[go: up one dir, main page]

RU2575707C2 - Methods of producing biofuel - Google Patents

Methods of producing biofuel Download PDF

Info

Publication number
RU2575707C2
RU2575707C2 RU2012147243/04A RU2012147243A RU2575707C2 RU 2575707 C2 RU2575707 C2 RU 2575707C2 RU 2012147243/04 A RU2012147243/04 A RU 2012147243/04A RU 2012147243 A RU2012147243 A RU 2012147243A RU 2575707 C2 RU2575707 C2 RU 2575707C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
weight
pressure
additional
specified
Prior art date
Application number
RU2012147243/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012147243A (en
Inventor
Томас МАШМЕЙЕР
Леонард Джеймс ХАМФРИЗ
Original Assignee
Лайселла Пти Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Лайселла Пти Лтд. filed Critical Лайселла Пти Лтд.
Priority claimed from PCT/AU2011/000404 external-priority patent/WO2011123897A1/en
Publication of RU2012147243A publication Critical patent/RU2012147243A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2575707C2 publication Critical patent/RU2575707C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of producing biofuel, which includes treating an organic substance with an aqueous solvent and at least one additional catalyst selected from a group consisting of: an acid catalyst, a steam conversion catalyst, an aluminosilicate-based catalyst, a sulphide catalyst and a base catalyst, where the organic substance and aqueous solvent are provided in the form of a suspension, and said treatment is carried out in continuous flow conditions with minimal, volume-independent suspension flow rate which is greater than the settling rate of solid substance in the suspension, wherein said treatment includes: heating and raising pressure to a target temperature between about 250°C and about 400°C and to a target pressure between about 100 bar to about 300 bar to obtain biofuel; treating at the target temperature and target pressure for a defined period of time; cooling and lowering pressure in the suspension, and wherein said at least one additional catalyst is added to the organic substance after heating to said temperature and after raising pressure to said level, but before lowering pressure in the suspension; the biofuel is bio-oil and said organic substance is coal or a wood-fibre substance.
EFFECT: high efficiency of the method.
34 cl, 7 dwg, 2 ex, 13 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение, в общем, относится к области производства биотоплива. Конкретнее, изобретение относится к способам производства биотоплив из органического вещества. Изобретение также относится к биотопливным продуктам, получаемым этими способами.The present invention generally relates to the field of biofuel production. More specifically, the invention relates to methods for producing biofuels from organic matter. The invention also relates to biofuel products obtained by these methods.

Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Мировой спрос на энергию продолжает расти, в то время как запасы природной нефти (например, нефти, газа и природного газоконденсата) снижаются. Пик нефтедобычи, налагаемый сокращением запасов нефти, повышает вероятность мирового энергетического кризиса, в особенности, если спрос на энергию продолжит расти так, как предсказывается. Следовательно, возросло внимание на эксплуатацию ранее считавшихся нетрадиционными топливных ресурсов (например, тяжелой нефти, нефтяных песков, горючих сланцев) и других неископаемых источников энергии (например, древесно-волокнистых материалов).Global energy demand continues to grow, while reserves of natural oil (such as oil, gas and natural gas condensate) are declining. The peak in oil production imposed by the reduction in oil reserves increases the likelihood of a global energy crisis, especially if energy demand continues to grow as predicted. Consequently, increased attention has been paid to the exploitation of previously considered unconventional fuel resources (for example, heavy oil, oil sands, oil shale) and other non-fossil energy sources (for example, wood-fiber materials).

Значительный объем исследований в области производства «альтернативной» энергии был сосредоточен на выработке биотоплив из древесно-волокнистого вещества. Эта технология повышает шансы сдвига к распространенному и возобновляемому исходному сырью для производства энергии в качестве альтернативы истощающимся запасам сырья на углеводородной основе. Обогащение ископаемых топлив с низкой удельной энергией (например, лигнита, торфа или горючего сланца) в высокоэнергетические топливные продукты также представляет привлекательную альтернативу, обусловленную относительной распространенностью этих ресурсов.A significant amount of research in the field of “alternative” energy production has focused on the production of biofuels from wood-fiber material. This technology increases the chances of a shift to common and renewable energy feedstocks as an alternative to depleting hydrocarbon-based feedstock. The enrichment of fossil fuels with low specific energy (for example, lignite, peat or oil shale) in high-energy fuel products also represents an attractive alternative, due to the relative abundance of these resources.

Несмотря на обладание значительным потенциалом, большинство технологий производства топлив из древесно-волокнистого вещества или других нетрадиционных материалов являются низкорентабельными и/или неспособными обеспечивать топливные продукты надлежащего качества, которые были бы коммерчески жизнеспособными. Например, современные процессы производства биотоплив из древесно-волокнистого вещества обычно требуют разделения субстрата на множество различных компонентов путем ряда сложных и требующих затрат времени этапов, и во многих случаях требуют использования дорогих гидролитических ферментов и ферментирующих микроорганизмов. Дополнительно к этим недостаткам, современные процессы неспособны использовать значительную часть материала субстрата, которая не преобразовывается в топливо и отправляется в отходы. Кроме того, топлива, произведенные в современных процессах, как правило, содержат значительно большее содержание кислорода, чем обычные топлива. Поэтому их удельная энергия сравнительно мала и низкая стабильность делает затруднительной их переработку (например, хранение, смешивание с обычными топливами, повышение качества).Despite having significant potential, most technologies for the production of fuels from wood-fiber material or other unconventional materials are marginal and / or unable to provide fuel products of adequate quality that are commercially viable. For example, modern processes for the production of biofuels from wood-fiber material usually require the separation of the substrate into many different components through a number of complex and time-consuming steps, and in many cases require the use of expensive hydrolytic enzymes and fermenting microorganisms. In addition to these shortcomings, modern processes are unable to use a significant part of the substrate material, which is not converted to fuel and sent to waste. In addition, fuels produced in modern processes typically contain a significantly higher oxygen content than conventional fuels. Therefore, their specific energy is relatively small and low stability makes it difficult to process them (for example, storage, mixing with conventional fuels, improving quality).

Существует потребность в усовершенствованных способах производства биотоплив из органического вещества, которые избегали бы одного или нескольких изложенных выше недостатков.There is a need for improved methods for the production of biofuels from organic matter, which would avoid one or more of the above disadvantages.

Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В первом аспекте изобретение обеспечивает способ производства биотоплива, способ включает обработку органического вещества с водным растворителем и, по меньшей мере, одним дополнительным катализатором при температуре между примерно 250°С и примерно 400°С и под давлением между примерно 100 бар и примерно 300 бар.In a first aspect, the invention provides a method for producing biofuels, the method comprising treating the organic matter with an aqueous solvent and at least one additional catalyst at a temperature between about 250 ° C and about 400 ° C and under a pressure of between about 100 bar and about 300 bar.

Во втором аспекте изобретение обеспечивает способ производства биотоплива, где способ включает:In a second aspect, the invention provides a method for producing biofuels, wherein the method comprises:

• обеспечение реакционной смеси, содержащей органическое вещество и водный растворитель, и• providing a reaction mixture containing organic matter and an aqueous solvent, and

• обработку указанной реакционной смеси при температуре между примерно 250°С и примерно 400°С и под давлением между примерно 100 бар и примерно 300 бар в реакционном сосуде;• treating said reaction mixture at a temperature between about 250 ° C. and about 400 ° C. and at a pressure between about 100 bar and about 300 bar in the reaction vessel;

где указанная реакционная смесь содержит, по меньшей мере, один дополнительный катализатор, происхождение которого независимо от других компонентов реакционной смеси и от указанного сосуда.where the specified reaction mixture contains at least one additional catalyst, the origin of which is independent of other components of the reaction mixture and from the specified vessel.

В одном варианте осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор не присутствует, или в значительной мере не присутствует, в любом одном или нескольких органическом веществе, водном растворителе или стенке реакционного сосуда.In one embodiment of the first and second aspects, the additional catalyst is not present, or is not substantially present, in any one or more organic matter, aqueous solvent, or wall of the reaction vessel.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор также присутствует в любом одном или нескольких органическом веществе, водном растворителе или стенке реакционного сосуда.In another embodiment of the first and second aspects, an additional catalyst is also present in any one or more organic matter, an aqueous solvent, or the wall of the reaction vessel.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор является добавочным основным катализатором.In one embodiment of the first and second aspects, the additional catalyst is an additional primary catalyst.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный основной катализатор является катализатором на основе гидроксида щелочного металла или катализатором на основе гидроксида переходного металла.In one embodiment of the first and second aspects, the further base catalyst is an alkali metal hydroxide catalyst or a transition metal hydroxide catalyst.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный основной катализатор является гидроксидом натрия или гидроксидом калия.In one embodiment of the first and second aspects, the additional base catalyst is sodium hydroxide or potassium hydroxide.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо является нефтепродуктом.In one embodiment of the first and second aspects, the biofuel is an oil product.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо является бионефтью.In one embodiment of the first and second aspects, the biofuel is bio-oil.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов бионефть получается при переработке окаменелого органического материала (например, из углей, таких как лигнит).In one embodiment of the first and second aspects, biooil is obtained from the processing of fossilized organic material (for example, from coal, such as lignite).

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов бионефть получается из неокаменелого органического материала (например, из древесно-волокнистого вещества).In one of the embodiments of the first and second aspects, biooil is obtained from non-fossilized organic material (for example, from wood-fiber material).

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество и водный растворитель обрабатываются в форме суспензии.In another embodiment of the first and second aspects, the organic substance and the aqueous solvent are processed in the form of a suspension.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов обработка выполняется в условиях непрерывного потока.In another embodiment of the first and second aspects, the processing is performed in a continuous stream.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов суспензия подвергается:In another embodiment of the first and second aspects, the suspension is exposed to:

(а) нагреву и повышению давления до целевой температуры и давления,(a) heating and raising the pressure to a target temperature and pressure,

(b) обработке при целевой температуре (температурах) и давлении (давлениях) в течение определенного промежутка времени (т.е. «времени удерживания»), и(b) processing at a target temperature (s) and pressure (s) for a specific period of time (i.e., “retention time”), and

(с) охлаждению и понижению давления,(c) cooling and depressurizing,

в условиях непрерывного потока.in continuous flow conditions.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока больше скорости осаждения твердого вещества в суспензии.In another embodiment of the first and second aspects, the minimum (volume independent) flow rate of the slurry under said continuous flow conditions is greater than the rate of deposition of the solid in the slurry.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше 0,01 см/с.In another embodiment of the first and second aspects, the minimum (volume independent) flow rate of the slurry under said continuous flow conditions is higher than 0.01 cm / s.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше 0,05 см/с.In another embodiment of the first and second aspects, the minimum (volume independent) flow rate of the slurry under said continuous flow conditions is greater than 0.05 cm / s.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше, чем примерно 0,5 см/с.In another embodiment of the first and second aspects, the minimum (volume independent) flow rate of the slurry under said continuous flow conditions is higher than about 0.5 cm / s.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии в указанных условиях непрерывного потока выше, чем примерно 1,5 см/с.In another embodiment of the first and second aspects, the minimum (volume independent) flow rate of the slurry under said continuous flow conditions is higher than about 1.5 cm / s.

В дополнительном варианте осуществления первого и второго аспектов обработка содержит использование, по меньшей мере, одного дополнительного катализатора, который облегчает введение водорода в органическое вещество.In an additional embodiment of the first and second aspects, the treatment comprises the use of at least one additional catalyst that facilitates the introduction of hydrogen into the organic substance.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество, выбран из группы, которая состоит из катализаторов на основе формиатов щелочных металлов, катализаторов на основе формиатов переходных металлов, катализаторов на основе реакционноспособных карбоновых кислот, катализаторов на основе переходных металлов, сульфидных катализаторов, катализаторов на основе благородных металлов, катализаторов конверсии водяного пара и их комбинаций.In one of the embodiments of the first and second aspects, an additional catalyst that facilitates the introduction of hydrogen into organic matter is selected from the group consisting of catalysts based on alkali metal formates, catalysts based on transition metal formates, catalysts based on reactive carboxylic acids, catalysts on based on transition metals, sulfide catalysts, noble metal catalysts, water vapor conversion catalysts, and combinations thereof.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество, является формиатом натрия.In one embodiment of the first and second aspects, an additional catalyst that facilitates the incorporation of hydrogen into the organic material is sodium formate.

В дополнительном варианте осуществления первого и второго аспектов обработка содержит использование, по меньшей мере, еще одного дополнительного катализатора, который облегчает удаление кислорода из органического вещества.In a further embodiment of the first and second aspects, the treatment comprises the use of at least one further catalyst that facilitates the removal of oxygen from the organic matter.

В дополнительном варианте осуществления первого и второго аспектов происхождение еще одного добавочного катализатора независимо от других компонентов реакционной смеси и от указанного сосуда.In a further embodiment of the first and second aspects, the origin of another additional catalyst is independent of other components of the reaction mixture and of the vessel.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества, выбран из группы, состоящей из кислотных катализаторов, катализаторов на основе переходных металлов, катализаторов на основе благородных металлов, катализаторов на основе переходных металлов на подложке, катализаторов на основе твердой кислоты и их смесей.In one embodiment of the first and second aspects, an additional catalyst that facilitates the removal of oxygen from the organic material is selected from the group consisting of acidic catalysts, transition metal catalysts, noble metal catalysts, support transition metal catalysts, catalysts based on solid acid and mixtures thereof.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является окаменелым органическим веществом, имеющим содержание углерода, по меньшей мере, 50%, и водным растворителем является вода.In one embodiment of the first and second aspects, the organic substance is a fossilized organic substance having a carbon content of at least 50%, and the aqueous solvent is water.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является окаменелым органическим веществом, имеющим содержание углерода, по меньшей мере, 60%, и водным растворителем является вода.In another embodiment of the first and second aspects, the organic substance is a fossilized organic substance having a carbon content of at least 60%, and the aqueous solvent is water.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов температура находится между примерно 320°С и примерно 360°С, и давление между примерно 200 бар и примерно 250 бар.In another embodiment of the first and second aspects, the temperature is between about 320 ° C and about 360 ° C, and the pressure is between about 200 bar and about 250 bar.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов окаменелое органическое вещество является лигнитом, температура между примерно 340°С и примерно 360°С, и давление между примерно 200 бар и примерно 240 бар.In another embodiment of the first and second aspects, the fossilized organic substance is lignite, a temperature between about 340 ° C and about 360 ° C, and a pressure between about 200 bar and about 240 bar.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит один или несколько компонентов: нефти, угольный компонент и газообразный компонент, содержащий метан, водород, монооксид углерода и диоксид углерода.In one of the embodiments of the first and second aspects, biofuel contains one or more components: oil, coal component and a gaseous component containing methane, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является древесно-волокнистым веществом, и водный растворитель содержит спирт.In one of the embodiments of the first and second aspects, the organic substance is a wood-fiber substance, and the aqueous solvent contains alcohol.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов древесно-волокнистое вещество содержит более чем примерно 10% каждого из: лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.In one of the embodiments of the first and second aspects, the wood-fiber substance contains more than about 10% of each of: lignin, cellulose and hemicellulose.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов температура между примерно 270°С и примерно 360°С, давление между примерно 170 бар и примерно 250 бар, и растворитель содержит между примерно 5% вес. и 40% вес. спирта.In another embodiment of the first and second aspects, the temperature is between about 270 ° C and about 360 ° C, the pressure is between about 170 bar and about 250 bar, and the solvent contains between about 5% weight. and 40% weight. alcohol.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является древесно-волокнистым веществом, температура между примерно 300°С и примерно 340°С, давление между примерно 200 бар и примерно 240 бар, и растворитель содержит между примерно 10% вес. и примерно 30% вес. спирта.In one of the embodiments of the first and second aspects, the organic substance is a wood-fiber material, a temperature between about 300 ° C and about 340 ° C, a pressure between about 200 bar and about 240 bar, and the solvent contains between about 10% weight. and about 30% weight. alcohol.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов спиртом является этанол.In one embodiment of the first and second aspects, the alcohol is ethanol.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов обработка производится в течение промежутка времени между примерно 20 минут и примерно 30 минут.In another embodiment of the first and second aspects, processing is performed for a period of time between about 20 minutes and about 30 minutes.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов способ включает этап нагрева органического вещества и водного растворителя до указанной температуры за промежуток времени менее чем примерно 2 минуты перед указанной обработкой.In another embodiment of the first and second aspects, the method includes the step of heating the organic substance and the aqueous solvent to the specified temperature for a period of less than about 2 minutes before the specified treatment.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов способ включает этап нагрева и повышения давления к органическому веществу и водному растворителю до указанной температуры и давления за промежуток времени менее чем примерно 2 минуты перед указанной обработкой.In another embodiment of the first and second aspects, the method includes the step of heating and increasing the pressure to the organic substance and the aqueous solvent to the specified temperature and pressure for a period of time less than about 2 minutes before the specified treatment.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов:In another embodiment of the first and second aspects:

(i) дополнительный катализатор,(i) an additional catalyst,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или(ii) an additional catalyst that facilitates the introduction of hydrogen into organic matter; and / or

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,(iii) an additional catalyst that facilitates the removal of oxygen from organic matter,

добавлен к органическому веществу после указанного нагрева и указанного повышения давления.added to the organic matter after the specified heating and the specified pressure increase.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов:In another embodiment of the first and second aspects:

(i) дополнительный катализатор,(i) an additional catalyst,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или(ii) an additional catalyst that facilitates the introduction of hydrogen into organic matter; and / or

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,(iii) an additional catalyst that facilitates the removal of oxygen from organic matter,

добавлен к органическому веществу после указанного нагрева и указанного повышения давления и перед указанной обработкой.added to the organic matter after the specified heating and the specified pressure increase and before the specified treatment.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является лигнитом, иIn another embodiment of the first and second aspects, the organic substance is lignite, and

(i) дополнительный катализатор,(i) an additional catalyst,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или(ii) an additional catalyst that facilitates the introduction of hydrogen into organic matter; and / or

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,(iii) an additional catalyst that facilitates the removal of oxygen from organic matter,

добавлен к органическому веществу, когда указанная температура больше чем примерно 340°С, и указанное давление больше чем примерно 230 бар.added to organic matter when said temperature is more than about 340 ° C. and said pressure is more than about 230 bar.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов органическое вещество является древесно-волокнистым веществом, иIn another embodiment of the first and second aspects, the organic substance is a wood-fiber material, and

(i) дополнительный катализатор,(i) an additional catalyst,

(ii) дополнительный катализатор, который облегчает введение водорода в органическое вещество; и/или(ii) an additional catalyst that facilitates the introduction of hydrogen into organic matter; and / or

(iii) дополнительный катализатор, который облегчает удаление кислорода из органического вещества,(iii) an additional catalyst that facilitates the removal of oxygen from organic matter,

добавлен к органическому веществу, когда указанная температура больше чем примерно 310°С, и указанное давление больше чем примерно 180 бар.added to organic matter when said temperature is more than about 310 ° C and said pressure is more than about 180 bar.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов способ включает этапы:In another embodiment of the first and second aspects, the method includes the steps of:

(i) охлаждения органического вещества до температуры между примерно 160°С и примерно 200°С за промежуток времени менее чем примерно 30 секунд после указанной обработки; и(i) cooling the organic matter to a temperature between about 160 ° C and about 200 ° C for a period of less than about 30 seconds after said treatment; and

(ii) понижение давления и охлаждение органического вещества до температуры окружающей среды путем высвобождения через устройство снижения давления.(ii) lowering the pressure and cooling the organic substance to ambient temperature by release through a pressure reducing device.

В другом варианте осуществления первого и второго аспектов устройство снижения давления помещается в воду с температурой окружающей среды.In another embodiment of the first and second aspects, the pressure reducing device is placed in water at ambient temperature.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит компонент нефти, имеющий высшую теплопроизводительность более 35 МДж/кг.In one embodiment of the first and second aspects, the biofuel contains an oil component having a higher heat output of more than 35 MJ / kg.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит компонент нефти, содержащий более чем примерно 8% вес. водорода в расчете на сухой вес и менее чем примерно 10% вес. кислорода в расчете на сухой вес.In one of the embodiments of the first and second aspects, biofuel contains an oil component containing more than about 8% by weight. hydrogen based on dry weight and less than about 10% weight. oxygen per dry weight.

В одном из вариантов осуществления первого и второго аспектов биотопливо содержит угольный компонент, имеющий высшую теплопроизводительность более 30 МДж/кг.In one embodiment of the first and second aspects, the biofuel contains a coal component having a higher heat output of more than 30 MJ / kg.

В третьем аспекте изобретение обеспечивает биотопливо, произведенное по способу согласно первому и второму аспекту.In a third aspect, the invention provides biofuels produced by the method according to the first and second aspect.

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо является нефтепродуктом.In one embodiment of the third aspect, biofuel is an oil product.

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо является бионефтью.In one embodiment of the third aspect, the biofuel is bio-oil.

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо получается при переработке окаменелого органического материала (например, углей, таких как лигнит).In one embodiment of the third aspect, biofuel is produced by processing fossilized organic material (e.g., coal, such as lignite).

В одном из вариантов осуществления третьего аспекта биотопливо получается при переработке неокаменелого органического материала (например, древесно-волокнистого материала).In one embodiment of the third aspect, biofuels are obtained by processing non-fossilized organic material (e.g., wood-fiber material).

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже путем только одного из примеров с отсылкой к сопроводительным графическим материалам, где:Preferred embodiments of the present invention will be described below by only one of the examples with reference to the accompanying graphic materials, where:

Фиг.1 - график, показывающий весовой процент кислорода в нефти, полученной из древесно-волокнистой биомассы, в зависимости от концентрации натрия (моль на литр) (условия реакции: продолжительность обработки - 25 минут, 320-350єC, 240 бар).Figure 1 is a graph showing the weight percent of oxygen in oil obtained from wood-fiber biomass, depending on the concentration of sodium (mol per liter) (reaction conditions: processing time - 25 minutes, 320-350 ° C, 240 bar).

Фиг.2 - график, показывающий имитированную дистилляцию согласно стандарту ASTM D7169 типичной угольной нефти, полученной из бурого угля.2 is a graph showing simulated distillation according to ASTM D7169 of a typical brown oil derived from brown coal.

Фиг.3а-3l представляют протонные ЯМР- и количественные 13С ЯМР-спектры для фракций A-F, как показано в таблице 6 (вначале - протонный ЯМР). Код образца А (фиг.3A-3B); Код образца B (фиг.3C-3D); Код образца C (фиг.3E-3F); Код образца D (фиг.3G-3H); Код образца E (фиг.3I-3J); Код образца F (фиг.3K-3L).Figa-3l represent proton NMR and quantitative 13C NMR spectra for fractions A-F, as shown in table 6 (first, proton NMR). Sample Code A (FIGS. 3A-3B); Sample Code B (FIG. 3C-3D); Sample Code C (FIGS. 3E-3F); Sample Code D (Fig. 3G-3H); Sample Code E (FIGS. 3I-3J); Sample code F (Fig. 3K-3L).

Фиг.4 показывает спектр 1H ЯМР типичной бионефти, полученной из сосны лучистой, из образца исходного сырья номер 4 в таблице 2В.Figure 4 shows a 1 H NMR spectrum of a typical bio-oil obtained from radiant pine from a sample of feedstock No. 4 in Table 2B.

Фиг.5 показывает нормированную интенсивность (GPC) в зависимости от молекулярного веса для типовых бионефтепродуктов из сосны лучистой.Figure 5 shows the normalized intensity (GPC) as a function of molecular weight for typical bio-oil products from radiant pine.

Фиг.6 показывает частичный анализ методом газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ГХ-МС), полученной из древесно-волокнистого материала бионефти, переносимой в воде, показывающий идентификацию компонентов с наиболее высоким относительным содержанием.6 shows a partial analysis by gas chromatography with mass spectrometric detection (GC-MS) obtained from wood-fiber bio-oil material transported in water, showing the identification of components with the highest relative content.

Фиг.7 показывает частичный анализ методом газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ГХ-МС) нефти, собранной из водной фазы, связанной с переработкой суспензии бурого угля. Компонентом с самым высоким относительным содержанием является катехин (1,2-бензолдиол).Fig.7 shows a partial analysis by gas chromatography with mass spectrometric detection (GC-MS) of oil collected from the aqueous phase associated with the processing of a suspension of brown coal. The component with the highest relative content is catechin (1,2-benzenediol).

ОпределенияDefinitions

В данном контексте формы единственного числа в том числе включают отсылки к множественному числу, если контекстом в явном виде не предписывается обратное. Например, термин «катализатор» также включает множество катализаторов.In this context, singular forms include plural references, unless the context explicitly requires otherwise. For example, the term “catalyst” also includes many catalysts.

В данном контексте термин «содержащий» означает «содержащий». Изменения слова «содержащий», такие как «содержать» и «содержит», имеют соответственно измененные значения. Так, например, материал, «содержащий» лигнин и целлюлозу, может состоять исключительно из лигнина и целлюлозы или может содержать другие, добавочные вещества.In this context, the term “comprising” means “comprising”. Changes to the word “comprising”, such as “contain” and “contains”, have correspondingly changed meanings. So, for example, the material “containing” lignin and cellulose may consist exclusively of lignin and cellulose or may contain other, additional substances.

В данном контексте термин «собственный катализатор» будет пониматься как катализатор, который естественным образом присутствует в данном компоненте реакции, как, например, в любом одном или нескольких исходных источниках органического вещества как исходного сырья, водном растворителе и/или стенках сосуда реакторного устройства.In this context, the term "native catalyst" will be understood as a catalyst that is naturally present in this component of the reaction, such as, for example, in any one or more of the source of organic matter such as feedstock, aqueous solvent and / or vessel walls of the reactor device.

В данном контексте термин «дополнительный катализатор» будет пониматься как катализатор, который подается в дополнение к катализатору (катализаторам), который по существу присутствует в других компонентах данной реакции (например, собственный катализатор, присутствующий в органическом веществе, водном растворителе и/или стенках реакторного устройства).In this context, the term “additional catalyst” will be understood as a catalyst that is supplied in addition to the catalyst (s) that is substantially present in other components of this reaction (for example, a native catalyst present in an organic substance, an aqueous solvent and / or walls of a reactor devices).

В данном контексте термины «органическое вещество» и «органические материалы» имеют одинаковое значение и охватывают любой материал, содержащий углерод, в том числе и окаменелые, и неокаменелые материалы. Не имеющие ограничительного характера примеры органического вещества содержат биомассу, древесно-волокнистый материал и материалы, содержащие углеводороды (например, лигнит, горючий сланец и торф).In this context, the terms “organic matter” and “organic materials” have the same meaning and cover any material containing carbon, including fossilized and non-fossilized materials. Non-limiting examples of organic matter include biomass, wood-fiber material and materials containing hydrocarbons (e.g., lignite, oil shale and peat).

В данном контексте термин «биотопливо» относится к энергосодержащему материалу, полученному при переработке органического вещества. Не имеющие ограничительного характера примеры биотоплив содержат нефтепродукты (т.е. бионефти), угольные продукты (известные еще как эквивалентные продукту повышенного качества для пылеугольного вдувания (PCI)), биодизельное топливо и спирты (например, этанол и бутанол).In this context, the term "biofuel" refers to energy-containing material obtained from the processing of organic matter. Non-limiting examples of biofuels include petroleum products (i.e. biooil), coal products (also known as equivalent to Pulverized Coal Product (PCI), biodiesel and alcohols (e.g. ethanol and butanol).

В данном контексте термин «бионефть» будет пониматься как охватывающий нефтепродукты, полученные при переработке окаменелого органического материала (например, углей, таких как лигнит), неокаменелого органического материала (например, древесно-волокнистого материала) или их смесей.In this context, the term “bio-oil” will be understood as encompassing petroleum products obtained from the processing of fossilized organic material (eg, coal, such as lignite), non-fossilized organic material (eg, wood-fiber material) or mixtures thereof.

В данном контексте термины «древесно-волокнистый материал» и «древесно-волокнистая биомасса» используется взаимозаменяемо и имеют одинаковое значение. Термины охватывают любое вещество, содержащее лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу.In this context, the terms “wood-fiber material” and “wood-fiber biomass” are used interchangeably and have the same meaning. The terms encompass any substance containing lignin, cellulose and hemicellulose.

В данном контексте термин «водный растворитель» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент воды в расчете на общий вес растворителя. Поэтому «водный растворитель» может содержать между одним процентом воды и ста процентами воды в расчете на общий вес растворителя.In this context, the term "aqueous solvent" refers to a solvent containing at least one percent water based on the total weight of the solvent. Therefore, an “aqueous solvent” may contain between one percent water and one hundred percent water, based on the total weight of the solvent.

В данном контексте термин «водный спирт» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент спирта в расчете на общий вес растворителя.As used herein, the term “aqueous alcohol” refers to a solvent containing at least one percent alcohol based on the total weight of the solvent.

В данном контексте термин «водный этанол» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент этанола в расчете на общий вес растворителя.As used herein, the term “aqueous ethanol” refers to a solvent containing at least one percent ethanol, based on the total weight of the solvent.

В данном контексте термин «водный метанол» относится к растворителю, содержащему, по меньшей мере, один процент метанола в расчете на общий вес растворителя.In this context, the term "aqueous methanol" refers to a solvent containing at least one percent methanol, based on the total weight of the solvent.

В данном контексте термин «сверхкритическое» вещество (например, сверхкритический растворитель) относится к веществу, которое нагрето выше его критической температуры и к которому приложено давление выше его критического давления (т.е. веществу при температуре и под давлением выше его критической точки).In this context, the term “supercritical” substance (for example, a supercritical solvent) refers to a substance that is heated above its critical temperature and to which pressure is applied above its critical pressure (ie, a substance at a temperature and pressure above its critical point).

Следует понимать, что использование термина «примерно» в данном документе в отношении излагаемого численного значения (например, температуры или давления) включает излагаемое численное значение в пределах плюс-минус десяти процентов излагаемого численного значения.It should be understood that the use of the term "about" in this document in relation to the stated numerical value (eg, temperature or pressure) includes the stated numerical value within plus or minus ten percent of the stated numerical value.

Следует понимать, что использование термина «между» в данном документе при отсылке к интервалу численных значений охватывает численные значения в каждой из конечных точек интервала. Например, температурный интервал между 10°С и 15°С включает температуры 10°С и 15°С.It should be understood that the use of the term “between” in this document when referring to an interval of numerical values encompasses numerical values at each of the end points of the interval. For example, the temperature range between 10 ° C and 15 ° C includes temperatures of 10 ° C and 15 ° C.

Любое описание документа предшествующего уровня техники, или утверждение, полученное из такого документа или основывающееся на таком документе, не является признанием того, что документ, или полученное утверждение, является частью общеизвестных знаний в связанной области техники.Any description of a prior art document, or an assertion derived from or based on such a document, does not constitute recognition that the document, or the resulting assertion, is part of well-known knowledge in the related art.

Для целей описания все документы, к которым здесь делается отсылка, объединены ссылкой в целом, если не обусловлено иное.For the purpose of description, all documents to which reference is made here are incorporated by reference as a whole, unless otherwise specified.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Современные способы производства биотоплива страдают рядом недостатков. Большинство содержит ряд этапов сложных реакций, часто требующих добавления дорогих реактивов (например, гидролитических ферментов). Дополнительно многие неспособны эффективно использовать/преобразовывать значительную часть исходного сырья. Более значительно то, что биотоплива, вырабатываемые современными технологиями, обычно имеют значительно повышенное содержание кислорода по сравнению с традиционными топливами, что снижает их удельную энергию и стабильность. Поэтому эти биотоплива трудно хранить и/или перерабатывать для нисходящих применений (например, для смешивания с обычными топливами, повышения качества). В свете этих и других ограничений немногие нынешние способы производства биотоплива обеспечивают коммерчески жизнеспособную альтернативу использованию обычных топлив.Modern methods of biofuel production suffer from a number of disadvantages. Most contain a number of complex reaction steps, often requiring the addition of expensive reagents (e.g. hydrolytic enzymes). Additionally, many are unable to effectively use / convert a significant portion of the feedstock. More significantly, biofuels produced by modern technologies usually have a significantly increased oxygen content compared to traditional fuels, which reduces their specific energy and stability. Therefore, these biofuels are difficult to store and / or process for downstream applications (for example, for mixing with conventional fuels, improving quality). In light of these and other limitations, few current biofuel production methods provide a commercially viable alternative to using conventional fuels.

Некоторые аспекты настоящего изобретения обеспечивают способы производства биотоплив из органического вещества. В отличие от существующих способов, способы производства биотоплив, описываемые здесь, включают единственную стадию, на которой материал органического субстрата преобразовывается в биотопливо. Разделение материала субстрата на различные компоненты перед выполнением способов изобретения не требуется. Дополнительно способы не требуют использования гидролитических ферментов или микроорганизмов для ферментации сахаров. Напротив, для получения биотопливного продукта материал субстрата, смешанный с водным растворителем, подвергается единственной стадии переработки в условиях повышенной температуры и давления и факультативно в присутствии специальных катализаторов. Без ограничения конкретным способом действия, постулируется, что включение катализаторов, способствующих поддержанию восстановительной среды, приводит в действие ряд реакций, в которых материал субстрата расщепляется и видоизменяется путем восстановления кислорода и введения водорода.Some aspects of the present invention provide methods for producing biofuels from organic matter. Unlike existing methods, the biofuel production methods described herein include a single step in which the material of the organic substrate is converted to biofuel. Separation of the substrate material into various components before performing the methods of the invention is not required. Additionally, the methods do not require the use of hydrolytic enzymes or microorganisms for the fermentation of sugars. On the contrary, to obtain a biofuel product, the substrate material mixed with an aqueous solvent is subjected to a single processing step under conditions of elevated temperature and pressure and optionally in the presence of special catalysts. Without limiting the specific mode of action, it has been postulated that the inclusion of catalysts that contribute to the maintenance of the reducing environment triggers a series of reactions in which the substrate material is cleaved and modified by oxygen reduction and the introduction of hydrogen.

Некоторые особенности изобретения относятся к биотопливам, произведенным по способам настоящего изобретения. Биотоплива отличаются низким содержанием кислорода, высокой удельной энергией и/или повышенной стабильностью по сравнению с биотопливами, изготавливаемыми по доступным в настоящее время способам. Соответственно, биотоплива согласно изобретению более пригодны для хранения и/или смешивания с обычными топливами (например, с дизельным топливом) и (при необходимости) их качество легче повышается до более высококачественных топливных продуктов.Some features of the invention relate to biofuels produced by the methods of the present invention. Biofuels are characterized by low oxygen content, high specific energy and / or increased stability compared to biofuels manufactured using currently available methods. Accordingly, the biofuels according to the invention are more suitable for storage and / or mixing with conventional fuels (for example, diesel fuel) and (if necessary) their quality is more easily upgraded to higher quality fuel products.

Органическое веществоOrganic matter

Настоящее изобретение обеспечивает способы конверсии органического вещества в биотопливо. В данном контексте «органическое вещество» (также именуемое здесь «органическим материалом») охватывает любое вещество, содержащее углерод, в том числе и окаменелые, и неокаменелые формы вещества, содержащие углерод.The present invention provides methods for converting organic matter to biofuels. In this context, “organic matter” (also referred to herein as “organic material”) encompasses any substance containing carbon, including fossilized and non-fossilized forms of substance containing carbon.

