MX2015005138A - Proceso continuo para la conversion de lignina a compuestos utiles. - Google Patents

Abstract

Un proceso para convertir una corriente de alimentación de lignina, convertida a un producto de lignina convertida comprendido de productos aromáticos, el proceso que comprende el paso de exponer la corriente de alimentación de lignina convertida a al menos un catalizador en la presencia de una pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno a una temperatura de reacción en el intervalo de 190°C a 350°C durante un tiempo de reacción de al menos 30 minutos, en donde la corriente de alimentación de lignina convertida comprende aceite de fenol y al menos algunas de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se donan durante la exposición de la corriente de alimentación de lignina convertida y la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno al por lo menos un catalizador a la temperatura de reacción durante el tiempo de reacción.

Description

PROCESO CONTINUO PARA LA CONVERSION DE LIGNINA A COMPUESTOS ÚTILES Campo y Antecedentes de la Invención Se conoce la producción de lignina en procesos por lotes que usan hidrógeno y catalizadores. Por ejemplo, Boocock, D.G.B et al, "The Production of Synthetic Organic Liquids from Wood Using a Modified Nickel Catalyst" describe la exposición de álamo secado con aire a hidrógeno y níquel Rancy en un autoclave por lotes a 340°C a 350°C durante 1 o 2 h para producir "productos de aceite".

Sin embargo, de acuerdo a Boocock et al, "el uso de níquel Raney ahora se ha abandonado en favor de níquel de sales de níquel..." El uso de catalizadores para recuperar lignina también se conoce. Zakzeski, Pieter C., et al; "The Catalytic Valorization of Lignin for the Production of Renewable Chemicals", 2010 es una revisión comprensiva de esfuerzos catalíticos para convertir lignina.

En tanto que muchos han propuesto procesos teóricos continuos, los inventores no tienen conocimiento de ninguna descripción que permita más allá de una base teórica. Por ejemplo, la conversión de lignina sólida presenta problemas significativos de manejo como se documenta en PNNL-16079, septiembre del 2006.

"Los sistemas de alimentación de alta presión para suspensiones espesas de biomasas se han reconocido como una cuestión de desarrollo de procesos, al menos, por tanto tiempo que los modernos sistemas de conversión de biomasa han estado bajo desarrollo desde el embargo petrolero árabe de 1973. Los autores revisaron el estado de la téenica y varios sistemas de bombeo de suspensiones espesas, la vasta mayoría de lo cual incluyen válvulas de retención de bola. Su conclusión es que la alimentación a alta presión permanece como un problema para la producción a pequeña escala, pero creen que "la alimentación a alta presión de suspensiones espesas de biomasa se debe lograr de manera más fácil a más grandes velocidades de flujo en donde no se esperará que la naturaleza fibrosa de la biomasa cruce y taponee los orificios y válvulas".

Por tanto, existe la necesidad de proporcionar un esquema de bombeo y carga para suspensiones espesas.

Un ejemplo de esto está en la serie de solicitudes US 2011/0312051, US 2011/0312487, US 2011/0312488, US 2011/0313212, US 2011/0313210, US 2011/0313209, US 2011/0313208, y US 2011/0312050. Estas solicitudes a inventores comunes proponen un proceso continuo en base solo a los resultados de autoclave por lote que demuestran alta selectividad catalítica a etilenglicol. Sin embargo, los altos rendimientos de etilenglicol dependen de la pureza de la materia prima de celulosa que se escindirá de manera intuitiva en 3 unidades de etilenglicol. De los experimentos listados, los experimentos que usan una materia prima más cercana a una materia prima de biomasa como se encuentra en el ambiente industrial o natural es pulpa blanqueada. Sin embargo, la pulpa blanqueada solo produjo un rendimiento de 37%. Cuando se usa hemi-celulosa (xilosa), se espera que los resultados cambien mucho más alejándose de etilenglicol a propilenglicol. En tanto que el proceso continuo se describe de manera teórica, la solicitud falla en describir un proceso continuo habilitado. Por ejemplo, la descripción señala que "los materiales de un proceso continuo deben ser capaces de ser transportados de una fuente de baja presión hasta la zona de reacción, y los productos deben de ser capaces de ser transportados desde la zona de reacción a la zona de recuperación de producto. Dependiendo del modo de operación, los residuales sólidos, si los hay, deben ser capaces de ser removidos de la zona de reacción". Esto describe el requisito intuitivamente obvio de operar un proceso continuo, pero la declaración falla en enseñar a un experto la téenica de cómo lograr estos requisitos. Ahora en la solicitud esto es el problema esencial analizado o resuelto. En realidad, durante el análisis de la figura 2 de la publicación, las condiciones de temperatura y presión se analizan sin ninguna descripción de cómo se puede aumentar la suspensión espesa a la presión listada de 1800 lb/pulg2 (122.49 atm) o aun 200 lb/pulg2 (13.61 atm). Cuando se considera el problema de transporte, que, a partir de 2006, ha existido desde el embargo petrolero de 1973, una descripción que diga a un experto en la téenica que es crítico el transporte de los materiales se puede considerar escasamente permisible.

Esta serie de solicitudes también describe el mantenimiento del agua en la zona de reacción en la fase líquida. En el autoclave por lotes esto se presenta debido a la naturaleza sellada. Sin embargo, falla en describir como hacer esto, o aun si se puede hacer, en un proceso continuo.

A fin de evitar los problemas de bombeo y carga como se señala, pero no se soluciona, en las solicitudes y publicaciones anteriores, se propone la disolución de la lignina. La WO 2011/117705 depende de disolver la lignina de modo que el material se puede cargar como un líquido aprovechando completamente los sistemas de carga de líquidos de alta presión y válvula de retención. En realidad, de acuerdo a la WO 2011/117705, "el único límite es que la lignina alimentada a la reacción de hidrogenólisis esté bien disuelta, a la temperatura de alimentación, en el solvente".

La conversión de los productos de una corriente de alimentación de lignina convertida en productos aromáticos básicos ha sido un gran deseo de la industria. Se han hecho intentos de convertir los productos de una corriente de alimentación de lignina convertida bajo condiciones de baja severidad (<190°C). Sin embargo, estas condiciones han probado ser no fructíferas en la producción de selectividad de productos aromáticos en casi todos los compuestos modelo.

Por lo tanto, existe la necesidad de una descripción apropiadamente permisible de cómo convertir de manera continua lignina que incluya las condiciones de manejo, carga, y condiciones esenciales para que se lleve a cabo el proceso. También existe la necesidad de proporcionar un proceso capaz de producir una proporción sustancial de productos aromáticos a partir de una corriente de alimentación derivada de lignina. Se cree que estas condiciones y pasos son tanto nuevos como inventivos y por primera vez son experimentalmente permisibles.

Breve Descripción de la Invención En la presente se describe un proceso para convertir una corriente de alimentación de lignina convertida a un producto de lignina convertida comprendido de compuestos aromáticos. El proceso descrito en la presente comprende los pasos de exponer la corriente de alimentación de lignina convertida a al menos un catalizador en la presencia de una pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno a una temperatura de reacción en el intervalo de 190°C a 350 "C durante un tiempo de reacción de al menos 30 minutos donde la corriente de alimentación de lignina convertida comprende aceite de fenol, y al menos algunas de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se donan durante la exposición de la corriente de alimentación de lignina convertida y la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno a él por lo menos un catalizador a la temperatura de reacción durante el tiempo de reacción.

En una modalidad, el al menos un catalizador comprende un metal elemental. En una modalidad, el primer catalizador comprende un metal elemental seleccionado del grupo que consiste de platino, paladio, cesio, cobre, níquel, rutenio, rodio, oro, hierro, cobalto e iridio. En una modalidad, el primer catalizador es un catalizador bimetálico comprendido de al menos un metal seleccionado del grupo que consiste de platino, paladio, cesio, cobre, níquel, rutenio, rodio, oro, hierro, cobalto e iridio.

En una modalidad, la relación de mmol de moléculas donadoras de hidrógeno a mmol de catalizador está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste de entre 1.0: 1.0 y 5.0: 1.0, entre 1.2: 1.0 y 4.0: 1.0 y entre 1.5: 1.0 y 3 .0:1.0.

En una modalidad, al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se selecciona del grupo que consiste de polioles alifáticos, compuestos que tienen la fórmula de En donde Ri se selecciona del grupo que consiste de -OCH2, o H, o -OH y R2 se selecciona del grupo que consiste de -CH3, CH2-CH3, -CH2-CH2-CH3, y -CH2-CH2-CH2-CH3, y compuestos q tienen la fórmula Donde R se selecciona del grupo que consiste de -CH3, -C¾- CH3, -CH2-CH2-CH3, y -CH2-CH2-CH2-CH3.

En una modalidad, al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se produce de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida. En una modalidad, al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno es ciclohexanol suministrado de una mezcla de la corriente de alimentación de lignina convertida y una fuente diferente de la corriente de alimentación de lignina convertida. En una modalidad, al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se selecciona del grupo que consiste de sorbitol, glicerol, xilitol y etilenglicol.

En una modalidad, la relación en mol de moléculas donadoras de hidrógeno a aceite de fenol se basa en el aceite de fenol que tiene un peso molecular asignado de 150.0 g/mol está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste de entre 2.0:1.0 y 10.0:1.0, entre 3.0:1.0 y 9.0:1.0, entre 4.0:1.0 y 8.0:1.0 y entre 5.0:1.0 y 7.0:1.0.

En una modalidad, la temperatura de reacción está en un intervalo que tiene un límite inferior seleccionado del grupo que consiste de al menos 190°C, al menos 200°C, al menos 210°C, y 215°C y un límite superior seleccionado del grupo que consiste de 250°C, 260°C, 270°C, 310°C y 320°C.

En una modalidad el proceso comprende además exponer la corriente de alimentación de lignina convertida a gas H2. En una modalidad, la cantidad de gas H2 es menos de 25% de la cantidad total de átomos de hidrógeno donados del por lo menos un compuesto donador de hidrógeno y la cantidad de gas H2.

Breve Descripción de las Figuras La figura 1 es una descripción esquemática de las operaciones unitarias de un proceso completamente integrado para convertir de manera continua materia prima de biomasa ligno-celulósica a botellas de poliéster.

La figura 2 muestra una modalidad adicional del proceso.

La figura 3 muestra una modalidad con al menos una porción del agua del proceso de conversión de lignina reutilizada en el pre-tratamiento o paso de creación de suspensión espesa de una instalación integrada.

La figura 4 muestra una modalidad de un reactor de tanque agitado continuo para el proceso de conversión de lignina.

La figura 5 muestra el efecto del tipo de mezclado y vacío en la concentración dispersada final versus tiempo.

La figura 6 muestra la vista esquemática de las bombas de pistón y válvulas usadas para cargar una suspensión espesa comprendida de lignina a un reactor de conversión de lignina.

La figura 7 muestra la vista esquemática de las bombas de pistón y válvulas usadas para cargar una suspensión espesa comprendida de lignina a un reactor de conversión de lignin .

La figura 8 muestra la vista esquemática de una columna de burbujas.

La figura 9 muestra la capacidad de una columna de burbujas para convertir la suspensión espesa comprendida de lignina a productos de conversión de lignina comparables a aquellos logrados de un reactor de tanque agitado continuo.

Descripción Detallada de la Invención Esta especificación es una descripción permisible y una reducción real para practicar un proceso continuo de conversión de lignina de altos rendimientos, en particular de materia prima de biomasa. Se recupera aproximadamente 80% de la lignina disponible en la materia prima, como productos útiles.

Aunque no evidente de los números, el proceso descrito es un proceso de conversión de muy alto rendimiento. En términos aproximados, 1 kg de materia prima de biomasa usado contuvo 50% de lignina, 41% de carbohidratos y 9% de ceniza, en peso de la alimentación seca.

La alta recuperación demostrada de lignina del proceso, en base a 1 kg de materia prima es como sigue: 50% en peso seco de la materia prima no es lignina y no se usa, puesto que ya sea se destruye, o, en el caso de ceniza, simplemente no está disponible. De la lignina restante, 35-40% en peso de la lignina es oxígeno que se remueve del proceso (desoxigena). De esta manera, en tanto que el 50% de la materia prima es lignina, 40% de ese peso es lignina no disponible (oxígeno), dejando solo 30% del peso total de la materia prima como la cantidad teórica recuperable de lignina. Los experimentos posteriores han recuperado hasta 24-26% de la materia prima en peso, o aproximadamente 80% de la lignina teóricamente disponible se ha convertido a aceites útiles.

Como se señala en la sección de antecedentes, muchos han propuesto reactores continuos de lignina y biomasa desarrollada de los datos de conversión de lignina de autoclaves por lote. Estas descripciones previas han intentado enseñar y habilitar un proceso continuo. Sin embargo, estas descripciones no son habilitadoras ni permisibles y en general son inoperativas puesto que los procesos fallan en enfrontar los problemas que afronta un proceso continuo.

Como un ejemplo, el proceso continuo produjo muy pocos hidrocarburos alifáticos de cadena larga, en tanto que el proceso comparativo por lotes produjo una cantidad significativa de hidrocarburos alifáticos de cadena larga. Se cree que el proceso continuo destruyó los carbohidratos a moléculas de bajo punto de ebullición y muy bajo peso molecular tal como metano y dióxido de carbono y los removió a través del gas de salida. En un proceso por lotes, estos compuestos se mantienen en el reactor y se cree que se convierten adicionalmente a productos alifáticos de cadena larga (de más de 12 carbonos). Por lo tanto, en el proceso continuo de esta descripción, la cantidad de carbonos alifáticos que tienen un número de carbonos mayor de 11 expresado como un porciento del peso total de los productos de conversión es menor de 10% en peso, con menos de 8% en peso que es lo más preferido, con menos de 5% en peso, que es mucho más preferido con menos de 2.5% en peso que es lo muy preferido.

El problema anterior es solo uno de los muchos encontrados por los inventores cuando se intentó crear un proceso continuo, usando materias primas ligno-celulósicas industriales y no compuestos modelo. Estos problemas hacen imposible predecir y permitir reivindicar un proceso continuo teórico en base a los datos de lotes o compuestos modelo.

No sólo esta especificación permite de manera completa que un experto en la téenica opere un proceso continuo para convertir lignina a aceites líquidos, la especificación también describe el uso subsiguiente de los aceites para producir un recipiente o botella de poliéster. Lignina El proceso reivindicado utiliza una alimentación o materia prima que comprende lignina. También puede utilizar una materia prima que consiste de lignina, o una materia prima que consiste esencialmente de lignina, o una materia prima que comprende al menos 95% en peso de lignina.

La lignina no tiene una estructura química individual. En realidad, de acuerdo a la Kirk Othmer Encyclopedia, la estructura química exacta de la lignina, como se presenta en la madera, no se conoce y debido a que es difícil extraer de la madera sin cambiar su estructura, nunca se va poder conocer la estructura exacta. En tanto que hay muchas variaciones de la lignina, el término lignina, como se usa en esta especificación, se refiere a cualquier polímero que comprenda unidades de p-hidroxifenilo, unidades de siringilo, y unidades de guayacilo.

En tanto que la lignina pura, tal como Organosolv, se puede usar ligninas de Acetosolv, la extracción de lignina de sus orígenes naturales es costosa usando solventes orgánicos con las acompañantes cuestiones ambientales. La fortaleza del proceso reivindicado se establece por el hecho que el proceso se demuestra de manera experimental en una base continua que convierte lignina como se encuentra la lignina en una materia prima de biomasa celulósica de lignina.

Materia prima de biomasa celulósica de lignina La lignina que se va a convertir en esta invención puede estar presente como una alimentación o materia prima de biomasa ligno-celulósica natural, que comprende al menos un carbohidrato y lignina. Dependiendo de cómo se trate la biomasa ligno-celulósica natural, otra modalidad de la materia prima puede tener las temperaturas de descomposición única y de descomposición y las áreas superficiales descritas más adelante.

Debido a que la materia prima puede usar biomasa ligno-celulósica que se presenta de forma natural, la corriente tendrá materiales de carbono relativamente jóvenes. Lo siguiente, tomado de ASTM D 6866-04 describe el carbono contemporáneo, que es el que se encuentra en los hidrocarburos de base biológica, como lo opuesto a los hidrocarburos derivados de pozos petróleo, que se derivan de biomasa de miles de años atrás. "Una indicación directa de la contribución relativa del carbono fósil y el carbono bioesférico vivo puede ser como se exprese en la fracción (o porcentaje) del carbono contemporáneo, símbolo fc. Esto se deriva de fM a través del uso de entrada observada para 14C atmosférico durante las recientes décadas, dependiendo de los efectos combinados de la dilución fósil del 14C (menor) y mejora por prueba nuclear (principal). La relación entre fc ÍM es necesariamente una función del tiempo. En 1985, cuando el muestreo de partículas analizado en la referencia citada [de ASTM D 6866-04, las enseñanzas de lo cual se incorporan la presente como referencia en su totalidad] la relación fM a disminuido a aproximadamente 1.2".

El carbono fósil es carbono que no contiene esencialmente radiocarbono debido a su edad, es mucho mayor de 5730 años de vida media de 14C. El carbono moderno es explícitamente 0.95 veces la actividad específica de SRM 4990b (la norma de radiocarbono de ácido oxálico original), normalizado a 513C = -19%. De manera funcional, la fracción de carbono moderno = (1/0.95), donde la unidad 1 se define como la concentración de 14C contemporáneo con madera de 1950 [d.C.] (es decir, antes de la prueba nuclear atmosférica) y se usan 0.95 para corregir la inyección de 14C después de la bomba de 1950 [d.C.] en la atmósfera. Como se describe en la sección de análisis e interpretación del método de prueba, un 100% de 14C % indica una fuente de carbono completamente moderna, tal como los productos derivados de este proceso. Por lo tanto, el porciento de 14C de la corriente de producto del proceso será al menos 75%, con 85% más preferido, 95%, aún más preferido y al menos 99% aún más preferido y al menos 100% lo más preferido. (El método de prueba señala que el porciento de 14C puede ser ligeramente mayor de 100% por las razones expuestas en el método). Estos porcentajes también se pueden igualar a la cantidad de carbono contemporáneo también.

Por lo tanto, la cantidad de carbono contemporáneo con relación a la cantidad total de carbono se prefiere que sea al menos 75%, con 85% más preferido, con 95% aun más preferido y al menos 99% aún más preferido y al menos 100% lo más preferido. De manera correspondiente, cada compuesto que contiene carbono, en el reactor, que incluye una pluralidad de productos de conversión que contienen carbono, tendrá una cantidad de carbono contemporáneo con relación a la cantidad total de carbono que se prefiere que sea al menos 75%, con 85% más preferido, 95% aún más preferido y al menos 99% aún más preferido y al menos 100% lo más preferido.

En general, una biomasa ligno-celulósica natural o que se presenta de forma natural puede ser una materia prima para este proceso. Los materiales ligno-celulósicos se pueden describir como sigue: Aparte del almidón, los tres constituyentes principales en la biomasa vegetal son celulosa, hemicelulosa y lignina, que se refieren comúnmente por el término genérico lignocelulosa. Las biomasas que contienen polisacáridos como un término genérico incluyen tanto almidón como biomasas ligno-celulósicas. Por lo tanto, algunos tipos de materias primas pueden ser biomasa vegetal, biomasa que contiene polisacárido, y biomasa ligno-celulósica.

Las biomasas que contienen polisacáridos de acuerdo a la presente invención incluyen cualquier material que contenga azúcares poliméricos, por ejemplo, en la forma de almidón así como almidón refinado, celulosa y hemicelulosa.

Los tipos pertinentes de biomasas se presenta de manera natural para derivar la invención reivindicada pueden incluir biomasas derivadas de cultivos agrícolas seleccionados del grupo que consiste de granos que contienen almidón, almidón refinado; rastrojo de maíz, bagazo, paja, por ejemplo de arroz, trigo, centeno, avena, cebada, colza, sorgo; madera blanda por ejemplo Pinus sylvestris , Pinus radíate; madera dura por ejemplo, Salix spp. Eucalyptus spp. ; tubérculos, por ejemplo, remolacha, patata; cereales de ejemplo de arroz, trigo, centeno, avena, cebada, colza, sorgo y maíz; papel residual, fracciones de fibras de procesamiento de biogás, abono, residuos de procesamiento de palma de aceite, desperdicio sólido municipal o similares. Aunque los experimentos se limitan a unos pocos ejemplos de la lista enumerada anterior, se cree que la invención es aplicable a todos debido a que la caracterización es principalmente a las características únicas de la lignina y área superficial.

La materia prima de biomasa ligno-celulósica usada para derivar la composición es de manera preferente de la familia usualmente llamados pastos. El nombre apropiado es la familia conocida como Poaceae o Gramineae en la clase Liliopsida (las monocotiledóneas) de las plantas con flores. Las plantas de esta familia usualmente se llaman gramíneas, o, para distinguirlas de otras gramínoides, gramíneas verdaderas. También se incluye el bambú. Hay aproximadamente 600 géneros y algo más de 9,000-10,000 o más especies de gramíneas (Kew Index of World Grass Species).

Las Poaceae incluyen los cultivos de cereales y granos de alimentos básicos alrededor del mundo, gramíneas de prados y forraje, y bambú. Las Poaceae tienen en general tallos huecos llamados cañas, que están taponeados (sólido) a intervalos con llamados nodos, los puntos a lo largo de la caña en el cual surgen las hojas. Las hojas de las gramíneas son usualmente alternadas, dísticas (en un plano) o raramente espirales, y de venas paralelas. Cada hoja se diferencia en una cubierta inferior que cuelga del tallo por una distancia y una lámina con márgenes usualmente completos. Las láminas de las hojas de muchas gramíneas están endurecidas con fitolitos de sílice, que ayuda a desalentar a los animales de pastoreo. En algunas gramíneas (tal como espadaña) esto hace que los bordes de las láminas de las gramíneas sean suficientemente agudos para cortar la piel humana. Un apéndice membranoso o franja de pelos, llamada la lígula, está en la unión entre la cubierta y la lámina, impidiendo que el agua o los insectos penetren en la cubierta.

Las láminas de las gramíneas crecen en la base de la lámina y no de las puntas alargadas del tallo. Este bajo punto de crecimiento evolucionó en respuesta a los animales de pastoreo y permite que las gramíneas se pastoreen y sesguen regularmente sin daño severo a la planta.

Las flores de las Poaceae están arregladas de manera característica con espiguillas, cada espiguilla que tiene uno o más floretes (las espiguillas se agrupan adicionalmente en panículas o espigas). Una espiguilla consiste de dos (o, algunas veces menos) brácteas en la base, llamadas glumas, seguido por uno o más floretes. Un florete consiste de la flor circundada por dos brácteas llamadas la lema (la externa) y la palea (la interna). Las flores usualmente son hermafroditas (maíz, monoica, es una excepción) y la polinización es siempre anemófila. El periantio se reduce a dos escalas, llamadas lodículas, que se expanden y contraen para extender la lema y la palea; éstos se interpretan en general, como que son sépalos modificados.

La fruta de las Poaceae es una cariópsis en la cual el revestimiento de la semilla está fusionado a la pared de la fruta y de esta manera no se puede separar de esta (como en un grano de maíz).

Hay tres clasificaciones generales de hábitos de crecimiento presentes en las gramíneas; tipo racimo (también llamado cespitosa), estolonífero y rizomatosa.

El éxito de las gramíneas depende en parte en su morfología y procesos de crecimiento, y en parte en su diversidad fisiológica. La mayoría de las gramíneas se dividen en dos grupos fisiológicos, usando las rutas fotosintéticas C3 y C4 para la fijación de carbono. Las gramíneas de C4 tienen una ruta fotosintética enlazada a la anatomía de hoja Kranz especializada que las adapta particularmente a climas calientes y una atmósfera con poco dióxido de carbono.

Las gramíneas de C3 se refieren a "gramíneas de estación fría", en tanto que las plantas de C4 se consideran "gramíneas de la estación caliente". Las gramíneas pueden ser ya sea anuales o perennes. Los ejemplos de la estación fría anual son trigo, centeno, hierba verdeazul anual (poa de los prados anual, Poa annua y avena). Los ejemplos de la estación fría perenne son pasto ovillo (dáctilo, Dactylis glomerata), festuca (Festuca spp), hierba verde de Kentucky y raigrás perenne (Lolium perenne). Los ejemplos de la estación caliente anual son maíz, pasto de sudán y mijo perla. Los ejemplos de la estación caliente perenne son tallo azul, hierba indio, pasto bermuda y pasto varilla.

