystem 122. The post-processing subsystem 122 provides additional processing to the streams. product of the primary process system 118 which requires it (for example, ethanol distillation and denaturation), as well as treatment for residual streams from the other sub-systems. In some cases, co-products from subsystems 114, 118, 122 may
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44/204 também ser direta ou indiretamente úteis como produtos secundários e/ou no aumento da eficiência global do sistema 100. Por exemplo, o sub-sistema pós-processamento 122 pode produzir água tratada a ser reciclada para uso como água de processo em outros sub-sistemas e/ou pode produzir um resíduo passível de queima o qual pode ser usado como combustível para caldeiras que produzem vapor e/ou eletricidade.44/204 may also be directly or indirectly useful as by-products and / or in increasing the overall efficiency of system 100. For example, post-processing subsystem 122 can produce treated water to be recycled for use as process water in others sub-systems and / or can produce a burnable residue which can be used as fuel for boilers that produce steam and / or electricity.
[00192] O tamanho ótimo para unidades de conversão de biomassa é afetado por fatores, incluindo a economia de escala e o tipo e a disponibilidade de biomassa usada como estoque de alimentação. Aumento do tamanho da unidade tende a aumentar a economia de escala associada a processos na unidade. Contudo, aumento do tamanho da unidade também tende a aumentar os custos (por exemplo, custos de transporte) por unidade de estoque de alimentação. Estudos que analisaram esses fatores sugerem que o tamanho apropriado para unidades de conversão de biomassa pode oscilar de 1000 a 10.000 ou mais toneladas secas de estoque de alimentação por dia dependendo, pelo menos em parte, do tipo de estoque de alimentação usado. O tipo de estoque de alimentação pode também ter um impacto sobre os requisitos de armazenamento da unidade com unidades projetadas primariamente para processamento de estoque de alimentação, cuja disponibilidade varia periodicamente (por exemplo, palha de milho) que requer mais armazenamento de acetato de etila no ou sobre o local do que unidades projetadas para processar estoque de alimentação cuja disponibilidade é relativamente constante (por exemplo, papel residual).[00192] The optimal size for biomass conversion units is affected by factors, including economies of scale and the type and availability of biomass used as feed stock. Increasing the size of the unit tends to increase the economy of scale associated with processes in the unit. However, increasing the size of the unit also tends to increase costs (for example, transportation costs) per unit of food supply. Studies that analyzed these factors suggest that the appropriate size for biomass conversion units can range from 1000 to 10,000 or more dry tons of feed stock per day depending, at least in part, on the type of feed stock used. The type of feed stock can also have an impact on the unit's storage requirements with units designed primarily for feed stock processing, the availability of which varies periodically (for example, maize straw) which requires more storage of ethyl acetate in the or on the site than units designed to process feed stock whose availability is relatively constant (for example, waste paper).
PREPARO FÍSICO [00193] Em alguns casos, métodos de processamento de começam com um preparo físico do estoque de alimentação, por exemplo, redução de tamanho dos materiais de estoque de alimentação bruto, talPHYSICAL PREPARATION [00193] In some cases, processing methods start with a physical preparation of the feed stock, for example, reducing the size of raw feed stock materials, such as
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45/204 como por meio de corte, trituração, cisalhamento, trituração a esferas, processamento por estreitamento de rolo ou picando. Em alguns casos, o material pode ser reduzido em partículas usando um moinho a martelo, refinador a disco ou aparelho de formação de flocos. Em alguns casos, estoque de alimentação frouxo (por exemplo, papel reciclado, materiais de amido ou switchgrass) é preparado mediante cisalhamento ou picando. Peneiras e/ou imãs podem ser usados para remover objetos super-dimensionados ou indesejáveis tais como, por exemplo, rochas ou pregos da corrente de alimentação.45/204 such as cutting, shredding, shearing, ball shredding, roll narrowing or chipping. In some cases, the material can be reduced to particles using a hammer mill, disc refiner or flake machine. In some cases, loose feed stock (for example, recycled paper, starch materials or switchgrass) is prepared by shearing or shearing. Sieves and / or magnets can be used to remove oversized or unwanted objects such as, for example, rocks or nails from the supply chain.
[00194] Sistemas de preparo de material podem ser configurados para produzir correntes com características específicas tais como, por exemplo, tamanhos específicos máximos, comprimento para largura específico ou proporções específicas de áreas de superfície. Como uma parte do preparo de alimentação, a densidade volumétrica do acetato de etila pode ser controlada (por exemplo, aumentada). REDUÇÃO DE TAMANHO [00195] Em algumas modalidades, o material a ser processado está na forma de um material fibroso que inclui fibras proporcionadas por meio de cisalhamento da fonte de fibra. Por exemplo, o cisalhamento pode ser realizado com um cortador de faca giratória.[00194] Material preparation systems can be configured to produce chains with specific characteristics such as, for example, maximum specific sizes, length for specific width or specific proportions of surface areas. As a part of the feed preparation, the volumetric density of ethyl acetate can be controlled (for example, increased). SIZE REDUCTION [00195] In some embodiments, the material to be processed is in the form of a fibrous material that includes fibers provided by shearing the fiber source. For example, shearing can be performed with a rotary knife cutter.
[00196] Por exemplo e com referência à figura 2, uma fonte de fibra 210 é cisalhada, por exemplo, em um cortador de faca giratória, para proporcionar um primeiro material de biomassa 212. O primeiro material fibroso 212 é passado através de uma primeira peneira 214 tendo um tamanho médio de abertura de 1,59 mm ou menos (1/16 polegadas, 0,0265 polegadas) para proporcionar um segundo material fibroso 216. Se desejado, a fonte de fibra pode ser cortada antes de cisalhamento, por exemplo, com um picador. Por exemplo, quando um papel é usado como a fonte de fibra, o papel pode primeiro ser cortado em tiras que têm, por exemplo, ¼ a ½ polegadas de largura, usando um[00196] For example and with reference to figure 2, a fiber source 210 is sheared, for example, in a rotary knife cutter, to provide a first biomass material 212. The first fibrous material 212 is passed through a first screen 214 having an average opening size of 1.59 mm or less (1/16 inch, 0.0265 inch) to provide a second fibrous material 216. If desired, the fiber source can be cut prior to shearing, for example , with a mincer. For example, when a paper is used as the fiber source, the paper can first be cut into strips that are, for example, ¼ to ½ inches wide, using a
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46/204 picador, por exemplo, um picador de rosca contra-giratória, tal como aquele fabricado pela Munson (Utica, N.Y.). Como uma alternativa ao picar, o papel pode ter o tamanho reduzido cortando para um tamanho desejado usando um cortador de guilhotina. Por exemplo, o cortador de guilhotina pode ser usado para cortar o papel em folhas que têm, por exemplo, 10 polegadas de largura por 12 polegadas de comprimento.46/204 chipper, for example, a counter-rotating thread chipper, such as the one manufactured by Munson (Utica, N.Y.). As an alternative to shredding, the paper can be reduced in size by cutting to a desired size using a guillotine cutter. For example, the guillotine cutter can be used to cut paper into sheets that are, for example, 10 inches wide by 12 inches long.
[00197] Em algumas modalidades, o picar da fonte de fibra e a passagem do primeiro material fibroso resultante através de uma primeira peneira são realizados concorrentemente. O cisalhamento e a passagem também podem ser realizados sequencialmente, por exemplo, em um processo do tipo batelada.[00197] In some modalities, the cutting of the fiber source and the passage of the first resulting fibrous material through a first sieve are carried out concurrently. Shearing and passing can also be carried out sequentially, for example, in a batch-type process.
[00198] Por exemplo, um cortador de faca giratória pode ser usado para cisalhar concorrentemente a fonte de fibra e peneirar o primeiro material fibroso. Fazendo referência à figura 3, um cortador de faca giratória 220 inclui um depósito alimentador 222 que pode ser carregado com uma fonte de fibra picada 224 preparada por meio de cisalhamento da fonte de fibra . A fonte de fibra picada é cisalhada entre lâminas estacionárias 230 e lâminas giratórias 232 para proporcionar um primeiro material fibroso 240, O primeiro material fibroso 240 passa através da peneira 242 e o segundo material fibroso 244 resultante é capturado em um recipiente 250, Para auxiliar na coleta do segundo material fibroso, o recipiente pode ter uma pressão abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos dez por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos 25 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, pelo menos 50 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal ou pelo menos 75 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal. Em algumas modalidades, uma fonte de vácuo 252 é utilizada para manter o recipiente abaixo da pressão atmosférica nominal.[00198] For example, a rotary knife cutter can be used to shear the fiber source concurrently and sieve the first fibrous material. Referring to Figure 3, a rotary knife cutter 220 includes a feeder container 222 that can be loaded with a chopped fiber source 224 prepared by shearing the fiber source. The chopped fiber source is sheared between stationary blades 230 and rotating blades 232 to provide a first fibrous material 240, The first fibrous material 240 passes through sieve 242 and the resulting second fibrous material 244 is captured in a container 250, To assist in the collection of the second fibrous material, the container may have a pressure below the nominal atmospheric pressure, for example, at least ten percent below the nominal atmospheric pressure, for example, at least 25 percent below the nominal atmospheric pressure, at least 50 percent percent below nominal atmospheric pressure or at least 75 percent below nominal atmospheric pressure. In some embodiments, a vacuum source 252 is used to keep the container below the rated atmospheric pressure.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 52/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 52/258
47/204 [00199] Cisalhamento pode ser vantajoso para abertura, tensionamento ou mesmo redução do peso molecular dos materiais fibrosos, tornando a celulose dos materiais mais suscetível à cisão de cadeia e/ou redução de cristalinidade. Os materiais abertos podem também ser mais suscetíveis à oxidação quando irradiados.47/204 [00199] Shearing can be advantageous for opening, tensioning or even reducing the molecular weight of fibrous materials, making the cellulose of the materials more susceptible to chain splitting and / or reduced crystallinity. Open materials can also be more susceptible to oxidation when irradiated.
[00200] A fonte de fibra pode ser cisalhada em um estado seco, um estado hidratado (por exemplo, tendo até dez por cento em peso de água absorvida) ou em um estado úmido, por exemplo, tendo entre cerca de 10 por cento e cerca de 75 por cento em peso de água. A fonte de fibra pode mesmo ser cisalhada enquanto parcial ou completamente submersa sob um líquido, tal como água, etanol ou isopropanol. [00201] A fonte de fibra pode também ser cisalhada em um gás (tal como uma corrente ou atmosfera de outro gás que não ar), por exemplo, oxigênio ou nitrogênio ou vapor.[00200] The fiber source can be sheared in a dry state, a hydrated state (for example, having up to ten percent by weight of absorbed water) or in a wet state, for example, having between about 10 percent and about 75 weight percent water. The fiber source can even be sheared while partially or completely submerged under a liquid, such as water, ethanol or isopropanol. [00201] The fiber source can also be sheared in a gas (such as a current or atmosphere other than air), for example, oxygen or nitrogen or steam.
[00202] Outros métodos de produção dos materiais fibrosos incluem, por exemplo, trituração com pedra, rasgo ou dilaceramento mecânico, trituração a pino, moagem a esferas, processamento por estreitamento de rolo ou moagem por atrito a ar.[00202] Other methods of producing fibrous materials include, for example, stone grinding, mechanical tearing or tearing, pin grinding, ball grinding, roller narrowing or air friction grinding.
[00203] Se desejado, os materiais fibrosos podem ser separados, continuamente ou em lotes, em frações de acordo com seu comprimento, largura, densidade, tipo de material ou alguma combinação desses atributos.[00203] If desired, fibrous materials can be separated, continuously or in batches, in fractions according to their length, width, density, type of material or some combination of these attributes.
[00204] Por exemplo, materiais ferrosos podem ser separados de qualquer um dos materiais fibrosos passando um material fibroso que inclui um material ferroso sobre um imã, por exemplo, um eletroímã e, então, passando o material fibroso resultante através de uma série de peneiras, cada peneira tendo aberturas diferentemente dimensionadas.[00204] For example, ferrous materials can be separated from any of the fibrous materials by passing a fibrous material that includes a ferrous material over a magnet, for example, an electromagnet and then passing the resulting fibrous material through a series of sieves , each sieve having differently sized openings.
[00205] Os materiais fibrosos podem também ser separados, por exemplo, usando um gás em alta velocidade, por exemplo, ar. Em tal[00205] Fibrous materials can also be separated, for example, using a gas at high speed, for example, air. On such
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48/204 abordagem, os materiais fibrosos são separados extraindo diferentes frações as quais podem ser caracterizadas fotonicamente, se desejado. Tal aparelho de separação é discutido, por exemplo, em Lindsey et al., Patente U.S. No. 6.883.667.48/204 approach, the fibrous materials are separated by extracting different fractions which can be characterized photonically, if desired. Such a separation apparatus is discussed, for example, in Lindsey et al., U.S. Patent No. 6,883,667.
[00206] Os materiais fibrosos podem ter um baixo teor de umidade, por exemplo, de menos de cerca de 7,5, 5, 3, 2,5, 2, 1,5, 1 ou 0,5% em peso antes de processamento. Esse material pode ser irradiado com um feixe de partículas, tais como elétrons ou prótons. A irradiação pode ser imediatamente após preparo do material ou após uma etapa de redução de umidade, por exemplo, secagem a aproximadamente 105 °C durante 4-18 horas, de modo que o teor de umidade seja, por exemplo, de menos de cerca de 0,5 % antes de uso.[00206] Fibrous materials may have a low moisture content, for example, less than about 7.5, 5, 3, 2.5, 2, 1.5, 1 or 0.5% by weight before processing. This material can be irradiated with a beam of particles, such as electrons or protons. The irradiation can be immediately after preparation of the material or after a moisture reduction step, for example, drying at approximately 105 ° C for 4-18 hours, so that the moisture content is, for example, less than about 0.5% before use.
[00207] Se desejado, lignina pode ser removida de qualquer um dos materiais fibrosos que incluem lignina. Também, para auxiliar na ruptura dos materiais que incluem a celulose, o material pode ser tratado antes de irradiação com calor, um produto químico (por exemplo, ácido mineral, base ou um oxidante forte, tal como hipoclorito de sódio) e/ou uma enzima.[00207] If desired, lignin can be removed from any of the fibrous materials that include lignin. Also, to aid in the breakdown of materials including cellulose, the material can be treated before irradiation with heat, a chemical (for example, mineral acid, base or a strong oxidizer, such as sodium hypochlorite) and / or a enzyme.
[00208] Em algumas modalidades, o tamanho médio de abertura da primeira peneira é de menos de 0,79 mm (1/32 polegada, 0,03125 polegada), e,g,, menos de 0,51 mm (1/50 polegada, 0,02000 polegada), menos de 0,40 mm (1/64 polegada, 0,015625 polegada), menos de 0,23 mm (0,009 polegada), menos de 0,20 mm (1/128 polegada, 0,0078125 polegada), menos de 0,18 mm (0,007 polegada), menos de 0,13 mm (0,005 polegada) ou mesmo menos de 0,10 mm (1/256 polegada, 0,00390625 polegada). A peneira é preparada entrelaçando monofilamentos tendo um diâmetro apropriado para proporcionar o tamanho de abertura desejado. Por exemplo, os monofilamentos podem ser feitos de um metal, por exemplo, aço inoxidável. À medida que os tamanhos de abertura se tornam menores, as demandas estruturas soPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 54/258[00208] In some embodiments, the average opening size of the first sieve is less than 0.79 mm (1/32 inch, 0.03125 inch), and, g ,, less than 0.51 mm (1/50 inch, 0.02000 inch), less than 0.40 mm (1/64 inch, 0.015625 inch), less than 0.23 mm (0.009 inch), less than 0.20 mm (1/128 inch, 0 , 0078125 inch), less than 0.18 mm (0.007 inch), less than 0.13 mm (0.005 inch) or even less than 0.10 mm (1/256 inch, 0.00390625 inch). The screen is prepared by interlacing monofilaments having an appropriate diameter to provide the desired opening size. For example, monofilaments can be made of a metal, for example, stainless steel. As the opening sizes become smaller, the structural demands on the 870170006381, from 01/30/2017, p. 54/258
49/204 bre os monofilamentos podem ser tornar maiores. Por exemplo, para tamanhos de abertura de menos de 0,40 mm, pode ser vantajoso fazer peneiras a partir de monofilamentos feitos de um outro material que não aço inoxidável, por exemplo, titânio, ligas de titânio, metais amorfos, níquel, tungstênio, ródio, rênio, cerâmica ou vidro. Em algumas modalidades, a peneira é feita de uma placa, por exemplo, uma placa de metal tendo aberturas, por exemplo, cortada em uma placa usando um laser. Em algumas modalidades, a área de abertura da malha é de menos de 52 %, por exemplo, menos de 41%, menos de 36%, menos de 31%, menos de 30%.49/204 bre monofilaments can be made larger. For example, for aperture sizes of less than 0.40 mm, it may be advantageous to make sieves from monofilaments made of a material other than stainless steel, for example, titanium, titanium alloys, amorphous metals, nickel, tungsten, rhodium, rhenium, ceramics or glass. In some embodiments, the sieve is made of a plate, for example, a metal plate having openings, for example, cut into a plate using a laser. In some modalities, the mesh opening area is less than 52%, for example, less than 41%, less than 36%, less than 31%, less than 30%.
[00209] Em algumas modalidades, o segundo material fibroso é cisalhado e passado através da primeira peneira ou uma peneira de uma dimensão diferente. Em algumas modalidades, o segundo material fibroso é passado através de uma segunda peneira tendo um tamanho médio de abertura igual a ou menor do que aquele da primeira peneira.[00209] In some embodiments, the second fibrous material is sheared and passed through the first sieve or a sieve of a different dimension. In some embodiments, the second fibrous material is passed through a second sieve having an average opening size equal to or less than that of the first sieve.
[00210] Fazendo referência à figura 4, um terceiro material fibroso 220 pode ser preparado a partir do segundo material fibroso 216 por meio de cisalhamento do segundo material fibroso 216 e passando o material resultante através de uma segunda peneira 222 tendo um tamanho médio de abertura menor do que a primeira peneira 214. [00211] Em geral, as fibras dos materiais fibrosos podem ter uma proporção média de comprimento para diâmetro relativamente grande (por exemplo, maior do que 20 para 1), mesmo se elas foram cisalhadas mais de uma vez. Além disso, as fibras do materiais fibrosos descritos aqui podem ter uma distribuição de proporção de comprimento para diâmetro e/ou comprimento relativamente limitada.[00210] Referring to figure 4, a third fibrous material 220 can be prepared from the second fibrous material 216 by shearing the second fibrous material 216 and passing the resulting material through a second sieve 222 having an average opening size smaller than the first sieve 214. [00211] In general, fibers from fibrous materials can have a relatively large average length-to-diameter ratio (for example, greater than 20 to 1), even if they have been sheared more than one turn. In addition, the fibers of the fibrous materials described herein may have a relatively limited length-to-diameter ratio and / or length distribution.
[00212] Conforme usado aqui, larguras médias de fibra (isto é, diâmetros) são aquelas determinadas opticamente selecionando, de modo aleatório, aproximadamente 5.000 fibras. Os comprimentos médios[00212] As used here, average fiber widths (ie diameters) are those determined optically by selecting, at random, approximately 5,000 fibers. The average lengths
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50/204 de fibra são comprimentos ponderados corrigidos. As áreas de superfície BET (Brunauer, Emmet e Teller) são áreas de superfície multipontos e as porosidades são aquelas determinadas por meio de porosimetria de mercúrio.50/204 fiber are weighted corrected lengths. The BET surface areas (Brunauer, Emmet and Teller) are multipoint surface areas and the porosities are those determined by means of mercury porosimetry.
[00213] A proporção média de comprimento de para diâmetro do segundo material fibroso 14 pode ser, por exemplo, maior do que 8/1, 10/1, 15/1, 20/1, 25/1 ou mesmo maior do que 50/1, Um comprimento médio do segundo material fibroso 14 pode estar, por exemplo, entre cerca de 0,5 mm e 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e 1,0 mm e uma largura média (isto é, diâmetro) do segundo material fibroso 14 pode estar, por exemplo, entre cerca de 5 mm e 50 mm, por exemplo, entre cerca de 10 mm e 30 mm.[00213] The average length-to-diameter ratio of the second fibrous material 14 can be, for example, greater than 8/1, 10/1, 15/1, 20/1, 25/1 or even greater than 50 / 1, An average length of the second fibrous material 14 can be, for example, between about 0.5 mm and 2.5 mm, for example, between about 0.75 mm and 1.0 mm and an average width ( i.e., diameter) of the second fibrous material 14 can be, for example, between about 5 mm and 50 mm, for example, between about 10 mm and 30 mm.
[00214] Em algumas modalidades, um desvio padrão do comprimento do segundo material fibroso 14 é menos de 60 por cento de um comprimento médio do segundo material fibroso 14, por exemplo, menos de 50 por cento do comprimento médio, menos de 40 por cento do comprimento médio, menos de 25 por cento do comprimento médio, menos de 10 por cento do comprimento médio, menos de 5 por cento do comprimento médio ou mesmo menos de 1 por cento do comprimento médio.[00214] In some embodiments, a standard deviation in the length of the second fibrous material 14 is less than 60 percent of an average length of the second fibrous material 14, for example, less than 50 percent of the average length, less than 40 percent the average length, less than 25 percent of the average length, less than 10 percent of the average length, less than 5 percent of the average length or even less than 1 percent of the average length.
[00215] Em algumas modalidades, uma área de superfície BET do segundo material fibroso é maior do que 0,1 m2/g, por exemplo, maior do que 0,25 m2/g, maior do que 0,5 m2/g, maior do que 1,0 m2/g, maior do que 1,5 m2/g, maior do que 1,75 m2/g, maior do que 5.0 m2/g, maior do que 10 m2/g, maior do que 25 m2/g, maior do que 35 m2/g, maior do que 50m2/g, maior do que 60 m2/g, maior do que 75 m2/g, maior do que 100 m2/g, maior do que 150 m2/g, maior do que 200 m2/g ou ainda maior do que 250 m2/g. Uma porosidade do segundo material fibrosos 14 pode ser, por exemplo, maior do que 20 por cento , maior do que 25 por cento , maior do que 35 por cento , maior do que 50 por cento ,[00215] In some embodiments, a BET surface area of the second fibrous material is greater than 0.1 m 2 / g, for example, greater than 0.25 m 2 / g, greater than 0.5 m 2 / g, greater than 1.0 m 2 / g, greater than 1.5 m 2 / g, greater than 1.75 m 2 / g, greater than 5.0 m 2 / g, greater than 10 m 2 / g, greater than 25 m 2 / g, greater than 35 m 2 / g, greater than 50 m 2 / g, greater than 60 m 2 / g, greater than 75 m 2 / g, greater than than 100 m 2 / g, greater than 150 m 2 / g, greater than 200 m 2 / g or even greater than 250 m 2 / g. A porosity of the second fibrous material 14 can be, for example, greater than 20 percent, greater than 25 percent, greater than 35 percent, greater than 50 percent,
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51/204 maior do que 60 por cento , maior do que 70 por cento , por exemplo, maior do que 80 por cento , maior do que 85 por cento , maior do que 90 por cento , maior do que 92 por cento , maior do que 94 por cento , maior do que 95 por cento , maior do que 97,5 por cento , maior do que 99 por cento ou ainda maior do que 99,5 por cento.51/204 greater than 60 percent, greater than 70 percent, for example, greater than 80 percent, greater than 85 percent, greater than 90 percent, greater than 92 percent, greater than than 94 percent, greater than 95 percent, greater than 97.5 percent, greater than 99 percent or even greater than 99.5 percent.
[00216] Em algumas modalidades, uma proporção média do comprimento para diâmetro do primeiro material fibrosos para a proporção média de comprimento para diâmetro do segundo material fibroso é, por exemplo, menos de 1,5, por exemplo, menos de 1,4, menos de 1,25, menos de 1,1, menos de 1,075, menos de 1,05, menos de 1,025 ou mesmo substancialmente igual a 1.[00216] In some embodiments, an average length-to-diameter ratio of the first fibrous material to an average length-to-diameter ratio of the second fibrous material is, for example, less than 1.5, for example, less than 1.4, less than 1.25, less than 1.1, less than 1.075, less than 1.05, less than 1.025 or even substantially equal to 1.
[00217] Em modalidades particulares, o segundo material fibroso é cisalhado novamente e o material fibroso resultante passado através de uma segunda peneira tendo um tamanho médio de abertura menor do que a primeira peneira para proporcionar um terceiro material fibroso. Em tais casos, uma proporção média do comprimento para diâmetro do segundo material fibroso para a proporção média de comprimento para diâmetro do terceiro material fibroso pode ser por exemplo, menos de 1,5, por exemplo, menos de 1,4, menos de 1,25 ou mesmo menos de 1,1.[00217] In particular embodiments, the second fibrous material is sheared again and the resulting fibrous material passed through a second sieve having an average opening size smaller than the first sieve to provide a third fibrous material. In such cases, an average length to diameter ratio of the second fibrous material to the average length to diameter ratio of the third fibrous material can be, for example, less than 1.5, for example, less than 1.4, less than 1 , 25 or even less than 1.1.
[00218] Em algumas modalidades, o terceiro material fibroso é passado através de uma terceira peneira para produzir um quarto material fibroso. O quarto material fibroso pode ser, por exemplo, passado através de uma quarta peneira para produzir um quinto material. Processos de peneiramento similares podem ser repetidos tantas vezes quanto desejado para produzir o material fibroso desejado tendo as propriedades desejadas.[00218] In some embodiments, the third fibrous material is passed through a third sieve to produce a fourth fibrous material. The fourth fibrous material can, for example, be passed through a fourth sieve to produce a fifth material. Similar screening processes can be repeated as many times as desired to produce the desired fibrous material having the desired properties.
DENSIFICAÇÃO [00219] Materiais densificados podem ser processados ou quaisquer materiais processados podem ser densificados através de qualquerDENSIFICATION [00219] Densified materials can be processed or any processed materials can be densified through any
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52/204 um dos métodos descritos aqui ou qualquer material descrito aqui, por exemplo, qualquer material fibroso descrito aqui, pode ser processado através de qualquer um ou mais dos métodos descritos aqui e, então, densificados, conforme descrito aqui.52/204 one of the methods described here or any material described here, for example, any fibrous material described here, can be processed using any one or more of the methods described here and then densified, as described here.
[00220] Um material, por exemplo, um material fibroso tendo uma baixa densidade volumétrica pode ser densificado em um produto tendo uma maior densidade volumétrica. Por exemplo, uma composição de material tendo uma densidade volumétrica de 0,05 g/cm3 pode ser densificado vedando o material fibroso em uma estrutura relativamente impermeável a gás, por exemplo, um saco feito de polietileno ou um saco feito de camadas alternadas de polietileno e um náilon e, então, evacuando o gás encerrado, por exemplo, ar, da estrutura. Após evacuação do ar da estrutura, o material fibroso pode ter, por exemplo, uma densidade volumétrica maior do que 0,3 g/cm3, por exemplo, 0,5 g/cm3, 0,6 g/cm3, 0,7 g/cm3 ou mais, por exemplo, 0,85 g/ cm3. Após densificação, o produto pode ser processado através de qualquer um dos métodos descritos aqui, por exemplo, irradiado, por exemplo, com radiação gama. Isso pode ser vantajoso quando é desejável transportar o material para outro local, por exemplo, uma fábrica remota, onde a composição de material fibroso pode ser adicionada a uma solução, por exemplo, para produzir etanol. Após perfuração da estrutura substancialmente impermeável a gás, o material fibroso densificado pode reverter para quase a sua densidade volumétrica inicial, por exemplo, para mais de 60 por cento de sua densidade volumétrica inicial, por exemplo, 70 por cento , 80 por cento , 85 por cento ou mais, por exemplo, 95 por cento de sua densidade volumétrica inicial. Para reduzir a eletricidade estática no material fibroso, um agente anti-estática pode ser adicionado ao material.[00220] A material, for example, a fibrous material having a low volumetric density can be densified into a product having a higher volumetric density. For example, a material composition having a volumetric density of 0.05 g / cm 3 can be densified by sealing the fibrous material in a relatively gas-impermeable structure, for example, a bag made of polyethylene or a bag made of alternating layers of polyethylene and a nylon and then evacuating the enclosed gas, for example, air, from the structure. After evacuation of air from the structure, the fibrous material may have, for example, a volumetric density greater than 0.3 g / cm 3 , for example, 0.5 g / cm 3 , 0.6 g / cm 3 , 0 , 7 g / cm 3 or more, for example, 0.85 g / cm 3 . After densification, the product can be processed using any of the methods described here, for example, irradiated, for example, with gamma radiation. This can be advantageous when it is desirable to transport the material to another location, for example, a remote factory, where the fibrous material composition can be added to a solution, for example, to produce ethanol. After drilling the substantially gas-impermeable structure, the densified fibrous material can revert to almost its initial volumetric density, for example, to more than 60 percent of its initial volumetric density, for example, 70 percent, 80 percent, 85 percent or more, for example, 95 percent of its initial volumetric density. To reduce static electricity in the fibrous material, an anti-static agent can be added to the material.
[00221] Em algumas modalidades, a estrutura, por exemplo, um saco, é formada de um material que dissolve em um líquido, tal como[00221] In some embodiments, the structure, for example, a bag, is formed of a material that dissolves in a liquid, such as
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53/204 água. Por exemplo, a estrutura pode ser formada de um álcool polivinílico, de modo que ela dissolve quando em contato com um sistema baseado em água. Tais modalidades permitem que estruturas densificadas sejam adicionadas diretamente à soluções que incluem um micro-organismo, sem primeiro liberar os conteúdos da estrutura, por exemplo, mediante corte.53/204 water. For example, the structure can be formed of a polyvinyl alcohol, so that it dissolves when in contact with a water-based system. Such modalities allow densified structures to be added directly to solutions that include a microorganism, without first releasing the contents of the structure, for example, by cutting.
[00222] Fazendo referência à figura 5, um material de biomassa pode ser combinado com quaisquer aditivos e um aglutinante desejados e, subsequentemente, densificado mediante aplicação de pressão, por exemplo, passando o material através de um estreitamento definido entre rolos de pressão contra-giratórios ou passando o material através de um moinho de pélete. Durante a aplicação de pressão, calor pode ser opcionalmente aplicado para auxiliar na densificação do material fibroso. O material densificado pode, então, ser irradiado.[00222] Referring to figure 5, a biomass material can be combined with any desired additives and binder and subsequently densified by applying pressure, for example, passing the material through a defined narrowing between counter pressure rollers rotating or passing the material through a pellet mill. During the application of pressure, heat can optionally be applied to assist in the densification of the fibrous material. The densified material can then be irradiated.
[00223] Em algumas modalidades, o material, antes de densificação, tem uma densidade volumétrica de menos de 0,25 g/cm3, por exemplo, 0,20 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 ou menos, por exemplo, 0,025 g/cm3. A densidade volumétrica é determinada usando ASTM D1895B. Resumidamente, o método envolve enchimento de um cilindro de medição de volume conhecido com uma amostra e obtenção de um peso da amostra. A densidade volumétrica é calculada dividindo-se o peso da amostra em gramas pelo volume conhecido do cilindro em centímetros cúbicos.[00223] In some embodiments, the material, before densification, has a volumetric density of less than 0.25 g / cm 3 , for example, 0.20 g / cm 3 , 0.15 g / cm 3 , 0, 10 g / cm 3 , 0.05 g / cm 3 or less, for example, 0.025 g / cm 3 . The volumetric density is determined using ASTM D1895B. Briefly, the method involves filling a known volume measuring cylinder with a sample and obtaining a sample weight. The volumetric density is calculated by dividing the sample weight in grams by the known volume of the cylinder in cubic centimeters.
[00224] Os aglutinantes preferidos incluem aglutinantes que são solúveis em água, intumescidos pela água ou que têm uma temperatura de transição do vidro de menos de 25 °C, conforme d eterminado por meio de calorimetria de varredura diferencial. Por aglutinantes solúveis em água entenda-se aglutinantes tendo uma solubilidade de pelo menos cerca de 0,05 por cento em peso em água. Por aglutinantes intumescíveis em água entenda-se aglutinantes que aumentam de volume[00224] Preferred binders include binders that are water-soluble, water-swollen or that have a glass transition temperature of less than 25 ° C, as determined by differential scanning calorimetry. By water-soluble binders is meant binders having a solubility of at least about 0.05 weight percent in water. By water-swellable binders is meant binders that increase in volume
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54/204 em mais de 0,5 por cento quando de exposição à água.54/204 by more than 0.5 percent when exposed to water.
[00225] Em algumas modalidades, os aglutinantes que são solúveis ou intumescidos pela água incluem um grupo funcional que é capaz de formação de uma ligação, por exemplo, uma ligação de hidrogênio, com as fibras do material fibroso, por exemplo, material fibroso celulósico. Por exemplo, o grupo funcional pode ser um grupo ácido carboxílico, um grupo carboxilato, um grupo carbonila, por exemplo, de um aldeído ou uma cetona, um grupo ácido sulfônico, um grupo sulfonato, um grupo ácido fosfórico, um grupo fosfato, um grupo amida, um grupo amina, um grupo hidroxila, por exemplo, de um álcool e combinações desses grupos, por exemplo, um grupo ácido carboxílico e um grupo hidroxila. Exemplos monoméricos específicos incluem glicerina, glioxal, ácido ascórbico, uréia, glicina, pentaeritritol, um monossacarídeo ou um dissacarídeo, ácido cítrico e ácido tartárico. Sacarídeos adequados incluem glicose, sacarose, lactose, ribose, frutose, manose, arabinose e eritrose. Exemplos poliméricos incluem poliglicóis, óxido de polietileno, ácidos policarboxílicos, poliamidas, poliaminas e polisulfonatos de ácidos poli-sulfônicos. Exemplos poliméricos específicos incluem polipropileno glicol (PPG), polietileno glicol (PEG), óxido de polietileno, por exemplo, POLYOX®, copolímeros de óxido de etileno e óxido de propileno, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilamida, polipeptídeo, polietilenimina, polivinilpiridina, (poli)-4-estireno-sulfonato de sódio e ácido (poli) -2-acrilamido-metil-1-propano-sulfônico.[00225] In some embodiments, binders that are soluble or swollen by water include a functional group that is capable of forming a bond, for example, a hydrogen bond, with the fibers of the fibrous material, for example, cellulosic fibrous material . For example, the functional group can be a carboxylic acid group, a carboxylate group, a carbonyl group, for example, from an aldehyde or a ketone, a sulfonic acid group, a sulfonate group, a phosphoric acid group, a phosphate group, a amide group, an amine group, a hydroxyl group, for example, of an alcohol and combinations of these groups, for example, a carboxylic acid group and a hydroxyl group. Specific monomeric examples include glycerin, glyoxal, ascorbic acid, urea, glycine, pentaerythritol, a monosaccharide or a disaccharide, citric acid and tartaric acid. Suitable saccharides include glucose, sucrose, lactose, ribose, fructose, mannose, arabinose and erythrose. Polymeric examples include polyglycols, polyethylene oxide, polycarboxylic acids, polyamides, polyamines and polysulfonates of polysulfonic acids. Specific polymeric examples include polypropylene glycol (PPG), polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide, for example, POLYOX ® , ethylene oxide and propylene oxide copolymers, polyacrylic acid (PAA), polyacrylamide, polypeptide, polyethylpyridine, polyvinyline, polyvinyline sodium (poly) -4-styrene sulfonate and (poly) -2-acrylamido-methyl-1-propane-sulfonic acid.
[00226] Em algumas modalidades, o aglutinante inclui um polímero que tem uma temperatura de transição do vidro de menos de 25 °C. Exemplos de tais polímeros incluem elastômeros termoplásticos (TPEs). Exemplos de TPEs incluem amidas em bloco de poliéter, tais como aquelas disponíveis sob a marca comercial PEBAX®, elastômeros de poliéster, tais como aqueles disponíveis sob a marca comercial HYTREL® e copolímeros em bloco estirênicos, tais como aqueles disPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 60/258[00226] In some embodiments, the binder includes a polymer that has a glass transition temperature of less than 25 ° C. Examples of such polymers include thermoplastic elastomers (TPEs). Examples of TPEs include polyether block amides, such as those available under the trademark PEBAX ® , polyester elastomers, such as those available under the trademark HYTREL ® and styrenic block copolymers, such as those 870170006381, of 30 / 01/2017, p. 60/258
55/204 poníveis sobre a marca comercial KRATON®. Outros polímeros adequados tendo uma temperatura de transição do vidro de menos de 25 °C incluem copolímero de acetato de etileno vinila (EVA), poliolefinas, por exemplo, polietileno, polipropileno, copolímeros de etilenopropileno e copolímeros de etileno e alfa olefinas, por exemplo, 1octeno, tais como aqueles disponíveis sob a marca comercial ENGAGE®. Em algumas modalidades, por exemplo, quando o material é um papel poli-revestido em fibra, o material é densificado sem a adição de um polímero de baixa temperatura de transição do vidro distinto. [00227] Em uma modalidade particular, o aglutinante é um lignina, por exemplo, uma lignina natural ou sinteticamente modificada.55/204 available on the KRATON® trademark. Other suitable polymers having a glass transition temperature of less than 25 ° C include ethylene vinyl acetate (EVA) copolymer, polyolefins, for example, polyethylene, polypropylene, ethylenepropylene copolymers and ethylene and alpha olefin copolymers, for example, 1octene, such as those available under the trademark ENGAGE®. In some embodiments, for example, when the material is a poly-coated paper in fiber, the material is densified without the addition of a low temperature transition polymer from the distinct glass. [00227] In a particular embodiment, the binder is a lignin, for example, a natural or synthetically modified lignin.
[00228] Uma quantidade adequada de aglutinante adicionado ao material, calculada em uma base em peso seco é, por exemplo, de cerca de 0,01 por cento a cerca de 50 por cento , por exemplo, 0,03 por cento , 0,05 por cento , 0,1 por cento , 0,25 por cento , 0,5 por cento , 1,0 por cento , 5 por cento , 10 por cento ou mais, por exemplo, 25 por cento , baseado em um peso do material densificado. O aglutinante pode ser adicionado ao material como um líquido puro, como um líquido tendo o aglutinante dissolvido no mesmo, como um pó seco do aglutinante ou como péletes do aglutinante.[00228] An adequate amount of binder added to the material, calculated on a dry weight basis is, for example, from about 0.01 percent to about 50 percent, for example, 0.03 percent, 0, 05 percent, 0.1 percent, 0.25 percent, 0.5 percent, 1.0 percent, 5 percent, 10 percent or more, for example, 25 percent, based on a weight of densified material. The binder can be added to the material as a pure liquid, as a liquid having the binder dissolved in it, as a dry binder powder or as binder pellets.
[00229] O material fibroso densificado pode ser feito em um moinho de pélete. Fazendo referência à figura 6, um moinho de pélete 300 tem um depósito alimentador 301 para conter um material não-densificado 310 que inclui materiais contendo carboidrato, tal como celulose. O depósito alimentador se comunica com uma broca 312 que é acionada por um motor de velocidade variável 314, de modo que o material não densificado pode ser transportado para um condicionador 320 que agita o material não densificado com pás 322 que são giradas por um motor condicionador 330. Outros ingredientes, por exemplo, qualquer um dos aditivos e/ou enchedores descritos aqui podem ser adicionados na[00229] The densified fibrous material can be made in a pellet mill. Referring to Figure 6, a pellet mill 300 has a feeder container 301 for containing an un densified material 310 that includes carbohydrate containing materials, such as cellulose. The feed hopper communicates with a drill bit 312 that is driven by a variable speed motor 314, so that the non-densified material can be transported to a conditioner 320 that shakes the non-densified material with blades 322 which are rotated by a conditioner motor 330. Other ingredients, for example, any of the additives and / or fillers described here can be added to the
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56/204 entrada 332. Se desejado, calor pode ser adicionado enquanto o material fibroso está no condicionador. Após ser condicionado, o material passa do condicionador através de uma calha de escoamento 340 e para outra broca 342. A calha de escoamento, conforme controlada por um acionador 344, permite a passagem desobstruída do material do condicionador para a broca. A broca é girada pelo motor 346 e controla a alimentação do material fibroso na matriz e conjunto de rolo 350. Especificamente, o material é introduzido em uma matriz cilíndrica oca 352, a qual gira em torno de um eixo horizontal e a qual tem furos de matriz 250 que se estendem radialmente. A matriz 352 é girada em torno do eixo por um motor 360, o qual inclui calibrador de cavaloforça, que indica a energia total consumida pelo motor. O material densificado 350, por exemplo, na forma de péletes, cai da calha 372 e é capturado e processado, tal como através de irradiação.56/204 entry 332. If desired, heat can be added while the fibrous material is in the conditioner. After being conditioned, the material passes from the conditioner through a drain chute 340 and to another drill 342. The drain chute, as controlled by an actuator 344, allows the unobstructed passage of the conditioner material to the drill. The drill is rotated by the motor 346 and controls the feeding of the fibrous material in the matrix and roller set 350. Specifically, the material is introduced in a hollow cylindrical matrix 352, which rotates about a horizontal axis and which has holes of matrix 250 that extend radially. The 352 matrix is rotated around the axis by a 360 engine, which includes a horsepower calibrator, which indicates the total energy consumed by the engine. Densified material 350, for example, in the form of pellets, falls from trough 372 and is captured and processed, such as by irradiation.
[00230] O material, após densificação, pode estar convenientemente na forma de péletes ou lascas tendo uma variedade de formatos. Os péletes podem, então, ser irradiados. Em algumas modalidades, os péletes ou lascas são de formato cilíndrico, por exemplo, tendo uma dimensão transversal máxima, por exemplo, de 1 mm ou mais, por exemplo, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm, 15 mm ou mais, por exemplo, 25 mm. Outros formatos convencionais incluem péletes ou lascas que têm a forma similar a uma lâmina, por exemplo, tendo uma espessura de 1 mm ou mais, por exemplo, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm ou mais, por exemplo, 25 mm; uma largura de, por exemplo, 5 mm ou mais, por exemplo, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm ou mais, por exemplo, 50 mm; e um comprimento de 5 mm ou mais, por exemplo, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm ou mais, por exemplo, 50 mm. [00231] Fazendo referência agora às figura 7A-7D, péletes podem ser feitos de modo que eles tenham um interior oco. Conforme mostrado, o oco pode, em geral, estar in-time com o centro do pélete (figuPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 62/258[00230] The material, after densification, can conveniently be in the form of pellets or chips having a variety of shapes. The pellets can then be irradiated. In some embodiments, the pellets or chips are cylindrical in shape, for example, having a maximum transverse dimension, for example, 1 mm or more, for example, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm, 15 mm or more, for example, 25 mm. Other conventional shapes include pellets or chips that are shaped like a blade, for example, having a thickness of 1 mm or more, for example, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm or more, for example , 25 mm; a width of, for example, 5 mm or more, for example, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm or more, for example, 50 mm; and a length of 5 mm or more, for example, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm or more, for example, 50 mm. [00231] Referring now to figures 7A-7D, pellets can be made so that they have a hollow interior. As shown, the hollow can, in general, be in-time with the center of the pellet (figuPetição 870170006381, of 01/30/2017, page 62/258
57/204 ra 7B) ou fora de linha com o centro do pélete (figura 7C). Tornar o interior do pélete oco pode aumentar a taxa de dissolução em um líquido após a irradiação.57/204 ra 7B) or out of line with the center of the pellet (figure 7C). Hollowing the inside of the pellet can increase the rate of dissolution in a liquid after irradiation.
[00232] Fazendo referência agora à figura 7D, o pélete pode ter, por exemplo, um formato transversal que é multi-lobal, por exemplo, trilobal conforme mostrado ou tetra-lobal, penta-lobal, hexa-lobal ou deca-lobal. Produzir as péletes com tais formatos transversais também pode aumentar a taxa de dissolução em uma solução após irradiação. [00233] Alternativamente, o material densificado pode estar em qualquer outra forma desejada, por exemplo, o material densificado pode estar na forma de uma esteira, rolo ou fardo.[00232] Referring now to figure 7D, the pellet may have, for example, a cross-sectional shape that is multi-lobal, for example, trilobal as shown or tetra-lobal, penta-lobal, hexa-lobal or deca-lobal. Producing pellets with such transversal shapes can also increase the dissolution rate in a solution after irradiation. [00233] Alternatively, the densified material may be in any other desired shape, for example, the densified material may be in the form of a mat, roller or bale.
EXEMPLOS [00234] Em um exemplo, embalagens de suco de meio galão feitas de papelão Kraft branco não impresso tendo uma densidade volumétrica de 20 libras/pé3 podem ser usadas como um estoque de alimentação. As embalagens podem ser dobradas e, então, alimentadas a um picador para produzir um material similar a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegadas, um comprimento de entre 0,25 polegadas e 1 polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação (cerca de 0,075 polegadas). O material similar a confete pode ser alimentado a um cortador de faca giratória, o qual corta os pedaços similares a confete, dilacerando os pedaços e liberando o material fibroso.EXAMPLES [00234] In one example, half-gallon juice packs made of unprinted white Kraft cardboard having a volumetric density of 20 pounds / foot 3 can be used as a feed stock. The packages can be folded and then fed to a chipper to produce a confetti-like material having a width of between 0.1 inch and 0.5 inch, a length of between 0.25 inch and 1 inch and an equivalent thickness that of the starting material (about 0.075 inches). The confetti-like material can be fed to a rotary knife cutter, which cuts the confetti-like pieces, tearing the pieces apart and releasing the fibrous material.
[00235] Em alguns casos, múltiplas bandejas de picador - cisalhador podem ser dispostas em série na linha de produção. Em uma modalidade, duas bandejas de picador - cisalhador podem ser dispostas em série com a linha de produção a partir do primeiro cisalhador alimentado como entrada ao segundo picador. Em outra modalidade, três bandejas de picador - cisalhador podem ser dispostas em série com a linha de produção a partir do primeiro cisalhador alimentado como enPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 63/258[00235] In some cases, multiple chipper - shear trays can be arranged in series on the production line. In one embodiment, two shredder - shear trays can be arranged in series with the production line from the first shear fed as input to the second shredder. In another modality, three chipper - shear trays can be arranged in series with the production line from the first shear fed as enPetição 870170006381, from 01/30/2017, p. 63/258
58/204 trada ao segundo picador e a produção do segundo cisalhador alimentado como entrada ao terceiro picador. É previsto que múltiplos passes através das bandejas de picador - cisalhador diminuem o tamanho de partícula e aumentem a área de superfície global dentro da corrente de alimentação.58/204 brought to the second chipper and the production of the second shear fed as input to the third chipper. Multiple passes through the chopper - shear trays are expected to decrease particle size and increase the overall surface area within the feed stream.
[00236] Em outro exemplo, o material fibroso produzido a partir do picar e cisalhar embalagens de suco pode ser tratado para aumentar sua densidade volumétrica. Em alguns casos, o material fibroso pode ser pulverizado com água ou uma solução de estoque diluída de POLYOX® WSR N10 (óxido de polietileno) preparada em água. O material fibroso úmido pode, então, ser processado através de um moinho de pélete operando em temperatura ambiente. O moinho de pélete pode aumentar a densidade volumétrica da corrente de alimentação. PRÉ-TRATAMENTO [00237] O estoque de alimentação fisicamente preparado pode ser pré-tratado para uso em processos de produção primários, por exemplo, mediante redução do peso molecular médio e cristalinidade do estoque de alimentação e/ou aumento da área de superfície e/ou porosidade do estoque de alimentação. Em algumas modalidades, o material celulósico e/ou lignocelulósico inclui uma primeira celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio e o carboidrato resultante inclui uma segunda celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. Por exemplo, o segundo peso molecular numérico médio é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio em mais de cerca de vinte e cinco por cento, por exemplo, uma redução de 2x, 3x, 5x, 7x, 10x, 25x, mesmo de 100x.[00236] In another example, the fibrous material produced from the crushing and shearing juice packaging can be treated to increase its volumetric density. In some cases, the fibrous material can be sprayed with water or a diluted stock solution of POLYOX® WSR N10 (polyethylene oxide) prepared in water. The wet fibrous material can then be processed using a pellet mill operating at room temperature. The pellet mill can increase the volumetric density of the feed stream. PRE-TREATMENT [00237] The physically prepared feed stock can be pre-treated for use in primary production processes, for example, by reducing the average molecular weight and crystallinity of the feed stock and / or increasing the surface area and / or porosity of the feed stock. In some embodiments, the cellulosic and / or lignocellulosic material includes a first cellulose having a first number average molecular weight and the resulting carbohydrate includes a second cellulose having a second number average molecular weight less than the first number average molecular weight. For example, the second average numerical molecular weight is less than the first average numerical molecular weight by more than about twenty-five percent, for example, a reduction of 2x, 3x, 5x, 7x, 10x, 25x, even by 100x.
[00238] Em algumas modalidades, a primeira celulose tem uma primeira cristalinidade e a segunda celulose tem uma segunda cristalinidade menor do que a primeira cristalinidade, tal como menor do que[00238] In some embodiments, the first cellulose has a first crystallinity and the second cellulose has a second crystallinity less than the first crystallinity, such as less than
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 64/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 64/258
59/204 cerca de dois, três, cinco, dez, quinze ou vinte e cinco por cento menor.59/204 about two, three, five, ten, fifteen or twenty-five percent less.
[00239] Em algumas modalidades, a primeira celulose tem um primeiro nível de oxidação e a segunda celulose tem um segundo nível de oxidação maior do que o primeiro nível de oxidação, tal como dois, três, quatro, cinco, dez ou mesmo vinte e cinco por cento maior.[00239] In some embodiments, the first cellulose has a first level of oxidation and the second cellulose has a second level of oxidation greater than the first level of oxidation, such as two, three, four, five, ten or even twenty-two five percent higher.
[00240] Processos de pré-tratamento podem incluir um ou mais de irradiação, ultrassom, oxidação, pirólise e explosão de vapor. Os vários sistemas e métodos de pré-tratamento podem ser usados em combinações de duas, três ou mesmo quatro dessas tecnologias. COMBINAÇÕES PRÉ-TRATAMENTO [00241] Em algumas modalidades, a biomassa pode ser processada aplicando dois ou mais de qualquer um dos processos descritos aqui, tais como dois, três, quatro ou mais de radiação, ultrassom (ou qualquer outra técnica de ruptura descrita aqui, por exemplo, tratamento com um aparelho de ruptura de rotor-estator), oxidação, pirólise e explosão de vapor, com ou sem preparo prévio, intermediário ou subsequente do estoque de alimentação, conforme descrito aqui. Os processos podem ser aplicados à biomassa em qualquer ordem ou concorrentemente. Por exemplo, um carboidrato pode ser preparado mediante aplicação de radiação, ultrassom, oxidação, pirólise e opcionalmente explosão de vapor a um material celulósico e/ou lignocelulósico (em qualquer ordem ou concorrentemente). O material contendo carboidrato proporcionado pode, então, ser convertido por um ou mais micro-organismos, tais como bactérias, levedos ou misturas de levedos e bactérias, a uma série de produtos desejáveis, conforme descrito aqui. Múltiplos processos podem proporcionar materiais que podem ser mais prontamente utilizados por uma variedade de microorganismos em virtude de seu menor peso molecular, menor cristalinidade e/ou solubilidade intensificada. Múltiplos processos podem proPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 65/258[00240] Pre-treatment processes may include one or more of irradiation, ultrasound, oxidation, pyrolysis and vapor explosion. The various pre-treatment systems and methods can be used in combinations of two, three or even four of these technologies. PRE-TREATMENT COMBINATIONS [00241] In some embodiments, biomass can be processed by applying two or more of any of the processes described here, such as two, three, four or more radiation, ultrasound (or any other rupture technique described here , for example, treatment with a rotor-stator rupture device), oxidation, pyrolysis and steam explosion, with or without prior, intermediate or subsequent preparation of the feed stock, as described here. The processes can be applied to biomass in any order or concurrently. For example, a carbohydrate can be prepared by applying radiation, ultrasound, oxidation, pyrolysis and optionally steam explosion to a cellulosic and / or lignocellulosic material (in any order or concurrently). The carbohydrate-containing material provided can then be converted by one or more microorganisms, such as bacteria, yeast or mixtures of yeast and bacteria, to a series of desirable products, as described herein. Multiple processes can provide materials that can be more readily used by a variety of microorganisms because of their lower molecular weight, less crystallinity and / or enhanced solubility. Multiple lawsuits can be provided 870170006381, from 01/30/2017, p. 65/258
60/204 porcionar sinergias e podem reduzir o consumo de energia global requerido em comparado a qualquer processo isoladamente.60/204 provide synergies and can reduce the overall energy consumption required compared to any single process.
[00242] Por exemplo, em algumas modalidades, são proporcionados estoques de alimentação que incluem um carboidrato que é produzido através de um processo que inclui irradiação e ultrassom, irradiação e oxidação, irradiação e pirólise ou irradiação e explosão de vapor (em qualquer ordem ou concorrentemente) de um material celulósico e/ou lignocelulósico. O estoque de alimentação proporcionado pode, então, ser contatado com um micro-organismo tendo a capacidade de converter pelo menos uma parte, por exemplo, pelo menos cerca de 1 por cento em peso, do estoque de alimentação em produto, tal como o material combustível.[00242] For example, in some modalities, food stocks are provided that include a carbohydrate that is produced through a process that includes irradiation and ultrasound, irradiation and oxidation, irradiation and pyrolysis or irradiation and explosion of steam (in any order or concurrently) of cellulosic and / or lignocellulosic material. The feed stock provided can then be contacted with a microorganism having the ability to convert at least a part, for example, at least about 1 weight percent, of the feed stock into product, such as the material fuel.
CONDIÇÕES PRÉ-TRATAMENTO [00243] Em algumas modalidades, o processo não inclui hidrólise do material celulósico e/ou lignocelulósico, tal como com um ácido, por exemplo, um ácido mineral, tal como ácido clorídrico ou sulfúrico, uma enzima ou uma base. Se desejado, um pouco ou nada do estoque de alimentação pode incluir um material hidrolisado. Por exemplo, em algumas modalidades, pelo menos cerca de setenta por cento em peso do estoque de alimentação são um material não hidrolisado, por exemplo, pelo menos 95 por cento em peso do estoque de alimentação são um material não hidrolisado. Em algumas modalidades, substancialmente todo o estoque de alimentação é um material não hidrolisado. Por exemplo, tratamento com um álcali pode ser evitado.PRE-TREATMENT CONDITIONS [00243] In some embodiments, the process does not include hydrolysis of cellulosic and / or lignocellulosic material, such as with an acid, for example, a mineral acid, such as hydrochloric or sulfuric acid, an enzyme or a base. If desired, some or none of the feed stock can include a hydrolyzed material. For example, in some embodiments, at least about seventy percent by weight of the feed stock is non-hydrolyzed material, for example, at least 95 percent by weight of the feed stock is non-hydrolyzed material. In some embodiments, substantially the entire feed stock is a non-hydrolyzed material. For example, treatment with an alkali can be avoided.
[00244] Qualquer estoque de alimentação ou qualquer reator ou fermentador carregado com um estoque de alimentação pode incluir um tampão, tal como bicarbonato de sódio, cloreto de amônio ou Tris; um eletrólito, tal como cloreto de potássio, cloreto de sódio ou cloreto de cálcio; um fator de crescimento, tal como biotina e/ou um par de base, tal como uracila ou um equivalente da mesma; um tensoativo, tal[00244] Any feed stock or any reactor or fermenter loaded with a feed stock may include a buffer, such as sodium bicarbonate, ammonium chloride or Tris; an electrolyte, such as potassium chloride, sodium chloride or calcium chloride; a growth factor, such as biotin and / or a base pair, such as uracil or an equivalent thereof; a surfactant, such
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 66/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 66/258
61/204 como Tween® ou polietileno glicol; um mineral, tal como, cálcio, cromo, cobre, iodo, ferro, selênio ou zinco; ou um agente de quelação, tal como etileno diamina, ácido etileno diamina tetra-acético (EDTA) (ou sua forma de sal, por exemplo, EDTA de sódio ou potássio) ou dimercaprol.61/204 as Tween® or polyethylene glycol; a mineral, such as calcium, chromium, copper, iodine, iron, selenium or zinc; or a chelating agent, such as ethylene diamine, ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) (or its salt form, for example, sodium or potassium EDTA) or dimercaprol.
[00245] Quando irradiação é utilizada, ela pode ser aplicada à qualquer amostra que está seca ou úmida ou mesmo dispersa em um líquido, tal como água. Por exemplo, irradiação pode ser realizada sobre o material celulósico ou lignocelulósico no qual menos de cerca de 25 por cento em peso do material celulósico e/ou lignocelulósico tem superfícies umedecidas com um liquido, tal como água. Em algumas modalidades, irradiação é realizada sobre um material celulósico e/ou lignocelulósico no qual substancialmente nada do material celulósico e/ou lignocelulósico é umedecido com um líquido, tal como água. [00246] Em algumas modalidades, qualquer processamento descrito aqui ocorre com o material celulósico e/ou lignocelulósico restante seco conforme adquirido ou após o material ter sido seco, por exemplo, usando calor e/ou pressão reduzida. Por exemplo, em algumas modalidades, o material celulósico e/ou lignocelulósico tem menos de cerca de cindo por cento em peso de água restante, medida a 25 °C e uma umidade relativa de cinquenta por cento.[00245] When irradiation is used, it can be applied to any sample that is dry or wet or even dispersed in a liquid, such as water. For example, irradiation can be carried out on cellulosic or lignocellulosic material in which less than about 25 weight percent of the cellulosic and / or lignocellulosic material has surfaces moistened with a liquid, such as water. In some embodiments, irradiation is carried out on a cellulosic and / or lignocellulosic material in which substantially none of the cellulosic and / or lignocellulosic material is moistened with a liquid, such as water. [00246] In some embodiments, any processing described here occurs with the remaining cellulosic and / or lignocellulosic material dried as purchased or after the material has been dried, for example, using heat and / or reduced pressure. For example, in some embodiments, cellulosic and / or lignocellulosic material has less than about five percent by weight of water remaining, measured at 25 ° C and a relative humidity of fifty percent.
[00247] O estoque de alimentação pode ser tratado de modo que ele tenha um baixo teor de umidade, por exemplo, menos de cerca de 7,5, 5, 3, 2,5, 2, 1,5, 1 ou 0,5% em peso. Esse material pode ser irradiado com um feixe de partículas, tais como elétrons ou prótons. A irradiação pode ser imediatamente após preparo do material ou após uma etapa de redução de umidade, por exemplo, secagem a aproximadamente 105 °C durante 4-18 horas.[00247] The feed stock can be treated so that it has a low moisture content, for example, less than about 7.5, 5, 3, 2.5, 2, 1.5, 1 or 0, 5% by weight. This material can be irradiated with a beam of particles, such as electrons or protons. The irradiation can be immediately after preparing the material or after a moisture reduction step, for example, drying at approximately 105 ° C for 4-18 hours.
[00248] Se desejado, um agente de intumescimento, conforme definido aqui, pode ser utilizado em qualquer processo descrito aqui. Em[00248] If desired, a swelling agent, as defined here, can be used in any process described here. In
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 67/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 67/258
62/204 algumas modalidades, quando um material celulósico e/ou lignocelulósico é processado usando radiação, menos de cerca de 25 por cento em peso do material celulósico e/ou lignocelulósico está em um estado intumescido, o estado intumescido sendo caracterizado como tendo um volume de mais de cerca de 2,5 por cento maior do que um estado não intumescido, por exemplo, mais de 5,0, 7,5, 10 ou 15 por cento em peso maior do que o estado não intumescido. Em modalidades especificas, quando radiação é utilizada, o material celulósico e/ou lignocelulósico inclui um agente de intumescimento e o material celulósico e/ou lignocelulósico intumescido recebe uma dose de radiação de menos de cerca de 10 Mrad. Em outras modalidades, quando radiação é utilizada sobre um material celulósico e/ou lignocelulósico, substancialmente nada do material celulósico e/ou lignocelulósico está em um estado intumescido.Some modalities, when a cellulosic and / or lignocellulosic material is processed using radiation, less than about 25 weight percent of the cellulosic and / or lignocellulosic material is in a swollen state, the swollen state being characterized as having a volume more than about 2.5 percent greater than a non-swollen state, for example, more than 5.0, 7.5, 10 or 15 weight percent greater than the non-swollen state. In specific embodiments, when radiation is used, the cellulosic and / or lignocellulosic material includes a swelling agent and the swollen cellulosic and / or lignocellulosic material receives a radiation dose of less than about 10 Mrad. In other embodiments, when radiation is used on a cellulosic and / or lignocellulosic material, substantially none of the cellulosic and / or lignocellulosic material is in a swollen state.
[00249] Em algumas modalidades, nenhum produto químico, por exemplo, nenhum agente de umedecimento, é adicionado à biomassa antes de irradiação. Por exemplo, em algumas dessas modalidades, nenhuma substância alcalina (tal como hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de lítio e hidróxidos de amônio), agentes de acidificação (tais como ácidos minerais (por exemplo, ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácido fosfórico)), sais, tais como cloreto de zinco, carbonato de cálcio, carbonato de sódio, sulfato de benziltrimetilamônio ou aminas orgânicas básicas, tal como etileno diamina, são adicionados antes de irradiação ou outro processamento. Em alguns casos, nenhuma água extra é adicionada. Por exemplo, a biomassa, antes de processamento, pode ter menos de 0,5 por cento em peso de produtos químicos adicionados, por exemplo, menos de 0,4, 0,25, 0,15 ou 0,1 por cento em peso de produtos químicos adicionados. Em alguns casos, a biomassa tem não mais do que uma quantidade residual, por exemplo, menos de 0,05 por cento em peso, de produtos químicos[00249] In some modalities, no chemical product, for example, no wetting agent, is added to the biomass before irradiation. For example, in some of these embodiments, no alkaline substance (such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and ammonium hydroxides), acidifying agents (such as mineral acids (for example, sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric)), salts such as zinc chloride, calcium carbonate, sodium carbonate, benzyltrimethylammonium sulfate or basic organic amines, such as ethylene diamine, are added before irradiation or other processing. In some cases, no extra water is added. For example, biomass, before processing, can have less than 0.5 weight percent of chemicals added, for example, less than 0.4, 0.25, 0.15 or 0.1 weight percent of added chemicals. In some cases, biomass has no more than a residual amount, for example, less than 0.05 weight percent, of chemicals
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 68/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 68/258
63/204 adicionados, antes de irradiação. Em outros casos, a biomassa, antes de irradiação, não tem substancialmente produtos químicos ou agentes de umedecimento adicionados. Evitar o uso de tais produtos químicos também pode ser utilizado por todo o processamento, por exemplo, em todos os momentos antes de fermentação ou sempre. [00250] Quando radiação é utilizada em qualquer processo, ela pode ser aplicada enquanto o material celulósico e/ou lignocelulósico é exposto ao ar, ar enriquecido de oxigênio ou mesmo oxigênio em si ou receber uma corrente de um gás inerte, tal como nitrogênio, argônio ou hélio. Quando oxidação máxima é desejada, um ambiente de oxidação é utilizado, tal como ar ou oxigênio. A distância da fonte de radiação pode também ser otimizada para maximizar a formação de gás reativo, por exemplo, ozônio e/ou óxidos de nitrogênio.63/204 added, before irradiation. In other cases, biomass, before irradiation, has substantially no chemicals or wetting agents added. Avoiding the use of such chemicals can also be used throughout the processing, for example, at all times before fermentation or always. [00250] When radiation is used in any process, it can be applied while the cellulosic and / or lignocellulosic material is exposed to air, oxygen-enriched air or even oxygen itself or receive a stream of an inert gas, such as nitrogen, argon or helium. When maximum oxidation is desired, an oxidation environment is used, such as air or oxygen. The distance from the radiation source can also be optimized to maximize the formation of reactive gas, for example, ozone and / or nitrogen oxides.