Ограничений в отношении конкретного типа органического вещества, используемого в способах изобретения, не существует, хотя предполагается, что некоторые формы органического вещества могут быть более подходящими чем другие.There are no restrictions on the specific type of organic substance used in the methods of the invention, although it is contemplated that some forms of organic matter may be more suitable than others.

Органическое вещество, используемое в способах изобретения, может представлять собой природные органические материалы (например, древесно-волокнистую биомассу, или ископаемые топливные материалы, в том числе лигнит, горючий сланец, торф и т.п.) или синтетические органические материалы (например, синтетические каучуки, пластмассы, нейлоны и т.п.).The organic material used in the methods of the invention can be natural organic materials (e.g., wood-fiber biomass, or fossil fuel materials, including lignite, oil shale, peat, etc.) or synthetic organic materials (e.g. synthetic rubbers, plastics, nylons, etc.).

Органический материал, используемый в способах изобретения, может представлять собой окаменелый органический материал (например, лигнит), неокаменелый органический материал (например, древесно-волокнистое вещество) или их смесь.The organic material used in the methods of the invention may be fossilized organic material (e.g., lignite), non-fossilized organic material (e.g., wood-fiber material), or a mixture thereof.

Следует понимать, что органический материал может содержать смеси двух или большего количества различных типов природных органических материалов, двух или более различных типов синтетических органических материалов или смесь природных и синтетических органических материалов. Не существует ограничения в отношении конкретного соотношения различных компонентов в смеси.It should be understood that the organic material may contain mixtures of two or more different types of natural organic materials, two or more different types of synthetic organic materials, or a mixture of natural and synthetic organic materials. There is no limitation on the specific ratio of the various components in the mixture.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения, органическое вещество, используемое в способах изобретения, содержит окаменелое органическое вещество. «Окаменелое органическое вещество», как подразумевается в данном документе, охватывает любой органический материал, который был подвергнут геотермальному давлению и температуре в течение некоторого промежутка времени, достаточного для удаления воды и концентрирования углерода до значительных уровней. Например, окаменелый органический материал может содержать более чем примерно 10% вес., 20% вес., 30% вес., 40% вес., 50% вес., 60% вес., 70% вес., 75% вес., 80% вес., 85% вес., 90% вес. или 95% вес. углерода. Предпочтительно, окаменелый органический материал может содержать более чем примерно 50% вес. углерода, более чем примерно 60% вес. углерода или более чем примерно 70% вес. углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры таких материалов содержат угли (например, антрациты, такие как графит, антрацит и полуантрацит; битуминозные угли; полубитуминозные угли; лигнит (т.е. бурый уголь), коксующийся уголь, каменноугольную смолу, производные каменноугольной смолы, полукокс), коксы (например, высокотемпературный кокс, литейный кокс, низко- и среднетемпературный кокс, пековый кокс, нефтяной кокс, кокс, произведенный в коксовой печи, коксовая мелочь, газовый кокс, буроугольный кокс, полукокс), торф (например, фрезерный торф, пластовой торф), кероген, нефтеносные пески, горючий сланец, сланцевый деготь, асфальты, асфальтины, природный битум, битуминозные пески, или любую их комбинацию.In some preferred embodiments of the invention, the organic substance used in the methods of the invention contains fossilized organic matter. "Petrified organic matter", as implied herein, covers any organic material that has been subjected to geothermal pressure and temperature for a period of time sufficient to remove water and concentrate carbon to significant levels. For example, fossilized organic material may contain more than about 10% by weight, 20% by weight, 30% by weight, 40% by weight, 50% by weight, 60% by weight, 70% by weight, 75% by weight, 80% by weight, 85% by weight, 90% by weight. or 95% weight. carbon. Preferably, the fossilized organic material may contain more than about 50% by weight. carbon, more than about 60% weight. carbon or more than about 70% weight. carbon. Non-limiting examples of such materials contain coal (e.g., anthracite such as graphite, anthracite and semi-anthracite; bituminous coal; semi-bituminous coal; lignite (i.e. brown coal), coking coal, coal tar, coal tar derivatives, semi-coke) cokes (e.g., high-temperature coke, foundry coke, low- and medium-temperature coke, pitch coke, petroleum coke, coke produced in coke oven, coke breeze, gas coke, brown coal coke, semi-coke), peat (e.g. milling torus f, formation peat), kerogen, oil sands, oil shale, shale tar, asphalts, asphalts, natural bitumen, tar sands, or any combination thereof.

В других предпочтительных вариантах осуществления органическое вещество, используемое в способах изобретения, содержит древесно-волокнистое вещество. В данном контексте «древесно-волокнистое вещество» относится к любому веществу, содержащему лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу.In other preferred embodiments, the organic material used in the methods of the invention comprises a wood fiber material. As used herein, “wood fiber” refers to any substance containing lignin, cellulose and hemicellulose.

Например, древесно-волокнистое вещество может представлять собой древесное растение или его компонент. Не имеющие ограничительного характера примеры пригодных древесных растений включают сосну (например, сосну лучистую), березу, эвкалипт, бамбук, бук, ель, пихту, кедр, тополь, иву и осину. Древесные растения могут представлять собой порослевые лесные растения (например, порослевую иву, порослевую осину).For example, the wood-fiber material may be a woody plant or a component thereof. Non-limiting examples of suitable woody plants include pine (e.g., radiant pine), birch, eucalyptus, bamboo, beech, spruce, fir, cedar, poplar, willow and aspen. Arboreal plants can be spruce forest plants (e.g., willow shoots, aspen shoots).

Дополнительно или в качестве альтернативы, древесно-волокнистое вещество может представлять собой волокнистое растение или его компонент. Не имеющие ограничительного характера примеры волокнистых растений (или их компонентов) содержат злаковые травы (например, просо прутьевидное), свежескошенные травы, лен, початки кукурузы, кукурузную солому, тростник, бамбук, жмых, коноплю посевную, мексиканскую агаву, джут, коноплю, коноплю посевную, солому, пшеничную солому, абака, хлопчатник, кенаф, рисовую шелуху и кокосовые волокна.Additionally or alternatively, the wood-fiber material may be a fiber plant or a component thereof. Non-limiting examples of fibrous plants (or their components) include cereal herbs (e.g., millet twig), freshly cut grasses, flax, corn cobs, corn straw, reeds, bamboo, oilcake, hemp seed, Mexican agave, jute, hemp, hemp sowing, straw, wheat straw, abacus, cotton, kenaf, rice husk and coconut fibers.

Дополнительно или в качестве альтернативы, древесно-волокнистое вещество может быть получено из сельскохозяйственного источника. Не имеющие ограничительного характера примеры древесно-волокнистого вещества из сельскохозяйственных источников содержат сельскохозяйственные культуры, остатки сельскохозяйственных культур и отходы предприятий переработки зерна (например, оболочки пшеницы/овса, высевки кукурузы и т.д.). В общем, древесно-волокнистое вещество из сельскохозяйственных источников может содержать твердую древесину, мягкую древесину, стволы твердой древесины, стволы мягкой древесины, ореховую скорлупу, ветви, кусты, побеги, зерно, кукурузную солому, обертки початков кукурузы, энергетические сельскохозяйственные культуры, лесные ресурсы, плоды, цветки, зерно, злаковые травы, зеленые культуры, пшеничную солому, просо прутьевидное, иву, жмых сахарного тростника, бородки хлопкового зерна, листву, кору, хвою, необработанный лесоматериал, корни, побеги, лесные культуры с коротким оборотом рубки, кустарники, просо прутьевидное, деревья, лозу, навоз крупного рогатого скота, отходы свиноводства.Additionally or alternatively, wood-fiber material can be obtained from an agricultural source. Non-limiting examples of wood-fiber material from agricultural sources include crops, crop residues, and waste from grain processing plants (e.g., wheat / oat shells, maize seed, etc.). In general, wood fiber material from agricultural sources may contain hardwood, softwood, hardwood trunks, softwood trunks, nutshells, branches, shrubs, shoots, grain, corn straw, corn cobs, energy crops, forest resources , fruits, flowers, grain, cereal grasses, green crops, wheat straw, sticky millet, willow, sugarcane cake, cotton beard, foliage, bark, needles, raw timber, roots, seeds gi, forest plantations with short rotation, shrubs, switchgrass, trees, vines, cattle manure, pig waste.

Дополнительно или в качестве альтернативы, древесно-волокнистое вещество может быть получено из эксплуатационных или девственных лесов (например, деревьев, побегов, остатков переработки строевого леса или лесных массивов, таких отходов древесины, как ветви, листья, кора, бревна, корни, листья, и продуктов, полученных при переработке таких материалов, потоков отходов или субпродуктов от лесоматериалов, брака и обрезков с лесопилок и бумажных фабрик, опилок и древесностружечной плиты).Additionally or alternatively, the wood-fiber material can be obtained from production or virgin forests (e.g. trees, shoots, timber processing residues or forests, such wood waste as branches, leaves, bark, logs, roots, leaves, and products obtained from the processing of such materials, waste streams or offal from timber, rejects and scraps from sawmills and paper mills, sawdust and particle boards).

Дополнительно или в качестве альтернативы, в качестве источника древесно-волокнистого материала могут использоваться промышленные изделия и субпродукты. Не имеющие ограничительного характера примеры содержат связанные с древесиной материалы и отходы древесины и промышленные изделия (например, техническая целлюлоза, пульпа для изготовления бумаги (например, газетной бумаги), картон, текстильные изделия и ткани, декстран и вискозное волокно).Additionally or alternatively, industrial products and by-products can be used as a source of wood-fiber material. Non-limiting examples include wood-related materials and wood waste and industrial products (e.g., pulp, pulp for paper (e.g. newsprint), cardboard, textiles and fabrics, dextran and viscose fiber).

Следует понимать, что органический материал, используемый в способах изобретения, может содержать смесь двух или более различных типов древесно-волокнистого вещества, включая любую комбинацию представленных выше отдельных примеров.It should be understood that the organic material used in the methods of the invention may contain a mixture of two or more different types of wood fiber material, including any combination of the individual examples presented above.

Относительная пропорция лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в исходном образце будет зависеть от природы древесно-волокнистого материала.The relative proportion of lignin, hemicellulose and cellulose in the original sample will depend on the nature of the wood-fiber material.

Только для примера, доля гемицеллюлозы в древесном или волокнистом растении, используемом в способах изобретения, может быть между примерно 15% и примерно 40%, доля целлюлозы может быть между примерно 30% и примерно 60%, и доля лигнина может быть между примерно 5% и примерно 40%. Предпочтительно, доля гемицеллюлозы в древесном или волокнистом растении, используемом в способах изобретения, может быть между примерно 23% и примерно 32%, доля целлюлозы может быть между примерно 38% и примерно 50%, и доля лигнина может быть между примерно 15% и примерно 25%.By way of example only, the proportion of hemicellulose in a woody or fibrous plant used in the methods of the invention can be between about 15% and about 40%, the proportion of cellulose can be between about 30% and about 60%, and the lignin fraction can be between about 5% and about 40%. Preferably, the proportion of hemicellulose in the woody or fibrous plant used in the methods of the invention can be between about 23% and about 32%, the proportion of cellulose can be between about 38% and about 50%, and the proportion of lignin can be between about 15% and about 25%

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество, используемое в способах изобретения, может содержать между примерно 2% и примерно 35% лигнина, между примерно 15% и примерно 45% целлюлозы, и между примерно 10% и примерно 35% гемицеллюлозы.In some embodiments, the wood-fiber material used in the methods of the invention may contain between about 2% and about 35% lignin, between about 15% and about 45% cellulose, and between about 10% and about 35% hemicellulose.

В других вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество, используемое в способах изобретения, может включать между примерно 20% и примерно 35% лигнина, между примерно 20% и примерно 45% целлюлозы, между примерно 20% и примерно 35% гемицеллюлозы.In other embodiments, the wood-fiber material used in the methods of the invention may include between about 20% and about 35% lignin, between about 20% and about 45% cellulose, between about 20% and about 35% hemicellulose.

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество может содержать более чем примерно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% или 50% лигнина.In some embodiments, the wood-fiber material may contain more than about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, or 50% lignin.

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество может содержать более чем примерно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% или 50% целлюлозы.In some embodiments, the wood fiber may contain more than about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, or 50% cellulose.

В некоторых вариантах осуществления изобретения древесно-волокнистое вещество может содержать более чем примерно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% или 50% гемицеллюлозы.In some embodiments, the wood fiber may contain more than about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, or 50% hemicellulose.

Специалист признает, что способы, описанные в данном документе, не ограничиваются относительными пропорциями лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в исходном источнике древесно-волокнистого вещества.One skilled in the art will recognize that the methods described herein are not limited to the relative proportions of lignin, hemicellulose and cellulose in the original source of wood-fiber material.

Органическое вещество, используемое в способах изобретения, может содержать смесь окаменелого органического вещества и неокаменелого органического вещества (например, древесно-волокнистого вещества). Не имеющие ограничивающего характера примеры пригодного окаменелого и неокаменелого органического вещества, которое может быть включено в смесь, представлены в абзацах выше. Следует понимать, что не существует ограничения в отношении относительной пропорции окаменелого и неокаменелого органического вещества в смеси.The organic substance used in the methods of the invention may contain a mixture of fossilized organic matter and non-fossilized organic matter (e.g., wood fiber). Non-limiting examples of suitable fossilized and non-fossilized organic matter that may be included in the mixture are presented in the paragraphs above. It should be understood that there is no restriction on the relative proportion of fossilized and non-fossilized organic matter in the mixture.

В некоторых вариантах осуществления изобретения смесь содержит лигнит (бурый уголь) и древесно-волокнистое вещество. Древесно-волокнистое вещество смеси может, например, содержать материал древесного растения и/или материал волокнистого растения. Доля лигнита в смеси может быть больше чем примерно 20%, 40%, 60% или 80%. В альтернативном варианте доля древесно-волокнистого вещества в смеси может быть больше чем примерно 20%, 40%, 60% или 80%.In some embodiments, the mixture comprises lignite (brown coal) and wood fiber. The woody fibrous material of the mixture may, for example, contain woody plant material and / or fibrous plant material. The proportion of lignite in the mixture may be more than about 20%, 40%, 60% or 80%. Alternatively, the proportion of wood-fiber material in the mixture may be greater than about 20%, 40%, 60%, or 80%.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления органическое вещество, используемое в способах изобретения, содержит углеродсодержащие полимерные материалы, не имеющие ограничивающего характера примеры которых содержат каучуки (например, покрышки), пластмассы и полиамиды (например, нейлоны).In some preferred embodiments, the organic material used in the methods of the invention comprises carbon-containing polymeric materials, non-limiting examples of which include rubbers (e.g., tires), plastics, and polyamides (e.g., nylons).

Не имеющие ограничивающего характера примеры пригодных каучуков содержат натуральные и синтетические каучуки, такие как полиуретаны, стирольные каучуки, неопрены, полибутадиен, фторкаучуки, бутилкаучуки, силоксановые каучуки, плантационный каучук, акрилатные каучуки, тиоколы и нитриловые каучуки.Non-limiting examples of suitable rubbers include natural and synthetic rubbers such as polyurethanes, styrene rubbers, neoprene, polybutadiene, fluororubber, butyl rubbers, siloxane rubbers, plantation rubbers, acrylate rubbers, thiocols and nitrile rubbers.

Не имеющие ограничивающего характера примеры подходящих пластмасс содержат ПВХ, полиэтилен, полистирол, терефталат, полиэтилен и полипропилен.Non-limiting examples of suitable plastics include PVC, polyethylene, polystyrene, terephthalate, polyethylene and polypropylene.

Органическое вещество, используемое в способах изобретения, может включать углеродсодержащие отходы, такие как сточные воды, компост или отходы промышленности или домашних хозяйств.The organic material used in the methods of the invention may include carbonaceous waste, such as wastewater, compost, or industrial or household waste.

Предварительная обработка органического веществаOrganic matter pretreatment

Органическое вещество, используемое в способах изобретения факультативно может быть обработано перед выполнением конверсии вещества в биотопливо.The organic substance used in the methods of the invention can optionally be processed before converting the substance to biofuel.

Следует признавать, что для выполнения этапа предварительной обработки при использовании способов изобретения нет жестких требований. Например, предварительная обработка органического вещества может не требоваться, если оно получено в форме жидкости или в форме твердых частиц. Однако предполагается, что во многих случаях предварительная обработка органического вещества может оказаться преимущественной для улучшения результата описанных здесь способов производства биотоплива.It should be recognized that there are no stringent requirements for the pre-processing step when using the methods of the invention. For example, pretreatment of an organic substance may not be required if it is obtained in the form of a liquid or in the form of solid particles. However, it is contemplated that in many cases, pretreatment of organic matter may be advantageous in improving the outcome of the biofuel production methods described herein.

В общем, предварительная обработка может использоваться для того, чтобы разрушить физическую и/или химическую структуру органического вещества, делая его более доступным для различных реактивов, используемых в способах изобретения (например, водного растворителя, катализатора) и/или других параметров реакции (например, теплоты и давления). В некоторых вариантах осуществления изобретения предварительная обработка органического вещества может выполняться с целью повышения растворимости, повышения пористости и/или снижения кристалличности сахаросодержащих компонентов (например, целлюлозы). Предварительная обработка органического вещества может выполняться с использованием такого устройства, как, например, экструдер, герметичная емкость или периодический реактор.In general, pretreatment can be used to disrupt the physical and / or chemical structure of organic matter, making it more accessible to various reagents used in the methods of the invention (e.g., aqueous solvent, catalyst) and / or other reaction parameters (e.g., heat and pressure). In some embodiments, pretreatment of the organic material may be performed to increase solubility, increase porosity, and / or reduce the crystallinity of sugar-containing components (e.g., cellulose). Pretreatment of organic matter can be carried out using a device such as, for example, an extruder, a sealed container or a batch reactor.

Предварительная обработка органического вещества может содержать физические методы, не имеющие ограничительный характер примеры которых включают дробление, скалывание, измельчение, фрезерование (например, фрезерование в вибрирующей шаровой мельнице), сжатие/расширение, встряхивание и/или обработку импульсным электрическим полем (PEF).Pretreatment of organic matter may include physical methods, non-limiting examples of which include crushing, chipping, grinding, milling (e.g., milling in a vibrating ball mill), compression / expansion, shaking and / or pulsed electric field (PEF) treatment.

Дополнительно или в качестве альтернативы, предварительная обработка органического вещества может содержать физико-химические способы, не имеющие ограничительный характер примеры которых включают пиролиз, паровой взрыв, разрушение целлюлозы аммиаком (AFEX), циклическую фильтрацию аммиака (ARP) и/или взрыв углекислого газа. Например, паровой взрыв вызывает подвергание воздействию органического вещества действию пара высокого давления в замкнутой среде перед тем, как результирующий продукт выделяется взрывом под атмосферное давление. Предварительная обработка паровым взрывом может дополнительно вызвать перемешивание органического вещества.Additionally or alternatively, the pretreatment of the organic material may include physicochemical methods, non-limiting examples of which include pyrolysis, steam explosion, ammonia cellulose destruction (AFEX), ammonia cyclic filtration (ARP) and / or carbon dioxide explosion. For example, a steam explosion causes an organic substance to be exposed to high pressure vapor in a closed environment before the resulting product is released by explosion under atmospheric pressure. Steam explosion pretreatment can additionally cause the mixing of organic matter.

Дополнительно или в качестве альтернативы, предварительная обработка органического вещества может содержать химические способы, не имеющие ограничительный характер примеры которых включают озонолиз, кислотный гидролиз (например, гидролиз разбавленной кислотой с использованием H2SO4 и/или HCl), щелочной гидролиз (например, гидролиз разбавленными щелочами с использованием гидроксидов натрия, калия, кальция и/или аммония), окислительная делигнификация (т.е. биологическое разложение лигнина, катализируемое пероксидазным ферментом в присутствии H2O2) и/или способ органосольватации (т.е. использование смеси органического растворителя с неорганическим кислотным катализатором, таким как H2SO4 и/или HCl, для разрушения связей лигнин-гемицеллюлоза).Additionally or alternatively, pretreatment of the organic material may include chemical methods, non-limiting examples of which include ozonolysis, acid hydrolysis (e.g. diluted acid hydrolysis using H2SOfourand / or HCl), alkaline hydrolysis (e.g. diluted alkali hydrolysis using sodium, potassium, calcium and / or ammonium hydroxides), oxidative delignification (i.e., biological decomposition of lignin catalyzed by a peroxidase enzyme in the presence of H2O2) and / or an organosolvation process (i.e., using a mixture of an organic solvent with an inorganic acid catalyst such as H2SOfour and / or HCl, for breaking lignin-hemicellulose bonds).

Дополнительно или в качестве альтернативы, предварительная обработка органического вещества может содержать биологические способы, не имеющие ограничительный характер примеры которых включают добавление микроорганизмов (например, гниение грибов), способных разлагать/вызывать распад некоторого компонента (компонентов) органического вещества.Additionally or alternatively, the pretreatment of the organic matter may include biological methods, non-limiting examples of which include the addition of microorganisms (e.g. rotting fungi) capable of decomposing / causing the decomposition of some component (s) of the organic matter.

В предпочтительных вариантах осуществления органическое вещество, используемое в способах изобретения, предусматривается в форме суспензии. Суспензия может создаваться, например, путем генерирования органического вещества в форме твердых частиц (например, теми физическими способами, которые упоминались выше, и/или другими средствами) и ее смешивания с соответствующей жидкостью (например, с водным растворителем).In preferred embodiments, the organic substance used in the methods of the invention is provided in the form of a suspension. A suspension can be created, for example, by generating organic matter in the form of solid particles (for example, by those physical methods mentioned above and / or other means) and mixing it with an appropriate liquid (for example, with an aqueous solvent).

Оптимальный размер частиц твердых компонентов и оптимальная концентрация твердых веществ в суспензии могут зависеть от таких факторов, как, например, теплопроводность используемого органического вещества (т.е. скорость, с которой тепло может передаваться в отдельные частицы и сквозь отдельные частицы), требуемые реологические свойства суспензии и/или совместимость суспензии с компонентом/компонентами заданного устройства, в котором могут выполняться способы изобретения (например, с трубопроводом реактора). Оптимальный размер частиц и/или концентрация твердых компонентов в суспензии, используемой в способах изобретения, может быть легко определена специалистом в данной области с использованием стандартных технологий. Например, может генерироваться ряд суспензий, каждый образец ряда содержит частицы отличающегося размера и/или отличающуюся в сравнении с другими образцами концентрацию твердых компонентов. Каждая суспензия может затем обрабатываться в соответствии со способами изобретения с сохраняющимся набором условий реакции. Оптимальный размер частиц и/или концентрация твердых компонентов может затем определяться при анализе и сравнении продуктов, генерируемых из каждой суспензии с использованием стандартных для данной области способов.The optimal particle size of the solid components and the optimal concentration of solids in the suspension may depend on factors such as, for example, the thermal conductivity of the organic substance used (i.e., the rate at which heat can be transferred to individual particles and through individual particles), the required rheological properties suspensions and / or compatibility of the suspension with the component (s) of a given device in which the methods of the invention can be carried out (for example, with a reactor pipe). The optimal particle size and / or concentration of solid components in the suspension used in the methods of the invention can be easily determined by a person skilled in the art using standard techniques. For example, a series of suspensions can be generated, each sample of the series contains particles of a different size and / or concentration of solid components that is different in comparison with other samples. Each suspension can then be processed in accordance with the methods of the invention with a continuing set of reaction conditions. The optimal particle size and / or concentration of solid components can then be determined by analyzing and comparing products generated from each suspension using methods standard for the art.

В некоторых вариантах осуществления изобретения размер частиц твердых компонентов в суспензии может быть между примерно 10 микрон и примерно 10000 микрон. Например, размер частиц может быть больше чем примерно 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 или 9000 микрон. В качестве альтернативы размер частиц может быть меньше чем примерно 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 или 9000 микрон. В некоторых вариантах осуществления размер частиц находится между примерно 10 микрон и примерно 50 микрон, между примерно 10 микрон и примерно 100 микрон, между примерно 10 микрон и примерно 200 микрон, между примерно 10 микрон и примерно 500 микрон, между примерно 10 микрон и примерно 750 микрон или между примерно 10 микрон и примерно 1000 микрон. В других вариантах осуществления размер частиц находится между примерно 100 микрон и примерно 1000 микрон, между примерно 100 микрон и примерно 750 микрон, между примерно 100 микрон и примерно 500 микрон или между примерно 100 микрон и примерно 250 микрон.In some embodiments, the particle size of the solid components in the suspension may be between about 10 microns and about 10,000 microns. For example, the particle size may be greater than about 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 or 9000 microns. Alternatively, the particle size may be less than about 50, 100, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 or 9000 microns. In some embodiments, the particle size is between about 10 microns and about 50 microns, between about 10 microns and about 100 microns, between about 10 microns and about 200 microns, between about 10 microns and about 500 microns, between about 10 microns and about 750 microns or between about 10 microns and about 1000 microns. In other embodiments, the implementation of the particle size is between about 100 microns and about 1000 microns, between about 100 microns and about 750 microns, between about 100 microns and about 500 microns, or between about 100 microns and about 250 microns.

В некоторых вариантах осуществления изобретения концентрация твердого вещества в суспензии может быть выше чем, около 50% в отношении веса к объему. В качестве альтернативы концентрация твердого вещества может быть ниже чем, примерно 50% в отношении веса к объему, ниже чем, примерно 40% в отношении веса к объему, ниже чем, примерно 30% в отношении веса к объему, ниже чем, примерно 20% в отношении веса к объему, ниже чем, около 10% в отношении веса к объему или ниже чем, около 5% в отношении веса к объему. В некоторых вариантах осуществления концентрация твердого вещества может находиться между примерно 2% в отношении веса к объему и примерно 30% в отношении веса к объему, между примерно 2% в отношении веса к объему и примерно 20% в отношении веса к объему, между примерно 2% в отношении веса к объему и примерно 10% в отношении веса к объему, между примерно 5% в отношении веса к объему и примерно 10% в отношении веса к объему, между примерно 5% в отношении веса к объему и примерно 20% в отношении веса к объему или между примерно 1% в отношении веса к объему и примерно 10% в отношении веса к объему.In some embodiments, the concentration of solids in the suspension may be higher than about 50% in terms of weight to volume. Alternatively, the concentration of solids may be lower than, about 50% in terms of weight to volume, lower than, about 40% in terms of weight to volume, lower than, about 30% in terms of weight to volume, lower than, about 20% in terms of weight to volume, lower than about 10% in terms of weight to volume or lower than, about 5% in terms of weight to volume. In some embodiments, the implementation of the concentration of solids may be between about 2% in terms of weight to volume and about 30% in terms of weight to volume, between about 2% in terms of weight to volume and about 20% in terms of weight to volume, between about 2 % in terms of weight to volume and about 10% in terms of weight to volume, between about 5% in terms of weight to volume and about 10% in terms of weight to volume, between about 5% in terms of weight to volume and about 20% in terms of weight to volume or between about 1% in relation to weight to volume, etc. approximately 10% in terms of weight to volume.

В некоторых вариантах осуществления органическим веществом, используемым в способах изобретения, является древесно-волокнистое вещество, подвергнутое необязательному этапу предварительной обработки, на котором извлекается гемицеллюлоза. Соответственно, большая часть гемицеллюлозы (или более того вся гемицеллюлоза) может извлекаться из древесно-волокнистого вещества и оставшийся материал (содержащий преимущественно целлюлозу и лигнин) используется для производства биотоплива по способам изобретения. Однако следует понимать, что эта предварительная обработка факультативна, и при выполнении способов изобретения не существует требования отделения гемицеллюлозы от древесно-волокнистого вещества. Подходящие способы отделения гемицеллюлозы от древесно-волокнистого вещества описаны, например, в публикации РСТ № WO/2010/034055, содержимое которой ссылкой полностью включается в настоящий документ.In some embodiments, the organic material used in the methods of the invention is a wood fiber material subjected to an optional pretreatment step in which hemicellulose is recovered. Accordingly, most of the hemicellulose (or even all of the hemicellulose) can be extracted from the wood-fiber material and the remaining material (containing mainly cellulose and lignin) is used to produce biofuel according to the methods of the invention. However, it should be understood that this pre-treatment is optional, and when performing the methods of the invention, there is no requirement to separate the hemicellulose from the wood-fiber material. Suitable methods for separating hemicellulose from a fibrous material are described, for example, in PCT publication No. WO / 2010/034055, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

Например, гемицеллюлоза может извлекаться из древесно-волокнистого вещества путем подвергания суспензии, содержащей древесно-волокнистое вещество (например, с концентрацией твердых веществ 5-15% в отношении веса к объему), обработке слабой водной кислотой (например, с рН 6,5-6,9) при температуре между примерно 100°С и примерно 250°С, реактивном давлении между примерно 2 атмосфер и примерно 50 атмосфер, в течении времени между примерно 5 минут и примерно 20 минут. Растворимый гемицеллюлозный компонент может быть отделен от остального твердого вещества (содержащего преимущественно целлюлозу и лигнин) с использованием любых подходящих средств (например, путем использования фильтра соответствующего размера). Оставшееся твердое вещество может непосредственно использоваться в способах изобретения или, в качестве альтернативы, для использования в способах изобретения оно может смешиваться с одной или несколькими другими формами органического вещества (например, с лигнитом).For example, hemicellulose can be removed from a fibrous substance by subjecting a suspension containing wood fibrous substance (for example, with a solids concentration of 5-15% by weight to volume), treatment with weak aqueous acid (for example, with a pH of 6.5- 6.9) at a temperature between about 100 ° C and about 250 ° C, a reactive pressure between about 2 atmospheres and about 50 atmospheres, for a period of time between about 5 minutes and about 20 minutes. The soluble hemicellulosic component can be separated from the rest of the solid (containing predominantly cellulose and lignin) using any suitable means (for example, by using a filter of an appropriate size). The remaining solid can be directly used in the methods of the invention or, alternatively, for use in the methods of the invention, it can be mixed with one or more other forms of organic matter (for example, lignite).

Производство биотопливаBiofuel production

Способы изобретения предусматривают средства генерирования биотоплива из органического вещества. В общем, способы требуют обработки органического вещества водным растворителем в условиях повышенной температуры и давления и, факультативно, в присутствии катализаторов, которые поддерживают восстановительную среду.The methods of the invention include means for generating biofuels from organic matter. In general, the methods require treating the organic material with an aqueous solvent under conditions of elevated temperature and pressure and, optionally, in the presence of catalysts that support the reducing medium.

Предполагаемые механизмы реакцийPutative reaction mechanisms

Без ограничения конкретным механистическим описанием, предполагается, что органическое вещество, используемое в способах изобретения, разлагается (т.е. претерпевает превращение из твердого вещества в жидкость), в первую очередь, путем кислотно- и/или основно-катализируемого гидролиза. Реакции гидролиза могут опосредоваться водными катионами (гидроксоний) и анионами (гидроксид), диссоциирующими из молекул воды при повышенной температуре и давлении. Гидролиз органического субстрата также может облегчаться путем включения в смесь органического вещества и водного растворителя добавочных кислотных и/или основных катализаторов. Примеры реакций, которые могут быть вызваны для гидролиза материала, включают преобразование гликозидных и/или простых эфирных связей органического вещества в спирты и преобразование сложных эфиров органического вещества в карбоновые кислоты и спирты.Without limiting to a specific mechanistic description, it is assumed that the organic substance used in the methods of the invention decomposes (i.e., undergoes conversion from a solid to a liquid), primarily by acid and / or basic catalyzed hydrolysis. Hydrolysis reactions can be mediated by aqueous cations (hydroxonium) and anions (hydroxide), which dissociate from water molecules at elevated temperature and pressure. The hydrolysis of the organic substrate can also be facilitated by the inclusion of additional acidic and / or basic catalysts in the mixture of the organic substance and the aqueous solvent. Examples of reactions that can be caused to hydrolyze a material include the conversion of glycoside and / or ether linkages of an organic substance to alcohols and the conversion of esters of an organic substance to carboxylic acids and alcohols.

В некоторых вариантах осуществления водными растворителями, используемыми в способах изобретения, являются водные спирты. Предполагается, что при повышенной температуре и давлении спирты, присутствующие в растворителе, могут разлагать органическое вещество путем спиртового гидролиза. Дополнительные функции спиртов (если они присутствуют) в водном растворителе могут содержать набухание органического вещества с целью стимулирования большей реакционной способности и/или удаления гидролизованных частиц с поверхности вещества для того, чтобы обнажить свежую поверхность, которая может гидролизоваться дальше (посредством чего увеличивается общая доля выхода). Спирты в водном растворителе также могут выступать в качестве радикальных модификаторов, снижая частоту и/или жесткость нежелательных побочных радикальных реакций (например, полимеризаций).In some embodiments, aqueous solvents used in the methods of the invention are aqueous alcohols. It is believed that at elevated temperatures and pressures, the alcohols present in the solvent can decompose organic matter by alcohol hydrolysis. Additional functions of alcohols (if present) in an aqueous solvent may contain swelling of the organic substance in order to stimulate greater reactivity and / or remove hydrolyzed particles from the surface of the substance in order to expose a fresh surface that can hydrolyze further (thereby increasing the total yield ) Alcohols in an aqueous solvent can also act as radical modifiers, reducing the frequency and / or stiffness of unwanted radical side reactions (e.g. polymerizations).

Также предполагается, что конверсия органического вещества в биотопливо при помощи способов изобретения содержит удаление кислорода из вещества. И снова, без привязки к конкретными механистическим путям, предполагается, что включение специальных катализаторов в смесь водного растворителя и органического вещества при обработке и/или термическом катализе вещества облегчает реакции элиминирования (дегидратации) (т.е. элиминирования воды с образованием двойных связей), реакций декарбоксилирования (т.е. удаления карбоксильной группы (групп) из соединений органического вещества в виде диоксида углерода) и/или реакций декарбонилирования (т.е. удаления моноксида углерода из альдегидов), каждая из которых при обработке может способствовать удалению кислорода из соединений, присутствующих в органическом веществе.It is also assumed that the conversion of organic matter to biofuel using the methods of the invention contains the removal of oxygen from the substance. And again, without reference to specific mechanistic paths, it is assumed that the inclusion of special catalysts in a mixture of an aqueous solvent and organic matter during processing and / or thermal catalysis of a substance facilitates the elimination (dehydration) reactions (i.e. elimination of water with the formation of double bonds), decarboxylation reactions (i.e., removal of the carboxyl group (s) from organic compounds in the form of carbon dioxide) and / or decarbonylation reactions (i.e. removal of carbon monoxide from aldehydes) , each of which, when processed, can contribute to the removal of oxygen from compounds present in organic matter.

