Переработка органического материала

Переработка органического материала

Реферат

Перекрестная ссылка на родственную заявку

Настоящая заявка испрашивает приоритет австралийской предварительной патентной заявки № 2011900020, поданной 5 января 2011, содержание которой во всей своей полноте включено в настоящую заявку посредством перекрестной ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к области изготовления топлива. Более конкретно, настоящее изобретение относится к изготовлению биотоплива путем высокотемпературной переработки органического материала на углеводородной основе.

Уровень техники

Переработка твердой лигноцеллюлозной биомассы, имеющей низкое удельное энергосодержание, в жидкую бионефть, которая имеет высокое удельное энергосодержание, является устойчивой, пригодной для хранения и перекачивания, и которую можно совместно перерабатывать на ближайших традиционных нефтеперерабатывающих заводах в традиционные продукты переработки нефти (т.е. дешевые горючие материалы), представляет собой основную цель, которая поддерживает устойчивое производство биотоплива.

В существующих подходах к так называемому производству биотоплива «первого поколения» обычно используют семена растений, оставляя неиспользованной остальные части растений. Помимо огромного количества отходов, производимое этими способами биотопливо содержит так называемые кислородные соединения (например, этанол и метиловые эфиры жирных кислот), которые имеют существенно меньшее удельное энергосодержание, чем дизельное топливо или бензин, полученные из ископаемых источников.

Пиролиз (нагревание биомассы до очень высоких температур в среде с содержанием кислорода от атмосферного до низкого) представляет собой альтернативный подход, используемый для конверсии биомассы в жидкую бионефть. Однако жидкая бионефть, полученная путем пиролиза, как правило, имеет очень высокое содержание кислорода, что приводит к низкому удельному энергосодержанию и повышенной неустойчивости (смолообразованию) и делает затруднительным ее промышленную переработку. Хотя можно осуществлять пиролиз после газификации и использовать газы в синтезе дизельного топлива методом Фишера-Тропша (Fischer-Tropsch), чтобы перерабатывать полученную пиролизом нефть в дешевое жидкое топливо, связанные с этим капитальные расходы являются настолько значительными, что препятствуют широкому распространению данного метода.

Значительный прогресс достигнут в гидротермальной переработке полученной пиролизом нефти (с применением и без применения катализаторов) для производства более устойчивых нефтепродуктов с пониженным содержанием кислорода. Однако эти способы все же страдают от недостатков, которые существенно влияют на увеличение масштаба/промышленное производство, в том числе, например, ограничение пропорции исходного материала в реакционных суспензиях, недостаточно оптимальный теплоперенос и разделение продуктов.

Сущность изобретения

В свете недостатков, связанных с действующими в настоящее время технологиями, включая те, которые описаны выше, существует потребность в усовершенствовании способов производства биотоплива.

В ряде существующих способов используются водные растворители (например, вода и/или водные растворы спиртов) при высокой температуре и давлении для производства бионефти из органического материала. Неожиданно было обнаружено, что добавление нефти к данным растворителям (например, сочетание нефти, и/или воды, и/или водного раствора спирта) представляет собой способ повышения эффективности производства бионефти.

В первом аспекте настоящее изобретение предлагает способ изготовления биотоплива, причем данный способ включает:

изготовление суспензии, содержащей исходный органический материал, воду и нефть;

обработку суспензии в реакторном устройстве при температуре от приблизительно 200°C до приблизительно 450°C и давлении от приблизительно 180 бар (18 МПа) до приблизительно 350 бар (35 МПа); и

охлаждение суспензии и снижение указанного давления, в результате чего получается продукт, содержащий указанное биотопливо.

В одном варианте осуществления первого аспекта суспензия содержит от приблизительно 20 мас.% до приблизительно 60 мас.% указанной нефти.

В одном варианте осуществления первого аспекта суспензия содержит от приблизительно 20 мас.% до приблизительно 40 мас.% указанного органического материала.

В одном варианте осуществления первого аспекта суспензия дополнительно содержит водный раствор спирта.

В одном варианте осуществления первого аспекта спирт в водном растворе представляет собой этанол или метанол.