[00251] Quando radiação é utilizada, ela pode ser aplicada à biomassa, tal como um material celulósico e/ou lignocelulósico, sob uma pressão de mais de cerca de 2,5 atmosferas, tal como mais de 5, 10, 15, 20 ou mesmo mais de cerca de 50 atmosferas.[00251] When radiation is used, it can be applied to biomass, such as a cellulosic and / or lignocellulosic material, under a pressure of more than about 2.5 atmospheres, such as more than 5, 10, 15, 20 or even more than about 50 atmospheres.
[00252] Quando o processo inclui radiação, a irradiação pode ser realizada utilizando uma radiação ionizante, tal como raios gama, raios X, radiação ultravioleta energética, tal como radiação C ultravioleta tendo um comprimento de onda de cerca de 100 nm a cerca de 280 nm, um feixe de partículas, tal como um feixe de elétrons, nêutrons lentos ou alfa partículas. Em algumas modalidades, irradiação inclui duas ou mais fontes de irradiação, tais como raios gama e um feixe de elétrons, o qual pode ser aplicado em qualquer ordem ou concorrentemente.[00252] When the process includes radiation, irradiation can be carried out using ionizing radiation, such as gamma rays, X-rays, energetic ultraviolet radiation, such as ultraviolet C radiation having a wavelength of about 100 nm to about 280 nm, a beam of particles, such as a beam of electrons, slow neutrons or alpha particles. In some embodiments, irradiation includes two or more sources of irradiation, such as gamma rays and an electron beam, which can be applied in any order or concurrently.
[00253] Qualquer técnica de processamento descrita aqui pode ser usada em uma pressão acima ou abaixo da pressão atmosférica normal. Por exemplo, qualquer processo que utiliza radiação, ultrassom, oxidação, pirólise, explosão de vapor ou combinações de qualquer um[00253] Any processing technique described here can be used at a pressure above or below normal atmospheric pressure. For example, any process that uses radiation, ultrasound, oxidation, pyrolysis, vapor explosion or combinations of any
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64/204 desses processos para proporcionar materiais que incluem um carboidrato podem ser realizados sob alta pressão, a qual pode aumentar taxas de reação. Por exemplo, qualquer processo ou combinação de processos pode ser realizada em uma pressão maior do que cerca da pressão atmosférica normal, por exemplo, em uma pressão de mais de cerca de 25 MPa, por exemplo, maior do que 50 MPa, 75 MPa, 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa, 250 MPa, 350 MPa, 500 MPa, 750 MPa, 1,000 MPa ou maior do que 1.500 MPa.64/204 of these processes to provide materials that include a carbohydrate can be performed under high pressure, which can increase reaction rates. For example, any process or combination of processes can be performed at a pressure greater than about normal atmospheric pressure, for example, at a pressure of more than about 25 MPa, for example, greater than 50 MPa, 75 MPa, 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa, 250 MPa, 350 MPa, 500 MPa, 750 MPa, 1,000 MPa or greater than 1,500 MPa.
TRATAMENTO DE RADIAÇÃO [00254] Uma ou mais sequências de processamento de irradiação podem ser usadas pra processar um estoque de alimentação bruto de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substancias úteis do estoque de alimentação e proporcionar material orgânico parcialmente degradado, o qual funciona como uma entrada para outras etapas de processamento e/ou sequências. Irradiação pode reduzir o peso molecular e/ou cristalinidade do estoque de alimentação. Em algumas modalidades, a energia depositada em um material que libera um elétron de seu orbital atômico é usada para irradiar os materiais. A radiação pode ser proporcionada por 1 ) partículas pesadamente carregadas, tais como partículas alfa ou prótons, 2) elétrons produzidos, por exemplo, em aceleradores de feixe de elétrons ou beta declínio ou 3) radiação eletromagnética, por exemplo, raios gama, raios x ou raios ultra-violeta. Em uma abordagem, radiação produzida por substancias radioativas pode ser usada para irradiar o estoque de alimentação. Em algumas modalidades, qualquer combinação em qualquer ordem ou concorrentemente (1) a (3) pode ser utilizada. Em outra abordagem, radiação eletromagnética (por exemplo, produzida usando emissores de feixe de elétrons) pode ser usada para irradiar o estoque de alimentação. Por exemplo, alta dose de radiação pode romper ligações químicas dentro dos componentes do estoque de alimentação e baixasRADIATION TREATMENT [00254] One or more irradiation processing sequences can be used to process a raw feed stock from a wide variety of different sources to extract useful substances from the feed stock and provide partially degraded organic material, which functions as an entry for other processing steps and / or sequences. Irradiation can reduce the molecular weight and / or crystallinity of the feed stock. In some embodiments, the energy deposited in a material that releases an electron from its atomic orbital is used to irradiate the materials. Radiation can be provided by 1) heavily charged particles, such as alpha particles or protons, 2) electrons produced, for example, in electron beam accelerators or beta decline or 3) electromagnetic radiation, for example, gamma rays, x-rays or ultraviolet rays. In one approach, radiation produced by radioactive substances can be used to irradiate the food supply. In some modalities, any combination in any order or concurrently (1) to (3) can be used. In another approach, electromagnetic radiation (for example, produced using electron beam emitters) can be used to irradiate the supply of food. For example, high radiation dose can break chemical bonds within the components of the feed stock and low
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 70/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 70/258
65/204 doses de radiação podem aumentar a ligação química (por exemplo, reticulação) dentro dos componentes do estoque de alimentação. Em alguns casos, quando cisão de cadeia é desejável e/ou funcionalização de cadeia polimérica é desejável, partículas mais pesadas do que elétrons, tais como prótons, núcleos de hélio, íons de argônio, íons de silício, íons de néon, íons de carbono, íons de fósforo, íons de oxigênio ou íons de nitrogênio podem ser utilizados. Quando cisão de cadeia por abertura de anel é desejada, partículas positivamente carregadas podem ser utilizadas por suas propriedades de ácido de Lewis para cisão de cadeia por abertura de anel intensificada. Por exemplo, quando grupos funcionais contendo oxigênio são desejados, irradiação na presença de oxigênio ou mesmo irradiação com íons de oxigênio pode ser realizada. Por exemplo, quando grupos funcionais contendo nitrogênio são desejáveis, irradiação na presença de nitrogênio ou mesmo irradiação com íons de nitrogênio pode ser realizada.65/204 doses of radiation can increase the chemical bond (eg, crosslinking) within the components of the feed stock. In some cases, when chain splitting is desirable and / or polymeric chain functionalization is desirable, particles heavier than electrons, such as protons, helium nuclei, argon ions, silicon ions, neon ions, carbon ions , phosphorus ions, oxygen ions or nitrogen ions can be used. When ring splitting is desired, positively charged particles can be used for their Lewis acid properties for enhanced ring splitting. For example, when functional groups containing oxygen are desired, irradiation in the presence of oxygen or even irradiation with oxygen ions can be performed. For example, when functional groups containing nitrogen are desirable, irradiation in the presence of nitrogen or even irradiation with nitrogen ions can be performed.
[00255] Fazendo referência à figura 8, em um método, um primeiro material 2 que é ou inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) é irradiado, por exemplo, mediante tratamento com radiação ionizante (por exemplo, na forma de radiação gama, radiação por raios x, luz ultra-violeta (UV) de 100 nm a 280 nm, um feixe de elétrons ou outras partículas carregadas para proporcionar um segundo material 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. O segundo material (ou os primeiro e segundo materiais) pode ser combinado com um micro-organismo (por exemplo, uma bactéria ou um levedo) que pode utilizar o segundo e/ou o primeiro material para produzir um produto, por exemplo, um combustível 5 que é ou inclui hidrogênio, um álcool (por exemplo, etanol ou butano, tal como n-, sec- ou terc-butanol), um ácido orgânico, um hidrocarboneto ou misturas de qualquer um desses.[00255] Referring to figure 8, in a method, a first material 2 that is or includes cellulose having a first numerical average molecular weight ( T MN1) is irradiated, for example, by treatment with ionizing radiation (for example, in the form gamma radiation, x-ray radiation, ultra-violet (UV) light from 100 nm to 280 nm, an electron beam or other charged particles to provide a second material 3 that includes cellulose having a second average numerical molecular weight ( T MN2 ) less than the first average numerical molecular weight The second material (or the first and second materials) can be combined with a microorganism (for example, a bacterium or yeast) that can use the second and / or the first material to produce a product, for example, a fuel 5 that is or includes hydrogen, an alcohol (for example, ethanol or butane, such as n-, sec- or tert-butanol), an organic acid, a hydrocarbon or mixtures of any of these.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 71/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 71/258
66/204 [00256] Uma vez que o segundo material 3 tem celulose tendo um peso molecular com relação ao primeiro material e, em alguns casos, uma cristalinidade reduzida também, o segundo material é, em geral, mais dispersível, intumescível e/ou solúvel em uma solução contendo um micro-organismo. Essas propriedades tornam o segundo material 3 mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou biológico com relação ao primeiro material 2, o que pode aprimorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. Radiação também pode esterilizar os materiais. [00257] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio (MN2) é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio (tMN1) em mais de cerca de 10 por cento , por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento , 60 por cento ou ainda mais do que cerca de 75 por cento.66/204 [00256] Since the second material 3 has cellulose having a molecular weight with respect to the first material and, in some cases, reduced crystallinity, the second material is, in general, more dispersible, swelling and / or soluble in a solution containing a microorganism. These properties make the second material 3 more susceptible to chemical, enzymatic and / or biological attack in relation to the first material 2, which can greatly improve the production rate and / or production level of a desired product, for example, ethanol. Radiation can also sterilize materials. [00257] In some embodiments, the second average numerical molecular weight (MN2) is less than the first average numerical molecular weight ( t M N1 ) by more than about 10 percent, for example, 15, 20, 25, 30 , 35, 40, 50 percent, 60 percent or even more than about 75 percent.
[00258] Em alguns casos, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40 ou mesmo mais de cerca de 50 por cento.[00258] In some cases, the second material has cellulose that has a crystallinity ( T C2) that is less than the crystallinity ( T C1) of the cellulose of the first material. For example, ( T C2) can be less than ( T C1) by more than about 10 percent, for example, 15, 20, 25, 30, 35, 40 or even more than about 50 percent.
[00259] Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade inicial (antes de irradiação) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento e o índice de cristalinidade após irradiação é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após irradiação extensiva, é possível ter um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material após irradiação é substancialmente amorfo.[00259] In some embodiments, the initial crystallinity index (before irradiation) is about 40 to about 87.5 percent, for example, about 50 to about 75 percent or about 60 to about 70 percent and the crystallinity index after irradiation is about 10 to about 50 percent, for example, about 15 to about 45 percent or about 20 to about 40 percent. However, in some modalities, for example, after extensive irradiation, it is possible to have a crystallinity index of less than 5 percent. In some embodiments, the material after irradiation is substantially amorphous.
[00260] Em algumas modalidades, o peso molecular numérico méPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 72/258[00260] In some modalities, the numerical molecular weight average 870170006381, of 01/30/2017, p. 72/258
67/204 dio inicial (antes de irradiação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio após irradiação é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Contudo, em algumas modalidades, após irradiação extensivo, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de cerca de 5.000. [00261] Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível de oxidação (TO2) que é maior do que o nível de oxidação (TO1) do primeiro material. Um maior nível de oxidação do material pode auxiliar em sua dispersibilidade, capacidade de intumescimento e/ou solubilidade, intensificando adicionalmente a suscetibilidade do material a ataque químico, enzimático ou biológico. Em algumas modalidades, para aumentar o nível da oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, a irradiação é realizada sob um ambiente de oxidação, por exemplo, sob uma corrente de ar ou oxigênio, produzindo um segundo material que é mais oxidado do que o primeiro material. Por exemplo, esse segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, os quais podem aumentar sua hidrofilicidade.67/204 initial dio (before irradiation) is about 200,000 to about 3,200,000, for example, from about 250,000 to about 1,000,000 or from about 250,000 to about 700,000 and the average numerical molecular weight after irradiation it is about 50,000 to about 200,000, for example, about 60,000 to about 150,000 or about 70,000 to about 125,000. However, in some embodiments, after extensive irradiation, it is possible to have an average numerical molecular weight of less than about 10,000 or even less than about 5,000. [00261] In some embodiments, the second material may have an oxidation level ( T O2) that is higher than the oxidation level ( T O1) of the first material. A higher level of oxidation of the material can aid in its dispersibility, swelling capacity and / or solubility, further intensifying the material's susceptibility to chemical, enzymatic or biological attack. In some embodiments, to increase the level of oxidation of the second material with respect to the first material, irradiation is carried out under an oxidation environment, for example, under a current of air or oxygen, producing a second material that is more oxidized than the first material. For example, this second material can have more hydroxyl groups, aldehyde groups, ketone groups, ester groups or carboxylic acid groups, which can increase its hydrophilicity.
Radiação lonizante [00262] Cada forma de radiação ioniza a biomassa via interações particulares, conforme determinado pela energia da radiação. Partículas pesadamente carregadas ionizam primariamente a matéria via dispersão de Coulomb; além disso, essas interações produzem elétrons energéticos que podem ainda ionizar a matéria. Partículas alfa são idênticas ao núcleo de um átomo de hélio e são produzidas pelo alfa declínio de diversos núcleos radioativos, tais como isótopos de bismuto, polônio, astatina, radônio, frâncio, radio, diversos actinídeos, taisLonizing radiation [00262] Each form of radiation ionizes biomass via particular interactions, as determined by the radiation energy. Heavily charged particles primarily ionize matter via Coulomb dispersion; in addition, these interactions produce energetic electrons that can further ionize matter. Alpha particles are identical to the nucleus of a helium atom and are produced by the alpha decline of several radioactive nuclei, such as isotopes of bismuth, polonium, astatin, radon, francium, radio, various actinides, such
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 73/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 73/258
68/204 como actínio, tório, urânio, netúnio, cúrio, califórnio, amerício e plutônio.68/204 such as actinium, thorium, uranium, neptunium, curium, californium, americium and plutonium.
[00263] Quando partículas são utilizadas, elas podem ser neutras (não carregadas), positivamente carregadas ou negativamente carregadas. Quando carregadas, as partículas carregadas podem trazer uma única carga positiva ou negativa ou múltiplas cargas, por exemplo, uma, duas, três ou mesmo quatro ou mais cargas. Em casos nos quais cisão de cadeia é desejada, partículas positivamente carregadas podem ser desejáveis, em parte, em virtude de sua natureza ácida. Quando partículas são utilizadas, as partículas podem ter a massa de um elétron em repouso ou maior, por exemplo, 500, 1000, 1500 ou 2000 ou mesmo mais vezes a massa de um elétron em repouso. Por exemplo, as partículas podem ter uma massa de cerca de 1 unidade atômica a cerca de 150 unidades atômicas, por exemplo, de cerca de 1 unidade atômica a cerca de 50 unidades atômicas ou de cerca de 1 a cerca de 25, por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 ou 15 amu. Aceleração usada para acelerar as partículas pode ser DC eletrostática, DC eletrodinâmica, RF linear, onda linear ou contínua de indução magnética. Por exemplo, aceleradores do tipo cyclotron estão disponíveis da IBA, Bélgica, tal como o sistema Rhodotron®, enquanto que aceleradores do tipo DC estão disponíveis da RDI, agora IBA Industrial, tal como o Dynamitron®. Íons e aceleradores de íons são discutidos em Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, uma cópia do qual está em anexo como Apêndice B, Chu, William T., Overview of Lightlon Beam Therapy, Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 de Março 2006, uma cópia do qual está em anexo como Apêndice C, Iwata, Y. et al.., Alternating-Phase-Focusad IH-DTL for Heavy-Ion Medical Aceleradores, Proceedings of EPAC 2006, Edimburgo, Escócia, uma cópia do qual está em anexo como Apêndice D e Leitner, C.M. et al.,[00263] When particles are used, they can be neutral (not charged), positively charged or negatively charged. When charged, the charged particles can carry a single positive or negative charge or multiple charges, for example, one, two, three or even four or more charges. In cases where chain splitting is desired, positively charged particles may be desirable, in part, because of their acidic nature. When particles are used, the particles can have the mass of an electron at rest or greater, for example, 500, 1000, 1500 or 2000 or even more times the mass of an electron at rest. For example, particles can have a mass of about 1 atomic unit to about 150 atomic units, for example, from about 1 atomic unit to about 50 atomic units or from about 1 to about 25, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 or 15 amu. Acceleration used to accelerate particles can be electrostatic DC, electrodynamic DC, linear RF, linear or continuous magnetic induction wave. For example, cyclotron-type accelerators are available from IBA, Belgium, as is the Rhodotron® system, while DC-type accelerators are available from RDI, now IBA Industrial, such as Dynamitron®. Ions and ion accelerators are discussed in Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, a copy of which is attached as Appendix B, Chu, William T., Overview of Lightlon Beam Therapy, Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 March 2006, a copy of which is attached as Appendix C, Iwata, Y. et al. ., Alternating-Phase-Focusad IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelerators, Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Scotland, a copy of which is attached as Appendix D and Leitner, CM et al.,
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 74/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 74/258
69/20469/204
Status of the Superconducting ECR lon Fonte Venus, Proceedings of EPAC 2000, Viena, Áustria, uma cópia do qual é anexa aqui como Apêndice E.Status of the Superconducting ECR lon Fonte Venus, Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria, a copy of which is attached here as Appendix E.
[00264] Elétrons interagem via dispersão de Coulomb e radiação e Bermsstrahlung produzida por alterações na velocidade dos elétrons. Elétrons podem ser produzidos por núcleos radioativos que sofrem beta declínio, tais como isótopos de iodo, césio, tecnécio e irídio. Alternativamente, uma pistola de elétrons pode ser usada como uma fonte de elétrons via emissão termiônica.[00264] Electrons interact via Coulomb dispersion and radiation and Bermsstrahlung produced by changes in electron speed. Electrons can be produced by radioactive nuclei that undergo beta decline, such as isotopes of iodine, cesium, technetium and iridium. Alternatively, an electron gun can be used as an electron source via thermionic emission.
[00265] Radiação eletromagnética interage via três processos: absorção fotoelétrica, dispersão de Compton e produção de pares. A interação dominante é determinada pela energia da radiação incidente e o número atômico do material. A soma das interações que contribuem para a radiação absorvida em material celulósico pode ser expressa pelo coeficiente de absorção de massa.[00265] Electromagnetic radiation interacts via three processes: photoelectric absorption, Compton dispersion and pair production. The dominant interaction is determined by the incident radiation energy and the atomic number of the material. The sum of the interactions that contribute to the radiation absorbed in cellulosic material can be expressed by the mass absorption coefficient.
[00266] Radiação eletromagnética é sub-classificada como raios gama, raios x, raios ultravioleta, raios infravermelho, microondas ou ondas de rádio, dependendo de seu comprimento.[00266] Electromagnetic radiation is sub-classified as gamma rays, x-rays, ultraviolet rays, infrared rays, microwaves or radio waves, depending on their length.
[00267] Por exemplo, radiação gama pode ser empregada para irradiar os materiais. Fazendo referencia às figura 9 e 10 (uma vista ampliada da região R), um irradiador gama 10 inclui fontes de radiação gama 408, por exemplo, péletes de 60Co, uma mesa de trabalho 14 para conter os materiais a serem irradiados e armazenamento 16, por exemplo, feito de uma pluralidade de placas de ferro, todas as quais são alojadas em uma câmara de contenção de concreto (abóbada) 20 que inclui uma entrada em labirinto 22 por trás de uma porta revestida de chumbo 26. O armazenamento 16 inclui uma pluralidade de canais 30, por exemplo, dezesseis ou mais canais, que permitem que as fontes de radiação gama passem através do armazenamento sobre seu trajeto proximal à mesa de trabalho.[00267] For example, gamma radiation can be used to irradiate materials. Referring to figures 9 and 10 (an enlarged view of the R region), a gamma irradiator 10 includes sources of gamma radiation 408, for example, 60 Co pellets, a work table 14 to contain the materials to be irradiated and storage 16 , for example, made of a plurality of iron plates, all of which are housed in a concrete containment chamber (vault) 20 that includes a maze entrance 22 behind a lead-lined door 26. Storage 16 includes a plurality of channels 30, for example, sixteen or more channels, which allow sources of gamma radiation to pass through storage on their proximal path to the work table.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 75/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 75/258
70/204 [00268] Em operação, a amostra a ser irradiada é colocada sobre uma mesa de trabalho. O irradiador é configurado para distribuir a taxa de dose desejada e um equipamento de monitoramento é conectado a um bloco experimental 31. O operador, então, deixa a câmara de contenção, passando através da entrada em labirinto e através da porta revestida de chumbo. O operador manipula um painel de controle 32, instruindo um computador 33 a levantar as fontes de radiação 12 para a posição de trabalho usando um cilindro 36 preso a uma bomba hidráulica 40.70/204 [00268] In operation, the sample to be irradiated is placed on a work table. The radiator is configured to distribute the desired dose rate and monitoring equipment is connected to an experimental block 31. The operator then leaves the containment chamber, passing through the labyrinth entrance and through the lead-lined door. The operator manipulates a control panel 32, instructing a computer 33 to raise the radiation sources 12 to the working position using a cylinder 36 attached to a hydraulic pump 40.
[00269] Radiação gama tem a vantagem de uma profundidade de penetração significativa em uma variedade de materiais na amostra. Fontes de raios gama incluem núcleos radioativos, tais como isótopos de cobalto, cálcio, tecnécio, cromo, gálio, índio, iodo, ferro, criptônio, samário, selênio, sódio, talho e xenônio.[00269] Gamma radiation has the advantage of a significant penetration depth in a variety of materials in the sample. Gamma ray sources include radioactive nuclei, such as isotopes of cobalt, calcium, technetium, chromium, gallium, indium, iodine, iron, krypton, samarium, selenium, sodium, butchery and xenon.
[00270] Fontes de raios x incluem colisão de feixe de elétrons com alvos metálicos, tais como tungstênio ou molibdênio ou ligas ou fontes de luz compactas, tais como aquelas produzidas comercialmente pela Lyncean. Fontes para radiação ultravioleta incluem lâmpadas de deutério ou cádmio. Fontes para radiação infravermelha incluem lâmpadas de safira, zinco ou cerâmica com elementos de selenídeo. Fontes para microondas incluem fontes RF do tipo Slevin, Klystrons ou fontes de feixe de átomo que empregam gases hidrogênio, oxigênio ou nitrogênio.[00270] X-ray sources include electron beam collision with metal targets, such as tungsten or molybdenum or compact alloys or light sources, such as those commercially produced by Lyncean. Sources for ultraviolet radiation include deuterium or cadmium lamps. Sources for infrared radiation include sapphire, zinc or ceramic lamps with selenide elements. Microwave sources include RF sources such as Slevin, Klystrons, or atom beam sources that employ hydrogen, oxygen, or nitrogen gases.
[00271] Vários outros dispositivos de irradiação podem ser usados nos métodos descritos aqui, incluindo fontes de ionização em campo, separadores de íons eletrostáticos, geradores de ionização em campo, fontes de emissão termiônica, fontes de íons de descarga de microondas, aceleradores de recirculação ou estáticos, aceleradores lineares dinâmicos, aceleradores de van de Graaff e aceleradores aleatórios duplos. Tais dispositivos são descritos, por exemplo, no Pedido ProviPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 76/258[00271] Various other irradiation devices can be used in the methods described here, including field ionization sources, electrostatic ion separators, field ionization generators, thermionic emission sources, microwave discharge ion sources, recirculation accelerators or static, dynamic linear accelerators, van de Graaff accelerators and double random accelerators. Such devices are described, for example, in Provisional Application 870170006381, of 01/30/2017, p. 76/258
71/204 sório U.S. No. de Série 61/073.665, a descrição completa do qual é incorporada aqui por referência.71/204 U.S. Serial No. 61 / 073,665, the complete description of which is incorporated herein by reference.
Feixe de Elétrons [00272] Em algumas modalidades, um feixe de elétrons é usado como a fonte de radiação. Um feixe de elétrons tem a vantagem de altas taxas de dose (por exemplo, 1, 5 ou ainda 10 Mrad por segundo), alto rendimento, menos contenção e menos equipamento de confinamento. Os feixes de elétrons também podem ter até 80 por cento de eficiência elétrica, permitindo um baixo consumo de energia, que pode se traduzir em um baixo custo de operação e de baixas emissões de gases com efeito de estufa correspondente à pequena quantidade de energia utilizada. Elétrons também podem ser mais eficientes ao causar cisão de cadeia.Electron Beam [00272] In some embodiments, an electron beam is used as the radiation source. An electron beam has the advantage of high dose rates (for example, 1, 5 or even 10 Mrad per second), high throughput, less containment and less containment equipment. Electron beams can also have up to 80 percent electrical efficiency, allowing for low energy consumption, which can translate into low operating costs and low greenhouse gas emissions corresponding to the small amount of energy used. Electrons can also be more efficient in causing chain fission.
[00273] Além disso, elétrons tendo energias de 4-10 MeV podem ter uma profundidade de penetração de 5 a 30 mm ou mais, tal como 40 mm. Em materiais de baixa densidade a granel, como muitos dos materiais descritos neste documento, por exemplo, materiais com uma densidade de menos de cerca de 0,5 g/cm3, elétrons com energia na faixa de 40-10 MeV pode penetrar 4-8 polegadas ou mais.[00273] In addition, electrons having energies of 4-10 MeV can have a penetration depth of 5 to 30 mm or more, such as 40 mm. In low density bulk materials, like many of the materials described in this document, for example, materials with a density of less than about 0.5 g / cm3, electrons with energy in the range of 40-10 MeV can penetrate 4-8 inches or more.
[00274] Feixes de elétrons podem ser gerados, por exemplo, através de geradores eletrostáticos, geradores em cascata, geradores transformadores, aceleradores de baixa energia com um sistema de varredura, aceleradores de baixa energia com um catodo linear, aceleradores lineares e aceleradores pulsados. Elétrons como uma fonte de radiação ionizante podem ser úteis, por exemplo, para pilhas relativamente finas de materiais, por exemplo, de menos de 0,5 polegadas, por exemplo, menos de 0,4 polegadas, 0,3 polegadas, 0,2 polegadas ou menos de 0,1 polegada. Em algumas modalidades, a energia de cada elétron do feixe de elétrons é de cerca de 0,3 MeV a cerca de 2,0 MeV (milhões de volts de elétrons), por exemplo, de cerca de 0,5 MeV[00274] Electron beams can be generated, for example, through electrostatic generators, cascade generators, transforming generators, low-energy accelerators with a scanning system, low-energy accelerators with a linear cathode, linear accelerators and pulsed accelerators. Electrons as a source of ionizing radiation can be useful, for example, for relatively thin stacks of materials, for example, less than 0.5 inches, for example, less than 0.4 inches, 0.3 inches, 0.2 inches or less than 0.1 inch. In some embodiments, the energy of each electron in the electron beam is about 0.3 MeV to about 2.0 MeV (millions of electron volts), for example, about 0.5 MeV
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72/204 a cerca de 1,5 MeV ou de cerca de 0,7 MeV a cerca de 1,25 MeV. [00275] A figura 11 mostra uma fluxograma de processo 3000 que inclui várias etapas em uma sequência de pré-tratamento de estoque de alimentação por irradiação a feixe de elétrons. Na primeira etapa 310, um suprimento de estoque de alimentação seco é recebido de uma fonte de alimentação. Conforme discutido acima, o estoque de alimentação seco da fonte de alimentação pode ser pré-processado antes de distribuição aos dispositivos de irradiação de feixe de elétrons. Por exemplo, se o estoque de alimentação é derivado de fontes vegetais, determinadas partes do material vegetal podem ser removidas antes de coleta do material vegetal e/ou antes que o material vegetal seja distribuído pelo dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Alternativamente ou além disso, conforme expresso na etapa opcional 3020, o estoque de alimentação de biomassa pode ser submetido a processamento mecânico (por exemplo, para reduzir o comprimento médio das fibras no estoque de alimentação) antes de distribuição aos dispositivos de irradiação de feixe de elétrons.72/204 at about 1.5 MeV or from 0.7 MeV to about 1.25 MeV. [00275] Figure 11 shows a 3000 process flow chart that includes several steps in a pre-treatment sequence feed stock by electron beam irradiation. In the first step 310, a supply of dry feed stock is received from a power source. As discussed above, the dry feed stock of the power supply can be pre-processed before distribution to electron beam irradiation devices. For example, if the feed stock is derived from plant sources, certain parts of the plant material can be removed before the plant material is collected and / or before the plant material is distributed by the feed stock transport device. Alternatively or in addition, as expressed in optional step 3020, the biomass feed stock can be subjected to mechanical processing (for example, to reduce the average fiber length in the feed stock) prior to distribution to the beam irradiation devices electrons.
[00276] Na etapa 3030, o estoque de alimentação seco é transferido para um dispositivo de transporte de estoque de alimentação (por exemplo, uma correia transportadora) e é distribuído sobre a largura seccional transversal do dispositivo de transporte de estoque de alimentação de modo aproximadamente uniforme em volume. Isso pode ser obtido, por exemplo, manualmente ou introduzindo um movimento de vibração localizado em algum ponto no dispositivo de transporte de estoque de alimentação antes do processamento de irradiação de feixe de elétrons.[00276] In step 3030, the dry feed stock is transferred to a feed stock transport device (for example, a conveyor belt) and is distributed over the cross sectional width of the feed stock transport device approximately uniform in volume. This can be achieved, for example, manually or by introducing a vibration movement located somewhere in the feed stock transport device before processing electron beam irradiation.
[00277] Na etapa 3030, o estoque de alimentação seco é transferido para um dispositivo de transporte de estoque de alimentação (por exemplo, uma correia transportadora) e é distribuído sobre a largura seccional transversal do dispositivo de transporte de estoque de aliPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 78/258[00277] In step 3030, the dry feed stock is transferred to a feed stock transport device (for example, a conveyor belt) and is distributed over the cross sectional width of the stock feed devicePetition 870170006381, from 01/30/2017, p. 78/258
73/204 mentação de modo aproximadamente uniforme em volume. Isso pode ser realizado, por exemplo, manualmente ou mediante indução de um movimento de vibração localizado em algum ponto no dispositivo de transporte de estoque de alimentação antes do processamento por irradiação de feixe de elétrons.73/204 approximately uniformly in volume. This can be done, for example, manually or by inducing a vibration movement located at some point in the feed stock transport device before processing by electron beam irradiation.
[00278] Em algumas modalidades, um sistema de mistura introduz um agente químico 3045 no estoque de alimentação em uma etapa de processo opcional 3040 que produz uma pasta. Combinação de água com o estoque de alimentação processado na etapa de mistura 3040 cria uma pasta de estoque de alimentação aquosa que pode ser transportada, por exemplo, por meio de uma tubulação ao invés de usar, por exemplo, uma correia transportadora.[00278] In some embodiments, a mixing system introduces a 3045 chemical agent into the feed stock in an optional 3040 process step that produces a paste. Combining water with the feed stock processed in mixing step 3040 creates an aqueous feed stock slurry that can be transported, for example, through a pipeline instead of using, for example, a conveyor belt.
[00279] A próxima etapa 3050 é um loop que abrange exposição do estoque de alimentação (na forma seca ou em pasta) à radiação de feixe de elétrons via um ou mais (digamos, N) dispositivos de irradiação de feixe de elétrons. A pasta de estoque de alimentação é movida através de cada um dos N chuveiros de feixes de elétrons na etapa[00279] The next step 3050 is a loop that covers exposure of the feed stock (in dry or paste form) to electron beam radiation via one or more (say, N) electron beam irradiation devices. The feed stock folder is moved through each of the N electron beam showers in the step
3052. O movimento pode ser em uma velocidade contínua através de e entre os chuveiros ou pode haver uma pausa através de cada chuveiro, seguido por um movimento súbito para o próximo chuveiro. Uma pequena parte da pasta de estoque de alimentação é exposta a cada chuveiro durante algum tempo de exposição predeterminado na etapa3052. The movement can be at a continuous speed through and between the showers or there can be a pause through each shower, followed by a sudden movement to the next shower. A small part of the feed stock paste is exposed to each shower for some predetermined exposure time in the step
3053.3053.
[00280] Dispositivos de irradiação de feixe de elétrons podem ser fornecidos comercialmente pela Ion Beam Applications, Louvain-laNeuve, Bélgica ou a Titan Corporation, San Diego, CA. Energias de elétrons típicas podem ser de 1 MeV, 2 MeV, 4,5 MeV, 7,5 MeV ou 10 MeV. A energia típica do dispositivo de irradiação de feixe de elétrons pode ser 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 100 kW, 250 kW ou 500 kW. A eficácia de despolimerização da pasta de estoque de alimentaPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 79/258[00280] Electron beam irradiation devices can be commercially supplied by Ion Beam Applications, Louvain-laNeuve, Belgium or Titan Corporation, San Diego, CA. Typical electron energies can be 1 MeV, 2 MeV, 4.5 MeV, 7.5 MeV or 10 MeV. The typical energy of the electron beam irradiation device can be 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW , 50 kW, 100 kW, 250 kW or 500 kW. The efficacy of depolymerization of the food stock paste Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 79/258
74/204 ção depende da energia de elétrons usada e da dose aplicada, enquanto que o tempo de exposição depende da energia e dose. Doses típicas podem ter valores de 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy ou 200 kGy.74/204 tion depends on the electron energy used and the dose applied, while the exposure time depends on the energy and dose. Typical doses can have values of 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy or 200 kGy.
[00281] Impasses a considerar sobre as especificações de energia do dispositivo de irradiação de feixe de elétrons incluem custo de operação, custos financeiros, depreciação e perfil do dispositivo. Impasses a considerar sobre os níveis de dose de exposição à irradiação de feixe de elétrons seriam os custos de energia e preocupações com o ambiente, segurança e saúde (ESH). Tipicamente, geradores são alojados em uma abóbada, por exemplo, de chumbo ou concreto revestido de chumbo. Impasses a considerar sobre as energias de elétrons incluem custos de energia; aqui, uma menor energia de elétrons pode ser vantajosa ao encorajar a despolimerização de determinadas pastas de estoque de alimentação (veja, por exemplo, Bouchard et al., Cellulose (2006) 13: 601-610).[00281] Impasses to consider regarding the energy specifications of the electron beam irradiation device include operating cost, financial costs, depreciation and device profile. Impasses to consider regarding dose levels of exposure to electron beam irradiation would be energy costs and concerns for the environment, safety and health (ESH). Typically, generators are housed in a vault, for example, of lead or lead-coated concrete. Impasses to consider about electron energies include energy costs; here, lower electron energy can be advantageous in encouraging depolymerization of certain food stock pastes (see, for example, Bouchard et al., Cellulose (2006) 13: 601-610).
[00282] Pode ser vantajoso proporcionar um passe duplo de irradiação de feixe de elétrons de forma a conferir um processo de despolimerização mais eficaz. Por exemplo, o dispositivo de transporte de estoque de alimentação poderia dirigir o estoque de alimentação (na forma seca ou em pasta) para baixo e em uma direção inversa à sua direção de transporte inicial. Sistemas de passe duplo podem permitir que pastas de estoque de alimentação mais espessas sejam processadas e podem conferir uma despolimerização mais uniforme através da espessura da pasta de estoque de alimentação.[00282] It may be advantageous to provide a double pass of electron beam irradiation in order to confer a more efficient depolymerization process. For example, the feed stock transport device could direct the feed stock (in dry or paste form) down and in a reverse direction to its initial transport direction. Double-pass systems can allow thicker stock feed slots to be processed and can provide more uniform depolymerization through the thickness of the feed stock slurry.
[00283] O dispositivo de irradiação de feixe de elétrons pode produzir um feixe fixo ou um feixe de varredura. Um feixe de varredura pode ser vantajoso com um grande comprimento de varredura e altas velocidades de varredura, uma vez que isso substitui eficazmente uma grande largura de feixe fixo. Ainda, larguras de varredura disponíveis[00283] The electron beam irradiation device can produce a fixed beam or a scanning beam. A scan beam can be advantageous with a long scan length and high scan speeds, as this effectively replaces a large fixed beam width. Still, scan widths available
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75/204 de 0,5 m, 1 m, 2 m ou mais estão disponíveis.75/204 of 0.5 m, 1 m, 2 m or more are available.
[00284] Uma vez que uma porção da pasta de estoque de alimentação tenha sido transportada através dos N dispositivos de irradiação de feixe de elétrons, pode ser necessário, em algumas modalidades, conforme na etapa 3060, separar mecanicamente os componentes líquidos e sólidos da pasta de estoque de alimentação. Nessas modalidades, uma porção líquida da pasta de estoque de alimentação é filtrada para remoção de partículas sólidas residuais e reciclada para a etapa de preparo de pasta 3040. Uma porção sólida da pasta de estoque de alimentação é, então, avançada para a próxima etapa de processamento 3070 via o dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Em outras modalidades, o estoque de alimentação é mantido na forma de pasta para processamento adicional.[00284] Once a portion of the feed stock slurry has been transported through the N electron beam irradiation devices, it may be necessary, in some embodiments, as per step 3060, to mechanically separate the liquid and solid components of the slurry of food stock. In these embodiments, a liquid portion of the feed stock slurry is filtered to remove residual solid particles and recycled to the 3040 slurry preparation step. A solid portion of the feed stock slurry is then advanced to the next step processing 3070 via the feed stock transport device. In other modalities, the feed stock is kept in the form of paste for further processing.
Feixes de Partículas de Íons Pesados [00285] Partículas mais pesadas do que elétrons podem ser utilizadas para irradiar carboidratos ou materiais que incluem carboidratos, por exemplo, materiais celulósicos, materiais lignocelulósicos, materiais de amido ou misturas de qualquer um desses e outros descritos aqui. Por exemplo, prótons, núcleos de hélio, íons de argônio, íons de silício, íons de neon, íons de carbono, íons de fósforo, íons de oxigênio ou íons de nitrogênio podem ser utilizados. Em algumas modalidades, partículas mais pesadas do que elétrons podem induzir a maiores quantidades de cisão de cadeia. Em alguns casos, partículas positivamente carregadas podem induzir a maiores quantidades de cisão de cadeia do que partículas negativamente carregadas em virtude de sua acidez.Heavy Ion Particle Beams [00285] Particles heavier than electrons can be used to radiate carbohydrates or materials that include carbohydrates, for example, cellulosic materials, lignocellulosic materials, starch materials or mixtures of any of these and others described here. For example, protons, helium nuclei, argon ions, silicon ions, neon ions, carbon ions, phosphorus ions, oxygen ions or nitrogen ions can be used. In some embodiments, particles heavier than electrons can induce greater amounts of chain cleavage. In some cases, positively charged particles can induce greater amounts of chain cleavage than negatively charged particles due to their acidity.
[00286] Feixes de partículas mais pesadas podem ser gerados, por exemplo, usando aceleradores lineares ou cyclotrons. Em algumas modalidades, a energia de cada partícula do feixe é de cerca de 1,0 MeV/unidade atômica a cerca de 6.000 MeV/unidade atômica, por[00286] Bundles of heavier particles can be generated, for example, using linear accelerators or cyclotrons. In some embodiments, the energy of each particle in the beam is about 1.0 MeV / atomic unit to about 6,000 MeV / atomic unit, for example.
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76/204 exemplo, de cerca de 3 MeV/unidade atômica a cerca de 4.800 MeV/unidade atômica ou de cerca de 10 MeV/unidade atômica a cerca de 1.000 MeV/unidade atômica.76/204 example, from about 3 MeV / atomic unit to about 4,800 MeV / atomic unit or from about 10 MeV / atomic unit to about 1,000 MeV / atomic unit.
Radiação eletromagnética [00287] Em modalidades nas quais a irradiação é realizada com radiação eletromagnética, a radiação eletromagnética pode ter, por exemplo, energia por fótons (em volts de elétrons) de mais do que 102 eV, por exemplo, mais do que 103, 104, 105, 106 ou ainda mais do que 107 eV. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma energia por fótons de entre 104 e 107, por exemplo, entre 105 e 106 eV. A radiação eletromagnética pode ter a frequência, por exemplo, maior do que 1016 hz, maior do que 1017 hz, 1018, 1019, 1020 ou ainda maior do que 1021 hz. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma frequência de entre 1018 e 1022 hz, por exemplo, entre 1019 a 1021 hz.Electromagnetic radiation [00287] In modalities in which irradiation is carried out with electromagnetic radiation, electromagnetic radiation can have, for example, energy by photons (in volts of electrons) of more than 10 2 eV, for example, more than 10 3 , 10 4 , 10 5 , 10 6 or even more than 10 7 eV. In some embodiments, electromagnetic radiation has a photon energy of between 10 4 and 10 7 , for example, between 10 5 and 10 6 eV. Electromagnetic radiation may have a frequency, for example, greater than 10 16 hz, greater than 10 17 hz, 10 18 , 10 19 , 10 20 or even greater than 10 21 hz. In some embodiments, electromagnetic radiation has a frequency of between 10 18 and 10 22 hz, for example, between 10 19 to 10 21 hz.
Doses [00288] Em algumas modalidades, a irradiação (com qualquer fonte de radiação ou uma combinação de fontes) é realizada até que o material receba uma dose de pelo menos 0,05 Mrad, por exemplo, pelo menos 0,1 Mrad, 0,25, 1,0, 2,5, 5,0 ou 10,0 Mrad. Em algumas modalidades, a irradiação é realizada até que o material receba uma dose de entre 1,0 Mrad e 6,0 Mrad, por exemplo, entre 1,5 Mrad e 4,0 Mrad. Em outras modalidades, irradiação é realizada em uma dose entre cerca de 0,1 Mrad e cerca de 10 Mrad, por exemplo, entre cerca de 0,25 Mrad e cerca de 9 Mrad, entre cerca de 0,5 Mrad e cerca de 7,5 Mrad ou entre cerca de 0,75 Mrad e cerca de 5 Mrad.Doses [00288] In some embodiments, irradiation (with any radiation source or a combination of sources) is carried out until the material receives a dose of at least 0.05 Mrad, for example, at least 0.1 Mrad, 0 , 25, 1.0, 2.5, 5.0 or 10.0 Mrad. In some embodiments, irradiation is carried out until the material receives a dose of between 1.0 Mrad and 6.0 Mrad, for example, between 1.5 Mrad and 4.0 Mrad. In other embodiments, irradiation is carried out at a dose between about 0.1 Mrad and about 10 Mrad, for example, between about 0.25 Mrad and about 9 Mrad, between about 0.5 Mrad and about 7 , 5 Mrad or between about 0.75 Mrad and about 5 Mrad.
[00289] Em algumas modalidades, a irradiação é realizada em uma taxa de dose de entre 5,0 e 1500,0 quilorads/hora, por exemplo, entre 10,0 e 750,0 quilorads/hora ou entre 50,0 e 350,0 quilorads/horas. [00290] Em algumas modalidades, duas ou mais fontes de radiação[00289] In some modalities, irradiation is carried out at a dose rate of between 5.0 and 1500.0 kilorads / hour, for example, between 10.0 and 750.0 kilorads / hour or between 50.0 and 350 , 0 kilorads / hours. [00290] In some modalities, two or more radiation sources
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 82/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 82/258
77/204 são usadas, tais como duas ou mais radiações ionizantes. Por exemplo, amostras podem ser tratadas, em qualquer ordem, com um feixe de elétrons, seguido por radiação gama e luz UV tendo comprimentos de onda de cerca de 100 nm a cerca de 280 nm. Em algumas modalidades, as amostras são tratadas com três fontes de radiação ionizante, tais como um feixe de elétrons, radiação gama e luz UV energética. [00291] Em um exemplo do uso de radiação como um prétratamento, embalagens de suco de meio galão feitas de papelão Kraft branco poli-revestido não impresso tendo uma densidade volumétrica de 20 libras/pé3 são usadas como um estoque de alimentação. As embalagens são dobradas e, então, alimentadas em uma sequência de três bandejas de picador-cisalhador dispostas em série com a saída do primeiro cisalhador alimentada como entrada ao segundo picador a saída do segundo cisalhador alimentada como entrada ao terceiro picador. O material fibroso produzido pelo picador-cisalhador pode ser pulverizado com água e processado através de um moinho de pélete operando em temperatura ambiente. Os péletes densificados podem ser colocados em uma ampola de vidro a qual é evacuada sob alto vácuo e, então, re-enchida com gás argônio. A ampola é vedada sob argônio. Alternaticamente, em outro exemplo, a ampola é vedada sob uma atmosfera de ar. Os péletes na ampola são irradiados com radiação gama durante cerca de 3 horas em uma taxa de dose de cerca de 1 Mrad por hora a fim de proporcionar um material irradiado no qual a celulose tem um peso molecular menor do que o material de iniciação. ADITIVOS PARA INTENSIFICAR A RUPTURA DE PESO MOLECULAR DURANTE IRRADIAÇÃO [00292] Em algumas modalidades, antes de irradiação, vários materiais, por exemplo, sólidos ou líquidos, podem ser adicionados à biomassa para intensificar a redução de peso molecular. Naqueles casos nos quais um líquido é utilizado, o líquido pode estar em contato com77/204 are used, such as two or more ionizing radiation. For example, samples can be treated, in any order, with an electron beam, followed by gamma radiation and UV light having wavelengths from about 100 nm to about 280 nm. In some embodiments, the samples are treated with three sources of ionizing radiation, such as an electron beam, gamma radiation and energetic UV light. [00291] In an example of using radiation as a pretreatment, half-gallon juice packs made of unprinted poly-coated white Kraft cardboard having a volumetric density of 20 pounds / foot 3 are used as a feed stock. The packages are folded and then fed in a sequence of three shredder-shredder trays arranged in series with the output of the first shear fed as an entrance to the second shredder the output of the second shear fed as an entrance to the third shredder. The fibrous material produced by the chipper-shearer can be sprayed with water and processed through a pellet mill operating at room temperature. The densified pellets can be placed in a glass ampoule which is evacuated under high vacuum and then refilled with argon gas. The ampoule is sealed under argon. Alternatively, in another example, the ampoule is sealed under an atmosphere of air. The pellets in the ampoule are irradiated with gamma radiation for about 3 hours at a dose rate of about 1 Mrad per hour in order to provide an irradiated material in which cellulose has a lower molecular weight than the starting material. ADDITIVES TO INTENSIFY THE BREAKDOWN OF MOLECULAR WEIGHT DURING IRRADIATION [00292] In some modalities, before irradiation, various materials, for example, solid or liquid, can be added to the biomass to intensify the reduction of molecular weight. In those cases where a liquid is used, the liquid may be in contact with
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 83/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 83/258
78/204 as superfícies externas da biomassa e/ou o líquido pode estar nas porções interiores da biomassa, por exemplo, infundidos na biomassa. [00293] Por exemplo, o material pode ser uma base fraca neutra, tal como alanina, amônia, uma mistura de amônia/água, por exemplo, amônia a 25 por cento em peso em água, água, metil amina, dimetil amina, trimetil amina, piridina ou uma base aniônica, tal como um sal de ácido acético (por exemplo, acetato de sódio), carbonato de sódio, bicarbonato de sódio ou um sal de um íon de sulfeto de hidrogênio (por exemplo, hidro-sulfeto de sódio).78/204 the outer surfaces of the biomass and / or the liquid may be in the inner portions of the biomass, for example, infused into the biomass. [00293] For example, the material can be a weak neutral base, such as alanine, ammonia, an ammonia / water mixture, for example, ammonia at 25 weight percent in water, water, methyl amine, dimethyl amine, trimethyl amine, pyridine or an anionic base, such as an acetic acid salt (for example, sodium acetate), sodium carbonate, sodium bicarbonate or a hydrogen sulfide ion salt (for example, sodium hydroxide) ).
[00294] Altemativamente, o material pode ser um ácido fraco neutro, tal como ácido fórmico, ácido acético, ácido tricloroacético, água, sulfeto de hidrogênio ou um ácido catiônico, tal como um sal de amônio.[00294] Alternatively, the material may be a weak neutral acid, such as formic acid, acetic acid, trichloroacetic acid, water, hydrogen sulfide or a cationic acid, such as an ammonium salt.
Dissipação e Funcionalização Controlada de Biomassa [00295] Após tratamento com uma ou mais fontes de radiação ionizante, tal como radiação fotônica (por exemplo, raios X ou raios gama), radiação de feixe de elétrons ou partículas mais pesadas elétrons que são positiva ou negativamente carregados (por exemplo, prótons ou íons de carbono), qualquer um dos materiais contendo carboidrato ou misturas descritas aqui se tornam ionizadas; isto é, elas incluem radicais em níveis que são detectáveis com um espectrômetro de ressonância com orbital de elétrons. O limite atual de detecção dos radicais é cerca de 1014 orbitais em temperatura ambiente. Após ionização, qualquer material de biomassa que tenha sido ionizado pode ser dissipado para reduzir o nível de radicais na biomassa ionizada, por exemplo, de modo que os radicais não sejam mais detectáveis com o espectrômetro de ressonância com orbital de elétrons. Por exemplo, os radicais podem ser dissipados mediante aplicação de uma pressão suficiente à biomassa e/ou utilizando um fluido em contato com a biomassa ionizada, tal como um gás ou líquido, que reage com (dissipa)Controlled Biomass Dissipation and Functionalization [00295] After treatment with one or more sources of ionizing radiation, such as photonic radiation (eg, X-rays or gamma rays), electron beam radiation or heavier electron particles that are positive or negative charged (for example, protons or carbon ions), any of the materials containing carbohydrates or mixtures described here become ionized; that is, they include radicals at levels that are detectable with an electron orbital resonance spectrometer. The current limit of detection of radicals is about 10 14 orbitals at room temperature. After ionization, any biomass material that has been ionized can be dissipated to reduce the level of radicals in the ionized biomass, for example, so that the radicals are no longer detectable with the electron orbital resonance spectrometer. For example, radicals can be dissipated by applying sufficient pressure to the biomass and / or using a fluid in contact with the ionized biomass, such as a gas or liquid, which reacts with (dissipates)
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 84/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 84/258
79/204 os radicais. O uso de um gás ou líquido para pelo menos auxiliar na dissipação dos radicais pode ser feito para funcionalizar a biomassa ionizada com uma quantidade e tipos desejados de grupos funcionais, tais como grupos ácido carboxílico, grupos enol, grupos aldeído, grupos nitro, grupos nitrilo, grupos amino, grupos alquilamino, grupos alquila, grupos cloroalquila ou grupos clorofluoroalquila. Em alguns casos, tal dissipação pode aprimorar a estabilidade de alguns dos materiais de biomassa ionizados. Por exemplo, dissipação pode aprimorar a resistência da biomassa à oxidação. Funcionalização por meio de dissipação também pode aprimorar a solubilidade de qualquer biomassa descrita aqui, pode aprimorar sua estabilidade térmica e pode aprimorar a utilização de material por diversos micro-organismos. Por exemplo, os grupos funcionais conferidos ao material de biomassa pela dissipação podem atuar como sítios receptores para fixação pelos micro-organismos, por exemplo, intensificar a hidrólise de celulose por diversos micro-organismos.79/204 the radicals. The use of a gas or liquid to at least assist in the dissipation of radicals can be done to functionalize the ionized biomass with a desired number and types of functional groups, such as carboxylic acid groups, enol groups, aldehyde groups, nitro groups, nitrile groups , amino groups, alkylamino groups, alkyl groups, chloroalkyl groups or chlorofluoroalkyl groups. In some cases, such dissipation can improve the stability of some of the ionized biomass materials. For example, dissipation can improve the biomass's resistance to oxidation. Functionalization through dissipation can also improve the solubility of any biomass described here, can improve its thermal stability and can improve the use of material by different microorganisms. For example, the functional groups conferred to the biomass material by dissipation can act as receptor sites for attachment by microorganisms, for example, intensifying the hydrolysis of cellulose by various microorganisms.
[00296] A figura 11A ilustra alteração da estrutura molecular e/ou supramolecular de um estoque de alimentação de biomassa por meio de pré-tratamento do estoque de alimentação de biomassa com radiação ionizante, tal como com elétrons ou íons de energia suficiente para ionizar o estoque de alimentação de biomassa, a fim de proporcionar um primeiro nível de radicais. Conforme mostrado na figura 11A, se a biomassa ionizada permanece na atmosfera, ela será oxidada, tal como até um ponto em que os grupos ácido carboxílico são gerados pela reação com o oxigênio atmosférico. Em alguns casos, com alguns materiais, tal oxidação é desejada porque ela pode auxiliar na decomposição extra do peso molecular da biomassa contendo carboidrato e grupos de oxidação, por exemplo, grupos ácido carboxílico, podem ser úteis para solubilidade e utilização de micro-organismo em alguns casos. Contudo, uma vez que os radicais podem viver durante algum[00296] Figure 11A illustrates changes in the molecular and / or supramolecular structure of a biomass feed stock through pre-treatment of the biomass feed stock with ionizing radiation, such as with sufficient electrons or ions of energy to ionize the biomass feed stock in order to provide a first level of radicals. As shown in figure 11A, if the ionized biomass remains in the atmosphere, it will be oxidized, such as to a point where the carboxylic acid groups are generated by the reaction with atmospheric oxygen. In some cases, with some materials, such oxidation is desired because it can assist in the extra decomposition of the molecular weight of the biomass containing carbohydrate and oxidation groups, for example, carboxylic acid groups, can be useful for solubility and use of microorganisms in some cases. However, since radicals can live for some
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80/204 tempo após irradiação, por exemplo, mais de 1 dia, 5 dias, 30 dias, 3 meses, 6 meses ou mesmo mais de 1 ano, as propriedades dos materiais podem continuar a mudar com o tempo o que, em alguns casos, pode ser indesejável. A detecção de radicais em amostras irradiadas através de espectroscopia de ressonância com orbital de elétrons e as expectativas de vida de radical em tais amostras são discutidas em Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471 e em Bartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, Nos. 1-4, páginas 293-296 (1999), os quais são incorporados ao mesmo como Apêndice F e Apêndice G, respectivamente. Conforme mostrado na figura 11A, a biomassa ionizada pode ser dissipada para funcionalizar e/ou estabilizar a biomassa ionizada. Em qualquer ponto, por exemplo, quando o material está vivo, parcialmente vivo ou totalmente dissipado, a biomassa tratada pode ser convertida em um produto, por exemplo, um combustível, um alimento ou um composto.80/204 time after irradiation, for example, more than 1 day, 5 days, 30 days, 3 months, 6 months or even more than 1 year, the properties of the materials may continue to change over time which, in some cases , may be undesirable. The detection of radicals in samples irradiated by electron orbital resonance spectroscopy and the life expectancy of radicals in such samples are discussed in Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471 and in Bartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, Nos. 1-4, pages 293-296 (1999), which are incorporated into it as Appendix F and Appendix G, respectively. As shown in figure 11A, the ionized biomass can be dissipated to functionalize and / or stabilize the ionized biomass. At any point, for example, when the material is alive, partially alive or totally dissipated, the treated biomass can be converted into a product, for example, a fuel, a food or a compound.
[00297] Em algumas modalidades, a dissipação inclui uma aplicação de pressão à biomassa, tal como por meio de deformação mecânica da biomassa, por exemplo, compressão mecânica direta d biomassa em uma, duas ou três dimensões ou aplicação de pressão a um fluido no qual a biomassa está imersa, por exemplo, compressão isostática. Em tais casos, a deformação do material em si mantém os radicais, os quais estão frequentemente encerrados em domínios cristalinos, em proximidade o bastante para que os radicais possam se recombinar ou reagir com outro grupo. Em alguns casos, a pressão é aplicada junto com a aplicação de calor, tal como uma quantidade suficiente de calor para elevar a temperatura da biomassa para acima de um ponto de fusão ou ponto de amolecimento de um componente da biomassa, tal como lignina, celulose ou hemicelulose. Calor pode aprimorar a mobilidade molecular no material polimérico, o qual pode auxiliar na dissipação dos radicais. Quando pressão é utilizada para[00297] In some embodiments, dissipation includes applying pressure to biomass, such as through mechanical deformation of biomass, for example, direct mechanical compression of biomass in one, two or three dimensions or applying pressure to a fluid in the which the biomass is immersed, for example, isostatic compression. In such cases, the deformation of the material itself maintains the radicals, which are often enclosed in crystalline domains, close enough that the radicals can recombine or react with another group. In some cases, pressure is applied along with the application of heat, such as a sufficient amount of heat to raise the temperature of the biomass above a melting point or softening point of a biomass component, such as lignin, cellulose or hemicellulose. Heat can improve molecular mobility in the polymeric material, which can assist in the dissipation of radicals. When pressure is used to
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 86/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 86/258
81/204 dissipar, a pressão pode ser maior do que cerca de 1000 psi, tal como maior do que cerca de 1250 psi, 1450 psi, 3625 psi, 5075 psi, 7250 psi, 10000 psi ou mesmo maior do que 15000 psi.81/204 dissipate, the pressure can be greater than about 1000 psi, such as greater than about 1250 psi, 1450 psi, 3625 psi, 5075 psi, 7250 psi, 10,000 psi or even greater than 15000 psi.
[00298] Em algumas modalidades, dissipação inclui contato da biomassa com um fluido, tal como um líquido ou gás, por exemplo, um gás capaz de reação com os radicais, tal como acetileno ou uma mistura de acetileno em nitrogênio, etileno, etilenos clorados ou clorofluoroetilenos, propileno ou misturas desses gases. Em outras modalidades particulares, dissipação inclui contato da biomassa com um líquido, por exemplo, um líquido solúvel ou pelo menos capaz de penetrar na biomassa e reação com os radicais, tal como um dieno, tal como 1,5-ciclo-octadieno. Em algumas modalidades específicas, a dissipação inclui contato da biomassa com um antioxidante, tal como Vitamina E. Se desejado, o estoque de alimentação de biomassa pode incluir um antioxidante disperso no mesmo e a dissipação pode se originar de contato do antioxidante disperso no estoque de alimentação de biomassa com os radicais.[00298] In some embodiments, dissipation includes contact of the biomass with a fluid, such as a liquid or gas, for example, a gas capable of reacting with radicals, such as acetylene or a mixture of acetylene in nitrogen, ethylene, chlorinated ethylenes or chlorofluoroethylenes, propylene or mixtures of these gases. In other particular embodiments, dissipation includes contact of the biomass with a liquid, for example, a soluble liquid or at least capable of penetrating the biomass and reaction with radicals, such as a diene, such as 1,5-cyclooctadiene. In some specific embodiments, dissipation includes contact of the biomass with an antioxidant, such as Vitamin E. If desired, the biomass feed stock may include an antioxidant dispersed in it and the dissipation may arise from contact of the antioxidant dispersed in the stock of biomass feed with radicals.
[00299] Outros métodos para dissipação são possíveis. Por exemplo, qualquer método para dissipação de radicais em materiais poliméricos descritos em Muratoglu et al., Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2008/0067724 e Muratoglu et al., Patente U.S. No. 7.166.650, os quais estão em anexo como Apêndice H e Apêndice I, respectivamente, pode ser utilizado para a dissipação de qualquer material de biomassa ionizado descrito aqui. Além disso, qualquer agente de dissipação (descrito como um agente de sensibilização nas descrições de Muratoglu mencionadas acima) e/ou qualquer antioxidante descrito em qualquer referência de Muratoglu pode ser utilizado para dissipar qualquer material de biomassa ionizado.[00299] Other methods for dissipation are possible. For example, any method for dissipating radicals in polymeric materials described in Muratoglu et al., US Patent Application Publication No. 2008/0067724 and Muratoglu et al., US Patent No. 7,166,650, which are attached as Appendix H and Appendix I, respectively, can be used for the dissipation of any ionized biomass material described here. In addition, any dissipating agent (described as a sensitizing agent in the Muratoglu descriptions mentioned above) and / or any antioxidant described in any Muratoglu reference can be used to dissipate any ionized biomass material.
[00300] Funcionalização pode ser intensificada utilizando íons pesados carregados, tais como qualquer um dos íons mais pesados desPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 87/258[00300] Functionalization can be intensified using heavy charged ions, such as any of the heavier ions. DisPetition 870170006381, from 01/30/2017, p. 87/258
82/204 critos aqui. Por exemplo, se é desejado intensificar a oxidação, íons de oxigênio carregados podem ser utilizados para a irradiação. Se grupos funcionais nitrogênio são desejados, íons de nitrogênio ou íons que incluem nitrogênio podem ser utilizados. Da mesma forma, se grupos enxofre ou fósforo são desejados, íons de enxofre ou fósforo podem ser usados na irradiação.82/204 written here. For example, if it is desired to intensify oxidation, charged oxygen ions can be used for irradiation. If nitrogen functional groups are desired, nitrogen ions or ions that include nitrogen can be used. Likewise, if sulfur or phosphorus groups are desired, sulfur or phosphorus ions can be used in irradiation.
[00301] Em algumas modalidades, após dissipação, qualquer um dos materiais ionizados dissipados descritos aqui pode ser adicionalmente tratado com um ou mais de radiação, tal como radiação ionizante ou não ionizante, ultrassom, pirólise e oxidação para alteração adicional da estrutura molecular e/ou supramolecular.[00301] In some embodiments, after dissipation, any of the dissipated ionized materials described here can be additionally treated with one or more radiation, such as ionizing or non-ionizing radiation, ultrasound, pyrolysis and oxidation to further alter the molecular structure and / or supramolecular.
