MX2011004460A

MX2011004460A - Procesamiento de materiales.

Info

Publication number: MX2011004460A
Application number: MX2011004460A
Authority: MX
Inventors: Marshall Medoff
Original assignee: Xyleco Inc
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-07-20
Also published as: ES2658106T3; JP5624550B2; NZ727790A; CA2990087A1; IL212337A0; JP6611351B2; EA201170625A1; EA201500171A1; NZ626808A; KR101689797B1; CA2740789C; CN102197068A; KR20180126092A; DK2350174T3; JP5982444B2; IL254855A0; CN110305689A; KR20110090952A; NO2350174T3; IL242904A

Abstract

Se procesa biomasa (por ejemplo, biomasa vegetal, biomasa animal, y biomasa de desperdicio municipal) para producir productos útiles, tales como combustibles. Por ejemplo, se describen sistemas que pueden utilizar materia prima, tal como materiales celulósicos y/o lignocelulósicos y/o materiales amiláceos, para producir etanol y/o butanol, por ejemplo, a través de fermentación. Como materias primas, también se utilizan materiales que contienen hidrocarburo.

Description

PROCESAMI ENTO DE MATERIALES Solicitudes relacionadas Esta solicitud reclama prioridad de la solicitud estadounidense provisional serial no . 61 /1 09, 1 59, presentada el 28 de octubre de 2008. La descripción completa de esta sol icitud provisional es incorporada en la presente por referencia.

Antecedentes La biomasa , en particular desperdicio de biomasa, está disponible abundantemente. Sería útil derivar materiales y combustible, tal como etanol , a partir de biomasa y otros materiales.

Breve descri pción de la invención Materiales pueden ser procesados para alterar su estructura en más de un nivel . Los materiales procesados pueden ser usados entonces como una fuente de otros materiales y combustible.

Muchas modal idades de esta solicitud usan Natural ForceM R Chemistry (NFC) . Los métodos de Natural ForceM R Chemistry usa n la aplicación controlada y manipulación de fuerzas físicas, tales como haces de partículas , g ravedad , luz, etc. , para crear cambio molecular qu ímico y estructural pretendido. Al aplicar los procesos de Nature, nueva materia útil puede ser creada sin interferencia ambiental dañina. La presente solicitud describe nuevos métodos de preparación de alimentación que incl uyen combinar aditivos i norgánicos con materiales, tal como biomasa, hidrocarburos o carbón, para modular, por ejemplo, intensificar, el efecto sobre la biomasa de varias fuerzas físicas, tales haces de partícula y otras formas de radiación.

Los métodos descritos en la presente para cambiar una estructura molecular y/o una supramolecular de cualquier material de biomasa incluyen tratar el material de biomasa con radiación después de la adición de aditivos inorgánicos, tales como una o más cerámicas y/o uno o más metales, y/o uno o más materiales refractarios, y/o una o más arcillas, y/o uno o más minerales. En particular, la radiación puede incluir haces de partículas, en particular partículas cargadas, tales como haces de electrones. Partículas cargadas incluyen iones, tales como iones positivamente cargados, por ejemplo, protones, iones de carbono u oxígeno. En algunos casos, las partículas cargadas pueden ser más pesadas que un electrón o tener una carga diferente que un electrón (por ejemplo, un positrón). La radiación puede ser aplicada en una cantidad suficiente para cambiar la estructura molecular y/o estructura supramolecular del material de biomasa.

Otros materiales, tales como materiales conteniendo hidrocarburo, por ejemplo, hidrocarburos y carbón pueden ser procesados en una manera análoga. Cuando se utiliza carbón, puede ser en forma sólida, por ejemplo, carbono pulverizado, o puede estar en forma licuada. El carbón puede ser licuado mediante una variedad de técnicas, tal como mediante el proceso de Bergius, los procesos de SRC-I y SRC-II (Carbón refinado con solvente) y el proceso de hidrogenación de US Corporation. Cuando el carbón es utilizado, puede ser lignita, carbón de flama, carbón de flama de gas, carbón de grasa, carbón de forja, carbón no de horneado, carbón de antracita o mezclas de cualquiera de uno o más de estos tipos de carbón.

Por ejemplo, protones, núcleos de helio, iones de argón, iones de silicio, iones de neón, iones de carbono, iones de fósforo, iones de oxígeno o iones de nitrógeno pueden ser utilizados para modificar la estructura de la biomasa, por ejemplo, descomponer el peso molecular o incrementar el peso molecular de la biomasa. En algunas modalidades, partículas más pesadas pueden inducir mayores cantidades de excisión de cadena en comparación con electrones o fotones. Además, en algunos casos, partículas positivamente cargadas pueden inducir mayores cantidades de excisión de cadena que partículas negativamente cargadas debido a su acidez.

El material que resulta de irradiar la combinación puede usarse en cualquier aplicación adecuada, tal como cualquiera de aquéllos descritos en la presente, por ejemplo, para combustible, alimento, o como uso en materiales compuestos. Por ejemplo, algunos de los métodos descritos en la presente incluyen demás remover el material inorgánico, y entonces contactar el material resultante con una enzima y/o un microorganismo durante un tiempo y bajo condiciones suficientes para convertir el material conteniendo carbohidrato a un combustible, tal como etanol o butanol (por ejemplo, n-butanol). En otras modalidades, el método incluye además contactar la combinación con una enzima y/o un microorganismo durante un tiempo y bajo condiciones suficientes para convertir el material conteniendo carbohidrato a un combustible, tal como etanol o butanol. En algunas modalidades, los métodos incluyen contactar el material de biomasa tratado (con o sin el material inorgánico) con una enzima para sacarificar el material y entonces inocular el material sacarificado con un microorganismo para hacer un producto útil, tal como un combustible, tal como etanol, butanol o un hidrocarburo. Si se desea, el material inorgánico puede ser separado y utilizado nuevamente en el proceso de irradiación. En ciertos aspectos, la invención caracteriza métodos para hacer un material conteniendo carbohidrato que incluyen combinar un material celulósico y/o lignocelulósico con un material inorgánico, tal como un metal o un compuesto metálico, un material refractario, una cerámica o mezclas de cualquiera de éstos, para proporcionar una combinación; e irradiar la combinación. La irradiación puede ser, por ejemplo, con partículas aceleradas, tales como electrones, por ejemplo, a una velocidad de más de sesenta y cinco por ciento de la velocidad de la luz.

En algunas implementaciones, los materiales celulósicos o lignocelulósicos pueden ser seleccionados del grupo que consiste de papel, productos de papel, madera, materiales relacionados con madera, tal como aserrín y tableros de partículas, pastos, tales como paja y switchgrass, cáscaras de arroz, bagazo, alfalfa, heno, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá; desperdicios agrícolas, tales como mazorcas de maíz, rastrojo de maíz, bagazo y pelo de coco; algas, algas marinas, aguas residuales, ensilado, celulosas sintéticas, materiales textiles de recortes de hilos extruidos, harapos y mezclas de los mismos.

Los materiales celulósicos y/o lignocelulósicos e inorgánicos pueden ser combinados, por ejemplo, al mezclar en seco o al co-triturar el material celulósico y/o lignocelulósico y materiales inorgánicos juntos. La co-trituración puede ser realizada mientras cada material es enfriado, por ejemplo, a una temperatura por debajo de 25°C, 0°C, la temperatura de sublimación atmosférica normal de hielo seco, o incluso a o por debajo del punto de ebullición atmosférico normal de nitrógeno líquido.

En ciertas modalidades, el material inorgánico puede ser o incluir un metal o una aleación de metal, por ejemplo, un metal de base, tal como hierro, níquel, plomo, cobre o cinc, o un metal ferroso, tal como hierro forjado, hierro en bruto, o un metal noble, tal como tantalio, oro, platino o rodio. El metal o aleación de metales también puede ser o incluir un metal precioso, tal como rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio o platino, o un metal de transición. La aleación de metal puede ser, por ejemplo, acero, latón, bronce, duraluminio o hastaloy. El metal puede ser aluminio. En ciertas modalidades, el material inorgánico puede ser o incluir un compuesto metálico, tal como compuesto inorgánico de hierro o cobalto, y el compuesto inorgánico puede estar en el estado de oxidación 2+ o 3+.

En otras modalidades, el material inorgánico puede ser o incluir un material refractario, tal como un mineral refractario ácido, neutral o básico. El material refractario ácido puede ser circón, arcilla refractaria o sílice. El material refractario neutral puede ser alúmina, cromita, carburo de silicio, carbono o mulitita. El material refractario básico puede ser o incluir dolomita o magnesita.

En algunas modalidades, el material inorgánico puede ser o incluir una cerámica, tal como un óxido, carburo, un boruro, un nitruro, un siliciuro o un caolín, y el óxido puede ser o incluir un óxido de aluminio, tal como alúmina, un óxido de circonio, un óxido de silicio, un óxido de cinc, o un óxido de titanio, tal como dióxido de titanio.

En ciertas modalidades, el material inorgánico incluye agua que es capaz de dejar el material inorgánico a temperaturas elevadas, tal como alúmina hidratada. En algunas modalidades, el material inorgánico no tiene un punto de fusión. En otras modalidades, el material inorgánico tiene un punto de fusión de más de aproximadamente 400°C, tal como mayor que aproximadamente 500, 600, 700, 800, 900, 1 000, 1200, 1400, 1600, 1 800, 2000, 2200, 2400, 2600 o incluso mayor que 2800°C.

Los materiales inorgánicos útiles en los métodos descritos en la presente pueden tener una capacidad de calor específica Cp de menos de aproximadamente 1 .5, tal como menos de aproximadamente 1 .25, 1 .0, 0.75, 0.50, 0.25 o incluso menos de aproximadamente 0.1 J/gK. Por ejemplo, los materiales inorgánicos pueden tener una capacidad de calor específico Cp de entre aproximadamente 1 .25 y aproximadamente 0.2 J/gK, tal como entre aproximadamente 1 .15 y aproximadamente 0.25 o entre aproximadamente 0.85 y 0.30 J/gK. Además, los materiales inorgánicos pueden tener una conductividad de entre aproximadamente 0.004 y aproximadamente 450 W/mK, entre aproximadamente 0.04 y aproximadamente 250 W/mK, entre aproximadamente 0.1 y aproximadamente 150 o entre aproximadamente 0.25 y aproximadamente 50 W/mK, una densidad de más de aproximadamente 1 .5 g/cm3, tal como mayor que aproximadamente 2.0, 2.5, 3.0, 5.0, 7.0, 8.0, 9.0, 12.0, 15.0, 18.0, o incluso mayor que 20.0 g/cm3. En otras modalidades, el material inorgánico tiene una densidad de entre aproximadamente 3.5 g/cm3 y aproximadamente 20.0 g/cm3, entre aproximadamente 4.0 g/cm3 y aproximadamente 18 g/cm3 o entre aproximadamente 4.5 g/cm3 y aproximadamente 1 3 g/cm3.

En ciertas modalidades, los materiales inorgánicos pueden estar en la forma de partículas que son substancialmente esféricas en forma, y el tamaño de partícula promedio puede variar desde aproximadamente 0.1 mieras hasta aproximadamente 100 mieras, desde aproximadamente 0.25 mieras hasta aproximadamente 75 mieras o desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 50 mieras.

La irradiación de la combinación puede incluir someter la combinación a electrones acelerados, tales como electrones teniendo una energía de más de aproximadamente 2 MeV, 4 MeV, 6 MeV o incluso mayor que aproximadamente 8 MeV.

En algunas modalidades, la combinación incluye aproximadamente 0.05 hasta aproximadamente 35, aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 20, o aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 10 por ciento en peso de material inorgánico.

Algunos métodos incluyen además contactar el material celulósico y/o lignocelulósico irradiado, con o sin remover primero el material inorgánico, con una enzima y/o un microorganismo durante un tiempo y bajo condiciones suficientes para convertir el material conteniendo carbohidrato a un combustible, tal como etanol o butanol .

En otro aspecto, la invención caracteriza composiciones de materia que incluyen en combinación, por ejemplo, en combinación homogénea, un material conteniendo carbohidrato particulado y un material inorgánico particulado, tal como un metal o un compuesto metálico, un material refractario, una cerámica o mezclas de cualquiera de éstos.

En general, el material inorgánico es exógeno al material conteniendo carbohidrato. La composición de materia puede incluir, por ejemplo, al menos aproximadamente 0.5 por ciento en peso de material inorgánico, tal como al menos aproximadamente 1 , 3, 5, 10 o 25 por ciento en peso de material inorgánico, o entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 25 por ciento en peso de material inorgánico, o entre aproximadamente 1 y aproximadamente 15 por ciento en peso de material inorgánico.

Los métodos para hacer y procesar materiales de biomasa pueden incluir funcionalizar biomasa. En algunos casos, la biomasa funcionalizada es más soluble y es utilizada más fácilmente por microorganismos en comparación con biomasa que no ha sido funcionalizada. Además, muchos de los materiales funcionalizados descritos en la presente son menos propensos a oxidación y pueden tener estabilidad a largo plazo intensificada (por ejemplo, oxidación en aire bajo condiciones ambiente).

