RU2017115810A

RU2017115810A - Варочные щелоки и их применение

Info

Publication number: RU2017115810A
Application number: RU2017115810A
Authority: RU
Inventors: Уильям РОУЛАНДС; Леонард Джеймс ХАМФРИС; Роберт ДАУНИ; Пол УОТСОТ
Original assignee: Лицелла Пти Лтд; Канфор Палп Лтд
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2018-11-15
Also published as: CN107002358B; BR112017007500A2; CA2964181A1; RU2696962C2; JP2017538029A; MX2017004833A; US11834783B2; CL2017000928A1; RU2715243C2; US11306435B2; WO2016058098A1; AU2015333547A1; RU2017115810A3; US20240102241A1; NZ730949A; EP3207108A4; CA2964210C; MY180994A; WO2016058031A1; MX394566B

Claims

1. Способ получения биопродукта из сырья на основе органического вещества, включающий:

обеспечение реакционной смеси, содержащей сырье на основе органического вещества, растворитель и варочный щелок;

обработку реакционной смеси в сосуде реактора при температуре и давлении реакции, подходящих для превращения всего или части сырья на основе органического вещества в смесь продуктов, содержащую биопродукт; и

снижение давления и охлаждение смеси продуктов;

при этом в ходе указанной обработки реакционная смесь и смесь продуктов перемещаются в непрерывном потоке через сосуд реактора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сырье на основе органического вещества содержит или состоит из:

(i) лигнитного исходного сырья;

(ii) лигноцеллюлозного исходного сырья; или

(iii) смеси лигноцеллюлозного и лигнитного исходного сырья.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сырье на основе органического вещества содержит или состоит из лигноцеллюлозного исходного сырья.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что варочный щелок представляет собой черный варочный щелок (черный щелок).

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что черный щелок содержит от примерно 4% масс. до 10% масс. гидроксида натрия (NaOH), от примерно 10% масс. до 30% масс. сульфида натрия (Na₂S), от примерно 25% масс. до примерно 50% масс. карбоната натрия (Na₂CO₃), от примерно 5% масс. до примерно 15% масс. сульфита натрия (Na₂SO₃), от примерно 8% масс. до примерно 20% масс. сульфата натрия (Na₂SO₄), от примерно 10% масс. до примерно 25% масс. тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) и от примерно 10% масс. до примерно 90% масс. органических твердых веществ или от примерно 30% до примерно 70% органических твердых веществ.

6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что черный щелок содержит от примерно 5% масс. до 9% масс. гидроксида натрия (NaOH), от примерно 15% масс. до 25% масс. сульфида натрия (Na₂S), от примерно 25% масс. до примерно 45% масс. карбоната натрия (Na₂CO₃), от примерно 5% масс. до примерно 15% масс. сульфита натрия (Na₂SO₃), от примерно 10% масс. до примерно 15% масс. сульфата натрия (Na₂SO₄), от примерно 13% масс. до примерно 20% масс. тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) и от примерно 40% масс. до примерно 90% масс. органических твердых веществ или от примерно 50% до примерно 80% органических твердых веществ или от примерно 60% до примерно 75% органических твердых веществ.

7. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что варочный щелок представляет собой зеленый варочный щелок (зеленый щелок).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что зеленый щелок содержит от примерно 4% масс. до 12% масс. гидроксида натрия (NaOH), от примерно 15% масс. до 25% масс. сульфида натрия (Na₂S), от примерно 50% масс. до примерно 70% масс. карбоната натрия (Na₂CO₃), от примерно 1% масс. до примерно 7% масс. сульфита натрия (Na₂SO₃), от примерно 2% масс. до примерно 10% масс. сульфата натрия (Na₂SO₄) и от примерно 1 % масс. до примерно 5% масс. тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃).

9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что зеленый щелок содержит от примерно 5% масс. до 10% масс. гидроксида натрия (NaOH), от примерно 17% масс. до 23% масс. сульфида натрия (Na₂S), от примерно 55% масс. до примерно 65% масс. карбоната натрия (Na₂CO₃), от примерно 1% масс. до примерно 4% масс. сульфита натрия (Na₂SO₃), от примерно 3% масс. до примерно 9% масс. сульфата натрия (Na₂SO₄) и от примерно 1% масс. до примерно 5% масс. тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃).

10. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что варочный щелок представляет собой белый варочный щелок (белый щелок).

