JP2016516850A - バイオマスの水熱変換に関するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
藻類等のバイオマスから低窒素濃度の有機液体を合成するシステム及び方法を提供するのであり、該有機液体は燃料や他の化学薬品への精製に適しているものとされる。室温の水とは混ざらない溶媒と一緒にバイオマスは亜臨界水熱処理に曝されて細胞構造を崩壊させてバイオマスを気相、バイオオイル相、水相及び固相に変換する。水相が窒素の大部分を含む。結果として得られる多相混合物は4つの相に分離することができ、これには水相が含まれ、有機液体は溶媒中に溶解されたバイオオイルからなる。精製された有機液体は、溶媒として水熱処理へと再循環されることができる。亜臨界水熱処理は一般的には低めの温度で行われることができ、この後により高い温度での第2の水熱処理を施すことができる。
Description
本願発明は、一般的に再生可能エネルギーの分野に関し、特に藻類から燃料を生産するシステム及び方法に関する。
関連出願の相互参照
本願は、「藻類濃縮に関する脱水システム及び方法」と題された2012年6月26日に出願された米国仮特許出願第61/664,532号の利益を主張する「バイオマス濃縮に関する脱水システム及び方法」と題された3月14日に出願された仮出願ではない米国特許出願第13/828,143号に関連しており、両出願は本願にて参照により取り込まれる。
本願は、「藻類濃縮に関する脱水システム及び方法」と題された2012年6月26日に出願された米国仮特許出願第61/664,532号の利益を主張する「バイオマス濃縮に関する脱水システム及び方法」と題された3月14日に出願された仮出願ではない米国特許出願第13/828,143号に関連しており、両出願は本願にて参照により取り込まれる。
バイオ燃料の生産のためのバイオマスとしては、藻類は優れた選択肢である。なぜならば、様々な特性があれども、藻類は極めて早く培養されることができ、また、水域及び耕作不適地等の他の用途には適していない場所にて培養されることができるからである。藻類バイオマスは水中で培養されるため、完全に乾燥させるにはかなりの量のエネルギーが要求される。水熱液化(HTL、hydrothermal liquefaction)は、藻類由来バイオオイルを生産するための便利な熱化学経路である。なぜならば、HTLではバイオマスを完全に乾燥させることが要求されないからである。しかし、藻類のタンパク質含有量が高いため、HTLによって結果的に生成されるバイオオイルは窒素に富んでおり、多くの場合芳香族化合物にこれが組み込まれている。このようなバイオオイルは、石油系の油から輸送燃料を生産するのに典型的に用いられる接触脱酸素プロセスによる精製には不適である。なぜならば、この種の窒素は除去が困難であり、触媒毒となり得るからである。また、HTLによる藻類バイオ燃料の生産は炭素利用率においても至らない点があり、幾つかの貴重な炭素含有分子を水相から効率的に除去することができず、異なる経路にてこれらを処理しない限りこれらが失われてしまう。
特許文献1は、藻類をバイオオイルに転換する2段階のHTLプロセスを開示する。特許文献1のプロセスでは、第1の水熱処理が亜臨界条件で行われる一方で第2の水熱処理は超臨界条件で行われる。
特許文献2は、バイオチャー(biochar)を形成するためのバイオマスの亜臨界水熱処理プロセスを開示する。バイオオイルはプロセスの副生成物であり、バイオオイルは望ましいものとはされずに単に浪費された炭素とみなされるため、バイオオイルは亜臨界水熱処理へと再循環されてバイオチャー収率を向上させる役割を果たす。特許文献2のプロセスは、バイオマスが藻類の場合にも用いられることができるが、特許文献2は藻類の使用については述べず、代わりに寄り多くの量のバイオチャーをもたらすバイオマスの例を列挙するのであり、これらには次のものが含まれる。即ち、「林業又は農業に関する廃棄物、丸太、板状木材、木質チップ、樹皮、トウモロコシ系生産品、麦わら、堅果の殻、[及び]サトウキビ」等である。藻類と異なり、一般的にこれらのソースはリグニンを多く含有する。
本願発明の例示的プロセスは第1の水熱液化処理を備え、それに分離ステップが続く。第1の水熱処理では、藻類等のバイオマスの水性懸濁液と第1の有機溶媒とを一緒に、約150°Cから約350°Cの間の第1の処理温度及び約500psiから約3000psiの間の圧力を伴う第1の亜臨界水熱条件下で処理して、気相と有機液体相と水性液体相と固相とを含む第1の多相混合物を生成する。有機溶媒は、室温の水と混ざらないことによって特徴付けられており、例えば炭化水素で構成されることができる。様々な実施形態では、バイオマスの水性懸濁液は、重量にしてバイオマスの約5%から約50%を含む。様々な実施形態では、亜臨界処理で用いられる第1の有機溶媒に対しての水の体積比が約1:1から約10:1の間とされる。随意的には、触媒等の添加物を第1の水熱処理に追加することができる。