В одном варианте осуществления первого аспекта суспензия имеет массовое процентное содержание указанного спирта, составляющее от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 40 мас.%, от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 30 мас.%, от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 25 мас.%, от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 20 мас.%, от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 15 мас.% или от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 10 мас.%.

В одном варианте осуществления первого аспекта органический материал представляет собой лигноцеллюлозный материал. В одном варианте осуществления первого аспекта органический материал представляет собой лигнит.

В одном варианте осуществления первого аспекта указанная обработка включает нагревание и сжатие суспензии, по меньшей мере, в одном резервуаре или камере указанного реакторного устройства.

В одном варианте осуществления первого аспекта указанная обработка включает производство докритического или сверхкритического пара независимо от суспензии и контакт суспензии с докритическим или сверхкритическим паром, по меньшей мере, в одном резервуаре или камере указанного реакторного устройства.

В одном варианте осуществления первого аспекта суспензия находится при температуре и давлении окружающей среды или вблизи температуры и давления окружающей среды перед указанным контактом с докритическим или сверхкритическим паром.

В одном варианте осуществления первого аспекта указанная обработка включает нагревание суспензии до температуры выбранный из группы, которую составляют, по меньшей мере, следующие: приблизительно 100°C, по меньшей мере, приблизительно 150°C, по меньшей мере, приблизительно 200°C, по меньшей мере, приблизительно 250°C, по меньшей мере, приблизительно 300°C, по меньшей мере, приблизительно 350°C, от приблизительно 200°C до приблизительно 250°C, от приблизительно 200°C до приблизительно 400°C, от приблизительно 250°C до приблизительно 400°C, от приблизительно 250°C до приблизительно 350°C, и от приблизительно 250°C до приблизительно 350°C; производство докритического или сверхкритического пара независимо от суспензии; и контакт суспензии с докритическим или сверхкритическим паром, по меньшей мере, в одном резервуаре или камере указанного реакторного устройства. К суспензии можно прилагать давление до и/или после указанного контакта.

Во втором аспекте настоящее изобретение предлагает способ изготовления биотоплива, причем данный способ включает обработку органического материала растворителем на углеводородной основе, содержащим менее чем приблизительно 50 мас.% воды, при температуре от приблизительно 200°C до приблизительно 450°C и давлении от приблизительно 180 бар (18 МПа) до приблизительно 350 бар (35 МПа).

В третьем аспекте настоящее изобретение предлагает способ изготовления биотоплива, причем данный способ включает обработку органического материала растворителем на углеводородной основе, содержащим менее чем приблизительно 50 мас.% воды, при температуре от приблизительно 200°C до приблизительно 400°C и давлении от приблизительно 100 бар (10 МПа) до приблизительно 300 бар (30 МПа).

В четвертом аспекте настоящее изобретение предлагает способ изготовления биотоплива, причем данный способ включает обработку органического материала растворителем на углеводородной основе, содержащим менее чем приблизительно 50 мас.% воды, при температуре от приблизительно 200°C до приблизительно 400°C, и указанное давление составляет от приблизительно 50 бар (5 МПа) до приблизительно 300 бар (30 МПа).

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов указанная обработка включает нагревание и сжатие суспензии, содержащей указанный органический материал, по меньшей мере, в одном резервуаре или камере указанного реакторного устройства.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов указанная обработка включает контакт суспензии, содержащей указанный органический материал, с докритическим или сверхкритическим паром.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов суспензия находится при температуре и давлении окружающей среды или вблизи температуры и давления окружающей среды перед указанным контактом с докритическим или сверхкритическим паром.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов указанная обработка включает нагревание суспензии, содержащей указанный органический материал, до температуры, выбранной из группы, которую составляют следующие: по меньшей мере, приблизительно 100°C, по меньшей мере, приблизительно 150°C, по меньшей мере, приблизительно 200°C, по меньшей мере, приблизительно 250°C, по меньшей мере, приблизительно 300°C, по меньшей мере, приблизительно 350°C, от приблизительно 200°C до приблизительно 250°C, от приблизительно 200°C до приблизительно 400°C, от приблизительно 250°C до приблизительно 400°C, от приблизительно 250°C до приблизительно 350°C, и от приблизительно 250°C до приблизительно 350°C; производство докритического или сверхкритического пара независимо от суспензии; и контакт суспензии с докритическим или сверхкритическим паром, по меньшей мере, в одном резервуар или камере указанного реакторного устройства. К суспензии можно прилагать давление до и/или после указанного контакта.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов температура составляет от приблизительно 300°C до приблизительно 380°C, и давление составляет от приблизительно 200 бар (20 МПа) до приблизительно 300 бар (30 МПа).

