EA027250B1 - Охлаждение и обработка материалов - Google Patents

Охлаждение и обработка материалов Download PDF

Info

Publication number
EA027250B1
EA027250B1 EA201170212A EA201170212A EA027250B1 EA 027250 B1 EA027250 B1 EA 027250B1 EA 201170212 A EA201170212 A EA 201170212A EA 201170212 A EA201170212 A EA 201170212A EA 027250 B1 EA027250 B1 EA 027250B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
cooling
processing
grinding
components
materials
Prior art date
Application number
EA201170212A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201170212A1 (ru
Inventor
Маршалл Медофф
Original Assignee
Ксилеко, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ксилеко, Инк. filed Critical Ксилеко, Инк.
Publication of EA201170212A1 publication Critical patent/EA201170212A1/ru
Publication of EA027250B1 publication Critical patent/EA027250B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B02C19/186—Use of cold or heat for disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C11/00—Other auxiliary devices or accessories specially adapted for grain mills
    • B02C11/08—Cooling, heating, ventilating, conditioning with respect to temperature or water content
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/20—Disintegrating by grating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/44—Cooling or heating rollers or bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/11—Details
    • B02C7/17—Cooling or heating of discs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/28—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/14—Multiple stages of fermentation; Multiple types of microorganisms or re-use of microorganisms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/16—Butanols
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B02C2019/183—Crushing by discharge of high electrical energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2397/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
    • C08J2397/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1011—Biomass
    • C10G2300/1014—Biomass of vegetal origin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1033—Oil well production fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

Раскрываются системы и способы охлаждения и обработки материалов.