Exposição a Feixe de Partículas em Fluidos [00302] Em alguns casos, os materiais celulósicos ou lignocelulósicos podem ser expostos a um feixe de partícula na presença de um ou mais fluidos adicionais (por exemplo, gases e/ou líquidos). Exposição de um material a um feixe de partícula na presença de um ou mais fluidos adicionais pode aumentar a eficiência do tratamento.Fluid Particle Beam Exposure [00302] In some cases, cellulosic or lignocellulosic materials may be exposed to a particle beam in the presence of one or more additional fluids (for example, gases and / or liquids). Exposure of a material to a particle beam in the presence of one or more additional fluids can increase the efficiency of the treatment.
[00303] Em algumas modalidades, o material é exposto a um feixe de partícula na presença de um fluido tal como ar. Partículas aceleradas em qualquer um ou mais dos tipos de aceleradores descritos aqui (ou outro tipo de acelerador) são acopladas fora do acelerador via um orifício de saída (por exemplo, uma membrana fina, tal como uma folha metálica), passam através de um volume de espaço ocupado pelo fluido e, então, incidem sobre o material. Além de tratamento direto do material, algumas das partículas geram espécies químicas adicionais mediante interação com partículas de fluido (por exemplo, íons e/ou radicais gerados a partir de diversos constituintes do ar, tais como ozônio e óxidos de nitrogênio). Essas espécies químicas geradas também podem interagir com o material e podem atuar como iniciadores para uma variedade de diferentes reações de ruptura de ligação quíPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 88/258[00303] In some embodiments, the material is exposed to a particle beam in the presence of a fluid such as air. Accelerated particles in any one or more of the types of accelerators described here (or another type of accelerator) are coupled outside the accelerator via an outlet orifice (for example, a thin membrane, such as a foil), pass through a volume of space taken up by the fluid and then focus on the material. In addition to direct treatment of the material, some of the particles generate additional chemical species through interaction with fluid particles (for example, ions and / or radicals generated from various constituents of the air, such as ozone and nitrogen oxides). These generated chemical species can also interact with the material and can act as initiators for a variety of different chemical bond disruption reactions 870170006381, from 01/30/2017, p. 88/258
83/204 mica no material. Por exemplo, qualquer oxidante produzido pode oxidar o material, o que pode resultar em redução de peso molecular. [00304] Em determinadas modalidades, fluidos adicionais podem ser seletivamente introduzidos no trajeto de um feixe de partícula antes que o feixe venha a incidir sobre o material. Conforme discutido acima, reações entre as partículas do feixe e as partículas dos fluidos introduzidos podem gerar espécies químicas adicionais, as quais reagem com o material e podem auxiliar em funcionalização do material e/ou, de outro modo, alterar seletivamente determinadas propriedades do material. O um ou mais fluidos adicionais podem ser dirigidos ao trajeto do feixe a partir de um tubo de fornecimento, por exemplo. A direção e taxa de fluxo do(s) fluido(s) que é/são introduzido(s) podem ser selecionadas de acordo com a taxa de exposição e/ou direção desejadas para controlar a eficiência do tratamento global, incluindo efeitos que resultam de tratamento baseado em partícula e efeitos que são em virtude da interação de espécies dinamicamente geradas a partir do fluido introduzido com o material. Além de ar, fluidos exemplificativos que podem ser introduzidos no feixe de íons incluem oxigênio, nitrogênio, um ou mais gases nobres, um ou mais halogênios e hidrogênio.83/204 mica in the material. For example, any oxidant produced can oxidize the material, which can result in reduced molecular weight. [00304] In certain embodiments, additional fluids can be selectively introduced into the path of a particle bundle before the bundle strikes the material. As discussed above, reactions between the beam particles and the particles of the introduced fluids can generate additional chemical species, which react with the material and can assist in the functionalization of the material and / or, otherwise, selectively alter certain material properties. The one or more additional fluids can be directed to the beam path from a supply tube, for example. The direction and flow rate of the fluid (s) that is / are being introduced can be selected according to the desired exposure rate and / or direction to control the overall treatment efficiency, including effects that result from particle-based treatment and effects that are due to the interaction of species dynamically generated from the fluid introduced with the material. In addition to air, exemplary fluids that can be introduced into the ion beam include oxygen, nitrogen, one or more noble gases, one or more halogens and hydrogen.
Irradiação de Materiais de Biomassa de Baixa Densidade Volumétrica e Resfriamento da Biomassa Irradiada [00305] Durante tratamento de materiais de biomassa com radiação ionizante, especialmente em altas taxas de dose, tal como em taxas maiores do que 0,15 Mrad por segundo, por exemplo, 0,25 Mrad/s, 0,35 Mrad/s, 0,5 Mrad/s, 0,75 Mrad/s ou mesmo maior do que 1 Mrad/seg, materiais de biomassa podem reter quantidades significativas de calor, de modo que a temperatura dos materiais de biomassa se torna elevada. Embora maiores temperaturas possam, em algumas modalidades, ser vantajosas, por exemplo, quando uma taxa de reaPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 89/258Irradiation of Low Volumetric Density Biomass Materials and Cooling of Irradiated Biomass [00305] During treatment of biomass materials with ionizing radiation, especially at high dose rates, such as at rates greater than 0.15 Mrad per second, for example 0.25 Mrad / s, 0.35 Mrad / s, 0.5 Mrad / s, 0.75 Mrad / s or even greater than 1 Mrad / sec, biomass materials can retain significant amounts of heat, so that the temperature of biomass materials becomes high. Although higher temperatures can, in some modalities, be advantageous, for example, when a reaction rate 870170006381, of 01/30/2017, p. 89/258
84/204 ção mais rápida é desejada, é vantajoso controlar o aquecimento da biomassa para reter controle sobre as reações químicas iniciadas pela radiação ionizante, tal como reticulação, cisão de cadeia e/ou enxertagem, por exemplo, para manter controle de processo. Materiais de baixa densidade volumétrica, tal como aqueles tendo uma densidade volumétrica de menos de cerca de 0,4 g/cm3, por exemplo, menos de cerca de 0,35, 0,25 ou menos cerca de 0,15 g/cm3, especialmente quando combinado com materiais que têm seções transversais finas, tal como fibras tendo pequenas dimensões transversais, são em geral mais fáceis de esfriar. Além disso, fótons e partículas podem, em geral, penetrar em e através de materiais tendo uma densidade volumétrica relativamente baixa, o que pode permitir o processamento de maiores volumes de materiais em maiores taxas e pode permitir o uso de fótons e partículas tendo menores energias, por exemplo, 0,25 Mev, 0,5 MeV, 0,75 MeV ou 1,0 MeV, o que pode reduzir os requisitos de proteção de segurança. Muitos dos materiais de biomassa descritos aqui podem ser processados em um ou mais dos sistemas mostrados nas figuras 11B, 11C, 11D e 11E, as quais são descritas abaixo. Os sistemas mostrados permitem que um ou mais tipos de radiação ionizante, tais como elétrons relativísticos ou elétrons em combinação com raios X, sejam aplicados a materiais de biomassa de baixa densidade volumétrica em altas taxas de dose, tal como em uma taxa maior do que 1,0, 1,5, 2,5 Mrad/s ou mesmo maior do que cerca de 5,0 Mrad/s e, então, permite resfriamento da biomassa antes de aplicação de radiação uma segunda, terceira, quarta, quinta, sexta, sétima, oitava, nona ou mesmo uma décima vez.84/204 faster reaction is desired, it is advantageous to control the heating of biomass to retain control over chemical reactions initiated by ionizing radiation, such as crosslinking, chain splitting and / or grafting, for example, to maintain process control. Low volumetric density materials, such as those having a volumetric density of less than about 0.4 g / cm 3 , for example, less than about 0.35, 0.25 or less about 0.15 g / cm 3 , especially when combined with materials that have thin cross sections, such as fibers having small cross dimensions, are generally easier to cool. In addition, photons and particles can, in general, penetrate into and through materials having a relatively low volumetric density, which can allow the processing of larger volumes of materials at higher rates and can allow the use of photons and particles having lower energies. , for example, 0.25 Mev, 0.5 MeV, 0.75 MeV or 1.0 MeV, which can reduce security protection requirements. Many of the biomass materials described here can be processed in one or more of the systems shown in figures 11B, 11C, 11D and 11E, which are described below. The systems shown allow one or more types of ionizing radiation, such as relativistic electrons or electrons in combination with X-rays, to be applied to low volume density biomass materials at high dose rates, such as at a rate greater than 1 , 0, 1.5, 2.5 Mrad / s or even greater than about 5.0 Mrad / s, then allows biomass cooling before radiation application a second, third, fourth, fifth, sixth, seventh , eighth, ninth or even a tenth time.
[00306] Por exemplo, em um método de alteração da estrutura molecular e/ou supramolecular de um estoque de alimentação de biomassa, a biomassa é pré-tratada em uma primeira temperatura com radiação ionizante, tal como fótons, elétrons ou íons (por exemplo, cáPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 90/258[00306] For example, in a method of changing the molecular and / or supramolecular structure of a biomass feed stock, the biomass is pre-treated at a first temperature with ionizing radiation, such as photons, electrons or ions (for example , petition 870170006381, of 01/30/2017, page 90/258
85/204 tions ou ânions com carga única ou múltipla), durante um tempo suficiente e/ou uma dose suficiente para elevar o estoque de alimentação de biomassa para uma segunda temperatura maior do que a primeira temperatura. A biomassa pré-tratada é, então, esfriada para uma terceira temperatura abaixo da segunda temperatura. Finalmente, se desejado, a biomassa fria pode ser tratada uma ou mais vezes com radiação, por exemplo, com radiação ionizante. Se desejado, resfriamento pode ser aplicado à biomassa após e/ou durante cada tratamento de radiação.85/204 tions or anions with single or multiple charge), for a sufficient time and / or a sufficient dose to raise the biomass feed stock to a second temperature higher than the first temperature. The pre-treated biomass is then cooled to a third temperature below the second temperature. Finally, if desired, cold biomass can be treated with radiation one or more times, for example, with ionizing radiation. If desired, cooling can be applied to the biomass after and / or during each radiation treatment.
[00307] O estoque de alimentação de biomassa pode ser fisicamente preparado conforme discutido acima, por exemplo, mediante redução de uma ou mais dimensões de partes individuais do estoque de alimentação de biomassa, de modo que o estoque de alimentação pode ser mais eficientemente processado, por exemplo, mais facilmente esfriado e/ou mais facilmente penetrado por uma radiação ionizante. [00308] Em algumas implementações, a radiação ionizante é aplicada em uma dose total de menos de 25 Mrad ou menos de10 Mrad, tal como menos de 5 Mrad ou menos de 2,5 Mrad e em uma taxa de mais de 0,25 Mrad por segundo, tal como mais de 0,5, 0,75 ou mais de 1,0 Mrad/s, antes de resfriamento da biomassa.[00307] The biomass feed stock can be physically prepared as discussed above, for example, by reducing one or more dimensions of individual parts of the biomass feed stock, so that the feed stock can be more efficiently processed, for example, more easily cooled and / or more easily penetrated by ionizing radiation. [00308] In some implementations, ionizing radiation is applied at a total dose of less than 25 Mrad or less than 10 Mrad, such as less than 5 Mrad or less than 2.5 Mrad and at a rate of more than 0.25 Mrad per second, such as more than 0.5, 0.75 or more than 1.0 Mrad / s, before biomass cooling.
[00309] O pré-tratamento do estoque de alimentação de biomassa com radiação ionizante pode ser realizado à medida que o estoque de alimentação de biomassa está sendo pneumaticamente transportado em um fluido, tal como em um gás, por exemplo, nitrogênio ou ar. Para auxiliar na decomposição de peso molecular e/ou funcionalização dos materiais, o gás pode ser saturado com qualquer agente de intumescimento descrito aqui e/ou vapor de água. Por exemplo, vapor de água ácido pode ser utilizado. Para auxiliar na decomposição de peso molecular, a água pode ser acidificada com um ácido orgânico, tal como ácido fórmico ou acético ou um ácido mineral, tal como ácido sulfúrico[00309] Pre-treatment of the biomass feed stock with ionizing radiation can be carried out as the biomass feed stock is being pneumatically transported in a fluid, such as a gas, for example, nitrogen or air. To assist in the decomposition of molecular weight and / or functionalization of materials, the gas can be saturated with any swelling agent described here and / or water vapor. For example, acidic water vapor can be used. To aid in the decomposition of molecular weight, the water can be acidified with an organic acid, such as formic or acetic acid or a mineral acid, such as sulfuric acid
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 91/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 91/258
86/204 ou clorídrico.86/204 or hydrochloric.
[00310] O pré-tratamento do estoque de alimentação de biomassa com a radiação ionizante pode ser realizado à medida que o estoque de alimentação de biomassa cai sob a influência de gravidade. Esse procedimento pode reduzir eficazmente a densidade volumétrica do estoque de alimentação de biomassa à medida que ele está sendo processado e pode auxiliar no resfriamento do estoque de alimentação de biomassa. Por exemplo, a biomassa pode ser transportada de uma primeira correia em uma primeira altura acima do solo e, então, pode ser capturada por uma segunda correia em um segundo nível acima do solo menor do que o primeiro nível. Por exemplo, em algumas modalidades, a borda traseira da primeira correia e a borda dianteira da segunda correia definem um vão. Vantajosamente, a radiação ionizante, tal como um feixe de elétrons, prótons ou outros íons, pode ser aplicado ao vão para prevenir dano ao sistema de transporte de biomassa.[00310] The pre-treatment of the biomass feed stock with ionizing radiation can be carried out as the biomass feed stock falls under the influence of gravity. This procedure can effectively reduce the volumetric density of the biomass feed stock as it is being processed and can assist in cooling the biomass feed stock. For example, biomass can be transported from a first belt at a first height above the ground and then it can be captured by a second belt at a second level above the ground that is smaller than the first level. For example, in some embodiments, the rear edge of the first belt and the front edge of the second belt define a gap. Advantageously, ionizing radiation, such as a beam of electrons, protons or other ions, can be applied to the gap to prevent damage to the biomass transport system.
[00311] Resfriamento da biomassa pode incluir contato da biomassa com um fluido, tal como um gás, em uma temperatura abaixo da primeira ou segunda temperatura, tal como nitrogênio gasoso em ou cerca de 77 K. Mesmo água, tal como água em uma temperatura abaixo da temperatura ambiente nominal (por exemplo, 25 graus Celsius) pode ser utilizada.[00311] Cooling of biomass can include contact of biomass with a fluid, such as a gas, at a temperature below the first or second temperature, such as nitrogen gas at or about 77 K. Even water, such as water at a temperature below the nominal ambient temperature (for example, 25 degrees Celsius) can be used.
[00312] Muitas vezes, vantajosamente, o estoque de alimentação de biomassa tem fibras internas e, antes de irradiação com a radiação ionizante, o estoque de alimentação de biomassa foi cisalhado até um ponto em que suas fibras internas são substancialmente expostas. Esse cisalhamento pode proporcionar um material de baixa densidade volumétrica tendo pequenas dimensões seccionais transversais, o que pode auxiliar na ruptura e/ou funcionalização da biomassa. Por exemplo, em algumas modalidades, a biomassa é ou inclui fibras distintas[00312] Often, advantageously, the biomass feed stock has internal fibers and, before irradiation with ionizing radiation, the biomass feed stock was sheared to a point where its internal fibers are substantially exposed. This shear can provide a material with low volumetric density having small cross-sectional dimensions, which can assist in the rupture and / or functionalization of biomass. For example, in some modalities, biomass is or includes distinct fibers
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 92/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 92/258
87/204 e/ou partículas tendo uma dimensão máxima de não mais do que cerca de 0,5 mm, tal como não mais do que cerca de 0,25 mm, não mais do que cerca de 0,1 mm ou não mais do que cerca de 0,05 mm.87/204 and / or particles having a maximum dimension of no more than about 0.5 mm, such as no more than about 0.25 mm, no more than about 0.1 mm or no more than than about 0.05 mm.
[00313] Em algumas modalidades, o estoque de alimentação de biomassa ao qual a radiação ionizante é aplicada tem uma densidade volumétrica de menos de cerca de 0,35 g/cm3, tal como menos de cerca de 0,3, 0,25, 0,20 ou menos de cerca de 0,15 g/cm3 durante a aplicação da radiação ionizante. Em tais modalidades, o estoque de alimentação de biomassa pode ser esfriado e, então, radiação ionizante pode ser aplicada à biomassa fria. Em algumas modalidades vantajosas, o estoque de alimentação de biomassa é ou inclui fibras e/ou partículas distintas tendo uma dimensão máxima de não mais do que cerca de 0,5 mm, tal como não mais do que cerca de 0,25 mm, não mais do que cerca de 0,1 mm, não mais do que cerca de 0,05 mm ou não mais do que cerca de 0,025 mm.[00313] In some embodiments, the biomass feed stock to which ionizing radiation is applied has a volumetric density of less than about 0.35 g / cm 3 , such as less than about 0.3, 0.25 , 0.20 or less than about 0.15 g / cm 3 during the application of ionizing radiation. In such modalities, the biomass feed stock can be cooled and then ionizing radiation can be applied to cold biomass. In some advantageous embodiments, the biomass feed stock is or includes distinct fibers and / or particles having a maximum dimension of no more than about 0.5 mm, such as no more than about 0.25 mm, no more than about 0.1 mm, no more than about 0.05 mm or no more than about 0.025 mm.
[00314] As figuras 11B e 11C mostram um dispositivo de geração, tratamento, transporte e irradiação de material de biomassa 1170 (proteção não ilustrada nos desenhos). Em operação, uma folha de papel 1173, por exemplo, folha de papel Kraft branqueada em pedaços, é fornecida a um rolo 1172 e distribuída a um aparelho de formação de fibras 1174, tal como um cisalhador giratório. A folha 1173 é convertida em material fibroso 1112 e é distribuída a uma zona de carregamento de fibra 1180 pelo transportador 1178. Se desejado, as fibras do material fibroso podem ser separadas, por exemplo, através de triagem, em frações tendo diferentes proporções de L/D. Em algumas modalidades, o material fibroso 1112, em geral de uma baixa densidade volumétrica e, vantajosamente, seções transversais finas, é distribuído continuamente à zona 1180 e, em outras modalidades, o material fibroso é distribuído em lotes. Um soprador 1182 no loop 1184 é posicionado adjacente à zona de carregamento de fibra 1180 e é capaz de movimenPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 93/258[00314] Figures 11B and 11C show a device for generation, treatment, transport and irradiation of biomass material 1170 (protection not shown in the drawings). In operation, a sheet of 1173 paper, for example, bleached Kraft paper sheet, is supplied to a roll 1172 and distributed to a fiber forming apparatus 1174, such as a rotary shear. The sheet 1173 is converted to fibrous material 1112 and is distributed to a fiber loading zone 1180 by the conveyor 1178. If desired, the fibers of the fibrous material can be separated, for example, by sorting, into fractions having different proportions of L / D. In some embodiments, fibrous material 1112, generally of low volumetric density and, advantageously, thin cross sections, is distributed continuously to zone 1180 and, in other embodiments, the fibrous material is distributed in batches. A blower 1182 in loop 1184 is positioned adjacent to the 1180 fiber loading zone and is capable of moving 870170006381, from 01/30/2017, p. 93/258
88/204 to de um meio fluido, por exemplo, ar, em uma velocidade e volume suficientes para circular pneumaticamente o material fibroso 1112 em uma direção indicada pela seta 1188 através do loop 1184.88/204 of a fluid medium, for example, air, at a speed and volume sufficient to pneumatically circulate the fibrous material 1112 in a direction indicated by arrow 1188 through loop 1184.
[00315] Em algumas modalidades, a velocidade do ar que trafega no loop é suficiente para dispersar uniformemente e transportar o material fibroso em torno de todo o loop 1184. Em algumas modalidades, a velocidade de fluxo é maior do que 2.500 pés/minuto, por exemplo, 5.000 pés/minuto, 6.000 pés/minuto ou mais, por exemplo, 7.500 pés/minuto ou 8.500 pés/minuto.[00315] In some modalities, the air velocity that travels in the loop is sufficient to uniformly disperse and transport the fibrous material around the entire 1184 loop. In some modalities, the flow velocity is greater than 2,500 feet / minute, for example, 5,000 feet / minute, 6,000 feet / minute or more, for example, 7,500 feet / minute or 8,500 feet / minute.
[00316] O material fibroso encerrado 1112 transversal ao loop passa para uma zona de aplicação 1190, a qual forma parte do loop 1184. Aqui, quaisquer aditivos desejados descritos aqui podem ser aplicados, tais como um líquido, tal como água, tal como água acidificada ou básica. Em operação, a zona de aplicação 1190 aplica um aditivo, tal como uma solução líquida 1196, ao material fibroso em circulação via bocais 98, 99 e 11100. Quando um líquido é aplicado, os bocais produzem um spray atomizado ou névoa, a qual colide com as fibras que passam em proximidade aos bocais. A válvula 11102 é operada para controlar o fluxo de líquido aos respectivos bocais 1198, 1199 e 11100. Após uma quantidade desejada de aditivo ser aplicada, a válvula 11102 é fechada.[00316] The fibrous material enclosed 1112 across the loop passes to an application zone 1190, which forms part of loop 1184. Here, any desired additives described here can be applied, such as a liquid, such as water, such as water acidified or basic. In operation, application zone 1190 applies an additive, such as a liquid solution 1196, to the fibrous material in circulation via nozzles 98, 99 and 11100. When a liquid is applied, the nozzles produce an atomized spray or mist, which collides with the fibers passing in close proximity to the nozzles. The 11102 valve is operated to control the flow of liquid to the respective nozzles 1198, 1199 and 11100. After a desired amount of additive is applied, the 11102 valve is closed.
[00317] Em algumas modalidades, a zona de aplicação 1190 tem dois a cem pés de comprimento ou mais, por exemplo, 125 pés, 150 pés, 250 pés de comprimento ou mais, por exemplo, 500 pés de comprimento. Zonas de aplicação mais longas permitem a aplicação de um período de tempo mais longo durante passagem do material fibroso através da zona de aplicação 1190. Em algumas modalidades, os bocais são espaçados de cerca de três a cerca de quatro pés de comprimento do loop 1184.[00317] In some embodiments, application zone 1190 is two to one hundred feet long or more, for example, 125 feet, 150 feet, 250 feet long or more, for example, 500 feet long. Longer application zones allow for a longer period of time during the passage of the fibrous material through the 1190 application zone. In some embodiments, the nozzles are spaced from about three to about four feet in length of the 1184 loop.
[00318] À medida que o material fibroso se move no loop 1184 e[00318] As the fibrous material moves in loop 1184 and
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 94/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 94/258
89/204 através da porção de irradiação do loop 11107 que inclui a antena em forma de chifre 11109 para distribuição de radiação ionizante, radiação ionizante é aplicada ao material fibroso (proteção não é mostrada).89/204 through the irradiation portion of loop 11107 which includes the antenna in the form of horn 11109 for ionizing radiation distribution, ionizing radiation is applied to the fibrous material (protection is not shown).
[00319] À medida que o material fibroso irradiado se move em torno do loop 1184, ele esfria pela ação de gases, tal como ar, que circulam em altas velocidades no loop e é banhado em gases reativos, tais como ozônio e/ou óxidos de nitrogênio, que são produzidos pela ação da radiação ionizante sobre os gases em circulação, tal como ar. Após passagem através da porção de irradiação 11107, um fluido de resfriamento, tal como um líquido (por exemplo, água) ou um gás, tal como nitrogênio líquido a 77 K, pode ser injetado no loop 1184 para auxiliar no resfriamento do material fibroso. Esse processo pode ser repetido mais de uma vez se desejado, por exemplo, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 vezes ou mais, por exemplo, 15 vezes, para distribuir a dose desejada ao material fibroso. Embora, conforme mostrado, o eixo longo da antena em forma de chifre esteja ao longo da direção de fluxo, em algumas implementações, o eixo longo da antena em forma de chifre é transversal à direção de fluxo. Em algumas implementações, um feixe de elétrons é utilizado como a principal fonte de radiação ionizante e raios X como uma fonte de radiação ionizante secundária. Raios X podem ser gerados por terem um alvo metálico, tal como um alvo de tântalo 11111, sobre o interior do loop 1184 de modo que, quando os elétrons colidem no alvo, raios X são emitidos.[00319] As the irradiated fibrous material moves around loop 1184, it cools by the action of gases, such as air, which circulate at high speeds in the loop and is bathed in reactive gases, such as ozone and / or oxides nitrogen, which are produced by the action of ionizing radiation on circulating gases, such as air. After passing through the irradiation portion 11107, a cooling fluid, such as a liquid (for example, water) or a gas, such as 77 K liquid nitrogen, can be injected into loop 1184 to assist in cooling the fibrous material. This process can be repeated more than once if desired, for example 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 times or more, for example, 15 times, to distribute the desired dose to the fibrous material . Although, as shown, the long axis of the horn antenna is along the flow direction, in some implementations, the long axis of the horn antenna is transversal to the flow direction. In some implementations, an electron beam is used as the main source of ionizing radiation and X-rays as a source of secondary ionizing radiation. X-rays can be generated by having a metallic target, such as a tantalum target 11111, over the inside of loop 1184 so that when electrons collide on the target, X rays are emitted.
[00320] Após uma dose desejada ser distribuída ao material fibroso, o material fibroso pode ser removido do 1184 via um separador 11112, o qual é seletivamente conectado ao loop 1184 através da seção 11114 e válvula de comporta 11116. Quando a válvula 11116 é aberta, outra válvula é também aberta para permitir que ar entre no loop 1184 para compensar o ar que sai através do separador 11112.[00320] After a desired dose is distributed to the fibrous material, the fibrous material can be removed from 1184 via a separator 11112, which is selectively connected to loop 1184 through section 11114 and gate valve 11116. When valve 11116 is opened , another valve is also opened to allow air to enter the loop 1184 to compensate for the air leaving the separator 11112.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 95/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 95/258
90/204 [00321] A figura 11D mostra um dispositivo de irradiação fibroso de leito fluidizado 11121 com proteção. O material fibroso em um fluido, tal como um gás, tal como ar sob pressão, é distribuído a um vaso de contenção protegido 11123 via uma tubulação 11125 e em uma porção de leito fluidizado protegida 11127. Correntes contra-corrente 11131 de fluido, tal como um gás e correntes transversais 11133 de fluido, tal como um gás, que é o mesmo ou diferente de uma contracorrente de fluido distribuída, se combinam para causar turbulência na porção de leito. Radiação ionizante é aplicada à porção de leito fluidizado à medida que o material fibroso é transportado através da porção de leito. Por exemplo, conforme mostrado, três feixes de elétrons de três máquinas Rhodotron® 11135, 11136 e 11137 podem ser utilizados. Vantajosamente, cada feixe pode penetrar no leito fluidizado uma profundidade diferentes e/ou cada feixe pode emitir elétrons de uma energia diferente, tal como a 1, 3 e 5 MeV. À medida que o material fibroso se move através do sistema, ele esfria pela ação de gases, tal como ar, circulando em altas velocidades no sistema e é banhado em gases reativos, tais como ozônio e/ou óxidos de nitrogênio, que são produzidos pela ação da radiação ionizante sobre os gases em circulação, tal como ar. Se desejado, o processo pode ser repetido uma série desejada de vezes, até que o material fibroso tenha recebido uma dose desejada. Embora o leito fluidizado tenha sido ilustrado de modo que seu eixo longo é horizontal no solo, em outras implementações, o eixo longo do leito é perpendicular ao solo, de modo que o material fibroso cai sob a influência de gravidade.90/204 [00321] Figure 11D shows a fibrous fluid bed irradiation device 11121 with protection. The fibrous material in a fluid, such as a gas, such as air under pressure, is distributed to a protected containment vessel 11123 via a 11125 pipeline and to a protected fluidized bed portion 11127. Counter current currents 11131 such as such as a gas and fluid 11133 cross-currents, such as a gas, which is the same or different from a distributed fluid countercurrent, combine to cause turbulence in the bed portion. Ionizing radiation is applied to the fluidized bed portion as the fibrous material is transported through the bed portion. For example, as shown, three electron beams from three Rhodotron® 11135, 11136 and 11137 machines can be used. Advantageously, each beam can penetrate the fluidized bed to a different depth and / or each beam can emit electrons of a different energy, such as 1, 3 and 5 MeV. As the fibrous material moves through the system, it cools down action of gases, such as air, circulating at high speeds in the system and is bathed in reactive gases, such as ozone and / or nitrogen oxides, which are produced by the action of ionizing radiation on circulating gases, such as air. If desired, the process can be repeated a desired number of times, until the fibrous material has received a desired dose. Although the fluidized bed has been illustrated so that its long axis is horizontal on the ground, in other implementations, the long axis of the bed is perpendicular to the ground, so that the fibrous material falls under the influence of gravity.
[00322] A figura 11E mostra outro dispositivo de transporte e irradiação de material fibroso 11140 sem proteção. Material fibroso 11144 é distribuído a partir de um recipiente 11142 para um primeiro transportador 11150 em um primeiro nível acima do solo e, então, o material é transferido para um segundo transportador 11152 em uma altura mePetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 96/258[00322] Figure 11E shows another device for transporting and irradiating fibrous material 11140 without protection. Fibrous material 11144 is distributed from a container 11142 to a first conveyor 11150 on a first level above the ground and then the material is transferred to a second conveyor 11152 at a height of 870170006381, from 01/30/2017, p. . 96/258
91/204 nor do que o primeiro transportador. A borda traseira 11160 do primeiro transportador e a borda dianteira 11161 do segundo transportador 11152 definem um vão com um espaçamento S. Por exemplo, o espaçamento S pode ter entre 4 polegadas e cerca de 24 polegadas. O material 11144 tem momentum suficiente para cair livremente sob gravidade e, então, ser capturado pelo segundo transportador 11152 sem cair no vão. Durante a queda livre, radiação ionizante é aplicada ao material. Essa configuração pode ser vantajosa pelo fato de que é menos provável que a radiação ionizante danifique o sistema de transporte porque ele não é diretamente contatado pela radiação.91/204 nor than the first carrier. The rear edge 11160 of the first conveyor and the front edge 11161 of the second conveyor 11152 define a gap with an S spacing. For example, the S spacing can be between 4 inches and about 24 inches. Material 11144 has enough momentum to fall freely under gravity and then be captured by the second conveyor 11152 without falling into the gap. During free fall, ionizing radiation is applied to the material. This configuration can be advantageous in the fact that ionizing radiation is less likely to damage the transport system because it is not directly contacted by the radiation.
[00323] Após passagem através da porção de irradiação, um fluido de resfriamento, tal como um líquido (por exemplo, água) ou um gás, tal como líquido nitrogênio a 77 K, pode ser aplicado ao material para auxiliar no resfriamento do material fibroso. Esse processo pode ser repetido mais de uma vez se desejado, por exemplo, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 vezes ou mais, por exemplo, 15 vezes, para distribuir a dose desejada ao material fibroso. Embora, conforme mostrado, o eixo longo da antena em forma de chifre seja transversal à direção de fluxo do material, outras disposições de feixe são possíveis. Em algumas implementações, um feixe de elétrons é utilizado como uma fonte de radiação ionizante principal e raios X como uma fonte de radiação ionizante secundária. Raios X podem ser gerados tendo um alvo metálico, tal como um alvo de tântalo, no vão sobre o lado oposto do material, de modo que os elétrons passam através do material à medida que eles colidem com o alvo, gerando raios X.[00323] After passing through the irradiation portion, a cooling fluid, such as a liquid (for example, water) or a gas, such as 77 K nitrogen liquid, can be applied to the material to assist in cooling the fibrous material . This process can be repeated more than once if desired, for example 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 times or more, for example, 15 times, to distribute the desired dose to the fibrous material . Although, as shown, the long axis of the horn antenna is transverse to the direction of flow of the material, other beam arrangements are possible. In some implementations, an electron beam is used as a source of primary ionizing radiation and X-rays as a source of secondary ionizing radiation. X-rays can be generated by having a metallic target, such as a tantalum target, in the gap on the opposite side of the material, so that electrons pass through the material as they collide with the target, generating X-rays.
ULTRASSOM E OUTROS PROCESSOS DE RUPTURA DE BIOMASSA [00324] Uma ou mais sequências de processamento por ultrassom podem ser usadas para processar o estoque de alimentação bruto de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substânciasULTRASOUND AND OTHER BIOMASS BREAKING PROCESSES [00324] One or more ultrasound processing sequences can be used to process the raw feed stock from a wide variety of different sources to extract substances
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 97/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 97/258
92/204 úteis do estoque de alimentação e a fim de proporcionar um material orgânico parcialmente degradado, o qual funciona como entrada para outras etapas e/ou sequências de processamento. Ultrassom pode reduzir o peso molecular e/ou cristalinidade do estoque de alimentação, tal como um ou mais de qualquer um dos materiais de biomassa descritos aqui, por exemplo, uma ou mais fontes de carboidrato, tais como materiais celulósicos ou lignocelulósicos ou materiais de amido.92/204 useful from the feed stock and in order to provide a partially degraded organic material, which acts as input for other steps and / or processing sequences. Ultrasound can reduce the molecular weight and / or crystallinity of the feed stock, such as one or more of any of the biomass materials described here, for example, one or more carbohydrate sources, such as cellulosic or lignocellulosic materials or starch materials .
[00325] Fazendo referência mais uma vez à figura 8, em um método, um primeiro material 2 que inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) é disperso em um meio, tal como água e submetido a ultrassom e/ou de outro modo cavitado, a fim de proporcionar um segundo material 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. O segundo material (ou os primeiro e segundo materiais em determinadas modalidades) pode ser combinado com um micro-organismo (por exemplo, uma bactéria ou um levedo) que pode utilizar o segundo e/ou primeiro material para produzir um combustível 5 que é ou inclui hidrogênio, um álcool, um ácido orgânico, um hidrocarboneto ou misturas de qualquer um desses.[00325] Referring again to figure 8, in a method, a first material 2 that includes cellulose having a first numerical average molecular weight ( T MN1) is dispersed in a medium, such as water and subjected to ultrasound and / or otherwise cavitated, in order to provide a second material 3 which includes cellulose having a second average numerical molecular weight ( T MN2) less than the first average numerical molecular weight. The second material (or the first and second materials in certain embodiments) can be combined with a microorganism (for example, a bacterium or yeast) that can use the second and / or first material to produce a fuel 5 which is or includes hydrogen, an alcohol, an organic acid, a hydrocarbon or mixtures of any of these.
[00326] Uma vez que o segundo material tem celulose tendo um peso molecular reduzido com relação ao primeiro material e ,em alguns casos, uma cristalinidade reduzida também, o segundo material é, em geral, mais dispersível, intumescível e/ou solúvel em uma solução contendo o micro-organismo, por exemplo, em uma concentração de mais de 106 micro-organismos/mL. Essas propriedades tornam o segundo material 3 mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou microbiano com relação ao primeiro material 2, o que pode aprimorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. Ultrassom também podem esterilizar os materiais, mas não deverá ser usado enquanto se supõe que os[00326] Since the second material has cellulose having a reduced molecular weight in relation to the first material and, in some cases, reduced crystallinity as well, the second material is, in general, more dispersible, swelling and / or soluble in a solution containing the microorganism, for example, at a concentration of more than 10 6 microorganisms / mL. These properties make the second material 3 more susceptible to chemical, enzymatic and / or microbial attack compared to the first material 2, which can greatly improve the production rate and / or production level of a desired product, for example, ethanol. Ultrasound can also sterilize the materials, but it should not be used while the
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 98/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 98/258
93/204 micro-organismos estão vivos.93/204 microorganisms are alive.
[00327] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio (tMN2) é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio (tMN1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento ou mesmo mais de cerca de 75 por cento.[00327] In some embodiments, the second average numerical molecular weight ( t MN2) is less than the first average numerical molecular weight ( t MN1) by more than about 10 percent, for example, 15, 20, 25, 30 , 35, 40, 50 percent, 60 percent or even more than about 75 percent.
[00328] Em alguns casos, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40 ou mesmo mais de cerca de 50 por cento.[00328] In some cases, the second material has cellulose which has a crystallinity ( T C2) that is less than the crystallinity ( T C1) of the cellulose of the first material. For example, ( T C2) can be less than ( T C1) by more than about 10 percent, for example, 15, 20, 25, 30, 35, 40 or even more than about 50 percent.
[00329] Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade inicial (antes de ultrassom) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento e um índice de cristalinidade após ultrassom é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Contudo, em determinadas modalidades, por exemplo, após ultrassom extensivo, é possível ter um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material, após ultrassom, é substancialmente amorfo.[00329] In some embodiments, the initial crystallinity index (before ultrasound) is about 40 to about 87.5 percent, for example, about 50 to about 75 percent or about 60 to about 70 percent and a crystallinity index after ultrasound is about 10 to about 50 percent, for example, about 15 to about 45 percent or about 20 to about 40 percent. However, in certain modalities, for example, after extensive ultrasound, it is possible to have a crystallinity index of less than 5 percent. In some embodiments, the material, after ultrasound, is substantially amorphous.
[00330] Em algumas modalidades, o peso molecular numérico médio inicial (antes de ultrassom) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio após ultrassom é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000, Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após ultrassom extensivo, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de[00330] In some modalities, the initial average numerical molecular weight (before ultrasound) is about 200,000 to about 3,200,000, for example, from about 250,000 to about 1,000,000 or from about 250,000 to about 700,000 and the average numerical molecular weight after ultrasound is about 50,000 to about 200,000, for example, from about 60,000 to about 150,000 or from about 70,000 to about 125,000, however, in some embodiments, for example, after extensive ultrasound, it is possible to have an average numerical molecular weight of less than about 10,000 or even less than
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 99/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 99/258
94/204 cerca de 5.000.94/204 about 5,000.
[00331] Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível de oxidação (TO2) que é maior do que o nível de oxidação (TO1) do primeiro material. A maior nível de oxidação do material pode auxiliar em sua dispersibilidade, capacidade de intumescimento e/ou solubilidade, intensificando adicionalmente a suscetibilidade dos materiais a ataque químico, enzimático ou microbiano. Em algumas modalidades, para aumentar o nível da oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, o ultrassom é realizado em um meio de oxidação, produzindo um segundo material que é mais oxidado do que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, o que pode aumentar sua hidrofilicidade.[00331] In some embodiments, the second material may have an oxidation level ( T O2) that is higher than the oxidation level ( T O1) of the first material. The higher level of oxidation of the material can aid in its dispersibility, swelling capacity and / or solubility, further intensifying the susceptibility of the materials to chemical, enzymatic or microbial attack. In some embodiments, to increase the level of oxidation of the second material in relation to the first material, ultrasound is performed in an oxidation medium, producing a second material that is more oxidized than the first material. For example, the second material may have more hydroxyl groups, aldehyde groups, ketone groups, ester groups or carboxylic acid groups, which can increase its hydrophilicity.
[00332] Em algumas modalidades, o meio de ultrassom é um meio aquoso. Se desejado, o meio pode incluir um oxidante, tal como um peróxido (por exemplo, peróxido de hidrogênio), um agente dispersante e/ou um tampão. Exemplos de agentes dispersantes incluem agentes dispersantes iônicos, por exemplo, lauril sulfato de sódio e agentes dispersantes não-iônicos, por exemplo, (poli)etileno glicol.[00332] In some modalities, the ultrasound medium is an aqueous medium. If desired, the medium can include an oxidizer, such as a peroxide (for example, hydrogen peroxide), a dispersing agent and / or a buffer. Examples of dispersing agents include ionic dispersing agents, for example, sodium lauryl sulfate and non-ionic dispersing agents, for example, (poly) ethylene glycol.
[00333] Em outras modalidades, o meio de ultrassom é não aquoso. Por exemplo, o ultrassom pode ser realizado em um hidrocarboneto, por exemplo, tolueno ou heptano, um éter, por exemplo, dietil éter ou tetra-hidrofurano ou mesmo em um gás liquefeito, tal como argônio, xenônio ou nitrogênio.[00333] In other modalities, the ultrasound medium is non-aqueous. For example, ultrasound can be performed on a hydrocarbon, for example, toluene or heptane, an ether, for example, diethyl ether or tetrahydrofuran or even on a liquefied gas, such as argon, xenon or nitrogen.
[00334] Sem desejar estar preso à qualquer teoria em particular, acredita-se que o ultrassom rompe ligações na celulose mediante criação de bolhas no meio contendo a celulose, as quais crescem e, então, entram em colapso violentamente. Durante o colapso da bolha, o qual pode ocorrer em menos de um nano-segundo, a força implosiva eleva a temperatura local dentro da bolha para cerca de 5100 K (ainda[00334] Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that ultrasound breaks bonds in the cellulose by creating bubbles in the medium containing the cellulose, which grow and then collapse violently. During the bubble's collapse, which can occur in less than a nano-second, the implosive force raises the local temperature inside the bubble to about 5100 K (still
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95/204 maior em alguns casos; veja, por exemplo, Suslick et al., Nature 434, 52-55) e geram pressões de umas poucas centenas de atmosferas a mais de 1000 atmosferas ou mais. São essas altas temperaturas e pressões que rompem as ligações. Além disso, sem desejar estar preso à qualquer teoria em particular, acredita-se que a cristalinidade reduzida surge, pelo menos em parte, das taxas de resfriamento extremamente altas durante colapso das bolhas, a qual pode ser maior do que cerca de 1011 K/segundo. As altas taxas de resfriamento não permitem, em geral, que a celulose se organize e cristalize, resultando em materiais que têm cristalinidade reduzida. Sistemas ultra-sônicos e sonoquímica são discutidos, por exemplo, em Olli et al., Patente U.S. No. 5.766.764; Roberts, Patente U.S. No. 5.828.156; Mason, Chemistry with Ultrasound, Elsevier, Oxford, (1990); Suslick (editor), Ultrasound: its Chemical, Physical and Biological Effects, VCH, Weinheim, (1988); Price, Current Trends in Sonochemistry Royal Society of Chemistry, Cambridge, (1992); Suslick et al., Ann. Rev. Mater. Sci. 29, 295, (1999); Suslick et al., Nature 353, 414 (1991); Hiller et al.., Phys. Rev. Lett. 69, 1182 (1992); Barber et al., Nature, 352, 414 (1991); Suslick et al., J. Am. Chem. Soc., 108, 5641 (1986); Tang et al., Chem. Comm., 2119 (2000); Wang et al., Avanced Mater., 12, 1137 (2000); Landau et al., J. of Catalysis, 201, 22 (2001); Perkas et al., Chem. Comm., 988 (2001); Nikitenko et al., Angew. Chem. Inter. Ed. (Dezembro de 2001); Shafi et al., J. Phys. Chem B 103, 3358 (1999); Avivi et al., J. Amer. Chem. Soc. 121, 4196 (1999); e Avivi et al., J. Amer. Chem. Soc. 122, 4331 (2000).95/204 higher in some cases; see, for example, Suslick et al., Nature 434, 52-55) and generate pressures from a few hundred atmospheres to more than 1000 atmospheres or more. It is these high temperatures and pressures that break the connections. Furthermore, without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that reduced crystallinity arises, at least in part, from extremely high cooling rates during bubble collapse, which can be greater than about 10 11 K /second. The high cooling rates do not, in general, allow the cellulose to organize and crystallize, resulting in materials that have reduced crystallinity. Ultrasonic and sonochemical systems are discussed, for example, in Olli et al., US Patent No. 5,766,764; Roberts, US Patent No. 5,828,156; Mason, Chemistry with Ultrasound, Elsevier, Oxford, (1990); Suslick (editor), Ultrasound: its Chemical, Physical and Biological Effects, VCH, Weinheim, (1988); Price, Current Trends in Sonochemistry Royal Society of Chemistry, Cambridge, (1992); Suslick et al., Ann. Rev. Mater. Sci. 29, 295, (1999); Suslick et al., Nature 353, 414 (1991); Hiller et al .., Phys. Rev. Lett. 69, 1182 (1992); Barber et al., Nature, 352, 414 (1991); Suslick et al., J. Am. Chem. Soc., 108, 5641 (1986); Tang et al., Chem. Comm., 2119 (2000); Wang et al., Avanced Mater., 12, 1137 (2000); Landau et al., J. of Catalysis, 201, 22 (2001); Perkas et al., Chem. Comm., 988 (2001); Nikitenko et al., Angew. Chem. Inter. Ed. (December 2001); Shafi et al., J. Phys. Chem B 103, 3358 (1999); Avivi et al., J. Amer. Chem. Soc. 121, 4196 (1999); and Avivi et al., J. Amer. Chem. Soc. 122, 4331 (2000).
Sistemas de ultrassom [00335] A figura 12 mostra um sistema geral no qual uma corrente de material celulósico 1210 é misturada com uma corrente de água 1212 em um reservatório 1214 para formar uma corrente de processo 1216. Uma primeira bomba 1218 extrai corrente de processo 1216 doUltrasound systems [00335] Figure 12 shows a general system in which a stream of cellulosic material 1210 is mixed with a stream of water 1212 in a reservoir 1214 to form a process stream 1216. A first pump 1218 draws process stream 1216 of
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96/204 reservatório 1214 e em direção a uma célula de fluxo 1224. O transdutor ultra-sônico 1226 transmite energia ultra-sônica para a corrente de processo 1216 à medida que a corrente de processo flui através da célula de fluxo 1224. Uma segunda bomba 1230 extrai a corrente de processo 1216 da célula de fluxo 1224 e em direção a subsequente processamento.96/204 reservoir 1214 and toward a flow cell 1224. Ultrasonic transducer 1226 transmits ultrasonic energy to process stream 1216 as the process stream flows through flow cell 1224. A second pump 1230 extracts process current 1216 from flow cell 1224 and towards further processing.
[00336] O reservatório 1214 inclui uma primeira entrada 1232 e uma segunda entrada 1234 em comunicação de fluido com um volume 1236. Um transportador (não mostrado) distribui a corrente de material celulósico 1210 ao reservatório 1214 através da primeira entrada 1232. A corrente de água 1212 entra no reservatório 1214 através da segunda entrada 1234. Em algumas modalidades, a corrente de água 1212 entra no volume 1236 ao longo de uma tangente que estabelece um fluxo turbulento dentro do volume 1236. Em determinadas modalidades, a corrente de material celulósico 1210 e a corrente de água 1212 podem ser introduzidas no volume 1236 ao longo de eixos opostos, intensificando a mistura dentro do volume.[00336] Reservoir 1214 includes a first inlet 1232 and a second inlet 1234 in fluid communication with a volume 1236. A conveyor (not shown) distributes the stream of cellulosic material 1210 to reservoir 1214 through the first inlet 1232. The current of water 1212 enters reservoir 1214 through the second inlet 1234. In some embodiments, the water stream 1212 enters volume 1236 along a tangent that establishes a turbulent flow within volume 1236. In certain embodiments, the stream of cellulosic material 1210 and the water stream 1212 can be introduced into volume 1236 along opposite axes, intensifying the mixing within the volume.
[00337] A válvula 1238 controla o fluxo de corrente de água 1212 através da segunda entrada 1232 para produzir uma proporção desejada de material celulósico para água (por exemplo, material celulósico a aproximadamente 10%, peso em volume). Por exemplo, 2000 toneladas/dia de material celulósico podem ser combinadas com 1 milhão a 1,5 milhões de galões/dia, por exemplo, 1,25 milhões de galões/dia, de água.[00337] Valve 1238 controls the flow of water current 1212 through the second inlet 1232 to produce a desired proportion of cellulosic material to water (e.g., cellulosic material approximately 10%, weight by volume). For example, 2000 tonnes / day of cellulosic material can be combined with 1 million to 1.5 million gallons / day, for example, 1.25 million gallons / day, of water.
[00338] Mistura de material celulósico e água no reservatório 1214 é controlada pelo tamanho do volume 1236 e as taxas de fluxo de material celulósico e água no volume. Em algumas modalidades, o volume 1236 é dimensionado para criar um tempo de residência de mistura mínimo para material celulósico e água. Por exemplo, quando 2000 toneladas/dia de material celulósico e 1,25 milhões de galões/dia de[00338] Mixture of cellulosic material and water in reservoir 1214 is controlled by the size of volume 1236 and the flow rates of cellulosic material and water in the volume. In some embodiments, volume 1236 is sized to create a minimum mixing residence time for cellulosic material and water. For example, when 2000 tonnes / day of cellulosic material and 1.25 million gallons / day of
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97/204 água têm de fluir através do reservatório 1214, o volume 1236 pode ter cerca de 32.000 galões para produzir um tempo de residência de mistura mínimo de cerca de 15 minutos.97/204 water has to flow through reservoir 1214, volume 1236 can be about 32,000 gallons to produce a minimum mixing residence time of about 15 minutes.
[00339] O reservatório 1214 inclui um misturador 1240 em comunicação de fluido com volume 1236. O misturador 1240 agita os conteúdos do volume 1236 para dispersar o material celulósico por toda a água no volume. Por exemplo, o misturador 1240 pode ser uma aleta giratória disposta no reservatório 1214. Em algumas modalidades, o misturador 1240 dispersa o material celulósico de modo substancialmente uniforme por toda a água.[00339] Reservoir 1214 includes a mixer 1240 in fluid communication with volume 1236. Mixer 1240 shakes the contents of volume 1236 to disperse cellulosic material throughout the water in the volume. For example, mixer 1240 can be a rotating fin arranged in reservoir 1214. In some embodiments, mixer 1240 disperses the cellulosic material substantially evenly throughout the water.
[00340] O reservatório 1214 ainda inclui uma saída 1242 em comunicação de fluido com o volume 1236 e a corrente de processo 1216. A mistura de material celulósico e água no volume 1236 flui para fora do reservatório 1214 via a saída 1242. A saída 1242 está disposta próximo da parte inferior do reservatório 1214 para permitir que a gravidade empurre a mistura de material celulósico e água para fora do reservatório 1214 e para a corrente de processo 1216.[00340] Reservoir 1214 also includes an outlet 1242 in fluid communication with volume 1236 and process stream 1216. The mixture of cellulosic material and water in volume 1236 flows out of reservoir 1214 via outlet 1242. Exit 1242 it is arranged near the bottom of reservoir 1214 to allow gravity to push the mixture of cellulosic material and water out of reservoir 1214 and into process stream 1216.
[00341] A primeira bomba 1218 (por exemplo, qualquer uma das várias bombas de turbilhonamento com propulsor em recesso feita pela Essco Pumps & Controles, Los Angeles, Califórnia) move os conteúdos da corrente de processo 1216 em direção à célula de fluxo 1224. Em algumas modalidades, a primeira bomba 1218 agita os conteúdos da corrente de processo 1216, de modo que a mistura de material celulósico e água é substancialmente uniforme na entrada 1220 da célula de fluxo 1224. Por exemplo, a primeira bomba 1218 agita a corrente de processo 1216 para criar um fluxo turbulento que persiste ao longo da corrente de processo entre a primeira bomba e a entrada 1220 da célula de fluxo 1224.[00341] The first 1218 pump (for example, any of the several recessed propellant swirl pumps made by Essco Pumps & Controls, Los Angeles, California) moves the contents of process stream 1216 towards flow cell 1224. In some embodiments, the first pump 1218 agitates the contents of process stream 1216, so that the mixture of cellulosic material and water is substantially uniform at inlet 1220 of flow cell 1224. For example, the first pump 1218 agitates the flow of process 1216 to create a turbulent flow that persists along the process stream between the first pump and inlet 1220 of flow cell 1224.
[00342] A célula de fluxo 1224 inclui um volume de reator 1244 em comunicação de fluido com a entrada 1220 e a saída 1222. Em alguPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 103/258[00342] Flow cell 1224 includes a reactor volume 1244 in fluid communication with inlet 1220 and outlet 1222. In some case 870170006381, of 30/01/2017, pg. 103/258
98/204 mas modalidades, o volume do reator 1244 é um tubo de aço inoxidável capaz de suportar pressões elevadas (por exemplo, 10 bars). Além disso ou altemativamente, o volume do reator 1244 inclui uma seção transversal circular.98/204 but modalities, the volume of the 1244 reactor is a stainless steel tube capable of withstanding high pressures (for example, 10 bars). In addition or alternatively, the volume of the 1244 reactor includes a circular cross section.
[00343] Célula de fluxo 1224 ainda inclui um permutador de calor 1246 em comunicação térmica com pelo menos uma porção do volume do reator 1244. Fluido de resfriamento 1248 (por exemplo, água) flui para permutador de calor 1246 e absorve o calor gerado quando a corrente de processo 1216 é submetida a ultrassom no volume do reator 1244. Em algumas modalidades, a taxa de fluxo e/ou a temperatura de fluido de resfriamento 1248 para o permutador de calor 1246 é controlada para manter uma temperatura aproximadamente constante no volume do reator 1244. Em algumas modalidades, a temperatura do volume do reator 1244 é mantida a 20 a 50°C, por exemplo, 25, 30, 35, 40 ou 45°C. Adicional ou alternativamente, calor transferido para o fluido de resfriamento 1248 do volume do reator 1244 pode ser usado em outras partes do processo global.[00343] Flow cell 1224 further includes a heat exchanger 1246 in thermal communication with at least a portion of the reactor volume 1244. Cooling fluid 1248 (eg water) flows into heat exchanger 1246 and absorbs the heat generated when process stream 1216 is subjected to ultrasound in the volume of reactor 1244. In some embodiments, the flow rate and / or temperature of cooling fluid 1248 to heat exchanger 1246 is controlled to maintain an approximately constant temperature in the volume of the reactor 1244. In some embodiments, the volume temperature of reactor 1244 is maintained at 20 to 50 ° C, for example, 25, 30, 35, 40 or 45 ° C. In addition or alternatively, heat transferred to the cooling fluid 1248 from reactor volume 1244 can be used in other parts of the overall process.
[00344] Uma seção adaptadora 1226 cria comunicação de fluido entre o volume do reator 1244 e um amplificador de voltagem 1250 acoplado (por exemplo, mecanicamente acoplado usando um flange) ao transdutor ultra-sônico 1226. Por exemplo, a seção adaptadora 1226 pode incluir um conjunto de flange e O-anel disposto para criar uma conexão hermética a vazamento entre o volume do reator 1244 e o amplificador de voltagem 1250, Em algumas modalidades, transdutor ultra-sônico 1226 é um transdutor ultra-sônico de alta potência fabricado pela Hielscher Ultrasonics of Teltow, Alemanha.[00344] An adapter section 1226 creates fluid communication between the volume of the reactor 1244 and a voltage amplifier 1250 coupled (for example, mechanically coupled using a flange) to the ultrasonic transducer 1226. For example, the adapter section 1226 may include a flange and O-ring assembly arranged to create a leak-tight connection between the 1244 reactor volume and the 1250 voltage amplifier. In some embodiments, the 1226 ultrasonic transducer is a high power ultrasonic transducer manufactured by Hielscher Ultrasonics of Teltow, Germany.
[00345] Em operação, um gerador 1252 distribui eletricidade ao transdutor ultra-sônico 1252. O transdutor ultra-sônico 1226 inclui um elemento piezelétrico que converte a energia elétrica em som na faixa ultra-sônica. Em algumas modalidades, os materiais são submetidos a[00345] In operation, a 1252 generator distributes electricity to the 1252 ultrasonic transducer. The 1226 ultrasonic transducer includes a piezoelectric element that converts electrical energy into sound in the ultrasonic range. In some modalities, the materials are subjected to
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 104/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 104/258
99/204 ultrassom usando som tendo uma frequência de cerca de 16 kHz a cerca de 110 kHz, por exemplo, de cerca de 18 kHz a cerca de 75 kHz ou de cerca de 20 kHz a cerca de 40 kHz (por exemplo, som tendo uma frequência de 20 kHz a 40 kHz). Em algumas implementações, ultrassom é realizado, por exemplo, em uma frequência de entre cerca de 15 kHz e cerca de 25 kHz, tal como entre cerca de 18 kHz e 22 kHz. Em modalidades específicas, ultrassom pode ser realizado utilizando uma antena em forma de chifre de 1 KW ou maior, por exemplo, uma antena em forma de chifre de 2, 3, 4, 5 ou mesmo 10 KW.99/204 ultrasound using sound having a frequency of about 16 kHz to about 110 kHz, for example, about 18 kHz to about 75 kHz or about 20 kHz to about 40 kHz (for example, sound having a frequency from 20 kHz to 40 kHz). In some implementations, ultrasound is performed, for example, at a frequency of between about 15 kHz and about 25 kHz, such as between about 18 kHz and 22 kHz. In specific modalities, ultrasound can be performed using a horn antenna of 1 KW or larger, for example, a horn antenna of 2, 3, 4, 5 or even 10 KW.
[00346] A energia ultra-sônica é, então, distribuída ao meio de trabalho através do amplificador de voltagem 1248.[00346] The ultrasonic energy is then distributed to the working medium through the 1248 voltage amplifier.
[00347] A energia ultra-sônica que trafega através do amplificador de voltagem 1248 no volume do reator 1244 cria uma série de compressões e rarefações numa corrente de processo 1216 com uma intensidade suficiente para criar cavitação na corrente de processo 1216. Cavitação desagrega o material celulósico disperso na corrente de processo 1216. Cavitação também produz radicais livres na água da corrente de processo 1216. Esses radicais livres atuam para decompor adicionalmente o material celulósico na corrente de processo 1216.[00347] The ultrasonic energy traveling through the voltage amplifier 1248 in the volume of the reactor 1244 creates a series of compressions and rarefactions in a process current 1216 with an intensity sufficient to create cavitation in the process current 1216. Cavitation disaggregates the material cellulosic dispersed in process stream 1216. Cavitation also produces free radicals in the water of process stream 1216. These free radicals act to further decompose cellulosic material in process stream 1216.
[00348] Em geral, 5 a 4000 MJ/m3, por exemplo, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 ou 3000 MJ/m3, de energia ultra-sônica são aplicados à corrente de processo 16 que flui em uma taxa de cerca de 0,2 m3/s (cerca de 3200 galões/min). Após exposição à energia ultrasônica no volume do reator 1244, a corrente de processo 1216 sai da célula de fluxo 1224 através da saída 1222. A segunda bomba 1230 move a corrente de processo 1216 para subsequente processamento (por exemplo, qualquer uma de várias bombas de turbilhonamento com propulsores em recesso feitas pela Essco Pump & Controls, Los Angeles, Califórnia).[00348] In general, 5 to 4000 MJ / m 3 , for example, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 or 3000 MJ / m 3 , of ultrasonic energy are applied to the current of process 16 that flows at a rate of about 0.2 m 3 / s (about 3200 gallons / min). After exposure to ultrasonic energy in reactor volume 1244, process stream 1216 leaves flow cell 1224 through outlet 1222. Second pump 1230 moves process stream 1216 for further processing (for example, any of several whirlwind with recessed thrusters made by Essco Pump & Controls, Los Angeles, California).
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 105/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 105/258
100/204 [00349] Embora determinadas modalidades tenham sido descritas, outras modalidades são possíveis.100/204 [00349] Although certain modalities have been described, other modalities are possible.
[00350] Como um exemplo, embora a corrente de processo 1216 tenha s ido descrita como um único trajeto de fluxo, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades por exemplo, a corrente de processo 1216 inclui múltiplos trajetos de fluxo paralelos (por exemplo, que fluem em uma taxa de 10 galões/min). Além disso ou alternativamente, os múltiplos trajetos de fluxo paralelos da corrente de processo 1216 fluem para células distintas e são submetidos a ultrassom em paralelo (por exemplo, usando uma pluralidade de transdutores ultra-sônicos de16 kW).[00350] As an example, although process stream 1216 has been described as a single flow path, other configurations are possible. In some embodiments, for example, process stream 1216 includes multiple parallel flow paths (for example, which flow at a rate of 10 gallons / min). In addition or alternatively, the multiple parallel flow paths of process stream 1216 flow to separate cells and are subjected to ultrasound in parallel (for example, using a plurality of 16 kW ultrasonic transducers).
[00351] Como outro exemplo, embora um único transdutor ultrasônico 1226 tenha sido descrito como estando acoplado à célula de fluxo 1224, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, uma pluralidade de transdutores ultra-sônico 1226 estão dispostos em célula de fluxo 1224 (por exemplo, dez transdutores ultrasônicos podem estar dispostos em uma célula de fluxo 1224). Em algumas modalidades, as ondas de som geradas por cada um da pluralidade de transdutores ultra-sônicos 1226 são sincronizadas (por exemplo, sincronizadas fora de fase uns com os outros) para intensificar a cavitação que atua sobre a corrente de processo 1216.[00351] As another example, although a single 1226 ultrasonic transducer has been described as being coupled to flow cell 1224, other configurations are possible. In some embodiments, a plurality of ultrasonic transducers 1226 are arranged in a flow cell 1224 (for example, ten ultrasonic transducers can be arranged in a flow cell 1224). In some embodiments, the sound waves generated by each of the plurality of ultrasonic transducers 1226 are synchronized (for example, synchronized out of phase with each other) to intensify the cavitation acting on the process current 1216.
[00352] Como outro exemplo, embora uma única célula de fluxo 1224 tenha sido descrita, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, a segunda bomba 1230 move a corrente de processo para uma segunda célula de fluxo onde um segundo amplificador de voltagem e transdutor ultra-sônico submetem a corrente de processo 1216 a ultrassom adicionalmente.[00352] As another example, although a single flow cell 1224 has been described, other configurations are possible. In some embodiments, the second pump 1230 moves the process current to a second flow cell where a second voltage amplifier and ultrasonic transducer additionally subject the process current 1216 to ultrasound.
[00353] Como ainda outro exemplo, embora o volume de reator 1244 tenha sido descrito como um volume fechado, o volume de reator 1244 é aberto para as condições ambientes em determinadas modaliPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 106/258[00353] As yet another example, although reactor volume 1244 has been described as a closed volume, reactor volume 1244 is open to ambient conditions in certain modes. Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 106/258
101/204 dades. Em tais modalidades, pré-tratamento com ultrassom pode ser realizado de modo substancialmente simultâneo com outras técnicas de pré-tratamento. Por exemplo, energia ultra-sônica pode ser aplicada à corrente de processo 1216 no volume do reator 1244 enquanto feixes de elétrons são simultaneamente introduzidos na corrente de processo 1216.101/204 activities. In such modalities, pre-treatment with ultrasound can be performed substantially simultaneously with other pre-treatment techniques. For example, ultrasonic energy can be applied to process current 1216 in reactor volume 1244 while electron beams are simultaneously introduced into process current 1216.
