冷卻和加工材料的制作方法

冷卻和加工材料的制作方法
【專利摘要】公開了用于冷卻和加工材料的系統和方法。
【專利說明】冷卻和加工材料
[0001]本申請為國際申請號為PCT/US2011/020583，國際申請日為2011年I月7日，發明名稱為“冷卻和加工材料”的PCT申請于2012年7月3日進入中國國家階段后申請號為201180005222.7的中國國家階段專利申請的分案申請。
[0002]相關申請
[0003]本申請要求2010年I月15日提交的U.S.臨時申請序列N0.61/295，476的優先權。該臨時申請的全部公開內容通過引用并入本文。
[0004]背景
[0005]生物質、特別是生物質廢棄物可豐富獲得。可有用的是由生物質獲得材料和燃料例如乙醇。
[0006]還可有用的是更有效地加工含石油的材料以獲得燃料和其它產物。
[0007]概述
[0008]本文公開的方法利用材料的冷卻和加工，單獨或與一種或多種其它加工技術聯合，以改變結構并且由此促進材料的進一步加工。例如，在生物質的情況下，利用冷卻來降低生物質的抗降解性以促進生物質加工成產物例如燃料。本文公開的方法的一個或多個步驟可在例如由火車、大船、駁船、油罐車(tanker truck)等的運輸途中進行,和/或所述方法的兩個或更多個步驟可在不同場所進行。在一些實施方式中，用于進行所述方法的一個或多個步驟的設備是可移動的，例如以允許加工設備從一個生產場地移動到另一個生產場地，這取決于原料和/或其它資源的可用性。例如，該方法可包括一種或多種如U.S.序列N0.12/374，549中所述的便攜式加工系統，其全部公開內容通過引用并入本文。
[0009]通過冷卻生物質或其它材料，可提高生物質或其它材料各組分(例如，半纖維素和/或木質素和/或蛋白質和/或果膠和/或無機物)的脆性，從而顯著提高用于改變該材料的加工技術的有效性。通過提高材料的脆性，可由于各種加工步驟而使材料破裂(例如，可使纖維的邊緣破裂)或斷裂。破裂可例如是微破裂。
[0010]此外，材料冷卻可具有由材料各組分差異的膨脹和/或收縮速率引起的其它效果。例如，某些組分(例如存在有水的木質素)相比于與其相關的其它組分(例如半纖維素、纖維素)可按較快的速率或者以不同的量收縮或膨脹。其結果是，可使主題材料變弱，促進其各組分的改性、重組和/或分離(例如，相分離、分層、界面斷裂、斷裂或破裂如微破裂)。這些加工(其可獨立于其它加工技術或者結合其它加工技術進行)還可提高產物的產率，所述產物例如由半纖維素或纖維素獲得的乙醇和/或丁醇。冷卻降低材料的抗降解性，促進材料的纖維素組分轉化成糖溶液(通過酶糖化纖維素)。不希望受理論束縛，認為材料的破裂可使酶在破裂位置滲入材料，從而加速糖化。然后可使糖化材料轉化為產物，例如發酵為乙醇和/或丁醇。
[0011]當將冷卻與其它加工技術例如輻射和/或氧化結合時，可較小程度地使用所述其它技術獲得等效結果。例如，當冷卻與輻射一起使用時，能夠以較低的劑量使用輻射來提供相同的抗降解性降低程度。其它加工技術可包括例如研磨、碾磨、攪拌、磨蝕、短切、剪切、水刀切割、氣刀切割、蒸汽刀切割、一個或多個輻射加工步驟(例如暴露于帶電粒子例如電子和/或離子)、一個或多個超聲處理加工步驟、一個或多個化學加工步驟(例如使用試劑如酸、堿、氧化劑、還原劑和/或溶劑)和/或一個或多個熱加工步驟(例如在氧化劑和/或其它試劑存在下和/或在減壓環境中熱解)。這些其它加工技術如果使用時則可在冷卻之前、期間或之后進行。
[0012]在用于使材料改變和/或轉化成其它材料的各種加工技術期間，材料中可產生明顯量的熱。為避免燃燒或以其它方式引發不希望的材料熱變，可使用本文公開的冷卻方法來散逸或抵消過量的熱。可根據材料加工期間產生的熱量改變冷卻程度(例如，從材料除去的熱量)。還可調節冷卻程度以調節生物質材料的某些性能例如其脆性，從而提高某些隨后加工步驟的效率。例如，本文公開的方法可增強半纖維素、纖維素和木質素的粉碎(communut1n)以及這些組分的分離。
[0013]所述冷卻和加工方法還可用于處理其它類型的材料例如含烴材料(如含石油的材料)。可使用本文公開的方法冷卻和加工各種類型含石油的材料(包括例如重質和輕質原油、天然氣、油砂、油頁巖、焦油砂、浙青、煤和/或各種烴共混物)以促進材料各組分的提取、裂化、粉碎、分離和精制，以及調節精制，轉化和純化加工例如裂化、重整(催化和非催化)、蒸餾和催化轉化期間的溫度。
