MX2008014178A - Proceso para la conversion de biomasa a combustibles liquidos y especialidades quimicas. - Google Patents

Abstract

Se describe un proceso para convertir biomasa a combustibles y/o productos químicos de valor. El proceso comprende las etapas de a) activar la biomasa para hacerla más susceptible a conversión; c) convertir parcialmente la biomasa a un material solubilizado; y d) someter la biomasa no convertida a una segunda etapa de conversión. El proceso opcionalmente comprende una etapa b) de agregar un solvente a la biomasa activada. En una modalidad preferida, la biomasa solubilizada obtenida en la etapa c) se remueve antes de que la biomasa no convertida se someta en la etapa d).

Description

PROCESO PARA LA CONVERSION DE BIOMASA A COMBUSTIBLES LIQUIDOS Y ESPECIALIDADES QUIMICAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la conversión de la biomasa sólida a combustibles líquidos y especialidades químicas . ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se reconoce desde hace tiempo que la biomasa, en particular biomasa de origen de plantas, está abundantemente disponible y es una fuente potencial de combustibles líquidos y especialidades químicas. Ver, por ejemplo, "Energy production from biomass", por P. Mc.Kendry - Bioresource Technology 83 (2002) p 37-46, y "Coordinated development of leading biomass pretreatment technologies" por C.E.Wyman et al, Bioresource Technology 96 (2005) 1959-1966. Los materiales de biomasa refinados, tales como aceites vegetales, almidones y azúcares, pueden casi completamente convertirse a combustibles líquidos tales como biodiesel (ésteres de metilo o etilo de ácidos grados) y etanol. Sin embargo, el uso de estos materiales de biomasa refinados como puntos de partida para los combustibles líquidos desvía los recursos de buenas fuentes costosas del consumo animal y aun el consumo humano. Esto hace que estos materiales de partida sean más costosos y también se encuentren con objeciones éticas. Ref.: 197982 Es mucho más deseable encontrar una manera de convertir la biomasa no comestible a combustibles líquidos o especialidades químicas, en particular si esta biomasa no comestible no tiene en la actualidad un uso económico y por lo tanto se considere "desecho". Los ejemplos de tales materiales de biomasa incluyen desechos de la agricultura, tales como bagazo, paja, forro de maíz, cáscaras de maíz y similares. Otros ejemplos incluyen desechos forestales tales como astillas de madera y aserrín de las operaciones de explotación forestales o desechos de papel y/o fábricas de papel. Lo que estos materiales tienen en común es que contienen cantidades significantes de lignocelulosa y celulosa cristalina que los hacen resistentes a la conversión química y a la fermentación. Se conoce que la biomasa consiste de tres principales componentes que son lignina, hemi-celulosa amorfa y celulosa cristalina, formada en una manera compacta que la hace menos accesible y por lo tanto menos susceptible a la conversión química y/o enzimática. Diversos procesos se proponen para convertir la biomasa no comestible a combustibles líquidos, alimentos animales y productos químicos. En términos generales, estos procesos caen en una de las siguientes categorías: Mejora hidrotérmica (HTU) ; ver referencias "Process for the production of liquid fuels from biomass" por Van den Beld et al WO 02/20699 Al.

" Developments in direct thermochemical liquefaction of biomass 1983-1990" por D.C.Elliott et al., Energy & Fuels 1991, 5, 399-410. "A literature survey of intermedíate products formed during the thermal aqueous degradation of cellulose" Polym. Plast. Technology. Eng 11, (2), 127-157 (1978). Pirólisis; ver referencia "Pyrolysis of ood/Biomass for Bio-Oil: A critical Review" by D. Mohán et al., Energy & Fuels 2006, 20, p 848-889. Gasification (seguido por síntesis Fischer Tropsch). "Chemical Processing in High-pressure Aqueous Environments - Development of Catalysts for Gassification" por D. C. Elliott et al, Ind. Eng. Chem. Res. 1993, 32, 1542-1548.