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что белый щелок содержит от примерно 40% масс. до 65% масс. гидроксида натрия (NaOH), от примерно 10% масс. до 30% масс. сульфида натрия (Na₂S), от примерно 8% масс. до примерно 22% масс. карбоната натрия (Na₂CO₃), от примерно 1% масс. до примерно 6% масс. сульфита натрия (Na₂SO₃), от примерно 2% масс. до примерно 10% масс. сульфата натрия (Na₂SO₄) и от примерно 1% масс. до примерно 5% масс. тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃).

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что белый щелок содержит от примерно 45% масс. до 60% масс. гидроксида натрия (NaOH), от примерно 15% масс. до 25% масс. сульфида натрия (Na₂S), от примерно 10% масс. до примерно 20% масс. карбоната натрия (Na₂CO₃), от примерно 2% масс. до примерно 5% масс. сульфита натрия (Na₂SO₃), от примерно 2% масс. до примерно 7% масс. сульфата натрия (Na₂SO₄) и от примерно 1,5% масс. до примерно 4% масс. тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃).

13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что указанная обработка включает обработку реакционной смеси при:

(i) температуре от 200°C до 450°C и давлении от 100 бар до 300 бар;

(ii) температуре от 250°C до 350°C и давлении от 140 бар до 240 бар.

14. Способ по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что указанная обработка включает нагревание суспензии до температуры, выбранной из группы, состоящей из: по меньшей мере примерно 250°C, по меньшей мере примерно 300°C, по меньшей мере примерно 350°C, по меньшей мере примерно 370°C, по меньшей мере примерно 390°C, по меньшей мере примерно 400°C, от примерно 200°C до примерно 400°C, от примерно 200°C до примерно 400°C, от примерно 300°C до примерно 400°C, от примерно 350°C до примерно 400°C и от примерно 370°C до примерно 450°C; и повышение давления реакционной смеси до давления от примерно 100 бар до примерно 400 бар, от примерно 150 бар до примерно 400 бар, от примерно 200 бар до примерно 400 бар, от примерно 150 бар до примерно 350 бар, от примерно 180 бар до примерно 350 бар, от примерно 150 бар до примерно 300 бар, от примерно 150 бар до примерно 280 бар, от примерно 150 бар до примерно 270 бар или от примерно 200 бар до примерно 300 бар.

15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что указанная обработка включает обработку реакционной смеси при температуре от 310°C до 360°C и давлении от 160 бар до 250 бар.

16. Способ по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что указанная обработка может включать обработку реакционной смеси при температуре от 320°C до 360°C и давлении от 220 бар до 250 бар.

17. Способ по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что предложенный способ включает приготовление суспензии, содержащей органическое вещество и варочный щелок, генерирование докритического или сверхкритического пара независимо от суспензии и приведение суспензии в контакт с докритическим или сверхкритическим паром в по меньшей мере одном сосуде или камере указанного сосуда реактора.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что перед приведением в контакт с докритическим или сверхкритическим паром указанная суспензия находится при температуре и давлении окружающей среды или при температуре и давлении, близким к температуре и давлению окружающей среды.

19. Способ по любому из пп. 1-18, отличающийся тем, что реакционная смесь содержит от 50% до 95%, от 50% до 95%, от 50% до 90%, от 50% до 80%, от 50% до 70%, от 50% до 60%, от 30% до 90%, от 40% до 90%, от 20% до 75%, от 1% до 30%, от 5% до 30%, от 10% до 30%, от 5% до 30%, от 5% до 20%, от 5% до 15%, от 10% до 30%, от 10% до 30%, от 10% до 15%, менее 20%, менее 30%, менее 25%, менее 15%, менее 10% или менее 5% варочного щелока по массе.

20. Способ по любому из пп. 1-19, отличающийся тем, что растворитель представляет собой водный растворитель, масляный растворитель или смесь водного растворителя и масляного растворителя.

21. Способ по любому из пп. 1-20, отличающийся тем, что реакционная смесь содержит менее 20%, менее 30%, менее 35%, менее 40%, менее 40%, менее 70%, менее 80%, менее 90%, менее 95%, от 10% до 95%, от 30% до 95%, от 50% до 70% или от 60% до 80% растворителя по массе.

22. Способ по любому из пп. 1-21, отличающийся тем, что водный растворитель содержит воду, только воду или воду и спирт.

23. Способ по любому из пп. 1-22, отличающийся тем, что органическое вещество содержит комбинацию лигноцеллюлозного исходного сырья и лигнитного исходного сырья.