[0014]如本文所使用的，“低溫”材料是處于200K以下(例如，170K以下、150K以下、130K以下、120K以下、IlOK以下、100K以下、90K以下、80K以下、70K以下、60K以下、50K以下、40K
以下、30K以下)溫度的材料。因此，例如，“低溫液體”是具有200K以下溫度的液體。
[0015]如下面將進一步詳細討論的，各種材料可用于冷卻，包括例如液氮、二氧化碳和冰。
[0016]本文公開的方法可制備具有如下長徑比的材料顆粒(例如纖維):5:1以上(例如6:1以上、8:1以上、10:1以上、12:1以上或15:1以上、20:1以上)。
[0017]本文公開的方法還可制備最大尺寸例如直徑小于如下的顆粒:例如2000nm、1000、750、500、250、100、50、25、20、10、5 或甚至 lnm。
[0018]本文公開的方法可制備具有降低的堆密度的材料。例如，使用本文公開的方法制備的材料的堆密度可以為0.8g/cm3以下(例如0.6、0.5、0.4、0.3、0.2以下，如0.lg/cm3)。
[0019]本文公開的方法可制備具有相對薄的橫截面的材料，這是由于冷卻材料以提高其脆性和使用任何一種或多種本文公開的技術加工該材料的組合作用。一般而言，具有薄橫截面的材料比具有較厚橫截面的材料可更有效地得到冷卻；其結果是，可降低用于材料加工的費用(例如能量消耗，例如，特別是加工技術中能量消耗的費用)。
[0020]在一方面，本發明的特征在于包括如下的方法:利用微生物和/或酶將冷卻的生物質材料轉化為產物，其中生物質材料的冷卻和轉化中的至少一項使用移動式加工單元進行。
[0021]一些實施方式包括一個或多個以下特征。可以通過研磨或粉碎生物質材料(例如在冷卻之前、期間或之后)處理過生物質材料。可以輻照生物質材料，例如在冷卻之前、期間或之后。可在冷凍研磨裝置或冷凍碾磨裝置中進行粉碎。產物可以是例如醇，例如乙醇和/或丁醇。生物質材料可以是或包括纖維素或木質纖維素材料。
[0022]在某些情況下，生物質材料包括纖維素并且轉化冷卻的材料包括利用酶來糖化纖維素。在此類情況下，該方法還可包括發酵糖化的產物以產生醇。
[0023]本發明的特征還在于其中原料包括含烴材料的類似方法。例如，在一方面，本發明的特征在于包括利用微生物和/或酶將冷卻的含烴材料轉化為產物的方法，其中材料的冷卻和轉化中的至少一項使用移動式加工單元進行。。
[0024]本發明的特征還在于通過本文所述任何方法形成的產物。
[0025]除非特別定義，本文使用的所有技術和科學術語都與本發明所屬【技術領域】技術人員所通常理解的含義相同。盡管與本文描述的那些相似或等效的方法和材料可以用于本發明的實踐或檢驗中，但下面描述了合適的方法和材料。本文中提到的所有出版物、專利申請、專利以及其它參考文獻以其全文引為參考。在有沖突的情況下，以本說明書、包括定義為準。此外，材料、方法和實施例僅僅是說明性的，而不是限制性的。
[0026]本申請通過引用將下面申請每一個的全部內容并入本文:U.S.序列N0.12/374，549、12/417，699、12/417，707、12/417，720、12/417，723、12/417，731、12/417，786,12/417,840,12/417,880,12/417,900,12/417,904,12/429,045,12/486,436和 12/502，629，以及 U.S.臨時申請 N0.61/151.695。
[0027]由說明書、附圖和權利要求，本發明的其它特征和優點將變得明顯。
[0028]附圖簡述
[0029]圖1是顯示生物質加工系統的示意圖。
[0030]圖2是顯示生物質加工系統的示意圖。
[0031]圖3是顯示碾磨單元的示意圖。
[0032]詳述
[0033]在某些情況下，本文所述的方法用于將纖維素或木質纖維素原料轉化為合宜且濃縮的形式，其可容易地例如在制造設施(例如適于制造乙醇的車間)中運輸和利用。在此類情況下，該方法包括原料的糖化，以及將原料從偏遠場所例如生產或儲存原料的場所運輸到制造設施。在某些情況下，糖化可在運輸期間部分或完全地發生。為了促進糖化，該方法還包括在糖化之前或期間，通過冷卻材料降低原料的抗降解性，如下文詳細地描述。
[0034]在一些實施方案中，冷卻在第一場所或運輸期間(例如，在軌道車輛或貨車中或在駁船或大船上)發生，并且糖化和/或其它進一步加工(例如發酵)在一個或多個其它場所中發生。在某些情況下，由于運輸材料時的冷環境條件例如低于冰點的環境溫度，材料的冷卻在運輸途中發生。