Description

Материалы, такие как биомасса и другие материалы, такие как нефтепродукты, могут перерабатываться для изменения их структуры на одном или более уровнях охлаждением или обработкой. Обработанные материалы могут затем использоваться, например, как источники других материалов и топлива.
Многие варианты осуществления данной заявки используют Ыа1ига1 Ротсе™ сНстМгу. Способы №-Цига1 Рогсе™ сНетМгу используют управляемое применение и манипулирование физическими силами, такими как пучок частиц, сила тяжести, свет, температура и т.д., чтобы направленно создать требуемое структурное и химическое молекулярное изменение.
Присутствие лигнина во многих видах биомассы, включающих целлюлозную и лигноцеллюлозную биомассу, может усложнить работу по изменению биомассы в форму промежуточного сырья для конверсии в более простые сахара и, в конечном итоге, продукты, такие как спирты. В результате, выход продуктов, таких как этанол, получаемых из биомассы, может быть меньше (а в некоторых случаях значительно меньше), чем максимальные теоретические выходы таких продуктов.
Способы, раскрываемые здесь, используют охлаждение и обработку материалов, например криогенное охлаждение отдельно или в сочетании с одной или более другими технологиями обработки, такими как один или более этапов обработки, которые могут включать, например, измельчение, размалывание, перемешивание, истирание, дробление, нарезание, водную резку, газовую резку, паровую резку, один или более этапов обработки облучением (например, воздействие заряженными частицами, такими как электроны и/или ионы), один или более этапов ультразвуковой обработки, один или более этапов химической обработки (например, с использованием агентов, таких как кислоты, основания, окислительные агенты, восстановительные агенты и/или растворители) и/или один или более этапов термической обработки (например, пиролиз в присутствии окислительных и/или других агентов и/или в условиях пониженного давления). Эти другие технологии обработки при применении могут осуществляться перед, в течение или после охлаждения.
Путем охлаждения биомассы или другого материала хрупкость различных компонентов биомассы или другого материала (например, гемицеллюлозы и/или лигнина, и/или белков и/или минералов) может увеличиваться, тем самым значительно повышая эффективность технологии обработки, которая используется для изменения материала. Путем увеличения хрупкости материалов материалы могут разрушаться (например, края волокон могут разрушаться) или расщепляться в результате различных этапов обработки. Разрушение может быть, например, микроразрушением.
В дополнение, охлаждение материалов может иметь другие эффекты, которые возникают из разности скоростей расширения и/или сокращения различных компонентов материала. Например, некоторые компоненты (например, лигнин в присутствии воды) могут сокращаться или расширяться при больших скоростях или в разных количествах, нежели другие компоненты (например, гемицеллюлоза, целлюлоза), с которыми они связаны. В результате, подвергаемый воздействию материал может размягчаться, способствуя разделению (например, фазовому разделению, расслоению, межфазному расщеплению, расщеплению или разрушению, например микроразрушению) его различных компонентов. Эти процессы, которые могут происходить независимо от других технологий обработки или в сочетании с другими технологиями обработки, могут также увеличивать выходы продуктов, например этанола, получаемого из гемицеллюлозы или целлюлозы, который также может выделяться из лигнина. Отделение лигнина от материалов уменьшает неподатливость материалов, облегчая конверсию целлюлозных компонентов материала в сахарный раствор (осахаривание целлюлозы энзимами). Не желая быть связанными теорией, полагают, что разрыв материала может позволять энзимам пронизывать материал в местах разрыва, тем самым ускоряя осахаривание. Осахаренный материал может затем превращаться в продукт, например ферментироваться в этанол.
Когда охлаждение сочетается с другими технологиями переработки, например облучением и/или окислением, то другие технологии могут использоваться в меньшем объеме для получения эквивалентных результатов. Например, когда охлаждение используется с облучением, то облучение может применяться в более низкой дозе, чтобы обеспечить ту же самую степень уменьшения неподатливости.
В течение различных технологий обработки, которые применяются, чтобы изменять и/или превращать материалы в другие материалы, в материалах может генерироваться значительное количество тепла. Во избежание сгорания или в других случаях инициирования нежелательных термических превращений материалов могут использоваться способы охлаждения, раскрываемые здесь, чтобы рассеивать или отводить избыток тепла. Степень охлаждения (например, количество тепла, отводимого от материала) может варьироваться соответственно количеству тепла, генерируемого в течение обработки материала. Степень охлаждения может также регулироваться, чтобы корректировать некоторые свойства биомассового материала, такие как хрупкость, для улучшения эффективности некоторых последующих этапов обработки. Например, растирание гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина и разделение этих компонентов
- 1 027250 может быть повышено способами, раскрываемыми здесь.
Способы охлаждения и обработки могут также использоваться, чтобы обрабатывать другие виды материалов (например, нефтесодержащие материалы). Различные виды нефтесодержащих материалов, включающие тяжелые и легкие сырые нефти, природный газ, нефтеносные пески, горючий сланец, битуминозные пески, битум, уголь и/или различные углеводородные смеси, могут охлаждаться и обрабатываться с использованием способов, раскрываемых здесь, чтобы способствовать выделению, расщеплению, размельчению, разделению и очистке различных компонентов материала и чтобы регулировать температуру в течение процессов переработки, конверсии и очистки, таких как крекинг, риформинг (каталитический и некаталитический), дистилляция и каталитическая конверсия.
Используемый здесь криогенный материал является материалом при температуре 200 К или меньше (например, 170 К или меньше, 150 К или меньше, 130 К или меньше, 120 К или меньше, 110 К или меньше, 100 К или меньше, 90 К или меньше, 80 К или меньше, 70 К или меньше, 60 К или меньше, 50 К или меньше, 40 К или меньше, 30 К или меньше). Таким образом, например, криогенная жидкость является жидкостью, имеющей температуру 200 К или меньше.
Как будет обсуждаться в следующих деталях ниже, для охлаждения могут использоваться различные материалы, включающие, например, жидкий азот, диоксид углерода и лед.
Способы, раскрываемые здесь, могут производить частицы материалов (например, волокна), имеющие соотношение длины к диаметру 5:1 или больше (например, 6:1 или больше, 8:1 или больше, 10:1 или больше, 12:1 или больше, 15:1 или больше, 20:1 или больше).
Способы, раскрываемые здесь, могут также производить частицы, имеющие наибольший диаметр, менее чем, например, 2000, 1000, 750, 500, 250, 100, 50, 25, 20, 10, 5 или даже 1 нм.
Способы, раскрываемые здесь, могут производить материалы, имеющие уменьшенную объемную плотность. Например, объемная плотность материалов, производимых с использованием способов, раскрываемых здесь, может быть 0,8 г/см3 или меньше (например, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 или меньше, например 0,1 г/см3).
Способы, раскрываемые здесь, могут производить материалы, имеющие относительно тонкие поперечные сечения благодаря совместным действиям охлаждения материала для увеличения их хрупкости и обработке материалов с использованием одной или более технологий, раскрываемых здесь. В основном материалы, имеющие тонкое поперечное сечение, могут охлаждаться более эффективно, чем материалы, имеющие более толстые поперечные сечения; в результате, затраты (например, энергопотребление) на переработку материалов (например, конкретно затраты на энергопотребление в технологиях обработки) могут быть сокращены.
В одном аспекте изобретение отражает способ, который включает охлаждение материала, имеющего более чем один компонент, и поверхность между компонентами до температуры, при которой компоненты разделяются на поверхности. Охлажденный материал может затем обрабатываться, чтобы получить продукт, который отличается, например химически отличается, от материала как такового. Например, биомасса может охлаждаться и затем обрабатываться для получения этанола.
Некоторые осуществления включают один или более следующих отличительных признаков. Материал может быть или включать биомассу, например в некоторых случаях материал включает лигноцеллюлозные материалы. Компоненты могут содержать лигнин и целлюлозу. Температура может быть меньшей или равной точке хрупкости материала. Способ может далее включать облучение материала, например облучение электронным пучком. Способ может далее включать механическую обработку материала, например, путем измельчения, размалывания или растирания. Например, механическая обработка может включать измельчение замораживанием или размалывание замораживанием. Охлаждение может включать предварительное охлаждение материала перед измельчением замораживанием или размалыванием замораживанием. Компоненты могут иметь различные коэффициенты термического расширения. Способ может включать цикличное изменение температуры. Материал может быть или включать углеводородсодержащий материал.
В другом аспекте изобретение отражает способ, включающий обработку материала для получения продукта, материал получается обработкой исходного материала для охрупчивания исходного материала и переработкой охрупченного материала для получения продукта, отличного от охрупченного материала. В некоторых осуществлениях способ далее включает измельчение или растирание охрупченного материала.
Некоторые осуществления включают один или более отличительных признаков. Обработка может включать охлаждение исходного материала. Альтернативно или в дополнение, обработка может включать облучение или окисление материала. Исходный материал может включать биомассу или углеводородсодержащий материал. Обработка и измельчение или растирание могут производиться одновременно, например, в устройстве измельчения замораживанием или размалывания замораживанием. Переработка материала может включать контактирование материала с энзимом и/или микроорганизмом. Обработка может включать цикличное изменение температуры исходного материала. Биомасса может включать лигноцеллюлозный материал, а способ может далее включать отделение лигнина от целлюлозы.
- 2 027250
В следующем аспекте изобретение отражает способ, который включает охлаждение биомассового материала для уменьшения неподатливости материала и после охлаждения обработку охлажденного материала для получения продукта, который отличается, например химически отличается, от биомассового материала. В некоторых осуществлениях обработка включает контактирование материала с энзимом и/или микроорганизмом, например осахаривание материала энзимом или ферментацию материала микроорганизмом.
Некоторые осуществления включают один или более следующих отличительных признаков. Материал может включать целлюлозу, а контактирование материала может включать использование энзима для осахаривания целлюлозы. Способ может далее включать облучение биомассового материала. Охлаждение может осуществляться в оборудовании измельчения замораживанием или размалывания замораживанием. Контактирование материала может включать использование микроорганизма для получения спирта. Охлаждение может включать охлаждение материала до температуры ниже точки хрупкости материала.
В других аспектах изобретение отражает способ, который включает обработку, такую как путем механической обработки, биомассового материала или нефтесодержащего материала для уменьшения размера, такого как размер частиц биомассового материала или нефтепродукта, и/или охлаждение материала до температуры 273 К или меньше перед обработкой или поддержание материала при температуре 273 К или меньше в течение обработки.
В некоторых осуществлениях способ далее включает контактирование обработанного материала с энзимом и/или микроорганизмом. В некоторых случаях способ включает ультразвуковую обработку материала и/или обработку материала заряженными частицами. Охлаждение может охрупчивать материал, что может являться причиной разделения компонентов материала на поверхности.
Изобретение также отражает продукты, формируемые любыми способами, описываемыми здесь.
Если не характеризуется иное, то все технические и научные термины, используемые здесь, имеют одно и то же значение, как обычно понимается средним специалистом в области техники, к которой данное изобретение относится. Хотя способы и материалы, похожие или эквивалентные описываемым здесь, могут использоваться на практике или испытании настоящего раскрытия, но подходящие способы и материалы описываются ниже. Все публикации, патентные заявки, патенты и другие ссылки, упоминаемые здесь, включаются ссылкой во всей их полноте. В случае конфликта настоящее описание, включающее определения, будет контролировать. В дополнение материалы, способы и примеры являются только иллюстративными и не предназначены быть ограничивающими.
Заявка на данное изобретение включает ссылкой здесь полное содержание каждой из следующих заявок: АО 2008/073186 и И8 номера заявок 12/417699, 12/417707, 12/417720, 12/417723, 12/417731, 12/417786, 12/417840, 12/417880, 12/417900, 12/417904, 12/429045 и 12/486436.
Другие отличительные признаки и преимущества станут понятными из описания, чертежей и формулы изобретения.
Описание чертежей
Фиг. 1 - блок-схема, отражающая систему обработки биомассы.
Фиг. 2 - блок-схема, отражающая систему обработки биомассы.
Фиг. 3 - принципиальная схема, отражающая размалывающее устройство.
Подробное описание
Некоторые виды материалов, включающие целлюлозные и/или лигноцеллюлозные материалы, могут содержать значительные фракции лигнина, связанного с целлюлозой и/или гемицеллюлозой в сложной полимерной каркасной структуре. Не желая быть связанными теорией, некоторые сведения дают возможность предположить, что лигнин может быть связан ковалентно и с целлюлозой, и с гемицеллюлозой в материалах (см., например, КагПкои е! а1., 1оигиа1 о! Ри1р апЛ Рарег §с1еисе, 27: 196-201 (2001)). Далее было вообще замечено, что отделение лигнина от целлюлозы и/или гемицеллюлозы повышает выходы сахаров, спиртов и других продуктов, производимых дальнейшей переработкой целлюлозы и/или гемицеллюлозы. Далее, отделение лигнина от целлюлозы и гемицеллюлозы создает ценный побочный продукт - лигнин как таковой.
Примеры биомассовых материалов могут включать биомассовый материал, который является или включает карбогидраты, состоящие полностью из одной или более сахаридных единиц или включающие одну или более сахаридных единиц, и может обрабатываться любыми способами, описываемыми здесь. Например, биомассовый материал может быть целлюлозным или лигноцеллюлозным материалами, крахмалистыми материалами, такими как зерна кукурузы, зерна риса или других продуктов, или материалами, которые являются или которые включают один или более низкомолекулярных сахаров, таких как сахароза или целлобиоза.
Например, такие биомассовые материалы могут включать бумагу, бумажные продукты, дерево, древовидные материалы, прессованную древесину, травы, рисовую шелуху, багассу, хлопок, джут, коноплю, лен, бамбук, сизаль, абаку, солому, стержни кукурузных початков, рисовую шелуху, кокосовое волокно, водоросли, морские водоросли, хлопок, синтетическую целлюлозу или смеси любых из них.
- 3 027250
Биомасса также включает источники целлюлозного волокна, включающие бумагу и бумажные продукты (например, многослойная бумага или крафт-бумага), и источники лигноцеллюлозного волокна, включающие дерево и древовидные материалы, например прессованную древесину. Еще другая биомасса включает источники природного волокна, например травы, рисовую шелуху, багассу, хлопок, джут, коноплю, лен, бамбук, сизаль, абаку, солому, стержни кукурузных початков, рисовую шелуху, кокосовое волокно; волокнистые источники высокого содержания α-целлюлозы, например хлопок, и источники синтетического волокна, например экструдированное волокно (ориентированное волокно и неориентированное волокно). Природные или синтетические источники могут получаться из первичных отходов текстильных материалов, например обрезков, или они могут быть потребительскими отходами, например ветошью. При использовании бумажных продуктов они могут быть первичными материалами, например отходы первичных материалов, или они могут быть потребительскими отходами. Помимо первичных сырых материалов, также могут использоваться потребительские промышленные (например, отбросы) и переработанные отходы (например, сточные воды бумажного производства). Также волокнистый источник может получаться или производиться из человеческих (например, бытовые сточные воды) животных или растительных отходов. Дополнительные источники биомассы были описаны в υδ, номера патентов 6448307,6258876, 6207729, 5973035 и 5952105.
