RS56465B1

RS56465B1 - Postupci za proizvodnju biogoriva

Info

Publication number: RS56465B1
Application number: RS20171012A
Authority: RS
Inventors: Thomas Maschmeyer; Leonard James Humphreys
Original assignee: Licella Pty Ltd; Ignite Resources Pty Ltd; Licella Fibre Fuels Pty Ltd
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2018-01-31
Also published as: SG184477A1; ES2641863T3; KR101933726B1; MX351457B; BR112012026256A2; MY161205A; KR20130079389A; EP2556132A1; PL2556132T3; US20130192123A1; EP3275974A1; CA2795563C; EP2556132A4; MX2012011589A; WO2011123897A1; CN102947421A; NZ603011A; UY33318A; BR112012026256B8; NO2556132T3

Description

Opis

Oblast tehnike

[0001] Ovaj se opis odnosi generalno na oblast proizvodnje biogoriva. Preciznije, opis se odnosi na postupke za proizvodnju biogoriva iz organske materije. Ovaj se opis odnosi na proizvode biogoriva koje je moguće dobiti ovim postupcima.

Stanje tehnike

[0002] Globalnna potražnja u svetu se nastavlja da raste dok se rezerve uobičajene nafte (npr. nafta, gas, i prirodni tečni gas) smanjuju. Vrh za proizvodnje nafte je nametnuo nestajanje rezervi nafte što stvara mogućnost energetske krize u svetu, posebno ako potražnja za energijom nastavi da raste kako je predviđeno. Otuda, postoji sve veća usredsređenost na istraživanje prethodno neuobičajenih izvora goriva (npr. teška nafta, naftni pesak, naftni škriljac) i drugi nefosilni izvori energije (npr. lignocelulozni materijali).

[0003] Značajna količina istraživanja u ovoj oblasti proizvodnje "alternativne" energije se usredsredila na proizvodnju biogoriva iz lignocelulozne materije. Ova tehnologija pokreće izglede promene na obilne i obnovljiv polazni materijal za proizvodnju energije kao alternative za trošenje rezervi sirovina zasnovanih na bazi ugljovodonika. Obogaćivanje fosilnih goriva koja imaju slabu energetsku gustinu (npr. lignit, treset i naftni škriljac) u visokoenergetske gorive proizvode takođe predstavlja privlačnu mogućnost s obzirom na relativno obilnu količinu tih izvora.

[0004] Uprkos tome što imaju značajan potencijal većina tehnika za proizvodnju goriva iz lignocelulozne materije ili drugih nestandardnih materijala je slabo ekonomična i/ili ne uspeva da da gorive proizvode odgovarajućeg kvaliteta da bi bila komercijalno održiva. Na primer, trenutni procesi za proizvodnju biogoriva iz lignocelulozne materije obično zahtevaju separaciju supstrata u različite drugačije komponente preko serije kompleksa i koraka koji zahtevaju dosta vremena, i u brojnim slučajevima zahteva upotrebu skupih hidrolitičkih enzima i fermintaciju mikroorganizama. Pored ovih nedostataka, trenutno dostupni procesi ne uspevaju da koriste značajnu proporciju materijala supstrata koji nije pretvoren u gorivo i ide u otpad. Pored toga, goriva proizvedena postojećim procesima obično obuhvataju značajno veći sadržaj kiseonika nego uobičajena goriva. Otuda, njihova energetska gustina je uporedivo niska i njihova loša stabilnost omogućava preradu (npr. skladištenje, spajanje sa uobičajenim gorivima, nadogradnju) teškom.

[0005] WO 2010/030196 opisuje postupak proizvodnje goriva iz biomase hidrotermičkom obradom pod visokim pritiskom kašate biomase i vode u prisustvu katalizatora fosfata.

[0006] Postoji potreba za poboljšanim postupcima za proizvodnju biogoriva iz organske materije koji su izbegli jedan ili više nedostataka navedenih gore.

Kratak opis pronalaska

[0007] U prvom varijantnom rešenju, ovaj opis obezbeđuje postupak za proizvodnju biogoriva, postupak obuhvata tretman organske materije sa vodenim rastvaračem i barem jednim dodatnim katalizatorom na temperaturi između oko 250°C i oko 400°C, i pritisku između oko 100 bar i oko 300 bar.

[0008] U drugom varijantnom rešenju, ovaj opis obezbeđuje postupak za proizvodnju biogoriva, taj postupak obuhvata:

obezbeđivanje reakcione mešavine koja obuhvata organsku materiju i vodeni rastvarač, i; tretman pomenute reakcione mešavine na temperaturi između oko 250°C i oko 400°C, i pritisku između oko 100 bar i oko 300 bar u reakcionoj posudi;

pri čemu pomenuta reakciona mešavina obuhvata barem jedan dodatni katalizator koji potiče nezavisno iz drugih komponenata reakcione mešavine i iz pomenute reakcione posude.

[0009] U jednom izvođenju prvo i drugo varijantno rešenje ovog opisa, dodatni katalizator nije prisutan, ili pretežno nije prisutan, u jednoj ili u više organskih materija, vodenom rastvaraču, ili zidu reaktorske posude.

[0010] U jednom drugom izvođenju prvo i drugo varijantno rešenje ovog opisa, dodatni katalizator je takođe prisutan u jednoj ili u više organskih materija, vodenom rastvaraču, ili zidu reaktorske posude.

[0011] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, dodatni katalizator je dodatni bazni katalizator.

[0012] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, dodatni bazni katalizator je katalizator hidroksida alkalnog metala ili katalizator hidroksida prelaznog metala.

[0013] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, dodatni bazni katalizator je natrijum hidroksid ili kalijum hidroksid.

[0014] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, biogorivo je naftni proizvod.

[0015] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, biogorivo je bionafta.

[0016] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, bionafta se izvodi iz prerade fosilizovanih organskih materijala (npr. uglja kao što je lignit).

[0017] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, bionafta je izvedena iz nefosilizovanog organskog materijala (npr. lignocelulozne materije).

[0018] U drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, organska materija i vodeni rastvarač se tretiraju u obliku kašate materije.

[0019] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, to tretiranje se izvodi pod uslovima neprekidnog toka.

[0020] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, kašasta materija se podvrgava:

(a) zagrevanju i kompresiji na ciljnoj temperaturi i pritisku,

(b) obrada na ciljnoj temperaturi, ili ciljnim temperaturama, i ciljnoj vrednosti pritiska, ili ciljnim vrednostima pritiska tokom definisanog vremenskog perioda (tj. ''vreme zadržavanja''), i (c) hlađenje i odvođenje pritiska,

pri uslovima neprekidnog protoka.

[0021] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, minimalna (od količine nezavisna) brzina protoka kašaste materije pod pomenutim uslovima neprekidnog protoka je veća od podešene brzine čvrste materije unutar kašaste materije.

[0022] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, minimalna (od količine nezavisna) brzina protoka kašaste materije pod pomenutim uslovima neprekidnog protoka je iznad 0,01 cm/s.

[0023] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, minimalna (od količine nezavisna) brzina protoka kašaste materije pod pomenutim uslovima neprekidnog protoka je iznad 0,05 cm/s.

[0024] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, minimalna (od količine nezavisna) brzina protoka kašaste materije pod pomenutim uslovima neprekidnog protoka je iznad oko 0,5 cm/s.

[0025] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, minimalna (od količine nezavisna) brzina protoka kašaste materije pod pomenutim uslovima neprekidnog protoka je iznad oko 1,5 cm/s.

[0026] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, tretiranje obuhvata upotrebu barem jednog dodatnog katalizatora koji obuhvata ugradnju vodonika u organsku materiju.

[0027] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, dodatni katalizator koji pospešuje ugradnju vodonika u organsku materiju se bira iz grupe koja obuhvata katalizatore alkalnog formijata, katalizatore formijata prelaznog metala, reaktivne katalizatore karboksilne kiselne, katalizatore prelaznog metala, katalizatore sulfida, katalizatore plemenitog metala, katalizatore smene voda-gas, i njihove kombinacije.

[0028] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, dodatni katalizator koji pospešuje ugradnju vodonika u organsku materiju je natrijum formijat.

[0029] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, tretiranje obuhvata upotrebu barem jednog dodatnog katalizatora koji pospešuje uklanjanje vodonika iz organske materije.

[0030] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, još jedan dodatni katalizator potične nezavisno do drugih komponenata mešavine reakcije i pomenute reakcione posude.

[0031] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, dodatni katalizator koji pospešuje uklanjanje vodonika iz organske materije se bira iz grupe koja obuhvata katalizatore kiseline, katalizatore prelaznog metala, katalizatore plemenitog metala, podržane katalizatore prelaznog metala, katalizatore kiseline u čvrstom obliku, i njihove mešavine.

[0032] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, organska materija je fosilizovana organska materija koja ima sadržaj ugljenika od barem 50%, i vodeni rastvarač je voda.

[0033] U jednom drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, organska materija je fosilizovana organska materija koja ima sadržaj ugljenika od barem 60%, i vodeni rastvarač je voda.

[0034] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, temperatura je između oko 320°C i oko 360°C, i taj pritisak je između oko 200 bar i oko 250 bar.

[0035] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, fosilizovana organska materija je lignit, temperatura je između oko 340°C i oko 360°C, i pritisak je između oko 200 bar i oko 240 bar.

[0036] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, biogorivo obuhvata jednu ili više komponenti nafte, komponente uglja i gasnu komponentu koja obuhvata metan, vodonik, ugljenik monoksid i ugljenik dioksid.

[0037] U jednom drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, organska materija je lignocelulozna materija, i vodeni rastvarač sadrži alkohol.

[0038] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, lignocelulozna materija obuhvata više od oko 10% svakog od lignina, celuloze, i poluceluloze.

[0039] U jednom drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, temperatura je između oko 270°C i oko 360°C, i taj pritisak je između oko 170 bar i oko 250 bar, i taj rastvarač obuhvata između oko 5% i 40% alkohola prema težini.

[0040] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, organska materija je lignocelulozna materija, temperatura je između oko 300°C i oko 340°C, i taj pritisak je između oko 200 bar i oko 240 bar, i taj rastvarač obuhvata između oko 10% i oko 30% alkohola prema težini.

[0041] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, taj alkohol je etanol.

[0042] U jednom drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, tretiranje je tokom vremenskog perioda između oko 20 minuta i oko 30 minuta.

[0043] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, postupak obuhvata korak tretiranja organske materije i vodenog rastvarača do pomenute temperature u vremenskom periodu od manje od oko 2 minuta, pre pomenutog tretiranja.

[0044] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, taj postupak obuhvata korak zagrevanja i dovođenja pod pritisak organske materije i vodenog ratvarača do pomenute temperature i pritiska u vremenskom periodu od manje od oko 2 minuta, pre pomenutog tretmana.

[0045] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, taj:

(i) dodatni katalizator,

(ii) dodatni katalizator koji pospešuje ugradnju vodonika u organsku materiju; i/ili

(iii) dodatni katalizator koji pospešuje uklanjanje kiseonika iz organske materije,

se dodaje u organsku materiju posle pomenutog zagrevanja i pomenutog dovođenja pritiska.

[0046] U još jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, taj:

(i) dodatni katalizator,

se dodaje u organsku materiju posle pomenutog zagrevanja i pomenutog dovođenja pritiska i pre pomenutog tretiranja.

[0047] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, organska materija je lignit, i taj

(i) dodatni katalizator,

se dodaje u organsku materiju kada je pomenuta temperatura veća od oko 340°C i pomenuti pritisak je veći od oko 230 bar.

[0048] U jednom drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, organska materija je lignocelulozna materija, i dodatni katalizator je

(i) dodatni katalizator,

se dodaje u organsku materiju kada je pomenuta temperatura veća od oko 310°C i pomenuti pritisak je veći od oko 180 bar.

[0049] U jednom drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, taj postupak obuhvata korake:

(i) hlađenja organske materije do temperature od između oko 160°C i oko 200°C u vremenskom periodu manjem od oko 30 sekundi posle tretmana, i

(ii) odvođenje pritiska i hlađenje organske materije do temperature okoline ispuštanjem kroz uređaj za spuštanje pritiska.

[0050] U jednom drugom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, uređaj za spuštanje pritiska se obavija vodom na temperaturi okoline.

[0051] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, biogorivo sadrži komonentu nafte koja ima bruto kalorijsku vrednost veću od 35 MJ/kg.

[0052] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, biogorivo obuhvata komponentu nafte koja ima više od oko 8% wt db vodonika i manje od oko 10% wt db kiseonika.

[0053] U jednom izvođenju prvog i drugog varijantnog rešenja ovog opisa, to biogorivo obuhvata komponentu uglja koja ima bruto kalorijsku vrednost veću od 30 MJ/kg.

[0054] U trećem varijantnom rešenju, taj opis obezbeđuje biogorivo proizvedeno postupkom iz prvog i drugog varijantnog rešenja.

[0055] U jednom izvođenju trećeg varijantnog rešenja ovog opisa, biogorivo je naftni proizvod.

[0056] U jednom izvođenju trećeg varijantnog rešenja ovog opisa, biogorivo je bionafta.

[0057] U jednom izvođenju trećeg varijantnog rešenja ovog opisa, bionafta je izvedena iz prerade fosilizovanog organskog materijala (npr. razne vrste uglja kao što je lignit).

[0058] U jednom izvođenju trećeg varijantnog rešenja ovog opisa, bionafta se izvodi iz nefosilizovanih organskih materijala (npr. lignocelulozne materije).

Kratak opis slika

[0059] Preporučena izvođenja ovog opisa će sada biti opisana, samo putem primera, sa pozivom na prateće slike gde:

Slika 1 jeste grafikon koji pokazuje težinski procenat kiseonika u nafti izvedenoj iz lignocelulozne biomase naspram koncentracije natrijuma (mola po litru) (uslovi reakcije: 25 minuta vreme boravka, 320-350°C, 240 bar).

Slika 2 je grafikon koji pokazuje simuliranu destilaciju uobičajene ugljene nafte izvedene iz ugljena nafta (lignita) prema ASTM D7169.

Slike 3a - 3l obezbeđuju proton NMR i kvantitativne 13C NMR spektre za frakcije A-F kako je prikazano u Tabeli 6 (proton NMR prvo). Kod uzorka A (Slike 3A-3B); Kod uzorka B (Slike 3C-3D); Kod uzorka C (Slike 3E-3F); Kod uzorka D (Slike 3G-3H); Kod uzorka E (Slike 3I-3J); Kod uzorka F (Slike 3K-3L).

Slika 4 pokazuje 1H NMR spektar uobičajene bionafte izvedene iz Kalifornijskog bora iz Uzorka polaznog materijala broj 4 u Tabeli 2B.

Slika 5 pokazuje normalizovan intenzitet (GPC) naspram molekularne težine za uobičajene proizvode bionafte iz kalifornijskog bora.

Slika 6 pokazuje delimičnu analizu gasnom hromatografijom sa masenom spektrometrijom (GCMS) bionafte nošene vodom izvedene iz lignoceluloznog materijala, što pokazuje identifikaciju najprisutnijih količina komponenata.

Slika 7 pokazuje delimičnu analizu gasne hromatografije sa masenom spektrometrijom (GCMS) nafte prikupljene iz vodene faze povezane sa preradom lignitnog kašastog materijala. Najobilnije jedinjenje je katehol (1,2-benzendiol).

Definicije

[0060] Kako se ovde koristi, pojedinačni oblici "a", "an" i "the" obuhvataju reference na množinu osim ako kontekst to jasno ne diktira drugačije. Na primer, pojam "katalizator" takođe obuhvata više katalizatora.

[0061] Kako se ovde koristi, pojam "obuhvatanje" znači "uključivanje". Varijacije reči "obuhvatanje", kao što je "obuhvatiti" i "obuhvata", imaju odgovarajuće varijante značenja. Dakle, na primer, materijal "koji obuhvata" lignin i celulozu može da obuhvata isključivo lignin i celulozu ili može da obuhvata druge dodatne supstance.

[0062] Kako se ovde koristi, pojam "prirodom dat katalizator" treba razumeti kao katalizator koji je prirodno prisutan u datoj komponenti reakcije kao što je, na primer, jedan ili više polaznih materijala organske materije, vodeni rastvarač, i/ili zidovi posude aparata reaktora.

[0063] Kako se ovde koristi, pojam "dodatni katalizator" treba razumeti da znači katalizator koji je dat dopunski katalizatoru ili katalizatorima koji su prisutni a koji su prirodom dati katalizatori u drugim komponentama date reakcije (npr. prirodom dati katalizatori prisutni u organskoj materiji, vodenom rastvaraču i/ili zidovima aparata reaktora).

[0064] Kako se ovde koristi, pojmovi "organska materija" i "organski materijali" imaju isto značenje i obuhvataju bilo koji materijal koji obuhvata ugljenik uključujući i fosilizovane i nefosilizovane materijale. Neograničavajući primeri organske materije obuhvataju biomasu, lignoceluloznu materiju, i materijale koji obuhvataju ugljovodonik (npr. lignit, naftni škriljac i treset).

[0065] Kako se ovde koristi, pojam "biogorivo" se odnosi na materijal koji sadrži energiju izveden iz prerade organske materije, Neograničavajući primeri biogoriva obuhvataju naftne proizvode (tj. bionafte), proizvode od uglja (poznate još i kao nadgrađen pulverizovano ubrizgan ugalj (upgraded pulvarised coal injection (PCI) ekvivalentne proizvode), gasovite proizvode, biodizel, i alkohole (npr. etanol i butanol).