[0035]在一些實施方案中，用于冷卻和/或進一步加工步驟的設備是移動式并且從一個制造場地運輸到另一個制造場地，例如基于原料的可用性。
[0036]這些系統中的一些排除或至少降低將通常具有低堆密度的起始材料例如生物質運輸到固定的大規模生產設施的需要。這也可降低將通過移動式設施生產的所需產物長距離運輸到其終端用戶或配送設施的需要。
[0037]移動式加工
[0038]移動式設施可用于進行本文所述的一種或多種方法。運輸生產設施或設施部件(而不是生物質起始材料)是特別有用的且經濟的，考慮到用于生產能量的很多原料(例如，生物乙醇、汽油、氫、天然氣)或其它所需產物可能是季節性的或僅定期可用。因此，生產設施僅需要在原料或其它生物質可用于加工的區域內操作。加工結束后，設施或設施的某些部件可行進至具有可用于轉化為所需產物的原料或其它生物質的另一個區域。
[0039]設施或其部件可通過水、空氣、陸地或其任何組合運輸。例如，生產設施或其部件可在小船、駁船、大船或其它海上船舶上運輸。此類設施特別可用于由水生生物質例如藻類(例如，馬尾藻屬)或水生植物生產乙醇、丁醇或其它產物。這些設施還可用于在水體上行進至具有適用于生產所需產物的生物質的不同區域(例如，在河或海洋上行進并停靠具有適用于加工的生物質的區域)。移動式設施或其部件還可在陸地上運輸。例如，該設施可用汽車、貨車、拖拉機拖車和軌道車輛運輸。此外，具有可移動設施的陸地車輛可行進至具有適用于生產所需產物的生物質的區域。最后，該設施可通過空中運輸。該設施可用飛機、直升機和小型飛船運輸。設施的空運允許利用通常離所用的生產設施太遠的生物質。該設施可在飛機上，或者該設施或部件可從飛機降落或由飛機遞送。通常，方便地調節移動式設施的大小并組織以提供設施和/或其單個部件的簡單運輸。在陸地運輸的情況下，運輸車輛通常能夠行進由汽車、貨車、拖拉機拖車所用的道路和公路。
[0040]在海運的情況下，設施或部分通常由小船或駁船(其通過小船而移動)攜帶。在空運的情況下，調整設施或部件的大小以裝入飛機(例如，貨機)或直升機中。
[0041]移動式設施或由移動式部件構成的設施可包括可用于生產所需產物(例如，乙醇或丁醇)的任何或所有以下裝置:用于預加工生物質的設備(例如，具有冷卻和/或其它處理例如輻照)、碾磨機、蒸煮器、冷卻容器、保持容器、發酵器、蒸餾器、柱、管道轉移容器和混合容器。在某些實施方案中，生產設施的不同級有效地連接在一起以使用戶可容易地將材料從生產工藝的一個階段轉移至另一個。設施還可包括在生產工藝中所需的任何試劑，包括酵母或其它微生物(包括遺傳工程微生物)、酶(例如，淀粉酶和纖維素酶)、酸(例如，硫酸、鹽酸)、堿(例如，氫氧化鈉)、化學試劑、水、鹽、分子篩和柱。在某些實施方案中，當生產乙醇時，設施包括變性劑例如汽油或其它用于變性乙醇的醇類。設施可包括有助于容易使用設施的合宜地貯藏在設施中的所有必需設備和試劑。
[0042]在某些實施方案中，該設施生產足夠的乙醇、丁醇或其它能源以供應工廠、城鎮、村莊和島嶼所需的能量。在某些實施方案中，生產設施每年生產低于5百萬加侖的乙醇或丁醇。該設施還可任選包括由國際法、聯邦、國家法或地方法委托管理的任何設備，包括例如，預防或處理泄露、火災或其它緊急事件所需的安全設備。
[0043]生產設施可由各種可運輸的部分裝配。該設施可包括不可運輸的部件。該部件優選設計成容易裝配在場地的工作設施。部件可以是預先構成的。部件可以是可互換的并且可提供設施的可量測性。在某些情況下，為了便于攜帶，部件系統允許設施容易地被裝配和拆分。可使用運輸方式的任何組合(空運、水運或陸運)將設施的各種部件帶至場地。在某些實施方案中，將部件帶至具有某些基礎設施的場地，該基礎設施可包括電力、避難所、地基、下水道、水和天然氣管道。隨后，所有或一些部件可被拆卸并移至新場地。在某些實施方案中，特定部件和/或基礎設施可保持在場地以再次任選使用。
[0044]在一些實施方案中，該設施或其部件意指從一處運輸至具有適合生物質的另一處。該設施可完全自給自足，僅需要添加生物質，或該設施可需要其它材料或公共事業例如水、電力、天然氣、汽油和下水道。例如，乙醇、丁醇或由移動式設施產生的其它能量可用于給予發電機動力以給設施供應電力，或乙醇、丁醇或其它能源可被燃燒以提供熱來在蒸煮器中分解生物質或來進行蒸餾。乙醇、丁醇或其它能源還可用于給予用于運輸設施或其部件的車輛動力。
[0045]該設施可以是小規模生產設施(例如，生產低于5百萬加侖、或低于I百萬加侖)。這些小規模設施可包括用于冷卻材料的模塊，或可在小型場所或運輸途中進行冷卻。在某些實施方案中，該設施生產足夠的燃料以供應工廠、城鎮、村莊和島嶼的需要。在某些實施方案中，該設施每年生產低于5百萬加侖。