Hidrólisis ácida Schmidt et al "Hydrolysis of biomass material" US2002/0117167A1 Fermentación enzimática Ver por ejemplo referencia: "A review of the production of ethanol from softwood" por M. Galbe et al., Biomedical and Life Sciences, vol 59, no6, Septiembre 2002. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION La mejora hidrotérmica (HTU) se refiere al proceso por el cual la biomasa se hace reaccionar con agua líquida a temperatura elevada (muy por encima de 200°C) y presión (50 bar o más alta) . Las altas temperaturas y presión que son I I necesarias para obtener las relaciones de conversión adecuadas ¡ hacen este proceso caro, requieren equipo de alta presión especial construido con aleaciones de metal especiales para i j las plantas comerciales, son difíciles de operar y tienen i 5 tiempo de vida relativamente cortos. Además, los productos obtenidos en los procesos HTU se degradan pesadamente debido a la polimerización y formación de coque que tiene lugar bajo las condiciones de reacción prevalecientes. Los productos líquidos obtenidos por los procesos HTU tienden a ser muy 10 ácidos y corrosivos e inestables. La pirólisis generalmente se refiere a los procesos j llevados a cabo a temperaturas altas (500 hasta 800°C) en la ausencia de oxígeno o con tan poco oxígeno presente que poca o ninguna oxidación tiene lugar. Los productos líquidos 15 resultantes son de calidad pobre, se degradan pesadamente y tienen pH bajo y requieren del (hidro) tratamiento amplio para J la mejora para el transporte de los combustibles o materias ! primas químicas. I Es deseable desarrollar un proceso para convertir la J 20 biomasa bajo condiciones mucho más moderadas que prevalecen en I los procesos de HTU e pirólisis tradicionales, en parte para i j evitar el alto costo del equipo necesario para operarse bajo I estas condiciones y en parte para también evitar la I degradación del producto que tiene lugar bajo estas ! 25 condiciones de reacción más severas. I i I La gasificación de la biomasa, seguida por la síntesis FT, es inherentemente cara ya que implica una ruptura completa del material de hidrocarburo, seguido por una síntesis de ¡ diferentes hidrocarburos. Esta ruta involucra una multi-etapa I 5 compleja y por lo tanto un esquema de procesamiento costoso. Cualquier proceso de conversión de biomasa económico puede estar encaminado a conservar la presente estructura i química en la biomasa en la medida de lo posible, para ser consistente con la meta de hacer combustibles líquidos. El 10 esquema general debería ser simple y bajo en capital así como el costo de operación. j La fermentación enzimática es capaz de convertir j solamente una porción relativamente pequeña de la celulosa disponible en biomasa, generalmente del orden de 40%. El ¡ 15 proceso es lento, requiere 24 horas o más por lote y opera ¡ mejor en relaciones de sólido a líquido bajas. En ! consecuencia, el proceso deberá llevarse a cabo en recipientes j de fermentación grandes. Las enzimas usadas en estos procesos I son caras cuando se compara al costo de las especialidades J 20 químicas usada en los procesos de conversión químicos. La hidrólisis ácida se propone como un precursor para la fermentación enzimática. El propósito es para proporcionar un j desdoblamiento inicial de ( ligno- ) celulosa , a fin de que más ¡ de ella esté disponible para la fermentación posterior. La ¡ 25 hidrólisis ácida se lleva a cabo bajo condiciones atmosféricas y a temperaturas debajo de 100°C. El manejo de las cantidades grandes de ácido hace este proceso poco atractivo, en particular debido a que el ácido debe ser removido o neutralizado antes de la etapa de fermentación. Las sales formadas afectan adversamente los procesos de fermentación posteriores. Hay una necesidad de un proceso de costo bajo que sea capaz de convertir una proporción grande del material ( ligno) celulósico presente en una biomasa no comestible bajo condiciones que sean lo suficientemente suaves para evitar los costos elevados de equipo y energía y/o degradación substancial de los productos de la conversión. La biomasa en general representa un compuesto que comprende principalmente lignina, hemi-celulosa amorfa y celulosa cristalina, los cuales se ensamblen en una forma compacta fuerta, la cual debido a la falta de accesibilidad es resistente a los tratamientos químicos, impregnación y disolución. Es altamente deseable desarrollar medios para disociar estos tres principales componentes del compuesto y desarrolla la susceptibilidad la cual permitirá que tengan lugar las reacciones químicas y conversiones posteriores. La invención proporciona medios para lograr esto al usar un proceso de dos etapas: a) ruptura/disociación de los componentes dentro del compuesto y desarrollo de susceptibilidad, · b) hacer reaccionar los compuestos individuales apropiadamente usando los medios químicos, mecánicos, térmicos y químicos para la conversión eficiente a combustibles y especialidades químicas. La presente invención se refiere a un proceso para j 5 convertir la biomasa a un combustible líquido que comprende ¡ las etapas de: I a) activar la biomasa para hacer más susceptible la j conversión; { b) opcionalmente, agregar un solvente; ; 10 c) parcialmente convertir la biomasa activada para formar ! una mezcla de material solubilizado y biomasa no convertida; d) someter la biomasa no convertida de la etapa c) a un proceso de conversión. Debido a que la activación tiene lugar en la etapa a) , 15 opcionalmente asistida por la adición de un solvente (etapa j b) , la etapa c) puede llevarse a cabo bajo condiciones \ suaves. Como resultado el producto obtenido en la etapa c) I no se degrada substancialmente . La biomasa no convertida de j la etapa c) se somete posteriormente a una segunda j 20 conversión en la etapa d) . Opcionalmente, y preferiblemente, ! la biomasa convertida obtenida en la etapa c) se remueve de la biomasa no convertida antes de que la última se someta a j una segunda conversión en la etapa d) . Si los productos de j conversión de la etapa c) se remueven primero, la etapa d) ¡ 25 puede llevarse a cabo bajo condiciones más severas que la I etapa c) . En lo alternativo, la etapa d) puede precederse por una segunda etapa de activación de manera que la biomasa no convertida es más susceptible al proceso de conversión de la etapa d) . BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama esquemático de una modalidad del proceso de la presente invención. La figura 2 es un diagrama esquemático de una modalidad alternativa del proceso de la presente invención. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Lo siguiente es una descripción de ciertas modalidades de la invención, dadas a manera de ejemplo solamente. La presente invención se refiere a un proceso para convertir la biomasa a un combustible liquido que comprende las etapas de: a) activar la biomasa para hacer más susceptible la conversión; b) opcionalmente, agregar un solvente; c) parcialmente convertir la biomasa activada para formar una mezcla de material solubilizado y biomasa no convertida; d) someter la biomasa no convertida de la etapa c) a un proceso de conversión. El proceso proporciona la ventaja general de requerir menos condiciones de proceso severo que, por ejemplo, procesos de pirólisis o HTU tradicional. En consecuencia, el proceso es más rentable y requiere equipo sencillo menos caro. El proceso ambientalmente también es más aceptable, y produce producto de más calidad, y más adecuado para la conversión de combustibles y químicos. Las modalidades particulares del proceso proporcionan mezclas homogéneas, íntimas del material de biomasa con un solvente y/o un sólido y/o un aditivo líquido, el cual proporciona ventajas para la conversión posterior. En una modalidad preferida el material de biomasa se sensibiliza. Debido a que el material sensibilizado tiene una susceptibilidad incrementada para la conversión hidrotérmica, la conversión hidrotérmica por si misma puede llevarse a cabo a una temperatura y presión inferior que se emplea normalmente para este tipo de reacción. Existen diversas formas en las cuales el material portador de energía con base en carbono puede sensibilizarse previo a la etapa de conversión hidrotérmica por si mismo. Un proceso involucra proporcionar partículas del material portador de energía con base en carbono, y recubrir estas partículas con partículas más pequeñas de un material catalítico. Las partículas recubiertas se someten a tratamiento térmico, durante el cual el material portador de energía vuelve a sensibilizarse. Este proceso se describe en detalle en la solicitud de patente co-pendiente titulada "Pretratamiento de material portador de energía de base carbón en partículas", las descripciones de las cuales se incorporan en la presente para referencia. Otro proceso para sensibilizar el material portador de energía basado en carbono es adecuado para los materiales portadores de energía que contienen un polímero de origen fotosintético . En este proceso, las partículas pequeñas de un material inorgánico se incrustan dentro del material polimérico de la región fotosintética . Este proceso se describe en detalle en la solicitud de patente co-pendiente titulada "Método de elaboración de un material polimérico de origen fotosintético que comprende un material inorgánico en partículas", las descripciones de las cuales se incorporan en la presente para referencia. Todavía otro proceso para sensibilizar el material portador de energía basado en carbono comprende la etapa de poner en contacto el material portador de energía basado en carbono con los productos de reacción obtenidos en la etapa b) del proceso de la presente invención. Se entenderá que cuando el proceso se inicia todavía no está disponible el producto de reacción. Por lo tanto, en esta etapa, el material portador de energía basado en carbono puede sensibilizarse por algún otro método. También es posible iniciar la reacción con material no sensibilizado, y portar la etapa de conversión hidrotérmica bajo condiciones convencionales de temperatura y presión. Por ejemplo, la reacción puede iniciarse a una temperatura de hasta 370 grados centígrados, y una presión de alrededor 200 bar, o preferiblemente con vapor supercalentado ("vapor seco") , produciendo un producto de reacción que es prácticamente adecuado para mezclarse con el material portador de energía basado en carbono para los propósitos de sensibilización. Una vez que el producto de reacción se forma suficientemente para operar la reacción con un suministro continúo de material sensibilizado, las condiciones de conversión hidrotérmicas luego pueden cambiarse a una temperatura de menos de 300 grados centígrados y presión A de menos de 50 bar. En una modalidad preferida adicional la etapa a) de sensibilizar comprende la etapa de someter el material portador de energía a un giro de pH de al menos 4 unidades de pH. En una modalidad, el giro del pH se produce al exponer primero el material portador de energía basado en carbono a un pH de menos de 6, y incrementar el pH a más de 8, con la condición de que el cambio de pH sea de al menos 4 unidades de pH. Por ejemplo, si el pH ácido es 6, el pH se incrementa a al menos 10; si el pH ácido es 5, el pH se incrementa a al menos 9; etc. En una modalidad alternativa el cambio del pH se produce al exponer primero el material portador de energía basado en carbono a un pH de más de 8, disminuir el pH a menos de 6, con la condición de que el cambio del pH sea al menos 4 unidades.