[00354] Como outro exemplo, embora um processo de fluxo contínuo tenha sido descrito, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, ultrassom pode ser realizado em um processo em batelada. Por exemplo, um volume pode ser enchido com uma mistura a 10% (peso em volume) de material celulósico em água e exposto a som com uma intensidade de cerca de 50 W/cm2 a cerca de 600 W/cm2, por exemplo, de cerca de 75 W/cm2 a cerca de 300 W/cm2 ou de cerca de 95 W/cm2 a cerca de 200 W/cm2. Adicional ou alternativamente, a mistura no volume pode ser submetida a ultrassom de cerca de 1 hora a cerca de 24 horas, por exemplo, de cerca de 1,5 horas a cerca de 12 horas ou de cerca de 2 horas a cerca de 10 horas. Em determinadas modalidades, o material é submetido a ultrassom durante um tempo predeterminado e, então, deixado descansar durante um segundo tempo predeterminado antes de ultrassom mais uma vez. [00355] Fazendo referência agora à figura 13, em algumas modalidades, dois transdutores eletro-acústicos são mecanicamente acoplados a uma única antena em forma de chifre. Conforme mostrado, um par de transdutores piezelétricos 60 e 62 é acoplado a uma antena em forma de chifre com barra em ranhura 64 através de respectivas antenas em forma de chifre de acoplamento intermediárias 70 e 72, as últimas sendo também conhecidas como antenas em forma de chifre de amplificação de voltagem. As vibrações proporcionadas pelos transdutores, responsivas à energia elétrica de alta frequência aplicada aos mesmos, são transmitidas para as respectivas antenas em forma de[00354] As another example, although a continuous flow process has been described, other configurations are possible. In some modalities, ultrasound can be performed in a batch process. For example, a volume can be filled with a 10% (weight by volume) mixture of cellulosic material in water and exposed to sound with an intensity of about 50 W / cm 2 to about 600 W / cm 2 , for example , from about 75 W / cm 2 to about 300 W / cm 2 or from about 95 W / cm 2 to about 200 W / cm 2 . In addition or alternatively, the mixture in volume can be subjected to ultrasound for about 1 hour to about 24 hours, for example, about 1.5 hours to about 12 hours or about 2 hours to about 10 hours . In certain embodiments, the material is subjected to ultrasound for a predetermined time and then left to rest for a second predetermined time before ultrasound again. [00355] Referring now to figure 13, in some modalities, two electro-acoustic transducers are mechanically coupled to a single antenna in the shape of a horn. As shown, a pair of piezoelectric transducers 60 and 62 are coupled to a horn antenna with a slotted bar 64 via respective intermediate coupling horn antennas 70 and 72, the latter being also known as antenna shaped antennas. voltage amplification horn. The vibrations provided by the transducers, responsive to the high frequency electrical energy applied to them, are transmitted to the respective antennas in the form of
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 107/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 107/258
102/204 chifre de acoplamento, as quais podem ser construídas para conferir um ganho mecânico, tal como uma proporção de 1 para 1,2. As antenas em forma de chifre são proporcionadas com respectivos flanges de montagem 74 e 76 para apoiar o conjunto de transdutor e antena em forma de chifre em um alojamento estacionário.102/204 coupling horn, which can be constructed to provide a mechanical gain, such as a 1 to 1.2 ratio. Horn antennas are provided with respective mounting flanges 74 and 76 to support the horn transducer and antenna assembly in a stationary housing.
[00356] As vibrações transmitidas dos transdutores através das antenas em forma de chifre de acoplamento ou amplificador de voltagem são acopladas à superfície de entrada 78 da antena em forma de chifre e são transmitidas, através da antena em forma de chifre, para a superfície de saída opostamente localizada 80 a qual, durante operação, está em encaixe forçado com uma peça de trabalho (não mostrada) à qual as vibrações são aplicadas.[00356] The vibrations transmitted from the transducers through the antenna in the form of a coupling horn or voltage amplifier are coupled to the entrance surface 78 of the antenna in the shape of a horn and are transmitted, through the antenna in the shape of a horn, to the surface of oppositely located outlet 80 which, during operation, is in forced fit with a workpiece (not shown) to which the vibrations are applied.
[00357] A energia elétrica de alta frequência fornecida pelo suprimento de potência 82 é alimentada a cada um dos transdutores, eletricamente conectados em paralelo, via um transformador de equilíbrio 84 e uma respectiva série de capacitores 86 e 90 conectados, um capacitor conectado em série com a conexão elétrica a cada um dos transdutores. O transformador de equilíbrio é conhecido também como um balun, significando unidade de equilíbrio. O transformador de equilíbrio inclui um núcleo magnético 92 e um par de enrolamentos idênticos 94 e 96, também denominados o enrolamento primário e o enrolamento secundário, respectivamente.[00357] The high frequency electrical energy supplied by the power supply 82 is fed to each of the transducers, electrically connected in parallel, via an equilibrium transformer 84 and a respective series of capacitors 86 and 90 connected, one capacitor connected in series with the electrical connection to each of the transducers. The balance transformer is also known as a balun, meaning unity of balance. The balance transformer includes a magnetic core 92 and a pair of identical windings 94 and 96, also called the primary winding and the secondary winding, respectively.
[00358] Em algumas modalidades, os transdutores incluem transdutores piezelétricos comercialmente disponíveis, tais como Branson Ultrasonics Corporation modelos 105 ou 502, cada um criado para operação a 20 kHz e uma classificação de potência máxima de 3 kW. A tensão de energia para fornecimento de excursão móvel máxima à superfície resultante do transdutor é 930 volts rms. O fluxo de corrente através do transdutor pode variar entre zero e 3,5 amperes, dependendo da impedância de carga. A 930 volts rms, o movimento resulPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 108/258[00358] In some embodiments, the transducers include commercially available piezoelectric transducers, such as Branson Ultrasonics Corporation models 105 or 502, each designed for operation at 20 kHz and a maximum power rating of 3 kW. The power voltage for providing maximum moving excursion to the surface resulting from the transducer is 930 volts rms. The current flow through the transducer can vary between zero and 3.5 amps, depending on the load impedance. At 930 volts rms, the result movementPetition 870170006381, of 01/30/2017, p. 108/258
103/204 tante é de aproximadamente 20 mícrons. A diferença máxima na tensão terminal para a mesma amplitude de movimento, portanto, pode ser de 186 volts. Tal diferença de tensão pode dar origem à grandes correntes de circulação que fluem entre os transdutores. A unidade de equilíbrio 430 assegura uma condição equilibrada conferindo um fluxo de corrente igual através dos transdutores, consequentemente, eliminando a possibilidade de correntes de circulação. O tamanho de fio dos enrolamentos deve ser selecionado para a corrente de carga total mencionada acima e a tensão máxima que aparece através de uma entrada de enrolamento é de 93 volt.103/204 tant is approximately 20 microns. The maximum difference in terminal voltage for the same range of motion, therefore, can be 186 volts. Such a difference in voltage can give rise to large circulation currents that flow between the transducers. The balance unit 430 ensures a balanced condition by providing an equal current flow through the transducers, thereby eliminating the possibility of circulating currents. The wire size of the windings must be selected for the full load current mentioned above and the maximum voltage that appears through a winding input is 93 volts.
[00359] Embora o transdutor ultra-sônico 1226 tenha sido descrito como incluindo um ou mais elementos ativos piezelétricos para criar energia ultra-sônica, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, o transdutor ultra-sônico 1226 inclui elementos ativos feitos de outros tipos de materiais magneto-restritivos (por exemplo, metais ferrosos). O design e operação de tal transdutor ultra-sônico de alta potência são discutidos em Hansen et al., Patente U.S. No. 6.624.539. Em algumas modalidades, energia ultra-sônica é transferida para a corrente de processo 16 através de um sistema eletrohidráulico.[00359] Although the 1226 ultrasonic transducer has been described as including one or more active piezoelectric elements to create ultrasonic energy, other configurations are possible. In some embodiments, the 1226 ultrasonic transducer includes active elements made from other types of magneto-restrictive materials (for example, ferrous metals). The design and operation of such a high power ultrasonic transducer are discussed in Hansen et al., U.S. Patent No. 6,624,539. In some embodiments, ultrasonic energy is transferred to the process stream 16 via an electro-hydraulic system.
[00360] Embora o transdutor ultra-sônico 1226 tenha sido descrito como usando a resposta eletromagnética de materiais magnetorestritivos para produzir energia ultra-sônica, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, energia acústica na forma de uma onda de choque intensa pode ser aplicada diretamente à corrente de processo 16 usando uma purgação submersa. Em algumas modalidades, energia ultra-sônica é transferida para a corrente de processo 16 através de um sistema termo-hidráulico. Por exemplo, ondas acústicas de alta densidade de energia podem ser produzidas mediante aplicação de potência através de um volume encerrado de eletrólito,[00360] Although the 1226 ultrasonic transducer has been described as using the electromagnetic response of magnetorestructive materials to produce ultrasonic energy, other configurations are possible. In some embodiments, acoustic energy in the form of an intense shock wave can be applied directly to the process stream 16 using a submerged purge. In some embodiments, ultrasonic energy is transferred to the process stream 16 via a thermo-hydraulic system. For example, high energy density acoustic waves can be produced by applying power through a closed volume of electrolyte,
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 109/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 109/258
104/204 desse modo, aquecendo o volume encerrado e produzindo uma elevação de pressão que é subsequentemente transmitida através de meio de propagação sonoro (por exemplo, corrente de processo 1216). O design e operação de tal transdutor termo-hidráulico são discutidos em Hartmann et al., Patente U.S. 6.383.152.104/204 thereby heating the closed volume and producing an elevation of pressure which is subsequently transmitted via sound propagation medium (for example, process current 1216). The design and operation of such a thermo-hydraulic transducer are discussed in Hartmann et al., U.S. Patent 6,383,152.
[00361] Algumas modalidades usam um dispositivo de rotor-estator de alta frequência podem ser utilizados. Esse tipo de dispositivo produz forças de microcavitação de alto cisalhamento, as quais podem desintegrar a biomassa em contato com tais forças. Dois dispositivos de rotor-estator de alta frequência comercialmente disponíveis são os dispositivos SupratonTM fabricados pela Krupp Industrietechnik GmbH e comercializados pela Dorr-Oliver Deutschland GmbH de Connecticut e os dispositivos DispaxTM fabricados e comercializados pela IkaWorks, Inc. de Cincinnati, Ohio. A operação de tal dispositivo de microcavitação é discutida em Stuart, Patente U.S. No. 5.370.999.[00361] Some modalities use a high frequency rotor-stator device can be used. This type of device produces high shear microcavitation forces, which can disintegrate the biomass in contact with such forces. Two commercially available high frequency rotor-stator devices are Supraton TM devices manufactured by Krupp Industrietechnik GmbH and marketed by Dorr-Oliver Deutschland GmbH of Connecticut and Dispax TM devices manufactured and marketed by IkaWorks, Inc. of Cincinnati, Ohio. The operation of such a microcavitation device is discussed in Stuart, US Patent No. 5,370,999.
[00362] Em outra técnica de ruptura de biomassa, microondas ou energia de rádio-ondas é aplicada a um material de biomassa tratado ou não tratado, tal como um material lignocelulósico, de uma maneira que a água dentro do material de biomassa é vaporizada mas, em geral, o material de biomassa sobre pouco aquecimento volumétrico. Por exemplo, uma frequência de cerca de 10 MHz a cerca de 300.000 MHz pode ser aplicada ao material de biomassa. Em alguns casos, a energia de microondas ou rádio-ondas é aplicada em pulsos curtos, por exemplo, tendo uma duração de menos de 0,1 segundo, por exemplo, menos de 0,05 segundos, menos de 0,03 segundos, menos de 0,01 segundo ou mesmo menos, por exemplo, 0,005 segundos. Sem desejar estar preso pela por qualquer teoria particular, acreditase que quando a energia de microondas ou rádio-ondas é aplicada dessa maneira, a água é vaporizada dentro do material de biomassa com força explosiva, a qual rompe a lignina e descama da celulose.[00362] In another biomass rupture technique, microwave or radio wave energy is applied to a treated or untreated biomass material, such as a lignocellulosic material, in a way that the water within the biomass material is vaporized but , in general, the biomass material over little volumetric heating. For example, a frequency from about 10 MHz to about 300,000 MHz can be applied to the biomass material. In some cases, microwave or radio wave energy is applied in short pulses, for example, having a duration of less than 0.1 second, for example, less than 0.05 seconds, less than 0.03 seconds, less 0.01 seconds or even less, for example, 0.005 seconds. Without wishing to be trapped by any particular theory, it is believed that when microwave or radio wave energy is applied in this way, water is vaporized into the biomass material with explosive force, which breaks down the lignin and flakes of the cellulose.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 110/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 110/258
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Ao mesmo tempo, uma vez que aplicação de tal energia não aquece o material denso, a lignina não tende a se re-aplicar sobre a celulose, o que poderia bloquear o acesso à celulose, por exemplo, por uma enzima ou micróbio. Muitas das propriedades da lignina são descritas por Carter Fox em uma tese intitulada Chemical and Thermal Characterization of Three Industrial Lignin and Their Corresponding Esters (Maio de 2006, University of Idaho).At the same time, since application of such energy does not heat the dense material, lignin does not tend to be re-applied to cellulose, which could block access to cellulose, for example, by an enzyme or microbe. Many of the properties of lignin are described by Carter Fox in a thesis entitled Chemical and Thermal Characterization of Three Industrial Lignin and Their Corresponding Esters (May 2006, University of Idaho).
[00363] Em outra técnica de ruptura de biomassa, material de biomassa tratado (por exemplo, usando qualquer método de tratamento descrito aqui) ou não tratado é submetido a um fluido comprimido, quente, tal como água. Em tal método, a biomassa é colocada em um vaso de pressão contendo um fluido, tal como água, em uma temperatura elevada, por exemplo, acima de 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 ou acima de 180 °C. O vaso de pressão é colocado sob pressão de um gás, tal como sob argônio, nitrogênio ou ar e, então, agitado, por exemplo, com um propulsor a turbina com duas pás durante um período de tempo, por exemplo, 10 minutos, 20 minutos, 30 minutos, 45 minutos, 60 minutos ou 90 minutos. Em algumas modalidades, a pressão está entre cerca de 500 psig e 2000 psig, por exemplo, entre cerca de 650 psig e cerca de 1500 psig ou entre cerca de 700 psig e cerca de 1200 psig. Em algumas modalidades, a temperatura está em 5 ou 10 °C acima da temperatura de transição do vidro para a lignina. Sem desejar estar preso por qualquer teoria em particular, acredita-se que, quando a temperatura está acima da temperatura de transição do vidro da lignina, as condições no vaso de pressão fazem com que a lignina descame da celulose, tornando a celulose mais exposta para ruptura, por exemplo, por uma enzima.[00363] In another biomass rupture technique, treated biomass material (for example, using any treatment method described here) is subjected to a compressed, hot fluid, such as water. In such a method, the biomass is placed in a pressure vessel containing a fluid, such as water, at an elevated temperature, for example, above 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140 , 150, 160, 170 or above 180 ° C. The pressure vessel is placed under pressure of a gas, such as under argon, nitrogen or air and then stirred, for example, with a two-blade turbine propeller for a period of time, for example, 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, 45 minutes, 60 minutes or 90 minutes. In some embodiments, the pressure is between about 500 psig and 2000 psig, for example, between about 650 psig and about 1500 psig or between about 700 psig and about 1200 psig. In some embodiments, the temperature is at 5 or 10 ° C above the transition temperature from glass to lignin. Without wishing to be trapped by any particular theory, it is believed that when the temperature is above the transition temperature of the lignin glass, the conditions in the pressure vessel cause the lignin to peel off the cellulose, making the cellulose more exposed to disruption, for example, by an enzyme.
[00364] Em outra técnica de ruptura de biomassa, material de biomassa tratado, por exemplo, irradiado ou não tratado é distribuído a um estreitamento definido entre dois rolos de pressão contraPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 111/258[00364] In another biomass rupture technique, treated biomass material, for example, irradiated or untreated is distributed to a defined narrowing between two pressure counter rolls Petition 870170006381, of 30/01/2017, p. 111/258
106/204 giratórios, os quais podem ser opcionalmente aquecidos. A pressão no estreitamento pode ser ajustada pela quantidade de material de biomassa alimentado ao estreitamento e do espaçamento entre os rolos de pressão. Em algumas modalidades, a pressão no estreitamento pode ser maior do que 1.000 psi por polegada linear, por exemplo, maior do que 2.500 psi, maior do que 5.000 psi, maior do que 7.500 psi, maior do que 10.000 psi ou mesmo maior do que 15.000 psi por polegada linear. Em algumas modalidades, os rolos de pressão são operados em uma temperatura elevada, por exemplo, acima de 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 ou acima de 180 °C. Em algumas modalidades, os rolos são operados em uma temperatura acima de uma temperatura de transição do vidro da lignina. Sem desejar estar preso por qualquer teoria particular, acredita-se que a pressão e o calor no estreitamento possam romper qualquer lignina do material de biomassa, tornando a celulose mais acessível e disponível a uma enzima.106/204 rotary, which can be optionally heated. The nip pressure can be adjusted by the amount of biomass material fed to the nip and the spacing between the pressure rollers. In some embodiments, the narrowing pressure may be greater than 1,000 psi per linear inch, for example, greater than 2,500 psi, greater than 5,000 psi, greater than 7,500 psi, greater than 10,000 psi or even greater than 15,000 psi per linear inch. In some embodiments, the pressure rollers are operated at an elevated temperature, for example, above 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 or above 180 ° Ç. In some embodiments, the rollers are operated at a temperature above a transition temperature of the lignin glass. Without wishing to be trapped by any particular theory, it is believed that the pressure and heat in the narrowing can disrupt any lignin in the biomass material, making cellulose more accessible and available to an enzyme.
PIRÓLISE [00365] Uma ou mais sequências de processamento de pirólise podem ser usadas para processar o estoque de alimentação bruto de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substâncias úteis do estoque de alimentação e proporcionar um material orgânico parcialmente degradado o qual como entrada para outras etapas e/ou sequências de processamento.PYROLYSIS [00365] One or more pyrolysis processing sequences can be used to process the raw feed stock from a wide variety of different sources to extract useful substances from the feed stock and provide a partially degraded organic material which as input to others processing steps and / or sequences.
[00366] Fazendo referência mais uma vez tão esquema geral na figura 8, um primeiro material 2 que inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1), sofre pirólise, por exemplo, mediante aquecimento do primeiro material em um torno de tubo, a fim de proporcionar um segundo material 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. O segundo material (ou os priPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 112/258[00366] Referring again to such a general scheme in figure 8, a first material 2 that includes cellulose having a first numerical average molecular weight ( T MN1), undergoes pyrolysis, for example, by heating the first material in a pipe lathe in order to provide a second material 3 which includes cellulose having a second average numerical molecular weight ( T MN2) less than the first average numerical molecular weight. The second material (or the priPetition 870170006381, of 01/30/2017, page 112/258
107/204 meiro e segundo materiais em determinadas modalidades) é/são combinado^) com um micro-organismo (por exemplo, uma bactéria ou um levedo) que pode utilizar o segundo e/ou primeiro material para produzir um combustível 5 que é ou inclui hidrogênio, um álcool (por exemplo, etanol ou butanol, tal como n-, sec- ou terc-butanol), um ácido orgânico, um hidrocarboneto ou misturas de qualquer um desses.107/204 first and second materials in certain modalities) is / are combined ^) with a microorganism (for example, a bacterium or a yeast) that can use the second and / or first material to produce a fuel 5 that is or includes hydrogen, an alcohol (for example, ethanol or butanol, such as n-, sec- or tert-butanol), an organic acid, a hydrocarbon or mixtures of any of these.
[00367] Uma vez que o segundo material tem celulose tendo um peso molecular reduzido com relação ao primeiro material e, em alguns casos, uma cristalinidade reduzida também, o segundo material é, em geral, mais dispersível, intumescível e/ou solúvel em uma solução contendo o micro-organismo, por exemplo, em uma concentração de mais de 106 micro-organismos/mL. Essas propriedades tornam o segundo material 3 mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou microbiano com relação ao primeiro material 2, o que pode aprimorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. Pirólise também pode esterilizar os primeiro e segundo materiais.[00367] Since the second material has cellulose having a reduced molecular weight in relation to the first material and, in some cases, a reduced crystallinity as well, the second material is, in general, more dispersible, swelling and / or soluble in a solution containing the microorganism, for example, at a concentration of more than 10 6 microorganisms / mL. These properties make the second material 3 more susceptible to chemical, enzymatic and / or microbial attack compared to the first material 2, which can greatly improve the production rate and / or production level of a desired product, for example, ethanol. Pyrolysis can also sterilize the first and second materials.
[00368] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio (TMN2) é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento ou mesmo mais de cerca de 75 por cento.[00368] In some embodiments, the second average numerical molecular weight ( T MN2) is less than the first average numerical molecular weight ( T MN1) by more than about 10 percent, for example, 15, 20, 25, 30 , 35, 40, 50 percent, 60 percent or even more than about 75 percent.
[00369] Em alguns casos, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40 ou mesmo mais de cerca de 50 por cento.[00369] In some cases, the second material has cellulose that has a crystallinity ( T C2) that is less than the crystallinity ( T C1) of the cellulose of the first material. For example, ( T C2) can be less than ( T C1) by more than about 10 percent, for example, 15, 20, 25, 30, 35, 40 or even more than about 50 percent.
[00370] Em algumas modalidades, a cristalinidade inicial (antes de pirólise) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70[00370] In some embodiments, the initial crystallinity (before pyrolysis) is about 40 to about 87.5 percent, for example, about 50 to about 75 percent or about 60 to about 70
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 113/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 113/258
108/204 por cento e o índice de cristalinidade, após pirólise, é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Contudo, em determinadas modalidades, por exemplo, após pirólise extensiva, é possível ter um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material, após pirólise, é substancialmente amorfo. [00371] Em algumas modalidades, o peso molecular numérico médio inicial (antes de pirólise) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio, após pirólise, é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000, Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após pirólise extensiva, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de cerca de 5.000.108/204 percent and the crystallinity index, after pyrolysis, is about 10 to about 50 percent, for example, about 15 to about 45 percent or about 20 to about 40 percent . However, in certain embodiments, for example, after extensive pyrolysis, it is possible to have a crystallinity index of less than 5 percent. In some embodiments, the material, after pyrolysis, is substantially amorphous. [00371] In some embodiments, the initial average numerical molecular weight (before pyrolysis) is from about 200,000 to about 3,200,000, for example, from about 250,000 to about 1,000,000 or from about 250,000 to about 700,000 and the average numerical molecular weight, after pyrolysis, is about 50,000 to about 200,000, for example, from about 60,000 to about 150,000 or from about 70,000 to about 125,000, however, in some embodiments, for For example, after extensive pyrolysis, it is possible to have an average numerical molecular weight of less than about 10,000 or even less than about 5,000.
[00372] Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível de oxidação (TO2) que é maior do que o nível de oxidação (TO1) do primeiro material. Um maior nível de oxidação do material pode auxiliar em sua dispersibilidade, capacidade de intumescimento e/ou solução, intensificando adicionalmente a suscetibilidade dos materiais a ataque químico, enzimático ou microbiano. Em algumas modalidades, para aumentar o nível de oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, a pirólise é realizada em um ambiente de oxidação, produzindo um segundo material que é mais oxidado do que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, os quais podem aumentar sua hidrofilicidade.[00372] In some embodiments, the second material may have an oxidation level ( T O2) that is higher than the oxidation level ( T O1) of the first material. A higher level of oxidation of the material can assist in its dispersibility, swelling capacity and / or solution, further intensifying the susceptibility of the materials to chemical, enzymatic or microbial attack. In some embodiments, to increase the level of oxidation of the second material with respect to the first material, pyrolysis is performed in an oxidation environment, producing a second material that is more oxidized than the first material. For example, the second material can have more hydroxyl groups, aldehyde groups, ketone groups, ester groups or carboxylic acid groups, which can increase its hydrophilicity.
[00373] Em algumas modalidades, a pirólise dos materiais é contínua. Em outras modalidades, o material sofre pirólise durante um temPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 114/258[00373] In some modalities, the pyrolysis of the materials is continuous. In other modalities, the material undergoes pyrolysis during a period of 870170006381, of 01/30/2017, p. 114/258
109/204 po predeterminado e, então, é deixado esfriar durante um segundo tempo predeterminado antes de pirólise mais uma vez.109/204 pre-determined and then allowed to cool for a second pre-determined time before pyrolysis once again.
Sistemas de Pirólise [00374] A figura 14 mostra um fluxograma de processo 6000 que inclui várias etapas em um sistema de pré-tratamento pirolítico de estoque de alimentação. Na primeira etapa 6010, um suprimento de estoque de alimentação seco é recebido de uma fonte de alimentação. [00375] Conforme descrito acima, o estoque de alimentação seco da fonte de alimentação pode ser pré-processado antes de distribuição à câmara de pirólise. Por exemplo, se o estoque de alimentação é derivado de fontes vegetais, determinadas partes do material vegetal podem ser removidas antes de coleta do material vegetal e/ou antes que o material vegetal seja distribuído pelo dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Alternativamente ou além disso, o estoque de alimentação de biomassa pode ser submetido a processamento mecânico 6020 (por exemplo, para reduzir o comprimento médio de fibras no estoque de alimentação) antes de distribuição à câmara de pirólise. [00376] Após processamento mecânico, o estoque de alimentação sofre uma etapa de ajuste de umidade 6030. A natureza da etapa de ajuste de umidade depende do teor de umidade do estoque de alimentação mecanicamente processado. Tipicamente, pirólise de estoque de alimentação ocorre mais eficientemente quando o teor de umidade do estoque de alimentação está entre cerca de 10% e cerca de 30% (por exemplo, entre 15% e 25%) em peso do estoque de alimentação. Se o teor de umidade do estoque de alimentação é maior do que cerca de 40% em peso, a carga térmica extra apresentada pelo teor de água do estoque de alimentação aumenta o consumo de energia de subsequentes etapas de pirólise.Pyrolysis Systems [00374] Figure 14 shows a 6000 process flow chart that includes several steps in a feed stock pyrolytic pretreatment system. In step 6010, a supply of dry feed stock is received from a power source. [00375] As described above, the dry feed stock of the power supply can be pre-processed before distribution to the pyrolysis chamber. For example, if the feed stock is derived from plant sources, certain parts of the plant material can be removed before the plant material is collected and / or before the plant material is distributed by the feed stock transport device. Alternatively or in addition, the biomass feed stock can be subjected to 6020 mechanical processing (for example, to reduce the average length of fibers in the feed stock) before distribution to the pyrolysis chamber. [00376] After mechanical processing, the feed stock undergoes a moisture adjustment step 6030. The nature of the moisture adjustment step depends on the moisture content of the mechanically processed feed stock. Typically, feed stock pyrolysis occurs most efficiently when the moisture content of the feed stock is between about 10% and about 30% (for example, between 15% and 25%) by weight of the feed stock. If the moisture content of the feed stock is greater than about 40% by weight, the extra thermal load presented by the water content of the feed stock increases the energy consumption of subsequent pyrolysis steps.
[00377] Em algumas modalidades, se o estoque de alimentação tem um teor de umidade o qual é maior do que cerca de 30% em peso,[00377] In some modalities, if the feed stock has a moisture content which is greater than about 30% by weight,
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 115/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 115/258
110/204 estoque de alimentação mais seco 6220, o qual tem um baixo teor de umidade, pode ser misturado, criando uma mistura de estoque de alimentação na etapa 6030 com um teor de umidade médio que está dentro dos limites discutidos acima. Em determinadas modalidades, estoque de alimentação com um alto teor de umidade pode simplesmente ser seca através de dispersão do material de estoque de alimentação sobre um transportador em movimento que circula o estoque de alimentação através de uma unidade de aquecimento in-line. A unidade de aquecimento evapora uma parte da água presente no estoque de alimentação.110/204 drier feed stock 6220, which has a low moisture content, can be mixed, creating a mix of feed stock in step 6030 with an average moisture content that is within the limits discussed above. In certain embodiments, feed stock with a high moisture content can simply be dried by dispersing the feed stock material on a moving conveyor that circulates the feed stock through an inline heating unit. The heating unit evaporates some of the water in the supply stock.
[00378] Em algumas modalidades, se o estoque de alimentação da etapa 6020 tem um teor de umidade o qual é muito baixo (por exemplo, menor do que cerca de 10% em peso), o estoque de alimentação mecanicamente processado pode ser combinado com o material de estoque de alimentação mais úmido 6230 com um maior teor de umidade, tal como lama de esgoto. Altemativamente ou além disso, a água 6240 pode ser adicionada ao estoque de alimentação seco da etapa 6020 para aumentar seu teor de umidade.[00378] In some embodiments, if the feed stock of step 6020 has a moisture content which is very low (for example, less than about 10% by weight), the mechanically processed feed stock can be combined with the wetter feed stock material 6230 with a higher moisture content, such as sewage sludge. Alternatively or in addition, 6240 water can be added to the dry feed stock of step 6020 to increase its moisture content.
[00379] Na etapa 6040, o estoque de alimentação - agora com seu teor de umidade ajustado para cair dentro de limites adequados - pode ser pré-aquecido em uma etapa opcional de pré-aquecimento 6040. A etapa de pré-aquecimento 6040 pode ser usada para aumentar a temperatura do estoque de alimentação para entre 75 °C e 150 °C em preparo para subsequente pirólise do estoque de alimentação. Dependendo da natureza do estoque de alimentação e do design particular da câmara de pirólise, pré-aquecimento do estoque de alimentação pode assegurar que a distribuição de calor dentro do estoque de alimentação permanece mais uniforme durante pirólise e pode reduzir a carga térmica sobre a câmara de pirólise.[00379] In step 6040, the feed stock - now with its moisture content adjusted to fall within suitable limits - can be preheated in an optional 6040 preheating step. The 6040 preheating step can be used to raise the temperature of the feed stock to between 75 ° C and 150 ° C in preparation for subsequent pyrolysis of the feed stock. Depending on the nature of the feed stock and the particular design of the pyrolysis chamber, preheating the feed stock can ensure that the heat distribution within the feed stock remains more uniform during pyrolysis and can reduce the thermal load on the feed chamber. pyrolysis.
[00380] O estoque de alimentação é, então, transportado para uma[00380] The food supply is then transported to a
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 116/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 116/258
111/204 câmara de pirólise para sofrer pirólise na etapa 6050. Em algumas modalidades, transporte do estoque de alimentação é auxiliado pela adição de um ou mais gases pressurizados 6210 para a corrente de estoque de alimentação. Os gases criam um gradiente de pressão no conduto de transporte de estoque de alimentação, impulsionando o estoque de alimentação para a câmara de pirólise (e mesmo através da câmara de pirólise). Em determinadas modalidades, transporte do estoque de alimentação ocorre mecanicamente; isto é, um sistema de transporte que inclui um transportador, tal como uma broca, transporta o estoque de alimentação para a câmara de pirólise.111/204 pyrolysis chamber to undergo pyrolysis in step 6050. In some embodiments, transport of the supply stock is aided by the addition of one or more pressurized gases 6210 to the supply stock stream. The gases create a pressure gradient in the feed stock transport conduit, driving the feed stock into the pyrolysis chamber (and even through the pyrolysis chamber). In certain modalities, transportation of the food stock occurs mechanically; that is, a conveyor system that includes a conveyor, such as a drill, carries the feed stock to the pyrolysis chamber.
[00381] Outros gases 6210 também podem ser adicionados ao estoque de alimentação antes da câmara de pirólise. Em algumas modalidades, por exemplo, um ou mais gases catalisadores podem ser adicionados ao estoque de alimentação para auxiliar na decomposição do estoque de alimentação durante pirólise. Em determinadas modalidades, um ou mais agente de depuração podem ser adicionados ao estoque de alimentação para capturar materiais voláteis liberados durante pirólise. Por exemplo, vários compostos baseados em enxofre, tais como sulfetos, podem ser liberados durante pirólise e um agente, tal como gás hidrogênio, pode ser adicionado ao estoque de alimentação para causar remoção de enxofre dos produtos da pirólise. O hidrogênio se combina com os sulfetos para formar gás sulfato de hidrogênio, o qual pode ser removido do estoque de alimentação que sofreu pirólise.[00381] Other 6210 gases can also be added to the feed stock before the pyrolysis chamber. In some embodiments, for example, one or more catalyst gases can be added to the feed stock to assist in the decomposition of the feed stock during pyrolysis. In certain embodiments, one or more purifying agents can be added to the feed stock to capture volatile materials released during pyrolysis. For example, various sulfur-based compounds, such as sulfides, can be released during pyrolysis and an agent, such as hydrogen gas, can be added to the feed stock to cause sulfur removal from the pyrolysis products. Hydrogen combines with sulfides to form hydrogen sulphate gas, which can be removed from the pyrolysis-fed food supply.
[00382] Pirólise do estoque de alimentação dentro da câmara pode incluir aquecimento do estoque de alimentação para temperaturas relativamente altas para causar decomposição parcial do estoque de alimentação. Tipicamente, o estoque de alimentação é aquecido para uma temperatura que oscila de 150 °C a 1100 °C. A temperatura para a qual o estoque de alimentação é aquecido depende de uma série de[00382] Pyrolysis of the feed stock inside the chamber may include heating the feed stock to relatively high temperatures to cause partial decomposition of the feed stock. Typically, the feed stock is heated to a temperature ranging from 150 ° C to 1100 ° C. The temperature to which the feed stock is heated depends on a series of
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 117/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 117/258
112/204 fatores, incluindo a composição do estoque de alimentação, o tamanho médio de partícula do estoque de alimentação, o teor de umidade e os produtos de pirólise desejados. Para muitos tipos de estoque de alimentação de biomassa, por exemplo, temperaturas de pirólise entre 300 °C e 550 °C são usadas.112/204 factors, including the composition of the feed stock, the average particle size of the feed stock, the moisture content and the desired pyrolysis products. For many types of biomass feed stock, for example, pyrolysis temperatures between 300 ° C and 550 ° C are used.
[00383] O tempo de residência do estoque de alimentação dentro da câmara de pirólise depende, em geral, de uma série de fatores, incluindo a temperatura de pirólise, a composição do estoque de alimentação, o tamanho médio de partícula do estoque de alimentação, o teor de umidade e os produtos de pirólise desejados. Em algumas modalidades, materiais de estoque de alimentação sofrem pirólise em uma temperatura exatamente acima da temperatura de decomposição para o material em uma atmosfera inerte, por exemplo, de cerca de 2 °C acima a cerca de 10 °C acima da temperatura de decomposição ou de cerca de 3 °C acima a cerca de 7 °C acima da temperatura de decomposição. Em tais modalidades, o material é, em geral, mantido nessa temperatura durante mais de 0,5 horas, por exemplo, mais de 1,0 horas ou mais de cerca de 2,0 horas. Em outras modalidades, os materiais sofrem pirólise em uma temperatura bem acima da temperatura de decomposição para o material em uma atmosfera inerte, por exemplo, de cerca de 75 °C acima a cerca de 175 °C acima da temperatura de decomposição ou de cerca de 85 °C acima a cerca de 150 °C acima da temperatura de decomposição. Em tais modalidades, o material é, em geral, mantido nessa temperatura durante menos de 0,5 horas, por exemplo, menos de 20 minutos, menos de 10 minutos, menos de 5 minutos ou menos de 2 minutos. Em ainda outras modalidades, os materiais sofrem pirólise em uma temperatura extrema, por exemplo, de cerca de 200 °C acima a cerca de 500 °C acima da temperatura de decomposição do material em um ambiente inerte ou de cerca de 250 °C acima a cerca de 400 °C acima da temperatura de[00383] The residence time of the feed stock within the pyrolysis chamber generally depends on a number of factors, including the pyrolysis temperature, the composition of the feed stock, the average particle size of the feed stock, the moisture content and the desired pyrolysis products. In some embodiments, feed stock materials undergo pyrolysis at a temperature just above the decomposition temperature for the material in an inert atmosphere, for example, from about 2 ° C above to about 10 ° C above the decomposition temperature or from about 3 ° C above to about 7 ° C above the decomposition temperature. In such embodiments, the material is, in general, kept at that temperature for more than 0.5 hours, for example, more than 1.0 hours or more than about 2.0 hours. In other embodiments, the materials undergo pyrolysis at a temperature well above the decomposition temperature for the material in an inert atmosphere, for example, from about 75 ° C above to about 175 ° C above the decomposition temperature or about 85 ° C above about 150 ° C above the decomposition temperature. In such embodiments, the material is, in general, kept at that temperature for less than 0.5 hours, for example, less than 20 minutes, less than 10 minutes, less than 5 minutes or less than 2 minutes. In still other embodiments, the materials undergo pyrolysis at an extreme temperature, for example, from about 200 ° C above to about 500 ° C above the decomposition temperature of the material in an inert environment or from about 250 ° C above at about 400 ° C above the
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 118/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 118/258
113/204 decomposição. Em tais modalidades, o material é, em geral, mantido nessa temperatura durante menos de 1 minuto, por exemplo, menos de 30 segundos, 15 segundos, 10 segundos, 5 segundos, 1 segundo ou menos de 500 ms. Tais modalidades são, tipicamente, referidas como pirólise à chama.113/204 decomposition. In such embodiments, the material is, in general, kept at that temperature for less than 1 minute, for example, less than 30 seconds, 15 seconds, 10 seconds, 5 seconds, 1 second or less than 500 ms. Such modalities are typically referred to as flame pyrolysis.
[00384] Em algumas modalidades, o estoque de alimentação é aquecido de modo relativamente rápido para a temperatura de pirólise selecionada dentro da câmara. Por exemplo, a câmara pode ser criada para aquecer o estoque de alimentação em uma taxa de entre 500 °C/s e 11.000 °C/s, por exemplo, de 500 °C/s a 1000 °C/s.[00384] In some embodiments, the feed stock is heated relatively quickly to the selected pyrolysis temperature inside the chamber. For example, the chamber can be created to heat the feed stock at a rate between 500 ° C / s and 11,000 ° C / s, for example, from 500 ° C / s to 1000 ° C / s.
[00385] Um fluxo turbulento de material de estoque de alimentação dentro da câmara de pirólise é usualmente vantajoso, uma vez que ele assegura transferência de calor relativamente eficiente para material de estoque de alimentação a partir do sub-sistema de aquecimento. Fluxo turbulento pode ser obtido, por exemplo, soprando o material de estoque de alimentação através da câmara usando um ou mais gases veículo injetados 6210. Em geral, os gases veículo são relativamente inertes com relação ao material de estoque de alimentação, mesmo nas altas temperaturas na câmara de pirólise. Gases veículo exemplificativos incluem, por exemplo, nitrogênio, argônio, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono. Alternativamente ou além disso, sistemas de transporte mecânicos, tais como brocas, podem transportar e circular o estoque de alimentação dentro da câmara de pirólise para criar um fluxo turbulento de estoque de alimentação.[00385] A turbulent flow of feed stock material within the pyrolysis chamber is usually advantageous, as it ensures relatively efficient heat transfer to feed stock material from the heating subsystem. Turbulent flow can be obtained, for example, by blowing the feed stock material through the chamber using one or more injected vehicle gases 6210. In general, the carrier gases are relatively inert with respect to the feed stock material, even at high temperatures in the pyrolysis chamber. Exemplary carrier gases include, for example, nitrogen, argon, methane, carbon monoxide and carbon dioxide. Alternatively or in addition, mechanical transport systems, such as drills, can transport and circulate the feed stock within the pyrolysis chamber to create a turbulent flow of feed stock.
[00386] Em algumas modalidades, pirólise do estoque de alimentação ocorre substancialmente na ausência de oxigênio e outros gases reativos. Oxigênio pode ser removido da câmara de pirólise mediante purgação periódica da câmara com nitrogênio em alta pressão (por exemplo, em pressões de nitrogênio de 2 bar ou mais). Após purgação da câmara, a mistura gasosa presente na câmara de pirólise (por[00386] In some modalities, pyrolysis of the food supply occurs substantially in the absence of oxygen and other reactive gases. Oxygen can be removed from the pyrolysis chamber by periodically purging the chamber with high pressure nitrogen (for example, at nitrogen pressures of 2 bar or more). After purging the chamber, the gas mixture present in the pyrolysis chamber (for
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 119/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 119/258
114/204 exemplo, durante pirólise do estoque de alimentação) pode incluir menos de 4 moles % de oxigênio (por exemplo, menos de 1 mol % de oxigênio e mesmo menos de 0,5 moles % de oxigênio). A ausência de oxigênio assegura que inflamação do estoque de alimentação não ocorre nas temperaturas elevadas de pirólise.114/204 example, during feed stock pyrolysis) may include less than 4 mole% oxygen (for example, less than 1 mole% oxygen and even less than 0.5 mole% oxygen). The absence of oxygen ensures that inflammation of the feed stock does not occur at elevated pyrolysis temperatures.
[00387] Em determinadas modalidades, quantidades relativamente pequenas de oxigênio podem ser introduzidas no estoque de alimentação e estão presentes durante pirólise. Essa técnica é referida como pirólise oxidativa. Tipicamente, pirólise oxidativa ocorre em múltiplos estágios de aquecimento. Por exemplo, em um primeiro estágio de aquecimento, o estoque de alimentação é aquecido na presença de oxigênio para causar oxidação parcial do estoque de alimentação. Esse estágio consome o oxigênio disponível na câmara de pirólise. Então, em estágios subsequentes de aquecimento, a temperatura do estoque de alimentação é adicionalmente elevada. Com todo o oxigênio na câmara consumido, contudo, combustão do estoque de alimentação não ocorre e decomposição pirolítica sem combustão do estoque de alimentação (por exemplo, para gerar produtos de hidrocarboneto) ocorre. Em geral, o processo de aquecimento estoque de alimentação na câmara de pirólise a fim de iniciar a decomposição é endotérmico. Contudo, em pirólise oxidativa, a formação de dióxido de carbono através de oxidação do estoque de alimentação é um processo exotérmico. O calor liberado da formação de dióxido de carbono pode auxiliar em estágios adicionais de aquecimento da pirólise, desse modo, diminuindo a carga térmica apresentada pelo estoque de alimentação. [00388] Em algumas modalidades, pirólise ocorre em um ambiente inerte, tal como enquanto os materiais de estoque de alimentação são banhados em um gás argônio ou nitrogênio. Em determinadas modalidades, pirólise pode ocorrer em um ambiente de oxidação, tal como em ar ou argônio enriquecido em ar. Em algumas modalidades, piróliPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 120/258[00387] In certain embodiments, relatively small amounts of oxygen can be introduced into the food supply and are present during pyrolysis. This technique is referred to as oxidative pyrolysis. Typically, oxidative pyrolysis occurs in multiple heating stages. For example, in a first heating stage, the feed stock is heated in the presence of oxygen to cause partial oxidation of the feed stock. This stage consumes the available oxygen in the pyrolysis chamber. Then, in subsequent stages of heating, the temperature of the feed stock is additionally high. With all the oxygen in the chamber consumed, however, combustion of the feed stock does not occur and pyrolytic decomposition without combustion of the feed stock (for example, to generate hydrocarbon products) occurs. In general, the process of heating the stock feed in the pyrolysis chamber in order to initiate decomposition is endothermic. However, in oxidative pyrolysis, the formation of carbon dioxide through oxidation of the feed stock is an exothermic process. The heat released from the formation of carbon dioxide can assist in additional stages of pyrolysis heating, thereby decreasing the thermal load presented by the supply stock. [00388] In some embodiments, pyrolysis occurs in an inert environment, such as while the stock feed materials are bathed in an argon or nitrogen gas. In certain embodiments, pyrolysis can occur in an oxidation environment, such as in air or air-enriched argon. In some modalities, piróliPetição 870170006381, of 01/30/2017, p. 120/258
115/204 se pode ocorrer em um ambiente de redução, tal como enquanto os materiais de estoque de alimentação são banhados em gás hidrogênio. Para auxiliar na pirólise, diversos agentes químicos, tais como oxidantes, redutores, ácidos ou bases, podem ser adicionados ao material antes de ou durante pirólise. Por exemplo, ácido enxofreico pode ser adicionado ou um peróxido (por exemplo, peróxido de benzoíla), pode ser adicionado.115/204 can occur in a reducing environment, such as while the feed stock materials are bathed in hydrogen gas. To assist in pyrolysis, various chemical agents, such as oxidants, reducers, acids or bases, can be added to the material before or during pyrolysis. For example, sulfuric acid can be added or a peroxide (for example, benzoyl peroxide) can be added.
[00389] Conforme discutido acima, uma variedade de diferentes condições de processamento podem ser usadas, dependendo de fatores, tais como a composição do estoque de alimentação e os produtos de pirólise desejados. Por exemplo, para material de estoque de alimentação contendo celulose, condições de pirólise relativamente suaves podem ser empregadas, incluindo temperaturas de pirólise à chama entre 375 °C e 450 °C e tempos de residência de menos de 1 segundo. Como outro exemplo, para material residual sólido orgânico, tal como lama de esgoto, temperaturas de pirólise à chama entre 500 °C e 650 °C são tipicamente usadas, com tempos de residência de entre 0,5 e 3 segundos. Em geral, muitos dos parâmetros de processo de pirólise, incluindo tempo de residência, temperatura de pirólise, turbulência do estoque de alimentação, teor de umidade, composição do estoque de alimentação, composição do produto da pirólise e composição do gás aditivo, podem ser regulados automaticamente por um sistema de reguladores e um sistema de controla automatizado.[00389] As discussed above, a variety of different processing conditions can be used, depending on factors, such as the composition of the feed stock and the desired pyrolysis products. For example, for feed stock material containing cellulose, relatively mild pyrolysis conditions can be employed, including flame pyrolysis temperatures between 375 ° C and 450 ° C and residence times of less than 1 second. As another example, for solid organic waste material, such as sewage sludge, flame pyrolysis temperatures between 500 ° C and 650 ° C are typically used, with residence times of between 0.5 and 3 seconds. In general, many of the pyrolysis process parameters, including residence time, pyrolysis temperature, feed stock turbulence, moisture content, feed stock composition, pyrolysis product composition and additive gas composition, can be regulated automatically by a regulator system and an automated control system.
[00390] Após a etapa de pirólise 6050, os produtos da pirólise sofrem uma etapa de dissipação 6250 para reduzir a temperatura dos produtos antes de processamento adicional. Tipicamente, a etapa de dissipação 6250 inclui pulverização dos produtos da pirólise com correntes de água de refrigeração 6260. A água de refrigeração também forma uma pasta que inclui material resultante sólido não dissolvido e vários produtos dissolvidos. Também presente na corrente de produto[00390] After the 6050 pyrolysis step, the pyrolysis products undergo a 6250 dissipation step to reduce the temperature of the products before further processing. Typically, the 6250 dissipation step includes spraying the pyrolysis products with 6260 cooling water streams. The cooling water also forms a paste that includes resulting undissolved solid material and various dissolved products. Also present in the product chain
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 121/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 121/258
116/204 está uma mistura que inclui vários gases, incluindo gases resultantes, gases veículo e outros tipos de gases de processo.116/204 is a mixture that includes various gases, including resultant gases, carrier gases and other types of process gases.
[00391] A corrente de produto é transportada, via a tubulação inline, para um separador de gás que realizada uma etapa de separação de gás 6060, na qual os gases resultantes e outros gases são separados da pasta formada por meio de dissipação do produto da pirólise. A mistura gasosa separada é opcionalmente dirigida a um soprador 6130, o qual aumenta a pressão do gás soprando ar na mistura. A mistura gasosa pode ser submetida a uma etapa de filtração 6140, na qual a mistura gasosa passa através de um ou mais filtros (por exemplo, filtros de carvão ativado) para remover partículas e outras impurezas. Em uma etapa subsequente 6150, o gás filtrado pode ser comprimido e armazenado para outro uso. Alternativamente, o gás filtrado pode ser submetido à outras etapas de processamento 6160. Por exemplo, em algumas modalidades, o gás filtrado pode ser condensado para separar diferentes compostos gasosos dentro da mistura gasosa. Os diferentes compostos podem incluir, por exemplo, vários produtos de hidrocarboneto (por exemplo, álcoois, alcanos, alcenos, alcinos, éteres) produzidos durante pirólise. Em determinadas modalidades, o gás filtrado contendo uma mistura de componentes de hidrocarboneto pode ser combinado com gás de vapor 6170 (por exemplo, uma mistura de vapor de água e oxigênio) e submetido a um processo de craqueamento para reduzir os pesos moleculares dos componentes de hidrocarboneto.[00391] The product stream is transported, via the inline piping, to a gas separator that performs a 6060 gas separation step, in which the resulting gases and other gases are separated from the paste formed by dissipating the product from the pyrolysis. The separate gas mixture is optionally directed to a 6130 blower, which increases the gas pressure by blowing air into the mixture. The gas mixture can be subjected to a 6140 filtration step, in which the gas mixture passes through one or more filters (for example, activated carbon filters) to remove particles and other impurities. In a subsequent step 6150, the filtered gas can be compressed and stored for another use. Alternatively, the filtered gas can be subjected to other 6160 processing steps. For example, in some embodiments, the filtered gas can be condensed to separate different gaseous compounds within the gas mixture. The different compounds can include, for example, various hydrocarbon products (for example, alcohols, alkanes, alkenes, alkynes, ethers) produced during pyrolysis. In certain embodiments, the filtered gas containing a mixture of hydrocarbon components can be combined with 6170 steam gas (for example, a mixture of water vapor and oxygen) and subjected to a cracking process to reduce the molecular weights of the components of hydrocarbon.
[00392] Em algumas modalidades, a câmara de pirólise inclui fontes de calor que queimam gases hidrocarboneto, tais como metano, propano e/ou butano, para aquecer o estoque de alimentação. Uma porção 6270 dos gases separados pode ser re-circulada para a câmara de pirólise para combustão, para gerar calor de processo para sustentar o processo de pirólise.[00392] In some embodiments, the pyrolysis chamber includes heat sources that burn hydrocarbon gases, such as methane, propane and / or butane, to heat the food supply. A 6270 portion of the separated gases can be recirculated to the pyrolysis chamber for combustion, to generate process heat to support the pyrolysis process.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 122/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 122/258
117/204 [00393] Em determinadas modalidades, a câmara de pirólise pode receber calor de processo que pode ser usado para aumentar a temperatura dos materiais de estoque de alimentação. Por exemplo, irradiação do estoque de alimentação com radiação (por exemplo, radiação gama, radiação de feixe de elétrons ou outros tipos de radiação) pode aquecer os materiais de estoque de alimentação para temperaturas relativamente altas. Os materiais de estoque de alimentação aquecidos podem ser esfriados através de um sistema de permuta de calor que remove um pouco do calor em excesso do estoque de alimentação irradiado. O sistema de permuta de calor pode ser configurado para transportar um pouco da energia térmica para a câmara de pirólise para aquecer (ou pré-aquecer) o material de estoque de alimentação, desse modo, reduzindo os custos de energia para o processo de pirólise.117/204 [00393] In certain embodiments, the pyrolysis chamber can receive process heat that can be used to increase the temperature of the feed stock materials. For example, irradiation of the food stock with radiation (for example, gamma radiation, electron beam radiation or other types of radiation) can heat the food stock materials to relatively high temperatures. Heated feed stock materials can be cooled through a heat exchange system that removes some of the excess heat from the irradiated feed stock. The heat exchange system can be configured to transport some of the thermal energy to the pyrolysis chamber to heat (or preheat) the feed stock material, thereby reducing energy costs for the pyrolysis process.
[00394] A pasta contendo produtos de pirólise líquidos e sólidos pode sofrer uma etapa opcional de desidratação 6070, na qual água em excesso pode ser removida da pasta via processos tais como compressão mecânica e evaporação. A água em excesso 6280 pode ser filtrada e, então, re-circulada para uso adicional em dissipação dos produtos da decomposição de pirólise na etapa 6250.[00394] The paste containing liquid and solid pyrolysis products can undergo an optional 6070 dehydration step, in which excess water can be removed from the paste via processes such as mechanical compression and evaporation. Excess water 6280 can be filtered and then recirculated for further use in dissipating the pyrolysis decomposition products in step 6250.
[00395] A pasta desidratada, então, sofre uma etapa de separação mecânica 6080, na qual o material resultante sólido 6110 é separado do material resultante líquido 6090 através de uma série de filtros crescentemente finos. Na etapa 6100, o material resultante líquido 6090 pode, então, ser condensado (por exemplo, via evaporação) para remover a água residual 6190 e purificado através de processos tal como extração. Extração pode incluir a adição de um ou mais solventes orgânicos 6180, por exemplo, para separar produtos tais como óleos de produtos tais como álcoois. Solventes orgânicos adequados incluem, por exemplo, vários hidrocarbonetos e halo-hidrocarbonetos.[00395] The dehydrated paste then undergoes a mechanical separation step 6080, in which the resulting solid material 6110 is separated from the resulting liquid material 6090 through a series of increasingly fine filters. In step 6100, the resulting liquid material 6090 can then be condensed (for example, via evaporation) to remove residual water 6190 and purified through processes such as extraction. Extraction may include the addition of one or more 6180 organic solvents, for example, to separate products such as oils from products such as alcohols. Suitable organic solvents include, for example, various hydrocarbons and halohydrocarbons.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 123/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 123/258
118/204118/204
Os produtos líquidos purificados 6200 podem, então, ser submetidos à outras etapas de processamento. A água residual 6190 pode ser filtrada se necessário e re-circulada para uso adicional na dissipação dos produtos da decomposição de pirólise na etapa 6250, [00396] Após separação na etapa 6080, o material resultante sólido 6110 é opcionalmente submetido a uma etapa de secagem 6120 que pode incluir evaporação de água. O material sólido 6110 pode, então, ser armazenado para uso posterior ou submetido à outras etapas de processamento, conforme apropriado.The 6200 purified liquid products can then be subjected to further processing steps. Residual water 6190 can be filtered if necessary and recirculated for further use in dissipating the pyrolysis decomposition products in step 6250, [00396] After separation in step 6080, the resulting solid material 6110 is optionally subjected to a drying step 6120 which may include water evaporation. The 6110 solid material can then be stored for later use or subjected to further processing steps, as appropriate.
[00397] Os parâmetros do processo de pirólise discutidos acima são exemplificativos. Em geral, os valores desses parâmetros podem variar amplamente de acordo com a natureza do estoque de alimentação e os produtos desejados. Além disso, uma ampla variedade de diferentes técnicas de pirólise, incluindo uso de fontes de calor, tais como chamas de hidrocarboneto e/ou fornos, lasers de infravermelho, aquecedores de micro-ondas, aquecedores de indução, aquecedores resistivos e outros dispositivos e configurações de aquecimento, podem ser usados.[00397] The parameters of the pyrolysis process discussed above are exemplary. In general, the values of these parameters can vary widely according to the nature of the feed stock and the desired products. In addition, a wide variety of different pyrolysis techniques, including use of heat sources, such as hydrocarbon flames and / or ovens, infrared lasers, microwave heaters, induction heaters, resistive heaters and other devices and configurations heating elements can be used.
[00398] Uma ampla variedade de diferentes câmaras de pirólise podem ser usadas para decompor o estoque de alimentação. Em algumas modalidades, por exemplo, pirólise do estoque de alimentação pode incluir aquecimento o material usando um elemento de aquecimento resistivo, tal como um filamento de metal ou fita de metal. O aquecimento pode ocorrer através de contato direto entre o elemento de aquecimento resistivo e o material.[00398] A wide variety of different pyrolysis chambers can be used to break down the feed stock. In some embodiments, for example, pyrolysis of the feed stock may include heating the material using a resistive heating element, such as a metal filament or metal tape. Heating can take place through direct contact between the resistive heating element and the material.
[00399] Em determinadas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material através de indução, tal como usando um aparelho de pirólise de Curie-Point. Em algumas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material mediante aplicação de radiação, tal como radiação infravermelha. A radiação pode ser gerada por um laser,[00399] In certain embodiments, pyrolysis may include heating the material through induction, such as using a Curie-Point pyrolysis apparatus. In some embodiments, pyrolysis may include heating the material by applying radiation, such as infrared radiation. The radiation can be generated by a laser,
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 124/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 124/258
119/204 tal como um laser infravermelho.119/204 such as an infrared laser.
[00400] Em determinadas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material com calor convectivo. O calor convectivo pode ser gerado por uma corrente de fluxo de gás aquecido. O gás aquecido pode ser mantido em uma temperatura de menos de cerca de 1200°C, tal como menos de 1000°C, menos de 750°C, menos de 600°C, menos de 400°C ou mesmo menos de 300°C. O gás aquecido pode ser mantido em uma temperatura de mais de cerca de 250°C. O calor convectivo pode ser gerado por um corpo quente que envolve o primeiro material, tal como em um forno.[00400] In certain embodiments, pyrolysis may include heating the material with convective heat. Convective heat can be generated by a stream of heated gas flow. The heated gas can be kept at a temperature of less than about 1200 ° C, such as less than 1000 ° C, less than 750 ° C, less than 600 ° C, less than 400 ° C or even less than 300 ° C . The heated gas can be kept at a temperature of over 250 ° C. Convective heat can be generated by a hot body that surrounds the first material, such as in an oven.
[00401] Em algumas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material com vapor em uma temperatura acima cerca de 250 °C. [00402] Uma modalidade, uma câmara de pirólise é mostrada na figura 15. A câmara 6500 inclui uma parede de câmara isolada 6510 com uma ventilação 6600 para gases de exaustão, uma pluralidade de queimadores 6520 que geram calor par ao processo de pirólise, um duto de transporte 6530 para transporte do estoque de alimentação através da câmara 6500, brocas 6590 para movimento do estoque de alimentação através do duto 6530 em um fluxo turbulento e um sistema de dissipação 6540 que inclui uma broca 6610 para movimento dos produtos de pirólise, jatos de água 6550 para pulverização dos produtos de pirólise com água de refrigeração e um separador de gás para separação dos produtos gasosos 6580 da pasta 6570 contendo produtos sólidos e líquidos.[00401] In some embodiments, pyrolysis may include heating the material with steam at a temperature above about 250 ° C. [00402] One embodiment, a pyrolysis chamber is shown in figure 15. The 6500 chamber includes an insulated chamber wall 6510 with a 6600 vent for exhaust gases, a plurality of 6520 burners that generate heat for the pyrolysis process, a 6530 transport duct for transporting the feed stock through the 6500 chamber, 6590 drills for moving the feed stock through the 6530 duct in turbulent flow and a 6540 dissipation system that includes a 6610 drill for moving pyrolysis products, jets of water 6550 for spraying pyrolysis products with cooling water and a gas separator to separate the 6580 gaseous products from the 6570 paste containing solid and liquid products.
[00403] Outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na figura 16. A câmara 6700 inclui uma parede de câmara isolada 6710, um duto de fornecimento de estoque de alimentação 6720, uma parede de câmara interna inclinada 6730, queimadores 6740 que geram calor para o processo de pirólise, uma ventilação 6750 para gases de exaustão e um separador de gás 6760 para separação de produtos[00403] Another embodiment of a pyrolysis chamber is shown in figure 16. Chamber 6700 includes a 6710 insulated chamber wall, a 6720 power supply supply duct, an inclined inner chamber wall 6730, 6740 burners that generate heat for the pyrolysis process, a 6750 vent for exhaust gases and a 6760 gas separator for product separation
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 125/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 125/258
120/204 gasosos 6770 dos produtos líquidos e sólidos 6780. A câmara 6700 é configurada para girar na direção mostrada pela seta 6790 para assegurar mistura e fluxo turbulento adequados do estoque de alimentação dentro da câmara.Gaseous 120/204 6770 of liquid and solid products 6780. Chamber 6700 is configured to rotate in the direction shown by arrow 6790 to ensure proper mixing and turbulent flow of the feed stock within the chamber.
[00404] Uma outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na figura 17. O aparelho de pirólise com filamento 1712 inclui um contentor de amostra 1713 com um filamento de aquecimento resistivo 1714 na forma de uma espiral de arame através do espaço aberto definido pelo contentor de amostra 1713. Opcionalmente, o elemento aquecido pode girar em torno do eixo 1715 (conforme indicado pela seta 1716) para misturar por turbilhonamento o material que inclui o material celulósico no contentor de amostra 1713. O espaço 1718 definido pela contenção 1719 é mantido em uma temperatura acima da temperatura ambiente, por exemplo, 200 a 250 °C. Em um uso típico, um gás veículo, por exemplo, um gás inerte ou um gás de oxidação ou redução, atravessa o contentor de amostra 1713, enquanto o elemento de aquecimento resistivo é girado e aquecido para uma temperatura desejada, por exemplo, 325 °C. Após um tempo apropriado, por exemplo, 5 a 10 minutos, o material pirolisado é esvaziado do contentor de amostra. O sistema mostrado na figura 17 pode ser escalonado e tornado contínuo. Por exemplo, ao invés de um arame como o elemento de aquecimento, o elemento de aquecimento pode ser uma rosca de broca. O material pode cair continuamente no contentor de amostra, enquanto que uma rosca aquecida realiza pirólise do material. Ao mesmo tempo, a rosca pode empurrar o material que sofreu pirólise para fora do contentor de amostra para permitir a entrada de material fresco que não foi submetido à pirólise.[00404] Another embodiment of a pyrolysis chamber is shown in figure 17. The 1712 filament pyrolysis apparatus includes a sample container 1713 with a resistive heating filament 1714 in the form of a wire spiral through the open space defined by sample container 1713. Optionally, the heated element can rotate around axis 1715 (as indicated by the arrow 1716) to swirl the material that includes cellulosic material in sample container 1713. The space 1718 defined by containment 1719 is maintained at a temperature above room temperature, for example, 200 to 250 ° C. In a typical use, a carrier gas, for example, an inert gas or an oxidation or reduction gas, passes through the 1713 sample container, while the resistive heating element is rotated and heated to a desired temperature, for example, 325 ° Ç. After an appropriate time, for example, 5 to 10 minutes, the pyrolyzed material is emptied from the sample container. The system shown in figure 17 can be scaled and made continuous. For example, instead of a wire as the heating element, the heating element can be a drill thread. The material can fall continuously into the sample container, while a heated thread performs pyrolysis of the material. At the same time, the thread can push the pyrolysis material out of the sample container to allow fresh material that has not undergone pyrolysis to enter.
[00405] Outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na figura 18, a qual se caracteriza por um aparelho de pirólise de CuriePoint 1820 que inclui uma câmara de amostra 1821 alojando uma foPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 126/258[00405] Another modality of a pyrolysis chamber is shown in figure 18, which is characterized by a CuriePoint 1820 pyrolysis apparatus that includes an 1821 sample chamber housing a foPetition 870170006381, from 01/30/2017, p. 126/258
121/204 lha ferromagnética 1822. Envolvendo a câmara de amostra 1821 está uma espiral RF 1823. O espaço 1824 definido pela contenção 1825 é mantido em uma temperatura acima da temperatura ambiente, por exemplo, 200 a 250 °C. Em um uso típico, um gás veí culo atravessa a câmara de amostra 1821, enquanto que a folha 1822 é indutivamente aquecida por um campo RF aplicado para levar o material à pirólise em uma temperatura desejada.121/204 ferromagnetic sheet 1822. Surrounding the sample chamber 1821 is an RF spiral 1823. The space 1824 defined by containment 1825 is maintained at a temperature above room temperature, for example, 200 to 250 ° C. In typical use, a carrier gas passes through sample chamber 1821, while sheet 1822 is inductively heated by an RF field applied to bring the material to pyrolysis at a desired temperature.