En algunas implementaciones, la alimentación de biomasa es preparada al cortar una fuente de fibra de biomasa para proporcionar un material fibroso. Por ejemplo, el corte puede ser realizado con un cortador de cuchilla rotativa. Las fibras del material fibroso pueden tener, por ejemplo, una proporción de longitud-a-diámetro promedio mayor que 5/1 . El material fibroso puede tener, por ejemplo, un área de superficie BET mayor que 0.25 m2/g. En algunos casos, la biomasa puede tener una densidad de volumen de menos de aproximadamente 0.35 g/cm3. Los materiales de baja densidad de volumen pueden ser penetrados profundamente por partículas cargadas. Por ejemplo, para electrones a una energía promedio de 5 MeV y un material con una densidad de volumen de 0.35 g/cm3, las profundidades de penetración de electrones pueden ser 5-7 pulgadas o más.

En otro aspecto, la invención caracteriza un método para procesar Un material conteniendo hidrocarburo, incluyendo el método irradiar una combinación formada al combinar un material conteniendo hidrocarburo con un material inorgánico.

En algunos aspectos, el material conteniendo hidrocarburo es seleccionado del grupo que consiste de alquitrán o arenas petrolíferas, esquisto petrolífero, petróleo crudo, betún, carbón, gases de petróleo, gas natural y/o sintético licuado y asfalto.

Combinaciones (por ejemplo, mezclas) de materiales conteniendo hidrocarburo, por ejemplo, hidrocarburos y carbón, y biomasa pueden procesarse en una manera análoga.

Cuando un microorganismo es utilizado en los procesos descritos en la presente, puede ser un microorganismo natural o un microorganismo diseñado. Por ejemplo, el microorganismo puede ser una bacteria, por ejemplo, una bacteria celulolítica, un hongo, por ejemplo, una levadura, una planta o un protista, por ejemplo, un alga, un protozoario o un protista similar a hongo, por ejemplo, moho de limo. Cuando los organismos son compatibles, las mezclas pueden ser utilizadas. En general, varios microorganismos pueden producir una variedad de productos útiles, tal como un combustible, al operar por ejemplo, en fermentar los materiales. Por ejemplo, la fermentación u otros procesos pueden usarse para producir alcoholes, ácidos orgánicos, hidrocarburos, hidrógeno, proteínas o mezclas de cualquiera de estos materiales.

Ejemplos de productos que pueden ser producidos incluyen alcoholes de alquilo de C1 -C6 mono- y polifuncionales, ácidos carboxilicos mono- y poli-funcionales, hidrocarburos de C1 -C6, y combinaciones de los mismos. Ejemplos específicos de alcoholes adecuados incluyen metanol, etanol, propanol , isopropanol, butanol, etilenglicol, propilenglicol, 1 ,4-butano diol, glicerina y combinaciones de los mismos. Ejemplos específicos de ácidos carboxilicos adecuados incluyen ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, ácido caproico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido láctico, ácido ?-hidroxibutírico y combinaciones de los mismos. Ejemplos de hidrocarburos adecuados incluyen metano, etano, propano, pentano, n-hexano y combinaciones de los mismos. Muchos de estos productos pueden ser usados como combustibles.

Cambiar una estructura molecular de una alimentación de biomasa, como se usa en la presente, significa que cambia el arreglo de unión química, tal como el tipo y cantidad de grupos funcionales o conformación de la estructura. Por ejemplo, el cambio en la estructura molecular puede incluir cambiar la estructura supramolecular del material, oxidación del material, cambiar un peso molecular promedio, cambiar una cristalinidad promedio, cambiar un área de superficie, cambiar un grado de polimerización, cambiar una porosidad, cambiar un grado de ramificación , injertar en otros materiales, cambiar un tamaño de dominio cristalino o cambiar un tamaño de dominio global.

A menos que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente tienen el mismo significado como es entendido comúnmente por alguien de habilidad ordinaria en la técnica a la cual pertenece la invención. Aunque métodos y materiales similares o equivalentes a aquéllos descritos en la presente pueden ser usados en la práctica o prueba de la presente invención, métodos y materiales adecuados son descritos a continuación. Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes y otras referencias mencionadas en la presente son incorporadas por referencia en su totalidad. En caso de conflicto, la presente especificación, incluyendo definiciones, controlará. Además, los materiales, métodos y ejemplos son ilustrativos solamente y no pretenden ser limitantes.

Esta solicitud incorpora por referencia en la presente los contenidos completos de la solicitud internacional no. PCT/US2007/022719, presentada el 26 de octubre de 2007; las solicitudes a las cuales la antes mencionada reclama prioridad; seriales nos. 61/049,391, 61/049,395, 61/049,419, 61/049,415, 61/049,413, 61/049,407, 61/049,404, 61/049,394 y 61/049,405, cada una presentada el 30 de abril de 2008. Esta solicitud también incorpora por referencia en su totalidad las descripciones de las solicitudes estadounidenses de patente teniendo los siguientes números seriales: 12/486,436, 12/429,045, 12/417,904, 12/417,900, 12/417,880, 12/417,840, 12/417,731, 12/417,723, 12/417,720, 12/417,707, 12/417,699 y 12/374,549.

Los contenidos completos de cada una de las siguientes publicaciones son incorporadas en la presente por referencia: J.R. Adney et al., IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-32, pp. 1841-1843 (1985); J.R. Adney et al., Proceedings of the 1989 IEEE Partióle Accelerator Conference, Vol. 1, pp. 348-350 (1989); J.A. Ferry et al., Nuclear Instruments and Methods ín Physics Research, Vol. B64, pp. 309-312 (1992); J. Ferry, en Handbook of Accelerator Physics and Engineering, pp. 16-17 (1999); J.A. Ferry et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 382, pp. 316-320 (1996); J:A. Ferry, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 328, pp. 28-33 (1993); T.M. Hauser et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 249, pp. 932-934 (2006); R.G. Herb, en Encyclopedia of Physics, pp. 3-8 (1981), R.G. Herb et al., en Encyclopedia of Applied Physics, Vol. 1, pp. 27-42 (1991); R.B. Herb, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-30, pp. 1359-1362 (1983); R.G. Herb, Proceedings of the Third International Conference on Electrostatic Accelerator Technology (1981); G.M. Klody et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 56-57, pp. 704-707 (1991); G.M. Klody et al, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 240, pp. 463-467 (2005); R.L. Loger, Application of Accelerators in Research and Industry, Proceedings of the Fifteenth International Conference, pp. 640-643 (1999); G.A. Norton et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol.40-41, pp. 785-789 (1989); G.A. Norton et al., Aplication of Accelerators in Research and Industry, Proceedings of the Fourteenth International Conference, pp. 1109-1114 (1997); G. Norton et al., Handbook of Accelerator Physics and Engineering, pp. 24-26 (1999); G.A. Norton et al., Symposium of North Eastern Accelerator Personnel, pp. 295-301 (1992); G. Norton, Pramana, Vol. 59, pp. 745-751 (2002); G.A. Norton et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 37-38, pp. 403-407 (1989); G.A. Norton, Heavy Ion Accelerator Technology: Eighth International Conference, pp. 3-23 (1999); J.E. Raatz et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 244, pp. 104-106 (1986); R.D. Rathmell et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, vol. 56-57, pp. 1072-1075 (1991); J.B. Schroeder et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 56-57, pp. 1033-1035 (1991); J.B. Schroeder, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 40-41, pp. 535-537 (1989); J.B. Schroeder et al, Radiocarbon, Vol. 46 (2004); J.B. Schroeder et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 24-25, pp. 763-766 (1987); P.H. Stelson et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 244, pp. 73-74 (1986); M.L. Sundquist et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 99, pp. 684-687 (1995); ML. Sundquist et al. , Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 287, pp. 87-89 (1990) ; y ML. Sundquist, Applications of Accelerators in Research and Industry, Proceedings of the Fifteenth International Conference, pp. 661 -664 (1999). Todas las demás patentes, solicitudes de patentes y referencias citadas en la presente también son incorporadas por referencia.

Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y de las reivindicaciones.

Breve descripción de las figu ras La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra la conversión de biomasa en productos y co-productos.

La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra la conversión de una fuente de fibra en un primer y segundo material fibroso.

La Figura 3 es una vista en sección transversal de un cortador de cuchillas rotativas.

La Figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra la conversión de una fuente de fibra en un primer, segundo y tercer material fibroso.

Descripción detallada Sistemas y procesos son descritos a continuación que pueden usar varios materiales de biomasa para formar productos útiles. El material de biomasa es combinado con uno o más materiales inorgánicos, tales como cerámicas, metales, arcillas y/o minerales y la combinación es irradiada. La adición del material inorgánico modula (aumenta/intensifica o disminuye) los efectos de la radiación sobre la biomasa en comparación al aplicar la misma energía sin que esté presente el material inorgánico. Por ejemplo, la presencia del material inorgánico puede intensificar el efecto de la radiación sobre el material de biomasa al incrementar el calor generado al irradiar.

Por ejemplo, con el material inorgánico presente durante la irradiación, el grado de recalcitrancia del material celulósico o lignocelulósico para cambio estructural puede reducirse a un mayor grado para una dosis de radiación dada en relación al caso en el cual el material inorgánico no está presente durante el tratamiento de radiación. Por ejemplo, para cualquier dosis dada, el peso molecular promedio y/o cristalinidad promedio puede reducirse por un mayor grado, tal como por 10, 20, 30, 40, 50, 60 o incluso 75 por ciento mayor, cuando una combinación de biomasa y material inorgánico es irradiada en comparación con un tratamiento de radiación de biomasa sin el material inorgánico estando presente durante la irradiación. Por ejemplo, para cualquier dosis dada, el área de superficie y/o la porosidad de la biomasa puede ser incrementada por un mayor grado, tal como por 1 0, 20, 30, 40, 50, 60 o incluso 75 por ciento mayor, cuando una combinación de biomasa y material inorgánico es irradiada en comparación con el aditivo inorgánico que no está presente durante la irradiación.

Sin desear ligara a una teoría particular, se cree que el aditivo inorgánico puede modular los efectos de la radiación en la biomasa a través de una variedad de mecanismos potenciales, incluyendo efectos térmicos, efectos de activación (por ejemplo, formación de formas reactivas del material inorgánico), y efectos de radiación secundarios (por ejemplo, rayos x bremsstrahulung). Se cree que los efectos térmicos surgen del calentamiento de la biomasa por el material inorgánico que es calentado en el campo de radiación cuando la energía cinética de las partículas es convertida a calor. Se cree que efectos de activación moleculares surgen de la conversión del material inorgánico en una especie más químicamente activa, la cual a su vez reacciona directamente con la biomasa o con un gas, tal como aire en el campo de radiación. Por ejemplo, en una modalidad en la cual el dióxido de titanio está presente en el material inorgánico, el dióxido de titanio puede ser activado en el campo de radiación a una forma electrónicamente excitada de dióxido de titanio, la cual a su vez puede reaccionar con oxígeno en el aire para generar ozono alrededor de la biomasa. El ozono puede atacar la biomasa, especialmente las porciones de lignina de la biomasa.

Con respecto a efectos térmicos sobre materiales inorgánicos en haces de electrones, la absorción de haz de electrones diferencial (dE/dx) en materia se describe mediante la ecuación (1 ): dE/dx = -S(V)p (en MeV/cm) (1 ), donde S(V) (MeV«cm2/g) es la energía de paro del material para electrones a energía V, y p es la densidad de masa del material (en g/cm3).

Usando los mismos parámetros, el rango de electrones (R), el cual es la distancia de penetración máxima de electrones de energía V0 en el material es aproximado mediante la ecuación (2): R = V0/S(V0)p (en cm) (2) Asumiendo que no hay conducción de calor, la elevación de temperatura (?? en K) en un material siendo irradiado con electrones energéticos es inversamente proporcional a la capacidad de calor específico del material (Cp), densidad de material (p) , área de unidad (a) y espesor (d), y directamente proporcional a la densidad de energía (e) depositada, como se muestra en la ecuación (3): ?? = e/Cppad (en K) (3) Cuando la conducción de calor es considerada, el calor es conducido lejos de la región calentada y se equilibra en una escala de tiempo (t) que es inversamente proporcional a la conductividad térmica del material. Si la energía es puesta en el material en una escala de tiempo más corta que (t), el material aumentará en temperatura. Con un haz de electrones es posible elevar localmente temperaturas de un material siendo irradiado hasta 25,000°C o más.

Ejemplos de materiales inorgánicos adecuados se discuten en la sección MATERIALES.

En algunas implementaciones, el material de biomasa es preparado primero físicamente para procesamiento, con frecuencia mediante reducción de tamaño de una alimentación cruda. En algunos casos, el material de biomasa y/o la combinación se trata con uno o más pasos de procesamiento adicionales, tales como sonicación, oxidación, pirólisis o explosión de vapor.