[0066] Kako se ovde koristi, pojam "bionafta" treba razumeti da obuhvata naftne proizvode izvedene iz prerade fosilizovanih organskih materijala (npr. ugalj kao što je lignit), nefosilizovani organski materijal (npr. lignocelulozna materija), ili njihove mešavine.

[0067] Kako se ovde koriste, pojmovi "lignocelulozna materija" i "lignocelulozna biomasa" se koriste ravnopravno i imaju isto značenje. Pojmovi obuhvataju bilo koju supstancu koja obuhvata lignin, celulozu, i polucelulozu

[0068] Kako se ovde koristi, pojam "vodeni rastvarač" se odnosi na rastvarač koji obuhvata barem jedan procenat vode na osnovu ukupne težine rastvarača. "Vodeni rastvarač" može samim tim da obuhvata između jednog procenta vode i sto posto vode zasnovano na ukupnoj težin i rastvarača.

[0069] Kako se ovde koristi, pojam "vodeni alkohol" se odnosi na alkohol koji obuhvata barem jedan procenat alkohola na osnovu ukupne težine rastvarača.

[0070] Kako se ovde koristi, pojam "vodeni etanol" se odnosi na rastvarač koji obuhvata barem jedan procenat etanola na osnovu ukupne težine rastvarača.

[0071] Kako se ovde koristi, pojam "vodeni metanol" se odnosi na metanol koji obuhvata barem jedan procenat metanola na osnovu ukupne težine rastvarača.

[0072] Kako se ovde koristi, "superkritična" supstanca (npr. superkritičan rastvarač) se odnosi na supstancu koja se tretira iznad njene kritične temperature i dovodi se pritisak iznad pritiska kritičnog za tu supstancu (tj. supstanca na temperaturi i pritisku iznad za njega kritične tačke).

[0073] Jasno je da se ovde upotreba pojma "oko" odnosi na navedenu brojčanu vrednost (npr. temperature ili pritiska) obuhvata navedenu brojčanu vrednost i brojčane vrednosti unutar plus ili minus deset procenata navedene vrednosti.

[0074] Jasno je da upotreba pojma "između" ovde upućuje na opseg brojčanih vrednosti obuhvata brojčane vrednosti na svakoj krajnjoj tački ovog opsega. Na primer, opseg temperature od između 10°C i 15°C obuhvata temperature 10°C i 15°C.

[0075] Bilo koji opis dokumenta iz prethodnog stanja tehnike dat ovde, ili izjava ovde izvedena iz ili na bazi tog dokumenta, nije priznanje da je taj dokument ili izvedena izjava deo zajedničkog opšteg znanja relevantnog stanja tehnike.

Detaljan opis

[0076] Ovaj pronalazak je definisan u patentnim zahtevima.

[0077] Sadašnje tehnike za proizvodnju biogoriva ima izvestan broj nedostataka. Većina obuhvata niz složenih stadijuma reakcije često zahtevaju dodavanje skupih reagenasa (npr. hidrolitičkih enzima). Pored toga, mnogi ne uspevaju da efikasno koriste/pretvore značajan deo sirovo unetog materijala. Najznačajnije, biogoriva proizvedena trenutno postojećim tehnikama generalno imaju značajno povećan sadržaj kiseonika u poređenju sa uobičajenim gorivima što smanjuje njihovu energetsku vrednost i stabilnost. Otuda, ova biogoriva se teško skladište i/ili prerađuju za nizvodne primene Inpr. spajanje sa uobičajenim gorivima, nadogradnju). U svetlu ovih i drugih ograničenja, nekoliko trenutno dostupnih tehnika za proizvodnju biogoriva obezbeđuje komercijalno održivu alternativu za korišćenje uobičajenih goriva.

[0078] Izvesna varijantna rešenja ovog opisa obezbeđuju postupke za proizvodnju biogoriva iz organske materije. Nasuprot postojećim tehnikama, ovde opisani postupci proizvodnje biogoriva obuhvataju pojedinačnu fazu u kojoj se materijal organskog supstrata pretvara u biogorivo. Nije neophodna separacija materijala supstrata u različite komponente pre izvođenja postupaka iz ovog opisa. Pored toga, postupci ne zahtevaju upotrebu hidrolitičkih enzima ili mikroorganizama da fermentiraju šećeri. Češće, materijal supstrata mešan sa vodenim rastvaračem se podvrgava obradi u samo jednoj fazi pod uslovima povećane temperature i pritiska i opciono u prisustvu specifičnih katalizatora da se proizvede biogorivo kao proizvod. Bez ograničavanja na određeni režim aktivnosti, tvrdi se da uključivanje katalizatora pomaže kod održavanja redukujućeg okruženja što pokreće niz reakcija u kojima se razlaže materijal supstrata i menja smanjenjem kiseonika i ugradnjom vodonika.

[0079] Izvesna varijantna rešenja ovog opisa se odnose na biogoriva proizvedena postupcima iz ovog opisa. Ta biogoriva karakteriše nizak sadržaj kiseonika, visoka gustina energije i/ili povećana stabilnost u poređenju sa onima koji su proizvedeni pomoću trenutno dostupnih postupaka. Sa tim u skladu, biogoriva iz ovog opisa su pogodnija za skladištenje i/ili spajanje sa uobičajenim gorivima (npr. dizelom), i lakše se nadograđuju u gorive proizvode visokog kvaliteta (ako je neophodno).

Organska materija

[0080] Ovaj opis obezbeđuje postupke za konverzije organske materije u biogorivo. Kako se ovde koristi, "organska materija" (ovde se takođe pominje kao "organski materijal") obuhvata bilo koju materiju koja obuhvata ugljenik, uključujući i fosilizovane i nefosilizovane oblike materije koja obuhvata ugljenik.

[0081] Ne postoji nikakvo ograničenje u pogledu određenog tipa organske materije korišćenog u postupcima iz ovog opisa, iako se razmatra da izvesni oblici organske materije mogu biti pogodniji od drugih.

[0082] Organska materija korišćena u ovim postupcima ovog opisa može biti organski materijali koji se prirodno javljaju (npr. lignocelulozna biomasa ili materijali fosilnog goriva uključujući lignit, naftni škriljac, treset i slično) ili sintetisani organski materijali (npr. sintetičke gume, plastični materijali, najloni i slično).

[0083] Organska materija korišćena u postupcima iz ovog opisa može biti fosilizovan organski materijal (npr. lignit), nefosilizovan organski materijal (npr. lignocelulozna materija), ili njihova mešavina.

[0084] Jasno je da će organska materija obuhvatiti mešavine dve ili više tipova organskih materijala koji se javljaju u prirodi, dva ili više različita tipa sintetisanih organskih materijala, ili mešavinu organskih materijala koji se prirodno javljaju i organskih materijala koji su sintetisani. Nema ograničenja u pogledu određenog odnosa različitih komponenata unutar te mešavine.

[0085] Kod nekih preporučenih izvođenja ovog opisa, organska materija korišćena u ovim postupcima iz ovog opisa obuhvata fosilisanu organsku materiju. "Fosilizovana organska materija" kako se ovde smatra obuhvata bilo kakvu organsku materiju koja je podvrgnuta geotermalnom pritisku i temperaturi tokom vremenskog perioda dovoljnog da se ukloni voda i ugljenik koncentriše do značajnih nivoa. Na primer, fosilizovani organski materijal može obuhvatiti više od oko 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ili 95 wt% ugljenika. Preporučljivo, fosilisani organski materijal može obuhvatiti više od oko 50 wt% ugljenika, više od oko 60 wt% ugljenika, ili više od oko 70% težine ugljenika. Neograničavajući primeri takvih materijala obuhvataju uglje (npr. antracitne uglje kao što je meta-antracit, antracit i poluantracit, bituminske uglje, podbituminske uglje, lignit (tj. mrki ugalj), ugalj za koksovanje, katran uglja, derivate katrana uglja, ćumur) koksovi (npr. koks sa visokom temperaturom, livnički koks, koks niske i srednje temperature, smolni koks, naftni koks, koks iz koks peči, koksni ostatak briz koks, gasni koks, koks iz mrkog uglja, polukoks) treset (npr. mleveni treset, rezani treset), kerogen, katran peskove, naftni škriljac, asfalte, asfaltine, prirodni bitumen, bitumenske peskove, ili bilo koju njihovu kombinaciju.

[0086] Kod nekih preporučenih izvođenja ovog opisa, organska materija korišćena u ovim postupcima iz ovog opisa obuhvata lignoceluloznu materiju. Kako se ovde koristi, "lignocelulozna materija" se odnosi na bilo koju supstancu koja obuhvata lignin, celulozu i polucelulozu.

[0087] Na primer, lignocelulozna materija može da bude drvenasta biljka ili njena komponenta. Primeri pogodnih drvenastih biljaka obuhvataju, ali se ne ograničavaju na, četinar (npr. Pinus radiata), breza, eukaliptus, bambus, bukva, smreka, jela, cedar, topola, vrba i jasika (topola). Drvenaste biljke mogu biti žbunaste drvenaste biljke (npr. žbunasta vrba, žbunasta jasika).

[0088] Dodatno ili alternativno, lignocelulozna materija može da bude drvenasta biljka ili njena komponenta. Neograničavajući primeri vlaknaskih biljaka (ili njihovih komponenata) obuhvataju trave (npr. visoku travu za seno), pokošenu travu, lan, klipove kukuruza, ljuske kukuruza, šaše, bambus, otpatke od šećerne trske (bagasa), konoplju, sisal, jutu, kanibas, kudelju, slamu, pšeničnu slamu, abaku, biljku pamuk, nekaf, pirinčane ljuske, i kokosovu svilu.

[0089] Dodatno ili alternativno, lignocelulozna materija može biti izvedena iz poljoprivrednog izvora. Neograničavajući primeri lignocelulozne materije iz poljoprivrednih izvora obuhvataju poljoprivredne useve, ostatke poljoprivrednih useva, i otpad iz postrojenja za preradu zrna (npr. ljuske pšenice/ovsa, klipova kukuruza itd.). Generalno, lignocelulozna materija iz poljoprivrednih izvora može obuhvatiti trvrdo drveće, meko drveće, stabljike tvrdog drveta, stabljike mekog drveta, ljuske oraha, grane, žbunje, trske, kukuruz, klipove kukuruza, ljuske kukuruza, energetske useve, šume, voća, cveće, žitarice, trave, biljne useve, pšeničnu slamu, visoku travu za seno, vrbu, otpatke (bagasa) u preradi šećerne trske, svilu semena pamuka, lišće, koru, iglice, debla, korenje, mladice, brzorastuće drvenaste biljke, žbunje, trave prosa, drveće, vinove loze, đubrivo goveda, i otpad svinja.

[0090] Dodatno ili alternativno, lignocelulozna materija može biti izvedena iz komercijalnih ili prašuma (npr. prerada ostatka drveća, mladica, šuma ili drvne građe, staro drvo kao što su grane, lišće, kora, debla, korenje, lišće i proizvodi izvedeni iz prerade takvih materijala, otpada ili nusproizvoda koji potiču od proizvoda od drveta, otpada iz strugara i fabrika papira i otpatke, otpatke i otpad iz pilana i proizvodnje kartona, piljevine, i čestice pločastih materijala).

[0091] Dodatno ili alternativno industrijske proizvode i nus proizvode moguće je koristiti kao izvor lignocelulozne materije. Neograničavajući primeri obuhvataju materijale koji potiču od drveta i drvenaste otpade i industrijske proizvode (npr. pulpa, papir (npr. novine) mulj od koga se pravi papir, karton, tekstili i tkanine, dekstran, i veštačka svila).

[0092] Jasno je da organski materijal korišćen u postupcima iz ovog opisa može da obuhvata mešavinu dva ili više različitih tipova lignocelulozne materije, uključujući bilo koju kombinaciju specifičnih gore navedenih primera.

[0093] Relativna proporcija lignina, poluceluloze i celuloze u datom primeru će zavisiti od prirode lignocelulozne materije.

[0094] Primera radi, odnos poluceluloze u drvenoj ili vlaknastoj biljci korišćenoj u postupcima iz ovog opisa može da bude između oko 15% i oko 40%, odnos celuloze može da bude između oko 30% i oko 60%, i odnos lignina može da bude između oko 5% i oko 40%. Preporučljivo, odnos poluceluloze u drvenoj ili vlaknastoj biljci može da bude između oko 23% i oko 32%, odnos celuloze može da bude između oko 38% i oko 50%, i odnos lignina može da bude između oko 15% i oko 25%.

[0095] Kod nekih izvođenja, lignocelulozna materija korišćena u postupcima iz ovog opisa može da obuhvati između oko 2% i oko 35% lignina, između oko 15% i oko 45% celuloze, i između oko 10% i oko 35% poluceluloze.

[0096] Kod drugih izvođenja, lignocelulozna materija korišćena u postupcima iz ovog opisa može da obuhvati između oko 20% i oko 35% lignina, između oko 20% i oko 45% celuloze, i između oko 20% i oko 35% poluceluloze.

[0097] Kod nekih izvođenja ovog opisa, lignocelulozna materija može da obuhvati više od oko 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, ili 50% lignina.

[0098] Kod nekih izvođenja ovog opisa, lignocelulozna materija može da obuhvati više od oko 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, ili 50% celuloze.

[0099] Kod nekih izvođenja ovog opisa, lignocelulozna materija može da obuhvati više od oko 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, ili 50% poluceluloze.

[0100] Stručan primalac, patentni inženjer, će prepoznati da ovde opisani postupci nisu ograničeni relativnim odnosima lignina, poluceluloze i celuloze u datom izvoru lignocelulozne materije.

[0101] Organska materija korišćna u postupcima iz ovog opisa može da obuhvata mešavinu fosilizovane organske materije i nefosilizovane organske materije (npr. lignocelulozne materije). Neograničavajući primeri pogodnih fosilizovanih i nefosilizovanih organskih materija koji mogu biti obuhvaćeni u mešavinu su dati u gore navedenim odeljcima. Jasno je da ne postoji ograničenje u pogledu relativne proporcije fosilizovane i nefosilizovane organske materije u ovoj mešavini.

[0102] U izvesnim izvođenjima ovog opisa, ta mešavina obuhvata lignit (mrki ugalj) i lignoceluloznu materiju. Lignocelulozna materija iz ove mešavine može, na primer, da obuhvata drvenast biljni materijal i/ili vlaknasti biljni materijal. Odnos lignita u toj mešavini može da bude veći od oko 20%, 40%, 60% ili 80%. Alternativno, odnos lignocelulozne materije u toj mešavini može biti veći od oko 20%, 40%, 60% ili 80%.

[0103] Kod nekih preporučenih izvođenja ovog opisa, organska materija korišćena u ovim postupcima iz ovog opisa obuhvata polimerne materijale koji sadrže ugljenik, za koje neograničavajući primeri obuhvataju gume (npr. automobilske gume), plastične materijale i poliamide (npr. najlone).

[0104] Neograničavajući primeri pogodnih guma obuhvataju prirodne i sintetičke gume kao što su poliuretani, stiren gume, neopreni, polibutadijen, fluorogume, butil gume, silikonske gume, plantažni kaučukovac, akrilat gume, tiokole, i nitrilne gume.

[0105] Neograničavajući primeri pogodnih plastičnih materiala obuhvataju PVC, polietilen, polistiren, terftalat, polietilen i polipropilen.

[0106] Organska materija korišćena u postupcima iz ovog opisa može obuhvatiti otpade koji sadrže ugljenik kao što je kanalizacioni otpad, stajsko đubrivo, ili otpad iz domaćinstva ili materijale iz industrijskog otpada.

Prethodno tretiranje organske materije

[0107] Organska materija korišćena u postupcima iz ovog opisa može opciono da se prethodno tretira pre izvođenja konverzija materije u biogorivo.

[0108] Uočiće se da ne postoji strogi zahtev da se izvede korak prethodnog tretiranja kada se koriste postupci iz ovog opisa. Na primer, prethodno tretiranje organske materije ne mora biti neophodno ako se dobije u obliku tečnosti ili u obliku čestice. Međutim, razmatra se da u velikom broju slučajeva prethodno tretiranje organske materije može biti prednost za pospešivanje ishoda ovde opisanih postupaka proizvodnje biogoriva.

[0109] Generalno, prethodno tretiranje moguće je koristiti da se razbije fizička i/ili hemijska struktura organske materije koja je čini dostupnijom razlitičim reagensima korišćenim u postupcima iz ovog opisa (npr. vodeni rastvarač, katalizatori) i/ili drugi parametri reakcije (npr. toplota i pritisak). Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, prethodno tretiranje organske materije može biti izvedeno u svrhu povećanja rastvorljivosti, povećanja poroznosti i/ili smanjenaj kristalnosti šećernih komponenti (npr. celuloze). Prethodno tretiranje organske materije moguće je izvesti korišćenjem aparata kao što je, na primer, ekstruder, posuda pod pritiskom, ili reaktor za rasute materijale.

[0110] Prethodno tretiranje organske materije može da obuhvati fizičke postupke, za koje neograničavajući primeri obuhvataju mlevenje, izrezivanje, mrvljenje, mlevenje (npr. vibraciono mlevenje), kompresija/ekspanzija, mešanje, i/ili pulsno-električno polje (PEF) tretiranje.

[0111] Dodatno ili alternativno, prethodno tretiranje organske materije može obuhvatiti fizikohemijske postupke, čiji neograničavajući primeri obuhvataju pirolizu, eksploziju pare, eksploziju amonijačnog vlakna (AFEX), perkolaciju recikliranja amonijaka (ARP), i/ili eksploziju ugljen dioksida Na primer, eksplozijua pare obuhvata izlaganje organske materije do pare visokog pritiska u zadržanom okruženju pre proizvoda koji nastaje kao rezultat je eksplozivno ispražnjen na atmosferski pritisak. Prethodno tretiranje sa eksplozijom pare može dodatno da obuhvata mešanje organske materije.