分離ステップは多相混合物の水相から有機相を分離する役割を果たすのであり、随意的には気相及び/又は固相を生成することができる。様々な実施形態において例示的プロセスは、分離ステップで生じた水相から炭素を回収するステップを備える。一部の実施形態では、気相が水相と共に処理される。回収された炭素は二酸化炭素として、例えば、藻類培養に再循環されることができ、あるいは液体炭化水素生産品に変換されることができ、あるいはメタンに変換されることができ、あるいは捕集されて濃縮されることができ、あるいは水熱処理に再循環されることができる。様々な実施形態では、水相をダイジェスタに供給してバイオガスを生成するのであり、これらの実施形態では、バイオガスについて水蒸気メタン改質を行ってそのメタン留分を水素と二酸化炭素とに変換することができ、又は、水蒸気ガス化を行ってそのメタン留分を合成ガス(syngas)に変換することができる。これらの後続の実施形態においては、随的には、合成ガスをさらに処理して液体炭化水素を生産することができる。
例示的プロセスは、第1の水熱処理の前及び第1の分離ステップの後に他のステップを含むこともできる。したがって、一部の実施形態においてプロセスは、第1の水熱処理の前にバイオマスの水性懸濁液を生成するステップをも備えることができ、該バイオマスの水性懸濁液を生成するステップは藻類を培養するステップと藻類を脱水するステップとを含むことができる。さらなる実施形態においてプロセスは、有機相を燃料に変換するステップをさらに備えることができ、これらの実施形態の一部においてプロセスは、第1の有機溶媒の少なくとも一部として燃料のいくらかを第1の水熱処理へと送り戻すステップをさらに備えることができる。
例示的プロセスについてのさらなる実施形態においては、第1の温度が約200°Cを超えない。これらの実施形態の一部において、第1の多相混合物は固相をさらに含み、分離ステップは有機相及び水相から固相を分離することをさらに備える。これらの実施形態において方法は、固相を第2の水熱条件下で随意的には第2の溶媒と一緒に処理して有機相と水相を含む第2の多相混合物を生成するステップと、第2の多相混合物の水相から有機相を分離するステップとをさらに備えるのであり、該第2の水熱処理条件は第1の処理温度を上回る第2の処理温度と約200psiから約3000psiの圧力とを伴う。随意的には、第2の水熱処理条件は、亜臨界的又は超臨界的である。これらの実施形態のさらなるものとしてプロセスは、第1及び第2の多相混合物を分離して回収された有機相を燃料に変換するステップをさらに備える。随意的に、プロセスは、既述の方法によって第2の多相混合物から分離された水相から炭素及び養分を回収するステップを追加的に備えることができる。
本願発明は、本願明細書にて開示されるプロセスによる生産品も提供する。特に、バイオマスが藻類又は微細藻類を含む場合においてこれらのプロセスによって生産された生産品は、精製に適した低窒素濃度の有機相を含む。
本願発明は、バイオマスからの低窒素濃度の有機生産品を合成するシステム及び方法を提供し、該有機生産品は、輸送燃料等の炭化水素への精製に適している。方法では、バイオマスと溶媒とに対して亜臨界水熱処理を行うのであり、該処理はバイオマスを有機相及び水相を含む複数の相に分離する。プロセスの生産品たる有機相は、バイオ原油とも呼ばれるバイオオイルを含み、これはバイオマスの脂質から得られる。他方、水相は、バイオマス由来のタンパク質や炭水化物等のバイオ分子に関しての加水分解生成物とこれらの生成物の反応によって形成された水溶性分子とからなる水溶液を含む。固体は、不溶性タンパク及び炭水化物を含む。溶媒は無極性分子を抽出する役割を果たし、他方、水相は窒素を含む分子を溶解して、溶媒中に溶解されたバイオオイルを含む有機相を窒素に乏しいものとする。さらなる実施形態は2つの段階を用いるのであり、第1段階では第1の亜臨界水熱処理に続いて第1の分離ステップが行われ、その後に第2の水熱処理と第2の分離ステップとが続くのであり、第2の水熱処理の温度は第1のそれよりも高い。これらの2段階プロセスでは、第1の分離で回収された固相は第2の水熱処理で処理されるのであり、これは随意的には亜臨界的又は超臨界的であることができる。第1のステップが緩やかな条件下で行われれば、水相内の窒素含有分子は反応しないのであり有機相に取り込まれ得る比較的大きなポリマーが形成されない。むしろ、窒素含有分子は水相内に留まる。