La combinación irradiada de biomasa y material inorgánico puede usarse como un producto en sí mismo, o puede ser procesado adicionalmente para formar uno o más productos y en algunos casos co-productos, así como se discutirá más adelante. El material inorgánico puede ser removido antes, durante o después del procesamiento adicional, o puede permanecer en el o los productos finales.

Sistema para tratar biomasa La Figura 1 muestra un sistema 100 para convertir biomasa, en particular biomasa con significativos componentes celulósicos y lignocelulósicos y/o componentes amiláceos, para dar productos y co-productos útiles. El sistema 100 incluye un subsistema de preparación de la alimentación 1 1 0, una unidad de combinación 1 1 3, un subsistema de tratamiento 1 14, un subsistema de proceso primario 1 18 y un subsistema de después del procesamiento 122. El subsistema de preparación de la alimentación 1 10 recibe biomasa en su forma en bruto, prepara físicamente a la biomasa para ser utilizada como materia prima por los procesos corriente abajo (por ejemplo, reduce el tamaño de la biomasa y la homogeneiza), y almacena la biomasa en sus formas tanto en bruto como de materia prima. En la unidad de combinación 1 13, la biomasa es combinada con un material inorgánico, el cual generalmente está en forma particulada.

El subsistema de tratamiento 1 14 recibe la combinación de la unidad de combinación 1 13 y prepara a la materia prima para usarse en un proceso de producción primaria, proceso tal como fermentación al, por ejemplo, reducir el peso molecular promedio y la cristalinidad de la materia prima. En el subsistema de tratamiento 1 14, la combinación es irradiada, y también puede ser sometida a otros tratamientos, tal como extinción, pirólisis u oxidación.

El subsistema de proceso primario 1 18 recibe la materia prima tratada proveniente del subsistema de pre-tratamiento 1 14 y la usa como una materia prima para producir productos útiles (por ejemplo, etanol, otros alcoholes, farmacéuticos y/o productos alimenticios).

El sistema de preparación de alimentación, unidad de combinación, subsistema de tratamiento y subsistema de proceso primario 1 18, pueden estar en la misma instalación de producción, o puede estar en dos o más instalaciones de producción. Por ejemplo, el material de biomasa puede ser preparado físicamente en una primera instalación, combinarse con el material inorgánico e irradiarse en una segunda instalación, y procesarse en un proceso primario en la segunda instalación o una tercera instalación.

En algunos casos, la salida de subsistema de proceso primario 1 18 es directamente útil, pero en otros casos, toda o una porción de la salida puede requerir procesamiento adicional, por ejemplo, destilación, provista por subsistema de post-procesamiento 122. El subsistema post-procesamiento 122 también puede proporcionar tratamiento para las corrientes de desperdicios provenientes de los otros subsistemas. En algunos casos, los co-productos de los subsistemas 1 14, 1 18, 122 también pueden ser directa o indirectamente útiles como productos secundarios y/o para aumentar la eficiencia total del sistema 100. Por ejemplo, el subsistema de post-procesamiento 122 puede producir agua tratada para ser reciclada para utilizar como agua de proceso en otros subsistemas y/o puede producir desperdicios que se pueden quemar que se pueden utilizar como combustible para calderas que producen vapor y/o electricidad.

El material inorgánico puede ser separado en algunos casos de la materia prima tratada mediante una unidad de separación 120. La unidad de separación 1 20 puede estar antes del subsistema de proceso primario 1 18, como se muestra, o puede estar después del subsistema de proceso primario o subsistema post-procesamiento, o integrada con cualquiera de estos subsistemas. En algunos casos el material inorgánico es recuperado, por ejemplo, para ser re-usado en el proceso o usado como un co-producto. En otros casos el material inorgánico es desechado. En algunas implementaciones el material inorgánico no es separado de la biomasa sino que en su lugar se vuelve parte del producto final.

Preparación de materia prima de biomasa En algunos casos, el sistema de preparación de alimentación 1 10 prepara la materia prima mediante corte, molienda, corte por esfuerzo transversal, corte en tiras, rasgado o desgarre mecánico, molienda de espigas, molienda de desgaste con aire o picadura. Si se desea, pueden utilizar tamices y/o imanes para eliminar los objetos de tamaño demasiado grande o no deseables tales como, por ejemplo, rocas o clavos de la corriente de alimentación. Tal preparación física, por ejemplo, mediante corte por esfuerzo transversal, puede ser "abierta" y tensionar los materiales fibrosos, haciendo a la celulosa de los materiales más susceptibles a excisión de cadena y/o reducción de cristalinidad. Los materiales abiertos también pueden ser más susceptibles a oxidación cuando son irradiados. La preparación física también puede hacerse más fácil para combinar el material de biomasa con el material inorgánico, por ejemplo, al reducir el tamaño del material de biomasa y hacerlo más homogéneo en tamaño y forma.

En el ejemplo mostrado en la Figura 2 , una fuente de fibra de biomasa 210 se corta, por ejemplo, en un cortador de cuchillas rotativas, para proveer un primer material fibroso 212. El primer material fibroso 212 se hace pasar a través de un primer tamiz 214 con un tamaño promedio de abertura de 1 .59 mm o menor (1/16 pulgada, 0.0625 pulgada) para proveer un segundo material fibroso 216. Si se desea, la fuente de fibra de biomasa se puede cortar antes del corte por esfuerzo transversal, por ejemplo, con un deshebrador, por ejemplo, a deshebrador de tornillos contra rotatorios, como por ejemplo aquellos que fabrica Munson (Utica, N.Y.) o con un cortador de guillotina.

En algunas implementaciones, se utiliza un cortador de cuchillas rotativas para cortar la fuente de fibra y tamizar el primer material fibroso de manera concurrente. Con referencia a la Figura 3, un cortador de cuchillas rotativas 220 incluye una tolva 222 que se puede cargar con una fuente de fibra deshebrada 224 que se prepara desfibrando la fuente de fibra. La fuente de fibra deshebrada se corta entre las cuchillas estacionarias 230 y las cuchillas giratorias 232 para proveer un primer material fibroso 240. El primer material fibroso 240 pasa a través del tamiz 242, y el segundo material fibroso 244 que se obtiene como resultado se captura en el silo 250. Para contribuir a la recolección del segundo material fibroso, el silo puede tener una presión por debajo de la presión atmosférica nominal, por ejemplo, por lo menos 10 por ciento por debajo de la presión atmosférica nominal, por ejemplo, por lo menos 25 por ciento por debajo de la presión atmosférica nominal, por lo menos 50 por ciento por debajo de la presión atmosférica nominal, o por lo menos 75 por ciento por debajo de la presión atmosférica nominal. En algunas modalidades, se utiliza una fuente de vacío 252 para mantener al silo por debajo de la presión atmosférica nominal. Características adecuadas del tamiz son descritas, por ejemplo, en U .S. serial no. 12/429,045.

La fuente de fibra se puede someter a un esfuerzo transversal en estado seco, en estado hidratado (por ejemplo, con hasta diez por ciento en peso de agua absorbida), o en estado húmedo, por ejemplo, con entre aproximadamente 10 por ciento y aproximadamente 75 por ciento en peso de agua. La fuente de fibra aún se puede cortar mientras está sumergida parcial o completamente en un líquido, como por ejemplo agua, etanol, isopropanol. La fuente de fibra también se puede cortar por esfuerzo transversal bajo un gas (tal como una corriente o atmósfera de gas diferente del aire), por ejemplo, oxígeno o nitrógeno, o vapor.

Si se desea, el material fibroso se puede separar, por ejemplo, de manera continua o por lotes, para dar fracciones de acuerdo con su longitud, ancho, densidad, tipo de material, o alguna combinación de dichos atributos. Por ejemplo, para formar compuestos, frecuentemente es deseable tener una distribución relativamente estrecha de longitudes de fibra.

Los materiales fibrosos pueden ser irradiados siguiendo su preparación o pueden ser deshidratados, por ejemplo, a aproximadamente 105°C durante 4-1 8 horas, de manera que el contenido de humedad es, por ejemplo, menor que aproximadamente 0.5% antes de usarse.

En algunas modalidades, el segundo material fibroso se corta y se hace pasar a través del primer tamiz, o un tamiz de diferente tamaño. En algunas modalidades, el segundo material fibroso se hace pasar a través de un segundo tamiz con un tamaño promedio de abertura menor o igual al del primer tamiz. Con referencia a la figura 4, se puede preparar un tercer material fibroso 220 a partir del segundo material fibroso 216 utilizando corte por esfuerzo transversal del segundo material fibroso 216 y haciendo pasar el material que se obtiene como resultado a través de un segundo tamiz 222 con un tamaño promedio de abertura menor que el del primer tamiz 214. La secuencia de corte y tamizado puede repetirse tantas veces como se desee para obtener propiedades de fibra particulares.

En general, las fibras de los materiales fibrosos pueden tener un promedio relativamente grande de la proporción entre la longitud y el diámetro (por ejemplo, más de 20 a 1 ), aún si han sido cortadas más de una vez. Además, las fibras del material fibroso que se describen aquí pueden tener una distribución relativamente estrecha de longitudes y/o de la proporción entre la longitud y el diámetro.

Según se usa aquí, anchos promedio de la fibra (es decir, los diámetros) son aquellos que se determinan ópticamente seleccionando al azar aproximadamente 5,000 fibras. Las longitudes promedio de las fibras son longitudes corregidas ponderadas en función de la longitud. Las áreas superficiales BET (Brunauer, Emmet y Teller) son áreas superficiales multipunto, y las porosidades se determinan por porosimetría con mercurio.

El promedio de la proporción entre la longitud y el diámetro del segundo material fibroso 14 puede ser, por ejemplo, mayor de 8/1 , por ejemplo, mayor que 10/1 , mayor que 1 5/1 , mayor que 20/1 , mayor que 25/1 , o mayor que 50/1 . Una longitud promedio del segundo material fibroso 14 puede ser, por ejemplo, entre aproximadamente 0.5 mm y 2.5 mm, por ejemplo, entre aproximadamente 0.75 mm y 1 .0 mm, y un ancho promedio (es decir, diámetro) del segundo material fibroso 14 puede ser, por ejemplo, entre aproximadamente 5 pm y 50 pm, por ejemplo, entre aproximadamente 10 pm y 30 pm.

En algunas modalidades, una desviación estándar de la longitud del segundo material fibroso 14, por ejemplo, menor del 60 por ciento de una longitud promedio del segundo material fibroso 14, por ejemplo, menor del 50 por ciento de la longitud promedio, menor del 40 por ciento de la longitud promedio, menor del 25 por ciento de la longitud promedio, menor del 10 por ciento de la longitud promedio, menor del 5 por ciento de la longitud promedio, o aún menor del 1 por ciento de la longitud promedio.

En algunas modalidades, el material tiene una densidad de volumen de menos de 0.25 g/cm3, por ejemplo 0.20 g/cm3, 0.15 g/cm3, 0.10 g/cm3, 0.05 g/cm3 o menos, por ejemplo 0.025 g/cm3. La densidad de volumen es determinada usando ASTM D1895B. Brevemente, el método involucra llenar un cilindro de medición de volumen conocido con una muestra y obtener un peso de la muestra. La densidad de volumen es calculada al dividir el peso de la muestra en gramos por el volumen conocido del cilindro en centímetros cúbicos.

En algunas modalidades, un área superficial BET del segundo material fibroso mayor que 0.1 m2/g, por ejemplo, mayor que 0.25 m2/g, mayor que 0.5 m2/g, mayor que 1.0 m2/g, mayor que 1.5 m2/g, mayor que 1.75 m2/g, mayor que 5.0 m2/g, mayor que 10 m2/g, mayor que 25 m2/g, mayor que 35 m /g, mayor que 50m2/g, mayor que 60 m2/g, mayor que 75 m2/g, mayor que 100 m2/g, mayor que 150 m /g, mayor que 200 m2/g, o aún mayor que 250 m2/g. A porosidad del segundo material fibroso 14 puede ser, por ejemplo, mayor que 20 por ciento, mayor que 25 por ciento, mayor que 35 por ciento, mayor que 50 por ciento, mayor que 60 por ciento, mayor que 70 por ciento, por ejemplo, más del 80 por ciento, mayor que 85 por ciento, mayor que 90 por ciento, mayor que 92 por ciento, mayor que 94 por ciento, mayor que 95 por ciento, mayor que 97.5 por ciento, mayor que 99 por ciento, o aún mayor que 99.5 por ciento.

En algunas modalidades, la proporción entre el promedio de la proporción entre la longitud y el diámetro del primer material fibroso y el promedio de la proporción entre la longitud y el diámetro del segundo material fibroso es, por ejemplo, menor de 1 .5, por ejemplo, menor de 1 .4, menor de 1 .25, menor de 1 .1 , menor de 1 .075, menor de 1 .05, menor de 1 .025, o aún sustancialmente igual a 1 .