[0112] Dodatno ili alternativno, prethodno tretiranje organske materije može obuhvatiti hemijske postupke, čiji neograničavajući primeri obuhvataju ozonolizu, kiselu hidrolizu (npr. razblaženu hidrolizu kiselinom korišćenjem H2SO4i/ili HCl), alkalna hidroliza (npr. razblažene alkalne hidrolize korišćenjem natrijuma, kalijuma, kalcijum i/ili amonijak hidroksida), oksidativna delignifikaciju (t.j. lignin biodegradacija katalizovan enzimom peroksidaze u prisustvu H2O2), i/ili postupak organorastvaranja (t.j. upotreba mešavine organskog rastvarača sa katalizatorima neorganske kiseline kao što je H2SO4i/ili HCl za prekid ligno-poluceluloznih veza).

[0113] Dodatno ili alternativno, prethodno tretiranje organske materije može da obuhvata biološke postupke, čiji neograničavajući primeri obuhvataju dodavanje mikroorganizama (npr. trule gljivice) koje mogu da degradiraju/rarazgrađuju različite komponente organske materije.

[0114] Kod preporučenih izvođenja ovog opisa, organska materija korišćena u ovim postupcima iz ovog opisa je data u obliku kašaste materije. Kašasta materija može da se generiše, na primer, generisanjem oblika čestice iz organske materije (npr. putem fizičkih postupaka kao što su oni koji se pominju gore i/ili drugim sredstvima) i mešanjem sa odgovarajućom tečnošću (npr. vodenim rastvaračem).

[0115] Optimalna veličina čestica čvrstih komponenata i optimalne koncentracije čvrstih supstanci u kašastoj materiji može da zavisi od činilaca kao što je, na primer, kapacitet prenosa toplote te korišćene organske materije (t.j. brzina kojom je toplotu moguće preneti na i kroz pojedinačne čestice), željena reološka svojstva kašaste materije i/ili kompatibilnost kašaste materije sa komponent(om)/(ama) datog aparata unutar kog postupci iz ovog opisa mogu biti izvedeni (npr. cevi reaktora). Optimalnu veličinu čestice i/ili koncentracija čvrstih komponenata u kašastoj materiji korišćenoj za postupke iz ovog opisa može lako da odredi stručnjak u ovoj oblasti korišćenjem standardnih tehnika. Na primer, niz kašastih materija može da se generiše, svaki uzorak u serijama obuhvata različite veličine čestice i/ili različite koncentracije čvrstih komponenata u poređenju sa drugim uzorcima. Svaka kašasta materija može zatim da se tretira u skladu sa postupcima iz ovog opisa pri konzervisanoj postavci uslova reakcije. Optimalna veličina čestice i/ili koncentracija čvrstih komponenata može zatim da se odredi posle analize i poređenja proizvoda generisanih iz takve kašaste materije korišćenjem standardnih tehnika u ovoj oblasti.

[0116] U izvesnim izvođenjima iz ovog opisa, veličina čestice čvrstih komponenata u kašastoj materiji može da bude između oko 10 mikrona i oko 10.000 mikrona. Na primer, veličina čestice može da bude veća od oko 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 ili 9000 mikrona. Alternativno, veličina čestice može da bude manja od oko 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 ili 9000 mikrona. Kod nekih izvođenja iz ovog opisa, veličina čestice je između oko 10 mikrona i oko 50 mikrona, između oko 10 mikrona i oko 100 mikrona, između oko 10 mikrona i oko 200 mikrona, između oko 10 mikrona i oko 500 mikrona, između oko 10 mikrona i oko 750 mikrona, ili između oko 10 mikrona i oko 1000 mikrona. Kod drugih izvođenja iz ovog opisa, veličina čestice je između oko 100 mikrona, i oko 1000 mikrona, između oko 100 mikrona i oko 750 mikrona, između oko 100 mikrona i oko 500 mikrona, ili između oko 100 mikrona i oko 250 mikrona.

[0117] U izvesnim izvođenjima iz ovog opisa, koncentracija čvrste materije u kašastoj materiji može da bude iznad oko 50% w/v. Alternativno, koncentracija čvrste materije može da bude manja od oko 50%, manja od oko 40%, manja od oko 30%, manja od oko 20%, manja od oko 10%, ili manja od oko 5% w/v. Kod nekih izvođenja iz ovog opisa, koncentracija čvrste materije je između oko 2% i oko 30%, između oko 2% i oko 20%, između oko 2% i oko 10%, između oko 5% i oko 10%, između oko 5% i oko 20%, ili između oko 1% i oko 10% w/v.

[0118] Kod nekih izvođenja iz ovog opisa, organska materija korišćena u postupcima iz ovog opisa je lignocelulozna materija podvrgnuta opcionom koraku prethodne obrade u kom se ekstrahuje poluceluloza. S tim u skladu, većina poluceluloze (ili svakako sve od poluceluloze) može da se ekstrahuje iz lignocelulozne materije i preostali materijal (koji sadrži pretežno celulozu i lignin) korišćen da proizvede biogorivo postupcima iz ovog opisa. Međutim, jasno je da ovaj prethodni tretman jeste opcioni i da ne postoji zahtev za odvajanje polucelulozne od lignocelulozne materije kada se izvode postupci iz ovog opisa. Opisani su pogodni postupci za odvajanje poluceluloze iz lignocelulozne materije, na primer, u PCT objavi broj WO/2010/034055.

[0119] Na primer, polucelulozu je moguće ekstrahovati iz lignocelulozne materije podvrgavanjem kašaste materije koja sadrži lignoceluloznu materiju (npr.5%-15% w/v koncentraciji čvrste supstance) obradi sa blagom vodenom kiselinom (npr. pH 6,5-6,9) na temperaturi od između oko 100°C i oko 250°C, pritisak reakcije od između oko 2 i oko 50 atmosfera, za između oko 5 i oko 20 minuta. Rastvorenu komponentu poluceluloze je moguće odvojiti iz preostale čvrste materije (koja obuhvata pretežno celulozu i lignin) korišćenjem bilo kakvih odgovarajućih sredstava (npr. korišćenjem odgovarajuće dimenziniranog filtera). Preostalu čvrstu materiju moguće je koristiti direktno u postupcima iz ovog opisa, ili alternativno mešanjem sa jednim ili više drugih oblika organske materije (npr. lignita) za upotrebu u postupcima iz ovog opisa.

Proizvodnja biogoriva

[0120] Postupci iz ovog opisa obezbeđuju sredstva za generisanje biogoriva iz organske materije.

Generalno, postupci obuhvataju tretiranje organske materije sa vodenim rastvaračem pri uslovima povećane temperature i povišenog pritiska i opciono u prisustvu katalizatora koji zadržavaju redukujuću sredinu.

Pretpostavljeni mehanizmi reakcije

[0121] Bez ograničenja na određeni mehanistički opis, veruje se da je organska materija korišćena u ovim postupcima opisa razgrađena (t.j. transformacija čvrste supstance u tečnu) prvenstveno kiselinom i/ili alkalno katalizovanom hidrolizom. Ove reakcije hidrolize mogu da budu posredovane vodenim katjonima (hidronijum) i anjonima (hidroksid) razdruženim iz molekula vode pod povećanom temperaturom i pritiskom. Hidroliza je organski supstat može takođe da bude pospešena uključivanjem dodatnih katalizatora kiseline i/ili baze u mešavinu organske materije i vodenog rastvarača. Primeri reakcija koji mogu da budu obuhvaćeni u hidrolizu materijala obuhvataju konverzije glikozidnih i/ili bilo veza organske materije u alkohole, i konverzije estara organske materije u karboksilne kiseline i alkohole.

[0122] Kod nekih izvođenja ovog opisa, vodeni rastvarači korišćeni u ovim postupcima iz ovog opisa su vodeni alkoholi. Polazi se od pretpostavke da pod povećanom temperaturom i pritiskom alkoholi prisutni u rastvaraču mogu da razlože čvrstu organsku materiju putem alkoholize. Dodatne uloge alkohola (ako postoje) u vodenom rastvaraču mogu da obuhvate nadimanje organske materije da se indukuje veća reaktivnost, i/ili uklanjanje hidrolizovanih vrsta sa površine materije da se izloži sveža površina koja može da dalje hidrolizuje (čime će se povećati ukupan prinos). Alkoholi u vodenom rastvaraču mogu takođe da deluju kao radikalni modifikatori smanjenjem pojave i/ili ozbiljnosti neželjenih pratećih reakcija radikala (npr. polimerizacija).

[0123] Takođe je pretpostavljeno da konverzije organske materije u biogorivo postupcima iz ovog opisa obuhvata uklanjanje kiseonika iz materije. Ponovo, bez vezivanja za određene mehanističke putanje, veruje se da uključivanje specifičnih katalizatora u mešavinu vodenog rastvarača i organske materije koja se tretira i/ili termalna kataliza materije čini lakšom eliminaciju (dehidraciju) reakcija (t.j. eliminaciju vode da se dobiju dvostruke veze), reakcije dekaroksilacije (t.j. uklanjanje karboksilnih grupa iz jedinjenja organske materije ko što je ugljen dioksid),<i>/ili reakcije dekarbonilacije (t.j. uklanjanje ugljenik monoksida iz aldehida), od kojih svaki može da pomogne u uklanjanju kiseonika iz jedinjenja prisutnih u organskoj materiji koja je u postupku obrade.

[0124] Pored toga, hidrogenizacija jedinjenja u organskoj materiji je takođe postulirani mehanizam koji doprinosi konverziju organske materije u biogorivo. Hidrogenacija može lakša sa specifičnim katalizatorima dodatim u mešavinu vodenog rastvarača i organske materije koja se tretira. Bez oganičavanja na specifične mehanizme, katalizatori koji se predlažu za pospešivanje

(i) hidrogenacija transfera aldehida, ketoniai/ili nezasićenih ili aromatskih sistema u jedinjenjima iz organske materije da se dobiju alkoholi (iz kojih je kiseonik zatim moguće ukloniti dehidracijom, tj. eliminacijom vode) i zasićenih delova; i/ili

(ii) direktna hidrogenacija aldehida, ketona i/ili nezasićenih ili aromatskih sistema da se dobiju alkoholi (koji mogu zatim da budu eliminisani uklanjanjem kiseonika) i zasićenim delovima.

[0125] Hidrogenacija i naknadna dehidracija može nastati u sistemu kaskadne reakcije (koji se pominje kao hidro deoksigenacija).

[0126] Veruje se da vodonik u tom sistemu može da se učini dostupnim gasifikacijom organske materije (i alkoholima u vodenom rastvaraču ako postoji), što za rezultat daje kao prinos mešavinu vodonika, ugljenik monoksida i vode, ova dva poslednja pomenuta mogu zatim da uđu u reakciju smene voda-gas da se formira molekul vodonika i ugljen dioksida. Pored toga, ugljen monoksid koji nastaje iz gasifikacije se smatra da uzajamno reaguje sa specifičnim katalizatorima (npr. natrijum hidroksidom ili kalijum hidroksidom) koji mogu biti dodati mešavini vodenog rastvarača i organske materije koja se tretira da se dobije formijat (npr. natrijum formijat ili kalijum formijat). Formijat formiran na taj način može da deluje kao agens prenosa vodonika da se učini lakšom hidrogenacija jedinjenja u organskom materijalu. Drugi agensi transfera vodonika koji bi mogli biti generisani preko razglanja organske materije su kiseline male molekularne težine, posebno mravlja, sirćetna i oksalna kiselina.

[0127] Sve u svemu i ponovo bez ograničenja na određene režime delovanja, smatra se da delimična gasifikacija reaktivnih vrsta u prisustvu katalizatora opisanih ovde inicira kaskadu međusobno srodnih reakcija koje kulminiraju u proizvodnji biogoriva sa visokom energijom i stabilnošću.

[0128] Generalno, smatra se da je stabilnost (i visok sadržaj energije) biogoriva proizvedenih postupcima iz ovog opisa nastaju, barem delimično, iz relativno malog sadržaja kiseonika i visokog sadržaja vodonika koji smanjuje stepen nezasićenja (početna tačka za neželjenu polimerizaciju koja vodi pretvaranju tog materijala u 'gumastu masu'. Pored toga, smatra se da nezasićene ili aromatske veze prisutne u tom proizvodu mogu biti manje verovatno da se aktiviraju putem susednih grupa kiseonika što dodatno smanje potencijal repolimerizacije.

Vodeni rastvarači

[0129] Rastvarači korišćeni u skladu sa postupcima iz ovog opisa mogu da budu vodeni rastvarači. Specifična priroda korišćenog vodenog rastvarača zavisi od oblika korišćene organske materije.

[0130] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, taj rastvarač može da bude voda. Na primer, može biti pogodan ili preporučljiv za upotrebu vode kao rastvarača kada se korišćena organska materija u tim postupcima sastoji od ili obuhvata značajnu količinu fosilizovane organske materije (npr. lignit, treset i slično).

[0131] Biće prepoznato da voda može takođe da se koristi kao rastvarač kada se drugi tipovi organske materije tretiraju korišćenjem postupaka iz ovog opisa, iako u slučaju nekih organskih materijala (npr. lignocelulozne materije) ti rezultati mogu da budu ispod optimalnih.

[0132] Kod drugih izvođenja ovog opisa, vodeni rastvarač je vodeni alkohol. Na primer, može biti pogodan ili preporučljiv za upotrebu vodeni alkohol kao rastvarač kada se korišćena organska materija u tim postupcima sastoji od ili obuhvata značajnu količinu lignoceluloznog materijala i/ili druge materijale kao što je guma ili plastika zbog jačih hemijskih veza u ovim tipovima organske materije.

[0133] Pogodni alkoholi mogu da obuhvate između jednog i oko deset atoma ugljenika.

Neograničavajući primeri pogodnih alkohola obuhvataju metanol, etanol, izopropil alkohol, izobutil alkohol, pentil alkohol, heksanol i izoheksanol.

[0134] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, taj rastvarač obuhvata mešavinu dva ili više vodena alkohola.

[0135] Preporučljivo, alkohol je etanol, metanol ili njegova mešavina.

[0136] Vodeni alkohol će generalno da obuhvata barem jedan procenat alkohola na osnovu ukupne težine rastvarača. Kod izvesnih izvođenja iz ovog opisa, vodeni alkohol obuhvata više od oko 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% ili 50% alkohola prema težini. Kod drugih izvođenja ovog opisa, vodeni alkohol obuhvata manje od oko 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, ili 50% alkohola težine.

[0137] Preporučljivo, vodeni alkohol obuhvata između oko 1% i oko 50% alkohola prema težini, oko između 5% i oko 50% alkohola prema težini, između oko 5% i oko 40% alkohola prema težini, između oko 5% i oko 30% alkohola prema težini, između oko 5% i oko 20% alkohola prema težini, između oko 5% i oko 10% alkohola prema težini, između oko 10% i oko 50% alkohola prema težini, između oko 20% i oko 50% alkohola prema težini, između oko 25% i oko 50% alkohola prema težini, između oko 30% i oko 50% alkohola prema težini.

[0138] Kod drugih izvođenja ovog opisa, vodeni alkohol može da deluje kao agens alkilacije. Bez ograničenja na određene mehanizam(e) prenosa alkil grupe iz vodenog alkohola na jednu ili više komponenata organske materije smatra se da učini lakšim rastvaranje i/ili hemijska stabilizacija organske materije.

[0139] Kod preporučenih izvođenja ovog opisa, vodeni rastvarač korišćen u ovim postupcima iz ovog opisa je vodeni metanol ili vodeni etanol.

[0140] Kod posebno preporučenih izvođenja iz ovog opisa, etanol je vodeni etanol. Preporučljivo, vodeni etanol obuhvata između oko 5% i oko 30% etanola prema težini, preporučljivije između oko 10% i oko 25% etanola prema težini, i još preporučljivije između oko 15% i oko 25% etanola prema težini.

Temperatura i pritisak

[0141] U skladu sa postupcima iz ovog opisa, organsku materiju moguće je tretirati sa vodenim rastvaračima pod uslovima povećane temperature i pritiska da se proizvede biogorivo.

[0142] Specifični uslovi temperature i pritiska korišćeni kada se praktikuju postupci iz ovog opisa mogu zavisiti od broja različitih činilaca uključujući, na primer, tip korišćenog vodenog rastvarača, procenat alkohola (ako postoji) u tom vodenom rastvaraču, tip organske materije koja se tretira, fizički oblik organske materije koji se tretira, tipove korišćenih katalizatora (ako postoje) i njihove različite koncentracije, vreme zadržavanja, i/ili tip aparata u kom se ti postupci izvode. Ovi i drugi činioci mogu da budu varirani da bi se optimizovao dati niz uslova kako bi se dobio maksimalni prinos i/ili smanjilo vreme prerade. U preporučenim izvođenjima ovog opisa, svi ili pretežno sav organski materijal koji se koristi kao polazni materijal se pretvara u biogorivo.

[0143] Željeni uslovi reakcije mogu biti dostignuti, na primer, sprovođenjem reakcije u odgovarajućem aparatu (npr. aparatu podkritičnog/nadkritičnog reaktora) koji može da održava povećanu temperaturu i povećani pritisak.

[0144] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, vodeni rastvarači korišćeni u ovim postupcima iz ovog opisa mogu biti zagrejani i sa dovedenim pritiskom ispod kritične temperature i/ili iza za njih kritičnog pritiska (tj. iza 'kritične tačke' za određeni rastvarač). S tim u skladu, vodeni rastvarač može da bude ’nadkritični’ vodeni rastvarač ako je zagrejan i pod pritiskom preko ’kritične tačke’ za taj rastvarač.