[0046]在某些情況下，所述工藝在小規模和/或移動式生產設施中利用來自局部區域的生物質以局部地生產所需產物。然后優選局部地使用局部生產的產物(例如，乙醇、丁醇、汽油、天然氣、氫氣和烴)以避免運輸生物質和終產物兩者的成本。優選地，局部水源用于生產工藝。對于工藝所需的其它試劑可由設施提供或局部地提供。來自生產工藝的廢棄物或副產物例如蒸餾谷粒，可局部地用作高營養性家畜飼料或用作肥料。來自工藝的其它廢棄產物或副產物例如生物分子、碳水化合物、蛋白質和聚合物也可被包裝、使用和/或銷隹口 ο
[0047]基于移動式部件的生產設施和小規模生產設施與大規模生產設施(S卩，每年生產超過10-20百萬加侖的乙醇的設施)相輔相成。在某些情況下，本發明設施可排除在某些區域中大規模生產設施的需要。鑒于在各種地理區域的農作物和其它生物質的循環性質，某些系統的移動式性質工作得尤其好。本發明設施還允許由低成本生物質經濟地生產乙醇和/或其它燃料，其將有助于例如使乙醇成為一種競爭性燃料添加劑。
[0048]移動式加工的更多細節公開于U.S序列N0.12/374, 549中，其公開內容通過引用并入上文
[0049]冷卻
[0050]本文公開的方法使用冷卻技術，例如低溫冷卻技術，以例如確保材料加工期間不發生不期望的熱分解，例如纖維素和/或半纖維素的熱分解。冷卻還可用于調節材料性能并且通過降低材料的抗降解性來促進材料的轉化。
[0051]特別地，本文公開的冷卻方法可單獨或組合使用以提高材料的脆性，從而使冷卻的材料更易于通過一種或多種加工方法改性，所述加工方法例如一個或多個加工步驟(例如研磨、裂化、破碎、壓縮、碾磨、攪拌、磨蝕、短切、剪切)、一個或多個輻射加工步驟(例如暴露于帶電粒子例如電子和/或離子)、一個或多個超聲處理加工步驟、一個或多個化學加工步驟(例如使用試劑例如酸、堿、氧化劑、還原劑和/或溶劑)和/或一個或多個熱加工步驟(例如在氧化劑和/或其它試劑存在下和/或在減壓環境中熱解)。通過由冷卻提高材料的脆性，和改進冷卻材料可例如通過粉碎或分離進行加工的效率，可降低加工成本(例如能量有關的加工成本)并且可提高預期產物的產率。
[0052]此外，當冷卻多組分材料時，其不同組分將以不同速率和/或以不同量收縮和/或膨脹。在某些實施方案中，該過程可導致材料中化學鍵的斷裂。例如，這種冷卻行為可在鍵合組分之間引入應力，從而導致例如鍵合組分的分層、破裂、剝落、解離和分離的過程。其結果是，組分可進行分離的效率和各種衍生自該材料的預期產物的產率可得到提高或降低或者保持平衡。
[0053]單獨的冷卻或其與其它處理例如輻照和/或氧化組合可用于控制纖維質材料的官能化，即材料上或內部存在的官能團。材料的官能化可提高溶解性和/或可分散性并且可使材料更易于通過酶和/或微生物進行轉化。
[0054]材料冷卻到的溫度取決于許多因素，包括用于改變材料的加工技術和材料性質。在一些實施方案中，例如將材料冷卻到低于木質素的玻璃化轉變溫度的溫度，其為約100C -170°c，例如約120°C _150°C，如約125°C。當將木質素冷卻到低于其玻璃化轉變溫度時，其由軟的可變形材料變為脆的玻璃狀材料。脆的玻璃狀木質素可更加易于被各種加工改變，所述加工包括上文公開的加工。另外，通過將木質素冷卻到低于其玻璃化轉變溫度，可改變木質素的物理結構。木質素結構的改變可在其中木質素鍵合到纖維素和/或半纖維素的材料中產生內應力。這些內應力可導致分層和因此木質素與纖維素和/或半纖維素的分離。在一些實施方案中，將材料冷卻到低于材料變脆所處的溫度(材料的“脆點”)。這種特定材料脆點可使用商購測試設備進行測量，所述測試設備例如可得自Benz MaterialTesting Instruments, Providence, Rhode Island 的 Benz BPT2100 脆點測試器。
[0055]在一些實施方案中，可將材料冷卻到低于材料中一種或多種其它組元或組分例如半纖維素的玻璃化轉變溫度。對上文關于木質素所討論的那些的類似考慮同樣適用于半纖維素。特別地，半纖維素的冷卻可使其更脆，從而提高隨后加工步驟的效率。冷卻還可在生物質結構內引入內應力，這可導致半纖維素與該材料中的其它組分(例如纖維素)分離。