Отделение лигнина от целлюлозы и/или гемицеллюлозы может быть и требующим много времени, и затратным. Обрабатывающие технологии, включающие способы, такие как измельчение и размалывание, могут ограничиваться в их эффективности сильными связями, которые связывают лигнин и целлюлозу или гемицеллюлозу.
Многие способы обработки, включающие механические способы, воздействие облучением, обработку ультразвуком и даже некоторые этапы химической обработки, генерируют тепло в материале. Несмотря на то что дополнительное технологическое тепло может быть выгодным в некоторых вариантах осуществления, но большие количества тепла, генерируемого некоторыми этапами обработки, могут также приводить к термическим изменениям целлюлозы и/или гемицеллюлозы, сокращая выход сахаров, спиртов и других продуктов, производимых из целлюлозы и/или гемицеллюлозы.
Кроме того, например, когда лигнин нагревается (например, технологическим теплом, генерируемым в течение этапов обработки) около температуры стеклования, то лигнин может становиться более мягким и более деформируемым (например, наименее хрупким) и, следовательно, более трудным для обработки.
Способы, раскрываемые здесь, используют технологии охлаждения, например технологии криогенного охлаждения, например, чтобы быть уверенным в том, что нежелательное термическое разложение, например, целлюлозы и/или гемицеллюлозы не происходит в течение обработки материала. Охлаждение также может использоваться для регулирования свойств материала, чтобы улучшить эффективность разделения, например, лигнина от целлюлозы и/или гемицеллюлозы.
Конкретно, способы охлаждения, раскрываемые здесь, могут использоваться по одному или в сочетании для увеличения хрупкости материалов, делая охлажденные материалы более поддающимися разделению посредством одного или более способов обработки, таких как один или более этапов обработки (например, измельчение, размалывание, перемешивание, истирание, дробление, нарезание), один или более этапов обработки облучением (например, воздействие заряженными частицами, такими как электроны и/или ионы), один или более этапов ультразвуковой обработки, один или более этапов химической обработки (например, с использованием агентов, таких как кислоты, основания, окислительные агенты, восстановительные агенты и/или растворители) и/или один или более этапов термической обработки (например, пиролиз в присутствии окислительных и/или других агентов и/или в условиях пониженного давления). Посредством увеличения хрупкости материала охлаждением и улучшением эффективности, с которой материал может обрабатываться охлаждением, например растиранием или разделением, затраты на обработку (например, энергозатраты на обработку) могут сократиться и предполагаемые выходы продукта могут увеличиваться.
Кроме того, когда охлаждается многокомпонентный материал, то различные его компоненты будут сокращаться и/или расширяться при разных скоростях и/или в различных количествах. В некоторых вариантах осуществления данный процесс может приводить к разрыву химических связей в материале. Например, это охлаждающее действие может вносить напряженное состояние между связанными компонентами, приводя к процессам, таким как расслоение, разрыв, отслоение, разложение и разделение связанных компонентов. В результате, эффективность, с которой компоненты могут разделяться, и выходы различных предопределенных продуктов, производимых из материала, могут увеличиваться или уменьшаться, или поддерживаться в равновесии.
Охлаждение, одно или в сочетании с другими обработками, такими как облучение и/или окисление, может использоваться, чтобы контролировать функционализацию волокнистого материала, т.е. функциональные группы, которые представлены на или в пределах материала. Функционализация материала может увеличить растворимость и/или диспергируемость и может сделать материал более поддающимся конверсии энзимами и/или микроорганизмами.
- 4 027250
В некоторых вариантах осуществления после того как материал обрабатывается от примерно 1 из каждых 2 до примерно 1 из каждых 250 сахаридных единиц, включают карбоксикислотную группу или ее сложный эфир или соль, тогда как нативный или непереработанный базовый материал может иметь менее чем 1 одну карбоксикислотную группу на 300 сахаридных единиц. В других вариантах осуществления от примерно 1 из каждых 5 до примерно 1 из каждых 250 сахаридных единиц, например, 1 из каждых 8 до примерно 1 из каждых 100 единиц или от 1 из каждых 10 до примерно 1 из каждых 50 единиц включают карбоксикислотную группу или ее эфир, или соль.
В некоторых вариантах осуществления в облученном материале от примерно 1 из каждых 5 до примерно 1 из каждых 1500 сахаридных единиц включают нитрильную группу, нитрозогруппу или нитрогруппу. В других вариантах осуществления от примерно 1 из каждых 10 до примерно 1 из каждых 1000 сахаридных единиц, например, 1 из каждых 25 до примерно 1 из каждых 1000 единиц или от 1 из каждых 35 до примерно 1 из каждых 750 единиц включают нитрильную группу, нитрозогруппу или нитрогруппу.
В некоторых вариантах осуществления сахаридные единицы включают смеси карбоксикислотных групп, нитрильных групп, нитрозогрупп и нитрогрупп. Смешанные группы могут повышать растворимость целлюлозного или лигноцеллюлозного материала. Обработанный материал может также включать функциональные группы, выбираемые из группы, состоящей из альдегидных групп, кетоновых групп, аминогрупп, алкиламиногрупп, алкильных групп, хлоралкильных групп, хлорфторалкильных групп и енольных групп.
Фиг. 1 показывает блок-схему системы обработки биомассы 100. Система 100 включает установку хранения материала 102, первую подсистему обработки материала 104, охлаждающий трубопровод 105, вторую подсистему обработки материала 108, резервуар обработанного материала 110 и установку подачи охлаждающей жидкости 112. В течение операции материал, хранящийся в установке 102, посредством трубопровода 114 транспортируется в первую подсистему обработки материала 104.
Подсистема 104 может включать множество различных установок переработки. Например, в некоторых вариантах осуществления подсистема 104 может включать одну или более установок механической обработки (например, установки измельчения, установки перемешивания, установки размалывания, установки истирания, установки дробления, установки нарезания). В некоторых вариантах осуществления подсистема 104 может включать одну или более установок обработки облучением. Установки обработки облучением могут включать источники заряженных частиц (например, источники электронного пучка и/или источники ионов), в которых материал облучается заряженными частицами, чтобы вызывать изменения материала. В некоторых вариантах осуществления подсистема 104 может включать одну или более установок ультразвуковой обработки, в которых материал облучается ультразвуковыми волнами для изменения материала. В некоторых вариантах осуществления подсистема 104 может включать одну или более установок пиролиза и/или одну или более установок химической обработки. В некоторых вариантах осуществления подсистема 104 может включать одну или более установок обработки паровым воздействием. В некоторых вариантах осуществления подсистема 104 может включать одну или более комбинаций этих установок обработки.
В основном подсистема 104 может включать любую одну или более из вышеуказанных установок обработки в любой комбинации. Подсистема 104 в основном устанавливается, чтобы обеспечить инициирующую стадию изменений материала, в приготовлении для дальнейших этапов обработки. В некоторых вариантах осуществления подсистема 104 может быть не представлена вообще, а материалы могут перемещаться непосредственно из установки хранения 102 в охлаждающий трубопровод 106. Фиг. 2 показывает вариант осуществления системы обработки материала, которая не включает подсистему обработки 104. Различные компоненты на фиг. 2 обсуждались выше в связи с фиг. 1, и их описания не повторяются на данном этапе.
Обращаясь вновь к фиг. 1, после того как был обработан в подсистеме 104, например, путем рубления, дробления, нарезания или шинкования, материал перемещается через трубопровод 116 в охлаждающий трубопровод 106. Установка подачи охлаждающей жидкости 112 подает охлаждающую жидкость (например, жидкий азот, и/или охлажденный газообразный азот, и/или жидкий гелий, и/или охлажденный газообразный гелий, и/или жидкий аргон и/или охлажденный газообразный аргон, и/или твердый СО2, и/или жидкий воздух, и/или охлажденный газообразный воздух) в охлаждающий трубопровод 106 посредством трубопровода 120. Материал перемещается через охлаждающий трубопровод 106 в направлении, показанном стрелкой 128. Поскольку материал движется через трубопровод 106 (например, на транспортирующем устройстве, таком как конвейерная лента или шнек), то материал охлаждается посредством теплообмена охлаждающей жидкостью, подаваемой установкой подачи охлаждающей жидкости 112.
Когда материал достигает конца охлаждающего трубопровода 106, то материал перемещается по трубопроводу 118 во вторую подсистему обработки материала 108. В некоторых вариантах осуществления установка подачи охлаждающей жидкости 112 подает охлаждающую жидкость через трубопровод 122 во вторую подсистему 108, как показано на фиг. 1. В основном вторая подсистема обработки материала 108 может включать одну или более установок обработки, раскрываемых здесь в связи с первой
- 5 027250 подсистемой обработки 104. Примеры установок обработки включают одну или более установок обработки, таких как установки измельчения, дробления или нарезания, установки обработки облучением, установки ультразвуковой обработки, установки пиролизной обработки, установки паровой обработки и установки химической обработки. Охлаждающая жидкость может рециркулироваться для дальнейшего использования в охлаждающем трубопроводе 106 посредством транспортирования жидкости через трубопровод 124.
Обработанный материал после выхода из второй подсистемы обработки 108 транспортируется в резервуар для материала 110 посредством трубопровода 126. Единовременно в резервуаре 110 материал может подвергаться дальнейшим этапам обработки, включающим любой один или более дополнительных этапов из числа раскрытых выше в связи с подсистемами обработки 104 и 108. Альтернативно или в дополнение обработанный материал может подвергаться дополнительным этапам обработки, включающим один или более процессов с использованием биологических агентов, таких как энзимы и/или микроорганизмы, такие как бактерии и/или дрожжи и различные химические реагенты, и химические составы, и растворы.
Г лавным образом способы охлаждения, раскрываемые здесь, могут использоваться с широким разнообразием различных технологий обработки биомассы и других материалов. Примеры технологий, которые могут использоваться со способами охлаждения, обсуждаемыми здесь, раскрываются, например, в следующих патентных заявках: \УО 2008/073186 и ϋδ, номера заявок 12/417699, 12/417707, 12/417720, 12/417723, 12/417731, 12/417786, 12/417840, 12/417880, 12/417900, 12/417904, 12/429045 и 12/486436. Раскрываемые способы охлаждения могут в основном использоваться перед, в течение и/или после того, как любая из технологий обработки, описанных выше, осуществлена.
Любые процессы, раскрываемые здесь, например, такие как растирание, могут в некоторых вариантах осуществления быть особенно преимущественными при применении в сочетании с одним или более способами охлаждения, например способы криогенного охлаждения. Не желая быть связанными с теорией, полагают, что увеличенная хрупкость лигноцеллюлозного материала, которая является результатом охлаждения материала, способствует, по меньшей мере частично, разделению компонентов, например на поверхности. Далее, путем увеличения хрупкости материалов полается, что технологии могут быть более эффективными при размельчении материала, в действительности материал (и на примере лигниновой фракции материала) может трансформироваться из деформируемого, гибкого полимера в стеклоподобный негнущийся материал, который может разбиваться.
Фиг. 3 отражает пример варианта осуществления размалывающей установки 200, которая может формировать части одной из двух или обеих подсистем обработки 104 и 108. Размалывающая установка 200 включает трубопровод 202, посредством которого материал транспортируется. Неподвижные лопасти 204 располагаются внутри трубопровода. Вращающиеся лопасти 206 прикрепляются к расположенному в центре валу 208. В течение операции материал размалывается посредством режущего действия лопастей 204 и 206.
Может использоваться имеющееся в продаже оборудование размалывания заморозкой, измельчения заморозкой, криоразмалывания и криоизмельчения. Такое оборудование объединяет охлаждение материала с растиранием материала. Примеры имеющихся в продаже криоизмельчающих устройств включают Ргсс/сг/МШ 6870, поставляемый δΡΕΧ СегИРгер, МеШсйеп, №ν 1егвеу, и устройства криогенного измельчения, поставляемые Ри1уа Согрогайоп, δαχοηΟυΓ^, РА. Другие поставщики включают Ай Ргобис15, Ргахай и Ай исцибе. В некоторых вариантах осуществления оборудование может включать места предварительного охлаждения, например охлаждающий конвейер, такой как охлаждаемый шнековый экструдер. В некоторых случаях жидкий азот распыляется на материал, который должен охлаждаться в месте предварительного охлаждения. Измельчение может обеспечиваться, например, возвратнопоступательным движением штифта или других элементов. Например, измельчающее устройство может быть штифтовой мельницей. Главным образом предпочтительно, чтобы температура материала отслеживалась и регулировалась посредством подачи и измельчения.
Измельчение замораживанием может объединяться с облучением, в этом случае облучение может осуществляться до, в течение или после измельчения замораживанием. В некоторых случаях измельчение замораживанием может уменьшать количество облучения, которое необходимо для уменьшения неподатливости биомассового материала или обработки углеводородсодержащего материала.
Технологии ультразвуковой обработки могут в некоторых вариантах осуществления быть особенно преимущественными при использовании в сочетании с, например, перед, сразу же после или в течение способов охлаждения, раскрываемых здесь. Главным образом ультразвуковая обработка материала эффективна при изменении материала благодаря теплу, подаваемому материалу посредством механических волн (например, звуковых волн). Когда используются способы охлаждения для снижения температуры материала, то материал становится более хрупким и менее способным деформироваться под воздействием механических волн и/или подвергаться быстрому расширению благодаря локальному нагреванию. В результате, эффективность, с которой ультразвуковая обработка эффективно изменяет материал, увеличивается.
- 6 027250
В некоторых вариантах осуществления технологии, которые используют облучение (например, электронные пучки и/или ионные пучки) для обработки материала, могут быть особенно преимущественными при использовании в сочетании с, например, перед, сразу же после или в течение охлаждения материала. Например, в некоторых вариантах осуществления материал может в первую очередь облучаться (например, в подсистеме 104) перед его охлаждением. Альтернативно, материал в первую очередь может охлаждаться и затем облучаться (например, в подсистеме 108). Доза облучения может быть, например, от примерно 0,1 до 200 Мрад, например, от примерно 10 до 100 Мрад или от примерно 30 до 90 Мрад. Облучение может подаваться на единственном этапе облучения или множественных этапах облучения, а материал может охлаждаться между этапами облучения, если желательно. Такое охлаждение описывается в ϋδ, номер заявки 12/417880.
Подвергание материала некоторым видам и дозам облучения может увеличивать хрупкость материала. Материал может охлаждаться для снижения его температуры и дальнейшего увеличения его хрупкости. В течение и/или после охлаждения материала материал может обрабатываться (например, посредством размалывания, измельчения, нарезания и других таких технологий), чтобы изменять материал при подготовке к дальнейшим этапам обработки, которые производят полезные продукты. Альтернативно или в дополнение, облучающее воздействие (например, воздействие электронного пучка и/или воздействие ионного пучка) на материал после охлаждения материала может также использоваться, чтобы дальше изменять материал и/или делать материал более хрупким. Когда используются и облучающее воздействие, и охлаждение, чтобы сделать материал более хрупким, то выходы продуктов (например, этанола и/или других спиртов) могут быть значительно увеличены, а количество энергии, требуемой для обработки материала, может быть сокращено.