Дополнительно предполагаемым механизмом, вносящим вклад в конверсию органического вещества в биотопливо, является гидрирование соединений в органическом веществе. Гидрирование может упрощаться специальными катализаторами, добавляемыми при обработке к смеси водного растворителя и органического вещества. Без ограничения конкретными механизмами, катализаторы предложены для облегчения:An additionally proposed mechanism contributing to the conversion of organic matter to biofuels is the hydrogenation of compounds in organic matter. Hydrogenation can be simplified by special catalysts added during processing to a mixture of an aqueous solvent and organic matter. Without being limited to specific mechanisms, catalysts are provided to facilitate:

(i) гидрирования путем переноса водорода альдегидов, кетонов и/или ненасыщенных или ароматических систем в соединениях органического вещества с выходом спирта (из которых кислород может затем быть удален путем дегидратации, т.е. элиминирования воды) и насыщенных фрагментов; и/или(i) hydrogenation by transferring hydrogen of aldehydes, ketones and / or unsaturated or aromatic systems in compounds of organic matter with the release of alcohol (from which oxygen can then be removed by dehydration, i.e. elimination of water) and saturated fragments; and / or

(ii) прямого гидрирования альдегидов, кетонов и/или ненасыщенных или ароматических систем с выходом спиртов (которые затем могут элиминироваться путем удаления кислорода) и насыщенных фрагментов.(ii) direct hydrogenation of aldehydes, ketones and / or unsaturated or aromatic systems with the release of alcohols (which can then be eliminated by removal of oxygen) and saturated fragments.

Гидрирование и последующая дегидратация могут происходить в каскадной системе реакции (именуемой гидродеоксигенированием).Hydrogenation and subsequent dehydration can occur in a cascade reaction system (referred to as hydrodeoxygenation).

Предполагается, что водород в этой системе может делаться доступным путем газификации органического вещества (и спиртов, если они присутствуют в водном растворителе), давая смесь водорода, моноксида углерода и воды, последние два могут затем претерпевать реакцию конверсии водяного газа с образованием молекулярного водорода и диоксида углерода. Кроме того, моноксид углерода, возникающий в результате газификации, по замыслу взаимодействует со специальными катализаторами (например, гидроксидом натрия или гидроксидом калия), которые при обработке могут добавляться к смеси водного растворителя и органического вещества, с образованием формиата (например, формиата натрия или формиата калия). Образующийся таким образом формиат может выступать как агент переноса водорода, облегчая гидрирование соединений в органическом материале. Другими агентами переноса водорода, которые могут генерироваться путем разложения органического вещества, могут являться кислоты с низкой молекулярной массой, в особенности, муравьиная, уксусная и щавелевая кислоты.It is assumed that hydrogen in this system can be made available by gasification of organic matter (and alcohols, if present in an aqueous solvent), giving a mixture of hydrogen, carbon monoxide and water, the last two can then undergo a water gas conversion reaction to form molecular hydrogen and dioxide carbon. In addition, carbon monoxide resulting from gasification is designed to interact with special catalysts (for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide), which during processing can be added to a mixture of an aqueous solvent and organic matter to form formate (for example, sodium formate or formate potassium). The formate thus formed can act as a hydrogen transfer agent, facilitating the hydrogenation of compounds in organic material. Other hydrogen transfer agents that can be generated by decomposing organic matter can be low molecular weight acids, in particular formic, acetic and oxalic acids.

В общем, и снова без ограничения конкретными способами действия, по замыслу частичная газификация реакционноспособных химических частиц в присутствии катализаторов, описываемых в данном документе, приводит в действие каскад взаимосвязанных реакций, кульминацией которых является генерирование биотоплива с высокой энергией и стабильностью.In general, and again without limitation to specific modes of action, the intent is to partially gasify reactive chemical particles in the presence of the catalysts described in this document, activates a cascade of interrelated reactions, the culmination of which is the generation of biofuels with high energy and stability.

В общем, по замыслу стабильность (и высокая удельная энергия) биотоплив, изготавливаемых по способам изобретения, возникает, по меньшей мере, частично, из-за относительно низкого содержания кислорода и высокого содержания водорода, что снижает степень ненасыщенности (отправную точку для нежелательной полимеризации, ведущей к «закоксовыванию» материала). Кроме того, следует учитывать, что ненасыщенные или ароматические связи, присутствующие в продукте, могут оказаться менее склонными к активации соседними кислородсодержащими группами, что дополнительно понижает потенциал реполимеризации.In general, the concept of stability (and high specific energy) of biofuels produced by the methods of the invention arises, at least in part, due to the relatively low oxygen content and high hydrogen content, which reduces the degree of unsaturation (starting point for undesired polymerization, leading to "coking" of the material). In addition, it should be borne in mind that unsaturated or aromatic bonds present in the product may be less prone to activation by neighboring oxygen-containing groups, which further reduces the repolymerization potential.

Водные растворителиWater solvents

Растворители, используемые в соответствии со способами изобретения, могут представлять собой водные растворители. Конкретный характер используемого водного растворителя будет зависеть от формы используемого органического вещества.The solvents used in accordance with the methods of the invention may be aqueous solvents. The specific nature of the aqueous solvent used will depend on the form of the organic substance used.

В некоторых вариантах осуществления растворителем может быть вода. Например, использование воды в качестве растворителя может быть пригодным или предпочтительным тогда, когда органическое вещество, используемое в способах, состоит из значительного количества, или содержит значительное количество окаменелого органического вещества (например, лигнита, торфа и т.п.).In some embodiments, the solvent may be water. For example, the use of water as a solvent may be suitable or preferred when the organic substance used in the methods consists of a significant amount, or contains a significant amount of fossilized organic matter (eg, lignite, peat, etc.).

Следует признать, что вода также может быть использована в качестве растворителя и при обработке других типов органического вещества с использованием способов изобретения, хотя в случае некоторых органических материалов (например, древесно-волокнистого вещества) результаты могут быть субоптимальными.It should be recognized that water can also be used as a solvent in the processing of other types of organic matter using the methods of the invention, although in the case of some organic materials (e.g., wood-fiber material), the results may be suboptimal.

В других вариантах осуществления изобретения водным растворителем является водный спирт. Например, использование водного спирта в качестве растворителя может быть пригодным или предпочтительным тогда, когда используемое в способах изобретения органическое вещество состоит или содержит значительное количество древесно-волокнистого материала и/или других материалов, таких как каучук и пластмассы, по причине более сильных химических связей в этих типах органического вещества.In other embodiments, the aqueous solvent is aqueous alcohol. For example, the use of aqueous alcohol as a solvent may be suitable or preferred when the organic substance used in the methods of the invention consists or contains a significant amount of wood-fiber material and / or other materials, such as rubber and plastics, due to stronger chemical bonds in these types of organic matter.

Пригодные спирты могут содержать от одного и примерно десяти атомов углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры пригодных спиртов содержат метанол, этанол, изопропиловый спирт, изобутиловый спирт, пентиловый спирт, гексанол и изогексанол.Suitable alcohols may contain from one and about ten carbon atoms. Non-limiting examples of suitable alcohols include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, pentyl alcohol, hexanol and isohexanol.

В некоторых вариантах осуществления изобретения растворитель содержит смесь двух или большего количества водных спиртов.In some embodiments, the solvent comprises a mixture of two or more aqueous alcohols.

Предпочтительно, спиртом является этанол, метанол или их смесь.Preferably, the alcohol is ethanol, methanol, or a mixture thereof.

Водный спирт, в общем, будет содержать, по меньшей мере, один процент спирта в расчете на общий вес растворителя. В некоторых вариантах осуществления изобретения водный спирт содержит более чем примерно 5% вес., 10% вес., 15% вес., 20% вес., 25% вес., 30% вес., 35% вес., 40% вес., 45% вес. или 50% вес. спирта. В других вариантах осуществления изобретения водный спирт содержит менее чем примерно 5% вес., 10% вес., 15% вес., 20% вес., 25% вес., 30% вес., 35% вес., 40% вес., 45% вес. или 50% вес. спирта.Aqueous alcohol will generally contain at least one percent alcohol based on the total weight of the solvent. In some embodiments, the aqueous alcohol comprises more than about 5% by weight, 10% by weight, 15% by weight, 20% by weight, 25% by weight, 30% by weight, 35% by weight, 40% by weight. , 45% weight. or 50% weight. alcohol. In other embodiments, the aqueous alcohol comprises less than about 5% by weight, 10% by weight, 15% by weight, 20% by weight, 25% by weight, 30% by weight, 35% by weight, 40% by weight. , 45% weight. or 50% weight. alcohol.

Предпочтительно, водный спирт содержит между примерно 1% вес. и примерно 50% вес. спирта, между примерно 5% вес. и примерно 50% вес. спирта, между примерно 5% вес. и примерно 40% вес. спирта, между примерно 5% вес. и примерно 30% вес. спирта, между примерно 5% вес. и примерно 20% вес. спирта, между примерно 5% вес. и примерно 10% вес. спирта, между примерно 10% вес. и примерно 50% вес. спирта, между примерно 20% вес. и примерно 50% вес. спирта, между примерно 25% вес. и примерно 50% вес. спирта, или между примерно 30% вес. и примерно 50% вес. спирта.Preferably, the aqueous alcohol contains between about 1% weight. and about 50% weight. alcohol, between about 5% weight. and about 50% weight. alcohol, between about 5% weight. and about 40% weight. alcohol, between about 5% weight. and about 30% weight. alcohol, between about 5% weight. and about 20% weight. alcohol, between about 5% weight. and about 10% weight. alcohol, between about 10% weight. and about 50% weight. alcohol, between about 20% weight. and about 50% weight. alcohol, between about 25% weight. and about 50% weight. alcohol, or between about 30% weight. and about 50% weight. alcohol.

В некоторых вариантах осуществления водный спирт может выступать как алкилирующий агент. Без ограничения конкретным механизмом (механизмами), перенос алкильной группы из водного спирта к одному или нескольким компонентам органического вещества замышляется для облегчения сольватации и/или химической стабилизации органического вещества.In some embodiments, the aqueous alcohol may act as an alkylating agent. Without being limited to a specific mechanism (s), the transfer of an alkyl group from aqueous alcohol to one or more components of an organic substance is intended to facilitate solvation and / or chemical stabilization of the organic substance.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения водным растворителем, используемым в способах изобретения, является водный метанол или водный этанол.In preferred embodiments, the aqueous solvent used in the methods of the invention is aqueous methanol or aqueous ethanol.

В особенно предпочтительных вариантах осуществления изобретения этанол представляет собой водный этанол. Предпочтительно, водный этанол включает между примерно 5% вес. и примерно 30% вес. этанола, более предпочтительно, между примерно 10% вес. и примерно 25% вес. этанола, и еще более предпочтительно, между примерно 15% вес. и примерно 25% вес. этанола.In particularly preferred embodiments, ethanol is aqueous ethanol. Preferably, aqueous ethanol comprises between about 5% weight. and about 30% weight. ethanol, more preferably between about 10% weight. and about 25% weight. ethanol, and even more preferably, between about 15% weight. and about 25% weight. ethanol.

Температура и давлениеTemperature and pressure

В соответствии со способами изобретения, для производства биотоплива органическое вещество может обрабатываться водным растворителем в условиях повышенной температуры и давления.In accordance with the methods of the invention, for the production of biofuels, the organic substance can be treated with an aqueous solvent under conditions of elevated temperature and pressure.

Конкретные условия температуры и давления, используемые при практическом применении способов изобретения, могут зависеть от большого количества различных факторов, в том числе, например, от типа используемого водного растворителя, процентного содержания спирта (если он присутствует) в водном растворителе, типа органического вещества, подвергаемого обработке, физической формы органического вещества, подвергаемого обработке, типов используемого катализатора (катализаторов) (если они присутствуют) и их различная концентрация (концентрации), времени удерживания и/или типа устройства, в котором выполняются указанные способы. Эти и другие факторы могут варьироваться с целью оптимизации исходного набора условий так, чтобы максимизировать выход и/или сократить время переработки. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения в биотопливо преобразовывается весь, или, в значительной мере, весь органический материал, используемый в качестве исходного сырья.The specific temperature and pressure conditions used in the practical application of the methods of the invention may depend on a large number of different factors, including, for example, the type of aqueous solvent used, the percentage of alcohol (if present) in the aqueous solvent, the type of organic substance being processing, the physical form of the organic substance being processed, the types of catalyst (s) used (if any) and their different concentration (concentration tion), retention time and / or type of device in which these methods are performed. These and other factors may vary in order to optimize the initial set of conditions so as to maximize yield and / or reduce processing time. In preferred embodiments, all, or substantially all, of the organic material used as feedstock is converted to biofuel.

Требуемые условия реакции могут достигаться, например, путем проведения реакции в пригодном устройстве (например, в суб/сверхкритическом реакторном устройстве), способном поддерживать повышенную температуру и повышенное давление.The desired reaction conditions can be achieved, for example, by carrying out the reaction in a suitable device (for example, in a sub / supercritical reactor device) capable of maintaining elevated temperature and elevated pressure.

В некоторых вариантах осуществления изобретения водный растворитель, используемый в способах изобретения, может подвергаться нагреву и приложению давления за пределы его критической температуры и/или за пределы его критического давления (т.е. за пределы «критической точки» растворителя). Соответственно, водный растворитель, если он нагрет и находится под давлением за пределами «критической точки» растворителя, может быть «сверхкритическим» водным растворителем.In some embodiments of the invention, the aqueous solvent used in the methods of the invention can be heated and applied beyond its critical temperature and / or beyond its critical pressure (ie, beyond the “critical point” of the solvent). Accordingly, an aqueous solvent, if it is heated and under pressure outside the “critical point” of the solvent, can be a “supercritical” aqueous solvent.

В некоторых вариантах осуществления изобретения водный растворитель, используемый в способах изобретения, может подвергаться нагреву и приложению давления до уровня (уровней) ниже критических температуры и давления (т.е. ниже «критической точки» растворителя). Соответственно, водный растворитель может представлять собой «субкритический» водный растворитель, если его максимальная температура и/или максимальное давление находится ниже его «критической точки». Предпочтительно, «субкритический» водный растворитель подвергается нагреву или приложению давления до уровня (уровней), приближающегося к «критической точке» растворителя (например, между примерно 10°С и примерно 50°С ниже критической температуры и/или между примерно 10 атмосфер и примерно 50 атмосфер ниже его критического давления).In some embodiments, the aqueous solvent used in the methods of the invention may be heated and applied to a pressure (s) below the critical temperature and pressure (ie, below the "critical point" of the solvent). Accordingly, the aqueous solvent may be a “subcritical” aqueous solvent if its maximum temperature and / or maximum pressure is below its “critical point”. Preferably, the “subcritical” aqueous solvent is heated or pressurized to a level (s) approaching the “critical point” of the solvent (for example, between about 10 ° C. and about 50 ° C. below the critical temperature and / or between about 10 atmospheres and about 50 atmospheres below its critical pressure).

В некоторых вариантах осуществления изобретения водный растворитель, используемый в способах изобретения, может подвергаться нагреву и приложению давления до уровней и выше, и ниже его критических температуры и давления (т.е. подвергаться нагреву и приложению давления и выше, и ниже «критической точки» растворителя в разные моменты времени). Соответственно, при выполнении указанных способов водный растворитель может колебаться между «субкритическим» и «сверхкритическим» состояниями.In some embodiments, the aqueous solvent used in the methods of the invention can be heated and applied to pressures above and below its critical temperature and pressure (ie, heated and applied to pressures above and below the “critical point” solvent at different points in time). Accordingly, when performing these methods, the aqueous solvent can fluctuate between “subcritical” and “supercritical” states.

В некоторых вариантах осуществления изобретения водный растворитель, используемый в способах изобретения, может подвергаться нагреву до уровня выше его критической температуры, но подвергаться приложению давления до уровня ниже его критического давления. В других вариантах осуществления изобретения водный растворитель, используемый в способах изобретения, может подвергаться нагреву до уровня ниже его критической температуры, но подвергаться приложению давления до уровня выше его критического давления.In some embodiments, the aqueous solvent used in the methods of the invention may be heated to a level above its critical temperature, but subjected to pressure to a level below its critical pressure. In other embodiments of the invention, the aqueous solvent used in the methods of the invention may be heated to a level below its critical temperature, but subjected to pressure to a level above its critical pressure.

Специалистам в данной области техники понятно, что критическая температура и критическое давление для каждого данного водного растворителя будет зависеть, по меньшей мере, частично, от процентного содержания воды в растворителе. Например, если водный растворитель содержит заданное процентное содержание воды в сочетании с заданным процентным содержанием второго компонента, имеющего менее высокую критическую точку, чем вода (например, спирта), критическая точка растворителя, в общем, будет ниже, чем таковая для чистой воды. И наоборот, если водный растворитель содержит заданное процентное содержание воды в сочетании с заданным процентным содержанием второго компонента, имеющего более высокую критическую точку, чем вода, критическая точка растворителя, в общем, будет выше, чем таковая для чистой воды.Those skilled in the art will recognize that the critical temperature and critical pressure for each given aqueous solvent will depend, at least in part, on the percentage of water in the solvent. For example, if an aqueous solvent contains a predetermined percentage of water in combination with a predetermined percentage of a second component having a lower critical point than water (e.g., alcohol), the critical point of the solvent will generally be lower than that for pure water. Conversely, if the aqueous solvent contains a predetermined percentage of water in combination with a predetermined percentage of a second component having a higher critical point than water, the critical point of the solvent will generally be higher than that for pure water.

В случаях, когда водный растворитель содержит два основных компонента (например, воду и спирт), между процентным содержанием спирта, присутствующего в растворителе, и критической температурой и давлением растворителя может существовать приблизительно линейная взаимосвязь, где конечные точки на одном конце определяются критической точкой чистой воды, а на другом конце - критической точкой чистого спирта. Например, если критическая точка воды определена как 374°C и 221 атм, и критическая точка этанола определена как 240°C и 60 атм, то критическая точка 25% водного раствора этанола может находиться приблизительно при 340°C/180 атм, критическая точка 50% водного раствора этанола может находиться приблизительно при 307°C/140 атм, и критическая точка 75% водного раствора этанола может находиться приблизительно при 273°C/100 атм.In cases where the aqueous solvent contains two main components (e.g. water and alcohol), there can be an approximately linear relationship between the percentage of alcohol present in the solvent and the critical temperature and pressure of the solvent, where the end points at one end are determined by the critical point of pure water , and on the other end - the critical point of pure alcohol. For example, if the critical point of water is defined as 374 ° C and 221 atm, and the critical point of ethanol is defined as 240 ° C and 60 atm, then the critical point of a 25% aqueous ethanol solution can be at approximately 340 ° C / 180 atm, critical point 50 A% ethanol aqueous solution can be at about 307 ° C / 140 atm, and a critical point of a 75% ethanol aqueous solution can be at about 273 ° C / 100 atm.

В случаях, когда водный растворитель содержит более двух основных компонентов (например, воду и два различных типа спиртов), для определения критической точки растворителя при изменении долей различных спиртов в растворителе можно использовать вычисления сходной сущности.In cases where the aqueous solvent contains more than two main components (for example, water and two different types of alcohols), calculations of a similar essence can be used to determine the critical point of the solvent when changing the fractions of different alcohols in the solvent.

Соответственно, следует понимать, что когда здесь приводится температура и/или давление (или интервал температур и/или давлений) в связи с данным водным растворителем, содержащим два или большее количество основных компонентов в заданных соотношениях (например, 10% водный спирт в отношении веса к объему), можно легко вывести соответствующие значения/интервалы температуры и/или давления при изменении относительных соотношений основных компонентов.Accordingly, it should be understood that when the temperature and / or pressure (or the range of temperatures and / or pressures) is given in connection with a given aqueous solvent containing two or more major components in predetermined proportions (for example, 10% aqueous alcohol in relation to weight to volume), one can easily derive the corresponding values / ranges of temperature and / or pressure when changing the relative ratios of the main components.

Также следует понимать, что на критическую точку данного водного растворителя будут оказывать влияние дополнительные факторы, такие как химическое состояние органического материала, подвергаемого обработке. Например, критическая точка данного водного растворителя, вероятно, изменяется в ходе данной реакции по мере того, как сольватируется материал исходного сырья.It should also be understood that the critical point of this aqueous solvent will be influenced by additional factors, such as the chemical state of the organic material being processed. For example, the critical point of a given aqueous solvent is likely to change during this reaction as the feedstock solvates.

В некоторых вариантах осуществления изобретения обработка органического вещества для производства биотоплива с использованием способов изобретения может проводиться при температуре (температурах) между примерно 200°С и примерно 450°С и под давлением (давлениями) между примерно 50 бар и примерно 350 бар. В других вариантах осуществления изобретения обработка может проводиться при температуре (температурах) между примерно 250°С и примерно 400°С и под давлением (давлениями) между примерно 100 бар и примерно 300 бар. В дополнительных вариантах осуществления изобретения обработка может проводиться при температуре (температурах) между примерно 275°С и примерно 375°С и под давлением (давлениями) между примерно 150 бар и примерно 275 бар. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения обработка может проводиться при температуре (температурах) между примерно 300°С и примерно 375°С и под давлением (давлениями) между примерно 175 бар и примерно 275 бар. В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения обработка может проводиться при температуре (температурах) между примерно 330°С и примерно 360°С и под давлением (давлениями) между примерно 200 бар и примерно 250 бар. В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения обработка может проводиться при температуре (температурах) между примерно 340°С и примерно 360°С и под давлением (давлениями) между примерно 200 бар и примерно 250 бар.In some embodiments of the invention, the processing of organic matter for biofuel production using the methods of the invention can be carried out at a temperature (s) between about 200 ° C and about 450 ° C and under pressure (s) between about 50 bar and about 350 bar. In other embodiments, the treatment may be carried out at a temperature (s) between about 250 ° C and about 400 ° C and under pressure (s) between about 100 bar and about 300 bar. In further embodiments, the treatment may be carried out at a temperature (s) between about 275 ° C. and about 375 ° C. and under pressure (s) between about 150 bar and about 275 bar. In some preferred embodiments, the treatment may be carried out at a temperature (s) between about 300 ° C and about 375 ° C and under pressure (s) between about 175 bar and about 275 bar. In other preferred embodiments, the treatment may be carried out at a temperature (s) between about 330 ° C and about 360 ° C and under pressure (s) between about 200 bar and about 250 bar. In other preferred embodiments, the treatment may be carried out at a temperature (s) between about 340 ° C and about 360 ° C and under pressure (s) between about 200 bar and about 250 bar.

Опытному адресату будет понятно, что между температурой и давлением, необходимыми для приведения в действие конверсии органического материала в биотопливо с использованием способов изобретения, и долей дополнительного компонента (компонентов) (например, спирта), объединяемого с водой в водный растворитель, может существовать, в общем, обратная взаимосвязь. Например, использование водного растворителя, содержащего, главным образом, воду (т.е. в отсутствие такого дополнительного компонента (компонентов), как спирт), для приведения в действие конверсии органического вещества в биотопливо может потребовать повышенной температуры и/или давления по сравнению с водным растворителем, содержащим более значительную долю спирта (что может потребовать сравнительно меньшей температуры и/или давления для приведения в действие конверсии). Соответственно, специалисту должно быть легко понятно, что повышение доли, например, спирта (например, этанола и/или метанола) в водном растворителе может позволить соответствующим образом понизить температуру и/или давление, требуемое для выполнения эффективной конверсии органического вещества в биотопливо с использованием способов изобретения. И наоборот, как должно быть легко понятно, снижение доли, например, спирта (например, этанола и/или метанола) в водном растворителе может потребовать соответствующего повышения температуры и/или давления, требуемого для выполнения эффективной конверсии органического вещества в биотопливо с использованием способов изобретения.An experienced recipient will understand that between the temperature and pressure necessary to actuate the conversion of organic material to biofuel using the methods of the invention, and the fraction of an additional component (s) (e.g., alcohol) combined with water in an aqueous solvent may exist in in general, the inverse relationship. For example, the use of an aqueous solvent containing mainly water (i.e., in the absence of an additional component (s) such as alcohol) may require elevated temperatures and / or pressures to trigger the conversion of organic matter to biofuels compared to an aqueous solvent containing a greater proportion of alcohol (which may require a relatively lower temperature and / or pressure to activate the conversion). Accordingly, it should be readily apparent to a person skilled in the art that increasing the proportion of, for example, alcohol (e.g. ethanol and / or methanol) in an aqueous solvent may allow a corresponding reduction in the temperature and / or pressure required to efficiently convert organic matter to biofuel using methods inventions. Conversely, as should be readily understood, a decrease in the proportion of, for example, alcohol (e.g., ethanol and / or methanol) in an aqueous solvent may require a corresponding increase in the temperature and / or pressure required to effect an effective conversion of the organic substance to biofuel using the methods of the invention .

Также следует осознавать, что для повышения эффективности обработки могут использоваться различные катализаторы, как описано здесь (см. подраздел ниже, озаглавленный «Катализаторы»), что, в свою очередь, может понижать температуру и/или давление, требуемые для запуска конверсии органического вещества в биотопливо с использованием способов изобретения.You should also be aware that various catalysts can be used to increase the processing efficiency, as described here (see the subsection below, entitled “Catalysts”), which, in turn, can lower the temperature and / or pressure required to trigger the conversion of organic matter to biofuels using the methods of the invention.

Время удерживанияRetention time

Конкретный промежуток времени, в течение которого при достижении целевой температуры и давления может достигаться конверсия органического вещества (т.е. «время удерживания»), может зависеть от большого количества различных факторов, в том числе, например, от типа используемого водного растворителя, процентного содержания спирта (если он присутствует) в водном растворителе, типа органического вещества, подвергаемого обработке, физической формы органического вещества, подвергаемого обработке, типа катализатора (катализаторов) (если он присутствует) в смеси и его различной концентрации (концентраций) и/или типа устройства, в котором выполняются указанные способы. Эти и другие факторы могут варьироваться с целью оптимизации исходного способа так, чтобы максимизировать выход и/или сократить время переработки. Предпочтительно, время удерживания является достаточным для того, чтобы преобразовать в биотопливо весь, или, в значительной мере, весь, органический материал, используемый в качестве исходного сырья.The specific period of time during which the conversion of organic matter (ie, “retention time”) can be achieved when the target temperature and pressure is reached may depend on a large number of different factors, including, for example, the type of aqueous solvent used, percent the alcohol content (if present) in the aqueous solvent, such as the organic substance being treated, the physical form of the organic substance being processed, the type of catalyst (s) (if it isutstvuet) in a mixture and different concentrations (concentrations) and / or the type of device in which these methods are performed. These and other factors may vary in order to optimize the initial process so as to maximize yield and / or reduce processing time. Preferably, the retention time is sufficient to convert all, or substantially all, of the organic material used as feedstock into biofuel.

В некоторых вариантах осуществления изобретения время удерживания составляет менее чем примерно 60 минут, 45 минут, 30 минут, 25 минут, 20 минут, 15 минут, 10 минут или 5 минут. В некоторых вариантах осуществления изобретения время удерживания составляет более чем примерно 60 минут, 45 минут, 30 минут, 25 минут, 20 минут, 15 минут, 10 минут или 5 минут. В некоторых вариантах осуществления изобретения время удерживания составляет между примерно 1 минутой и примерно 60 минутами. В дополнительных вариантах осуществления изобретения время удерживания составляет между примерно 5 минутами и примерно 45 минутами, между примерно 5 минутами и примерно 35 минутами, между примерно 10 минутами и примерно 35 минутами или между примерно 15 минутами и примерно 30 минутами. В дальнейших вариантах осуществления изобретения время удерживания составляет между примерно 20 минутами и примерно 30 минутами.In some embodiments, the retention time is less than about 60 minutes, 45 minutes, 30 minutes, 25 minutes, 20 minutes, 15 minutes, 10 minutes, or 5 minutes. In some embodiments, the retention time is more than about 60 minutes, 45 minutes, 30 minutes, 25 minutes, 20 minutes, 15 minutes, 10 minutes, or 5 minutes. In some embodiments, the retention time is between about 1 minute and about 60 minutes. In further embodiments, the retention time is between about 5 minutes and about 45 minutes, between about 5 minutes and about 35 minutes, between about 10 minutes and about 35 minutes, or between about 15 minutes and about 30 minutes. In further embodiments, the retention time is between about 20 minutes and about 30 minutes.

Специалисты в данной области признают, что для повышения эффективности обработки могут использоваться различные катализаторы, как описано в данном документе (см. подраздел ниже, озаглавленный «Катализаторы»), что, в свою очередь, может сокращать время удерживания, необходимое для конверсии органического вещества в биотопливо. Аналогично, необходимое время удерживания может, в некоторых случаях, быть меньше, когда повышается температура и/или давление, и/или повышается доля дополнительного компонента (компонентов) (например, спирта) в водном растворителе.Those skilled in the art will recognize that various catalysts can be used to enhance processing efficiency, as described herein (see the subsection below, entitled “Catalysts”), which, in turn, can reduce the retention time required to convert organic matter to biofuel. Similarly, the required retention time may, in some cases, be shorter when the temperature and / or pressure rises, and / or the proportion of the additional component (s) (e.g., alcohol) in the aqueous solvent rises.

Оптимальное время удерживания для данного набора условий реакции, как описывается в данном документе, может легко определяться опытными адресатами путем производства и запуска ряда реакций, которые отличаются только временем удерживания, и анализа выхода и/или качества изготовленного биотоплива.The optimal retention time for a given set of reaction conditions, as described herein, can be easily determined by experienced recipients by producing and starting a series of reactions that differ only in retention time, and analyzing the yield and / or quality of the biofuel produced.

Нагрев/охлаждение, приложение/сброс давленияHeating / cooling, application / pressure relief

Реакционная смесь (например, в форме суспензии), включающая органическое вещество, водный растворитель и факультативно один или несколько катализаторов, как указано в этом документе, может приводиться к целевой температуре и давлению (т.е. к температуре и давлению, поддерживаемым в течение «времени удерживания») за промежуток времени между примерно 30 секунд и примерно 30 минут. В некоторых вариантах осуществления изобретения реакционная смесь может приводиться к целевой температуре и давлению за менее чем примерно 5 минут или за менее чем примерно 2 минуты. Предпочтительно, реакционная смесь приводится к целевой температуре и давлению за менее чем примерно 2 минуты.The reaction mixture (for example, in the form of a suspension) comprising an organic substance, an aqueous solvent and optionally one or more catalysts, as described herein, can be brought to the target temperature and pressure (i.e., the temperature and pressure maintained during " retention time ") for a period of time between about 30 seconds and about 30 minutes. In some embodiments, the reaction mixture may be brought to the target temperature and pressure in less than about 5 minutes, or in less than about 2 minutes. Preferably, the reaction mixture is brought to the target temperature and pressure in less than about 2 minutes.

В некоторых вариантах осуществления изобретения реакционная смесь может приводиться к целевому давлению, в основном, мгновенно и приводиться к целевой температуре за менее чем примерно 5 минут. В других вариантах осуществления изобретения реакционная смесь может приводиться к целевому давлению, в основном, мгновенно и приводиться к целевой температуре за менее чем примерно две минуты. В других вариантах осуществления изобретения реакционная смесь может приводиться к целевому давлению, в основном, мгновенно и приводиться к целевой температуре за, между примерно 1 и примерно 2 минутами.In some embodiments of the invention, the reaction mixture can be brought to the target pressure, mainly instantly and brought to the target temperature in less than about 5 minutes. In other embodiments of the invention, the reaction mixture can be brought to the target pressure, mainly instantly and brought to the target temperature in less than about two minutes. In other embodiments of the invention, the reaction mixture may be brought to the target pressure mainly instantly and be brought to the target temperature in between about 1 and about 2 minutes.

Дополнительно или в качестве альтернативы, вслед за завершением промежутка времени удерживания реакционная смесь может быть охлаждена между примерно 150°С и примерно 200°С, между примерно 160°С и примерно 200°С, предпочтительно, между примерно 170°С и примерно 190°С и, более предпочтительно, примерно 180°С за промежуток времени менее чем примерно 10 минут, предпочтительно, менее чем примерно 7 минут, более предпочтительно, менее чем примерно 6 минут, предпочтительно, от примерно 4 минут и примерно 6 минут и, более предпочтительно, около, 5 минут. Вслед за начальным периодом охлаждения температура может понижаться дополнительно до температуры окружающей среды с сопутствующим понижением давления путем быстрого высвобождения в холодную водную среду (например, в охлажденную воду).Additionally or alternatively, after the completion of the retention time, the reaction mixture may be cooled between about 150 ° C and about 200 ° C, between about 160 ° C and about 200 ° C, preferably between about 170 ° C and about 190 ° C, and more preferably about 180 ° C. over a period of less than about 10 minutes, preferably less than about 7 minutes, more preferably less than about 6 minutes, preferably from about 4 minutes and about 6 minutes, and more preferably , about 5 minutes. Following the initial cooling period, the temperature may further decrease to ambient temperature with a concomitant decrease in pressure by rapid release into a cold aqueous medium (e.g., chilled water).

Процессы нагрева/повышения давления и охлаждения/понижения давления могут облегчаться путем выполнения способов изобретения в системе непрерывного потока (см. раздел ниже, озаглавленный «Непрерывный поток»).The processes of heating / pressurizing and cooling / depressurizing can be facilitated by performing the methods of the invention in a continuous flow system (see the section below, entitled "Continuous Flow").

КатализаторыCatalysts

В соответствии со способами изобретения, органическое вещество может быть обработано водным растворителем при условиях повышенной температуры и давления для производства биотопливного продукта. В некоторых вариантах осуществления изобретения органическое вещество может обрабатываться со сверхкритическим водным растворителем. В других вариантах осуществления изобретения органическое вещество может обрабатываться с субкритическим водным растворителем. В каждом случае, обработка может быть облегчена путем использования одного или нескольких дополнительных катализаторов. Несмотря на то, что катализаторы могут представлять собой собственный компонент органического вещества (например, минералы), водного растворителя (например, ионы гидроксония/гидроксида воды в суб/сверхкритических условиях) и/или стенок сосуда реакторного устройства, в котором может обрабатываться органическое вещество (например, переходные/благородные металлы), для облегчения производства биотоплива из органического вещества изобретение предполагает использование добавочного катализатора (катализаторов).In accordance with the methods of the invention, the organic substance can be treated with an aqueous solvent under conditions of elevated temperature and pressure to produce a biofuel product. In some embodiments, the organic material may be treated with a supercritical aqueous solvent. In other embodiments, the organic material may be treated with a subcritical aqueous solvent. In each case, the treatment can be facilitated by the use of one or more additional catalysts. Although the catalysts can be an intrinsic component of an organic substance (e.g., minerals), an aqueous solvent (e.g., hydroxonium / water hydroxide ions under sub / supercritical conditions) and / or the walls of a vessel of a reactor device in which organic material can be processed ( for example, transition / noble metals), to facilitate the production of biofuels from organic matter, the invention involves the use of an additional catalyst (s).