Cualquier material fibroso descrito en la presente, o cualquier mezcla de material fibroso con un material inorgánico, puede ser densificado antes o después de irradiación, por ejemplo, para transporte o almacenamiento, y entonces, "abierto" para procesamiento adicional mediante cualquiera de uno o más métodos descritos en la presente. La densificación es descrita, por ejemplo, en U .S . serial no. 12/429,045.

Combinación del material de biomasa con el material inorgánico En algunas modalidades, el material celulósico y/o lignocelulósico y material i norgánico se combinan mediante mezclado en seco, tal como en un tambor antes de la irradiación . En otras modal idades, el material celulósico y/o lignocelulósico y el material inorgánico son co-triturados. Por ejemplo, el material celulósico y/o lignocelulósico y material i norgánico pueden molerse juntos en un molino antes de la irradiación de la mezcla. En modalidades particu lares, el material celulósico y/o lignocelulósico y material inorgánico son co-triturados en un molino congelador, de manera que cada material es enfriado a una temperatura por debajo de 25°C, tal como a o por debajo de 0°C, tal como a o por debajo de la temperatura de sublimación atmosférica normal de hielo seco, o a o por abajo del punto de ebullición atmosférico normal de nitrógeno líquido. La biomasa de molienda en un molino congelador es descrita en la solicitud de patente provisional estadounidense serial no. 61 /081 ,709, titulada "Cooling and Processing Materials", la cual es incorporada en la presente por referencia en su totalidad.

Tratamiento El tratamiento incluye irradiar la combinación del material de biomasa físicamente preparado y el material inorgánico. En algunos casos, el tratamiento puede incluir además uno o más de sonicación, oxidación, pirólisis y explosión de vapor, cualquiera de las cuales puede ser modulada, por ejemplo, intensificada, mediante el uso de aditivos inorgánicos como se describe en la presente.

Tratamiento de radiación Irradiar la combinación puede incluir someter la combinación a electrones acelerados, tales como electrones teniendo una energía mayor que aproximadamente 2 MeV, 4 MeV, 6 MeV, o incluso mayor que aproximadamente 8 MeV. Así, los rangos, tales como rangos de 2.0 a 8.0 MeV y 4.0 a 6.0 MeV, son contemplados. En algunas modalidades, los electrones son acelerados a, por ejemplo, una velocidad mayor que 75 por ciento de la velocidad de luz, por ejemplo, mayor que 85, 90, 95 o 99 por ciento de la velocidad de luz.

En algunos casos, la irradiación es realizada a una velocidad de dosificación mayor que aproximadamente 0.25 Mrad por segundo, por ejemplo, mayor que aproximadamente 0.5, 0.75, 1 .0, 1 .5, 2.0 o incluso mayor que aproximadamente 2.5 Mrad por segundo. En algunas modalidades, la irradiación es realizada a una velocidad de dosis de entre 5.0 y 1 500.0 kilorads/hora, por ejemplo, entre 10.0 y 750.0 kilorads/hora o entre 50.0 y 350.0 kilorads/hora.

En algunas modalidades, la irradiación (con cualquier fuente de radiación o una combinación de fuentes) es realizada hasta que el material recibe una dosis de al menos 0.25 Mrad, por ejemplo, al menos 1 .0 Mrad, al menos 2.5 Mrad, al menos 5.0 Mrad, o al menos 1 0.0 Mrad. En algunas modalidades, la irradiación es realizada hasta que el material recibe una dosis de entre 1 .0 Mrad y 6.0 Mrad, por ejemplo, entre 1 .5 Mrad y 4.0 Mrad.

La dosis aplicada dependerá del efecto que se desee y de la materia prima en particular. Por ejemplo, altas dosis de radiación pueden romper las uniones químicas de los componentes de la materia prima y bajas dosis de radiación pueden aumentar las uniones químicas (por ejemplo, por reticulación) dentro de los componentes de la materia prima.

La radiación puede ser aplicada a cualquier muestra que esté seca o húmeda, o incluso dispersa en un líquido, tal como agua. Por ejemplo, la irradiación puede ser realizada en material celulósico y/o lignocelulósico en el cual menos de aproximadamente 25 por ciento en peso del material celulósico y/o lignocelulósico tiene superficies humectadas con un líquido, tal como agua. En algunas modalidades, la irradiación es realizada en material celulósico y/o lignocelulósico en el cual nada del material celulósico y/o lignocelulósico es humectado con un líquido tal como agua.

En algunas modalidades, cualquier procesamiento descrito en la presente ocurre después de que el material celulósico y/o lignocelulósico permanece seco como se adquiere o ha sido secado, por ejemplo, usando calor y/o presión reducida. Por ejemplo, en algunas modalidades, el material celulósico y/o lignocelulósico tiene menos de aproximadamente cinco por ciento en peso de agua retenida, medida a 25°C y a cincuenta por ciento de humedad relativa.

La radiación puede ser aplicada mientras que el material celulósico y/o lignocelulósico es expuesto a aire, aire enriquecido con oxígeno o incluso oxígeno por sí mismo, o cubierto con manto por un gas inerte, tal como nitrógeno, argón o helio. Cuando se desea oxidación máxima, un ambiente oxidante es utilizado, tal como aire u oxígeno y la distancia de la fuente de radiación es optimizada para maximizar la formación de gas reactivo, por ejemplo, ozono y/u óxidos de nitrógeno.

La radiación puede ser aplicada bajo una presión de más de aproximadamente 2.5 atmósferas, tal como mayor que 5, 10, 15, 20 o incluso mayor que aproximadamente 50 atmósferas.

La irradiación puede ser realizada utilizando una radiación ionizante, tales como rayos gamma, rayos x, radiación ultravioleta energética, tal como radiación ultravioleta C teniendo una longitud de onda desde aproximadamente 100 nm hasta aproximadamente 280, un haz de partículas, tal como un haz de electrones, neutrones lentos o partículas alfa. En algunas modalidades, la irradiación incluye dos o más fuentes de radiación, tales como rayos gamma y un haz de electrones, que pueden aplicarse en cualquier orden o concurrentemente.

En algunas modalidades, la energía depositada en un material que libera un electrón de su orbital atómico es usada para irradiar los materiales. La radiación puede ser provista por 1 ) partículas cargadas pesadas, tales como partículas alfa o protones, 2) electrones, producidos, por ejemplo, en decaimiento beta o aceleradores de haces de electrones, o 3) radiación electromagnética, por ejemplo, rayos gamma, rayos x o rayos ultravioleta. En una aproximación, la radiación producida por substancias radioactivas puede usarse para irradiar la materia prima. En algunas modalidades, cualquier combinación en cualquier orden o concurrentemente de (1 ) a (3) puede ser utilizada.

En algunos casos, cuando la excisión de cadena es deseable y/o la funcionalización de cadena de polímero es deseable, las partículas más pesadas que electrones, tales como protones, núcleos de helio, iones de argón, iones de silicio, iones de neón, iones de carbono, iones de fósforo, iones de oxígeno o iones de nitrógeno pueden ser utilizados. Cuando se desea excisión de cadena de abertura de anillo, partículas positivamente cargadas pueden ser utilizadas para sus propiedades de ácido de Lewis para excisión de cadena de abertura de anillo intensificada.

En algunas modalidades, la biomasa irradiada tiene un peso molecular promedio de número (MN2) que es menor que el peso molecular promedio de número de la biomasa antes de la irradiación (TMNi) por más de aproximadamente 1 0 por ciento, por ejemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por ciento, 60 por ciento, o incluso más de aproximadamente 75 por ciento.

En algunas modalidades, el peso molecular promedio en número inicial (antes de la irradiación) es entre aproximadamente 200,000 y aproximadamente 3,200,000, por ejemplo, entre aproximadamente 250,000 y aproximadamente 1 ,000, 000 o entre aproximadamente 250, 000 y aproximadamente 700,000, y el peso molecular promedio en número luego de la irradiación es entre aproximadamente 50,000 y aproximadamente 200,000, por ejemplo, entre aproximadamente 60,000 y aproximadamente 1 50,000 o entre aproximadamente 70,000 y aproximadamente 125, 000. Si n embargo, en algunas modalidades, por ejemplo, luego de una gran irradiación , es posible tener un peso molecular promedio en número de menos de aproximadamente 1 0,000 o incluso menos de aproximadamente 5, 000.

En algunos casos, la biomasa irradiada tiene celulosa que tiene una cristalinidad (TC2) que es menor que la cristalinidad (TC, ) de la biomasa antes de la irradiación . Por ejemplo, (TC2) puede ser menor que (TCi) por más de 10 por ciento, por ejemplo, 1 5, 20, 25, 30, 35, 40 o incluso más de aproximadamente 50 por ciento.

En algunas modalidades, el índice de cristalinidad inicial (antes de la irradiación) es desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 87.5 por ciento, por ejemplo, desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 75 por ciento o desde aproximadamente 60 hasta aproximadamente 70 por ciento, y el índice de cristalinidad después de la irradiación es desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 50 por ciento, por ejemplo, desde aproximadamente 1 5 hasta aproximadamente 45 por ciento o desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 40 por ciento. Sin embargo, en algunas modalidades, por ejemplo, después de la irradiación extensa, es posible tener un índice de cristalinidad menor que 5 por ciento. En algunas modalidades, el material después de la irradiación es substancialmente amorfo.

En algunas modalidades, la biomasa irradiada puede tener un nivel de oxidación (T02) que es mayor que el nivel de oxidación ("""O,) de la biomasa antes de la irradiación. Un mayor nivel de oxidación del material puede ayudar en su dispersabilidad, hinchabilidad y/o solubilidad, intensificando de manera adicional la susceptibilidad de los materiales a ataque químico, enzimático o biológico. El material de biomasa irradiado además puede tener grupos hidroxilo, grupos aldehido, grupos cetona, grupos ésteres o grupos ácidos carboxílicos, que pueden incrementar su hidrofilicidad.

Radiación ionizante Cada forma de radiación ioniza la biomasa mediante interacciones entre partículas, según se determina por la energía de la radiación. Las partículas pesadas cargadas en principio ionizan a la materia por dispersión de Coulomb; además, dichas interacciones producen electrones energéticos que pueden seguir ionizando la materia. Las partículas alfa son idénticas al núcleo de un átomo de helio y se producen mediante el decaimiento alfa de diversos núcleos radioactivos, como por ejemplo isótopos de bismuto, polonio, astato, radón, francio, radio, diversos actínidos, como por ejemplo actinio, torio, uranio, neptunio, curio, californio, americio, y plutonio.

Cuando se utilizan partículas, pueden ser neutras (no cargadas), con carga positiva o con carga negativa. Cuando están cargadas, las partículas pueden tener una única carga positiva o negativa, o múltiples cargas, por ejemplo, una, dos, tres o aún cuatro o más cargas. En instancias donde se desea la escisión de la cadena, las partículas cargadas positivamente pueden ser deseables, en parte, debido a su naturaleza ácida. Cuando se utilizan partículas, las partículas pueden tener la masa de un electrón en reposo, o mayor, por ejemplo, 500, 1000, 1500, o 2000 o más veces la masa de un electrón en reposo. Por ejemplo, las partículas pueden tener una masa de entre aproximadamente 1 unidad atómica y aproximadamente 150 unidades atómicas, por ejemplo, entre aproximadamente 1 unidad atómica y aproximadamente 50 unidades atómicas, o entre aproximadamente 1 y aproximadamente 25, por ejemplo, 1 , 2, 3, 4, 5, 10, 1 2 o 15 amu. Los aceleradores que se utilizan para acelerar las partículas pueden ser electrostático de corriente continua, electrodinámico de corriente continua, lineal de RF, de inducción magnética lineal o de ondas estacionarias. Por ejemplo, los aceleradores del tipo de los ciclotrones se pueden obtener de I BA, Bélgica, como por ejemplo el sistema Rhodotron®, mientras que los aceleradores del tipo de corriente continua se pueden obtener de RDI , ahora IBA Industrial, como por ejemplo el Dynamitron®. Los iones y aceleradores de iones ejemplares se exponen en Introductory Nuclear Physics, Kennet S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZI KA B 6 (1 997) 4, 177-206, Chu, William T. , "Overview of Light-lon Haz Therapy", Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 Marzo 2006, Iwata, Y. et al. , "Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-lon Medical Accelerators", Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Escocia, y Leitner, C. M. et al. , "Status of the Superconducting ECR Ion Source Venus", Proceedings of EPAC 2000, Viena, Austria.

Los electrones ¡nteractúan por dispersión de Coulomb y radiación bremsstrahlung que se produce por cambios en la velocidad de los electrones. Los electrones pueden ser producidos por núcleos radioactivos que sufren decaimiento beta, como por ejemplo isótopos de yodo, cesio, tecnecio, e iridio. Como alternativa, se puede utilizar un cañón de electrones como fuente de electrones por emisión termoiónica.