В некоторых вариантах осуществления множественные стадии охлаждения и механической обработки или перемежающиеся стадии охлаждения и нагревания, например с или без дополнительной механической или другой физической обработки, могут использоваться, чтобы обрабатывать материал, например биомассу. Например, каждая последующая стадия может в дальнейшем уменьшать средний размер частиц биомассы до тех пор, пока не будет достигнут желаемый средний размер. Каждая стадия охлаждения может быть похожей или отличаться (например, система может включать множество похожих охлаждающих подсистем). В некоторых вариантах осуществления система может включать единственную подсистему охлаждения, через которую материал проходит множество раз. Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления различные стадии охлаждения (например, стадии охлаждения, которые охлаждают биомассу до различных температур, таких как постепенно понижающиеся температуры) могут использоваться, чтобы обрабатывать материал.
Схожим образом в некоторых вариантах осуществления множественные стадии механической обработки могут использоваться для обработки биомассы или других материалов, таких как нефтепродукты. Материалы могут рециркулироваться через те же самые обрабатывающие установки множество раз и/или система может включать множество механических установок. Установки могут быть похожими одна на другую или часть установок может отличаться (например, по структуре) одна от другой.
В основном широкое разнообразие различных охлаждающих жидкостей могут использоваться для охлаждения материала. В вариантах осуществления, обсуждавшихся выше, жидкий и/или холодный газообразный азот использовался как охлаждающая жидкость. Однако в некоторых вариантах осуществления могут использоваться одна или более охлаждающих жидкостей, включающих жидкий гелий, жидкий кислород, жидкий водород, жидкий воздух, другие такие жидкости и их сочетания. В некоторых вариантах осуществления жидкости могут быть газами, а не жидкостями, или могут включать твердые вещества (например, лед, твердый СО2), смешанные с или вместо жидкостей. Например, широкое разнообразие охлаждающих газов (включающих охлажденные инертные газы, охлажденный газообразный азот, охлажденный газообразный кислород и охлажденный газообразный водород) могут использоваться вместо или вместе с жидкими охлаждающими жидкостями.
В некоторых вариантах осуществления твердые вещества могут добавляться к материалам, чтобы содействовать в обработке материалов. Например, твердый СО2 может добавляться к материалам, чтобы содействовать в изменении материалов в одной или более установках обработки. Другие твердые вещества, которые также могут использоваться, включают лед, например.
Твердое вещество может также быть твердым элементом, который позднее удаляется из материала, например, один или более шарики, штифты или другие твердые мелющие элементы.
Температура, до которой материал охлаждается, зависит от ряда факторов, включающих технологию обработки, которая используется, для изменения материала, и природу материала. В некоторых вариантах осуществления, например, материал охлаждается до температуры меньше, чем температура стеклования лигнина, которая составляет примерно от 100 до 170°С, например около 120-150°С, например около 125°С. Когда лигнин охлаждается ниже его температуры стеклования, то он изменяется от мягкого, деформируемого материала до хрупкого стеклообразного материала. Хрупкий, стеклообразный лигнин может легче изменяться различными процессами, включая процессы, раскрытые выше. Далее, путем охлаждения лигнина ниже его температуры стеклования физическая структура лигнина может изменяться. Изменения в структуре лигнина могут приводить к внутренним напряжениям в пределах
- 7 027250 материала, где лигнин связан с целлюлозой и/или гемицеллюлозой. Эти внутренние напряжения могут приводить к расслоению и, таким образом, отделению лигнина от целлюлозы и/или гемицеллюлозы. В некоторых осуществлениях материал охлаждается ниже температуры, при которой материал становится хрупким (точка хрупкости материала). Эта точка хрупкости конкретного материала может быть измерена с использованием имеющегося в продаже испытательного оборудования, например, Всп/ ВРТ2100 ΒτίΙΙΙοροίηΙ Течет поставляемый Всп/ Ма1спа1 Тскйпд ШЧаппепК РгоОбспсс. Р1юбс 1к1апб.
В некоторых вариантах осуществления материал может охлаждаться ниже температуры стеклования одного или более элементов или компонентов в материале, таком как гемицеллюлоза. Похожие соображения с теми, которые обсуждались выше в связи с лигнином, также относятся и к гемицеллюлозе. В частности, охлаждение гемицеллюлозы может сделать ее более хрупкой, улучшая эффективность последующих этапов обработки. Охлаждение может также вносить внутренние напряжения в пределах структуры биомассы, которые могут приводить к отделению гемицеллюлозы от других компонентов (например, целлюлозы) в материале.
В некоторых вариантах осуществления материал может охлаждаться до температуры 400 К или меньше (например, 380 К или меньше, 360 К или меньше, 340 К или меньше, 320 К или меньше, 300 К или меньше, 280 К или меньше, 260 К или меньше, 240 К или меньше, 220 К или меньше, 200 К или меньше, 150 К или меньше, 100 К или меньше, 80 К или меньше, 7 7 К или меньше, 70 К или меньше, 50 К или меньше). В некоторых вариантах осуществления материал может охлаждаться до температуры менее чем или равной комнатной температуре (например, 293 К). В некоторых вариантах осуществления материал может охлаждаться примерно до температуры жидкого азота (например, 77 К) или меньше. Охлаждение материала до температуры меньше чем температура жидкого азота может быть достигнута путем использования охлаждающих жидкостей с более низкой точкой кипения, чем у жидкого азота (например, жидкий гелий).
В некоторых вариантах осуществления скорость, при которой материал охлаждается, может регулироваться, чтобы содействовать в разделении компонентов материала. Например, путем охлаждения материала быстро самые низкоэнергетические конфигурации связанных компонентов в биомассе могут не иметь времени для формирования. Другими словами, охлажденный материал может быть в энергетическом состоянии, которое не является состоянием с минимумом энергии, и может, следовательно, быть нестабильным и более охотно изменяться с применением дальнейших этапов обработки. В некоторых вариантах осуществления, например, скорость, с которой материал охлаждается, равна 1 К/с или больше (например 2 К/с или больше, 3 К/с или больше, 5 К/с или больше, 7,5 К/с или больше, 10 К/с или больше, 15 К/с или больше, 20 К/с или больше, 30 К/с или больше, 40 К/с или больше, 50 К/с или больше, 75 К/с или больше, 100 К/с или больше или еще более).
В некоторых вариантах осуществления с использованием систем обработки, раскрываемых здесь, материал может поддерживаться при выбранной температуре и/или в пределах выбранного температурного диапазона в течение обработки материала, используя одну или более различных технологий обработки, раскрываемых здесь. Например, материал может поддерживаться при температуре 400 К или меньше (например, 380 К или меньше, 360 К или меньше, 340 К или меньше, 320 К или меньше, 300 К или меньше, 280 К или меньше, 260 К или меньше, 240 К или меньше, 220 К или меньше, 200 К или меньше, 150 К или меньше, 100 К или меньше, 80 К или меньше, 77 К или меньше, 70 К или меньше, 50 К или меньше). В некоторых вариантах осуществления материал может поддерживаться при или ниже комнатной температуры (например, 293 К). В некоторых вариантах осуществления биомасса может поддерживаться при температуре жидкого азота (например, 77 К) или меньше.
В некоторых вариантах осуществления материал может подвергаться последовательным этапам нагревания и охлаждения, которые выбираются, чтобы вызывать дальнейшее разрушение взаимосвязи (например, предполагаемых ковалентных связей) между лигнином и целлюлозой и/или гемицеллюлозой. Быстрое цикличное изменение температуры материала может вносить внутренние напряжения в пределах материала, которые могут приводить к разделению компонентов биомассы (например, без дальнейшей обработки или как результат дальнейших этапов обработки).
В дополнение ряд различных агентов может добавляться к материалу перед, в течение и/или следуя за охлаждением материала. Примеры агентов, которые могут добавляться, включают воду (и, в общем, любые соединения, которые расширяются или сокращаются при охлаждении), окислительные агенты, восстановительные агенты, кислоты, основания и материалы, которые сокращаются значительно при охлаждении. В основном агенты, такие как вода, могут вводиться в один или более компонентов материала, чтобы вызвать разбухание компонентов при гидрировании. Например, когда материал, например биомасса, охлаждается, то вода расширяется и/или сокращается, создавая периодические внутренние напряжения в материале, которые могут привести к расщеплению связей в пределах материала, например, между лигнином и целлюлозой и/или гемицеллюлозой. Другие агенты, которые подвергаются сублимации (например, диоксид углерода), могут также использоваться для получения похожих результатов. Агенты, которые сублимируют, в основном подвергаются значительным изменениям в молярном объеме при фазовом переходе. Такие агенты могут вводиться в материал, чтобы далее способствовать разделению компонентов в нем, когда происходит относительно быстрое расширение и/или сокращение
- 8 027250 материала в результате добавления агентов.
Как отмечалось выше, различные химические агенты, такие как окислительные агенты и/или восстановительные агенты, и/или кислоты, и/или основания, могут добавляться к материалу. Различные агенты могут реагировать с материалом перед, в течение и/или после охлаждения для дальнейшего содействия в изменении материала перед формированием и выделением продукта. Г лавным образом, некоторые компоненты материала могут быть стабильными в присутствии одного агента, но реагирующими в присутствии других агентов. Например, целлюлоза стабильна к основаниям, но изменяется кислотами. Путем введения оснований в одну или более разных подсистем обработки один или более выбранный компонент(ов) материала, например лигнин, может селективно изменяться и отделяться от другого компонента(ов), например целлюлозы и/или гемицеллюлозы, увеличивая выходы продуктов, производимых из материала. Химические агенты могут добавляться в различные подсистемы обработки в виде жидкостей, в растворах и/или газов. В некоторых вариантах осуществления агенты могут вводиться в газообразной форме и могут конденсироваться в жидкости, поскольку материал охлаждается.
В некоторых вариантах осуществления различные химические окислительные и/или восстановительные агенты могут добавляться перед, в течение и/или после охлаждения, чтобы способствовать отделению по меньшей мере части компонентов материала посредством химических реакций. Охлаждение одно или вместе с одной или более технологиями обработки, раскрытыми выше, могут использоваться, чтобы способствовать отделению, например, лигнина от целлюлозы и/или гемицеллюлозы. Это отделение может дальше поддерживаться реакцией целлюлозы, гемицеллюлозы и/или лигнина с агентами, так что продукты таких реакций не связываются повторно так легко. Примеры окислительных и восстановительных агентов включают озон, кислород, воздух, аммиак и широкое разнообразие других агентов.
В некоторых вариантах осуществления могут использоваться множественные этапы охлаждения, каждый из которых устанавливается, чтобы охлаждать материал до разной температуры. Например, на начальной стадии обработки материал может охлаждаться до выбранной температуры и может обрабатываться (например, механически, облучающим воздействием, ультразвуковой обработкой и/или различными другими технологиями). Например, на каждой последующей стадии обработки, поскольку частицы материала могут становиться все меньше и меньше, то материал может охлаждаться до последовательно более низких температур и далее обрабатываться, чтобы продолжать уменьшать размер частиц и/или далее разделять компоненты материала, такого как биомасса (например, отделять лигнин от целлюлозы и/или гемицеллюлозы), или изменять структуру.
В основном раскрытие не ограничивается специфическими системами обработки, раскрываемыми выше на фиг. 1. В частности, ряд различных способов охлаждения может использоваться для уменьшения температуры материала перед, в течение и/или после применения различных технологий обработки. Далее, в основном широкий ряд различных подсистем охлаждения может использоваться для охлаждения материала.
В некоторых вариантах осуществления системы обработки, раскрываемые здесь, могут включать разделительную подсистему, которая работает, чтобы разделять различные компоненты материала, после того как материал охлажден и обработан. Например, когда материал обрабатывается для отделения лигнина от целлюлозы и/или гемицеллюлозы, то система обработки может включать разделительную подсистему, установленную для удаления отделившегося лигнина. Различные способы, включающие способы физического разделения, такие как декантирование, центрифугирование, дистилляция и экстракция, могут применяться, чтобы отделять компоненты, например лигнин, от других компонентов лигноцеллюлозного материала или песка от углеводородов в нефтеносном песке. Другие способы, которые могут внедряться в разделительную подсистему, включают термохимическую обработку, химическую обработку и обработку облучающим воздействием.
В некоторых вариантах осуществления системы обработки, раскрываемые здесь, могут включать один или более увлажняющих блоков, чтобы вводить различные увлажняющие агенты, в частности воду и/или другие жидкости, такие как диметилсульфоксид, в материалы. Например, после систем механической обработки, таких как размалывающая установка, показанная на фиг. 3, система обработки может включать распылитель, который добавляет воду и/или другие агенты в материал. Распылитель может создавать мелкодисперсный туман, который осаждается на поверхностях частиц материала. Если материал охлаждается в течение или после применения тумана, то туман может замораживаться на поверхностях частиц, чтобы обеспечивать адгезию. Температура материала может подвергаться одному или более циклам нагревания-охлаждения для дальнейшего разбухания материала с примененным туманом. Далее в некоторых вариантах осуществления изменения, например быстрые изменения в температуре материала, могут в дальнейшем изменять структуру материала.
В некоторых вариантах осуществления могут использоваться множественные стадии увлажнения. Каждая из множественных увлажняющих стадий может вводить тот же самый агент в материал, или разные стадии могут вводить разные агенты. Выбор того, какие агенты вводить, зависит от факторов, таких как предполагаемое использование материала, физико-химическое состояние материала и условия на последующих этапах обработки материала.
- 9 027250
Системы и способы увеличения увлажнения материалов перед, в течение и после обработки раскрываются, например, в ϋδ, номер заявки 12/417880, раскрытие которого включается здесь ссылкой.
В некоторых вариантах осуществления, после того как материал обработан с использованием способов, раскрываемых здесь, обработанные материалы могут подвергаться дополнительным этапам обработки. В частности, обработанный материал может контактировать с биологическими агентами, такими как энзимы, и/или с микроорганизмами, такими как дрожжи (например, Р. δΐίρίΐίδ) и/или бактерии, чтобы выделять ряд полезных продуктов из обработанных материалов, включая продукты, такие как водород, спирты (например, этанол и/или бутанол), органические кислоты (например, уксусная кислота), углеводороды, побочные продукты (например, белки) или смеси любых из них. Подходящие биологические агенты и микроорганизмы для дальнейшей обработки материала раскрываются, например, в ΧΘ 2008/073186.
Например, в некоторых вариантах осуществления технологии, описываемые здесь, используются, чтобы отделить и удалить лигнин от лигноцеллюлозного материала, а затем оставшиеся целлюлозные компоненты осахариваются, например, с использованием энзима. Удаление лигнина уменьшает неподатливость материала, делая возможной конверсию целлюлозы в сахара, которые могут затем ферментироваться для получения спиртов.
Примеры