図1は、本願発明の様々な例示的実施形態を示す役割を果たす。例示されているプロセス100は、随意的なステップ110たるバイオマスの取得ステップで開始される。次に、ステップ120で、バイオマスと溶媒とは一緒に亜臨界水熱液化処理に曝されて、多相混合物が得られる。ステップ130で、相分離が行われて水相から有機相が分離されるのであって、随意的には固相及び気相が取り出される。随意的には、ステップ140で、有機相が精製される。随意的には、ステップ160で、水相がさらに処理される。これらのステップ各々について以下詳述する。プロセス100の様々なステップは、随意的には、バッチ処理の態様又は連続運転の態様で行われることができる
ステップ110は、バイオマスの取得ステップを備える。このステップは、例えば、藻類やスイッチグラス(switchgrass)等のバイオマスを培養等することによって、又は、トウモロコシの茎等の農業系廃棄物若しくは林業系・製紙系廃棄物等の廃棄物を回収することによって行うことができる。バイオマスの生産によって炭素が吸収され、そしてプロセス100によって有用な生産品へと変換される。培養、廃棄物回収、又は類似のステップを行わずにして本願発明の幾つかのプロセスを行うことができるという意味でステップ110は随意的であり、それらの実施形態ではプロセスは受け取られたバイオマスを基にして開始される。様々な実施形態において、バイオマスは約10未満のC:N比を有し、又は、10から20の範囲内のC:N比を有し、又は、20を上回るC:N比を有するのであり、他方、バイオマスから得られた有機相は約40を上回るC:N比を有することができる。
様々な実施形態では、バイオマスを取得するステップ110は、藻類を培養するステップとそれに続いて藻類を収穫して脱水するステップとを備えることができる。本願発明の1つの利点は、バイオマスを過度に脱水する必要がないということである。なぜならば、亜臨界水熱処理120は水を必要とするからである。バイオマスが藻類を含む場合、脱水ステップは水中に配された藻類に関しての水性懸濁液又はスラリーをもたらす。藻類の脱水は、遠心分離、濾過、及び、蒸発等の手法によって行われることができる。上述の「藻類濃縮に関する脱水システム及び方法」は、藻類脱水に関してのさらなるシステム及びプロセスを提供する。
水性懸濁液内での藻類濃度についての適切な範囲は次の範囲を含む:重量にして藻類の約5%から約30%の間の範囲、重量にして藻類の約10%から約50%の間の範囲、及び、重量にして藻類の約25%から約30%の間の範囲。これらの範囲内のバイオマスについての水性懸濁液を作るためには、他の形態のバイオマスについても脱水又は加水を行う必要が生じ得る。適切な藻類の例には次のものが含まれる:微細藻類、大型藻類、藍藻類、従属栄養性藻類、混合栄養藻類、シアノバクテリア等。微細藻類は特に低窒素な藻類の種類たり得る。より高いバイオオイル収率のためには、低タンパク質濃度及び/又は高脂質濃度によって特徴付けられるバイオマスが望ましい。藻類は、約6%から約50%以上のタンパク質濃度によって一般的に特徴付けられる。より低いタンパク質濃度を有する他のバイオマスをも用いることができる。同様に、藻類内の脂質濃度は一般的には約5%から約45%となり得るのであり、従属栄養的に又は混合栄養的に培養された藻類に関してはそれ以上となり得るのであり、他のタイプのバイオマスに関しては通常はより低い濃度となる。
ステップ120では、バイオマスの水性懸濁液が溶媒125と一緒に加圧容器内で亜臨界水熱液化処理を受けて、少なくとも有機相及び水相からなる多相混合物がもたらされる。より具体的には、溶媒125は室温の水と混ざらないことによって特徴付けられる有機溶媒125を含む。適切な有機溶媒125の例にはヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン等の長鎖炭化水素並びに幾つかの中鎖炭化水素及び短鎖炭化水素が含まれる。他の適切な有機溶媒125には、ガソリン・ディーゼル・ケロシン等の炭化水素混合物や、芳香族溶剤及び脂肪族溶剤や、テトラリン等の水素供与性溶剤等が含まれる。適切な有機溶媒125は、無極性又は極性であることができ、後者の例としては長鎖アルコールが挙げられる。本願明細書にて用いられる水熱条件下では、二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の濃密ガスは、本願明細書にて説明するプロセスに関して有機溶媒125についての適切な代替物質たり得るという点に留意すべきである。亜臨界水熱処理ステップ120で用いられる有機溶媒125に対しての水の体積比の適切な比は、約1:1から約10:1の間であり、特定の例を挙げれば2:1が挙げられる。