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработка включает использование, по меньшей мере, одного дополнительного катализатора.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов, по меньшей мере, один дополнительный катализатор представляет собой дополнительный основной катализатор.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов дополнительный основной катализатор представляет собой содержащий гидроксид щелочного металла катализатор или содержащий гидроксид переходного металла катализатор.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов дополнительный основной катализатор представляет собой гидроксид натрия или гидроксид калия.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработку осуществляют в условиях непрерывного потока.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработка включает использование, по меньшей мере, одного дополнительного катализатора, который ускоряет внедрение водорода в указанный органический материал.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов катализатор, который ускоряет внедрение водорода, выбирают из группы, которую составляют содержащие формиат щелочного металла катализаторы, содержащие формиат переходного металла катализаторы, содержащие реакционноспособную карбоновую кислоту катализаторы, содержащие переходный металл катализаторы, включая соответствующие гидриды, сульфидные катализаторы, содержащие благородный металл катализаторы, включая соответствующие гидриды, катализаторы конверсии водяного газа и их сочетания.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов катализатор представляет собой формиат натрия.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов катализатор представляет собой соединение железа в низкой степени окисления, включая соответствующие гидриды, гомогенные частицы соединения железа в нулевой степени окисления и гетерогенные частицы соединения железа в нулевой степени окисления.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработка включает использование, по меньшей мере, одного дополнительного катализатора, который ускоряет удаление кислорода из указанного органического материала.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов катализатор, который ускоряет удаление кислорода из указанного органического материала, выбирают из группы, которую составляют содержащие формиат щелочного металла катализаторы, содержащие формиат переходного металла катализаторы, содержащие реакционноспособную карбоновую кислоту катализаторы, содержащие переходный металл катализаторы, включая соответствующие гидриды, сульфидные катализаторы, содержащие благородный металл катализаторы, включая соответствующие гидриды, катализаторы конверсии водяного газа и их сочетания.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов органический материал представляет собой ископаемый органический материал, в котором содержание углерода составляет, по меньшей мере, 50%, и указанный растворитель представляет собой нефть, содержащую менее чем 50 мас.% воды.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов органический материал представляет собой ископаемый органический материал, в котором содержание углерода составляет, по меньшей мере, 60%, и указанный растворитель представляет собой нефть, содержащую менее чем 50 мас.% воды.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов органический материал представляет собой лигнит, температура составляет от приблизительно 330°C до приблизительно 350°C, и давление составляет от приблизительно 160 бар (16 МПа) до приблизительно 250 бар (25 МПа).

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов органический материал представляет собой лигноцеллюлозную биомассу, температура составляет от приблизительно 330°C до приблизительно 350°C, и давление составляет от приблизительно 160 бар (16 МПа) до приблизительно 250 бар (25 МПа).