Por ejemplo, si el pH alcalino es 8, el pH se disminuye hasta 4 o menos; si el pH alcalino es 9, el pH se disminuye hasta 5 o menos; etc. En una modalidad particularmente preferida el cambio del pH comprende las etapas de exponer primero el material portador de energía basado en carbono a un pH de menos de 3, y incrementar el pH a más de 6. Convenientemente el cambio del pH se produce por adiciones respectivas para el material portador de energía basado en carbono de una solución acuosa de un ácido o una base. Los ácidos adecuados incluyen ácidos minerales, en particular ácidos minerales fuertes tales como ácido clorhídrico, ácido nítrico, y ácido sulfúrico. Los ácidos orgánicos también son adecuados, en particular ácidos orgánicos como pueden producirse en la conversión hidrotérmica posterior del material portador de energía, debido a su disponibilidad abundante en el sitio donde el proceso se lleva a cabo, y su compatibilidad con otras etapas del proceso. Las bases adecuadas incluyen materiales inorgánicos, en particular materiales inorgánicos económicos tales como potasa, sosa comercial, caústica, y cal. Las adiciones posteriores de un ácido y una base (o una base y un ácido) para el material portador de energía resultan en la presencia de una sal. En general la sal no interfiere con la reacción de conversión hidrotérmica posterior. La conversión hidrotérmica típicamente resulta en la formación del producto líquido que comprende una fase rica en agua y una fase rica en hidrocarburo, con virtualmente toda la sal presente en la fase rica en agua. La sal puede recuperarse de la fase rica en agua por cualquier técnica adecuada. En una modalidad preferida la sal se aloja en el material portador de energía basado en carbono en la forma de cristales pequeños. Esto se hace al cambiar las condiciones de tal manera que la sal está presente en los precipitados de solución. En general, es indeseable para depositar cristales de sal en la superficie exterior de las partículas del material portador de energía. Por lo tanto, el líquido en exceso se drena primero completamente, dejando el material portador de energía remojándose con una solución de sal. Después, las condiciones se cambian para provocar la precipitación de la sal dentro de las partículas del material portador de energía. Este cambio de condiciones puede ser alguno que provoque precipitación de la sal específica, y puede incluir, por ejemplo, un cambio en la temperatura, un cambio en el pH, evaporación del solvente (el cual, en más casos, es agua), y las combinaciones de tales mediciones. Los cristales de sal alojados dentro de las partículas de material portador de energía tienden a romperse o abrir estas partículas, por ello contribuye a la sensibilización requerida del material portador de energía para un tratamiento hidrotérmico posterior. En una modalidad alternativa la biomasa se pretrata como sigue en un proceso que comprende las etapas de: a) proporcionar el material de biomasa en forma de partículas; b) preparar una mezcla espesa del material de biomasa en partículas y un solvente; c) introducir en la mezcla espesa un material insoluble inorgánico, en partículas; Adecuadamente la fuente del material polimérico es una forma de residuo agrícola o de silvicultura. Los ejemplos incluyen bagazo, pulpa de remolacha azucarera, paja machacada, pelusa de algodón, tallo de maíz, mazorca de maíz, astilla de madera, aserrín, corteza de árbol, pasto, y los similares. Para el proceso de la invención el material polimérico se proporciona en forma de partículas, preferiblemente que tenga un diámetro de partícula medio de menos de 3 mm, preferiblemente en el intervalo de desde 0.1 hasta 1 mm. En general este material en partículas se prepara de partículas más grandes por técnicas tales como moler, machacar, pulverización, y los similares. Sin embargo, se ha encontrado que el proceso de la presente invención es adecuado para uso con material polimérico en partículas relativamente grueso, de manera que esta etapa de reducción de tamaño en partículas puede omitirse. Por ejemplo, la astillas de madera como se producen cuando los árboles se cortan con una sierra de cadena pueden usarse en este proceso sin reducción de tamaño de partículas adicional. El material polimérico en partículas se mezcla con un solvente para formar una mezcla espesa . Se puede llevar a cabo el mezclado con cualquier mezclador adecuado, tal como un mezclador helicoidal, un impulsor, un mezclador de tornillos, y los similares. Puede ser deseable para emplear una forma de mezclado de corte alto. Como es deseable operar a un costo bajo, en muchos casos el agua es un solvente preferido. Sin embargo, otros solventes pueden estar disponibles a bajo costo de otras etapas del proceso de conversión. Por ejemplo, si el proceso de la presente invención se integra con un proceso de fermentación, el etanol puede abundantemente estar disponible a bajo costo. También, el producto de la reacción del proceso de la presente invención comprende una fase líquida, la cual puede separarse en una fase acuosa y una fase orgánica. La fase acuosa comprende agua y compuestos orgánicos solubles en agua. Esta fase acuosa puede usarse como el solvente para hacer la mezcla espesa de la etapa b) , con o sin eliminación previa de los compuestos orgánicos contenidos en ellos. El material inorgánico insoluble, el cual se introduce en la mezcla espesa en la etapa c) es preferiblemente un material alcalino. Aun más preferidos son los materiales de la capa o formas tratadas con calor de los materiales de las capas. El material en capas se selecciona del grupo que consiste de esmectitas, arcillas aniónicas, sales de hidroxi en capas, y mezclas de los mismos. Altamente preferido son arcilla aniónica Mg-Al y Ca-Al. Los materiales en capas tratados térmicamente son materiales en capas seleccionados del grupo anterior que se han tratado térmicamente a una temperatura en el intervalo de alrededor de 300-900°C. Las partículas que contienen el material en capas (tratado térmicamente) puede adicionalmente comprender otros materiales. Los ejemplos de tales otros materiales son componentes catalizadores convencionales tal como sílice, alumina, aluminosilicatos , zirconia, titania, boria, caolín, caolín lixiviado con ácido, caolín desaluminado, bentonita, (modificado o dopada) fosfatos de aluminio, zeolitas (por ejemplo zeolita X, Y, REY, USY, RE-USY, o ZSM-5, zeolita beta, silicalitos) , fosfatos (por ejemplo meta o piro fosfatos), absorbentes, rellenos, y combinaciones de los mismos. Preferiblemente, las partículas contienen también metales como W, Mo, Ni, Co, Fe, V, y/o Ce. Tales metales pueden inducir una función de hidrotratamiento en las partículas (especialmente W, Mo, Ni, Co, y Fe) o aumentar la remoción de las especies que contienen azufre y/o nitrógeno (Zn, Ce, V). Las partículas pueden ser un catalizador FCC exhausto (residuo) de FCC que contiene el material en capas (tratado térmicamente) . Seria muy ventajoso, ya que involucra el reuso de material de desecho. El catalizador exhausto se puede moler del pulverizado en partículas más pequeñas, por ello incrementa su dispersibilidad . Las partículas sólidas que contienen el material en capas (tratado térmicamente) preferiblemente tiene una accesibilidad alta, por ello son menos vulnerable al bloqueo durante el proceso . El material inorgánico en partículas adecuadamente tiene un diámetro de partícula medio en el intervalo desde 1 hasta 500 micrómetros, preferiblemente desde 10 hasta 150 micrómetros. Después son ejemplos de materiales en capas específicos adecuados para uso en el presente proceso.

Esmectita Las esmectitas son resinas minerales 2:1 que llevan una carga de reticulado y se expande característicamente cuando se solvatan con agua y alcoholes. Las capas se cargan negativamente. Entre las capas, los cationes se hospedan. Los ejemplos de esmectitas son la montmorilonita y saponita, que son esmectitas que contienen Mg-, Al- y Si. Se pueden usar esmectitas que se presentan naturalmente o preparados sintéticamente. Un método para preparar esmectitas que contienen Mg-, Al- y Si se describen en WO 01/12319. El tratamiento térmico, por ejemplo calcinación a temperaturas en el intervalo de 300-900°C, conduce a la formación de arcillas de esmectita activada.