ステップ120の亜臨界水熱処理は、水の臨界点より下の温度・圧力条件下(一般的には亜臨界条件という。)で行われる。これらの条件下では、細胞溶解、生体分子の加水分解、加水分解時に解放された分子間の反応、及び、究極的には重合反応によるバイオオイルの生成等の複数のプロセスが進行する。一般的には、バイオマス内の脂質及び短鎖有機ポリマーがバイオオイルになり、他方でタンパク質及び炭水化物の加水分解生成物は水溶性であり水相内へと溶解される。タンパク質及び炭水化物は後述される固相を形成する場合もある。有機溶媒125は脂質と短鎖有機ポリマーの抽出効率を向上させてより高いバイオオイル収率をもたらすものと考えられている。また、有機溶媒125はバイオオイルを溶解する役割を果たすのであり、ステップ120で得られた有機相は、有機溶媒125内に溶解したバイオオイルである。
ステップ120の亜臨界水熱処理は、水の臨界点(約374°C、3206psia)より下の任意の温度及び圧力の組合せを有することができるが、一部の実施形態において条件は、約150°Cから約350°Cの間の処理温度と約500psiから約3000psiの間の圧力とで構成されることができる。以下において詳述するさらなる実施形態においては、処理温度は約200°Cを超えない。亜臨界水熱処理ステップ120がバッチモードで行われる場合、処理は例えばオートクレーブ内で行われることができる。連続的運転のためには、高圧連続反応炉を用いることができる。
プロセス100の様々な実施形態においては、追加的コンポーネントを追加することができ、例えば、触媒をステップ120のバイオマス/溶媒コンビネーションに追加することができる。例えば、K2CO3等の炭酸塩化合物は、生体分子の加水分解を促進するものとして知られている。例えば、Zhang, Y.、「Biofuels from Agricultural Wastes and Byproducts」(2010)、第10章を参照することができ、本願明細書において、これは参照により取り込まれる。
亜臨界水熱処理ステップ120によって結果的にもたらされる多相混合物に対して、次に分離ステップ130が行われるのであり、水相から有機相が分離される。随意的には、多相混合物から固相及び気相をも分離することができる。分離ステップ130で用いられることのできる分離用技術の例には次のものが含まれる:分離タンク、デカンタ、遠心分離機、及び濾過系。亜臨界水熱処理ステップ120がバッチモードで行われる実施形態では、分離ステップ130もバッチモードで行われることができ、また、該ステップも亜臨界水熱処理ステップ120に用いられたのと同じ容器内で行われることができる。一部の実施形態では、気相の一部又は全部が、亜臨界水熱処理ステップ120で用いられる反応炉によって放出される。これらの気体は、一酸化炭素及びメタン等の炭素質ガス又は他の軽量炭化水素を含むことができる。したがって、一部の実施形態では、亜臨界水熱処理ステップ120の最中に分離ステップ130が開始されることができるということが分かる。亜臨界水熱処理ステップ120中に放出された気体は、随意的には、後に有機相から水相を分離する際に放出された気体と混合されることができる。
分離ステップ130で回収された有機相は、次にステップ140で随意的に精製されて生産品150が生産される。ステップ140での精製は、石油から生産されたオイルを精製するのに一般的に用いられる接触水素化/脱酸素化プロセスによって行うことができる。したがって、ステップ140の精製による生産品150は、ディーゼルやガソリン等の低窒素輸送燃料であることができる。このような精製によって他の炭化水素生産品150も生産されることができる。一部の実施形態では、精製ステップ140の生産品150の一部を、亜臨界水熱処理ステップ120の溶媒125として用いられる。例示的な生産品150にはドデカン、ナフサのような生産品、ガソリン留分、ディーゼルのような生産品、及び、ケロシンのような生産品が含まれる。