[0056]可將材料冷卻到例如400K以下的溫度(例如，380K以下、360K以下、340K以下、320K以下、300K以下、280K以下、260K以下、240K以下、220K以下、200K以下、150K以下、100K以下、80K以下、77K以下、70K以下、50K以下)。在一些實施方案中，可將材料冷卻到低于或等于室溫的溫度(例如，293K)。在某些實施方案中，可將材料冷卻到約液氮的溫度(例如，77K)以下。將材料冷卻到低于液氮溫度的溫度可通過使用沸點比液氮低的冷卻流體(例如液氦)來實現。
[0057]可控制材料的冷卻速率以輔助材料組分的分離。例如，通過將材料迅速冷卻，生物質中有關組分的最低能量配置可能來不及形成。換言之，冷卻的材料可能處于并不是最小能量狀態的能量狀態，因此會不穩定并且更易于使用進一步加工步驟加以改變。在某些實施方案中，例如，材料的冷卻速率為lK/s以上(例如，2K/s以上、3K/s以上、5K/s以上、
7.5K/s 以上、lOK/s 以上、15K/s 以上、20K/s 以上、30K/s 以上、40K/s 以上、50K/s 以上、75K/s以上、lOOK/s以上或甚至更大)。
[0058]可在使用本文公開的各種加工技術的任意一種或多種加工材料期間使材料維持在選定溫度下和/或在選定溫度范圍內。例如，可使材料維持在400K以下的溫度(例如，380K以下、360K以下、340K以下、320K以下、300K以下、280K以下、260K以下、240K以下、220K以下、200K以下、150K以下、100K以下、80K以下、77K以下、70K以下、50K以下)。在一些實施方案中，可使材料維持處在或低于室溫(例如293K)。在某些實施方案中，可使生物質維持在液氮溫度(例如77K)以下。
[0059]在某些實施方案中，可使材料經受選擇用于使木質素與纖維素和/或半纖維素之間的締合(例如，所猜測的共價鍵)進一步斷裂的順序加熱和冷卻階段。材料的快速熱循環可在材料內引入內應力，這可導致生物質組分的分離(例如，在沒有進一步加工的情況下，或者由進一步的加工步驟引起)。
[0060]在一些實施方案中，可使用多個不同的冷卻階段，對每個冷卻階段進行配置以將材料冷卻到不同溫度。例如，在加工的初始階段，可將材料冷卻到選定溫度并可進行加工(例如，以機械方式、用輻射暴露、用超聲處理和/或用各種其它技術)。例如，在每個隨后的加工階段中，因為可使材料顆粒越來越小，可將材料冷卻到逐步較低的溫度并進行進一步加工，以繼續減少顆粒尺寸和/或使材料例如生物質的組分進一步解離(例如，使木質素與纖維素和/或半纖維素解離)或者使結構改變。
[0061]在一些情況下，冷卻可通過在寒冷氣候中將材料置于屋外或在未加熱的建筑或圍建物內來進行(例如，在冷卻期間的平均環境溫度低于0°c、低于-5°c、-10°c或甚至低于-15°C )，或可在材料運輸途中例如在火車、駁船或大船上時進行。
[0062]冷卻處理的更多細節描述于U.S.序列N0.12/502，629中，其公開內容通過引用并入上文。
[0063]加工系統
[0064]用于本文所述的方法的加工系統的實例示于圖1-3中并且如下所述。在這些系統中，系統的一個或多個部件或作為整體的系統可以是移動的。而且，一個或多個部件可位于遠離系統的一個或多個其它部件。
[0065]圖1顯示了生物質加工系統100的示意圖。系統100包括材料儲存單元102、第一材料加工子系統104、冷卻管路106、第二材料加工子系統108、經加工材料的儲器110和冷卻流體供給單元112。在工作期間，將貯存在儲存單元102中的材料通過管路114輸送到第一材料加工子系統104。
[0066]子系統104可包括各種不同的加工單元。例如，在一些實施方案中，子系統104可包括一個或多個機械加工單元(例如研磨單元、攪拌單元、碾磨單元、磨蝕單元、短切單元、剪切單元)。在某些實施方案中，子系統104可包括一個或多個輻射加工單元。輻射加工單元可包括帶電粒子源(例如，電子束源和/或離子源)，其中將材料暴露于帶電粒子致使材料改變。在一些實施方案中，子系統104可包括一個或多個超聲處理單元，其中將材料暴露于超聲波以使材料改變。在某些實施方案中，子系統104可包括一個或多個熱解單元和/或一個或多個化學加工單元。在一些實施方案中，子系統104可包括一個或多個蒸汽爆破加工單元。在一些實施方案中，子系統104可包括這些加工單元的一種或多種組合。
[0067]一般而言，子系統104可包括任意一個上述加工單元或任意組合的多個上述加工單元。通常對子系統104進行配置以提供材料改變的初始階段，為進一步的加工步驟做準備。在一些實施方案中，可以根本不存在子系統104，并且可以將材料從儲存單元102直接傳輸到冷卻管路106。圖2顯示了不包括加工子系統104的材料加工系統的實施方案。圖2中各部分已在上文關于圖1進行了討論，它們的說明在此不加以重復。