La radiación electromagnética interactúa mediante tres procesos: absorción fotoeléctrica, dispersión de Compton, y producción de pares. La interacción dominante está determinada por la energía de la radiación incidente y el número atómico del material. La suma de interacciones que contribuyen a la radiación absorbida en el material celulósico se puede expresar por el coeficiente de absorción de masa (ver "lonization Radiation" en PCT/US2007/022719).

La radiación electromagnética puede ser subclasificada como rayos gama, rayos x, rayos ultravioleta, rayos infrarrojo, microondas, o radioondas, dependiendo de su longitud de onda.

La radiación gamma tiene la ventaja de una significativa profundidad de penetración dentro de una variedad de materiales en la muestra. Las fuentes de rayos gamma incluyen núcleos radioactivos, como por ejemplo isótopos de cobalto, calcio, tecnecio, cromo, galio, indio, yodo, hierro, criptón, samario, selenio, sodio, talio, y xenón.

Las fuentes de rayos X incluyen la colisión de un haz de electrones con objetivos metálicos, como por ejemplo tungsteno o molibdeno o aleaciones, o fuentes compactas de luz, como por ejemplo aquellos que produce comercialmente Lyncean.

Las fuentes de radiación ultravioleta incluyen lámparas de deuterio o cadmio.

Las fuentes de radiación infrarroja incluyen lámparas con ventana cerámica, de zafiro, cinc, o seleniuro.

Las fuentes de microondas incluyen clistrones, fuentes de RF de tipo Slevin , o fuentes de haces de átomos que emplean gases de hidrógeno, oxígeno, o nitrógeno.

Haz de electrones En algunas modalidades, se utiliza un haz de electrones como fuente de radiación. Un haz de electrones presenta las ventajas de: altas dosis (por ejemplo, 1 , 5, o aún 1 0 Mrad por segundo) , alta capacidad, menor contención, y menos equipo de confinamiento. Los electrones también pueden ser más eficientes para causar la escisión de la cadena. Además, los electrones con energías de 4-10 MeV pueden tener una profundidad de penetración de entre 5 y 30 mm o más, como por ejemplo 40 mm.

Los haces de electrones se pueden generar, por ejemplo, con generadores electrostáticos, generadores en cascada, generadores transformadores, aceleradores de baja energía con un sistema de barrido, aceleradores de baja energía con un cátodo lineal , aceleradores lineales, y aceleradores de pulsos. Los electrones como fuente de radiación ionizante pueden ser útiles, por ejemplo, para las pilas de materiales relativamente delgadas, por ejemplo, menores de 0.5 pulgada, por ejemplo, menores de 0.4 pulgada, 0.3 pulgada, 0.2 pulgada, o menores de 0.1 pulgada. En algunas modalidades, la energía de cada electrón del haz de electrones es de entre aproximadamente 0.3 MeV y aproximadamente 2.0 MeV (Mega electrón voltios), por ejemplo, entre aproximadamente 0.5 MeV y aproximadamente 1 .5 MeV, o entre aproximadamente 0.7 MeV y aproximadamente 1 .25 MeV.

En algunas modalidades, los electrones usados para tratar material de biomasa pueden tener energías promedio de 0.05 c o más (por ejemplo, 0.10 c o más, 0.2 c o más, 0.3 c o más, 0.4 c o más, 0.5 c o más, 0.6 c o más, 0.7 c o más, 0.8 c o más, 0.9 c o más, 0.99 c o más, 0.9999 c o más), donde c correspondiente a la velocidad de la luz en vacío.

Los dispositivos de irradiación de haces de electrones se pueden obtener comercialmente de Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Bélgica o la Titán Corporation, San Diego, CA. Las energías típicas de los electrones pueden ser de 1 MeV, 2 MeV, 4.5 MeV, 7.5 MeV, o 10 MeV. La potencia típica de un dispositivo de irradiación por haz de electrones puede ser de 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 100 kW, 250 kW, o 500 kW. La efectividad de la despolimerización de la suspensión de materia prima depende de la energía de los electrones que se utilice y de la dosis que se aplique, mientras que el tiempo de exposición depende de la potencia y la dosis. Las dosis típicas pueden tomar valores de 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy, o 200 kGy.

Las consideraciones de las especificaciones de potencia del dispositivo de irradiación por haz de electrones incluyen costo para operarlo, costos de capital, depreciación, y el tamaño en planta del dispositivo. Las consideraciones de los niveles de dosis de exposición a la irradiación con el haz de electrones serían los costos de energía y preocupaciones ambientales, de seguridad, y salud (ESH). Las consideraciones de las energías de los electrones incluyen costos de energía; aquí, una menor energía electrónica puede ser ventajosa para estimular la despolimerización de cierta materia prima en suspensión (véase, por ejemplo, Bouchard, et al., Cellulose (2006) 1 3: 601 -610).

Para proveer un proceso de despolimerización más efectivo puede ser ventajoso proveer una doble pasada de irradiación con el haz de electrones. Por ejemplo, el dispositivo de transporte de materia prima podría dirigir la materia prima (en forma seca o de suspensión) por debajo y en una dirección inversa a la dirección inicial del transporte. Los sistemas de doble pasada pueden permitir el tratamiento de suspensiones de materia prima más espesas y pueden proveer una despolimerización más uniforme a través del espesor de la suspensión de materia prima.

El dispositivo de irradiación por haz de electrones puede producir ya sea un haz fijo o un haz que realiza un barrido. Un haz que realiza un barrido puede ser ventajoso con una gran longitud de barrido y altas velocidades de barrido, ya que esto podría reemplazar de manera efectiva a un haz fijo muy ancho. Además, hay disponibles anchos de barrido de 0.5 m, 1 m, 2 m o más.

Haces de partículas de iones Para irradiar carbohidratos o materiales que incluyen carbohidratos, por ejemplo, materiales celulósicos, materiales lignocelulósicos, materiales amiláceos, o mezclas de cualquiera de dichos y otros que se describen aquí se pueden utilizar partículas más pesadas que los electrones. Por ejemplo, se pueden utilizar protones, núcleos de helio, iones de argón, iones de silicio, iones de neón, iones de carbono, iones de fósforo, iones de oxígeno o iones de nitrógeno. En algunas modalidades, las partículas más pesadas que los electrones pueden inducir mayores cantidades de escisión de la cadena. En algunas instancias, las partículas cargadas positivamente pueden inducir mayores cantidades de escisión de la cadena que las partículas con carga negativa debido a su acidez.

Los haces de partículas más pesadas se pueden generar, por ejemplo, usando aceleradores lineales o ciclotrones. En algunas modalidades, la energía de cada partícula del haz es de entre aproximadamente 1 .0 MeV/unidad atómica y aproximadamente 6,000 MeV/unidad atómica, por ejemplo, entre aproximadamente 3 MeV/ unidad atómica y aproximadamente 4,800 MeV/unidad atómica, o entre aproximadamente 10 MeV/unidad atómica y aproximadamente 1 ,000 MeV/unidad atómica.

El tratamiento de haces de electrones es discutido con detalle en U.S. serial no. 12/41 7,699.

Radiación electromagnética En modalidades donde la irradiación se lleva a cabo con radiación electromagnética, la radiación electromagnética puede tener, por ejemplo, una energía por fotón (en electrón voltios) mayor que 102 eV, por ejemplo, mayor que 103, 104, 10s, 1 06, o aún mayor que 107 eV. En algunas modalidades, la radiación electromagnética tiene una energía por fotón de entre 10" y 107, por ejemplo, entre 105 y 106 eV. La radiación electromagnética puede tener una frecuencia por ejemplo, mayor de 1016 Hz, mayor de 1017 Hz, 1018, 1 019, 1020, o aún mayor de 1021 Hz. En algunas modalidades, la radiación electromagnética tiene una frecuencia de entre 1018 y 1022 Hz, por ejemplo, entre 1019 a 1021 Hz.

Combinaciones de tratamientos de radiación En algunas modalidades, se utilizan dos o más fuentes de radiación, como por ejemplo dos o más radiaciones ionizantes. Por ejemplo, las muestras se pueden tratar, en cualquier orden, con un haz de electrones, seguida de radiación gamma y luz UV con longitudes de onda entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 280 nm. En algunas modalidades, las muestras se tratan con tres fuentes de radiación ionizante, como por ejemplo un haz de electrones, radiación gamma, y luz UV energética.

Extinción de radicales y funcionalización controlada de la biomasa Luego del tratamiento con una o más radiaciones ionizantes, como por ejemplo radiación fotónica (por ejemplo, rayos X o rayos gamma), radiación de un haz de electrones o partículas más pesadas que los electrones con carga positiva o negativa (por ejemplo, protones o iones de carbono) , cualquiera de las mezclas de los materiales que contienen carbohidratos y materiales inorgánicos que se describen aquí se ionizan; es decir, que los mismos incluyen radicales a niveles detectables con un espectrómetro de resonancia de spin electrónico. El límite práctico de detección actual de los radicales es de aproximadamente 1 014 espines a la temperatura ambiente. Luego de la ionización, cualquier material de biomasa que se ha ionizado se puede extinguir para reducir el nivel de radicales en la biomasa ionizada, por ejemplo, de tal manera que los radicales ya no sean detectables con el espectrómetro de resonancia de spin electrónico. Por ejemplo, los radicales se pueden extinguir por aplicación de una presión suficiente para la biomasa y/o utilizando un fluido en contacto con la biomasa ionizada, como por ejemplo un gas o líquido, que reaccione con (extinga) los radicales. El uso de gas o líquido para por lo menos contribuir a la extinción de los radicales también permite al operador controlar la funcionalización de la biomasa ionizada con la cantidad y clases deseadas de grupos funcionales, como por ejemplo grupos ácido carboxílico, grupos enol , grupos aldehido, grupos nitro, grupos nitrilo, grupos amino, grupos alquil amino, grupos alquilo, grupos cloroalquilo o grupos clorofluoroalquilo. En algunas instancias, dicha extinción de radicales puede mejorar la estabilidad de algunas de los materiales de biomasa ionizados. Por ejemplo, la extinción puede mejorar la resistencia de la biomasa a la oxidación. La funcionalización mediante extinción también puede mejorar la solubilidad cualquier biomasa descrita en la presente documentación, puede mejorar su estabilidad térmica, lo cual puede ser importante en la fabricación de compuestos y puede mejorar la utilización de material por parte de diferentes microorganismos. Por ejemplo, los grupos funcionales que se imparten al material de biomasa mediante la extinción pueden actuar como sitios receptores para la unión de microorganismos, por ejemplo, para mejorar la hidrólisis de celulosa mediante por parte de diferentes microorganismos.

Si la biomasa ionizada se deja en la atmósfera, se oxidará, por ejemplo hasta un grado en que sean generados grupos ácido carboxílico por reacción con el oxígeno atmosférico. En algunas instancias, con algunos materiales, dicha oxidación se desea porque puede contribuir a la degradación adicional del peso molecular de la biomasa que contiene carbohidratos, y los grupos oxidados, por ejemplo, los grupos ácido carboxílico, pueden ser útiles en algunas instancias para la solubilidad y la utilización de microorganismos. Sin embargo, como los radicales pueden "vivir" durante cierto tiempo luego de la irradiación, por ejemplo, durante más de 1 día, 5 días, 30 días, 3 meses, 6 meses o aún durante más de 1 año, las propiedades de los materiales pueden continuar cambiando con el transcurso del tiempo, lo cual en algunas instancias puede no ser deseable.

La detección de radicales en muestras irradiadas por espectroscopia de resonancia de spin electrónico y los tiempos de vida de los radicales en dichas muestras se exponen en Bartolotta et al. , Physics in Medicine and Biology, 46 (2001 ), 461 -471 y en Bartolotta et al. , Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, Nos. 1 -4, pp. 293-296 (1999), cuyos contenidos son incorporados en la presente por referencia.

Sonicación, pirólisis, oxidación Una o más de sonicación , pirólisis y/o secuencias de procesamiento oxidante pueden usarse para procesar materia prima de una amplia variedad de diferentes fuentes para extraer substancias útiles de la materia prima, y proporcionar material orgánico parcialmente degradado, el cual funciona como entrada a pasos de procesamiento y/o secuencias adicionales. Tal procesamiento puede reducir el peso molecular y/o cristalinidad de materia prima y biomasa, por ejemplo, una o más fuentes de carbohidrato, tales como materiales celulósicos o lignocelulósicos, o materiales am iláceos. Estos procesos son descritos en detalle en U .S. serial no. 1 2/429,045.

Otros procesos La explosión de vapor se puede usar sólo sin cualquiera de los procesos descritos en la presente, o en combinación con cualquiera de los procesos descritos en la presente.

Cualquier técnica de procesamiento descrita en la presente puede ser usad a presión por arriba o por debajo de la presión atmosférica ligada a tierra, normal. Por ejemplo, cualquier proceso que utiliza radiación, sonicación, oxidación, pirólisis, explosión de vapor o combinaciones de cualquiera de estos procesos proporcionan materiales que incluyen un carboh idrato. Puede ser realizado bajo alta presión, lo cual puede i ncrementar las velocidades de reacción. Por ejemplo, cualquier proceso o combinación de procesos puede realizarse a una presión mayor que aproximadamente mayor que 25 MPa, por ejemplo, mayor que 50 MPa, 75 MPa, 100 MPa, 150 M Pa, 200 M Pa, 250 MPa, 350 MPa, 500 M Pa, 750 MPa, 1 ,000 MPa, o mayor que 1 , 500 M Pa.