上述したように、分離ステップ130で生じた水相は、有機相に取り込まれなかった可溶性炭素含有分子を含むことができる。ステップ160では、水相をさらに処理してそのような炭素を回収することができる。様々な実施形態においてステップ160は、以下のステップを伴うことができる:水蒸気改質、水蒸気ガス化、水素化処理、直接水素処理、好気性消化及び嫌気性消化、並びに、沈殿等による水性化学処理。これらのプロセスは、示されているようなステップ110におけるバイオマス培養において用いることのできる二酸化炭素若しくは液体炭化水素を生成することができ、又は、亜臨界水熱処理ステップ120に直接差し戻されることのできる若しくは後述する後続の水熱処理へと送られることのできる液体若しくは固体の炭素含有化合物を生成することができる。ステップ160で生じた任意の酸化炭素ガスの一部又は全部は、亜臨界水熱処理ステップ120へ随意的に投入されることができる。
炭素回収に加えて、窒素やリンや他のヘテロ原子等の他の養分は、提示された回収手法の幾つかを用いて、ステップ160で回収された上でステップ110のバイオマスを培養するために戻されることができる。幾つかの場面では、ステップ160は、分離ステップ130の炭素含有固体及び/又は気体を回収するステップを備えることができ、これらの実施形態の一部では、回収された固体及び/又は気体は回収された水相と同じプロセスへと投入される。一部の実施形態においてステップ160の別の生産品としては、メタン又はバイオガスがあり、これはステップ120等のステップにおいて加熱用の燃料として用いられることができる。ステップ160においては水素も別の生産品としてもたらされることができ、水素は例えば、発電のために用いたり、第1又は第2の水熱ステップ120、210(後述の図2を参照。)へと共同投入して還元環境を維持したり、又は、結果として得られた有機相を様々な燃料へと水素処理若しくは水素化処理するために用いたりすることができる。
例示的実施形態では、水相は消化等によってバイオガスを生成するためにまず利用することができる。消化で得られたバイオガスを蒸気メタン改質によって処理してバイオガスのメタン留分を水素及び二酸化炭素に変換することができるのであり、又は、バイオガスを蒸気ガス化によって処理してバイオガスのメタン留分を合成ガスに変換することができるのでありこれは水素と主に一酸化炭素のガス状混合物であり場合によっては二酸化炭素を幾らか伴う。随意的には、蒸気ガス化によって、水相から直接的に合成ガスを生産することができる。合成ガスは、Fischer-Tropschプロセスを用いての液体炭化水素の生産に用いることができる。圧力スイング吸収法(pressure swing absorption)等によってどちらのガス状混合物からも水素を回収することができ、残る酸化炭素は、亜臨界水熱処理ステップ120へと戻されるか、又は、酸化炭素が二酸化炭素である場合にはステップ110での培養のために用いることができるのであり、水素ガスは、バイオオイルの水素処理のために用いられるか、又は、水熱反応へと共同投入されることができる。他の実施形態では、熱源及び動力源等として合成ガスを直接燃焼等したりすることができる。分離ステップ130で回収された固体も随意的には、単体で若しくはバイオガスと一緒に若しくは水相と一緒に、水蒸気ガス化を受けて合成ガスの生成が行われることができる。
先述したように、一部の実施形態においては、亜臨界水熱処理ステップ120の温度は200°Cを超えない。これら実施形態の一部においては、亜臨界水熱処理ステップ120は比較的低い温度で行われるそのような第1の水熱ステップであり、これらの実施形態では、第2の水熱処理ステップ及び分離ステップが追加されて第1の亜臨界水熱処理ステップ120で作られた固体から炭素を回収する。
図2は、2つの水熱処理ステップを用いる本願発明の様々な追加的な例示的実施形態を示す役割を果たす。図示されているプロセス200は上述したバイオマスを取得する随意的なステップ110で始まる。プロセス200は上述した亜臨界水熱処理ステップ120へと続くのであるが、その温度は200°Cを超えないように制限されている。そして、亜臨界水熱処理ステップ120によって生じた多相混合物に対しては上述した分離ステップ130が施されるのであり、該ステップでは有機相が水相から分離される。これらの実施形態では、上記に加えて固相及び随意的な気相も分離される。
ステップ210では、固相に対して第2の水熱条件での処理が施され、これは異なる実施形態において亜臨界的又は超臨界的であることができる。第2の水熱条件は、第1の処理温度を上回る第2の処理温度と、約200psiから約3000psiの圧力とを備える条件であり、有機相と水相とからなる第2の多相混合物を生成する。これらの実施形態の一部では、第2の有機溶媒220がステップ210の水熱プロセスに追加される。第2の有機溶媒220は、室温の水と混ざらないという性質によっても特徴付けられるのであり、ステップ120で用いられる有機溶媒125と同一であることができ、又は、異なる有機溶媒であることができる。ステップ120の場合と同様に、第2の水熱ステップ210には触媒を追加することもできる。第2の水熱条件が超臨界的である実施形態においては、温度は次の範囲とされることができる:約380°Cから約600°C、又は、約390°Cから約500°C、又は、約395°Cから約450°C。