Arcilla aniónica La arcillas aniónicas son estructuras en capas correspondientes a la fórmula general [Mm2+ Mn3+(OH)2m+2n] ( Xn/zz") .bH20 en donde M2+ es un metal divalente, 3+ es un metal trivalente, m y n tienen un valor de tal manera que m/n=l hasta 10, preferiblemente 1 hasta 6, y b tiene un valor en el intervalo desde 0 hasta 10, generalmente un valor de 2 hasta 6, y a menudo un valor de alrededor de . X es un anión con valencia z, tal como C032~, OH", o cualquier otro anión presente normalmente en las intercapas de arcillas aniónicas. Más preferido que m/n tendría un valor de 2 hasta 4, más particularmente un valor cerca de 3. En el arte previo, las arcillas aniónicas también se refieren como hidróxidos de doble capa y materiales del tipo de hidrotalcita . Las arcillas aniónicas tienen una estructura de cristal que consisten de capas de cargas positivamente ensambladas de combinaciones específicas de hidróxidos de metal entre el cual están aniones y moléculas de agua. La hidrotalcita es un ejemplo de una arcilla aniónica que se presenta naturalmente en la cual Al es el metal trivalente, g es el metal divalente, y carbonato es el anión predominante presente. La meixnerita es una arcilla aniónica en la cual Al es el metal trivalente, Mg es el metal divalente, e hidroxilo es el anión predominante presente. En arcillas aniónicas del tipo hidrotalcita las capas principales del tipo de brucita se constituyen de octaedros alternativos con intercapas en las que las moléculas de agua y aniones, más particularmente iones de carbonato, se distribuyen. Las intercapas pueden contener aniones tales como N03~, OH, Cl", Br", I", S042~, Si032", Cr042~, B032", Mn04~, HGa03 ~, HV042~, C104, B032", aniones de pilares tal como Vi0O286" y Mo70246~ , monocarboxilatos tal como acetato, dicarboxilatos tal como, oxalato, sulfonatos de alquilo tal como sulfonato de laurilo. Con el tratamiento térmico a una temperatura superior a alrededor de 200°C, las arcillas aniónicas se transformaron en las llamadas soluciones sólidas, es decir óxidos mezclados que son re-hidratables para arcillas aniónicas. En altas temperaturas, arriba de alrededor de 800°C, se forman estructuras de tipo espinel. Estas no son re-hidratables para arcillas aniónicas. La arcilla aniónica tratada térmicamente que se puede presentar en las partículas sólidas para usarse en el proceso de la presente invención pueden ser una solución sólida o un material de tipo espinel. Para los propósitos de la presente invención diversos tipos de arcillas aniónicas (tratadas térmicamente) son adecuadas. Los ejemplos de metales trivalentes adecuados (M3+) presentes en la arcilla aniónica (tratada térmicamente) incluyen Al3+, Ga3+, In3+, Bi3+, Fe3+, Cr3+, Co3+, Sc3+, La3+, Ce3+, y combinaciones de los mismos. Los metales divalentes adecuados (M2+) incluyen g2+, Ca2+, Ba2+, Zn2+, Mn2+, Co2+, Mo2+, Ni2+, Fe2+, Sr2+, Cu2+, y combinaciones de los mismos. Las arcillas aniónicas especialmente preferidas son arcillas aniónicas Mg-Al y Ca-Al. Las arcillas aniónicas adecuadas se pueden preparar por cualquier proceso conocido. Los ejemplos son la co-precipitación de sales de metal divalente y trivalente solubles y reacciones de mezcla espesas entre agua -compuestos de metales divalentes y trivalentes insolubles, por ejemplo óxidos, hidróxidos, carbonatos, e hidroxicarbonatos . El ultimo método proporciona una ruta fácil para arcillas aniónicas.

Sales de hidroxi en capas Las sales hidroxi de metal (LHS) son distinguidas de arcillas aniónicas en que son ensambladas únicamente de metales divalentes, mientras que los hidróxidos dobles en capas son ensamblados de tanto un metal divalente como uno trivalente . Un ejemplo de un LHS es una sal hidroxi de un metal divalente de acuerdo a la siguiente fórmula idealizada: [ ( e2+, 2+)5(OH)3] + (Xn") i/n] , en donde Me2+ y M2+ pueden ser los mismos o diferentes iones de metal divalentes y Xn" es un anión diferente a OH". Otro ejemplo de LHS tiene la fórmula general [ (Me2+, M2+) 5 (OH) 8] 2+ (Xn-) 2/n] , en donde Me2+ y M2+ pueden ser los mismos o diferentes iones de metal divalentes y X es un anión diferente a OH". Si el LHS contiene dos metales diferentes, la relación de las cantidades relativas de los dos metales puede estar cerca de 1. Alternativamente, esta relación puede ser mucho más alta, significa que uno de los metales predomina sobre el otro. Es importante apreciar que estas fórmulas son ideales y que en la práctica la estructura general se mantendrá, aunque el análisis químico puede indicar composiciones que no satisfacen la fórmula ideal. Los ejemplos de sales de hidroxi en capas adecuadas con un tipo de metal son Zn-LHS (por ejemplo Zn5 (OH) 8 (X) 2 , Zn4(OH)6X, Zn5 (OH) 6 (X) 22H20, Zn3 (OH) 4 (X) 2) , Co-LHS (por ejemplo Co2(OH)3X, Ni-LHS (por ejemplo Ni2(OH)3X), Mg-LHS (por ejemplo Mg2 (OH) 3X) , Fe-LHS, Mn-LHS, y La-LHS (La (OH) 2N03) . Los ejemplos de sales de hidroxi en capas adecuadas que comprenden dos o más tipos diferentes de metales son Zn-Cu LHS, Zn-Ni LHS, Zn-Co LHS, Fe-Co LHS, Zn-Mn LHS, Zn-Fe LHS, Ni-Cu LHS, CU-CO LHS, Cu-Mg LHS , Cu-Mn LHS , Fe-Co LHS, Ni-Co LHS, Zn-Fe-Co LHS, g-Fe-Co LHS, y Ni-Cu-Co LHS . Las sales de hidroxi en capas especialmente preferidas son Zn- n LHS y Zn-Fe LHS. Los ejemplos de aniones de intercapas adecuados Xn" son NO3", OH, Cl", Br~, I", S042~, Si032~, Cr042~, B032~, Mn04~, HGa032", HV042", CI04", B03 ~, aniones en pilares tal como Vi0O286~ y Mo70246", los monocarboxilatos tal como acetato, dicarboxilatos tal como oxalato, sulfonatos de alquilo tal como sulfonato de laurilo . El LHS intercambiado con (bi ) carbonatos o aniones orgánicos proporciona la ventaja de calcinación, el anión se desintegraría, por ello incrementa la porosidad y área de superficie del LHS. Los métodos adecuados para la preparación de sales de hidroxi en capas involucra la reacción de un óxido de metal con una sal de metal disuelta (ver Inorg. Chem. 32 (1993) 1209-1215) y co-precipitación de soluciones de sal de metal (ver J. Solid State Chem. 148 (1999) 26-40 and J. Mater. Chem. 1 (1991) 531-537). Después de la preparación del LHS, los aniones de intercapa se puede intercambiar, si se desea, por un procedimiento que intercambia iones regulares. Con el tratamiento térmico de un LHS a una temperatura superiora 300°C, se forman los óxidos de metal o mezclas de óxidos de metal. Un proceso alterno involucra el uso de un extrusor y/o un amasador. El amasador es muy adecuado para proporcionar mezclas homogéneas e intimas y permiten que tengan lugar las reacciones, mientras la extrusión proporciona tratamiento mecánico de alto corte de los materiales que ayudan a la disolución de los compuestos de biomasa y facilita el transporte de los materiales. En particular el uso de un extrusor de tornillo se prefiere para usar en la presente, debido a que permite la operación a presiones altas sin requerir equipo caro. Se entenderá -que la etapa de mezclar se puede combinar con el proceso de reducir el tamaño de partículas del material de biomasa. Por ejemplo, la molienda con bolas ó el triturado de la biomasa en la presencia de un material sólido en partículas resultará en una mezcla íntima de la biomasa y el material sólido en partículas. Enfocándose ahora en el uso de un extrusor y/o amasador para el propósito de la activación de biomasa, es posible operar el proceso en temperaturas incrementadas. Muchos extrusores de tornillo se proporcionan con un manto de calentamiento a través del cual el vapor de agua o aceite de calentamiento se puede circular. También es posible inyectar vapor de agua en boquillas proporcionadas en ubicaciones predeterminadas del barril. La inyección de vapor de agua proporciona un efecto combinado de calentamiento a la biomasa y agregando un solvente (agua) .