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработку осуществляют в течение периода времени, составляющего, по меньшей мере, приблизительно 5 минут.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработку осуществляют в течение периода времени, составляющего от приблизительно 5 минут до приблизительно 25 минут.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработку осуществляют в течение периода времени, составляющего от приблизительно 5 минут до приблизительно 60 минут.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработку осуществляют в течение периода времени, составляющего от приблизительно 10 минут до приблизительно 20 минут.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов обработку осуществляют в течение периода времени, составляющего приблизительно 15 минут.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов биотопливо содержит углеводородный компонент, у которого высшая теплотворная способность составляет более чем 35 МДж/кг.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов биотопливо содержит углеводородный компонент, у которого высшая теплотворная способность составляет более чем 37 МДж/кг.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов биотопливо содержит углеводородный компонент, у которого высшая теплотворная способность составляет более чем 40 МДж/кг.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов органический материал присутствует в форме суспензии, содержащей, по меньшей мере, 30 мас.% указанного органического материала.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов органический материал присутствует в форме суспензии, содержащей, по меньшей мере, 40 мас.% указанного органического материала.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов растворитель содержит, по меньшей мере, приблизительно 30 мас.% нефти.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов растворитель содержит, по меньшей мере, приблизительно 40 мас.% нефти.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов растворитель содержит, по меньшей мере, приблизительно 50 мас.% нефти.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов растворитель содержит, по меньшей мере, приблизительно 60 мас.% нефти.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов растворитель содержит, по меньшей мере, приблизительно 70 мас.% нефти.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов нефть выбирают из группы, которую составляют парафиновая нефть, газойль, сырая нефть, синтетическая нефть, угольная нефть, бионефть, сланцевая нефть, керогеновая нефть, минеральное масло, светлое минеральное масло и ароматическая нефть.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов нефть рециркулируют из биотоплива.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов путем указанной обработки получают биотопливный продукт, включающий первую углеводородную фазу, содержащую нефть из указанного растворителя на углеводородной основе и бионефть, произведенную из указанного органического материала; водную фазу, содержащую растворенные органические соединения; и твердую фазу, содержащую калорийный уголь.

В одном варианте осуществления второго, третьего и четвертого аспектов указанная обработка дополнительно производит газовую фазу.

В одном варианте осуществления четвертого аспекта путем указанного охлаждения и снижения давления получают биотопливный продукт, включающий первую углеводородную фазу, содержащую нефть из указанного растворителя на углеводородной основе и бионефть, произведенную из указанного органического материала; водную фазу, содержащую растворенные органические соединения; и твердую фазу, содержащую калорийный уголь.

В одном варианте осуществления первого аспекта путем указанного снижения давления дополнительно получают газовую фазу.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего и четвертого аспектов указанный биотопливный продукт дополнительно включает вторую углеводородную фазу, содержащую нефть, которая является более полярной, чем нефть указанной первой углеводородной фазы.

В пятом аспекте настоящее изобретение предлагает биотопливо, произведенное способом согласно первому, второму или третьему аспектам.

В одном варианте осуществления первого, второго, третьего, четвертого и пятого аспектов биотопливо представляет собой бионефть.

Краткое описание чертежей

Далее предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения будет описан исключительно в качестве примера со ссылкой на следующий сопровождающий чертеж:

Фиг. 1 представляет технологическую блок-схему, иллюстрирующую устройство для переработки органического материала в биотопливо в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Номера блоков 1-12 соответствуют номерам потоков 1-12, представленных ниже в таблице 1 (левый столбец), в которой содержатся примерные характеристики состава потоков.

Таблица 1Примерные характеристики состава потоков при использовании определенной биомассы в качестве исходного материала
Состав (мас.%)
Номер потока	Вода	Содержащиеся в воде органические вещества	Биомасса(в пересчете на сухой материал)	Нефть(в пересчете на сухой материал)	Добавки	Реагирующие газы	Количество (тонн/час)	Температура (°C)
1	20	0	79	0	1	0	31,6	25
2	15	0	39,5	45	0,5	0	63,1	90,6
3	15	0	39,5	45	0,5	0	63,1	90,6
4	15	0	39,5	45	0,5	0	63,1	350
5	15	2,4	0	62,4	0,5	20	63,1	350
6	15	2,4	0	62,4	0,5	20	63,1	150
7	10	0	0	0	0	90	13,7	25
8	70,3	24,5	0	0	5,2	0	6,1	150
9	10	0	0	90	0	0	43,3	150
10	70,3	24,5	0	0	5,2	0	6,1	25
11	10	0	0	90	0	0	11,8	25
12	10	0	0	90	0	0	31,6	150
13	10	0	0	90	0	0	31,6	150

Представленные здесь соотношения рециркуляции нефти можно регулировать

Нефтяная суспензия: биомасса 1

Селективность конверсии (все в пересчете на сухой материал):