次に、ステップ230では、分離ステップ130で説明されたように、第2の多相混合物の有機相が水相から分離される。そして、上述したように、ステップ140で第2の多相混合物の有機相が精製される。様々な実施形態では、第2の多相混合物からの有機相は第1の多相混合物からの有機相と混合されて、その組合せがステップ140で精製される。同様に、第2の多相混合物からの水相は随意的に水性処理ステップ160で処理されるのであり、一部の実施形態ではステップ130で第2の多相混合物から分離された水相と一緒に処理される。
図1及び図2は、1以上の水熱容器と1以上の分離ユニットとを備えるバイオマス変換システムに関しての例示的実施形態を表す役割を果たす図である。ここで、該容器はプロセス100、200について指定されている条件との関係で適切でありかつ水熱条件下で反応物と反応しない材料で作られている。また、該分離ユニットは結果としてもたらされる多相混合物の諸相を分離することができるものである。一部の実施形態では、ステップ120及び210は、プラグフロータイプ又は連続攪拌タンク反応炉(CSTR、Continuous Stirred Tank Reactor)タイプの連続定常状態反応炉内で達成されることができる。本願発明に関しての様々な追加的システムには、藻類の培養のための光バイオ反応炉や収穫機材・脱水機材等のバイオマス生産に必要なサブシステムが含まれる。本願発明に関しての他のシステムは、ガス化装置や蒸解装置(digester)等の分離ステップ130、230で回収された水相をさらに処理するために必要とされる機材を含む。
本願発明は、本願明細書にて説明したプロセスによって合成された生産品という形式での組成物をも提供する。本願明細書にて説明した亜臨界水熱処理によって生産された有機相は、それ自体バイオオイルと用いられた有機溶媒との混合物であり、例え同じ藻類が両プロセスに投入された場合であってもこれらの生産品は特許文献1等の他のプロセスによって生産されたバイオオイルとは区別可能なものであることに留意されたい。
本願明細書にて既述のように、本願発明は本願明細書の特定の実施形態との関係で説明されているが、これらに限定されるものではないことを当業者は理解する。上述した発明の様々な特徴及び観点を個別的又は連帯的に用いることができる。また、本願明細書の範疇を逸脱せずに、本願明細書にて説明した任意の幾つかの環境及び用途を超える場面のおいても本願発明を活用することができる。したがって、本願明細書及び図面は限定的なものとしてではなく、例示的なものとして解されるべきである。本願明細書にて用いられる「備える」、「含む」、及び「有する」との用語は、非閉鎖的な用語として解釈されることが特に意図されている。
Claims (32)
- バイオマスの水性懸濁液と第1の有機溶媒とを一緒に、約150°Cから約350°Cの間の第1の処理温度及び約500psiから約3000psiの間の圧力を伴う第1の亜臨界水熱条件下で処理して、有機相と水相とを含む第1の多相混合物を生成するステップを備える第1の水熱処理ステップであって、前記第1の有機溶媒は室温の水とは混ざらない、ステップと、
前記有機相を前記水相から分離するステップ
とを備える、方法。 - 前記第1の有機溶媒は炭化水素を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記バイオマスの前記水性懸濁液は重量にして前記バイオマスの約5%から約30%を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記バイオマスは藻類を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記亜臨界処理ステップで用いられる前記第1の有機溶媒に対しての水の体積比が約1:1から約10:1の間とされる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記バイオマスは約10未満のC:Nを有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分離ステップの後の前記有機相は約40を上回るC:Nを有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分離ステップで生じた水相から炭素を回収するステップをさらに備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分離ステップで生じた水相をダイジェスタに供給してバイオガスを生成するステップをさらに備える、請求項8に記載の方法。