Una clasificación de la familia de las gramíneas reconoce doce subfamilias: estas son 1) anomochlooideae, un pequeño linaje de las gramíneas de hoja ancha que incluye dos géneros {Anomochloa , Streptochaeta) ; 2) Pharoideae, un pequeño linaje de las gramíneas que incluye tres géneros, incluyendo Pharus y Leptaspis; 3) Puelioideae un pequeño linaje que incluye el género africano Puelia; 4) Pooideae que incluye trigo, cebada, avena, bromo-grass (Bronnus) y cañavera ( Calamagrostis) ; 5) Bambusoideae que incluye bambú; 6) Ehrhartoideae, que incluye arroz, y arroz silvestre; 7) Arundinoideae, que incluye carrizo y caña común; 8) Centothecoideae, una pequeña subfamilia de 11 géneros que algunas veces se incluye en Panicoideae; 9) Chloridoideae que incluye los pastos llorones (Eragrostis, aproximadamente 350 especies, incluyendo teff), hierbas rojas (Sporobolus, algo más de 160 especies), mijo africano ( Eleusine coracana (L.) Gaertn), y pastos muhly {Muhlenbergia , aproximadamente 175 especies); 10) Panicoideae incluyendo pasto de arroz, maíz, sorgo, caña de azúcar, la mayoría de los mijos, fonio y hierbas de tallo azul; 11) Micrairoideae y 12) Danthoniodieae incluyendo pasto de las pampas; con Poa que es un género de aproximadamente 500 especies de gramíneas, nativas de las regiones templadas de ambos hemisferios.

Las gramíneas agrícolas cultivadas para sus semillas comestibles se llaman cereales. Los tres cereales comunes son arroz, trigo y maíz (maíz). De todos los cultivos, 70% son gramíneas.

La azúcar de caña es la fuente principal de la producción de azúcar. Se usan gramíneas para la construcción. El andamiaje elaborado de bambú es capaz de resistir vientos con fuerza de tifón que rompería el andamiaje de acero. Los bambúes más grandes y Arundo donax tienen cañas gruesas que se pueden usar de una manera similar a la madera, y las raíces de las gramíneas estabilizan los pastos de los ranchos con pasto. Se usa arundo para producir cañas para instrumentos de madera de viento y se usa bambú para innumerables implementos.

Otra materia prima de biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural puede ser plantas leñosas o bosques. Una planta leñosa es una planta que usa madera como su tejido estructural. Estas son típicamente plantas perennes cuyos tallos y raíces más grandes están reforzados con madera producida adyacente a los tejidos vasculares. El tallo principal, ramas más grandes, y raíces de estas plantas usualmente están por una capa de corteza endurecida. Las plantas leñosas usualmente son ya sea árboles, arbustos y lianas. La madera es una adaptación celular estructural que permite a las plantas leñosas hacer crecer desde arriba del suelo los tallos año tras año, haciendo de este modo algunas plantas leñosas las plantas más grandes y más altas.

Estas plantas necesitan un sistema vascular para mover el agua y nutrientes desde las raíces a las hojas (xilema) y para mover los azúcares de las hojas al resto de la planta (floema). Hay dos clases de xilema: primaria que se forma durante el crecimiento primario del procambium y la xilema secundaria que se forma durante el crecimiento secundario del cambium vascular.

Lo que usualmente se llama "madera" es la xilema secundaria de estas plantas.

Los dos grupos principales en los cuales se puede encontrar la xilema secundaria son: 1) coniferas ( Coniferae): hay algunos cientos de especies de coniferas. Todas las especies tienen xilema secundaria, que es una estructura relativamente uniforme a todo lo largo de este grupo. Muchas coniferas llegan a ser árboles altos: la xilema secundaria de estos árboles se comercializa como madera blanda. 2) angiospermas ( Angiospermae ) hay algo más de un cuarto de millón a cuatrocientos mil especies de angiospermas. Dentro de este grupo no se ha encontrado la xilema secundaria en las monocotiledóneas (por ejemplo, Poaceae) . Muchas angiospermas no monocotiledóneas llegan a ser árboles, y la xilema secundaria de estos se comercializa como madera dura.

El término madera blanda útil en este proceso se utiliza para describir madera de árboles que corresponden a las gimnospermas. Las gimnospermas son plantas con semillas desnudas no encerradas en un ovario. Estas semillas "frutos" se consideran más primitivas que las maderas duras. Los arboles de madera blanda usualmente son árboles de hojas perenne, tienen conos y tienen agujas u hojas tipo escama. Incluyen especies de coniferas, por ejemplo, pinos, piceas, abetos, y cedros. La dureza de la madera varía entre las especies de coniferas.

El término madera dura útil para este proceso se usa para describir madera de árboles que corresponden a la familia de angiospermas. Las angiospermas son plantas con óvulos encerrados para protección en un ovario. Cuando se fertilizan, estos óvulos se desarrollan en semillas. Los árboles de madera dura usualmente son de hoja ancha; en latitudes templadas y boreales en su mayoría son de hoja caduca, pero en zonas tropicales y subtropicales en su mayoría son de hojas perennes. Estas hojas pueden ser ya sea simples (láminas individuales) o pueden estar compuestas con hojas sueltas unidas al tallo de la hoja. Aunque de forma variable todas las hojas de las maderas duras tienen una red distinta de venas finas. Las plantas de madera dura incluyen, por ejemplo, aspen, abedul, cerezo, arce, roble y teca.

Por lo tanto, una biomasa ligno-celulósica preferida que se presenta de manera natural se puede seleccionar del grupo que consiste de las gramíneas y floresta. Otra biomasa ligno-celulósica preferida que se presenta de manera natural se puede seleccionar del grupo que consiste de las plantas que corresponden a las coniferas, angiospermas, o Poaceae y familias. Otra biomasa ligno-celulósica preferida que se presenta de manera natural puede ser aquella biomasa que tiene al menos 10% en peso de su materia seca como celulosa, o más preferentemente al menos 5% en peso de su materia seca como celulosa.

Los carbohidratos que comprenden la invención se seleccionan del grupo de carbohidratos basados en los monómeros de glucosa, xilosa, mañosa y mezclas de estos.

La materia prima que comprende lignina puede ser biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural que se ha molido a pequeñas partículas, o a una que se ha procesado de manera adicional. Un proceso para crear la materia prima que comprende lignina, comprende los siguientes pasos.

Pretratamiento preferible Se ha puesto como teoría que el pretratamiento de la materia prima es una solución al reto de procesar una materia prima sólida insoluble que comprende lignina o polisacáridos en un ambiente presurizado. De acuerdo a US 2011/0312051, el ajuste de tamaño, molienda, secado, tratamiento catalítico caliente y combinaciones de esto son el pretratamiento adecuado de la materia prima para facilitar el transporte continuo de la materia prima. En tanto que no se presenta ninguna evidencia experimental, la US 2011/0312051 reivindica que la hidrólisis acida suave de los polisacáridos, la hidrogenación catalítica de los polisacáridos, o la hidrólisis enzimática de los polisacáridos son todos adecuadas para crear una materia prima transportable. La US 2011/0312051 también reivindica que el tratamiento con agua caliente, tratamiento con vapor, tratamiento térmico, tratamiento químico, tratamiento biológico, o tratamiento catalítico puede dar por resultado polisacáridos de menor peso molecular y ligninas despolimerizadas que se transportan más fácilmente en comparación a las no tratadas. En tanto a que esto puede ayudar con el transporte, ni hay descripción ni solución de cómo presurizar la suspensión espesa sólida/líquida que resulta del pre-tratamiento. En realidad, los inventores han aprendido de la sabiduría convencional que los sistemas convencionales usados para presurizar las suspensiones espesas fallaron cuando se usa materia prima de biomasa ligno-celulósica pre-tratada.

En las operaciones industriales integradas de segunda generación, frecuentemente se usa pre-tratamiento para asegurarse que la estructura del contenido ligno-celulósico se vuelva más accesible a los catalizadores, tal como enzimas, y al mismo tiempo permanecen sustancialmente bajas las concentraciones de los sub-productos inhibidores peligrosos tal como ácido acético, furfural e hidroximetil-furfural. Hay varias estrategias para lograr capacidad incrementada de acceso, mucho de lo cual aun se tiene que inventar.

Las presentes estrategias de pre-tratamiento implican someter el material de biomasa ligno-celulósica a temperaturas entre 110-250°C durante 1-60 min, por ejemplo: - Extracción con agua caliente.

- Hidrólisis ácida diluida en múltiples etapas, que remueve el material disuelto antes de que se formen sustancias inhibidoras.

Hidrólisis ácidas diluidas a condiciones de severidad relativamente bajas.

- Oxidación húmeda alcalina.

- Explosión con vapor.

Un pre-tratamiento preferido de una biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural incluye el remojo de la materia prima de biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural y una explosión con vapor de al menos una parte de materia prima de biomasa ligno-celulósica, que se presenta de manera natural, remojada.

El remojo se presenta en una sustancia tal como agua, en ya sea forma de vapor, o vapor, o forma líquida y líquido o vapor conjuntamente, para producir un producto. El producto es una biomasa remojada que contiene un primer líquido, con el primer líquido que es usualmente agua en su forma líquida o vapor o alguna mezcla.

Este remojo se puede hacer por cualquiera de varias téenicas que exponen una sustancia a agua, que puede ser vapor o líquido o mezcla de vapor y agua, o más en general, a agua a alta temperatura y alta presión. La temperatura debe estar en uno de los siguientes intervalos: 145 a 165°C, 120 a 210°C, 140 a 210°C, 150 a 200°C, 155 a 185°C, 160 a 180°C. Aunque el tiempo puede ser largo, tal como hasta pero menos de 24 horas, o menos de 16 horas, o menos de 12 horas, o menos de 9 horas, o menos de 6 horas; el tiempo de exposición es preferentemente es bastante corto, variando de 1 minuto a 6 horas, de 1 minuto a 4 horas, de 1 minuto a 3 horas, de 1 minuto a 2.5 horas, de manera preferente de 5 minutos a 1.5 horas, de 5 minutos a 1 hora, de 15 minutos a 1 hora.

Si se usa vapor, esta preferentemente saturado, pero puede estar supercalentado. El paso de remojo puede ser por lotes o continuo, con o sin agitación. Se puede usar un remojo a baja temperatura antes del remojo a alta temperatura. La temperatura del remojo a baja temperatura está en el intervalo de 25 a 90°C. Aunque el tiempo puede ser largo, tal como hasta pero menos de 24 horas, o menos de 16 horas, o menos de 12 horas, o menos de 9 horas o menos de 6 horas; el tiempo de exposición es preferentemente bastante corto, variando de 1 minuto a 6 horas, de 1 minuto a 4 horas, de 1 minuto a 3 horas, de 1 minuto a 2.5 horas, de manera más preferente de 5 minutos a 1.5 horas, 5 minutos a 1 hora, 15 minutos a 1 hora.

Ya sea el paso de remojo también puede incluir la adición de otros compuestos, por ejemplo, H2SO4, NH3, a fin de lograr mayor desempeño posterior en el proceso. Sin embargo, se prefiere que no se use ácido base o halógenos en ningún lugar del proceso o pre-tratamiento. La materia prima está preferentemente desprovista de azufre, halógeno, o nitrógeno adicionado. La cantidad de azufre, si está presente, en la composición está en el intervalo de 0 a 1% en peso seco de la composición total. Adicionalmente, la cantidad de halógenos totales, si están presentes, están en el intervalo de 0 a 1% en peso seco de la composición total. Al mantener los halógenos de la materia prima, no hay halógenos en los productos de conversión de lignina.

El producto que comprende el primer líquido entonces se hace pasar a un paso de separación en donde el primer líquido se separa de la biomasa remojada. El líquido no se separará completamente de modo que se separa al menos una porción del líquido, con preferentemente con tanto líquido como sea posible en un marco de tiempo económico. El líquido de este paso de separación se conoce como la corriente de primer líquido que comprende el primer líquido. El primer líquido será el líquido usado en el remojo, en general agua y la especie soluble de la materia prima. Estas especies solubles en agua son glucano, xilano, galactano, arabinano, glucoligómeros, xilooligómeros, galactoligómeros y arabinoligómeros. La biomasa sólida se llama la corriente de primer sólido, puesto que contiene principalmente, sino es que todos, los sólidos.

La separación del líquido nuevamente se puede hacer por téenicas conocidas y probablemente algunas de las cuales que aún no se han inventado. Una pieza preferida del equipo es una prensa, puesto que una prensa generará un líquido bajo alta presión.

La corriente de primer sólido entonces se hace explotar con vapor para crear una corriente explotada con vapor, que comprende sólidos y un segundo líquido. La explosión con vapor es una téenica bien conocida en el campo de las biomasas y para este paso se cree que son adecuados cualquiera de los sistemas disponibles en la actualidad y en el futuro. La severidad de la explosión con vapor se conoce en la literatura como Ro, y es una función del tiempo y de la temperatura y se expresa como Ro = texp [(T-100) /14.75] con la temperatura, T expresada en grados Celsius y el tiempo, t, expresado en unidades comunes.

La fórmula también se expresa como Log(Ro), específicamente, Log (Ro) = Ln(t)+[(T-100)/14.75].

Log(Ro) está preferentemente en los intervalos de 2.8 a 5.3, 3 a 5.3, 3 a 5.0 y 3 a 4.3.

La corriente explotada con vapor se puede lavar opcionalmente al menos con agua y puede haber otros aditivos usados, también. Es concebible que se pueda usar otro líquido en el futuro, de modo que no se cree que el agua sea absolutamente esencial. En este punto, el agua es el líquido preferido y si se usa agua, se considera el tercer líquido. El efluente líquido del lavado opcional es la corriente de tercer líquido. Este paso de lavado no se considera esencial y es opcional.

La corriente explotada, lavada entonces se procesa para remover al menos una porción del líquido en el material explotado, lavado. Este paso de separación también es opcional. El término al menos una porción se remueve, es para recordar que en tanto que la remoción de tanto líquido como sea posible es deseable (prensado), es poco improbable que sea probable 100% de remoción posible. En cualquier caso, no es deseable el 100% de la remoción del agua puesto que se necesita agua para la reacción subsiguiente de hidrólisis. El proceso preferido para este paso nuevamente es una prensa, pero se cree que son adecuadas otras téenicas conocidas y aquellas aun no inventadas. Los productos separados de este proceso son sólidos en la corriente de segundo sólidos y líquidos en la corriente de segundo líquido.

La corriente explotada con vapor entonces se somete a hidrólisis para crear una corriente hidrolizada. Opcionalmente, al menos una parte del líquido de la corriente de primer líquido se adiciona a la corriente explotada con vapor. También, opcionalmente se adiciona agua. La hidrólisis de la corriente explotada con vapor se logra al poner en contacto la corriente explotada con vapor con un catalizador. Las enzimas y la composición de enzimas es el catalizador preferido. En tanto que se puede usar lacease, una enzima conocida que altera la lignina, la composición está preferentemente desprovista de por lo menos una enzima que convierta lignina. Una hidrólisis preferida de la corriente explotada con vapor comprende el paso de: A) poner en contacto la corriente explotada con vapor con al menos una porción de un solvente, el solvente comprendido de especies hidrolizadas solubles en agua; en donde las por lo menos algunas de las especies hidrolizadas solubles en agua son las mismas como las especies hidrolizadas solubles en agua obtenibles de la hidrólisis de la corriente explotada con vapor; B) mantener el contacto entre la corriente explotada con vapor y el solvente a una temperatura en el intervalo de 20°C a 200°C durante un tiempo en el intervalo de 5 minutos a 72 horas para crear una corriente hidrolizada de la corriente explotada con vapor.

La corriente hidrolizada está comprendida de monómeros de carbohidratos seleccionados del grupo que consiste de glucosa, xilosa y mañosa.

La corriente hidrolizada se somete a fermentación para crear una corriente fermentada comprendida de la composición y agua. La fermentación se realiza por medio de la adición de levadura o composición de levadura a la corriente hidrolizada.

Eventualmente se puede realizar simultáneamente la hidrólisis y fermentación, de acuerdo a la téenica bien conocida de fermentación y sacarificación simultáneas (SSF).

La composición derivada de la biomasa ligno- celulósica que se presenta de manera natural se separa del agua en la corriente fermentada. La separación del líquido se puede hacer por teenicas conocidas y probablemente algunas que no se han inventado aun. Una pieza preferida del equipo es una prens .

La composición es diferente de la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural ya que tiene una gran área superficial como se calcula de acuerdo al método normal de Brunauer, Emmett y Teller (BET).

El área superficial BET de la composición seca es al menos 4 m2/gm, de manera más preferente en el intervalo de 4 a 80 m2/gm, con 4 a 50 m2/g, que es más preferible, de 4 a 25 m2/g que es aún más preferido, y de 4 a 15 m2/gm que es aún más preferido y de 4 a 12 m2/g que es lo más preferido.

La composición se caracteriza adicionalmente por los picos generados durante un análisis gravimétrico térmico, conocido como TGA.

En el análisis termogravimétrico, se usan comúnmente la gráfica del peso con respecto a la temperatura y la gráfica de la primera derivada del peso con respecto a la temperatura.

Si la descomposición del material o de un componente del material se presenta en un intervalo específico de temperatura, la gráfica de la primera derivada del peso con respecto a la temperatura presenta un máximo en el intervalo específico de la temperatura, definido también como el primer pico de derivada. El valor de la temperatura que corresponde al primer pico de derivada se considera la temperatura de descomposición del material o de ese componente del material.

El material es una composición de muchos componentes, que se descomponen en diferentes intervalos específicos de temperatura, la gráfica de la primera derivada del peso con respecto a la temperatura presenta primeros picos de derivada asociados a la descomposición de cada componente en cada intervalo específico de temperatura. Los valores de temperatura que corresponden a los primeros picos de derivada se consideran las temperaturas de descomposición de cada componente del material.

Como regla general, se localiza un máximo entre dos mínimos. Los valores de la temperatura que corresponden a los mínimos se consideran como la temperatura inicial de descomposición y la temperatura final de descomposición del intervalo de temperaturas de descomposición del componente cuya temperatura de descomposición corresponde al primer pico de derivada comprendido entre los dos mínimos. De esta manera, un pico de derivada corresponde al intervalo de temperaturas de descomposición. La pérdida de peso del material en el intervalo entre la temperatura inicial de descomposición y la temperatura final de descomposición está asociado a la descomposición de ese componente del material y al primer pico de derivada.

Si la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural, usada para derivar la composición de lignina es una mezcla de diferentes especies de gramíneas o plantas u otros materiales, entonces la mezcla de la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural es lo que se debe usar para la comparación con el material del cual se derivó la composición.

La composición creada tiene las características que la temperatura que corresponde al valor máximo del primera pico de descomposición de lignina es menor que la temperatura que corresponde al valor máximo del primer pico de descomposición de lignina de la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural. Esta diferencia se marca con el valor máximo del primer pico de descomposición de lignina que es menor que la temperatura que corresponde al valor máximo del primer pico de descomposición de lignina de la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural por un valor seleccionado del grupo que consiste de al menos 10°C, al menos 15°C, al menos 20°C, y al menos 25 “C.

Esta reducción en el valor máximo de la primera temperatura de descomposición de lignina se puede comparar al valor máximo de la primera temperatura de descomposición de lignina después del pre-tratamiento.

Adicionalmente, la masa absoluta en una base seca asociada con el primer pico de descomposición de lignina de la composición de lignina reivindicada es mayor que la masa absoluta en una base seca del segundo pico de descomposición de lignina. En tanto que para Arundo donax, la masa absoluta de la primera temperatura de descomposición de la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural es mayor que la masa absoluta de la segunda temperatura de descomposición de la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural, esto no es válido para muchas biomasas ligno-celulósicas tal como rastrojo de maíz y paja de trigo. Sin embargo, después de la conversión, la composición de lignina derivada de estas biomasas tiene una masa en una base seca asociada con la primera temperatura de descomposición de lignina que es mayor que la masa en una base seca asociada con la segunda temperatura de descomposición de lignina.

La materia prima se puede caracterizar adicionalmente al comparar la temperatura asociada con el valor máximo del primer intervalo de descomposición de lignina con la temperatura asociada con el valor máximo del primer intervalo de descomposición de lignina de la biomasa ligno-celulósica usada para derivar la materia prima.

La materia prima también se puede caracterizar adicionalmente por la cantidad relativa de carbohidratos, que incluyen glucanos y xilanos, presentes en una base seca. La composición puede tener la cantidad de carbohidratos totales presentes en la composición en el intervalo de 10 a 60% del peso seco de la composición, con de 10 a 40% más preferido, con de 5 a 35% aún más preferido. Con la condición, por supuesto, que la cantidad de lignina total presente en la composición esté en el intervalo de 30 a 80% del peso seco de la composición y el por ciento en peso de los carbohidratos, más el por ciento en peso de lignina es menor de 100% del peso seco de la materia prima.

Debido a que la composición de la materia prima que comprende lignina puede variar con el material de inicio del cual se deriva, la biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural de la cual se deriva la materia prima se puede seleccionar del grupo que consiste de las gramíneas y cultivos alimenticios.

Creación de suspensión espesa Se puede cargar lignina a un reactor de conversión de lignina (500) como un sólido convertido en suspensión espesa, en un líquido. En una modalidad preferida, el líquido puede comprender agua. En otra modalidad, el líquido puede comprender un donador de hidrógeno. El uso de donadores de hidrógeno es bien conocido y se describe en Wang, X, and Rinaldi, R.; "Exploiting H-Transfer reactions with RANEY® Ni for upgrade of phenolic and aromatic biorefinery feeds under unusual, low severity conditions":, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 8244.

Se ha descubierto que una suspensión espesa comprendida de lignina tiene varias características únicas que la hacen difícil de crear, mantener y manejar, y en muchos casos una suspensión espesa comprendida de lignina se comporta de la manera opuesta de las suspensiones espesas tradicionales.

El contenido de sólidos de una suspensión espesa comprendida de lignina debe estar en el intervalo de aproximadamente 1 a 70% en peso, con 5 a 35% en peso de contenido de sólidos que es más preferido. Tradicionalmente, las suspensiones espesas son más fáciles de mantener cuando es bajo el contenido de sólidos. De manera sorprendente, una suspensión espesa comprendida de lignina es más fácil de mantener cuando es alto el contenido de sólidos (mayor de 20% en peso de sólidos).

El tamaño de partícula de la suspensión espesa comprendida de lignina debe ser tal que el tamaño promedio en número está en el intervalo de menos de 200 micrones, con menos de 150 micrones que es lo preferido y menos de 100 micrones que es mucho más preferido. La reducción del tamaño de partícula no es necesaria cuando se ha explotado con vapor la materia prima que comprende lignina. Sin embargo, se considera necesaria la reducción de tamaño de partícula si el practicante está partiendo de lignina que se presenta de manera natural, tal como virutas de madera.

No se necesitan agentes tensioactivos ni agentes emulsionadores, pero se pueden usar.

Hay varias estrategias para crear una suspensión espesa comprendida de lignina, dependiendo de la ubicación de elaboración del proceso reivindicado. Si la conversión de lignina está co-colocada con el pre-tratamiento o conversión de carbohidratos de la biomasa ligno-celulósica (10), entonces, la lignina puede estar ya presente en una forma de suspensión espesa, frecuentemente llamada el residuo o lignina de residuo, con poco o ningún azúcar soluble en agua, o desprovista de azúcares solubles en agua. Cuando la biomasa ligno-celulósica (10) se hace pasar primero a través del pre tratamiento o proceso de conversión de carbohidratos, los azúcares solubles en agua se convierten a especies diferentes del azúcar. Los azúcares solubles en agua se habrán lavado, extraído o convertido por las enzimas o catalizadores a especies diferentes de azúcares, dejando los fondos que está comprendidos de lignina y carbohidratos insolubles no convertidos, muchos de los cuales aun están unidos con la lignina. Estos fondos están desprovistos de o sustancialmente desprovistos de azúcares libres solubles en agua.