Различные образцы целлюлозных материалов испытывали во встряхиваемых колбах, применяя Р. δΐίρίΐίδ ΝΚΚΕ Υ-7124 и стандартную питательную среду среднего состава при различных уровнях. Концентрацию этанола измеряли с течением времени для каждой из колб. Как отмечается ниже (см. условные обозначения к табл. 1), целлюлозные образцы получали из скошенной травы (СО). Некоторые образцы измельчали замораживанием (РО), используя δΡΕΧ Сегйргер(К) Ргее7ег/МШ 6870. Условия измельчения замораживанием были следующими: 4 мин предварительного охлаждения, за которым следовали три цикла по 10 мин времени обработки и 2 мин времени охлаждения с частотой измельчения 15 Гц. Некоторые из образцов облучали без измельчения замораживанием, тогда как другие облучали после измельчения замораживанием. Облучение осуществляли, используя электронный пучок. Дозу облучения указывают числом после СО вместе с 0,2Е, означающим 0,2 Мрад, 0,4Е, означающим 0,4 Мрад и т.д. Когда доза облучения была 10 Мрад или меньше, то она подавалась единичной подачей. Когда доза облучения была более чем 10 Мрад, то она подавалась множественными подачами 10 Мрад (например, 50 Мрад=5х10 Мрад) с интервалами в 1 мин между подачами, чтобы позволить материалу охладиться до температуры окружающей среды.
Используемые реагенты.
Компонент среды Изготовитель Ссылка № Лот №
Мочевина δοΐιοΙΑΚ Спеш151гу 9472706 ΑΌ-7284-43
Дрожжевое азотистое Вес1оп ΌίοΙ<ίη5οη 291940 7128171
основание
Пептон Вес1оп 0|ск1П5оп 211677 4303198
Ксилоза (>98%) АКа Аезаг А10643 10131481
Глюкоза ΡίδΐιβΓ ВР-350-1, 50- 030064,
(>98.9%) 99-7 030439
ΥΜ бульон Вес1оп 0|ск1Пбоп 271120 6278265
Νονοζγιτίθ® 188* Νονοζγιτίθδ 3|дта С6105 018К0735, 058К1144
Се11ис1аз11, 5 РС Νονοζγιτιβδ 3|дта С2730 077К0735, 058К1144
ОрйтазИ™ ТВС епгуте** Сепепсог® Ν/Α 1600925859
* Сс11оЫа.чс Ггош АарегДИиа т§ег ** В-§1исапаве ЕС 3.2.1.6.
Приготовление банка клеток и подготовка посевной колбы Чтобы сохранить первоначальную культуру, был приготовлен рабочий банк клеток каждой культуры. Рабочий банк клеток Р. δΐίρίΐίδ ΝΚΚΕ Υ-7124 готовили из регидратированной лиофилизированной культуры, полученной из ΑΚδ СиЙиге СоПесйоп. Криопробирки, содержащие Ρ. δΐίρίΐίδ в 15% (вес./вес.) глицерина, хранили при -75°С.
Для подготовки посевной колбы часть размороженного материала рабочего банка клеток наносили штрихом на бульон дрожжей и плесени (ΥΜ)+20 г/л агара (рН 5,0) и инкубировали при 30°С два дня. Чашки выдерживали два дня при 4°С перед использованием. Одну колонию из дрожжей, плесени, агара использовали, чтобы инокулировать коническую колбу Эрленмейера емкостью 250 мл, содержащую
- 10 027250
100 мл стерильного бульона (40 г/л глюкозы, 1,7 г/л дрожжевого азотистого основания, 2,27 г/л мочевины, 6,5 г/л пептона, 40 г/л ксилозы, рН 5,0) и инкубировали 24 ч при 25°С и 150 об/мин. После 23 ч роста образец брали и анализировали на оптическую плотность (ОП 600 нм в УФ-спектрофотометре), общее количество клеток и чистоту (окрашивание по Граму). Опираясь на эти результаты, колбы с ОП от 6 до 11 и количеством клеток от 2 до 6х108 клеток/мл использовали, чтобы инокулировать тестовые колбы. 1 мл содержания посевной колбы добавляли к 100 мл тестовых колб (1% (вес./вес.)).
Тестовые колбы.
Тестовые колбы были коническими колбами Эрленмейера емкостью 250 мл, содержащими 100 мл бульона. Тестовые колбы содержали стандартную питательную среду (1,7 г/л дрожжевого азотистого основания, 2,27 г/л мочевины, 6,56 г/л пептона, рН 5,0). Было три серии контрольных колб, поскольку испытания проводили в течение трехнедельного интервала времени и контрольные колбы анализировали для каждой недели испытаний.
Продолжительность активности была следующей.
Лигноцеллюлозный образец (7,77 г) объединяли со 100 мл стерильного бульона в стерильной колбе емкостью 250 мл и позволяли пропитываться 14 ч при комнатной температуре. После пропитки рН содержимого колбы устанавливали до 5,0 1н. ΝαΟΗ. Как только рН был установлен, добавляли 3,98 мл Се11ис1а81 1,5 РО, 0,77 мл Νονοχνιηο® 188 и 0,77 мл ОрйшакЬ™ ТВО и колбы инкубировали при 50°С 21 ч.
После энзимной обработки рН содержимое колбы устанавливали до 5,5, 6,0 или 6,25. После установления рН колбы инокулировали 1 мл Ρ. δίίρίίίδ содержимого посевной колбы и инкубировали 96 ч при 25°С и 125 об/мин.
Три контрольные колбы (две положительные, одна отрицательная) инокулировали каждую неделю, всего девять. Две положительные контрольные колбы содержали сахара. Одна содержала 80 г/л сахаров (40 г/л глюкозы и 40 г/л ксилозы), другая содержала 30 г сахаров (15 г/л глюкозы и 15 г/л ксилозы). В отрицательную контрольную колбу не добавляли сахара.
Одна серия колб (всего 5) содержала только ксилозный бульон (40 г/л ксилозы, 1,7 г/л дрожжевого азотистого основания, 2,27 г/л мочевины, 6,56 г/л пептона) при рН 4,5, 5,0, 5,5, 6,0, 6,5. Колбы инкубировали при 125 об/мин и 25°С после инокуляции 1 мл Ρ. δίίρίίίδ.
Вторая серия колб (всего 5) содержала только ксилозный бульон (40 г/л ксилозы, 1,7 г/л дрожжевого азотистого основания, 2,27 г/л мочевины, 6,56 г/л пептона) при рН 4,5, 5,0, 5,5, 6,0, 6,5. Колбы инкубировали при 250 об/мин и 25°С после инокуляции 1 мл Ρ. δίίρίίίδ.
В течение недели 1 образцы СО0.4Е и СО0.4Е-РО4102315 испытывали в колбах при рН 5,5. Однако протокол опыта показывал, что они должны испытываться и при 5,5 и 6,0. Следовательно, оба образца испытывались при рН 5,5 и 6,0 на неделе 2 эксперимента (колбы 28 по 31).
Анализы.
Всего 8 образцов отбирали от каждой колбы при 0, 12, 24, 36, 48, 60, 72 и 96 ч после инокуляции и анализировали на концентрации глюкозы, этанола и ксилозы, используя ΥδΙ биохимический анализатор (ΥδΙ, 1п1ег5С1епсе). Образцы центрифугировали 20 мин при 14000 об/мин и супернатант хранили при -20°С. Стандарт анализировали ежедневно, чтобы удостовериться в том, что целостность мембраны поддерживалась.
Количество клеток каждой посевной колбы анализировали для того, чтобы определить начальную концентрацию клеток в испытательных колбах. Один образец при 72 ч инкубирования отбирали из каждой колбы, анализируемой на количество клеток. Соответствующим образом разбавленные образцы смешивали с 0,05% трипановым синим и загружали в гемоцитометр Нейбауэра. Клетки подсчитывали при 40-кратном увеличении.
Уровень рН каждой колбы измеряли при 0, 12, 24, 36, 48, 60, 72 и 96 ч.
Результаты.
Число клеток в посевных колбах проанализировали. В течение недели 1 (колбы 1-27) концентрация клеток посевной колбы была 5,03х108 клеток/мл. Следовательно, начальная концентрация клеток в тестовых колбах была 5,03х106 клеток/мл. В течение недели 2 (колбы 28-64) концентрация клеток посевной колбы была 6,38х108 клеток/мл. Следовательно, начальная концентрация клеток в тестовых колбах была 6,38х106 клеток/мл. В течение недели 3 (колбы 65-105) число клеток в посевной колбе было 5,93х108 клеток/мл. Следовательно, начальная концентрация клеток в тестовых колбах была 5,93 х 106 клеток/мл.
Концентрация этанола в каждой из колб в течение инкубирования перечисляется в табл. 1.
- 11 027250
Таблица 1
Колба № Образец № Начальный рН Концентрация этанола (г/) при времени инкубирования (ч)
0 12 24 36 48 60 72 96 5
1 СО 5.5 0.10 0.14 0.16 0.05 0.03 0.04 0.05 0.07
2 СО 6.0 0.12 0.21 0.24 0.19 0.14 0.09 0.08 0.07
3 СО-ЕО 5.5 0.10 1.35 4.34 4.31 5.75 5.98 5.54 3.32
4 СО-РО 6.0 0.10 1.44 4.33 4.12 6.59 6.46 5.71 3.61
5 СО0.2Е 5.5 0.10 0.21 0.21 0.07 0.04 0.17 1.25 0.08
6 СО0.2Е- ЕО 5.5 0.10 1.24 4.42 3.85 5.82 6.05 5.52 3.03
7 СО0.4Е 5.5 0.10 0.88 2.13 2.80 3.95 3.47 2.54 0.33
8 СО0.4Е- ЕО 5.5 0.09 1.33 4.38 4.38 5.47 5.76 5.92 3.83
9 СО0.6Е 5.5 0.11 1.06 1.98 2.67 2.94 0.91 1.13 0.11
10 СО0.6Е- ЕО 5.5 0.10 1.33 4.53 4.65 5.94 6.22 6.33 4.09
11 СО0.8Е 5.5 0.10 0.60 2.28 2.75 4.55 3.99 2.07 0.12
12 СО0.8Е- ЕО 5.5 0.10 0.83 4.36 4.44 5.62 5.91 5.43 3.35
13 СО2Е 5.5 0.10 0.61 2.23 2.72 3.79 2.33 0.06 0.08
14 СО2Е-ЕО 5.5 0.1 1.13 4.39 4.51 5.74 6.20 6.12 3.91
15 СО4Е 5.5 0.10 0.66 2.37 2.78 3.96 3.56 2.04 0.12
16 СО4Е-ЕО 5.5 0.09 1.16 4.75 4.45 5.61 5.94 6.33 4.04
17 СО6Е 5.5 0.10 0.62 2.45 2.74 4.26 4.36 3.04 0.20
18 СО6Е-ЕО 5.5 0.00 1.17 4.66 4.38 5.77 6.06 6.27 4.26
19 СО8Е 5.5 0.10 0.77 2.18 2.26 2.36 2.33 2.10 1.32
20 СО8Е-ЕО 5.5 0.11 1.05 4.78 4.79 5.70 6.25 6.23 3.81
21 СОЮЕ 5.5 0.12 0.70 2.28 2.62 3.88 4.04 2.82 0.14
22 СОЮЕ 6.0 0.11 0.64 2.21 2.20 3.24 3.84 3.13 1.02
23 СОЮЕ- ЕО 5.5 0.11 0.99 4.81 4.92 5.71 6.25 6.03 3.98
24 СОЮЕ- ЕО 6.0 0.10 1.28 4.85 5.12 6.58 6.88 6.46 3.90
25 Контрольный (80 г сахара) 5.0 0.04 0.89 6.95 9.57 11.10 11.90 12.40 11.90
26 Контрольный (30 г сахара) 5.0 0.06 1.54 6.09 6.54 7.63 8.11 8.17 6.91
- 12 027250
27 Контрольный (без сахара) 5.0 0.06 0.01 0.00 0.00 0.00 0.16 0.00 0.04
28 СО0.4Е 5.5 0.09 0.12 0.15 0.11 0.15 0.07 0.84 0.05
29 СС0.4Е 6.0 0.08 0.30 1.51 1.55 1.92 3.06 2.59 1.18
30 СС0.4Е- ЕС 5.5 0.15 0.49 4.14 4.78 5.27 5.87 5.44 3.73
31 СО0.4Е- ЕО 6.0 0.14 0.58 4.38 5.13 6.09 5.69 5.22 3.53
32 СО20Е 5.5 0.18 0.27 2.55 2.70 2.71 3.19 4.14 2.56
33 СС20Е- ЕС 5.5 0.14 0.40 4.98 5.89 5.46 5.36 5.58 3.84
34 СС30Е 5.5 0.12 0.19 2.75 3.27 3.19 2.67 3.07 2.18
35 СС30Е- ЕО 5.5 0.15 0.30 5.24 6.33 6.08 5.83 6.12 4.91
36 СО40Е 5.5 0.14 0.18 3.18 4.26 4.00 3.20 3.55 2.90
37 СС40Е- ЕС 5.5 0.14 0.30 5.62 6.50 6.99 6.74 6.91 5.37
38 СС50Е 5.5 0.17 0.22 3.06 4.33 4.27 3.97 3.60 3.38
39 СС50Е 6.0 0.17 0.37 4.47 4.62 5.11 4.93 5.13 3.60
40 СС50Е- ЕО 5.5 0.17 0.27 5.77 7.93 7.58 6.95 6.92 5.90
41 СО50Е- ЕС 6.0 0.16 0.34 6.23 7.70 7.13 5.94 5.81 4.25
42 СС60Е 5.5 0.14 0.18 4.24 5.76 5.99 5.58 5.56 4.33
43 СС60Е- ЕО 5.5 0.13 0.25 6.01 8.36 8.92 8.42 8.47 7.63
44 СО70Е 5.5 0.15 0.17 6.61 6.40 6.63 6.41 6.35 5.57
45 СО70Е- ЕС 5.5 0.13 0.20 4.52 8.98 9.25 8.75 8.68 7.44
46 СС80Е 5.5 0.13 0.18 5.13 7.20 6.93 6.69 7.12 5.88
47 СС80Е- ЕО 5.5 0.14 0.20 6.96 9.58 10.20 9.54 9.03 8.52
48 СО90Е 5.5 0.14 0.16 5.10 7.34 7.69 7.07 7.40 6.83
49 СО90Е- ЕС 5.5 0.15 0.21 7.03 9.42 11.50 11.00 9.79 8.90
50 СС100Е 5.5 0.18 0.20 5.84 8.05 8.99 8.52 8.32 7.14
51 СОЮОЕ 6.0 0.15 0.24 6.46 9.03 8.73 8.75 8.38 5.94
52 СОЮОЕ 6.25 0.16 0.18 6.45 9.13 8.88 8.21 7.78 6.56
53 СОЮОЕ- ЕО 5.5 0.13 0.14 7.30 8.87 10.90 10.20 10.40 9.28
- 13 027250
54 СОЮОЕ- РО 6.0 0.13 0.24 7.30 10.40 10.50 10.10 9.73 8.43
55 СОЮОЕ- РО 6.25 0.13 0.19 7.33 10.50 10.70 10.60 10.00 8.94
56 СО1ЮЕ 5.5 0.16 0.12 6.19 7.95 9.65 8.60 8.66 7.94
57 СО1ЮЕ 6.0 0.19 0.22 6.35 8.76 9.26 8.70 8.21 7.12
58 СО1ЮЕ- РС 5.5 0.15 0.14 7.06 8.80 10.40 10.10 9.74 8.88
59 СОПОЕ- РО 6.0 0.14 0.19 7.70 10.50 11.60 10.90 10.00 8.57
60 СО120Е 5.5 0.19 0.14 6.45 7.83 9.88 9.79 8.91 8.11
61 СО 120 ЕРО 5.5 0.15 0.13 7.35 9.02 10.60 10.70 10.00 8.88
62 Контрольный (80 г сахара) 5.0 0.10 0.54 5.22 8.46 9.85 10.90 11.90 12.50
63 Контрольный (30 г сахара) 5.0 0.09 0.97 5.79 7.07 8.41 8.63 8.82 4.50
64 Контрольный (без сахара) 5.0 0.07 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
65 СО130Е 5.5 0.10 0.19 6.71 8.15 9.88 9.13 9.16 9.15
66 СО130Е 6.0 0.11 0.28 6.62 9.15 9.86 9.27 9.20 8.52
67 СО130Е- РО 5.5 0.11 0.20 7.42 8.72 10.50 10.50 10.10 9.45
68 СО130Е- РО 6.0 0.11 0.25 7.08 9.72 10.30 10.50 9.87 8.95
69 СО140Е 5.5 0.11 0.16 6.27 7.43 9.27 9.23 9.03 8.82
70 СО140Е 6.0 0.09 0.22 6.34 7.90 9.44 8.94 8.88 8.17
71 СС ΝΟΕΡΟ 5.5 0.10 0.17 7.08 8.22 9.88 10.10 9.88 8.80
72 СО ΝΟΕΡΟ 6.0 0.10 0.30 7.21 9.50 10.30 10.20 9.64 8.72
73 СО150Е 5.5 0.10 0.16 6.04 7.65 9.00 8.96 9.20 9.14
74 СО150Е 6.0 0.9 0.21 6.89 8.80 9.92 9.90 9.69 8.62
75 СО150Е 6.25 0.12 0.23 6.29 8.91 9.66 7.52 9.29 8.38
76 СО150Е- РО 5.5 0.10 0.18 5.86 8.36 9.73 9.41 9.31 8.87
77 СО150Е- РС 6.0 0.10 0.27 7.05 9.63 9.81 9.76 9.26 8.31
- 14 027250
78 СО150Е- РО 6.25 0.06 0.28 6.89 8.86 8.90 9.95 7.52 5.97
79 СО160Е 5.5 0.10 0.12 6.02 7.55 8.99 8.70 8.62 7.92
80 СО160Е- ЕО 6.0 0.10 0.20 6.92 9.11 9.84 10.10 9.53 8.58
81 СО170Е 5.5 0.10 0.14 4.89 7.39 8.60 9.49 8.68 7.59
82 СО170Е- ЕО 6.0 0.11 0.19 7.18 8.66 10.10 9.49 9.16 7.99
83 СО180Е 5.5 0.11 0.15 6.27 7.37 8.65 9.58 8.38 7.95
84 СО180Е- ЕО 6.0 0.11 0.22 7.00 8.69 9.22 8.98 8.84 7.85
85 СО190Е 5.5 0.01 0.15 5.12 6.92 8.00 9.50 8.65 8.37
86 СО190Е- ЕО 6.0 0.09 0.17 6.66 7.92 9.12 8.87 8.75 8.03
87 СС200Е 5.5 0.10 0.15 5.75 7.12 8.68 9.05 7.99 7.55
88 С0200Е 6.0 0.08 0.16 6.38 8.80 8.92 8.57 8.30 6.98
89 С0200Е 6.25 0.10 0.22 6.28 8.17 8.55 8.67 8.30 7.84
90 С0200Е- ЕО 5.5 0.01 0.16 5.54 7.47 8.69 8.50 8.32 7.67
91 С0200Е- ЕО 6.0 0.11 0.21 5.69 7.78 8.90 8.75 8.44 7.40
92 С0200Е- ЕО 6.25 0.11 0.19 6.29 8.30 9.37 9.08 7.93 7.31
93 Контрольный (80 г сахара) 5.0 0.02 0.50 4.25 6.81 7.75 8.90 8.72 9.46
94 Контрольный (30 г сахара) 5.0 0.04 0.59 4.49 5.29 6.19 8.60 5.81 5.72
95 Контрольный (без сахара) 5.0 0.04 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
96 Без 4.5 0.03 0.28 2.07 3.82 4.37 5.44 6.41 6.72
97 образца, 5.0 0.04 0.27 2.63 4.15 7.42 8.16 8.63 9.13
98 только ксилозный бульон 5.5 0.04 0.34 2.94 5.00 5.96 7.96 8.77 9.39
99 6.0 0.04 0.29 2.27 5.05 6.29 7.33 8.27 8.36
100 6.5 0.04 0.28 1.59 4.40 5.72 5.61 6.93 6.21
101 Без 4.5 0.02 0.18 1.50 2.13 1.91 2.37 1.99 0.23
102 образца, 5.0 0.04 0.13 1.62 2.72 2.76 2.36 2.45 1.45
103 только ксилозный бульон 5.5 0.04 0.12 0.99 2.31 1.62 1.52 1.41 0.06
104 6.0 0.04 0.09 0.87 1.77 1.90 2.03 1.66 0.09
105 6.5 0.04 0.13 1.17 2.54 2.66 2.69 2.08 0.89
Условные обозначения:
СО = скошенная трава;
РО = измельчение замораживанием;
0.хЕ = облученные 0,х Мрад облучением с использованием электронного пучка.
Как определяется данными в табл. 1, выход этанола в основном увеличивался с возрастанием дозы облучения вплоть до 90 Мрад, после которого выход выравнивался при повышенных дозах. Для заданной дозы облучения и рН выход был в основном значительно выше, когда трава также измельчалась замораживанием. Для травы, которая не облучалась или получала только низкую дозу облучения, выходы были заметно выше, если трава измельчалась замораживанием.
Другие варианты осуществления.
Способы охлаждения и обработки, раскрываемые здесь, могут также использоваться для обработки других видов материалов, таких как углеводородсодержащие материалы (например, нефтесодержащие материалы). Различные виды нефтесодержащих материалов, включая тяжелые и легкие сырые нефти, природный газ, нефтеносные пески, горючий сланец, битуминозные пески, битум, уголь и/или различные углеводородные смеси, могут охлаждаться и обрабатываться с применением способов, раскрываемых здесь, чтобы способствовать разделению различных компонентов материала и регулировать температуру в течение процессов переработки, конверсии и очистки, таких как крекинг, риформинг (каталитический и некаталитический), дистилляция и каталитическая конверсия для улучшения эффективности и уменьшения затрат таких процессов.
В некоторых вариантах осуществления способы, раскрываемые здесь, могут использоваться, чтобы выделять и/или отделять углеводородсодержащие материалы из материалов, таких как нефтеносные пески, горючий сланец и битуминозные пески. Способы могут использоваться, например, для отделения нефтесодержащего материала от песка, породы и других неорганических и органических веществ.
В следующих разделах раскрываются разные этапы нефтепереработки, главным образом, может использоваться охлаждение одно или в сочетании с любыми технологиями обработки, раскрываемыми здесь, чтобы улучшить эффективность этих разных этапов обработки.
- 15 027250
Сырые нефти обычно включают большое число разных углеводородных соединений, начиная от относительно легких, летучих, низкомолекулярного веса углеводородов до тяжелых, плотных, высоковязких фракций (например, тяжелая нефть, битум) высокого молекулярного веса. Тяжелые сырые нефти обычно содержат больше серы и/или азота и/или металлов относительно более легких, более сладких нефтей, таких как Западно-Техасская Средняя нефть, которая торгуется на Нью-Йоркской товарной бирже. Главным образом, сладкие нефти включают относительно низкие количества серосодержащих компонентов; сернистые нефти содержат большие количества серосодержащих соединений. Простые нефтеперерабатывающие заводы в основном предназначены для обработки сладких нефтей, тогда как для переработки тяжелых сернистых нефтей требуются нефтеперерабатывающие заводы более сложной глубокой конверсии.