[0068]再次參考圖1，當材料在子系統104中例如通過切害I]、短切、剪切、切碎(shredding)進行加工后，將該材料通過管路116傳輸到冷卻管路106。冷卻流體供給單元112通過管路120將冷卻流體(例如，液氮和/或冷卻的氮氣，和/或液氦和/或冷卻的氦氣，和/或液氬和/或冷卻的氬氣，和/或固體CO2和/或液體CO2,和/或液體空氣和/或冷卻的氣態空氣)供給到冷卻管路106。將材料沿箭頭128所示的方向輸送通過冷卻管路106。隨著材料移動通過管路106 (例如，通過運輸裝置如傳送帶和/或螺旋加料器)，材料通過與冷卻流體供給單元112供給的冷卻流體熱交換得到冷卻。
[0069]當材料到達冷卻管路106的端部時，將材料輸送通過管路118至第二材料加工子系統108。在一些實施方案中，如圖1中所示，冷卻流體供給單元112通過管路122向第二子系統108供給冷卻流體。一般而言，第二加工子系統108可包括一個或多個本文公開的與第一加工子系統104有關的任意加工單元。示例性的加工單元包括一個或多個例如以下的加工單元:研磨、短切或剪切單元、輻射加工單元、超聲處理加工單元、熱解加工單元、蒸汽爆破加工單元以及化學加工單元。可通過經由管路124輸送流體使冷卻流體再循環用于在冷卻管路106中進一步使用。
[0070]將經加工的材料，在從第二加工子系統108出來后，通過管路126輸送到材料儲器110。材料一旦在儲器110中，該材料可進行進一步的加工步驟，包括選自上文關于加工子系統104和108所公開的那些的任意一個或多個附加步驟。替代地或另外地，經加工的材料可進行附加加工步驟，包括一種或多種使用生物試劑例如酶和/或微生物、例如細菌和/或酵母以及各種化學品和化學制劑及溶液的加工。
[0071]在一些實施方案中，材料在冷卻期間被粉碎，例如被碾磨或研磨。例如，圖3顯示了可形成加工子系統104和108中任一者或其兩者的一部分的碾磨單元200的示例性實施方案。碾磨單元200包括通過其進行材料輸送的管路202。固定葉片204定位在該管路內。旋轉葉片206連接到在中心定位的軸208。在工作期間，通過葉片204和206的切削作用將材料進行碾磨。
[0072]可使用商購的冷凍碾磨、冷凍研磨、低溫碾磨(cryomi 11 ing)和低溫研磨(cryogrinding)設備。這樣的設備兼具有材料的冷卻和材料的粉碎。商購低溫研磨裝置的實例包括可得自 SPEX CertiPrep, Metuchen, New Jersey 的 Freezer/Mill 6870,和可得自PulvaCorporat1n, Saxonburg, PA的低溫研磨裝置。其它供應商包括AirProducts、Praxair和Air Liquide。在一些實施方案中，該設備可以包括預冷卻區域,例如冷卻輸送機例如冷卻的螺桿擠出機。在一些情形中，將液氮噴射到預冷卻區域中待冷卻的材料上。可以例如通過往復銷棒(pin)或其它構件提供研磨。例如，研磨裝置可以是銷棒碾磨機。通常優選在整個進料和研磨中監測和控制材料的溫度。
[0073]可以將冷凍研磨與輻照組合，在該情形中可在冷凍研磨之前、期間或之后進行輻照。在一些情形中，冷凍研磨可減少降低生物質材料的抗降解性或加工含烴材料所需輻射的量。
[0074]其它加工步驟
[0075]一般而言，本文公開的冷卻方法可用于許多不同的生物質和其它材料加工技術。可用于本文公開的冷卻方法的示例性技術公開于例如下面專利申請中:wo2008/073186 ；以及 U.S.序列號 12/417，699、12/417，707、12/417，720、12/417，723、12/417，731,12/417,786,12/417, 840,12/417,880,12/417, 900,12/417,904,12/429,045和12/486，436。通常可在實施上文所述的任意加工技術之前、期間和/或之后利用所公開的冷卻方法。
[0076]在某些實施方案中，超聲處理加工技術當與本文公開的冷卻方法組合使用時(例如在所述冷卻方法之前、即后或期間)可特別有利。一般而言，材料的超聲處理加工由于通過機械波(例如聲波)供給到材料的熱而在使材料改變方面是有效的。當使用冷卻方法來降低材料的溫度時，材料變得更加脆，并且不太能夠響應入射機械波而變形和/或由于局部加熱而經歷快速膨脹。其結果是，有效使材料改變的超聲處理的效率得到提高。