[00406] Ainda outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na figura 19. O aparelho de pirólise com forno 130 inclui um contentor de amostra móvel 131 e um forno 132. Em um uso típico, a amostra é abaixada (conforme indicado pela seta 137) para uma zona quente 135 do forno 132, enquanto um gás veículo enche o alojamento 136 e atravessa o contentor de amostra 131. A amostra é aquecida para a temperatura desejada durante um tempo desejado a fim de proporcionar um produto pirolisado. O produto pirolisado é removido do aparelho de pirólise levantando o contentor de amostra (conforme indicado pela seta 134).[00406] Yet another embodiment of a pyrolysis chamber is shown in figure 19. The pyrolysis apparatus with oven 130 includes a movable sample container 131 and an oven 132. In a typical use, the sample is lowered (as indicated by the arrow 137) to a hot zone 135 of oven 132, while a carrier gas fills the housing 136 and passes through the sample container 131. The sample is heated to the desired temperature for a desired time in order to provide a pyrolysed product. The pyrolyzed product is removed from the pyrolysis apparatus by lifting the sample container (as indicated by arrow 134).
[00407] Em determinadas modalidades, conforme mostrado na figura 20, um alvo celulósico 140 pode sofrer pirólise através de tratamento do alvo, o qual está alojado em uma câmara de vácuo 141, com luz a laser, por exemplo, luz tendo um comprimento de onda de cerca de 225 nm a cerca de 1500 nm. Por exemplo, o alvo pode ser configurado a 266 nm, usando a quarta harmônica de um laser Nd-YAG (Spectra Physics, GCR170, San Jose, Calif.). A configuração óptica mostrada permite que a luz quase monocromática 143 gerada pelo laser 142 seja direcionada usando espelhos 144 e 145 sobre o alvo após passagem através de uma lente 146 na câmara de vácuo 141. Tipicamente, a pressão na câmara de vácuo é mantida em menos de cerca de 10-6 mm Hg. Em algumas modalidades, radiação infravermelha é usada, por exemplo, radiação de 1,06 mícrons a partir de um laser Nd-YAG.[00407] In certain embodiments, as shown in figure 20, a cellulosic target 140 can undergo pyrolysis through treatment of the target, which is housed in a vacuum chamber 141, with laser light, for example, light having a length of wave from about 225 nm to about 1500 nm. For example, the target can be configured at 266 nm, using the fourth harmonic of an Nd-YAG laser (Spectra Physics, GCR170, San Jose, Calif.). The optical configuration shown allows the almost monochromatic light 143 generated by laser 142 to be directed using mirrors 144 and 145 on the target after passing through a lens 146 in vacuum chamber 141. Typically, pressure in the vacuum chamber is maintained at less about 10 -6 mm Hg. In some embodiments, infrared radiation is used, for example, 1.06 micron radiation from an Nd-YAG laser.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 127/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 127/258
122/204122/204
Em tais modalidades, um corante sensível a infravermelho pode ser combinado com o material celulósico para produzir um alvo celulósico. O corante infravermelho pode intensificar o aquecimento do material celulósico. Ablação a laser é descrita por Blanchet-Fincher et al. Na Patente U.S. No. 5.942.649.In such embodiments, an infrared sensitive dye can be combined with the cellulosic material to produce a cellulosic target. The infrared dye can intensify the heating of the cellulosic material. Laser ablation is described by Blanchet-Fincher et al. In U.S. Patent No. 5,942,649.
[00408] Fazendo referência à figura 21, em algumas modalidades, um material celulósico pode ser pirolisado à chama através de revestimento de um filamento de tungstênio 150, tal como um filamento de tungstênio de 5 a 25 mil, com o material celulósico desejado enquanto o material está alojado em uma câmara a vácuo 151. Para realizar a pirólise, corrente é passada através do filamento, o qual causa um rápido aquecimento do filamento durante um tempo desejado. Tipicamente, o aquecimento é continuado durante segundos antes de permitir que o filamento esfrie. Em algumas modalidades, o aquecimento é realizado uma série de vezes para realizar a quantidade desejada de pirólise.[00408] Referring to figure 21, in some embodiments, a cellulosic material can be pyrolyzed to the flame by coating a tungsten filament 150, such as a tungsten filament from 5 to 25 thousand, with the desired cellulosic material while material is housed in a vacuum chamber 151. To perform pyrolysis, current is passed through the filament, which causes the filament to heat up quickly for a desired time. Typically, heating is continued for seconds before allowing the filament to cool. In some embodiments, heating is performed a number of times to achieve the desired amount of pyrolysis.
[00409] Em determinadas modalidades, material contendo carboidrato de biomassa pode ser aquecido na ausência de oxigênio em um reator de leito fluidizado. Se desejado, a biomassa contendo carboidrato pode ter seções transversais relativamente finas e pode incluir qualquer um dos materiais fibrosos descritos aqui, para transferência eficiente de calor. O material pode ser aquecido através de transferência térmico a partir de um metal quente ou cerâmico, tal como glóbulos de vidro ou areia no reator e o líquido ou óleo de pirólise resultante pode ser transportado para uma refinaria central para produção de materiais combustíveis ou outros produtos úteis.[00409] In certain modalities, material containing biomass carbohydrate can be heated in the absence of oxygen in a fluidized bed reactor. If desired, the carbohydrate-containing biomass can have relatively thin cross sections and can include any of the fibrous materials described here, for efficient heat transfer. The material can be heated by thermal transfer from a hot or ceramic metal, such as glass or sand globules in the reactor and the resulting pyrolysis liquid or oil can be transported to a central refinery for the production of combustible materials or other products Useful.
[00410] Em algumas modalidades, irradiação do material de biomassa, por exemplo, com um feixe de partículas, tal como elétrons, antes de pirólise pode diminuir a temperatura de pirólise, resultando em menos energia sendo consumida durante pirólise.[00410] In some embodiments, irradiation of the biomass material, for example, with a beam of particles, such as electrons, before pyrolysis can decrease the pyrolysis temperature, resulting in less energy being consumed during pyrolysis.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 128/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 128/258
123/204123/204
OXIDAÇÃO [00411] Uma ou mais sequências de processamento oxidativo podem ser usadas para processar o estoque de alimentação bruto de uma ampla variedade de diferente fontes para extrair substâncias úteis do estoque de alimentação e a fim de proporcionar um material orgânico parcialmente degradado o qual funciona como entrada para outras etapas e/ou sequências de processamento.OXIDATION [00411] One or more oxidative processing sequences can be used to process the raw feed stock from a wide variety of different sources to extract useful substances from the feed stock and to provide a partially degraded organic material which functions as input to other processing steps and / or sequences.
[00412] Fazendo referência mais uma vez à figura 8, um primeiro material 2 que inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) e tendo um primeiro teor de oxigênio (TO1) é oxidado, por exemplo, através de aquecimento do primeiro material em um forno de tubo na corrente de ar ou ar enriquecido em oxigênio, a fim de proporcionar um segundo material 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) e tendo um segundo teor de oxigênio (TO2) maior do que o primeiro teor de oxigênio (TO1). O segundo material (ou o primeiro e segundo materiais em determinadas modalidades) podem ser, por exemplo, combinados com uma resina, tal como uma resina termoplástica fundida ou um micro-organismo, a fim de proporcionar um composto 4 tendo propriedades mecânicas desejáveis ou um combustível 5.[00412] Referring again to figure 8, a first material 2 that includes cellulose having a first average numerical molecular weight ( T MN1) and having a first oxygen content ( T O1) is oxidized, for example, by heating of the first material in a tube furnace in the air stream or oxygen-enriched air, in order to provide a second material 3 which includes cellulose having a second numerical average molecular weight ( T MN2) and having a second oxygen content ( T O2 ) higher than the first oxygen content ( T O1). The second material (or the first and second materials in certain embodiments) can, for example, be combined with a resin, such as a molten thermoplastic resin or a microorganism, in order to provide a compound 4 having desirable mechanical properties or a fuel 5.
[00413] Tais materiais também podem ser combinados com um sólido e/ou um líquido. Por exemplo, o líquido pode estar na forma de uma solução e o sólido pode estar na forma de partícula. O líquido e/ou sólido pode incluir um micro-organismo, por exemplo, uma bactéria e/ou uma enzima. Por exemplo, a bactéria e/ou enzima pode funcionar sobre o material celulósico ou lignocelulósico para produzir um combustível, tal como etanol ou um co-produto, tal como uma proteína. Combustíveis e co-produtos são descritos em FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES, USSN 11/453.951, depositado em 15 de Junho de 2006. Os conteúdos todos de cada um dos pedidos precedentes[00413] Such materials can also be combined with a solid and / or a liquid. For example, the liquid can be in the form of a solution and the solid can be in the form of a particle. The liquid and / or solid can include a microorganism, for example, a bacterium and / or an enzyme. For example, the bacteria and / or enzyme can function on cellulosic or lignocellulosic material to produce a fuel, such as ethanol or a co-product, such as a protein. Fuels and co-products are described in FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES, USSN 11 / 453,951, filed on June 15, 2006. The contents of each of the previous orders
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 129/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 129/258
124/204 são incorporados aqui por referência.124/204 are incorporated by reference.
[00414] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio não é mais do que 97 por cento menor do que o primeiro peso molecular numérico médio, por exemplo, não mais do que 95 por cento, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 30, 20, 12.5, 10,0, 7,5, 5,0, 4,0, 3,0, 2,5, 2,0 ou não mais do que 1,0 por cento menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. A quantidade de redução do peso molecular dependerá da aplicação.[00414] In some embodiments, the second average numerical molecular weight is no more than 97 percent less than the first average numerical molecular weight, for example, no more than 95 percent, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 30, 20, 12.5, 10.0, 7.5, 5.0, 4.0, 3.0, 2.5, 2.0 or no more than 1.0 percent less than the first average numerical molecular weight. The amount of molecular weight reduction will depend on the application.
[00415] Em algumas modalidades nas quais os materiais são usados para produzir um combustível ou co-produto, o peso molecular numérico médio inicial (antes de oxidação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000. 000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio, após oxidação, é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após oxidação extensiva, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de cerca de 5.000.[00415] In some embodiments in which materials are used to produce a fuel or co-product, the initial average numerical molecular weight (before oxidation) is about 200,000 to about 3,200,000, for example, about 250,000 to about 1,000. 000 or about 250,000 to about 700,000 and the average numerical molecular weight, after oxidation, is about 50,000 to about 200,000, for example, from about 60,000 to about 150,000 or from about 70,000 to about 125,000 . However, in some embodiments, for example, after extensive oxidation, it is possible to have an average numerical molecular weight of less than about 10,000 or even less than about 5,000.
[00416] Em algumas modalidades, o segundo teor de oxigênio é pelo menos cerca de cinco por cento maior do que o primeiro teor de oxigênio, por exemplo, 7,5 por cento maior, 10,0 por cento maior, 12,5 por cento maior, 15,0 por cento maior ou 17,5 por cento maior. Em algumas modalidades preferidas, o segundo teor oxigênio é pelo menos cerca de 20,0 por cento maior do que o teor de oxigênio do primeiro material. O teor de oxigênio é medido através de análise elemental através de pirólise da amostra em um forno operando 1300 °C ou maior. Um equipamento de análise elemental adequado é o analisador LECO CHNS-932 com um forno de pirólise de alta temperatura VTF900.[00416] In some embodiments, the second oxygen content is at least about five percent higher than the first oxygen content, for example, 7.5 percent higher, 10.0 percent higher, 12.5 percent percent higher, 15.0 percent higher or 17.5 percent higher. In some preferred embodiments, the second oxygen content is at least about 20.0 percent greater than the oxygen content of the first material. The oxygen content is measured through elemental analysis through pyrolysis of the sample in an oven operating at 1300 ° C or higher. Suitable elemental analysis equipment is the LECO CHNS-932 analyzer with a high temperature pyrolysis oven VTF900.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 130/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 130/258
125/204 [00417] Em algumas modalidades, oxidação do primeiro material 200 não resulta em uma alteração substancial na cristalinidade da celulose. Contudo, em alguns casos, por exemplo, após oxidação extrema, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 5 por cento, por exemplo, 10, 15, 20 ou ainda 25 por cento. Pode ser desejável intensificar solubilidade dos materiais em um líquido, tal como um líquido que inclui uma bactéria e/ou uma enzima. [00418] Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade inicial (antes de oxidação) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento e um índice de cristalinidade após oxidação é de cerca de 30 a cerca de 75,0 por cento, por exemplo, de cerca de 35,0 a cerca de 70,0 por cento ou de cerca de 37,5 a cerca de 65,0 por cento. Contudo, em determinadas modalidades, por exemplo, após oxidação extensiva, é possível tem um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material, após oxidação, é substancialmente amorfo.125/204 [00417] In some embodiments, oxidation of the first material 200 does not result in a substantial change in the crystallinity of the cellulose. However, in some cases, for example, after extreme oxidation, the second material has cellulose which has a crystallinity ( T C2) that is less than the crystallinity ( T C1) of the cellulose of the first material. For example, ( T C2) can be less than ( T C1) by more than about 5 percent, for example, 10, 15, 20 or 25 percent. It may be desirable to enhance the solubility of the materials in a liquid, such as a liquid that includes a bacterium and / or an enzyme. [00418] In some embodiments, the initial crystallinity index (before oxidation) is about 40 to about 87.5 percent, for example, about 50 to about 75 percent or about 60 to about 70 percent and a crystallinity index after oxidation is about 30 to about 75.0 percent, for example, about 35.0 to about 70.0 percent or about 37.5 about 65.0 percent. However, in certain embodiments, for example, after extensive oxidation, it is possible to have a crystallinity index of less than 5 percent. In some embodiments, the material, after oxidation, is substantially amorphous.
[00419] Sem desejar estar preso a qualquer teoria particular, acredita-se que a oxidação aumenta o número de grupos de ligação a hidrogênio sobre a celulose, tais como grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos ácido carboxílico ou grupos anidrido, o que pode aumentar sua dispersibilidade e/ou sua solubilidade (por exemplo, em um líquido). Para aprimorar adicionalmente a dispersibilidade em uma resina, a resina pode incluir um componente que inclui grupos de ligação a hidrogênio, tais como um ou mais grupos anidrido, grupos ácido carboxílico, grupos hidroxila, grupos amida, grupos amina ou misturas de qualquer um desses grupos. Em algumas modalidades preferidas, o componente inclui um polímero copolimerizado com e/ou[00419] Without wishing to be bound by any particular theory, oxidation is believed to increase the number of hydrogen bonding groups on cellulose, such as hydroxyl groups, aldehyde groups, ketone groups, carboxylic acid groups or anhydride groups, which can increase its dispersibility and / or its solubility (for example, in a liquid). To further improve the dispersibility in a resin, the resin may include a component that includes hydrogen bonding groups, such as one or more anhydride groups, carboxylic acid groups, hydroxyl groups, amide groups, amine groups or mixtures of any of these groups . In some preferred embodiments, the component includes a polymer copolymerized with and / or
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 131/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 131/258
126/204 enxertado com anidrido maleico. Tais materiais estão disponíveis da Dupont sob a marca comercial FUSABOND®.126/204 grafted with maleic anhydride. Such materials are available from Dupont under the trademark FUSABOND®.
[00420] Em geral, oxidação do primeiro material 200 ocorre em um ambiente de oxidação. Por exemplo, a oxidação pode ser realizada ou auxiliada por pirólise em um ambiente de oxidação, tal como em ar ou argônio enriquecido em ar. Para auxiliar na oxidação, vários agentes químicos, tais como oxidantes, ácidos ou bases, podem ser adicionados ao material antes de ou durante oxidação. Por exemplo,um peróxido (por exemplo, peróxido de benzoíla), pode ser adicionado antes de oxidação.[00420] In general, oxidation of the first material 200 occurs in an oxidation environment. For example, oxidation can be performed or aided by pyrolysis in an oxidation environment, such as in air or air-enriched argon. To aid oxidation, various chemical agents, such as oxidants, acids or bases, can be added to the material before or during oxidation. For example, a peroxide (for example, benzoyl peroxide), can be added before oxidation.
Sistemas de Oxidação [00421] A figura 22 mostra um fluxograma de processo 5000 que inclui várias etapas em um sistema de pré-tratamento oxidativo de estoque de alimentação. Na primeira etapa 5010, um suprimento de estoque de alimentação seco é recebido de uma fonte de alimentação. A fonte de alimentação pode incluir, por exemplo, um leito de armazenamento ou recipiente que é conectado a um reator de oxidação in-line via uma correia transportadora ou outro dispositivo de transporte de estoque de alimentação.Oxidation Systems [00421] Figure 22 shows a 5000 process flow chart that includes several steps in a feed stock oxidative pretreatment system. In the first step 5010, a supply of dry feed stock is received from a power source. The power supply may include, for example, a storage bed or container that is connected to an in-line oxidation reactor via a conveyor belt or other feed stock transport device.
[00422] Conforme descrito acima, o estoque de alimentação seco da fonte de alimentação pode ser processado antes de distribuição ao reator de oxidação. Por exemplo, se o estoque de alimentação é derivado de fontes vegetais, determinadas partes do material vegetal podem ser removidas antes de coleta do material vegetal e/ou antes que o material vegetal seja distribuído pelo dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Alternativamente ou além disso, o estoque de alimentação de biomassa pode ser submetido a processamento mecânico (por exemplo, para reduzir o comprimento médio de fibras no estoque de alimentação) antes de distribuição ao reator de oxidação. [00423] Após processamento mecânico 5020, o estoque de alimenPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 132/258[00422] As described above, the dry feed stock of the power supply can be processed before distribution to the oxidation reactor. For example, if the feed stock is derived from plant sources, certain parts of the plant material can be removed before the plant material is collected and / or before the plant material is distributed by the feed stock transport device. Alternatively or in addition, the biomass feed stock can be subjected to mechanical processing (for example, to reduce the average length of fibers in the feed stock) before distribution to the oxidation reactor. [00423] After 5020 mechanical processing, the food stock 870170006381, dated 01/30/2017, p. 132/258
127/204 tação 5030 é transportado para um sistema de mistura o qual introduz água 5150 no estoque de alimentação em um processo de mistura mecânica. Combinação de água com o estoque de alimentação processado na etapa de mistura 5040 cria uma pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 a qual pode, então, ser tratada com um ou mais agentes de oxidação.127/204 batch 5030 is transported to a mixing system which introduces 5150 water to the feed stock in a mechanical mixing process. Combination of water with the feed stock processed in mixing step 5040 creates a 5050 aqueous feed stock slurry which can then be treated with one or more oxidizing agents.
[00424] Tipicamente, um litro de água é adicionado à mistura para cada 0,02 kg a 1,0 kg de estoque de alimentação seco. A proporção de estoque de alimentação para água na mistura depende da fonte do estoque de alimentação e dos agentes de oxidação específicos usados a jusante no processo global. Por exemplo, em sequências de processamento industrial típicas para biomassa lignocelulósica, a pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 inclui de cerca de 0,5 kg a cerca de 1,0 kg de biomassa seca por litro de água.[00424] Typically, one liter of water is added to the mixture for every 0.02 kg to 1.0 kg of dry feed stock. The proportion of feed stock to water in the mix depends on the source of the feed stock and the specific oxidizing agents used downstream in the overall process. For example, in typical industrial processing sequences for lignocellulosic biomass, the 5050 aqueous feed stock slurry includes from about 0.5 kg to about 1.0 kg of dry biomass per liter of water.
[00425] Em algumas modalidades, um ou mais aditivos de proteção de fibra 5170 também podem ser adicionados à pasta de estoque de alimentação na etapa de mistura de estoque de alimentação 5040. Aditivos de proteção de fibra ajudam a reduzir a degradação de determinados tipos de fibras de biomassa (por exemplo, fibras de celulose) durante oxidação do estoque de alimentação. Aditivos de proteção de fibra podem ser usados, por exemplo, se um produto desejado de processamento de um estoque de alimentação lignocelulósico inclui fibras de celulose. Aditivos de proteção de fibra exemplificativos incluem compostos de magnésio, tal como hidróxido de magnésio. As concentrações de aditivos de proteção de fibra na pasta de estoque de alimentação 5050 podem ser de 0,1% a 0,4% do peso seco do estoque de alimentação de biomassa, por exemplo.[00425] In some embodiments, one or more 5170 fiber protection additives can also be added to the feed stock paste in the 5040 feed stock mixing step. Fiber protection additives help reduce the degradation of certain types of feed stock. biomass fibers (eg cellulose fibers) during oxidation of the feed stock. Fiber protection additives can be used, for example, if a desired product from processing a lignocellulosic feed stock includes cellulose fibers. Exemplary fiber protection additives include magnesium compounds, such as magnesium hydroxide. The concentrations of fiber protection additives in the 5050 feed stock slurry can be from 0.1% to 0.4% of the dry weight of the biomass feed stock, for example.
[00426] Em determinadas modalidades, a pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 pode ser submetida a uma extração opcional 5180 com um solvente orgânico para remover substâncias insolúveis[00426] In certain embodiments, the 5050 aqueous feed stock paste can be subjected to an optional 5180 extraction with an organic solvent to remove insoluble substances
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 133/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 133/258
128/204 em água da pasta. Por exemplo, extração da pasta 5050 com um ou mais solventes orgânicos proporciona uma pasta purificada e uma corrente residual orgânica 5210 que inclui materiais insolúveis em água, tais como gorduras, óleos e outras substâncias baseadas em hidrocarboneto não polares. Solventes adequados para realização de extração da pasta 5050 incluem vários álcoois, hidrocarbonetos e halohidrocarbonetos, por exemplo.128/204 in paste water. For example, extraction of the 5050 slurry with one or more organic solvents provides a purified slurry and a 5210 organic residual stream that includes water-insoluble materials, such as fats, oils and other non-polar hydrocarbon-based substances. Suitable solvents for extracting the 5050 slurry include various alcohols, hydrocarbons and halohydrocarbons, for example.
[00427] Em algumas modalidades, a pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 pode ser submetida a um tratamento térmico opcional 5190 para preparar adicionalmente o estoque de alimentação para oxidação. Um exemplo de um tratamento térmico inclui aquecimento da pasta de estoque de alimentação na presença de vapor pressurizado. Em estoque de alimentação de biomassa fibroso, o vapor pressurizado intumesce as fibras, expondo uma maior fração das superfícies da fibra ao solvente aquoso e agentes de oxidação que são introduzidos em subsequentes etapas de processamento.[00427] In some embodiments, the 5050 aqueous feed stock may be subjected to an optional 5190 heat treatment to further prepare the feed stock for oxidation. An example of a heat treatment includes heating the stock feed slurry in the presence of pressurized steam. In a fibrous biomass feed stock, pressurized steam swells the fibers, exposing a larger fraction of the fiber surfaces to the aqueous solvent and oxidizing agents that are introduced in subsequent processing steps.
[00428] Em determinadas modalidades, pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 pode ser submetida a um tratamento opcional com agentes básicos 5200. Tratamento com um ou mais agentes básicos ajuda a separar a lignina da celulose em estoque de alimentação de biomassa lignocelulósico, desse modo, aprimorando a subsequente oxidação do estoque de alimentação. Agentes básicos exemplificativos incluem hidróxidos alcalinos e alcalinoterrosos, tais como hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e hidróxido de cálcio. Em geral, uma variedade de agentes básicos podem ser usados, tipicamente em concentrações de cerca de 0,01% a cerca de 0,5% do peso seco do estoque de alimentação.[00428] In certain embodiments, 5050 aqueous feed stock paste can be subjected to optional treatment with basic 5200 agents. Treatment with one or more basic agents helps to separate lignin from cellulose in the lignocellulosic biomass feed stock, thereby , improving the subsequent oxidation of the feed stock. Exemplary basic agents include alkaline and alkaline earth hydroxides, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide. In general, a variety of basic agents can be used, typically in concentrations of about 0.01% to about 0.5% of the dry weight of the feed stock.
[00429] Pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 é transportada (por exemplo, através de um sistema de tubulação in-line) para uma câmara, a qual pode ser uma câmara de pré-processamento de[00429] 5050 aqueous feed stock paste is transported (for example, through an in-line piping system) to a chamber, which can be a pre-processing chamber for
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 134/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 134/258
129/204 oxidação ou um reator de oxidação. Na etapa de pré-processamento de oxidação 5060, um ou mais agentes de oxidação 5160 são adicionados à pasta de estoque de alimentação 5050 para formar um meio de oxidação. Em algumas modalidades, por exemplo, agentes de oxidação 5160 podem incluir hidrogênio peróxido. Peróxido de hidrogênio pode ser adicionado à pasta 5050 como uma solução aquosa e em proporções oscilando de 3% a entre 30% e 35% em peso de pasta 5050. Peróxido de hidrogênio tem uma série de vantagens como um agente de oxidação. Por exemplo, peróxido de hidrogênio aquoso é relativamente barato, é relativamente estável quimicamente e não é particularmente perigoso com relação a outros agentes de oxidação (e portanto, não requer procedimentos de manipulação problemáticos e equipamento de segurança caro). Além disso, o peróxido de hidrogênio se decompõe para formar água durante oxidação de estoque de alimentação, de modo que limpeza da corrente residual é relativamente direta e barata.129/204 oxidation or an oxidation reactor. In the oxidation preprocessing step 5060, one or more oxidizing agents 5160 are added to the feed stock slurry 5050 to form an oxidation medium. In some embodiments, for example, 5160 oxidizing agents may include hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide can be added to the 5050 slurry as an aqueous solution and in proportions ranging from 3% to between 30% and 35% by weight of 5050 slurry. Hydrogen peroxide has a number of advantages as an oxidizing agent. For example, aqueous hydrogen peroxide is relatively inexpensive, is relatively chemically stable and is not particularly dangerous with respect to other oxidizing agents (and therefore does not require problematic handling procedures and expensive safety equipment). In addition, hydrogen peroxide breaks down to form water during oxidation of the feed stock, so cleaning the residual stream is relatively straightforward and inexpensive.
[00430] Em determinadas modalidades, agentes de oxidação 5160 podem incluir oxigênio (por exemplo, gás oxigênio), seja isoladamente ou em combinação com peróxido de hidrogênio. Gás oxigênio pode ser borbulhado na pasta 5050 em proporções oscilando de 0,5% a 10% em peso da pasta 5050. Alternativamente ou além disso, gás oxigênio também pode ser introduzido em uma fase gasosa em equilíbrio com a pasta 5050 (por exemplo, um cabeça e vapor acima da pasta 5050). O gás oxigênio pode ser introduzido na câmara de préprocessamento de oxidação ou no reator de oxidação (ou em ambos), dependendo da configuração do sistema de processamento oxidativo. Tipicamente, por exemplo, a pressão parcial de oxigênio no vapor acima da pasta 5050 é maior do que a pressão ambiente de oxigênio e oscila de 0,5 bar a 35 bar, dependendo da natureza do estoque de alimentação.[00430] In certain embodiments, 5160 oxidizing agents may include oxygen (for example, oxygen gas), either alone or in combination with hydrogen peroxide. Oxygen gas can be bubbled into the 5050 slurry in proportions ranging from 0.5% to 10% by weight of the 5050 slurry. Alternatively or in addition, oxygen gas can also be introduced in a gas phase in equilibrium with the 5050 slurry (for example, a head and steam above the 5050 paste). Oxygen gas can be introduced into the oxidation preprocessing chamber or oxidation reactor (or both), depending on the configuration of the oxidative processing system. Typically, for example, the partial pressure of oxygen in the vapor above the 5050 slurry is greater than the ambient pressure of oxygen and ranges from 0.5 bar to 35 bar, depending on the nature of the feed stock.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 135/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 135/258
130/204 [00431] O gás oxigênio pode ser introduzido na forma pura ou pode ser misturado com um ou mais gases veículo. Por exemplo, em algumas modalidades, ar em alta pressão fornece o oxigênio no vapor. Em determinadas modalidades, gás oxigênio pode ser fornecido continuamente à fase vapor para assegurar que a concentração de oxigênio no vapor permanece dentro de certos limites predeterminados processamento do estoque de alimentação. Em algumas modalidades, gás oxigênio pode ser introduzido inicialmente em uma concentração suficiente para oxidar o estoque de alimentação e, então, o estoque de alimentação pode ser transportado para um vaso fechado, pressurizado (por exemplo, um reator de oxidação) para processamento.130/204 [00431] Oxygen gas can be introduced in pure form or it can be mixed with one or more carrier gases. For example, in some embodiments, high pressure air supplies oxygen in the vapor. In certain embodiments, oxygen gas can be supplied continuously to the vapor phase to ensure that the oxygen concentration in the vapor remains within certain predetermined processing limits of the supply stock. In some embodiments, oxygen gas can be introduced initially at a concentration sufficient to oxidize the feed stock and then the feed stock can be transported to a closed, pressurized vessel (for example, an oxidation reactor) for processing.
[00432] Em determinadas modalidades, agentes de oxidação 5160 podem incluir oxigênio nascente (por exemplo, radicais oxigênio). Tipicamente, o oxigênio nascente é produzido, conforme necessário, em um reator de oxidação ou em uma câmara em comunicação de fluido com um reator de oxidação através de uma ou mais reações de decomposição. Por exemplo, em algumas modalidades, oxigênio nascente pode ser produzido a partir de uma reação entre NO e O2 em uma mistura gasosa ou em solução. Em determinadas modalidades, oxigênio nascente pode ser produzido a partir da decomposição de HOCl em solução. Outros métodos pelos quais oxigênio nascente pode ser produzido incluem via geração eletroquímica em solução de eletrólito, por exemplo.[00432] In certain embodiments, 5160 oxidizing agents may include nascent oxygen (eg, oxygen radicals). Typically, nascent oxygen is produced, as needed, in an oxidation reactor or in a fluid communicating chamber with an oxidation reactor through one or more decomposition reactions. For example, in some embodiments, nascent oxygen can be produced from a reaction between NO and O 2 in a gas mixture or in solution. In certain modalities, nascent oxygen can be produced from the decomposition of HOCl in solution. Other methods by which nascent oxygen can be produced include, for example, electrochemical generation in electrolyte solution.
[00433] Em geral, o oxigênio nascente é um agente de oxidação eficiente em virtude da reatividade relativamente alta do radical oxigênio. Contudo, o oxigênio nascente também pode ser um agente de oxidação relativamente seletivo. Por exemplo, quando estoque de alimentação lignocelulósico é tratado com oxigênio nascente, oxidação seletiva de lignina ocorre em preferência a outros componentes do estoque de alimentação, tal como celulose. Como um resultado, oxidaPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 136/258[00433] In general, nascent oxygen is an efficient oxidizing agent due to the relatively high reactivity of the oxygen radical. However, nascent oxygen can also be a relatively selective oxidizing agent. For example, when lignocellulosic feed stock is treated with nascent oxygen, selective lignin oxidation occurs in preference to other components of the feed stock, such as cellulose. As a result, it oxidizes Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 136/258
131/204 ção de estoque de alimentação com oxigênio nascente fornece um método para a remoção seletiva da fração de lignina em determinados estoques de alimentação. Tipicamente, concentrações de oxigênio nascente de entre cerca de 0,5% e 5% do peso seco do estoque de alimentação são usadas para realizar oxidação eficiente.131/204 tion of nascent oxygen feed stock provides a method for the selective removal of the lignin fraction in certain feed stocks. Typically, concentrations of nascent oxygen of between about 0.5% and 5% of the dry weight of the feed stock are used to perform efficient oxidation.
[00434] Sem desejar estar preso à teoria, acredita-se que o oxigênio nascente reage com o estoque de alimentação lignocelulósico de acordo com pelo menos dois mecanismos diferentes. Em um primeiro mecanismo, o oxigênio nascente sofre uma reação de adição com a lignina, resultando em oxidação parcial da lignina, o que solubiliza a lignina em solução aquosa. Como um resultado, a lignina solubilizada pode ser removida do resto do estoque de alimentação via lavagem. Em um segundo mecanismo, o oxigênio nascente rompe as ligações transversais de butano e/ou abre anéis aromáticos que são conectados via as ligações cruzadas de butano. Como um resultado, a solubilidade da lignina em solução aquosa aumenta e facilita a separação da fração de lignina do restante do estoque de alimentação via lavagem. [00435] Em algumas modalidades, agentes de oxidação 5160 incluem ozônio (O3). O uso de ozônio pode introduzir diversas considerações de manipulação química na sequência de processamento de oxidação. Se aquecida muito vigorosamente, uma solução aquosa de ozônio pode se decompor violentamente, com consequências potencialmente adversas para operadores humanos do sistema e o equipamento do sistema. Consequentemente, o ozônio é, tipicamente, gerado em um vaso de parede espessa termicamente isolado separado do vaso que contém a pasta de estoque de alimentação e transportado do mesmo no estágio de processo apropriado.[00434] Without wishing to be bound by theory, it is believed that nascent oxygen reacts with the lignocellulosic food supply according to at least two different mechanisms. In a first mechanism, the nascent oxygen undergoes an addition reaction with the lignin, resulting in partial oxidation of the lignin, which solubilizes the lignin in aqueous solution. As a result, the solubilized lignin can be removed from the rest of the feed stock via washing. In a second mechanism, the nascent oxygen disrupts the butane crosslink and / or opens aromatic rings that are connected via the butane crosslink. As a result, the solubility of lignin in aqueous solution increases and facilitates the separation of the lignin fraction from the rest of the feed stock via washing. [00435] In some embodiments, 5160 oxidizing agents include ozone (O3). The use of ozone can introduce several chemical manipulation considerations in the sequence of oxidation processing. If heated very vigorously, an aqueous ozone solution can decompose violently, with potentially adverse consequences for human system operators and system equipment. Consequently, ozone is typically generated in a thermally insulated thick-walled vessel separate from the vessel containing the feed stock paste and transported from it at the appropriate process stage.
[00436] Sem desejar estar preso à teoria, acredita-se que o ozônio se decompõe em oxigênio e radicais oxigênio e que os radicais oxigênio (por exemplo, oxigênio nascente) são responsáveis pelas propriePetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 137/258[00436] Without wishing to be bound by theory, it is believed that ozone decomposes into oxygen and oxygen radicals and that the oxygen radicals (for example, nascent oxygen) are responsible for the properties 870170006381, of 30/01/2017, p. 137/258
132/204 dades de oxidação do ozônio da maneira discutida acima. O ozônio oxida, de preferência tipicamente, a fração de lignina em materiais lignocelulósicos, deixando a fração de celulose relativamente inalterada. [00437] Condições para oxidação baseada em ozônio de estoque de alimentação de biomassa em geral dependem da natureza da biomassa. Por exemplo, para estoques de alimentação celulósicos e lignocelulósicos, concentrações de ozônio de 0,1 g/m3 a 20 g/m3 de estoque de alimentação seco proporcionam oxidação eficiente de estoque de alimentação. Tipicamente, o teor de água na pasta 5050 está entre 10% em peso e 80% em peso (por exemplo, entre 40% em peso e 60% em peso). Durante oxidação baseada em ozônio, a temperatura da pasta 5050 pode ser mantida entre 0 °C e 100 °C para evitar decomposição violenta do ozônio.132/204 ozone oxidation in the manner discussed above. Ozone oxidizes, preferably typically, the lignin fraction in lignocellulosic materials, leaving the cellulose fraction relatively unchanged. [00437] Conditions for ozone-based oxidation of biomass feed stock in general depend on the nature of the biomass. For example, for cellulosic and lignocellulosic feed stocks, ozone concentrations of 0.1 g / m 3 to 20 g / m 3 of dry feed stock provide efficient oxidation of feed stock. Typically, the water content in the 5050 slurry is between 10% by weight and 80% by weight (for example, between 40% by weight and 60% by weight). During ozone-based oxidation, the temperature of the 5050 slurry can be maintained between 0 ° C and 100 ° C to prevent violent ozone decomposition.
[00438] Em algumas modalidades, a pasta de estoque de alimentação 5050 pode ser tratada com uma solução alcalina aquosa que inclui um ou mais hidróxidos alcalinos e alcalinoterrosos, tais como hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e hidróxido de cálcio e, então, tratada depois com um gás contendo ozônio em um reator de oxidação. Foi observado que esse processo aumenta significativamente a decomposição da biomassa em pasta 5050. Tipicamente, por exemplo, uma concentração de íons de hidróxido na solução alcalina está entre 0,001% e 10% em peso da pasta 5050. Após o estoque de alimentação ser umedecido via contato com a solução alcalina, o gás contendo ozônio é introduzido no reator de oxidação, onde ele contata e oxida o estoque de alimentação.[00438] In some embodiments, the 5050 feed stock paste can be treated with an aqueous alkaline solution that includes one or more alkaline and alkaline earth hydroxides, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide and then treated then with a gas containing ozone in an oxidation reactor. It has been observed that this process significantly increases the decomposition of the biomass into 5050 paste. Typically, for example, a concentration of hydroxide ions in the alkaline solution is between 0.001% and 10% by weight of the 5050 paste. After the feed stock is moistened via In contact with the alkaline solution, the ozone-containing gas is introduced into the oxidation reactor, where it contacts and oxidizes the supply stock.
[00439] Agentes de oxidação 5160 também podem incluir outras substâncias. Em algumas modalidades, por exemplo, agentes d oxidação baseados em halogênio, tais como agentes de cloro e oxicloro (por exemplo, hipoclorito), podem ser introduzidos na pasta 5050. Em determinadas modalidades, substâncias de oxidação contendo nitroPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 138/258[00439] 5160 oxidizing agents can also include other substances. In some embodiments, for example, halogen-based oxidizing agents, such as chlorine and oxychlorine agents (eg, hypochlorite), can be introduced into the 5050 paste. In certain embodiments, oxidizing substances containing nitroPetition 870170006381, from 30/01 / 2017, p. 138/258
133/204 gênio podem ser introduzidas na pasta 5050. Substâncias de oxidação contendo nitrogênio exemplificativas incluem NO e NO2, por exemplo. Agentes contendo nitrogênio também podem ser combinados com oxigênio na pasta 5050 para criar agentes de oxidação adicionais. Por exemplo, NO e NO2 se combinam com o oxigênio na pasta 5050 para formar compostos de nitrato, os quais são agentes de oxidação eficazes para o estoque de alimentação de biomassa. Agentes de oxidação baseados em halogênio e nitrogênio podem, em algumas modalidades, causar branqueamento do estoque de alimentação de biomassa, dependendo da natureza do estoque de alimentação. O branqueamento pode ser desejável para determinados produtos derivados de biomassa que são extraídos em subsequentes etapas de processamento. [00440] Outros agentes de oxidação podem incluir, por exemplo, vários peróxi-ácidos, ácidos peróxi-acéticos, perssulfatos, percarbonatos, permanganatos, tetróxido de ósmio e óxidos de cromo.133/204 genius can be introduced into the 5050 slurry. Exemplary nitrogen-containing oxidation substances include NO and NO 2 , for example. Nitrogen-containing agents can also be combined with oxygen in the 5050 slurry to create additional oxidizing agents. For example, NO and NO 2 combine with oxygen in the 5050 slurry to form nitrate compounds, which are effective oxidizing agents for the biomass feed stock. Oxidizing agents based on halogen and nitrogen can, in some modalities, cause bleaching of the biomass feed stock, depending on the nature of the feed stock. Bleaching may be desirable for certain products derived from biomass that are extracted in subsequent processing steps. [00440] Other oxidizing agents may include, for example, various peroxy acids, peroxyacetic acids, persulfates, percarbonates, permanganates, osmium tetroxide and chromium oxides.
[00441] Após a etapa de pré-processamento de oxidação 5060, a pasta de estoque de alimentação 5050 é oxidada na etapa 5070, se agentes de oxidação 5160 foram adicionados à pasta 5050 em um reator de oxidação, então, a oxidação se processa no mesmo reator. Alternativamente, se agentes de oxidação 5160 foram adicionados à pasta 5050 em uma câmara de pré-processamento, então, a pasta 5050 é transportada para um reator de oxidação via um sistema de tubulação in-line. Uma vez dentro do reator de oxidação, oxidação do estoque de alimentação de biomassa se processa sob um ambiente controlado de condições ambientais. Tipicamente, por exemplo, o reator de oxidação é um vaso cilíndrico que é fechado ao ambiente externo e pressurizado. Operação em batelada e contínua são possíveis, embora condições ambientais sejam, tipicamente, mais fáceis de controlar em operações de processamento em batelada in-line.[00441] After the 5060 oxidation pre-processing step, the 5050 feed stock slurry is oxidized in step 5070, if 5160 oxidizing agents were added to the 5050 slurry in an oxidation reactor, then the oxidation takes place in the same reactor. Alternatively, if 5160 oxidizing agents were added to the 5050 slurry in a pre-processing chamber, then the 5050 slurry is transported to an oxidation reactor via an in-line piping system. Once inside the oxidation reactor, oxidation of the biomass feed stock takes place under a controlled environment of environmental conditions. Typically, for example, the oxidation reactor is a cylindrical vessel that is closed to the external environment and pressurized. Batch and continuous operation are possible, although environmental conditions are typically easier to control in in-line batch processing operations.
[00442] Oxidação de pasta de estoque de alimentação 5050 ocorre,[00442] Oxidation of feed stock paste 5050 occurs,
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 139/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 139/258
134/204 tipicamente, em temperaturas elevadas no reator de oxidação. Por exemplo, a temperatura da pasta 5050 no reator de oxidação é, tipicamente, mantida acima de 100 °C, por exemplo, em uma faixa de 120 °C a 240 °C. Para muitos tipos de estoque de alimentação de biomassa, oxidação é particularmente eficiente se a temperatura da pasta 5050 é mantida entre 150 °C e 220 °C. A pasta 5050 pode ser aquecida usando uma variedade de dispositivos de transferência térmica. Por exemplo, em algumas modalidades, o reator de oxidação contata um banho de aquecimento que inclui óleo ou sais fundidos. Em determinadas modalidades, uma série de tubulações de permuta de calor envolve e contata o reator de oxidação e circulação de fluido quente dentro das tubulações aquece a pasta 5050 no reator. Outros dispositivos de aquecimento que podem ser usados para aquecer a pasta 5050 incluem elementos de aquecimento resistivos, aquecedores de indução e fontes de microondas, por exemplo.134/204 typically, at high temperatures in the oxidation reactor. For example, the temperature of the 5050 slurry in the oxidation reactor is typically kept above 100 ° C, for example, in a range of 120 ° C to 240 ° C. For many types of biomass feed stock, oxidation is particularly efficient if the temperature of the 5050 slurry is kept between 150 ° C and 220 ° C. The 5050 slurry can be heated using a variety of thermal transfer devices. For example, in some embodiments, the oxidation reactor contacts a heating bath that includes molten oil or salts. In certain embodiments, a series of heat exchange pipes surround and contact the oxidation reactor and the circulation of hot fluid within the pipes heats the 5050 slurry in the reactor. Other heating devices that can be used to heat the 5050 slurry include resistive heating elements, induction heaters and microwave sources, for example.
[00443] O tempo de residência da pasta de estoque de alimentação 5050 no reator de oxidação pode ser variado conforme desejado para processar o estoque de alimentação. Tipicamente, a pasta 5050 leva de 1 minuto a 60 minutos sofrendo oxidação no reator. Para um material de biomassa relativamente macio, tal como matéria lignocelulósica, o tempo de residência no reator de oxidação pode ser de 5 minutos a 30 minutos, por exemplo, em uma pressão de oxigênio de entre 3 e 12 bars no reator e em uma temperatura da pasta de entre 160 °C e 210 °C. Para outros tipos de estoque de alimentação, contudo, tempos de residência no reator de oxidação podem ser mais longos, por exemplo, tão longos quanto 48 horas. Para determinar tempos de residência apropriados para a pasta 5050 no reator de oxidação, alíquotas da pasta podem ser extraídas do reator em intervalos específicos e analisadas para determinar as concentrações de produtos de interesse particular, tais como sacarídeos complexos. Informação sobre o aumento[00443] The residence time of the 5050 feed stock slurry in the oxidation reactor can be varied as desired to process the feed stock. Typically, the 5050 slurry takes from 1 minute to 60 minutes undergoing oxidation in the reactor. For a relatively soft biomass material, such as lignocellulosic material, the residence time in the oxidation reactor can be from 5 minutes to 30 minutes, for example, at an oxygen pressure of between 3 and 12 bars in the reactor and at a temperature between 160 ° C and 210 ° C. For other types of feed stock, however, residence times in the oxidation reactor can be longer, for example, as long as 48 hours. To determine appropriate residence times for the 5050 slurry in the oxidation reactor, aliquots of the slurry can be extracted from the reactor at specific intervals and analyzed to determine concentrations of products of particular interest, such as complex saccharides. Increase information
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 140/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 140/258
135/204 nas concentrações de determinados produtos na pasta 5050 como uma função do tempo pode ser usada para determinar os tempos de residência para classes particulares de material de estoque de alimentação.135/204 in the concentrations of certain products in the 5050 slurry as a function of time can be used to determine residence times for particular classes of feed stock material.
[00444] Em algumas modalidades, durante oxidação da pasta de estoque de alimentação 5050, ajusta do pH da pasta pode ser realizado mediante introdução de um ou mais agentes químicos no reator de oxidação. Por exemplo, em determinadas modalidades, oxidação ocorre mais eficientemente em uma faixa de pH de cerca de 9-11. Para manter um pH nessa faixa, agentes tais como hidróxidos alcalinos e alcalinoterrosos, carbonatos, amônia e soluções de tampão alcalinas podem ser introduzidas no reator de oxidação.[00444] In some embodiments, during oxidation of the feed stock paste 5050, the pH adjustment of the paste can be carried out by introducing one or more chemical agents into the oxidation reactor. For example, in certain embodiments, oxidation occurs most efficiently in a pH range of about 9-11. To maintain a pH in this range, agents such as alkaline and alkaline earth hydroxides, carbonates, ammonia and alkaline buffer solutions can be introduced into the oxidation reactor.
[00445] Circulação de pasta 5050 durante oxidação pode ser importante para assegurar contato suficiente entre os agentes de oxidação 5160 e o estoque de alimentação. Circulação da pasta pode ser obtida usando uma variedade de técnicas. Por exemplo, em algumas modalidades, um aparelho de agitação mecânica que inclui pás propulsoras ou uma roda de pás pode ser implementado no reator de oxidação. Em determinadas modalidades, o reator de oxidação pode ser um reator de loop, no qual o solvente aquoso no qual o estoque de alimentação é suspenso é simultaneamente drenado da parte inferior do reator e re-circulado para cima do reator via uma bomba, desse modo, assegurando que a pasta é continuamente re-misturada e não estagna dentro do reator.[00445] Circulation of 5050 slurry during oxidation may be important to ensure sufficient contact between the 5160 oxidizing agents and the feed stock. Circulation of the paste can be achieved using a variety of techniques. For example, in some embodiments, a mechanical stirring apparatus that includes propeller blades or a wheel of blades can be implemented in the oxidation reactor. In certain embodiments, the oxidation reactor can be a loop reactor, in which the aqueous solvent in which the feed stock is suspended is simultaneously drained from the bottom of the reactor and recirculated to the top of the reactor via a pump, thereby , ensuring that the paste is continuously re-mixed and does not stagnate inside the reactor.
[00446] Após oxidação do estoque de alimentação estar completo, a pasta é transportada para um aparelho de separação, onde uma etapa de separação mecânica 5080 ocorre. Tipicamente, a etapa de separação mecânica 5080 inclui um ou mais estágios crescentes de filtração de finos da pasta para separar mecanicamente os constituintes sólidos e líquidos.[00446] After oxidation of the feed stock is complete, the paste is transported to a separation device, where a 5080 mechanical separation step occurs. Typically, the mechanical separation step 5080 includes one or more increasing stages of filtration of fines from the slurry to mechanically separate the solid and liquid constituents.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 141/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 141/258
136/204 [00447] A fase líquida 5090 é separada da fase sólida 500 e as duas fases são processadas independentemente depois. A fase sólida 5100 pode, opcionalmente sofrer uma etapa de secagem 5120 em um aparelho de secagem por exemplo. A etapa de secagem 5120 pode incluir, por exemplo, dispersão mecânica do material sólido sobre uma superfície de secagem e evaporação de água da fase sólida 5100 através de ligeiro aquecimento do material sólido. Após a etapa de secagem 5120 (ou, alternativamente, sem sofrer a etapa de secagem 5120), a fase sólida 5100 é transportada para as etapas adicionais de processamento 5140.136/204 [00447] The liquid phase 5090 is separated from the solid phase 500 and the two phases are processed independently afterwards. The solid phase 5100 can optionally undergo a drying step 5120 in a drying apparatus for example. The drying step 5120 may include, for example, mechanical dispersion of the solid material over a drying surface and evaporation of water from the solid phase 5100 by slightly heating the solid material. After drying step 5120 (or, alternatively, without undergoing drying step 5120), solid phase 5100 is transported to additional processing steps 5140.
[00448] A fase líquida 5090 pode, opcionalmente, sofrer uma etapa de secagem 5110 para reduzir a concentração de água na fase líquida. Em algumas modalidades, por exemplo, a etapa de secagem 5110 pode incluir evaporação e/ou destilação e/ou extração de água da fase líquida 5090 através de ligeiro aquecimento do líquido. Alternativamente ou além disso, um ou mais agentes de secagem químicos podem ser usados para remover água da fase líquida 5090. Após a etapa de secagem 5110 (ou alternativamente, sem sofrer a etapa de secagem 5110), a fase líquida 5090 é transportada para etapas adicionais de processamento 5130, as quais podem incluir uma variedade de etapas de tratamentos químicos e biológicos, tais como hidrólise química e/ou enzimática.[00448] The 5090 liquid phase can optionally undergo a 5110 drying step to reduce the water concentration in the liquid phase. In some embodiments, for example, drying step 5110 may include evaporation and / or distillation and / or extraction of water from liquid phase 5090 by slightly heating the liquid. Alternatively or in addition, one or more chemical drying agents can be used to remove water from the 5090 liquid phase. After the 5110 drying step (or alternatively, without undergoing the 5110 drying step), the 5090 liquid phase is carried into steps additional 5130 processors, which may include a variety of chemical and biological treatment steps, such as chemical and / or enzymatic hydrolysis.
[00449] A etapa de secagem 5110 cria uma corrente residual 5220, uma solução aquosa que pode incluir agentes químicos dissolvidos, tais como ácidos e bases em concentrações relativamente baixas. Tratamento da corrente residual 5220 pode incluir, por exemplo, neutralização de pH com um ou mais ácidos ou bases minerais. Dependendo da concentração de sais dissolvidos na corrente residual 5220, a solução pode ser parcialmente desionizada (por exemplo, mediante passagem da corrente residual através de um sistema de troca de íons).[00449] Drying step 5110 creates a residual stream 5220, an aqueous solution that can include dissolved chemical agents, such as acids and bases in relatively low concentrations. Treatment of the 5220 residual stream may include, for example, pH neutralization with one or more mineral acids or bases. Depending on the concentration of salts dissolved in the 5220 residual stream, the solution can be partially deionized (for example, by passing the residual stream through an ion exchange system).
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 142/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 142/258
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Então, a corrente residual - a qual inclui primariamente água - pode ser re-circulada para o processo global (por exemplo, como água 5150), desviada para outro processo ou descarregada.Then, the residual stream - which primarily includes water - can be recirculated to the overall process (for example, as water 5150), diverted to another process or discharged.
[00450] Tipicamente, para estoques de alimentação de biomassa lignocelulósicos, após a etapa de separação 5070, a fase líquida 5090 inclui uma variedade de poli- e oligossacarídeos solúveis os quais podem, então, ser separados e/ou reduzidos para sacarídeos de menor cadeia via outras etapas de processamento. A fase sólida 5100 inclui, tipicamente, celulose primariamente, por exemplo, com menores quantidades de produtos derivados de hemicelulose e lignina.[00450] Typically, for lignocellulosic biomass feed stocks, after separation step 5070, liquid phase 5090 includes a variety of soluble poly- and oligosaccharides which can then be separated and / or reduced to lower chain saccharides via other processing steps. The 5100 solid phase typically includes cellulose primarily, for example, with lesser amounts of products derived from hemicellulose and lignin.
[00451] Em algumas modalidades, oxidação pode ser realizada en temperatura elevada em um reator, tal como uma câmara de pirólise. Por exemplo, fazendo referência mais uma vez à figura 17, materiais de estoque de alimentação podem ser oxidados em um aparelho de pirólise com filamento 1712. Em um uso típico, um gás veículo de oxidação, por exemplo, ar ou uma mistura de ar/argônio, atravessa o contentor de amostra 1713, enquanto que o elemento de aquecimento resistivo é girado e aquecido para uma temperatura desejada, por exemplo, 325 °C. Após um tempo apropriado, por exem plo, 5 a 10 minutos, o material oxidado é esvaziado do contentor de amostra. O sistema mostrado na figura 17 pode ser escalonado e tornado contínuo. Por exemplo, ao invés de um fio como o elemento de aquecimento, o elemento de aquecimento pode ser uma rosca de broca. O material pode cair continuamente no contentor de amostra, apertando uma rosca aquecida que leva o material à pirólise. Ao mesmo tempo, a rosca pode empurrar o material oxidado para fora do contentor de amostra para permitir a entrada de material não oxidado fresco.[00451] In some embodiments, oxidation can be carried out at elevated temperature in a reactor, such as a pyrolysis chamber. For example, referring again to figure 17, feed stock materials can be oxidized in a 1712 filament pyrolysis apparatus. In a typical use, an oxidizing carrier gas, for example, air or a mixture of air / argon, passes through the sample container 1713, while the resistive heating element is rotated and heated to a desired temperature, for example, 325 ° C. After an appropriate time, for example, 5 to 10 minutes, the oxidized material is emptied from the sample container. The system shown in figure 17 can be scaled and made continuous. For example, instead of a wire as the heating element, the heating element can be a drill thread. The material can fall continuously into the sample container, tightening a heated thread that takes the material to pyrolysis. At the same time, the thread can push the oxidized material out of the sample container to allow fresh non-oxidized material to enter.
[00452] Materiais de estoque de alimentação também podem ser oxidados em qualquer um dos sistemas de pirólise mostrados nas figuras 18-20 e descritos acima na seção Sistemas de Pirólise.[00452] Feed stock materials can also be oxidized in any of the pyrolysis systems shown in figures 18-20 and described above in the Pyrolysis Systems section.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 143/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 143/258
138/204 [00453] Fazendo referência mais uma vez à figura 21, materiais de estoque de alimentação podem ser rapidamente oxidados mediante revestimento com um filamento de tungstênio 150, junto com um oxidante, tal como um peróxido, com o material celulósico desejado, enquanto o material está alojado em uma câmara de vácuo 151. Para realizar oxidação, corrente é passada através do filamento, o que causa um aquecimento rápido do filamento durante um tempo desejado. Tipicamente, o aquecimento é continuado durante segundos antes de permitir que o filamento esfrie. Em algumas modalidades, o aquecimento é realizado uma série de vezes para obter uma quantidade desejada de oxidação.138/204 [00453] Referring again to figure 21, feed stock materials can be quickly oxidized by coating with a tungsten filament 150, together with an oxidizer, such as a peroxide, with the desired cellulosic material, while the material is housed in a vacuum chamber 151. To carry out oxidation, current is passed through the filament, which causes a rapid heating of the filament for a desired time. Typically, heating is continued for seconds before allowing the filament to cool. In some embodiments, heating is performed a number of times to obtain a desired amount of oxidation.
[00454] Fazendo referência mais uma vez à figura 12, em algumas modalidades, materiais de estoque de alimentação pode ser oxidados com o auxílio de som e/ou cavitação. Em geral, para realizar oxidação, os materiais são submetidos a ultrassom em um ambiente de oxidação, tal como água saturada com oxigênio ou outro oxidante químico, tal como peróxido de hidrogênio.[00454] Referring again to figure 12, in some embodiments, feed stock materials can be oxidized with the aid of sound and / or cavitation. In general, to perform oxidation, materials are subjected to ultrasound in an oxidation environment, such as water saturated with oxygen or another chemical oxidant, such as hydrogen peroxide.
[00455] Fazendo referência mais uma vez às figuras 9 e 10, em determinadas modalidades, radiação ionizante é usada para auxiliar na oxidação de materiais de estoque de alimentação. Em geral, para realizar oxidação, os materiais são irradiados em um ambiente de oxidação, tal como ar ou oxigênio. Por exemplo, radiação gama e/ou radiação de feixe de elétrons pode ser empregada para irradiar os materiais.[00455] Referring again to figures 9 and 10, in certain modalities, ionizing radiation is used to assist in the oxidation of feed stock materials. In general, to carry out oxidation, materials are irradiated in an oxidation environment, such as air or oxygen. For example, gamma radiation and / or electron beam radiation can be used to irradiate materials.
OUTROS PROCESSO DE TRATAMENTOS [00456] Explosão de vapor pode ser usada isoladamente sem qualquer um ou mais dos processos descritos aqui ou em combinação com qualquer um dos processos descritos aqui.OTHER TREATMENT PROCESS [00456] Steam explosion can be used alone without any one or more of the processes described here or in combination with any of the processes described here.
[00457] A figura 23 mostra ma visão geral de todo o processo de conversão de uma fonte de fibra ou estoque de alimentação 400 em[00457] Figure 23 shows an overview of the entire process of converting a fiber source or 400 power supply into
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 144/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 144/258
139/204 um produto 450, tal como etanol, através de um processo que inclui cisalhamento e explosão de vapor para produzir um material fibroso139/204 a 450 product, such as ethanol, through a process that includes shear and steam explosion to produce a fibrous material
401 o qual é, então, hidrolisado e convertido, por exemplo, fermentado, para produzir o produto. A fonte de fibra pode ser transformada em material fibroso 401 através de uma série de possíveis métodos, incluindo pelo menos um processo de cisalhamento e pelo menos um processo de explosão de vapor.401 which is then hydrolyzed and converted, for example, fermented, to produce the product. The fiber source can be transformed into fibrous material 401 through a number of possible methods, including at least one shear process and at least one vapor explosion process.
[00458] Por exemplo, uma opção inclui cisalhamento da fonte de fibra, seguido por etapa(s) opcional(is) de peneiramento e etapa(s) opcionais) de cisalhamento para produzir uma fonte de fibra cisalhada[00458] For example, an option includes fiber source shear, followed by optional sieving step (s) and optional shear step (s) to produce a sheared fiber source
402 a qual pode, então, ser explodida a vapor para produzir o material fibroso 401. O processo de explosão de vapor é opcionalmente seguido por um processo de recuperação de fibra para remover líquidos ou o licor 404 resultante do processo de explosão de vapor. O material resultante de explosão de vapor da fonte de fibra cisalhada pode ser ainda cisalhado através de etapa(s) opcional(is) de cisalhamento e/ou etapas(s) opcional(is) de peneiramento adicional(is).402 which can then be steam blown to produce the fibrous material 401. The steam blast process is optionally followed by a fiber recovery process to remove liquids or the liquor 404 resulting from the steam blast process. The material resulting from the steam explosion from the sheared fiber source can be further sheared through optional shearing step (s) and / or optional sieving step (s).
[00459] Em outro método, o material fibroso 401 é primeiro explodido a vapor para produzir uma fonte de fibra explodida a vapor 410. A fonte de fibra explodida a vapor resultante é, então, submetida a um processo opcional de recuperação de fibra para remover líquidos ou o licor. A fonte de fibra explodida a vapor resultante pode, então, ser cisalhada para produzir o material fibroso. A fonte de fibra explodida a vapor também pode ser submetida a uma ou mais etapas opcionais de peneiramentos e/ou uma ou mais etapas opcionais de cisalhamento. O processo de cisalhamento e explosão de vapor da fonte de fibra para produzir o material fibroso cisalhado e explodido a vapor será ainda discutido abaixo.[00459] In another method, fibrous material 401 is first steam blown to produce a steam blown fiber source 410. The resulting steam blown fiber source is then subjected to an optional fiber recovery process to remove liquids or liquor. The resulting steam-blown fiber source can then be sheared to produce the fibrous material. The steam blown fiber source can also be subjected to one or more optional screening steps and / or one or more optional shearing steps. The process of shearing and steam explosion from the fiber source to produce the steam sheared and sheared fibrous material will be further discussed below.
[00460] A fonte de fibra pode ser cortada em pedaços ou tiras de material em confete antes de cisalhamento ou explosão de vapor. Os[00460] The fiber source can be cut into pieces or strips of material in confetti before shearing or steam explosion. The
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 145/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 145/258
140/204 processos de cisalhamento podem ocorrer com o material em um estado seco (por exemplo, tendo menos de 0,25 por cento em peso de água absorvida), um estado hidratado ou mesmo enquanto o material está parcial ou totalmente submerso em um líquido, tal como água ou isopropanol. O processo também podem incluir, de modo ótimo, etapas de secagem do produto após explosão de vapor ou cisalhamento para permitir etapas adicionais de secagem ou explosão de vapor. As etapas de cisalhamento, peneiramento e explosão de vapor podem ocorrer com ou sem a presença de várias soluções químicas.140/204 shearing processes can occur with the material in a dry state (for example, having less than 0.25 percent by weight of absorbed water), a hydrated state or even while the material is partially or totally submerged in a liquid , such as water or isopropanol. The process can also optimally include drying steps of the product after steam explosion or shear to allow for additional drying or steam explosion steps. The shearing, sieving and steam explosion steps can occur with or without the presence of various chemical solutions.