- 前記バイオガスについて水蒸気メタン改質を行ってそのメタン留分を水素と二酸化炭素とに変換するステップをさらに備える、請求項9に記載の方法。
- 前記バイオガスについて水蒸気ガス化を行ってそのメタン留分を合成ガスに変換するステップをさらに備える、請求項9に記載の方法。
- 前記合成ガスを処理して液体炭化水素を生成するステップをさらに備える、請求項11に記載の方法。
- 前記水相から炭素を回収するステップは二酸化炭素を生成することを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記二酸化炭素は藻類を培養するのに用いられる、請求項13に記載の方法。
- 前記二酸化炭素は前記第1の水熱処理へと供給される、請求項13に記載の方法。
- 前記第1の水熱処理に触媒を追加することをさらに伴う、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の水熱処理の前に前記バイオマスの前記水性懸濁液を生成するステップをさらに備える、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記バイオマスの前記水性懸濁液を生成するステップは藻類を培養するステップと前記藻類を脱水するステップとを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記有機相を燃料に変換するステップをさらに備える、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の有機溶媒の少なくとも一部として前記燃料のいくらかを前記第1の水熱処理へと送り戻すステップをさらに備える、請求項19に記載の方法。
- 前記第1の温度が約200°Cを超えない、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項21に記載の方法であって、
前記第1の多相混合物は固相をさらに含み、
前記分離ステップは前記有機相及び前記水相から前記固相を分離するステップをさらに備え、
前記方法は、
前記固相を、前記第1の処理温度を上回る第2の処理温度及び約200psiから約3000psiの圧力を伴う第2の水熱条件下で処理して、有機相と水相とを含む第2の多相混合物を生成するステップを備える第2の水熱処理ステップと、
前記有機相を前記第2の多相混合物の前記水相から分離するステップ
とをさらに備える、方法。 - 前記第1及び第2の多相混合物を分離して回収した前記有機相を燃料に変換するステップをさらに備える、請求項22に記載の方法。
- 前記第2の水熱処理は固体を第2の溶媒と一緒に処理するステップをさらに含む、請求項22又は23に記載の方法。
- 前記第2の多相混合物から分離された前記水相から炭素を回収するステップをさらに備える、請求項22〜24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の水熱処理は第2の亜臨界水熱処理を含む、請求項22〜25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の水熱処理は超臨界水熱処理を含む、請求項22〜25のいずれか1項に記載の方法。
- いずれかの水相から回収された炭素は二酸化炭素として前記第2の水熱処理へと供給される、請求項22〜27のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項4に記載のプロセスによって生じた前記有機相からなる生産品。
- 前記藻類は実質的に微細藻類からなる、請求項29に記載の生産品。
- 請求項22に記載のプロセスによって生じた前記有機相からなる生産品であって、前記バイオマスは藻類を含む、生産品。
- 前記第1の水熱処理は連続定常状態反応炉内で達成される、請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
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