En esta modalidad iterada, los fondos, (o residuo o lignina de residuo como frecuentemente se llama), del proceso de conversión de azúcares o carbohidratos, (por ejemplo, fermentación), se hacen pasar directamente a un siguiente proceso que puede remover adicionalmente más carbohidratos; o los fondos se hacen pasar directamente al proceso de conversión de lignina descrito en la presente. De esta manera, el agua del proceso de conversión de carbohidratos que de otro modo se habría tratado mediante plantas costosas de tratamiento de aguas residuales, se usa como un líquido de la suspensión espesa para mantener o crear la suspensión espesa comprendida de lignina para alimentar el proceso de conversión de lignina. La lignina de residuo, que es el líquido de suspensión espesa removido del proceso de conversión de carbohidratos, que comprende la lignina, entonces se limpia in situ por el hidrógeno del proceso de conversión de lignina, en tanto que al mismo tiempo, convierte la lignina. Como se describe más adelante, el líquido de suspensión espesa que viene del proceso de conversión de lignina tendrá significativamente menos demanda total de oxígeno bioquímico, conocida también como BOD, y/o demanda de oxígeno química, también conocida como COD, con relación a las cantidades de DBO y COD en el entrante de suspensión espesa de la lignina de residuo, reduciendo de este modo la cantidad de, y el costo del tratamiento de aguas residuales, necesario antes de liberar el líquido de suspensión espesa al ambiente. Las DBO y COD se han destruido químicamente por las condiciones del proceso de conversión de lignina.

En una refinación adicional, al menos una porción del líquido de suspensión espesa del proceso de conversión de lignina se puede usar para producir agua o vapor en un proceso de pre-tratamiento, reduciendo de este modo de manera significativa la cantidad y costo del tratamiento de agua. (Ver figura 3).

Esta vista esquemática se demuestra en la figura 3, en donde la biomasa ligno-celulósica (10) entra al proceso de pre-tratamiento y la biomasa ligno-celulósica pre-tratada se hacer pasar al proceso de conversión de carbohidratos, en este caso, fermentación. En el proceso de conversión de carbohidratos, los azúcares se convierten al producto o productos finales. Se prefiere introducir el líquido de suspensión espesa del proceso de conversión de lignina (620), antes de o simultáneamente con, el paso de explosión con vapor del proceso de pretratamiento.

Los fondos, o residuo, que comprenden la lignina, el líquido de suspensión espesa, y posiblemente, carbohidratos, se hace pasar al paso de creación de suspensión espesa, (300). Si la lignina de residuo es una suspensión espesa suficientemente estable y de concentraciones deseadas (por ejemplo, sólidos, amortiguadores, pH), se puede hacer pasar directamente a (400), la bomba de suspensión espesa, sin ningún tratamiento adicional, por ejemplo, dilución con agua o reducción de agua, agitación, vacío.

Si se necesitan ajustes, la suspensión espesa comprendida de lignina se lleva a las condiciones óptimas de suspensión espesa al ajustar la concentración de sólidos bajo agitación y opcionalmente vacío. Usualmente, esto es bajo agitación de alto corte de la suspensión espesa comprendida de lignina.

En algunas modalidades, los fondos del proceso de conversión de carbohidratos se enviarán a una ubicación diferente para la conversión de lignina. En tanto que es posible enviar el residuo ya convertido en suspensión espesa, el costo del envío de agua puede ser prohibitivo el costo del envío. En este caso, se anticipa que la materia prima comprendida de lignina se enviará como un sólido y frecuentemente seca con mucha del agua que se ha removido como sea posible; usualmente por un filtro prensa, secado, o ambos. Frecuentemente, la materia prima sólida que comprende lignina se enfriará o aun congelará, para prevenir el crecimiento microbiano durante el envió o almacenamiento. El líquido de suspensión espesa del proceso de desaguado frecuentemente se envía al tratamiento de aguas residuales donde se limpia para remover las BOD y COD y luego se libera al ambiente o se reutiliza en partes del proceso de pre tratamiento. Es este paso de tratamiento externo el que se puede reducir al mínimo o reducir por re-utilización o recielado de al menos una porción de líquido de suspensión espesa del proceso de conversión de lignina.

Se ha observado directamente que la materia prima que comprende lignina es excesivamente intratable y las partículas son muy difíciles de separar. Esto es particularmente el caso cuando la materia prima que comprende lignina se ha sometido a presión de desaguado para desaguado, como en un filtro prensa. El examen microscópico de luz visible muestra que la materia prima que comprende lignina tiene zarcillos con tentáculos y ganchos, tal como Velero”11.

Como se señala anteriormente, si la materia prima después del paso de conversión de carbohidratos es ya una suspensión espesa, puede ser posible adicionar la suspensión espesa directamente al proceso sin tratamiento adicional. Sin embargo, en general esto no se espera. Después de la conversión de los carbohidratos, probablemente se van a atrapar gases en la lignina de residuo, que se deben remover.

Si la conversión de lignina no está co-colocada con el pre-tratamiento o fermentación de la biomasa ligno-celulósica (10), entonces una estrategia para crear la suspensión espesa comprendida de lignina es usar una máquina capaz de aplicar altas fuerzas de corte y aplicar altas fuerzas de corte a la materia prima sólida no convertida en suspensión espesa que comprende lignina. Las altas fuerzas de corte se pueden lograr al alimentar la materia prima sólida que comprende lignina a través de un mezclador. Las modalidades preferidas del mezclador incluyen un mezclador de tornillos gemelos y tornillos co-giratorios, un mezclador de tornillos de gemelos y tornillo contra-giratorios, una extrusor, un mezclador banbury, u otro dispositivo conocido para implementar fuerzas mecánicas al material que está procesando.

La cantidad de fuerzas mecánicas requerida se relaciona a la cantidad de energía requerida para hacer fácilmente dispersable la materia prima sólida que comprende lignina. Entre más fuerzas mecánicas se apliquen a la materia prima sólida que comprende lignina, más fácil es la dispersión. La cantidad de fuerzas mecánicas requeridas se puede determinar de manera iterativa al comparar la energía consumida con la energía requerida para dispersar el sólido resultante en el líquido de suspensión espesa. Las téenicas para variar la cantidad y el tipo de fuerzas mecánicas aplicadas a la materia prima sólida que comprende lignina dependen del equipo y son bien conocidas en la técnica para aquellos familiarizados con la máquina particular que se usa.

Un líquido de la suspensión espesa se puede adicionar a la materia prima sólida que comprende lignina para producir una suspensión espesa que comprende lignina. Se prefiere que el líquido de suspensión espesa se adicione a la materia prima sólida que comprende lignina después de salir del mezclador. A este respecto, la materia prima sólida que comprende la lignina está desprovista de líquido libre significando que el líquido libre comprende menos de 5% en peso de la composición, con sin líquido libre que es lo preferido. En otra modalidad, el líquido de suspensión espesa se puede adicionar a la materia prima sólida que comprende lignina en el mezclador. En una modalidad preferida, el líquido de suspensión espesa comprende agua. En otra modalidad, el líquido de suspensión espesa puede comprender un donador de hidrógeno. Se debe señalar que para los propósitos de esta especificación, el líquido de suspensión espesa también se conoce como un líquido portador también.

La cantidad de energía consumida por el mezclador necesaria para crear una materia prima sólida que comprende lignina que es fácilmente dispersable en un líquido de suspensión espesa y/o tiene una baja viscosidad cuando se dispersa en un líquido de suspensión espesa, se puede determinar al medir la fuerza de torsión. La materia prima sólida que comprende lignina se dispersa ya en un líquido de suspensión espesa cuando la cantidad de fuerza de torsión requerida para dispersar la materia prima sólida que comprende lignina en el líquido de suspensión espesa en la ausencia de un catalizador de hidrólisis es menor de 50% de la cantidad de fuerza de torsión requerida para dispersar la materia prima sólida que comprende lignina en el líquido de la suspensión espesa bajo las mismas condiciones, antes de la aplicación de las fuerzas mecánicas.

La cantidad de fuerza de torsión es la cantidad total de energía aplicada a la mezcla de sólido-líquido de suspensión espesa para dispersar el sólido en el líquido de suspensión espesa. La cantidad de fuerza de torsión se puede determinar por el área bajo la curva de la línea de la fuerza de torsión aplicada en un punto dado en el tiempo, t, que corresponde al punto en el cual el sólido se considera dispersado en el líquido de suspensión espesa. Un sólido se considera dispersado en el líquido de suspensión espesa cuando el promedio en número del por ciento del contenido de materia seca de un número estadísticamente válido de alícuotas de suspensión espesa está dentro de 2.5% del por ciento del contenido total de materia seca en el líquido de suspensión espesa.

La viscosidad de la suspensión espesa comprendida de lignina, medida a 25°C, una proporción de corte de 10s-l, de la materia prima sólida mecánicamente dispersada que comprende lignina dispersada en el contenido líquido de suspensión espesa debe ser menor que la viscosidad de una suspensión espesa de la materia prima sólida comprendida de lignina dispersada en el líquido de suspensión espesa antes del tratamiento mecánico; cuando se mide bajo las mismas condiciones (por ejemplo, contenido de materia seca).

Después de producir la suspensión espesa comprendida de lignina, la suspensión espesa comprendida de lignina se puede mantener por medio de agitación mecánica.

Otra estrategia para crear la suspensión espesa comprendida de lignina, donde la conversión de lignina no está co-colocada con el pre-tratamiento o fermentación de la biomasa ligno-celulósica (10) es exponer la materia prima sólido que comprende lignina en un líquido de suspensión espesa, preferentemente agua, a un vacío o presión menor que la presión atmosférica, con menos de 0.8 bar que es preferido, con menos de 0.7 bar que es más preferido, menos de 0.4 bar que es aún más preferido, con menos de 0.2 bar que es lo más preferido. La materia prima que comprende lignina se expandirá rápidamente en pequeñas partículas, se disociará, y dispersará. De esta manera, se evitan el mezclado de alto corte y/o las altas fuerzas de corte con mayores concentraciones posibles. Se prefiere tener al menos alguna agitación mecánica que se presente de manera simultánea con el paso de vacío para dispersar más rápidamente las partículas. La sección experimental de creación de suspensión espesa y la figura 5 muestran cuantitativamente la ventaja de usar vacío en la materia prima sólida que comprende lignina antes de incrementar la presión en la suspensión espesa. El vacío se puede aplicar simultáneamente con corte y agitación, a través de un tornillo de transporte. El tiempo mínimo para que el vacío permanezca aplicado es el tiempo suficiente para dispersar las partículas a más de 50% de la dispersión teórica a 25°C, con más de 75% de dispersión a 25°C que es más preferido y más de 90% de dispersión a 25”C que es lo más preferido. Se prefiere que la materia prima sólida que comprende lignina esté circundada o abarcada por un líquido en suspensión espesa para actividad completa del vacío.

En una modalidad preferida, este líquido de suspensión espesa es agua. En otra modalidad, esté líquido de suspensión espesa comprende un donador de hidrógeno.100% de dispersión a 25°C es la dispersión teórica. La cantidad de dispersión se determina al medir la cantidad de sólidos en una muestra después de 2 minutos de asentamiento. Si hubo 16 g de sólidos en 84 g de líquido, el contenido de materia seca a 100% de dispersión será de 16%. Al 50% de la dispersión teórica, el contenido de materia seca de la muestra después de 2 minutos de asentamiento sería 8%.

Una estrategia final para crear la suspensión espesa comprendida de lignina, donde la conversión de lignina no está co-colocada con el pre-tratamiento o fermentación de la biomasa ligno-celulósica (10) es exponer la materia prima sólida que comprende lignina en un líquido de suspensión espesa, preferentemente agua, a alto corte tal como aquel encontrado en un mezclador, que con el paso del tiempo también dispersará las partículas de la materia prima que comprende lignina a través de la suspensión espesa. En otra modalidad, el líquido de suspensión espesa es un donador de hidrógeno.

En la mayoría de los casos el líquido de la suspensión espesa será agua o agua en combinación con al menos un donador de hidrógeno. La relación de la cantidad del peso del agua del líquido de suspensión espesa al peso seco de la materia prima de lignina está preferentemente en el intervalo de 0.3 a 9, con 0.5 más preferido con 1 a 9, aún más preferido con 2 a 9 otra relación preferida y con de 3 a 5 una relación aún más preferida.

Experimentos de creación de suspensión espesa Se llevaron a cabo se llevaron para evaluar la preparación de suspensiones espesas bajo tratamiento de vacío en comparación con la preparación de suspensiones espesas bajo agitación mecánica normal.

Experimento 1 de creación de suspensión espesa Una cantidad de 450 g de composición rica en lignina, que tiene una materia seca del 53%, se insertó en un matraz de fondo redondo de 3 litros con 1050 g de agua, para alcanzar una concentración teórica de 16% de materia seca de composición rica en lignina en la mezcla. No se aplicó mezclado mecánica.

El matraz tiene una dimensión de aproximadamente 16 cm y estuvo equipado con un agitador con una dimensión de aproximadamente 6 cm.

El matraz se selló y se aplicó un vacío de 29.8mm de Hg durante 5 minutos y se removió. Después de 2 minutos de tiempo de sedimentación, se extrajo un primer muestreo de la suspensión espesa comprendida de lignina.

Se aplicó agitación mecánica a la suspensión espesa comprendida de lignina a presión atmosférica durante 1 minuto, luego se detuvo la agitación mecánica y después de 2 minutos de tiempo de sedimentación, se extrajo un muestreo. El procedimiento de agitación mecánica se repitió adicionalmente durante 5, 10, 30, y 60 minutos de tiempo de agitación y se extrajeron muéstreos después de un tiempo de sedimentación de 2 minutos cada vez.

No estuvieron presentes trozos en el fondo del matraz y parece que está homogéneamente mezclada la suspensión espesa comprendida de lignina.

Experimento 2 de creación de suspensión espesa Se realizó un experimento de control al insertar una cantidad de 450 g de composición rica en lignina, que tiene una materia seca de 53%, en un matraz de fondo redondo de 3 litros con 1050 g de agua, para alcanzar una concentración teórica de 16% de materia seca de composición rica en lignina en la mezcla.

El matraz y el agitador mecánico fueron los mismos como en el experimento llevado a cabo con vacío. La suspensión espesa comprendida de lignina se sometió solo a agitación mecánica, y se extrajeron muestreos después de 5, 1, 5, 10, 30, 60 minutos de agitación. Antes de cada muestreo, se detuvo durante 2 minutos de tiempo de sedimentación la agitación mecánica.

Una cantidad pertinente de trozos estuvo presente en el fondo del matraz y pareció no ser homogénea la suspensión espesa comprendida de lignina.

La agitación mecánica se obtuvo al agitar la suspensión espesa comprendida de lignina a 250 rpm en ambos experimentos.

La concentración de materia seca de la composición rica en lignina se determinó al secar muestras en un horno a 105°C durante 15 horas.

La figura 5 reporta la gráfica del por ciento de dispersión completa de la composición rica en lignina en la suspensión espesa comprendida de lignina. El por ciento de dispersión completa es la concentración de materia seca de composición rica en lignina en la suspensión espesa comprendida de lignina normalizada con respecto a la concentración teórica.

El experimento demuestra que al aplicar un vacío se reduce fuertemente el tiempo necesario para obtener una dispersión completa de la composición rica en lignina en la suspensión espesa comprendida de lignina, permitiendo de este modo ahorrar energía de mezclado, ahorrar tiempo y una reducción en el volumen del tanque de la suspensión espesa. Presurización y transporte de suspensión espesa Después de que la suspensión espesa comprendida de lignina se crea, se debe poner a una presión ligeramente mayor que la presión del reactor de conversión de lignina más la presión de la bomba de suspensión espesa que sale al reactor de conversión de lignina (500), de modo que la suspensión espesa se puede cargar en el reactor de conversión de lignina (500).

La suspensión espesa comprendida de lignina se puede presurizar usando una bomba de suspensión espesa (400). Para los propósitos de esta especificación, el término bomba de suspensión espesa (400) se propone para referirse a cualquier bomba que pueda alcanzar las presiones deseadas, tal como una bomba de pistón y/o una bomba de jeringa. Una bomba centrífuga de múltiples etapas también puede alcanzar las presiones requeridas. La bomba de suspensión espesa (400), que se representa como una bomba de pistón usada en los experimentos tendrá una válvula de entrada (350). La posición de la válvula de entrada puede abarcar el intervalo desde completamente abierta a completamente cerrada. Por lo tanto, la posición de la válvula de entrada se puede seleccionar del grupo que consiste de abierta, cerrada y al menos parcialmente abierta, en donde abierta significa completamente abierta (las restricciones a través de la válvula como se mide por la caída de presión son lo mínimo posible), cerrado significa completamente cerrado de modo que no puede pasar líquido ni gas a través de la válvula, y al menos parcialmente abierto significa que la válvula no está completamente cerrada y no completamente abierta, pero en alguna parte entre completamente cerrada y completamente abierta. La bomba de suspensión espesa (400) tendrá una válvula de salida (450). La válvula de salida puede estar presente en una posición de válvula de salida seleccionada del grupo que consiste de abierta, cerrada y al menos parcialmente abierta, con abierta, cerrada y al menos parcialmente abierta que tiene los mismos significados como para la posición de la válvula de entrada.

La bomba de suspensión espesa (400) comprenderá además un pistón (420) y una cámara de pistón (425). El pistón (420) forma un sello dentro y contra la cámara de pistón (425) para formar una cavidad de bomba. El tamaño de la cavidad depende de donde el pistón (420) esté dentro de la cámara de pistón (425).

La suspensión espesa comprendida de lignina se hace pasar a través de la válvula de entrada (350) que está en la posición de la válvula de entrada de al menos parcialmente abierta o abierta (430A) en la cavidad de bomba formada al retirar al menos una porción del pistón (420) de la cámara de pistón (425). Durante este paso de entrada, la válvula de salida (450) está en la posición cerrada de válvula de salida (440B). La cavidad de bomba estará a una presión de cavidad de bomba de entrada. Después de que una cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina entra en la cavidad de bomba, la posición de la válvula de entrada se cambia a cerrada (430B), o en otras palabras, se cierra la válvula de entrada. Se coloca entonces una fuerza o se aplica al pistón (420) en la cámara de pistón (425) hasta que la presión de la suspensión espesa comprendida de lignina alcanza la presión de descarga que es mayor que la presión de operación del reactor, también conocida como la presión del reactor de conversión de lignina o presión de desoxigenación. El reactor opera en los intervalos de 80 a 245 bar, de 80 al 210 bar, de 90 210 bar y de 90 a 175 bar. Por lo tanto, la presión de descarga de la bomba también debe estar en los intervalos anteriores de 80 a 245 bar, de 80 a 210 bar, de 90 a 210 bar y de 90 a 175 bar, pero mayor que la presión de conversión de lignina. También se debe señalar para los propósitos de esta especificación que los términos recipiente de conversión de lignina y reactor de conversión de lignina son indistintos.

Al menos una porción de la suspensión espesa comprendida de lignina se descarga de la cavidad de bomba al abrir la válvula de salida (450), también conocida como cambio de la posición de la válvula de salida a una posición seleccionada del grupo que consiste de al menos parcialmente abierta y abierta. El pistón (420) se fuerza adicionalmente en el cuerpo de bomba para reducir el volumen de la cavidad de bomba y empuja al menos una porción de la suspensión espesa comprendida de lignina a través de la válvula de salida (450). La válvula de salida (450) se conecta al reactor de conversión de lignina (500) por tubería, tubos u otra conexión. Por conectado al reactor de conversión de lignina se quiere decir que el material de la cavidad de bomba puede fluir a través de la válvula de salida y al reactor de conversión de lignina (500) en general a través de un tubo, una tubería o a través de una serie de tubos o tuberías conectadas. En una modalidad, puede haber una pluralidad de válvulas adicionales entre la válvula de salida y el reactor de conversión de lignina (500), tal como una válvula para aislar el reactor de conversión de lignina (500).

A fin de que el proceso corra de una manera continua, no es necesario que la suspensión espesa comprendida de lignina se introduzca de manera continua al reactor de conversión de lignina (500). Por ejemplo, cuando solo se usa una bomba de pistón, la suspensión espesa comprendida de lignina se introduce en el reactor de conversión de lignina (500) en alícuotas o impulsos estables. De esta manera, hay momentos cuando no hay producto que entre al reactor de conversión de lignina. Pero, con el paso del tiempo, la masa introducida en el reactor de conversión de lignina es igual a la masa removida del reactor de conversión de lignina. Una característica distintiva entre un proceso continuo y un proceso por lotes es que, en un proceso continuo, la reacción está presentándose o progresando al mismo tiempo que ya sea la suspensión espesa comprendida de lignina se introduce en el reactor de conversión de lignina (500) y/o los productos de conversión de lignina se remueven del reactor de conversión de lignina. Otra manera se señalar esto es que la conversión (por ejemplo, desoxigenación, o hidrogenación) en el reactor de conversión de lignina se presenta en tanto que de manera simultánea, o al mismo tiempo, se remueve al menos una porción de los contenidos de reactor de conversión de lignina del reactor de conversión de lignina (500). Esta remoción se hace de una manera continua, lo que incluye una remoción por alícuotas o pulsos.

La téenica anterior propone el uso de bombas de pistón o bombas de jeringa para la carga de reactor de alta presión. Sin embargo, el consenso de la técnica es usar válvulas de retención. Este planteamiento elegante simple se ha usado durante años. Sin embargo, como se descubrió por los inventores, las válvulas de retención y otras configuraciones de válvula no trabajarán con una suspensión espesa comprendida de lignina. Los inventores consultaron múltiples expertos de bombas y válvulas y evaluaron la miríada de soluciones propuestas por los expertos, nada de lo cual permitió que la suspensión espesa comprendida de lignina se cargue de manera continua al reactor de conversión de lignina. No se puede mantener una presión o no se puede mantener durante largo plazo. Las observaciones indicaron que la dura naturaleza fibrosa de la lignina permite que la lignina de la suspensión espesa comprendida de lignina quede atrapada en los asientos de las válvulas y se acumule en áreas de bajo flujo o alto impacto provocando que se tamponen las válvulas.

Lo que se descubrió es que trabajó un sistema de valvulaje más complicado. Se descubrió que la norma industrial y el uso de una válvula de retención individual tiene que ser reemplazado con una válvula que tiene una posición que se puede controlar y que la válvula debe proporcionar un flujo sin restricción y obstrucción de la suspensión espesa que comprende lignina través de la válvula o su ruta de flujo . Por flujo sin restricción se quiere decir que el flujo de la suspensión espesa que comprende lignina a través de la válvula (ruta de flujo) no cambie de dirección, tal como en una vuelta o codo, y que no se incremente en la velocidad lineal, tal como en un estrechamiento de la ruta de flujo. Por flujo sin obstrucción se quiere decir que la ruta de flujo no contenga ningún elemento adicional, tal como el cuerpo insertado de una válvula de mariposa, en la ruta del flujo de suspensión espesa tal que la suspensión espesa tendrá que fluir alrededor o golpear el elemento adicional cuando la válvula esté en la posición completamente abierta. Además, la ruta de flujo no contiene zonas muertas adicionales, tal como la ranura de asiento de una válvula de compuerta. Las zonas muertas, tal como la ranura de asiento de una válvula de compuerta se llenará con suspensión espesa cuando se abrirá la válvula y, cuando se cierre la válvula, la compuerta comprimirá la suspensión espesa en la ranura lo que permitirá la acumulación y compresión de la suspensión espesa comprendida de lignina en la ranura. En este caso, con el paso del tiempo la válvula no se asentará ni se sellará, ni fallará en retener la presión.

A manera de ejemplo, pero no de limitación, una válvula que proporcione el flujo sin restricción y sin obstrucción de la suspensión espesa que comprende lignina puede incluir una válvula de bola, una válvula de bola de orificio completo o una válvula de bola fija de orificio completo. En contraste, las válvulas tradicionales, tal como la mayoría de las válvulas de globo, la mayoría de las válvulas en ángulo, la mayoría de las válvulas de diafragma, la mayoría de las válvulas de mariposa y la mayoría de las válvulas de retención restringen y/u obstruyen el flujo de la suspensión espesa comprendida de lignina y provocarán que la lignina de la suspensión espesa comprendida de lignina se acumule en áreas de bajo flujo o alto impacto provocando que eventualmente se taponeen las válvulas o no asienten ni se sellen, y fallando en retener la presión. (Los ejemplos de estas válvulas se describen en Chemical Engineers' Handbook, Fifth Edition, Perry & Chilton, p 6-54 hasta 6-57, 1973). En la práctica, esta acumulación de lignina de la suspensión espesa comprendida de lignina puede presentarse bastante rápidamente, en algunos casos demasiado rápidamente de modo que ninguna cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina se cargará a través de la válvula de entrada y en la cavidad de bomba. (Ver experimento 1 de bombeo de suspensión espesa).