(i) «добавочные» катализаторы(i) “incremental” catalysts

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к производству биотоплива и органического вещества путем обработки водным растворителем при условиях повышенной температуры и давления в присутствии, по меньшей мере, одного «дополнительного» катализатора. Под «дополнительным катализатором» будет пониматься то, что катализатор является дополнительным (т.е. отдельным) по отношению к каталитическим соединениям, по существу, присутствующим в других компонентах реакции, таких как органическое вещество, водный растворитель и/или стенки реакторного устройства. Иными словами, «дополнительный» катализатор, как это предполагается в данном документе, можно рассматривать как «поступающий извне» в том смысле, что он доставляется в реакцию как отдельный компонент реакции.Some embodiments of the invention relate to the production of biofuels and organic matter by treatment with an aqueous solvent under conditions of elevated temperature and pressure in the presence of at least one “additional” catalyst. By “additional catalyst” it will be understood that the catalyst is additional (ie, separate) with respect to the catalytic compounds essentially present in other components of the reaction, such as an organic substance, an aqueous solvent and / or walls of the reactor device. In other words, an “additional” catalyst, as suggested in this document, can be considered as “coming from outside” in the sense that it is delivered to the reaction as a separate component of the reaction.

Например, один из вариантов осуществления изобретения, в котором лигнитное исходное сырье обрабатывается (только) водой в условиях повышенной температуры и давления в реакторном устройстве, не следует рассматривать как использование «дополнительного катализатора».For example, one embodiment of the invention in which the lignite feedstock is treated (only) with water under conditions of elevated temperature and pressure in the reactor apparatus should not be construed as using an “additional catalyst”.

Напротив, один из вариантов осуществления изобретения, в котором лигнитное исходное сырье обрабатывается водой в присутствии дополнительного основного катализатора (например, гидроксида натрия) в условиях повышенной температуры и давления в реакторном устройстве, может рассматриваться как использование «дополнительного катализатора».On the contrary, one embodiment of the invention in which the lignite feed is treated with water in the presence of an additional base catalyst (eg sodium hydroxide) under conditions of elevated temperature and pressure in the reactor device can be considered as using an “additional catalyst”.

Дополнительным катализатором, как предполагается в данном документе, может быть любой катализатор, который облегчает образование биотоплива из органического вещества с использованием способов изобретения, неограничивающие примеры которого включают основные катализаторы, кислотные катализаторы, катализаторы на основе гидроксида щелочных металлов, катализаторы на основе гидроксида переходных металлов, катализаторы на основе формиатов щелочных металлов, катализаторы на основе формиатов переходных металлов, катализаторы на основе реакционноспособных карбоновых кислот, катализаторы на основе переходных металлов, сульфидные катализаторы, катализаторы на основе благородных металлов, катализаторы конверсии водяного газа и их комбинации.An additional catalyst, as suggested herein, can be any catalyst that facilitates the formation of biofuels from organic matter using the methods of the invention, non-limiting examples of which include basic catalysts, acid catalysts, alkali metal hydroxide catalysts, transition metal hydroxide catalysts, alkali metal formate catalysts, transition metal formate catalysts, p-based catalysts aktsionnosposobnyh carboxylic acids, catalysts based on transition metal sulfide catalysts, the catalysts based on noble metals, the catalysts of the water gas shift, and combinations thereof.

Способы изобретения могут выполняться с использованием «дополнительного» катализатора (катализаторов) в сочетании с «собственным» катализатором (катализаторами).The methods of the invention can be performed using an “additional” catalyst (s) in combination with an “own” catalyst (s).

Оптимальное количество добавочного катализатора, используемого в способах изобретения, может зависеть от множества различных факторов, в том числе, например, от типа органического вещества, подвергаемого обработке, объема органического вещества, подвергаемого обработке, используемого водного растворителя, конкретной температуры и давления, используемых в ходе реакции, типа катализатора и требуемых свойств биотопливного продукта. Следуя способам изобретения, оптимальное количество дополнительного катализатора, который будет использоваться, может определяться специалистом в данной области без изобретательского усилия.The optimal amount of additive catalyst used in the methods of the invention may depend on many different factors, including, for example, the type of organic substance being treated, the volume of organic substance being processed, the aqueous solvent used, the particular temperature and pressure used during reactions, type of catalyst, and desired properties of the biofuel product. Following the methods of the invention, the optimal amount of additional catalyst to be used can be determined by a person skilled in the art without inventive effort.

В некоторых вариантах осуществления изобретения добавочный катализатор, или комбинация добавочных катализаторов, может использоваться в количестве от, примерно 0,1% в отношении веса к объему до примерно 10% в отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 7,5% отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 5% в отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 2,5% в отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 1% в отношении веса к объему или между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 0,5% в отношении веса к объему (по отношению к водному растворителю).In some embodiments, an additional catalyst, or a combination of additional catalysts, can be used in an amount of from about 0.1% in terms of weight to volume to about 10% in terms of weight to volume, between about 0.1% in terms of weight to volume and about 7.5% weight to volume ratio, between about 0.1% in terms of weight to volume and about 5% in terms of weight to volume, between about 0.1% in terms of weight to volume and about 2.5% in the ratio of weight to volume, between about 0.1% in the ratio of weight to volume and about 1% in the ratio and weight to volume or between about 0.1% in terms of weight to volume and about 0.5% in terms of weight to volume (relative to an aqueous solvent).

В некоторых вариантах осуществления изобретения «дополнительным» катализатором, используемым в процессе реакции, могут быть соли щелочного или щелочноземельного металла (например, соли калия, кальция и/или натрия). Например, как показано в данном документе, что гидроксиды щелочных металлов и карбонаты могут быть эффективны для снижения содержания кислорода в бионефтепродукте, где все условия, кроме концентрации дополнительного катализатора, являются постоянными. В одном из вариантов осуществления оптимальная концентрация катализатора на основе (в самой реакции) гидроксида щелочного металла и/или карбоната щелочного металла, для заданного набора других, в основном, постоянных условий реакции может находиться в интервале от примерно 0,1 моль/л до примерно 1 моль/л. В предпочтительных вариантах осуществления концентрация может быть, от примерно 0,1 моль/л до примерно 0,3 моль/л. Предпочтительно, концентрация катализатора на основе гидроксида щелочного металла и/или карбоната щелочного металла обеспечивает продукт с низким содержанием кислорода (например, менее чем примерно 11% в весовом отношении; между примерно 6% в весовом отношении и примерно 11% в весовом отношении).In some embodiments, the “additional” catalyst used in the reaction may be alkali or alkaline earth metal salts (eg, potassium, calcium and / or sodium salts). For example, as shown herein, alkali metal hydroxides and carbonates can be effective in reducing the oxygen content of a bio-oil product, where all conditions except the concentration of the additional catalyst are constant. In one embodiment, the optimal catalyst concentration based on (in the reaction itself) alkali metal hydroxide and / or alkali metal carbonate, for a given set of other, generally constant reaction conditions, can range from about 0.1 mol / l to about 1 mol / L. In preferred embodiments, the concentration may be from about 0.1 mol / L to about 0.3 mol / L. Preferably, the concentration of the alkali metal hydroxide and / or alkali metal carbonate catalyst provides a low oxygen product (for example, less than about 11% by weight; between about 6% by weight and about 11% by weight).

В общем, катализаторы могут использоваться для того, чтобы создавать восстановительную среду или содействовать образованию и/или поддержанию восстановительной среды, благоприятствующей конверсии органического вещества в биотопливо. Восстановительная среда может благоприятствовать гидролизу органического вещества, приведению в действие замещения кислорода водородом и/или стабилизации образовавшегося биотоплива.In general, catalysts can be used to create a reducing environment or to promote the formation and / or maintenance of a reducing environment that favors the conversion of organic matter to biofuels. The reducing medium may favor the hydrolysis of organic matter, the activation of oxygen substitution with hydrogen and / or the stabilization of the resulting biofuel.

Обработка субкритическим водным растворителем (в противоположность сверхкритическому водному растворителю) может быть предпочтительной в том, что для выполнения способов требуется меньше энергии, и растворитель может лучше сохраняться в ходе обработки. Когда используется субкритический водный растворитель, предполагается, что дополнительное использование одного или нескольких катализаторов может быть особенно полезно для повышения выхода и/или качества биотоплива. Дополнительно, экономическая эффективность снижения подводимой энергии (т.е. для поддержания субкритических, а не сверхкритических, условий) и сохранения растворителя могут значительно перевешивать добавочную стоимость, которую несет дополнительное включение одного или нескольких описываемых в данном документе катализаторов.Treatment with a subcritical aqueous solvent (as opposed to a supercritical aqueous solvent) may be preferable in that less energy is required to carry out the methods and the solvent can be better preserved during processing. When a subcritical aqueous solvent is used, it is contemplated that the additional use of one or more catalysts may be particularly useful to increase the yield and / or quality of biofuels. Additionally, the cost-effectiveness of reducing the input energy (i.e., to maintain subcritical rather than supercritical conditions) and preserve the solvent can significantly outweigh the added cost that the additional inclusion of one or more of the catalysts described herein carries.

Предполагается, что в условиях повышенной температуры и давления молекулы воды в водном растворителе могут диссоциировать на кислотные (гидроксониевые) и основные (гидроксильные) ионы, облегчающие гидролиз твердого вещества, подвергаемого обработке (т.е. преобразование твердого вещества в жидкость). В некоторых вариантах осуществления изобретения температура и давление, при которых выполняется реакция, могут быть достаточно высокими для того, чтобы требуемые уровни гидролиза имели место без использования добавочных катализаторов. Дополнительно или в качестве альтернативы, конкретный используемый органический материал может быть относительно легко гидролизуемым (и добавочные катализаторы следовательно не требуются). Например, достаточный гидролиз окаменелого органического вещества, такого как лигнит, может быть достигнут использованием субкритической воды без дополнительного добавления катализаторов, описываемый в данном документе. Однако, введение указанных катализаторов может быть использовано в качестве средства повышения выхода и/или качества изготавливаемого биотоплива.It is assumed that under conditions of elevated temperature and pressure, water molecules in an aqueous solvent can dissociate into acid (hydroxonium) and basic (hydroxyl) ions, which facilitate the hydrolysis of the solid being processed (i.e., the conversion of solid into liquid). In some embodiments of the invention, the temperature and pressure at which the reaction is performed may be high enough so that the required levels of hydrolysis occur without the use of additional catalysts. Additionally or alternatively, the particular organic material used can be relatively easily hydrolyzed (and additional catalysts are therefore not required). For example, sufficient hydrolysis of a fossilized organic substance, such as lignite, can be achieved using subcritical water without the additional addition of catalysts described herein. However, the introduction of these catalysts can be used as a means of increasing the yield and / or quality of biofuels produced.

В других случаях, температура и давление, при которых выполняется реакция, могут быть недостаточно высокими для достижения требуемых уровней гидролиза без дополнительного добавления катализаторов. Дополнительно или в качестве альтернативы, используемый конкретный органический материал может быть трудно гидролизуемым из-за его специфической химической структуры (например, древесно-волокнистый материал).In other cases, the temperature and pressure at which the reaction is performed may not be high enough to achieve the desired levels of hydrolysis without additional catalysts being added. Additionally or alternatively, the particular organic material used may be difficult to hydrolyze due to its specific chemical structure (e.g., wood-fiber material).

Соответственно, катализаторы гидролиза могут добавляться с целью облегчения (т.е. увеличения и/или ускорения) гидролиза твердого вещества, подвергаемого обработке (т.е. катализа гидролиза).Accordingly, hydrolysis catalysts may be added in order to facilitate (i.e., increase and / or accelerate) the hydrolysis of the solid to be treated (i.e., hydrolysis catalysis).

В некоторых вариантах осуществления изобретения катализаторы гидролиза могут представлять собой основные катализаторы. Может быть использован любой подходящий основной катализатор.In some embodiments, the hydrolysis catalysts may be basic catalysts. Any suitable basic catalyst may be used.

Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих основных катализаторов включают соли щелочных металлов, соли переходных металлов, органические основания и их смеси.Non-limiting examples of suitable basic catalysts include alkali metal salts, transition metal salts, organic bases, and mixtures thereof.

Соли щелочных металлов или соли переходных металлов могут включать любой неорганический анион (анионы), не имеющие ограничительного характера примеры которых включают сульфат, сульфит, сульфид, дисульфид, фосфат, алюминат, нитрат, нитрит, силикат, гидроксид, метоксид, этоксид, алкоксид, карбонат и оксид. Предпочтительными солями щелочных или переходных металлов являются соли натрия, калия, железа, кальция и бария, и они могут включать один или несколько анионов, выбранных из фосфата, алюмината, силиката, гидроксида, метоксида, этоксида, карбоната, сульфата, сульфида, дисульфида и оксида.Alkali metal salts or transition metal salts may include any inorganic anion (s), non-limiting examples of which include sulfate, sulfite, sulfide, disulfide, phosphate, aluminate, nitrate, nitrite, silicate, hydroxide, methoxide, ethoxide, alkoxide, carbonate and oxide. Preferred alkali or transition metal salts are salts of sodium, potassium, iron, calcium and barium, and they may include one or more anions selected from phosphate, aluminate, silicate, hydroxide, methoxide, ethoxide, carbonate, sulfate, sulfide, disulfide and oxide .

Не имеющие ограничительного характера примеры пригодных органических оснований включают аммиак, основные и полярные аминокислоты (например, лизин, гистидин, аргинин), бензатин, бензимидазол, бетаин, цинхонин, диэтиламин, диизопропилэтиламин, этаноламин, этилендиамин, имидазол, метиламин, N-метилгуанидин, N-метилморфолин, N-метилпиперидин, фосфазеновые основания, пиколин, пиперазин, прокаин, пиридин, хинидин, хинолин, триалкиламин, трибутиламин, триэтиламин, триметиламин и их смеси.Non-limiting examples of suitable organic bases include ammonia, basic and polar amino acids (e.g. lysine, histidine, arginine), benzathine, benzimidazole, betaine, cichonin, diethylamine, diisopropylethylamine, ethanolamine, ethylenediamine, imidazole, methylamine, N-methylguanidine, N-methylguanidine -methylmorpholine, N-methylpiperidine, phosphazene bases, picoline, piperazine, procaine, pyridine, quinidine, quinoline, trialkylamine, tributylamine, triethylamine, trimethylamine and mixtures thereof.

В некоторых вариантах осуществления изобретения катализаторы гидролиза могут представлять собой кислотные катализаторы, хотя следует признать, что кислотные катализаторы могут, в целом, быть более медленными при катализе гидролиза органического вещества, чем основные катализаторы. Может использоваться любой подходящий кислотный катализатор.In some embodiments, the hydrolysis catalysts may be acidic catalysts, although it should be recognized that acidic catalysts may generally be slower in catalyzing the hydrolysis of organic matter than basic catalysts. Any suitable acid catalyst may be used.

Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих кислотных катализаторов для гидролиза включают жидкие минеральные кислоты, органические кислоты и их смеси. Жидкие минеральные кислоты и органические кислоты могут включать любой неорганический анион (анионы), неограничивающие примеры которых включают алюминат, сульфат, сульфит, сульфид, фосфат, фосфит, нитрат, нитрит, силикат, гидроксид и алкоксид (в сверхкритических, или близких к сверхкритическим, условиях), карбонат и анионы карбоксильных групп.Non-limiting examples of suitable acid catalysts for hydrolysis include liquid mineral acids, organic acids, and mixtures thereof. Liquid mineral acids and organic acids may include any inorganic anion (s), non-limiting examples of which include aluminate, sulfate, sulfite, sulfide, phosphate, phosphite, nitrate, nitrite, silicate, hydroxide and alkoxide (under supercritical or near supercritical conditions ), carbonate and anions of carboxyl groups.

Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих органических кислот включают уксусную кислоту, масляную кислоту, капроновую кислоту, лимонную кислоту, муравьиную кислоту, гликолевую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, молочную кислоту, щавелевую кислоту, пропионовую кислоту, янтарную кислоту, мочевую кислоту и их смеси.Non-limiting examples of suitable organic acids include acetic acid, butyric acid, caproic acid, citric acid, formic acid, glycolic acid, 3-hydroxypropionic acid, lactic acid, oxalic acid, propionic acid, succinic acid, uric acid, and mixtures thereof.

В некоторых вариантах осуществления кислотный катализатор (катализаторы) для гидролиза может присутствовать в минералах органического вещества и/или получаться из реакционной смеси соединения кислот карбоновых и/или фенольных в ходе процесса обработки.In some embodiments, the acid catalyst (s) for hydrolysis may be present in the minerals of an organic substance and / or obtained from a reaction mixture of a carboxylic and / or phenolic acid compound during a processing process.

В некоторых вариантах осуществления изобретения для облегчения гидролиза твердого вещества, подвергаемого обработке, может использоваться смесь одного или нескольких кислотных катализаторов гидролиза или одного или нескольких основных катализаторов гидролиза.In some embodiments, a mixture of one or more acid hydrolysis catalysts or one or more basic hydrolysis catalysts may be used to facilitate hydrolysis of the solid to be treated.

Способы изобретения могут использовать катализаторы для гидролиза органического вещества (как описано в предшествующих абзацах). Дополнительно или в качестве альтернативы, способы могут использовать катализаторы, которые увеличивают и/или ускоряют удаление кислорода (как прямо, так и косвенно) из соединений в органическом веществе, подвергаемом обработке. Удаление кислорода может обеспечивать большое количество полезных эффектов, таких как, например, повышение энергоемкости и стабильности произведенного биотоплива.The methods of the invention can use catalysts for hydrolysis of organic matter (as described in the preceding paragraphs). Additionally or alternatively, the methods can use catalysts that increase and / or accelerate the removal of oxygen (both directly and indirectly) from compounds in the organic material being processed. The removal of oxygen can provide a large number of beneficial effects, such as, for example, increasing the energy intensity and stability of the produced biofuel.

Кислотный катализатор может использоваться для облегчения удаления кислорода, например, путем дегидратации (элиминирования) воды. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения кислотный катализатор может использоваться для облегчения гидролиза и для облегчения удаления кислорода из органического вещества, подвергаемого обработке.An acidic catalyst can be used to facilitate the removal of oxygen, for example, by dehydration (elimination) of water. Accordingly, in some embodiments of the invention, the acid catalyst may be used to facilitate hydrolysis and to facilitate the removal of oxygen from the organic material to be treated.

Для облегчения удаления кислорода может использоваться любой подходящий кислотный катализатор. Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих кислотных катализаторов для удаления кислорода включают жидкие минеральные кислоты, органические кислоты и их смеси. Жидкие минеральные кислоты и органические кислоты могут включать любой неорганический анион (анионы), неограничивающие примеры которых включают алюминат, сульфат, сульфит, сульфид, фосфат, фосфит, нитрат, нитрит, силикат, гидроксид и алкоксид (в сверхкритических, или близких к сверхкритическим, условиях), карбонат и анионы карбоксильных групп.Any suitable acid catalyst may be used to facilitate oxygen removal. Non-limiting examples of suitable acid catalysts for oxygen removal include liquid mineral acids, organic acids, and mixtures thereof. Liquid mineral acids and organic acids may include any inorganic anion (s), non-limiting examples of which include aluminate, sulfate, sulfite, sulfide, phosphate, phosphite, nitrate, nitrite, silicate, hydroxide and alkoxide (under supercritical or near supercritical conditions ), carbonate and anions of carboxyl groups.

Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих органических кислот включают уксусную кислоту, масляную кислоту, капроновую кислоту, лимонную кислоту, муравьиную кислоту, гликолевую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, молочную кислоту, щавелевую кислоту, пропионовую кислоту, янтарную кислоту, мочевую кислоту и их смеси.Non-limiting examples of suitable organic acids include acetic acid, butyric acid, caproic acid, citric acid, formic acid, glycolic acid, 3-hydroxypropionic acid, lactic acid, oxalic acid, propionic acid, succinic acid, uric acid, and mixtures thereof.

В некоторых вариантах осуществления алюмосиликаты, включающие гидратированные атомы (например, цеолиты) могут быть использованы в ходе обработки органического вещества для содействия дегидратации (элиминированию) воды.In some embodiments, aluminosilicates comprising hydrated atoms (eg, zeolites) can be used during the processing of organic matter to facilitate dehydration (elimination) of water.

Дополнительно или в качестве альтернативы, удаление кислорода может облегчаться при помощи термических средств, в том числе декарбонилирования, например, альдегидов (дающего R3C-H и газообразный CO) и декарбоксилирования карбоновых кислот (дающего R3C-H и газообразный CO2) в материале, подвергаемом обработке. Скорость этих реакций может быть повышена путем добавления кислоты и/или переходного (благородного) металла как катализатора. Может использоваться любой переходной или благородный металл, включая металлы на подложке из твердых кислот. Не имеющие ограничительного характера примеры включают Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2 и их смеси.Additionally or alternatively, the removal of oxygen can be facilitated by thermal means, including decarbonylation, for example, aldehydes (giving R 3 CH and gaseous CO) and decarboxylation of carboxylic acids (giving R 3 CH and gaseous CO 2 ) in the material to be processing. The speed of these reactions can be increased by adding acid and / or transition (noble) metal as a catalyst. Any transition or noble metal may be used, including metals on a solid acid support. Non-limiting examples include Pt / Al 2 O 3 / SiO 2 , Pd / Al 2 O 3 / SiO 2 , Ni / Al 2 O 3 / SiO 2, and mixtures thereof.

Дополнительно или в качестве альтернативы, для облегчения удаления кислорода может использоваться комбинированный кислотный катализатор гидрирования, например, путем гидродеоксигенирования (т.е. элиминирования воды (посредством кислотной составляющей) и насыщения двойных связей (посредством металлической составляющей)). Может использоваться любой подходящий кислотный катализатор гидрирования, в том числе катализаторы на подложке из твердых кислот. Не имеющие ограничительного характера примеры включают Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2, NiO/MoO3, CoO/MoO3, NiO/WO2, цеолиты, наполненные благородными металлами (например, ZSM-5, Beta, ITQ-2), и их смеси.Additionally or alternatively, to facilitate the removal of oxygen, a combined hydrogenation acid catalyst may be used, for example, by hydrodeoxygenation (i.e. eliminating water (via an acidic component) and saturating double bonds (via a metal component)). Any suitable acidic hydrogenation catalyst may be used, including catalysts on a solid acid support. Non-limiting examples include Pt / Al 2 O3 / SiO 2 , Pd / Al 2 O 3 / SiO 2 , Ni / Al 2 O 3 / SiO 2 , NiO / MoO 3 , CoO / MoO 3 , NiO / WO 2 , zeolites filled with noble metals (e.g. ZSM-5, Beta, ITQ-2), and mixtures thereof.

Способы изобретения могут задействовать катализаторы, которые облегчают гидролиз органического вещества, подвергаемого обработке, и/или катализаторы, которые облегчают удаление кислорода из соединений в органическом веществе (как обсуждалось в предшествующих абзацах). Дополнительно или в качестве альтернативы, способы могут использовать катализаторы, которые облегчают концентрирование водорода (как прямо, так и косвенно) в соединениях в органическом веществе, подвергаемом обработке. Концентрирование водорода может обеспечивать множество полезных эффектов, таких как, например, повышение энергоемкости и стабильности произведенного биотоплива.The methods of the invention may involve catalysts that facilitate the hydrolysis of the organic matter to be treated and / or catalysts that facilitate the removal of oxygen from compounds in the organic matter (as discussed in the preceding paragraphs). Additionally or alternatively, the methods can use catalysts that facilitate the concentration of hydrogen (both directly and indirectly) in the compounds in the organic material to be processed. Concentration of hydrogen can provide many beneficial effects, such as, for example, increasing the energy intensity and stability of biofuels produced.

Для облегчения концентрирования водорода в соединениях органического вещества, подвергаемого обработке, например, путем гидрирования путем переноса водорода или генерирования водорода in situ, может использоваться катализатор гидрирования путем переноса водорода.To facilitate the concentration of hydrogen in compounds of the organic matter to be treated, for example by hydrogenation by hydrogen transfer or by generating hydrogen in situ, a hydrogenation catalyst by hydrogen transfer can be used.

Любой подходящий катализатор гидрирования путем переноса водорода может использоваться для концентрирования водорода. Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих катализаторов гидрирования путем переноса водорода включают гидроксиды щелочных металлов (например, гидроксид натрия), гидроксиды переходных металлов, формиаты щелочных металлов (например, формиат натрия), формиаты переходных металлов, реакционноспособные карбоновые кислоты, переходные или благородные металлы и их смеси.Any suitable hydrogenation catalyst by hydrogen transfer can be used to concentrate hydrogen. Non-limiting examples of suitable hydrogen transfer hydrogenation catalysts include alkali metal hydroxides (e.g. sodium hydroxide), transition metal hydroxides, alkali metal formates (e.g. sodium formate), transition metal formates, reactive carboxylic acids, transition or noble metals and their mixtures.

Гидроксид или формиат щелочного металла может включать любой подходящий щелочной металл. Предпочтительные щелочные металлы включают натрий, калий и их смеси. Гидроксид или формиат переходного металла может включать любой подходящий переходной металл, предпочтительные примеры включают Fe и Ru. Реакционноспособной карбоновой кислотой может быть любая карбоновая кислота, предпочтительные примеры включают муравьиную кислоту, уксусную кислоту и их смеси. Переходным или благородным металлом может быть любой подходящий переходной или благородный металл, предпочтительные примеры включают платину, палладий, никель, рутений, родий и их смеси.The alkali metal hydroxide or formate may include any suitable alkali metal. Preferred alkali metals include sodium, potassium, and mixtures thereof. The transition metal hydroxide or formate may include any suitable transition metal, preferred examples include Fe and Ru. Reactive carboxylic acid may be any carboxylic acid, preferred examples include formic acid, acetic acid, and mixtures thereof. The transition or noble metal may be any suitable transition or noble metal, preferred examples include platinum, palladium, nickel, ruthenium, rhodium, and mixtures thereof.

Дополнительно или в качестве альтернативы, для облегчения концентрирования водорода в органическом веществе, подвергаемом обработке, например, путем гидрирования H2, может использоваться катализатор на основе переходного металла. Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих переходных металлов как катализаторов для гидрирования H2 включают нуль-валентные металлы (например, платину, палладий и никель), сульфиды переходных металлов (например, сульфид железа (FeS, FexSy)) и их смеси.Additionally or alternatively, a transition metal catalyst may be used to facilitate the concentration of hydrogen in the organic material to be treated, for example by hydrogenation of H 2 . Non-limiting examples of suitable transition metals as catalysts for hydrogenation of H 2 include nullovalent metals (e.g., platinum, palladium and nickel), transition metal sulfides (e.g., iron sulfide (FeS, Fe x S y )) and mixtures thereof.

Дополнительно или в качестве альтернативы, катализатор конверсии водяного газа может использоваться для облегчения концентрирования водорода в органическом веществе, подвергаемом обработке (т.е. посредством реакции конверсии водяного газа). Может использоваться любой подходящий катализатор конверсии водяного газа (WGS), например, переходные металлы, оксиды переходных металлов и их смеси (например, магнетит, катализаторы WGS на основе платины, тонко диспергированная медь и никель).Additionally or alternatively, a water gas conversion catalyst may be used to facilitate the concentration of hydrogen in the organic material to be treated (i.e., through a water gas conversion reaction). Any suitable water gas conversion catalyst (WGS) can be used, for example, transition metals, transition metal oxides and mixtures thereof (e.g. magnetite, platinum-based WGS catalysts, finely dispersed copper and nickel).

Дополнительно или в качестве альтернативы, концентрирование водорода в органическом веществе, подвергаемом обработке, может облегчаться путем газификации in-situ (т.е. путем термического катализа). Газификация in-situ может облегчаться путем добавления переходных металлов. Может использоваться любой подходящий переходной металл, включая переходные металлы на подложке из твердых кислот (например, Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2 и их смеси) и сульфиды переходных металлов (например, FexSy, FeS/Al2O3, FeS/SiO2, FeS/Al2O3/SiO2 и их смеси). В таблице 1 ниже приводится сводка примеров катализаторов, которые могут быть задействованы в способах изобретения и в соответствующих реакциях, которые они могут катализировать.Additionally or alternatively, the concentration of hydrogen in the organic material to be treated can be facilitated by in situ gasification (i.e., by thermal catalysis). In situ gasification can be facilitated by the addition of transition metals. Any suitable transition metal may be used, including transition metals on a solid acid support (e.g., Pt / Al 2 O 3 / SiO 2 , Pd / Al 2 O 3 / SiO 2 , Ni / Al 2 O 3 / SiO 2, and mixtures thereof ) and sulfides of transition metals (for example, Fe x S y , FeS / Al 2 O 3 , FeS / SiO 2 , FeS / Al 2 O 3 / SiO 2 and mixtures thereof). Table 1 below provides a summary of examples of catalysts that can be used in the methods of the invention and in the corresponding reactions that they can catalyze.

Таблица 1Table 1 Сводка катализаторов и соответствующих реакцийCatalyst Summary and Related Reactions Тип реакцииReaction type КатализаторCatalyst Семейство катализаторовCatalyst family Характерный пример (примеры)Typical example (examples) Предпочтительные катализаторы/ комментарииPreferred Catalysts / Comments ГидролизHydrolysis Оснόвные катализаторыMain catalysts Суб/сверхкритическая водаSub / supercritical water Гидроксид-ион в суб/сверхкритической водеHydroxide ion in sub / supercritical water Все соли щелочных и переходных металлов, так и катионы и анионы могут вносить вклад. Включает все общеизвестные неорганические анионыAll alkali and transition metal salts, as well as cations and anions, can contribute. Includes all well-known inorganic anions М = любой щелочной или переходной металл
А = анионы, включающие: алюминат, сульфат, сульфит, сульфид, фосфат, фосфит, нитрат, нитрит, силикат, гидроксид, алкоксид, карбонат, оксид
M = any alkali or transition metal
A = anions, including: aluminate, sulfate, sulfite, sulfide, phosphate, phosphite, nitrate, nitrite, silicate, hydroxide, alkoxide, carbonate, oxide
M = Na, K, Fe, Ca, Ba
А = алюминат, фосфат, силикат, гидроксид, метоксид, этоксид, карбонат, сульфат, сульфид, дисульфид (FeS2), оксид
M = Na, K, Fe, Ca, Ba
A = aluminate, phosphate, silicate, hydroxide, methoxide, ethoxide, carbonate, sulfate, sulfide, disulfide (FeS 2 ), oxide
Любое органическое основаниеAny organic base Аммиак, пиридин и т.д.Ammonia, pyridine, etc.

ГидролизHydrolysis Кислотный катализ (медленнее)Acid Catalysis (slower) Суб/сверхкритическая водаSub / supercritical water Ион гидроксония в суб/сверхкритической водеHydroxonium ion in sub / supercritical water Любая жидкая минеральная или органическая кислотаAny liquid mineral or organic acid НА, где
А = анионы, включающие: алюминат, сульфат, сульфит, сульфид, фосфат, фосфит, нитрат, нитрит, силикат, гидроксид, алкоксид, карбонат, карбоксильная группа
ON where
A = anions, including: aluminate, sulfate, sulfite, sulfide, phosphate, phosphite, nitrate, nitrite, silicate, hydroxide, alkoxide, carbonate, carboxyl group
Кислоты могут образовываться в результате образования реакционных смесей из карбоновых кислот и фенольных смол и присутствующих минераловAcids can form as a result of the formation of reaction mixtures of carboxylic acids and phenolic resins and minerals present
Дегидратация (элиминирование)Dehydration (elimination) Кислотный катализAcid catalysis Суб/сверхкритическая водаSub / supercritical water Ион гидроксония в суб/сверхкритической водеHydroxonium ion in sub / supercritical water

Любая жидкая минеральная или органическая кислотаAny liquid mineral or organic acid НА, где
А = анионы, включающие: алюминат, сульфат, сульфит, сульфид, фосфат, фосфит, нитрат, нитрит, силикат, гидроксид, алкоксид, карбонат, карбоксильная группа
ON where
A = anions, including: aluminate, sulfate, sulfite, sulfide, phosphate, phosphite, nitrate, nitrite, silicate, hydroxide, alkoxide, carbonate, carboxyl group
Кислоты могут образовываться в результате образования реакционных смесей из карбоновых кислот и фенольных смол и присутствующих минералов.
цеолиты или алюмосиликаты в общем могут быть добавлены
Acids can form as a result of the formation of reaction mixtures of carboxylic acids and phenolic resins and the minerals present.
zeolites or aluminosilicates can generally be added
Гидрирование путем переноса водорода или генерирование Н2 реакционной смесиHydrogenation by transferring hydrogen or generating H 2 reaction mixture Катализаторы гидрирования путем переноса протонаProton Hydrogenation Catalysts Все гидроксиды щелочных и переходных металлов и формиатов
Все реакционноспособные карбоновые кислоты
Все переходные и благородные металлы
All hydroxides of alkali and transition metals and formates
All reactive carboxylic acids
All transition and noble metals
М = любой щелочной или переходной металл
A = гидроксид, формиат
M = any alkali or transition metal
A = hydroxide, formate
M = Na, K
A = гидроксид,
формиат
муравьиная, уксусная
M=Pd, Pd, Ni, Ru, Rh
M = Na, K
A = hydroxide
formate
formic, vinegar
M = Pd, Pd, Ni, Ru, Rh

ДекарбоксилированиеDecarboxylation ВысокотермическийHigh heat Кислоты и катализаторы на основе переходных (благородных) металлов сообщены для способствования процессуAcids and catalysts based on transition (noble) metals reported to facilitate the process Все переходные и благородные металлы на подложке из твердых кислот All transition and noble metals on a solid acid substrate Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2 Pt / Al 2 O 3 / SiO 2 , Pd / Al 2 O 3 / SiO 2 , Ni / Al 2 O 3 / SiO 2 ДекарбонилированиеDecarbonylation ВысокотермическийHigh heat Как для декарбоксилированияAs for decarboxylation Как для декарбоксилированияAs for decarboxylation Как для декарбоксилированияAs for decarboxylation Газификация реакционной смесиGasification of the reaction mixture ВысокотермическийHigh heat Переходные металлыTransition metals Переходные металлы на подложке
сульфиды
Transition metals on the substrate
sulfides
Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2
FexSy, FeS/Al2O3, FeS/SiO2, FeS/Al2O3/SiO2
Pt / Al 2 O 3 / SiO 2 , Pd / Al 2 O 3 / SiO 2 , Ni / Al 2 O 3 / SiO 2
Fe x S y , FeS / Al 2 O 3 , FeS / SiO 2 , FeS / Al 2 O 3 / SiO 2
Конверсия водяного газаWater gas conversion Катализаторы WGSWGS catalysts Стандартные катализаторы WGSWGS Standard Catalysts Как в литературеAs in the literature Как в литературеAs in the literature Прямая гидрогенизация с H2 Direct hydrogenation with H 2 Переходные металлыTransition metals Нульвалентные металлы
Сульфиды
Zero-valent metals
Sulfides
Pt, P, Ni в нулевой валентности
FeS, FexSy
Pt, P, Ni in zero valency
FeS, FexSy

ГидродеоксигенированиеHydrodeoxygenation Комбинированный кислотный и гидрогенизирующий катализаторCombined Acid and Hydrogenation Catalyst Переходной металл и твердая кислотаTransition metal and solid acid М = переходной металл
А = кислотное твердое вещество
M = transition metal
A = acid solid
Pt/Al2O3/SiO2, Pd/Al2O3/SiO2, Ni/Al2O3/SiO2,
NiO/MoO3,
CoO/MoO3,
NiO/WO2
Цеолиты, наполненные благородными металлами, например, ZSM-5, Beta, ITQ-2
Pt / Al 2 O 3 / SiO 2 , Pd / Al 2 O 3 / SiO 2 , Ni / Al 2 O 3 / SiO 2 ,
NiO / MoO 3 ,
CoO / MoO 3 ,
NiO / WO 2
Noble metal zeolites, e.g. ZSM-5, Beta, ITQ-2

Катализаторы для использования в способах изобретения, могут быть произведены с использованием химических методов известных в данной области и/или приобретенных из коммерческих источников.Catalysts for use in the methods of the invention can be produced using chemical methods known in the art and / or purchased from commercial sources.