Большое количество различных видов углеводородов (и других) в сырой нефти обычно создают относительно тонко сбалансированную коллоидную растворимую систему. Когда некоторые свойства сырой нефти изменяются (например, температура, давление и/или состав), то баланс растворимости дестабилизируется, заставляя источник однофазной сырой нефти изменяться в многофазную многокомпонентную смесь (которая может включать одну или более газовую, жидкую или твердую фазы). При комнатной температуре и давлении различные компоненты сырой нефти различаются по физическим состояниям. Например, более легкие углеводороды (например, метан, этан, пропан, бутан) являются газами при комнатной температуре и давлении. Компоненты промежуточного молекулярного веса (например, пентан, гексан, октан, бензин, керосин и дизельное топливо) являются жидкостями при этих условиях. Тяжелые фракции (например, гудрон, парафин) являются твердыми веществами при стандартной температуре и давлении. Благодаря этому ряду физических состояний обычные нефтеперерабатывающие заводы обычно перерабатывают сырую нефть при повышенных температурах и/или давлении, чтобы гарантировать, что большинство (или все) углеводородные фракции в сырой нефти являются или жидкостями, или газами.
Переработка сырой нефти включает процессы, которые отделяют различные углеводороды и другие компоненты в нефти и в некоторых случаях превращают некоторые углеводороды в другие виды углеводородов посредством внутримолекулярной перегруппировки (например, химическими реакциями, которые разрывают связи). В некоторых вариантах осуществления первым этапом перерабатывающего процесса является этап водной промывки для удаления растворимых компонентов, таких как соли, из сырой нефти. Обычно промытая сырая нефть затем направляется в печь для предварительного нагревания. Как обсуждалось выше, сырая нефть может включать большое количество различных компонентов с различными вязкостями; некоторые компоненты могут даже быть твердыми при комнатной температуре. Путем нагревания сырой нефти компоненты смеси могут превращаться в смесь, которая может перетекать из одной системы обработки в другую (и из одного конца обрабатывающей системы в другой) в течение переработки.
Предварительно нагретая нефть затем подается в дистилляционную башню, где фракции различных компонентов в смеси сырой нефти встречаются с нагреванием в дистилляционной колонне. Количество тепловой энергии, подаваемой в смесь сырой нефти в дистилляционном процессе, зависит отчасти от состава нефти, в основном, однако, значительная часть энергии расходуется на нагревание сырой нефти в течение дистилляции, охлаждение дистиллятов, создание повышенного давления дистилляционной колонны и в других таких этапах. В определенных пределах некоторые нефтеперерабатывающие заводы способны реконфигурироваться, чтобы перерабатывать отличающиеся источники сырой нефти и продукты. В основном, однако, благодаря относительно специализированным перерабатывающим устройствам способность нефтеперерабатывающих заводов перерабатывать значительно различающиеся источники сырой нефти ограничена.
В некоторых вариантах осуществления предварительная обработка источников сырой нефти с использованием способов, раскрываемых здесь, включая один или более этапов охлаждения, может повышать способность перерабатывающих устройств принимать сырые нефти, имеющие различные составы. Например, разные физические и/или химические свойства смеси сырой нефти могут изменяться: более легкие по молекулярному весу компоненты с более низкими вязкостями могут производиться из более тяжелых компонентов с более высокими вязкостями, а некоторые компоненты могут изомеризоваться. Вновь сформированные изомеры могут иметь более низкие вязкости, чем компоненты, из которых они формируются. Более легкие по молекулярному весу компоненты и/или изомеры с более низкими вязкостями могут затем вводиться на нефтеперерабатывающий завод, позволяя перерабатывать источник сырой нефти, тогда как изначально он не подходил для переработки.
В основном различные компоненты сырой нефти разгоняются при разных температурных диапазонах, соответственно разным вертикальным высотам дистилляционной колонны. Обычно, например, нефтеперерабатывающая дистилляционная колонна будет включать потоки продуктов при большом количестве разных температурных погонных диапазонов, с компонентами с самой низкой точкой кипения (и в основном наименьшим молекулярным весом), отводимыми с верха колонны, с компонентами с самой высокой точкой кипения, самым тяжелым молекулярным весом, отводимыми с более низких уровней колонны. В качестве примера легкие дистилляты, выделяемые с верхних областей колонны, обычно
- 16 027250 включают один или более авиационных бензинов, моторный бензин, нафту, керосин и очищенные масла. Промежуточные дистилляты, удаляемые из средней области колонны, могут включать один или более газойлей, тяжелых топочных мазутов и дизельное топливо. Тяжелые дистилляты, которые в основном выделяются с более низких уровней колонны, могут включать смазочное масло, смазку, тяжелые масла, парафин и крекинг-сырье. Остатки, остающиеся в кубе, могут включать различные высококипящие компоненты, такие как смазочное масло, мазут, нефтяной вазелин, дорожный битум, гудрон, нефтяной кокс. Из колонны могут также выделяться некоторые другие продукты, включающие природный газ (который может дальше перерабатываться и/или обрабатываться для получения компонентов, таких как топливное масло, газовый бензин, сжиженный нефтяной газ, газовая сажа и другие нефтепродукты), разные побочные продукты (включающие, например, удобрения, аммиак и серную кислоту).
Главным образом, обработка сырой нефти и/или ее компонентов с использованием способов, раскрываемых здесь, может использоваться, чтобы изменять молекулярные массы, химические структуры, вязкости, растворимости, плотности, давления насыщенных паров и другие физические свойства обрабатываемых материалов. В основном большое количество различных регламентов обработки может осуществляться согласно составу и физическим свойствам исходного сырья.
Перед и/или после дистилляции на нефтеперерабатывающем заводе сырая нефть и/или ее компоненты могут подвергаться ряду других перерабатывающих процессов для очистки компонентов и/или превращения компонентов в другие компоненты.
(I) Каталитический крекинг.
Каталитический крекинг широко применяется нефтеперерабатывающим процессом, в котором тяжелые масла подвергаются нагреванию и давлению в присутствии катализатора, чтобы промотировать крекинг (например, конверсию до продуктов более низкого молекулярного веса). Первоначально крекинг совершался термически, но каталитический крекинг в значительной степени заменил термический крекинг благодаря более высокому выходу бензина (с более высоким октановым числом) и более низким выходом мазута и легких газов. Большинство процессов каталитического крекинга могут классифицироваться как процессы или с подвижным слоем, или псевдоожиженным слоем; с псевдоожиженным слоем является более распространенным. Протекание процесса в основном следующее. Тяжелое исходное сырье контактирует с катализатором или в линии напорного стояка, или в реакторе. В течение реакции крекинга образование кокса на поверхности катализатора все больше дезактивирует катализатор. Катализатор и углеводородные пары подвергают механическому разделению, и масло, остающееся на катализаторе, удаляют отгонкой паром. Катализатор затем входит в регенератор, где он реактивируется бережным выжиганием коксовых отложений в воздухе. Углеводородные пары направляются в ректификационную колонну для разделения на потоки продуктов при характерных пределах выкипания.
Более старые крекинг-установки (например, 1965 г. и ранее) обычно конструировались с дискретным плотнофазным псевдоожиженным катализаторным слоем в корпусе реактора и работали так, что большая часть крекинга происходила в реакторном слое. Избыток крекинга регулировался путем варьирования глубины реакторного слоя (например, временем) и температурой. Внедрение более реакционных цеолитных катализаторов привело к улучшенным модернизированным конструкциям реактора, в которых реактор работает как сепаратор, чтобы отделять катализатор и углеводородные пары, а процесс крекинга регулируется путем ускорения регенерированного катализатора до конкретной скорости в лифтреакторе перед введением его в стояк и впрыскиванием исходного сырья в стояк.
Способы, раскрываемые здесь, могут использоваться перед, в течение и/или после каталитического крекинга для обработки компонентов сырой нефти. В частности, способы, раскрываемые здесь, могут использоваться для предварительной обработки исходного сырья перед впрыскиванием в стояк, для обработки углеводородов (включая углеводородные пары) в течение крекинга и/или для обработки продуктов процесса каталитического крекинга.
Катализаторы крекинга обычно включают материалы, такие как кислотно-обработанные природные алюмосиликаты, аморфные синтетические силикоалюминиевые комбинации и кристаллические синтетические силикоалюминиевые катализаторы (например, цеолиты). В течение процесса каталитического крекинга компоненты сырой нефти могут облучаться ионами из одного или более ионных пучков для увеличения эффективности этих катализаторов. Например, компоненты сырой нефти могут подвергаться воздействию одного или более различных видов металлических ионов, которые улучшают активность катализатора, принимая участие в каталитических реакциях. Альтернативно или в дополнение компоненты сырой нефти могут подвергаться воздействию ионов, которые удаляют каталитические яды, такие как соединения азота, железо, никель, ванадий и медь, чтобы гарантировать, что эффективность катализатора останется высокой. Более того, ионы могут реагировать с коксом, который формируется на поверхностях катализатора, чтобы удалять кокс (например, процессами, такими как напыление и/или посредством химических реакций) или в течение крекинга, или регенерации катализатора.
- 17 027250 (II) Алкилирование.
В нефтяной терминологии алкилирование относится к реакции олефинов низкого молекулярного веса с изопарафинами (например, изобутаном) для формирования изопарафинов более высокого молекулярного веса. Алкилирование может происходить при высоких температуре и давлении без катализаторов, но промышленная реализация обычно включает низкотемпературное алкилирование в присутствии или серно-кислотного, или фтористо-водородно-кислотного катализатора. Серно-кислотные процессы в основном более чувствительны к температуре, чем процессы на основе фтористо-водородной кислоты, и используется осторожность, чтобы минимизировать окислительно-восстановительные реакции, которые приводят к формированию битумов и диоксида серы. В обоих процессах объем используемой кислоты обычно приблизительно равен загрузке жидкого углеводорода, а в реакционной емкости создается повышенное давление, чтобы поддерживать углеводороды и кислоту в жидком состоянии. Время контактирования составляет в основном от примерно 10 до 40 мин с перемешиванием для содействия контакту между кислотной и углеводородной фазами. Если концентрация кислоты падает ниже 88 вес.% серной кислоты или фтористо-водородной кислоты, то может происходить избыточная полимеризация в реакционных продуктах. Использование больших объемов сильных кислот делает процессы алкилирования дорогостоящими и потенциально опасными. Способы, раскрываемые здесь, могут использоваться перед, в течение и/или после алкилирования для обработки компонентов сырой нефти.
(III) Каталитический риформинг и изомеризация.
В процессах каталитического риформинга углеводородная молекулярная структура перегруппировывается, чтобы сформировать более высокооктановые ароматические соединения для получения бензина, происходит относительно небольшая степень крекинга. Каталитический риформинг в первую очередь повышает октан в моторном бензине.
Обычным исходным сырьем для установок каталитического риформинга являются тяжелая прямогонная нафта и тяжелая гидрокрекированная нафта, которая включает парафины, олефины, нафтены и ароматические соединения. Парафины и нафтены подвергаются двум типам реакций в течение конверсии в более высокооктановые компоненты: циклизация и изомеризация. Обычно парафины изомеризуются и превращаются до некоторой степени в нафтены. Нафтены последовательно превращаются в ароматические соединения. Олефины насыщаются для формирования парафинов, которые затем реагируют, как указано выше. Ароматические соединения практически не меняются.
В течение риформинга главными реакциями, которые приводят к формированию ароматических соединений, являются дегидрогенизация нафтенов и дегидроциклизация парафинов. Способы, раскрываемые здесь, могут использоваться перед, в течение и/или после каталитического риформинга для обработки компонентов сырой нефти. Катализаторы, используемые в каталитическом риформинге, главным образом включают платину, нанесенную на алюмооксидную основу. Рений может объединяться с платиной для формирования более стабильного катализатора, который дает возможность операциям с более низким давлением процесса риформинга. Не желая быть связанными теорией, полагают, что платина служит как каталитический центр для реакций гидрогенизации и дегидрогенизации, а хлорированный оксид алюминия обеспечивает кислотный центр для реакций гидрогенизации и дегидрогенизации. В основном каталитическая активность снижается коксовыми отложениями и/или потерями хлорида из алюмооксидного носителя. Восстановление активности катализатора происходит посредством высокотемпературного окисления отложенного кокса, за которым следует хлорирование носителя.
(IV) Каталитический гидрокрекинг.
Каталитический крекинг, взаимозаменяемый процесс обычному каталитическому крекингу, в основном применяется к компонентам сырой нефти, которые устойчивы к каталитическому крекингу. Установка каталитического крекинга обычно допускает в качестве исходного сырья более легко крекирующиеся парафинистые атмосферные и вакуумные газойли как загружаемое сырье. Установки гидрокрекинга, в противоположность, обычно допускают ароматические рецикловые газойли. Более высокие давления и водородная атмосфера установок гидрокрекинга делают эти компоненты относительно легкими для крекинга.
В основном, несмотря на то что много разных одновременно протекающих химических реакций происходит в установке каталитического гидрокрекинга, общим химическим механизмом является каталитический крекинг с гидрогенизацией. В основном реакция гидрогенизации является экзотермической и обеспечивает тепло (обычно) эндотермическим реакциям крекинга; избыток тепла абсорбируется холодным водородным газом, инжектируемым в установку гидрокрекинга. Реакции гидрокрекинга обычно проводятся при температурах от 550 до 750°Р и давлениях от 8275 до 15200 кПа. Циркулирование больших количеств водорода с исходным сырьем помогает уменьшать загрязнение катализатора и регенерацию. Исходное сырье обычно подвергается гидроочистке, чтобы удалить серосодержащие и азотсодержащие соединения, и металлы перед входом на первый этап гидрокрекинга; каждый из этих материалов может действовать как яд для катализатора гидрокрекинга.
Большинство катализаторов гидрокрекинга включают кристаллическую смесь силикоалюминия с небольшим, относительно равномерно распределенным количеством одного или более редкоземельных металлов (например, платины, палладия, вольфрама и никеля), помещенных внутри кристаллической
- 18 027250 решетки. Не желая быть связанными теорией, полагают, что силикоалюминиевая часть катализатора обеспечивает крекирующую активность, а редкоземельные металлы промотируют гидрогенизацию. Температуры реакции в основном возрастают по мере снижения активности катализатора в течение гидрокрекинга для поддержания скорости реакции и скорости конверсии продукта. Регенерация катализатора в основном сопровождается сгоранием отложений, которые скапливаются на поверхности катализатора. Способы, раскрываемые здесь, могут использоваться перед, в течение и/или после каталитического гидрокрекинга для обработки компонентов сырой нефти.
(V) Другие процессы.
Ряд других процессов, которые происходят в течение пути переработки сырой нефти, могут также улучшаться или замещаться способами, раскрываемыми здесь. Например, способы, раскрываемые здесь, могут использоваться перед, в течение и/или после процессов нефтепереработки, таких как коксование, термические обработки (включающие термический крекинг), гидроочистка и полимеризация, чтобы улучшить эффективность и общие выходы и уменьшить отходы, вырабатываемые такими процессами.
Например, способы и системы, раскрываемые здесь, могут использоваться для получения ряда различных продуктов или промежуточных продуктов, которые могут далее перерабатываться в другие продукты. Например, любые раскрываемые способы механической обработки могут использоваться для получения полимерволокнистых композитов, которые включают полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен и/или лигнин.
Описан ряд вариантов осуществления. Однако необходимо понимать, что могут быть сделаны различные модификации, не выходя за пределы сущности и объема изобретения. Соответственно, варианты осуществления находятся в пределах объема изобретения.