Al remover la válvula de retención, el sistema no será por más tiempo automático dentro de la válvula, sino que necesitará controles adicionales especiales para encender y apagar cada válvula de una manera sincronizada. Por lo tanto, en lo opuesto directamente a la téenica anterior, lo que los expertos en bombas y válvulas propusieron a los inventores en muchas ocasiones, el proceso solo funcionó cuando la válvula de entrada (350) y la válvula de salida (450) no fueron válvulas de retención, sino válvulas que proporcionan flujo sin restricción y sin obstrucción. (Una válvula de retención será una válvula que impide la inversión del flujo). Se prefiere que el proceso de presurización, descarga y carga final en el reactor estén desprovistos de cualquier válvula de retención en la ruta del flujo de la suspensión espesa. De manera alternativa, la suspensión espesa no fluye a través de una válvula de retención en la bomba de suspensión espesa (400) para entrar al reactor.

Están disponibles diferentes modalidades. Por ejemplo, puede haber una pluralidad de bombas de suspensión espesa que comprendan al menos dos bombas de pistón. Donde hay dos bombas de pistón cada bomba de pistón puede tener su propia válvula de entrada y su propia válvula de salida (por ejemplo, la primera bomba de pistón tiene una primera válvula de entrada (350A) y una primera válvula de salida (450A), en tanto que la segunda bomba de pistón tiene una segunda válvula de entrada (350B) y una segunda válvula de salida (450B)). La pluralidad de bombas de suspensión espesa puede estar en una configuración paralela. Es posible que dos bombas de pistón en una configuración paralela compartan la misma válvula de entrada (350) y/o válvula de salida (450).

Otra configuración es donde la válvula de entrada (350) y la válvula de salida (450) son la misma válvula.

Eventualmente, al menos una porción de la suspensión espesa que comprende lignina, una porción de lo cual está en una forma sólida, se introduce en el reactor de conversión de lignina (500). El reactor de conversión de lignina tendrá una presión de conversión de lignina y temperatura de conversión de lignina. La presión de conversión de lignina será al menos ligeramente menor que la presión de descarga de la bomba de suspensión espesa que es al menos la cantidad de caída de presión de la bomba de suspensión espesa (400) a la entrada del reactor de conversión de lignina. En general, la presión de descarga de la bomba de suspensión espesa será mayor que la presión de conversión de lignina, con la presión de descarga de la bomba de suspensión espesa que es mayor que la presión del reactor de conversión de lignina más la cantidad absoluta de caída de presión en el proceso de la descarga de la bomba de suspensión espesa al reactor de conversión de lignina (500). Experimentos de bombeo de suspensión espesa Se llevaron a cabo experimentos para cargar una suspensión espesa comprendida de lignina a un reactor presurizado de conversión de lignina. Los siguientes procedimientos se aplicaron a todos los experimentos, a menos que se especifique de manera diferente.

Se adicionó agua De-ionizada a una composición rica en lignina obtenida del pre-tratamiento de biomasa ligno-celulósica para obtener una suspensión espesa comprendida de lignina que tiene un contenido de materia seca de 20 por ciento en peso de la masa de la suspensión espesa. La mezcla se insertó en un mezclador (mezclador Waring, modelo HGBSSSS6) y se mezcló completamente de forma intermitente durante uno a dos minutos para alcanzar una suspensión espesa homogénea. La homogeneidad de la suspensión espesa se evaluó a simple vista. La suspensión espesa se insertó en un tanque de mezclado (340) con agitación constante. El tanque de mezclado (340) fue un tanque de fondo de disco de acero inoxidable, con un volumen de aproximadamente 1 L que contiene un mezclador de paletas de laboratorio normal y un orificio de descarga de fondo conectado a una bomba de jeringa dual Chandler Quizix QX que tiene dos cavidades de bomba. Se insertaron válvulas de entrada (350) entre el tanque de mezclado (340) y las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringa duales Chandler Quizix QX. La bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX se conectó por tubería a un reactor Parr 4575 equipado con una cuchilla de turbina inclinada a 45°, dual, espiral de enfriamiento, orificios separados de alimentación de gas y suspensión espesa y un tubo de inmersión de descarga (610). Se insertaron válvulas de salida (450) entre las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX y el reactor Parr. Se insertaron entre 200 y 400 scfh de hidrógeno a una temperatura de 20°C en el reactor Parr para alcanzar una presión de 48.3 bar. El reactor Parr se calentó a una temperatura que corresponde a 90% de la temperatura de reacción y un flujo continuo de hidrógeno se inició en el reactor Parr. La temperatura y presión finales en el reactor Parr variaron entre 275-325°C y 100 y 175 bar. La presión se midió por medio de un transductor de presión (Ashcroft Tipo 62) conectado al reactor Parr.

La suspensión espesa comprendida de lignina se hizo pasar desde el tanque de mezclado (340) en la primera de las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX al cambiar la posición de la válvula de entrada de la primera válvula de entrada (350A) que corresponde a la primera cavidad de bomba a la posición abierta (430A) por medio de un accionador. Después de que la suspensión espesa comprendida de lignina alcanzó la primera cavidad de bomba, la primera válvula de entrada (350A) que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición cerrada de válvula de entrada (430B) por medio de un accionador. Después de que la primera de entrada (350A) que corresponde a la primera cavidad de bomba se cerró, la suspensión espesa comprendida de lignina se hizo pasar desde el tanque de mezclado (340) a la segunda de las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX al cambiar la posición de la válvula de entrada de la segunda válvula de entrada (350B) que corresponde a la segunda cavidad de bomba a la posición abierta (43OA) por medio de un accionador.

Después de que la primera válvula de entrada (350A) que corresponde a la primera cavidad de bomba se cerró (43OB), la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX presurizó la suspensión espesa comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba a una presión mayor que aquella del reactor Parr. En tanto que la suspensión espesa comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba se estuvo presurizando se cerraron tanto la primera válvula de entrada (35OA) como la primera válvula de salida (450A). Después de que la suspensión espesa comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba se presurizó a una presión mayor que aquella del reactor Parr, la primera válvula de salida (450A) que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta (440A) por medio de un accionador, permitiendo que la suspensión espesa presurizada comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba se cargará al reactor Parr.

Después que se abrió la primera válvula de salida (45OA) que corresponde a la primera cavidad de bomba, la segunda válvula de entrada (350B) que corresponde a la segunda cavidad de bomba se cambió a la posición cerrada (43OB) por medio de un accionador. Después de que se cerró (43OB) la segunda válvula de entrada (350B) que corresponde a la segunda cavidad de bomba, la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX presurizó la suspensión espesa comprendida de lignina en la segunda cavidad de bomba a una presión mayor que aquella del reactor Parr. En tanto que la suspensión espesa comprendida de lignina en la segunda cavidad de bomba se estuvo presurizando se cerraron tanto la segunda válvula de entrada (350B) como la segunda válvula de salida (450B). La presión del reactor Parr es la presión de desoxigenación y puede variar de 90 a 175 bar. Después que la suspensión espesa comprendida de lignina en la segunda cavidad de bomba se presurizó a una presión mayor que aquella del reactor Parr, la primera válvula de salida (450A) que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición cerrada (440B) por medio de un accionador. Después de que se cerró la primera válvula de salida (450A) que corresponde a la primera cavidad de bomba, la segunda válvula de salida (450B) que corresponde a la segunda cavidad de bomba se cambió a la posición abierta (440A) por medio de un accionador, permitiendo que la suspensión espesa presurizada comprendida de lignina en la segunda cavidad de bomba se cargara al reactor Parr.

Después de que se abrió la segunda válvula de salida (450B) que corresponde a la segunda cavidad de bomba, la primera válvula de entrada (350A) que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta (43OA) por medio de un accionador, permitiendo que la suspensión espesa adicional comprendida de lignina del tanque de mezclado (340) en la primera cavidad de bomba se presurice y cargue subsiguientemente al reactor Parr.

Experimentos 1 y 2 de bombeo de suspensión espesa Para los experimentos 1 y 2 de bombeo de suspensión espesa, las válvulas de entrada y válvulas de salida fueron válvulas de vástago ascendente de orificio pequeño de Vindum Engineering, Modelo No. CV-505-SS. Estas válvulas se recomendaron por un experto en el campo de bombeo de suspensiones espesas, y se representaron como suficientes para cargar una suspensión espesa comprendida de lignina a un reactor presurizado.

Para el experimento 1, cuando la válvula de entrada que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta, inmediatamente se taponeo con lignina sólida de la suspensión espesa comprendida de lignina. Ninguna cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina alcanzó la primera cavidad de bomba, la válvula de salida que corresponde a la primera cavidad de bomba, o el reactor Parr.

Para el experimento 2, un experto en el campo de bombeo de suspensiones espesas recomendó presurizar el tanque de mezclado (340) a entre 2.5 a 3 bar para ayudar con la carga de la suspensión espesa comprendida de lignina a través de las válvulas de entrada en las cavidades de bombeo. El experto representó que la presurización del tanque de mezclado (340) permitiría que la suspensión espesa comprendida de lignina pasaría a través de las válvulas de entrada en las cavidades de bomba sin taponear las válvulas de entrada. Cuando la válvula de entrada que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta, inmediatamente se taponeó con lignina sólida de la suspensión espesa comprendida de lignina sin que ninguna cantidad de la suspensión espesa comprendida de lignina alcanzará la primera cavidad de bomba, las válvulas de salida, o el reactor Parr. Experimentos 3 y 4 de bombeo de suspensión espesa Para los experimentos 3 y 4, un experto en el campo de bombeo de suspensiones espesas recomendó que las válvulas de entrada y las válvulas de salida se reemplazaran con válvulas de sello fuelle Swagelock, modelo No. SS-HBS6-C. Las válvulas de entrada y las válvulas de salida de los experimentos 3 y 4 tienen un orificio más grande que aquellas de los experimentos 1 y 2, y el experto mostró que estos orificios más grandes permitirían que la suspensión espesa comprendida de lignina pasaría a través de las válvulas de entrada a las cavidades de bomba sin taponear las válvulas de entrada.

Para el experimento 3, cuando la válvula de entrada que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta, permitió que una porción de la suspensión espesa comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba se cargará al reactor Parr. Sin embargo, después de un tiempo de entre 15 y 20 minutos las válvulas de entrada se taponearon nuevamente con la lignina sólida de la suspensión espesa comprendida de lignina.

Para el experimento 4, un experto en el campo de bombeo de suspensiones espesas recomendó presurizar el tanque de mezclado (340) a entre 2.5 y 3 bar para ayudar con la carga de la suspensión espesa comprendida de lignina a través de las válvulas de entrada en las cavidades de bomba. El experto nuevamente mostró que la presurización del tanque de mezclado (340) permitiría que la suspensión espesa comprendida de lignina pasaría a través de las válvulas de entrada a las cavidades de la bomba sin taponear las válvulas de entrada. Cuando la válvula de entrada que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta, permitió que una porción de la suspensión espesa comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba se cargará al reactor Parr 4575. Sin embargo, después de un tiempo de entre 25 y 30 minutos, las válvulas de entrada nuevamente se taponearon con lignina sólida de la suspensión espesa comprendida de lignina.

Experimentos 5 y 6 de bombeo de suspensión espesa Para el experimento 5, los inventores decidieron reemplazar las válvulas de entrada con válvulas de bola de 3 piezas Swagelok 60, modelo No. SS-62TS6. Las válvulas de salida fueron las mismas válvulas de sello de fuelle Swagelock usadas en los experimentos 3 y 4. Cuando la válvula de entrada que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta, permitió que una porción de la suspensión espesa comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba, que se hizo pasar subsiguientemente a través de la válvula de salida que corresponde a la primera cavidad de bomba y se cargará al reactor Parr. El proceso se corrió durante un período de aproximadamente dos días, tiempo en el cual las válvulas de salida se llegaron a taponear con lignina sólida de la suspensión espesa comprendida de lignina.

Para el experimento 6, las válvulas de entrada fueron las mismas válvulas de bola de 3 piezas Swagelok 60 como aquellas usadas en el experimento 5, sin embargo, los inventores decidieron reemplazar las válvulas de salida con válvulas de bola de 3 piezas Swagelok 60, modelo No. SS-62TS6. Cuando la válvula de entrada que corresponde a la primera cavidad de bomba se cambió a la posición abierta, permitió que una porción de la suspensión espesa comprendida de lignina en la primera cavidad de bomba, que se hizo pasar de manera subsiguiente a través de la válvula de salida que corresponde a la primera cavidad de bomba y se cargó al reactor Parr. La bomba entonces fue capaz de cargar continuamente la suspensión espesa comprendida de lignina en el reactor Parr sin taponear las válvulas de entrada ni las válvulas de salida. No fue necesario presurizar el tanque de mezclado (340) a fin de cargar el reactor.

Prevención de carbonización Una de las dificultades en cualquier proceso continuo de conversión de lignina es evitar la formación de carbón. La formación de carbón da por resultado rendimientos disminuidos de productos de conversión de lignina, e interrumpe la naturaleza continua del proceso de conversión de lignina, puesto que el proceso de conversión de lignina se debe parar y el carbón remover del reactor de conversión de lignina antes de continuar el proceso.

Los inventores descubrieron que, para evitar el carbón, la desoxigenación, que es la exposición de la lignina a hidrógeno como ya sea gas H2 o mediante un donador de hidrógeno, se presenta a una temperatura de conversión de lignina y una presión de conversión de lignina, en donde la temperatura de conversión de lignina está en el intervalo de mayor que el punto de ebullición de la composición líquida en el reactor a presión atmosférica y menor que la temperatura crítica de la composición líquida, con la presión de conversión de lignina que es mayor que la presión de burbuja de la composición líquida en el reactor a la temperatura de conversión de lignina, sujeta a la condición que la presión de conversión de lignina se seleccione para evitar la formación de carbonización.

La composición líquida del reactor es la composición de los componentes líquidos que se adicionan al recipiente. Por ejemplo, en una modalidad, la composición líquida es casi agua pura con especies disueltas. En el caso de agua pura, el hidrógeno vendrá del gas hidrógeno adicionado. En el caso de agua pura o agua sustancialmente pura, la presión de burbuja es la presión de vapor del agua a la temperatura de conversión de lignina. En otra modalidad, la composición líquida puede comprender agua y un donador de hidrógeno. Esta composición líquida tiene su propia presión de burbuja y temperatura crítica que forma el límite inferior y superior del intervalo de temperaturas, sometida a la condición adicional que la presión de condición de lignina se selecciones para evitar la formación de carbón después de dos ciclos de residencia, que se puede verificar visualmente al abrir el reactor después de dos ciclos de residencia y al observar la presencia o ausencia de carbón o carbonización, un residuo oscuro que reviste el reactor. El reactor también estará desprovisto de cualquier líquido.

Lo que se ha descubierto es que la presión de conversión de lignina también es una función de la cantidad de gas que sale del reactor. Entre mayor sea la cantidad de gas usado, tal como en gas hidrógeno o nitrógeno, mayor será la presión requerida. En el caso de un donador de hidrógeno, se usa menos gas y de esta manera se necesita una menor presión de conversión de lignina para impedir la carbonización.

La menor presión apropiada de conversión de lignina se puede establecer fácilmente de manera empírica como sigue. Se puede determinar la composición líquida cargada al reactor. La mayoría de los casos, será agua de la suspensión espesa y si se usan compuestos donadores de hidrógeno, si los hay. El diseño incluirá una velocidad de flujo para el gas que sale del reactor. En tanto que los cálculos se pueden hacer de manera manual, se puede usar un paquete comercial de simulación para determinar las condiciones de equilibrio de vapor-líquido (presión de burbuja) de la mezcla líquida. Esto se demuestra en la Tabla 2 que es la "presión calculada de reactor para agua líquida" que usa agua como el líquido. Como se puede ver por la tabla, los cálculos teóricos son una aproximación cercana, pero en el caso de agua, la presión real aún será mayor que la cantidad calculada en base a los componentes puros. Una vez que se determina la aproximación, la reacción se puede llevar a cabo durante dos ciclos de residencia, el recipiente se abre y se examina para carbonización. Si hay carbonización, se incrementa la presión de reacción hasta que no haya carbonización y de esta manera se somete a la condición de que no se forma carbonización después de dos ciclos de residencia.

Un ciclo de residencia a la cantidad de tiempo para producir los contenidos del reactor. Si el volumen de residencia es 4 L en el recipiente y el recipiente se está cargando a una velocidad de flujo volumétrico a condiciones de operación de 1 L/hr, el ciclo de residencia es de 4 horas y 2 ciclos de residencia son 8 horas. A 2 L/hr, el ciclo de residencia es 2 horas y 2 ciclos de residencia son 4 horas.

Como se demuestra anteriormente, el proceso de conversión de lignina debe presentarse a una temperatura de conversión de lignina, donde la temperatura de conversión de lignina está en el intervalo de mayor del punto de ebullición de líquido de suspensión espesa a presión atmosférica y menor que la temperatura crítica del líquido de suspensión espesa, sometido a la condición que la presión de conversión de lignina es mayor que la presión de burbuja de líquido de suspensión espesa a la temperatura de conversión de lignina y la presión de conversión de lignina se selecciona para evitar la formación de carbonización.

Para evitar la formación de carbonización, la presión de conversión de lignina se debe seleccionar de modo que la presión de conversión de lignina sea mayor que la presión de burbuja del líquido de suspensión espesa a la temperatura de conversión de lignina. La presión de burbuja es la suma de las presiones de vapor parciales de todos los componentes en el reactor de conversión de lignina.

Cuando el líquido de suspensión espesa está comprendido de agua, el proceso de conversión de lignina debe presentarse en una temperatura de conversión de lignina por abajo de la temperatura crítica del agua.

En general, el proceso de conversión de lignina se presentará a una temperatura de conversión de lignina en el intervalo de 190°C a 370°C. El intervalo de la temperatura de conversión de lignina se selecciona de manera preferente del grupo que consiste de 190°C a 370°C, 210°C a 370°C, 220°C a 360°C, 240°C a 360°C, 250°C a 360°C, 280°C a 360°C, 290°C a 350°C, y 300°C a 330°C.

Donde el líquido de suspensión espesa está comprendido de un donador de hidrógeno, el proceso de conversión de lignina puede presentarse a una temperatura de conversión de lignina en el intervalo de 190°C a 350°C con 200°C a 310°C que es más preferido, de 210°C a 300°C que es aún más preferido, y de 210°C a 280°C que es lo más preferido.

El donador de hidrógeno también se puede introducir en el reactor de conversión de lignina de manera separada de la suspensión espesa líquida. El donador de hidrógeno también puede venir el paso de conversión de carbohidratos, de esta manera la biomasa ligno-celulósica está generando su propio hidrógeno para el uso en el proceso. En este proceso, el donador de hidrógeno, tal como etilenglicol, se puede elaborar en el paso de conversión de carbohidratos de la Figura 3 y hacer pasar a la suspensión espesa líquida e introducir en el reactor de conversión de lignina mediante la corriente 325.

A fin de evitar la carbonización también es importante controlar la presión de conversión de lignina como se describe anteriormente. La presión de conversión de lignina está en un intervalo seleccionado preferentemente del grupo que consiste de 70 bar a 300 bar, 80 bar a 245 bar, 82 bar a 242 bar, 82 bar a 210 bar, 90 bar a 207 bar y 90 bar a 172 bar.

La conversión continua de lignina en la presencia de carbohidratos debe presentarse en una presión de conversión de lignina mayor que la presión de vapor en equilibrio teórico de agua a la temperatura de conversión de lignina. Se observó directamente que la carbonización se formó cuando la presión de conversión de lignina fue aún mayor que la presión de vapor de agua calculada a la temperatura de conversión de lignina que da cuenta del gas de salida que barre a través de la parte superior del líquido. No se observó carbonización cuando la presión de conversión de lignina fue sustancialmente superior que la presión de vapor de agua calculada a la temperatura de conversión de lignina. Lo que se descubrió es que para evitar la formación de carbonización en un proceso continuo, fue necesario mantener al menos una porción de los contenidos del reactor como un líquido, pero para hacerlo, se requirió presiones mucho mayores que lo esperado o lo que se habría previsto.

No se ve la formación de carbonización en las condiciones del reactor por lotes debido a que las condiciones de reactor por lotes están siempre a equilibrio teórico. Cuando el gas de salida de barrido se introduce en el proceso continuo, las condiciones de equilibrio no existen por más tiempo y la presión requerida para mantener al menos algunos de los contenidos del reactor como un líquido en el reactor de conversión de lignina es sustancialmente mayor que lo que enseñaría el conocimiento convencional o innovación. En tanto que se pueden hacer simulaciones de proceso para aproximarse inicialmente a la presión de conversión de lignina a las condiciones dadas, la presión mínima real de conversión de lignina se puede establecer fácilmente de manera empírica al incrementar la presión hasta que no se observe carbonización. Los que practiquen la invención están advertidos que el incremento en la presión puede ser grande dependiendo de las velocidades de flujo del reactor. Experimentos de Prevención de Carbonización Se aplicaron los siguientes procedimientos a través de todos los experimentos, a menos que se especifique de manera diferente.

Se adicionó agua des-ionizada a una composición rica en lignina obtenida del pre-tratamiento de biomasa ligno-celulósica para obtener una suspensión espesa comprendida de lignina que contiene un contenido de materia seca de 20 por ciento en peso de la masa de la suspensión espesa. La mezcla se insertó en un mezclador (Mezclador Waring, modelo HGBSSSS6) y se mezcló completamente de forma intermitente durante 10 minutos para alcanzar una suspensión espesa homogénea. La homogeneidad de la suspensión espesa se calculó a simple vista. La suspensión espesa se insertó en un tanque de mezclado con agitación constante. El tanque de mezclado fue un tanque de fondo de disco de acero inoxidable con un orificio de descarga de fondo conectado a una bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX que tiene dos cavidades de bomba. Las válvulas de entrada se insertaron entre el tanque de mezclado y las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX. La bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX se conectó por tubería a un reactor Parr 4575 con una cuchilla de turbina dual separada a 45°, espiral de enfriamiento, orificios separados de alimentación de suspensión espesa y gas y un tubo de inmersión de descarga. Las válvulas de salida se insertaron entre las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX y el reactor Parr.

Se insertó hidrógeno a una temperatura de 20°C en el reactor Parr para alcanzar una presión de 48.3 bar. El reactor Parr se calentó a una temperatura que corresponde a 90% de la temperatura de reacción y se inició el flujo continuo de hidrógeno en el reactor Parr. La presión se midió por medio de un transductor de presión (Ashcroft Tipo 62) conectado al reactor Parr.

La suspensión espesa comprendida de lignina se hizo pasar desde el tanque de mezclado a través de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX y al reactor Parr al abrir y cerrar las válvulas de entrada y salida de una manera que permite que la suspensión espesa comprendida de lignina pase de manera continua al reactor Parr.

Se llevaron a cabo experimentos de acuerdo a procedimientos descritos. Los parámetros experimentales se reportan en la Tabla 1.

Tabla 1 Parámetros Experimentales Se observaron grandes cantidades de carbonización sin agua líquida en los productos de reacción de los experimentos 1-3. No se observó ni carbonización ni agua líquida en los Experimentos 4-8.

Se cree que es necesario tener líquido presente, tal como agua en la fase líquida, para que la reacción progrese como lo opuesto en la descomposición.

Lo que se descubrió fue que aunque el reactor estuvo operando a una presión total del sistema (reactor) bien por arriba de la presión de vapor de agua a 340°C (146.1 bar) vs. la presión de gas, aún no hubo ni agua ni solvente presente.

