Способ получения бионефти

Способ получения бионефти

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Техническая область

Данное изобретение касается способов преобразования лигноцеллюлозного материала в топливные продукты. Более конкретно, данное изобретение касается способов образования продукта бионефти из специфического компонента(-ов) лигноцеллюлозного материала.

Предпосылки

С постоянной высокой ценой на нефть и ее повышенными стоимостями импортирования во многих странах, образование альтернативных топливных продуктов ("биотоплив") становится все более важным. Существенное количество исследований в области сфокусировалось на преобразовании лигноцеллюлозного материала в топливные продукты, такие как этанол, для обеспечения альтернативного и возобновляемого сырья истощенным источникам исходных материалов на основе углеводородов.

Лигноцеллюлозный материал состоит из углеводных полимеров (целлюлоз и гемицеллюлоз) и фенольного полимера лигнина. Существующие методики преобразования лигноцеллюлозного материала в топливные продукты обычно применяют серию этапов, включающих фракционирование биомассы, а затем осахаривание и ферментацию. Этапы осахаривания и ферментации зачастую являются сложными и добавляют существенно себестоимость способа. Кроме того, гидролиз целлюлозы и гемицеллюлозы в простые сахара, пригодные для ферментации, существенно затруднен присутствием тесно связанного лигнина. Существующие методики расходуют существенную энергию при понижении содержания лигнина во фракциях, содержащих сахар, для повышения доступности гидролитическими ферментами.

Лигнин составляет существенную часть лигноцеллюлозного материала, и требует другого используемого ресурса дополнительно к целлюлозным и гемицеллюлозным компонентам. Однако большая часть способов преобразования биомассы не в состоянии эффективно применять компонент лигнина, который вместо этого идет в отходы. Дополнительно, многие из существующих способов приводят только к этанолу. Хотя этанол пригоден как топливо, содержание энергии на основе объема основании до приблизительно 30% меньше, чем у применяемых в настоящее время ископаемых топлив, и не является практичным в настоящих дизельных двигателях. Этанол также притягивает воду, что делает сложным хранение и обработку.

Существует потребность в улучшенных способах преобразования лигноцеллюлозного материала в продукты, содержащие энергию, такие как биотоплива. Также существует потребность в способах образования биотоплива, которые лучше используют энергообразующий потенциал лигнина.

Краткое описание изобретения

В первом аспекте обеспечен способ для сольватации лигноцеллюлозной биомассы, способ включает этапы:

(a) фракционирования гемицеллюлозы из биомассы при помощи растворителя,

(b) удаления фракционированной гемицеллюлозы из биомассы, оставшейся после этапа (а); и

(c) сольватирования лигнина и целлюлозы из оставшейся биомассы при помощи растворителя.

Во втором аспекте обеспечен способ получения продукта бионефти из лигноцеллюлозной биомассы, способ включает этапы:

(a) фракционирования гемицеллюлозы из биомассы при помощи растворителя,

(b) удаления фракционированной гемицеллюлозы из биомассы, оставшейся после этапа (а); и

(c) сольватирования лигнина и целлюлозы из биомассы, оставшейся после этапа (а) при помощи растворителя,

где сольватирование на этапе (с) дает продукт бионефти.

В третьем аспекте обеспечен способ получения продукта бионефти из лигноцеллюлозной биомассы, способ включает этапы:

(a) фракционирования гемицеллюлозы из биомассы при помощи растворителя,

(b) удаления фракционированной гемицеллюлозы из биомассы, оставшейся после этапа(а);

(c) фракционирования одного из двух:

(i) лигнина

(ii) целлюлозы из биомассы, оставшейся после этапа (а); и

(d) сольватирования одного из двух или обоих лигнина и целлюлозы этапа (с),

где сольватирование на этапе (d) дает продукт бионефти.

В одном варианте осуществления третьего аспекта, фракционирование на этапе (с) выполняют с использованием спирта, водного спирта или воды. Спирт, водный спирт или воду можно применять для фракционирования лигнина или целлюлозы при сверхкритических условиях.

В одном варианте осуществления первого, второго или третьего аспекта, фракционирование гемицеллюлозы на этапе (а) выполняют с использованием докритической воды.

В другом варианте осуществления первого, второго или третьего аспекта, фракционирование гемицеллюлозы с использованием докритической воды выполняют при температуре от приблизительно 100°С до приблизительно 300°С.

В дополнительном варианте осуществления первого, второго или третьего аспекта, фракционирование гемицеллюлозы с использованием докритической воды выполняют при давлении от приблизительно 2 МПа (20 бар) до приблизительно 4 МПа (40 бар).

В дополнительном варианте осуществления первого, второго или третьего аспекта фракционирование гемицеллюлозы с использованием докритической воды выполняют при приблизительно 190°С и приблизительно 3 МПа (30 бар).

В одном варианте осуществления первого, второго или третьего аспекта фракционированный гемицеллюлозный компонент этапа (b) подвергали осахариванию для получения ферментируемого сахарида. Сахарид может быть ферментирован для образования спирта, выбранного из группы, включающей этанол, бутанол, ксилит, маннит и арабинол.

В четвертом аспекте обеспечен способ получения продукта бионефти, способ включает этап сольватации материала, содержащего один из двух или оба:

(i) лигнин,

(ii) целлюлозу,

с применением растворителя, где указанное сольватирование дает продукт бионефти.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего или четвертого аспекта сольватирование выполняют с применением растворителя, который представляет собой алкилирующее средство. Алкилирующее средство можно выбрать из группы, включающей алкилгалогенид, алкилсульфат, олефин и алкилфосфат. Алкилирующим средством может быть спирт. Спирт может являться С1-С6 спиртом. С1-С6 спирт может являться этанолом, метанолом или бутанолом.

Растворитель может быть водным. Водный растворитель может содержать, по меньшей мере, один процент воды на основе общего веса растворителя. Водный растворитель может содержать, по меньшей мере, 80 процентов воды на основе общего веса растворителя. Водный растворитель может содержать, по меньшей мере, 90 процентов воды на основе общего веса растворителя.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего или четвертого аспекта сольватирование выполняют при температуре от приблизительно 230°С до приблизительно 360°С.

В другом варианте осуществления первого, второго, третьего или четвертого аспекта сольватирование выполняют при давлении от приблизительно 14 МПа (140 бар) до приблизительно 24 МПа (240 бар).

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего или четвертого аспекта сольватирование выполняют при температуре от приблизительно 230°С до приблизительно 360°С и при давлении от приблизительно 14 МПа (140 бар) до приблизительно 24 МПа (240 бар).

В другом варианте осуществления первого, второго, третьего или четвертого аспекта сольватирование выполняют при температуре приблизительно 320°С и давлении приблизительно 18 МПа (180 бар).

В одном варианте осуществления второго, третьего или четвертого аспекта этап сольватации преобразует, по сути, весь лигнин в продукт бионефти.

В одном варианте осуществления второго, третьего или четвертого аспекта этап сольватации преобразует, по сути, всю целлюлозу в продукт бионефти.

В одном варианте осуществления второго, третьего или четвертого аспекта этап сольватации преобразует, по сути, всю целлюлозу и, по сути, весь лигнин в продукт бионефти.

В пятом аспекте обеспечен продукт бионефти, получаемый способом первого, второго, третьего или четвертого аспекта.

В шестом аспекте обеспечен продукт бионефти, получаемый способом первого, второго, третьего или четвертого аспекта.

Продукт бионефти любых предыдущих аспектов может быть применен как биотопливо или биотопливная добавка.

В седьмом аспекте обеспечен способ получения бионефти из лигноцеллюлозного материала, способ включает этапы:

(a) сольватирования гемицеллюлозы из лигноцеллюлозного материала с использованием растворителя,

(b) удаление сольватированной гемицеллюлозы из твердого вещества, оставшегося после этапа (а); и

(c) сольватирование лигнина и целлюлозы из твердого вещества, оставшегося после этапа (а)с использованием растворителя, где этап (с) сольватирования лигнина и целлюлозы дает бионефть.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта лигноцеллюлозный материал содержит 10-35% гемицеллюлозы, 15-45% целлюлозы и 2-35% лигнина.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта лигноцеллюлозный материал содержит 20-35% гемицеллюлозы, 20-45% целлюлозы и 20-35% лигнина.

В другом варианте осуществления седьмого аспекта растворитель этапа (с) представляет собой водный спирт, содержащий не более чем десять углеродных атомов.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта водный спирт представляет собой этанол или метанол.

В дополнительном варианте осуществления седьмого аспекта водный спирт содержит 1-30% спирта по весу.

В другом варианте осуществления седьмого аспекта водный спирт содержит 5-30% спирта по весу.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта водный спирт содержит приблизительно 25% спирта по весу.

В другом варианте осуществления седьмого аспекта водный спирт содержит приблизительно 20% спирта по весу.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют при реакционной температуре от 250°С до 400°С.

В другом варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют при реакционной температуре от 280°С до 350°С.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют при температуре приблизительно 320°С.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют при реакционном давлении от 12 МПа до 24 МПа.

В другом варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют при реакционном давлении приблизительно 20 МПа.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта лигнин и целлюлоза этапа (с) находятся в форме взвеси.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта взвесь содержит от 2% до 45% твердого вещества по весу.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта взвесь содержит от 2% до 30% твердого вещества по весу.

В дополнительном варианте осуществления седьмого аспекта взвесь содержит приблизительно 5% твердого вещества по весу.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют в течение от 2 минут до 60 минут.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют в течение от 2 минут до 40 минут.

В другом варианте осуществления седьмого аспекта этап (с) выполняют в течение от 5 минут до 30 минут.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта сольватирование гемицеллюлозы на этапе (а) выполняют при реакционной температуре от 100°С до 250°С и реакционном давлении от 0,2 МПа до 5 МПа.

В дополнительном варианте осуществления седьмого аспекта растворитель этапа (а) представляет собой водную кислоту, и обработку выполняют при pH ниже приблизительно 6,5.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта растворитель этапа (а) представляет собой водное основание, и обработку выполняют при pH выше приблизительно 7,5.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта растворитель этапа (а) представляет собой воду.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта способ дополнительно включает предварительную обработку лигноцеллюлозного материала перед сольватацией гемицеллюлозы на этапе (а).

В дополнительном варианте осуществления седьмого аспекта предварительная обработка включает образование взвеси, содержащей смесь растворителя и частицы, полученные из лигноцеллюлозного материала.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта частицы по размеру от приблизительно 50 микрон до приблизительно 500 микрон.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта частицы по размеру от приблизительно 100 микрон до приблизительно 400 микрон.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта взвесь содержит от приблизительно 5% до приблизительно 20% лигноцеллюлозного материала.

В дополнительном варианте осуществления седьмого аспекта лигнин фракционирован из твердого вещества, оставшегося после этапа (а) перед выполнением сольватирования этапа (с) для получения бионефти.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта, целлюлоза фракционирована из твердого вещества, оставшегося после этапа (а) перед выполнением сольватирования этапа (с) для получения бионефти.

В одном варианте осуществления седьмого аспекта сольватированную гемицеллюлозу, удаленную на этапе (b), подвергли осахариванию для образования ферментируемого сахарида.

В дополнительном варианте осуществления седьмого аспекта сахарид ферментирован для получения спирта, выбранного из группы, включающей этанол, бутанол, ксилит, маннит и арабинол.

В восьмом аспекте обеспечен способ получения продукта бионефти из материала, содержащего лигнин и целлюлозу, способ включающий обработку материала сверхкритическом водным спиртом при реакционной температуре от 180°С до 350°С и реакционном давлении от 8 МПа до 26 МПа, где указанная обработка сольватирует лигнин и целлюлозу, образуя продукт бионефти.

В одном варианте осуществления восьмого аспекта материал обрабатывают при реакционной температуре от 280°С до 350°С и реакционном давлении от 12 МПа до 24 МПа.

В одном варианте осуществления восьмого аспекта водный спирт содержит 1-30% спирта по весу.

В одном варианте осуществления восьмого аспекта водный спирт содержит 5-30% спирта по весу.

В другом варианте осуществления восьмого аспекта водный спирт представляет собой этанол.

В девятом аспекте обеспечена бионефть, получаемая способом седьмого или восьмого аспекта, и т.д.

В десятом аспекте обеспечена бионефть, получаемая способом седьмого или восьмого аспекта, и т.д.

Краткое описание графических материалов

Будет описан предпочтительный вариант осуществления данного изобретения посредством только примера со ссылкой на сопровождающие графические материалы, где:

Фигура 1 является графиком, показывающим результаты анализа с динитросалициловой кислотой (DNS), проведенного на водных образцах гемицеллюлозы, подвергнутых осахариванию с использованием гидролитических ферментов. Показатели поглощения (I₅₄₀, в mOD (значение оптической плотности)) от контролей только субстрата и контролей только фермента вычли из показателей, полученных из образцов фермент-субстрат. Номера образцов показаны на горизонтальной оси. Вертикальная ось показывает относительные количества редуцирующих сахаров, присутствующих в каждом образце.

Фигура 2 является графиком, показывающим результаты анализа гель-проникающей хроматографии (GPC) тяжелой нефтяной фракции, образованной в соответствии со способами данного изобретения. Вертикальная ось: нормализованная интенсивность; горизонтальная ось: молекулярный вес; светлая кривая: время удержания 15 минут; темная кривая: время удержания 30 минут.

Фигура 3 является графиком, показывающим результаты термогравиметрического анализа (TGA) тяжелой нефтяной фракции, образованной в соответствии со способами данного изобретения. Вертикальная ось: процент потери массы; горизонтальная ось: температура (°С); кривая: представляет результаты тяжелой нефти, образованной с использованием времени удержания 30 минут.

Фигура 4 является хроматограммой, показывающей результаты анализа газовой хроматографии-масс-спектроскопии (GCMS) экстрагируемой диэтилэфиром нефти, полученной из водной фазы нефтяной эмульсии, полученной в соответствии со способами данного изобретения. Пики: 2,342 (эфир,1-пропенилпропил), 5,600 (2-циклопентен-1-он, 2-метил-), 6,949 (фенол), 8,483 (фенол, 2-метокси-), 9,690 (2,3-диметилгидрохинон), 10,590 (фенол, 4-этил-2-метокси-), 10,625 (1,2-бензолдиол, 4-метил-), 11,433 (фенол, 2-метокси-4-пропил-), 11,731 (ванилин), 12,374 (фенол, 2-метокси-).

Фигура 5 является хроматограмой, показывающей результаты анализа газовой хроматографии-масс-спектроскопии (GCMS) фракции тяжелой нефти, полученной в соответствии со способами данного изобретения, растворенной в тетрагидрофуране. Пики: 10,585 (фенол, 4-этил-2-метокси-), 11,433 (фенол, 2-метокси-4-пропил-), 17,067 (олеиновая кислота), 17,742 (2-изопропил-10-метилфенантрен), 18,343 (3-(3-гидрокси-4-метоксифенил)-1-аланин), 18,442 ((-)-нортрачелогенин), 18,686 (1-фенантренкарбоновая кислота, 1,2,3,4,4а,9,10,10а-октагидро-1,4а-диметил-7-(1-метилэтил)-, метиловый сложный эфир, [1R-(1.альфа.,4а.бета.,10а.альфа.)]), 18,981 (1-фенантренкарбоновая кислота, 1,2,3,4,4а,9,10,10а-октагидро-1,4а-диметил-7-(1-метилэтил)-, [1R-(1.альфа.,4а.бета.,10а.альфа.)]), 20,016 (7-(3,4-метилендиокси)-тетрагидробензофуранон), 21,368 (каринол).

Фигура 6 является блок-схемой, показывающей определенные варианты осуществления изобретения.

Определения

Как применяют в данной заявке, формы единственного числа включают ссылки на множественное число, если в контексте четко не указано другое. Например, выражение "частица" также включает несколько частиц.

Как используется в данном документе, выражение "содержащий" означает "включающий". Вариации слова "содержащий", такие как "содержат" и "содержит", обладают соответственно различными значениями. Таким образом, например, материал, "содержащий" лигнин и целлюлозу, может состоять исключительно из лигнина и целлюлозы или может включать другие дополнительные вещества.

Как используется в данном документе, выражения "лигноцеллюлозный материал" и "лигноцеллюлозная биомасса" применяются взаимозаменяемо и обладают одинаковым значением. Выражения охватывают любое вещество, содержащее лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу.

Как используется в данном документе, выражение "водный растворитель" относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент воды на основе общего веса растворителя.

Как используется в данном документе, выражение "водный этанол" относится этанольному растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент воды на основе общего веса растворителя.

Как используется в данном документе, выражение "сахарид" охватывает любую молекулу, содержащую одну или более моносахаридных единиц. Примеры сахаридов включают, но не ограничиваясь, целлюлозу, гемицеллюлозу, полисахариды, олигосахариды, дисахариды и моносахариды. "Сахариды" также включают гликоконъюгаты, такие как гликопротеины и гликолипиды. Все стереоизомерные и энантиомерные формы сахаридов охватываются выражением.

Как используется в данном документе, "сверхкритическое" вещество (например, сверхкритический растворитель) относится к веществу, которое нагревали выше его критической температуры и подвергали давлению, выше его критического давления (т.е. вещество при температуре и давлении выше своей критической точки). Выражение "сверхкритический" также охватывает условия температуры и/или давления, которые на небольшую, хотя не значительную величину (например, приблизительно, 5%) ниже критической точки обсуждаемого вещества (т.е. "докритический"). Соответственно, выражение "сверхкритический" также охватывает колебательное поведение возле критической точки вещества (т.е. перемещение от сверхкритических условий к докритическим условиям, и наоборот). Например, растворитель, имеющий критическую точку 305 градусов Кельвина и 4,87 атмосфер, может для целей данного изобретения также рассматриваться как "сверхкритическое" при немного более низкой температуре (например, от 290 градусов до 305 градусов Кельвина) и/или немного более низком давлении (например, от 4,63 до 4,87 атмосфер).

Будет понятно, что применение выражения "приблизительно" здесь относительно перечисленных численных значений (например, реакционная температура, давление или pH) включает упомянутые численные значения и численные значения плюс или минус десяти процентов упомянутых значений.

Будет понятно, что применение выражения "от и до" относительно диапазона численных значений охватывает численные значения при каждой конечной точке диапазона. Например, температурный диапазон от 10°С до 15°С является включающим температуры 10°С и 15°С.

Любое описание документов известного уровня техники в данном документе, или утверждения в данном документе, полученные из или основанные на тех документах, не является допущением, что документы или полученные утверждения являются частью общих сведений релевантного уровня техники в Австралии или где-либо еще.

Для целей описания, все документы, упоминаемые здесь, включены ссылкой, если не отмечено другое.

Детальное описание изобретения

Данное изобретение обеспечивает способы образования продукта бионефти из лигноцеллюлозного материала без потребности в ферментативном гидролизе или ферментации. Лигноцеллюлозный материал, обработанный в соответствии со способами данного изобретения, обычно подвергают этапу удаления гемицеллюлозы с последующим прямым преобразованием оставшегося материала (содержащего преимущественно лигнин и целлюлозу) в стабильный продукт бионефти. Продукт бионефти можно применять непосредственно, обрабатывать для образования других продуктов (например, топлив) или применять как топливную добавку. Гемицеллюлоза, отделенная в соответствии со способами данного изобретения, может быть преобразована в продукты, такие как спирты.

Существующие технологии показали, что лигноцеллюлозный материал может быть растворен сверхкритическими растворителями. Однако образованные продукты часто содержат существенные количества дегтеобразных соединений и являются сложными для обработки. Полагают, что три основных компонента лигноцеллюлозного материала (т.е. лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза) обладают различной реакционной способностью. В частности, полагают, что гемицеллюлоза будет подвержена избыточным преобразованиям, приводящим к высоко нестабильным и/или обугленным материалам, тогда как другие две фракции (лигнин и целлюлоза), как полагают, реагируют более медленно. Высокие температуры, связанные с сверхкритической обработкой, вероятно, вызывают растворение гемицеллюлозы задолго до того, как лигнин и целлюлоза реагируют в значительной степени. Сахара, полученные из гемицеллюлозы, таким образом, дегидратируются быстрее, образуя двойные связи и циклические молекулы с высокой реакционной способностью (например, фурфураль), которые легко полимеризуются и приводят к дегтеобразным соединениям, если не стабилизированы. Это существенно подвергает риску эффективность последующих этапов (например, осахаривания и ферментации), применяемых в данных технологиях для образования биотоплив. Способы данного изобретения обходят эту проблему обеспечением начального этапа отделения гемицеллюлозы при мягких условиях, таким образом сводя к минимуму дегидратацию сахара и образование дегтеобразных молекул во время обработки компонентов лигнина и целлюлозы.

Растворение лигноцеллюлозного материала с использованием современных технологий обычно предшествует дополнительным этапам осахаривания и ферментации, необходимым для образования биотоплива. Эти дополнительные этапы часто являются сложными и добавляют существенно себестоимость способа. К тому же осахаривание растворенной целлюлозы и/или гемицеллюлозы в сахарные цепи пригодной длины для ферментации обычно ограничено присутствием тесно связанного лигнина. Способы данного изобретения обходят эту проблему облегчением непосредственного преобразования лигнина и целлюлозы в продукт бионефти без необходимости этапов осахаривания и ферментации.

Не ограничиваясь конкретным механизмом или способом действия, полагают, что обработка материала, содержащего лигнин и целлюлозу, в соответствии со способами данного изобретения облегчает набухание лигнина и/или целлюлозы и химическую стабилизацию образованного продукта бионефти, таким образом сводя к минимуму полимеризацию в дегтеобразные соединения. Полагают, что механическое набухание целлюлозы и/или лигнина способствует "раскрытию" субстрата, делая его более доступным для гидролиза и деполимеризации, Химическая стабилизация продукта бионефти может встречаться при различных взаимодействиях, включая алкилирование и удаление свободных радикалов. Например, алкилирование реакционноспособных групп в целлюлозе и/или лигнине, вероятно, предупреждает высокореакционноспособные типы от полимеризации. К тому же удаление свободных радикалов растворителем (например, путем образования гидрокси-радикалов и/или этокси-радикалов) может преобразовывать ароматические радикалы в нерадикальные ароматические соединения. Это, в свою очередь, может снижать возможность для поперечного сшивания, включая ароматические соединения в продукт бионефти.

Соответственно, обработка лигноцеллюлозного материала в соответствии со способами данного изобретения обходит количество недостатков, связанных с существующими способами образования биотоплива и также обеспечивает способы эксплуатации энергообразующего потенциала лигнина.

Лигноцеллюлозный материал

Способы, описанные в данном документе, пригодны для получения продукта бионефти из материала, содержащего лигнин и целлюлозу. Любой материал, содержащий лигнин и целлюлозу, может применяться. Материал может содержать любое количество веществ дополнительно к лигнину и целлюлозе. Альтернативно, материал может состоять преимущественно из лигнина и целлюлозы или состоять только из лигнина и целлюлозы. В определенных вариантах осуществления материал, примененный в способах данного изобретения, дополнительно содержит белки.

В определенных вариантах осуществления материал, применяемый в способах данного изобретения, является лигноцеллюлозным материалом. В основном, лигноцеллюлозный материал относится к веществу, содержащему компоненты лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы.

Относительное соотношение лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в данном образце будет зависеть от природы лигноцеллюлозного материала.

Например, в некоторых вариантах осуществления лигноцеллюлозный материал, примененный в способах данного изобретения, содержит 2-35% лигнина, 15-45% целлюлозы и 10-35% гемицеллюлозы.

В других вариантах осуществления лигноцеллюлозный материал, примененный в способах данного изобретения, содержит 20-35% лигнина, 20-45% целлюлозы и 20-35% гемицеллюлозы,

В других вариантах осуществления содержание лигнина в лигноцеллюлозном материале составляет больше чем 35% или меньше чем 20%, содержание целлюлозы больше чем 45% или меньше чем 20%, и содержание гемицеллюлозы больше чем 35% или меньше чем 20%.

В некоторых вариантах осуществления лигноцеллюлозный материал содержит, по меньшей мере, приблизительно 10% лигнина, по меньшей мере, приблизительно 15% целлюлозы и, по меньшей мере, приблизительно 10% гемицеллюлозы.

В других вариантах осуществления лигноцеллюлозный материал содержит, по меньшей мере, приблизительно 15% лигнина, по меньшей мере, приблизительно 20% целлюлозы и, по меньшей мере, приблизительно 15% гемицеллюлозы.

В дополнительных вариантах осуществления лигноцеллюлозный материал содержит, по меньшей мере, приблизительно 20% лигнина, по меньшей мере, приблизительно 25% целлюлозы и, по меньшей мере, приблизительно 20% гемицеллюлозы.

В некоторых вариантах осуществления лигноцеллюлозный материал содержит, по меньшей мере, приблизительно 25% лигнина, по меньшей мере, приблизительно 30% целлюлозы и, по меньшей мере, приблизительно 25% гемицеллюлозы.

Специалист признает, что способы, описанные в данном документе, не ограничены относительными соотношениями лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в данном источнике лигноцеллюлозного материала.

Лигноцеллюлозный материал для применения в способах данного изобретения можно получить из любого источника.

Например, материал древесного растения может применяться как источник лигноцеллюлозного материала. Примеры пригодных древесных растений включают, но не ограничиваясь, сосну (например, Pinus radiata), березу, эвкалипт, бамбук, бук, ель, пихту, кедр, тополь, иву и осину. Древесные растения могут быть порослевыми древесными растениями (например, порослевая ива, порослевая осина).

В качестве только примера, пропорция гемицеллюлозы в материале древесного растения может быть от приблизительно 15% до приблизительно 40%, пропорция целлюлозы может быть от приблизительно 30% до приблизительно 60% и пропорция лигнина может быть от приблизительно 5% до приблизительно 40%. Предпочтительно, пропорция гемицеллюлозы материала древесного растения составляет от приблизительно 23% до приблизительно 32%, пропорция целлюлозы от приблизительно 38% до приблизительно 50% и пропорция лигнина составляет от приблизительно 15% до приблизительно 25%.

Дополнительно или альтернативно, материал волокнистого растения может быть применен как источник лигноцеллюлозного материала, неограничивающие примеры которого включают траву (например, просо прутьевидное), скошенную траву, лен, кукурузные початки, кукурузную солому, тростник, бамбук, жом сахарного тростника, коноплю, сизаль, джут, коноплю посевную, коноплю, солому, пшеничную солому, банан текстильный, хлопковое растение, кенаф, рисовую шелуху и ворс кокоса.

Пригодные сельскохозяйственные источники лигноцеллюлозного материала включают, но, не ограничиваясь, сельскохозяйственные культуры, пожнивные остатки и отходы приспособления переработки зерна (например, шелуха пшеницы/овса, очистки кукурузы, и т.д.). В основном, материалы сельскохозяйственного источника могут включать ветки, кусты, камыши, кукурузу и обертки початка кукурузы, энергетические культуры, лесоматериал, фрукты, цветы, зерна, травы, зеленые культуры, листья, кору, иголки, полена, корни, саженцы, древесные культуры с коротким циклом оборота, кустарники, просо прутьевидное, деревья, виноградные лозы, древесину твердых пород и древесину мягких пород.

Дополнительно или альтернативно, лигноцеллюлозный материал может быть получен из коммерческих или первобытных лесов (например, деревья, саженцы, отходы древесины, такие как ветви, листья, кора, полена, корни и продукты, полученные от переработки таких материалов).

Дополнительно или альтернативно, продукты и побочные продукты, содержащие лигноцеллюлозный материал, могут быть применены как источник лигноцеллюлозного материала. Неограничивающие примеры включают материалы, связанные с деревом, и древесные отходы (например, сельскохозяйственные остатки, остатки лесного хозяйства или деревообработки, потоки отходов или побочных продуктов из древесных продуктов, отбросы и обрезки лесопильного завода и бумажной фабрики, опилки, прессованная древесина и листья) и промышленные продукты (например, жом, бумага, осадок при производстве бумаги, картон, текстильные изделия и куски материи, декстран и вискозное волокно).

Лигноцеллюлозный материал может быть факультативно предварительно обработан перед выполнением способов данного изобретения. Например, механические и/или химические способы могут быть применены для разрыва структуры лигноцеллюлозного материала. Неограничивающие примеры способов механической предварительной обработки включают давление, измельчение, взбалтывание, резание, размалывание, сжатие/растяжение или другие типы механических воздействий. Предварительную обработку лигноцеллюлозного материала можно выполнить с использоваием механического аппарата, например, экструдера, герметичной емкости или реактора периодического действия.

Способы предварительной обработки могут включать обработку теплотой. Например, способы предварительной обработки паровым взрывом могут применяться для разрыва структуры лигноцеллюлозного материала. В основном, способы предварительной обработки паровым взрывом включают воздействие на материал потока высокого давления в среде, где он заключен, перед тем, как полученный в результате продукт мгновенно спустили до атмосферного давления. Предварительная обработка паровым взрывом может дополнительно включать взбалтывание лигноцеллюлозного материала.

В предпочтительных вариантах осуществления лигноцеллюлозный материал для применения в способах данного изобретения обеспечен в форме взвеси. Взвесь может быть образована, например, преобразованием лигноцеллюлозного материала в порошок с соответствующим размером частиц (например, с использованием измельчения, взбалтывания, резания, размалывания, сжатия/растяжения и/или других типов механического воздействия) и смешиванием с соответствующей жидкостью (например, вода или водный спирт).

Размер частицы твердого вещества, включенного во взвесь, может быть от приблизительно 10 микрон до приблизительно 10000 микрон. Например, размер частицы твердого вещества, включенного во взвесь, может быть, по меньшей мере, приблизительно 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 или 9000 микрон. Альтернативно, размер частицы может быть от приблизительно 10 микрон до 50 микрон, от приблизительно 10 микрон до приблизительно 100 микрон, от приблизительно 10 микрон до приблизительно 400 микрон, от приблизительно 10 микрон до приблизительно 500 микрон, от приблизительно 100 микрон до приблизительно 200 микрон, от приблизительно 100 микрон до приблизительно 300 микрон, от приблизительно 100 микрон до приблизительно 500 микрон или от приблизительно 100 микрон до приблизительно 1000 микрон.

В одном варианте осуществления размер частицы равен от приблизительно 100 микрон до приблизительно 400 микрон.

В другом варианте осуществления размер частицы равен от приблизительно 50 микрон до приблизительно 500 микрон.

В другом варианте осуществления твердый материал представляет собой древесную муку, и размер частицы составляет от приблизительно 150 микрон до приблизительно 300 микрон.

Концентрация твердого вещества во взвеси может быть высокой (например, выше приблизительно 50% вес/объем). Альтернативно, концентрация твердого вещества во взвеси может быть от приблизительно 1% до приблизительно 50%, от приблизительно 1% до приблизительно 40%, от приблизительно 1% до приблизительно 30%, от приблизительно 1% до приблизительно 20% или от приблизительно 1% до приблизительно 10% вес/объем.

В определенных вариантах осуществления концентрация твердого вещества во взвеси составляет от приблизительно 5% до приблизительно 20% вес/объем.

В одном варианте осуществления твердый материал представляет собой древесную муку, и концентрация твердого вещества во взвеси приблизительно 10% вес/объем.

В альтернативных вариантах осуществления способы данного изобретения проводят с применением материала, содержащего лигнин без целлюлозы. Как используется в данном документе, материал, содержащий лигнин "без" целлюлозы будет пониматься для того, чтобы включать материал без целлюлозы, но также материал, содержащий небольшое количество целлюлозы (как может быть в случае после очистки или фракционирования лигнина из более сложного материала).

В другом альтернативном варианте осуществления способы данного изобретения проводят с применением материала, содержащего целлюлозу без лигнина. Как используется в данном документе, материал, содержащий целлюлозу "без" лигнин пониматься для того, чтобы включать материал без лигнина, но также материал, содержащий небольшое количество лигнина (как может быть в случае после очистки или фракционирования целлюлозы из более сложного материала).

Один или более этапы предварительной обработки могут быть проведены для отделения, повышения концентрации и/или очистки лигнина и/или целлюлозы от исходного материала, содержащего дополнительные вещества.

Фракционирование гемицеллюлозы

Способы данного изобретения могут быть применены для образования продукта бионефти из любого материала, содержащего лигнин и целлюлозу.

В определенных вариантах осуществления материал представляет собой лигноцеллюлозный материал. В вариантах осуществления, где материал представляет собой лигноцеллюлозный материал, гемицеллюлоза может быть фракционирована перед преобразованием лигнина и целл