Claims (9)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ обработки лигноцеллюлозного материала с получением продукта, содержащего спирт, при этом способ включает обработку лигноцеллюлозного материала для его охрупчивания, причем обработка включает облучение лигноцеллюлозного материала электронным пучком, при этом обработка дополнительно включает охлаждение и измельчение или растирание лигноцеллюлозного материала одновременно в устройстве измельчения заморозкой или размалывания заморозкой, при этом охлаждение и измельчение или растирание в устройстве измельчения заморозкой или размалывания заморозкой осуществляют перед облучением, и обработка материала включает контактирование охрупченного лигноцеллюлозного материала с энзимом и/или микроорганизмом.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка лигноцеллюлозного материала включает контактирование материала с энзимом для осахаривания целлюлозы.
3. Способ по п.1, в котором продукт содержит этанол или бутанол.
4. Способ по п.1, в котором обработка включает цикличное изменение температуры лигноцеллюлозного материала.
5. Способ по п.1, дополнительно включающий отделение лигнина от целлюлозы.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в лигноцеллюлозном материале присутствует больше чем один компонент и граница раздела фаз между компонентами и обработка включает охлаждение лигноцеллюлозного материала до температуры, при которой происходит фазовое разделение компонентов.
7. Способ по п.6, в котором указанная температура ниже или равна точке хрупкости материала.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что компоненты имеют различные коэффициенты теплового расширения.
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что доза облучения составляет от 10 до 100 Мрад или от 30 до 90 Мрад.
EA201170212A 2008-07-17 2009-07-15 Охлаждение и обработка материалов EA027250B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8170908P 2008-07-17 2008-07-17
PCT/US2009/050705 WO2010009240A2 (en) 2008-07-17 2009-07-15 Cooling and processing materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201170212A1 EA201170212A1 (ru) 2011-06-30
EA027250B1 true EA027250B1 (ru) 2017-07-31