Procesos primarios y post-procesamiento Los materiales tratados usado cualquiera de los procesos descritos en la presente pueden ser sometidos entonces a otros proceso, por ejemplo, procesos primarios descritos tales como fermentación y gasificación, y/o pasos post-procesamiento, tal como destilación , procesamiento de aguas de desperdicio, combustión de desperdicio y similares. Tales procesos se describen en detalle en las solicitudes de patente que han sido incorporadas por referencia en la presente, por ejemplo, en 12/429, 045.

Productos/co-productos Usar tales procesos primarios y/o post-procesamiento, la biomasa tratada puede ser convertida a uno o más productos, por ejemplo, alcoholes, por ejemplo, metanol, etanol, propanol, isopropanol , butanol, por ejemplo, n-, sec- o t-butanol, etilenglicol, propilenglicol, 1 ,4-butanodiol, glicerina o mezclas de estos alcoholes; ácidos orgánicos, tales como ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, caproico, ácido palm ítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido láctico, ácido ?-hidroxibutírico o mezclas de estos ácidos; productos alimenticios; alimentación animal; farmacéuticos o nutricéuticos. Los co-productos que pueden ser producidos incluyen residuo de lignina.

Materiales Materiales inorgánicos En algunas modalidades, el material inorgánico es o incluye un metal o una aleación de metal. Por ejemplo, el metal puede incluir un metal de base, tal como hierro, níquel, plomo, cobre o cinc, un metal ferroso, tal como hierro forjado o hierro en bruto, un metal noble, tal como tantalio, oro, platino o rodio, un metal preciso, tal como rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio o platino o un metal de transición, por ejemplo, elementos 21 a 30 (inclusive), 39 a 48 (inclusive), 71 a 80 (inclusive) y 1 03 a 1 12 de la tabla periódica de los elementos.

En modalidades específicas, el material inorgánico es o incluye aluminio, tal como empaque de desperdicio que incluye una capa de aluminio.

En otras modalidades, el material inorgánico es o incluye un compuesto metálico, tal como compuesto inorgánico de hierro o cobalto, tal como un compuesto de hierro o cobalto inorgánico en el cual el hierro o cobalto está en el estado de oxidación 2+ o 3+. Ejemplos de tales compuestos de hierro son hexahidrato de sulfato de amonio hierro(l l), solución de sulfato de amonio hierro(l l), dodecahidrato de sulfato de amonio hierro(l l l), sulfato de amonio hierro(l l l), heptahidrato de sulfato de hierro(l l), hidrato de sulfato de hierro(l l), solución de sulfato de hierro(l l) e hidrato de sulfato de hierro(l l l).

Todavía en otras modalidades, el material inorgánico es o incluye un material refractario, tal como un refractario ácido, neutral o básico. Ejemplos de materiales refractarios ácidos incluyen circón, arcilla refractaria y sílice. Ejemplos de materiales refractarios neutrales incluyen alúmina, cromita, carburo de silicio, carbono y mulitita. Ejemplos de materiales refractarios básicos incluyen dolomita o mangesita.

Todavía en otras modalidades, el material inorgánico incluye una cerámica, tal como un óxido, u n carburo, un boruro, un nitruro, un siliciuro, o u n caolín (por ejemplo, natural , neutral, ácido, básico o blanqueado). Por ejemplo, el óxido puede ser un óxido de aluminio, tal como alúmina, un óxido de circonio, un óxido de silicio, un óxido de cinc o un óxido de titanio, tal como dióxido de titanio.

En algunas modalidades, el aditivo inorgánico incluye entre aproximadamente 0.25 y aproximadamente 25 por ciento en peso de agua en el mismo y/o sobre el mismo. En una modalidad específica, el material inorgánico incluye agua de hidratación que es capaz de dejar el material inorgánico a temperaturas elevadas, tal como alúmina hidratada.

Otros ejemplos de materiales inorgánicos útiles incluyen carbonato de calcio, arcilla de aragonita, arcillas ortorrómbicas, arcilla de calcita , arcillas rombohédricas, arcilla de bentonita, fosfato dicálcico, fosfato dicálcico anhidro, dihidrato de fosfato dicálcico, fosfato tricálcico, pirofosfato de calcio, metafosfato de sodio insoluble, carbonato de calcio precipitado, ortofosfato de magnesio, fosfato de trimagnesio, hidroxiapatitas, apatitas sintéticas, xerogel de sílice hidratado, complejos de aluminosilicato de metal, silicatos de sodio aluminio, silicato de circonio, arena, vidrio, piedra, roca, montmorillonita y esquisto.

En algunas modalidades, el material inorgánico tiene un punto de fusión mayor que aproximadamente 400°C, tal como mayor que aproximadamente 500, 600, 700, 800, 900, 1 000, 1200, 1400, 1600, 1 800, 2000, 2200, 2400, 2600 o incluso mayor que 2800°C. En otros casos, el material inorgánico no tiene o no incluye un material teniendo un punto de fusión.

En algunos casos, el material inorgánico tiene una capacidad de calor específico Cp de menos de aproximadamente 1 .5 J/gK, tal como menos de aproximadamente 1 .25, 1 .0, 0.75, 0.50, 0.25 o incluso menos de aproximadamente 0.1 J/gK. En varios ejemplos, el material inorgánico puede tener una capacidad de calor específico Cp de entre aproximadamente 1 .25 y aproximadamente 0.2 J/gK, tal como entre aproximadamente 1 .15 y aproximadamente 0.25 o entre aproximadamente 0.85 y 0.30 J/gK.

El material inorgán ico puede tener una conductividad térmica de entre aproximadamente 0.004 y aproximadamente 450 W/mK, entre aproximadamente 0.04 y aproximadamente 250 W/mK, entre aproximadamente 0.1 y aproximadamente 1 50 W/mK, o entre aproximadamente 0.25 y aproximadamente 50 W/m K.

El material inorgánico puede tener una densidad mayor que aproximadamente 1 .5 g/cm3, tal como mayor que aproximadamente 2.0, 2.5, 3.0, 5.0, 7.0, 8.0, 9.0, 1 2.0, 1 5.0, 1 8.0 o incluso mayor que 20.0 g/cm3. El material inorgánico puede tener una densidad de entre aproximadamente mayor que 3.5 g/cm3 y aproximadamente 20.0 g/cm3, entre aproximadamente 4.0 g/cm3 y aproximadamente 1 8 g/cm3 o entre aproximadamente 4.5 g/cm3 y aproximadamente 1 3 g/cm3.

En algunos casos, el material inorgánico es o incluye partículas las cuales son substancialmente esféricas en forma, y que tienen un tamaño de partícula promedio, por ejemplo, diámetro que varía desde aproximadamente 0.1 miera hasta aproximadamente 100 mieras, desde aproximadamente 0.25 mieras hasta aproximadamente 75 mieras o desde aproximadamente 0.5 miera hasta aproximadamente 50 mieras. En algunos casos, el tamaño de partícula puede variar desde aproximadamente 1 0 mm hasta aproximadamente 1 000 mm. Las partículas también pueden estar en la forma de fibras, placas o tienen otras morfologías. Las partículas pueden tener un área de superficie de, por ejemplo, aproximadamente 0.5 hasta 500 m2/g.

Para maximizar el efecto del aditivo inorgánico, la combinación puede tener entre aproximadamente 0.05 hasta aproximadamente 35 por ciento en peso de material inorgánico, tal como entre aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 20 por ciento en peso de material inorgánico o entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 1 0 por ciento en peso del material inorgánico.

Materiales de biomasa En general, cualquier material de biomasa que es o incluye un carbohidrato, compuesto completamente por una o más unidades de sacáridos o que incluye una o más unidades de sacáridos, puede ser procesado mediante cualquiera de los métodos descritos en la presente. Por ejemplo, el material de biomasa puede ser celulósico, lignocelulósico, almidón o azúcares.

Por ejemplo, tales materiales pueden incluir materiales fibrosos, tales como papel, productos de papel, madera, materiales relacionados con madera, tablero de partículas, pastos, cascaras de arroz, bagazo, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, mazorcas de maíz, cáscaras de arroz, pelo de coco, algas, algas marinas, algodón, celulosas sintéticas o mezclas de cualquiera de estos.

En algunos casos, la biomasa es un material microbiano. Las fuentes microbianas incluyen, pero no están limitadas a, cualquier microorganismo u organismo que ocurre de manera natural o genéticamente modificado que contiene o es capaz de proporcionar una fuente de carbohidratos (por ejemplo, celulosa) , por ejemplo, protistas (por ejemplo, animal (por ejemplo, protozoarios tales como flagelados, ameboides, ciliados y esporozoarios) y vegetales (por ejemplo, algas, tales como alveolados, cloraracniofitos, criptomónadas, eglenidos, glaucofitos, haptofitos, algas rojas, estramenópilos y viridaeplantae)), algas marinas, plancton (por ejemplo, macroplancton, mesoplancton , microplancton , nanoplancton, picoplancton y femptoplancton), fitoplancton, bacterias (por ejemplo, bacterias gram-positivas, bacterias gran-negativas y extrompilos), levadura y/o mezclas de éstos. En algunos casos, la biomasa microbiana puede ser obtenida de fuentes naturales, por ejemplo, el océano, lagos, cuerpos de agua, por ejemplo, agua salada o agua dulce, o en tierra. De manera alternativa o adicional , la biomasa microbiana puede ser obtenida de sistemas de cultivo, por ejemplo, sistemas de cultivo seco y húmedo a gran escala.

Otros materiales de biomasa son discutidos en las solicitudes de patentes estadounidenses por referencia antes en la presente.

Otras modalidades Irradiación de baja dosis y compuestos Aunque se ha discutido la irradiación antes principalmente en el contexto de reducir el peso molecular y cristalinidad de la biomasa, en algunas modalidades, dosis relativamente bajas de radiación pueden reticular, injertar o incrementar de otra manera el peso molecular de un material conteniendo carbohidrato. Tal material teniendo peso molecular incrementado puede ser útil, por ejemplo, para hacer un compuesto teniendo propiedades mecánicas mejoradas, tales como resistencia a abrasión, fuerza de compresión, resistencia a fractura, fuerza de impacto, fuerza de doblado, módulo de tensión, módulo de flexión y alargamiento a ruptura. Tal material teniendo peso molecular incrementado puede ser útil para hacer una composición. La formación de compuestos es descrita en WO 2006/102543 y en U.S. seriales nos. 12/417,720 y 12/429,045.

De manera alternativa, un material, por ejemplo, un material fibroso que incluye un primer material celulósico y/o lignocelulósico teniendo un primer peso molecular, en una mezcla con un material inorgánico, puede combinarse con una resina para proporcionar un compuesto, y entonces el compuesto puede ser irradiado con una dosis relativamente baja de radiación, con el fin de proporcionar un segundo material celulósico y/o lignocelulósico teniendo un segundo peso molecular mayor que el primer peso molecular. Por ejemplo, si la radiación gamma es utilizada como la fuente de radiación, una dosis desde aproximadamente 1 Mrad hasta aproximadamente 1 0 Mrad puede aplicarse. Usar esta aproximación aumenta el peso molecular del material mientras que está dentro de una matriz de resina. En algunas modalidades, la resina es una resina reticulable, y como tal retícula conforme el material conteniendo carbohidrato aumenta en peso molecular, lo cual puede proporcionar un efecto sinérgico para proporcionar propiedades mecánicas ventajosas al compuesto.

Tratamiento de materiales conteniendo hidrocarburo.

En algunas modalidades, los métodos y sistemas descritos en la presente pueden ser usados para procesar materiales conteniendo hidrocarburo, tales como alquitrán o arenas petrolíferas, esquisto petrolífero, petróleo crudo (por ejemplo, petróleo crudo pesado y/o petróleo crudo ligero), betún, carbón , por ejemplo, turba, lignita, carbón sub-bituminoso, bituminoso y antracita, gases de petróleo (por ejemplo, metano, etano, propano, butano, isobutano), gas natural y/o sintético licuado, asfalto y otros materiales naturales que incluyen varios tipos de hidrocarburos. Por ejemplo, una instalación de procesamiento para materiales conteniendo hidrocarburo recibe un suministro de materia prima. La materia prima puede ser entregada directamente de una mina, por ejemplo, mediante banda transportadora y/o sistema ferroviario de carros, y en ciertas modalidades, la instalación de procesamiento puede ser construida en proximidad relativamente cercana a, o incluso encima de, la mina. En algunas modalidades, la materia prima puede ser transportada a la instalación de procesamiento vía vagones de mercancías u otro sistema de transporte motorizado y/o bombeado a la instalación de procesamiento vía l ínea de tubería.