[00461] Em um processo de explosão de vapor, a fonte de fibra ou a fonte de fibra cisalhada é contatada com vapor sob alta pressão e o vapor se difunde para as estruturas da fonte de fibra (por exemplo, as estruturas lignocelulósicas). O vapor, então, condensa sob alta pressão, desse modo, umedecendo a fonte de fibra. A umidade na fonte de fibra pode hidrolisar quaisquer grupos acetila na fonte de fibra (por exemplo, os grupos acetila nas frações de hemicelulose), que formam ácidos orgânicos, tais como ácidos acético e urônico. Os ácidos, por sua vez, podem catalisar a despolimerização de hemicelulose, liberando xilana e quantidades limitadas de glucana. A fonte de fibra úmida (ou fonte de fibra cisalhada, etc.) é, então, explodida quando a pressão é liberada. A umidade condensada evapora instantaneamente em virtude da súbita diminuição na pressão e a expansão do vapor de água exerce uma força de cisalhamento sobre a fonte de fibra (ou fonte de fibra cisalhada, etc.). uma força de cisalhamento suficiente causará ruptura mecânica das estruturas internas (por exemplo, as estruturas lignocelulósicas) da fonte de fibra.[00461] In a steam explosion process, the fiber source or the sheared fiber source is contacted with steam under high pressure and the vapor diffuses into the structures of the fiber source (for example, lignocellulosic structures). The vapor then condenses under high pressure, thereby moistening the fiber source. The moisture in the fiber source can hydrolyze any acetyl groups in the fiber source (for example, the acetyl groups in the hemicellulose fractions), which form organic acids, such as acetic and uronic acids. The acids, in turn, can catalyze the depolymerization of hemicellulose, releasing xylan and limited amounts of glucan. The wet fiber source (or shear fiber source, etc.) is then blown up when the pressure is released. Condensed moisture evaporates instantly due to the sudden decrease in pressure and the expansion of water vapor exerts a shear force on the fiber source (or source of sheared fiber, etc.). a sufficient shear force will cause mechanical breakdown of the internal structures (for example, the lignocellulosic structures) of the fiber source.
[00462] O material fibroso cisalhado e explodido a vapor é, então, convertido em um produto útil, tal como etanol. Em algumas modalidades, o material fibroso é convertido em um combustível. Um método de conversão do material fibroso em um combustível é através de hiPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 146/258[00462] The fibrous material sheared and blown up by steam is then converted into a useful product, such as ethanol. In some embodiments, the fibrous material is converted into a fuel. One method of converting fibrous material into fuel is through hiPetition 870170006381, dated 01/30/2017, p. 146/258
141/204 drólise para produzir açúcares fermentáveis, 412 os quais são, então, fermentados para produzir o produto. Outros métodos de conversão de materiais fibrosos em combustíveis podem também ser usados.141/204 drolysis to produce fermentable sugars, 412 which are then fermented to produce the product. Other methods of converting fibrous materials to fuels can also be used.
[00463] Em algumas modalidades, antes de combinação com o micro-organismo, o material fibroso cisalhado e explodido a vapor 401 é esterilizado para matar quaisquer micro-organismos contaminantes que possam estar sobre o material fibroso. Por exemplo, o material fibroso pode ser esterilizado através de exposição do material fibroso à radiação, tal como radiação infravermelha, radiação ultravioleta ou uma radiação ionizante, tal como radiação gama. Os microorganismos também podem mortos usando agentes de esterilização química, tais como alvejantes (por exemplo, hipoclorito de sódio), clorexidina ou óxido de etileno.[00463] In some embodiments, before combining with the microorganism, the steam-sheared and shredded fibrous material 401 is sterilized to kill any contaminating microorganisms that may be on the fibrous material. For example, the fibrous material can be sterilized by exposing the fibrous material to radiation, such as infrared radiation, ultraviolet radiation or ionizing radiation, such as gamma radiation. Microorganisms can also be killed using chemical sterilizing agents, such as bleaches (for example, sodium hypochlorite), chlorhexidine or ethylene oxide.
[00464] Um método para hidrolisar o material fibroso cisalhado e explodido a vapor é através do uso de celulases. Celulases são um grupo de enzimas que atuam sinergisticamente para hidrolisar a celulose. O complexo enzimático Accellerase® 1000 comercialmente disponível, o qual contém um complexo de enzimas que reduz biomassa lignocelulósica em açúcares fermentáveis, também pode ser usado. [00465] De acordo com o entendimento atual, os componentes da celulase incluem endoglucanases, exoglucanases (celobiohidrolases) e β-glucosidases (celobiases). O sinergismo entre os componentes da celulase existe quando a hidrólise de uma combinação de dois ou mais componentes excede a soma das atividades expressas pelos componentes individuais. O mecanismo de ação geralmente aceito de um sistema de celulase (particularmente de T. longibrachiatum) sobre a celulose cristalina é que a endoglucanase hidrolisa as ligações β-1,4glicosídicas internas das regiões amorfas, desse modo, aumentando o número de extremidades de não-redução expostas. Exoglucanases, então, clivam as unidades de celobiose das extremidades de nãoPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 147/258[00464] A method to hydrolyze the sheared and steam-blown fibrous material is through the use of cellulases. Cellulases are a group of enzymes that act synergistically to hydrolyze cellulose. The commercially available Accellerase® 1000 enzyme complex, which contains an enzyme complex that reduces lignocellulosic biomass in fermentable sugars, can also be used. [00465] According to the current understanding, the components of cellulase include endoglucanases, exoglucanases (cellobiohydrolases) and β-glucosidases (cellobiases). Synergism between cellulase components exists when the hydrolysis of a combination of two or more components exceeds the sum of the activities expressed by the individual components. The generally accepted mechanism of action of a cellulase system (particularly T. longibrachiatum) on crystalline cellulose is that endoglucanase hydrolyzes the internal β-1,4 glycosidic bonds in the amorphous regions, thereby increasing the number of non- reduction exposed. Exoglucanases, then, cleave the cellobiose units of the non-Petition ends 870170006381, of 01/30/2017, p. 147/258
142/204 redução as quais, por sua vez, são hidrolisadas em unidades de glicose individuais pelas β-glucosidases. Existem diversas configurações de endo- e exo-glucanases com diferentes estéreo-especificidades. Em geral, a ação sinergística dos componentes em várias configurações é requerida para hidrólise ótima de celulose. Celulases, contudo, são mais inclinadas a hidrolisar as regiões amorfas da celulose. Há uma relação linear entre a cristalinidade e as taxas de hidrólise, pelo que maiores índices de cristalinidade correspondem à menores taxas de hidrólise enzimática. Regiões amorfas da celulose hidrolisam em duas vezes a taxa das regiões cristalinas. A hidrólise do material fibroso cisalhado e explodido a vapor pode ser realizado através de qualquer processo de hidrólise de biomassa.142/204 reduction which, in turn, are hydrolyzed into individual glucose units by β-glucosidases. There are several configurations of endo- and exo-glucanases with different stereo-specificities. In general, the synergistic action of the components in various configurations is required for optimal cellulose hydrolysis. Cellulases, however, are more inclined to hydrolyze the amorphous regions of cellulose. There is a linear relationship between crystallinity and hydrolysis rates, so higher crystallinity rates correspond to lower rates of enzymatic hydrolysis. Amorphous regions of cellulose hydrolyze at twice the rate of crystalline regions. The hydrolysis of the sheared and steam-blown fibrous material can be carried out using any biomass hydrolysis process.
[00466] Explosão de vapor de biomassa, algumas vezes, causa a formação de subprodutos, por exemplo, toxinas, que são inibitórias para as atividades enzimáticas e microbianas. O processo de conversão do material fibroso cisalhado e explodido a vapor em um combustível pode, portanto, opcionalmente incluir uma etapa de uso excessivo de cal antes de fermentação para precipitar um pouco das toxinas. Por exemplo, o pH do material fibroso cisalhado e explodido a vapor pode ser elevado para exceder o pH de 10 mediante a adição de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), seguido por uma etapa de diminuição do pH para cerca de 5 através da adição de H2SO4. O material fibroso com excesso de cal pode, então, ser usado como está sem a remoção de precipitados. Conforme mostrado na figura 23, a etapa opcional de uso excessivo de cal ocorre exatamente antes da etapa de hidrólise do material fibroso cisalhado e explodido a vapor, mas também considera-se desempenhar a etapa de uso excessivo de cal após a etapa de hidrólise e antes da etapa de fermentação.[00466] Biomass vapor explosion sometimes causes the formation of by-products, for example, toxins, which are inhibitory to enzymatic and microbial activities. The process of converting the sheared and steam-blown fibrous material into a fuel can therefore optionally include a step of excessive use of lime before fermentation to precipitate some of the toxins. For example, the pH of the sheared and steam-blown fibrous material can be raised to exceed the pH of 10 by adding calcium hydroxide (Ca (OH) 2), followed by a step of decreasing the pH to about 5 via addition of H 2 SO 4 . The fibrous material with excess lime can then be used as is without removing precipitates. As shown in figure 23, the optional step of excessive use of lime occurs just before the step of hydrolysis of the sheared and steam-blown fibrous material, but it is also considered to perform the step of excessive use of lime after the step of hydrolysis and before fermentation stage.
[00467] A figura 24 representa um exemplo de um aparelho de explosão de vapor 460. O aparelho de explosão de vapor 460 inclui uma[00467] Figure 24 represents an example of a steam explosion device 460. The steam explosion device 460 includes a
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 148/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 148/258
143/204 câmara de reação 462, na qual a fonte de fibra e/ou o material fibroso são colocados través de uma entrada de fonte de fibra 464. A câmara de reação é fechada mediante fechamento da válvula de entrada de fonte de fibra 465. A câmara de reação ainda inclui uma entrada de vapor pressurizado 466 que inclui uma válvula de vapor 467. A câmara de reação ainda inclui uma saída de despressurização explosiva 468 que inclui uma válvula de saída 469 em comunicação com o ciclone 470 através da tubulação de conexão 472. Uma vez que a câmara de reação contém a fonte de fibra e/ou fonte de fibra cisalhada e é vedada através de fechamento das válvulas 465, 467 e 469, vapor é distribuído à câmara de reação 462 mediante abertura da válvula de entrada de vapor 467, permitindo que o vapor trafegue através da entrada de vapor 466. Uma vez que a câmara de reação atinge a temperatura alvo, o que pode levar cerca de 20 - 60 segundos, o tempo de contenção começa. A camara de reação é mantida na temperatura alvo durante o tempo de contenção desejado o qual dura, tipicamente, de cerca de 10 segundos a 5 minutos. No final do período de tempo de contenção, a válvula de saída é aberta para permitir que despressurização explosiva ocorra. O processo de despressurização explosiva impulsiona os conteúdos da câmara de reação 462 para fora da saída de despressurização explosiva 468, através da tubulação de conexão 472 e para o ciclone 470. A fonte de fibra ou material fibroso explodido a vapor, então, sai do ciclone em uma forma de sedimento no recipiente de coleta 474, enquanto que o vapor restante sai do ciclone para a atmosfera através da ventilação 476. O aparelho de explosão de vapor ainda inclui uma saída de lavagem 478 com uma válvula de saída de lavagem 479 em comunicação com a tubulação de conexão 472. A válvula de saída de lavagem 479 é fechada durante o uso do aparelho de explosão de vapor 460 para explosão de vapor, mas aberta durante a lavagem da câmara de reação 462. A temperatura alvo da câmara de143/204 reaction chamber 462, in which the fiber source and / or fibrous material are placed through a fiber source inlet 464. The reaction chamber is closed by closing the 465 fiber source inlet valve. The reaction chamber also includes a pressurized steam inlet 466 that includes a steam valve 467. The reaction chamber also includes an explosive depressurizing outlet 468 that includes an outlet valve 469 in communication with cyclone 470 through the connecting pipe 472. Since the reaction chamber contains the fiber source and / or sheared fiber source and is sealed by closing valves 465, 467 and 469, steam is distributed to reaction chamber 462 by opening the inlet valve. steam 467, allowing steam to travel through the steam inlet 466. Once the reaction chamber reaches the target temperature, which can take about 20 - 60 seconds, the containment time begins. The reaction chamber is kept at the target temperature for the desired containment time, which typically lasts from about 10 seconds to 5 minutes. At the end of the containment period, the outlet valve is opened to allow explosive depressurization to occur. The explosive depressurization process pushes the contents of the reaction chamber 462 out of the explosive depressurization outlet 468, through connection piping 472 and into cyclone 470. The source of the steam-blown fiber or fibrous material then exits the cyclone in a sediment form in the collection container 474, while the remaining steam exits the cyclone into the atmosphere through ventilation 476. The steam blast apparatus still includes a flush outlet 478 with a flush outlet valve 479 in communication with the connection piping 472. The wash outlet valve 479 is closed when using the steam explosion apparatus 460 for steam explosion, but open when washing the reaction chamber 462. The target temperature of the reaction chamber
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 149/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 149/258
144/204 reação 462 está, de preferência, entre 180 e 240 graus Celsius ou entre 200 e 220 graus Celsius. O tempo de contenção está, de preferência, entre 10 segundos e 30 minutos ou entre 30 segundos e 10 minutos ou entre 1 minuto e 5 minutos.Reaction 462 is preferably between 180 and 240 degrees Celsius or between 200 and 220 degrees Celsius. The containment time is preferably between 10 seconds and 30 minutes or between 30 seconds and 10 minutes or between 1 minute and 5 minutes.
[00468] A temperatura alvo da câmara de reação 462 está, de preferência, entre 180 e 240 graus Celsius ou entre 200 e 220 graus Celsius. O tempo de contenção está, de preferência, entre 10 segundos e 30 minutos ou entre 30 segundos e 10 minutos ou entre 1 minuto e 5 minutos.[00468] The target temperature of reaction chamber 462 is preferably between 180 and 240 degrees Celsius or between 200 and 220 degrees Celsius. The containment time is preferably between 10 seconds and 30 minutes or between 30 seconds and 10 minutes or between 1 minute and 5 minutes.
[00469] Em virtude do processo de explosão de vapor resultar em um sedimento de material fibroso explodido a vapor, o material fibroso explodido a vapor pode opcionalmente incluir um processo de recuperação de fibra onde o licor é separado do material fibroso explodido a vapor. Essa etapa de recuperação de fibra é útil pelo fato de que ela permite processos adicionais de cisalhamento e/ou peneiramento e pode permitir a conversão do material fibroso em um combustível. O processo de recuperação de fibra ocorre mediante o uso de uma gaze para separar as fibras do licor. Outros processos de secagem também podem ser incluídos para preparar o material fibroso ou fonte de fibra explodida a vapor para subsequente processamento.[00469] Because the steam explosion process results in a steam-blown fibrous material sediment, the steam-blown fibrous material can optionally include a fiber recovery process where the liquor is separated from the steam-blown fibrous material. This fiber recovery step is useful in that it allows for additional shearing and / or screening processes and can allow the conversion of the fibrous material into a fuel. The fiber recovery process takes place using a gauze to separate the fibers from the liquor. Other drying processes can also be included to prepare the fibrous material or steam-blown fiber source for further processing.
DISPOSITIVOS DE IRRADIAÇÃO, PIRÓLISE, ULTRASSOM E/OUIRRADIATION, PYROLYSIS, ULTRASOUND AND / OR DEVICES
OXIDAÇÃO COMBINADOS [00470] Em algumas modalidades, pode ser vantajoso combinar dois ou mais dispositivos distintos de irradiação, ultrassom, pirólise e/ou oxidação em uma única máquina híbrida. Usando tal máquina híbrida, múltiplos processos podem ser realizados em justaposição próxima ou mesmo simultaneamente, com o benefício de aumento da produção de pré-tratamento e economias potenciais de custo.COMBINED OXIDATION [00470] In some modalities, it may be advantageous to combine two or more different irradiation, ultrasound, pyrolysis and / or oxidation devices in a single hybrid machine. Using such a hybrid machine, multiple processes can be performed in close juxtaposition or even simultaneously, with the benefit of increased pre-treatment production and potential cost savings.
[00471] Por exemplo, considere os processos de irradiação de feixe de elétrons e ultrassom. Cada processo distinto é eficaz ao diminuir o[00471] For example, consider the processes of electron beam irradiation and ultrasound. Each distinct process is effective in decreasing the
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 150/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 150/258
145/204 peso molecular médio do material celulósico em uma ordem de magnitude ou mais e em várias ordens de magnitude quando realizado serialmente.145/204 average molecular weight of cellulosic material in an order of magnitude or more and in several orders of magnitude when performed serially.
[00472] Processos de irradiação e ultrassom podem ser aplicados usando um dispositivo híbrido de feixe de elétrons/ultrassom, conforme é ilustrado na figura 25. O dispositivo híbrido de feixe de elétrons/ultrassom 2500 é representado acima de um reservatório raso (profundidade ~ 3-5 cm) de uma pasta de material celulósico 2550 disperso em um meio oxidante aquoso, tal como peróxido de hidrogênio ou peróxido de carbamida. O dispositivo híbrido 2500 tem uma fonte de energia 2510, a qual aciona o emissor de feixe de elétrons 2540 e antenas de ultrassom em forma de chifre 2530,.[00472] Irradiation and ultrasound processes can be applied using an electron beam / ultrasound hybrid device, as shown in figure 25. The hybrid electron beam / ultrasound device 2500 is represented above a shallow reservoir (depth ~ 3 -5 cm) of a paste of cellulosic material 2550 dispersed in an aqueous oxidizing medium, such as hydrogen peroxide or carbamide peroxide. The 2500 hybrid device has a 2510 power source, which powers the 2540 electron beam emitter and 2530 horn-shaped ultrasound antennas.
[00473] O emissor de feixe de elétrons 2540 gera feixes de elétrons, os quais passam através de um dos de objetivação de feixe de elétrons 2545 para colidir com a pasta 2550 contendo material celulósico. O dispositivo de objetivação de feixe de elétrons pode ser um scanner que varre um feixe sobre uma faixa de até cerca de 6 pés em uma direção aproximadamente paralela à superfície da pasta 2550.[00473] The 2540 electron beam emitter generates electron beams, which pass through one of the 2545 electron beam objectifying devices to collide with the 2550 paste containing cellulosic material. The electron beam targeting device can be a scanner that scans a beam over a range of up to about 6 feet in a direction approximately parallel to the surface of the 2550 paste.
[00474] Sobre qualquer lado do emissor de feixe de elétrons 2540 estão antenas de ultrassom em forma de chifre 2530, as quais distribuem energia de onda ultra-sônica à pasta 2550. As antenas de ultrassom em forma de chifre 2530 terminam em uma parte terminal destacável 2535 que está em contato com a pasta 2550.[00474] On either side of the 2540 electron beam emitter are 2530 horn-shaped ultrasound antennas, which distribute ultrasonic wave energy to the 2550 slurry. The 2530 horn-shaped ultrasound antennas terminate at a terminal part detachable 2535 that is in contact with the 2550 folder.
[00475] As antenas de ultrassom em forma de chifre 2530 estão em risco de dano pela exposição residual a longo prazo à radiação de feixe de elétrons. Assim, as antenas em forma de chifre podem ser protegidas com uma proteção padrão 2520, por exemplo, feita de chumbo ou uma liga contendo metal pesado, tal como metal Lipowitz, o qual é impermeável à radiação de feixe de elétrons. Precauções devem ser[00475] Horn-shaped ultrasound antennas 2530 are at risk of damage from long-term residual exposure to electron beam radiation. Thus, horn-shaped antennas can be protected with a standard 2520 shield, for example, made of lead or an alloy containing heavy metal, such as Lipowitz metal, which is impervious to electron beam radiation. Precautions should be
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 151/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 151/258
146/204 tomadas, contudo, para assegurar que a energia ultra-sônica não é afetada pela presença da proteção. As partes terminais destacáveis 2535, as quais são construídas do mesmo material e presas às antenas em forma de chifre 2530, estão em contato com o material celulósico 2550 durante processamento e espera-se que sejam danificadas. Consequentemente, as partes terminais destacáveis 2535 são construídas para serem facilmente substituídas.146/204 taken, however, to ensure that ultrasonic energy is not affected by the presence of the shield. Detachable terminal parts 2535, which are constructed of the same material and attached to antennae in the shape of horn 2530, are in contact with cellulosic material 2550 during processing and are expected to be damaged. Consequently, the detachable end parts 2535 are constructed to be easily replaced.
[00476] Um outro benefício de tal processo simultâneo com feixe de elétrons e ultrassom é que os dois processos têm resultados complementares. Com irradiação de feixe de elétrons isoladamente, uma dose insuficiente pode resultar em reticulação de alguns dos polímeros no material celulósico, o que diminui a eficiência do processo global de despolimerização. Menores doses de irradiação de feixe de elétrons e/ou radiação por ultrassom também podem ser usadas para obter um grau de despolimerização similar àquele obtido usando irradiação de feixe de elétrons e ultrassom separadamente.[00476] Another benefit of such a simultaneous process with electron beam and ultrasound is that the two processes have complementary results. With electron beam irradiation alone, an insufficient dose can result in crosslinking of some of the polymers in the cellulosic material, which decreases the efficiency of the overall depolymerization process. Lower doses of electron beam irradiation and / or ultrasound radiation can also be used to obtain a degree of depolymerization similar to that obtained using electron beam and ultrasound irradiation separately.
[00477] Um dispositivo de feixe de elétrons também pode ser combinado com um ou mais dispositivos de rotor-estator de alta frequência, os quais podem ser usados como uma alternativa a dispositivos de ultrassom.[00477] An electron beam device can also be combined with one or more high frequency rotor-stator devices, which can be used as an alternative to ultrasound devices.
[00478] Outras combinações de dispositivos são também possíveis. Por exemplo, um dispositivo de radiação ionizante que produz radiação gama emitida, por exemplo, a partir de péletes de 60Co, pode ser combinado com uma fonte de feixe de elétrons e/ou uma fonte de onda ultra-sônica. Os requisitos de proteção podem ser mais rigorosos nesse caso.[00478] Other combinations of devices are also possible. For example, an ionizing radiation device that produces gamma radiation emitted, for example, from 60 Co pellets, can be combined with an electron beam source and / or an ultrasonic wave source. Protection requirements may be more stringent in this case.
[00479] Um dispositivo de radiação para pré-tratamento de biomassa discutido acima também pode ser combinado com um ou mais dispositivos que desempenham uma ou mais sequências de processamento por pirólise. Tal combinação pode, mais uma vez, ter a vantaPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 152/258[00479] A radiation device for biomass pretreatment discussed above can also be combined with one or more devices that perform one or more processing sequences by pyrolysis. Such a combination may, once again, have the advantagePetition 870170006381, of 01/30/2017, p. 152/258
147/204 gem de maior rendimento. Todavia, cuidado deve ser observado, uma vez que pode haver requisitos conflitantes entre alguns processos de radiação e pirólise. Por exemplo, dispositivos de radiação ultra-sônicos podem requerer que o estoque de alimentação seja imerso em um meio de oxidação líquido. Por outro lado, conforme discutido anteriormente, pode ser vantajoso que a amostra de estoque de alimentação a sofrer pirólise seja de um teor de umidade em particular. Nessa caso, os novos sistemas medem e monitoram automaticamente um teor de umidade particular e regulam o mesmo. Ainda, alguns ou todos os dispositivos acima, especialmente o dispositivo de pirólise, podem ser combinados com um dispositivo de oxidação, conforme discutido anteriormente.147/204 higher yield. However, care must be observed, since there may be conflicting requirements between some radiation and pyrolysis processes. For example, ultrasonic radiation devices may require the supply of food to be immersed in a liquid oxidation medium. On the other hand, as discussed earlier, it may be advantageous for the sample of feed stock to undergo pyrolysis to be of a particular moisture content. In this case, the new systems automatically measure and monitor a particular moisture content and regulate it. In addition, some or all of the above devices, especially the pyrolysis device, can be combined with an oxidation device, as discussed earlier.
PROCESSOS PRIMÁRIOSPRIMARY PROCESSES
FERMENTAÇÃO [00480] Em geral, diversos micro-organismos podem produzir uma série de produtos úteis, tal como um combustível, operando, por exemplo, sobre a fermentação de materiais de biomassa pré-tratados. Por exemplo, álcoois, ácidos orgânicos, hidrocarbonetos, hidrogênio, proteínas ou misturas de qualquer um desses materiais podem ser produzidas através de fermentação ou outros processos.FERMENTATION [00480] In general, several microorganisms can produce a series of useful products, such as a fuel, operating, for example, on the fermentation of pre-treated biomass materials. For example, alcohols, organic acids, hydrocarbons, hydrogen, proteins or mixtures of any of these materials can be produced through fermentation or other processes.
[00481] O micro-organismo pode ser um micro-organismo natural ou um micro-organismo manipulado. Por exemplo, o micro-organismo pode ser uma bactéria, por exemplo, uma bactéria celulolítica, um fungo, por exemplo, um levedo, uma planta ou um protista, por exemplo, uma alga, um protozoário ou um protista similar a fungo, por exemplo, um mofo de lama. Quando os organismos são compatíveis, misturas de organismos podem ser utilizadas.[00481] The microorganism can be a natural microorganism or a manipulated microorganism. For example, the microorganism can be a bacterium, for example, a cellulolytic bacterium, a fungus, for example, a yeast, a plant or a protist, for example, an algae, a protozoan, or a fungus-like protist, for example example, a mud mold. When the organisms are compatible, mixtures of organisms can be used.
[00482] Para auxiliar na decomposição de materiais que incluem a celulose, uma ou mais enzimas, por exemplo, uma enzima celulolítica, pode ser utilizada. Em algumas modalidades, os materiais que incluem[00482] To assist in the decomposition of materials that include cellulose, one or more enzymes, for example, a cellulolytic enzyme, can be used. In some embodiments, materials that include
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148/204 a celulose são primeiro tratados com a enzima, por exemplo, mediante combinação do material e da enzima em uma solução aquosa. Esse material pode, então, ser combinado com o micro-organismo. Em outras modalidades, os materiais que incluem a celulose, a uma ou mais enzimas e o micro-organismo são combinados concorrentemente, por exemplo, mediante combinação em uma solução aquosa.148/204 cellulose is first treated with the enzyme, for example, by combining the material and the enzyme in an aqueous solution. This material can then be combined with the microorganism. In other embodiments, materials that include cellulose, one or more enzymes and the microorganism are combined concurrently, for example, by combining in an aqueous solution.
[00483] Também, para auxiliar na decomposição dos materiais que incluem a celulose, os materiais tratados, pós-irradiação, com calor, um produto químico (por exemplo, ácido mineral, base ou um oxidante forte, tal como hipoclorito de sódio) e/ou uma enzima.[00483] Also, to assist in the decomposition of materials including cellulose, the treated materials, post-irradiation, with heat, a chemical product (for example, mineral acid, base or a strong oxidizer, such as sodium hypochlorite) and / or an enzyme.
[00484] Durante a fermentação, açúcares liberados da etapa de hidrólise celulolítica ou de sacarificação, são fermentados, por exemplo, em etanol, por um micro-organismo de fermentação, tal como levedo. Micro-organismos de fermentação adequados têm a capacidade de converter carboidratos, tais como glicose, xilose, arabinose, manose, galactose, oligossacarídeos ou polissacarídeos, em produtos da fermentação. Micro-organismos de fermentação incluem cepas do gênero Sacchromyces spp. por exemplo, Sacchromyces cerevisiae (levedo de padaria), Saccharomyces distaticus, Saccharomyces uvarum; do gênero Kluyveromyces, por exemplo, espécies Kluyveromyces marxianus e Kluyveromyces fragilis; do gênero Candida, por exemplo, Candida pseudotropicalis e Candida brassicae, Pichia stipitis (um parente de Candida shehatae),; do gênero Clavispora, por exemplo, espécies Clavispora lusitaniae e Clavispora opuntiae; do gênero Pachysolen, por exemplo, espécies Pachysolen tannophilus; do gênero Bretannomyces, por exemplo, espécies Bretannomyces clausenii; (Philippidis G.P., 1996, Cellulose Bioconversion Technology, em Handbook on Bioetanol: Production and Utilization, Wyman,C.E., ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212). Em modalidades particulares, tal como quando xilose está presente, Pichia stipitis (ATCC 66278) é utilizada[00484] During fermentation, sugars released from the cellulolytic hydrolysis or saccharification stage are fermented, for example, in ethanol, by a fermentation micro-organism, such as yeast. Suitable fermentation microorganisms have the ability to convert carbohydrates, such as glucose, xylose, arabinose, mannose, galactose, oligosaccharides or polysaccharides, into fermentation products. Fermentation microorganisms include strains of the genus Sacchromyces spp. for example, Sacchromyces cerevisiae (baker's yeast), Saccharomyces distaticus, Saccharomyces uvarum; of the genus Kluyveromyces, for example, species Kluyveromyces marxianus and Kluyveromyces fragilis; of the genus Candida, for example, Candida pseudotropicalis and Candida brassicae, Pichia stipitis (a relative of Candida shehatae); of the genus Clavispora, for example, species Clavispora lusitaniae and Clavispora opuntiae; of the genus Pachysolen, for example, species Pachysolen tannophilus; of the Bretannomyces genus, for example, Bretannomyces clausenii species; (Philippidis G.P., 1996, Cellulose Bioconversion Technology, in Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, C.E., Ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212). In particular modalities, such as when xylose is present, Pichia stipitis (ATCC 66278) is used
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149/204 em fermentação.149/204 in fermentation.
[00485] Levedos comercialmente disponíveis incluem, por exemplo, Red Star®/Lesaffre Ethanol Red (disponível da Red Star/Lesaffre, EUA), FALI® (disponível da Fleischmann's Yeast, uma divisão da Burns Philip Food Inc., EUA); SUPERSTART® (disponível da Alltech agora Lallemand), GERT STRAND® (disponível da Gert Strand AB, Suécia); e FERMOL® (disponível da DSM Specialties).[00485] Commercially available yeasts include, for example, Red Star® / Lesaffre Ethanol Red (available from Red Star / Lesaffre, USA), FALI® (available from Fleischmann's Yeast, a division of Burns Philip Food Inc., USA); SUPERSTART® (available from Alltech now Lallemand), GERT STRAND ® (available from Gert Strand AB, Sweden); and FERMOL ® (available from DSM Specialties).
[00486] Bactérias que podem fermentar biomassa em etanol e outros produtos incluem, por exemplo, Zymomonas mobilis e Clostridium thermocellum (Philippidis, 1996, supra). Leschine et al. (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2002, 52, 11551160) isolaram uma bactéria anaeróbica, mesofílica, celulolítica de solo da floresta, Clostridium phytofermentans sp. nov., a qual converte celulose em etanol.[00486] Bacteria that can ferment biomass in ethanol and other products include, for example, Zymomonas mobilis and Clostridium thermocellum (Philippidis, 1996, supra). Leschine et al. (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2002, 52, 11551160) isolated an anaerobic, mesophilic, cellulolytic bacterium from forest soil, Clostridium phytofermentans sp. nov., which converts cellulose to ethanol.
[00487] Fermentação de biomassa em etanol e outros produtos pode ser realizada usando determinados tipos de micro-organismos termofílicos ou geneticamente manipulados, tais como espécies Thermoanaerobacter, incluindo T. mathranii e espécies de levedo, tais como espécies Pichia. Um exemplo de uma cepa de T. mathranii é A3M4 descrita em Sonne-Hansen et al. (Applied Microbiology and Biotechnology 1993, 38, 537-541) ou Ahring et al. (Arch. Microbiol. 1997, 168, 114-119). Outros micro-organismos geneticamente manipulados são discutidos na Patente U.S. No. 7.192.772.[00487] Fermentation of biomass in ethanol and other products can be carried out using certain types of thermophilic or genetically manipulated microorganisms, such as Thermoanaerobacter species, including T. mathranii and yeast species, such as Pichia species. An example of a T. mathranii strain is A3M4 described in Sonne-Hansen et al. (Applied Microbiology and Biotechnology 1993, 38, 537-541) or Ahring et al. (Arch. Microbiol. 1997, 168, 114-119). Other genetically engineered microorganisms are discussed in U.S. Patent No. 7,192,772.
[00488] Levedo e bactérias Zymomonas podem ser usados para fermentação ou conversão. O pH ótimo para levedo é um pH de cerca de 4 a 5, enquant que o pH ótimo para Zymomonas é um pH de cerca de 5 a 6. Tempos típicos de fermentação são cerca de 24 a 96 horas, com temperaturas na faixa de 26 °C a 40 °C, contudo microorganismos termofílicos preferem maiores temperaturas.[00488] Yeast and Zymomonas bacteria can be used for fermentation or conversion. The optimum pH for yeast is a pH of about 4 to 5, while the optimum pH for Zymomonas is a pH of about 5 to 6. Typical fermentation times are about 24 to 96 hours, with temperatures in the range of 26 ° C to 40 ° C, however thermophilic microorganisms prefer higher temperatures.
[00489] Enzimas as quais decompõem a biomassa, tal como celuPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 155/258[00489] Enzymes which decompose biomass, such as cellulose 870170006381, of 01/30/2017, p. 155/258
150/204 lose, para diminuir os materiais contendo carboidrato de baixo peso molecular, tal como glicose, durante sacarificação, são referidas como enzimas celulolíticas ou celulase. Essas enzimas podem ser um complexo de enzimas que atuam sinergisticamente para degradar a celulose cristalina. Exemplos de enzimas celulolíticas incluem: endoglucanases, celobiohidrolases e celobiases (β-glucosidases). Um substrato celulósico é inicialmente hidrolisado por endoglucanases em locais aleatórios que produzem intermediários oligoméricos. Esses intermediários são, então, substratos para glucanases de exo-divisão, tal como celobiohidrolase, para produzir celobiose a partir das extremidades do polímero de celulose. A celobiose é um dímero de glicose β-1,4ligado solúvel em água. Finalmente, a celobiase cliva celobiose para proporcionar glicose.150/204 lose, to decrease materials containing low molecular weight carbohydrates, such as glucose, during saccharification, are referred to as cellulolytic enzymes or cellulase. These enzymes can be a complex of enzymes that act synergistically to degrade crystalline cellulose. Examples of cellulolytic enzymes include: endoglucanases, cellobiohydrolases and cellobiases (β-glucosidases). A cellulosic substrate is initially hydrolyzed by endoglucanases at random locations that produce oligomeric intermediates. These intermediates are then substrates for exo-dividing glucanases, such as cellobiohydrolase, to produce cellobiose from the ends of the cellulose polymer. Cellobiosis is a water-soluble β-1,4 linked glucose dimer. Finally, celobiase cleaves cellobiosis to provide glucose.
[00490] Uma celulase é capaz de degradar biomassa e pode ser de origem fúngica ou bacteriana. Enzimas adequadas incluem celulases dos gêneros Bacillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium, Thielavia, Acremonium, Chrysosporium e Trichoderma e incluem espécies Humicola, Coprinus, Thielavia, Fusarium, Myceliophthora, Acremonium, Cephalosporium, Scytalidium, Penicillium ou Aspergillus (veja, por exemplo, EP 458162), especialmente aquelas produzidas por uma cepa selecionada das espécies Humicola insolens (re-classificada como Scytalidium thermophilum; veja, por exemplo, Patente U.S. No. 4.435.307), Coprinus cinereus, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Meripilus giganteus, Thielavia terrestris, Acremonium sp., Acremonium persicinum, Acremonium acremonium, Acremonium brachypenium, Acremonium dichromosporum, Acremonium obclavatum, Acremonium pinkertoniae, Acremonium roseogriseum, Acremonium incoloratum e Acremonium furatum; de preferência das espécies Humicola insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceliophthora thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp. RYM-202,[00490] A cellulase is capable of degrading biomass and can be of fungal or bacterial origin. Suitable enzymes include cellulases of the genera Bacillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium, Thielavia, Acremonium, Chrysosporium and Trichoderma and include Humicola, Coprinus, Thielavia, Fusarium, Myceliophthora, Acremonium, Cephalosporium, Scytalidium, Penicillium or Asperg, eg 458162), especially those produced by a selected strain of the Humicola insolens species (re-classified as Scytalidium thermophilum; see, for example, US Patent No. 4,435,307), Coprinus cinereus, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Meripilus giganteus, Thielavia terrestris , Acremonium sp., Acremonium persicinum, Acremonium acremonium, Acremonium brachypenium, Acremonium dichromosporum, Acremonium obclavatum, Acremonium pinkertoniae, Acremonium roseogriseum, Acremonium incoloratum and Acremonium furatum; preferably from the species Humicola insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceliophthora thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp. RYM-202,
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151/204151/204
Acremonium sp. CBS 478.94, Acremonium sp. CBS 265.95, Acremonium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp. CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683.73, Acremonium obclavatum CBS 311,74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acremonium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62 e Acremonium furatum CBS 299.70H. Enzimas celulolíticas também podem ser obtidas de Chrysosporium, de preferência uma cepa de Chrysosporium lucknowense. Adicionalmente, Trichoderma (particularmente Trichoderma viride, Trichoderma reesei e Trichoderma koningii), Bacillus alcalofílicos (veja, por exemplo, Patente U.S. No. 3.844.890 e EP 458162) e Streptomyces (veja, por exemplo, EP 458162) podem ser usadas. A bactéria Saccharophagus degradans, produz uma mistura de enzimas capaz de degradar uma série de materiais celulósicos e pode também ser usada nesse processo.Acremonium sp. CBS 478.94, Acremonium sp. CBS 265.95, Acremonium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp. CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683.73, Acremonium obclavatum CBS 311.74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acremonium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62 and Acremonium furatum. Cellulolytic enzymes can also be obtained from Chrysosporium, preferably a lucknowense strain of Chrysosporium. In addition, Trichoderma (particularly Trichoderma viride, Trichoderma reesei and Trichoderma koningii), Alkalophilic Bacillus (see, for example, U.S. Patent No. 3,844,890 and EP 458162) and Streptomyces (see, for example, EP 458162). The bacterium Saccharophagus degradans, produces a mixture of enzymes capable of degrading a series of cellulosic materials and can also be used in this process.
[00491] Bactérias celulolíticas anaeróbicas também foram isoladas do solo, por exemplo, uma nova espécie celulolítica de Clostiridium, Clostridium phytofermentans sp. nov. (veja Leschine et al., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (2002), 52, 1155-1160).[00491] Anaerobic cellulolytic bacteria have also been isolated from the soil, for example, a new cellulolytic species of Clostiridium, Clostridium phytofermentans sp. nov. (see Leschine et al., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (2002), 52, 1155-1160).
[00492] Enzimas celulolíticas usando a tecnologia recombinante também podem ser usadas (veja, por exemplo, documentos WO 2007/071818 e WO 2006/110891).[00492] Cellulolytic enzymes using recombinant technology can also be used (see, for example, documents WO 2007/071818 and WO 2006/110891).
[00493] Outras enzimas e formulações enzimáticas que podem ser usadas são discutidas nos Pedidos de Patente Publicado Nos. 2006/0008885 e 2006/0068475 e no Pedido PCT No. WO 2006/128304.[00493] Other enzymes and enzyme formulations that can be used are discussed in Published Patent Applications Nos. 2006/0008885 and 2006/0068475 and in PCT Application No. WO 2006/128304.
[00494] As enzimas celulolíticas podem ser produzidas através de fermentação das cepas microbianas mencionadas acima sobre um meio nutriente contendo fontes de carbono e nitrogênio adequadas e[00494] Cellulolytic enzymes can be produced by fermenting the microbial strains mentioned above on a nutrient medium containing suitable carbon and nitrogen sources and
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 157/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 157/258
152/204 sais inorgânicos, usando procedimentos conhecidos no campo (veja, por exemplo, Bennett, J.W. e LaSure, L. (eds.), More Gene Manipulations in Fungi, Academic Press, CA 1991). Meios adequados estão disponíveis de fornecedores comerciais ou podem ser preparados de acordo com composições publicadas (por exemplo, em catálogos da American Tipo Culture Collection). Faixas de temperatura e outras condições adequadas para crescimento e produção de celulase são conhecidos no campo (veja, por exemplo, Bailey, J.E. e Ollis, D.F., Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill Book Company, NY, 1986).152/204 inorganic salts, using procedures known in the field (see, for example, Bennett, J.W. and LaSure, L. (eds.), More Gene Manipulations in Fungi, Academic Press, CA 1991). Suitable media are available from commercial suppliers or can be prepared according to published compositions (for example, in catalogs of the American Type Culture Collection). Temperature ranges and other conditions suitable for cellulase growth and production are known in the field (see, for example, Bailey, J.E. and Ollis, D.F., Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill Book Company, NY, 1986).
[00495] Tratamento de celulose com celulase é usualmente realizado em temperaturas entre 30 °C e 65 °C. Celulases s ão ativas sobre uma faixa de pH de cerca de 3 a 7. Uma etapa de sacarificação pode durar até 120 horas. A dosagem de enzima celulase obtém um nível suficientemente alto de conversão de celulose. Por exemplo, uma dosagem de celulase apropriada está, tipicamente, entre 5,0 e 50 Unidade de Papel Filtro (FPU ou IU) por grama de celulose. A FPU é uma medida padrão e é definida e medida de acordo com Ghose (1987, Pure and Appl. Chem. 59: 257-268).[00495] Treatment of cellulose with cellulase is usually carried out at temperatures between 30 ° C and 65 ° C. Cellulases are active over a pH range of about 3 to 7. A saccharification step can last up to 120 hours. The cellulase enzyme dosage achieves a sufficiently high level of cellulose conversion. For example, an appropriate cellulase dosage is typically between 5.0 and 50 Filter Paper Unit (FPU or IU) per gram of cellulose. FPU is a standard measure and is defined and measured according to Ghose (1987, Pure and Appl. Chem. 59: 257-268).
[00496] Em modalidades particulares, o complexo enzimático ACCELERASE® 1000 (Genencor) é utilizado como o sistema enzimático em um carregamento de 0,25 mL por grama de substrato. O complexo enzimático ACCELERASE® 1000 é um coquetel com múltiplas enzimas com múltiplas atividades, principalmente exoglucanase, endoglucanase, hemicelulase e beta-glucosidase. O coquetel tem uma atividade de endoglucanase mínima de 2500 CMC U/g e uma atividade de beta-glucosidase mínima de 400 pNPG U/g. O pH do coquetel é de cerca de 4,8 a cerca de 5,2. Em outras modalidades particulares, o sistema enzimático utilizado é uma mistura de CELLUCLAST® 1,5L e Novozyme 188. Por exemplo, 0,5 mL de CELLUCLAST® 1.5L e 0,1 mL[00496] In particular modalities, the enzyme complex ACCELERASE ® 1000 (Genencor) is used as the enzyme system in a loading of 0.25 ml per gram of substrate. The enzyme complex ACCELERASE® 1000 is a cocktail with multiple enzymes with multiple activities, mainly exoglucanase, endoglucanase, hemicellulase and beta-glucosidase. The cocktail has a minimum endoglucanase activity of 2500 CMC U / g and a minimum beta-glucosidase activity of 400 pNPG U / g. The pH of the cocktail is about 4.8 to about 5.2. In other particular embodiments, the enzyme system used is a mixture of CELLUCLAST® 1.5L and Novozyme 188. For example, 0.5 ml of CELLUCLAST® 1.5L and 0.1 ml
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 158/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 158/258
153/204 de Novozyme 188 podem ser usados para cada grama de substrato. Quando uma maior atividade de hemicelulase (xilanase) é desejada, OPTIMASH® BG pode ser utilizada.153/204 of Novozyme 188 can be used for each gram of substrate. When increased hemicellulase (xylanase) activity is desired, OPTIMASH® BG can be used.
[00497] Fermentadores móveis podem ser utilizados, conforme descerito no Pedido de Patente Provisório U.S. No. De Série 60/832.735, agora Pedido Internacional Publicado No. WO 2008/011598.[00497] Mobile fermenters can be used, as described in U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60 / 832,735, now Published International Application No. WO 2008/011598.
FERMENTAÇÃO DE ETANOL [00498] Etanol é um produto da fermentação. Fermentação é uma sequência de reações as quais liberam energia de moléculas orgânicas na ausência de oxigênio. Nessa aplicação de fermentação, energia é obtida quando açúcar é alterado para etanol e dióxido de carbono. Todo etanol de bebida e mais de metade do etanol industrial é feito através desse processo. Alteração de milho para etanol através de fermentação ocorre em muitas etapas. O amido em milho é quebrado em açúcares simples antes que fermentação possa ocorrer. Isso pode ser obtido, por exemplo, através de cozimento do milho e adição das enzimas alfa amilase e gluco amilase. Essas enzimas funcionam como catalisadores para acelerar as alterações químicas. Uma vez que um açúcar simples é obtido, levedo é adicionado. O levedo é um fungo unicelular, o qual se alimenta sobre açúcares e causa a fermentação. À medida que o funfo se alimenta sobre o açúcar, ele produz álcool (etanol) e dióxido de carbono. Na fermentação, o etanol retém a maioria da energia que estava originalmente no açúcar, o que explica porque o etanol é um excelente combustível.ETHANOL FERMENTATION [00498] Ethanol is a fermentation product. Fermentation is a sequence of reactions which release energy from organic molecules in the absence of oxygen. In this application of fermentation, energy is obtained when sugar is changed to ethanol and carbon dioxide. All drink ethanol and more than half of industrial ethanol is made through this process. Changing from corn to ethanol through fermentation occurs in many stages. Corn starch is broken down into simple sugars before fermentation can take place. This can be achieved, for example, by cooking the corn and adding the enzymes alpha amylase and gluco amylase. These enzymes act as catalysts to accelerate chemical changes. Once a simple sugar is obtained, yeast is added. Yeast is a single-celled fungus, which feeds on sugars and causes fermentation. As the funfo feeds on sugar, it produces alcohol (ethanol) and carbon dioxide. In fermentation, ethanol retains most of the energy that was originally in sugar, which explains why ethanol is an excellent fuel.
[00499] A reação de fermentação é representada pela equação simples:[00499] The fermentation reaction is represented by the simple equation:
C6H12O6 —— 2 CH3CH2OH + 2 CO2 [00500] Etanol pode ser feito a partir de uma ampla variedade de estoques de alimentação disponíveis. Etanol combustível podem serC6H12O6 —— 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 [00500] Ethanol can be made from a wide variety of available feed stocks. Fuel ethanol can be
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 159/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 159/258
154/204 feitos a partir de safras as quais contêm amido, tais como grãos de ração, grãos alimentícios, tais como milho e tubérculos, tais como batatas e batata doce. Safras contendo açúcar, tais como beterrabas sacarínicas, cana-de-açúcar e sorgo doce também poderiam ser usados para a produção de etanol. Além disso, subprodutos do processamento de alimentos, tais como melaço, soro de queijo e materiais celulósicos, incluindo gramas e madeira, bem como resíduos agrícolas e de floresta, podem ser processados em etanol. Conforme discutido acima, esses e outros estoques de alimentação podem ser tratados conforme discutido aqui para facilitar a produção de etanol.154/204 made from crops which contain starch, such as feed grains, food grains, such as corn and tubers, such as potatoes and sweet potatoes. Sugar-containing crops, such as sugar beets, sugar cane and sweet sorghum could also be used for ethanol production. In addition, by-products from food processing, such as molasses, cheese whey and cellulosic materials, including grasses and wood, as well as agricultural and forest residues, can be processed into ethanol. As discussed above, these and other feed stocks can be treated as discussed here to facilitate ethanol production.
CONVERSÃO DE MATERIAIS DE AMIDO [00501] As figuras 26 e 27 mostram diagramas em bloco para um processo de trituração a úmido e a seco, respectivamente, e ilustram a conversão, por exemplo, fermentação, de grãos de milho em etanol e outros co-produtos valiosos.CONVERSION OF STARCH MATERIALS [00501] Figures 26 and 27 show block diagrams for a wet and dry grinding process, respectively, and illustrate the conversion, for example, fermentation, of corn kernels into ethanol and other valuable products.
[00502] Fazendo particularmente agora referência à figura 26, em algumas implementações, um processo de trituração a seco para a conversão de grãos de milho em etanol, por exemplo, etanol anidro, que pode ser utilizado como um combustível, por exemplo, combustível para automóvel ou aviação, pode começar com pré-tratamento dos grãos de milho seco com qualquer um ou mais pré-tratamentos descritos aqui, tal como radiação, por exemplo, qualquer um ou mais tipos de radiação descritos aqui (por exemplo, um feixe de elétrons no qual cada elétron tem uma energia de cerca de 5 MeV ou um feixe de prótons nos quais a energia de cada próton é cerca de 3-100 MeV). Após pré-tratamento, os grãos de milho podem ser triturados e/ou cisalhados em um pó. Embora qualquer um ou mais dos pré-tratamentos descritos aqui possam ser aplicados após trituração e/ou em qualquer momento durante o processo de trituração a seco esboçado na figura 26, pré-tratamento antes de trituração e/ou cisalhamento pode ser vanPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 160/258[00502] Referring particularly to figure 26, in some implementations, a dry milling process for converting corn kernels into ethanol, for example, anhydrous ethanol, which can be used as a fuel, for example, fuel for automotive or aviation, can start with pre-treatment of dry corn kernels with any one or more pre-treatments described here, such as radiation, for example, any one or more types of radiation described here (for example, an electron beam in which each electron has an energy of about 5 MeV or a beam of protons in which the energy of each proton is about 3-100 MeV). After pre-treatment, the corn kernels can be crushed and / or sheared into a powder. Although any one or more of the pretreatments described here can be applied after milling and / or at any time during the dry milling process outlined in figure 26, pretreatment before milling and / or shearing can be applied. 870170006381, de 01/30/2017, p. 160/258
155/204 tajoso pelo fato de que os grãos são, em geral, mais frágeis após prétratamento e, como um resultado, são mais fáceis e requerem menos energia para triturar e/ou cisalhar. Em algumas modalidades, um prétratamento selecionado pode ser aplicado mais de uma vez durante conversão, por exemplo, antes de trituração e, então, após trituração. [00503] Após trituração e/ou cisalhamento, os grãos secos triturados podem ser opcionalmente hidratados mediante a adição do material triturado a um vaso contendo água e, opcionalmente, agentes de hidratação, tais como tensoativos. Opcionalmente, esse vaso de reação também pode incluir incluir uma ou mais enzimas, tal como amilase, para auxiliar na decomposição adicional da biomassa de amido ou o vaso de reação pode conter um ou mais ácidos, tal como um ácido mineral, por exemplo, ácido sulfúrico diluído. Se um vaso de hidratação é utilizado, seus conteúdos são esvaziados em um vaso de conversão, por exemplo, um vaso de fermentação, o qual inclui um ou mais micróbios de conversão, tal como um ou mais levedos, bactérias ou misturas de levedos e/ou bactérias. Se um vaso de hidratação não é utilizado, o material triturado pode ser diretamente carregado a um vaso de conversão, por exemplo, para fermentação.155/204 tajoso by the fact that the grains are, in general, more fragile after pretreatment and, as a result, they are easier and require less energy to crush and / or shear. In some embodiments, a selected pretreatment can be applied more than once during conversion, for example, before crushing and then after crushing. [00503] After crushing and / or shearing, the crushed dry grains can optionally be hydrated by adding the crushed material to a vessel containing water and, optionally, hydrating agents, such as surfactants. Optionally, such a reaction vessel may also include including one or more enzymes, such as amylase, to assist in further decomposition of the starch biomass or the reaction vessel may contain one or more acids, such as a mineral acid, for example, acid diluted sulfuric. If a hydration vessel is used, its contents are emptied into a conversion vessel, for example, a fermentation vessel, which includes one or more conversion microbes, such as one or more yeasts, bacteria or mixtures of yeasts and / or bacteria. If a hydration vessel is not used, the crushed material can be directly loaded into a conversion vessel, for example, for fermentation.
[00504] Após conversão, os sólidos restante são removidos e secos para proporcionar grãos secos de destilaria (DDG), enquanto o etanol é destilado. Em algumas modalidades, um micróbio termofílico é utilizado para a conversão e o etanol é continuamente removido por meio de evaporação à medida que ele é produzido. Se desejado, o etanol destilado pode ser totalmente desidratado, tal como passando o etanol úmido através de um leito de zeólito ou destilando com benzeno. [00505] Fazendo referência particularmente agora à figura 27, em algumas implementações, o processo de trituração a úmido para conversão de grãos de milho em etanol anidro começa com prétratamento dos grãos de milho seco com qualquer um ou mais préPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 161/258[00504] After conversion, the remaining solids are removed and dried to provide dry distillery grains (DDG), while ethanol is distilled. In some embodiments, a thermophilic microbe is used for the conversion and the ethanol is continuously removed by evaporation as it is produced. If desired, the distilled ethanol can be completely dehydrated, such as passing the wet ethanol through a zeolite bed or distilling with benzene. [00505] Referring particularly now to figure 27, in some implementations, the wet milling process for converting corn kernels into anhydrous ethanol begins with pretreatment of dry corn kernels with any one or more prePetition 870170006381, of 30/01 / 2017, p. 161/258
156/204 tratamentos descritos aqui, tal como radiação, por exemplo, qualquer um ou mais tipos de radiação descritos aqui (por exemplo, um feixe de elétrons no qual cada elétron tem uma energia de cerca de 5 MeV). Após pré-tratamento, os grãos de milho são macerados em ácido sulfúrico diluído e gentilmente agitados para decompor os grãos de milho em seus constituintes. Após maceração, as porções de fibra, óleo e germe são fracionadas e secas e, então, combinadas com quaisquer sólidos restantes após dilatação para proporcionar ração de glúten de milho (CGF). Após remoção do germe e fibra, em algumas modalidades, o glúten é separado para proporcionar farinha de glúten de milho (CGM). O amido restante pode ser pré-tratado novamente (ou pela primeira vez) através de qualquer pré-tratamento descrito aqui, por exemplo, para reduzir seu peso molecular e/ou funcionalizar o amido, de modo que ele seja mais solúvel. Em algumas modalidades, o amido é, então, carregado a um vaso de reação contendo água e, opcionalmente, agentes de hidratação, tais como tensoativos. Opcionalmente, esse vaso de reação também pode incluir uma ou mais enzimas, tal como amilase, para auxiliar na decomposição adicional de amido ou o vaso de reação pode conter um ou mais ácidos, tal como um ácido mineral, por exemplo, ácido sulfúrico diluído. Conforme mostrado, sacarificação pode ocorrer em vários vasos e, então, os conteúdos do vaso final podem ser esvaziados em um vaso de conversão, por exemplo, um vaso de fermentação, o qual inclui um ou mais micróbios de conversão, tais como um ou mais levedos ou bactérias.156/204 treatments described here, such as radiation, for example, any one or more types of radiation described here (for example, an electron beam in which each electron has an energy of about 5 MeV). After pre-treatment, the corn kernels are macerated in diluted sulfuric acid and gently agitated to decompose the corn kernels into their constituents. After maceration, the portions of fiber, oil and germ are fractionated and dried and then combined with any remaining solids after swelling to provide corn gluten (CGF) feed. After removing the germ and fiber, in some embodiments, the gluten is separated to provide corn gluten flour (CGM). The remaining starch can be pretreated again (or for the first time) through any pretreatment described here, for example, to reduce its molecular weight and / or functionalize the starch, so that it is more soluble. In some embodiments, the starch is then loaded into a reaction vessel containing water and, optionally, hydrating agents, such as surfactants. Optionally, that reaction vessel may also include one or more enzymes, such as amylase, to assist in further decomposition of starch or the reaction vessel may contain one or more acids, such as a mineral acid, for example, diluted sulfuric acid. As shown, saccharification can take place in several vessels and then the contents of the final vessel can be emptied into a conversion vessel, for example, a fermentation vessel, which includes one or more conversion microbes, such as one or more yeast or bacteria.
[00506] Após conversão, o etanol é destilado. Em algumas modalidades, um micróbio termofílico é utilizado para a conversão e o etanol é continuamente removido por meio de evaporação à medida que ele é produzido. Se desejado, o etanol destilado pode ser totalmente desidratado, tal como passando o etanol úmido através de um leito de zeólito.[00506] After conversion, ethanol is distilled. In some embodiments, a thermophilic microbe is used for the conversion and the ethanol is continuously removed by evaporation as it is produced. If desired, the distilled ethanol can be completely dehydrated, such as passing the wet ethanol through a zeolite bed.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 162/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 162/258
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GASIFICAÇÃO [00507] Além de usar pirólise para pré-tratamento de estoque de alimentação, pirólise também pode ser usada para processar o estoque de alimentação pré-tratado para extrair materiais úteis. Em particular, uma forma de pirólise conhecida como gasificação pode ser empregada para gerar gases combustíveis junto com vários outros produtos gasosos, líquidos e sólidos. Para realizar a gasificação, o estoque de alimentação pré-tratado é introduzido em uma câmara de pirólise e aquecido para uma alta temperatura, tipicamente 700 °C ou mais. A temperatura usada depende de uma série de fatores, incluindo a natureza do estoque de alimentação e os produtos desejados.GASIFICATION [00507] In addition to using pyrolysis to pre-treat feed stock, pyrolysis can also be used to process pre-treated feed stock to extract useful materials. In particular, a form of pyrolysis known as gasification can be used to generate combustible gases along with various other gaseous, liquid and solid products. To perform gasification, the pre-treated feed stock is introduced into a pyrolysis chamber and heated to a high temperature, typically 700 ° C or more. The temperature used depends on a number of factors, including the nature of the feed stock and the desired products.
[00508] As quantidades de oxigênio (por exemplo, como gás oxigênio puro e/ou como ar) e vapor (por exemplo, vapor superaquecido) são também adicionadas à câmara de pirólise para facilitar a gasificação. Esses compostos reagem com o material do estoque de alimentação contendo carbono em uma reação com múltiplas etapas para gerar uma mistura gasosa denominada gás de síntese (ou syngas). Essencialmente, durante a gasificação, uma quantidade limitada de oxigênio é introduzida na câmara de pirólise para permitir que um pouco do material de estoque de alimentação entre em combustão para formar monóxido de carbono e gerar calor de processo. O calor de processo pode, então, ser usado para promover uma segunda reação que converte o material de estoque de alimentação adicional em hidrogênio e monóxido de carbono.[00508] The amounts of oxygen (for example, as pure oxygen gas and / or as air) and steam (for example, superheated steam) are also added to the pyrolysis chamber to facilitate gasification. These compounds react with the carbon stock material in a multi-step reaction to generate a gas mixture called syngas (or syngas). Essentially, during gasification, a limited amount of oxygen is introduced into the pyrolysis chamber to allow some of the feed stock material to combust to form carbon monoxide and generate process heat. The process heat can then be used to promote a second reaction that converts the additional feed stock material into hydrogen and carbon monoxide.
[00509] Em uma primeira etapa de reação global, aquecimento do material de estoque de alimentação produz uma carbonização que pode incluir uma ampla variedade de diferentes espécies baseadas em hidrocarboneto. Determinados materiais voláteis podem ser produzidos (por exemplo, determinados materiais gasosos de hidrocarboneto), resultando em uma redução do peso global do material do estoque[00509] In a first step of global reaction, heating the feed stock material produces a carbonization that can include a wide variety of different hydrocarbon-based species. Certain volatile materials can be produced (for example, certain gaseous hydrocarbon materials), resulting in a reduction in the overall weight of the stock material
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 163/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 163/258
158/204 de alimentação. Então, em uma segunda etapa da reação, um pouco do material volátil que é produzido na primeira etapa reage com o oxigênio em uma reação de combustão para produzir monóxido de carbono e dióxido de carbono. A reação de combustão libera calor, o que promove a terceira etapa da reação. Na terceira etapa, dióxido de carbono e vapor (por exemplo, água) reagem com a carbonização gerada na primeira etapa para formar monóxido de carbono e gás hidrogênio. Monóxido de carbono também pode reagir com vapor, em uma reação de desvio de água/gás, para formar dióxido de carbono e mais gás hidrogênio.158/204 of feeding. Then, in a second stage of the reaction, some of the volatile material that is produced in the first stage reacts with oxygen in a combustion reaction to produce carbon monoxide and carbon dioxide. The combustion reaction releases heat, which promotes the third step of the reaction. In the third stage, carbon dioxide and steam (for example, water) react with the carbonization generated in the first stage to form carbon monoxide and hydrogen gas. Carbon monoxide can also react with steam, in a water / gas bypass reaction, to form carbon dioxide and more hydrogen gas.
[00510] Gasificação pode ser usada como um processo primário para gerar produtos diretamente a partir do estoque de alimentação pré-tratado para subsequente transporte e/ou venda, por exemplo. Alternativamente ou além disso, gasificação pode ser usada como um processo auxiliar para a geração de combustível para um sistema de processamento global. O syngas rico em hidrogênio que é gerado via o processo de gasificação pode ser queimado, por exemplo, para gerar eletricidade e/ou calor de processo que pode ser dirigido para uso em outros locais no sistema de processamento. Como um resultado, o sistema de processamento global pode ser pelo menos parcialmente auto-suficiente. Uma série de outros produtos, incluindo óleos de pirólise e substâncias gasosas baseadas em hidrocarboneto, também podem ser obtidos durante e/ou após gasificação; esses podem ser separados e armazenados ou transportados, conforme desejado.[00510] Gasification can be used as a primary process to generate products directly from the pre-treated feed stock for subsequent transportation and / or sale, for example. Alternatively or in addition, gasification can be used as an auxiliary process for generating fuel for a global processing system. Hydrogen-rich syngas that are generated via the gasification process can be burned, for example, to generate electricity and / or process heat that can be directed for use elsewhere in the processing system. As a result, the overall processing system can be at least partially self-sufficient. A number of other products, including pyrolysis oils and hydrocarbon-based gaseous substances, can also be obtained during and / or after gasification; these can be separated and stored or transported, as desired.
[00511] Uma variedade de diferentes câmaras de pirólise são adequadas para gasificação do estoque de alimentação pré-tratado, incluindo as câmaras de pirólise divulgadas aqui. Em particular, sistemas de reator de leito fluidizado, nos quais o estoque de alimentação prétratado é fluidizado em vapor e oxigênio/ar, proporcionam uma recuperação relativamente alta e direta de produtos. A carbonização sólida[00511] A variety of different pyrolysis chambers are suitable for gasifying the pre-treated feed stock, including the pyrolysis chambers disclosed here. In particular, fluidized bed reactor systems, in which the pre-treated feed stock is fluidized in steam and oxygen / air, provide relatively high and direct product recovery. Solid carbonization
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 164/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 164/258
159/204 que permanece após gasificação em um sistema de leito fluidizado (ou em outras câmaras de pirólise) pode ser queimada para gerar calor adicional para o processo a fim de promover subsequentes reações de gasificação.159/204 that remains after gasification in a fluidized bed system (or in other pyrolysis chambers) can be burned to generate additional heat for the process in order to promote subsequent gasification reactions.
[00512] Syngas pode ser reformado usando um processo de Fischer-Tropsch, o qual é uma reação química catalisada na qual o gás de síntese é convertido em álcoois e hidrocarbonetos líquidos. Os catalisadores mais comuns são baseados em ferro e cobalto, embora níquel e rutênio também tenham sido usados.[00512] Syngas can be reformed using a Fischer-Tropsch process, which is a catalyzed chemical reaction in which the synthesis gas is converted into liquid alcohols and hydrocarbons. The most common catalysts are based on iron and cobalt, although nickel and ruthenium have also been used.