[0077]在一些實施方案中，使用輻射(例如電子束和/或離子束)來加工材料的技術當與材料冷卻組合使用時(例如在材料冷卻之前、即后或期間)可特別有利。例如，在某些實施方案中，可在將材料冷卻之前首先對其進行輻照(例如在子系統104中)。或者，首先將材料冷卻，然后輻照(例如，在子系統108中)。輻射劑量可以為例如約0.lMRad-200MRad,如約1M Rad-1OOMRad或約30MRad-90MRad。輻射可以按單輻照步驟或多輻照步驟施予，并且如果需要材料可在輻照步驟之間進行冷卻。這樣的冷卻描述于U.S.序列N0.12/417，880中。
[0078]材料暴露于一定類型和劑量的輻射可以提高材料的脆性。可以將材料進行冷卻以降低其溫度并且進一步提高其脆性。在材料冷卻期間和/或之后，可將材料進行加工(例如通過碾磨、研磨、剪切和其它這樣的技術)以使材料改變從而為產生有用產物的進一步加工步驟做準備。替代地或另外地，在將材料冷卻后材料的輻射暴露(例如電子束暴露和/或離子束暴露)還可用于進一步改變材料和/或使材料更脆。當使用輻射暴露和冷卻二者使材料更脆時，產物(例如乙醇和/或其它醇)產率可得到顯著提高,并且材料加工所需的能量可得到降低。
[0079]在某些實施方案中，多個冷卻和機械加工階段，或者交替的冷卻和加熱階段，例如具有或不具有附加的機械或其它物理加工，可用于加工材料例如生物質。例如，每個連續階段可進一步降低生物質顆粒的平均尺寸，直到達到所需粒徑。每個冷卻階段可以類似或不同(例如，該系統可包括多個類似的冷卻子系統)。在一些實施方案中，該系統可包括單個冷卻子系統，材料多次通過該子系統。或者，在某些實施方案中，可使用不同的冷卻階段(例如將生物質冷卻到不同溫度如逐漸降低的溫度的冷卻階段)來加工材料。
[0080]類似地，在某些實施方案中，可使用多個機械加工階段來加工生物質或其它材料例如石油產品。可使材料再循環通過相同的加工單元多次，和/或該系統可包括多個機械單元。所述單元可均彼此類似，或所述單元中的一些可彼此不同(例如在結構上)。
[0081]一般而言，可使用許多不同的冷卻流體來冷卻材料。在上文所討論的實施方案中，使用液體和/或冷氣態氮氣作為冷卻流體。然而，在一些實施方案中，可使用一種或多種其它冷卻流體，包括液氦、液氧、液氫、液體空氣、其它這樣的流體和它們的組合。在某些實施方案中，流體可以是氣體而不是液體，或者可包括混有或替代所述液體的固體(例如冰、固體CO2)。例如，可使用許多種冷卻的氣體(包括冷卻的惰性氣體、冷卻的氮氣、冷卻的氧氣和冷卻的氫氣)替代或補充液體冷卻流體。
[0082]在某些實施方案中，可向材料中加入固體以輔助材料的加工。例如，可在一個或多個加工單元中向材料加入固體CO2以輔助改變材料。還可使用的其它固體包括例如冰。該固體還可以是稍后從材料中除去或分離的固體構件，例如一個或多個球體、銷棒或其它固體碾磨構件。任選地，本文公開的加工系統可包括分離子系統，該分離子系統起到在材料進行冷卻和加工后使材料各組分分離的作用。例如，當將材料進行加工以使木質素與纖維素和/或半纖維素解離時，加工系統可包括經配置以除去解離的木質素的分離子系統。可使用各種方法，包括物理分離方法例如傾析、離心分離、蒸餾和提取來分離組分，例如將木質素與木質纖維素材料的其它組分分離，或者將砂與油砂中的烴分離。可在分離子系統中實施的其它方法包括熱化學加工、化學加工和輻射暴露加工。
[0083]本文公開的加工系統可任選包括一個或多個潤濕工段以將各種潤濕劑(特別是水和/或其它液體例如二甲基亞砜)引入到材料中。例如，在機械加工單元例如圖3中所示的碾磨單元后，加工系統可包括將水和/或其它試劑加入到材料中的噴射器。噴射器可產生沉降在材料顆粒表面上的細霧。如果在施加該細霧期間或之后將材料冷卻，可將細霧冷凍到顆粒表面上以確保附著。可使材料的溫度經歷一個或多個加熱-冷卻循環以用所施加的霧使材料進一步溶脹。此外，在某些實施方案中，材料溫度的變化例如快速變化可進一步使材料結構改變。
[0084]在一些實施方案中，可使用多個潤濕階段。所述多個潤濕階段中的每一個可將相同的試劑引入到材料中，或者不同的階段可引入不同的試劑。所引入試劑的選擇取決于例如以下的因素:材料的預期應用、材料的物理-化學狀態和隨后材料加工階段中的條件。
[0085]用于在加工之前、期間和之后增強材料潤濕的系統和方法公開于例如U.S.序列N0.12/417,880中，通過引用將其公開內容并入本文。