Следует понимать, что не существует ограничений в отношении момента времени, в который добавочный катализатор (катализаторы) может применяться при выполнении способов изобретения. Например, катализатор (катализаторы) может добавляться к органическому веществу, водному растворителю или их смеси (т.е. к суспензии) перед нагревом/приложением давления до целевой температуры и давления, в ходе нагрева/повышением давления до целевой температуры и давления и/или после достижения температуры и давления реакции. Время добавления катализатора может зависеть от реакционной способности используемого исходного сырья. Например, высокореакционноспособное исходное сырье может выигрывать от добавления катализатора вблизи целевой температуры и давления реакции или при целевой температуре и давлении реакции, в то время как менее реакционноспособное исходное сырье может обладать более широким интервалом процесса для добавления катализаторов (т.е. катализаторы могут добавляться перед достижением целевой температуры и давления реакции).It should be understood that there are no restrictions on the point in time at which the additional catalyst (s) can be used in carrying out the methods of the invention. For example, the catalyst (s) may be added to an organic substance, an aqueous solvent, or mixtures thereof (i.e., to a suspension) before heating / applying pressure to a target temperature and pressure, during heating / raising pressure to a target temperature and pressure and / or after reaching temperature and reaction pressure. The catalyst addition time may depend on the reactivity of the feed used. For example, a highly reactive feed can benefit from the addition of a catalyst near the target reaction temperature and pressure or at a target reaction temperature and pressure, while a less reactive feed can have a wider process range for adding catalysts (i.e., catalysts can be added before achievement of the target temperature and reaction pressure).

(ii) «собственные» катализаторы(ii) “proprietary” catalysts

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к производству биотоплива из органического вещества путем обработки водным растворителем в условиях повышенной температуры и давления в присутствии, по меньшей мере, одного «дополнительного» катализатора. Как отмечено выше, под «дополнительным» катализатором подразумевается указание на то, что катализатор подается дополнительно к катализаторам, по существу присутствующим в другом компоненте (компонентах) реакции.Some embodiments of the invention relate to the production of biofuels from organic matter by treatment with an aqueous solvent under conditions of elevated temperature and pressure in the presence of at least one “additional” catalyst. As noted above, by “additional” catalyst is meant an indication that the catalyst is supplied in addition to the catalysts substantially present in the other component (s) of the reaction.

Дополнительно или в качестве альтернативы, производство биотоплива из органического вещества в соответствии со способами изобретения может быть облегчено в присутствии «собственного» катализатора (катализаторов), которые изначально присутствуют в данном компоненте реакции, как, например, в любом из одного или нескольких источников органического вещества как исходного сырья, в водном растворителе и/или в стенках сосуда реакторного устройства, в котором может обрабатываться органическое вещество.Additionally or alternatively, the production of biofuels from organic matter in accordance with the methods of the invention can be facilitated in the presence of “proprietary” catalyst (s) that are initially present in a given reaction component, such as, for example, any one or more sources of organic matter as feedstock, in an aqueous solvent and / or in the walls of a vessel of a reactor device in which organic matter can be processed.

Дополнительно, способы изобретения могут выполняться с использованием «дополнительного» катализатора (катализаторов) в сочетании с «собственным» катализатором (катализаторами) или с использованием одного «собственного» катализатора (катализаторов).Additionally, the methods of the invention can be performed using an “additional” catalyst (s) in combination with an “own” catalyst (s) or using one “own” catalyst (s).

Оптимальное количество собственного катализатора, используемого в способах изобретения, может зависеть от множества различных факторов, включающих, например, тип органического вещества, подвергаемого обработке, объем органического вещества, подвергаемого обработке, используемый водный растворитель, конкретной температуры и давления, задействованных в ходе реакции, тип катализатора и требуемые свойства биотопливного продукта.The optimal amount of proprietary catalyst used in the methods of the invention may depend on many different factors, including, for example, the type of organic substance being treated, the amount of organic substance being processed, the aqueous solvent used, the particular temperature and pressure involved in the reaction, type catalyst and the required properties of the biofuel product.

В некоторых вариантах осуществления изобретения собственный катализатор, или комбинация собственного и дополнительного катализаторов, может использоваться в количестве между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 10% в отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 7,5% в отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 5% в отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 2,5% в отношении веса к объему, между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 1% в отношении веса к объему или между примерно 0,1% в отношении веса к объему и примерно 0,5% в отношении веса к объему (по отношению к водному растворителю).In some embodiments, a proprietary catalyst, or a combination of proprietary and additional catalysts, can be used in an amount of between about 0.1% in terms of weight to volume and about 10% in terms of weight to volume, between about 0.1% in terms of weight to volume and about 7.5% in terms of weight to volume, between about 0.1% in terms of weight to volume and about 5% in terms of weight to volume, between about 0.1% in terms of weight to volume and about 2.5 % in terms of weight to volume, between about 0.1% in terms of weight to volume mu and about 1% in terms of weight to volume, or between about 0.1 weight% in relation to volume and about 0.5% in terms of weight to volume (relative to the aqueous solvent).

В некоторых вариантах осуществления изобретения «собственный» катализатор, используемый в процессе реакции может представлять собой соль щелочного и/или щелочноземельного металла (например, соли калия, кальция и/или натрия). Например, для снижения содержания кислорода в бионефтепродукте могут быть эффективны гидроксиды и карбонаты щелочных металлов. В одном из вариантов осуществления изобретения оптимальная концентрация катализатора (в самой реакции) на основе гидроксида щелочного металла и/или карбоната щелочного металла, при заданном наборе существенно постоянных других условий реакции может находиться в интервале от примерно 0,1 моль/л до примерно 1 моль/л. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения концентрация может составлять от примерно 0,1 моль/л до примерно 0,3 моль/л. Предпочтительно, концентрация используемого катализатора на основе гидроксида щелочного металла и/или карбоната щелочного металла обеспечивает продукт с низким содержанием кислорода (например, менее чем примерно 11% в весовом отношении; между примерно 6% в весовом отношении и примерно 11% в весовом отношении).In some embodiments, the “proprietary” catalyst used in the reaction may be an alkali and / or alkaline earth metal salt (eg, potassium, calcium and / or sodium salts). For example, alkali metal hydroxides and carbonates can be effective in reducing the oxygen content in a bio-oil product. In one embodiment, the optimal concentration of the catalyst (in the reaction itself) based on alkali metal hydroxide and / or alkali metal carbonate, for a given set of substantially constant other reaction conditions, can range from about 0.1 mol / l to about 1 mol / l In preferred embodiments, the concentration may be from about 0.1 mol / L to about 0.3 mol / L. Preferably, the concentration of the alkali metal hydroxide and / or alkali metal carbonate catalyst used provides a low oxygen product (for example, less than about 11% by weight; between about 6% by weight and about 11% by weight).

Один или несколько других типов катализаторов могут присутствовать в органическом веществе, используемом в качестве исходного сырья для реакции. Не имеющие ограничительного характера примеры этих катализаторов включают минералы и/или соли щелочных и/или щелочноземельных металлов. В некоторых вариантах осуществления соль калия и/или кальция, присутствующая в органическом веществе исходного сырья может обеспечивать каталитическую активность в реакции.One or more other types of catalysts may be present in the organic material used as the starting material for the reaction. Non-limiting examples of these catalysts include minerals and / or salts of alkali and / or alkaline earth metals. In some embodiments, the potassium and / or calcium salt present in the organic material of the feed can provide catalytic activity in the reaction.

Например, древесно-волокнистая биомасса может включать переменное количество золы (например, между примерно 0,1% и примерно 50% золы), а зола, в свою очередь, может включать переменные количества солей щелочных металлов (например, солей калия и/или кальция) (см., например, Stanislav et al., "An Overview of the Chemical Composition of Biomass", Fuel 89 (2010), 913-933). Например, зола может включать между примерно 0,2% и примерно 64% калия (в виде оксида калия) и/или между примерно 1% до примерно 83% кальция (в виде оксида кальция). Соли щелочных металлов, присутствующие в исходном сырье, такие как, например, соли калия или кальция, могут быть катализаторами для ряда реакций в условиях реакции согласно настоящему изобретению, в том числе в реакциях, описанных выше в таблице 1.For example, wood-fiber biomass may include a variable amount of ash (e.g., between about 0.1% and about 50% ash), and ash, in turn, may include variable amounts of alkali metal salts (e.g., potassium and / or calcium salts) ) (see, for example, Stanislav et al., "An Overview of the Chemical Composition of Biomass", Fuel 89 (2010), 913-933). For example, ash may include between about 0.2% and about 64% potassium (as potassium oxide) and / or between about 1% to about 83% calcium (as calcium oxide). Alkali metal salts present in the feedstock, such as, for example, potassium or calcium salts, can be catalysts for a number of reactions under the reaction conditions of the present invention, including in the reactions described above in table 1.

Дополнительно или в качестве альтернативы, водный растворитель, используемый в способах изобретения, может поставлять в реакцию собственные катализаторы. Не имеющие ограничительного характера примеры этих катализаторов включают ионы гидроксония и/или гидроксида из воды.Additionally or alternatively, the aqueous solvent used in the methods of the invention can supply its own catalysts to the reaction. Non-limiting examples of these catalysts include hydroxonium and / or hydroxide ions from water.

Дополнительно или в качестве альтернативы, «собственные» катализаторы могут предоставляться стенками сосуда реакторного устройства, в котором может обрабатываться органическое вещество. Не имеющие ограничительного характера примерами материалов, которые обычно используются для конструирования реакторов (т.е., в том числе, стенок сосуда), являются сплавы железа с другими металлами, в том числе с хромом, никелем, марганцем, ванадием, молибденом, титаном и кремнием. Не имеющие ограничительного характера примерами пригодных марок стали являются 310, 316 и сплав 625.Additionally or alternatively, “proprietary” catalysts can be provided by the vessel walls of a reactor device in which organic matter can be processed. Non-limiting examples of materials that are commonly used to design reactors (i.e., including vessel walls) are iron alloys with other metals, including chromium, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, titanium, and silicon. Non-limiting examples of suitable steel grades are 310, 316 and alloy 625.

В некоторых вариантах осуществления «собственными» катализаторами, которые могут предоставляться стенками сосуда реакторного устройства, являются переходные/благородные металлы.In some embodiments, the “proprietary” catalysts that can be provided by the vessel walls of the reactor device are transition / noble metals.

Не имеющие ограничительного характера примеры «собственных» катализаторов, которые могут предоставляться стенками сосуда реакторного устройства, включают металлическое железо, гидроксиды железа, оксиды железа, карбонаты железа, гидрокарбонаты железа, ацетаты железа; металлический никель, гидроксиды никеля, оксиды никеля, карбонаты никеля, гидрокарбонаты никеля; металлический хром, гидроксиды хрома, оксиды хрома, карбонаты хрома, гидрокарбонаты хрома; металлический марганец, гидроксиды металлического марганца, оксиды металлического марганца, карбонаты металлического марганца и/или гидрокарбонаты металлического марганца. Гидроксиды могут присутствовать в силу реакции металлов с водой и щелочными «добавочными» катализаторами. Оксиды могут присутствовать в силу реакции металлов с кислородсодержащими соединениями и как пассивирующие слои. Карбонаты и гидрокарбонаты могут присутствовать в силу реакций металлов, оксидов металлов и/или гидроксидов металлов с диоксидом углерода, генерируемым in situ в реакциях декарбоксилирования. Ацетаты металлов могут присутствовать в силу реакций металлов, оксидов металлов, гидроксидов металлов, гидрокарбонатов металлов и карбонатов металлов с уксусной кислотой, генерируемой in-situ при гидролизе органического вещества.Non-limiting examples of “proprietary” catalysts that can be provided by the vessel walls of a reactor apparatus include metallic iron, iron hydroxides, iron oxides, iron carbonates, iron hydrogen carbonates, iron acetates; nickel metal, nickel hydroxides, nickel oxides, nickel carbonates, nickel hydrogen carbonates; metal chromium, chromium hydroxides, chromium oxides, chromium carbonates, chromium hydrogen carbonates; metallic manganese, metallic manganese hydroxides, metallic manganese oxides, metallic manganese carbonates and / or metallic manganese hydrogen carbonates. Hydroxides may be present due to the reaction of metals with water and alkaline “auxiliary” catalysts. Oxides may be present due to the reaction of metals with oxygen-containing compounds and as passivating layers. Carbonates and bicarbonates may be present due to reactions of metals, metal oxides and / or metal hydroxides with carbon dioxide generated in situ in decarboxylation reactions. Metal acetates may be present due to reactions of metals, metal oxides, metal hydroxides, metal hydrogen carbonates and metal carbonates with acetic acid generated in situ by hydrolysis of organic matter.

Металлы и соединения металлов, связанные с поверхностями, изготовленными из стали и сходных материалов, могут катализировать различные реакции, в том числе, в качестве не имеющих ограничительного характера примеров, одну или несколько реакций, описанных выше в таблице 1. Например, катализаторы могут катализировать такие гидротермальные реакции, как, например, реакции декарбоксилирования (см., например, Maiella and Brill, "Spectroscopy of Hydrothermal Reactions. 10. Evidence of Wall Effects in Decarboxylation Kinetics of l.00 m HC02X (X = H, Na) at 280-330 єC and 275 bar", J. Phys. Chem. A (1998), 102, 5886-5891) и реакции переноса водорода (см., например, Onwudili and Williams, "Hydrothermal reactions of sodium formate and sodium acetate as model intermediate products of the sodium hydroxide-promoted hydrothermal gasification of biomass", Green Chem., (2010), 12, 2214-2224).Metals and metal compounds bonded to surfaces made of steel and similar materials can catalyze various reactions, including, but not limited to, one or more of the reactions described above in Table 1. For example, catalysts can catalyze such hydrothermal reactions, such as decarboxylation reactions (see, for example, Maiella and Brill, Spectroscopy of Hydrothermal Reactions. 10. Evidence of Wall Effects in Decarboxylation Kinetics of l.00 m HC0 2 X (X = H, Na) at 280-330 ° C and 275 bar ", J. Phys. Chem. A (1998), 102, 5886-5891) and transport reactions in hydrogen (see, for example, Onwudili and Williams, "Hydrothermal reactions of sodium formate and sodium acetate as model intermediate products of the sodium hydroxide-promoted hydrothermal gasification of biomass", Green Chem., (2010), 12, 2214-2224) .

(iii) рециркуляция катализаторов(iii) catalyst recycling

Катализаторы согласно изобретению могут быть рециркулированы с целью использования в последующих реакциях для конверсии в биотопливо органического вещества как исходного сырья. Рециркулированные катализаторы, могут представлять собой «дополнительные» катализаторы и/или «собственные» катализаторы, как описано в данном документе.The catalysts according to the invention can be recycled for use in subsequent reactions for the conversion of organic matter into biofuel as a feedstock. Recycled catalysts may be “additional” catalysts and / or “proprietary” catalysts, as described herein.

В качестве не имеющего ограничительного характера примера, собственные катализаторы (например, щелочные соли, такие как соли калия и кальция) в ходе реакции могут переноситься в водную жидкую фазу. Поскольку в органическом веществе как исходном сырье, перерабатываемом в соответствии со способами изобретения, могут присутствовать значительные концентрации таких катализаторов (например, щелочных солей калия и кальция), в некоторых вариантах осуществления могут быть рециркулированы водные фазы, содержащие растворенные катализаторы (например, соли калия и/или кальция).As a non-limiting example, proprietary catalysts (e.g., alkaline salts such as potassium and calcium salts) can be transferred to the aqueous liquid phase during the reaction. Since significant concentrations of such catalysts (e.g., alkaline potassium and calcium salts) may be present in the organic material as a feedstock processed in accordance with the methods of the invention, in some embodiments aqueous phases containing dissolved catalysts (e.g., potassium salts and / or calcium).

Соответственно, в некоторых вариантах осуществления собственные катализаторы из какого-либо компонента (компонентов) реакции (например, из одного или нескольких источников органического вещества как исходного сырья, водного растворителя и/или стенок реакторного устройства) могут быть возобновлены реакционной смесью, смягчая или снижая потребность в обеспечении «дополнительными» катализаторами в последующих циклах конверсии исходного сырья. Это может оказаться особенно преимущественным в вариантах осуществления изобретения, относящихся к продолжительной работе с масштабами на уровне масштаба опытной промышленной установки или выше этого уровня. В общем, предполагается, что утилизация собственных катализаторов, присутствующих в таких компонентах реакции, как органическое вещество в качестве исходного сырья (например, щелочные соли), может допускать ситуацию, когда «дополнительные» катализаторы требуются только в ходе работ по вводу в эксплуатацию.Accordingly, in some embodiments, proprietary catalysts from any of the reaction component (s) (for example, from one or more sources of organic matter such as feedstock, aqueous solvent and / or walls of the reactor device) can be renewed by the reaction mixture, mitigating or reducing the need in providing “additional” catalysts in subsequent conversion cycles of the feedstock. This may be particularly advantageous in embodiments of the invention relating to continuous operation with scales at or above the scale level of the pilot plant. In general, it is assumed that the disposal of proprietary catalysts present in such reaction components as organic matter as feedstock (eg, alkaline salts) may allow a situation where “additional” catalysts are required only during commissioning.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения «собственным» катализатором, рециркулируемым в процессе реакции, является соль щелочного и/или щелочноземельного металла (например, соли калия, кальция и/или натрия).In preferred embodiments, the “proprietary” catalyst recirculated during the reaction is an alkali and / or alkaline earth metal salt (eg, potassium, calcium and / or sodium salt).

Примеры условий реакцииExamples of reaction conditions

В некоторых вариантах осуществления органическое вещество, обрабатываемое с использованием способов изобретения, представляет собой (или включает) окаменелое органическое вещество (см. выше раздел «Органическое вещество»). Например, обрабатываемым органическим веществом может быть лигнит.In some embodiments, the organic material processed using the methods of the invention is (or includes) a fossilized organic substance (see "Organic Substance" section above). For example, the processed organic substance may be lignite.

Конверсия окаменелого органического вещества в биотопливо может проводиться, например, с использованием водного растворителя при температуре (температурах) от примерно, 200°С до примерно, 400°С и под давлением (давлениями) от примерно, 150 бар до примерно, 350 бар; предпочтительно, при температуре (температурах) от примерно, 250°С до примерно, 375°С и под давлением (давлениями) от примерно, 175 бар до примерно, 300 бар; более предпочтительно, при температуре (температурах) от примерно, 300°С до примерно, 375°С и под давлением (давлениями) от, примерно, 200 бар до примерно, 250 бар; более предпочтительно, при температуре (температурах) от примерно, 320°С до примерно, 360°С и под давлением (давлениями) от, примерно, 200 бар до примерно, 250 бар; и еще более предпочтительно, при температуре (температурах) от примерно, 340°С до примерно, 360°С и под давлением (давлениями) от примерно, 200 бар до примерно, 240 бар.The conversion of fossilized organic matter to biofuel can be carried out, for example, using an aqueous solvent at a temperature (temperatures) of from about 200 ° C to about 400 ° C and under pressure (pressures) of from about 150 bar to about 350 bar; preferably at a temperature (s) of from about 250 ° C to about 375 ° C and under pressure (s) of from about 175 bar to about 300 bar; more preferably, at a temperature (s) of from about 300 ° C to about 375 ° C and under pressure (s) of from about 200 bar to about 250 bar; more preferably, at a temperature (s) of from about 320 ° C to about 360 ° C and under pressure (s) of from about 200 bar to about 250 bar; and even more preferably, at a temperature (s) of from about 340 ° C to about 360 ° C and under a pressure (s) of from about 200 bar to about 240 bar.

Предпочтительно, водным растворителем является вода или водный спирт (например, водный этанол или метанол), включающий между примерно 1% в отношении веса к объему и примерно 5% в отношении веса к объему спирта, водный спирт (например, водный этанол или метанол), включающий между примерно 1% в отношении веса к объему и примерно 10% в отношении веса к объему спирта, между примерно 5% в отношении веса к объему и примерно 15% в отношении веса к объему спирта или между примерно 5% в отношении веса к объему и примерно 20% в отношении веса к объему спирта.Preferably, the aqueous solvent is water or an aqueous alcohol (e.g., aqueous ethanol or methanol), comprising between about 1% in terms of weight to volume and about 5% in terms of weight to volume of alcohol, aqueous alcohol (e.g., aqueous ethanol or methanol), comprising between about 1% in terms of weight to volume and about 10% in terms of weight to volume of alcohol, between about 5% in terms of weight to volume and about 15% in terms of weight to volume of alcohol, or between about 5% in terms of weight to volume and about 20% in terms of weight to volume of alcohol.

Предпочтительно, время удерживания между примерно 15 минут и примерно 45 минут, более предпочтительно, между примерно 15 минут и примерно 40 минут, и еще более предпочтительно, между примерно 20 минут и примерно 30 минут.Preferably, the retention time is between about 15 minutes and about 45 minutes, more preferably between about 15 minutes and about 40 minutes, and even more preferably, between about 20 minutes and about 30 minutes.

Конверсия окаменелого органического вещества в биотопливо может быть облегчена путем добавления одного или нескольких катализаторов (см. выше подраздел, озаглавленный «Катализаторы»). Например, конверсия может быть облегчена путем добавления катализатора гидрирования путем переноса водорода (например, муравьиной кислоты, формиата натрия и/или гидроксида натрия (в восстановительной атмосфере)) или катализатора прямого гидрирования (например, Ni, Pt, Pd на кремнеземе или угле (в восстановительной атмосфере)).The conversion of fossilized organic matter to biofuels can be facilitated by the addition of one or more catalysts (see the subsection entitled “Catalysts” above). For example, conversion can be facilitated by adding a hydrogenation catalyst by transferring hydrogen (e.g., formic acid, sodium formate and / or sodium hydroxide (in a reducing atmosphere)) or a direct hydrogenation catalyst (e.g., Ni, Pt, Pd on silica or coal (in reducing atmosphere)).

Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения биотопливо может быть произведено из органического материала, включающего окаменелый органический материал (например, лигнит) с использованием воды в качестве растворителя, при температуре (температурах) между примерно 300°С и примерно 375°С и под давлением (давлениями) между примерно 200 бар и примерно 250 бар, с временем удерживания более чем примерно 15 минут. Факультативно, конверсия может быть облегчена путем добавления одного или нескольких катализаторов, как описано в данном документе. Катализатор может включать один или несколько катализаторов гидрирования путем переноса водорода (например, формиата натрия, гидроксида натрия (в восстановительной атмосфере), муравьиной кислоты и/или формиата).Accordingly, in some embodiments, the biofuel can be produced from an organic material including fossilized organic material (e.g., lignite) using water as a solvent, at a temperature (s) between about 300 ° C and about 375 ° C and under pressure ( pressures) between about 200 bar and about 250 bar, with a retention time of more than about 15 minutes. Optionally, conversion can be facilitated by the addition of one or more catalysts, as described herein. The catalyst may include one or more hydrogenation catalysts by transferring hydrogen (e.g., sodium formate, sodium hydroxide (in a reducing atmosphere), formic acid and / or formate).

В некоторых вариантах осуществления изобретения реакция включает катализатор на основе гидроксида щелочного металла и/или карбоната щелочного металла (например, гидроксид натрия и/или карбонат натрия) в интервале от примерно 0,1 моль/л до примерно 1 моль/л (в реакции). В предпочтительных вариантах осуществления изобретения концентрация может составлять от примерно 0,1 моль/л до примерно 0,3 моль/л. В некоторых вариантах осуществления изобретения органическое вещество, обрабатываемое с использованием способов изобретения представляет собой (или включает) древесно-волокнистый материал (см. выше раздел, озаглавленный «Органическое вещество»). Например, обрабатываемым древесно-волокнистым материалом может быть сосна лучистая.In some embodiments, the reaction includes an alkali metal hydroxide and / or alkali metal carbonate catalyst (e.g., sodium hydroxide and / or sodium carbonate) in the range of about 0.1 mol / L to about 1 mol / L (in the reaction) . In preferred embodiments, the concentration may be from about 0.1 mol / L to about 0.3 mol / L. In some embodiments, the organic material processed using the methods of the invention is (or includes) wood-fiber material (see the section entitled “Organic Material” above). For example, the wood-fiber material being processed may be radiant pine.

Конверсия древесно-волокнистого материала в биотопливо может проводиться, например, с использованием водного растворителя при температуре (температурах) между примерно 200°С до примерно 400°С и под давлением (давлениями) между примерно 150 бар до примерно 350 бар; предпочтительно, при температуре (температурах) от примерно 250°С до примерно 375°С и под давлением (давлениями) от примерно 150 бар до примерно 250 бар; более предпочтительно, при температуре (температурах) от примерно 270°С до примерно 360°С и под давлением (давлениями) от примерно 170 бар до примерно 250 бар; и, более предпочтительно, при температуре (температурах) от примерно 300°С до примерно 340°С и под давлением (давлениями) от примерно 200 бар до примерно 240 бар.The conversion of wood-fiber material into biofuel can be carried out, for example, using an aqueous solvent at a temperature (temperatures) between about 200 ° C to about 400 ° C and under pressure (pressures) between about 150 bar to about 350 bar; preferably at a temperature (s) of from about 250 ° C to about 375 ° C and under pressure (s) of from about 150 bar to about 250 bar; more preferably, at a temperature (s) of from about 270 ° C to about 360 ° C and under pressure (s) of from about 170 bar to about 250 bar; and, more preferably, at a temperature (s) of from about 300 ° C to about 340 ° C and under pressure (s) of from about 200 bar to about 240 bar.

Предпочтительно, водный растворитель выбирается из водных спиртов (например, водного этанола и водного метанола), включающих от примерно 1% в отношении веса к объему до примерно 50% в отношении веса к объему спирта, от примерно 5% в отношении веса к объему до примерно 50% в отношении веса к объему спирта, от примерно 5% в отношении веса к объему до примерно 35% в отношении веса к объему спирта, от примерно 5% в отношении веса к объему до примерно 30% в отношении веса к объему спирта, от примерно 10% в отношении веса к объему до примерно 30% в отношении веса к объему спирта, от примерно 15% в отношении веса к объему до примерно 25% в отношении веса к объему спирта или от примерно 18% в отношении веса к объему до примерно 22% в отношении веса к объему спирта.Preferably, the aqueous solvent is selected from aqueous alcohols (e.g., aqueous ethanol and aqueous methanol), comprising from about 1% by weight to volume to about 50% by weight to volume of alcohol, from about 5% by weight to volume to about 50% in terms of weight to volume of alcohol, from about 5% in terms of weight to volume to about 35% in terms of weight to volume of alcohol, from about 5% in terms of weight to volume to about 30% in terms of weight to volume of alcohol, from about 10% in terms of weight to volume up to about 30% in terms of weight to the volume of alcohol, from about 15% in terms of weight to volume to about 25% in terms of weight to volume of alcohol, or from about 18% in terms of weight to volume to about 22% in terms of weight to volume of alcohol.

Конверсия древесно-волокнистого вещества в биотопливо может быть облегчена путем добавления одного или нескольких катализаторов (см. выше подраздел, озаглавленный «Катализаторы»). Например, конверсия может быть облегчена путем добавления катализатора гидрирования путем переноса водорода (например, муравьиной кислоты, формиата натрия и/или гидроксида натрия).The conversion of wood fiber to biofuels can be facilitated by the addition of one or more catalysts (see the subsection entitled “Catalysts” above). For example, conversion can be facilitated by adding a hydrogenation catalyst by transferring hydrogen (e.g., formic acid, sodium formate and / or sodium hydroxide).

В некоторых вариантах осуществления изобретения реакция включает гидроксид щелочного металла и/или карбонат щелочного металла как катализатор (например, гидроксид натрия и/или карбонат натрия) в интервале от примерно 0,1 моль/л до примерно 1 моль/л (в реакции). В предпочтительных вариантах осуществления изобретения концентрация может быть от примерно 0,1 моль/л до примерно 0,3 моль/л.In some embodiments, the reaction comprises an alkali metal hydroxide and / or an alkali metal carbonate as a catalyst (e.g., sodium hydroxide and / or sodium carbonate) in the range of from about 0.1 mol / L to about 1 mol / L (in the reaction). In preferred embodiments, the concentration may be from about 0.1 mol / L to about 0.3 mol / L.

Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения биотопливо может быть произведено из органического материала, включающего древесно-волокнистый материал, с использованием от примерно 5% в отношении веса к объему до примерно 50% в отношении веса к объему водного спирта (например, водного метанола или этанола) при температуре (температурах) от примерно 250°С до примерно 400°С и под давлением (давлениями) от примерно 150 бар до примерно 250 бар с временем удерживания более чем примерно 15 минут. Факультативно, конверсия может быть облегчена путем добавления одного или нескольких катализаторов, как описано в данном документе. Катализатор может включать один или несколько катализаторов гидрирования путем переноса водорода (например, муравьиную кислоту, формиат и/или гидроксид натрия).Accordingly, in some embodiments, the biofuel can be produced from an organic material including wood fiber material using from about 5% by weight to volume to about 50% by weight to volume of aqueous alcohol (e.g., aqueous methanol or ethanol ) at a temperature (s) of from about 250 ° C to about 400 ° C and under pressure (s) of from about 150 bar to about 250 bar with a retention time of more than about 15 minutes. Optionally, conversion can be facilitated by the addition of one or more catalysts, as described herein. The catalyst may include one or more hydrogenation catalysts by hydrogen transfer (for example, formic acid, formate and / or sodium hydroxide).

Непрерывный потокContinuous stream

Производству биотоплива из органического вещества с использованием способов изобретения может способствовать выполнение способов в условиях непрерывного потока.The production of biofuels from organic matter using the methods of the invention can be facilitated by the implementation of the methods under continuous flow conditions.

Несмотря на то, что способы изобретения не нуждаются в выполнении в условиях непрерывного потока, такое осуществление может обеспечивать множество полезных эффектов. Например, непрерывный поток может упрощать ускоренную реализацию и/или устранение тепла и/или давления, приложенного к суспензии. Это может способствовать достижению требуемых скоростей массо- и теплопереноса, нагрева/охлаждения и/или повышения/понижения давления. Непрерывный поток также может позволять вплотную управлять временем удерживания. Без ограничения конкретным способом действия, постулируется, что повышенная скорость нагрева/охлаждения и/или повышения/понижения давления упрощенная посредством непрерывного потока, наряду со способностью вплотную управлять временем удерживания способствует предотвращению протекания нежелательных побочных реакций (например, полимеризации) тогда, когда суспензия нагревается/повышается давление и/или охлаждается/понижается давление. Также предполагается, что непрерывный поток облегчает реакции, ответственные за конверсию органического вещества в биотопливо, в силу генерирования перемешивающих и сдвигающих усилий, которые, как предполагается, способствуют эмульгированию, которое может представлять собой важный механизм, участвующий в переносе и «запасании» генерируемых нефтей вдали от реакционноспособных поверхностей исходного сырья.Despite the fact that the methods of the invention do not need to be performed under continuous flow conditions, such an implementation can provide many useful effects. For example, a continuous flow can simplify the accelerated implementation and / or elimination of heat and / or pressure applied to the suspension. This can help to achieve the required rates of mass and heat transfer, heating / cooling and / or increase / decrease pressure. Continuous flow can also allow close control of retention times. Without limiting the specific mode of action, it is postulated that the increased heating / cooling and / or pressure increase / decrease rate simplified by continuous flow, along with the ability to closely control the retention time, helps to prevent undesired side reactions (e.g. polymerization) from occurring when the suspension is heated / the pressure rises and / or the pressure cools / decreases. It is also believed that continuous flow facilitates the reactions responsible for the conversion of organic matter to biofuels by virtue of the generation of mixing and shear forces, which are believed to promote emulsification, which may be an important mechanism involved in the transfer and “storage” of generated oils away from reactive surfaces of the feedstock.

Соответственно, в предпочтительных вариантах осуществления способы изобретения выполняются в условиях непрерывного потока. В данном контексте термин «непрерывный поток» относится к процессу, в котором органическое вещество, смешанное с водным растворителем в форме суспензии (с дополнительными катализаторами или без них), подвергается:Accordingly, in preferred embodiments, the methods of the invention are carried out under continuous flow conditions. In this context, the term "continuous stream" refers to a process in which an organic substance mixed with an aqueous solvent in the form of a suspension (with or without additional catalysts) is subjected to:

(d) нагреву и повышению давления до целевой температуры и давления,(d) heating and raising the pressure to a target temperature and pressure,

(е) обработке при целевой температуре (температурах) и под давлением (давлениями) в течение установленного промежутка времени (т.е. «времени удерживания»), и(e) processing at a target temperature (s) and under pressure (s) for a specified period of time (i.e., “retention time”), and

(f) охлаждению и понижению давления,(f) cooling and depressurization,

в то время, как суспензия поддерживается в потоке, находящемся в непрерывном движении вдоль длины (или частичной длины) заданной поверхности. Следует понимать, что условия «непрерывного потока», как предполагается в данном документе, определяются начальной точкой нагрева и приложения давления (т.е. (а) выше) и конечной точкой охлаждения и сброса давления (т.е. (с) выше).while the suspension is maintained in a stream in continuous motion along the length (or partial length) of a given surface. It should be understood that the conditions of "continuous flow", as assumed in this document, are determined by the starting point of heating and applying pressure (i.e. (a) above) and the end point of cooling and pressure relief (i.e. (c) above) .

Условия непрерывного потока, как предполагается в данном документе, не подразумевают какое-либо особое ограничение в отношении скорости потока суспензии при условии, что он поддерживается в течении непрерывным движением.Continuous flow conditions, as suggested herein, do not imply any particular limitation on the flow rate of the suspension, provided that it is maintained during continuous movement.

Предпочтительно, минимальная (независящая от объема) скорость потока суспензии вдоль заданной поверхности превышает скорость осаждения твердого вещества в суспензии (т.е. конечную скорость, с которой суспендированная частица, имеющая плотность выше плотности окружающего водного раствора, движется (под действием тяготения) к нижней части течения суспензии).Preferably, the minimum (volume-independent) flow rate of the suspension along a given surface is greater than the rate of deposition of a solid in the suspension (i.e., the final rate at which a suspended particle having a density higher than the density of the surrounding aqueous solution moves (under gravity) to the lower parts of the suspension flow).