[00513] Em um processo alternativo, um biofilme pode ser usado para reformar o syngas para produzir o combustível líquido ao invés de um catalisador químico. Tal processo foi descrito pela Coskata, Inc. Qualquer um dos materiais de biomassa descritos aqui pode ser usado no processo da Coskata.[00513] In an alternative process, a biofilm can be used to reform the syngas to produce liquid fuel instead of a chemical catalyst. Such a process has been described by Coskata, Inc. Any of the biomass materials described here can be used in the Coskata process.
[00514] Em algumas modalidades, irradiação do material de biomassa, por exemplo, com um feixe de partículas, tal como elétrons, antes de gasificação, pode diminuir a temperatura de gasificação, resultando em menos energia sendo consumida durante gasificação e pode resultar em menos formação de alcatrão e breu, resultando em um rendimento intensificado do syngas.[00514] In some embodiments, irradiation of the biomass material, for example, with a beam of particles, such as electrons, before gasification, can lower the gasification temperature, resulting in less energy being consumed during gasification and may result in less tar and pitch formation, resulting in an enhanced syngas yield.
PÓS-PROCESSAMENTOPOST-PROCESSING
DESTILAÇÃO [00515] Após fermentação, os fluidos resultantes podem ser destilados usando, por exemplo, uma coluna de levedura para separar o etanol e outros álcoois da maioria da água e sólidos residuais. O vapor que sai da coluna de levedura pode ser, por exemplo, 35% em peso de etanol e pode ser alimentado a uma coluna de retificação. Uma mistura de etanol (92,5%) e água quase azeotrópica da coluna de retificação pode ser purificada ao etanol (99,5%) puro usando peneiras moleculares de fase vapor. As partes inferiores da coluna de leveduraDISTILLATION [00515] After fermentation, the resulting fluids can be distilled using, for example, a yeast column to separate ethanol and other alcohols from most water and residual solids. The steam leaving the yeast column can be, for example, 35% by weight of ethanol and can be fed to a rectifying column. A mixture of ethanol (92.5%) and quasi-azeotropic water from the rectification column can be purified to pure ethanol (99.5%) using molecular vapor sieves. The lower parts of the yeast column
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 165/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 165/258
160/204 pode ser enviada ao primeiro estágio de um evaporador de três estágios. O condensador de refluxo da coluna de retificação pode fornecer calor para esse primeiro estágio. Após o primeiro estágio, sólidos podem ser separados usando uma centrífuga e secos em um secador giratório. Uma porção (25%) do efluente da centrífuga pode ser reciclada para fermentação e o resto enviado para os segundo e terceiros estágios do evaporador. A maioria do condensado do evaporador pode ser retornada para o processo como um condensado razoavelmente limpo, com uma pequena porção da água tratada desviada para impedir o desenvolvimento de compostos de baixo ponto de ebulição. TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL [00516] Tratamento de águas residuais é usado para minimizar os requisitos de composição da água da fábrica mediante tratamento da água de processo para reutilização dentro da fábrica. Tratamento de águas residuais também pode produzir combustível (por exemplo, sedimento e biogás) que pode ser usado para aprimorar a eficiência global do processo de produção de etanol. Por exemplo, conforme descrito em maiores detalhes abaixo, sedimento e biogás podem ser usados para criar vapor e eletricidade que podem ser usados em vários processos na fábrica.160/204 can be sent to the first stage of a three stage evaporator. The reflux condenser in the rectification column can provide heat for this first stage. After the first stage, solids can be separated using a centrifuge and dried in a rotary dryer. A portion (25%) of the effluent from the centrifuge can be recycled for fermentation and the rest sent to the second and third stages of the evaporator. Most of the condensate from the evaporator can be returned to the process as a reasonably clean condensate, with a small portion of the treated water diverted to prevent the development of low boiling compounds. WASTE WATER TREATMENT [00516] Waste water treatment is used to minimize plant water composition requirements by treating process water for reuse within the plant. Wastewater treatment can also produce fuel (for example, sediment and biogas) that can be used to improve the overall efficiency of the ethanol production process. For example, as described in more detail below, sediment and biogas can be used to create steam and electricity that can be used in various processes at the plant.
[00517] Água residual é inicialmente bombeada através de uma peneira (por exemplo, uma peneira de barra) para remover as partículas grandes, as quais são coletadas em um depósito alimentador. Em algumas modalidades, as partículas grandes são enviadas para um aterro. Adicional ou alternativamente, as partículas grandes são queimadas para criar vapor e/ou eletricidade, conforme descrito em maiores detalhes abaixo. Em geral, o espaçamento sobre a peneira de barra está entre 1/4 polegada a 1 polegada de espaçamento (por exemplo, 1/2 polegada de espaçamento).[00517] Residual water is initially pumped through a sieve (for example, a bar sieve) to remove large particles, which are collected in a feeder tank. In some embodiments, the large particles are sent to a landfill. Additionally or alternatively, the large particles are burned to create steam and / or electricity, as described in greater detail below. In general, the spacing on the bar sieve is between 1/4 inch to 1 inch spacing (for example, 1/2 inch spacing).
[00518] A água residual, então, flui para um tanque de equalização,[00518] The residual water then flows into an equalization tank,
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 166/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 166/258
161/204 onde a concentração de orgânicos da água residual é equilibrada durante um tempo de retenção. Em geral, o tempo de retenção está entre 8 horas e 36 horas (por exemplo, 24 horas). Um misturador é disposto dentro do tanque para agitar os conteúdos do tanque. Em algumas modalidades, misturadores dispostos por todo o tanque são usados para agitar os conteúdos do tanque. Em determinadas modalidades, o misturador mistura substancialmente os conteúdos do tanque de equilíbrio, de modo que as condições (por exemplo, concentração e temperatura da água residual) por todo o tanque sejam uniformes.161/204 where the organic concentration of the residual water is balanced during a retention time. In general, the retention time is between 8 hours and 36 hours (for example, 24 hours). A mixer is arranged inside the tank to stir the contents of the tank. In some embodiments, mixers arranged throughout the tank are used to stir the contents of the tank. In certain embodiments, the mixer substantially mixes the contents of the equilibration tank, so that the conditions (for example, concentration and temperature of the waste water) throughout the tank are uniform.
[00519] Uma primeira bomba move a água do tanque de equalização através de um permutador de calor de líquido-para-líquido. O permutador de calor é controlado (por exemplo, mediante controle da taxa de fluxo de fluido através do permutador de calor) de modo que a água residual que sai do permutador de calor esteja em uma temperatura desejada para tratamento anaeróbico. Por exemplo, a temperatura desejada para tratamento anaeróbico pode estar entre 40°C a 60°C. [00520] Após sair do permutador de calor, a água residual entra um ou mais reatores anaeróbicos. Em algumas modalidades, a concentração de sedimento em cada reator anaeróbico é a mesma que a concentração global de sedimento na água residual. Em outras modalidades, o reator anaeróbico tem uma maior concentração de sedimento do que a concentração global de sedimento na água residual.[00519] A first pump moves the water from the equalization tank through a liquid-to-liquid heat exchanger. The heat exchanger is controlled (for example, by controlling the rate of fluid flow through the heat exchanger) so that the residual water leaving the heat exchanger is at a desired temperature for anaerobic treatment. For example, the desired temperature for anaerobic treatment can be between 40 ° C to 60 ° C. [00520] After leaving the heat exchanger, the residual water enters one or more anaerobic reactors. In some embodiments, the sediment concentration in each anaerobic reactor is the same as the overall sediment concentration in the wastewater. In other embodiments, the anaerobic reactor has a higher concentration of sediment than the overall concentration of sediment in the wastewater.
[00521] Uma solução de nutriente contendo nitrogênio e fósforo é medida em cada reator anaeróbico contendo água residual. A solução de nutriente reage com o sedimento no reator anaeróbico para produzir biogás, o qual pode conter 50% de metano e tem um valor de aquecimento de aproximadamente 12.000 unidades térmicas Britânicas (British Thermal Units) ou Btu por libra. O biogás sai de cada reator anaeróbico através de uma ventilação e flui para um manifold, onde várias correntes de biogás são combinadas em uma única corrente.[00521] A nutrient solution containing nitrogen and phosphorus is measured in each anaerobic reactor containing residual water. The nutrient solution reacts with the sediment in the anaerobic reactor to produce biogas, which can contain 50% methane and has a heating value of approximately 12,000 British thermal units (British Thermal Units) or Btu per pound. The biogas leaves each anaerobic reactor through ventilation and flows to a manifold, where several streams of biogas are combined into a single stream.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 167/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 167/258
162/204162/204
Um compressor move a corrente de biogás para uma caldeira ou um motor de combustão, conforme descrito em maiores detalhes abaixo. Em algumas modalidades, o compressor também move a única corrente de biogás através de um catalisador de dessulfurização. Adicional ou alternativamente, o compressor pode mover a única corrente de biogás através de um sifão de sedimento.A compressor moves the biogas stream to a boiler or combustion engine, as described in more detail below. In some embodiments, the compressor also moves the single biogas stream through a desulfurization catalyst. In addition or alternatively, the compressor can move the single biogas stream through a sediment trap.
[00522] Uma segunda bomba move o efluente anaeróbico dos reatores anaeróbicos para um ou mais reatores aeróbicos (por exemplo, reatores de sedimento ativados). Um aerador é disposto dentro de cada reator aeróbico para misturar o efluente anaeróbico, sedimento e oxigênio (por exemplo, oxigênio contido no ar). Dentro de cada reator aeróbico, oxidação de material celular no efluente anaeróbico produz dióxido de carbono, água e amônia.[00522] A second pump moves the anaerobic effluent from the anaerobic reactors to one or more aerobic reactors (for example, activated sediment reactors). An aerator is arranged inside each aerobic reactor to mix the anaerobic effluent, sediment and oxygen (for example, oxygen contained in the air). Within each aerobic reactor, oxidation of cellular material in the anaerobic effluent produces carbon dioxide, water and ammonia.
[00523] O efluente aeróbico se move (por exemplo, via gravidade) para um separador, onde o sedimento é separado da água tratada. Um pouco do sedimento é retornado para o um ou mais reatores aeróbicos para criar uma concentração elevada de sedimento nos reatores aeróbicos, desse modo, facilitando a decomposição aeróbica de material celular na água residual. Um transportador remove o sedimento em excesso do separador. Conforme descrito em maiores detalhes abaixo, o sedimento em excesso é usado como combustível para criar vapor e/ou eletricidade.[00523] The aerobic effluent moves (for example, via gravity) to a separator, where the sediment is separated from the treated water. Some of the sediment is returned to the one or more aerobic reactors to create a high concentration of sediment in the aerobic reactors, thereby facilitating the aerobic decomposition of cellular material in the waste water. A conveyor removes excess sediment from the separator. As described in more detail below, excess sediment is used as a fuel to create steam and / or electricity.
[00524] A água tratada é bombeada do separador para um tanque de assentamento. Sólidos dispersos por toda a água tratada assentam para o fundo do tanque de assentamento e são subsequentemente removidos. Após um período de assentamento, a água tratada é bombeada do tanque de assentamento através de um filtro fino para remover quaisquer sólidos residuais que permanecem na água. Em algumas modalidades, cloro é adicionado à água tratada para matar bc patogênicas. Em algumas modalidades, uma ou mais técnicas de sepaPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 168/258[00524] The treated water is pumped from the separator to a settlement tank. Solids dispersed throughout the treated water settle to the bottom of the settlement tank and are subsequently removed. After a settlement period, the treated water is pumped from the settlement tank through a fine filter to remove any residual solids remaining in the water. In some embodiments, chlorine is added to the treated water to kill pathogenic bc. In some modalities, one or more techniques of separationPetition 870170006381, of 01/30/2017, p. 168/258
163/204 ração física-química são usadas para purificar adicionalmente a água tratada. Por exemplo, água tratada pode ser bombeada através de um reator de adsorção de carbono. Como outro exemplo, água tratada pode ser bombeada através de um reator de osmose reversa.163/204 physical-chemical feed are used to further purify treated water. For example, treated water can be pumped through a carbon adsorption reactor. As another example, treated water can be pumped through a reverse osmosis reactor.
[00525] No processos descritos aqui, sempre que água é usada em qualquer processo, ela pode ser água cinza, por exemplo, água cinza municipal ou água negra. Em algumas modalidades, a água cinza ou negra é esterilizada antes de uso. Esterilização pode ser realizada através de qualquer técnica desejada, por exemplo, por meio de irradiação, vapor ou esterilização química.[00525] In the processes described here, whenever water is used in any process, it can be gray water, for example, municipal gray water or black water. In some embodiments, gray or black water is sterilized before use. Sterilization can be performed using any desired technique, for example, by means of irradiation, steam or chemical sterilization.
COMBUSTÃO DE RESÍDUOS [00526] A produção de álcool a partir de biomassa pode resultar na produção de várias correntes de subproduto úteis para a geração de vapor e eletricidade a serem usados em outras partes da fábrica. Por exemplo, vapor gerado a partir de queima de correntes de subproduto pode ser usado no processo de destilação. Como outro exemplo, eletricidade gerada a partir de queima de correntes de subproduto pode ser usada para acionar geradores de feixe de elétrons e transdutores ultra-sônicos usados em pré-tratamento.WASTE COMBUSTION [00526] The production of alcohol from biomass can result in the production of various by-product streams useful for the generation of steam and electricity to be used elsewhere in the factory. For example, steam generated from burning by-product streams can be used in the distillation process. As another example, electricity generated from burning by-product currents can be used to drive electron beam generators and ultrasonic transducers used in pretreatment.
[00527] Os subprodutos usados para gerar vapor e eletricidade são derivados de uma série de fontes por todo o processo. Por exemplo, digestão aeróbica de água residual produz um biogás com alto teor de metano e uma pequena quantidade de biomassa residual (sedimento). Como outro exemplo, pós-destilado sólidos (por exemplo, lignina, celulose e hemicelulose não convertidas restantes dos processos primário e de pré-tratamento) podem ser usados como um combustível.[00527] The by-products used to generate steam and electricity are derived from a number of sources throughout the process. For example, aerobic digestion of residual water produces biogas with a high methane content and a small amount of residual biomass (sediment). As another example, solid post-distillates (for example, unconverted lignin, cellulose and hemicellulose remaining from the primary and pretreatment processes) can be used as a fuel.
[00528] O biogás é desviado para um motor a combustão conectado a um gerador elétrico para produzir eletricidade. Por exemplo, o biogás pode ser usado como uma fonte de combustível para um motor a gás natural de ignição a centelha. Como outro exemplo, o biogás pode[00528] The biogas is diverted to a combustion engine connected to an electric generator to produce electricity. For example, biogas can be used as a fuel source for a spark-ignited natural gas engine. As another example, biogas can
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 169/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 169/258
164/204 ser usado como uma fonte de combustível para um motor a gás natural de injeção direta. Como outro exemplo, o biogás pode ser usado como uma fonte de combustível para uma turbina de combustão. Adicional ou alternativamente, o motor a combustão pode ser configurado em uma configuração de co-geração. Por exemplo, calor residual de motores a combustão pode ser usado a fim de proporcionar água quente ou vapor para toda a fábrica.164/204 be used as a fuel source for a direct injection natural gas engine. As another example, biogas can be used as a fuel source for a combustion turbine. In addition or alternatively, the combustion engine can be configured in a cogeneration configuration. For example, residual heat from combustion engines can be used to provide hot water or steam to the entire plant.
[00529] O sedimento e sólidos pós-destilado são queimados para aquecer um fluxo de água através de um permutador de calor. Em algumas modalidades, o fluxo de água através do permutador de calor é evaporado e superaquecido em vapor. Em determinadas modalidades, o vapor é usado no reator de pré-tratamento e em permuta de calor em processos de destilação e evaporação. Adicional ou alternativamente, o vapor expande a potência de uma turbina a vapor de múltiplos estágios conectada a um gerador elétrico. O vapor que sai da turbina a vapor é condensado com a água de refrigeração e retornada para o permutador de calor para reaquecimento em vapor. Em algumas modalidades, a taxa de fluxo de água através do permutador de calor é controlada para obter uma produção alvo de eletricidade pela turbina a vapor conectada a um gerador elétrico. Por exemplo, água pode ser adicionada ao permutador de calor para assegurar que a turbina a vapor está operando acima de uma condição limiar (por exemplo, a turbina está girando rápido o bastante para acionar o gerador elétrico).[00529] The sediment and post-distilled solids are burned to heat a flow of water through a heat exchanger. In some embodiments, the flow of water through the heat exchanger is evaporated and overheated in steam. In certain embodiments, steam is used in the pretreatment reactor and in heat exchange in distillation and evaporation processes. Additionally or alternatively, the steam expands the power of a multistage steam turbine connected to an electric generator. The steam coming out of the steam turbine is condensed with the cooling water and returned to the heat exchanger for reheating in steam. In some embodiments, the rate of water flow through the heat exchanger is controlled to obtain a targeted production of electricity by the steam turbine connected to an electric generator. For example, water can be added to the heat exchanger to ensure that the steam turbine is operating above a threshold condition (for example, the turbine is rotating fast enough to start the electric generator).
[00530] Embora determinadas modalidades têm sido descritas, outras modalidades são possíveis.[00530] Although certain modalities have been described, other modalities are possible.
[00531] Como um exemplo, embora o biogás seja descrito como sendo desviado para um motor de combustão conectado a um gerador elétrico, em determinadas modalidades, o biogás pode ser passado através de um reformador de combustível para produzir hidrogênio. O[00531] As an example, although biogas is described as being diverted to a combustion engine connected to an electric generator, in certain embodiments, biogas can be passed through a fuel reformer to produce hydrogen. O
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 170/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 170/258
165/204 hidrogênio é, então, convertido em eletricidade por uma célula de combustível.165/204 hydrogen is then converted to electricity by a fuel cell.
[00532] Como outro exemplo, embora o biogás seja descrito como sendo queimado separadamente do sedimento e sólidos pósdestilado, em determinadas modalidades, todos os subprodutos residuais podem ser queimados juntos para produzir vapor.[00532] As another example, although biogas is described as being burned separately from sediment and post-distilled solids, in certain embodiments, all residual by-products can be burned together to produce steam.
PRODUTOS/CO-PRODUTOSPRODUCTS / CO-PRODUCTS
ÁLCOOIS [00533] O álcool produzido pode ser um mono-hidroxi álcool, por exemplo, etanol ou um poli-hidróxi álcool, por exemplo, etileno glicol ou glicerina. Exemplos de álcoois que podem ser produzidos incluem metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, por exemplo, n-, secou terc-butanol, etileno glicol, propileno glicol, 1, 4-butano diol, glicerina ou misturas desses álcoois.ALCOHOLS [00533] The alcohol produced can be a monohydroxy alcohol, for example, ethanol or a polyhydroxy alcohol, for example, ethylene glycol or glycerin. Examples of alcohols that can be produced include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, for example, n-, dried tert-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butane diol, glycerin or mixtures of these alcohols.
[00534] Cada um dos álcoois produzidos pela fábrica tem valor comercial como um estoque de alimentação industrial. Por exemplo, etanol pode ser usado na fabricação de vernizes e perfume. Como outro exemplo, metanol pode ser usado como um solvente usado como um componente em fluido para limpadores de para-brisa. Como um outro exemplo, butanol pode ser usado em plastificantes, resinas, lacas e fluidos de freio.[00534] Each of the alcohols produced by the factory has commercial value as an industrial food stock. For example, ethanol can be used in the manufacture of varnishes and perfume. As another example, methanol can be used as a solvent used as a fluid component for windshield wipers. As another example, butanol can be used in plasticizers, resins, lacquers and brake fluids.
[00535] O bioetanol produzido pela fábrica é valioso como um ingrediente usado na indústria de alimento e bebida. Por exemplo, o etanol produzido pela fábrica pode ser purificado em álcool de grau alimentício e usado como um ingrediente primário em bebidas alcoólicas.[00535] The bioethanol produced by the factory is valuable as an ingredient used in the food and beverage industry. For example, ethanol produced by the factory can be purified in food grade alcohol and used as a primary ingredient in alcoholic beverages.
[00536] O bioetanol produzido pela fábrica também tem valor comercial como um combustível de transporte. O uso de etanol como um combustível de transporte pode ser implementado com relativamente pouco investimento de capital por fabricantes e proprietários de motor[00536] The bioethanol produced by the factory also has commercial value as a transport fuel. The use of ethanol as a transport fuel can be implemented with relatively little capital investment by engine manufacturers and owners
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 171/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 171/258
166/204 de ignição a centelha (por exemplo, alterações no momento de injeção, proporção de combustível para ar e componentes do sistema de injeção de combustível). Muitos fabricantes automotivos atualmente oferecem veículos flex capazes de operação com misturas de etanol/gasolina com até 85% de etanol em volume (por exemplo, equipamento padrão em um Chevy Tahoe 4 x 4).166/204 from spark ignition (eg changes in timing, fuel-to-air ratio and fuel injection system components). Many automotive manufacturers currently offer flex vehicles capable of operation with ethanol / gasoline blends with up to 85% ethanol by volume (for example, standard equipment on a 4 x 4 Chevy Tahoe).
[00537] O bioetanol produzido por essa fábrica pode ser usado como um combustível para motor a fim de aprimorar as condições ambientais e economicas além da localização da fábrica. Por exemplo, o etanol produzido por essa fábrica e usado como um combustível pode reduzir emissões de gás de efeito estufa de fontes criadas pelo homem (por exemplo, fontes de transporte). Como outro exemplo, o etanol produzido por essa fábrica e usado como um combustível para motor também pode substituir o consumo de gasolina refinada de óleo. [00538] O bioetanol tem um maior número de octano do que a gasolina convencional e, assim, pode ser usado para aprimorar o desempenho (por exemplo, permitir maiores proporções de compressão) de motores de ignição a centelha. Por exemplo, pequenas quantidades (por exemplo, 10% em volume) de etanol podem ser misturadas com a gasolina para atuar como um intensificador de octano para combustíveis usados em motores de ignição a centelha. Como outro exemplo, maiores quantidades (por exemplo, 85% em volume) de etanol podem ser misturadas com gasolina para aumentar o número de octano do combustível e substituir grandes volumes de gasolina.[00537] The bioethanol produced by this factory can be used as a motor fuel in order to improve environmental and economic conditions in addition to the factory location. For example, ethanol produced by this factory and used as a fuel can reduce greenhouse gas emissions from man-made sources (for example, transportation sources). As another example, the ethanol produced by this factory and used as a motor fuel can also replace the consumption of refined oil gasoline. [00538] Bioethanol has a higher number of octane than conventional gasoline and, thus, it can be used to improve the performance (for example, allow higher compression ratios) of spark ignition engines. For example, small amounts (eg 10% by volume) of ethanol can be mixed with gasoline to act as an octane intensifier for fuels used in spark ignition engines. As another example, larger amounts (eg 85% by volume) of ethanol can be mixed with gasoline to increase the fuel's octane number and replace large volumes of gasoline.
[00539] Estratégias para o bioetanol são discutidas, por exemplo, por DiPardo em Journal of Outlook for Biomass Ethanol Production and Demand (EIA Forecasts), 2002; Sheehan em Biotechnology Progress, 15: 8179, 1999; Martin em Enzyme Microbes Technology, 31: 274, 2002; Greer em BioCycle, 61-65, Abril de 2005; Lynd em Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66: 3, 506-577, 2002; Ljungdahl[00539] Strategies for bioethanol are discussed, for example, by DiPardo in Journal of Outlook for Biomass Ethanol Production and Demand (EIA Forecasts), 2002; Sheehan in Biotechnology Progress, 15: 8179, 1999; Martin in Enzyme Microbes Technology, 31: 274, 2002; Greer in BioCycle, 61-65, April 2005; Lynd in Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66: 3, 506-577, 2002; Ljungdahl
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 172/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 172/258
167/204 et al. na Patente U.S. No. 4.292.406; e Bellamy na Patente U.S. No. 4.094.742.167/204 et al. in U.S. Patent No. 4,292,406; and Bellamy in U.S. Patent No. 4,094,742.
ÁCIDOS ORGÂNICOS [00540] Os ácidos orgânicos produzidos podem incluir ácidos monocarboxílicos ou ácidos policarboxílicos. Exemplos de ácidos orgânicos incluem ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico, ácido valérico, ácido caproico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malônico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido láctico, ácido ghidroxibutírico ou misturas desses ácidos.ORGANIC ACIDS [00540] The organic acids produced can include monocarboxylic acids or polycarboxylic acids. Examples of organic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, palmitic acid, stearic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, oleic acid, linoleic acid, glycolic acid, lactic acid, ghydroxybutyric acid or mixtures of these acids.
CO-PRODUTOSCO-PRODUCTS
Resíduo de Lignina [00541] Conforme descrito acima, resíduos contendo lignina de processos primários e de pré-tratamento têm valor como um combustível de energia alta/média e podem ser usados para gerar energia e vapor para uso em processos na fábrica. Contudo, tais resíduos de lignina são um novo tipo de combustível sólido e há pouca demanda para o mesmo fora dos limites da fábrica e os custos de secagem do mesmo para transporte apenas se subtraem de seu valor potencial. Em alguns casos, gasificação dos resíduos de lignina pode convertê-lo a um produto de maior valor com menor custo.Lignin Waste [00541] As described above, waste containing lignin from primary and pretreatment processes has value as a high / medium energy fuel and can be used to generate energy and steam for use in plant processes. However, such lignin residues are a new type of solid fuel and there is little demand for it outside the factory limits and the costs of drying it for transportation only subtract from its potential value. In some cases, gasification of lignin waste can convert it to a higher value product at a lower cost.
Outros Co-Produtos [00542] Matéria celular, furfural e ácido acético foram identificados como co-produtos potenciais de unidades de processamento de biomassa em combustível. Material celular intersticial poderia ser valiosa, mas requer purificação significativa. Os mercados para furfural e ácido acético existem, embora seja improvável que eles sejam grandes o bastante para consumir a produção de uma indústria de lignocelulose em etanol totalmente comercializada.Other Co-Products [00542] Cellular matter, furfural and acetic acid have been identified as potential co-products of biomass fuel processing units. Interstitial cell material could be valuable, but it requires significant purification. The markets for furfuraldehyde and acetic acid exist, although they are unlikely to be large enough to consume the production of a fully commercialized ethanol lignocellulose industry.
EXEMPLOSEXAMPLES
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 173/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 173/258
168/204 [00543] Os Exemplos a seguir destinam-se a ilustrar e não limitar os ensinamentos da presente descrição.168/204 [00543] The following Examples are intended to illustrate and not to limit the teachings of the present description.
EXEMPLO 1 - PREPARO DE MATERIAL FIBROSO A PARTIR DEEXAMPLE 1 - PREPARATION OF FIBROUS MATERIAL FROM
PAPEL POLI-REVESTIDO [00544] Uma carga de 1500 libras de embalagens virgens de suco de meio galão feitas de papelão Kraft branco poli-revestido não impresso tendo uma densidade volumétrica de 20 libra/pé3 foi obtida da International Paper. Cada embalagem foi dobrada e, então, alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e 1 polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação (cerca de 0,075 polegada).POLY-COATED PAPER [00544] A load of 1500 pounds of virgin half-gallon juice packaging made of unprinted white poly-coated Kraft cardboard having a volumetric density of 20 pounds / foot 3 was obtained from International Paper. Each package was folded and then fed to a 3 hp Flinch Baugh chipper at a rate of approximately 15 to 20 pounds per hour. The chipper was equipped with two 12-inch rotating blades, two fixed blades and a 0.30-inch discharge sieve. The gap between the rotating and fixed blades has been adjusted to 0.10 inches. The mincer product resembled confetti having a width of between 0.1 inch and 0.5 inch, a length of between 0.25 inch and 1 inch and a thickness equivalent to that of the starter material (about 0.075 inch).
[00545] O material similar a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. O Modelo SC30 é equipado com quatro pás giratórias, quatro pás fixas e uma peneira de descarrega tendo aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória cisalhada os pedaços similares a confete através das bordas das facas, dilacerando os pedaços e liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. O material fibroso tinha uma área de superfície BET de 0,9748 m2/g +/- 0,0167 m2/g, uma porosidade de 89,0437 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1260 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 1,141 mm e a largura média das fibras era de 0,027 mm, proporcionando uma L/D média de 42:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na figura 28 em uma ampliação de 25X.[00545] The confetti-like material was fed to a Munson rotary knife cutter, Model SC30. The Model SC30 is equipped with four rotating blades, four fixed blades and a discharge screen having 1/8 inch openings. The gap between the rotating and fixed blades has been set to approximately 0.020 inches. The rotary knife cutter shears the confetti-like pieces across the edges of the knives, tearing the pieces apart and releasing a fibrous material at a rate of about a pound an hour. The fibrous material had a BET surface area of 0.9748 m 2 / g +/- 0.0167 m 2 / g, a porosity of 89.0437 percent and a volumetric density (@ 0.53 psia) of 0, 1260 g / ml. The average fiber length was 1.141 mm and the average fiber width was 0.027 mm, providing an average L / D of 42: 1. A scanning electron micrograph of the fibrous material is shown in figure 28 at a magnification of 25X.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 174/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 174/258
169/204169/204
EXEMPLO 2 - PREPARO DE MATERIAL FIBROSO A PARTIR DEEXAMPLE 2 - PREPARATION OF FIBROUS MATERIAL FROM
PAPEL KRAFT BRANQUEADO [00546] Uma carga de 1500 libras de papel Kraft branco virgem branqueado tendo uma densidade volumétrica de 30 libra/pé3 foi obtida da International Paper. O material foi dobrado e, então, alimentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e 1 polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação (cerca de 0,075 polegada). O material similar a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tinha aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória cisalhada os pedaços similares a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. O material fibroso tinha uma área de superfície BET de 1,1316 m2/g +/- 0,0103 m2/g, uma porosidade de 88,3285 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1497 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 1,063 mm e a largura média das fibras era de 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na figura 29 em uma ampliação de 25X.WHITE KRAFT PAPER [00546] A load of 1500 pounds of bleached virgin white Kraft paper having a volumetric density of 30 pounds / foot 3 was obtained from International Paper. The material was folded and then fed to a 3 hp Flinch Baugh chipper at a rate of approximately 15 to 20 pounds per hour. The chipper was equipped with two 12-inch rotating blades, two fixed blades and a 0.30-inch discharge sieve. The gap between the rotating and fixed blades has been adjusted to 0.10 inches. The mincer product resembled confetti having a width of between 0.1 inch and 0.5 inch, a length of between 0.25 inch and 1 inch and a thickness equivalent to that of the starter material (about 0.075 inch). The confetti-like material was fed to a Munson rotary knife cutter, Model SC30. The discharge sieve had 1/8 inch openings. The gap between the rotating and fixed blades has been set to approximately 0.020 inches. The rotary knife cutter shears the confetti-like pieces, releasing a fibrous material at a rate of about a pound an hour. The fibrous material had a BET surface area of 1.1316 m 2 / g +/- 0.0103 m 2 / g, a porosity of 88.3285 percent and a volumetric density (@ 0.53 psia) of 0, 1497 g / ml. The average length of the fibers was 1.063 mm and the average width of the fibers was 0.0245 mm, providing an average L / D of 43: 1. A scanning electron micrograph of the fibrous material is shown in figure 29 at a magnification of 25X.
EXEMPLO 3 - PREPARO DE MATERIAL FIBROSO CISALHADOEXAMPLE 3 - PREPARATION OF SHEARED FIBROUS MATERIAL
DUAS VEZES A PARTIR DE PAPEL KRAFT BRANQUEADO [00547] Uma carga de 1500 libras de papel Kraft branco virgem branqueado tendo uma densidade volumétrica de 30 libra/pé3 foi obtida da International Paper. O material foi dobrado e, então, alimentado aTWO TIMES FROM BLEACHED KRAFT PAPER [00547] A load of 1500 pounds of bleached virgin white Kraft paper having a volumetric density of 30 pounds / foot 3 was obtained from International Paper. The material was folded and then fed to
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 175/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 175/258
170/204 um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete (as acima). O material similar a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tinha aberturas de 1/16 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória os pedaços similares a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. O material resultante do primeiro cisalhamento foi re-alimentado na mesma configuração descrita acima e cisalhado mais uma vez. O material resultante fibroso tinha uma área de superfície BET de 1,4408 m2/g +/- 0,0156 m2/g, uma porosidade de 90,8998 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1298 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 0,891 mm e a largura média das fibras era de 0,026 mm, proporcionando uma L/D média de 34:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na figura 30 em uma ampliação de 25X.170/204 a 3 hp Flinch Baugh chipper at a rate of approximately 15 to 20 pounds per hour. The chipper was equipped with two 12-inch rotating blades, two fixed blades and a 0.30-inch discharge sieve. The gap between the rotating and fixed blades has been adjusted to 0.10 inches. The mincer product resembled confetti (as above). The confetti-like material was fed to a Munson rotary knife cutter, Model SC30. The discharge screen had 1/16 inch openings. The gap between the rotating and fixed blades has been set to approximately 0.020 inches. The rotary knife cutter confetti-like pieces, releasing a fibrous material at a rate of about one pound an hour. The material resulting from the first shear was re-fed in the same configuration described above and sheared again. The resulting fibrous material had a BET surface area of 1.4408 m 2 / g +/- 0.0156 m 2 / g, a porosity of 90.8998 percent and a volumetric density (@ 0.53 psia) of 0 , 1298 g / ml. The average fiber length was 0.891 mm and the average fiber width was 0.026 mm, providing an average L / D of 34: 1. A scanning electron micrograph of the fibrous material is shown in figure 30 at 25X magnification.
EXEMPLO 4 - PREPARO DE MATERIAL FIBROSO CISALHADOEXAMPLE 4 - PREPARATION OF SHEARED FIBROUS MATERIAL
TRÊS VEZES A PARTIR DE PAPEL KRASFT BRANQUEADO [00548] Uma carga de 1500 libras de papel Kraft branco virgem branqueado tendo uma densidade volumétrica de 30 libra/pé3 foi obtida da International Paper. O material foi dobrado e, então, alimentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete (asTHREE TIMES FROM BLEACHED KRASFT PAPER [00548] A load of 1500 pounds of bleached virgin white Kraft paper having a volumetric density of 30 pounds / foot 3 was obtained from International Paper. The material was folded and then fed to a 3 hp Flinch Baugh chipper at a rate of approximately 15 to 20 pounds per hour. The chipper was equipped with two 12-inch rotating blades, two fixed blades and a 0.30-inch discharge sieve. The gap between the rotating and fixed blades has been adjusted to 0.10 inches. The chopper product resembled confetti (the
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 176/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 176/258
171/204 acima). O material similar a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tinha aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória cisalhada os pedaços similares a confete através das bordas das facas. O material resultante do primeiro cisalhamento foi re-alimentado na mesma configuração e a peneira foi substituída por uma peneira de 1/16 polegadas. Esse material foi cisalhado. O material resultante do segundo cisalhamento foi re-alimentado na mesma configuração e a peneira foi substituída por uma peneira de 1/32 polegadas. Esse material foi cisalhado. O material resultante fibroso tinha uma área de superfície BET de 1,6897 m2/g +/- 0,0155 m2/g, uma porosidade de 87,7163 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1448 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 0,824 mm e a largura média das fibras era de 0,0262 mm, proporcionando uma L/D média de 32:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na figura 31 em uma ampliação de 25X. EXEMPLO 5 - PREPARO DE MATERIAL FIBROSO DENSIFICADO A171/204 above). The confetti-like material was fed to a Munson rotary knife cutter, Model SC30. The discharge sieve had 1/8 inch openings. The gap between the rotating and fixed blades has been set to approximately 0.020 inches. The rotary knife cutter shears the confetti-like pieces across the edges of the knives. The material resulting from the first shear was re-fed in the same configuration and the sieve was replaced by a 1/16 inch sieve. This material was sheared. The material resulting from the second shear was re-fed in the same configuration and the sieve was replaced with a 1/32 inch sieve. This material was sheared. The resulting fibrous material had a BET surface area of 1.6897 m 2 / g +/- 0.0155 m 2 / g, a porosity of 87.7163 percent and a volumetric density (@ 0.53 psia) of 0 , 1448 g / ml. The average length of the fibers was 0.824 mm and the average width of the fibers was 0.0262 mm, providing an average L / D of 32: 1. A scanning electron micrograph of the fibrous material is shown in figure 31 at a magnification of 25X. EXAMPLE 5 - PREPARATION OF DENSIFIED FIBROUS MATERIAL
PARTIR DE PAPEL KRAFT BRANQUEADO SEM AGLUTINANTEFROM BLEACHED KRAFT PAPER WITHOUT BINDING
ADICIONADO [00549] Material fibroso foi preparado de acordo com Exemplo 2. Aproximadamente 1 libra de água foi pulverizada sobre cada 10 libras de material fibroso. O material fibroso foi densificado usando um moinho de pélete Californium 1100 operando a 75 °C. Fo ram obtidos péletes tendo uma densidade volumétrica oscilando de cerca de 7 libras/pé3a cerca de 15 libras/pé3.ADDED [00549] Fibrous material was prepared according to Example 2. Approximately 1 pound of water was sprayed on every 10 pounds of fibrous material. The fibrous material was densified using a Californium 1100 pellet mill operating at 75 ° C. Pellets were obtained having a volumetric density ranging from about 7 pounds / foot 3 to about 15 pounds / foot 3 .
EXEMPLO 6 - PREPARO DE MATERIAL FIBROSO DENSIFICADO AEXAMPLE 6 - PREPARATION OF DENSIFIED FIBROUS MATERIAL
PARTIR DE PAPEL KRAFT BRANQUEADO COM AGLUTINANTE [00550] Material fibroso foi preparado de acordo com Exemplo 2. [00551] Uma solução de estoque a 2 por cento em peso de POLIPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 177/258FROM BLANKED KRAFT PAPER WITH BINDING [00550] Fibrous material was prepared according to Example 2. [00551] A 2 percent by weight stock solution of POLIPetition 870170006381, from 01/30/2017, p. 177/258
172/204172/204
OXTM WSR N10 (óxido de polietileno) foi preparada em água.The X TM WSR N10 (polyethylene oxide) was prepared in water.
[00552] Aproximadamente 1 libra da solução de estoque foi pulverizada sobre cada 10 libras de material fibroso. O material fibroso foi densificado usando um moinho de pélete Californium 1100 operando a 75 °C. Foram obtidos péletes tendo uma densidade vo lumétrica oscilando de cerca de 15 libras/pé3 a cerca de 40 libras/pé3.[00552] Approximately 1 pound of the stock solution was sprayed over every 10 pounds of fibrous material. The fibrous material was densified using a Californium 1100 pellet mill operating at 75 ° C. Pellets were obtained having a volumetric density ranging from about 15 pounds / foot 3 to about 40 pounds / foot 3 .
EXEMPLO 7 - REDUÇÃO DE PESO MOLECULAR DE CELULOSEEXAMPLE 7 - CELLULOSE MOLECULAR WEIGHT REDUCTION
EM PAPEL KRAFT FIBROSO ATRAVÉS DE RADIAÇÃO GAMA COMIN FIBROUS KRAFT PAPER THROUGH RANGE RADIATION WITH
OXIDAÇÃO MÍNIMA [00553] Material fibroso é preparado de acordo com Exemplo 4. O papel Kraft fibroso é densificado de acordo com Exemplo 5.MINIMUM OXIDATION [00553] Fibrous material is prepared according to Example 4. The fibrous kraft paper is densified according to Example 5.
[00554] Os péletes densificados são colocados em uma ampola de vidro tendo uma capacidade máxima de 250 mL. A ampola de vidro é evacuada sob alto vácuo (10-5 torr) durante 30 minutos e, então, reenchida com gás argônio. A ampola é vedada sob argônio. Os péletes na ampola são irradiados com radiação gama durante cerca de 3 horas em uma taxa de dose de cerca de 1 Mrad por hora a fim de proporcionar um material irradiado no qual a celulose tem um peso molecular menor do que o material de iniciação de Kraft fibroso.[00554] The densified pellets are placed in a glass ampoule having a maximum capacity of 250 mL. The glass ampoule is evacuated under high vacuum (10 -5 torr) for 30 minutes and then refilled with argon gas. The ampoule is sealed under argon. The pellets in the ampoule are irradiated with gamma radiation for about 3 hours at a dose rate of about 1 Mrad per hour in order to provide an irradiated material in which the cellulose has a lower molecular weight than the Kraft initiation material fibrous.
EXEMPLO 8 - REDUÇÃO DE PESO MOLECULAR DE CELULOSEEXAMPLE 8 - CELLULOSE MOLECULAR WEIGHT REDUCTION
EM PAPEL KRAFT FIBROSO ATRAVÉS DE RADIAÇÃO GAMA COMIN FIBROUS KRAFT PAPER THROUGH RANGE RADIATION WITH
OXIDAÇÃO MÁXIMA [00555] Material fibroso é preparado de acordo com Exemplo 4. O papel Kfrat fibroso é densificado de acordo com Exemplo 5.MAXIMUM OXIDATION [00555] Fibrous material is prepared according to Example 4. The fibrous Kfrat paper is densified according to Example 5.
[00556] Os péletes densificados são colocados em uma ampola de vidro tendo uma capacidade máxima de 250 mL. A ampola de vidro é vedada sob uma atmosfera de ar. Os péletes na ampola são irradiados com radiação gama durante cerca de 3 horas em uma taxa de dose de cerca de 1 Mrad por hora a fim de proporcionar um material irradiado no qual a celulose tem um peso molecular menor do que o material de[00556] The densified pellets are placed in a glass ampoule having a maximum capacity of 250 mL. The glass ampoule is sealed under an air atmosphere. The pellets in the ampoule are irradiated with gamma radiation for about 3 hours at a dose rate of about 1 Mrad per hour in order to provide an irradiated material in which cellulose has a lower molecular weight than the material of
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 178/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 178/258
173/204 iniciação de Kraft fibroso.173/204 initiation of fibrous Kraft.
EXEMPLO 9 - MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO PESO MOLECULAR DE MATERIAIS CELULÓSICOS E LIGNOCELULÓSICOS ATRAVÉS DE CROMATOGRAFIA POR PERMEAÇÃO DE GEL [00557] Materiais celulósicos e lignocelulósicos para análise foram tratados de acordo com o Exemplo 4. Materiais de amostra apresentados nas tabelas a seguir incluem papel Kraft (P), palha de trigo (WS), alfafa (A) e switchgrass (SG). O número 132 da ID de Amostra refere-se ao tamanho de partícula do material após cisalhamento através de uma peneira de 1/32 polegadas. O número após o traço refere-se à dosagem de radiação (MRad) e US refere-se a tratamento ultrasônico. Por exemplo, uma ID de amostra P132-10 refere-se ao papel Kraft que tenha sido cisalhado para um tamanho de partícula de 132 mesh e tenha sido irradiado com 10 MRad.EXAMPLE 9 - METHODS OF DETERMINING THE MOLECULAR WEIGHT OF CELLULOSIS AND LIGNOCELLULOSIS MATERIALS THROUGH GEL-PERMEATION CHROMATOGRAPHY [00557] Cellulosic and lignocellulosic materials for analysis were treated according to the example in the following tables. (P), wheat straw (WS), alfalfa (A) and switchgrass (SG). Sample ID number 132 refers to the particle size of the material after shearing through a 1/32 inch sieve. The number after the dash refers to the radiation dosage (MRad) and US refers to ultrasonic treatment. For example, a sample ID P132-10 refers to Kraft paper that has been sheared to a particle size of 132 mesh and has been irradiated with 10 MRad.
Tabela 1. Peso molecular médio de pico de papel Kraft gama irradiadoTable 1. Average molecular weight of gamma irradiated Kraft paper
**Baixas doses de radiação parecem aumentar o peso molecular de alguns materiais 1Taxa de dosagem = 1MRad/hora 2Tratamento durante 30 minutos com ultrassom a 20 kHz usando uma antena em forma de chifre de 1000W sob condições de recirculação com o material disperso em água.** Low radiation doses appear to increase the molecular weight of some materials 1 Dosage rate = 1MRad / hour 2 Treatment for 30 minutes with ultrasound at 20 kHz using a 1000W horn antenna under recirculation conditions with the material dispersed in Water.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 179/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 179/258
174/204174/204
Tabela 2. Peso molecular médio de pico de Materiais IrradiadosTable 2. Average peak molecular weight of irradiated materials
*Picos coalescem após tratamento **Baixas doses de radiação parecem aumentar o peso molecular de alguns materiais 1Taxa de dosagem = 1MRad/hora 2Tratamento durante 30 minutos com ultrassom a 20 kHz usando uma antena em forma de chifre de 1000W sob condições de recirculação com o material disperso em água.* Peaks coalesce after treatment ** Low doses of radiation appear to increase the molecular weight of some materials 1 Dosage rate = 1MRad / hour 2 Treatment for 30 minutes with 20 kHz ultrasound using a 1000W horn-shaped antenna under recirculation conditions with the material dispersed in water.
[00558] Cromatografia por Permeação de Gel (Gel Permeation Chromatography - GPC) é usada para determinar a distribuição de peso molecular de polímeros. Durante análise por GPC, uma solução da amostra polimérica é passada através de uma coluna empacotada[00558] Gel Permeation Chromatography (GPC) is used to determine the molecular weight distribution of polymers. During GPC analysis, a solution of the polymer sample is passed through a packed column
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 180/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 180/258
175/204 com pequenas moléculas de contenção de gel poroso. A amostra é separada baseado no tamanho molecular, com moléculas maiores eluindo antes de moléculas pequenas. O tempo de retenção de cada componente é, mais frequentemente, detectado pelo índice de refração (Refractive Index - RI), dispersão de luz evaporativa (Evaporative Light Scattering - ELS) ou Ultravioleta (UV) e comparado com uma curva de calibração. Os dados resultantes são, então, usados para calcular a distribuição de peso molecular para a amostra.175/204 with small porous gel containment molecules. The sample is separated based on the molecular size, with larger molecules eluting before small molecules. The retention time of each component is most often detected by the refractive index (Refractive Index - RI), evaporative light scattering (Evaporative Light Scattering - ELS) or Ultraviolet (UV) and compared with a calibration curve. The resulting data is then used to calculate the molecular weight distribution for the sample.
[00559] Uma distribuição de pesos moleculares, ao invés de um único peso molecular, é usada para caracterizar polímeros sintéticos. Para caracterizar essa distribuição, médias estatísticas são utilizadas. As mais comuns dessas médias são o peso molecular numérico médio (Mn) e o peso molecular gravimétrico médio (Mw). Métodos para calcular esses valores são descritos no Exemplo 9 do documento PCT/US/2007/022719.[00559] A molecular weight distribution, instead of a single molecular weight, is used to characterize synthetic polymers. To characterize this distribution, statistical averages are used. The most common of these averages are the average numerical molecular weight (Mn) and the average gravimetric molecular weight (Mw). Methods for calculating these values are described in Example 9 of document PCT / US / 2007/022719.
[00560] O índice de polidispersividade ou PI (Polydispersivity Index) é definido como a proporção Mw/Mn. Quanto maior o PI, mais ampla ou mais dispersa a distribuição. O menos valor que um PI pode ter é 1. Isso representa uma amostra monodispersa; isto é, um polímero com todas as moléculas na distribuição tendo o mesmo peso molecular. [00561] O valor de peso molecular de pico (MP) é outro descritor definido como o modo de distribuição de peso molecular. Ele significa o peso molecular que é mais abundante na distribuição. Esse valor também fornece um insight a respeito da distribuição de peso molecular.[00560] The polydispersity index or PI (Polydispersivity Index) is defined as the proportion M w / M n . The larger the PI, the wider or more dispersed the distribution. The least value that a PI can have is 1. This represents a monodisperse sample; that is, a polymer with all molecules in the distribution having the same molecular weight. [00561] The peak molecular weight (M P ) value is another descriptor defined as the mode of molecular weight distribution. It means the molecular weight that is most abundant in the distribution. This value also provides insight into the molecular weight distribution.
[00562] A maioria das medições por GPC são feitas com relação a um padrão polimérico diferente. A precisão dos resultados depende de quão próximas as características do polímero que está sendo analisada estão daquelas do padrão usado. O erro esperado na reprodutibilidade entre diferentes séries de determinações, calibradas separadaPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 181/258[00562] Most measurements by GPC are made with respect to a different polymeric standard. The accuracy of the results depends on how close the characteristics of the polymer being analyzed are to those of the standard used. The expected error in reproducibility between different series of determinations, calibrated separately Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 181/258
176/204 mente, é de aproximadamente 5-10% e é característico da precisão limitada de determinações por GPC. Portanto, os resultados de GPC são úteis principalmente quando a comparação entre as distribuições de peso molecular de diferentes amostras é feita durante a mesma série de determinações.176/204 is approximately 5-10% and is characteristic of the limited precision of GPC determinations. Therefore, the GPC results are useful mainly when the comparison between the molecular weight distributions of different samples is made during the same series of determinations.
[00563] As amostras lignocelulósicas requererem preparo de amostras antes de análise por GPC. Primeiro, uma solução saturada (8,4% em peso) de cloreto de lítio (LiCl) foi preparada em dimetil acetamida (DMAc). Aproximadamente 100 mg de cada amostra foram adicionados a aproximadamente 10 g de uma solução saturada de LiCl/DMAc recentemente preparada e cada mistura foi aquecida para aproximadamente 150°C-170°C com agitação durante 1 hora. As soluções resultantes tinham, em geral, uma cor amarela clara a escura. A temperatura das soluções foi diminuída para aproximadamente 100°C e as soluções foram aquecidas durante mais 2 horas. A temperatura das soluções foi, então, diminuída para aproximadamente 50°C e cada solução de amostra foi aquecidas durante aproximadamente 48 a 60 horas. De nota, as amostras irradiadas a 100 MRad foram mais facilmente solubilizadas quando comparado com sua contra-parte não tratada. Adicionalmente, as amostras cisalhadas (denotadas pelo número 132) tinham pesos moleculares médios ligeiramente menores quando comparado com as amostras não cortadas.[00563] Lignocellulosic samples require sample preparation before analysis by GPC. First, a saturated solution (8.4% by weight) of lithium chloride (LiCl) was prepared in dimethyl acetamide (DMAc). Approximately 100 mg of each sample was added to approximately 10 g of a freshly prepared saturated LiCl / DMAc solution and each mixture was heated to approximately 150 ° C-170 ° C with stirring for 1 hour. The resulting solutions were generally light to dark yellow in color. The temperature of the solutions was lowered to approximately 100 ° C and the solutions were heated for an additional 2 hours. The temperature of the solutions was then lowered to approximately 50 ° C and each sample solution was heated for approximately 48 to 60 hours. Of note, samples irradiated at 100 MRad were more easily solubilized when compared to their untreated counterpart. In addition, the shear samples (denoted by the number 132) had slightly lower average molecular weights when compared to uncut samples.
[00564] As soluções de amostra resultantes foram diluídas a 1:1 usando DMAc como solvente e foram filtradas através de um filtro de PTFE de 0,45 pm. As soluções de amostra filtradas foram, então, analisadas através de GPC. O peso molecular médio de pico (Mp) das amostras, conforme determinado através de Cromatografia por Permeação de Gel (GPC), é resumido nas Tabelas 1 e 2. Cada amostra foi preparada em duplicata e cada preparado de amostra foi analisado em duplicata (duas injeções) para um total de quatro injeções por[00564] The resulting sample solutions were diluted 1: 1 using DMAc as a solvent and were filtered through a 0.45 pm PTFE filter. The filtered sample solutions were then analyzed using GPC. The average peak molecular weight (Mp) of the samples, as determined by Gel Permeation Chromatography (GPC), is summarized in Tables 1 and 2. Each sample was prepared in duplicate and each sample preparation was analyzed in duplicate (two injections) for a total of four injections per
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 182/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 182/258
177/204 amostra. Os padrões de poliestireno EasiCal PS1A e PS1B foram usados para gerar uma curva de calibração para a escala de peso molecular de cerca de 580 a 7.500.00 Daltons.177/204 sample. The EasiCal PS1A and PS1B polystyrene standards were used to generate a calibration curve for the molecular weight scale of about 580 to 7,500.00 Daltons.
Tabela 3. Condições de análise por GPCTable 3. GPC analysis conditions
RIAIS IRRADIADOS ATRAVÉS DE DIFRAÇÃO DE RAIOS X [00565] Difração de raios X (XRD) é um método pelo qual uma amostra cristalina é irradiada com raios X monoenergéticos. A interação da estrutura de matriz da amostra com esses raios X é registrada e fornece informação sobre a estrutura cristalina que está sendo irradiada. A impressão digital característica resultante permite a identificação dos compostos cristalinos presentes na amostra. Usando uma análise de adaptação de padrão inteiro (o Refino de Rietvelt), é possível realizar análises quantitativas sobre amostras contendo mais de um composto cristalino.IRRADIATED RIALS THROUGH X-RAY DIFFERENCE [00565] X-ray diffraction (XRD) is a method by which a crystalline sample is irradiated with monoenergetic X-rays. The interaction of the matrix structure of the sample with these X-rays is recorded and provides information about the crystalline structure being irradiated. The resulting characteristic fingerprint allows the identification of crystalline compounds present in the sample. Using an entire pattern adaptation analysis (the Rietvelt Refining), it is possible to perform quantitative analyzes on samples containing more than one crystalline compound.
Tabela 4. Dados de XRD incluindo tamanho de domínio e cristalie cristalinidade %Table 4. XRD data including domain size and crystallinity% crystallinity
ID de AmostraSample ID
Tamanho de domínio (A)Domain size (A)
Cristalinidade %Crystallinity%
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 183/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 183/258
178/204178/204
[00567] Cada amostra foi colocada sobre um prendedor de base zero e colocada em um difractômetro Phillips PW1800 usando radiação Cu. Varreduras foram, então, realizadas sobre a faixa de 5°a 50° com um tamanho de etapa de 0,05° e um tempo de contenção de 2 horas cada.[00567] Each sample was placed on a zero-based fastener and placed on a Phillips PW1800 diffractometer using Cu radiation. Scans were then performed over the range of 5 ° to 50 ° with a step size of 0.05 ° and a containment time of 2 hours each.
[00568] Uma vez que os padrões de difração foram obtidos, as fases foram identificadas com o auxílio do Powder Diffraction File publicado pelo International Centre for Diffraction Data. Em todas as amostras, a fase cristalina identificada foi celulose - Ia, a qual tem uma estrutura triclínica.[00568] Once the diffraction patterns were obtained, the phases were identified with the aid of the Powder Diffraction File published by the International Center for Diffraction Data. In all samples, the crystalline phase identified was cellulose - Ia, which has a triclinic structure.
[00569] A característica distintiva entre as 20 amostras é a amplitude de pico, a qual está relacionada ao tamanho do domínio de cristalito. A amplitude de pico experimental foi usada para computar o tamanho de domínio e cristalinidade percentual, os quais são reportados na Tabela 4.[00569] The distinguishing feature among the 20 samples is the peak amplitude, which is related to the size of the crystallite domain. The experimental peak amplitude was used to compute the domain size and percentage crystallinity, which are reported in Table 4.
[00570] A cristalinidade percentual (Xc %) é medida como uma proporção da área cristalina para a área total sob os picos de difração de raios X, onde:[00570] The percentage crystallinity (X c %) is measured as a ratio of the crystalline area to the total area under the X-ray diffraction peaks, where:
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 184/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 184/258
179/204179/204
Ac = área de fase cristalinaA c = area of crystalline phase
Aa = área de fase amorfaA a = amorphous phase area
Xc = cristalinidade percentual [00571] Para determinar a cristalinidade percentual para cada amostra, foi necessário primeiro extrair a quantidade da fase amorfa. Isso é feito estimando a área de cada padrão de difração que pode ser atribuída à fase cristalina (representada pelos picos mais agudos) e a fase não cristalina (reapresentada pelos vales amplos por trás do padrão e centralizados a 22°e 38°).X c = percentage crystallinity [00571] To determine the percentage crystallinity for each sample, it was necessary to first extract the amount of the amorphous phase. This is done by estimating the area of each diffraction pattern that can be attributed to the crystalline phase (represented by the sharpest peaks) and the non-crystalline phase (represented by the wide valleys behind the pattern and centered at 22 ° and 38 °).
[00572] Um processo sistemático foi usado para minimizar o erro nesses cálculos em virtude de picos cristalinos amplos, bem como alta intensidade de interferência. Primeiro, uma base linear foi aplicada e, então, removida. Segundo, dois picos Gaussianos centralizados a 22° e 38°com larguras de 10-12° cada foram adaptados a os vales por trás dos picos cristalinos. Terceiro, a área por trás dos dois picos Gaussianos amplos e o resto do padrão foram determinados. Finalmente, a cristalinidade percentual foi calculada dividindo-se a área por trás do pico cristalino pela intensidade total (após subtração da base). O tamanho de domínio e cristalinidade % das amostras, conforme determinado através de difração de raios X (XRD), são apresentados na Tabela 4.[00572] A systematic process was used to minimize the error in these calculations due to wide crystalline peaks, as well as high intensity of interference. First, a linear base was applied and then removed. Second, two Gaussian peaks centered at 22 ° and 38 ° with widths of 10-12 ° each have been adapted to the valleys behind the crystalline peaks. Third, the area behind the two broad Gaussian peaks and the rest of the pattern have been determined. Finally, the percentage crystallinity was calculated by dividing the area behind the crystalline peak by the total intensity (after subtracting the base). The domain size and crystallinity% of the samples, as determined by X-ray diffraction (XRD), are shown in Table 4.
EXEMPLO 11 - ANÁLISE DE POROSIMETRIA DE MATERIAIS IRRADIADOS [00573] Análise de volume de poro e tamanho de poro por mercúrio (Tabela 21) é baseada em forçar mercúrio (um líquido de não umedecimento) em uma estrutura porosa sob pressões hermeticamente controladas. Uma vez que o mercúrio não umedece a maioria das substâncias e não penetrará espontaneamente os poros através de ação capilar, ele deve ser forçado nos vazios da amostra mediante aplicação de pressão externa. A pressão requerida para encher os vazios éEXAMPLE 11 - POROSIMETRY ANALYSIS OF IRRADIATED MATERIALS [00573] Analysis of pore volume and pore size by mercury (Table 21) is based on forcing mercury (a non-wetting liquid) into a porous structure under hermetically controlled pressures. Since mercury does not wet most substances and will not spontaneously penetrate the pores through capillary action, it must be forced into the sample voids by applying external pressure. The pressure required to fill the voids is
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 185/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 185/258
180/204 inversamente proporcionar ao tamanho dos poros. Apenas uma pequena quantidade de força ou pressão é requerida para encher grandes vazios, enquanto que uma maior pressão é requerida para encher os vazios de poros muito pequenos.180/204 inversely provide pore size. Only a small amount of force or pressure is required to fill large voids, while greater pressure is required to fill very small pore voids.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 186/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 186/258
Tabela 5. Tamanho de poro e distribuição volumétrica através de porosimetria de mercúrioTable 5. Pore size and volumetric distribution through mercury porosimetry
181/204181/204
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 187/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 187/258
182/204 [00574] O AutoPore® 9520 pode atingir uma pressão máxima de 414 MPa ou 60.000 psia. Existiam quatro estações de baixa pressão para preparo de amostra e coleta de dados de macroporo de 0,2 psia a 50 psia. Existiam duas câmaras de alta pressão as quais coletam dados de 25 psia a 60.000 psia. A amostra é colocada em um aparelho similar à cuba denominado um penetrômetro, o qual é ligado a uma haste capilar de vidro com um revestimento de metal. À medida que o mercúrio invade os vazios em e em torno da amostra, ele se move para baixo na haste capilar. A perda de mercúrio da haste capilar resulta em uma alteração na capacitância elétrica. A alteração na capacitância durante o experimento é convertida em um volume de mercúrio conhecendo o volume da haste do penetrômetro em uso. Uma variedade de penetrômetros com diferentes tamanhos de cuba (amostra) e capilares estão disponíveis para acomodar a maioria dos tamanhos e configurações de amostra. A Tabela 22 abaixo define alguns dos parâmetros chave calculados para cada amostra.182/204 [00574] AutoPore® 9520 can reach a maximum pressure of 414 MPa or 60,000 psia. There were four low pressure stations for sample preparation and data collection from 0.2 psia to 50 psia macropore. There were two high pressure chambers which collect data from 25 psia to 60,000 psia. The sample is placed in a device similar to the vat called a penetrometer, which is connected to a glass capillary rod with a metal coating. As the mercury invades the voids in and around the sample, it moves down the capillary rod. The loss of mercury from the hair shaft results in a change in electrical capacitance. The change in capacitance during the experiment is converted to a volume of mercury knowing the volume of the rod of the penetrometer in use. A variety of penetrometers with different tub sizes (sample) and capillaries are available to accommodate most sample sizes and configurations. Table 22 below defines some of the key parameters calculated for each sample.
Tabela 6. Definição de ParâmetrosTable 6. Definition of parameters
ParâmetroParameter
Descriçãodescription
Volume total de intrusão:Total intrusion volume:
Área total de poro:Total pore area:
Diâmetro mediano de poro (volume): Diâmetro mediano de poro (área ):Median pore diameter (volume): Median pore diameter (area):
O volume total de mercúrio que penetra durante um experimento. Isso pode incluir enchimento intersticial entre pequenas partículas, porosidade da amostra e volume de compressão da amostra. O volume total de intrusão convertido a uma área admitindo poros de formato cilíndrico.The total volume of mercury that penetrates during an experiment. This can include interstitial filling between small particles, sample porosity and sample compression volume. The total volume of intrusion converted to an area admitting pores of cylindrical shape.
O tamanho no 50°por centoil sobre um gráfico de volume cumulativo.The size in the 50th percentile on a cumulative volume chart.
O tamanho no 50°por centoil sobre o gráfico de área cumulativa.The size in the 50th percentile on the cumulative area chart.
Diâmetro médio de poro:Average pore diameter:
O volume total de poro dividido pela área total de poro (4V/A).The total pore volume divided by the total pore area (4V / A).
„ ....... A massa da amostra dividido pelo volume denso.„....... The mass of the sample divided by the dense volume.
Densidade volumétriO volume denso é determinado na pressão de ca:Volumetric density The dense volume is determined in the pressure of ca:
enchimento, tipicamente 0,5 psia.filling, typically 0.5 psia.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 188/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 188/258
183/204183/204
Parâmetro DescriçãoParameter Description
A massa da amostra dividido pelo volume da Densidade aparente: amostra medido na maior pressão, tipicamenteThe mass of the sample divided by the volume of the apparent density: sample measured at the highest pressure, typically
60.000 psia.60,000 psia.