Tabla 2. Comparación de Condiciones de Reactor Vs. Formación de Carbonización Retención ración de Catalizador Debido a que el catalizador de conversión de lignina está presente como partículas libres (625), y no en un lecho fijo, el catalizador de conversión de lignina se necesita separar de los productos de conversión de lignina. Las partículas de catalizador (625) se pueden separar de los productos líquidos de conversión de lignina después de que se remueven los productos líquidos de conversión de lignina del reactor de conversión de lignina (500) por filtración, asentamiento, centrifugación, centrifugación en tasa de sólidos, por cielón u otros procesos conocidos en la téenica. El catalizador separado ya sea entonces se re-introduce en el reactor de conversión de lignina para reacciones adicionales, se trata para reabastecimiento y luego se reutiliza o se descarta. Se conocen estos métodos tradicionales.

Se ha descubierto que las partículas de catalizador, libres (625) se pueden separar de los productos de conversión de lignina in situ, es decir dentro del reactor de conversión de lignina (500) en tanto que la conversión catalítica continua de la materia prima de lignina a los productos de conversión de lignina se está presentando. De esta manera, los productos de conversión de lignina se pueden separar de las partículas de catalizador (625) durante la conversión catalítica continua de una materia prima de lignina a productos de conversión de lignina.

Esta separación se hace por asentamiento por gravedad, en donde la velocidad lineal de fluido (metros /min) de los productos de conversión de lignina (líquido y gas) que dejan el reactor de conversión de lignina es menor que la velocidad de asentamiento lineal gravitacional de las partículas de catalizador (625) en la corriente de productos de conversión de lignina, líquida/gas que sale del reactor. Por lo tanto, en tanto que los productos de conversión de lignina que se remueven del reactor de conversión de lignina se remueven del reactor de conversión de lignina a una velocidad lineal menor que la velocidad de asentamiento de las partículas de catalizador (625) y desde un punto superior (con relación a la gravead) del nivel del líquido en el reactor, las partículas de catalizador se asentarán en el reactor de conversión de lignina.

El nivel del líquido del reactor de conversión de lignina está en la entrecara física de la fase líquida volumétrica y la fase gaseosa volumétrica del reactor de conversión de lignina (500). La fase gaseosa volumétrica es una fase gaseosa continua que tiene un peso específico que es menor que el peso específico de la fase líquida volumétrica. La fase gaseosa volumétrica puede tener gotas y líquido en la fase gaseosa volumétrica. Igualmente, la fase líquida volumétrica es una fase líquida continua y tendrá gases disueltos y burbujas de gas disueltas.

La altura con relación al nivel del líquido en el cual se remueven los productos de conversión de lignina del reactor de conversión de lignina, se llama la altura de desacoplamiento. La altura de desacoplamiento es mayor que la altura de viaje de las partículas de catalizador que es la altura de las partículas de catalizador (625) que alcanzarán cuando se transporten con los productos de conversión de lignina. Debido a que la velocidad de asentamiento de las partículas de catalizador es mayor que la velocidad de remoción de productos de conversión de lignina, las partículas de catalizador (625) eventualmente caerán de regreso al reactor de conversión de lignina (500) en tanto que la altura de desacoplamiento en la zona de asentamiento como se analiza más adelante es suficientemente grande con relación a la altura de viaje de modo que al menos la mayoría de las partículas de catalizador (625) no alcanzan el punto en el cual los productos de conversión de lignina se remueven del reactor de conversión de lignina.

En la práctica, en tanto que la velocidad de asentamiento de las partículas de catalizadores sustancialmente mayor que la velocidad de remoción de los productos líquidos de conversión de lignina, la altura de desacoplamiento debe ser suficientemente grande de modo que la mayoría de las partículas de catalizador (625) nunca alcanzan el punto en el cual se remueven los productos líquidos de conversión de lignina del reactor de conversión de lignina. Por ejemplo, donde los productos líquidos de conversión de lignina se remueven a través de un tubo de inmersión en forma de "L" que tiene una longitud principal de tubo de inmersión (612) y una longitud menor de tubo de inmersión (614) como se muestra en la Figura 4, el punto de desacoplamiento debe ser menor que la longitud menor de tubo de inmersión (614). Si la longitud menor de tubo de inmersión (614) es un metro, la velocidad de asentamiento de las partículas de catalizador es 1.2 metros por segundo, y la velocidad de remoción de productos líquidos de conversión de lignina es un metro por segundo, los productos líquidos de conversión de lignina alcanzarán la altura de desacoplamiento (que también es la longitud menor de tubo de inmersión (614)) en un segundo. Debido a que las partículas de catalizador (625) tiene una velocidad de asentamiento que es 0.2 metros por segundo mayor que la velocidad de los productos líquidos de conversión de lignina, las partículas de catalizador (625) viajarán hacia arriba del tubo de inmersión (610) a una velocidad que es 0.2 metros por segundo menor (0.8 por segundo en este ejemplo) a la que los productos líquidos de conversión de lignina viajan hacia arriba del tubo de inmersión. Como resultado, cuando los productos líquidos de conversión de lignina alcanzan la altura de desacoplamiento (que también es la longitud menor de tubo de inmersión (614)) de un metro después de un segundo, las partículas de catalizador (625) habrán viajado solo 0.8 metros. De esta manera, las partículas de catalizador nunca alcanzan la altura de desacoplamiento y se "asentarán" de regreso en el reactor de conversión de lignina (500).

Por el contrario, si la velocidad de asentamiento de las partículas de catalizador es menor que la velocidad de remoción de los productos líquidos de conversión de lignina, las partículas de catalizador (625) alcanzarán o excederán la altura de desacoplamiento y se removerán del reactor. Por ejemplo, si la velocidad de asentamiento de las partículas de catalizador es 0.8 metros por segundo y la velocidad de remoción de los productos líquidos de conversión de lignina es 1 metro por segundo, las partículas de catalizador (625) estarán viajando a una velocidad al menos igual a los productos líquidos de conversión de lignina. De esta manera, las partículas de catalizador alcanzarán la altura de desacoplamiento al menos al mismo tiempo como los productos líquidos de conversión de lignina, y se removerán de este modo del reactor de conversión de lignina (500) a través del tubo de inmersión (610).

En una modalidad preferida, el reactor de conversión de lignina tendrá una zona de agitación y una zona de asentamiento, también conocida como una zona de decantación. En la zona de asentamiento, la fase líquida del reactor se expone a menos agitación que en la zona de agitación. La zona de asentamiento se puede crear por el uso de un tubo de inmersión como se analiza más adelante. La parte interna del tubo de inmersión ve una agitación muy pequeña y de esta manera es la zona de asentamiento en esa modalidad. La zona de asentamiento también se puede crear al colocar deflectores por arriba del agitador pero por abajo del nivel de líquido para crear un punto fijo. Otra manera es tener un reactor o recipiente separado que no tiene agitación. Esta configuración se describe en la sección de columna de burbujas. Los productos de conversión de ligninas se remueven de la zona de asentamiento a una velocidad de remoción de productos de conversión de lignina. A fin de una remoción más eficiente del catalizador, la remoción de los productos de conversión de lignina se somete a la condición que para alcanzar el punto en el punto en el reactor de conversión de lignina que es más alto con relación a la gravedad que el nivel de líquido del reactor de conversión de lignina, los productos de conversión de lignina deben dejar la zona de agitación y pasar a través de una porción de la zona de asentamiento.

La Figura 4 demuestra una modalidad de los principios. En esta modalidad, el producto se remueve mediante un tubo de inmersión (610), donde los productos de conversión de lignina deben salir hacia arriba y hacia afuera del tubo de inmersión. Conforme los productos de conversión de lignina viajan hacia arriba del tubo, las primeras partículas de catalizador (625) viajan con estos. Sin embargo, la primera partícula de catalizador tendrá una velocidad terminal o de asentamiento, que es la velocidad a la cual la partícula cae a través de los productos líquidos de conversión de lignina del reactor. Si se observan partículas de catalizador (625) como que salen del tubo de inmersión (610), es una cuestión simple agrandar el diámetro del tubo de inmersión para reducir la velocidad de los productos de conversión de lignina con relación a la gravedad (desacelerar la velocidad) de modo que los productos de conversión viajen hacia arriba del tubo con relación a la gravedad a una velocidad menor que la velocidad a la cual las primeras partículas de catalizador están cayendo del tubo, manteniendo de este modo el catalizador en el reactor. Si se desea purgar el catalizador, o adicionar un nuevo catalizador de modo que se pueda remover el antiguo catalizador, se reducirá el diámetro del tubo (incremento de la velocidad de flujo) y hará que las partículas de catalizador (625) fluyan fuera del reactor de conversión de lignina (500). La remoción y reabastecimiento de catalizador se puede hacer de manera continua de modo que se remueve un porcentaje predeterminado de catalizador y se reabastece en una base continua.

En la práctica, las partículas de catalizador (625) variarán de tamaño y forma, cada una que tiene una diferente velocidad de asentamiento. Por lo tanto la velocidad preferida de remoción de productos de conversión de lignina es menor que la velocidad de asentamiento de al menos 75% en peso de las partículas de catalizador, con una velocidad de remoción de productos de conversión de lignina menor que la velocidad de asentamiento de al menos 85% en peso de las partículas de catalizador que es más preferido, con una velocidad de remoción de productos de conversión de lignina menor que la velocidad de asentamiento de al menos 90% en peso de las partículas de catalizador que es aún más preferido, con una velocidad de remoción de productos de conversión de lignina menor que la velocidad de asentamiento de al menos 95% en peso de las partículas de catalizador que es aún mucho más preferido, con una velocidad de remoción de productos de conversión de lignina menor que la velocidad de asentamiento de 100% en peso de las partículas de catalizador que es lo más preferido.

El "75% en peso de las partículas de catalizador" significa que 75% en peso de la cantidad total de catalizador en el reactor permanece en el reactor y 25% en peso de la cantidad total de catalizador en el reactor se remueve. De maneara alternativa, el por ciento es igual 100 *R/ [R+X] Donde R es la altura del catalizador que permanece, X es la altura del catalizador que sale o se remueve del reactor. El 100 es para hacer el número un por ciento.

Un experto puede ahora ver fácilmente como un sistema apropiadamente diseñado puede reabastecer continuamente el catalizador, por decir adicionar 5% en peso de nuevo catalizador en tanto que se remueve 5% en peso. De esta manera, el catalizador se está renovando constantemente. Experimentos de Retención de Catalizador Se llevaron a cabo experimentos para retener el catalizador en el reactor. Se aplicaron los siguientes procedimientos a todos los experimentos, a menos que se especifique de otro modo.

Se adicionó agua des-ionizada a una composición rica en lignina contenida del pre-tratamiento de biomasa ligno-celulósica para obtener una suspensión espesa comprendida de lignina que tiene un contenido de materia seca de 20 por ciento en peso de la masa de la suspensión espesa. La mezcla se insertó en un mezclador (Mezclador Waring, modelo HGBSSSS6) y se mezcló completamente de manera intermitente durante 10 minutos para alcanzar una suspensión espesa homogénea. La homogeneidad de la suspensión espesa se evaluó a simple vista. La suspensión espesa se insertó en un tanque de mezclado (340) con agitación constante. El tanque de mezclado (340) fue un tanque de fondo de disco de acero inoxidable con un orificio de descarga de fondo conectado a una bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX que tiene dos cavidades de bomba. Se insertaron válvulas de entrada (350) entre el tanque de mezclado (340) y las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX. La bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX se conectó por tubería a un reactor Parr 4575 equipado con una cuchilla de turbina separada 45° dual, espiral de enfriamiento, orificios separados de alimentación de suspensión espesa y gas y un tubo de inmersión de descarga de acero inoxidable (610) que tiene un diámetro exterior de 0.25 pulgadas (0.64 cm) y un diámetro interior de 0.152 pulgadas (0.38 cm). Se insertaron válvulas de salida entre las dos cavidades de bomba de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX y el reactor Parr.

La presión del reactor de conversión de lignina se controló por un regulador de retropresión Mity Mite Modelo 91 (BPR) colocado en la línea de descarga del reactor de conversión de lignina entre el reactor Parr y el receptor de productos. La presión de conversión de lignina se midió por medio de un transductor de presión (Ashcroft Tipo 62) conectado al reactor Parr.

El reactor Parr se cargó con 150 mL de agua desionizada antes de empezar los experimentos. La presión del reactor de conversión de lignina se incrementó a 48.3 bar por medio de hidrógeno 20°C. El reactor de conversión de lignina se calentó a 90% de la temperatura de conversión de lignina antes de cargar la suspensión espesa comprendida de lignina al reactor de conversión de lignina. Después de incrementar la temperatura a 90% de la temperatura de conversión de lignina, se hizo pasar agua desionizada adicional del tanque de mezclado (340) a través de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX en el reactor de conversión de lignina (500) a una velocidad de 2.8 mL/min. Se adicionó flujo de hidrógeno al reactor de conversión de lignina a una velocidad de 150 sccm. En este punto, la temperatura en el reactor de conversión de lignina se incrementó a 100% de la temperatura de conversión de lignina, y la presión del reactor de conversión de lignina se ajustó mediante el BPR a la presión de operación deseada como se refleja en los experimentos.

La suspensión espesa comprendida de lignina entonces se cargó al reactor a través de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX a una velocidad de 2.8 mL/min. La suspensión espesa comprendida de lignina se hizo pasar el tanque de mezclado (340) a través de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX y en el reactor Parr al abrir y cerrar las válvulas de entrada (350) y válvulas de salida (450) de una manera que permitió a la suspensión espesa de lignina pasar de manera continua al reactor Parr. Los productos de conversión de lignina se removieron continuamente del reactor de conversión de lignina (500) mediante el tubo de inmersión (610) y se enfriaron a aproximadamente 35°C antes de pasar a través del BPR. Después de pasar a través del BPR, los productos de conversión de lignina se recolectaron en un receptor de productos de acero inoxidable equipado con una línea de desfogue para permitir que los gases no condensables del reactor de conversión de lignina se separarán de los productos líquidos de conversión de lignina.

Se dejó que el reactor de conversión de lignina alcanzará condiciones de estado estable, y después de cuatro ciclos de residencia en el reactor, se recolectaron los productos de conversión de lignina en el receptor de productos durante aproximadamente un ciclo adicional de residencia en el reactor. En este momento, todas las corrientes de alimentación al reactor de conversión de lignina se detuvieron y el reactor de conversión de lignina se aisló del receptor de productos por medio de una válvula de aislamiento. El reactor de conversión de lignina se enfrió a aproximadamente 30°C y la presión se redujo a presión atmosférica al abrir una válvula de desfogue.

Los productos líquidos de conversión de lignina se mezclaron con una cantidad igual de éter ter-butílico de metilo (MTBE). Esta mezcla se filtró a través de un embudo Buchner equipado con un papel filtro Whatman #1.

Experimento 1 de Retención de catalizador Para el Experimento 1, se adicionó directamente catalizador de níquel esponja a la suspensión espesa comprendida de lignina dando por resultado una suspensión espesa comprendida de 13.5 por ciento en peso de lignina en una base seca y 7.0 por ciento en peso de catalizador de níquel esponja en una base seca. El catalizador de níquel esponja tiene un intervalo de tamaño de partícula entre 10 y 40 mm. El reactor de conversión de lignina se operó a 340°C y 156.4 bar, que está aproximadamente 10 bar por arriba de la presión de vapor de agua a 340°C. Las condiciones de operación, el tiempo promedio de residencia de la suspensión espesa comprendida de lignina fue de 53 minutos.

De manera sorprendente, después de que se detuvo el experimento y se filtraron los productos líquidos de conversión de lignina, se observó muy poco catalizador en el papel filtro, y en un caso, no se observó para nada catalizador. Donde se observó catalizador en el papel filtro, se observó como partículas finas de catalizador. Cuando se paró el reactor Parr y se abrió, se observó de manera sorprendente que casi todo el catalizador permaneció en el reactor de conversión de lignina.

Experimento 2 de Retención de 3atalizado:r_2 Para el Experimento 2, se cargaron directamente al reactor Parr 28 g en una base seca del catalizador de níquel esponja, junto con los 150 mL iniciales de agua desionizada, antes de empezar el experimento. No se adicionó cantidad de catalizador a la suspensión espesa comprendida de lignina antes de cargar la suspensión espesa comprendida de lignina al reactor de conversión de lignina. Como resultado, la suspensión espesa comprendida de lignina contuvo 15 por ciento en peso de lignina en una base seca. El rector de conversión de lignina se operó a 340°C y 173.4 bar, que está aproximadamente 17 bar por arriba de la presión de vapor de agua a 340°C. Se incrementó la velocidad de flujo de hidrógeno a 500 sccm. La velocidad de alimentación de la suspensión espesa y el tiempo de residencia promedio permanecieron igual como en el Experimento 1.

De manera sorprendente, después de que se detuvo el experimento y se filtraron los productos líquidos de conversión de lignina, se observó que la mayoría del catalizador permaneció en el reactor de conversión de lignina (500). En el papel filtro se observaron partículas finas de catalizador. También se observó de manera sorprendente que, donde se lograron mayores proporciones de conversión de lignina, se removió menos catalizador del reactor de conversión de lignina como se evidencia por menos catalizador presente en el papel filtro.

Se cree que la velocidad de asentamiento de las partículas de catalizador es mayor que la velocidad de la remoción de los productos de conversión de lignina del reactor de conversión de lignina (500) a través del tubo de inmersión (610). Esto da por resultado la retención sorprendente y ventajosa de catalizador en el reactor de conversión de lignina. Además, se cree que la naturaleza fibrosa tipo Velero™* de la composición rica en lignina en la suspensión espesa comprendida de lignina se unirá por sí mismo a las partículas de catalizador (625) y las removerá del reactor de conversión de lignina donde se logran menores niveles de conversión de lignina. Adicionalmente, se cree que, cuando se desea la remoción de todo o una porción del catalizador del reactor de conversión de lignina, todo o una porción del catalizador se puede remover del reactor Parr al disminuir el diámetro de longitud del tubo de inmersión, incrementado de este modo la velocidad de la remoción de productos de conversión de lignina del reactor Parr a un nivel mayor que aquel de la velocidad de asentamiento del catalizador.

Reactor de Columna de as Aunque el proceso se puede operar donde el reactor de conversión de lignina es un reactor de tanque de agitación continua (CSTR), el CSTR requiere una alta cantidad de entrada de energía y la alta presión requerida para convertir lignina en una base continua da por resultado un reactor irrazonablemente grande cuando se utiliza un CSTR. Se ha descubierto que un reactor de columna de burbujas requiere menos entrada de energía y permite un reactor más pequeño para un proceso continuo de conversión de lignina.

Una alternativa al CSTR es el reactor de lecho en ebullición, como se describe en la Patente de los Estados Unidos 4,240,644. Una versión de lecho en ebullición es un reactor de columna de burbujas. Un reactor de columna de burbujas consiste de al menos un cilindro vertical al menos parcialmente relleno con líquido. Se alimenta gas al fondo del cilindro a través de un tubo de alimentación de gas que provoca una corriente turbulenta ascendente de burbujas. En una modalidad preferida, el gas puede ser hidrógeno o nitrógeno. En una modalidad preferida, el líquido puede comprender agua. En una modalidad adicional, el líquido puede comprender un donador de hidrógeno. El flujo de gas puede ser gas nitrógeno o hidrógeno, a una velocidad suficiente para mantener las partículas de catalizador fluidizadas dentro de los componentes líquidos del reactor.

En una modalidad preferida, el reactor de columna de burbujas también comprenderá un distribuidor de gas en el fondo del cilindro vertical para permitir la distribución uniforme de las burbujas de gas. Un distribuidor preferido de gas está comprendido de un material que no se correo por los reactivos, tal como una malla de acero inoxidable.

Se puede alimentar una suspensión espesa comprendida de lignina al fondo del cilindro vertical a través de un tubo de alimentación de suspensión espesa. La cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina, alimentada al reactor de columna de burbujas se puede variar para lograr velocidades crecientes de conversión de lignina como se describe en la sección experimental posterior en base a la pre-temperatura, presión, flujo de hidrógeno, cantidad de catalizador y tiempo de residencia.

En una modalidad, se puede cargar una pluralidad de catalizadores al reactor de columna de burbujas a través del tubo de alimentación de suspensión espesa. En otra modalidad, se puede cargar una pluralidad de catalizadores directamente al reactor de columna de burbujas antes de cargar el hidrógeno y/o suspensión espesa comprendido de lignina al reactor de columna de burbujas.

El esquema del reactor para la columna de burbujas también puede incluir una segunda columna para el desacoplamiento de la lignina sólida sin reaccionar y del catalizador para que fluyan por gravedad al fondo de la columna de burbujas por reactor en ebullición y se vuelva a poner en contacto con gas fresco.

El reactor de columna de burbujas también puede comprender un elemento calentador que permite la regulación de la temperatura del reactor de columna de burbujas. De manera preferente, este elemento calentador comprende una pluralidad de espirales de calentamiento enrolladas alrededor del cilindro vertical. En una modalidad preferida, la temperatura del reactor de columna de burbujas está entre 220°C y 350°C. Las condiciones de temperatura y presión del reactor se deben seleccionar para impedir la formación de carbonización como se analiza anteriormente.

La presión del reactor de columna de burbujas se puede variar en base a la temperatura del reactor de columna de burbujas y a la velocidad de flujo de gas como se describe en la sección experimental posterior. En una modalidad preferida, la presión del reactor de columna de burbujas está entre 150 bar y 230 bar.

Se puede insertar un tubo de inmersión en la parte superior del cilindro vertical para remover una pluralidad de los productos de conversión de lignina a un receptor de productos.

En una modalidad, el reactor de columna de burbujas puede consistir de una pluralidad de cilindros verticales, cada uno que tiene un tubo separado de alimentación de gas, un tubo separado de alimentación de suspensión espesa y un tubo separado de inmersión.

Lo que se encontró, es que al utilizar un reactor de columna de burbujas en lugar de un CSTR, se pueden lograr cantidades significativas de ahorro de energía debido a la carencia de un elemento agitador separado. Adicionalmente, la columna de burbujas da por resultado mayores proporciones de conversión que un CSTR en tanto que convierte la suspensión espesa comprendida de lignina a productos similares. Experimentos del Reactor de Columna de Burbujas Los siguientes procedimientos se aplicaron a todos los experimentos, a menos que se especifique de manera diferente. Se adicionó agua des-ionizada a una composición rica en lignina obtenida del pretratamiento de biomasa ligno-celulósica para obtener una suspensión espesa comprendida de lignina que tiene un contenido de sólidos de materia seca de 5 por ciento en peso de la masa de la suspensión espesa comprendida de lignina. La mezcla se insertó en un mezclador (Mezclador Waring, modelo HGBSS6) y se mezcló completamente de manera intermitente a intervalos de treinta segundos (treinta segundos de mezclados seguido por treinta segundos sin mezclado) durante 10 minutos para alcanzar una suspensión espesa visualmente homogénea. (Ver sección Experimental que establece la capacidad del Mezclador Waring HGBSS6 para dispersar de manera homogénea en una base cuantitativa). La homogeneidad de la suspensión espesa comprendida de lignina se evaluó a simple vista.

La suspensión espesa comprendida de lignina se insertó en un tanque de mezclado con agitación constante. El tanque de mezclado fue un tanque de fondo de disco de acero inoxidable con un orificio de descarga de fondo conectado a una bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX que tiene dos cavidades de bomba. Se insertaron válvulas de bola de entrada entre el tanque de mezclado y las dos cavidades de bomba a la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX. La bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX se conectó por corriente (1510) a un reactor de columna de burbujas que tiene un diámetro interior (1540) de una pulgada (2.54 cm) una altura (1545) de treinta pulgadas (76.2 cm), un elemento calentador (1550), un distribuidor de gas (1570) comprendido de malla de acero inoxidable que tiene una longitud de dos pulgadas (5.08 cm), un tubo de alimentación de suspensión espesa (1560) en el fondo de la columna que tiene una longitud de seis pulgadas (15.24 cm) para alimentar la suspensión espesa de lignina al reactor de columna de burbujas y un tubo de inmersión (1565) que tiene una longitud de ocho pulgadas (20.32 cm) conectado a una línea de transferencia (1580) en la parte superior del reactor de columna de burbujas para la remoción de productos de reacción a un receptor de productos.

El receptor de productos se mantuvo a la misma presión como el reactor de columna de burbujas. El reactor de columna de burbujas contuvo además un desfogue (1520) conectado a un disco de ruptura (1521) y un transductor de presión (1522). El reactor de columna de burbujas contuvo además una concavidad térmica (1590) para medir la temperatura dentro del reactor de columna de burbujas durante el experimento.