[0145] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa vodeni rastvarač korišćen u ovim postupcima iz ovog opisa može da bude zagrejan ili pod pritiskom do nivoa ispod kritične temperature i pritiska (tj. ispod ’kritične tačke’ za taj rastvarač). S tim u skladu, vodeni rastvarač može da bude 'podkritičan' vodeni rastvarač ako je njegova maksimalna temperatura i/ili maksimalni pritisak ispod 'kritične tačke' za taj rastvarač. Preporučljivo, ’podkritični’ vodeni rastvarač se zagreva i/ili dovodi se pritisak do nivoa koji se približava 'kritičnoj tački' za taj rastvarač (npr. između oko 10°C do oko 50°C ispod kritične temperature i/ili između oko 10 atmosfera do oko 50 atmosfera ispod njegovog kritičnog pritiska).

[0146] Kod nekih izvođenja ovog opisa, vodeni rastvarači korišćeni u ovim postupcima iz ovog opisa mogu biti zagrejani i pod pritiskom do nivoa i iznad i ispod njihove kritične temperature i pritiska (tj. zagrejani i/ili pod pritiskom i iznad i ispod 'kritične tačke' za određeni rastvarač u različitim vremenskim periodima). S tim u skladu, vodeni rastvarač može da osciluje između ’podkritičnih’ i ’nadkritičnih’ stanja kada se izvode ovi postupci.

[0147] Kod nekih izvođenja iz ovog opisa, vodeni rastvarač korišćen u ovim postupcima iz ovog opisa može da se zagreje do nivoa iznad njegove kritične temperature ali sa pritiskom do nivoa ispod za njega kritičnog pritiska. Kod drugih izvođenja iz ovog opisa, vodeni rastvarač korišćen u ovim postupcima iz ovog opisa može da se zagreje do nivoa ispod za njega kritične temperature ali sa pritiskom do nivoa iznad za njega kritičnog pritiska.

[0148] Stručnjaci u ovoj oblasti će razumeti da će kritična temperatura i kritični pritisak datog vodenog rastvarača zavisiti, barem delimično, od procenta vode u tom rastvaraču. Na primer, ako vodeni rastvarač sadrži dati procenat vode u kombinaciji sa datim procentom date komponente koja ima nižu kritičnu tačku od vode (npr. alkohol), kritična tačka rastvarača će generalno biti niža od čiste vode. Nasuprot tome, ako vodeni rastvarač obuhvata dati procenat vode u kombinaciji sa datim procentom druge komponente koja ima višu kritičnu tačku od vode, kritična tačka rastvarača će generalno biti viša od kritične tačke za čistu vodu.

[0149] U slučajevima gde vodeni rastvarač obuhvata dve komponente jezgra (npr. vodu i alkohol), približno linearni odnos može postojati između procenta alkohola prisutnog u rastvaraču i kritične temperature i pritiska rastvarača, krajnje tačke se definišu na jednom kraju putem kritične tačke čiste vode i na drugom kraju putem kritične tačke čistog alkohola. Na primer, ako se kritična tačka vode definiše kao 374°C i 221 atm i kritična tačka etanola se definiše kao 240°C i 60 atm, kritična tačka od 25% rastvora vodenog etanola može biti približno 340°C/180 atm, kritična tačka od 50% rastvora vodenog etanola može da bude približno 307°C/140 atm, i kritična tačka 75% rastvora vodenog etanola može biti približno 273°C/100 atm.

[0150] U slučajevima gde vodeni rastvarač obuhvata više od dve komponente jezgra (npr. vodu i dva različita tipa alkohola), proračuni slične prirode mogu da se koriste da se odredi kritična tačka rastvarača kada se menjaju proporcije razlitčih alkohola u rastvaraču.

[0151] Prema tome, treba razumeti da kada se ovde daje temperatura i/ii pritisak (ili opseg temperatura i/ili pritisaka) to navođenje je u vezi sa datim vodenim rastvaračem koji obuhvata dve ili više komponenata jezgra u preciziranim proporcijama (npr. 10% w/v vodenog alkohola), odgovarajuće vrednosti/opsezi temperature i/ili pritiska mogu lako da se izvedu kada se variraju relativne proporcije komponenata jezgra.

[0152] Takođe je jasno da kritična tačka datog vodenog rastvarača bude pod uticajem dodatnih činilaca kao što je hemijsko stanje organskog materijala koji se tretira. Na primer, kritična tačka datog vodenog rastvarača će verovatno da se promeni tokom date reakcije jer se početni materijal kombinuje sa molekulima rastvarača.

[0153] U izvesnim izvođenjima ovog opisa, tretman organskog materijala da se proizvede biogorivo korišćenjem postupaka iz ovog opisa može da se izvodi na temperaturama od između oko 200°C i oko 450°C i pritiscima od između oko 50 bar i oko 350 bar. Kod drugih izvođenja ovog opisa, tretman može da se izvodi na temperaturama od između oko 250°C i oko 400°C i pritiscima od oko 100 bar i oko 300 bar. Kod dodatnih izvođenja ovog opisa, tretman može da se izvodi na temperaturama od između oko 275°C i oko 375°C i pritiscima od između oko 150 bar i oko 275 bar. Kod nekih preporučenih izvođenja ovog opisa, tretman može da se izvede na temperaturama od između oko 300°C i oko 375°C i pritiscima od između oko 175 bar i oko 275 bar. Kod drugih preporučenih izvođenja ovog opisa, tretman može da se izvodi na temperaturama od između oko 330°C i oko 360°C i pritiscima od između oko 200 bar i oko 250 bar. Kod još nekih drugih preporučenih izvođenja ovog opisa, tretman može da se izvodi na temperaturama od između oko 340°C i oko 360°C i pritiscima od između oko 200 bar i oko 250 bar.

[0154] Stručnjak kome je ovo upućeno će shvatiti da generalno inverzan odnos može da postoji između temperature i/ili pritiska neophodnog da se pokrene konverzija organskog materijala u biogorivo korišćenjem postupaka iz ovog opisa, i taj odnos dodatnih komponenata (npr. alkohol) kombinovan sa vodom u vodenom rastvaraču. Na primer, upotreba vodenog rastvarača koji obuhvata pretežno vodu (tj. u odsustvu dodatnih komponenata kao što je alkohol) može da zahteva povećanu temperaturu i/ili pritisak za pokretanje konverzija organske materije u biogorivo u poređenju sa vodenim rastvaračem koji ovuhvata još značajniju proporciju alkohola (koja može da zahteva komparativno manju temperaturu i /ili pritisak za pokretanje konverzija). Prema tome, stručnjak kome je ovo upućeno će lako uvideti da povećanje proporcija, na primer, alkohola (npr. etanola i/ili metanola) u vodenom rastvaraču može dozvoliti odgovarajuće smanjenje temperature i/ili pritiska neophodno da se postigne efikasnost konverzije organske materije u biogorivo korišćenjem postupaka iz ovog opisa. Nasuprot tome, sasvim je očigledno da smanjenje proprocije, na primer, alkohola (npr. etanola i/ili metanola) u vodenom rastvaraču može zahtevati odgovarajuće povećanje temperature i/ili pritiska neophodno da se postigne efikasnost konverzije organske materije u biogorivo korišćenjem postupaka iz ovog opisa.

[0155] Takođe će biti priznato da različiti katalizatori kako je ovde opisano (videti pododeljak dole pod naslovom "Katalizatori") mogu biti korišćeni da se poveća efikasnost obrade što zauzvrat može smanjiti temperaturu i/ili pritisak neophodan za pokretanje konverzija organske materije u biogorivo korišćenjem datog vodenog rastvarača

Vreme zadržavanja

[0156] Specifičan vremenski period tokom kog konverzija organske materije može da se postigne posle dovođenja u reakciju ciljne temperature i pritiska (tj. ''vreme zadržavanja'') može zavisiti od izvesnog broja različitih faktora uključujući, na primer, tip korišćeno vodenog rastvarača, procenat alkohola (ako postoji) u tom vodenom rastvaraču, tip organske materije koja se tretira, fizički oblik organske materije koji se tretira, tipove katalizatora (ako postoje) u toj mešavini i njihove različite koncentracije, i/ili tip aparata u kom se ti postupci izvode. Ovi i drugi faktori mogu da se menjaju da bi se optimizovao dati postupak tako da se maksimizuje prinos i/ili smanji vreme prerade. Preporučljivo, vreme zadržavanja je dovoljno da se pretvori sav ili pretežno sav organski materijal korišćen kao početni materijal u biogorivo.

[0157] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, vreme zadržavanja je manje od oko 60 minuta, 45 minuta, 30 minuta, 25 minuta, 20 minuta, 15 minuta, 10 minuta ili 5 minuta. Kod izvesnih izvođenja ovog opisa vreme zadržavanja je veće od oko 60 minuta, 45 minuta, 30 minuta, 25 minuta, 20 minuta, 15 minuta, 10 minuta ili 5 minuta. Kod drugih izvođenja ovog opisa, vreme zadržavanja je između oko 1 minut i oko 60 minuta. Kod dodatnih izvođenja ovog opisa, vreme zadržavanja je između oko 5 minuta i oko 45 minuta, između oko 5 minuta i oko 35 minuta, između oko 10 minuta i oko 35 minuta, ili između oko 15 minuta i oko 30 minuta. Kod drugih izvođenja ovog opisa, vreme zadržavanja je između oko 20 minuta i oko 30 minuta.

[0158] Stručnjaci u ovoj oblasti će razumeti da različiti katalizatori kako je ovde opisano (videti pododeljak dole pod naslovom "Katalizatori") mogu biti korišćeni da se poveća efikasnost obrade što zauzvrat može smanjiti vreme zadržavanja neophodno da se pretvori organska materija u biogorivo. Slično tome, vreme neophodno zadržavanja može u nekim slučajevima da bude manje gde su temperatura i/ili pritisak povećani, i/ili odnos dodatnih komponenata (npr. alkohola) u vodenom rastvaraču je povećan.

[0159] Optimalno vreme zadržavanja za dati niz uslova reakcije kako je ovde opisano može lako da odredi stručnjak kome je upućeno ovo pripremom i izvođenjem niza reakcija koje se razlikuju samo po vremenu zadržavanja, i analiziranjem prinosa i/ili kvaliteta proizvedenog biogoriva.

Grejanje/hlađenje, dovođenje pritiska/odvođenje pritiska

[0160] Reakciona mešavina (npr. u obliku kašaste materije) koja obuhvata organsku materiju, vodeni rastvarač i opciono jedan ili više katalizatora kako je ovde definisano može da bude dovedeno do ciljne temperature i pritiska (tj. temperatura/pritisak se održavaju tokom ''vremena zadržavanja'') u vremenskom periodu od između oko 30 sekundi i oko 30 minuta. Kod nekih izvođenja ovog opisa, reakciona mešavina može da se dovede do ciljne temperature i pritiska za manje od oko 5 minuta ili manje od oko 2 minuta. Preporučljivo, reakciona mešavina se dovodi do ciljne temperature i pritiska za manje od oko 2 minuta.

[0161] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, ta reakciona mešavina može da se dovede do ciljnog pritiska pretežno istovremeno i dovede do ciljne temperature za manje od 5 minuta. Kod drugih izvođenja ovog opisa, reakciona mešavina može da se dovede do ciljnog pritiska pretežno trenutno i dovede do ciljne temperature za manje od oko dva minuta. Kod drugih izvođenja ovog opisa, reakciona mešavina može da se dovede do ciljnog pritiska pretežno trenutno i dovede do ciljne temperature za između oko 1 i oko 2 minuta.

[0162] Dodatno ili alternativno, posle završetka vremena zadržavanja ta reakciona mešavina može da se ohladi na između oko 150°C i oko 200°C, između oko 160°C i oko 200°C, preporučljivo između oko 170°C i oko 190°C, i još preporučljivije oko 180°C, u vremenskom periodu kraćem od oko 10 minuta, preporučljivo manje od oko 7 minuta, još preporučljivije za manje od oko 6 minuta, preproučljivo između oko 4 i oko 6 minutes, i još preporučljivije oko 5 minuta. Posle početnog perioda hlađenja, ta temperatura može još da se smanji na temperaturu okoline sa istovremenim odvođenjem pritiska putem brzog otpuštanja u hladnu vodenu podlogu (npr. ohlađenu vodu).

[0163] Procesi zagrevanja/stavljanja pod pritisak i hlađenja/odvođenja pritiska mogu biti lakši izvođenjem postupaka iz ovog opisa u sistemu neprekidnog protoka (videti odeljak pod naslovom "Neprekidan protok").

Katalizatori

[0164] U skladu sa postupcima iz ovog opisa, organsku materiju moguće je tretirati sa vodenim rastvaračem pod uslovima povećane temperature i pritiska da se proizvede biogorivo. Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, organska materija može da se tretira sa nadkritičnim vodenim rastvaračem. Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, organska materija može da se tretira sa podkritičnim vodenim rastvaračem. U svakom slučaju, obrada može da bude pospešena upotrebom jednog ili više dodatnih katalizatora. Iako neki katalizatori mogu da budu prirodna komponenta organske materije (npr. minerali), vodeni rastvarač (npr. joni hidronijuma/hidroksida vode pri pod/nadkritičnim uslovima), i/ili zidova posude aparata reaktora u kom je moguće tretirati organsku materiju (npr. prelazni/plemeniti metali), ovaj opis razmatra upotrebu dodatnih katalizatora da se pospeši proizvodnja biogoriva iz organskog materijala.

(i) "dodatni" katalizatori

[0165] Izvesna izvođenja opisa se odnose na proizvodnju biogoriva iz organske materije tretmanom sa vodenim rastvaračem pri uslovima povišene temperature i pritiska u prisustvu barem jednog "dodatnog" katalizatora. Pod "dodatni katalizator" treba razumeti da je taj katalizator dodatak (tj. odvojen) uz katalitička jedinjenja koja su prirodno prisutna u drugim komponentama reakcije kao što je organska materija, vodeni rastvarač i/ili zidovi aparata reaktora. Drugim rečima, "dodatni" katalizator kako se ovde razmatra može da se smatra kao "spoljni" katalizator u smislu da je dodat u reakciju kao pojedinačna komponenta reakcije.

[0166] Na primer, izvođenje ovog opisa u kom se tretira lignit kao početni materijal sa vodenom vodom (samo) pri uslovima povišene temperature i pritiska u aparatu reaktora neće biti smatran da koristi ''dodatni katalizator''.

[0167] Nasuprot tome, izvođenje ovog opisa u kom se lignit kao početni materijal tretira sa vodenom vodom u prisustvu katalizatora dopunske baze (npr. natrijum hidroksida) pri uslovima povišene temperature i pritiska u aparatu reaktora i neće se smatrati da koristi ''dodatni katalizator''.

[0168] Dodatni katalizator kako se ovde razmatra može da bude bilo koji katalizator koji pospešuje formiranje biogoriva iz organske materije korišćenjem postupaka iz ovog opisa, za koji neograničavajući primeri obuhvataju alkalne katalizatore, kisele katalizatore, katalizatore hidroksida alkalnog metala, katalizatore hidroksida prelaznog metala, katalizatore formijata alkalnog metala, katalizatore formijata alkalnog metala, katalizatore formijata alkalnog metala, katalizattore formijata prelaznog metala, katalizatore reaktivne karboksilne kiseline, katalizatore prelaznog metala, katalizatore sulfida, katalizatore prelaznog metala, katalizatore smene voda-gas, i njihove kombinacije.

[0169] Postupke iz ovog opisa moguće je izvesti korišćenjem "dodatnih" katalizatora u kombinaciji sa "prirodnim" katalizatorom(ima).

[0170] Optimalna količina dodatnog katalizatora korišćenog u postupcima iz ovog opisa može zavisiti od raznovrsnih faktora uključujući, na primer, tip organske materije koja se obrađuje, količinu organske materije koja se obrađuje, korišćeni vodeni rastvarač, specifičnu temperaturu i pritisak koji se koriste tokom te reakcije, i tip katalizatora i željena svojstva proizvoda koji se dobija kao biogorivo. Pridržavajući se postupaka iz ovog opisa, optimalnu količinu dodatnog katalizatora koji treba koristiti može da odredi stručnjak u ovoj oblasti bez pronalazačkog rada.

[0171] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, dodatni katalizator ili kombinacija dodatnih katalizatora mora da se koristi u količini od između oko 0,1% i oko 10% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 7,5% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 5% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 2,5% w/v katalizatora, između oko 0,1% o oko 1% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 0,5% w/v katalizatora (u vezi sa vodenim rastvaračem).

[0172] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, "dodatni" katalizator korišćen u procesu reakcije može da bude alkal i/ili so zemnoalkalnog metala (npr. soli kalijuma, kalcijuma i/ili natrijuma). Na primer, pokazano je ovde da hidroksidi alkalnog metala i karbonati mogu da budu delotvorni u smanjenju sadržaja kiseonika bionaftnog proizvoda gde su konstantni svi uslovi izuzev dodatne koncentracije katalizatora. U jednom izvođenju ovog opisa, optimalna koncentracija katalizatora (u samoj reakciji) hidroksida alkalnog metala i/ili katalizatora karbonata alkalnog metala pod datim nizom drugačije pretežno konstantnih uslova reakcije mogu da budu u opsegu od oko 0,1 molar do oko 1 molar. U preporučenim izvođenjima ovog opisa, ta koncentracija može da bude oko 0,1 molar do oko 0,3 molar. Preporučljivo, koncentracija hidroksida alkalnog metala i/ili katalizatora karbonata alkalnog metala korišćen daje proizvod sa niskim sadržajem kiseonika (npr. manje od oko 11% w/w; između oko 6% i oko 11% w/w).