_ ... (Densidade volumétrica / Densidade Aparente) x_ ... (Volumetric density / Apparent density) x
Porosidade:Porosity:
100%100%
EXEMPLO 12 - ANÁLISE DE TAMANHO DE PARTÍCULA DE MATERIAIS IRRADIADOS [00575] A técnica de dimensionamento de partícula através de dispersão de luz estática é baseada na teoria de Mie (a qual também abrange a teoria de Fraunhofer). A teoria de Mie prevê a relação de intensidade vs. Ângulo como uma função do tamanho para partículas de dispersão esféricas, contanto que outras variáveis de sistema sejam conhecidas e mantidas constantes. Essas variáveis são do comprimento de onda da luz incidente e do índice de refração relativo do material da amostra. Aplicação da teoria de Mie fornece informação detalhada sobre o tamanho de partícula. A Tabela 23 resume o tamanho de partícula usando o diâmetro mediano, diâmetro médio e diâmetro modal como parâmetros.EXAMPLE 12 - PARTICLE SIZE ANALYSIS OF IRRADIATED MATERIALS [00575] The particle sizing technique using static light scattering is based on Mie's theory (which also covers Fraunhofer's theory). Mie's theory predicts the relationship of intensity vs. Angle as a function of size for spherical dispersion particles, as long as other system variables are known and kept constant. These variables are the wavelength of the incident light and the relative refractive index of the sample material. Application of Mie's theory provides detailed information about particle size. Table 23 summarizes the particle size using the median diameter, average diameter and modal diameter as parameters.
Tabela 7. Tamanho de partícula através de dispersão de luz a laser (dispersão da amostra seca)Table 7. Particle size through laser light scattering (dry sample scattering)
[00576] O tamanho de partícula foi determinado através de DisperPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 189/258[00576] The particle size was determined through DisperPetição 870170006381, of 01/30/2017, p. 189/258
184/204 são de Luz a Laser (Dispersão da Amostra Seca) usando um Malvern Mastersizer 2000 usando as condições a seguir:184/204 are Laser Light (Dry Sample Dispersion) using a Malvern Mastersizer 2000 using the following conditions:
Taxa de alimentação: 35%Feed rate: 35%
Pressão do dispersor: 4 BarDisperser pressure: 4 Bar
Modelo óptico: (2,610, 1,000i), 1,000 [00577] Uma quantidade apropriada de amostra foi introduzida sobre uma bandeja vibratória. A taxa de alimentação e pressão do ar foram ajustadas para assegurar que as partículas estavam apropriadamente dispersas. O componente chave é selecionar uma pressão do ar que romperá aglomerações, mas não comprometerá a integridade da amostra. A quantidade de amostra necessária varia, dependendo do tamanho das partículas. Em geral, amostras com partículas finas requerem menos material do que amostras com partículas espessas. EXEMPLO 13 - ANÁLISE DE ÁREA DE SUPERFÍCIE DE MATERIAISOptical model: (2,610, 1,000i), 1,000 [00577] An appropriate amount of sample was placed on a vibrating tray. The feed rate and air pressure were adjusted to ensure that the particles were properly dispersed. The key component is selecting an air pressure that will break up agglomerations, but will not compromise the integrity of the sample. The amount of sample required varies, depending on the size of the particles. In general, samples with fine particles require less material than samples with thick particles. EXAMPLE 13 - ANALYSIS OF MATERIALS SURFACE AREA
IRRADIADOS [00578] A área superfície de cada amostra foi analisada usando um sistema Micromeritics ASAP 2420 Acelerated Surface Area and Porosimetry. As amostras foram preparadas primeiro desgaseificando durante 16 horas a 40 °C. Em seguida, o espaço livre (quente e frio) com hélio é calculado e, então, o tubo de amostra é evacuado mais uma vez para remover o hélio. Coleta de dados começa após essa segunda evacuação e consiste em definição de pressões alvo, a qual controla quanto gás é dosado sobre a amostra. Em cada pressão alvo, a quantidade de gás adsorvido e a pressão real são determinadas e registradas. A pressão dentro do tubo de amostra é medida com um transdutor de pressão. Doses adicionais de gás continuarão até que a pressão alvo seja obtida e deixada equilibrar. A quantidade de gás adsorvido é determinada somando múltiplas doses sobre a amostra. A pressão e quantidade definem um isoterma de adsorção de gás e são usadas para calcular uma série de parâmetros, incluindo área superfície BETIRRADIATES [00578] The surface area of each sample was analyzed using a Micromeritics ASAP 2420 Acelerated Surface Area and Porosimetry system. The samples were first prepared by degassing for 16 hours at 40 ° C. Then, the free space (hot and cold) with helium is calculated and then the sample tube is evacuated again to remove the helium. Data collection begins after this second evacuation and consists of defining target pressures, which controls how much gas is metered into the sample. At each target pressure, the amount of gas adsorbed and the actual pressure are determined and recorded. The pressure inside the sample tube is measured with a pressure transducer. Additional doses of gas will continue until the target pressure is obtained and allowed to equilibrate. The amount of adsorbed gas is determined by adding multiple doses over the sample. Pressure and quantity define a gas adsorption isotherm and are used to calculate a number of parameters, including BET surface area
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 190/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 190/258
185/204 (Tabela 24).185/204 (Table 24).
Tabela 8. Sumário da área superfície por meio de adsorção gasosaTable 8. Summary of the surface area by means of gas adsorption
[00579] O Modelo BET para isotermas é uma teoria amplamente usada para cálculo da área de superfície específica. A análise envolve determinação da capacidade de monocamada de superfície da amostra calculando-se a quantidade requerida para cobrir toda a superfície com uma única camada densamente empacotada de criptônio. A capacidade de monocamada é multiplicada pela área seccional transversal da molécula de gás de sonda para determinar a área de superfície total. A área de superfície específica é a área superfície da alíquota de amostra dividida pela massa da amostra.[00579] The BET Model for isotherms is a theory widely used for calculating the specific surface area. The analysis involves determining the surface monolayer capacity of the sample by calculating the amount required to cover the entire surface with a single densely packed layer of krypton. The monolayer capacity is multiplied by the cross sectional area of the probe gas molecule to determine the total surface area. The specific surface area is the surface area of the sample aliquot divided by the mass of the sample.
EXEMPLO 14 - DETERMINAÇÃO DE COMPRIMENTO DA FIBRA DEEXAMPLE 14 - DETERMINATION OF FIBER LENGTH OF
MATERIAIS IRRADIADOS [00580] Testagem de distribuição de comprimento da fibra foi realiPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 191/258IRRADIATED MATERIALS [00580] Fiber length distribution testing was carried out 870170006381, from 01/30/2017, p. 191/258
186/204 zada em triplicata sobre as amostras enviadas usando o sistema Techpap MorFi LB01. O comprimento médio e largura de fibra são reportados na Tabela 9.186/204 in triplicate on samples sent using the Techpap MorFi LB01 system. The average length and width of fiber are reported in Table 9.
Tabela 9. Sumário de dados de largura e comprimento da fibra lignocelulósicaTable 9. Summary of lignocellulosic fiber width and length data
IRRADIADO E NÃO IRRADIADO [00581] Switchgrass foi cisalhado de acordo com Exemplo 4. O switchgrass foi tratado por meio de ultrassom isoladamente ou irradiação com 10 Mrad ou 100 Mrad de raios gama e, então, submetido a ultrassom. Os materiais resultantes correspondem a G132-BR (não irradiado), G132-10-BR (10 Mrad e ultrassom) e G132-100-BR (100 Mrad e ultrassom), conforme apresentado na Tabela 1. Ultrassom foi realizado sobre cada amostra durante 30 minutos usando ultrassom a 20 kHz a partir da antena em forma de chifre de 1000W sob condições de re-circulação. Cada amostra foi dispersa em água em uma concentração de cerca de 0,10 g/mL.IRRADIATED AND NON-RADIATED [00581] Switchgrass was sheared according to Example 4. The switchgrass was treated by means of ultrasound alone or irradiation with 10 Mrad or 100 Mrad of gamma rays and then subjected to ultrasound. The resulting materials correspond to G132-BR (non-irradiated), G132-10-BR (10 Mrad and ultrasound) and G132-100-BR (100 Mrad and ultrasound), as shown in Table 1. Ultrasound was performed on each sample during 30 minutes using ultrasound at 20 kHz from the antenna in the shape of a 1000W horn under re-circulation conditions. Each sample was dispersed in water at a concentration of about 0.10 g / mL.
[00582] As figuras 32 e 33 mostram o aparelho usado para ultrassom. O aparelho 500 inclui um conversor 502 conectado a um amplificador de voltagem 504 que se comunica com a antena em forma de[00582] Figures 32 and 33 show the device used for ultrasound. The apparatus 500 includes a converter 502 connected to a voltage amplifier 504 that communicates with the antenna in the form of
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 192/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 192/258
187/204 chifre 506 fabricada de titânio ou uma liga de titânio. A antena em forma de chifre, a qual tem uma vedação 510 feita de VITON® em torno de seu perímetro sobre seu lado de processamento, forma uma vedação hermética a líquido com uma célula de processamento 508. O lado de processamento da antena em forma de chifre está imerso em um líquido, tal como água, que tem, disperso no mesmo, a amostra a ser submetida a ultrassom. A pressão na célula é monitorada com um manômetro 512. Em operação, cada amostra é movida pela bomba 517 do tanque 516 através da célula de processamento e é submetida a ultrassom. Após, ultrassom, a amostra é capturada no tanque 520. O processo pode ser revertido, pelo que os conteúdos do tanque 520 podem ser enviados através da célula de processamento e capturados no tanque 516. Esse processo pode ser repetido uma série de vezes, até que um nível desejado de processamento seja conferido à amostra.187/204 horn 506 made of titanium or a titanium alloy. The horn antenna, which has a 510 seal made of VITON® around its perimeter on its processing side, forms a liquid-tight seal with a 508 processing cell. The processing side of the antenna The horn is immersed in a liquid, such as water, which has, dispersed in it, the sample to be submitted to ultrasound. The pressure in the cell is monitored with a 512 manometer. In operation, each sample is moved by pump 517 in tank 516 through the processing cell and subjected to ultrasound. After ultrasound, the sample is captured in tank 520. The process can be reversed, so the contents of tank 520 can be sent through the processing cell and captured in tank 516. This process can be repeated a number of times, until that a desired level of processing is given to the sample.
EXEMPLO 16 - MICROGRAFIAS DE VARREDURA ELETRÔNICA DEEXAMPLE 16 - ELECTRONIC SCAN MICROGRAPHIES OF
SWITCHGRASS NÃO IRRADIADO EM COMPARAÇÃO COM IRRADIADO E IRRADIADO E SUBMETIDO A ULTRASSOM [00583] Amostras de switchgrass para as micrografias de varredura eletrônica foram aplicadas a uma fita de carbono e revestidas com dispositivo de descarga de ouro (70 segundos). As imagens foram tiradas com um microscópio de varredura eletrônica por emissão de campo JEOL 6500.NON-RADIATED SWITCHGRASS IN COMPARISON WITH RADIATED AND RADIATED AND ULTRASOUND [00583] Switchgrass samples for the electronically scanned micrographs were applied to a carbon ribbon and coated with a gold discharge device (70 seconds). The images were taken with a JEOL 6500 field-scanning electron microscope.
[00584] A figura 34 é uma micrografia de varredura eletrônica em uma ampliação de 1000 X de um material fibroso produzido a partir de cisalhamento de switchgrass sobre um cortador de faca giratória e, então, passagem do material cisalhado através de uma peneira de 1/32 polegadas.[00584] Figure 34 is a scanning electron micrograph at 1000 X magnification of a fibrous material produced from shearing switchgrass over a rotary knife cutter and then passing the sheared material through a 1 / 32 inches.
[00585] As figuras 35 e 36 são micrografias de varredura eletrônica do material fibroso da figura 32 após irradiação com raios gama a 10[00585] Figures 35 and 36 are scanning electron micrographs of the fibrous material of figure 32 after irradiation with gamma rays at 10
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 193/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 193/258
188/204188/204
Mrad e 100 Mrad, respectivamente, em uma ampliação de 1000 X. [00586] A figura 37 é uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da figura 32 após irradiação com 10 Mrad e ultrassom em uma ampliação de 1000 X.Mrad and 100 Mrad, respectively, at 1000 X magnification. [00586] Figure 37 is an electronically scanned micrograph of the fibrous material in Figure 32 after irradiation with 10 Mrad and ultrasound at 1000 X magnification.
[00587] A figura 38 é uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da figura 32 após irradiação com 100 Mrad e ultrassom em uma ampliação de 1000 X.[00587] Figure 38 is a scanning electron micrograph of the fibrous material in Figure 32 after irradiation with 100 Mrad and ultrasound at a magnification of 1000 X.
EXEMPLO 17 - ESPECTRO DE INFRAVERMELHO DE PAPELEXAMPLE 17 - PAPER INFRARED SPECTRUM
KRAFT IRRADIADO EM COMPARAÇÃO COM PAPEL KRAFT NÃOIRRADIATED KRAFT IN COMPARISON WITH NO KRAFT PAPER
IRRADIADO [00588] A análise por FTERC-IR foi realizada sobre um Nicolet/Impact 400. Os resultados indicam que todas as amostras reportadas na Tabela 1 são consistentes com um material baseado em celulose.IRRADIATED [00588] The FTERC-IR analysis was performed on a Nicolet / Impact 400. The results indicate that all samples reported in Table 1 are consistent with a cellulose-based material.
[00589] A figura 39 é um espectro por infravermelho de papelão Kraft cisalhado de acordo com Exemplo 4, enquanto que a figura 40 é um espectro por infravermelho do papel Kraft da figura 37 após irradiação com 100 Mrad de radiação gama. A amostra irradiada mostra um pico adicional na região A (centralizada cerca de 1730 cm-1) que não é encontrado no material não irradiado.[00589] Figure 39 is an infrared spectrum of Kraft paper shear according to Example 4, while Figure 40 is an infrared spectrum of Kraft paper of Figure 37 after irradiation with 100 Mrad of gamma radiation. The irradiated sample shows an additional peak in region A (centered around 1730 cm -1 ) that is not found in the non-irradiated material.
EXEMPLO 18 - COMBINAÇÃO DE PRÉ-TRATAMENTO COM FEIXEEXAMPLE 18 - PRE-TREATMENT COMBINATION WITH BEAM
DE ELÉTRONS E ULTRASSOM [00590] Switchgrass é usado como o estoque de alimentação e é cisalhado com um cortador de faca giratória Munson em um material fibroso. O material fibroso é, então, uniformemente distribuído sobre uma bandeja aberta composta de estanho com uma área de mais de que cerca de 500 in2. O material fibroso é distribuído de modo que ele tem uma profundidade de cerca de 1 - 2 polegadas na bandeja aberta. O material fibroso pode ser distribuído em sacos plásticos em doses menores de irradiação (sob 10 MRad) e deixado descoberto sobre aELECTRONIC AND ULTRASOUND [00590] Switchgrass is used as the feed stock and is sheared with a Munson rotary knife cutter in a fibrous material. The fibrous material is then evenly distributed on an open tin-based tray with an area of more than about 500 in 2 . The fibrous material is distributed so that it has a depth of about 1 - 2 inches in the open tray. The fibrous material can be distributed in plastic bags in smaller doses of irradiation (under 10 MRad) and left uncovered on the
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 194/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 194/258
189/204 bandeja de metal em maiores doses de radiação.189/204 metal tray in higher radiation doses.
[00591] Amostras distintas do material fibroso são, então, expostas à doses sucessivas de radiação de feixe de elétrons para obter uma dose total de 1 Mrad, 2 Mrad, 3, Mrad, 5 Mrad, 10 Mrad, 50 Mrad e 100 Mrad. Algumas amostras são mantidas sob as mesmas condições que as amostras restantes, mas não são irradiadas, para servir como controles. Após resfriamento, o material fibroso irradiado é enviado para processamento adicional através de um dispositivo de ultrassom. [00592] O dispositivo de ultrassom inclui um conversor conectado um amplificador de voltagem que se comunica com a antena em forma de chifre fabricada de titânio ou uma liga de titânio. A antena em forma de chifre, a qual tem uma vedação feita de VITON® em torno de seu perímetro sobre seu lado de processamento, forma uma vedação hermética a líquido com uma célula de processamento. O lado de processamento da antena em forma de chifre está imerso em um líquido, tal como água, no qual o material fibroso irradiado a ser submetido a ultrassom está imerso. A pressão na célula é monitorada com um manômetro. Em operação, cada amostra é movida pela bomba através da célula de processamento e é submetida a ultrassom.[00591] Different samples of the fibrous material are then exposed to successive doses of electron beam radiation to obtain a total dose of 1 Mrad, 2 Mrad, 3, Mrad, 5 Mrad, 10 Mrad, 50 Mrad and 100 Mrad. Some samples are kept under the same conditions as the remaining samples, but are not irradiated to serve as controls. After cooling, the irradiated fibrous material is sent for further processing via an ultrasound device. [00592] The ultrasound device includes a converter connected to a voltage amplifier that communicates with the horn-shaped antenna made of titanium or a titanium alloy. The horn-shaped antenna, which has a seal made of VITON® around its perimeter on its processing side, forms a liquid-tight seal with a processing cell. The processing side of the horn antenna is immersed in a liquid, such as water, in which the irradiated fibrous material to be subjected to ultrasound is immersed. The pressure in the cell is monitored with a manometer. In operation, each sample is moved by the pump through the processing cell and subjected to ultrasound.
[00593] Para preparar o material fibroso irradiado for ultrassom, o material fibroso irradiado é removido de qualquer container (por exemplo, sacos plásticos) e é disperso em água em uma concentração de cerca de 0,10 g/mL. Ultrassom é realizado sobre cada amostra durante 30 minutos usando ultrassom de 20 kHz a partir de uma antena em forma de chifre de 1000 W sob condições de re-circulação. Após ultrassom, o material fibroso irradiado é capturado em um tanque. Esse processo pode ser repetido uma série de vezes, até que um nível desejado de processamento seja obtido baseado em monitoramento da alteração estrutural no switchgrass. Mais uma vez, algumas amostras irradiadas são mantidas sob as mesmas condições que as amostras[00593] To prepare the irradiated fibrous material for ultrasound, the irradiated fibrous material is removed from any container (for example, plastic bags) and is dispersed in water at a concentration of about 0.10 g / mL. Ultrasound is performed on each sample for 30 minutes using 20 kHz ultrasound from a 1000 W horn antenna under recirculation conditions. After ultrasound, the irradiated fibrous material is captured in a tank. This process can be repeated a number of times, until a desired level of processing is achieved based on monitoring the structural change in the switchgrass. Again, some irradiated samples are kept under the same conditions as the samples
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 195/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 195/258
190/204 restantes, mas não são submetidas a ultrassom, para servir como controles. Além disso, algumas amostras que não foram irradiadas são submetidas a ultrassom, mais uma vez para servir como controles. Assim, alguns controles não são processados, alguns são apenas irradiados e alguns são submetidos a ultrassom.190/204 remaining, but not subjected to ultrasound, to serve as controls. In addition, some samples that have not been irradiated are subjected to ultrasound, again to serve as controls. Thus, some controls are not processed, some are just irradiated and some are subjected to ultrasound.
EXEMPLO 19 - TESTAGEM MICROBIANA DE BIOMASSA PRÉTRATADA [00594] Materiais lignocelulósicos específicos pré-tratados conforme descrito aqui são analisados quanto à toxicidade por cepas comuns de levedo e bactérias usados na indústria de biocombustíveis para a etapa de fermentação na produção de etanol. Adicionalmente, o teor de açúcar e compatibilidade com enzimas celulase são examinados para determinar a viabilidade do processo de tratamento. Testagem dos materiais pré-tratados é realizada em duas fases, como segue.EXAMPLE 19 - PRE-TREATED BIOMASS MICROBIAL TESTING [00594] Specific pre-treated lignocellulosic materials as described here are analyzed for toxicity by common strains of yeast and bacteria used in the biofuel industry for the fermentation stage in ethanol production. In addition, the sugar content and compatibility with cellulase enzymes are examined to determine the viability of the treatment process. Testing of pre-treated materials is carried out in two stages, as follows.
I: Toxicidade e Teor de Açúcar [00595] A toxicidade dos estoques de alimentação de grama e papel pré-tratados é medida no levedo Saccharomyces cerevisiae (levedo de uva) e Pichia stipitis (ATCC 66278), bem como nas bactérias Zymomonas mobilis (ATCC 31821) e Clostridium thermocellum (ATCC 31924). Um estudo de crescimento é realizado com cada um dos organismos para determinar o tempo ótimo de incubação e amostragem. [00596] Cada um dos estoques de alimentação é, então, incubado, em duplicata, com S. cerevisiae, P. stipitis, Z. mobilis e C. thermocellum em um meio microbiológico padrão para cada organismo. Caldo YM é usado para as duas cepas de levedo, S. cerevisiae e P. stipitis. Meio RM é usado para Z. mobilis e meio CM4 para C. thermocellum. Um controle positivo, com açúcar puro adicionado, mas sem estoque de alimentação, é usado para comparação. Durante a incubação, um total de cinco amostras é tirado a cada 12 horas nos tempos 0, 3, 6, 9I: Toxicity and Sugar Content [00595] The toxicity of pre-treated grass and paper feed stocks is measured in the yeast Saccharomyces cerevisiae (grape yeast) and Pichia stipitis (ATCC 66278), as well as in the bacteria Zymomonas mobilis (ATCC 31821) and Clostridium thermocellum (ATCC 31924). A growth study is carried out with each of the organisms to determine the optimal incubation and sampling time. [00596] Each of the food stocks is then incubated, in duplicate, with S. cerevisiae, P. stipitis, Z. mobilis and C. thermocellum in a standard microbiological medium for each organism. YM broth is used for the two strains of yeast, S. cerevisiae and P. stipitis. RM medium is used for Z. mobilis and CM4 medium for C. thermocellum. A positive control, with pure sugar added, but without food supply, is used for comparison. During incubation, a total of five samples are taken every 12 hours at times 0, 3, 6, 9
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 196/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 196/258
191/204 e 12 horas e analisadas quanto à viabilidade (contagens de placa para Z. mobilis e contagens diretas para S. cerevisiae) e concentração de etanol.191/204 and 12 hours and analyzed for viability (plaque counts for Z. mobilis and direct counts for S. cerevisiae) and ethanol concentration.
[00597] O teor de açúcar dos estoques de alimentação é medido usando Cromatografia de Líquido de Alto Desempenho (HPLC) equipado com uma coluna de açúcar Shodex® SP0810 ou Biorad Aminax® HPX-87P. Cada um dos estoques de alimentação (aprox. 5 g) é misturado com água submetida à osmose reversa (RO) durante 1 hora. A porção líquida da mistura é removida e analisada quanto ao teor de glicose, galactose, xilose, manose, arabinose e celobiose. A análise é realizada de acordo com o protocolo do National Bioenergy Center Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass.[00597] The sugar content of feed stocks is measured using High Performance Liquid Chromatography (HPLC) equipped with a Shodex® SP0810 or Biorad Aminax® HPX-87P sugar column. Each of the feed stocks (approx. 5 g) is mixed with water subjected to reverse osmosis (RO) for 1 hour. The liquid portion of the mixture is removed and analyzed for glucose, galactose, xylose, mannose, arabinose and cellobiosis. The analysis is performed according to the protocol of the National Bioenergy Center Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass.
II. Compatibilidade Com Celulase [00598] Estoques de alimentação são testados, em duplicata, com complexo enzimático Accellerase® 1000 comercialmente disponível, a qual contém um complexo de enzimas que reduz a biomassa lignocelulósica em açúcares fermentáveis, na temperatura e concentração recomendadas em um frasco de Erlenmeyer. Os frascos são incubados com agitação moderada em torno de 200 rpm durante 12 horas. Durante esse tempo, amostras são tiradas a cada três horas nos tempos 0, 3, 6, 9 e 12 horas para determinar a concentração de açúcares de redução (Hope e Dean, Biotech J., 1974, 144: 403) na porção líquida dos frascos.II. Cellulase Compatibility [00598] Food stocks are tested, in duplicate, with commercially available Accellerase® 1000 enzyme complex, which contains an enzyme complex that reduces lignocellulosic biomass in fermentable sugars, at the recommended temperature and concentration in an Erlenmeyer flask . The flasks are incubated with moderate shaking at around 200 rpm for 12 hours. During this time, samples are taken every three hours at times 0, 3, 6, 9 and 12 hours to determine the concentration of reducing sugars (Hope and Dean, Biotech J., 1974, 144: 403) in the liquid portion of the bottles.
EXEMPLO 20 - PRODUÇÃO DE ÁLCOOL USANDO PRÉTRATAMENTO DE IRRADIAÇÃO-ULTRASSOM [00599] O tamanho ótimo para fábricas de conversão de biomassa é afetado por fatores incluindo a economia de escala e o tipo e disponibilidade de biomassa usada como estoque de alimentação. Aumento de tamanho da fábrica tende a aumentar a economia de escala associada a processos na fábrica. Contudo, aumento de tamanho da fábriPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 197/258EXAMPLE 20 - ALCOHOL PRODUCTION USING ULTRASOUND IRRADIATION PRE-TREATMENT [00599] The optimum size for biomass conversion plants is affected by factors including economies of scale and the type and availability of biomass used as feed stock. Increasing the size of the plant tends to increase the economy of scale associated with processes in the plant. However, factory size increase 870170006381, from 01/30/2017, p. 197/258
192/204 ca também tende a aumentar os custos (por exemplo, custos de transporte) por unidade de estoque de alimentação de biomassa. Estudos analisando esses fatores sugerem que o tamanho apropriado para fábricas de conversão de biomassa podem oscilar de 2000 a 10.000 toneladas de estoque de alimentação de biomassa seco por dia. A fábrica descrita abaixo é dimensionada para processar 2000 toneladas de estoque de alimentação de biomassa seco por dia.192/204 ca also tends to increase costs (for example, transportation costs) per unit of biomass feed stock. Studies analyzing these factors suggest that the appropriate size for biomass conversion plants can range from 2000 to 10,000 tonnes of dry biomass feed stock per day. The plant described below is sized to process 2000 tons of dry biomass feed stock per day.
[00600] A figura 41 mostra um processo esquemático de um sistema de conversão de biomassa configurado para processar switchgrass. O sub-sistema de preparo de armazenamento processes estoque de alimentação de biomassa bruto para remover objetos estranhos e proporciona partículas de tamanho consistente para processamento adicional. O sub-sistema pré-tratamento altera a estrutura molecular (por exemplo, reduz o peso molecular médio e a cristalinidade) do estoque de alimentação de biomassa por meio de irradiação do estoque de alimentação de biomassa, mistura do estoque de alimentação de biomassa irradiado com água para formar uma pasta e aplicação de energia ultra-sônica à pasta. Irradiação e ultrassom convertem os componentes celulósicos e lignocelulósicos do estoque de alimentação de biomassa em materiais fermentáveis. O sub-sistema de processo primário fermenta a glicose e outros açúcares de baixo peso presentes após pré-tratamento para formar álcoois.[00600] Figure 41 shows a schematic process of a biomass conversion system configured to process switchgrass. The storage preparation subsystem processes raw biomass feed stock to remove foreign objects and provides particles of consistent size for further processing. The pretreatment subsystem alters the molecular structure (for example, reduces the average molecular weight and crystallinity) of the biomass feed stock by irradiating the biomass feed stock, mixing the irradiated biomass feed stock with water to form a paste and applying ultrasonic energy to the paste. Irradiation and ultrasound convert the cellulosic and lignocellulosic components of the biomass feed stock into fermentable materials. The primary process subsystem ferments glucose and other low-weight sugars present after pretreatment to form alcohols.
EXEMPLO 21 - PROCESSAMENTO POR FEIXE DE ELÉTRONS DOEXAMPLE 21 - ELECTRON BEAM PROCESSING OF THE
AÇÚCAR NA TABELA (SACAROSE) [00601] Sacarose foi tratada com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 com abobada que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela abaixo descreve os parâmetros nominais para o TT200. As doses nominais (em Mrad) e doses reais (em kgy) distribuídas às amostras também são fornecidas abaixo.SUGAR IN THE TABLE (SACAROSE) [00601] Sucrose was treated with an electron beam using a Rhodotron® TT200 continuous wave accelerator with dome that distributes electrons from 5 MeV to 80 kW of output power. The Table below describes the nominal parameters for the TT200. The nominal doses (in Mrad) and actual doses (in kgy) distributed to the samples are also provided below.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 198/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 198/258
193/204193/204
FeixeBeam
Feixe produzido:Produced beam:
Energia de feixe:Beam energy:
Dispersão de energia a 10 Mev:Energy dispersion at 10 Mev:
Feixe de energia a 10 MeV:Power beam at 10 MeV:
Consumo de energiaEnergy consumption
Condição stand-by (vácuo e resfriamento ON):Stand-by condition (vacuum and cooling ON):
Energia do feixe a 50 kW:Beam energy at 50 kW:
Energia do feixe a 80 kW: Continuação...Beam energy at 80 kW: Continued ...
Elétrons aceleradosAccelerated electrons
Nominal (fixo): 10 MeV (+0 keV250 keV)Nominal (fixed): 10 MeV (+0 keV250 keV)
Metade da largura completa máxima (FWHM) 300 keVHalf the maximum complete width (FWHM) 300 keV
Faixa de operação garantida 1 a 80 kW <15 kW <210 kW <260 kWGuaranteed operating range 1 to 80 kW <15 kW <210 kW <260 kW
Sistema RFRF System
Frequência :Frequency:
Tipo de tetrodo:Tetrode type:
Antena em forma de chifre de varreduraScanning horn antenna
107,5 ± 1 MHz Thomson TH781107.5 ± 1 MHz Thomson TH781
Comprimento nominal de varredura (medido a 25-35 cm a partir da janela):Nominal scan length (measured 25-35 cm from the window):
Faixa de varredura:Scan range:
Frequência nominal de varredura (no comprimento máx. de varredura): Uniformidade de varredura (através de 90% do comprimento nominal de varredura)Nominal scan frequency (at max. Scan length): Scan uniformity (through 90% of the nominal scan length)
120 cm120 cm
Comprimento de varredura nominal de 30% a 100%Nominal scan length from 30% to 100%
100 Hz ± 5% ± 5%100 Hz ± 5% ± 5%
Dosagens Distribuídas às Amostras de SacaroseDosages Distributed to Sucrose Samples
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 199/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 199/258
194/204194/204
[00603] 1Por exemplo, 9,9kgy foram distribuídos em 11 segundos em uma corrente de feixe de 5mA e uma velocidade de linha de 12,9 pés/minuto. O tempo para esfriar entre os tratamentos estava em torno de 2 minutos.[00603] 1 For example, 9.9kgy were distributed in 11 seconds at a beam current of 5mA and a line speed of 12.9 feet / minute. The time to cool down between treatments was around 2 minutes.
[00604] A solubilidade das amostras de sacarose tratadas acima de 30 Mrad foi intensificada e em ou acima de 30 Mrad, a sacarose parecia visualmente estar desprovida de cristalinidade. Acima de 70 Mrad, a sacarose foi convertida a uma massa sólida de material.[00604] The solubility of sucrose samples treated above 30 Mrad was enhanced and at or above 30 Mrad, sucrose appeared to be visually devoid of crystallinity. Above 70 Mrad, the sucrose was converted to a solid mass of material.
Preparo de Alimentação [00605] A taxa de alimentação padrão selecionada para a fábrica é de 2.000 toneladas secas por dia de biomassa de switchgrass. A alimentação padrão é switchgrass picado e/ou cisalhado.Feed Preparation [00605] The standard feed rate selected for the plant is 2,000 dry tons per day of switchgrass biomass. The standard feed is chopped and / or sheared switchgrass.
[00606] Estoque de alimentação de biomassa na forma de fardos de switchgrass é recebido pela fábrica. Em alguns casos, os fardos de switchgrass são embalados com uma rede plástica para assegurar que eles não desmancham quando manipulados e também podem ser embalados em filme plástico para proteger os fardos das condições do tempo. Os fardos são quadrados ou redondos. Os fardos são recebidos na fábrica do armazenamento fora do local sobre grandes trailers de caminhão. À medida que os caminhões são recebidos, eles são pesados e descarregados por empilhadeiras. Alguns fardos são enviados[00606] Biomass feed stock in the form of switchgrass bales is received by the factory. In some cases, switchgrass bales are wrapped with a plastic net to ensure that they do not fall apart when handled and can also be wrapped in plastic wrap to protect the bales from the weather. The bales are square or round. The bales are received at the off-site storage factory on large truck trailers. As the trucks are received, they are weighed and unloaded by forklifts. Some bales are shipped
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 200/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 200/258
195/204 para armazenamento no local, enquanto outros são levados diretamente para transportadores.195/204 for on-site storage, while others are taken directly to conveyors.
[00607] Uma vez que switchgrass está disponível apenas periodicamente, armazenamento a longo prazo é requerido a fim de proporcionar alimentação para a fábrica anualmente. Armazenamento a longo prazo provavelmente consistirá de 400-500 acres de fileiras de fardos empilhados descobertas em um local (ou múltiplos locais) razoavelmente próximas da fábrica de etanol. Armazenamento a curto prazo no local é proporcionado equivalente a 72 horas de produção em uma área de armazenamento externa. Fardos e vias de acesso circundantes, bem como os transportadores estão sobre uma laje de concreto. A laje de concreto é usada em virtude do volume de tráfego requerido para distribuir a grande quantidade de estoque de alimentação de biomassa requerida. A laje de concreto minimizará a quantidade de água parada na área de armazenamento, bem como reduzirá a exposição do estoque de alimentação de biomassa à sujeira. O material armazenado fornece um suprimento a curto prazo para fins de semana, feriados e quando distribuição direta normal de material no processo é interrompida.[00607] Since switchgrass is only available periodically, long-term storage is required in order to provide power to the factory annually. Long-term storage is likely to consist of 400-500 acres of stacked bale rows discovered at a location (or multiple locations) reasonably close to the ethanol plant. Short-term on-site storage is provided equivalent to 72 hours of production in an external storage area. Surrounding bales and access roads, as well as the conveyors are on a concrete slab. The concrete slab is used due to the volume of traffic required to distribute the large amount of biomass feed stock required. The concrete slab will minimize the amount of water standing in the storage area, as well as reduce the exposure of the biomass feed stock to dirt. The stored material provides a short-term supply for weekends, holidays and when normal direct distribution of material in the process is interrupted.
[00608] Os fardos são descarregados por empilhadeiras e são colocados diretamente sobre transportadores de fardo ou para a área de armazenamento de curto prazo. Os fardos são também levados para armazenamento a curto prazo por empilhadeiras e carregados sobre os transportadores de fardo.[00608] The bales are unloaded by forklifts and are placed directly on bale conveyors or to the short-term storage area. The bales are also taken for short-term storage by forklifts and loaded onto the bale conveyors.
[00609] Fardos trafegam para uma de duas estações de desembalagem de fardo. Fardos desembalados são decompostos usando uma barra de dispersão e, então, descarregados sobre um transportador que passa um separador magnético para remover metal antes de picar. Um ímã de ferro de contenção é proporcionado para capturar o metal magnético solto e uma tela de peneiramento remove o material[00609] Bales travel to one of two bale unpacking stations. Unpacked bales are decomposed using a spreader bar and then unloaded on a conveyor that passes a magnetic separator to remove metal before chopping. A retaining iron magnet is provided to capture the loose magnetic metal and a sieving screen removes the material
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 201/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 201/258
196/204 estranho e superdimensionado grosseiro acima de múltiplas bandejas de picador-cisalhador, as quais reduzem o estoque de alimentação de biomassa o tamanho apropriado para pré-tratamento. As bandejas de picador-cisalhador incluem picadores e cortadores de faca giratória. Os picadores reduzem o tamanho do estoque de alimentação de biomassa bruto e alimentam o material resultante aos cortadores de faca giratória. Os cortadores de faca giratória cisalham concorrentemente o estoque de alimentação de biomassa e peneiram o material resultante. Finalmente, o estoque de alimentação de biomassa é transportado para o sub-sistema pré-tratamento.196/204 strange and grossly oversized above multiple chipper-shear trays, which reduce the biomass feed stock to the appropriate size for pre-treatment. Chipper-shear trays include rotary knife chippers and cutters. Chippers reduce the size of the raw biomass feed stock and feed the resulting material to rotary knife cutters. Rotary knife cutters concurrently shear the biomass feed stock and sieve the resulting material. Finally, the biomass feed stock is transported to the pretreatment subsystem.
[00610] Três silos de armazenamento são proporcionados para limitar tempo ocioso global do sistema em virtude de manutenção requerida e/ou paralisações de equipamento do sub-sistema de preparo de armazenamento. Cada silo pode conter aproximadamente 55.000 pés cúbicos de estoque de alimentação de biomassa (~3 horas de operação da fábrica).[00610] Three storage silos are provided to limit overall system downtime due to required maintenance and / or equipment outages of the storage preparation sub-system. Each silo can hold approximately 55,000 cubic feet of biomass feed stock (~ 3 hours of plant operation).
Pré-tratamento [00611] Uma correia transportadora transporta o estoque de alimentação de biomassa do sub-sistema de preparo de armazenamento 110 para o sub-sistema pré-tratamento 114. Conforme mostrado na figura 42, no sub-sistema pré-tratamento 114, o estoque de alimentação de biomassa é irradiado usando emissores de feixe de elétrons, misturado com água para formar uma pasta e submetido à aplicação de energia ultra-sônica. Conforme discutido acima, irradiação do estoque de alimentação de biomassa altera a estrutura molecular (por exemplo, reduz a recalcitrância, o peso molecular médio e a cristalinidade) do estoque de alimentação de biomassa. Mistura do estoque de alimentação de biomassa irradiado em uma pasta e aplicação de energia ultrasônica à pasta alteram adicionalmente a estrutura molecular do estoque de alimentação de biomassa. Aplicação de radiação e ultrassomPretreatment [00611] A conveyor belt transports the biomass feed stock from storage preparation subsystem 110 to pretreatment subsystem 114. As shown in figure 42, in pretreatment subsystem 114, the biomass feed stock is irradiated using electron beam emitters, mixed with water to form a paste and subjected to the application of ultrasonic energy. As discussed above, irradiation of the biomass feed stock alters the molecular structure (for example, reduces recalcitrance, average molecular weight and crystallinity) of the biomass feed stock. Mixing the irradiated biomass feed stock in a slurry and applying ultrasonic energy to the slurry further alters the molecular structure of the biomass feed stock. Application of radiation and ultrasound
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 202/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 202/258
197/204 em sequência pode ter efeitos sinergísticos pelo fato de que a combinação de técnicas parece obter maiores alterações da estrutura molecular (por exemplo, reduz a recalcitrância, o peso molecular médio e a cristalinidade) do que qualquer técnica possa obter o mesmo isoladamente de modo eficiente. Sem desejar estar preso à teoria, além de reduzir a polimerização do estoque de alimentação de biomassa mediante ruptura das ligações intramoleculares entre segmentos de componentes celulósicos e lignocelulósicos do estoque de alimentação de biomassa, a irradiação pode tornar a estrutura física global do estoque de alimentação de biomassa mais frágil. Após o estoque de alimentação de biomassa frágil ser misturado em uma pasta, a aplicação de energia ultra-sônica altera adicionalmente a estrutura molecular (por exemplo, reduz o peso molecular médio e a cristalinidade) e também pode reduzir o tamanho das partículas de estoque de alimentação de biomassa.197/204 in sequence can have synergistic effects due to the fact that the combination of techniques seems to achieve greater changes in the molecular structure (for example, reduces recalcitrance, average molecular weight and crystallinity) than any technique can achieve the same in isolation from efficiently. Without wishing to be bound by theory, in addition to reducing the polymerization of the biomass feed stock by breaking the intramolecular links between segments of cellulosic and lignocellulosic components of the biomass feed stock, irradiation can make the overall physical structure of the feed stock more fragile biomass. After the fragile biomass feed stock is mixed into a slurry, the application of ultrasonic energy further alters the molecular structure (for example, reduces the average molecular weight and crystallinity) and can also reduce the size of the stock particles of biomass feed.
IRRADIAÇÃO DE FEIXE DE ELÉTRONS [00612] A correia transportadora 491 que transporta o estoque de alimentação de biomassa para o sub-sistema pré-tratamento distribui o estoque de alimentação de biomassa em múltiplas correntes de alimentação (por exemplo, 50 correntes de alimentação) cada uma levando a emissores de feixe de elétrons 492 distintos. Nessa modalidade, o estoque de alimentação de biomassa é irradiado enquanto ele está seco. Cada corrente de alimentação é transportada sobre uma correia transportadora distinta para um emissor de feixe de elétrons associado. Cada correia transportadora de alimentação de irradiação pode ter aproximadamente um metro de largura. Antes de atingir o emissor de feixe de elétrons, uma vibração localizada é induzida em cada correia transportadora para distribuir uniformemente o estoque de alimentação de biomassa seco sobre a largura seccional transversal da correia transportadora.ELECTRON BEAM IRRADIATION [00612] The 491 conveyor belt that transports the biomass feed stock to the pretreatment subsystem distributes the biomass feed stock into multiple feed streams (for example, 50 feed streams) each one leading to distinct 492 electron beam emitters. In this modality, the biomass feed stock is irradiated while it is dry. Each feed stream is transported on a separate conveyor belt to an associated electron beam emitter. Each irradiation feed conveyor belt can be approximately one meter wide. Before reaching the electron beam emitter, localized vibration is induced on each conveyor belt to evenly distribute the dry biomass feed stock over the cross sectional width of the conveyor belt.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 203/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 203/258
198/204 [00613] O emissor de feixe de elétrons 492 (por exemplo, dispositivos de irradiação de feixe de elétrons comercialmente disponíveis da Titan Corporation, San Diego, CA) são configurados para aplicar uma dose de elétrons de 100 quilo-Gray aplicada em uma potência de 300 kW. Os emissores de feixe de elétrons são dispositivos de feixe de varredura com uma largura de varredura de 1 metro para corresponder à largura da correia transportadora. Em algumas modalidades, emissores de feixe de elétrons com grandes larguras de feixe fixo são usados. Fatores, incluindo largura do feixe/correia, dose desejada, densidade do estoque de alimentação de biomassa e potência aplicada, orientam o número de emissores de feixe de elétrons requerido para que a fábrica processe 2.000 toneladas por dia de alimentação seca. ULTRASSOM [00614] O estoque de alimentação de biomassa irradiado é misturado com água para formar uma pasta antes que energia ultra-sônica seja aplicada. Pode haver um sistema de ultrassom distinto associado a cada corrente de alimentação de feixe de elétrons ou várias correntes de feixe de elétrons podem ser agregadas como alimentação para um único sistema de ultrassom.198/204 [00613] The 492 electron beam emitter (for example, commercially available electron beam irradiation devices from Titan Corporation, San Diego, CA) is configured to apply a 100 kilo-Gray electron dose applied to a power of 300 kW. Electron beam emitters are scan beam devices with a scan width of 1 meter to match the width of the conveyor belt. In some embodiments, electron beam emitters with large fixed beam widths are used. Factors, including beam / belt width, desired dose, density of the biomass feed stock and applied power, guide the number of electron beam emitters required for the plant to process 2,000 tons per day of dry feed. ULTRASOUND [00614] The irradiated biomass feed stock is mixed with water to form a paste before ultrasonic energy is applied. There may be a separate ultrasound system associated with each electron beam feed stream, or multiple electron beam streams can be aggregated as feed for a single ultrasound system.
[00615] Em cada sistema de ultrassom, o estoque de alimentação de biomassa irradiado é alimentado a um reservatório 1214 através de uma primeira entrada 1232 e água é alimentada no reservatório 1214 através da segunda entrada 1234. Válvulas apropriadas (manuais ou automáticas) controlam o fluxo de estoque de alimentação de biomassa e o fluxo de água para produzir uma proporção desejada de estoque de alimentação de biomassa para água (por exemplo, material celulósico a 10%, peso em volume). Cada reservatório 1214 inclui um misturador 1240 para agitar os conteúdos do volume 1236 e dispersar o estoque de alimentação de biomassa por toda a água.[00615] In each ultrasound system, the irradiated biomass feed stock is fed to a reservoir 1214 through a first inlet 1232 and water is fed into reservoir 1214 through the second inlet 1234. Appropriate valves (manual or automatic) control the flow of biomass feed stock and water flow to produce a desired ratio of biomass feed stock to water (eg 10% cellulosic material, weight by volume). Each reservoir 1214 includes a mixer 1240 to stir the contents of volume 1236 and disperse the biomass feed stock throughout the water.
[00616] Em cada sistema de ultrassom, a pasta é bombeada (por[00616] In each ultrasound system, the paste is pumped (for
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 204/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 204/258
199/204 exemplo, usando uma bomba de turbilhonamento com propulsor em recesso 1218) do reservatório 1214 para e através de uma célula de fluxo 1224 incluindo um transdutor ultra-sônico 1226. Em algumas modalidades, a bomba 1218 é configurada para agitar a pasta 1216 de modo que a mistura de estoque de alimentação de biomassa e água seja substancialmente uniforme na entrada 1220 da célula de fluxo 1224. Por exemplo, a bomba 1218 pode agitar a pasta 1216 para criar um fluxo turbulento que persiste através da tubulação entre a primeira bomba e a entrada 1220 da célula de fluxo 1224.199/204 example, using a reciprocating impeller vortex pump 1218) from reservoir 1214 to and through a flow cell 1224 including an ultrasonic transducer 1226. In some embodiments, pump 1218 is configured to agitate slurry 1216 so that the mix of biomass and water feed stock is substantially uniform at inlet 1220 of flow cell 1224. For example, pump 1218 can agitate slurry 1216 to create a turbulent flow that persists through the tubing between the first pump and inlet 1220 of flow cell 1224.
[00617] Dentro da célula de fluxo 1224, o transdutor ultra-sônico 1226 transmite energia ultra-sônica para a pasta 1216 à medida que a pasta flui através da célula de fluxo 1224. O transdutor ultra-sônico 1226 converte energia elétrica em energia mecânica de alta frequência (por exemplo, energia ultra-sônica), a qual é, então, distribuída à pasta através do amplificador de voltagem 48. Transdutores ultra-sônicos estão comercialmente disponíveis (por exemplo, da Hielscher USA, Inc. de Ringmadeira, New Jersey) que são capazes de distribuir uma potência contínua de 16 quilowatts.[00617] Inside flow cell 1224, ultrasonic transducer 1226 transmits ultrasonic energy to paste 1216 as the paste flows through flow cell 1224. Ultrasonic transducer 1226 converts electrical energy into mechanical energy high frequency (for example, ultrasonic energy), which is then distributed to the pulp via voltage amplifier 48. Ultrasonic transducers are commercially available (for example, from Hielscher USA, Inc. of Ringmadeira, New Jersey) that are capable of delivering a continuous power of 16 kilowatts.
[00618] A energia ultra-sônica que trafega através do amplificador de voltagem 1248 no volume do reator 1244 cria uma série de compressões e rarefações na corrente de processo1216 com uma intensidade suficiente para criar cavitação na corrente de processo1216. Cavitação desagrega os componentes do estoque de alimentação de biomassa incluindo, por exemplo, material celulósico e lignocelulósico disperso na corrente de processo 1216 (por exemplo, pasta). Cavitação também produz radicais livres na água da corrente de processo 1216 (por exemplo, pasta). Esses radicais livres atuam para decompor adicionalmente o material celulósico na corrente de processo 1216. Em geral, cerca de 250 MJ/m3 de energia ultra-sônica são aplicados para processar a corrente 1216 contendo fragmentos de lascas de[00618] The ultrasonic energy that travels through the voltage amplifier 1248 in the volume of the reactor 1244 creates a series of compressions and rarefactions in the process current1216 with an intensity sufficient to create cavitation in the process current1216. Cavitation disaggregates the components of the biomass feed stock including, for example, cellulosic and lignocellulosic material dispersed in process stream 1216 (for example, pulp). Cavitation also produces free radicals in the water of the 1216 process stream (for example, paste). These free radicals act to further decompose the cellulosic material in process stream 1216. In general, about 250 MJ / m 3 of ultrasonic energy is applied to process stream 1216 containing fragments of slivers of
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 205/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 205/258
200/204 álamo. Outros níveis de energia ultra-sônica (entre cerca de 5 e cerca de 4000 MJ/m3, por exemplo, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 ou 3000) podem ser aplicados a outros estoques de alimentação de biomassa. Após exposição à energia ultra-sônica no volume do reator 1244, a corrente de processo1216 sai da célula de fluxo 24 através da saída 1222.200/204 poplar. Other levels of ultrasonic energy (between about 5 and about 4000 MJ / m 3 , for example, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 or 3000) can be applied to other stocks biomass feed. After exposure to ultrasonic energy in reactor volume 1244, process current 1216 leaves flow cell 24 through outlet 1222.
[00619] A célula de fluxo 1224 também inclui um permutador de calor 1246 em comunicação térmica com pelo menos uma porção do volume do reator 1244. Fluido de resfriamento 1248 (por exemplo, água) flui para o permutador de calor 1246 e absorve o calor gerado quando a corrente de processo1216 (por exemplo, pasta) é submetida a ultrassom no volume do reator 1244. Em algumas modalidades, o fluxo de fluido de resfriamento 1248 para o permutador de calor 1246 é controlado para manter uma temperatura aproximadamente constante no volume do reator 1244. Além disso ou alternativamente, a temperatura de fluido de resfriamento 1248 que flui para o permutador de calor 1246 é controlada para manter uma temperatura aproximadamente constante no volume do reator 1244.[00619] Flow cell 1224 also includes a heat exchanger 1246 in thermal communication with at least a portion of reactor volume 1244. Cooling fluid 1248 (eg water) flows into heat exchanger 1246 and absorbs heat generated when process stream 1216 (for example, slurry) is ultrasounded in reactor 1244 volume. In some embodiments, the flow of cooling fluid 1248 to heat exchanger 1246 is controlled to maintain an approximately constant temperature in the volume of the reactor 1244. In addition or alternatively, the temperature of cooling fluid 1248 flowing to heat exchanger 1246 is controlled to maintain an approximately constant temperature in the volume of reactor 1244.
[00620] A saída 1242 da célula de fluxo 1224 está disposta próximo da parte inferior do reservatório 1214 para induzir à alimentação por gravidade da corrente de processo 1216 (por exemplo, pasta) para fora do reservatório 1214 em direção à entrada de uma segunda bomba 1230 a qual bombeia corrente de processo1216 (por exemplo, pasta) em direção ao sub-sistema de processo primário.[00620] Output 1242 of flow cell 1224 is arranged near the bottom of reservoir 1214 to induce gravity feeding of process stream 1216 (e.g., slurry) out of reservoir 1214 towards the entrance of a second pump 1230 which pumps process stream1216 (eg, slurry) towards the primary process subsystem.
[00621] Sistemas de ultrassom podem incluir um único trajeto de fluxo (conforme descrito acima) ou múltiplos trajetos de fluxo paralelos cada um com uma unidade de ultrassom individual associada. Múltiplas unidades de ultrassom também podem estar dispostas em série para aumentar a quantidade de energia sônica aplicada à pasta. Processos Primários[00621] Ultrasound systems can include a single flow path (as described above) or multiple parallel flow paths each with an associated individual ultrasound unit. Multiple ultrasound units can also be arranged in series to increase the amount of sonic energy applied to the paste. Primary Processes
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 206/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 206/258
201/204 [00622] Um filtro do tipo tambor giratório a vácuo remove os sólidos da pasta antes de fermentação. O líquido do filtro é bombeado frio antes de entrar nos fermentadores. Os sólidos filtrados são passados para o sub-sistema pós-processamento para processamento adicional. [00623] Os tanques de fermentação são grandes vasos de aço inoxidável de baixa pressão com agitadores de baixa velocidade e fundo cônico. Tanques de fermentação com múltiplos primeiros estágios podem ser dispostos em série. A temperatura nos tanques de fermentação de primeiro estágio é controlada em 30 graus centígrados usando permutadores de calor externos. Levedo é adicionado ao tanque de fermentação de primeiro estágio na parte superior de cada série de tanques e transporta o mesmo através dos outros tanques na série. [00624] Fermentação de segundo consiste em dois fermentadores contínuos em série. Ambos os fermentadores são continuamente agitados com misturadores mecânicos de baixa velocidade. A temperatura é controlada com água resfriada em permutadores externos com recirculação contínua. Bombas de recirculação são do tipo com cavidade progressiva em virtude da alta concentração de sólidos.201/204 [00622] A rotary vacuum drum filter removes the solids from the paste before fermentation. The filter liquid is pumped cold before entering the fermenters. The filtered solids are passed to the post-processing subsystem for further processing. [00623] The fermentation tanks are large low pressure stainless steel vessels with low speed agitators and tapered bottom. Fermentation tanks with multiple first stages can be arranged in series. The temperature in the first stage fermentation tanks is controlled to 30 degrees centigrade using external heat exchangers. Yeast is added to the first stage fermentation tank at the top of each series of tanks and transports it through the other tanks in the series. [00624] Second fermentation consists of two continuous fermenters in series. Both fermenters are continuously stirred with low speed mechanical mixers. The temperature is controlled with water cooled in external exchangers with continuous recirculation. Recirculation pumps are of the progressive cavity type due to the high concentration of solids.
[00625] Gás de escapamento dos tanques de fermentação e fermentadores são combinados e lavados em uma coluna de água contra-corrente antes de serem liberados para a atmosfera. O gás de escapamento é lavado para recuperar etanol ao invés de controlar emissões de ar.[00625] Exhaust gas from fermentation tanks and fermenters are combined and washed in a column of counter-current water before being released into the atmosphere. The exhaust gas is flushed to recover ethanol instead of controlling air emissions.
Pós-ProcessamentoPost-Processing
Destilação [00626] Destilação e adsorção em peneira molecular são usadas para recuperar etanol da levedura de fermentação bruta e produzir etanol a 99,5%. A destilação é realizada em duas colunas - a primeira, denominada a coluna de levedura, remove o CO2 dissolvido e a maioria da água e a segunda concentra o etanol para uma composiçãoDistillation [00626] Distillation and adsorption on a molecular sieve are used to recover ethanol from crude fermentation yeast and produce 99.5% ethanol. Distillation is carried out in two columns - the first, called the yeast column, removes dissolved CO 2 and most of the water and the second concentrates ethanol for a composition
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 207/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 207/258
202/204 quase azeotrópica.202/204 almost azeotropic.
[00627] Toda a água da mistura quase azeotrópica é removida por meio de adsorção de peneira molecular em fase vapor. Regeneração das colunas de adsorção requer que uma mistura aquosa de etanol seja reciclada à destilação para recuperação.[00627] All the water in the almost azeotropic mixture is removed by means of adsorption of molecular sieve in vapor phase. Regeneration of the adsorption columns requires an aqueous ethanol mixture to be recycled to distillation for recovery.
[00628] Ventilações de fermentação (contendo principalmente CO2, mas também um pouco de etanol), bem como a ventilação da coluna de levedura são purificadas em um purificador de água, recuperando quase todo o etanol. O efluente do purificador é alimentado à primeira coluna de destilação junto com a levedura de fermentação.[00628] Fermentation vents (containing mainly CO 2 , but also a little ethanol), as well as the ventilation of the yeast column are purified in a water purifier, recovering almost all of the ethanol. The effluent from the purifier is fed to the first distillation column along with the fermentation yeast.
[00629] A parte inferior da primeira destilação contém todos os sólidos insolúveis e dissolvidos não convertidos. Os sólidos insolúveis são desidratados por um filtro de pressão e enviados a um combustor. O líquido do filtro de pressão que não é reciclado é concentrado em um evaporador de efeito múltiplo usando calor residual da destilação. O xarope concentrado do evaporador é misturado com os sólidos que são enviados ao combustor e o condensado evaporado é usado como água de reciclagem relativamente limpa para o processo.[00629] The bottom part of the first distillation contains all the insoluble and dissolved solids not converted. Insoluble solids are dehydrated by a pressure filter and sent to a combustor. The pressure filter liquid that is not recycled is concentrated in a multi-effect evaporator using residual heat from the distillation. The evaporator's concentrated syrup is mixed with the solids that are sent to the combustion and the evaporated condensate is used as relatively clean recycling water for the process.
[00630] Em virtude do fato de que a quantidade de água de vinhaça que pode ser reciclada ser limitada, um evaporador é incluído no processo. A quantidade total de água de um filtro de pressão que é diretamente reciclada é configurada a 25%. Sais orgânicos, tais como acetato ou lactato de amônio, componentes da água de maceração não utilizados pelo organismo ou compostos inorgânicos na biomassa se encontram nessa corrente. Reciclagem de muito desse material pode resultar em níveis de resistência iônica e pressão osmótica que pode ser prejudicial à eficiência do organismo de fermentação. Para a água que não é reciclada, o evaporador concentra os sólidos dissolvidos em um xarope que pode ser enviado ao combustor, minimizando a carga para tratamento de água residual.[00630] Due to the fact that the amount of vinasse water that can be recycled is limited, an evaporator is included in the process. The total amount of water in a pressure filter that is directly recycled is set at 25%. Organic salts, such as ammonium acetate or lactate, components of the maceration water not used by the organism or inorganic compounds in the biomass are found in this stream. Recycling too much of this material can result in levels of ionic resistance and osmotic pressure that can be detrimental to the efficiency of the fermentation organism. For water that is not recycled, the evaporator concentrates the dissolved solids in a syrup that can be sent to the combustor, minimizing the load for wastewater treatment.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 208/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 208/258
203/204203/204
Tratamento de águas residuais [00631] A seção de tratamento de águas residuais trata a água de processo para reutilização a fim de reduzir os requisitos de água de composição da fábrica. A água residual é inicialmente separada para remover grandes partículas, as quais são coletadas em um depósito alimentador e enviadas para um aterro. A separação é seguida por digestão anaeróbica e aeróbica para digerir a matéria orgânica na corrente. Digestão anaeróbica produz uma corrente de biogás que é rica em metano, a qual é alimentada ao combustor. Digestão aeróbica produz uma corrente de água relativamente clara para reutilização no processo, bem como um sedimento que é primariamente composto de massa celular. O sedimento é também queimado no combustor. Esse esquema de separação / digestão anaeróbica / digestão aeróbica é padrão dentro da indústria de etanol atual e unidades na faixa de 1-5 milhões de galões por dia podem ser obtidas como unidades off-theshelf dos vendedores.Wastewater treatment [00631] The wastewater treatment section treats process water for reuse to reduce the plant's composition water requirements. The wastewater is initially separated to remove large particles, which are collected in a feeder and sent to a landfill. The separation is followed by anaerobic and aerobic digestion to digest organic matter in the stream. Anaerobic digestion produces a biogas stream that is rich in methane, which is fed to the combustion. Aerobic digestion produces a relatively clear stream of water for reuse in the process, as well as a sediment that is primarily composed of cell mass. The sediment is also burned in the combustor. This separation / anaerobic digestion / aerobic digestion scheme is standard within the current ethanol industry and units in the range 1-5 million gallons per day can be obtained as off-the-shelf units from vendors.
Combustor, Caldeira e Turbo-gerador [00632] A finalidade do sub-sistema de combustor, boiler e turbogerador é queimar várias correntes de subproduto para geração de vapor e eletricidade. Por exemplo, um pouco de lignina, celulose e hemicelulose permanece não convertida através do pré-tratamento e processos primários. A maioria da água residual do processo é concentrada até um xarope em sólidos solúveis. Digestão anaeróbica da água residual restante produz um biogás com alto teor de metano. Digestão aeróbica produz uma pequena quantidade de biomassa residual (sedimento). Queima dessas correntes de subproduto para gerar vapor e eletricidade permite que a fábrica seja auto-suficiente em energia, reduz os custos de descarte de resíduos sólidos e gera recursos adicionais através de venda da eletricidade em excesso.Combustor, Boiler and Turbo-generator [00632] The purpose of the combustion, boiler and turbogenerator subsystem is to burn various by-product streams for steam and electricity generation. For example, some lignin, cellulose and hemicellulose remains unconverted through pretreatment and primary processes. Most of the waste water from the process is concentrated to a syrup in soluble solids. Anaerobic digestion of the remaining waste water produces biogas with a high methane content. Aerobic digestion produces a small amount of residual biomass (sediment). Burning these by-product streams to generate steam and electricity allows the plant to be self-sufficient in energy, reduces solid waste disposal costs and generates additional resources by selling excess electricity.
[00633] Três correntes de combustível primárias (sólidos de pósPetição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 209/258[00633] Three primary fuel streams (powder solidsPetition 870170006381, from 01/30/2017, page 209/258
204/204 destilado, biogás e xarope do evaporador) são alimentados a um combustor de leito fluidizado em circulação. A pequena quantidade de biomassa residual (sedimento) de tratamento de águas residuais é também enviada ao combustor. Um ventilador move o ar para a câmara de combustão. Água tratada entra no circuito do permutador de calor no combustor e é evaporada e superaquecida para 510°C (95013) e vapor a 86 atm (1265 psia). Gás combustível do combustor préaquece o ar de combustão na entrada e, então, entra em um alojamento para remover partículas, as quais são aterradas. O gás é liberado através de uma chaminé.204/204 distillate, biogas and evaporator syrup) are fed to a circulating fluidized bed combustor. The small amount of residual biomass (sediment) from wastewater treatment is also sent to the combustor. A fan moves the air into the combustion chamber. Treated water enters the heat exchanger circuit in the combustor and is evaporated and superheated to 510 ° C (9501 3 ) and steam at 86 atm (1265 psia). Combustible gas from the combustor preheats the combustion air at the entrance and then enters a housing to remove particles, which are grounded. The gas is released through a chimney.
[00634] Uma turbina e gerador com múltiplos estágios são usados para gerar eletricidade. Vapor é extraído da turbina em três diferente condições para injeção no reator pré-tratamento e permuta de calor em destilação e evaporação. O vapor restante é condensado com água de resfriamento e retornado para o sistema de água de alimentação da caldeira junto com condensado dos vários permutadores de calor no processo. Água de poço tratada é usada como composição para substituir o vapor usado na injeção direta.[00634] A turbine and generator with multiple stages are used to generate electricity. Steam is extracted from the turbine in three different conditions for injection into the pretreatment reactor and heat exchange in distillation and evaporation. The remaining steam is condensed with cooling water and returned to the boiler feed water system along with condensate from the various heat exchangers in the process. Treated well water is used as a composition to replace the steam used for direct injection.
OUTRAS MODALIDADES [00635] Uma série de modalidades da invenção foram descritas. Todavia, deve ser entendido que várias modificações podem ser feitas sem se desviar do espírito e escopo da invenção.OTHER MODALITIES [00635] A number of modalities of the invention have been described. However, it should be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
[00636] Consequentemente, outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações a seguir.[00636] Consequently, other modalities are within the scope of the following claims.
Petição 870170006381, de 30/01/2017, pág. 210/258Petition 870170006381, of 01/30/2017, p. 210/258
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