Например, минимальная скорость потока суспензии может быть выше чем примерно 0,01 см/с, выше чем примерно 0,05 см/с, предпочтительно, выше чем примерно 0,5 см/с и, более предпочтительно, выше чем примерно 1,5 см/с. На верхний предел скорости потока могут оказывать влияние такие факторы, как объемная скорость потока и/или время удерживания. На это, в свою очередь, оказывают влияние компоненты конкретного реакторного устройства, используемого для поддержания условий непрерывного потока.For example, the minimum slurry flow rate may be higher than about 0.01 cm / s, higher than about 0.05 cm / s, preferably higher than about 0.5 cm / s, and more preferably higher than about 1.5 cm / s. Factors such as volumetric flow rate and / or retention time may influence the upper limit of the flow rate. This, in turn, is influenced by the components of a particular reactor device used to maintain continuous flow conditions.

Условия непрерывного потока могут быть упрощены, например, путем выполнения способов изобретения в подходящем реакторном устройстве. Подходящее реакторное устройство будет, в общем, включать нагрев/охлаждение, повышение/понижение давления и компоненты реакции, в которой поддерживается непрерывный поток.Continuous flow conditions can be simplified, for example, by performing the methods of the invention in a suitable reactor device. A suitable reactor device will generally include heating / cooling, pressure increase / decrease, and reaction components in which a continuous stream is maintained.

Использование подходящей скорости потока (в условиях непрерывного потока) может быть преимущественным для предотвращения образования накипи вдоль длины конкретной поверхности, вдоль которой движется суспензия (например, стенок сосуда реакторного устройства), и/или для генерирования эффективного режима перемешивания с целью эффективного теплопереноса внутрь и наружу из суспензии.The use of a suitable flow rate (under continuous flow conditions) may be advantageous to prevent scale formation along the length of the specific surface along which the slurry moves (for example, the walls of the vessel of the reactor device), and / or to generate an effective mixing mode for efficient heat transfer in and out from suspension.

Биотопливные продуктыBiofuel products

Способы изобретения могут быть использованы для производства биотоплива из органического вещества.The methods of the invention can be used to produce biofuels from organic matter.

Сущность биотопливного продукта может зависеть от множества различных факторов, в том числе от органического материала как исходного сырья и/или от условий реакции/реактивов, используемых в способах.The nature of the biofuel product may depend on many different factors, including organic material as feedstock and / or reaction conditions / reagents used in the methods.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биотопливный продукт может включать одну или несколько бионефтей, нефтяной уголь (например, сажу со связанными нефтями), растворимую светлую нефть, газообразный продукт (например, метан, водород, моноксид углерода и/или диоксид углерода), спирт (например, этанол, метанол и т.п.) и биодизельное топливо.In some embodiments, the biofuel product may include one or more biooil, petroleum coal (e.g., soot with associated oils), soluble light oil, a gaseous product (e.g., methane, hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide), alcohol (e.g. , ethanol, methanol, etc.) and biodiesel.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биотопливо может изготавливаться из окаменелого органического вещества, такого как, например, лигнит (бурый уголь), торф или горючий сланец.In some embodiments, the biofuel may be made from fossilized organic matter, such as, for example, lignite (brown coal), peat, or oil shale.

Биотопливо может включать твердую, жидкую и газовую фазы. Твердая фаза может включать высокоуглеродистую сажу (эквивалентную углю повышенного качества для PCI). Жидкая фаза может включать бионефти. Газообразный продукт может включать метан, водород, моноксид углерода и/или диоксид углерода.Biofuels can include solid, liquid and gas phases. The solid phase may include high carbon black (equivalent to high quality carbon for PCI). The liquid phase may include biooil. The gaseous product may include methane, hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide.

В других вариантах осуществления изобретения биотопливо может изготавливаться из органического вещества, включающего древесно-волокнистое вещество. Биотопливо может включать жидкую фазу, включающую бионефть.In other embodiments, the biofuel may be made from an organic substance, including wood-fiber material. Biofuels may include a liquid phase including biooil.

Биотоплива, изготовленные в соответствии со способами изобретения, могут включать множество полезных свойств, не имеющие ограничительной характеристики примеры включают пониженное содержание кислорода, повышенное содержание водорода, повышенную удельную энергию и повышенную стабильность.Biofuels made in accordance with the methods of the invention can include many useful properties, non-limiting examples include low oxygen, high hydrogen, increased specific energy and increased stability.

Бионефтепродукт (также именуемый в данном документе как «нефтепродукт»), изготовленный в соответствии со способами изобретения, может содержать энергоемкость более чем примерно 25 МДж/кг, предпочтительно, более чем примерно 30 МДж/кг, более предпочтительно, более чем примерно 32 МДж/кг, еще более предпочтительно, более чем примерно 35 МДж/кг, и еще более предпочтительно, более чем примерно 37 МДж/кг, 38 МДж/кг или 39 МДж/кг. Бионефтепродукт может включать менее чем примерно 15% вес. кислорода в расчете на сухой вес, предпочтительно, менее чем примерно 10% вес. кислорода в расчете на сухой вес, более предпочтительно, менее чем примерно 8% вес. кислорода в расчете на сухой вес, и еще более предпочтительно, менее чем примерно 7% вес. кислорода в расчете на сухой вес. Бионефтепродукт может включать более чем примерно 6% вес. водорода в расчете на сухой вес, предпочтительно, более чем примерно 7% вес. водорода в расчете на сухой вес, более предпочтительно, более чем примерно 8% вес. водорода в расчете на сухой вес, и еще более предпочтительно, более чем примерно 9% вес. водорода в расчете на сухой вес. Молярное отношение водород: углерод в бионефти согласно изобретению может быть меньше чем примерно 1,5, меньше чем примерно 1,4, меньше чем примерно 1,3 или меньше чем примерно 1,2.A bio-oil product (also referred to herein as an “oil product”) made in accordance with the methods of the invention may contain an energy intensity of more than about 25 MJ / kg, preferably more than about 30 MJ / kg, more preferably more than about 32 MJ / kg, even more preferably more than about 35 MJ / kg, and even more preferably more than about 37 MJ / kg, 38 MJ / kg or 39 MJ / kg. The bio-oil product may include less than about 15% weight. oxygen per dry weight, preferably less than about 10% by weight. oxygen per dry weight, more preferably less than about 8% by weight. oxygen based on dry weight, and even more preferably, less than about 7% by weight. oxygen per dry weight. The bio-oil product may include more than about 6% weight. hydrogen per dry weight, preferably more than about 7% by weight. hydrogen per dry weight, more preferably more than about 8% by weight. hydrogen calculated on dry weight, and even more preferably, more than about 9% by weight. hydrogen per dry weight. The molar ratio of hydrogen: carbon in bio-oil according to the invention can be less than about 1.5, less than about 1.4, less than about 1.3, or less than about 1.2.

Бионефть, произведенная в соответствии со способами изобретения, может включать, например, любой из одного или нескольких следующих классов соединений: фенолы, ароматические и алифатические кислоты, кетоны, альдегиды, углеводороды, спирты, сложные эфиры, простые эфиры, фураны, фурфуролы, терпены, полициклические соединения, олиго- и полимеры из каждого из вышеупомянутых классов, растительные стероидные спирты, модифицированные стероидные спирты, асфальтены, преасфальтены и воски.Bio-oil produced in accordance with the methods of the invention may include, for example, any of one or more of the following classes of compounds: phenols, aromatic and aliphatic acids, ketones, aldehydes, hydrocarbons, alcohols, esters, ethers, furans, furfurols, terpenes, polycyclic compounds, oligo- and polymers from each of the above classes, plant steroid alcohols, modified steroid alcohols, asphaltenes, pre-asphaltenes and waxes.

Угольный, или нефтяной угольный, продукт, произведенный в соответствии со способами изобретения, может содержать энергоемкость более чем примерно 20 МДж/кг, предпочтительно, более чем примерно 25 МДж/кг, более предпочтительно, более чем примерно 30 МДж/кг, и еще более предпочтительно, более чем примерно 31 МДж/кг или 32 МДж/кг. Угольный, или нефтяной угольный, продукт может включать менее чем примерно 20% вес. кислорода в расчете на сухой вес, предпочтительно, менее чем примерно 15% вес. кислорода в расчете на сухой вес, более предпочтительно, менее чем примерно 10% вес. кислорода в расчете на сухой вес, и еще более предпочтительно, менее чем примерно 9% вес. кислорода в расчете на сухой вес. Угольный, или нефтяной угольный, продукт может включать более чем примерно 2% вес. водорода в расчете на сухой вес, предпочтительно, более чем примерно 3% вес. водорода в расчете на сухой вес, более предпочтительно, более чем примерно 4% вес. водорода в расчете на сухой вес, и еще более предпочтительно, более чем примерно 5% вес. водорода в расчете на сухой вес. Молярное отношение водород:углерод в обуглившемся, или нефтяном угольном, продукте согласно изобретению может быть меньше чем примерно 1,0, меньше чем примерно 0,9, меньше чем примерно 0,8, меньше чем примерно 0,7 или меньше чем примерно 0,6.A coal or petroleum coal product produced in accordance with the methods of the invention may contain an energy intensity of more than about 20 MJ / kg, preferably more than about 25 MJ / kg, more preferably more than about 30 MJ / kg, and even more preferably more than about 31 MJ / kg or 32 MJ / kg. The coal, or petroleum coal, product may include less than about 20% by weight. oxygen per dry weight, preferably less than about 15% by weight. oxygen per dry weight, more preferably less than about 10% by weight. oxygen based on dry weight, and even more preferably, less than about 9% by weight. oxygen per dry weight. The coal, or petroleum coal, product may include more than about 2% by weight. hydrogen per dry weight, preferably more than about 3% by weight. hydrogen per dry weight, more preferably more than about 4% by weight. hydrogen calculated on dry weight, and even more preferably, more than about 5% weight. hydrogen per dry weight. The molar ratio of hydrogen: carbon in the carbonized or petroleum coal product of the invention may be less than about 1.0, less than about 0.9, less than about 0.8, less than about 0.7, or less than about 0, 6.

Угольный, или нефтяной угольный, продукт, произведенный в соответствии со способами изобретения может включать, например, любой из одного или нескольких следующих классов соединений: фенолы, ароматические и алифатические кислоты, кетоны, альдегиды, углеводороды, спирты, сложные эфиры, простые эфиры, фураны, фурфуролы, терпены, полициклические соединения, олиго- и полимеры из каждого из вышеупомянутых классов, асфальтены, преасфальтены и воски.A coal or petroleum coal product produced in accordance with the methods of the invention may include, for example, any of one or more of the following classes of compounds: phenols, aromatic and aliphatic acids, ketones, aldehydes, hydrocarbons, alcohols, esters, ethers, furans , furfurals, terpenes, polycyclic compounds, oligo- and polymers from each of the above classes, asphaltenes, pre-asphaltenes and waxes.

Угольный продукт (эквивалентный углю повышенного качества для PCI), произведенный в соответствии со способами изобретения может включать, например, смесь аморфного углерода и графита с частично окисленными концевыми группами, дающими начало карбоксильным и алкоксильным группам на поверхности, а также карбонильным и сложноэфирным группам.The carbon product (equivalent to high-quality coal for PCI) produced in accordance with the methods of the invention may include, for example, a mixture of amorphous carbon and graphite with partially oxidized end groups giving rise to carboxyl and alkoxyl groups on the surface, as well as carbonyl and ester groups.

Биотоплива, произведенные в соответствии со способами изобретения, могут очищаться и/или разделяться на индивидуальные компоненты с использованием стандартных способов, известных в данной области.Biofuels produced in accordance with the methods of the invention can be purified and / or separated into individual components using standard methods known in the art.

Например, твердые и жидкие фазы биотопливного продукта (например, при конверсии угля) на первом этапе разделения твердого вещества и жидкости могут фильтроваться через напорный фильтрпресс или вращающийся вакуумный барабанный фильтр. Полученный твердый продукт может включать высокоуглеродистую сажу со связанными нефтями. В некоторых вариантах осуществления изобретения нефть может отделяться от сажи, например, путем термической перегонки или путем экстракции растворителем. Полученный жидкий продукт может содержать небольшой процент легких нефтей, которые могут концентрироваться и выделялись при помощи испарителя.For example, the solid and liquid phases of a biofuel product (for example, during coal conversion) at the first stage of separation of solid and liquid can be filtered through a pressure filter or a rotating vacuum drum filter. The resulting solid product may include high carbon black with associated oils. In some embodiments, the oil may be separated from the carbon black, for example, by thermal distillation or by solvent extraction. The resulting liquid product may contain a small percentage of light oils, which can be concentrated and released using an evaporator.

Бионефтепродукт (например, при конверсии древесно-волокнистого материала) может извлекаться путем декантирования или путем разделения по плотности. Водорастворимые легкие нефти могут концентрироваться и выделяться при помощи испарителя. Бионефти, полученные в соответствии со способами изобретения, могут осветляться, или перегоняться, для удаления какой-либо остаточной воды или для подготовки к дальнейшей переработке.The bio-oil product (for example, during the conversion of wood-fiber material) can be extracted by decantation or by density separation. Water soluble light oils can be concentrated and released using an evaporator. Bio-oil obtained in accordance with the methods of the invention can be clarified, or distilled, to remove any residual water or to prepare for further processing.

Биотопливо, полученное в соответствии со способами изобретения, может быть использовано во множестве применений. Например, биотоплива могут смешиваться с другими топливами, в том числе, например, с этанолом, дизельным топливом и т.п. Дополнительно или в качестве альтернативы, качество биотоплива может повышаться до топливных продуктов более высокого класса. Дополнительно или в качестве альтернативы, биотоплива могут использоваться напрямую, например, как нефтепродукты и т.п.Biofuels obtained in accordance with the methods of the invention can be used in many applications. For example, biofuels can be mixed with other fuels, including, for example, ethanol, diesel fuel, etc. Additionally or alternatively, biofuels can be upgraded to higher grade fuel products. Additionally or alternatively, biofuels can be used directly, for example, as petroleum products, etc.

Специалисты в данной области признают, что в изобретении могут быть сделаны многочисленные изменения и/или модификации, как показано в конкретных вариантах осуществления изобретения, без отступления от духа или объема изобретения, как широко описано. Поэтому настоящие варианты осуществления изобретения следует рассматривать во всех особенностях как иллюстративные и неограничивающие.Those skilled in the art will recognize that numerous changes and / or modifications can be made to the invention, as shown in specific embodiments of the invention, without departing from the spirit or scope of the invention as broadly described. Therefore, the present embodiments of the invention should be considered in all features as illustrative and non-limiting.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Ниже изобретение будет описано с отсылкой к конкретным примерам, которые, во всяком случае, не следует толковать как ограничивающие.Below the invention will be described with reference to specific examples, which, in any case, should not be construed as limiting.

Пример 1: Конверсия органического вещества в биотопливоExample 1: Conversion of Organic Matter to Biofuel

(i) Устройство(i) Device

Устройство частично состоит из удлиненной реакторной установки непрерывного потока с высокой площадью поверхности, сконструированной из нержавеющей стали марки 310. Из-за высокой степени взаимодействия реагирующих материалов со стенкой реактора в условиях непрерывного потока, т.е. турбулентного с малым радиусом (максимум - 21,4 мм, и минимум - 4,25 мм), и значительной длины (всего 84 метра), в каждой из различных описываемых реакций присутствовали следующие «собственные» катализаторы (т.е. независимо от того, вводились ли «добавочные» катализаторы): металлическое железо, гидроксиды железа, оксиды железа, карбонаты железа, гидрокарбонаты железа, ацетаты железа; металлический никель, гидроксиды никеля, оксиды никеля, карбонаты никеля, гидрокарбонаты никеля; металлический хром, гидроксиды хрома, оксиды хрома, карбонаты хрома, гидрокарбонаты хрома; металлический марганец, гидроксиды металлического марганца, оксиды металлического марганца, карбонаты металлического марганца, гидрокарбонаты металлического марганца. Гидроксиды присутствовали в силу реакции металлов с водой и щелочными «добавочными» катализаторами. Оксиды присутствовали в силу реакции металлов с кислородсодержащими соединениями и как пассивирующие слои. Карбонаты и гидрокарбонаты присутствовали в силу реакций металлов, оксидов металлов и/или гидроксидов металлов с диоксидом углерода, генерируемым in-situ при реакциях декарбоксилирования. Ацетаты металлов присутствовали в силу реакций металлов, оксидов металлов, гидроксидов металлов, гидрокарбонатов металлов и карбонатов металлов с уксусной кислотой, генерируемой in situ при гидролизе органического вещества.The device partially consists of an elongated continuous flow reactor installation with a high surface area constructed of 310 grade stainless steel. Due to the high degree of interaction of the reacting materials with the reactor wall under continuous flow conditions, i.e. turbulent with a small radius (maximum - 21.4 mm, and minimum - 4.25 mm), and considerable length (only 84 meters), the following “proprietary" catalysts were present in each of the various reactions described (that is, regardless whether “additional” catalysts were introduced): metallic iron, iron hydroxides, iron oxides, iron carbonates, iron hydrogen carbonates, iron acetates; nickel metal, nickel hydroxides, nickel oxides, nickel carbonates, nickel hydrogen carbonates; metal chromium, chromium hydroxides, chromium oxides, chromium carbonates, chromium hydrogen carbonates; metallic manganese, hydroxides of metallic manganese, oxides of metallic manganese, carbonates of metallic manganese, hydrogen carbonates of metallic manganese. Hydroxides were present due to the reaction of metals with water and alkaline “additional” catalysts. Oxides were present due to the reaction of metals with oxygen-containing compounds and as passivating layers. Carbonates and bicarbonates were present due to reactions of metals, metal oxides and / or metal hydroxides with carbon dioxide generated in-situ during decarboxylation reactions. Metal acetates were present due to reactions of metals, metal oxides, metal hydroxides, metal hydrogen carbonates and metal carbonates with acetic acid generated in situ during the hydrolysis of organic matter.

(ii) Приготовление суспензии(ii) Preparation of the suspension

Исходное сырье размалывалось до микронного уровня, подходящего для нагнетания. Процесс нагнетания был мокрым или сухим в зависимости от природы исходного сырья (т.е. лигнит или древесно-волокнистая биомасса). Размолотое исходное сырье пропускалось через систему просеивания для удаления любых оставшихся частиц большего размера или посторонних объектов. Исходное сырье затем суспендировалось в воде в питающих резервуарах и поддерживалось в состоянии готовности к переработке. В некоторых случаях к суспензии добавлялся этанол (20% вес.) (образцы древесно-волокнистой биомассы как исходного сырья №№1-4: см. таблицу 2В).The feed was ground to a micron level suitable for injection. The injection process was wet or dry depending on the nature of the feedstock (i.e., lignite or wood-fiber biomass). The milled feed was passed through a screening system to remove any remaining larger particles or foreign objects. The feedstock was then suspended in water in the supply tanks and maintained in a state of readiness for processing. In some cases, ethanol (20% by weight) was added to the suspension (wood-fiber biomass samples as feedstock No. 1-4: see table 2B).

Ниже этапы (ii)-(iv) проводились в условиях непрерывного потока.Below, steps (ii) - (iv) were carried out under continuous flow conditions.

(iii) Нагрев и повышение давления(iii) Heating and pressure increase

Суспензия исходного сырья извлекалась из питающих резервуаров и приводилась к целевому давлению реакции (см. таблицы 2А и 2В) с использованием двухступенчатой системы нагнетания. Первая ступень использовала насос низкого давления для подачи суспензии во вторую ступень насоса высокого давления. Насос высокого давления использовался для приведения суспензии к требуемому давлению реакции (субсекундный интервал). Затем суспензия пропускалась через пятиступенчатую концентрическую трубную систему нагрева. Каждая ступень нагрева имеет отдельное управление для регулировки температур процесса и скоростей нагрева. Суспензия приводилась к температуре реакции в течение периода 1-2 минут (приблизительно, 6-7°С в секунду), затем, там, где это было применимо, добавлялись катализаторы (образцы лигнитного исходного сырья №№ 4, 6, 7, 8, 9, 10 - см. таблицу 2А; образцы древесно-волокнистого исходного сырья №№ 2, 3, 4 - см. таблицу 2В), и смесь перемещалась в реактор.The suspension of the feedstock was removed from the supply tanks and brought to the target reaction pressure (see tables 2A and 2B) using a two-stage injection system. The first stage used a low pressure pump to feed the slurry into the second stage of the high pressure pump. A high pressure pump was used to bring the suspension to the desired reaction pressure (subsecond interval). Then the suspension was passed through a five-stage concentric tube heating system. Each heating stage has a separate control for adjusting process temperatures and heating rates. The suspension was brought to the reaction temperature for a period of 1-2 minutes (approximately 6-7 ° C per second), then, where applicable, catalysts were added (samples of lignite feedstock No. 4, 6, 7, 8, 9, 10 - see table 2A; samples of wood-fiber feedstock No. 2, 3, 4 - see table 2B), and the mixture was transferred to the reactor.

Сводка использованного исходного сырья и параметров, с которыми оно подвергалось обработке, приведена ниже в таблицах 2А и 2В. Фракции лигнина/целлюлозы сосны лучистой (образцы исходного сырья №№ 1 и 2 по таблице 2В) генерировались путем извлечения гемицеллюлозы из древесно-волокнистого исходного материала (сосна лучистая) с использованием способов, описанных в публикации PCT № WO/2010/034055, содержимое которой ссылкой полностью включается в настоящее описание.A summary of the feedstock used and the parameters with which it was processed is shown in Tables 2A and 2B below. Radiant pine lignin / cellulose fractions (feedstock samples Nos. 1 and 2 in Table 2B) were generated by extracting hemicellulose from wood-fiber starting material (radiant pine) using the methods described in PCT publication No. WO / 2010/034055, the contents of which reference is fully incorporated into the present description.

Таблица 2ATable 2A Лигнитное исходное сырье и условия протеканияLignite feedstock and flow conditions Номер образца исходного сырьяRaw material sample number Тип исходного сырьяType of feedstock Твердые вещества в суспензии (% вес.)Solids in suspension (% wt.) Температура (°C)Temperature (° C) Давление (бар)Pressure (bar) Удержание (мин)Hold (min) ДобавкиAdditives 1one ЛигнитLignite 22,0022.00 350350 240240 20twenty НетNo 22 ЛигнитLignite 11,5011.50 350350 240240 20twenty НетNo 33 ЛигнитLignite 8,008.00 250250 220220 2525 НетNo 4four ЛигнитLignite 9,109.10 350350 220220 2525 1,3% вес. HCOONa1.3% weight. HCOONa 55 ЛигнитLignite 11,5011.50 350350 240240 2525 НетNo 66 ЛигнитLignite 12,7312.73 350350 240240 2525 0,2 моль/л NaOH0.2 mol / L NaOH 77 ЛигнитLignite 12,0012.00 350350 220220 2525 1,5% вес. HCOONa1.5% weight. HCOONa 88 Лигнит/древесно-волокнистая биомасса (Banna Grass)Lignite / wood-fiber biomass (Banna Grass) 11,0011.00 350350 220220 2525 4 г/л NaOH; 10% Banna Grass4 g / l NaOH; 10% Banna Grass 99 ЛигнитLignite 1010 340340 230230 2525 0,35 л/ч NaOH, CO, 23,8 г/мин0.35 l / h NaOH, CO, 23.8 g / min 1010 ЛигнитLignite 16,0016.00 330330 240240 55 0,1 моль/л NaOH0.1 mol / L NaOH 11eleven ЛигнитLignite 55 260260 240240 20twenty НетNo 1212 ЛигнитLignite 15,015.0 350350 240240 2525 НетNo 1313 ЛигнитLignite 20,020,0 340340 240240 2525 НетNo 14fourteen ЛигнитLignite 22,022.0 350350 240240 2525 1% вес. твердого оксида железа, 0,03 моль/л NaOH1% weight. solid iron oxide, 0.03 mol / l NaOH 15fifteen Лигнит и сахарозаLignite and sucrose 16,016,0 350350 240240 2525 1% Fe2O3/0,33 моль/л NaOH/10% сахарозы1% Fe 2 O 3 / 0.33 mol / L NaOH / 10% sucrose 1616 Лигнит и древесно-волокнистая биомассаLignite and wood-fiber biomass 26,526.5 340340 240240 2525 0,5% оксида железа, 6% Banna grass, 20% лигнита0.5% iron oxide, 6% Banna grass, 20% lignite 1717 ЛигнитLignite 25,025.0 350350 240240 2525 НетNo 18eighteen ЛигнитLignite 25,025.0 350350 240240 2525 0,07 моль/л NaOH0.07 mol / L NaOH 1919 ЛигнитLignite 25,025.0 350350 240240 2525 0,03 моль/л NaOH0.03 mol / L NaOH 20twenty ЛигнитLignite 25,025.0 350350 240240 1313 НетNo 2121 ЛигнитLignite 25,025.0 350350 240240 1313 0,015 моль/л NaOH0.015 mol / L NaOH 2222 ЛигнитLignite 25,025.0 280280 240240 1313 НетNo 2323 ЛигнитLignite 22,022.0 350350 240240 2525 2% вес. железных колчеданов2% weight. iron pyrites

Таблица 2ВTable 2B Древесно-волокнистая биомасса как исходное сырье и условия протеканияWood-fibrous biomass as feedstock and flow conditions Номер образца исходного сырьяRaw material sample number Тип исходного сырьяType of feedstock Твердые вещества в суспензии (% вес.)Solids in suspension (% wt.) Температура (°C)Temperature (° C) Давление (бар)Pressure (bar) Пребывание (мин)Stay (min) ДобавкиAdditives 1one Фракция лигнин/целлюлоза (сосна лучистая) полуизвлеченнаяLignin / cellulose fraction (radiant pine), semi-recovered 8,008.00 330330 180180 1010 20% вес. этанола20% weight. ethanol 22 Фракция лигнин/целлюлоза (сосна лучистая) полуизвлеченнаяLignin / cellulose fraction (radiant pine), semi-recovered 8,008.00 320320 180180 30thirty 20% вес. этанола; 1 моль/л гидроксида натрия20% weight. ethanol; 1 mol / L sodium hydroxide 33 Древесно-волокнистое вещество (слоновая трава)/лигнитWood fiber (elephant grass) / lignite 12,0012.00 350350 220220 2525 20% вес. этанола, 4 г/л гидроксида натрия; 10% вес. Banna Grass (в расчете на сухой вес)20% weight. ethanol, 4 g / l sodium hydroxide; 10% weight. Banna Grass (calculated on dry weight) 4four Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 320320 190190 30thirty 20% вес. этанола; 0,2 моль/л гидроксида натрия20% weight. ethanol; 0.2 mol / L sodium hydroxide 55 Покрыто-семянное (ряска)Coated-seed (duckweed) 10,0010.00 320320 200200 3,03.0 20% вес. этанола20% weight. ethanol 66 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 320320 240240 25,025.0 20% этанола, 0,07 моль/л гидроксида натрия20% ethanol, 0.07 mol / L sodium hydroxide 77 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 320320 240240 25,025.0 20% этанола, 0,13 моль/л гидроксида натрия20% ethanol, 0.13 mol / L sodium hydroxide 88 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 20% этанола, 0,13 моль/л гидроксида натрия20% ethanol, 0.13 mol / L sodium hydroxide 99 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 16,6% метанола, 0,13M гидроксида натрия16.6% methanol, 0.13M sodium hydroxide 1010 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 20% этанола, 0,13 моль/л гидроксида натрия20% ethanol, 0.13 mol / L sodium hydroxide 11eleven Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 20% этанола, 0,13 моль/л гидроксида натрия20% ethanol, 0.13 mol / L sodium hydroxide 1212 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 12,512.5 20% этанола20% ethanol 1313 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 12,512.5 НетNo 14fourteen Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 12,512.5 0,03 моль/л NaOH0.03 mol / L NaOH 15fifteen Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 12,512.5 20% этанола, 0,03 моль/л гидроксида натрия20% ethanol, 0.03 mol / L sodium hydroxide 1616 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 12,512.5 20% этанола, 0,02 моль/л карбоната натрия20% ethanol, 0.02 mol / L sodium carbonate 1717 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 НетNo 18eighteen Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 НетNo 1919 Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 0,13 моль/л NaOH0.13 mol / L NaOH 20twenty Древесно-волокнистое вещество (сосна лучистая)Wood-fibrous substance (radiant pine) 10,0010.00 350350 240240 25,025.0 0,13 моль/л NaOH0.13 mol / L NaOH

(iv) Реакция конверсии(iv) Conversion Reaction

Используемый реактор спроектирован для поддержания режима ламинарного потока в течение определенного времени пребывания (т.е. «времени удерживания»). В реактор включены ряды из нескольких трубчатых реакционных сосудов, которые могут соединяться и разъединяться с целью регулировки общего времени пребывания. Используемое время пребывания зависело от времени, которое требовалось для того, чтобы имела место достаточная конверсия исходного сырья, и, в некоторых случаях, оно варьировалось в зависимости от природы исходного сырья, природы используемого водного растворителя и/или наличия/отсутствия в суспензии добавочных катализаторов (см. таблицы 2А и 2В). Используемый реактор использовал внешний спутниковый нагрев, чтобы можно было выполнять точное управление профилем температуры.The reactor used is designed to maintain laminar flow over a specific residence time (ie, “retention time”). The reactor includes rows of several tubular reaction vessels that can be connected and disconnected to adjust the total residence time. The residence time used depended on the time required for a sufficient conversion of the feedstock to take place, and, in some cases, it varied depending on the nature of the feedstock, the nature of the aqueous solvent used and / or the presence / absence of additional catalysts in the suspension ( see tables 2A and 2B). The reactor used used external satellite heating so that precise temperature profile control could be performed.

(v) Охлаждение и понижение давления(v) Cooling and depressurization

После достаточной реакции суспензия выходила из реактора и пропускалась через модуль концентрического трубного охлаждения. Модуль охлаждения использовался в качестве теплообменника с целью снижения температуры процесса до уровней, пригодных для системы снижения давления и для того, чтобы обеспечить возможность регенерирования тепла с целью улучшения общего теплового коэффициента полезного действия.After a sufficient reaction, the suspension exited the reactor and was passed through a concentric tube cooling module. The cooling module was used as a heat exchanger in order to reduce the process temperature to levels suitable for a pressure reduction system and in order to provide the possibility of heat recovery in order to improve the overall thermal efficiency.

Суспензию охлаждали до, приблизительно, 180°С в течение промежутка времени примерно 5-30 секунд (предпочтительно, 25 секунд), скорость охлаждения была оптимизирована для минимизации образования и осаждения твердого вещества. Суспензия пропускалась через систему снижения давления, которая понижала давление до атмосферных уровней и направляла продукт в сборный резервуар. В систему понижения давления были включены переключаемые параллельные пути с постоянным сечением, а также управляющий клапан с переменным проходным сечением. Для охлаждения суспензии обратно до температуры окружающей среды сборный резервуар использует водяную рубашку. Соответственно, система снижения давления и водяная рубашка сборного резервуара облегчают почти мгновенный сброс давления до давления окружающей среды и быстрое понижение температуры от, приблизительно, 180°С до температуры окружающей среды.The suspension was cooled to about 180 ° C. over a period of about 5-30 seconds (preferably 25 seconds), the cooling rate was optimized to minimize the formation and precipitation of solids. The suspension was passed through a pressure reduction system that lowered the pressure to atmospheric levels and sent the product to a collection tank. The pressure reducing system included switched parallel paths with a constant cross section, as well as a control valve with a variable flow area. The collection tank uses a water jacket to cool the slurry back to ambient temperature. Accordingly, the pressure reduction system and the water jacket of the collection tank facilitate an almost instantaneous depressurization to ambient pressure and a rapid decrease in temperature from about 180 ° C to ambient temperature.

(vi) Обработка биотоплива(vi) Biofuel processing

Биотопливный продукт затем обрабатывается с целью разделения и очистки. В случае лигнитного исходного сырья биотопливный продукт фильтровался через напорный фильтрпресс или вращающийся вакуумный барабанный фильтр для облегчения первого этапа разделения твердого вещества и жидкости. Твердый продукт включает высокоуглеродистую золу со связанными нефтями. Нефть отделялась от золы или путем термической перегонки или путем экстракции растворителем. Жидкий продукт содержит низкий процент светлых нефтей, которые концентрировались и выделялись при помощи испарителя.The biofuel product is then processed for separation and purification. In the case of a lignite feedstock, the biofuel product was filtered through a pressure filter or a rotating vacuum drum filter to facilitate the first stage of separation of solid and liquid. The solid product includes high carbon ash with associated oils. The oil was separated from the ash either by thermal distillation or by solvent extraction. The liquid product contains a low percentage of light oils, which are concentrated and separated using an evaporator.

В случае древесно-волокнистой биомассы как исходного сырья (или фракции целлюлозы/лигнина как исходного сырья), продукт может представлять собой нефть (т.е. твердое вещество отсутствует) в зависимости от условий переработки и природы исходного сырья (содержания золы и т.д.). Большая часть выделялась путем декантирования или путем разделения по плотности. Также присутствовал небольшой процент водорастворимых светлых нефтей, которые концентрировались и выделялись посредством испарителя. Нефтепродукты могут быть дополнительно осветлены, или перегнаны, для удаления всей остаточной воды или для подготовки к дальнейшей переработке.In the case of wood-fiber biomass as a feedstock (or a cellulose / lignin fraction as a feedstock), the product may be oil (i.e. no solid) depending on the processing conditions and nature of the feedstock (ash content, etc. .). Most were isolated by decantation or by density separation. A small percentage of water-soluble light oils were also present, which were concentrated and separated by means of an evaporator. Petroleum products can be further clarified, or distilled, to remove all residual water or to prepare for further processing.

Пример 2: Анализ биотопливных продуктовExample 2: Analysis of biofuel products

Анализ биотопливных продуктов выполнялся с использованием стандартных способов, согласно приведенным ниже кратким описаниям:The analysis of biofuel products was carried out using standard methods, according to the following brief descriptions:

Анализ угля/угольного вещества:Coal / Coal Substance Analysis:

Экспресс-анализ, включающий процентное содержание влаги, выхода золы, летучего вещества и связанного углерода, был проведен в соответствии с австралийскими стандартными методиками AS2434.1,2 и 8.Rapid analysis, including the percentage of moisture, ash, volatiles and bound carbon, was carried out in accordance with Australian standard procedures AS2434.1,2 and 8.

Полный анализ, включающий углерод, водород, азот и общее содержание серы, был проведен в соответствии с австралийскими стандартными методиками AS1038.6.4 и AS1038.6.3.2.A complete analysis, including carbon, hydrogen, nitrogen, and total sulfur, was carried out in accordance with Australian standard procedures AS1038.6.4 and AS1038.6.3.2.

Показатель удельной теплоемкости был определен в соответствии с австралийской стандартной методикой AS1038.5.The specific heat was determined in accordance with the Australian standard method AS1038.5.

Анализ золы был проведен в соответствии с австралийской стандартной методикой AS1038.14.Ash analysis was carried out in accordance with the Australian standard method AS1038.14.

Определение температур плавления золы в окислительной атмосфере было проведено в соответствии с австралийской стандартной методикой AS1038.15.The melting temperatures of the ash in an oxidizing atmosphere were determined in accordance with the Australian standard procedure AS1038.15.