[0173] Uopšteno, katalizatore je moguće koristiti da kreiraju ili pomognu formiranje i/ili održe redukujuće okruženje dajući prednost konverziju organske materije u biogorivo. Redukujuće okruženje može prednost dati hidrolizi organske materije, pokrenuti zamenu kiseonika sa vodonim, i/ili stabilizovati formirano biogorivo.

[0174] Tretman sa podkritičnim vodenim rastvaračem (kao suprotnost nadkritičnom vodenom rastvaraču) može da bude prednost u tome što je neophodno manje energije da se izvedu postupci i rastvarač može da bude bolje očuvan tokom tretmana. Kada se koristi nadkritični vodeni rastvarač smatra se da dodatna upotreba jednog ili više katalizatora može posebno biti korisna za povećanje prinosa i/ili kvalitet biogoriva. Pored toga, ekonomičnost troškova smanjenjene ulazne energije (tj. da se održe podkritični pre nego nadkritični uslovi) i očuvanje rastvarača može značajno da nadmaši dodatni trošak koji nastane dodatnim uključivanjem jednog ili više ovde opisanih katalizatora.

[0175] Smatra se da pod uslovima povećane temperature i pritiska molekuli vode u vodenom rastvaraču mogu da se razdruže u jone kiseline (hidronijum) i baze (hidroksid) čime se čini lakšom hidroliza čvrse materije pri tretmanu (tj. čvrsta supstanca u tečnoj transformaciji). Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, temperatura i pritisak prikom se izvodi reakcija mogu da budu dovoljno visoki za željene nivoe hidrolize da dođe bez upotrebe dodatnih katalizatora. Dodatno ili alternativno, specifični korišćeni organski materijal može da bude relativno lako hidrolizovati (i samim tim dodatni katalizatori nisu neophodni). Na primer, moguće je postići dovoljnu hidrolizu fosilizovane organske materije kao što je lignit korišćenjem podkritične vode bez daljeg dodavanja ovde opisanih katalizatora. Međutim, uključivanje takvih katalizatora moguće je koristiti kao sredstvo da se poveća prinos i/ili kvalitet proizvedenog biogoriva.

[0176] U drugim slučajevima, temperatura i pritisak na kom se izvodi ta reakcija ne moraju da budu dovoljno visoki da dođe do željenih nivoa hidrolize bez daljeg dodavanja katalizatora. Pored toga ili alternativno specifični organski materijal koji je korišćen može biti teško hidrolizovati zbog specifične hemijske strukture (npr. lignocelulozne materije).

[0177] Sa tim u skladu, katalizatori hidrolize mogu da budu dodati da se pospeši (tj. poveća i/ili ubrza) hidroliza čvrste materije koja se tretira (npr. katalizatori hidrolize).

[0178] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, katalizator hidrolize mogu biti katalizatori baze. Moguće je koristiti bilo koji pogodan katalizator baze.

[0179] Neograničavajući primeri pogodnih katalizatora baze za hidrolizu obuhvataju soli alkalnog metala, soli prelaznog metala, organske baze, i njihove mešavine.

[0180] Soli alkalnog metala ili soli prelaznog metala mogu obuhvatiti bilo koje neorganske anjone, čiji neograničavajući primeri obuhvataju sulfat, sulfit, sulfid, disulfid, fosfat, aluminat, nitrat, nitrit, silikat, hidroksid, metoksid, etoksid, alkoksid, karbonat i oksid. Preporučene soli alkalnog metala i prelaznog metala su soli natrijuma, kalijuma, gvožđa, kalcijuma i barijuma i mogu obuhvatiti jedan ili više anjona izabranih iz fosfata, aluminata, silikata, hidroksida, metoksida, etoksida, karbonata, sulfata, sulfida, disulfida i oksida.

[0181] Neograničavajući primeri pogodnih organskih baza obuhvataju amonijak, bazne i polarne amino kiseline (npr. lizin, histidin, arginin), benzatin, benzimidazol, betain, cinkhonidin, cinkhonin, dietilamin, diizopropiletilamin, etanolamin, etilendiamin, imidazol, metil amin, N-metilguanidin, N-metilmorfolin, N-metilpiperidin, fosfazen baze, pikolin, piperazin, prokain, piridin, hinidin, hinolin, trialkilamin, tributilamin, trietil amin, trimetilamin i njihove mešavine.

[0182] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, katalizatori hidrolize mogu biti katalizatori kiseline iako će biti prepoznato da katalizatori kiseline mogu generalno da usporavaju kod katalizujuće hidrolize u organskoj materiji nego katalizatori baze. Moguće je koristiti bilo koji pogodan katalizator kiseline.

[0183] Neograničavajući primeri pogodnih katalizatora kiseline za hidrolizu obuhvataju tečne mineralne kiseline, organske kiseline i njihove mešavine. Tečne mineralne kiseline i organske kiseline mogu obuhvatiti bilo koje neorganske anjone, čiji neograničavajući primeri obuhvataju aliminat, sulfat, sulfit, sulfid, fosfat, fosfit, nitrat, nitrit, silikat, hidroksid i alkoksid (pri nadkritičnim uslovima ili blizu nadkritičnih uslova), anjone karbonata i karboksi grupe.

[0184] Neograničavajući primeri pogodnih organskih kiselina obuhvataju sirćetnu kiselinu, butirnu kiselinu, kapronsku kiselinu, limunsku kiselnu, mravlju kiselinu, glikolnu kiselinu, 3- hidroksipropionsku kiselinu, mlečnu kiselinu, oksalnu kiselinu, proprionsku kiselinu, sukcinsku kiselinu, mokraćnu kiselinu, i njihove mešavine.

[0185] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, katalizatori kiseline za hidrolizu mogu da budu prisutni u mineralima organske materije i/ili izvedeni iz in situ formiranja karboksilnih kiselina i/ili fenolika tokom postupka obrade.

[0186] Kod nekih izvođenja ovog opisa, mešavina jednog ili više katalizatora hidrolize kiseline i jednog ili više katalizatora hidrolize baze može da se koristi da se pospeši hidroliza čvrste materije pod terapijom.

[0187] Postupci iz ovog opisa mogu da koriste katalizatore za hidrolizu organske materije (kako se razmatra u prethodnim odeljcima). Dodatno ili alternativno, postupci mogu da koriste katalizatore koji povećavaju i/ili ubrzavaju uklanjanje kiseonika (bilo direktno ili indirektno) iz jedinjenja u organskoj materiji pod tretmanom. Uklanjanje kiseonika može da obezbedi izvestan broj efekata koji se uzimaju kao prednost, na primer, povećanje sadržaja energije i stabilnosti proizvedenog biogoriva.

[0188] Kiseli katalizator moguće je koristiti da se pospeši uklanjanje kiseonika, na primer, dehidracija (eliminacija) vode. U skladu sa tim, u izvesnim izvođenjima ovog opisa katalizator kiseline moguće je koristiti da se pospeši hidroliza, i da se pospeši uklanjanje kiseonika iz organske materija koja se tretira.

[0189] Moguće je koristiti bilo koji pogodan katalizator kiseline da se pospeši uklanjanje kiseonika. Neograničavajući primeri pogodnih katalizatora kiseline za uklanjanje kiseonika obuhvataju tečne mineralne kiseline, organske kiseline, i njihove mešavine. Tečne mineralne kiseline i organske kiseline mogu da obuhvate bilo koje neorganske anjone, čiji neograničavajući primeri obuhvataju aluminat, sulfat, sulfit, sulfid, fosfat, fosfit, nitrat, nitrit, silikat, hidroksid i alkoksid (pod nadkritičnim ili skoro super kritičnim uslovima), anjone karbonat i karboksi grupe.

[0190] Neograničavajući primeri pogodnih organskih kiselina obuhvataju sirćetnu kiselinu, butirnu kiselinu, kapronsku kiselinu, limunsku kiselnu, mravlju kiselinu, glikolnu kiselinu, 3- hidroksipropionsku kiselinu, mlečnu kiselinu, oksalnu kiselinu, proprionsku kiselinu, sukcinsku kiselinu, mokraćnu kiselinu, i njihove mešavine.

[0191] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa silikati aluminijuma uključujući hidrirane oblike (npr. zeolite) moguće je koristiti tokom tretmana organske materije da se pomogne dehidracija (eliminacija) vode.

[0192] Dodatno ili alternativno, uklanjanje kiseonika moguće je pospešiti termičkim sredstvima koji obuhvataju dekarbonilaciju, npr. aldehida (što daje R3C-H i CO gas) i dekarboksilacija karboksilnih kiselina u materijalu pod obradom (davanje R3C-H i CO2gasa). Brzina ovih reakcija može da bude pospešena dodavanjem kiseline i/ili katalizatora prelaznog (plemenitog) metala. Bilo koji pogodan prelazni ili plemeniti metal moguće je koristiti uključujući one koji su podržani na kiselinama u čvrstom obliku. Neograničavajući primeri obuhvataju Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2, i njihove mešavine.

[0193] Dodatno ili alternativno, moguće je koristiti kombinovano kiselinu i katalizator hidrogenacije da se pospeši uklanjanje kiseonika, na primer, hidrodeoksigenacijom (tj. eliminacijom vode (preko kisele komponente) i zasićenja dvostrukih veza (preko komponente metala)). Moguće je koristiti bilo koju pogodnu kombinovanu kiselinu i katalizator hidrogenacije uključujući one koji su podržani na kiselinama u čvrstom obliku. Neograničavajući primeri obuhvataju Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2, NiO/MoO3, CoO/MoO3, NiO/WO2, zeolite napunjene plemenitim metalima (npr. ZSM-5, Beta, ITQ-2), i njihove mešavine.

[0194] Postupci opisa mogu koristiti katalizatore koji pospešuju hidrolizu organske materije pod obradom, i/ili katalizatore koji pospešuju uklanjanje kiseonika iz jedinjenja u organskoj materiji (kako se razmatra u prethodnim odeljcima). Dodatno ili alternativno, postupci mogu da koriste katalizatore koji pospešuju koncentraciju vodonika (bilo direktno ili indirektno) u jedinjenjima u organskoj materiji pod tretmanom. Koncentracija vodonika može da obezbedi izvestan broj efekeata koji se uzimaju kao prednost, na primer, povećanje sadržaja energije i stabilnost proizvedenog biogoriva.

[0195] Katalizator hidrogenacije transfera moguće je koristiti da se pospeši koncentracija vodonika u jedinjenja organske materije koja se obrađuje, na primer, prenosom hidrogenacije ili in situ proizvodnje vodonika.

[0196] Bilo koji pogodan katalizator hidrogenacije transfera moguće je koristiti pri koncentraciji vodonika. Neograničavajući primeri pogodnih katalizatora hidrogenacije transfera obuhvataju hidrokside alkalnog metala (npr. natrijum hidrokside), hidrokside prelaznog metala, formijate alkalnog metala (npr. natrijum formijat), formijate prelaznog metala, reaktivne karboksilne kiseline, prelazne ili plemenite metale, i njihove mešavine.

[0197] Hidroksid alkalnog metala ili formijat može obuhvatiti bilo koji pogodan alkalni metal. Preporučeni alkalni metali obuhvataju natrijum, kalijum, i njihove mešavine. Hidroksid prelaznog metala ili formijat može obuhvatiti bilo koji pogodan prelazni metal, preporučeni primeri obuhvataju Fe i Ru. Reaktivna karboksilna kiselina može da bude bilo koja pogodna karboksilna kiselina, preporučeni primeri uključuju mravlju kiselinu, sirćetnu kiselinu, i njihove mešavine. Prelazni ili plemeniti metal može da bude bilo koj prelazni ili plemeniti metal, preporučeni primeri obuhvataju platinu, paladijum, nikl, rutenijum, rodijum, i njihove mešavine.

[0198] Dodatno ili alternativno, katalizator prelaznog metala moguće je koristiti da se pospeši koncentracija vodonika u organskoj materiji koja se tretira, na primer, hidrogenacija sa H2.

Neograničavajući primeri pogodnih katalizatora prelaznog metala za hidrogenaciju sa H2 obuhvataju nultovalentne metale (npr. platina, paladijum, i nikl), sulfide prelaznog metala (npr. gvožđe sulfid (FeS, FexSy), i njihove mešavine.

[0199] Dodatno ili alternativno, katalizator smene voda-gas moguće je koristiti da se pospeši koncentracija vodonika u organsku materiju koja se obrađuje (tj. preko reakcije smene voda-gas). Bilo koji pogodan katalizator reakcije pomeranja voda-gas (WGS) moguće je koristiti uključujući, na primer, prelazne metale, okside prelaznog metala, i njihove mešavine (npr. magnetit, WGS katalizatori na bazi platine, fino podeljeni bakar i nikl)

[0200] Dodatno ili alternativno, koncentracija vodonika u organsku materiju koja se tretira može biti lakša putem in situ gasifikacije (t.j. termička kataliza). In situ gasifikacija može da se pospeši dodavanjem prelaznih metala. Bilo koji pogodan prelazni metal moguće je koristiti uključujući, na primer, one koji su podržani na kiselinama u čvrstom obliku (npr. Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2, i njihove mešavine), i sulfidi prelaznog metala (npr. FexSy, FeS/Al2O3, FeS/SiO2, FeS/Al2O3/SiO2, i njihove mešavine). Tabela 1 dole obezbeđuje pregled različitih katalizatora datih kao primer koje je moguće koristiti u postupcima iz ovog opisa i odgovarajućim reakcijama koje one mogu katalizovati.

Tabela 1: Sažet pregled katalizatora i odgovarajućih reakcija

[0201] Katalizatori za upotrebu u postupcima iz ovog opisa mogu biti proizvedeni korišćenjem hemijskih postupaka poznatih u ovoj oblasti i/ili kupljeni od komercijalnih izvora.

[0202] Jasno će biti da nema određenog ograničenja u pogledu vremenskog trenutka u kom je moguće primeniti dodatne katalizatore kada se izvode postupci iz ovog opisa. Na primer, katalizatore je moguće dodati u organsku materiju, vodeni rastvarač, ili mešavinu istih (npr. kašasti mulj) pre zagrevanja/dovođenja pod pritisak do ciljne temperature reakcije i pritiska, tokom grejanja/dovođenja pod pritisak da se cilja temperatura reakcije i pritiska, i/ili pošto se dostignu temperatura i pritsak reakcije. Tempiranje dodavanja katalizatora može zavisiti od reaktivnosti korišćenog početnog materijala. Na primer, visoko reaktivni početni materijali mogu koristiti od dodavanja katalizatora blizu ili na ciljnoj temperaturi i pritisku reakcije, pri čemu manje reaktivni početni materijali mogu imati širi procesni prozor za dodavanje katalizatora (t.j. katalizatori mogu biti dodati pre dostizanja ciljne temperature i pritiska reakcije).

(i) "dodatni" katalizatori

[0203] Izvesna izvođenja opisa se odnose na proizvodnju biogoriva iz organske materije tretmanom sa vodenim rastvaračem pri uslovima povišene temperature i pritiska u prisustvu barem jednog "dodatnog" katalizatora. Kao što je gore pomenuto, "dodatni" katalizator treba razumeti da označava da se katalizator dovodi dopunski u katalizatore koji su prirodno prisutni u drugim komponentama reakcije.

[0204] Dodatno ili alternativno, proizvodnja biogoriva iz organske materije u skladu sa postupcima iz ovog opisa može biti pospešena prisustvom "prirodnih" katalizatora koji su prirodno prisutni u datoj komponenti reakcije kao što je, na primer, bilo koja jedna ili više početnog materijala organske materije, vodeni rastvarač, i/ili zidovi posude aparata reaktora u kom je organsku materiju moguće tretirati.

[0205] S tim u skladu, postupci iz ovog opisa mogu biti izvedeni korišćenjem "dodatnih" katalizatora u kombinaciji sa "prirodnim" katalizatorom(ima), ili, samo "prirodnim" katalizatorom.

[0206] Optimalna količina prirodnog katalizatora korišćenog u postupcima iz ovog opisa može zavisiti od raznovrsnih faktora uključujući, na primer, tip organske materije koja se obrađuje, količinu organske materije koja se obrađuje, vodeni rastvarač koji je korišćen, specifičnu temperaturu i pritisak koji su korišćeni tokom ove reakcije, tip katalizatora i željena svojstva proizvoda biogoriva.

[0207] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, prirodni katalizator ili kombinacija prirodnog i dodatnog katalizatora mmože da se koristi u količini od između oko 0,1% i oko 10% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 7,5% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 5% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 2,5% w/v katalizatora, između oko 0,1% i oko 1% w/v katalizatora, ili između oko 0,1% i oko 0,5% w/v katalizatora (u odnosu na vodeni rastvarač).

[0208] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, "prirodni" katalizator korišćen u procesu reakcije može da bude alkal i/ili so zemnoalkalnog metala (npr. soli kalijuma, kalcijuma i/ili natrijuma). Na primer, hidroksidi alkalnog metala i karbonati mogu da budu delotvorni za smanjenje sadržaja kiseonika proizvoda bionafte U jednom izvođenju ovog opisa, optimalna koncentracija katalizatora (u samoj reakciji) hidroksida alkalnog metala i/ili katalizatora karbonata alkalnog metala pod datim nizom drugačije pretežno konstantnih uslova reakcije mogu da budu u opsegu od oko 0,1 molar do oko 1 molar. U preporučenim izvođenjima ovog opisa, ta koncentracija može da bude oko 0,1 molar do oko 0,3 molara. Preporučljivo, koncentracija korišćenih hidroksida alkalnog metala i/ili katalizatora karbonata alkalnog metala daje proizvod sa niskim sadržajem kiseonika (npr. manje od oko 11% w/w; između oko 6% i oko 11% w/w).