La suspensión espesa comprendida de lignina se hizo pasar desde el tanque de mezclado a través de la bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX y al reactor de columna de burbujas al abrir y cerrar las válvulas de entrada y salida de la manera que permitió que la suspensión espesa de lignina pasará de manera continua al reactor de columna de burbujas.

Los inventores llevaron a cabo un conjunto de siete experimentos. Los resultados de estos experimentos se resumen posteriormente en la Tabla 3 y la Tabla 4.

Experimento 1 de Columna de Burbujas Para el Experimento 1, se cargaron 43 g de catalizador de Níquel Rancy (1500) directamente al reactor de columna de burbujas, junto con 150 g de agua líquida, antes de empezar el experimento. Se barrió hidrógeno a través del sistema continuamente a una velocidad de flujo de gas de 300 scc/m a través del tubo de alimentación de gas (1530) y en el distribuidor de gas (1570). El reactor de columna de burbujas se calentó a una temperatura del reactor de columna de burbujas de 310°C para lograr una presión objetivo del reactor de columna de burbujas de 165.5 bar. La suspensión espesa comprendida de lignina se alimentó al reactor de columna de burbujas a una velocidad de 3 mL/min. La suspensión espesa comprendida de lignina se alimentó continuamente a y se removió del reactor de columna de burbujas durante un período de cinco horas o un total de 4.1 ciclos de residencia de suspensión espesa comprendida de lignina a través del reactor. La cantidad total de suspensión espesa comprendida de lignina hecha pasar a través del sistema fue de 45 g. Cuando los inventores concluyeron el experimento, 11.1293 g de suspensión espesa sin reaccionar comprendida de lignina permaneció en el reactor de columna de burbujas, sin embargo, al remover la suspensión espesa si reaccionar comprendida de lignina de la columna de burbujas salpicó una cantidad desconocida.

Lo que se observó fue que los productos de conversión de lignina fueron aceites de fenol que fueron casi idénticos en composición como se mide por el espectrómetro de masas G.C., a los aceites de fenol producidos durante un proceso de conversión de lignina en un reactor de tanque de agitación continua (CSTR) (ver Figura 9).

La proporción de conversión de la suspensión espesa comprendida de lignina fue de 75.27%, no tomando en cuenta la cantidad desconocida de suspensión espesa sin reaccionar comprendida de lignina que salpicó.

Experimento 2 de Columna de Burbujas Para el Experimento 2, los inventores incrementaron la temperatura del reactor de columna de burbujas de 310°C a 318°C. La cantidad constante de suspensión espesa comprendida de lignina presente en el reactor de columna de burbujas después de alcanzar el supuesto estado estable durante el experimento fue de 15.2587 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el Experimento 1. Cuando los inventores concluyeron al experimento, 15.2587 g de la suspensión espesa sin reaccionar comprendida de lignina permaneció en el reactor de columna de burbujas.

Lo que se observó fue que la temperatura incrementada del reactor de columna de burbujas dio por resultado una proporción de conversión de la suspensión espesa comprendida de lignina de 66.09%.

Experimento 3 de Columna de Burbujas Para el Experimento 3, los inventores redujeron la cantidad de catalizador cargado al reactor de columna de burbujas de 43 g a 21.5 g. La cantidad constante de suspensión espesa comprendida de lignina presente en el reactor de columna de burbujas después de alcanzar el supuesto estado estable durante el experimento fue de 16.5924 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como del Experimento 2. Cuando los inventores concluyeron el experimento, 16.5924 g de suspensión espesa sin reaccionar comprendida de lignina permaneció en el reactor de columna de burbujas.

Lo que se observó fue que el catalizador reducido en el reactor de columna de burbujas dio por resultado una proporción reducida de conversión de la suspensión espesa comprendida de lignina de 63.13%.

Experimento 4 de Columna de Burbujas Para el experimento 4, los inventores incrementaron la presión del reactor de columna de burbujas de 166.49 bar a 172.4 bar y redujeron la velocidad de flujo de suspensión espesa de 3 mL/min a 2 mL/min. El tiempo total de corrida se incrementó a seis horas y cuarenta minutos, y la entrada total de la suspensión espesa comprendida de lignina se disminuyó a 40 g. El número de vueltas de la suspensión espesa comprendida de lignina a través del reactor de columna de burbujas disminuyó a 3.62. La cantidad total de suspensión espesa comprendida de lignina presente en el reactor de columna de burbujas después de alcanzar el supuesto estado estable durante el experimento fue 18.4116 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 2. Cuando los inventores concluyeron el experimento, 18.4116 g de suspensión espesa sin reaccionar comprendida de lignina permaneció en el reactor de columna de burbujas.

Lo que se observó fue que el flujo reducido de suspensión espesa dio por resultado a una menor proporción de conversión de la suspensión espesa comprendida de lignina de 53.97%.

Experimento 5 de columna de burbujas Para el experimento 5, los inventores redujeron adicionalmente la velocidad de flujo de la suspensión espesa de 2 mL/min a 1.2 mL/min. El tiempo total de corrida se incrementó a diez horas, y la entrada total de la suspensión espesa comprendida de lignina se disminuyó a 36 g. El número de ciclos de residencia de la suspensión espesa comprendida de lignina a través del reactor disminuyó a 3.26. La cantidad total de suspensión espesa comprendida de lignina presente en el reactor de columna de burbujas después de alcanzar el supuesto estado estable durante el experimento fue de 14.2125 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 4. Cuando los inventores concluyeron el experimento, permanecieron en el reactor de burbujas 14.2125 g de suspensión espesa sin reaccionar comprendida de lignina.

En los tiempos de cuatro horas, ocho horas y diez horas, el receptor de producto se despresurizó y se descargó. Después de cuatro horas, el receptor de productos contuvo 0.89 g de aceites de fenol. Después de ocho horas, el receptor de productos contuvo 3.25 g de aceites de fenol. Después de diez horas, el receptor de productos contuvo 0.97 g de aceites de fenol. Al termino del experimento, se observó adicionalmente que 2.4 g de aceites de fenol permanecieron presentes en la línea de transferencia. Cuando los sólidos residuales se drenaron del reactor de columna de burbujas, se filtraron, se lavaron con acetona y se rotoevaporaron, adicionalmente se observó que estuvo presente en los residuos sólidos 1 mg de aceites de fenol. En total, se recolectaron 8.51 g de aceites de fenol dando por resultado un % de rendimiento de aceite de fenol en base a la cantidad de suspensión espesa comprendida convertida de lignina de 39.06%. El % de rendimientos de aceite de fenol en base a la cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina cargada al reactor de la columna de burbujas fue de 23.64%.

Lo que se observó fue que, a pesar del flujo reducido de suspensión espesa, el tiempo total incrementado de la corrida dio por resultado una mayor proporción de conversión de la suspensión espesa comprendida de lignina de 60.52%.

Experimento 6 de columna de burbujas Para el experimento 6, los inventores incrementaron el flujo de gas a través del reactor desde 300 scc/m a 600 scc/m dando por resultado un incremento de la presión del reactor de columna de burbujas desde 172.4 bar a 187.2 bar. El tiempo total de corrida también se incrementó a doce horas. Esto dio por resultado una entrada total incrementada de suspensión espesa comprendida de lignina de 72 g. El número de ciclos de residencia de la suspensión espesa comprendida de lignina a través del reactor se incrementó a 7. La cantidad total de suspensión espesa comprendida de lignina presente en el reactor de columna de burbujas en cualquier momento durante el experimento fue de 23.5214 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 4. Cuando los inventores concluyeron el experimento, en el reactor de columna de burbujas permanecieron 23.5214 g de suspensión espesa comprendida de lignina.

En el tiempo de dos horas cuarenta minutos, cinco horas veinte minutos, ocho horas, diez horas y cuarenta minutos y doce horas, el receptor de producto se despresurizó y se descargó. Después de dos horas cuarenta minutos, el receptor de productos contuvo 1.43 g de aceites de fenol. Después de cinco minutos, el receptor de productos contuvo 3.27 g de aceites de fenol. Después de ocho horas, el receptor productos contuvo 2.64 g de aceites de fenol. Después de diez horas cuarenta minutos, el receptor de productos contuvo 4.7 g de aceites de fenol. Después de doce horas, el receptor de productos contuvo 3.57 g de aceites de fenol. Al termino del experimento, se observó adicionalmente que en la línea de transferencia permanecieron 9.29 g de los aceites de fenol. Cuando los sólidos residuales se drenaron del reactor de columna de burbujas, se filtraron, se lavaron con acetona y se rotoevaporaron, adicionalmente se observó que en los sólidos residuales estuvo presente 1.05 g de aceites de fenol. En total, se recolectaron 25.95 g de aceites de fenol dando por resultado un % de rendimiento de aceites de fenol en base a la cantidad de suspensión espesa convertida comprendida de lignina de 53.53%. El % de rendimiento de aceite de fenol en base a la cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina cargada al reactor de columna de burbujas fue de 36.04%.

Lo que se observó fue que la velocidad incrementada de flujo de gas dio por resultado una mayor proporción de conversión de la suspensión espesa comprendida de lignina de 67.33%. Adicionalmente, se observó que al incrementar la velocidad de flujo de gas se incrementó el porcentaje de rendimiento de aceites de fenol tanto en base a la cantidad de la suspensión convertida comprendida de lignina y de la cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina cargada al reactor de columna de burbujas.

Experimento 7 de columna de burbujas Para el experimento 7, los inventores incrementaron la temperatura del reactor columna de burbujas a 335°C dando por resultado una presión incrementada del reactor de columna de burbujas de 207.9 bar. Los inventores también incrementaron la cantidad de catalizador cargado al el reactor de columna de burbujas a 85 g y la velocidad de flujo de suspensión espesa de 2 mL/min a 3 mL/min. El tiempo total de corrida se disminuyó a cinco horas. Esto dio por resultado una entrada total de disminuida de la suspensión espesa comprendida de lignina de 45 g. El número de ciclos de residencia de la suspensión espesa comprendida de lignina, a través del reactor disminuyó a 4.3. La cantidad total de suspensión espesa comprendida de lignina presente en el reactor de columna de burbujas en cualquier momento durante el experimento fue de 12.082 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 6. Cuando los inventores concluyeron el experimento, en el reactor de columna de burbujas permanecieron 12.082 g de la suspensión espesa comprendida de lignina.

En el tiempo de dos horas, cuatro horas, y cinco horas, el receptor de productos se despresurizó y descargó. Después de dos horas, el receptor de productos contuvo 2.69 g de aceites de fenol. Después de cuatro horas, el receptor de productos contuvo 1.34 g de aceites de fenol. Después de cinco horas, el receptor de productos contuvo 0.36 g de aceites de fenol. Al agotamiento del experimento, se observó adicionalmente que en la línea de transferencia estuvieron presentes 11.92 g de aceites de fenol. Cuando los sólidos residuales se drenaron del reactor de columna de burbujas, se filtraron, se lavaron con acetona y se rotoevaporaron, adicionalmente se observó que estuvieron presentes 1.25 g de aceites de fenol en los sólidos residuales. En total, se recolectaron 17.56 g de aceites de fenol dando por resultado un % de rendimiento de aceites de fenol en base a la cantidad de lignina convertida de 53.34%. El % de rendimiento de aceites de fenol en base a la cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina cargada al reactor de columna de burbujas fue de 39.02%.

Lo que se observó fue que el incremento de la temperatura del reactor de columna de burbujas, la cantidad de catalizador y flujo de gas dieron por resultado una mayor proporción de conversión que cualquiera de los seis experimentos previos. Adicionalmente, se observó que la mayor proporción de conversión dio por resultado un % de rendimiento incrementado de aceites de fenol en base a la cantidad de suspensión espesa comprendida de lignina cargada al reactor de columna de burbujas, a pesar de no dar por resultado un % de rendimiento incrementado de aceites de fenol en base a la cantidad de lignina convertida.

Tabla 3 * Suspensión espesa total comprendida de lignina en el reactor de columna de burbujas es equivalente a la cantidad de suspensión espesa de lignina no convertida que permanece en el reactor de columna de burbujas en el cierre. En BC1, 11.1293 g de lignina no convertida permanecieron en el reactor de columna de burbujas, sin embargo se derramó una cantidad desconocida de lignina sin reaccionar en la remoción del reactor de columna de burbujas al final del experimento dando por resultado mediciones inexactas.

Tabla 4 * 11.1293 g de lignina no convertida permaneció en el reactor dando por resultado una proporción de conversión en el experimento BC1 de 75.27%, sin embargo, se derramó una cantidad desconocida de lignina sin reaccionar en la remoción del reactor de columna de burbujas al final del experimento dando por resultado mediciones inexactas.

El proceso de conversión de lignina se considera un proceso continuo debido a que los productos de conversión de lignina se remueven del reactor de conversión de lignina (500) de una manera continua. Los reactivos, tal como el componente de la suspensión espesa comprendida de lignina se introducen en general en el reactor de conversión de lignina de una manera continua también. "De una manera continua" no significa que la materia prima ni los productos se introduzcan o remuevan de manera continua a la misma velocidad. Por ejemplo, cuando solo se usa una bomba de pistón, la suspensión espesa comprendida de lignina se introduce en el reactor de conversión de lignina (500) en impulsos o alícuotas estables. De esta manera, hay momentos, cuando no hay producto entrando al reactor de conversión de lignina. Pero con el paso del tiempo, la masa introducida en el reactor de conversión de lignina es igual a la masa removida del reactor de conversión de lignina. Una característica distintiva entre un proceso continuo y un proceso por lotes es que, en el proceso continuo, la reacción se está presentando o progresando al mismo tiempo que se introducen ya sea las alimentaciones de los reactivos en el reactor de conversión de lignina y/o se remueven los productos de conversión de lignina del reactor de conversión de lignina. Otra manera de decir esto es que la conversión (por ejemplo, desoxigenación, o hidrogenación) en el reactor de conversión de lignina se presenta en tanto que simultáneamente, o al mismo tiempo, se remueve al menos una porción de los productos de conversión de lignina del reactor de conversión de lignina. Esta remoción se hace de una manera continua, que incluye una remoción por pulsos.

El proceso inventado convierte a la lignina en la materia prima a varios tipos de productos diferentes. Como se describe anteriormente, las condiciones del proceso se pueden establecer para producir una clase de compuestos a costa de otra clase de compuestos.

La conversión de lignina se puede considerar como una desoxigenación de lignina. La lignina se convertirá a un producto individual, pero a una pluralidad de productos de conversión de lignina. La materia prima que comprende lignina se expone a gas hidrógeno (H2) adicional que se puede adicionar de la manera convencional de acuerdo a la temperatura y presión del reactor de conversión de lignina. La pluralidad de productos de conversión de lignina puede estar desprovista de etilenglicol propilenglicol.

También habrá un primer catalizador presente en el reactor de conversión de lignina (500). La razón por la que se llama un primer catalizador es que puede haber un segundo catalizador adicionado al reactor de conversión de lignina o un segundo catalizador se puede utilizar para reaccionar adicionalmente los productos de conversión de lignina en un paso diferente. En tanto que puede haber un segundo catalizador, es posible en una modalidad que solo haya un catalizador, el primer catalizador. El reactor de conversión de lignina puede estar desprovisto de un segundo catalizador.

Los productos de conversión de lignina pueden comprender compuestos que se encuentran en combustible líquido, o los productos de conversión de lignina se pueden convertir adicionalmente a compuestos que comprenden combustible de avión.

El primer catalizador puede ser cualquiera de los catalizadores conocidos para catalizar la reacción de hidrógeno con lignina. El primer catalizador usado en el proceso de conversión es preferentemente un catalizador de metal elemental de esponja que comprende al menos un metal elemental de esponja creado por el proceso Rancy como se describe y reivindica en US 1,628,190, las enseñanzas de lo cual se incorporan en su totalidad. El proceso como se reivindica crea una aleación de al menos un primer metal y un segundo metal disuelve el segundo metal del primer metal, dejando atrás un primer metal elemental finamente dividido con alta área superficial. Esta alta área superficial frecuentemente se describe como una estructura de esponja. El primer catalizador preferido del proceso de conversión de lignina se conoce como níquel Rancy, o donde el metal elemental finamente dividido es níquel. Otro metal preferido es un metal seleccionado del grupo que consiste de paladio, platino, níquel, rutenio, rodio, molibdeno, cobalto y hierro. Debido a que el agua es una característica de la reacción, la estructura del catalizador, particularmente su soporte debe ser hidrotérmicamente estable. Debido a la naturaleza heterogénea, al menos una porción del primer catalizador está presente como una pluralidad de partículas, o en forma de partículas. Al menos una porción del primer catalizador, si no es que todo el primer catalizador, no está presente como un lecho fijo.

El primer catalizador puede estar o no soportado o no soportado, pero en general no está presente como un lecho fijo. Si se usa un catalizador de lecho fijo, la materia prima debe estar presente como un líquido como lo opuesto a una suspensión espesa de modo que los sólidos no taponen los poros del lecho fijo. La contemplación de un lecho fijo es parte de la concepción, debido a que se cree que muchos de los principios habilitadores o permisibles de este proceso son aplicables tanto a un materia prima de suspensión espesa como una materia prima líquida sin sólidos, o al menos menos de 1% en peso de sólidos, de una suspensión espesa donde los sólidos están presentes en un tamaño menor que los poros de lecho fijo.

La cantidad del primer catalizador se puede expresar por el peso del níquel elemental al peso seco de la materia prima de lignina, donde el peso del níquel elemental al peso seco de la lignina en el materia prima debe estar en el intervalo de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 2.0, con el intervalo de aproximadamente 0.3 a aproximadamente 1.5, que es más preferido con al menos aproximadamente 0.5 a 1.0 que es lo más preferido. En una modalidad, el proceso está desprovisto de una cantidad catalítica de un segundo catalizador.

El segundo catalizador, si se usa, puede ser cualquiera de los catalizadores normales de hidrogenación conocidos, con el segundo catalizador preferido que es el mismo como el primer catalizador. Cuando el segundo catalizador es el mismo como el primer catalizador, la cantidad del segundo catalizador es la misma como la cantidad del primer catalizador. Cuando se llevan a cabo simultáneamente la desoxigenación y deshidrogenación en el mismo recipiente, no hay segundo catalizador adicional, adicionado como el primer catalizador y su cantidad llega a ser el segundo catalizador para los propósitos de la reacción de deshidrogenación.

También hay una introducción preferida de un tercer catalizador, que es diferente del primero y segundo catalizadores. El tercer catalizador preferido es una zeolita que crea sitios heterogéneos para las reacciones para progresar en un ambiente ácido.

Catalizadores de óxido metálico cristalino Aunque los catalizadores de elementos metálicos de esponja creados por el proceso Rancy se pueden usar en este proceso, pueden tener muchas desventajas. Los catalizadores de metales elementales de esponja creados por el proceso Raney, tal como níquel Raney, requieren precauciones extremas antes, durante y después de la reacción. El níquel Raney, en particular, es un catalizador pirofórico, y se debe mantener en un ambiente acuoso a fin de evitar la combustión espontánea.

En una modalidad alternativa, el catalizador comprende un catalizador de óxido metálico cristalino. Los catalizadores de óxido metálico cristalino no son catalizadores pirofóricos, y se pueden manejar a condiciones ambientes diferentes del níquel Raney que requiere condiciones especiales de manejo y almacenamiento especial en un ambiente acuoso.

El catalizador de óxido metálico cristalino puede ser un catalizador de óxido mono-metálico cristalino o un catalizador de óxido bi-metálico cristalino. En una modalidad preferida, el catalizador de óxido metálico cristalino está en forma de nanopartículas que tiene un tamaño promedio de partícula de cristalito de menos de 250 nm, con un tamaño promedio de partícula de cristalito de menos de 150 nm, que es más preferido, un tamaño promedio de partícula de cristalito de menos de 100 nm que es aún más preferido y un tamaño promedio de partícula de cristalito de de menos de 50 nm que es lo más preferido.

Donde el catalizador es un catalizador de óxido mono-metálico cristalino, el metal se puede seleccionar del grupo que consiste de cesio, cobre, níquel, hierro, zinc y cobalto. Un catalizador de óxido mono-metálico cristalino preferido es óxido de níquel.

En una modalidad, el catalizador de óxido metálico cristalino es un catalizador de óxido bi-metálico cristalino. El catalizador de óxido bi-metálico cristalino se puede obtener de cualquiera de los procesos conocidos, y aun aquellos que se van descubrir. En general, un catalizador de óxido mono-metálico cristalino, tal como óxido de níquel, se impurifica con átomos de un segundo metal, tal como zinc, hierro o cobalto. En este proceso, algunas de las especies metálicas del catalizador de óxido mono-metálico cristalino se reemplazan con una diferente especie metálica, dando por resultado un catalizador de óxido de bi-metálico cristalino. El catalizador de óxido mono-metálico cristalino se puede impurificar con uno o más de un metal. Por ejemplo, el catalizador de óxido mono-metálico cristalino se puede impurificar con óxidos de metal de zinc y hierro.

Donde el catalizador es un catalizador de óxido bi metálico cristalino, el catalizador estará comprendido de al menos dos metales, en donde al menos uno de los metales se selecciona del grupo que consiste de platino, paladio, cesio, cobre, níquel, rutenio, rodio , oro, hierro, cobalto e iridio. Los catalizadores de óxido bi-metálico preferidos incluyen catalizadores bi-metálicos que comprenden óxido de níquel impurificado con al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste de cinc, hierro y cobalto.

En una modalidad preferida, el catalizador de óxido metálico cristalino está presente como partículas libres. En otra modalidad, al menos una porción del catalizador de óxido metálico cristalino puede estar presente en un proceso catalítico de lecho fijo.

De manera preferente, el catalizador de óxido metálico cristalino convertirá lignina a compuestos útiles en un solvente líquido. En una modalidad preferida, el solvente líquido es agua. En una modalidad alternativa, el solvente líquido es un solvente orgánico tal como metanol.

Los catalizadores de óxido metálico cristalinos también demuestran alto rendimiento de conversión de lignina a compuestos fenólicos, y son altamente selectivos hacia fenoles funcionalizados. Se corrieron experimentos que demuestran la capacidad de los catalizadores de óxido metálico cristalino para convertir lignina a compuestos fenólicos.

Experimentos de catalizador de óxido metálico cristalino La corriente de alimentación de lignina pre-tratada y suficiente agua de una fuente diferente de la corriente de alimentación de lignina pre-tratada para alcanzar una concentración de materia seca de 5 por ciento en peso, se insertaron junto con un catalizador en un mini reactor parr de 50 mL. Despues de que los materiales se insertaron en el reactor, el reactor se presurizó a aproximadamente 15 bar con nitrógeno, se agitó durante cinco minutos, y se desfogó.

El ciclo de purga se repitió dos veces más y luego dos veces con hidrógeno. Finalmente, el reactor se presurizó a 25°C a una presión de hidrógeno de 200 lb/pulg2 (13.61 at ) y luego se calentó con un material eléctrico a la temperatura de reacción. Una vez que la temperatura interna del reactor se estabilizó, el reactor se agitó durante el tiempo de reacción de 60 minutos. Una vez que se terminó el tiempo de reacción, el elemento calentador se removió y el reactor se dejó enfriar usando un baño de hielo. Una vez que el reactor se enfrió a una temperatura de 24°C, la muestra de gas se recolectó para análisis adicional y el reactor se desfogó hasta que se redujo la presión del reactor a 0 lb/pulg2 (0 atm).

Como un catalizador se usaron nanopartículas de óxido de níquel. El tamaño promedio de partícula de las partículas de catalizador de óxido de níquel se reportó del fabricante Sigma-Aldrich Co., LLC de St. Louis, Missouri, EUA. En ciertos experimentos, las nanopartículas de óxido de níquel se redujeron a níquel metálico en hidrógeno a 400°C durante dos horas antes de la carga al reactor. En otros experimentos, las nanopartículas de óxido de níquel no se redujeron en hidrógeno antes de la carga al reactor.

Al término del tiempo de reacción y enfriamiento y desfogue del reactor, los productos de reacción se removieron y analizaron para determinar la cantidad de lignina que se convirtió y el rendimiento de fenoles en los productos de conversión. La proporción de conversión se determinó al filtrar la mezcla de reacción, y la solución filtrada se extrajo usando diclorometano. La capa orgánica restante se rotoevaporaró, y los sólidos restantes se convirtieron en ceniza para determinar el porcentaje de conversión del proceso. Los productos restantes de conversión se enviaron por análisis de GC/MS para determinar el rendimiento de fenoles y el tipo de fenoles producidos.

Experimento 1 de óxido metálico cristalino Para el experimento 1, los inventores usaron nanopartículas reducidas de óxido de níquel. Se cargaron 0.8 g de catalizador al reactor junto con 1.5 g de lignina en la forma de una suspensión espesa de lignina. El solvente usado para crear la suspensión espesa fue agua desionizada. El reactor se calentó a una temperatura de reacción de 305°C y se inició en el tiempo cero. El reactor se presurizó adicionalmente a una presión de reacción de 200 lb/pulg2 (13.61 kg/cm2) con gas hidrógeno.

Al terminar el experimento, el perfil de los productos de reacción mostró que 83.0% de la lignina cargada al reactor se convirtió. Esto demostró que las nanopartículas de óxido de níquel se pueden utilizar como un catalizador para la conversión de lignina. o 2 de óxido metálico cristalino Para el experimento 2, los inventores mantuvieron todas las condiciones del experimento 1, excepto que se cargaron 0.918 g de catalizador al reactor junto con 2.5 g de lignina en la forma de una suspensión espesa de lignina.

Al término del experimento, el perfil de los productos de reacción mostró que 79.4% de la lignina cargada al reactor se convirtió. Sin embargo, el rendimiento de fenoles en base a los 79.4% de la lignina que se convirtió fue de solo de 16.6%. Esto demostró que las nanopartículas reducidas de óxido de níquel pueden producir aceites de fenol, pero no en un alto rendimiento con relación a la cantidad de productos de conversión. Se debe señalar que aquí solo 55% de la corriente de alimentación de lignina pre tratada cargada al reactor comprende lignina.

La GC/MS de los productos de reacción indica que las nanopartículas de óxido de níquel demuestran alta selectividad hacia fenoles "ligero" como lo opuesto a "pesado", los pesados que se definen como moléculas que tienen hidrocarburos de cadena larga y corta como productos secundarios.

Experimento 3 de óxido metálico cristalino Para el experimento 3, los inventores usaron una nanopartícula no reducida de óxido de níquel. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 1.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que 77.0% de la lignina cargada al reactor se convirtió. Esto demostró que las nanopartículas no reducidas de óxido de níquel convertirán lignina, pero que no lo han hecho tan eficientemente como las nanopartículas reducidas de óxido de níquel.

Experimento 4 de óxido metálico cristalino Para el experimento 4, los inventores usaron una nanopartícula no reducida de óxido de níquel. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 2.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que 68.8% de la lignina cargada al reactor se convirtió. También, los productos de reacción mostraron que se convirtió fenoles a 25.0% de los 68.8% de la lignina que se convirtió. Nuevamente, es importante señalar aquí que solo 55% de la corriente de alimentación de lignina pre tratada comprende lignina. Este es un incremento de 8.4% de rendimiento con respecto a las nanopartículas reducidas de óxido de níquel. Esto demuestra que, en tanto que las nanopartículas no reducidas de óxido de níquel no pueden proporcionar proporciones similares de conversión a las nanopartículas reducidas de óxido de níquel, las nanopartículas no reducidas de óxido de níquel están produciendo un mayor porcentaje de fenoles con relación a la cantidad de lignina convertida.

La GC/MS de los productos de reacción indica además que las nanopartículas no reducidas de óxido de níquel demuestran selectividad similar lejos de los pesados y hacia fenoles "ligeros" como las nanopartículas reducidas de óxido de níquel.

Experimento 5 de óxido metálico cristalino Para el experimento 5, los inventores disminuyeron la cantidad de nanopartículas no reducidas de óxido de níquel a 0.45 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 4.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que 61.8% de la lignina cargada al reactor se convirtió, pero que, de ese 61.8%, se ha convertido a fenoles el 23.3%.

Esto demuestra que, en tanto que la disminución de la cantidad de nanopartículas no reducidas de óxido de níquel puede disminuir la cantidad de lignina convertida, no reduce de manera significativa el rendimiento de fenoles encontrados en la lignina convertida. o 6 de óxido metálico cristalino Para el experimento 6, los inventores incrementaron la temperatura de reacción de 305°C a 315°C, e incrementaron la cantidad de nanopartículas no reducidas de óxido de níquel a 0.918 g. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 4.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que se convirtió 72.0% de la lignina cargada al reactor, pero que, de ese 72.0, solo 19.4% se ha convertido a fenoles. Esto demuestra que, en tanto que el incremento de la temperatura de reacción puede incrementar la cantidad de lignina convertida, tiene un impacto negativo en el rendimiento de fenoles encontrados en la lignina convertida.

Experimento 7 de óxido metálico cristalino Para el experimento 7, los inventores usaron metanol (MeOH) como el solvente para crear la suspensión espesa de lignina como lo opuesto a agua destilada. También, los inventores disminuyeron la temperatura de reacción de 305°C a 290°C. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 4.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que se convirtió 85.0% de la lignina cargada al reactor. Sin embargo, la presión final en el reactor antes del enfriamiento fue significativamente mayor que en el experimento 4 (1508 lb/pulg2 (102.6 atm) vs. 251 lb/pulg2 (17.1 atm). También, la GC/MS de los productos de conversión indicó que 13.0% de los productos de conversión fueron metano como lo opuesto a solo 1.3% para el experimento 4.

Esto demuestra que, en tanto que se puede usar metanol como un solvente en esta reacción, y que puede incrementar la cantidad de lignina convertida, también tiene el efecto perjudicial de producir más metano que cuando se usa agua destilada como el solvente.

Experimento 8 de óxido metálico cristalino Para el experimento 8, los inventores usaron una partícula cristalina de macro-tamaño no reducida de óxido de níquel como el catalizador. Todas las otras condiciones permanecieron igual como en el experimento 4.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que se convirtió 75.7% de la lignina cargada al reactor, pero que solo 10.6% de la lignina convertida fueron fenoles. Esto demuestra la necesidad de nanopartículas de óxido de níquel como lo opuesto a macropartículas de óxido de níquel cuando se busca convertir lignina a fenoles.

En la tabla 5 se reportan a continuación las condiciones de operación y los datos de conversión TABLA 5 15 Por medio de experimentación, los inventores obtuvieron nanopartículas de óxido de níquel que se han impurificado con otros óxidos metálicos (catalizadores de óxido bi-metálico cristalino). El promedio de partícula se reportó por el fabricante Sigma-Aldrich Co., LLC de St. Louis, Missouri, EUA. En la tabla 6 se reportan posteriormente las condiciones de operación y los datos de conversión para las nanopartículas de óxidos de níquel impurificadas con otros metales. Las condiciones de operación y los datos de conversión para el experimento 4 se incluyen para comparación de las nanopartículas de óxidos de níquel impurificadas con otros metales a aquellas que no se han impurificada con otros metales.

Experimento 9 de óxido metálico cristalino Para el experimento 9, los inventores obtuvieron nanopolvo de óxido de cobalto-níquel (Ni-CoO) número 634360-25G de Sigma-Aldrich. Este catalizador tiene un tamaño promedio de partícula de menos de 150 nm. Todas las otras condiciones de operación permanecieron igual como en el experimento 4.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que se han convertido 68.7% de la lignina, y que 23.2% de la lignina convertida fueron fenoles. La GC/MS de los productos de reacción indica además la selectividad hacia fenoles "ligeros" como se ve en el experimento 4. Esto demuestra que no hay diferencia significativa en el porcentaje de conversión, rendimiento de fenoles o tipo de fenoles producidos entre las nanopartículas de óxido de níquel y las nanopartículas de óxido de níquel impurificadas con óxido de cobalto. o 10 de óxido metálico cristalino Para el experimento 10, los inventores obtuvieron nanopolvo de óxido de níquel-hierro (Fe-NiO) número 637149-25G de Sigma-Aldrich. Este catalizador tiene un tamaño promedio de partícula de menos de 50 nm. Todas las otras condiciones de operación permanecieron igual como en el experimento 4.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que 67.8% de la lignina se ha convertido, pero que solo 17.3% de la lignina convertida fueron fenoles. La GC/MS de los productos de reacción mostró adicionalmente selectividad hacia fenoles "ligeros" como se ve en el experimento 4. Esto demuestra que las nanopartículas de óxido de níquel impurificadas con óxido de hierro no funcionan tan bien para convertir lignina a fenoles como las nanopartículas de óxido de níquel.

Experimento 11 de óxido metálico cristalino Para el experimento 11, los inventores obtuvieron nanopolvo óxido de hierro-níquel-zinc (Zn-Ni-FeO) número 641669-10G de Sigma Aldrich. Este catalizador tiene un tamaño promedio de partícula de menos de 100 nm. Todas las otras condiciones de operación permanecieron igual como en el experimento 4.

Al término del experimento, los productos de reacción mostraron que se han convertido 67.8% de la lignina, y que, de manera sorprendente 37.2% de la lignina convertida fueron fenoles. La GC/MS de los productos de reacción indica además que la selectividad hacia fenoles "ligeros" como se ve en el experimento 4. Esto demuestra que las nanopartículas de óxido de níquel impurificadas con zinc y hierro son altamente deseables cuando se busca convertir lignina a fenoles.

¡ - . - . · . · , . · ' Solventes donadores de hidrógeno Una vez que se ha convertido la corriente de alimentación de lignina a una corriente de alimentación de lignina convertida, la corriente de alimentación de lignina convertida se puede convertir adicionalmente en un producto de lignina convertida aromática. La corriente de alimentación de lignina convertida adecuada para este proceso comprenderá productos derivados de la lignina de la biomasa ligno-celulósica. Típicamente, el producto derivado de la lignina de una biomasa ligno-celulósica es un aceite de fenol que es el término usado para describir la composición que consiste de todos los fenoles en la corriente de alimentación de lignina convertida.

La corriente de alimentación de lignina convertida se combina con una especie o múltiples especies de moléculas. Estas moléculas donadoras de hidrógeno, consideradas reactivos, se pueden seleccionar del grupo que consiste de moléculas donadoras de hidrógeno producidas de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida, moléculas donadoras de hidrógeno derivadas de una fuente diferente de una corriente de producto de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida y mezclas de estos.

Una molécula donadora de hidrógeno dona al menos un átomo de hidrógeno, ambos de los cuales se consumen durante el proceso. Los ejemplos de moléculas donadoras de hidrógeno son aquellos compuestos seleccionados del grupo que consiste de polioles alifáticos que tienen la fórmula de H-[HC-0H]nH, donde n es un número entero de 2 a 10, incluido en este grupo están sorbitol (n = 6), glicerol (n = 3), xilitol (n = 5) y etilenglicol (n = 2). De esta manera, la molécula donadora de hidrógeno se puede seleccionar del grupo que consiste de sorbitol, glicerol, xilitol y etilenglicol.

Otro grupo de moléculas donadoras de hidrógeno son aquellas moléculas que tienen la fórmula de: Donde Rx se selecciona del grupo que consiste de -OCH2, -H, y -OH y R2 se selecciona del grupo que consiste de -CH3 -CH2-CH3, -CH2-CH2-CH3 y -CH2-CH2-CH2-CH3.

Otro grupo de moléculas donadoras de hidrógeno son aquellas moléculas que tienen la fórmula de: Donde R se selecciona del grupo que consiste de -CH3, -CH2-CH3 -CH2-CH2-CH3, y -CH2-CH2-CH2-CH3.

Las moléculas donadoras de hidrógeno no son preferentemente moléculas que producen un aldehido como uno de los productos de conversión final del proceso de donación. Los alcoholes terminales tal como las moléculas de metanol y propanol producen un aldehido como uno de los productos de conversión final del proceso de donación. Se prefiere que las moléculas donadoras de hidrógeno no produzcan un aldehido como uno de los productos de conversión final del proceso de donación debido a que el aldehido crea productos secundarios en el procesamiento posterior.

Las moléculas donadoras de hidrógeno también se pueden suministrar de una corriente de producto de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida, en donde la corriente de producto incluye ciclohexanol y ciclohexanoles sustituidos. Las moléculas donadoras de hidrógeno seleccionadas de una fuente diferente de los productos de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida incluyen isopropanol, etilenglicol, glicerol, ciclohexanol y ciclohexanoles sustituidos. En una modalidad más preferida, la molécula donadora de hidrógeno es isopropanol. En una modalidad aún más preferida, la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno comprenden una mezcla de ciclohexanol y ciclohexanoles sustituidos del producto de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida y ciclohexanol y ciclohexanoles sustituidos de una fuente diferente del producto de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida. En una modalidad más preferida, la molécula donadora de hidrógeno es ciclohexanol y ciclohexanoles sustituidos derivados de, y separados de, la corriente de alimentación de lignina convertida durante un proceso anterior. En una modalidad, la molécula donadora de hidrógeno está presente con agua también.

La cantidad requerida de moléculas donadoras de hidrógeno o mezcla de estas se puede determinar por la relación en moles de los moles de moléculas donadoras de hidrógeno a moles de aceite de fenol donde el aceite de fenol se asigna a un peso molecular promedio de 150 g/mol. La relación en moles de los moles de las moléculas donadoras de hidrógeno a los moles de aceite de fenol debe estar preferentemente en el intervalo de entre 2.0:1.0 y 10.0:1.0 con un intervalo de entre 3.0:1.0 y 9.0:1.0, que es aún más preferido, una intervalo de entre 4.0:1.0 y 8.0:1.0 que es aún más preferido y un intervalo de entre 5.0:1.0 y 7.0:1.0 que es lo más preferido.

El papel del gas H2 se ha encontrado que actúa como una impurificación a la conversión a productos aromáticos. De esta manera, la cantidad de gas H2, si se adiciona a la reacción, se debe mantener a menos de 25% de la cantidad total de átomos de hidrógeno [H] y moléculas de H2 usadas en el proceso que representa la siguiente fórmula: 100 < 25% La corriente de alimentación líquida convertida y de las moléculas donadoras de hidrógeno se exponen a un catalizador metálico, preferentemente un catalizador que contiene níquel. Los ejemplos de catalizadores que contienen níquel se describen en la presente e incluyen los catalizadores heterogéneos de níquel Rancy y catalizadores heterogéneos y homogéneos de óxido de níquel.

La relación de mmol de moléculas donadoras de hidrógeno a mmol de metales catalizadores se prefiere que estén en el intervalo de entre 1.0:1.0 y 5.0:1.0 con un intervalo de entre 1,2:1.0 y 4.0:1.0, que es más preferido y un intervalo de entre 1.5:1.0 y 3.0:1.0 que es lo muy preferido. Solo los mmol de metales en el catalizador se usan para calcular los mmol de catalizador.

Los materiales se exponen entre sí a una temperatura de reacción en el intervalo de 190°C a 350°C, con 200°C a 310°C que es más preferido, con 210°C a 300°C que es aún más preferido y 210°C a 280°C que es lo muy preferido. El tiempo de reacción depende de la cantidad de catalizador en peso, la temperatura de reacción y los moles de moléculas donadoras de hidrógeno (sin gas H2). En general esto está en el intervalo de 15 minutos a 6 horas, pero son concebibles tiempos de 10 minutos a 15 horas.

Lo que se ha descubierto y demostrado en la sección experimental es que cuando las temperaturas de reacción son severas (>190°C o >200°C), la cantidad de productos aromáticos de reacción cambia inesperadamente de menos de 5% de los productos de reacción a más de 20% de los productos de reacción con más de 30% de los productos de reacción que es lo más preferido, a más de 40% de los productos de reacción que es aún más preferido y la mayoría de los productos de reacción (mayor de 50% de los productos de reacción) que es lo muy preferido.

El proceso se puede correr tanto en el modo por lotes como continuo. En el modo continuo el producto se está removiendo del recipiente de reacción en tanto que se está presentando la reacción. Cuando se indica, los ejemplos se produjeron en un reactor térmico agitado continuo, un CSTR, aunque para un proceso continuo se puede usar cualquier reactor capaz de remover el producto de recipiente de reacción en tanto que se está presentando la reacción.

Puesto que la lignina frecuentemente viene con carbohidratos intratables, puede ser preferible tratar la materia prima primero con un paso de conversión de carbohidratos. La fermentación es este paso de conversión de carbohidratos. Otro paso de conversión de carbohidratos e incorporado en la figura 1 es crear una materia prima lignina en suspensión espesa comprendida de carbohidratos y lignina, alimentarla a un reactor de conversión de carbohidratos como se describe en la las publicitaciones de patente de los Estados Unidos Nos. US2011/312487, US2011/312488 y US2011/0313212 al presurizar la materia prima de suspensión espesa como se describe en esta especificación y alimentarla a una primera zona de reacción y a) poner en contacto, la materia prima de suspensión espesa de lignina de una manera continua, en una primera zona de reacción, hidrógeno, agua, con un catalizador para generar una corriente de efluente que comprende al menos un poliol, hidrógeno, agua y al menos un co-producto, en donde el hidrógeno, agua y materia prima que comprende celulosa están fluyendo de una manera continua, y en donde el catalizador consiste esencialmente de al menos dos componentes metálicos activos seleccionados del grupo que consiste de: (i) Mo, W, V, Ni, Co, Fe, Ta, Nb, Ti, o, Zr y combinaciones de los mismos en donde el metal está en el estado elemental o el metal es un compuesto de carburo, un compuesto de nitruro, o un compuesto de fosfuro; (ii) Pt, Pd, Ru, y combinaciones de esto, en donde el metal está en el estado elemental; y (iii) cualquier combinación de (i) y (ii); b). separar hidrógeno de la corriente de efluente y recielar al menos una porción del hidrógeno separado a la zona de reacción; c). separar agua de la corriente de efluente y reciclar al menos una porción del agua separada a la zona de reacción; y d). recuperar el poliol de la corriente de efluente o pasar el poliol a lo largo como la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno.

Dependiendo de la operación y selección del catalizador esto producirá una mezcla de polioles tal como etilenglicol y propilenglicol, que se pueden usar conjuntamente como la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno.

Experimentos de Donador de Hidrógeno Los experimentos posteriores establecen la capacidad para moléculas de donadoras de hidrógeno para convertir una corriente de alimentación de lignina convertida a un producto que comprende una mayoría de los productos de conversión como compuestos aromáticos que se refieren como un reformado.

Tabla 7: Fenol a reformado (compuestos aromáticos) sin hidrógeno (¾) externo Los mmol del aceite de fenol se calcula como sigue: la cantidad de aceite de fenol consiste de todos los fenoles (típicamente 5 tipos diferentes de unidades de fenol están presentes, pero con una unidad de alquil-fenol de estructura similar). El aceite de fenol tiene un peso molecular promedio asignado de 150.0 g/mol que se usa como la unidad repetitiva cuando se calcula la cantidad de mmol de aceite de fenol en la mezcla cruda, de este modo 5.0 g de fenol tiene 33.3 mmol de fenoles.

Los siguientes conjuntos de datos establecen de manera experimental la capacidad en la transferencia de hidrógeno y/o el proceso donador de hidrógeno para producir una corriente rica aromática de alta selectividad con relación a la téenica anterior.

Los experimentos se clasifican en tres tablas. La tabla 7a es la caracterización en bruto del proceso por lotes operado en una corriente de alimentación derivada como se describe anteriormente. Las condiciones de reacción en el proceso por lotes fue usar 2.0 mmol de aceite de fenol por cada 1.Og de Ni Rancy húmedo 2800 que tiene una relación 1:1 en peso de níquel a H2O.

Tabla 7a - Ejemplos de trabajo - Lotes r-o c 15 La Tabla 7b es la caracterización en bruto de las alimentaciones y menores temperaturas de la téenica anterior, como se indica en la tabla 7b. Las condiciones de reacción de acuerdo a la técnica anterior fueron 0.2 g de una alimentación modelo de compuesto de fenol y 1.0 g de Ni Rancy húmedo 2800 que tiene una relación 1:1 de gramos de níquel a gramos de H2O.

Tabla 7b - Ejemplos comparativos de la teenica anterior - lotes aRerencia: Rinaldi et al. Energy Environ, Sci. 2012, 5, 8244-8260; NA. No disponible; presión : atmosférica En la Tabla 8 , se demuestra la distribución y alto rendimiento de los productos aromáticos . Por ejemplo, de la cantidad total de productos de la reacción, los productos aromáticos comprendieron 48 .97% de los productos cuando el etilenglicol fue el donador de hidrógeno . Notablemente , el benceno es 15% de los aromáticos cuando el ciclohexanol es el donador .

Tabla 8 : Distribución de productos de los productos de reacción por lotes EG : etienglicol ; IPA: alcohol isopropí lico ; CH : ciclohexanol ; GY r glyierol ; B : benceno ; T : tolueno; EB : etilbenceno ; PB :propilbenceno ; X : xilenos ; CA: Cicloalcoholes ; CK : Cicloalcanos * Conv. (%) es el porciento de fenoles convertidos durante la reacción. ** productos hidrogenados (%) es el porciento de productos convertidos que están hidrogenados. *** productos pesados se definen como moléculas que tienen hidrocarburos de cadena larga y corta como productos secundarios.

El proceso se aumentó a escala a una reacción continua bajo las siguientes condiciones.

Conversión de aceite de fenol con solvente donador de H en CSTR Experimento CSTR 1 Experimento CSTR 2 Experimento CSTR 3 Experimento CSTR 4 Velocidad de flujo de 1.80 ml/min a 20°C=2.54ml/min Experimento CSTR 5 - Experimento CSTR 6 La tabla 9 muestra la diferencia entre los procesos de reacción por lotes y CSTR Tabla 9: lotes vs CSTR u rj-i EG:etilenglicol; IPA; alcohol isopropílico; CH»ciclohexanol:B:benceneo T.tolueno; EB:etilbenceno; to PBrpropilbenceno; X:xilenos; CA:Cicloalcoholes; CK: Cicloalcanos * Cony. % es el porciento de fenoles convertidos durante la reacción.

** Productos hidrogenados (%) es el porciento de productos convertidos que son hidrogenados.

*** Productos pesados se definen como moléculas que tienen hidrocarburos de cadena larga y corta como productos secundarios. 15 Como se analiza en la presente, el proceso anterior se puede preceder por un proceso de conversión de carbohidratos que se alimenta por biomasa ligno-celulósica.

El proceso anterior puede usar una materia prima de una planta comercial de etanol lignocelulósico, pero al mismo tiempo es suficientemente flexible para usar materias primas que contienen lignina de otros procesos. La materia prima actual se deriva de una biomasa ligno-celulósica que se presenta de manera natural, después de que la mayoría de la fracción de carbohidratos se ha convertido biológicamente a etanol. El contenido de azufre de la materia prima es cercano de cero, y en consecuencia no se requiere de desulfuración para obtener combustibles de avión (en contraste a una materia prima fósil).

En la mayoría de los procesos de biocombustibles de segunda generación, el co-producto de lignina se recolecta después de la destilación y se usa como combustible de caldera para generar vapor y energía. Esto no es necesariamente el mejor uso de estos residuos ricos en lignina (LRR).

El proceso contemplado es uno en el cual la biorrefinería produce etanol (o algún otro producto) de la fracción de carbohidratos de la biomasa ligno-celulósica en tanto que los LRR se utilizan como una materia prima para combustibles y productos químicos producidos usando al menos el proceso anterior, si no otros para la conversión de lignina.

Por ejemplo, el etilenglicol usado en el proceso de solvente donador de hidrógeno vendrá de la conversión de los carbohidratos a etilenglicol como se describe en la téenica. Son bien conocidos también otros alcoholes. La conversión de carbohidratos puede ser catalítica o enzimática. Debido a que el proceso de conversión de lignina no usa donadores puros de hidrógeno, no es necesaria la necesidad de purificar los productos de conversión de carbohidratos, tal como etilenglicol.

La pluralidad de productos de conversión comprende de manera preferente al menos un producto seleccionado del grupo que consiste en dióxido de carbono, metano, etano, fenoles, benceno, tolueno, y xilenos.

Debe ser evidente de la figura 4 como se puede operar el proceso de reacción como un reactor de tanque agitado continuo-CSTR.

La invención dada a conocer por la separación in situ usando un tubo de inmersión es aplicable a casi cualquier sólido-líquido donde los sólidos estén presentes como partículas finamente dispersadas. Este aspecto de la invención no se limita a un proceso de conversión de lignina.

Otra modalidad del proceso es que la pluralidad de productos de conversión de lignina se enfrían después de dejar el reactor separando el vapor de líquido y sólidos, con el regulador de retro-presión (700) localizado después del separador de líquidos-sólidos (600), ahora se puede controlar la presión del proceso de conversión de lignina.

La temperatura de los productos de conversión de lignina generados por el proceso de conversión de lignina es sustancialmente mayor que la temperatura de los procesos de vapor, remojo y fermentación del pre-tratamiento y procesos de conversión de carbohidratos que precederán al proceso de conversión de lignina. Los inventores contemplan claramente que en la operación integrada o co-colocada que el calor de los productos de conversión de lignina se pueden transferir a los procesos de remojo, pre-tratamiento con vapor, hidrólisis, y/o fermentación del proceso de pre-tratamiento.

Una vez que se obtienen estos productos líquidos de conversión de lignina, entonces se pueden convertir de manera subsiguiente a varias materias primas químicas diferentes y compuestos intermedios. Uno compuesto intermedio preferido es al menos un compuesto intermedio de poliéster seleccionado del grupo que consiste de etilenglicol, ácido tereftálico y ácido isoftálico. Una vez que se produce el compuesto intermedio, la conversión del compuesto intermedio a poliéster y artículos subsiguientes, tal como botellas de bebidas carbonatadas, botellas de cerveza, y otros artículos de envasado se pueden lograr usando las téenicas convencionales conocidas en la actualidad y aquellas aun no inventadas.

Puesto que la lignina frecuentemente viene con carbohidratos intratables, puede ser preferible tratar la materia prima primero con un paso de conversión de carbohidratos para obtener productos de conversión de carbohidratos. En una modalidad preferida, los productos de conversión de carbohidratos se seleccionan del grupo que consiste de alcoholes, polioles, glucanos, gluco-ligninas y celulosa.

La fermentación es uno de estos pasos de conversión de carbohidratos. Otro paso de conversión de carbohidratos e incorporado en la figura 1 es crear una materia prima de suspensión espesa comprendida de carbohidratos y lignina, alimentarla a un reactor de conversión de carbohidratos descrito en US2011/312487 y US2011/312488 y US2011/0313212 al presionar la materia prima de suspensión espesa como se describe en la especificación y al alimentarla en una primera zona de reacción y a) poner en contacto, la materia prima de suspensión espesa de lignina de una manera continua, en una primera zona de reacción, con hidrógeno, agua, y un catalizador para generar una corriente de efluente que comprende al menos un poliol, hidrógeno, agua y al menos un co-producto, en donde el hidrógeno, agua y materia prima que comprende celulosa están fluyendo de una manera continua, y en donde el catalizador en la primera zona de reacción consiste esencialmente de al menos dos componentes metálicos activos seleccionados del grupo que consiste de: (i) Mo, W, V, Ni, Co, Fe, Ta, Nb, Ti, o, Zr y combinaciones de estos en donde el metal está en el estado elemental o el metal es un compuesto de carburo, un compuesto de nitruro, o un compuesto fosfuro; (ii) Pt, Pd, Ru, y combinaciones de estos en donde el metal está en el estado elemental; y (iii) cualquier combinación de (i) y (ii); b) separar el hidrógeno de la corriente efluente y recielar al menos una porción del hidrógeno separado a la zona de reacción; c) separar el agua de la corriente de efluente y reciclar al menos una porción del agua separada a la zona de reacción; y d) recuperar los polioles de la corriente efluente.

Después de recuperar los carbohidratos convertidos, tal como los polioles de la corriente efluente, para crear una corriente secundaria de materia prima que comprende lignina, la corriente secundaria de materia prima que comprende lignina se puede presurizar nuevamente opcionalmente y alimentar al reactor de conversión de lignina (500) para convertir la lignina en los fenoles y otros componentes en la pluralidad de productos de conversión de lignina.

En una modalidad preferida, los polioles, tal como etilenglicol y propilenglicol se pueden usar como un donador de hidrógeno para convertir la lignina a productos de conversión de lignina. En otra modalidad, el hidrógeno de la corriente de efluente se puede usar como una fuente de hidrógeno para convertir la lignina a productos de conversión lignina. También, se puede recielar o reutilizar el agua de la corriente de efluente como agua de tratamiento para pretratar la materia prima de la biomasa ligno-celulósica.

Ahora que se han explicado las operaciones fundamentales, se puede ir a la figura 1 para describir una modalidad y sus variaciones. Como se representa en la figura 1, la conversión de la biomasa ligno-celulósica puede empezar ya sea con biomasa ligno-celulósica pre-tratada (20A o 20B) o biomasa ligno-celulósica no tratada (10A o 10B). La corriente A se alimenta en un proceso opcional de conversión de carbohidratos para convertir los carbohidratos a productos útiles antes de la conversión de la lignina. La materia prima elegida entra al reactor de conversión de carbohidratos (100) mediante la corriente (110). En (120) se adicionan reactivos adicionales, tal como hidrógeno. Si la biomasa ligno-celulósica se adiciona como una suspensión espesa y se usa un catalizador, aplican los principios de manejo descritos para crear el proceso continuo y para reducir este proceso a la práctica también. Después de la conversión, los productos de conversión de carbohidratos se hacen pasar del reactor de conversión de carbohidratos (100) a la recuperación de productos de conversión de carbohidratos (200) mediante la corriente (210). Puede haber dos tipos de productos de conversión de carbohidratos, uno que es que el gas que sale mediante (220). Este gas puede ser metano que se puede convertir a hidrógeno por teenologías conocidas tal como reformación con vapor. El hidrógeno se usará ya sea para convertir más carbohidratos o lignina al introducir el hidrógeno en el reactor de conversión de lignina (500) mediante la corriente (520). Si la modalidad produce etilenglicol, ese etilenglicol se transferirá mediante la corriente (230) a una instalación de elaboración de poliéster que convertirá el etilenglicol en resina de poliéster que finalmente se convierte a artículos terminados de poliéster tal como pre-formas y botellas de poliéster.

La lignina del proceso de conversión de carbohidratos entra al paso de creación de suspensión espesa de lignina (300) mediante la corriente (310). La modalidad sin el primer paso de conversión de carbohidratos se representa por las corrientes (20b) y (10B) respectivamente. Como se contempla por los inventores, éstos se pueden alimentar directamente, y se han propuesto que se conviertan de manera continua cuando se alimentan directamente en el paso de creación de suspensión espesa (300). Se adiciona agua de reposición u otro solvente mediante la corriente (320) con el vacío opcional que se aplica a través de la corriente (330).

Si las materias primas ligno-celulósicas de ya sea 20B) o (10B) están ya en una forma de suspensión espesa, se puede saltar el paso (300) y las corrientes (10B) o (20B) se alimentan directamente en la bomba de suspensión espesa o bombas de suspensiones espesas (400) mediante la corriente (410). El sistema de bombeo como se describe anteriormente incrementa la presión de la suspensión espesa a más de la presión de conversión del reactor del reactor de conversión de lignina (500).

Después de presurizar la suspensión espesa a más de la presión de conversión de reactor del reactor de conversión de lignina, la bomba de suspensión espesa descargará la suspensión espesa comprendida de lignina a través de una válvula de salida (450) al reactor de conversión de lignina (500) a través de la corriente (510). El reactor de conversión de lignina (500) contendrá la suspensión espesa de lignina y al menos el primer catalizador. El hidrógeno entrará al reactor de conversión de lignina (500) a presión a través de la corriente (520). Como un CSTR, los productos de conversión de lignina se hacen pasar a través del tubo de inmersión (610), con el catalizador que se asienta de regreso en el reactor de conversión de lignina (500). El recipiente (600) es el separador de líquido-soplido, con los subproductos gaseosos que salen del recipiente de separación (600) mediante la corriente (710) y pasan en el regulador de retro-presión (700) que controla la presión del sistema completo. Después de reducir la presión, los gases se hacen pasar a través de la corriente (720). Si se introdujeron carbohidratos en el reactor de conversión de lignina, entonces la corriente (720) contendrá metano, un producto de conversión de los carbohidratos, de esta manera el proceso de conversión de carbohidratos se ha hecho in situ con la conversión de lignina. El metano se puede convertir adicionalmente a hidrógeno a través de la reformación con vapor por ejemplo y reutilizar en el proceso, haciendo de esta manera al proceso al menos parcialmente auto-suficiente en hidrógeno.

Los sólidos del proceso de conversión de lignina se separan de los líquidos en el paso (600) con el sólido que pasa en la corriente (620) y los líquidos que pasan al paso de conversión BTX conversión (800) mediante la corriente (810). La corriente (650) de la Figura 3 muestra la separación de agua del proceso de conversión de lignina. En tanto que estará presente el agua en la fase líquida, puede haber algo de vapor de agua presente (720) también. Como se representa en la Figura 1, en esta modalidad, al menos una porción del agua se re-utiliza para crear o complementar la suspensión espesa comprendida de lignina. Puesto que el proceso de conversión de lignina es un productor neto de agua, algo de agua se purgará en la corriente (620).

La conversión de fenoles a BTX es una química bien conocida con varias rutas que están disponibles. Puesto que el proceso de conversión de lignina produce predominantemente fenoles, la conversión de fenoles por las rutas conocidas se considera bien dentro del alcance de un experto en la téenica. Y una vez que se forman los BTX (benceno, tolueno, xilenos), se pueden hacer pasar a un paso de conversión para convertir los BTX a ácido tereftálico, para hacer reaccionar el ácido tereftálico con etilenglicol y para producir resina de poliéster y subsiguientemente artículos de resina de poliéster (900) mediante la corriente (910). Nuevamente, está bien dentro del alcance de un experto en la técnica convertir estos productos a ácido tereftálico, hacer reaccionar el ácido tereftálico con etileno o glicol para producir las resinas de poliéter y subsiguientemente artículos de la resina de poliéster tal como películas, bandejas, preformas, botellas y jarras. Experimentos de Proceso Integrado Preparación de Materiales Los experimentos usaron una composición obtenida de paja de trigo como una materia prima de inicio.

La materia prima se sometió a un tratamiento de remojo en agua a una temperatura de 155°C durante 65 minutos luego se explotó con vapor a una temperatura de 190°C durante 4 minutos.

El material explotado con vapor y los líquidos del material de remojo se mezclaron conjuntamente y se sometieron a hidrólisis enzimática, fermentación a etanol y destilación.

Los parámetros detallados usados se consideran no pertinentes para los experimentos, con la condición que el porcentaje de contenido de la composición se conserve.

La mezcla de líquido y sólidos después de la destilación se prensa a 15 bar y a una temperatura de 80°C para obtener un sólido denso y compacto, que tiene un contenido de materia seca de 55% y está caracterizado por la siguiente composición en una base de materia seca.

Tabla 10 Análisis de Materia Prima de Lignina La composición rica en lignina se sometió a una temperatura menor de 0°C y se mantuvo congelada hasta la ejecución de los experimentos.

Procedimiento de conversión de lignina Se aplicaron los siguientes procedimientos a todos los experimentos que no usan la columna de burbujas, al menos que se especifique de manera diferente.

La composición rica en lignina, congelada se descongeló de manera natural hasta alcanzar una temperatura de 20°C.

Se adicionó agua desionizada a la composición rica en lignina para alcanzar la concentración final de la composición rica en lignina en la suspensión espesa planeada en cada experimento. La mezcla se insertó en un mezclador (Mezclador Waring, modelo HGBSS6) y se mezcló completamente de manera intermitente (por ejemplo, se impulsa durante 30 segundo, se deja durante 30 segundos) durante 10 minutos para alcanzar una suspensión espesa homogénea. La homogeneidad de la suspensión espesa se evaluó a simple vista.

La suspensión espesa se insertó en un tanque de mezclado con agitación constante. El tanque de mezclado fue un tanque de fondo de disco de acero inoxidable con un orificio de descarga de fondo conectado a una bomba de jeringas duales Chandler Quizix QX equipada con válvulas de bola de orificio completo, conectadas al reactor de conversión de lignina. La descarga del a bomba se conectó al reactor con tubería.

El reactor de conversión de lignina fue un reactor Parr 4575 equipado con una cuchilla de turbina separada a 45° dual, espiral de enfriamiento, orificios separados de alimentación de suspensión espesa y gas, y tuvo de inmersión de descarga el autor se cargó con agua (~220 mL) y un catalizador (catalizador esponja Johnson Matthey A-5000) de acuerdo a las condiciones experimentales de cada experimento y se selló. El peso del catalizador introducido se indica como la relación entre el peso del catalizador y el peso de la materia seca de la composición rica en lignina adicionada al reactor de conversión de lignina en un tiempo de residencia. Se insertó hidrógeno a una temperatura de 20°C en el reactor de conversión de lignina para alcanzar una presión de 48.3 bar. El reactor de conversión de lignina se calentó a una temperatura que corresponde a 90% de la temperatura de reacción y el flujo continuo de hidrógeno se inició en el reactor de conversión de lignina. El reactor de conversión de lignina se conectó a un receptor de productos, mantenido a 25°C.

La presión se midió por medio de un transductor de presión (Ashcroft Tipo 62) conectado al reactor de conversión de lignina y se controló por medio de un regulador de retro-presión (Dresser Mity Mite 5000, modelo 91) colocado corriente abajo del receptor de productos. Se incrementó la temperatura a la temperatura de reacción y el flujo de la suspensión espesa comprendida de lignina se introdujo en el reactor de conversión de lignina. La velocidad de flujo de la suspensión espesa se calculó para obtener el tiempo de residencia de la alimentación de lignina en el reactor en cada experimento a las condiciones de operación. Después de un tiempo y que corresponde a tres tiempos de residencia se consideró que se alcanzaron las condiciones estables y los productos sólidos y líquidos de reacción se recolectaron en el receptor durante un tiempo que corresponde a un tiempo de residencia. El receptor se despresurizó a presión atmosférica, los productos de reacción no gaseosos se extrajeron con solvente orgánico de éter ter-butílico de metilo, se filtraron y las fases líquidas se separaron por un embudo de separación.

Este sistema se operó de manera continua muchas veces sin apagar por hasta 2 cambios (aproximadamente 16 horas) .

Los experimentos se llevaron a cabo de acuerdo al procedimiento descrito. Los parámetros experimentales se reportan en la Tabla 11.

Tabla 11 Parámetros Experimentales Los experimentos produjeron los siguientes productos principales: Tabla 12 Productos de Conversión de Lignina para Tabla 11, Experimento 4 1 Aquellos compuestos generados no identificados tuvieron un 20% de correspondencia en la biblioteca con los compuestos listados de modo que se señalan solo los números de carbonos.

Tratamiento de Reciclado de Agua Residual Lo que también se ha descubierto que el proceso de conversión de lignina de hidrogenación catalítica remueve mucho de los contaminantes del agua del residuo que entra al proceso.

Esto se demostró fácilmente al analizar la demanda de oxígeno químico, también conocida como COD del residuo de la fermentación (proceso de conversión de carbohidratos) antes del proceso de conversión de lignina y luego de analizar las COD de la fase de agua después del proceso de conversión de lignina.

Visiblemente, el residuo no tratado en un recipiente de muestra de vidrio apareció como una solución homogénea café oscuro. Antes de que se procese en el proceso de conversión de lignina, la fracción líquida era de café a oscuro a negro, indicando una gran cantidad de contaminantes solubles. Después de pasar el agua a través del proceso de conversión de lignina (como parte de la materia prima de biomasa ligno-celulósica) el agua se separó de los productos orgánicos. El agua no era por más tiempo oscura pero tenía un color ámbar dorado paja.

Cuando se midió para la COD, el residuo no tratado fue de 54,000 mg/L de COD. Las COD del agua después del procesamiento en el proceso de conversión de lignina fueron 17,000 mg/L, una reducción de 69% de las COD.

De esta manera, una modalidad del proceso producirá una fase acuosa que tiene una concentración de COD preferentemente menor de 50% de la concentración de COD de la fase acuosa de la materia prima de lignina del proceso de conversión de lignina. Con menos de 40% que es más preferido y menos de 32% que es lo muy preferido.

La fase acuosa se puede recielar o reutilizar, con o sin remoción adicional de COD o reducción de la concentración de COD, en el paso de conversión de carbohidratos como el agua de remojo, el agua de la explosión con vapor u otra agua de lavado o corrientes de fermentación; o se puede reutilizar o reciclar en el paso de conversión de lignina como parte de la creación de suspensión espesa o el agua de reposición.

La reutilización o reciclado de solo el 10% de la fase acuosa tiene implicaciones masivas para el tratamiento de agua residual, que es una parte significativa del gasto de operación de un proceso de conversión de carbohidratos, un proceso de conversión de lignina o un proceso integrado.

El agua de la materia prima ligno-celulósica se removió y se evaluó de manera visual y analítica antes de que se procese en el proceso de conversión de lignina.

Esta reutilización del agua se representa en la Figura 3, donde al menos una porción del agua de la reacción se separa de los productos de conversión de lignina y se reutilizan en el proceso. El agua representada como la corriente (650) se puede utilizar para la suspensión espesa en la corriente (320) o como parte del paso de hidrólisis en (120) de la conversión de carbohidratos o usar en los pasos de remojo o exposición con vapor del pre-tratamiento. Si no se reutiliza, el agua se envía en general al tratamiento de agua residual para purificación adicional y reintroducción en el ambiente.

Mediciones Analíticas 1. Composición de la composición rica en lignina La composición de la composición rica en lignina se determinó de acuerdo a los siguientes procedimientos normales: Determinación de Carbohidratos Estructurales y Lignina en Biomasa Procedimiento Analítico de Laboratorio (LAP) Fecha de Emisión: 4/25/2008 Technical Report NREL/TP-510-42618 Revisado Abril de 2008 Determinación de Productos Extraíbles en Biomasa Procedimiento Analítico de Laboratorio (LAP) Fecha de Emisión: 7/17/2005 Technical Report NREL/TP-510-42619 Enero de 2008 Preparación de Muestras para Análisis de Composición Procedimiento Analítico de Laboratorio (LAP) Fecha de Emisión: 9/28/2005 Technical Report NREL/TP-510-42620 Enero de 2008 Determinación de Sólidos Totales en Biomasa y Sólidos Totales Disueltos en Muestras de Proceso de Líquido Procedimiento Analítico de Laboratorio (LAP) Fecha de Emisión: 3/31/2008 Technical Report NREL/TP-510-42621 Revisado Marzo de 2008 Determinación de Ceniza en Biomasa Procedimiento Analítico de Laboratorio (LAP) Fecha de Emisión: 7/17/2005 Technical Report NREL/TP-510-42622 Enero de 2008 Determinación de Azúcares, Subproductos y Productos de Degradación en Muestras de Proceso de Fracción Líquida Procedimiento Analítico de Laboratorio (LAP) Fecha de Emisión: 12/08/2006 Technical Report NREL/TP-510-42623 Enero 2008 Determinación de Sólidos Insolubles en Material Procedimiento Analítico de Laboratorio (LAP) Fecha de Emisión: 03/21/2008 NREL/TP-510-42627 Marzo 2008 2. Composición de Productos Líquidos La composición de los productos líquidos se determinó por medio del cromatograma de gases Agilent 7890 y detector masa Agilent 5975C, de acuerdo al siguiente procedimiento y parámetros.

Parámetros del Inyector en el Cromatograma de Gases: Volumen de inyección: 2 ul Inyección de división por impulso Presión de impulso de inyección: 50 libras(pulí2 (3.4 atmósferas) durante 0.5 minutos.

Temperatura: 220°C Presión: 20.386 libras/pull2 (1.39 atmósferas) Purga de Septo: 3 ml/min Relación de división: 10:1 Flujo de división: 13 ml/min Columna analítica: Columna: Restek RXI-5SÍ1 MS, 30 metros, 0.25 mm de diámetro interno), 0.5um df Flujo (He): 1.3 ml/min Línea de transferencia MSD: (detector de masa) Perfil de temperatura: 280°C para corrida completa Línea de transferencia de columna: FIP-101 metil-siloxano-101 metil-siloxano: 12m x 200um x 0.25um Parámetros de horno: (conectado a la columna) 40°C durante 1 minuto 12 °C/min a 220°C durante 0 minutos 30 °C/min a 300°C durante 17 minutos Parámetros de Detector: Temperatura: 310°C Flujo de H2: 45 ml/min Flujo de Aire: 450 ml/min Flujo de reposición: 26.730 ml/min Parámetros de adquisición de MS: Voltaje EM: 1871 Masa baja: 10 Masa alta: 350.00 Umbral: 25 # de muestras: 3 Fuente MS: 230°C MS quad: 150°C Los productos y el porcentaje de contenido relacionado con relación al peso de los productos líquidos se identificaron por medio del software de identificación de picos NIST 2008. Solo se reportan los productos que corresponden a una área mayor de 1% del área de espectro completo. 3. Composición de productos sólidos Los sólidos filtrados se secaron y luego se volvieron ceniza. La porción quemada se consideró que lignina sin reaccionar. La porción de ceniza se consideró catalizador de níquel. 4. Composición de productos de gas Los gases no condensados se identificaron por cromatografía de gases.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para convertir una corriente de alimentación de lignina convertida a un producto de lignina convertida comprendido de productos aromáticos, el proceso que comprende el paso de exponer la corriente de alimentación de lignina convertida al menos un catalizador en la presencia de una pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno a una temperatura de reacción en el intervalo de 190°C a 350°C durante un tiempo de reacción de al menos 30 minutos, en donde la corriente de alimentación de lignina convertida comprende aceite de fenol, y al menos algunas de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se donan durante la exposición de la corriente de alimentación de lignina convertida y la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno a el por lo menos un catalizador a la temperatura de reacción durante el tiempo de reacción.

2. El proceso de la reivindicación 1, en donde el por lo menos un catalizador comprende un metal elemental.

3. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el primer catalizador comprende un metal elemental seleccionado del grupo que consiste de Platino, Paladio, Cesio, Cobre, Níquel, Rutenio, Rodio, Oro, Hierro, Cobalto e Iridio.

4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el primer catalizador es un catalizador bimetálico comprendido de al menos un metal seleccionado del grupo que consiste de Platino, Paladio, Cesio, Cobre, Níquel, Rutenio, Rodio, Oro, Hierro, Cobalto e Iridio.

5. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la relación de mmol de las moléculas donadoras de hidrógeno a mmol de catalizadores está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste de entre 1.0:1.0 y 5.0:1.0, entre 1.2:1.0 y 4.0:1.0 y entre 1.5:1.0 y 3.0:1.0

6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se selecciona del grupo que consiste de polioles alifáticos, compuestos que tienen la fórmula en donde Ri se selecciona del grupo que consiste de -OCH2, o -H, o -OH y R2 se selecciona del grupo que consiste de -CH3í —CH2—CH; 3< -CH2-CH2-CH 3/ y -CH2-CH2-CH2-CH3, y compuestos que tienen la fórmula en donde R se selecciona del grupo que consiste de -CH3, - CH2-CH3, -CH2-CH2-CH3 y - CH2-CH2-CH2-CH3.

7. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se producen de una corriente de alimentación de lignina previamente convertida.

8. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno es ciclohexanol suministrado a una mezcla de la corriente de alimentación de lignina convertida y una fuente diferente de la corriente de alimentación de lignina convertida.

9. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde al menos una de la pluralidad de moléculas donadoras de hidrógeno se selecciona del grupo que consiste de sorbitol, glicerol, xilitol y etilenglicol.

10. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la relación en mol de moléculas donadoras de hidrógeno a aceite de fenol en base al aceite de fenol que tiene un peso molecular asignado de 150.0 g/mol está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste de entre 2.0:1.0 y 10.0:1.0 entre 3.0:1.0 y 9.0:1.0, entre 4.0:1.0 y 8.0:1.0 y entre 5.0:1.0 y 7.0:1.0.

11. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la temperatura de reacción está en un intervalo que tiene un límite inferior seleccionado del grupo que consiste de al menos 190°C, al menos 200°C, al menos 210°C, y 215°C y un límite superior seleccionado del grupo que consiste de 250°C, 260°C, 270°C, 310°C, y 320°C.

12. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el proceso comprende además exponer la corriente de alimentación de lignina convertida a gas H2.

13. El proceso de acuerdo a la reivindicación 12, en donde la cantidad de gas H2 es menos de 25% de la cantidad total de átomos de hidrógeno donados del por lo menos un compuesto donador de hidrógeno y la cantidad de gas