Анализ нефтей:Oil Analysis:

Полный анализ, включающий углерод, водород и азот, был проведен в соответствии с австралийской стандартной методикой AS1038.6.4.A complete analysis, including carbon, hydrogen and nitrogen, was carried out in accordance with the Australian standard method AS1038.6.4.

Анализ общего содержания серы был проведен в соответствии с управлением по охране окружающей среды США (USEPA) № 5050 с последующей атомно-эмиссионной спектроскопией с индуктивно-связанной плазмой (ICPAES).Analysis of total sulfur was performed in accordance with US Environmental Protection Agency (USEPA) No. 5050 followed by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICPAES).

Показатель удельной теплоемкости был определен в соответствии с австралийской стандартной методикой AS1038.5.The specific heat was determined in accordance with the Australian standard method AS1038.5.

Определение общего содержания влаги в маслах было проведено в соответствии с действующим стандартом ASTM D6304.Determination of the total moisture content in the oils was carried out in accordance with the current ASTM D6304 standard.

Ниже в таблице 3 приведены подробности в отношении свойств материалов исходного сырья, использованных в процессе генерирования биотоплива. Таблицы 4a, 4b и 5 ниже представляют подробности в отношении свойств биотоплив, произведенных в соответствии с процессом.Table 3 below provides details regarding the properties of the feedstock materials used in the biofuel generation process. Tables 4a, 4b and 5 below provide details regarding the properties of biofuels produced in accordance with the process.

Таблица 3Table 3 Анализ свойств исходного сырьяAnalysis of the properties of the feedstock Исходное сырьеFeedstock ВУТ (МДж/кг в расчете на сухой вес)VUT (MJ / kg based on dry weight) Углерод (% вес в расчете на сухой вес)Carbon (% weight based on dry weight) Водород (% вес в расчете на сухой вес)Hydrogen (% weight based on dry weight) Азот (% вес в расчете на сухой вес)Nitrogen (% weight based on dry weight) Сера (% вес в расчете на сухой вес)Sulfur (% weight based on dry weight) Зола (% вес в расчете на сухой вес)Ash (% weight based on dry weight) Кислород (% вес в расчете на сухой вес)Oxygen (% weight based on dry weight) Молярное отношение H/CH / C molar ratio Номера образцов лигнитного исходного сырьяNumbers of samples of lignite feedstock 1, 212 25,625.6 66,366.3 4,44.4 0,60.6 0,20.2 3,13,1 25,425,4 0,80.8 3, 43, 4 25,425,4 67,167.1 4,24.2 0,70.7 0,20.2 2,42,4 25,425,4 0,70.7 11eleven 24,124.1 62,262,2 5,45,4 0,60.6 3,83.8 12,912.9 15,115.1 1,01,0 5, 6, 7, 85, 6, 7, 8 25,525.5 65,565.5 4,64.6 0,70.7 0,30.3 2,22.2 26,826.8 0,80.8 9, 109, 10 24,724.7 63,463,4 4,44.4 0,50.5 0,30.3 3,63.6 27,827.8 0,80.8 Номера образцов древесно-волокнистого вещества как исходного сырьяNumbers of samples of wood-fiber material as feedstock 1, 2, 3, 41, 2, 3, 4 17,817.8 48,048.0 5,65,6 0,10.1 0,00,0 0,50.5 45,745.7 1,41.4

Таблица 3 (продолжение)Table 3 (continued) Анализ свойств исходного сырьяAnalysis of the properties of the feedstock Исходное сырьеFeedstock ВУТ (МДж/кг в расчете на сухой вес)VUT (MJ / kg based on dry weight) Углерод (% вес в расчете на сухой вес)Carbon (% weight based on dry weight) Водород (% вес в расчете на сухой вес)Hydrogen (% weight based on dry weight) Азот (% вес в расчете на сухой вес)Nitrogen (% weight based on dry weight) Сера (% вес в расчете на сухой вес)Sulfur (% weight based on dry weight) Кислород (% вес в расчете на сухой вес)Oxygen (% weight based on dry weight) Молярное отношение H/CH / C molar ratio Номера образцов лигнитного исходного сырьяNumbers of samples of lignite feedstock 1212 25,6425.64 66,3066.30 4,354.35 0,630.63 0,230.23 25,3925.39 0,780.78 13-17, 2313-17, 23 24,7024.70 63,4063.40 4,404.40 0,480.48 0,330.33 27,7927.79 0,830.83 18-2218-22 26,0026.00 64,3064.30 4,904.90 0,790.79 0,700.70 23,3123.31 0,910.91 Номера образцов древесно-волокнистого вещества как исходного сырьяNumbers of samples of wood-fiber material as feedstock 55 19,4019.40 46,4046.40 6,206.20 3,483.48 0,300.30 37,5237.52 1,591,59 6-206-20 17,8117.81 48,0048.00 5,615.61 0,130.13 0,020.02 45,7445.74 1,391.39

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Таблица 4bTable 4b Анализ полученного из лигнита (угольного) продукта, эквивалентного углю повышенного качества для PCIAnalysis of lignite-derived (carbon) product equivalent to high-quality coal for PCI Номер лигнитного исходного сырьяLignite Feed Number Анализируемый продуктAnalyzed product Экспресс-анализExpress analysis Полный анализ и анализ УТFull analysis and analysis of UT Влага (% вес. ar)Moisture (% wt. Ar) Зола (% вес. в расчете на сухой вес)Ash (% wt. Based on dry weight) Летучие вещества (% вес. в расчете на сухой вес) Volatile substances (% wt. Calculated on dry weight) Связанный С (% вес. в расчете на сухой вес)Associated With (% wt. Calculated on dry weight) ВУТ (МДж/кг в расчете на сухой вес)VUT (MJ / kg based on dry weight) Углерод (% вес. в расчете на сухой вес)Carbon (% wt. Based on dry weight) Водород (% вес. в расчете на сухой вес)Hydrogen (% wt. Based on dry weight) Азот (% вес. в расчете на сухой вес)Nitrogen (% wt. Based on dry weight) Сера (% вес. в расчете на сухой вес)Sulfur (% wt. Based on dry weight) Кислород (% вес. в расчете на сухой вес)Oxygen (% wt. Based on dry weight) Молярное отношение
Н/С
Molar ratio
N / a
22 PCIPCI 4,604.60 2,702.70 26,226.2 71,171.1 30,6230.62 78,978.9 3,573.57 0,890.89 0,310.31 13,613.6 0,540.54 33 PCIPCI 2,202.20 3,303.30 27,627.6 66,966.9 31,1231.12 78,178.1 4,184.18 0,900.90 0,180.18 13,313.3 0,640.64 4four PCIPCI 1,601,60 2,602.60 20,520.5 76,976.9 33,3033.30 84,584.5 3,803.80 0,890.89 0,100.10 8,18.1 0,540.54 55 PCIPCI 2,602.60 3,703.70 29,329.3 67,167.1 30,2030,20 77,877.8 3,703.70 0,750.75 0,180.18 13,913.9 0,570.57 66 PCIPCI 1,801.80 6,306.30 22,122.1 71,671.6 31,8031.80 80,180.1 3,803.80 0,750.75 0,230.23 8,88.8 0,570.57 77 PCIPCI 1,401.40 5,005.00 25,125.1 69,969.9 32,3032.30 81,081.0 4,104.10 0,740.74 0,180.18 9,09.0 0,600.60 88 PCIPCI 0,800.80 3,803.80 26,626.6 69,569.5 31,4031.40 79,979.9 4,104.10 0,750.75 0,200.20 11,311.3 0,610.61 99 PCIPCI 1,001.00 4,204.20 26,926.9 68,968.9 31,631.6 79,179.1 4,404.40 0,880.88 0,220.22 16,716.7 0,710.71 1010 PCIPCI 3,803.80 5,205.20 32,832.8 62,062.0 28,9028.90 73,473,4 4,104.10 0,830.83 0,280.28 16,216,2 0,670.67 11eleven PCIPCI 6,006.00 14,314.3 30,130.1 55,655.6 27,5227.52 69,969.9 3,473.47 0,790.79 2,592.59 8,98.9 0,590.59

Таблица 4b (продолжение)Table 4b (continued) Анализ полученного из лигнита (угольного) продукта, эквивалентного углю повышенного качества для PCIAnalysis of lignite-derived (carbon) product equivalent to high-quality coal for PCI Номер лигнитного исходного сырьяLignite Feed Number Анализируемый продуктAnalyzed product Составляющие золыComponent ash SiO2 (% вес. в расчете на сухой вес)SiO 2 (% wt. Calculated on dry weight) Al2O3 (% вес. в расчете на сухой вес)Al 2 O 3 (% wt. Calculated on dry weight) Fe2O3 (% вес. в расчете на сухой вес)Fe 2 O 3 (% wt. Calculated on dry weight) TiO2 (% вес. в расчете на сухой вес)TiO 2 (% wt. Calculated on dry weight) K2O (% вес. в расчете на сухой вес)K 2 O (% wt. Calculated on dry weight) MgO (% вес. в расчете на сухой вес)MgO (% wt. Calculated on dry weight) Na2O (% вес. в расчете на сухой вес)Na 2 O (% wt. Calculated on dry weight) CaO (% вес. в расчете на сухой вес)CaO (% wt. Based on dry weight) SO2 (% вес. в расчете на сухой вес)SO 2 (% wt. Based on dry weight) P2O5 (% вес. в расчете на сухой вес)P 2 O 5 (% wt. Calculated on dry weight) Mn3O4 (% вес. в расчете на сухой вес)Mn 3 O 4 (% wt. Calculated on dry weight) SrO (% вес. в расчете на сухой вес)SrO (% wt. Based on dry weight) BaO (% вес. в расчете на сухой вес)BaO (% wt. Based on dry weight) ZnO (% вес. в расчете на сухой вес)ZnO (% wt. Calculated on dry weight) V2O5 (% вес. в расчете на сухой вес)V 2 O 5 (% wt. Calculated on dry weight) 22 PCIPCI 17,7017.70 7,707.70 12,8012.80 0,640.64 0,660.66 15,6015.60 0,900.90 22,6022.60 20,5020.50 1,001.00 0,120.12 0,230.23 0,140.14 <0,01<0.01 0,070,07 33 PCIPCI 16,8016.80 5,805.80 13,6013.60 20,0020.00 0,680.68 0,440.44 0,550.55 25,6025.60 17,3017.30 0,400.40 0,190.19 0,560.56 0,170.17 0,010.01 0,060.06 4four PCIPCI 11,1011.10 4,804.80 18,5018.50 0,390.39 0,770.77 18,4018.40 13,0013.00 16,9016.90 18,4018.40 55 PCIPCI 6,606.60 4,304.30 52,0052.00 0,300.30 0,400.40 13,8013.80 1,701.70 5,405.40 10,9010.90 66 PCIPCI 4,904.90 3,103.10 34,3034.30 0,210.21 0,210.21 11,6011.60 28,1028.10 3,503,50 10,2010,20 77 PCIPCI 88 PCIPCI 6,806.80 2,502,50 42,1042.10 0,260.26 0,550.55 15,4015.40 12,1012.10 6,506.50 13,7013.70 0,480.48 99 PCIPCI 6,406.40 3,603.60 45,4045.40 0,320.32 0,230.23 15,6015.60 6,606.60 7,207.20 12,9012.90 0,100.10 1010 PCIPCI 13,4013.40 7,207.20 31,9031.90 0,530.53 11,7011.70 10,2010,20 12,5012.50 11,7011.70 0,680.68 11eleven PCIPCI 9,509.50 10,3010.30 18,5018.50 0,250.25 0,080.08 2,202.20 0,390.39 23,3023.30 33,3033.30 0,110.11 0,090.09 0,110.11 0,050.05 0,030,03

Таблица 4b (продолжение)Table 4b (continued) Анализ полученного из лигнита (угольного) продукта, эквивалентного углю повышенного качества для PCIAnalysis of lignite-derived (carbon) product equivalent to high-quality coal for PCI Номер лигнитного исходного сырьяLignite Feed Number Анализируемый продуктAnalyzed product Температура плавления золыAsh melting point AFT-Ox DT (єC)AFT-Ox DT (єC) AFT-Ox ST (єC)AFT-Ox ST (єC) AFT-Ox HT (єC)AFT-Ox HT (єC) AFT-Ox FT (єC)AFT-Ox FT (єC) 22 PCIPCI 33 PCIPCI 4four PCIPCI 55 PCIPCI 66 PCIPCI 77 PCIPCI 88 PCIPCI 99 PCIPCI 1010 PCIPCI >1550> 1550 >1550> 1550 >1550> 1550 >1550> 1550 11eleven PCIPCI

Таблица 4b (продолжение)Table 4b (continued) Анализ полученного из лигнита (угольного) продукта, эквивалентного углю повышенного качества для PCIAnalysis of lignite-derived (carbon) product equivalent to high-quality coal for PCI Номер образцаSample Number Анализируемый продуктAnalyzed product Экспресс-анализExpress analysis Полный анализ и анализ УТFull analysis and analysis of UT Влага (% вес. ar)Moisture (% wt. Ar) Зола (% вес. в расчете на сухой вес)Ash (% wt. Based on dry weight) Летучие вещества (% вес. в расчете на сухой вес) Volatile substances (% wt. Calculated on dry weight) Связанный С (% вес. в расчете на сухой вес)Associated With (% wt. Calculated on dry weight) ВУТ (МДж/кг в расчете на сухой вес)VUT (MJ / kg based on dry weight) Углерод (% вес. в расчете на сухой вес)Carbon (% wt. Based on dry weight) Водород (% вес. в расчете на сухой вес)Hydrogen (% wt. Based on dry weight) Азот (% вес. в расчете на сухой вес)Nitrogen (% wt. Based on dry weight) Сера (% вес. в расчете на сухой вес)Sulfur (% wt. Based on dry weight) Кислород (% вес. в расчете на сухой вес)Oxygen (% wt. Based on dry weight) Молярное отношение H/CH / C molar ratio 1212 PCIPCI 2,002.00 4,904.90 28,128.1 67,067.0 29,929.9 76,376.3 3,903.90 0,800.80 0,280.28 13,813.8 0,610.61 1313 PCIPCI 1,401.40 5,105.10 27,127.1 67,967.9 30,130.1 76,476,4 4,104.10 0,870.87 0,270.27 13,313.3 0,640.64 14fourteen PCIPCI 0,700.70 6,806.80 27,427.4 65,965.9 29,829.8 75,875.8 4,204.20 0,870.87 0,270.27 12,112.1 0,660.66 15fifteen PCIPCI 7,007.00 5,505.50 40,340.3 54,254,2 30,230,2 74,674.6 5,005.00 0,740.74 0,260.26 13,913.9 0,800.80 1616 PCIPCI 1,201.20 7,207.20 26,926.9 65,865.8 29,629.6 74,574.5 3,903.90 0,850.85 0,260.26 13,313.3 0,620.62 1717 PCIPCI 0,400.40 7,807.80 26,826.8 65,465,4 30,230,2 76,576.5 4,104.10 0,950.95 0,490.49 10,210,2 0,640.64 18eighteen PCIPCI 0,600.60 7,307.30 24,624.6 37,837.8 30,830.8 77,877.8 4,004.00 0,900.90 0,500.50 9,59.5 0,610.61 1919 PCIPCI 0,900.90 7,307.30 29,029.0 63,763.7 30,230,2 76,276,2 4,204.20 0,890.89 0,340.34 11,111.1 0,660.66 20twenty PCIPCI 0,900.90 6,506.50 30,530.5 63,063.0 29,729.7 75,975.9 4,404.40 1,031,03 12,212,2 0,690.69 2121 PCIPCI 1,201.20 7,207.20 29,729.7 63,163.1 30,030,0 75,875.8 4,304.30 1,031,03 0,460.46 11,211,2 0,680.68 2222 PCIPCI 36,4036.40 6,906.90 43,643.6 49,649.6 28,028.0 69,969.9 5,105.10 0,910.91 0,690.69 16,516.5 0,870.87 2323 PCIPCI -- --

Таблица 4b (продолжение)Table 4b (continued) Анализ полученного из лигнита (угольного) продукта, эквивалентного углю повышенного качества для PCIAnalysis of lignite-derived (carbon) product equivalent to high-quality coal for PCI Номер образцаSample Number Составляющие золыComponent ash SiO2 (% вес. в расчете на сухой вес)SiO 2 (% wt. Calculated on dry weight) Al2O3 (% вес. в расчете на сухой вес)Al 2 O 3 (% wt. Calculated on dry weight) Fe2O3 (% вес. в расчете на сухой вес)Fe 2 O 3 (% wt. Calculated on dry weight) TiO2 (% вес. в расчете на сухой вес)TiO 2 (% wt. Calculated on dry weight) K2O (% вес. в расчете на сухой вес)K 2 O (% wt. Calculated on dry weight) MgO (% вес. в расчете на сухой вес)MgO (% wt. Calculated on dry weight) Na2O (% вес. в расчете на сухой вес)Na 2 O (% wt. Calculated on dry weight) CaO
(% вес. в расчете на сухой вес)
CaO
(% wt. based on dry weight)
SO3
(% вес. в расчете на сухой вес)
SO 3
(% wt. based on dry weight)
P2O5 (% вес. в расчете на сухой вес)P 2 O 5 (% wt. Calculated on dry weight) Mn3O4 (% вес. в расчете на сухой вес)Mn 3 O 4 (% wt. Calculated on dry weight) SrO (% вес. в расчете на сухой вес)SrO (% wt. Based on dry weight) BaO
(% вес. в расчете на сухой вес)
Bao
(% wt. based on dry weight)
ZnO (% вес. в расчете на сухой вес)ZnO (% wt. Calculated on dry weight) V2O5 (% вес. в расчете на сухой вес)V 2 O 5 (% wt. Calculated on dry weight)
1212 18,7018.70 9,409.40 37,9037.90 0,680.68 0,580.58 12,1012.10 2,202.20 8,908.90 8,208.20 0,230.23 1313 18,5018.50 9,409.40 38,7038.70 0,780.78 0,570.57 10,9010.90 1,701.70 7,807.80 8,408.40 0,240.24 14fourteen 11,911.9 6,66.6 47,247.2 0,500.50 0,660.66 1010 4,44.4 7,77.7 9,59.5 0,160.16 15fifteen 19,0019.00 8,308.30 45,5045.50 0,790.79 0,490.49 8,608.60 2,302,30 6,806.80 6,306.30 0,170.17 1616 26,1026.10 8,608.60 46,9046.90 0,630.63 0,900.90 6,606.60 1,801.80 5,605.60 3,903.90 0,770.77 1717 23,0023.00 7,307.30 29,9029.90 0,440.44 0,380.38 7,107.10 0,600.60 18,5018.50 14,2014.20 0,050.05 18eighteen 24,8024.80 8,208.20 29,0029.00 0,560.56 0,410.41 9,109.10 1,601,60 16,3016.30 12,4012.40 0,100.10 1919 28,8028.80 9,009.00 28,0028.00 0,660.66 0,400.40 9,809.80 1,601,60 14,8014.80 8,008.00 0,110.11 20twenty 17,0017.00 6,906.90 24,5024.50 0,430.43 0,300.30 8,208.20 0,500.50 25,9025.90 18,0018.00 0,100.10 2121 23,0023.00 7,307.30 24,0024.00 0,460.46 0,240.24 8,008.00 1,201.20 24,4024.40 13,3013.30 0,050.05 2222 2323

Таблица 4b (продолжение)Table 4b (continued) Анализ полученного из лигнита (угольного) продукта, эквивалентного углю повышенного качества для PCIAnalysis of lignite-derived (carbon) product equivalent to high-quality coal for PCI Номер образцаSample Number Температура плавления золыAsh melting point AFT-Ox DT (°C)AFT-Ox DT (° C) AFT-Ox ST (°C)AFT-Ox ST (° C) AFT-Ox HT (°C)AFT-Ox HT (° C) AFT-Ox FT (°C)AFT-Ox FT (° C) 1212 1313 14fourteen 15fifteen 1,4101,410 1,4301,430 1,4601,460 1,4801,480 1616 1717 18eighteen 1,1801,180 1,1901,190 1,1901,190 1,2001,200 1919 1,0301,030 1,0501,050 1,0601,060 1,1701,170 20twenty 1,2901,290 1,3001,300 1,3101,310 1,3201,320 2121 1,1601,160 1,2001,200 1,2101,210 1,2101,210 2222 2323

Таблица 5Table 5 Анализ бионефтепродукта, полученного из древесно-волокнистого веществаAnalysis of bio-oil product obtained from wood-fiber material Номер древесно-волокнистого исходного сырьяWoodfiber Feed Number Анализируемый продуктAnalyzed product Нефтяной дистиллятOil distillate ВУТ (МДж/кг в расчете на сухой вес)VUT (MJ / kg based on dry weight) Углерод (% вес. в расчете на сухой вес)Carbon (% wt. Based on dry weight) Водород (% вес. в расчете на сухой вес)Hydrogen (% wt. Based on dry weight) Азот (% вес. в расчете на сухой вес)Nitrogen (% wt. Based on dry weight) Сера (% вес. в расчете на сухой вес)Sulfur (% wt. Based on dry weight) Зола (% вес. в расчете на сухой вес)Ash (% wt. Based on dry weight) Кислород (% вес. в расчете на сухой вес)Oxygen (% wt. Based on dry weight) Молярное отношение H/CH / C molar ratio 1one БионефтьBio oil +98%+ 98% 74,7174.71 6,396.39 18,0418.04 1,01,0 22 БионефтьBio oil +98%+ 98% 37,537.5 82,282,2 8,68.6 0,40.4 0,10.1 0,40.4 8,38.3 1,31.3 33 БионефтьBio oil 36,636.6 82,682.6 6,76.7 0,90.9 0,60.6 -- 9,19.1 1,01,0 4four БионефтьBio oil +98%+ 98% 34,934.9 81,081.0 9,59.5 0,50.5 0,10.1 -- 8,78.7 1,41.4

Таблица 5 (продолжение)Table 5 (continued) Анализ бионефтепродукта, полученного из древесно-волокнистого веществаAnalysis of bio-oil product obtained from wood-fiber material Номер образцаSample Number Анализируемый продуктAnalyzed product Указание выхода нефтиOil output indication ВУТ (МДж/кг в расчете на сухой вес)VUT (MJ / kg based on dry weight) Углерод (% вес. в расчете на сухой вес)Carbon (% wt. Based on dry weight) Водород (% вес. в расчете на сухой вес)Hydrogen (% wt. Based on dry weight) Азот (% вес. в расчете на сухой вес)Nitrogen (% wt. Based on dry weight) Сера (% вес. в расчете на сухой вес)Sulfur (% wt. Based on dry weight) Зола (% вес. в расчете на сухой вес)Ash (% wt. Based on dry weight) Кислород (% вес. в расчете на сухой вес)Oxygen (% wt. Based on dry weight) Молярное отношение H/CH / C molar ratio 55 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 31,8731.87 69,2569.25 7,437.43 3,703.70 0,420.42 10,3910.39 8,828.82 1,281.28 66 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 38,8638.86 78,9878.98 6,776.77 0,180.18 0,070,07 -- 14,0014.00 1,021,02 77 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 35,9335.93 78,6478.64 6,866.86 0,170.17 0,030,03 -- 14,3014.30 1,041,04 88 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 34,9334.93 78,8778.87 7,207.20 0,200.20 0,040.04 1,701.70 11,9911.99 1,091.09 99 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 34,8634.86 79,0979.09 7,027.02 0,160.16 0,030,03 1,021,02 12,6712.67 1,061.06 1010 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 34,1634.16 77,9577.95 7,197.19 0,180.18 0,030,03 0,700.70 13,9513.95 1,101.10 11eleven БионефтьBio oil 25-40%25-40% 34,7434.74 78,9178.91 7,397.39 0,110.11 0,040.04 1,101.10 12,4512.45 1,121.12 1212 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 31,5631.56 71,8471.84 6,996.99 0,140.14 0,070,07 0,300.30 20,6520.65 1,161.16 1313 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 30,4930.49 69,9069.90 6,696.69 0,090.09 0,030,03 0,100.10 23,1923.19 1,141.14 14fourteen БионефтьBio oil 25-40%25-40% 31,9731.97 73,5073.50 6,886.88 0,080.08 0,030,03 0,100.10 19,4219.42 1,111,11 15fifteen БионефтьBio oil 25-40%25-40% 30,3730.37 69,3769.37 6,696.69 0,100.10 0,020.02 0,100.10 23,7223.72 1,151.15 1616 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 31,7831.78 73,0873.08 6,796.79 0,110.11 0,020.02 0,200.20 19,8019.80 1,111,11 1717 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 32,2032,20 74,9474.94 6,796.79 0,140.14 -- -- 18,1318.13 1,081,08 18eighteen БионефтьBio oil 25-40%25-40% 33,1433.14 74,9274.92 6,586.58 0,110.11 -- -- 18,3918.39 1,051.05 1919 БионефтьBio oil 25-40%25-40% 35,1535.15 81,2281.22 7,197.19 0,060.06 0,020.02 1,201.20 10,3010.30 1,061.06 20twenty БионефтьBio oil 25-40%25-40% 35,5035.50 82,3382.33 7,197.19 0,080.08 0,010.01 0,300.30 10,0910.09 1,041,04

Таблица 5 (продолжение)Table 5 (continued) Анализ бионефтепродукта, полученного из древесно-волокнистого веществаAnalysis of bio-oil product obtained from wood-fiber material Номер образцаSample Number Составляющие золыComponent ash SiO2 (% вес. в расчете на сухой вес)SiO 2 (% wt. Calculated on dry weight) Al2O3 (% вес. в расчете на сухой вес)Al 2 O 3 (% wt. Calculated on dry weight) Fe2O3 (% вес. в расчете на сухой вес)Fe 2 O 3 (% wt. Calculated on dry weight) TiO2 (% вес. в расчете на сухой вес)TiO 2 (% wt. Calculated on dry weight) K2O (% вес. в расчете на сухой вес)K 2 O (% wt. Calculated on dry weight) MgO (% вес. в расчете на сухой вес)MgO (% wt. Calculated on dry weight) Na2O (% вес. в расчете на сухой вес)Na 2 O (% wt. Calculated on dry weight) CaO (% вес. в расчете на сухой вес)CaO (% wt. Based on dry weight) SO3
(% вес. в расчете на сухой вес)
SO 3
(% wt. based on dry weight)
P2O5 (% вес. в расчете на сухой вес)P 2 O 5 (% wt. Calculated on dry weight) Mn3O4 (% вес. в расчете на сухой вес)Mn 3 O 4 (% wt. Calculated on dry weight) SrO (% вес. в расчете на сухой вес)SrO (% wt. Based on dry weight) BaO (% вес. в расчете на сухой вес)BaO (% wt. Based on dry weight) ZnO (% вес. в расчете на сухой вес)ZnO (% wt. Calculated on dry weight) V2O5 (% вес. в расчете на сухой вес)V 2 O 5 (% wt. Calculated on dry weight)
55 6,206.20 1,701.70 7,407.40 0,360.36 0,360.36 5,005.00 0,600.60 40,6040.60 4,304.30 34.6034.60 66 77 88 9,609.60 8,408.40 7,807.80 0,210.21 0,560.56 5,305.30 34,5034.50 20,8020.80 3,503,50 8,108.10 99 15,3015.30 12,1012.10 14,5014.50 0,490.49 0,400.40 9,909.90 2,202.20 28,0028.00 6,106.10 13,1013.10 1010 11eleven 1212 1313 14fourteen 15fifteen 1616 1717 18eighteen 1919 20twenty

Влияние гидроксидов и карбонатов щелочных металлов на содержание кислорода:The effect of alkali metal hydroxides and carbonates on the oxygen content:

Фиг.1 демонстрирует эффективность гидроксидов и карбонатов щелочных металлов для снижения содержания кислорода в бионефтепродукте, где постоянны все условия, кроме концентрации добавочного катализатора. Оптимальная концентрация катализатора на основе гидроксида натрия или карбоната натрия в данных условиях лежит в интервале, приблизительно, от 0,1 моль/л до 1 моль/л, поскольку это дает продукт с низким содержанием кислорода (8-10% в весовом отношении) без использования чрезмерно высоких концентраций катализатора.Figure 1 demonstrates the effectiveness of alkali metal hydroxides and carbonates in reducing the oxygen content in a bio-oil product, where all conditions are constant, except for the concentration of an additional catalyst. The optimal concentration of the catalyst based on sodium hydroxide or sodium carbonate under these conditions lies in the range of about 0.1 mol / L to 1 mol / L, since this gives a product with a low oxygen content (8-10% by weight) without the use of excessively high concentrations of catalyst.

Дополнительная характеристика угольной нефти, полученной из лигнита:Additional characteristics of coal oil obtained from lignite:

Как показано в таблице 6 ниже и на фиг.2, имитированная дистилляция типичной угольной нефти, полученной из лигнита (таблица 2а - образец исходного сырья № 20), проиллюстрировала сходство продукта с сырой нефтью. 99% продукта выделяется из ГХ-колонки, использованной для имитированной дистилляции при 620°С, что указывает на то, что продукт не содержит значительного количества низколетучего остатка.As shown in table 6 below and figure 2, the simulated distillation of a typical coal oil obtained from lignite (table 2A - sample feedstock No. 20), illustrated the similarity of the product with crude oil. 99% of the product is recovered from a GC column used for simulated distillation at 620 ° C, which indicates that the product does not contain a significant amount of low volatility residue.

Таблица 6Table 6 Процентные доли выделения массы при различных температурахPercentage of mass release at different temperatures Номер отчета/ номера COQ 322196Report Number / Number COQ 322196 СпособWay СвойстваThe properties Единицы измеренияUnits D7169D7169 Начальная температура кипенияInitial boiling point °С° C 123,0123.0 1% массы регенерируется при1% of the mass is regenerated when °С° C 157,5157.5 5% массы регенерируется при5% of the mass is regenerated when °С° C 218,5218.5 10% массы регенерируется при10% of the mass is regenerated when °С° C 252,5252.5 20% массы регенерируется при20% of the mass is regenerated when °С° C 294,0294.0 30% массы регенерируется при30% of the mass is regenerated when °С° C 332,5332.5 40% массы регенерируется при40% of the mass is regenerated when °С° C 387,0387.0 50% массы регенерируется при50% of the mass is regenerated when °С° C 428,0428.0 60% массы регенерируется при60% of the mass is regenerated when °С° C 459,5459.5 70% массы регенерируется при70% of the mass is regenerated when °С° C 484,5484.5 80% массы регенерируется при80% of the mass is regenerated when °С° C 508,0508.0 90% массы регенерируется при90% of the mass is regenerated when °С° C 537,5537.5 95% массы регенерируется при95% of the mass is regenerated when °С° C 560,5560.5 99% массы регенерируется при99% of the mass is regenerated when °С° C 620,5620.5 Конечная температура кипенияFinal boiling point °С° C 676,5676.5 % регенерировано при 360єC% regenerated at 360єC % по массе% by weight 35,235,2 % регенерировано при 370єC% regenerated at 370єC % по массе% by weight 37,037.0 % регенерировано при 555єC% regenerated at 555єC % по массе% by weight 94,094.0

Свойства лигнитной угольной нефти также изучались при помощи 1Н и количественной 13С ЯМР-спектроскопии. Для этого испытания нефтепродукт разгонялся по различным интервалам кипения, и записывались спектры ЯМР для фракций. Фракции в данном примере обозначались следующим образомThe properties of lignite coal oil were also studied using 1H and quantitative 13C NMR spectroscopy. For this test, the oil was accelerated over various boiling ranges, and NMR spectra for the fractions were recorded. The fractions in this example were designated as follows

Таблица 7Table 7 Обозначение фракций для ЯМРFraction Designation for NMR Код образцаSample Code Приблизительный интервал кипения/°СApproximate boiling range / ° C Приблизительное относительное содержание, % вес.The approximate relative content,% weight. AA 60-300, в основном, 250-30060-300, mainly 250-300 1717 BB 300-340°С300-340 ° C 1717 CC 160-200 при, приблизительно, 1-10 мбар160-200 at approximately 1-10 mbar 99 DD 200-250 при, приблизительно, 1-10 мбар200-250 at approximately 1-10 mbar 2424 EE 250-300 при, приблизительно, 1-10 мбар250-300 at approximately 1-10 mbar 15fifteen FF До 620Up to 620 18eighteen

Протонные ЯМР- и количественные 13С ЯМР-спектры показаны для каждой фракции, упоминаемой в таблице 7, как фиг.3A-3L (вначале - протонный ЯМР). Код образца A (фиг.3A-3B); Код образца B (фиг.3C-3D); Код образца C (фиг.3E-3F); Код образца D (фиг.3G-3H); Код образца E (фиг.3I-3J); Код образца F (фиг.3K-3L).Proton NMR and quantitative 13C NMR spectra are shown for each fraction mentioned in Table 7 as FIGS. 3A-3L (first, proton NMR). Sample Code A (FIGS. 3A-3B); Sample Code B (FIG. 3C-3D); Sample Code C (FIGS. 3E-3F); Sample Code D (Fig. 3G-3H); Sample Code E (FIGS. 3I-3J); Sample code F (Fig. 3K-3L).

Спектры 1Н ЯМР были объединены в три области химических сдвигов, которые в широком смысле обозначены следующим образом:The 1 H NMR spectra were combined into three regions of chemical shifts, which are broadly designated as follows:

”Ароматическая”"Aromatic" 9,5-6,2 м.д.9.5-6.2 ppm ”Олефиновая”"Olefin" 6,2-3,5 м.д.6.2-3.5 ppm ”Алифатическая”"Aliphatic" ниже 3,5 м.д.below 3.5 ppm

На практике олефиновые протоны могут иметь сдвиги до 7,1 м.д. или выше в зависимости от схем замещения, поэтому возможно наличие перекрывания между «олефиновыми» и «ароматическими» протонами. Для 1Н ЯМР интеграл приблизительно пропорционален количеству протонов, присутствующих в каждой отдельной области химических сдвигов. Интегралы были использованы для установления соотношения «ароматических», «олефиновых» и «алифатических» протонов, присутствующих во фракциях.In practice, olefin protons can have shifts of up to 7.1 ppm. or higher depending on the substitution patterns, therefore, there may be overlap between the “olefin” and “aromatic” protons. For 1H NMR, the integral is approximately proportional to the number of protons present in each individual region of chemical shifts. Integrals were used to establish the ratio of “aromatic”, “olefin” and “aliphatic” protons present in fractions.