24. Способ по любому из пп. 1-23, отличающийся тем, что органическое вещество содержит лигноцеллюлозное исходное сырье, содержащее по меньшей мере 10% лигнина, по меньшей мере 35% целлюлозы и по меньшей мере 20% гемицеллюлозы.

25. Способ по любому из пп. 1-24, отличающийся тем, что указанная обработка включает обработку органического вещества, растворителя и варочного щелока в форме суспензии при скорости потока через реактор выше 0,01 см/сек, выше 0,05 см/сек, выше 0,5 см/сек, выше 0,1 см/сек, выше 1,5 см/сек или выше 2,0 см/сек.

26. Способ по любому из пп. 1-25, отличающийся тем, что реакционная смесь дополнительно содержит твердый субстрат, который является твердым или по существу твердым при температуре и давлении реакции, связывает органическое и/или неорганическое вещество, теряющее растворимость в реакционной смеси или смеси продуктов, и/или изменяет одну или более характеристик потока реакционной смеси и/или смеси продуктов в сосуде реактора.

27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат подавляет образование накипи в сосуде реактора.

28. Способ по п. 26 или 27, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат подавляет развитие градиента давления в сосуде реактора во время превращения сырья на основе органического вещества в биопродукт.

29. Способ по любому из пп. 26-28, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат является химически инертным или по существу химически инертным при температуре и давлении реакции.

30. Способ по любому из пп. 26-29, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат представляет собой углеродистый материал, содержащий по меньшей мере 50%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80% или по меньшей мере 90% по массе углерода.

31. Способ по любому из пп. 26-30, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат выбран из группы, состоящей из: углей, антрацитового угля, метаантрацита, антрацита, полуантрацита, битуминозного угля, полубитуминозного угля, лигнита (т.е. бурого угля), коксующегося угля, каменноугольной смолы, производных каменноугольной смолы, угольной мелочи, кокса, высокотемпературного кокса, литейного кокса, низко- и среднетемпературного кокса, пекового кокса, нефтяного кокса, кокса из коксовых печей, коксовой мелочи, газового кокса, буроугольного кокса, полукокса, древесного угля, обуглившегося вещества, образующегося при пиролизе, обуглившегося вещества, образующегося при гидротермических процессах, углеродной сажи, графитовых тонкодисперсных частиц, аморфного углерода, углеродных нанотрубок, углеродных нановолокон, углеродных волокон, выращенных из паровой фазы, и любой их комбинации.

32. Способ по любому из пп. 26-30, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат выбран из группы, состоящей из летучей золы, минерала, карбоната кальция, кальцита, силиката, кремнезема, кварца, оксида, оксида металла, нерастворимой или по существу нерастворимой соли металла, железной руды, глинистого минерала, талька, гипса и любой их комбинации.

33. Способ по любому из пп. 26-30, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат выбран из группы, состоящей из карбонатов кальция, карбонатов магния, карбонатов кальция и магния, кальцита, известняка, доломита, гидроксидов кальция, гидроксидов магния, оксидов кальция, оксидов магния, гидрокарбонатов кальция, гидрокарбонатов магния, каолинита, бентонита, иллита, цеолитов, фосфата кальция, гидроксиапатита, филлосиликатов и любой их комбинации.

34. Способ по любому из пп. 26-33, отличающийся тем, что указанный твердый субстрат присутствует в реакционной смеси при концентрации, составляющей более 0,5%, более 1%, более 3%, более 5%, более 10%, более 25% или более 30% по массе.

35. Способ по любому из пп. 26-34, отличающийся тем, что указанный способ дополнительно включает отделение твердого субстрата от продукта и рециркуляцию твердого субстрата во вторую суспензию или вторую реакционную смесь, содержащую сырье на основе органического вещества.

36. Способ по любому из пп. 1-35, отличающийся тем, что реакционная смесь дополнительно содержит масляную добавку.

37. Способ по п. 36, отличающийся тем, что перед обработкой масляную добавку смешивают с исходным сырьем и/или растворителем.

38. Способ по п. 36 или 37, отличающийся тем, что масляная добавка выбрана из группы, состоящей из парафинового масла, газойля, сырой нефти, синтетической нефти, нефти, полученной из угля, бионефти, сланцевой нефти, нефти из битуминозных сланцев, минерального масла, светлого минерального масла, ароматического масла, таллового масла, дистиллятного таллового масла, растительных или животных масел, жиров и их кислых форм и этерифицированных форм и любой их комбинации.