Содержащиеся в воде вещества (гумус и т.д.): 6 мас.%

Выход нефти, включая используемую содержащуюся в воде фракцию (в пересчете на сухой материал): 44 мас.%

Выход газа: 50 мас.%

Для установки, использующей исходную биомассу с влагосодержанием 20 мас.%:

200000 тонн в год абсолютно сухой массы (влагосодержание 0%) эквивалентны 250000 тонн в год влажной массы

Продолжительность обработки: 8 минут

Часовая производительность: 31,6 тонн/час

Плотность всех материалов считается равной 1

Объем реактора: 8,4 м³

Часовой выход бионефти (в пересчете на сухой материал): 11 тонн/час

Внутренний диаметр трубы: 24 дюйма (60,96 см)

Длина реактора: 28,8 м

Определения

При использовании в настоящей заявке форма единственного числа, вводимая определенным и неопределенными артиклями, включает форму множественного числа, если иное условие четко не определено контекстом. Например, термин «катализатор» также включает множество катализаторов.

При использовании в настоящей заявке термин «содержащий» означает «включающий». Производные слова «содержащий», такие как «содержат» и «содержит», имеют соответствующим образом измененные значения. Таким образом, например, материал, «содержащий» нефть, может состоять исключительно из нефти или может дополнительно включать другие вещества.

При использовании в настоящей заявке термины «органический материал» и «органические материалы» имеют одинаковый смысл и означают любой материал, содержащий углерод, в том числе ископаемые и неископаемые материалы. Неограничительные примеры органического материала включают биомассу, лигноцеллюлозный материал и углеводородсодержащие материалы (например, лигнит, нефтеносный сланец и торф).

При использовании в настоящей заявке термин «биотопливо» означает энергоемкий материал, производимый путем переработки органического материала. Неограничительные примеры биотоплива включают нефть, бионефть, угольные продукты (также известные как эквивалентные продукты переработки для пылеугольного вдувания (PCI)), газообразные продукты, биодизельное топливо и спирты (например, этанол и бутанол).

При использовании в настоящей заявке термин «бионефть» следует понимать как означающий нефтепродукты, производимые путем переработки ископаемого органического материала (например, угля, такого как лигнит), неископаемого органического материала (например, лигноцеллюлозного материала) или их смеси.

При использовании в настоящей заявке термины «лигноцеллюлозный материал» и «лигноцеллюлозная биомасса» используются взаимозаменяемо и имеют одинаковое значение. Данные термины означают любое вещество, содержащее лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу.

При использовании в настоящей заявке термин «водный растворитель» означает растворитель, содержащий, по меньшей мере, 1% воды по отношению к суммарной массе растворителя. Таким образом «водный растворитель» может содержать между 1% воды и 100% воды по отношению к суммарной массе растворителя.

При использовании в настоящей заявке термин «водный раствор спирта» означает растворитель, содержащий, по меньшей мере, 1% спирта по отношению к суммарной массе растворителя.

При использовании в настоящей заявке термин «водный раствор этанола» означает растворитель, содержащий, по меньшей мере, 1% этанола по отношению к суммарной массе растворителя.

При использовании в настоящей заявке термин «водный раствор метанола» означает растворитель, содержащий, по меньшей мере, 1% метанола по отношению к суммарной массе растворителя.

При использовании в настоящей заявке термин «растворитель на углеводородной основе» означает растворитель, содержащий любой подходящий углеводород, неограничительные примеры которого включают парафиновую нефть, газойль, сырую нефть, синтетическую нефть, угольную нефть, бионефть, сланцевую нефть/керогеновую нефть, ароматическую нефть (т.е. содержащие одно или множество ароматических колец компоненты или их смеси), экстрагируемые простым эфиром вещества, экстрагируемые гексаном вещества и любые смеси любых перечисленных выше компонентов.

При использовании в настоящей заявке термин «сверхкритическое вещество» (например, сверхкритический растворитель) означает вещество, которое нагрето выше его критической температуры и сжато выше своего критического давления (т.е. вещество при температуре и давлении выше его критической точки).