Cuando la materia prima entra a la instalación de procesamiento, la materia prima puede ser descompuesta mecánica y/o químicamente para producir el material de inicio. Como un ejemplo, la materia prima puede incluir material derivado de arenas petrol íferas y conteniendo betún . El betún puede ser procesado entonces en uno o más productos de hidrocarburo usando los métodos descritos en la presente, por ejemplo, al mezclar el betún con un material inorgánico como se describe en la presente y que irradia la mezcla. En algunas modalidades, el material de arenas petrolíferas puede ser extraído de minas de superficie, tal como minas a cielo abierto. En ciertas modalidades, el material de arenas petrolíferas de sub-superficie puede ser extraído usando un proceso de flotación de agua caliente que remueve el petróleo de partículas de arena y entonces añadir nafta para permitir el bombeo del petróleo a la instalación de procesamiento.

Por ejemplo, para procesar betún de arenas petrolíferas, una o más técnicas descritas en la presente pueden usarse antes de cualquiera de los pasos de descomposición mecánica, siguiendo uno o más pasos de descomposición mecánica , antes de craqueo, después de craqueo y/o antes del hidrotratamiento, y después del hidrotratamiento. Como otro ejemplo, para procesar esquisto petrolífero, una o más de las técnicas descritas en la presente pueden ser usadas antes de cualquiera o ambos de los pasos de vaporización y purificación discutidos antes. Los productos derivados de las materias primas basadas en hidrocarburo pueden ser tratados nuevamente con cualquier combinación de técnicas antes de transportar los productos fuera de la instalación de procesamiento (por ejemplo, ya sea vía transporte motorizado o vía l ínea de tubería).

Las técnicas descritas en la presente pueden ser aplicadas a material crudo y/o intermedio de proceso en forma seca, en una solución o pasta, o en forma gaseosa (por ejemplo, para procesar vapores de hidrocarburo a temperatura elevada). La solubilidad de productos crudos o intermedios en soluciones y pastas puede ser controlada a través de la adición selectiva de uno o más agentes, tales como ácidos, bases, agentes oxidantes, agentes reductores y sales. En general, los métodos descritos en la presente pueden ser usados para iniciar y/o sostener la reacción de materiales conteniendo hidrocarburo crudos y/o intermediarios, extracción de materiales intermediarios a partir de materiales crudos (por ejemplo, extracción de componentes de hidrocarburo de otros componentes sólidos o líquidos), distribución de materiales crudos y/o intermediarios, y separación de materiales intermediarios de materiales crudos (por ejemplo, separación de componentes conteniendo hidrocarburo de otros componentes de matriz sólida para aumentar la concentración y/o pu reza y/u homogeneidad de los componentes de hidrocarburo).

Además, los microorganismos pueden ser usados para procesar materiales crudos o intermediarios, ya sea antes de o siguiendo la irradiación. Los microorganismos adecuados incluyen varios tipos de bacterias, levaduras y mezclas de los mismos, como se describe previamente. La instalación de procesamiento puede ser equipada para remover subproductos dañinos que resultan del procesamiento de materiales crudos o intermediarios, incluyendo productos gaseosos que son dañinos para los operadores humanos, y subproductos qu ímicos que son dañinos para humanos y/o varios microorganismos.

En algunas modalidades, el uso de una o más de las técnicas descritas en la presente resulta en una reducción de peso molecular de uno o más componentes del material crudo o intermediario que es procesado. Como resultado, varias substancias de hidrocarburo de menor peso pueden ser producidas a partir de una o más de las técnicas descritas en la presente resulta en un aumento en el peso molecular de uno o más componentes del material crudo o intermediario que es procesado. Por ejemplo, las diversas técnicas descritas en la presente pueden inducir formación de enlace entre moléculas de los componentes, conduciendo a la formación de cantidades incrementadas de ciertos productos, e incluso a nuevos productos de mayor peso. Además de los productos de hidrocarburos, otros diversos compuestos pueden ser extraídos de los materiales crudos, incluyendo compuestos basados en nitrógeno (por ejemplo, amon íaco), compuestos basados en azufre, y silicatos y otros compuestos basados en silicio. En ciertas modalidades, uno o más productos extraídos de los materiales crudos pueden ser quemados para generar calor de proceso para calentar ag ua, materiales crudos o intermediarios, generar energía eléctrica o para otras aplicaciones.

En algunas modalidades, procesar materiales crudos y/o intermedios al mezclar con un material inorgánico e irradiar la mezcla puede conducir a mejoras en la eficiencia (e incluso la eliminación) de otros pasos de procesamiento. Por ejemplo, procesar materiales de arenas petrolíferas (incluyendo betún) usando una o más de las técnicas descritas en la presente, puede conducir a craqueo y/o hidrotratamiento más eficiente del betún. Como otro ejemplo, procesar esquisto petrol ífero puede conducir a una extracción más eficiente de varios productos, incluyendo petróleo de esquisto y/o gas de esquisto, a partir del esquisto petrolífero. En ciertas modalidades, los pasos tales como craqueo o vaporización pueden no ser necesarios incluso si las técnicas descritas en la presente son usadas primero para tratar el material crudo. Además, en algunas modalidades, al tratar materiales crudos y/o intermediarios, los productos pueden hacerse más solubles en ciertos solventes, en preparación para pasos de procesamiento subsecuentes en solución (por ejemplo, chorro de vapor, sonicación). Mejorar la solubilidad de los productos puede mejorar la eficiencia de pasos subsecuentes de tratamiento basados en solución . Al mejorar la eficiencia de otros pasos de procesamiento (por ejemplo, craqueo y/o hidrotratamiento de betún , vaporización de esquisto petrolífero), la energ ía global consumida en procesar los materiales crudos económicamente factible.

En ciertas modalidades, los haces de iones pueden ser particularmente eficientes para procesar materiales conteniendo hidrocarburo crudos. Por ejemplo, debido a la capacidad de los haces de iones para iniciar tanto reacciones de polimerización como depolimerización, para depositar calor en el material irradiado, y para chisporrotear o desplazar de otra manera átomos del material irradiado, los materiales de hidrocarburo tales como arenas petrol íferas, esquisto petrolífero, petróleo crudo, asfalto y otros materiales pueden ser tratados para mejorar pasos de procesamiento adicionales para estos materiales y/o para extraer productos útiles a partir de los materiales.

Productos derivados de procesar materiales conteniendo hidrocarburo pueden incluir uno o más compuestos adecuados para uso como combustibles. Los compuestos combustibles pueden ser usados en sitio (por ejemplo, quemado para generar energía eléctrica) y/o pueden ser transportados a otra instalación para almacenamiento y/o uso.

Procesamiento de petróleo crudo Los métodos y sistemas descritos en la presente pueden ser usados para procesar petróleo crudo además de, o como una alternativa para, tecnologías de refinación de petróleo convencionales. En particular, los métodos de tratamiento de haces de iones - solos o en combinación con cualquier de los otros métodos descritos en la presente - pueden usarse para craq ueo de petróleo de baja temperatura, reformación, funcionalización y otros procesos.

En general, el tratamiento de petróleo crudo y/o componentes del mismo, que usa los métodos descritos en la presente (incluyendo, por ejemplo, tratamiento de haces de iones, solo o en combinación con uno o más métodos diferentes) pueden usarse para modificar pesos moleculares, estructuras qu ímicas, viscosidades, solubilidades, densidades, presiones de vapor y otras propiedades físicas de los materiales tratados. Los iones típicos que pueden usarse para tratamiento de petróleo crudo y/o componentes de los mismos pueden incluir protones, iones de carbono, iones de oxígeno y cualquiera de los demás tipos de iones descritos en la presente. Además, iones usados para tratar petróleo crudo y/o sus componentes pueden incluir iones de metal; en particular, iones de metales que catalizan ciertos procesos de refinería (por ejemplo, craqueo catalítico) pueden usarse para tratar petróleo crudo y/o componentes de los mismos. Iones de metales ejemplares incluyen, pero no están limitados a, iones de platino, iones de paladio, iones de iridio, iones de rodio, iones de rutenio, iones de aluminio, iones de renio, iones de tungsteno y iones de osmio.

En algunas modalidades, los pasos de exposición de iones múltiples pueden usarse. U na primera exposición de iones puede usarse para tratar petróleo crudo (o componentes de los mismos) para efectuar un primer cambio en uno o más de peso molecular, estructura química, viscosidad, densidad, presión de vapor, solubilidad y otras propiedades. Entonces, una o más exposiciones de iones adicionales pueden usarse para efectuar cambios adicionales en las propiedades. Como un ejemplo, la primera exposición de iones puede ser usada para convertir una fracción substancial de uno o más componentes pesados, de alta ebullición, a compuestos de peso molecular menor con menores puntos de ebullición. Entonces, una o más exposiciones a iones adicionales pueden usarse para provocar precipitación de las cantidades restantes de los componentes pesados de la mezcla de componentes.

En general, un g ran número de diferentes protocolos de procesamiento puede implementarse, de acuerdo con la composición y propiedades físicas de la alimentación. En ciertas modalidades, las múltiples exposiciones de iones pueden incluir exposiciones a un solo tipo de iones. En algunas modalidades, las múltiples exposiciones de iones pueden incl uir exposiciones a más de un tipo de ión. Los iones pueden tener los mismos cargos, o diferentes magnitudes y/o signos de carga.

En algunas modalidades, el petróleo crudo y/o componentes del mismo pueden ser funcionalizados durante exposición a haces de iones. Por ejemplo, la composición de uno o más haces de iones puede seleccionarse para fomentar la adición de grupos funcionales particulares a ciertos componentes (o todos los componentes) de una alimentación de petróleo crudo. Uno o más agentes de funcionalización (por ejemplo, amon íaco) pueden adicionarse a la alimentación para introducir grupos funcionales particulares. Al funcionalizar el petróleo crudo y/o componentes del mismo, la movilidad iónica dentro de los compuestos funcionalizados puede ser incrementada (conduciendo a mayor penetración iónica efectiva durante la exposición), y propiedades físicas tales como viscosidad, en solubilidad del petróleo crudo y/o componentes de los mismos pueden alterarse. Al alterar una o más propiedades físicas del petróleo crudo y/o componentes de petróleo crudo, la eficiencia y selectividad de pasos de refinación subsecuentes pueden ajustarse y las corrientes de producto disponibles pueden ser controladas. Más aún, la funcionalización de petróleo crudo y/o componentes de petróleo crudo puede conducir a eficiencia activadora mejorada de catalizadores usados en pasos de refinación subsecuente.

En general, los métodos descritos en la presente - incluyendo exposición a haces de iones de petróleo crudo y componentes de petróleo crudo - pueden realizarse antes, durante o después de cualquiera de los otros pasos de refinación descritos en la presente, y/o antes, durante o después de cualquier otro paso que son usados para refinar petróleo crudo. Los métodos descritos en la presente también pueden ser usados después de que la refinación es completada y/o antes de que comience la refinación. En ciertas modalidades, los métodos descritos en la presente, incluyendo exposición a haces de iones, pueden usarse para procesar petróleo crudo incluso durante la extracción del petróleo crudo de campos de petróleo.

En algunas modalidades, cuando el petróleo crudo y/o componentes de los mismos son expuestos a uno o más haces de iones, el material expuesto también puede ser expuesto a uno o más gases concurrentes con exposición a haces de iones. Ciertos componentes de petróleo crudo, tales como componentes que incluyen anillos aromáticos, pueden ser relativamente más estables a exposición de haces de iones que los componentes no aromáticos. Normalmente, por ejemplo, la exposición a haces de iones conduce a la formación de intermediarios reactivos, tales como radicales de hidrocarburos. Los hidrocarburos pueden reaccionar entonces con otros hidrocarburos menos reactivos. Para reducir el peso molecular promedio del material expuesto, las reacciones entre los productos reactivos e hidrocarburos menos reactivos conducen a eventos de ruptura de enlace molecular, produciendo frag mentos de menor peso de moléculas de cadena más larga. Sin embargo, intermediarios reactivos más estables (por ejemplo, intermediarios de hidrocarburos aromáticos) pueden no reaccionar con otros hidrocarburos, y pueden incluso experimentar polimerización, conduciendo al formación de compuestos más pesados. Para reducir el grado de polimerización en petróleo crudo y/o componentes de petróleo crudo expuestos a haces de iones, u no o más extinguidores de radicales pueden ser introducidos durante la exposición de haces de iones. Los extinguidores de radicales pueden tapar intermediarios reactivos, previniendo la re-formación de enlaces químicos que han sido rotos por los iones incidentes. Los extingu idores de radicales adecuados incluyen donadores de hidrógeno, tal como gas hidrógeno.