39. Способ по любому из пп. 36-38, отличающийся тем, что реакционная смесь содержит от 5% до 60%, от 5% до 50%, от 5% до 40%, от 5% до 30%, от 5% до от 20%, более 5%, более 10%, более 15%, более 20%, более 30%, менее 20%, менее 15% или менее 10% масляной добавки по массе.

40. Способ по любому из пп. 1-39, отличающийся тем, что растворитель представляет собой смешанный растворитель, содержащий компонент, представляющий водный растворитель, и компонент, представляющий масляный растворитель, при этом два указанных компонента являются по существу несмешивающимися или частично смешивающимися при температуре окружающей среды.

41. Способ по п. 40, отличающийся тем, что масляный компонент представляет собой неочищенное талловое масло, дистиллятное талловое масло или их комбинацию.

42. Способ по любому из пп. 36-41, отличающийся тем, что предложенный способ дополнительно включает отделение нефти от биопродукта и рециркуляцию бионефти во вторую суспензию или вторую реакционную смесь, содержащую сырье на основе органического вещества.

43. Способ по любому из пп. 36-42, отличающийся тем, что биопродукт содержит соединение, выбранное из группы, состоящей из: восков; альдегидов; карбоновых кислот; углеводов; фенолов; фурфуралей; спиртов; кетонов; смол; смоляных кислот; соединений, структурно связанных со смоляными кислотами; алканов; алкенов; жирных кислот; эфиров жирных кислот; стеролов; родственных со стеролом соединений; фурановых олигомеров; циклопентанонов; циклогексанонов; алкил- и алкоксициклопентанонов; алкил- и алкоксициклогексанонов; циклопентенонов; алкил- и алкоксициклопентенонов; ароматических соединений; нафталинов; алкил- и алкоксизамещенных нафталинов; крезолов; алкил- и алкоксифенолов; алкил- и алкоксикатехолов; алкил- и алкоксидигидроксибензолов; алкил- и алкоксигидрохинонов; инденов; производных инденов и любых их комбинаций.

44. Способ по любому из пп. 36-43, отличающийся тем, что биопродукт содержит масляный компонент, высшая теплотворная способность которого составляет по меньшей мере 30 МДж/кг, по меньшей мере 32 МДж/кг, по меньшей мере 35 МДж/кг или по меньшей мере 36 МДж/кг.

45. Способ по любому из пп. 36-43, отличающийся тем, что биопродукт содержит масляный компонент, высшая теплотворная способность которого составляет по меньшей мере 30 МДж/кг, по меньшей мере 32 МДж/кг, по меньшей мере 35 МДж/кг или по меньшей мере 36 МДж/кг, и смесь субстрата и масляного компонента, высшая теплотворная способность которой составляет по меньшей мере 26 МДж/кг, по меньшей мере 28 МДж/кг, по меньшей мере 30 МДж/кг, по меньшей мере 32 МДж/кг или по меньшей мере 33 МДж/кг.

46. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сырье на основе органического вещества и варочный щелок оба содержат или состоят из черного щелока.

47. Способ по п. 1, отличающийся тем, что варочный щелок содержит черный щелок или состоит из него, при этом сырье на основе органического вещества не содержит варочный щелок или не состоит из него.

48. Способ по любому из пп. 1-47, включающий растворение бионефти из биопродукта в очищающем растворителе и фильтрование растворенной бионефти для удаления твердых частиц и твердого материала.

49. Способ по п. 48, отличающийся тем, что очищающий растворитель содержит одно или более веществ, выбранных из: ацетона, этилацетата, этанола, бензола, толуола, ксилола, тетралина, тетрагидрофурана, метилэтилкетона, дихлорметана, хлороформа, кетонов, спирта, фуранов, легкого рециклового газойля, нафты и/или перегнанной фракции бионефти, которую получают или могут получить согласно предложенному способу.

50. Способ по п. 49, отличающийся тем, что перегнанную фракцию получают путем кипячения указанной бионефти из биопродукта, который получают или могут получить согласно предложенному способу при температуре от примерно 60°C до примерно 150°C.

51. Способ по любому из пп. 48-50, отличающийся тем, что указанный очищающий растворитель извлекают посредством перегонки после указанной фильтрации.

52. Биопродукт, который получают или могут получить согласно предложенному способу по любому из пп. 1-51.

53. Биопродукт по п. 52, отличающийся тем, что указанный биопродукт представляет собой бионефть.