При использовании в настоящей заявке термин «докритическое вещество» (например, докритический растворитель) означает вещество при температуре и/или давлении ниже критической точки вещества. Соответственно, вещество может быть «докритическим» при температуре ниже его критический точки и давлении выше его критической точки, при температуре выше его критической точки и давлении ниже его критической точки или при температуре и давлении ниже его критической точки.

При использовании в настоящей заявке термин «дополнительный катализатор» представляет собой катализатор, который является вспомогательным по отношению к каталитическим соединениям, естественно присутствующим в органическом материале, перерабатываемом в соответствии со способами настоящего изобретения, каталитическим соединениям, естественно присутствующим в растворителе на углеводородной основе, используемом в соответствии со способами настоящего изобретения, и/или каталитическим соединениям, естественно присутствующим на стенках реакторного устройства, используемого для осуществления способов настоящего изобретения.

При использовании в настоящей заявке термин «естественный катализатор» следует понимать как означающий катализатор, который естественно присутствует в данном реакционном компоненте, таком как, например, любой один или более из исходных органических материалов, водных растворителей и/или стенок резервуара реакторного устройства.

Следует понимать, что использование термина «приблизительно» в настоящей заявке по отношению к определенному численному значению (например, температуры или давления) включает данное численное значение и численные значения, отличающиеся не более чем на 10% в сторону увеличения или уменьшения от данного значения.

Следует понимать, что использование термина «между» в настоящей заявке по отношению к интервалу численных значений включает численные значения в каждой из конечных точек данного интервала. Например, температурный интервал между 10°C и 15°C включает температуры 10°C и 15°C.

Любое описание документа предшествующего уровня техники в настоящей заявке или содержащееся в настоящей заявке утверждение, выведенное из указанного документа или на его основании, не представляет собой допущение, что указанный документ или производное утверждение представляет собой часть общеизвестных знаний в соответствующей области техники.

Для целей описания все документы, процитированные в настоящей заявке, во всей своей полноте включаются в нее посредством ссылки, если не определены другие условия.

Подробное описание изобретения

Существующие в настоящее время способы изготовления бионефти из органического материала страдают от ряда недостатков. Помимо обычно высокого содержания кислорода и неудовлетворительной устойчивости большинства видов бионефти, вследствие необходимости осуществления реакций деполимеризации при высокой температуре и давлении требуется реакторное устройство (например, непрерывные проточные реакторы, периодические реакторы и т.п.), что представляет собой дополнительные трудности.

Например, воду, как правило, используют в качестве основного деполимеризационного реагента в способах гидротермального ожижения (например, технологии гидротермальной переработки (HTU) и каталитического гидротермального реактора (Cat-HTR)). Использование воды ограничивает концентрацию органического материала (например, лигноцеллюлозной биомассы), которую можно использовать в суспензии исходного материала в реакторе, вследствие набухания. Кроме того, требуются высокие уровни энергии для нагревания воды до температуры реакции (и поддержания при этой температуре), в результате чего происходит карбонизация на внутренней поверхности стенок реакторного резервуара. Хотя использование подходящего вспомогательного растворителя, такого как этанол, предоставляет собой потенциальное средство снижения карбонизации, это также значительно повышает суммарные расходы данного технологического процесса. Баллистическое нагревание представляет собой еще один способ, который можно использовать для сведения карбонизации до минимума. Этот способ включает быстрое слияние двух отдельных потоков (поток суспензии и поток до/сверхкритической воды) в баллистической нагревательной камере. Однако стоимость сверхкритического бойлера, используемого для баллистического нагревания и связанной с ним стадией деионизации воды производит значительное неблагоприятное воздействие на экономические показатели.

Следующий недостаток производства бионефти путем гидротермального ожижения органического материала заключается в том, что продукт, как правило, содержит множество слоев нефти, которые имеют различные химические свойства. Разделение различных слоев может оказаться затруднительным, и для него требуются дополнительные ресурсы.