La presión dentro del extrusor se determina por la viscosidad de la masa dentro del extrusor, el diseño del tornillo dentro del extrusor (por ejemplo, una tornillo de separación abocinada proporciona una presión más alta que un tornillo de separación constante) , y el diseño de la placa perforada en la salida del extrusor. La presión trasera proporcionada por esta placa es una función de la cantidad del área abierta en relación a la cantidad del área cerrada, con relación de área abierta baja /área cerrada proporcionando una mayor contrapresión. Si un pasó sencillo a través de un extrusor no proporciona suficiente mezcla, dos o más extrusores se pueden proporcionar en series, o el material puede ser sometido a dos o más pasos a través de un extrusor. Similarmente , la capacidad de una planta puede ser fácilmente incrementada por operar dos o más extrusores en paralelo. Los solventes adecuados para uso en la etapa b) incluyen agua, alcoholes (en particular etanol y glicerol) , bioaceites u otros productos de la conversión subsecuente de la biomasa, ácidos líquidos, soluciones acuosas de ácidos y bases, C02 liquido, y similares. El agua es el solvente preferido en la mayoría de las aplicaciones, debido a su disponibilidad, costo bajo, y facilidad de manejo. Los líquidos que se producen durante la conversión subsecuente de la biomasa también son fácilmente disponibles y se pueden preferir por esa razón.

Los materiales sólidos adecuados para uso en la etapa a) incluyen ácidos sólidos y bases, sales, minerales, arcillas, materiales en capas, y similares. Los materiales sólidos que tienen propiedades catalíticas se prefieren. Los ejemplos incluyen óxidos de metales, hidróxidos de metal, óxidos alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos, carbonatos, carbonatos de hidroxilo, materiales del tipo hidrotalcita, etc. Como se ha escrito previamente, se puede desear agregar varios materiales sólidos a la biomasa, o una combinación de uno o más materiales sólidos y uno o más solventes. Cuando se hace el amasamiento y/o trituración de biomasa con un material en partículas inorgánico sólido puede ser posible formar un co-cristal de un componente cristalizable de la biomasa (por ejemplo, celulosa) y el material inorgánico. La formación de tal co-cristal se puede confirmar por un precursor XRD que muestra una estructura de cristal que es diferente del material de partida de biomasa y también diferente de la estructura de cristal del material inorgánico. (Ver referencias: Cheni Commun., 2002. 2372-2373. "Mechanochemistry and co-crystal formation: effect of solvent on reaction kinetics", Ning Shan, Fumio Toda and William Jones ) Similarmente , es posible agregar precursores de sólidos inorgánicos, y causar en ellos solidificación o incluso cristalización durante el proceso de mezcla. Por ejemplo, I ciertos sólidos inorgánicos pueden precipitar de solución en i respuesta a un incremento en temperatura o un cambio en pH.

Un incremento en temperatura se puede efectuar en el amasador por calentar el barril, o por inyectar vapor. Un cambio de pH I j 5 se puede efectuar por inyectar una solución de un ácido o una j base. Similarmente, los materiales amorfos se pueden causar para cristalizar por incrementar la temperatura de la mezcla. Como se menciona anteriormente, la adición de un solvente I es opcional. Por ejemplo, en muchos casos el agua es el 10 solvente elegido. Muchas formas de biomasa no comestible j contienen cantidades suficientes de agua para el presente j propósito, haciendo obvia la necesidad de agregar solvente j adicional. Puede incluso desearse remover el agua durante la j etapa de activación. Esto puede por ejemplo ser completado al calentar la biomasa a una temperatura arriba de 100°C, y ; permiten salida de vapor por medio de válvulas de presión j ubicadas a lo largo del barril del extrusor, si un extrusor se i ! usa en el proceso. í j En muchos casos la etapa de conversión c) comienza mientras la biomasa activada es todavía procesada en el amasador o extrusor o en ambos. Si este proceso no se completa en el amasador, la biomasa activada se puede procesar además en un segundo amasador, o se puede someter a un segundo paso a través del primer amasador. Alternativamente, la biomasa se ¡ 25 puede transferir a un procesador diferente para completar la etapa c) . Un ejemplo adecuado de tal procesador es un filtro prensa, que se puede operar en condiciones deseables de temperatura y presión. Es altamente preferido que los productos líquidos resultantes de la etapa de conversión c) se separen de la biomasa no convertida. El propósito de esta separación es doble. Primeramente, reduce la masa del material que necesita someterse a conversión adicional en la etapa d) , que hace la operación de la etapa d) más eficientemente. En segundo. lugar, evita productos de conversión líquidos sometidos de la etapa c) a los procesos de conversión subsecuentes, evita una degradación de este producto líquido por tal procesamiento adicional . En una modalidad específica, parte de la primera conversión toma lugar en un filtro prensa bajo condiciones de aumento de temperatura y presión. Esto se puede realizar al cargar la biomasa activada en un filtro prensa, y al inyectar vapor de agua para aumentar ambas la temperatura y la presión. Después de que esta primera etapa de conversión se completa el filtro prensa se despresiona sobre un medio de filtro, tal como una tela filtro o pantalla, y el producto de reacción se separa en una corriente de filtrado líquido y una torta filtro. La corriente líquida comprende solvente y producto de conversión líquida, así como partículas finas de biomasa no convertida. La torta filtro comprende biomasa no convertida, solvente mantenido, y producto de reacción liquido. Como se usa en la presente, el término "biomasa no convertida" se refiere a biomasa que no se ha convertido a un producto liquido en etapa c) . El término incluye material de biomasa que no ha sido sometido a cualquier conversión química. El término también incluye biomasa que se ha sometido a alguna conversión, pero insuficiente para formar un líquido. Por ejemplo, celulosa se puede convertir a celulosa de un peso molecular promedio menor, pero todavía sólido. Esto sería considerado "biomasa no convertida" dentro del significado de este término como se usa en la presente. Tal material bien puede ser una "biomasa no convertida activada" si su peso molecular se reduce y/o su macro y/o micro estructura ha cambiado, de manera que lo hace más susceptible para conversión a un producto líquido en la etapa d) . En la alternativa el líquido se puede separar de sólidos restantes por nano-filtración o separación de membrana. En lugar de una técnica de filtración una separación de extracción se puede usar. La biomasa no convertida de la etapa c) contiene el componente de la biomasa que se refiere algunas veces como "celulosa recalcitrante". Esto es la parte de la celulosa que no se convierte fácilmente bajo condiciones leves. Dependiendo de la fuente de biomasa, esta celulosa recalcitrante puede ser predominantemente lignina, o celulosa cristalina, o ambos.

La celulosa no convertida se somete a un segundo proceso de conversión en etapa d) . Si el producto de conversión liquida de etapa c) se remueve de la biomasa no convertida antes de la etapa d) , esta segunda conversión se puede llevar a cabo bajo condiciones más severas que la primera conversión, sin el riesgo de degradación de productos de reacción ya formado. Por ejemplo, la biomasa no convertida se puede someter a un HTU convencional o proceso de pirólisis. En una modalidad preferida del proceso de la presente invención, la biomasa no convertida se activa antes de la etapa d) a fin de que la etapa d) se pueda llevar a cabo bajo condiciones menos severas que la técnica anterior HTU y procesos de pirólisis. En muchos casos la biomasa no convertida de la etapa c) está ya activada, por ejemplo ya que materiales de partículas inorgánicas agregados en la etapa a) se llevan más con la biomasa no convertida en etapa d) . La biomasa no convertida se puede también activar como un resultado de una conversión parcial en la etapa c) , insuficiente para hacer el líquido biomasa, pero suficiente para hacer esto más susceptible a conversión adicional. Cualquier proceso de conversión es adecuado para usar en la etapa d) . El HTU y pirólisis se han mencionado ya; deseablemente, estos procesos se llevan a cabo bajo condiciones tan moderadas como la activación de la biomasa permitirá. La gasificación puede ser una opción deseable, por ejemplo para crear combustible gaseoso para encontrar los requisitos de calor del proceso general. En algunos casos la biomasa activada no convertida se puede convertir a etanol por fermentación enzimática. En la mayoría de los casos, ambas etapas c) y d) producen una mezcla de compuestos derivados de biomasa líquida, conjuntamente referidas como "bio-aceite" . Este bio-aceite se puede convertir a combustibles de transportación líquida adecuados en procesos de refinería modificados tal como craqueo catalítico fluido, hidroconversión, conversión térmica, y similares. En estos procesos el bio-aceite puede ser la carga de alimentación única, o esto se puede mezclar con cargas . de alimentación basadas en aceite crudo, convencional . En otra modalidad la etapa de activación a) se lleva a cabo en un montaje de amasador/extrusor en la presencia de un sólido inorgánico, por ejemplo un hidróxido u óxido de metal alcalino o alcalino terreo, y el producto de la etapa c) se trata hidrotérmicamente en la etapa d) . El material inorgánico que se mezcla homogéneamente en la etapa a) / etapa b) es así más efectivamente dispersado y presente en etapas c) y/o d) en contacto íntimo con la biomasa no convertida, resultando en una conversión eficiente. Los sólidos pueden poseer propiedades catalíticas que además aumentan el proceso de conversión .

En otra modalidad el aditivo inorgánico introducido en la etapa a) puede ser simplemente un medio de transferencia de calor, tipo por ejemplo arena, arcilla o un mineral, mena o tierra, que pueden tener también propiedades catalíticas. En este caso el producto de la etapa c) se puede someter a un proceso de conversión de pirólisis. La ventaja de este proceso es que aquí el medio de transferencia de calor está en contacto cercano e íntimo con la biomasa en una forma dispersa . En otra modalidad la activación en la etapa a) puede implicar la adición de un ácido o una base, que, ayudada por la aplicación de calor y/o vapor de agua, se descompondrá la estructura compacta de los compuestos de biomasa, que hace esto más susceptible a una conversión posterior, por ejemplo por hidrólisis ácida y/o conversión enzimática. En otra modalidad la biomasa en la etapa a) que contiene agua y opcionalmente un aditivo se calienta por encima de 100°C, mientras se trata mecánicamente, a fin de que el agua se permita evaporar. En otra modalidad, la biomasa se procesa mecánicamente en la presencia de otros materiales carbonáceos tal como carbón mineral, lignito, arenas de alquitrán y esquisto en etapa a) y etapa b) opcionalmente con la adición de aditivos, seguidos por gasificación de los materiales no convertidos. En otra modalidad los cuerpos formados producidos en la etapa a), b) y/o c) contienen opcionalmente un aditivo se puede tratar térmicamente para causar además disolución de biomasa y posteriormente tratado con enzimas. En otra modalidad los cuerpos formados producidos en la etapa a), b) y/o c) que contienen opcionalmente un aditivo pueden ser tratados hidro-térmicamente para causar además disolución de biomasa, y posteriormente tratar con enzimas. En otra modalidad la biomasa se mezcla intimamente con un aditivo en un molino de bolas, moliendo los componentes juntos para formar la biomasa activada. Opcionalmente un solvente liquido se puede agregar. En otra modalidad la biomasa se muele con un aditivo en un lecho fluidizado y/o efervescente. Opcionalmente un solvente liquido se puede agregar. En otra modalidad la biomasa no convertida de la etapa c) , que en muchos casos parece ser el componente de celulosa cristalina fibrosa de la biomasa revestida con un aditivo, se convierte a parafinas adecuadas para combustibles diesel. En otra modalidad la celulosa cristalina fibrosa revestida con un aditivo catalíticamente activo se convierte a diesel, de acuerdo con o similar al esquema de reacciones como se siguiere por Huber et al., ver: G. . Huber, J.N. Chheda, CJ. Barrett, J.A. Dumesic, Science 308 (2005) 1446. En otra modalidad la biomasa no convertida de la etapa c) , que frecuentemente parece ser la celulosa cristalina fibrosa revestida con un aditivo, se convierte a materiales adecuados para papel, cartón o materiales para construcción.

En otra modalidad el material no convertido (principalmente celulosa cristalina) se convierte a un combustible de transportación por fase acuosa reformando como se sugiere por Huber et al., ver: G.W. Huber, J.N. Chheda, CJ. Barrett, J.A. Dumesic, Science 308 (2005) 1446.

En otra modalidad el material solubilizado se convierte a un combustible de transportación por fase acuosa reformando como se sugiere por Huber et al., ver: G.W. Huber, J.N. Chheda, CJ. Barrett, J.A. Dumesic, Science 308 (2005) 1446. En otra modalidad el material no convertido de la etapa b y/o c) se presenta primero a energía electromagnética y/o de ultrasonido, opcionalmente en la presencia de un solvente polar tal como etanol . Siguiendo este tratamiento el material así activado se convierte por cualquiera de los medios anteriores . En otra modalidad el material no convertido de la etapa b y/o c) , que comprende un material susceptible a la absorción de radiación electro-magnética se presenta primero a electromagnético opcionalmente en la presencia de un solvente polar tal como etanol. Siguiendo este tratamiento el material así activado se convierte por cualquiera de los medios anteriores.

En otra modalidad el material no convertido de la etapa b y/o c) se presenta primero para mezcla intima con un aditivo, opcionalmente en la presencia de un solvente tal como etanol. Siguiendo este tratamiento el material asi activado se convierte por cualquiera de los medios anteriores. Asi, la invención se ha descrito por referencia a ciertas modalidades discutidas anteriormente. Se reconocerá que estas modalidades son susceptibles a diversas modificaciones y formas alternativas bien conocidas por aquellos de experiencia en la técnica.

Ejemplo 1 El aserrín se preparó al aserrar repetidamente a través de una pieza de madera de construcción con una sierra circular. A juzgar por la apariencia las partículas de aserrín fueron predominantemente tipo vara de forma, y tiene una dimensión de partícula mayor promedio medio de alrededor de 1 - 2 mm, y una dimensión de partícula más pequeña de alrededor de 0.5 mm. Los experimentos se llevaron a cabo en tubos de ensayo de vidrio de 2 mL, capaces de soportar presiones muy por encima de 10 bar. Los tubos de ensayo se proporcionaron con tapones de baquelita, que se equiparon con verificadores de presión para monitorear la presión dentro de los tubos de ensayo. Los tubos de ensayo se proporcionaron con agitadores magnéticos, y se calentaron en un baño de aceite. En experimentos pequeños el baño de aceite se mantuvo a 180°C. La presión dentro de los tubos de ensayo fue 10 bar, correspondiente con una temperatura dentro de los tubos de 180°C. La hidrotalcita ("HTC") de Aldrich, que es hidroxicarbonato de aluminio magnesio de la fórmula Mg6Al2 (C03) (OH) 16 . 4H20, CAS número 11097-59-9, se calcinó en aire durante 1 hora a 650°C. En uno de los tubos de ensayo de 2 mL se pesaron 90 mg de aserrín, 21 mg del HTC calcinado, y 1390 mg de H20 destilada. La mezcla se calentó a 180°C bajo agitación durante 1 hora (muestra Bl) . En un ejemplo comparativo una muestra separada de aserrín de la misma fuente se calentó en agua destilada, bajo agitación, durante 1 hora a 180°C, en la ausencia de HTC o cualquier otro aditivo (muestra A2 ) . En un segundo ejemplo de acuerdo con la invención una muestra no calcinada (21 g) de HTC se procesó por mezcla espesa con 89 mg de aserrín y 1440 mg de agua destilada, y se calentó bajo agitación a 180°C durante 1 hora (muestra B2 ) . Las muestras de aserrín tratado se juzgaron visualmente por el porcentaje de licuefacción, y compararon bajo un microscopio óptico con una muestra de aserrín virgen (muestra Al) Los resultados se compilan en la siguiente tabla: Muestra % de licuefacción Observación Al 0% Referencia A2 < 10% Cambios no observables; estructura de fibras y células en muestra Al Bl Alrededor de 40' Las celdas de la madera han desaparecido; solamente en algunas partes los desechos de celdas aisladas aún son visibles B2 > 10%, < 4 O í Partículas HTC aparentemente hidrofóbicas ; efecto menos pronunciado que en Bl; algún material se ha destruido, pero las celdas intactas todavía presentes .

Los resultados indican que los componentes de hemicelulosa y lignina de las partículas de aserrín se licuaron completamente en experimento Bl, pero que la mayoría de la celulosa cristalina se ha mantenido sólida. La muestra hidrotalcita no calcinada (experimento B2) fue aparentemente hidrofóbica. Las partículas pueden haber sido revestidas con un mineral orgánico, tal como ácido esteárico, que se hace frecuentemente para hacer las partículas compatibles con materiales poliméricos sintéticos. La calcinación hizo la hidrotalcita más efectiva ya que el material fue hidrofílico después de la calcinación. Además, la calcinación se conoce para hacer materiales en capas tal como HTC más catalíticamente activo. Los experimentos se repiten con partículas de caolín, bentonita, montmorillonita, Zn-LHS, y óxido de metal mezclado ZnO/FeO, respectivamente. Los resultados se obtienen.

Ejemplo 2 El material de biomasa hecho de molido de madera de Pino Blanco a un tamaño de partícula promedio de 500 micrómetros se dispersa en una solución que contiene Mg(N03)2 y AI(N03)3. La relación molar Mg/AI para esta solución es 3. La mezcla espesa resultante se agita durante treinta minutos para permitir máxima penetración de la solución en las partículas de madera. La solución en exceso se drena completamente y el material de biomasa húmedo resultante se vuelve a procesar por mezcla espesa en solución de hidróxido de sodio tal que el pH final es 9 hasta 10. La mezcla espesa resultante se divide en dos porciones. La primera porción se añeja a 85°C durante seis horas. La segunda porción se añeja a 180°C durante una hora. Las mezclas espesas resultantes se filtran y secan. La presencia de una mezcla celulosa cristalina y HTC se confirma por difracción de rayos X en ambas muestras con el tratamiento de temperatura mayor que muestra cristalinidad mayor.

La descomposición térmica de estas muestras se realiza usando una balanza térmica Mettler-Toledo TGA/SDTA851e . Las muestras (10-15 mg) se colocan en copa de alúmina (70 mi) y calientan desde 25 hasta 700°C a una velocidad de calentamiento 5°C min"1 bajo flujo de Ar (Argón) (30 ml/min) . Las curvas DTG se calcularon del peso correspondiente contra la curva de temperatura. La perdida de peso total se determino como la diferencia entre el peso inicial (a 25°C) y el restante (a 600°C) de la muestra. En el caso de la perdida de peso total de la mezcla del biomaterial catalizado se determina por sustraer la cantidad del catalizador del peso inicial y restante asumiendo que el catalizador no cambia durante el experimento. La pérdida de peso de las dos muestras que contiene HTC in-situ son alrededor de 5 hasta 10% más que la madera no tratada, mientras la descomposición de estas muestras de manera inicia a una temperatura inferior que la madera no tratada .

Ejemplo 3 Las virutas de madera de pino blanco se pulverizan inicialmente con un mezclador mecánico durante 5 minutos para reducir el tamaño de las partículas hasta alrededor de 5 mm. Este material de madera se muele húmedo (15% en peso de la mezcla espesa basada en el peso de la madera) junto con polvo de magnesio natural crudo (madera para la relación de magnesio de 10:2) en un molino planetario de alta energía (Puverisette 6) durante tres horas. La mezcla espesa se seca a 100°C. La presencia de la fase inorgánica, el MgC03 junto con celulosa se confirma por la difracción de rayos X. Usando el mismo método descrito en el Ejemplo 2 de arriba, la pérdida de peso para la muestra de madera seca se trata con magnesio es alrededor de 5 hasta 10% mayor que la madera no tratada, mientras la descomposición de la madera inicia a una temperatura inferior que la de la madera no tratada .

Ejemplo 4 El ejemplo repetido 3 reemplaza el polvo de magnesio con una solución de MgCl2 (relación de madera hasta MgCl2 de 10:2) . La mezcla final es de 15% de los sólidos basados en el peso de la madera. La presencia de la fase inorgánica junto con celulosa se confirmo por la difracción de rayos X. Usando el mismo método descrito en el Ejemplo 2 de arriba, la perdida de peso para la muestra de madera seca tratada con MgCl2 es alrededor de 5 hasta 10% mayor que la madera no tratada, mientras la descomposición de la madera inicia a una temperatura inferior que la madera no tratada.

Ejemplo 5 Una cantidad pequeña de agua (2% basada en el peso de la madera) se agrega a una mezcla de material de biomasa de madera de pino blanco (promedio de tamaño de partícula de 500 milimicrones ) y polvo de magnesio se muele en una planetario de molido de alta energía ( Pulverisette 6) durante tres horas.

La presencia de la fase inorgánica, MgC03 junto con celulosa se confirma por la difracción de rayos X. Usando el mismo método descrito en el Ejemplo 2 de arriba, la pérdida de peso para la muestra de madera seca se trata con magnesio es alrededor de 5 hasta 10% mayor que la madera no tratada, mientras la descomposición de la madera inicia a una temperatura inferior que la de la madera no tratada .

Ejemplo 6 Se repite el Ejemplo 5, donde el agua se reemplaza por etanol . La presencia de la fase inorgánica, MgC03 junto con celulosa se confirma por la difracción de rayos X. Usando el mismo método descrito en el ejemplo 2 de arriba, la perdida de peso para la muestra de madera seca tratada con magnesio es alrededor de 5 hasta 10% mayor que la madera no tratada, mientras la descomposición de la madera inicia a una temperatura inferior que la de la madera no tratada . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (51)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 5 1. Un proceso para convertir biomasa a combustibles y/o
2. J productos químicos, caracterizado porque comprende las etapas j de: i a) Activar la biomasa para hacerla más susceptible a la conversión; 10 b) Agregar opcionalmente un solvente; ¡ c) Convertir parcialmente la biomasa activada para formar i I material solubilizado; d) Someter a la biomasa no convertida de la etapa c) a un ? proceso de conversión. 15 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa a) comprende la adición de un material inorgánico. j
3. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, ¡ caracterizado porque la etapa a) comprende la adición de un ¡ 20 material orgánico. I ¡
4. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, i caracterizado porque el material inorgánico está en forma de partículas . I j
5. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 2 o 3, 25 caracterizado porque el material inorgánico se selecciona del I I grupo que consiste de arcillas catiónicas, arcillas aniónicas, arcillas naturales, materiales de tipo hidrotalcita, materiales en capas, menas, minerales, óxidos de metales, hidróxidos de metales de los grupos alcalinos y alcalino-térreos, y mezclas de los mismos.
6. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa a) comprende agregar uno o más aditivos que reaccionan para formar una nueva fase.
7. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el aditivo (s) agregado en la etapa (a) reacciona para formar una nueva fase cristalina.
8. 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque el (los) aditivo (s) agregado (s) en la etapa (a) reaccionan para formar una nueva fase recubiertos encima de la superficie de la biomasa.
9. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque la biomasa en la etapa a) está en forma de partículas, y el aditivo (s) agregado en la etapa (a) reacciona para formar una nueva fase distribuida dentro de la partícula de biomasa.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa comprende celulosa.
11. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa comprende lignina.
12. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la celulosa comprende celulosa cristalina .
13. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, después de la etapa c) y antes de la etapa d) , la etapa adicional de separar la biomasa no convertida a partir del material solubilizado .
14. 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la separación involucra un dispositivo de filtración, tal como un filtro prensa, una centrifuga, un filtro de membrana, o un nano-filtro.
15. 15. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque se agrega un solvente durante la etapa de separación .
16. 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque se agregan calor y/o vapor de agua durante la etapa de separación.
17. 17. El proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa c) y/o la etapa de separación se lleva a cabo bajo presión elevada.
18. 18. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa no convertida en la etapa d) comprende celulosa cristalina.
19. 19. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa no convertida en la etapa d) está en forma de materia en partículas y las partículas de biomasa no convertida contienen partículas de un material inorgánico .
20. 20. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa no convertida en la etapa d) está en una forma de materia en partículas y las partículas de biomasa no convertida contienen partículas de un material orgánico .
21. 21. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el material inorgánico tiene propiedades catalíticas.
22. 22. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el material orgánico tiene propiedades catalíticas .
23. 23. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque, previo a la etapa c) , la biomasa activada, se trata en un dispositivo mecánico para provocar un mezclado homogéneo e íntimo de sus componentes.
24. 24. El proceso de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la biomasa activada se trata en una máquina para amasar.
25. 25. El proceso de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la biomasa activada se trata en un dispositivo de molienda.
26. 26. El proceso de conformidad con la reivindicación 23 caracterizado porque el material se trata en un lecho fluido y/o un lecho efervescente.
27. 27. El proceso de conformidad con la reivindicaciones 23-26 caracterizado porque el tratamiento mecánico se lleva a cabo a una temperatura elevada.
28. 28. El proceso de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la biomasa activada se expone al vapor de agua .
29. 29. El proceso de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la biomasa activada se procesa a través de un extrusor.
30. 30. El proceso de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque durante la etapa de extrusión se agrega calor y/o vapor de agua.
31. 31. El proceso de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque se agregan aditivos adicionales durante la etapa de extrusión.
32. 32. El proceso de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque los extruidos de la etapa de extrusión se secan, tratan con vapor de agua y/o se calcinan previo a la etapa d) .
33. 33. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) es un proceso hidrotérmico .
34. 34. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) es un proceso de pirólisis o un proceso de pirólisis instantánea.
35. 35. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) es un proceso de gasificación.
36. 36. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) es un proceso de refinería seleccionado del grupo que consiste de gasificación, craqueo térmico, craqueo catalítico, hidrocraqueo, y combinaciones de los mismos.
37. 37. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) es un proceso de hidrólisis ácida.
38. 38. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) es un proceso enzimático.
39. 39. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) involucra más de una etapa de proceso.
40. 40. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la conversión de la etapa d) es un proceso de gasificación que produce un gas de síntesis, y en donde el gas de síntesis se convierte posteriormente a una mezcla de hidrocarburos líquidos.
41. 41. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de conversión de la etapa d) produce un bio-aceite.
42. 42. El proceso de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque comprende la etapa adicional de convertir el bio-aceite a un combustible liquido, adecuado para uso en un motor de combustión interna.
43. 43. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa adicional de convertir el material solubilizado obtenido en la etapa c) a un combustible liquido, adecuado para uso en un motor de combustión interna.
44. 44. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 42 o 43 caracterizado porque la etapa adicional comprende la conversión en una unidad seleccionada de una unidad FCC, una unidad de hidrocraqueo, una unidad de hidrotratamiento, una unidad de craqueo catalítico, y combinaciones de los mismos.
45. 45. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el bio-aceite se produce en la etapa c) y/o la etapa d) , cuyo bio-aceite se mezcla con combustibles fósiles previo al procesamiento en una refinería.
46. 46. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa d) comprende la manufactura de un material de construcción, un material para edificaciones, un nano-compuesto, cartón, o un producto de papel.
47. 47. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa d) comprende convertir la biomasa no convertida a energía eléctrica.
48. 48. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa d) comprende la conversión de biomasa no convertida a un combustible para transporte por reformación en fase acuosa.
49. 49. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material solubilizado obtenido en la etapa c) se convierte posteriormente a un combustible para transporte por reformación en fase acuosa.
50. 50. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, previo a la etapa d) , la biomasa no convertida de la etapa c) se envía a energía electromagnética y/o ultrasonido, opcionalmente en la presencia de un solvente polar .
51. 51. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, previo a la etapa d) , la biomasa no convertida de la etapa c) se envía a mezclado íntimo con un aditivo, opcionalmente en la presencia de un solvente.