Family

ID=41226635

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201170212A EA027250B1 (ru) 2008-07-17 2009-07-15 Охлаждение и обработка материалов
EA201790287A EA032338B1 (ru) 2008-07-17 2009-07-15 Способ ферментации лигноцеллюлозного биомассового материала

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201790287A EA032338B1 (ru) 2008-07-17 2009-07-15 Способ ферментации лигноцеллюлозного биомассового материала

Country Status (20)

Country Link
US (6) US7900857B2 (ru)
EP (3) EP3216847B1 (ru)
CN (2) CN105331657A (ru)
AR (1) AR072526A1 (ru)
AU (1) AU2009270933B2 (ru)
BR (1) BRPI0916189B1 (ru)
CA (1) CA2730250C (ru)
DK (1) DK2310479T3 (ru)
EA (2) EA027250B1 (ru)
ES (1) ES2642621T3 (ru)
HU (1) HUE034913T2 (ru)
IL (3) IL209682A (ru)
LT (1) LT2310479T (ru)
MX (1) MX2011000602A (ru)
NZ (7) NZ617720A (ru)
PL (2) PL2310479T3 (ru)
SI (1) SI2310479T1 (ru)
UA (4) UA114282C2 (ru)
WO (1) WO2010009240A2 (ru)
ZA (3) ZA201604954B (ru)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI126796B (fi) * 2006-10-19 2017-05-31 Upm Kymmene Corp Puukomposiittimateriaali ja menetelmä sen valmistamiseksi
US20100124583A1 (en) 2008-04-30 2010-05-20 Xyleco, Inc. Processing biomass
ES2543727T3 (es) 2008-04-30 2015-08-21 Xyleco, Inc. Procesamiento de biomasa
US7900857B2 (en) * 2008-07-17 2011-03-08 Xyleco, Inc. Cooling and processing materials
DE102009049721A1 (de) 2008-10-22 2010-04-29 Beiersdorf Ag Selbstbräunende Formulierung mit Siloxanelastomeren
CN102573511B (zh) * 2009-10-14 2015-12-02 希乐克公司 从乙醇生产中产生可食用残留物
WO2011087965A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Xyleco, Inc. Cooling and processing materials
NZ700771A (en) * 2010-02-17 2016-04-29 Xyleco Inc Mechanical treatment of processed biomass
EP2638234B1 (en) 2010-11-08 2019-03-06 Baker Hughes, a GE company, LLC Polycrystalline compacts including nanoparticulate inclusions, cutting elements and earth-boring tools including such compacts, and methods of forming same
MX2013007958A (es) 2011-02-14 2013-08-01 Xyleco Inc Biomasa de procesamiento.
NO2675907T3 (ru) 2011-02-14 2018-04-21
DE102011080375A1 (de) * 2011-08-03 2013-02-07 Vescon System Ag Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von organischen Faserstoffen oder Granulaten
US8944352B2 (en) * 2011-11-03 2015-02-03 Merck Patent Gmbh Process and apparatus for producing cell culture media
MY169799A (en) 2011-12-22 2019-05-16 Xyleco Inc Processing biomass for use in fuel cells related applications
PL2794902T3 (pl) 2011-12-22 2018-12-31 Xyleco, Inc. Przetwarzanie biomasy do użycia w ogniwach paliwowych
US9598452B2 (en) * 2012-04-20 2017-03-21 Empire Technology Development Llc Cellulose hydrolysis via modified lignosulfonate catalysts
UA116630C2 (uk) 2012-07-03 2018-04-25 Ксілеко, Інк. Спосіб перетворення цукру на фурфуриловий спирт
EA201890348A3 (ru) 2012-10-10 2018-10-31 Ксилеко, Инк. Способ защиты оборудования
CN109402192A (zh) 2012-10-10 2019-03-01 希乐克公司 生物质的处理
US9873813B2 (en) * 2013-02-15 2018-01-23 Ohio State Innovation Foundation Bioprocessing of harvested plant materials for extraction of biopolymers and related materials and methods
NZ743055A (en) 2013-03-08 2020-03-27 Xyleco Inc Equipment protecting enclosures
EP2890481A4 (en) 2013-04-26 2016-05-18 Xyleco Inc PROCESSING OF HYDROXYCARBOXYLIC ACIDS TO POLYMERS
US10501761B2 (en) 2013-04-26 2019-12-10 Xyleco, Inc. Processing biomass to obtain hydroxylcarboxylic acids
FR3005961B1 (fr) * 2013-05-23 2015-06-19 Total Sa Procede de traitement de sables bitumineux et dispositif de mise en œuvre d'un tel procede
WO2014208793A1 (ko) * 2013-06-27 2014-12-31 동국대학교 산학협력단 가스 하이드레이트 펠릿 성형장치
WO2015142541A1 (en) 2014-03-21 2015-09-24 Xyleco, Inc. Method and structures for processing materials
AU2016244826A1 (en) 2015-04-07 2017-10-19 Xyleco, Inc. Monitoring methods and systems for processing biomass
GB2567383B (en) * 2016-09-29 2022-04-20 Halliburton Energy Services Inc Milling oilfield particulates
WO2019210122A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-31 Thomas Jefferson University Nanocomposite hemp
CN109382194A (zh) * 2018-11-30 2019-02-26 天津威特生物医药有限责任公司 菌体样品破碎机构
DE102019116388A1 (de) * 2019-06-17 2020-12-17 Maschinenbau Kaltenbach GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Mahlen von tiefgefrorenem Mahlgut

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769082A (en) * 1984-09-25 1988-09-06 Japan Atomic Energy Research Institute Method of pretreatment in saccharification and fermentation of waste cellulose resource
US4797135A (en) * 1986-02-14 1989-01-10 Josef Kubat Method of facilitating comminution of wood and other types of vegetable biomass for use as fuel
EP0794243A2 (en) * 1996-02-12 1997-09-10 Texaco Development Corporation Process for stable aqueous asphaltene suspensions
EP1669434A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-14 NedCoal Patent B.V. i/o Method and installation for conversion into fuel of organic material originating for instance from domestic waste
WO2008073186A2 (en) * 2006-10-26 2008-06-19 Marshall Medoff Processing biomass

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2410789C2 (de) * 1974-03-07 1980-08-07 Hoechst Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zum Kaltmahlen von Cellulosederivaten
JPS5858076B2 (ja) * 1981-07-02 1983-12-23 工業技術院長 セルロ−スの糖化方法
JPS5858077B2 (ja) * 1981-11-12 1983-12-23 新燃料油開発技術研究組合 セルロ−ス質材酵素加水分解の前処理方法
DD222887A1 (de) * 1983-12-07 1985-05-29 Adw Inst Polymerenchemie Verfahren zur herstellung von cellulose mit verbesserter vermahlbarkeit
US4609624A (en) * 1984-02-03 1986-09-02 Les Services De Consultation D.B. Plus Limitee Process for producing isopropyl alcohol from cellulosic substrates
US4776173A (en) * 1985-12-20 1988-10-11 Angio-Medical Corporation Method for extracting a substance from animal derived material
US5372939A (en) * 1991-03-21 1994-12-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Combined enzyme mediated fermentation of cellulous and xylose to ethanol by Schizosaccharoyces pombe, cellulase, β-glucosidase, and xylose isomerase
US5196069A (en) 1991-07-05 1993-03-23 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Apparatus and method for cellulose processing using microwave pretreatment
CH688269A5 (fr) * 1992-08-21 1997-07-15 Debio Rech Pharma Sa Broyeur ultra-centrifuge et sa mise en oeuvre pour le broyage cryogénique de matériau thermosensible.
DE19500224A1 (de) * 1995-01-05 1996-07-18 Dietmar Guschall Verfahren zur Aufbereitung von Mischkunststoffen
CN1089112C (zh) * 1997-03-18 2002-08-14 2B公开股份有限公司 利用植物生物质的方法和实施此方法的螺旋挤压机
US5973035A (en) 1997-10-31 1999-10-26 Xyleco, Inc. Cellulosic fiber composites
US6448307B1 (en) 1997-09-02 2002-09-10 Xyleco, Inc. Compositions of texturized fibrous materials
US5952105A (en) 1997-09-02 1999-09-14 Xyleco, Inc. Poly-coated paper composites
RU2146708C1 (ru) 1998-08-19 2000-03-20 Воронежская государственная технологическая академия Установка для получения сока из сахарной свеклы
US6419788B1 (en) * 2000-08-16 2002-07-16 Purevision Technology, Inc. Method of treating lignocellulosic biomass to produce cellulose
JP3479687B2 (ja) * 2000-11-28 2003-12-15 独立行政法人産業技術総合研究所 炭化物の製造方法
WO2006047445A2 (en) * 2004-10-22 2006-05-04 Martek Biosciences Corporation Process for preparing materials for extraction
US7708214B2 (en) * 2005-08-24 2010-05-04 Xyleco, Inc. Fibrous materials and composites
ES2662168T3 (es) * 2005-03-24 2018-04-05 Xyleco, Inc. Procedimiento para preparar un material compuesto
US7600707B2 (en) * 2005-06-21 2009-10-13 Purevision Technology, Inc. Apparatus for the separation and treatment of solid biomass
EP1741536A1 (en) * 2005-07-06 2007-01-10 Purac Biochem BV Method for comminuting polymeric shaped articles by milling
JP4866689B2 (ja) * 2005-09-08 2012-02-01 日清製粉株式会社 リグノセルロース系植物材料の糖化方法
ES2360828T3 (es) * 2006-03-29 2011-06-09 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Fraccionamiento de lignocelulosa a base de disolvente de celulosa con condiciones de reacción moderadas y ciclación de reactivos.
US20080020437A1 (en) * 2006-07-20 2008-01-24 Savarese John J Apparatus and method for producing fuel ethanol from biomass
US20080131947A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-05 Cellencor, Inc. Treatment of Cellulosic Material for Ethanol Production
US20080311639A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Tajchai Navapanich Pulsed electric field apparatus and methods for ethanol production
WO2009046283A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Apparatus and methods for treating biomass
NZ620032A (en) * 2008-06-18 2014-11-28 Xyleco Inc Processing materials with ion beams
US7900857B2 (en) * 2008-07-17 2011-03-08 Xyleco, Inc. Cooling and processing materials
US20100330648A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Harvey J Todd Method and system for preparing biomass for biotreatment in a static solid state bioreactor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769082A (en) * 1984-09-25 1988-09-06 Japan Atomic Energy Research Institute Method of pretreatment in saccharification and fermentation of waste cellulose resource
US4797135A (en) * 1986-02-14 1989-01-10 Josef Kubat Method of facilitating comminution of wood and other types of vegetable biomass for use as fuel
EP0794243A2 (en) * 1996-02-12 1997-09-10 Texaco Development Corporation Process for stable aqueous asphaltene suspensions
EP1669434A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-14 NedCoal Patent B.V. i/o Method and installation for conversion into fuel of organic material originating for instance from domestic waste
WO2008073186A2 (en) * 2006-10-26 2008-06-19 Marshall Medoff Processing biomass

Also Published As

Publication number Publication date
NZ617720A (en) 2014-10-31
US20140256001A1 (en) 2014-09-11
ES2642621T3 (es) 2017-11-17
LT2310479T (lt) 2017-10-25
UA119817C2 (uk) 2019-08-12
EA201790287A2 (ru) 2017-09-29
IL209682A (en) 2014-12-31
BRPI0916189B1 (pt) 2018-06-26
US9822386B2 (en) 2017-11-21
CN105331657A (zh) 2016-02-17
EA032338B1 (ru) 2019-05-31
NZ589851A (en) 2012-04-27
EP3486301A1 (en) 2019-05-22
NZ700903A (en) 2015-10-30
EP2310479B1 (en) 2017-07-05
NZ713102A (en) 2017-04-28
NZ598305A (en) 2012-08-31
AR072526A1 (es) 2010-09-01
CN102216437A (zh) 2011-10-12
UA114282C2 (uk) 2017-05-25
CA2730250A1 (en) 2010-01-21
AU2009270933A1 (en) 2010-01-21
ZA201604955B (en) 2017-11-29
WO2010009240A3 (en) 2010-04-22
CA2730250C (en) 2019-08-06
UA116330C2 (uk) 2018-03-12
ZA201604954B (en) 2017-11-29
NZ730671A (en) 2018-10-26
PL3216847T3 (pl) 2019-06-28
US20110011960A1 (en) 2011-01-20
US20100012756A1 (en) 2010-01-21
US20130183721A1 (en) 2013-07-18
BRPI0916189A2 (pt) 2017-06-13
IL235759A (en) 2017-04-30
US20180044705A1 (en) 2018-02-15
IL209682A0 (en) 2011-02-28
ZA201604956B (en) 2017-11-29
DK2310479T3 (en) 2017-10-23
US8733676B2 (en) 2014-05-27
EP2310479A2 (en) 2011-04-20
US8418944B2 (en) 2013-04-16
EA201170212A1 (ru) 2011-06-30
EP3216847A1 (en) 2017-09-13
UA103627C2 (ru) 2013-11-11
WO2010009240A2 (en) 2010-01-21
PL2310479T3 (pl) 2017-12-29
NZ601370A (en) 2014-02-28
SI2310479T1 (sl) 2017-11-30
US20130112788A9 (en) 2013-05-09
IL251160A0 (en) 2017-04-30
MX2011000602A (es) 2011-03-01
US20190134643A1 (en) 2019-05-09
US7900857B2 (en) 2011-03-08
AU2009270933B2 (en) 2013-07-04
EA201790287A3 (ru) 2017-11-30
EP3216847B1 (en) 2018-12-19
HUE034913T2 (hu) 2018-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA027250B1 (ru) Охлаждение и обработка материалов
US20190136268A1 (en) Cooling and processing materials
AU2016201069B2 (en) Cooling and processing materials
AU2016204299B2 (en) Cooling and Processing Materials
AU2014262184A1 (en) Cooling and Processing Materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU