Способы производства биотоплива

Способы производства биотоплива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение, в общем, относится к области производства биотоплива. Конкретнее, изобретение относится к способам производства биотоплив из органического вещества. Изобретение также относится к биотопливным продуктам, получаемым этими способами.

Предпосылки изобретения

Мировой спрос на энергию продолжает расти, в то время как запасы природной нефти (например, нефти, газа и природного газоконденсата) снижаются. Пик нефтедобычи, налагаемый сокращением запасов нефти, повышает вероятность мирового энергетического кризиса, в особенности, если спрос на энергию продолжит расти так, как предсказывается. Следовательно, возросло внимание на эксплуатацию ранее считавшихся нетрадиционными топливных ресурсов (например, тяжелой нефти, нефтяных песков, горючих сланцев) и других неископаемых источников энергии (например, древесно-волокнистых материалов).

Значительный объем исследований в области производства «альтернативной» энергии был сосредоточен на выработке биотоплив из древесно-волокнистого вещества. Эта технология повышает шансы сдвига к распространенному и возобновляемому исходному сырью для производства энергии в качестве альтернативы истощающимся запасам сырья на углеводородной основе. Обогащение ископаемых топлив с низкой удельной энергией (например, лигнита, торфа или горючего сланца) в высокоэнергетические топливные продукты также представляет привлекательную альтернативу, обусловленную относительной распространенностью этих ресурсов.

Несмотря на обладание значительным потенциалом, большинство технологий производства топлив из древесно-волокнистого вещества или других нетрадиционных материалов являются низкорентабельными и/или неспособными обеспечивать топливные продукты надлежащего качества, которые были бы коммерчески жизнеспособными. Например, современные процессы производства биотоплив из древесно-волокнистого вещества обычно требуют разделения субстрата на множество различных компонентов путем ряда сложных и требующих затрат времени этапов, и во многих случаях требуют использования дорогих гидролитических ферментов и ферментирующих микроорганизмов. Дополнительно к этим недостаткам, современные процессы неспособны использовать значительную часть материала субстрата, которая не преобразовывается в топливо и отправляется в отходы. Кроме того, топлива, произведенные в современных процессах, как правило, содержат значительно большее содержание кислорода, чем обычные топлива. Поэтому их удельная энергия сравнительно мала и низкая стабильность делает затруднительной их переработку (например, хранение, смешивание с обычными топливами, повышение качества).

Существует потребность в усовершенствованных способах производства биотоплив из органического вещества, которые избегали бы одного или нескольких изложенных выше недостатков.

Краткое описание изобретения

В первом аспекте изобретение обеспечивает способ производства биотоплива, способ включает обработку органического вещества с водным растворителем и, по меньшей мере, одним дополнительным катализатором при температуре между примерно 250°С и примерно 400°С и под давлением между примерно 100 бар и примерно 300 бар.

Во втором аспекте изобретение обеспечивает способ производства биотоплива, где способ включает:

• обеспечение реакционной смеси, содержащей органическое вещество и водный растворитель, и

• обработку указанной реакционной смеси при температуре между примерно 250°С и примерно 400°С и под давлением между примерно 100 бар и примерно 300 бар в реакционном сосуде;

где указанная реакционная смесь содержит, по меньшей мере, один дополнительный катализатор, происхождение которого независимо от других компонентов реакционной смеси и от указанного сосуда.

В одном варианте осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор не присутствует, или в значительной мере не присутствует, в любом одном или нескольких органическом веществе, водном растворителе или стенке реакционного сосуда.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор также присутствует в любом одном или нескольких органическом веществе, водном растворителе или стенке реакционного сосуда.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор является добавочным основным катализатором.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный основной катализатор является катализатором на основе гидроксида щелочного металла или катализатором на основе гидроксида переходного металла.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный основной катализатор является гидроксидом натрия или гидроксидом калия.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо является нефтепродуктом.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо является бионефтью.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов бионефть получается при переработке окаменелого органического материала (например, из углей, таких как лигнит).

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов бионефть получается из неокаменелого органического материала (например, из древесно-волокнистого вещества).

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество и водный растворитель обрабатываются в форме суспензии.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов обработка выполняется в условиях непрерывного потока.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов суспензия подвергается:

(а) нагреву и повышению давления до целевой температуры и давления,

(b) обработке при целевой температуре (температурах) и давлении (давлениях) в течение определенного промежутка времени (т.е. «времени удерживания»), и

(с) охлаждению и понижению давления,

в условиях непрерывного потока.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока больше скорости осаждения твердого вещества в суспензии.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше 0,01 см/с.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше 0,05 см/с.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше, чем примерно 0,5 см/с.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше, чем примерно 1,5 см/с.

В дополнительном варианте осуществления первого и второго аспектов обработка содержит использование, по меньшей мере, одного дополнительного катализатора, который облегчает введение водорода в органическое вещество.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество, выбран из группы, которая состоит из катализаторов на основе формиатов щелочных металлов, катализаторов на основе формиатов переходных металлов, катализаторов на основе реакционноспособных карбоновых кислот, катализаторов на основе переходных металлов, сульфидных катализаторов, катализаторов на основе благородных металлов, катализаторов конверсии водяного пара и их комбинаций.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество, является формиатом натрия.

В дополнительном варианте осуществления первого и второго аспектов обработка содержит использование, по меньшей мере, еще одного дополнительного катализатора, который облегчает удаление кислорода из органического вещества.

В дополнительном варианте осуществления первого и второго аспектов происхождение еще одного добавочного катализатора независимо от других компонентов реакционной смеси и от указанного сосуда.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества, выбран из группы, состоящей из кислотных катализаторов, катализаторов на основе переходных металлов, катализаторов на основе благородных металлов, катализаторов на основе переходных металлов на подложке, катализаторов на основе твердой кислоты и их смесей.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является окаменелым органическим веществом, имеющим содержание углерода, по меньшей мере, 50%, и водным растворителем является вода.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является окаменелым органическим веществом, имеющим содержание углерода, по меньшей мере, 60%, и водным растворителем является вода.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов температура находится между примерно 320°С и примерно 360°С, и давление между примерно 200 бар и примерно 250 бар.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов окаменелое органическое вещество является лигнитом, температура между примерно 340°С и примерно 360°С, и давление между примерно 200 бар и примерно 240 бар.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит один или несколько компонентов: нефти, угольный компонент и газообразный компонент, содержащий метан, водород, монооксид углерода и диоксид углерода.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является древесно-волокнистым веществом, и водный растворитель содержит спирт.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов древесно-волокнистое вещество содержит более чем примерно 10% каждого из: лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов температура между примерно 270°С и примерно 360°С, давление между примерно 170 бар и примерно 250 бар, и растворитель содержит между примерно 5% вес. и 40% вес. спирта.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является древесно-волокнистым веществом, температура между примерно 300°С и примерно 340°С, давление между примерно 200 бар и примерно 240 бар, и растворитель содержит между примерно 10% вес. и примерно 30% вес. спирта.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов спиртом является этанол.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов обработка производится в течение промежутка времени между примерно 20 минут и примерно 30 минут.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов способ включает этап нагрева органического вещества и водного растворителя до указанной температуры за промежуток времени менее чем примерно 2 минуты перед указанной обработкой.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов способ включает этап нагрева и повышения давления к органическому веществу и водному растворителю до указанной температуры и давления за промежуток времени менее чем примерно 2 минуты перед указанной обработкой.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов:

(i) дополнительный катализатор,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,

добавлен к органическому веществу после указанного нагрева и указанного повышения давления.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов:

(i) дополнительный катализатор,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,

добавлен к органическому веществу после указанного нагрева и указанного повышения давления и перед указанной обработкой.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является лигнитом, и

(i) дополнительный катализатор,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,

добавлен к органическому веществу, когда указанная температура больше чем примерно 340°С, и указанное давление больше чем примерно 230 бар.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является древесно-волокнистым веществом, и

(i) дополнительный катализатор,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,

добавлен к органическому веществу, когда указанная температура больше чем примерно 310°С, и указанное давление больше чем примерно 180 бар.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов способ включает этапы:

(i) охлаждения органического вещества до температуры между примерно 160°С и примерно 200°С за промежуток времени менее чем примерно 30 секунд после указанной обработки; и

(ii) понижение давления и охлаждение органического вещества до температуры окружающей среды путем высвобождения через устройство снижения давления.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов устройство снижения давления помещается в воду с температурой окружающей среды.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит компонент нефти, имеющий высшую теплопроизводительность более 35 МДж/кг.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит компонент нефти, содержащий более чем примерно 8% вес. водорода в расчете на сухой вес и менее чем примерно 10% вес. кислорода в расчете на сухой вес.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит угольный компонент, имеющий высшую теплопроизводительность более 30 МДж/кг.

В третьем аспекте изобретение обеспечивает биотопливо, произведенное по способу согласно первому и второму аспекту.

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо является нефтепродуктом.

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо является бионефтью.

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо получается при переработке окаменелого органического материала (например, углей, таких как лигнит).

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо получается при переработке неокаменелого органического материала (например, древесно-волокнистого материала).

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже путем только одного из примеров с отсылкой к сопроводительным графическим материалам, где:

Фиг.1 - график, показывающий весовой процент кислорода в нефти, полученной из древесно-волокнистой биомассы, в зависимости от концентрации натрия (моль на литр) (условия реакции: продолжительность обработки - 25 минут, 320-350єC, 240 бар).

Фиг.2 - график, показывающий имитированную дистилляцию согласно стандарту ASTM D7169 типичной угольной нефти, полученной из бурого угля.

Фиг.3а-3l представляют протонные ЯМР- и количественные 13С ЯМР-спектры для фракций A-F, как показано в таблице 6 (вначале - протонный ЯМР). Код образца А (фиг.3A-3B); Код образца B (фиг.3C-3D); Код образца C (фиг.3E-3F); Код образца D (фиг.3G-3H); Код образца E (фиг.3I-3J); Код образца F (фиг.3K-3L).

Фиг.4 показывает спектр 1H ЯМР типичной бионефти, полученной из сосны лучистой, из образца исходного сырья номер 4 в таблице 2В.

Фиг.5 показывает нормированную интенсивность (GPC) в зависимости от молекулярного веса для типовых бионефтепродуктов из сосны лучистой.

Фиг.6 показывает частичный анализ методом газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ГХ-МС), полученной из древесно-волокнистого материала бионефти, переносимой в воде, показывающий идентификацию компонентов с наиболее высоким относительным содержанием.

Фиг.7 показывает частичный анализ методом газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ГХ-МС) нефти, собранной из водной фазы, связанной с переработкой суспензии бурого угля. Компонентом с самым высоким относительным содержанием является катехин (1,2-бензолдиол).

Определения

В данном контексте формы единственного числа в том числе включают отсылки к множественному числу, если контекстом в явном виде не предписывается обратное. Например, термин «катализатор» также включает множество катализаторов.

В данном контексте термин «содержащий» означает «содержащий». Изменения слова «содержащий», такие как «содержать» и «содержит», имеют соответственно измененные значения. Так, например, материал, «содержащий» лигнин и целлюлозу, может состоять исключительно из лигнина и целлюлозы или может содержать другие, добавочные вещества.

В данном контексте термин «собственный катализатор» будет пониматься как катализатор, который естественным образом присутствует в данном компоненте реакции, как, например, в любом одном или нескольких исходных источниках органического вещества как исходного сырья, водном растворителе и/или стенках сосуда реакторного устройства.

В данном контексте термин «дополнительный катализатор» будет пониматься как катализатор, который подается в дополнение к катализатору (катализаторам), который по существу присутствует в других компонентах данной реакции (например, собственный катализатор, присутствующий в органическом веществе, водном растворителе и/или стенках реакторного устройства).

В данном контексте термины «органическое вещество» и «органические материалы» имеют одинаковое значение и охватывают любой материал, содержащий углерод, в том числе и окаменелые, и неокаменелые материалы. Не имеющие ограничительного характера примеры органического вещества содержат биомассу, древесно-волокнистый материал и материалы, содержащие углеводороды (например, лигнит, горючий сланец и торф).

В данном контексте термин «биотопливо» относится к энергосодержащему материалу, полученному при переработке органического вещества. Не имеющие ограничительного характера примеры биотоплив содержат нефтепродукты (т.е. бионефти), угольные продукты (известные еще как эквивалентные продукту повышенного качества для пылеугольного вдувания (PCI)), биодизельное топливо и спирты (например, этанол и бутанол).

В данном контексте термин «бионефть» будет пониматься как охватывающий нефтепродукты, полученные при переработке окаменелого органического материала (например, углей, таких как лигнит), неокаменелого органического материала (например, древесно-волокнистого материала) или их смесей.

В данном контексте термины «древесно-волокнистый материал» и «древесно-волокнистая биомасса» используется взаимозаменяемо и имеют одинаковое значение. Термины охватывают любое вещество, содержащее лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу.

В данном контексте термин «водный растворитель» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент воды в расчете на общий вес растворителя. Поэтому «водный растворитель» может содержать между одним процентом воды и ста процентами воды в расчете на общий вес растворителя.

В данном контексте термин «водный спирт» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент спирта в расчете на общий вес растворителя.

В данном контексте термин «водный этанол» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент этанола в расчете на общий вес растворителя.

В данном контексте термин «водный метанол» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент метанола в расчете на общий вес растворителя.

В данном контексте термин «сверхкритическое» вещество (например, сверхкритический растворитель) относится к веществу, которое нагрето выше его критической температуры и к которому приложено давление выше его критического давления (т.е. веществу при температуре и под давлением выше его критической точки).

Следует понимать, что использование термина «примерно» в данном документе в отношении излагаемого численного значения (например, температуры или давления) включает излагаемое численное значение в пределах плюс-минус десяти процентов излагаемого численного значения.

Следует понимать, что использование термина «между» в данном документе при отсылке к интервалу численных значений охватывает численные значения в каждой из конечных точек интервала. Например, температурный интервал между 10°С и 15°С включает температуры 10°С и 15°С.

Любое описание документа предшествующего уровня техники, или утверждение, полученное из такого документа или основывающееся на таком документе, не является признанием того, что документ, или полученное утверждение, является частью общеизвестных знаний в связанной области техники.

Для целей описания все документы, к которым здесь делается отсылка, объединены ссылкой в целом, если не обусловлено иное.

Подробное описание изобретения

Современные способы производства биотоплива страдают рядом недостатков. Большинство содержит ряд этапов сложных реакций, часто требующих добавления дорогих реактивов (например, гидролитических ферментов). Дополнительно многие неспособны эффективно использовать/преобразовывать значительную часть исходного сырья. Более значительно то, что биотоплива, вырабатываемые современными технологиями, обычно имеют значительно повышенное содержание кислорода по сравнению с традиционными топливами, что снижает их удельную энергию и стабильность. Поэтому эти биотоплива трудно хранить и/или перерабатывать для нисходящих применений (например, для смешивания с обычными топливами, повышения качества). В свете этих и других ограничений немногие нынешние способы производства биотоплива обеспечивают коммерчески жизнеспособную альтернативу использованию обычных топлив.

Некоторые аспекты настоящего изобретения обеспечивают способы производства биотоплив из органического вещества. В отличие от существующих способов, способы производства биотоплив, описываемые здесь, включают единственную стадию, на которой материал органического субстрата преобразовывается в биотопливо. Разделение материала субстрата на различные компоненты перед выполнением способов изобретения не требуется. Дополнительно способы не требуют использования гидролитических ферментов или микроорганизмов для ферментации сахаров. Напротив, для получения биотопливного продукта материал субстрата, смешанный с водным растворителем, подвергается единственной стадии переработки в условиях повышенной температуры и давления и факультативно в присутствии специальных катализаторов. Без ограничения конкретным способом действия, постулируется, что включение катализаторов, способствующих поддержанию восстановительной среды, приводит в действие ряд реакций, в которых материал субстрата расщепляется и видоизменяется путем восстановления кислорода и введения водорода.

Некоторые особенности изобретения относятся к биотопливам, произведенным по способам настоящего изобретения. Биотоплива отличаются низким содержанием кислорода, высокой удельной энергией и/или повышенной стабильностью по сравнению с биотопливами, изготавливаемыми по доступным в настоящее время способам. Соответственно, биотоплива согласно изобретению более пригодны для хранения и/или смешивания с обычными топливами (например, с дизельным топливом) и (при необходимости) их качество легче повышается до более высококачественных топливных продуктов.

Органическое вещество

Настоящее изобретение обеспечивает способы конверсии органического вещества в биотопливо. В данном контексте «органическое вещество» (также именуемое здесь «органическим материалом») охватывает любое вещество, содержащее углерод, в том числе и окаменелые, и неокаменелые формы вещества, содержащие углерод.

Ограничений в отношении конкретного типа органического вещества, используемого в способах изобретения, не существует, хотя предполагается, что некоторые формы органического вещества могут быть более подходящими чем другие.

Органическое вещество, используемое в способах изобретения, может представлять собой природные органические материалы (например, древесно-волокнистую биомассу, или ископаемые топливные материалы, в том числе лигнит, горючий сланец, торф и т.п.) или синтетические органические материалы (например, синтетические каучуки, пластмассы, нейлоны и т.п.).

Органический материал, используемый в способах изобретения, может представлять собой окаменелый органический материал (например, лигнит), неокаменелый органический материал (например, древесно-волокнистое вещество) или их смесь.

Следует понимать, что органический материал может содержать смеси двух или большего количества различных типов природных органических материалов, двух или более различных типов синтетических органических материалов или смесь природных и синтетических органических материалов. Не существует ограничения в отношении конкретного соотношения различных компонентов в смеси.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения, органическое вещество, используемое в способах изобретения, содержит окаменелое органическое вещество. «Окаменелое органическое вещество», как подразумевается в данном документе, охватывает любой органический материал, который был подвергнут геотермальному давлению и температуре в течение некоторого промежутка времени, достаточного для удаления воды и концентрирования углерода до значительных уровней. Например, окаменелый органический материал может содержать более чем примерно 10% вес., 20% вес., 30% вес., 40% вес., 50% вес., 60% вес., 70% вес., 75% вес., 80% вес., 85% вес., 90% вес. или 95% вес. углерода. Предпочтительно, окаменелый органический материал может содержать более чем примерно 50% вес. углерода, более чем примерно 60% вес. углерода или более чем примерно 70% вес. углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры таких материалов содержат угли (например, антрациты, такие как графит, антрацит и полуантрацит; битуминозные угли; полубитуминозные угли; лигнит (т.е. бурый уголь), коксующийся уголь, каменноугольную смолу, производные каменноугольной смолы, полукокс), коксы (например, высокотемпературный кокс, литейный кокс, низко- и среднетемпературный кокс, пековый кокс, нефтяной кокс, кокс, произведенный в коксовой печи, коксовая мелочь, газовый кокс, буроугольный кокс, полукокс), торф (например, фрезерный торф, пластовой торф), кероген, нефтеносные пески, горючий сланец, сланцевый деготь, асфальты, асфальтины, природный битум, битуминозные пески, или любую их комбинацию.

В других предпочтительных вариантах осуществления органическое вещество, используемое в способах изобретения, содержит древесно-волокнистое вещество. В данном контексте «древесно-волокнистое вещество» относится к любому веществу, содержащему лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу.

Например, древесно-волокнистое вещество может представлять собой древесное растение или его компонент. Не имеющие ограничительного характера примеры пригодных древесных растений включают сосну (например, сосну лучистую), березу, эвкалипт, бамбук, бук, ель, пихту, кедр, тополь, иву и осину. Древесные растения могут представлять собой порослевые лесные растения (например, порослевую иву, порослевую осину).

Дополнительно или в качестве альтернативы, древесно-волокнистое вещество может представлять собой волокнистое растение или его компонент. Не имеющие ограничительного характера примеры волокнистых растений (или их компонентов) содержат злаковые травы (например, просо прутьевидное), свежескошенные травы, лен, початки кукурузы, кукурузную солому, тростник, бамбук, жмых, коноплю посевную, мексиканскую агаву, джут, коноплю, коноплю посевную, солому, пшеничную солому, абака, хлопчатник, кенаф, рисовую шелуху и кокосовые волокна.

Дополнительно или в качестве альтернативы, древесно-волокнистое вещество может быть получено из сельскохозяйственного источника. Не имеющие ограничительного характера примеры древесно-волокнистого вещества из сельскохозяйственных источников содержат сельскохозяйственные культуры, остатки сельскохозяйственных культур и отходы предприятий переработки зерна (например, оболочки пшеницы/овса, высевки кукурузы и т.д.). В общем, древесно-волокнистое вещество из сельскохозяйственных источников может содержать твердую древесину, мягкую древесину, стволы твердой древесины, стволы мягкой древесины, ореховую скорлупу, ветви, кусты, побеги, зерно, кукурузную солому, обертки початков кукурузы, энергетические сельскохозяйственные культуры, лесные ресурсы, плоды, цветки, зерно, злаковые травы, зеленые культуры, пшеничную солому, просо прутьевидное, иву, жмых сахарного тростника, бородки хлопкового зерна, листву, кору, хвою, необработанный лесоматериал, корни, побеги, лесные культуры с коротким оборотом рубки, кустарники, просо прутьевидное, деревья, лозу, навоз крупного рогатого скота, отходы свиноводства.

Дополнительно или в качестве альтернативы, древесно-волокнистое вещество может быть получено из эксплуатационных или девственных лесов (например, деревьев, побегов, остатков переработки строевого леса или лесных массивов, таких отходов древесины, как ветви, листья, кора, бревна, корни, листья, и продуктов, полученных при переработке таких материалов, потоков отходов или субпродуктов от лесоматериалов, брака и обрезков с лесопилок и бумажных фабрик, опилок и древесностружечной плиты).

Дополнительно или в качестве альтернативы, в качестве источника древесно-волокнистого материала могут использоваться промышленные изделия и субпродукты. Не имеющие ограничительного характера примеры содержат связанные с древесиной материалы и отходы древесины и промышленные изделия (например, техническая целлюлоза, пульпа для изготовления бумаги (например, газетной бумаги), картон, текстильные изделия и ткани, декстран и вискозное волокно).

Следует понимать, что органический материал, используемый в способах изобретения, может содержать смесь двух или более различных типов древесно-волокнистого вещества, включая любую комбинацию представленных выше отдельных примеров.

Относительная пропорция лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в исходном образце будет зависеть от природы древесно-волокнистого материала.

Только для примера, доля гемицеллюлозы в древесном или волокнистом растении, используемом в способах изобретения, может быть между примерно 15% и примерно 40%, доля целлюлозы может быть между примерно 30% и примерно 60%, и доля лигнина может быть между примерно 5% и примерно 40%. Предпочтительно, доля гемицеллюлозы в древесном или волокнистом растении, используемом в способах изобретения, может быть между примерно 23% и примерно 32%, доля целлюлозы может быть между примерно 38% и примерно 50%, и доля лигнина может быть между примерно 15% и примерно 25%.

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество, используемое в способах изобретения, может содержать между примерно 2% и примерно 35% лигнина, между примерно 15% и примерно 45% целлюлозы, и между примерно 10% и примерно 35% гемицеллюлозы.

В других вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество, используемое в способах изобретения, может включать между примерно 20% и примерно 35% лигнина, между примерно 20% и примерно 45% целлюлозы, между примерно 20% и примерно 35% гемицеллюлозы.

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество может содержать более чем примерно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% или 50% лигнина.

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество может содержать более чем примерно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% или 50% целлюлозы.

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество может содержать более чем примерно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% или 50% гемицеллюлозы.

Специалист признает, что способы, описанные в данном документе, не ограничиваются относительными пропорциями лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в исходном источнике древесно-волокнистого вещества.

Органическое вещество, используемое в способах изобретения, может содержать смесь окаменелого органического вещества и неокаменелого органического вещества (например, древесно-волокнистого вещества). Не имеющие ограничивающего характера примеры пригодного окаменелого и неокаменелого органического вещества, которое может быть включено в смесь, представлены в абзацах выше. Следует понимать, что не существует ограничения в отношении относительной пропорции окаменелого и неокаменелого органического вещества в смеси.

В некоторых вариантах осуществления изобретения смесь содержит лигнит (бурый уголь) и древесно-волокнистое вещество. Древесно-волокнистое вещество смеси может, например, содержать материал древесного растения и/или материал волокнистого растения. Доля лигнита в смеси может быть больше чем примерно 20%, 40%, 60% или 80%. В альтернативном варианте доля древесно-волокнистого вещества в смеси может быть больше чем примерно 20%, 40%, 60% или 80%.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления органическое вещество, используемое в способах изобретения, содержит углеродсодержащие полимерные материалы, не имеющие ограничивающего характера примеры которых содержат каучуки (например, покрышки), пластмассы и полиамиды (например, нейлоны).

Не имеющие ограничивающего характера примеры пригодных каучуков содержат натуральные и синтетические каучуки, такие как полиуретаны, стирольные каучуки, неопрены, полибутадиен, фторкаучуки, бутилкаучуки, силоксановые каучуки, плантационный каучук, акрилатные каучуки, тиоколы и нитриловые каучуки.

Не имеющие ограничивающего характера примеры подходящих пластмасс содержат ПВХ, полиэтилен, полистирол, терефталат, полиэтилен и полипропилен.

Органическое вещество, используемое в способах изобретения, может включать углеродсодержащие отходы, такие как сточные воды, компост или отходы промышленности или домашних хозяйств.

Предварительная обработка органического вещества

Органическое вещество, используемое в способах изобретения факультативно может быть обработано перед выполнением конверсии вещества в биотопливо.

Следует признавать, что для выполнения этапа предварительной обработки при использовании способов изобретения нет жестких требований. Например, предварительная обработка органического вещества может не требоваться, если оно получено в форме жидкости или в форме твердых частиц. Однако предполагается, что во многих случаях предварительная обработка органического вещества может оказаться преимущественной для улучшения результата описанных здесь способов производства биотоплива.

В общем, предварительная обработка может использоваться для того, чтобы разрушить физическую и/или химическую структуру органического вещества, делая его более доступным для различных реактивов, используемых в способах изобретения (например, водного растворителя, катализатора) и/или других параметров реакции (например, теплоты и давления). В некоторых вариантах осуществления изобретения предварительная обработка органического вещества может выполняться с целью повышения растворимости, повышения пористости и/или снижения кристалличности сахаросодержащих компонентов (например,