En ciertas modalidades, los compuestos reactivos pueden ser introducidos durante la exposición de haces de iones para promover adicionalmente la degradación de petróleo crudo y/o componentes de petróleo crudo. Los compuestos reactivos pueden asistir varias reacciones de degradación (por ejemplo, ruptura de enlace), conduciendo a una reducción en peso molecular del material expuesto. U n compuesto reactivo ejemplar es ozono, el cual puede ser introducido directamente como un gas, o puede ser generado in situ vía aplicación de un alto voltaje a un gas de suministro conteniendo oxígeno (por ejemplo, gas oxígeno, aire) o exposición del gas de suministro conteniendo oxígeno a un haz de iones y/o un haz de electrones. En algunas modalidades, la exposición de haces de iones de petróleo crudo y/o componentes de petróleo crudo en la presencia de un fluido, tal como un gas oxigeno o aire, puede conducir a la formación de gas ozono, el cual también ayuda a la degradación del material expuesto.

Antes de y/o siguiendo la destilación en una refinería, petróleo crudo y/o componentes del mismo pueden experimentar una variedad de otros procesos de refinería para purificar componentes y/o convertir componentes en otros productos, por ejemplo, craqueo catalítico, alquilación, reformación catalítica e isomerización e hidrocraqueo catal ítico. Los métodos descritos en la presente pueden ser integrados con tales procesos de refinería si se desea.

Por ejemplo, los métodos descritos en la presente pueden ser usados antes, durante y/o después del craqueo catal ítico para tratar componentes de petróleo crudo. En particular, la exposición a haz de iones (sola o en combinación con otros métodos) puede usarse para pre-tratar la materia prima antes de la inyección en el elevador, para tratar hidrocarburos (incluyendo vapores de hidrocarburo) durante craqueo y/o para tratar los productos del proceso de craqueo catalítico.

Los catalizadores de craqueo normalmente incluyen materiales, tales como aluminosilicatos naturales tratados con ácido, combinaciones sílice-alúmina sintéticas amorfas, y catalizadores de sílice-alúmina sintéticos cristalinos (por ejemplo, zeolitas). Durante el proceso de craqueo catalítico, los componentes de petróleo crudo pueden exponerse a iones de uno o más haces de iones para incrementar la eficiencia de estos catalizadores. Por ejemplo, los componentes de petróleo crudo pueden exponerse a uno o más tipos diferentes de iones de metal que mejoran actividad de catalizador al participar en reacciones catalíticas. De manera alternativa, o además, los componentes de petróleo crudo pueden exponerse a iones que depuran los venenos de catalizador típicos, tales como compuestos de nitrógeno, hierro, n íquel, vanadio y cobre, para asegurar que la eficiencia de catalizador permanezca alta. Más aún, los iones pueden reaccionar con coque que se forma sobre superficies de catalizador para remover el coque (por ejemplo, mediante proceso tales como chisporroteo, y/o vía reacciones químicas), ya sea durante craqueo o regeneración de catalizador.

Los métodos descritos en la presente pueden ser usados antes, durante y/o después de la alquilación para tratar componentes de petróleo crudo. En particular, la exposición a haz de iones (sola o en combinación con otros métodos) durante la alq uilación puede asistir la reacción de adición entre olefi nas e isoparafinas. En algunas modalidades, la exposición de haz de iones de los componentes de petróleo crudo pueden reducir o incluso eliminar la necesidad de catalizadores de ácido sulfúrico y/o ácido fluorhídrico, reduciendo el costo y la naturaleza pelig rosa del proceso de alquilación. Los tipos de iones, el número de exposiciones de haz de iones, la duración de exposición y la corriente de haz de iones puede ajustarse para fomentar preferencialmente las reacciones de adición 1 +1 entre las olefinas e isoparafinas y para desalentar que ocurran reacciones de polimerización prolongadas.

En procesos de reformación catal ítica, las estructuras moleculares de hidrocarburo son rearregladas para formar aromáticos mayores de octano para la producción de gasolina; una cantidad relativamente menor de craqueo ocurre. Durante el reformado, las principales reacciones que conducen a la formación de aromáticos son dehidrogenación de naftenos y dehidrociclización de parafinas. Los métodos descritos en la presente pueden ser usados antes, durante y/o después del reformado catalítico para tratar componentes de petróleo crudo. En particular, la exposición de haz de iones (sola o en combinación con otros métodos) puede usarse para iniciar y sostener las reacciones de dehid rogenación de naftenos y/o reacciones de dehidrociclización de parafinas para formar hidrocarburos aromáticos. Exposiciones simples o múltiples de los componentes de petróleo crudo a uno o más tipos diferentes de iones pueden usarse para mejorar el rendimiento de procesos de reformado catalítico. Por ejemplo, en ciertas modalidades, las reacciones de dehidrogenación y/o reacciones de dehidrociclización proceden vía una abstracción de hidrógeno inicial . La exposición a iones básicos, cargados negativamente, puede aumentar la velocidad a la cual ocurren tales abstracciones, promoviendo reacciones de dehidrogenación más eficientes y/o reacciones de dehidrociclización. En algunas modalidades, las reacciones de isomerización pueden proceder de manera efectiva en ambientes ácidos, y la exposición a iones ácidos, positivamente cargados (por ejemplo, protones) puede aumentar la velocidad de reacciones de isomerización.

Los catalizadores usados en el reformado catalítico generalmente incluyen platino soportado en una base de alúmina. El renio puede ser combinado con platino para formar catalizadores más estables que permitan operación a menor presión del proceso de reformado. Sin desear ligar a una teoría, se cree q ue el platino sirve como u n sitio catalítico para reacciones de hidrogenación y dehidrogenación, y alúmina clorada proporciona un sitio de ácido para reacciones de isomerización, ciclización e hidrocraqueo. En general, la actividad de catalizador es reducida mediante deposición de coque y/o pérdida de cloruro del soporte de alúmina. La restauración de actividad de catalizador puede ocurrir vía oxidación a alta temperatura del coque depositado, seguido por cloración del soporte.

En algunas modalidades, la exposición de haz de iones puede mejorar la eficiencia de procesos de reformado catalítico al tratar materiales de catalizador durante y/o después de que ocurran reacciones de reformado. Por ejemplo, las partículas de catalizador pueden ser expuestas a iones que reaccionan con y oxidan coque depositado sobre superficies de catalizador, removiendo el coque y manteniendo/regresando el catalizador en/a u n estado activo. Los iones también pueden reaccionar directamente con coque no depositado en el reactor de reformado, previniendo la deposición de las partículas de catalizador. Más aún , el soporte de alúmina puede ser expuesto a iones elegidos de manera adecuada (por ejemplo, iones de cloro) para re-clorar la superficie del soporte. Al mantener el catalizador en un estado activo du rante periodos más largos y/o depurar el reformado de subproductos, la exposición de haz de iones puede conducir a rendimiento mejorado y/o costos de operación reducidos de procesos de reformado catalítico.

Los métodos descritos en la presente pueden ser usados antes, durante y/o después del hidrocraqueo catalítico para tratar componentes de petróleo crudo. En particular, exposición de haz de iones (sola o en combinación con otros métodos) puede usarse para iniciar los procesos de hidrogenación y/o craqueo. Exposiciones simples o múltiples de los componentes de petróleo crudo a uno o más tipos diferentes de iones pueden usarse para mejorar el rendimiento de hidrocraqueo al diseñar las condiciones de exposición específicas para varios pasos de proceso. Por ejemplo, en algunas modalidades, los componentes de petróleo crudo pueden exponerse a iones de hidruro para asistir el proceso de hidrogenación. Los procesos de craqueo pueden ser promovidos al exponer los componentes a iones reactivos, tales como protones y/o iones de carbono.

En ciertas modalidades, la exposición de haz de iones puede mejorar la eficiencia de procesos de hidrocraqueo al tratar los materiales de catalizador durante y/o después de que ocurra el craqueo. Por ejemplo, las partículas de catalizador pueden ser expuestas a iones que reaccionan con y oxidan los depósitos sobre superficies de catalizador, removiendo los depósitos y manteniendo/regresando el catalizador en/a un estado activo. Los componentes de petróleo crudo también pueden ser expuestos a iones que corresponden a algunos o todos los metales usados para hidrocraqueo, incluyendo platino, paladio, tungsteno y níquel. Esta exposición a iones catalíticos puede aumentar la velocidad global del proceso de h idrocraqueo.

Una variedad de otros procesos q ue ocurren durante el curso de refinación de petróleo crudo pueden ser mejorados también por, o suplantados por, los métodos descritos en la presente. Por ejemplo, los métodos descritos en la presente, incluyendo tratamiento de haz de iones de componentes de petróleo crudo, pueden ser usados antes, durante y/o después de procesos de refinería tales como coque, tratamientos térmicos (incluyendo craqueo térmico), hidroprocesamiento y polimerización para mejorar la eficiencia y rendimientos globales, y reducir el desperdicio generado de tales procesos.

Otras modalidades están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para procesar un material conteniendo carbohidrato, comprendiendo el método: irradiar una combinación formada al combinar un material conteniendo carbohidrato con un material inorgánico.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la irradiación es realizada con partículas aceleradas.

3. El método de la reivindicación 2, en donde las partículas comprenden electrones acelerados a una velocidad mayor que setenta y cinco por ciento de la velocidad de la luz.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material conteniendo carbohidrato comprende un material celulósico o lignocelulósico.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde combinar el material conteniendo carbohidrato con el material inorgánico comprende mezclado en seco o co-triturado.

6. El método de la reivindicación 5, en donde combinar el material conteniendo carbohidrato y el material inorgánico comprende co-triturar los materiales, mientras que cada material es enfriado a una temperatura por debajo de 25°C.

7. El método de la reivindicación 6, en donde los materiales son enfriados a una temperatura a o por debajo de 0°C.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico comprende un metal una aleación de metal .

9. El método de la reivindicación 8, en donde el metal o aleación de metal es seleccionado del grupo q ue consiste de metales ferroso, metales de base, metales nobles, metales preciosos y metales de transición.

10. El método de la reivindicación 8, en donde el material inorgánico comprende metal de aluminio.

1 1 . El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico comprende un compuesto metálico.

12. El método de la reivindicación 1 1 , en donde el compuesto metálico comprende hierro o cobalto en el estado de oxidación 2+ o 3+.

1 3. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico comprende un material refractario.

14. El método de la reivindicación 13, en donde el material refractario es seleccionado del grupo que consiste de circón, arcilla refractaria, alúmina, cromita, carburo de silicio, carbono, mulitita, dolomita y magnesita.

1 5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico comprende una cerámica.

16. El método de la reivindicación 15, en donde la cerámica es seleccionada del g rupo q ue consiste de óxidos, carburos, boruros, nitruros, siliciuros y caolines.

1 7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico comprende agua que es capaz de dejar el material inorgánico a temperaturas elevadas.

1 8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico no tiene un punto de fusión.

19. El método de cualquiera de las reivind icaciones anteriores, en donde el material inorgánico tiene un punto de fusión mayor que aproximadamente 400°C.

20. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico tiene una capacidad de calor específico Cp de menos de aproximadamente 1 .5.

21 . El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material inorgánico tiene una conductividad de entre aproximadamente 0.004 y aproximadamente 450 W/mK.

22. El método de cualquiera de las reivind icaciones anteriores, en donde el material inorgánico tiene una densidad mayor que aproximadamente 1 .5 g/cm3.

23. El método de cualquiera de las reivind icaciones anteriores, en donde el material inorgánico comprende partículas teniendo un tamaño de partícu la promedio desde aproximadamente 0.1 miera hasta aproximadamente 100 mieras.

24. El método de cualquiera de las reivind icaciones anteriores, en donde la combinación incluye aproximadamente 0.05 hasta aproximadamente 35 por ciento en peso de material inorgánico.

25. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, después de irradiar, remover el material inorgánico, y convertir el material conteniendo carbohidrato irradiado a un producto usando una enzima y/o un microorganismo.

26. El método de la reivindicación 25, en donde el producto comprende etanol.

27. El método de la reivindicación 25 o 26, en donde la remoción tiene lugar después de la conversión.

28. El método de cualquiera de las reivindicaciones 25-27, en donde el microorganismo comprende una levadura.

29. Un método de procesamiento de un material conteniendo hidrocarburo, comprendiendo el método: irradiar una combinación formada al combinar un material conteniendo hidrocarburo con un material inorgánico.

30. El método de la reivindicación 29, en donde el material conteniendo hidrocarburo es seleccionado del grupo que consiste de alquitrán o arenas petrolíferas, esquisto petrolífero, petróleo crudo, betún, carbón, gases de petróleo, gas natural y/o sintético licuado y asfalto.

31 . El método de la reivindicación 29 o 30, en donde el material conteniendo hidrocarburo comprende un sólido, particulado, polvo, líquido, gas o combinaciones de los mismos.

32. El método de la reivindicación 31 , en donde el sólido comprende carbón.

33. El método de la reivindicación 31 , en donde el líquido comprende carbón.

34. El método de cualquiera de las reivindicaciones 29-33, en donde el material inorgánico comprende un metal, una aleación de metal, un compuesto metálico, un material refractario o una cerámica.