Таблица 8Table 8 Свойства нефти, полученной из лигнитаProperties of oil derived from lignite Идентификатор фракцииFraction id Приблизительный интервал температур кипения/°CApproximate Boiling Range / ° C Внешний видAppearance Относительное содержание типов протонов/%Relative content of proton types /% "ароматические"aromatic "олефиновые"olefin "алифатические""aliphatic" AA 150-300150-300 Подвижная нефтьMobile oil 14fourteen 66 8181 BB 300-340300-340 Подвижная нефтьMobile oil 1212 4four 8484 CC 160-200 при @ O (мбар)160-200 @ @ O (mbar) Парафиновая нефтьParaffin oil 1313 33 8484 DD 200-250 при @ O (мбар)200-250 @ @ O (mbar) ВоскоподобнаяVoskopodobny 1212 33 8585 EE 250-300 при @ O (мбар)250-300 @ @ O (mbar) ВоскоподобнаяVoskopodobny 1010 22 8787 FF >300 при @ O (мбар)> 300 at @ O (mbar) БитумообразнаяBitumen 1313 22 8585

Как и ожидалось, спектры 1Н ЯМР показывают широкое разнообразие химических окружений для протонов во фракциях. Безусловно, наиболее распространенным окружением во всех фракциях является окружение вблизи 1,4 м.д., типичное для метиленового (-CH2-) протона в прямой алкильной цепочке. Это внушает мысль о распространенности прямых углеводородных цепочек, что является указанием на высококачественную бионефть, качество которой относительно легко повышается до такого «заливаемого» топлива, как дизельное топливо или бензин.As expected, 1 H NMR spectra show a wide variety of chemical environments for protons in fractions. Of course, the most common environment in all fractions is the environment near 1.4 ppm, typical of methylene (-CH 2 -) proton in a straight alkyl chain. This suggests the prevalence of direct hydrocarbon chains, which is an indication of high-quality bio-oil, the quality of which is relatively easily increased to such a “poured” fuel, such as diesel fuel or gasoline.

Спектры 13С ЯМР означают, что отношение (ароматических и олефиновых):алифатических углеродных окружений приблизительно составляет 1:1 в большинстве фракций за исключением фракции Е, где оно, скорее, составляет 2:3. Фракция А включает относительное содержание карбонильных окружений.13C NMR spectra mean that the ratio of (aromatic and olefin): aliphatic carbon environments is approximately 1: 1 in most fractions, with the exception of fraction E, where it most likely is 2: 3. Fraction A includes the relative content of carbonyl environments.

В целом, сочетание данных 1Н и 13С означает, что, в целом, угольная нефть может представлять собой смесь замещенных моно-, ди- и триароматических соединений и углеводородов с прямой цепочкой, где большая часть остающегося кислорода связана с ароматическими соединениями. Также это означает высокое качество бионефти, качество которой относительно легко можно повысить путем гидроочистки/гидрокрекинга до «заливаемого» топлива, такого как дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей или бензин. Относительное содержание атомов углерода, связанных с таким гетероатомом, как кислород, понижается при увеличении температуры кипения, и это подтверждается элементным анализом (таблица 9 ниже). Это означает, что большая часть кислорода может находиться в моноциклических ароматических структурах, например, в фенолах, а это означает, что для удаления остающегося кислорода из угольной нефти могут оказаться эффективными относительно мягкие условия гидроочистки.In general, a combination of 1H and 13C data means that, in general, coal oil may be a mixture of substituted mono-, di- and triaromatic compounds and straight chain hydrocarbons, where most of the remaining oxygen is associated with aromatic compounds. It also means high quality bio-oil, the quality of which can be relatively easily improved by hydrotreating / hydrocracking to “refuel” fuel, such as diesel fuel, jet fuel or gasoline. The relative content of carbon atoms bonded to a heteroatom such as oxygen decreases with increasing boiling point, and this is confirmed by elemental analysis (table 9 below). This means that most of the oxygen can be in monocyclic aromatic structures, for example, phenols, and this means that relatively mild hydrotreating conditions can be effective in removing the remaining oxygen from coal oil.

Таблица 9Table 9 Элементный анализ фракций нефти, полученной из лигнитаElemental analysis of fractions of oil obtained from lignite ФракцияFraction УглеродCarbon ВодородHydrogen АзотNitrogen % Серы% Sulfur O - по разностиO - by difference % вес. при получении% the weight. upon receipt % вес. при получении% the weight. upon receipt % вес. при получении% the weight. upon receipt % вес. при получении% the weight. upon receipt % вес. при получении% the weight. upon receipt AA 80,780.7 9,19.1 0,290.29 0,300.30 9,619.61 BB 83,383.3 9,19.1 0,320.32 0,300.30 6,986.98 CC 84,684.6 9,09.0 0,270.27 0,340.34 5,795.79 DD 84,784.7 9,29.2 0,390.39 0,290.29 5,425.42 EE 86,186.1 9,49,4 0,360.36 0,220.22 3,923.92 FF 9292 8,08.0 0,260.26 0,270.27 0,000.00

Дополнительная характеристика бионефти, полученной из древесно-волокнистого материала (сосна лучистая):An additional characteristic of bio-oil obtained from wood-fiber material (radiant pine):

Спектр 1Н ЯМР типичного образца бионефти показан на фиг.4. Спектр показывает широкие пики, отношение (ароматические плюс олефиновые):алифатические протоны приблизительно составляет 1:4, что сходно с отношениями, обнаруженными для фракций угольной нефти. Присутствуют окружения протонов вблизи 4 м.д., что означает метокси- (-OCH3) протоны. Эти протоны менее заметны во фракциях угольной нефти.The 1 H NMR spectrum of a typical bio-oil sample is shown in FIG. 4. The spectrum shows broad peaks, the ratio (aromatic plus olefin): aliphatic protons is approximately 1: 4, which is similar to the ratios found for fractions of coal oil. Proton environments are present near 4 ppm, which means methoxy (-OCH 3 ) protons. These protons are less noticeable in coal oil fractions.

Безусловно, наиболее часто встречающееся окружение во всех фракциях находится вблизи 1,4 м.д., что типично для метиленового протона (-CH2-) в прямой алкильной цепочке. Это означает распространенность прямых углеводородных цепочек, что является указанием на высококачественное биотопливо, качество которого относительно легко можно повысить до такого «заливаемого» топлива, как дизельное топливо или бензин.Of course, the most common environment in all fractions is near 1.4 ppm, which is typical for a methylene proton (-CH 2 -) in a straight alkyl chain. This means the prevalence of direct hydrocarbon chains, which is an indication of high-quality biofuels, the quality of which can be relatively easily increased to such “fuel” as diesel fuel or gasoline.

Фиг.5 показывает интервал распределений молекулярных весов, определяемый при помощи гельпроникающей хроматографии для типичных бионефтей, произведенных из сосны лучистой. Распределение молекулярных весов варьируется в соответствии с условиями переработки; более длительные времена пребывания склонны порождать более широкие распределения молекулярных весов.Figure 5 shows the range of molecular weight distributions determined by gel permeation chromatography for typical biooils produced from radiant pine. The molecular weight distribution varies according to processing conditions; longer residence times tend to generate wider molecular weight distributions.

Пики в распределениях молекулярных весов находятся около 200-300 дальтон, что означает значительное количество материала в интервале молекулярных весов, сходном с интервалом для дизельного топлива (цетан имеет молекулярный вес 226 дальтон). Также это означает высокое качество бионефти.The peaks in the molecular weight distributions are about 200-300 daltons, which means a significant amount of material in the molecular weight range, similar to the interval for diesel fuel (cetane has a molecular weight of 226 daltons). It also means high quality biooil.

Характеристика водорастворимых органических материаловCharacterization of water-soluble organic materials

Несмотря на относительно низкое относительное содержание, органические молекулы, содержащиеся в водной фазе, связанной с производством бионефти, представляют интерес как исходное химическое сырье. Водорастворимые соединения могут накапливаться путем, например, жидкостной экстракции (LLE) подходящими растворителями (например, простыми эфирами, кетонами, ацетатами, толуолом) или путем испарения воды, или путем комбинации этих этапов.Despite the relatively low relative content, organic molecules contained in the aqueous phase associated with the production of bio-oil are of interest as a starting chemical raw material. Water-soluble compounds can be accumulated by, for example, liquid extraction (LLE) with suitable solvents (eg, ethers, ketones, acetates, toluene) or by evaporation of water, or by a combination of these steps.

Таблица 10 показывает типичные элементные анализы бионефтей, накопленных из водной фазы, для лигнитного исходного сырья и древесно-волокнистого вещества (сосна лучистая) как исходного сырья.Table 10 shows typical elemental analyzes of biooil accumulated from the aqueous phase for lignite feedstock and wood-fiber material (radiant pine) as feedstock.

Таблица 10Table 10 Удельная теплоемкость и элементный состав бионефтей, накопленных из водных фазSpecific heat and elemental composition of bio-oil accumulated from aqueous phases Тип исходного сырьяType of feedstock ВУТ(МДж/кг в расчете на сухой вес)VUT (MJ / kg based on dry weight) Углерод (% вес. в расчете на сухой вес)Carbon (% wt. Based on dry weight) Водород
(% вес. в расчете на сухой вес)
Hydrogen
(% wt. based on dry weight)
Азот (% вес. в расчете на сухой вес)Nitrogen (% wt. Based on dry weight) Сера (% вес. в расчете на сухой вес)Sulfur (% wt. Based on dry weight) Зола (% вес. в расчете на сухой вес)Ash (% wt. Based on dry weight) Кислород (% вес. в расчете на сухой вес)Oxygen (% wt. Based on dry weight) Молярное отношение H/CH / C molar ratio
Лучистая соснаRadiant pine 31,2731.27 65,8765.87 7,667.66 0,040.04 0,010.01 -- 26,4226,42 1,381.38 Лучистая соснаRadiant pine 32,0932.09 67,0567.05 7,807.80 0,480.48 0,100.10 -- 24,5824.58 1,391.39 Лучистая соснаRadiant pine 31,6731.67 69,8069.80 7,617.61 0,070,07 0,030,03 -- 22,4922.49 1,301.30 ЛигнитLignite 28,4828.48 67,8867.88 6,766.76 0,010.01 0,090.09 -- 25,2625.26 1,191.19

Анализ [методом] газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ГХ-МС) показывает, что нефти, накопленные из водных фаз переработанного древесно-волокнистого материала, такого как суспензии сосны лучистой, содержат ценное исходное химическое сырье и полупродукты, в том числе используемые в пищевой и парфюмерной промышленности. Не имеющие ограничительной характеристиками примерами таких соединений являются фенол; фенол, 2-метокси- (гваякол); фенол, 4-этил-2-метокси-(4-этилгваякол); фенол, 2-метокси-4-пропил-(дигидроэвгенол); ванилин; фенол, 2-метокси-4-(1-пропенил)-(изоэвгенол); эвгенол.Analysis by gas chromatography with mass spectrometric detection (GC-MS) shows that the oils accumulated from the aqueous phases of the processed wood-fiber material, such as suspensions of radiant pine, contain valuable raw materials and intermediates, including those used in food and perfumery industry. Non-limiting examples of such compounds are phenol; phenol, 2-methoxy- (guaiacol); phenol, 4-ethyl-2-methoxy- (4-ethyl guaiacol); phenol, 2-methoxy-4-propyl- (dihydroevgenol); vanillin; phenol, 2-methoxy-4- (1-propenyl) - (isoeugenol); eugenol.

Фиг.6 показывает частичный ГХ-МС анализ типичного образца. Ниже показана информация о пиках, соответствующая фиг.6.6 shows a partial GC-MS analysis of a typical sample. The peak information corresponding to FIG. 6 is shown below.

Отчет о пиках по полному ионному токуTotal Ion Peak Report Номер пикаPeak number Время удерживанияRetention time Начальное времяStart time Конечное времяEnd time ПлощадьArea Площадь, %Area, % ВысотаHeight НазваниеTitle 1one 4,1104,110 4,0834,083 4,1584,158 18929611892961 1,101.10 10481031048103 2-Гептен, (Е)-2-Hepten, (E) - 22 5,5515,551 5,5255,525 5,6005,600 48453224845322 2,822.82 33614653361465 2-Циклопентен-1-он, 2-метил-2-cyclopenten-1-one, 2-methyl- 33 6,1766,176 6,1506,150 6,2086,208 18361611836161 1,071,07 13288691328869 2-Циклопентен-1-он, 2,3-диметил-2-cyclopenten-1-one, 2,3-dimethyl- 4four 6,9256,925 6,9006,900 6,9586,958 51181735118173 2,982.98 43990644399064 ФенолPhenol 55 7,1747,174 7,1177,117 7,2177,217 22128722212872 1,291.29 13632471363247 2-Циклопентен-1-он, 2,3-диметил-2-cyclopenten-1-one, 2,3-dimethyl- 66 7,9997,999 7,9757,975 8,0428,042 41116434111643 2,392,39 36782583678258 Фенол, 3-метил-Phenol 3-methyl 77 8,2648,264 8,2088,208 8,3088,308 55055845505584 3,203.20 29781282978128 Фенол 3-метил-Phenol 3-methyl 88 8,4728,472 8,4428,442 8,5178.517 2431766724317667 14,1514.15 2042986720429867 Фенол, 2-метокси-Phenol, 2-methoxy 99 9,1679,167 9,1429,142 9,2009,200 21691822169182 1,261.26 12912131291213 Фенол, 2,5-диметил-Phenol, 2,5-dimethyl 1010 9,3679,367 9,3429,342 9,4179,417 22916672291667 1,331.33 14078911407891 Фенол, 3-этил-Phenol 3-ethyl 11eleven 9,6999,699 9,6679,667 9,7509,750 2614359626143596 15,2215.22 2376576723765767 2,3-Диметилгидрохинон2,3-dimethylhydroquinone 1212 10,36710,367 10,32510,325 10,40810,408 62050536205053 3,613.61 52394595239459 1,2-Бензолдиол, 4-метил-1,2-Benzenediol, 4-methyl- 1313 10,60310,603 10,49210,492 10,62510,625 1167494111674941 6,806.80 92077469207746 Фенол, 4-этил-2-метокси-Phenol, 4-ethyl-2-methoxy- 14fourteen 10,64910,649 10,62510,625 10,69210,692 91390199139019 5,325.32 86854358685435 1,2-Бензолдиол, 4-метил-1,2-Benzenediol, 4-methyl- 15fifteen 11,15811,158 11,13311,133 11,17511,175 50241565024156 2,922.92 47740114774011 1,4-Бензолдиол, 2-метил-1,4-Benzenediol, 2-methyl- 1616 11,27011,270 11,17511,175 11,29211,292 29621082962108 1,721.72 15310831531083 2,5-Диметилгидрохинон2,5-dimethylhydroquinone 1717 11,45711,457 11,34211,342 11,49211,492 65514646551464 3,813.81 46018914601891 Фенол 2-метокси-4-пропил-Phenol 2-methoxy-4-propyl- I8I8 11,54711,547 11,49211,492 11,60011,600 84916448491644 4,944.94 59468415946841 4-Этилкатехин4-ethylcatechol 1919 11,75711,757 11,74211,742 11,81711,817 29589772958977 1,721.72 18694191869419 ВинитинVinitin 20twenty 11,91511,915 11,87511,875 11,95011,950 23811242381124 1,391.39 12138181213818 1,3-Бензолдиол, 4-этил-1,3-benzenediol, 4-ethyl 2121 12,10812,108 12,00012,000 12,13312,133 24381452438145 1,421.42 719577719577 Фенол, 4-этил 2-метокси-Phenol, 4-ethyl 2-methoxy- 2222 12,20012,200 12,13312,133 12,22512,225 17621131762113 1,031,03 706135706135 Фенол, 2-метокси-4-(1-
пропенил)-, (Z)-
Phenol, 2-methoxy-4- (1-
propenyl) -, (Z) -
2323 12,28112,281 12,23312,233 12,30012,300 17526921752692 1,021,02 12848261284826 Фенол, 2-метокси-4-пропил-Phenol, 2-methoxy-4-propyl-

2424 12,36612,366 12,30012,300 12,38312,383 67400636740063 3,923.92 55196535519653 1,3-Бензолдиол, 4-пропил-1,3-benzenediol, 4-propyl- 2525 12,40312,403 12,38312,383 12,44212,442 28047912804791 1,631,63 20644442064444 Фенол, 2-метокси-4-(1-пропенил)-, (E)-Phenol, 2-methoxy-4- (1-propenyl) -, (E) - 2626 12,52512,525 12,44212,442 12,54212,542 18187471818747 1,061.06 11258441125844 Этанон, 1-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-Ethanone, 1- (4-hydroxy-3-methoxyphenyl) - 2727 12,71012,710 12,66712,667 12,74212,742 23916082391608 1,391.39 18876611887661 1,2-Диметокси-4-н-пропилбензол1,2-dimethoxy-4-n-propylbenzene 2828 12,90212,902 12,87512,875 12,93312,933 28048032804803 1,631,63 22285082228508 5-Метоксикарбонилпиридин-2-карбоновая кислота5-methoxycarbonylpyridine-2-carboxylic acid 2929th 13,15413,154 13,12513,125 13,18313,183 1044168710441687 6,086.08 80689558068955 Бензойная кислота, 2,3-диметил-Benzoic acid, 2,3-dimethyl- 30thirty 13,83213,832 13,80813,808 13,85813,858 30201883020188 1,761.76 24676242467624 ЭвгенолEugenol

Бионефти, накопленные из водной фазы, генерируемой при переработке суспензий лигнита, в целом, богаче катехинами и фенолами и содержат меньше метоксизамещенных соединений. Эти материалы являются ценным исходным сырьем для химической промышленности. Фиг.7 показывает частичный ГХ-МС анализ такой нефти. Ниже показана информация о пиках, соответствующая фиг.7.Bio-oil accumulated from the aqueous phase generated during the processing of lignite suspensions is generally richer in catechins and phenols and contains less methoxy-substituted compounds. These materials are a valuable raw material for the chemical industry. 7 shows a partial GC-MS analysis of such an oil. The peak information corresponding to FIG. 7 is shown below.

Отчет о пиках по полному ионному токуTotal Ion Peak Report Номер пикаPeak number Время удерживанияRetention time Начальное времяStart time Конечное времяEnd time ПлощадьArea Площадь, %Area, % ВысотаHeight НазваниеTitle 1one 3,5993,599 3,5833,583 3,6583,658 14704371470437 4,164.16 11892801189280 2-Гексанол, 2-метил-2-hexanol, 2-methyl- 22 4,7494,749 4,7334,733 4,8174,817 27672992767299 7,837.83 33476503347650 ФенолPhenol 33 5,1595,159 5,1425,142 5,1835,183 516144516144 1,461.46 713147713147 Фенол, 3-метил-Phenol 3-methyl 4four 5,2595,259 5,1835,183 5,3085,308 16005491600549 4,534,53 15525321552532 Фенол, 3-метил-Phenol 3-methyl 55 5,3255,325 5,3085,308 5,3755,375 16426201642620 4,654.65 20966632096663 Фенол, 2-метокси-Phenol, 2-methoxy 66 5,6445,644 5,6175,617 5,6835,683 858510858510 2,432.43 614175614175 Фенол, 2,3-диметил-Phenol 2,3-dimethyl 77 5,7485,748 5,6835,683 5,8925,892 95521219552121 27,0427.04 93529029352902 1,2-Бензолдиол1,2-Benzenediol 88 5,9745,974 5,8925,892 6,0256.025 25484852548485 7,217.21 16351891635189 1,2-Бензолдиол, 4-метил-1,2-Benzenediol, 4-methyl- 99 6,0676,067 6,0256.025 6,1336,133 46192954619295 13,0713.07 37526323752632 1,2-Бензолдиол, 4-метил-1,2-Benzenediol, 4-methyl- 1010 6,2686,268 6,2086,208 6,2926,292 23640422364042 6,696.69 891727891727 2-Метокси-6-метилфенол2-methoxy-6-methylphenol 11eleven 6,3256,325 6,2926,292 6,3836,383 29038532903853 8,228.22 536646536646 1,4-Бензолдиол, 2-метил-1,4-Benzenediol, 2-methyl- 1212 6,4776,477 6,4586,458 6,5176,517 891055891055 2,522,52 481187481187 1,4-Бензолдиол, 2,6-диметил-1,4-Benzenediol, 2,6-dimethyl- 1313 6,5336,533 6,5176,517 6,5756,575 13820851382085 3,913.91 874823874823 Метанол, (4-карбометокси)-бензоилMethanol, (4-carbomethoxy) benzoyl

Включение путем ссылкиInclusion by reference

Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент Австралии № 2010901473, поданной 7 апреля 2010 г., содержимое которой ссылкой полностью включается в данный документ.This application claims the priority of provisional patent application Australia No. 2010901473, filed April 7, 2010, the contents of which are incorporated by reference in their entirety.

Claims (34)

1. Способ производства биотоплива, причем способ включает:
обработку органического вещества водным растворителем и по меньшей мере одним дополнительным катализатором, который выбран из группы, состоящей из: кислотного катализатора, катализатора конверсии водяного пара, катализатора на основе алюмосиликата, сульфидного катализатора и основного катализатора,
где органическое вещество и водный растворитель предусматривают в форме суспензии, и указанную обработку производят в условиях непрерывного потока с минимальной, независящей от объема скоростью потока суспензии, большей чем скорость оседания твердого вещества в суспензии,
при этом указанная обработка включает:
нагревание и повышение давления до целевой температуры между примерно 250°С и примерно 400°С и до целевого давления между примерно 100 бар и примерно 300 бар для получения биотоплива;
обработку при целевой температуре и целевом давлении в течение определенного промежутка времени; и
охлаждение и понижение давления в суспензии,
и при этом:
указанный по меньшей мере один дополнительный катализатор добавляют к органическому веществу после нагревания до указанной температуры и после повышения давления до указанного уровня, но до указанного понижения давления в суспензии,
биотопливо представляет собой бионефть, а
указанное органическое вещество представляет собой уголь или древесно-волокнистое вещество.
1. A method of producing biofuels, the method comprising:
treating the organic matter with an aqueous solvent and at least one additional catalyst, which is selected from the group consisting of: an acid catalyst, a water vapor conversion catalyst, an aluminosilicate catalyst, a sulfide catalyst, and a basic catalyst,
where the organic substance and the aqueous solvent are provided in the form of a suspension, and said treatment is carried out under continuous flow conditions with a minimum, volume-independent, suspension flow rate greater than the sedimentation rate of the solid in the suspension,
wherein said processing includes:
heating and increasing the pressure to a target temperature between about 250 ° C and about 400 ° C and to a target pressure between about 100 bar and about 300 bar to produce biofuel;
processing at the target temperature and target pressure for a certain period of time; and
cooling and lowering the pressure in the suspension,
and wherein:
the specified at least one additional catalyst is added to the organic substance after heating to the specified temperature and after increasing the pressure to the specified level, but before the specified decrease in pressure in the suspension,
biofuel is bio-oil, and
said organic matter is coal or wood fiber.
2. Способ по п. 1, где указанный дополнительный основной катализатор представляет собой оксид, гидроксид, карбонат или сульфид.2. The method according to p. 1, where the specified additional basic catalyst is an oxide, hydroxide, carbonate or sulfide. 3. Способ по п. 1, где указанный дополнительный основной катализатор представляет собой дополнительный катализатор на основе переходного металла, катализатор на основе соли щелочного металла или катализатор на основе соли щелочно-земельного металла.3. The method of claim 1, wherein said further base catalyst is an additional transition metal catalyst, an alkali metal salt catalyst, or an alkaline earth metal salt catalyst. 4. Способ по п. 3, где указанный дополнительный катализатор на основе переходного металла представляет собой дополнительный катализатор на основе переходного металла на подложке.4. The method of claim 3, wherein said additional transition metal catalyst is an additional transition metal catalyst on a substrate. 5. Способ по п. 3, где указанный дополнительный катализатор на основе переходного металла представляет собой дополнительный катализатор на основе соли переходного металла.5. The method of claim 3, wherein said additional transition metal catalyst is an additional transition metal salt catalyst. 6. Способ по п. 5, где указанный дополнительный катализатор на основе соли переходного металла представляет собой карбонат или сульфид.6. The method of claim 5, wherein said further transition metal salt catalyst is carbonate or sulfide. 7. Способ по п. 5, где указанный дополнительный катализатор на основе соли переходного металла представляет собой дополнительный катализатор на основе формиата переходного металла.7. The method of claim 5, wherein said additional transition metal salt catalyst is an additional transition metal formate catalyst. 8. Способ по п. 3, где указанный дополнительный катализатор на основе соли щелочного металла или катализатор на основе соли щелочно-земельного металла представляет собой карбонат или сульфид.8. The method of claim 3, wherein said additional alkali metal salt catalyst or alkaline earth metal salt catalyst is carbonate or sulfide. 9. Способ по п. 3, где указанный дополнительный катализатор на основе соли щелочного металла представляет собой дополнительный катализатор на основе карбоната щелочного металла или катализатор на основе формиата щелочного металла.9. The method according to p. 3, where the specified additional catalyst based on an alkali metal salt is an additional catalyst based on alkali metal carbonate or a catalyst based on alkali metal formate. 10. Способ по п. 1, где указанный дополнительный катализатор представляет собой дополнительный твердокислотный катализатор.10. The method according to p. 1, where the specified additional catalyst is an additional solid acid catalyst. 11. Способ по п. 1, где указанный дополнительный катализатор на основе алюмосиликата является цеолитом.11. The method of claim 1, wherein said additional aluminosilicate-based catalyst is a zeolite. 12. Способ по п. 1, где указанный дополнительный основной катализатор является катализатором на основе гидроксида щелочного металла или катализатором на основе гидроксида переходного металла.12. The method of claim 1, wherein said further base catalyst is an alkali metal hydroxide catalyst or a transition metal hydroxide catalyst. 13. Способ по п. 1, где указанный дополнительный основной катализатор является гидроксидом натрия или гидроксидом калия.13. The method of claim 1, wherein said further base catalyst is sodium hydroxide or potassium hydroxide. 14. Способ по п. 9, где указанный дополнительный катализатор на основе карбоната щелочного металла представляет собой карбонат натрия или карбонат калия.14. The method of claim 9, wherein said additional alkali metal carbonate catalyst is sodium carbonate or potassium carbonate. 15. Способ по п. 1, где указанная обработка содержит использование по меньшей мере одного дополнительного катализатора, который облегчает введение водорода в указанное органическое вещество.15. The method of claim 1, wherein said treatment comprises the use of at least one additional catalyst that facilitates the introduction of hydrogen into said organic substance. 16. Способ по п. 1, где указанным дополнительным катализатором является переходный металл.16. The method of claim 1, wherein said additional catalyst is a transition metal. 17. Способ по п. 1, где указанный катализатор на основе формиата щелочного металла представляет собой формиат натрия или формиат калия.17. The method of claim 1, wherein said alkali metal formate catalyst is sodium formate or potassium formate. 18. Способ по п. 1, где указанная обработка содержит использование по меньшей мере одного дополнительного катализатора, который облегчает удаление кислорода из указанного органического вещества.18. The method of claim 1, wherein said treatment comprises using at least one additional catalyst that facilitates the removal of oxygen from said organic substance. 19. Способ по п. 1, где указанный дополнительный катализатор представляет собой металлическое железо, оксид железа или сульфид железа.19. The method according to p. 1, where the specified additional catalyst is a metal iron, iron oxide or iron sulfide. 20. Способ по п. 1, где указанное органическое вещество является окаменелым органическим веществом, характеризующимся содержанием углерода по меньшей мере 50%, и указанным водным растворителем является вода.20. The method of claim 1, wherein said organic substance is a fossilized organic substance having a carbon content of at least 50% and said aqueous solvent is water. 21. Способ по п. 1, где указанное органическое вещество является окаменелым органическим веществом, характеризующимся содержанием углерода по меньшей мере 60%, и указанным водным растворителем является вода.21. The method of claim 1, wherein said organic substance is a fossilized organic substance having a carbon content of at least 60% and said aqueous solvent is water. 22. Способ по любому из пп. 1-21, где указанная температура составляет между примерно 320°С и примерно 360°С и указанное давление составляет между примерно 200 бар и примерно 250 бар.22. The method according to any one of paragraphs. 1-21, wherein said temperature is between about 320 ° C. and about 360 ° C. and said pressure is between about 200 bar and about 250 bar. 23. Способ по любому из пп. 1-21, где указанное окаменелое органическое вещество является лигнитом, указанная температура составляет между примерно 340°С и примерно 360°С и указанное давление составляет между примерно 200 бар и примерно 240 бар.23. The method according to any one of paragraphs. 1-21, wherein said fossilized organic substance is lignite, said temperature is between about 340 ° C. and about 360 ° C., and said pressure is between about 200 bar and about 240 bar. 24. Способ по любому из пп. 1-21, где указанное биотопливо содержит один или несколько из следующих компонентов: нефтяной компонент, угольный компонент и газообразный компонент, включающий метан, водород, моноксид углерода и диоксид углерода.24. The method according to any one of paragraphs. 1-21, where the specified biofuel contains one or more of the following components: an oil component, a coal component and a gaseous component comprising methane, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. 25. Способ по любому из пп. 1-21, где указанным органическим веществом является древесно-волокнистое вещество и указанный водный растворитель содержит спирт.25. The method according to any one of paragraphs. 1-21, where the specified organic substance is a wood-fiber substance and the specified aqueous solvent contains alcohol. 26. Способ по п. 25, где указанное древесно-волокнистое вещество содержит более чем примерно 10% каждого из лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы.26. The method according to p. 25, where the specified wood-fiber material contains more than about 10% of each of lignin, cellulose and hemicellulose. 27. Способ по п. 25, где указанная температура составляет между примерно 270°С и примерно 360°С, указанное давление составляет между примерно 170 бар и примерно 250 бар и указанный растворитель содержит между примерно 5% вес. и 40% вес. спирта.27. The method of claim 25, wherein said temperature is between about 270 ° C. and about 360 ° C., said pressure is between about 170 bar and about 250 bar, and said solvent contains between about 5% weight. and 40% weight. alcohol. 28. Способ по п. 25, где указанная температура составляет между примерно 300°С и примерно 340°С, указанное давление составляет между примерно 200 бар и примерно 240 бар и указанный растворитель содержит между примерно 10% вес. и примерно 30% вес. спирта.28. The method of claim 25, wherein said temperature is between about 300 ° C. and about 340 ° C., said pressure is between about 200 bar and about 240 bar, and said solvent contains between about 10% weight. and about 30% weight. alcohol. 29. Способ по п. 25, где указанный спирт представляет собой этанол.29. The method of claim 25, wherein said alcohol is ethanol. 30. Способ по любому из пп. 1-19, где указанная обработка происходит в течение промежутка времени, составляющего от примерно 20 минут до примерно 30 минут.30. The method according to any one of paragraphs. 1-19, where the specified processing takes place over a period of time ranging from about 20 minutes to about 30 minutes. 31. Способ по любому из пп. 1-19, где указанный способ включает этап нагрева органического вещества и водного растворителя до указанной температуры за промежуток времени, составляющий менее чем примерно 2 минуты, перед указанной обработкой.31. The method according to any one of paragraphs. 1-19, where the specified method includes the step of heating the organic matter and the aqueous solvent to the specified temperature for a period of time of less than about 2 minutes, before the specified treatment. 32. Способ по любому из пп. 1-19, где указанный способ включает этапы:
(i) охлаждения органического вещества до температуры между примерно 160°С и примерно 200°С за промежуток времени, составляющий менее чем примерно 30 секунд, после указанной обработки; и
(ii) понижения давления и охлаждения органического вещества до температуры окружающей среды путем высвобождения через устройство понижения давления.
32. The method according to any one of paragraphs. 1-19, where the specified method includes the steps:
(i) cooling the organic matter to a temperature between about 160 ° C and about 200 ° C for a period of time of less than about 30 seconds after said treatment; and
(ii) lowering the pressure and cooling the organic matter to ambient temperature by releasing through a pressure reducing device.
33. Способ по любому из пп. 1-19, где указанное биотопливо содержит нефтяной компонент, характеризующийся высшей удельной теплоемкостью, составляющей более чем примерно 35 МДж/кг.33. The method according to any one of paragraphs. 1-19, where the specified biofuel contains an oil component characterized by a higher specific heat capacity of more than about 35 MJ / kg 34. Способ по любому из пп. 1-19, где указанное биотопливо содержит нефтяной компонент, содержащий более чем примерно 8% вес. водорода в расчете на сухой вес и менее чем примерно 10% вес. кислорода в расчете на сухой вес. 34. The method according to any one of paragraphs. 1-19, where the specified biofuel contains an oil component containing more than about 8% weight. hydrogen based on dry weight and less than about 10% weight. oxygen per dry weight.
RU2012147243/04A 2010-04-07 2011-04-07 Methods of producing biofuel RU2575707C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2010901473 2010-04-07
AU2010901473A AU2010901473A0 (en) 2010-04-07 Methods for biofuel production
PCT/AU2011/000404 WO2011123897A1 (en) 2010-04-07 2011-04-07 Methods for biofuel production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012147243A RU2012147243A (en) 2014-05-20
RU2575707C2 true RU2575707C2 (en) 2016-02-20

Family

ID=

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674018C1 (en) * 2016-11-21 2018-12-04 Бейджинг Хуаши Юнайтед Энерджи Технолоджи энд Девелопмент Ко., Лтд. Method of manufacturing light oil by liquefying biomass
RU2681306C1 (en) * 2016-11-21 2019-03-06 Бейджинг Хуаши Юнайтед Энерджи Технолоджи энд Девелопмент Ко., Лтд. Biomass liquidation single reactor method
RU2682663C1 (en) * 2016-11-21 2019-03-20 Бейджинг Хуаши Юнайтед Энерджи Технолоджи энд Девелопмент Ко., Лтд. Biomass liquefaction method, liquid fuel and chemical raw material produced by said method
RU2689325C1 (en) * 2018-12-26 2019-05-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" Plant for biofuel production
RU2787359C1 (en) * 2022-05-16 2023-01-09 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Plant for biofuel production

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1862527A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-05 Environmental Consulting Catalysts & Processes for a Sustainable Development A process for the production of light hydrocarbons from natural bitumen or heavy oils
EA200900728A1 (en) * 2006-12-01 2009-12-30 Норт Каролина Стейт Юниверсити METHOD FOR TURNING BIOMASS INTO FUEL

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1862527A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-05 Environmental Consulting Catalysts & Processes for a Sustainable Development A process for the production of light hydrocarbons from natural bitumen or heavy oils
EA200900728A1 (en) * 2006-12-01 2009-12-30 Норт Каролина Стейт Юниверсити METHOD FOR TURNING BIOMASS INTO FUEL

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674018C1 (en) * 2016-11-21 2018-12-04 Бейджинг Хуаши Юнайтед Энерджи Технолоджи энд Девелопмент Ко., Лтд. Method of manufacturing light oil by liquefying biomass
RU2681306C1 (en) * 2016-11-21 2019-03-06 Бейджинг Хуаши Юнайтед Энерджи Технолоджи энд Девелопмент Ко., Лтд. Biomass liquidation single reactor method
RU2682663C1 (en) * 2016-11-21 2019-03-20 Бейджинг Хуаши Юнайтед Энерджи Технолоджи энд Девелопмент Ко., Лтд. Biomass liquefaction method, liquid fuel and chemical raw material produced by said method
RU2689325C1 (en) * 2018-12-26 2019-05-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" Plant for biofuel production
RU2787359C1 (en) * 2022-05-16 2023-01-09 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Plant for biofuel production
RU2787537C1 (en) * 2022-09-21 2023-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) Method for producing a biofuel from macroalgae

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9944858B2 (en) Methods for biofuel production
RU2603965C2 (en) Processing of organic material
US12409437B2 (en) Biorefining method
US10100258B2 (en) Ballistic heating process
RU2575707C2 (en) Methods of producing biofuel