[0209] Jedan ili više različitih vrsta katalizatora može biti prisutan u organskoj materiji korišćenoj kao početni materijal kod te reakcije. Neograničavajući primeri ovih katalizatora obuhvataju minerale i/ili alkale i/ili soli zemnoalkalnih metala. Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, so kalijuma i/ili kalcijuma prisutna u početnom materijalu organske materije obezbeđuje katalitičku aktivnost u reakciji.

[0210] Na primer, lignocelulozna biomasa može obuhvatiti promenljive količine pepela (npr. između 0,1% do oko 50% pepela), i pepeo zauzvrat može sadržati različite količine alkalnih soli (npr. soli kalijuma i/ili soli kalcijuma) (videti, na primer, Stanislav i saradnici., "An Overview of the Chemical Composition of Biomass" (Pregled hemijskog sastava biomase), Fuel 89 (2010), 913-933). Na primer, pepeo može obuhvatiti između oko 0,2% do oko 64% kalijuma (kao kalijum oksida) i/ili između oko 1% do oko 83% kalcijuma (kao kalcijum oksida). Soli alkala prisutne u početnom materijalu kao, na primer, soli kalijuma i kalcijuma mogu biti katalizatori za opseg reakcija pod uslovima reakcije iz ovog opisa koji obuhvataju te reakcije opisane u Tabeli 1 gore.

[0211] Dodatno ili alternativno, vodeni rastvarač korišćen u ovim postupcima iz ovog opisa može obezbediti prirodne katalizatore za ovu reakciju. Neograničavajući primeri ovih katalizatora obuhvataju jone hidronijuma i/ili hidroksida vode.

[0212] Dodatno ili alternativno, "prirodni" katalizatori mogu da budu obezbeđeni putem zidova posude aparata reeaktora u kom može da se obrađuje organska materija. Neograničavajući primeri materijala koji se često koriste za konstrukciju reaktora (tj. uključujući zidove posude reaktora) su legure jona drugih metala uključujući hrom, nikl, mangan, vanadijum, molibden, titanijum i silikon. Neograničavajući primeri pogodnih klasa čelika su 310, 316, i legura 625.

[0213] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, "prirodni" katalizatori koji mogu biti obezbeđeni putem zidova posude aparata reaktora su prelazni/plemeniti metali.

[0214] Neograničavajući primeri "prirodnih" katalizatora mogu biti obezbeđeni pomoću zodova posude aparata reaktora obuhvataju metal gvožđa, karbonate gvožđa, karbonate vodonika gvožđa, acetate gvožđa, nikl metal, hidrokside nikla, okside nikla, karbonate nikla, vodonik karbonate nikla, hrom metal, hidrokside hroma, okside hroma, karbonate hroma, vodonik karbonate hroma, mangan metal, hidrokside mangan metala, okside mangana metala, karbonate mangana metala, i/ili vodonik karbonate mangan metala. Hidroksidi mogu biti prisutni putem reakcije ovih metala sa vodom i alkalnih ''dodatnih'' katalizatora. Oksidi mogu biti prisutni putem reakcije metala sa jedinjenjima koja sadrže kiseonik i kao pasivizirajući slojevi. Karbonati i vodonik karbonati mogu biti prisutni putem reakcija metala, oksida metala i/ili metal hidroksida sa ugljen dioksidom generisanim in-situ putem reakcija dekarboksilacije. Acetati metala mogu da budu prisutni putem reakcija metala, oksida metala, hidroksida metala, metal karbonata vodonika metala i karbonata metala sa sirćetnom kiselinom generisanom in-situ putem hidrolize organske materije.

[0215] Metali i jedinjenja metala koja se povezuju sa površinama napravljenim od čelika i sličnih materijala mogu da katalizuju različite reakcije uključujući, ali bez ograničavanja na, jednu ili više reakcija opisanih u Tabeli 1 gore. Na primer, ti katalizatori mogu katalizovati hidrotermalne reakcije kao, na primer, reakcije dekarbokislacije (videti, na primer, Maiella i Brill, "Spectroscopy of Hydrothermal Reactions. 10. Evidence of Wall Effects in Decarboxylation Kinetics of (Spektroskopija hidtotermi;kih reakcijia.10. Dokaz o efektima zida u kinetici dekarboksilacije) 1,00 m HCO2X (X = H, Na) na 280-330 °C i 275 bar", J. Phys. Chem. A (1998), 102, 5886-5891) i reakcije prenosa vodonika (videti, na primer, Onwudili and Williams, "Hydrothermal reactions of sodium formate and sodium acetate as model intermediate products of the sodium hydroxide-promoted hydrothermal gasification of biomass" (Hidrotermičke reakcije natrijum formijata i natrijum acetata kao model prelaznih proizvoda natrijum hidroksidom pospešene hidrotermičke gasifikacije biomase), Green Chem., (2010), 12, 2214-2224).

(iii) recikliranje katalizatora

[0216] Katalizatori u skladu sa ovim opisom mogu biti reciklirani za upotrebu u naknadnim reakcijama za konverzije početnog materijala organske materije u biogorivo. Reciklirani katalizatori mogu biti "dodatni" katalizatori i/ili "prirodni" katalizatori kako je opisano ovde.

[0217] Samo kao neograničavajući primer, prirodni katalizatori (npr. alkalne soli kao soli kalijuma i soli kalcijjma) mogu biti prenete na vodenu tečnu fazu tokom te reakcije. Zbog značajnih koncentracija takvih katalizatora (npr. alkalne soli kalijuma i kalcijuma) mogu biti prisutne u početnim zalihama organske materije prerađenim prema postupcima prema ovom opisu, u izvesnim izvođenjima ovog opisa vodene faze koje sadrže rastvorene katalizatore (npr. soli kalijuma i/ili soli kalcijuma) mogu bti reciklirane.

[0218] Sa tim u skladu, u izvesnim izvođenjima iz ovog opisa prirodni katalizatori iz različitih komponenata reakcije (npr. iz bilo kog jednog ili više početnog materijala organske materije, vodenom rastvaraču, i/ili zidovima posude aparata reaktora) mogu biti oporavljeni in situ ublažavanjem ili smanjenjem potrebe da se obezbede "dodatni" katalizatori u naknadnim krugovima pretvaranja početnog materijala. Ovo može posebno da bude prednost u izvođenjima iz ovog opisa koji se odnosi na proširen rad u razmerama na ili većim od razmere koja se koristi za probno postrojenje. Generalno, razmatra se da recikliranje prirodnih katalizatora prisutnih u komponentama reakcije kao što je početni materijal organske materije (npr. soli alkala) mogu da omoguće situaciju gde su ''dodatni'' katalizatori neophodni samo tokom početnog rada.

[0219] Kod poželjnih izvođenja ovog opisa, "prirodni" katalizator reciklrian u procesu reakcije jeste alkal i/ili so zemnoalkalnog metala (npr. soli kalijuma, kalcijuma i/ili natrijuma).

Primeri uslova reakcije

[0220] U izvesnim izvođenjima, organska materija tretirana korišćenjem postupaka iz ovog opisa je (ili obuhvata fosilizovanu organsku materiju (videti odeljak gore pod naslovom "Organska materija"). Na primer, tretirana organska materija može biti lignit.

[0221] Konverzija fosilizovane organske materije u biogorivo može biti izvedena, na primer, korišćenjem vodenog rastvarača na temperaturi(ama) između oko 200°C i oko 400°C i pritisku od između oko 150 bar i oko 350 bar; preporučljivo na temperaturi(ama) od između oko 250°C i oko 375°C i pritisku(cima) od između oko 175 bar i oko 300 bar; još preporučljivije na temperaturi(ama) od između oko 300°C i oko 375°C i pritisku(cima) od između oko 200 bar i oko 250 bar; još preporučljivije na temperaturi(ama) od između oko 320°C i oko 360°C i pritisku(cima) od između oko 200 bar i oko 250 bar; a i još preporučljivije na temperaturi(ama) od između oko 340°C i oko 360°C i pritisku(cima) od između oko 200 bar i oko 240 bar.

[0222] Preporučljivo, vodeni rastvarač je voda, ili vodeni alkohol (npr. vodeni etanol ili metanol) koji obuhvata između oko 1% i oko 5% w/v alkohola, i vodenog alkohola (npr. vodeni etanol ili metanol) koji obuhvata između oko 1% i oko 10% w/v alkohol, između oko 5% i oko 15% w/v alkohola, ili između oko 5% i oko 20% w/v alkohola.

[0223] Preporučljivo, vreme zadržavanja je između oko 15 minuta i oko 45 minuta, preporučljivije između oko 15 minuta i oko 40 minuta, i još preporučljivije između oko 20 minuta i oko 30 minuta.

[0224] Konverzija fosilizovane organske materije u biogorivo može da se pospeši dodavanjem jednog ili više katalizatora (videti pododeljak iznad pod naslovom "Katalizatori"). Na primer, konverzije je moguće pospešiti dodavanjem katalizatora hidrogenacije transfera (npr. mravlje kiseline, natrijum formijat, i/ili natrijum hidroksid (pod redukujućom atmosferom)), ili direktnog katalizatora hidrogenacije (npr. Ni, Pt, Pd na siliku ili ugljenik (pod redukujućom atmosferom)).

[0225] U skladu sa tim, u nekim izvođenjima ovog opisa biogorivo je moguće proizvesti iz organske materije koja obuhvata fosilizovanu organsku materiju (npr. lignit) korišćenjem vode kao rastvarača na temperaturi(ama) od između 300°C i 375°C i pritisku(cima) od između oko 200 bar i oko 250 bar, i vreme zadržavanje od više od oko 15 minuta. Opciono, konverziju je moguće pospešiti dodavanjem jednog ili više katalizatora kako je ovde opisano. Katalizator može obuhvatiti jedan ili više katalizatora hidrogenacije transfera (npr. natrijum formijat, natrijum hidroksid (pod redukujućom atmosferom), mravlja kiselina i/ili formijat).

[0226] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, reakcija obuhvata hidroksid alkalnog metala i/ili katalizator karbonata alkalnog metala (npr. natrijum hidroksid, i/ili natrijum karbonat) u opsegu od oko 0,1 molar do oko 1 molar (u ovoj reakciji). U preporučenim izvođenjima ovog opisa, ta koncentracija može da bude oko 0,1 molar do oko 0,3 molara. U izvesnim izvođenjima ovog opisa, organska materija tretirana korišćenjem postupaka iz ovog opisa je (ili obuhvata) lignoceluloznu materiju (videti odeljak gore pod naslovom "Organska materija"). Na primer, tretirana organska materija može biti kalifornijski bor.

[0227] Konverzija lignocelulozne materije u biogorivo može biti izvedena, na primer, korišćenjem vodenog rastvarača na temperaturi(ama) od između oko 200°C i oko 400°C i pritisku(cima) od između oko 150 bar i oko 350 bar; preporučljivo na temperaturi(ama) od između oko 250°C i oko 375°C i pritisku(cima) od između oko 150 bar i oko 250 bar; još preporučljivije na temperaturi(ama) od između oko 270°C i oko 360°C i pritiscima od između oko 170 bar i oko 250 bar; i još preporučljivije na temperaturi(ama) od između oko 300°C i oko 340°C i pritiscima od između oko 200 bar i oko 240 bar.

[0228] Preporučljivo, vodeni rastvarač se bira iz vodenog alkohola (npr. vodenog etanola i vodenog metanola) koji obuhvata između oko 1% i oko 50% w/v alkohola, između oko 1% i oko 40% w/v alkohola, između oko 5% i oko 50% w/v alkohola, između oko 5% i oko 35% w/v alkohola, između oko 5% i oko 30% w/v alkohola, između oko 10% i oko 30% w/v alkohola, između oko 15% i oko 25% w/v alkohola, ili između oko 18% i oko 22% w/v alkohola.

[0229] Konverzija lignocelulozne materije u biogorivo može da se pospeši dodavanjem jednog ili više katalizatora (videti pododeljak iznad pod naslovom "Katalizatori"). Na primer, ta konverzija može biti pospešena dodavanjem katalizatora hidrogenacije transfera (npr. mravlja kiselina, natrijum formijat i/ili natrijum hidroksid).

[0230] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, reakcija obuhvata hidroksid alkalnog metala i/ili katalizator karbonata alkalnog metala (npr. natrijum hidroksid, i/ili natrijum karbonat) u opsegu od oko 0,1 molar do oko 1 molar (u ovoj reakciji). U preporučenim izvođenjima ovog opisa, ta koncentracija može da bude oko 0,1 molar do oko 0,3 molar.

[0231] Sa tim u skladu, u nekim izvođenjima ovog opisa biogorivo može da bude proizvedeno iz organske materije koja obuhvata lignoceluloznu materiju korišćenjem između oko 5% i oko 50% w/v vodenog alkohola (npr. vodenog etanola metanola) na temperaturi(ama) od između 250°C i 400°C i pritisku(cima) od između oko 150 bar i oko 250 bar, i vremenu zadržavanja većem od oko 15 minuta. Opciono, ova konverzija može da se pospeši dodavanjem jednog ili više katalizatora kako je ovde opisano. Taj katalizator može da obuhvati jedan ili više katalizatora hidrogenacije transfera (npr. mravlja kiselina, formijat i/ili natrijum hidroksid).

Neprekidan protok

[0232] Proizvodnja biogoriva iz organske materije korišćenjem postupaka iz ovog opisa može biti pospešena izvođenjem postupaka pod uslovima neprekidnog protoka.

[0233] Iako postupci iz ovog opisa ne moraju da se izvode pod uslovima neprekidnog protoka, to može da obezbedi izvestan broj efekata koji, smatra se, daju prednost. Na primer, neprekidan protok može da učini lakšom ubrzanu implementaciju i/ili uklanjanje toplote i/ili pritiska koji se primenjuje na tu kašastu materiju. Ovo može biti korisno za postizanje željenih brzina transfera mase i toplote, grejanja/hlađenja i/ili dovođenja pritiska/odvođenja pritiska. Neprekidan protok može takođe da omogući vreme zadržavanja koje treba usko kontrolisati. Bez ograničenja na određeni režim aktivnosti, tvrdi se da je povećana brzina grejanja/hlađenja i/ili stavljanja pod pritisak/uklanjanja pritiska lakša u uslovima neprekidnog protoka zajedno sa kapacitetom da se usko reguliše vreme zadržavanja pomaže kod sprečavanja pojave neželjenih pratećih reakcija (npr. polimerizacije) kako se kašasta materija zagreva/stavlja pod pritisak i/ili hladi/odvodi joj se pritisak. Veruje se i da neprekidan protok pospešuje reakcije koje su odgovorne za konverzije organske materije u biogorivo generisanjem mešavine i sila smicanja, veruje se, pomaže emulzifikaciju koja može da bude važan mehanizam koji je uključen u transport i ''skladištenje'' nafte generisane dalje od reaktivnih površina tog početnog materijala.

[0234] Prema tome, u preporučenim izvođenjima postupci iz ovog opisa se izvode pod uslovima neprekidnog protoka. Kako se ovde koristi, pojam ''neprekidni protok'' se odnosi na proces u kom se organska materija meša sa vodenim rastvaračem u obliku kašastog mulja (sa ili bez dodatnih katalizatora) se podvrgava:

(d) zagrevanju i kompresiji na ciljnoj temperaturi i pritisku,

(e) obradi na ciljnoj temperaturi, ili ciljnim temperaturama, i ciljnoj vrednosti pritiska, ili ciljnim vrednostima pritiska tokom definisanog vremenskog perioda (tj. ''vreme zadržavanja''), i

(f) hlađenje i odvođenje pritiska,

pri čemu se kašasta materija održava u toku neprekidnog kretanja po dužini (ili delimičnoj dužini) date površine. Treba razumeti da se ''uslovi neprekidnog protoka'' kako se ovde razmatra definišu putem početne tačke zagrevanja i stavljanja pod pritisak (tj. (a) iznad) i putem krajnje tačke hlađenja i uklanjanja pritiska (tj. (c) iznad).

[0235] Uslovi neprekidnog protoka kako se ovde razmatra nagoveštavaju da nema posebnog ograničenja u pogledu brzine protoka kašaste materije koja se održava u toku neprekidnog kretanja.

[0236] Preporučljivo, minimalna (od količine nezavisna) brzina protoka kašaste materije duž date površine premašuje brzinu sleganja čvrste materije unutar kašaste materije (tj. terminalna brzina kojom se kreće suspendirana čestica koja ima gustinu veću od okolnog vodenog rastvora (putem gravitacije) prema dnu toka kašaste materije).

[0237] Na primer, minimalna brzina protoka kašaste materije može da bude iznad oko 0,01 cm/s, iznad oko 0,05 cm/s, preporučljivo oko 0,5 cm/s i još preporučljivije iznad oko 1,5 cm/s. Gornja brzina protoka može biti pod uticajem faktora kao što je volumetijska brzina protoka i/ili vreme zadržavanja. Ovo zauzvrat može da bude pod uticajem komponenata određenog aparata reaktora korišćenog da se održe uslovi neprekidnog protoka.

[0238] Uslovi neprekidnog protoka mogu biti lakši, na primer, izvođenjem postupaka iz ovog opisa u odgovarajućem aparatu reaktora. Pogodni aparat reaktora će generalno sadržati komponente grejanja/hlađenja, stavljanja pod pritisak/odvođenja pritiska i komponente reakcije u kojima se održava neprekidan protok kašaste materije.