Настоящее изобретение связано с неожиданным обнаружением того, что, по меньшей мере, один из вышеупомянутых недостатков можно преодолеть путем введения нефти в растворители, используемые в способах гидротермального ожижения. Без ограничения конкретным механизмом действия считается, что активный деполимеризационный реагент (вода) в данных процессах деполимеризует исходный органический материал (например, лигноцеллюлозную биомассу, торф, лигнит, бурый уголь и т.п.), реагируя с их кислородсодержащими связями в реакции, обычно называемой термином «гидролиз». Кроме того, вода представляет собой технологическую жидкость, которая переносит исходный материал через реакторное устройство. При использовании способов согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, часть этой технологической жидкости заменяет нефть, такая как, например, нереакционноспособная нефть или реакционноспособная нефть (например, содержащая множество ароматических колец нефть, которую можно обратимо гидрировать), которая способна осуществлять перенос водорода, или их смесь. Хотя предусмотрено, что исходная («пусковая») технологическая жидкость может содержать нефть (например, парафиновую нефть) и/или воду из внешних источников, в условиях стационарной эксплуатации можно осуществлять процесс, используя рециркулирующую полученную нефть и/или технологическую воду в качестве среды для переработки (как представлено в примере на фиг. 1).

Соответственно, определенные аспекты настоящего изобретения относятся к способам производства биотоплива путем обработки органического материала растворителями на углеводородной основе при повышенной температуре и давлении. Дополнительные аспекты настоящего изобретения относятся к биотопливным продуктам, производимым способами, которые описаны в настоящей заявке.

Продемонстрировано, что способы согласно настоящему изобретению обеспечивают несколько значительных преимуществ. Например, используемая пропорция исходного материала в суспензии может быть значительно выше, поскольку набухание исходного материала предотвращается в низкотемпературной зоне, где на него воздействует повышенное давление. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение производительности и значительно сокращает размер реактора. Во-вторых, упрощается теплоперенос к нефти, что сокращает энергию, требуемую для суспензии. Это, в свою очередь, сокращает карбонизацию и способствует использованию теплообменников меньших размеров.

Кроме того, продукт ожижения находится в углеводородном слое, и его можно легко отделять путем центрифугирования, устраняя необходимость испарения больших количеств воды. Углеводородный слой может также удалять промежуточные вещества из водной фазы, влияя на равновесие, и результате этого становится возможным регулирование реакции в сторону образования большего количества бионефти/содержащей меньшее количество кислорода бионефти.

Таким образом, способы согласно настоящему изобретению упрощают использование установки меньшего размера в отношении теплообменников, размеров реактора и/или устройств для разделения продуктов, обеспечивая, следовательно, существенное сокращение капитальных расходов и/или эксплуатационных расходов.

Органический материал

Настоящее изобретение предлагает способы переработки органического материала в биотопливо. При использовании в настоящей заявке термин «органический материал» (также называется в настоящей заявке «органический материал») означает любой материал, содержащий углерод, включая ископаемые и неископаемые формы углеродсодержащих материалов.

Не существует никакого ограничения по отношению к конкретному типу органического материала, который используют в способах согласно настоящему изобретению, хотя предусмотрено, что определенные формы органического материала (например, ископаемый органический материал) могут оказаться более подходящими, чем другие.

Органический материал, используемый в способах согласно настоящему изобретению, может содержать встречающиеся в природе органические материалы (например, лигноцеллюлозная биомасса или ископаемые топливные материалы, включая лигнит, нефтеносный сланец, торф и т.п.) и/или синтетические органические материалы (например, синтетические каучуки, пластмассы, нейлон и т.п.). Органический материал, используемый в способах согласно настоящему изобретению, может содержать ископаемый органический материал (например, лигнит) и/или неископаемый органический материал (например, лигноцеллюлозный материал). В том случае, где используют более чем один тип (т.е. смесь) органических материалов, не существует никакого ограничения по отношению к конкретной пропорции различных компонентов органического материала.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, органический материал, используемый в способах согласно настоящему изобретению, содержит ископаемый органический материал. Термин «ископаемый органический материал» при использовании в настоящей заявке означает любой органический материал, который подвергался геотермальному давлению и температуре в течение периода времени, достаточного для удаления воды и концентрирования углерода на значительных уровнях.

Например, ископаемый органический материал может содер