[0239] Upotreba pogodne brzine protoka (pod uslovima neprekidnog protoka) može da bude prednost u sprečavanju formiranja kamenca zajedno sa dužinom određene površine po kojoj se kašasta materija kreće (npr. zidovi posude aparata reaktora) i/ili generisanje delotvornog režima mešanja za efikasan transfer toplote u i unutar kašaste materije.

Proizvodi biogoriva

[0240] Postupke iz ovog opisa moguće je koristiti za proizvodnu biogoriva iz organske materije. Priroda proizvoda biogoriva može zavisiti od raznovrsnih različitih faktora uključujući, na primer, polazni organski materijal i/ili uslove/reagense reakcije korišćene u ovom postupcima.

[0241] Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, proizvod biogoriva može sadržati jedan ili više iz grupe bionafte, naftnog uglja (npr. karbonski ugalj sa vezanim naftama), rastvorljiva laka nafta, proizvod koji je sličan gasu (npr. metan, vodonik, ugljen monoksid i/ili ugljen diosid), alkohol (npr. etanol, metanol i slični), i biodizel.

[0242] Kod izvesnih izvođenja iz ovog opisa, biogorivo je moguće proizvesti iz fosilizovane organske materije kao što je, na primer, lignit (mrki ugalj), treset ili naftni škriljac. Biogorivo može obuhvatati čvrstu, tečnu i gasnu fazu. Čvrsta faza može obuhvatiti visok karbonski ugalj (nadograđen PCI ekvivalentan uglju). Tečna faza može obuhvatiti bionafte. Gasni prroizvod može obuhvatiti metan, vodonik, ugljen monoksid i/ili ugljen dioksid.

[0243] U nekim izvođenjima ovog opisa, biogorivo je moguće proizvesti iz organske materije koja obuhvata lignoceluloznu materiju. To biogorivo može obuhvatiti tečnu fazu koja obuhvata bionaftu.

[0244] Biogoriva proizvedena u skladu sa postupcima iz ovog opisa mogu obuhvatiti izvestan broj karakteristika koje se uzimaju kao prednost, neograničavajućih primera koji obuhvataju smanjeni sadržaj kiseonika, povećani sadržaj vodonika, povećan sadržaj energije i povećanu stabilnost.

[0245] Bionaftni proizvod (takođe se ovde pominje kao "naftni" proizvod) proizveden u skladu sa postupcima iz ovog opisa može obuhvatiti sadržaj energije veći od oko 25 MJ/kg, preporučljivo veći od oko 30 MJ/kg, još preporučljivije veći od oko 32 MJ/kg, i još preporučljivije veći od oko 35 MJ/kg, a i još preporučljivije veći od 37 MJ/kg, 38 MJ/kg ili 39 MJ/kg. Bionaftni proizvod može obuhvatiti manje od oko 15% wt db kiseonika, preporučljivo manje od oko 10% wt db kiseonika, još preporučljivije manje od oko 8% wt db kiseonika a još preporučljivije manje od oko 7% wt db kiseonika. Biogorivi proizvod može obuhvatiti više od oko 6% wt db vodonika, preporučljivo više od oko 7% wt db vodonika, još preporučljivije više od oko 8% wt db vodonika, a još preporučljivije više od oko 9% wt db vodonika. Molarni odnos vodonik: ugljenik bionafte iz ovog opisa može biti manji od oko 1,5, manji od oko 1,4, manji od oko 1,3, ili manji od oko 1,2.

[0246] Bionafta proizvedena u skladu sa postupcima iz ovog opisa može obuhvatiti, na primer, bilo koju ili više od sledećih klasa jedinjenja: fenoli, aromatske i alifatične kiseline, ketoni, aldehidi, ugljovodonici, alkoholi, estri, etri, furani, furfuralie, terpeni, policikli, oligo i polimeri gore pomenutih klasa, biljni steroli, modifikovani biljni steroli, asfalteni, pre-asfalteni, i voskovi.

[0247] Proizvod uglaj ili naftnog uglja proizveden u skladu sa postupcima iz ovog opisa može da obuhvata sadržaj energije veći od oko 20 MJ/kg, preporučljivo veći od oko 25 MJ/kg, još preporučljivije veće od oko 30 MJ/kg, i još preporučljivije veće od oko 31 MJ/kg, ili 32 MJ/kg. Ugalj ili naftni ugalj proizvod može da obuhvata manje od oko 20% wt db kiseonika, preporučljivo manje od oko 15% wt db kiseonika, još preporučljivije manje od oko 10% wt db kiseoinika a još preporučljivije manje od oko 9% wt db kiseonika. Proizvod uglja i naftnog uglja može da obuhvata više od oko 2% wt db vodonika, preporučljivo više od oko 3% wt db vodonika, još preporučljivije više od oko 4% wt db vodonika, a još preporučljivije više od oko 5% wt db vodonika. Molarni odnos vodonika: ugljeniku proizvoda od ugljenika ili naftnog ugljenika može biti manji od oko 1,0, manji od oko 0,9, ili manji od oko 0,8. manje od oko 0,7, ili manje od oko 0,6.

[0248] Naftni ugalj proizveden u skladu sa postupcima iz ovog opisa može da obuhvata, na primer, bilo koji ili više od sledećih klasa jedinjenja: fenola, aromatskih i alifatskih kiseina, ketona, aldehida, ugljovodonika, alkohola, estara, etara, furana, furfurala, terpena, policiklika, oligo- i polimera svake od gore pomenutih klasa, asfaltena, pre-asfaltena, i voskove.

[0249] Proizvod od uglja (nadograđeni ugalj ekvivalentan sa PCI) proizveden u skladu sa postupcima iz ovog opisa može obuhvatiti, na primer, mešavinu amorfnog i grafitnog ugljenika sa krajnjim grupama delimično oksigenovanih, što daje podsticaj povšinskim karboksi i alkoksi grupama kao i karbonilom i estrima.

[0250] Biogoriva proizvedena u skladu sa postupcima iz ovog opisa moguće je očistiti i/ili odvojiti u pojedinačnim komponentama korišćenjem standardnih u ovoj oblasti poznatih tehnika.

[0251] Na primer, čvrsta i tečne faze proizvoda biogoriva (npr. iz konverzije uglja) moguće je filtrirati kroz filter presu pod pritiskom, ili rotacioni vakumski filter sa bubnjem u prvom stadijumu odvajanja čvrste i tečne faze. Dobijen čvrst proizvod može obuhvatiti visokokarbonski ugalj preko vezanih nafti. Kod izvesnih izvođenja ovog opisa, naftu je moguće odvojiti iz uglja, na primer, termičkom destilacijom ili ekstrakcijom rastvarača. Tečni proizvod tako dobijen može da sadrži nizak procenat lakih nafti, koje mogu biti koncentrovane i oporavljene kroz isparivač.

[0252] Bionaftni proizvod (npr. iz konverzije lignocelulozne materije) moguće je oporaviti pretakanjem ili separacijom po gustini. Lake nafte rastvorljve u vodi moguće je koncentrovati i oporaviti kroz isparivač. Bionafte proizvedene u skladu sa ovim postupcima iz ovog opisa moguće je polirati ili destilovati da se ukloni bilo kakva preostala voda ili u pripremi za dalju preradu.

[0253] Biogorivo proizvedeno u skladu sa postupcima iz ovog opisa moguće je koristiti u brojnim primenama. Na primer, biogoriva mogu da budu spojena sa drugim gorivima, uključujući na primer, etanol, dizel i slično. Dodatno ili alternativno, biogoriva mogu biiti nadgrađena u više proizvode goriva. Pored toga ili alternativno, biogoriva moguće je koristiti direktno, na primer, kao proizvode nafe i slično.

Primeri

[0254] Ovaj opis će sada biti opisan sa pozivom na specifične primere.

Primer 1: konverzija organske materije u biogorivo

(i) Aparat

[0255] Taj aparat se sastoji delimično od sklopa izduženog reaktora sa neprekidnim protokom sa velikim područjem površine, napravljenog od 310 nerđajućeg čelika. Zbog visokog stepena interakcije reakcionih materijala sa zidom reaktora pod uslovima neprekidnog protoka, tj. turbulentno sa malim poluprečnikom (21,4 mm inča maksimalno i 4,25 mm minimalno) i značajnom dužinom (ukupno 84 metara), u svakoj od različitih opisanih reakcija bili su prisutni sledeći "prirodni" katalizatori (tj. bez obzira da li su bili uključeni "dodatni" katalizatori): metal gvožđa, hidroksidi gvožđa, oksidi gvožđa, karbonati gvožđa, vodonik karbonate gvožđa, acetati jona; nikl metal, hidroksidi nikla, oksidi nikla, karbonati nikla, vodonik karbonati nikla, hrom metal, hidroksidi hroma, oksidi hroma, karbonati hroma, vodonik karbonati hroma, mangan metal, hidroksidi mangan metala, oksidi mangan metala, karbonati mangan metala, vodonik karbonati mangan metala. Hidroksidi su bili prisutni putem reakcije metala sa vodom i alkalnim dodatnim katalizatorima. Oksidi su bili prisutni putem reakcije metala sa jedinjenjima koja sadrže kiseonik i kao pasivizirajući slojevi. Karbonati i vodonik karbonati su bili prisutni putem reakcija metala, oksida metala i/ili metal hidroksida sa ugljen dioksidom generisanim in-situ putem reakcija dekarboksilacije. Acetati metala su bili prisutni putem reakcija metala, oksida metala, hidroksida metala, metal hidrogen karbonata i karbonata metala sa sirćetnom kiselinom generisanom in-situ putem hidrolize organske materije.

(ii) Priprema kašaste materije

[0256] Polazni materijal je mrvljen do nivoa mikrona pogodnih za pumpanje. Postupak mrvljenja je bio vlažan ili suv zavisno od prirode polaznog materijala (tj. lignita ili lignocelulozne biomase). Smrvljen polazni materijal je propušten kroz sistem sita da se uklone preostale prevelike čestice ili strani predmeti. Polazni materijal je zatim smešan u kašu sa vodom u dovodnim rezervoarima i držan u pripravnosti za preradu. U izvesnim slučajevima etanol (20%wt) je dodat da se kašasto umeša (brojevi uzorka polaznog lignoceluloznog materijala biomase 1-4: videti Tabelu 2B).

[0257] Stadijumi (ii)-(iv) dole su izvedeni pri uslovima neprekidnog protoka.

(iii) Grejanje i stavljanje pod pritisak

[0258] Kašasti polazni materijal je uvučen iz dovodnih rezervoara i uveden pod ciljni reakcioni pritisak (videti Tabele 2A i 2B) korišćenjem sistema pumpanja iz dva stadijuma. Prvi stadijum je koristio pumpu pod niskim pritiskom da dovede kašastu materiju u drugi stadijum sa pumpom pod visokim pritiskom. Pumpa pod visokim pritiskom je korišćena da donese kašastu materiju u željeni pritisak reakcije (interval kraći od sekunde). Kašasta materija je zatim propuštena kroz petostepeni koncentrični cevni sistem grejanja koncentričnim cevima iz pet stadijuma. Svaki stadijum grejanja ima odvijenu regulaciju da se podese temperature postupka i brzine grejanja. Kašasta materija je dovedena do reakcione temperature tokom perioda od 1-2 minuta (približno 6-7°C/sekundi), katalizator(i) zatim je dodata su primenjene (brojevi uzorka polaznog materijala lignita 4, 6, 7, 8, 9, i 10 - videti Tabelu 2A; brojevi uzorka lignoceluloznog polaznog materijala 2, 3, i 4 - videti Tabelu 2B), i ta mešavina je gurnuta u reaktor.

[0259] Sažet pregled korišćenih polaznih materijala i parametara pod kojim su tretirani je dat u Tabelama 2A i 2B dole. Frakcije liginina/celuloze kalifornijskog bora (brojevi uzorka polaznog materijala 1 i 2 iz Tabele 2B) su generisani ekstrahovanjem poluceluloze iz lignoceluloznog početnog materijala (kalifornijski bor) korišćenjem postupaka opisanih u PCT objavi broj WO/2010/034055.

Tabela 2A: Polazni materijal lignita i uslovi rada

Table 2B: Polazni materijal lignocelulozna biomasa i uslovi rada

(nastavak)

(iv) Reakcija konverzije

[0260] Reaktor korišćen u ovom slučaju je projektovan da drži kašastu matriju u režimu laminarnog protoka tokom specifičnog vremena boravka (tj. "vreme zadržavanja"). Ovaj reaktor se sastojao od niza višestrukih cevastih reakcionih posuda koje mogu biti spojene ili odvojene da se podesi ukupno vreme boravka. Korišćeno vreme boravka je zavisilo od vremena koje je bilo neophodno za dovoljnu konverziju polaznog materijala, i u nekim slučajevima je variralo zavisno od prirode polaznog materijala, prirode korišćenog vodenog rastvarača, i/ili prisustva/odsustva dodatnih katalizatora u toj kašastoj materiji (videti Tabele 2A i 2B). Korišćeni reaktor ima spoljne praćenje grejanja tako da je moguće postići preciznu regulaciju profila temperature.

(v) Hlađenje i spuštanje pritiska

[0261] Pošto je dovoljno reagovao kašasti materijal koji je izašao iz reaktora je propušten kroz rashladni modul koncentričnih cevi. Rashladni modul je korišćen kao izmenjivač toplote da smanji temperaturu postupka do pogodnih nivoa za sistem spuštanja pritiska, i da ponudi mogućnost za oporavak toplote da se poboljša ukupna termička efikasnost.

[0262] Kašasta materija je ohlađena do približno 180°C tokom perioda od oko 5 do 30 sekundi (preporučljivo 25 sekundi), brzina hlađenja je optimizovana da se svede na minimum formiranje čvrste materije i taloženje. Kašasta materija je propuštena kroz sistem za spuštanje pritiska koj je smanjio pritisak do nivoa atmosferskog pritiska i usmerio proizvod u sabirni rezervoar. Sistem za spuštanje pritiska se sastoji od kombinacije selektivnog, fiksnog otvora, paralelnih putanja, i takođe regulacionog ventila sa promenljivim otvorom. Sabirni rezervoar koristi omotač od vode da se ohladi kašasti materijal ponovo na temperaturu okoline. S tim u skladu, sistem obaranja pritiska i omotač od vode sabirnog rezervoara je učinio lakšim skoro trenutno odvođenje pritiska do pritiska okoline i brzo smanjenje temperature od približno 180°C do temperature okoline.

(vi) Prerada biogoriva

[0263] Proizvod u vidu biogoriva je zatim prerađen za odvajanje i prečišćavanje. Za lignit kao polazni materijal, proizvod u vidu biogoriva je filtriran kroz filter presu pod pritiskom, ili rotacioni vakuumski filter sa bubnjem da se učini lakšim prvi stadijum odvajanja čvrste faze od tečne faze.

Čvrsti proizvod obuhvata visokokarbonski ugalj sa vezanim naftama. Nafta je odvojena od uglja bilo termičkom destilacijom ili ekstrakcijom rastvarača. Tečni proizvod sadrži nizak procenat lakih nafti, koje su koncentrovane i oporavljene kroz isparivač.

[0264] Za lignocelulozni polazni materijal biomase (ili polazni materijal od frakcije celuloze/lignina), taj proizvod može da bude sav nafta (t.j. nema prisutnih čvrstih supstanci), zavisno od uslova prerade i prirode polaznog materijala (sadržaj pepela, itd.). Većina je oporavljena prelivanjem ili odvajanjem gustine. Takođe je postojao mali procenat lakih nafti rastvoljivih u vodi koje su koncentrovane i oporavljene kroz isparivač. Naftni proizvod može dalje da bude poliran ili destilovan da se ukloni preostala voda ili za pripremu za dalju prerdu.

Primer 2: Analiza biogorivog proizvoda

[0265] Analiza biogorivog proizvoda je izvedena korišćenjem standardnih tehnika kao u kratkim opisima dole u tekstu:

Analiza uglja/drvenog uglja:

[0266] Proksimalna analiza obuhvata procenat vlage, prinos pepela, isparljivu materiju i fiksni ugljenik je izveden u skladu sa postupcima standarda za Australiju AS2434.1, 2 &8.

[0267] Krajnja analiza uključujući ugljenik, vodonik i azot i ukupan sumpor je izvedena u skladu sa postupcima standarda za Australiju AS1038.6.4 i AS1038.6.3.2.

[0268] Kalorijska vrednost je izvedena u skladu sa postupkom standarda za Australiju AS1038.5.

[0269] Analiza pepela je izvedena u skladu sa postupkom standarda za Australiju AS1038.14.

[0270] Određivanje temperatura fuzije pepela pod atmosferom oksidacije je sprovedeno u skladu sa postupkom standarda za Australiju AS1038.15

Analiza

nafte:

[0271] Krajnja analiza obuhvata ugljenik, vodonik i azot je sporvedena u skladu sa postupkom standarda za Australiju AS1038.6.4.

[0272] Analiza ukupnog sumpora je izvedena u skladu sa Agencijom za zaštitu životne sredine SAD (USEPA) 5050 posle čega je usledila atomska emisija spektroskopijom sa induktivno spojenom plazmom (ICPAES).

[0273] Kalorijska vrednost je izvedena u skladu sa postupkom standarda za Australiju AS1038.5.

[0274] Određivanje ukupne vlažnosti u naftama je izvedeno u skladu sa aktivnim standardom ATSM D6304.

[0275] Tabela 3 dole u tekstu obezbeđuje detalje u vezi sa svojstvima sirovih polaznih materijala korišćenih u postupku proizvodnje biogoriva. Tabele 4a, 4b i 5 dole obezbeđuju detalje u pogledu svojstava biogoriva proizvedenih u skladu sa ovim postupkom.

<4>

Tabela 4b (nastavak): analiza iz lignita izvedenog ekvivalentnog nadgrađenog pulverizovanog ubrizganog uglja<(PCI) (ugalj) proizvoda>

Dejstvo hidroksida alkalnog metala i karbonata alkalnog metala na sadržaj kiseonika:

[0276] Slika 1 pokazuje efikasnost hidroksida i karbonata alkalnog metala u smanjenju sadržaja kiseonika bionaftnog proizvoda gde su konstantni svi uslovi izuzev dodatne koncentracije katalizatora. Optimalna koncentracija katalizatora natrijum hidroksida ili natrijum karbonata pri datim uslovima leži u opsegu od približno 0,1 molar do 1 molar, jer ovo daje proizvod sa niskim sadržajem kiseonika (8-10 % w/w) bez korišćenja neophodno visokih koncentracija katalizatora.

Dodatna karakterizacija naftnog uglja izvedenog iz lignita:

[0277] Kako je prikazano u Tabeli 6 dole i Slici 2, simulirana destilacija uobičajenog naftnog uglja izvedenog iz lignita (Tabela 2a - uzorak polaznog materijala br. 20) je ilustrovao sličnost proizvoda sa sirovom naftom. 99% nafte se oporavlja iz GC stuba korišćenog za simuliranu destilaciju na 620°C, što ukazuje da taj proizvod nema značajnu količinu ostatka niske isparljivosti.

Tabela 6: Procenat oporavka mase na različitim temperaturama

[0278] Karakteristike nafte iz uglja lignita su takođe ispitivane putem 1H i kvantitativne 13C NMR spektroskopije. Ovaj proizvod je destilovan u različite opsege ključanja za ovaj test, i NMR spektri ovih frakcija su registrovani. Frakcije u ovom primeru su označene kao u nastavku.

Tabela 7: Oznaka frakcija NMR

[0279] Proton NMR i kvantitativni 13C NMR spektri su prikazani za svaku frakciju koja je pomenuta u Tabeli 7 kao Slike 3A-3L (proton NMR prvi). Kod uzorka A (Slike 3A-3B); Kod uzorka B (Slike 3C-3D); Kod uzorka C (Slike 3E-3F); Kod uzorka D (Slike 3G-3H); Kod uzorka E (Slike 3I-3J); Kod uzorka F (Slike 3K-3L).

[0280] 1H NMR spektri su integrisani u tri regiona hemijske smene koji su labavo određeni kao u nastavku:

"Aromatski" 9,5 do oko 6,2 ppm

"Olefiniski" 6,2 do oko 3,5 ppm

"Alifatski" ispod 3,5 ppm

[0281] U praksi, olefinski protoni mogu imati promene od najviše do 7,1 ppm ili više, zavisno od obrazaca supstitucije, tako da je verovatno da će biti preklapanja između "olefinskih" i "aromatskih" protona. Za 1H nmr integracija je približno proporciona broju protona prisutnih u određenom regionu hemijske smene. Integracije se koriste da se dodeli odnos "Aromatskih", "Olefinskih" i "Alifatskih" protona prisutnih u ovim frakcijama.

Tabela 8: karakteristike nafte izvedene iz lignita

[0282] 1H nmr spektra pokazuje širok spektar hemijskih okruženja za protone u frakcijama, kako je očekivano. Svakako najobilnije okruženje u svim frakcijama je blizu 1,4 ppm, obično metilen (-CH2-) proton u pravom lancu alkila. Ovo ukazuje na obilje pravih lanaca ugljovodonika, koji je indikacija visokokvalitetne bionafte, relativno lako se nadograđuje u gorivu koje se 'sipa' kao što je 'dizel ili benzin.

[0283] 13C spektri ukazuju da je odnos (aromatskih i olefinskih) alifatskih okruženja ugljenika grubo 1:1 kod većine tih frakcija, uz izuzetak frakcije E, gde je sličniji odnosu 2:3. Frakcija A je sadržala znatno obilje karbonilnih sredina.

[0284] Ukupna kombinacija 1H i 13C podataka nagoveštava, uopšteno, da nafta iz uglja može da bude mešavina supstituisanih mono-, di- i tri-aromatika i ugljovodonika pravog lanca, sa dosta preostalog kiseonika povezanog sa aromatskim jedinjenjima. Ponovo, ovo nagoveštava visokokvalitetnu bionaftu, koja se relativno lako nadograđuje hidroobradom/hidrorazbijanjem u gorivo koje se 'sipa' kao što je dizel, mlazno gorivo ili benzin. Obilje ugljenika vezanih na heteroatom kao što je kiseonik se smanjuje sa povećanjem tačke ključanja, i ovo je potvrđeno putem analize elemenata (Tabela 9, dole). Ovo nam govori da dosta kiseonika može biti prisutno u aromatskim strukturama iz jednog prstena, npr. fenolima, i ovo ukazuje da relativno blagi uslovi hidroobrade mogu biti delotvorni pri uklanjanju preostalog kiseonika iz nafte iz uglja.

Tabela 9: Analiza elemenata frakcija nafte izvedenih iz lignita

Dodatna karakterizacija bionafte izvedene iz lignoceluloznog materijala (kalifornijski bor):

[0285] 1H NMR spektar uobičajenog uzorka bionafte je prikazan na Slici 4. Spektar je pokazao široke vršne vrednosti, odnos (aromatski plus olefinski) alifatskih protona je približno 1:4, koji je sličan odnosima pronađenim u frakcijama nafte iz uglja Postoje neka okruženja protona sa blizu 4 ppm, koja podsećaju na metoksi- (-OCH3) protone. Ona su generalno manje istraknuta u frakcijama nafte iz uglja.

[0286] Svakako najobilnije okruženje u svim frakcijama je blizu 1,4 ppm, obično metilen (-CH2-) proton u pravom lancu alkila. Ovo ukazuje na obilje pravih lanaca ugljovodonika, koji je indikacija visokokvalitetne bionafte, relativno lako se nadograđuje u gorivu koje se 'sipa' kao što je 'dizel ili benzin.

[0287] Slika 5 pokazuje izvestan opseg poremećenosti molekularne težine određen putem hromatografije prožimanjem gelom za uobičajene bionafte dobijene iz kalifornijskog bora. Raspodela molekularne težine varira u skladu sa uslovima prerade, duža vremena boravka imaju tendenciju da proizvedu šire raspodele molekularne težine.

[0288] Najviše vrednosti distribucija molekularne težine su na oko 200-300 Daltona, što nagoveštava znatnu količinu materijala u opsegu molekularne težine sličnom dizelu (Cetan ima molekularnu težinu od 226 Daltona). Ponovo, ovo ukazuje na bionaftu visokog kvaliteta.

Karakterizacija organskih materijala rastvorljivih u vodi

[0289] Iako imaju relativno malo obilje, organski molekuli sadržani u vodenoj fazi povezani sa proizvodnjom bionafte su korisni kao polazni materijali u hemiji. Jedinjenja rastvorljiva u vodi mogu biti prikupljena pomoću, na primer, tečne-tečne ekstrakcije (LLE) sa pogodnim rastvaračima (npr. etri, ketoni, acetati, toluen) ili isparavanjem vode, ili kombinacijom ovih koraka.

[0290] Tabela 10 pokazuje uobičajene analize elemanata bionafte prikupljenih iz vodene faze iz polaznih materijala kao što su lignit i lignocelulozni materijal (kalifornijski bor).

Tabela 10: Kalorična vrednost i sastav elemenata biogoriva prikupljenih iz vodenih faza.

[0291] Analiza gasne hromatografije sa masenom spektrometrijom (GCMS) pokazuje da nafte prikupljene iz vodenih faza prerađenog lignoceluloznog materijala kao što su kašaste materije kalifornijskog bora sadrže vredne hemijske polazne materijale i intermedijare, uključujući one koji se koriste u industrijama hrane i parfema. Neograničavajući primeri takvih jedinjenja su fenol; fenol, 2-metoksi- (gvajakol); fenol, 4-etil-2-metoksi- (4-etilgvajakol); fenol, 2-metoksi-4-propil-(dihidroeugenol); vanillin; fenol, 2-metoksi-4-(1-propenil)- (izoeugenol); Eugenol.

[0292] Slika 6 pokazuje delimičnu GCMS analizu uobičajenog uzorka. Informacije o najvišim vrednostima odgovaraju Slici 6 prikazanoj dole.

TIC izveštaj o vršnim vredn.

B.v.v. R.vr I.vreme F.vreme Podr. %Podr Visina Naziv

1 4,110 4,083 4,158 1892961 1,10 1048103 2-hepten, (E)-2 5,551 5,525 5,600 4845322 2,82 3361465 2-ciklopenten-1-on, 2-metil-3 6,176 6,150 6,208 1836161 1,07 1328869 2-ciklopenten-1-on, 2,3-dimetil-4 6,925 6,900 6,958 5118173 2,98 4399064 Fenol

5 7,174 7,117 7,217 2212872 1,29 1363247 2-ciklopenten-1-on, 2,3-dimetil-6 7,999 7,975 8,042 4111643 2,39 3678258 Fenol, 3-metil-7 8,264 8,208 8,308 5505584 3,20 2978128 Fenol, 3-metil-8 8,472 8,442 8,517 24317667 14,15 20429867 Fenol, 2-metoksi-9 9,167 9,142 9,200 2169182 1,26 1291213 Fenol, 2,5-dimetil-10 9,367 9,342 9,417 2291667 1,33 1407891 Fenol, 3-etil-11 9,699 9,667 9,750 26143596 15,22 23765767 2,3-dimeti hidrohinon

12 10,367 10,325 10,408 6205053 3,61 5239459 1,2-benzen diol, 4-metil-13 10,603 10,492 10,625 11674941 6,80 9207746 Fenol, 4-etil-2-metoksi-14 10,649 10,625 10,692 9139019 5,32 8685435 1,2-benzen diol, 4-metil-15 11,158 11,133 11,175 5024156 2,92 4774011 1,4-benzen diol, 2-metil-16 11,270 11,175 11,292 2962108 1,72 1531083 2,5-dimetil hidrohinon

17 11,457 11,342 11,492 6551464 3,81 4601891 Fenol, 2-metoksi-4-propil-18 11,547 11,492 11,600 8491644 4,94 5946841 4-etilkatehol

19 11,757 11,742 11,817 2958977 1,72 1869419 Vanilin

20 11,915 11,873 11,950 2381124 1,39 1213818 1,3-benzendiol, 4-etil-21 12,108 12,000 12,133 2438145 1,42 719577 Fenol, 4-etil-2-metoksi-22 12,200 12,133 12,225 1762113 1,03 706135 Fenol, 2-metoksi-4-(1-propenil)-, (Z 23 12,281 12,233 12,300 1752692 1,02 1284926 Fenol, 2-metoksi-4-propil-24 12,366 12,300 12,383 6740063 3,92 5519653 1,3-benzendiol, 4-propil-23 12,403 12,383 12,442 2804791 1,63 2064444 Fenol, 2-metoksi-4-(1-propenil)-, (Z 26 12,525 12,442 12,542 1818747 1,06 1125844 Etanon, 1-(4-hidroksi-3-metoksife

27 12,710 12,667 12,742 2391608 1,39 1887661 1,2-dimetoksi-4-n-propilbenzen 28 12,902 12,875 12,933 2804803 1,63 2228508 5-metoksikarbonilpiridin-2-karboksi 29 13,154 13,125 13,183 10441687 6,08 8068955 Benzojeva kiselina, 2,3-dimetil-30 13,832 13,808 13,858 3020188 1,76 2467624 Eugenol

[0293] Bionafte prikupljene iz vodene faze proizvedene kada su prerađene kašaste materije lignita su

generano bogatije kateholima i fenolima i sadrže manje metoksi-supstituisanih jedinjenja. Ovi materijali su

dragoceni polazi materijali za hemijsku industriju. Slika 7 pokazuje delimičnu GCMS analizu takve nafte.

Informacije o najvišim vrednostima odgovaraju Slici 7 prikazanoj dole.

TIC izveštaj o vršnim vrednostima

B.V.v. R.vr. I.vreme F.vreme Podr. % Podr. Visina Naziv

1 3,599 3,583 3,658 1470437 4,16 1189230 2-heksamol, 2-metil-2 4,749 4,733 4,817 2767299 7,83 3347650 Fenol

3 5,159 5,142 5,183 516144 1,46 713147 Fenol, 3-metil-4 5,259 5,183 5,308 1600549 4,53 1552532 Fenol, 3-metil-5 5,325 5,308 5,375 1642620 4,65 2096663 Fenol, 2-metoksi-6 5,644 5,617 5,683 858510 2,43 614175 Fenol, 2,3-dimetil-7 5,748 5,683 5,892 9552121 27,04 9352902 1,2-benzendiol

(nastavak)

TIC izveštaj o najvišim vrednostima

B.v.v R.vr. I.vreme F.vr. Podr. % Podr. Visina Naziv

8 5,974 5,392 6,025 2548485 7,21 1635189 1,2-benzen diol, 4-metil-<9 6,067 6,025 6,133 4619295 13,07 3752632 1,2-benzen diol, 4-metil-10 6,268 6,208 6,292 2364042 6,69 891727 2-metoksi-6-metilfenol>

<11 6,323 6,292 6383 2903853 8,22 536646 1,4-benzen diol, 2-metil-12 6,477 6,458 6,517 891055 2,52 481187 1,4-benzendiol, 2,6-dimeil->13 6533 6,517 6,575 1382085 3,91 874823 Metanol, (4-karboksimetoksi)benzoil

Claims

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju biogoriva, pri čemu taj postupak obuhvata tretman organske materije sa vodenim rastvaračem i barem jedan alkalni katalizator za pospešivanje formiranja biogoriva iz pomenute organske materije,

pri čemu su organska materija i vodeni rastvarač dati u obliku kašate materije, i pomenuti tretman je pod uslovima neprekidnog protoka sa minimalnom brzinom protoka nezavisnom od količine kašaste mase većom od brzine sleganja čvrste materije unutar kašaste materije; pri čemu pomenuti tretman obuhvata:

zagrevanje i stavljanje pod pritisak do ciljne temperature od između 250°C i 400°C, i pod pritisak od između

100 bar i 300 bar da se proizvede biogorivo, obrada na ciljnoj temperaturi i pritisku za definisani vremenski period, i hlađenje i odvođenje pritiska iz te kašaste materije;

i pri čemu se:

barem jedan bazni katalizator dodaje u organsku materiju posle grejanja do pomenute temperature i posle stavljanja pod pritisak na pomenutom pritisku,

biogorivo je bionafta,

i organska materija je ugalj ili lignocelulozna materija.

2. Postupak iz patentnog zahteva 1, pri čemu se pomenuti alkalni katalizator bira iz katalizatora soli prelaznog metala i katalizatora soli alkalnog metala.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1, pri čemu pomenuti tretman obuhvata upotrebu barem jednog dodatnog katalizatora koji pospešuje ugradnju vodonika u pomenutu organsku materiju, izabranu iz grupe koja obuhvata katalizatore hidroksida alkalnog metala kao što je natrijum hidroksid ili kalijum hidroksid, katalizatore hidroksida prelaznog metala, katalizatore formijata alkalnog metala kao što je natrijum formijat, katalizatori formijata prelaznog metala, katalizatori plemenitog metala, i njihove kombinacije.

4. Postupak prema patentnom zahtevu 2, pri čemu katalizator soli prelaznog metala obuhvata jedan ili više anjona izabranih iz fosfata, aluminata, silikata, hidrokisda, metoksida, etoksida, karbonata, sulfata, sulfida, disulfida i oksida.

5. Postupak prema patentnom zahtevu 2, pri čemu katalizator soli alkalnog metala jeste karbonat ili sulfid.

6. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3, pri čemu pomenuta organska materija jeste fosilizovana organska materija koja ima sadržaj ugljenika od barem 50% kao što je barem 60%, i pomenuti vodeni rastvarač je voda.

7. Postupak prema patentnom zahtevu 6, pri čemu:

(i) pomenuta temperatura jeste između 320°C i 360°C, i pomenuti pritisak je između 200 bar i 250 bar; ili

(ii) pomenuta temperatura jeste između 340°C i 360°C, i pomenuti pritisak je između 200 bar i 240 bar.

8. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3, 6 ili 7, pri čemu pomenuto biogorivo obuhvata jednu ili više komponenata nafte, komponentu uglja i gasnu komponentu koja obuhvata metan, vodonik, ugljen monoksid i ugljen dioksid.

9. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3, pri čemu pomenuta organska materija jeste lignocelulozna materija, i pomenuti vodeni rastvarač obuhvata alkohol, i pri čemu pomenuta temperatura jeste između 300°C i 340°C, pomenuti pritisak je između 200 bar i 240 bar, i pomenuti rastvarač obuhvata između 10% i 30% alkohola prema težini.

10. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3 ili 6 do 9, pri čemu pomenuti postupak obuhvata korake:

(i) hlađenja organske materije do temperature od između oko 160°C i oko 200°C u vremenskom periodu manjem od oko 30 sekundi posle tretmana; i

(ii) odvođenje pritiska i hlađenje organske materije do temperature okoline ispuštanjem kroz uređaj za snižavanje pritiska.

11. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3 ili 6 do 10, pri čemu pomenuto biogorivo sadrži komponentu nafte koja ima više od 8% wt db vodonika i manje od 10% wt db kiseonika.