[0086]在一些實施方案中，在使用本文公開的方法加工材料后，可使所加工的材料與生物試劑例如酶和/或與微生物例如酵母(例如畢赤酵母(P.Stipitis))和/或細菌接觸以從所加工的材料提取各種有用產物，包括例如氫氣、醇(例如乙醇和/或丁醇)、有機酸(例如乙酸)、烴、副產物(例如蛋白質)或任意這些的混合物的產物。用于材料進一步加工的合適生物試劑和微生物公開于例如U.S.序列N0.12/429，045 (其通過引用并入上文)中。
[0087]例如，如上所述，在一些實施方案中，使用本文描述的技術將木質素從木質纖維素材料中分離和除去，然后例如使用酶將剩余的纖維素組分糖化。木質素的去除降低材料的抗降解性，從而使纖維素轉化為糖類，可然后使所述糖類發酵產生醇。
[0088]材料
[0089]生物質材料的實例可包括可以通過本文描述的任何方法加工的任何生物質材料，該生物質材料是或包括完全由一個或多個糖單元構成的碳水化合物，或者包括一個或多個糖單元。例如，原料或生物質材料可以是纖維素材料或木質纖維素材料，淀粉材料例如玉米粒，米粒或其它食物，或者該材料為或包括一種或多種低分子量糖類例如蔗糖或纖維二糖。
[0090]例如，這類原料或生物質材料可包括紙、紙制品、木材、木材相關材料、碎料板、草、稻殼、甘蔗渣、棉花、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、蕉麻、禾桿、玉米芯、稻殼、椰須、藻類、海草、棉花、合成纖維素、或任意這些的混合物。
[0091]生物質還包括纖維素纖維源，包括紙和紙制品(例如，聚合物涂覆紙和牛皮紙)，以及木質纖維素纖維源，包括木材和木材相關材料例如碎料板。仍其它生物質包括天然纖維源，例如草、稻殼、甘蔗渣、棉花、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、蕉麻、禾桿、玉米芯、稻殼、椰須；α -纖維素含量高的纖維源，例如棉花；以及合成纖維源，例如壓紡絲(取向絲或非取向絲)。天然或合成來源可得自原始廢織物材料例如余料，或者它們可以是用后廢料例如破布。當使用紙制品時，它們可以是新料例如廢新料，或者它們可以是用后廢料。除原始原料夕卜，還可使用用后廢料、工業廢料(例如殘料)和加工廢料(例如來自紙加工的流出物)。此外，纖維來源可獲得自或衍生自人類廢料(例如污水)、動物廢料或植物廢料。其它生物質來源描述于美國專利 N0.6，448，307,6, 258，876,6, 207，729,5, 973，035 和 5，952，105 中。
[0092]可在材料冷卻之前、期間和/或之后將各種不同試劑加入到材料中。可加入的示例性試劑包括水(和更通常地，任何其它在冷卻時膨脹或收縮的化合物)、氧化劑、還原劑、酸、堿和在冷卻時顯著收縮的材料。一般而言，可將試劑例如水引入到材料的一種或多種組分中以使所述組分在水合時溶脹。例如，當將材料例如生物質冷卻時，水膨脹和/或收縮，從而在材料中產生周期性內應力，該內應力可導致材料內例如木質素與纖維素和/或半纖維素之間的鍵斷裂。進行升華的其它試劑(例如二氧化碳)也可用于產生類似結果。發生升華的試劑通常在相變時經歷明顯的摩爾體積變化。可將這樣的試劑引入到材料中，以在材料由于所加入的試劑而相對快速膨脹和/或收縮時進一步促進其中各組分的分離。
[0093]如上文所指出，可向材料加入各種化學試劑例如氧化劑和/或還原劑和/或酸和/或堿。所述各種試劑可在冷卻之前、期間和/或之后與材料反應以在產物形成和提取前進一步有助于使材料改變。一般而言，材料的某些組分在一種試劑存在下可以是穩定的，但是在其它試劑存在下具有反應性。例如，纖維素對于堿是穩定的，但是卻被酸改變。通過將堿引入到各個加工子系統的一個或多個中，可使一種或多種選定的材料組分例如木質素選擇性地改變并且與其它組分例如纖維素和/或半纖維素解離，從而提高衍生自該材料的產物的產率。可將化學試劑按液體、以溶液和/或按氣體加入到各種加工子系統中。在一些實施方案中，所述試劑可按氣態形式引入，并且在材料受到冷卻時可冷凝為液體。
[0094]在某些實施方案中，可在冷卻之前、期間和/或之后加入各種化學氧化劑和/或還原劑以通過化學反應促進至少一些材料組分的分離。單獨的冷卻或其與上文公開的一種或多種加工技術一起可用于促進改性、重組和/或解離，例如木質素與纖維素和/或半纖維素的改性、重組和/或解離。通過使纖維素、半纖維素和/或木質素與試劑反應使得這樣的反應的產物不易于再締合，可進一步促進這種改性、重組和/或解離。示例性的氧化劑和還原劑包括臭氧、氧、空氣、氨和許多其它試劑。
[0095]其它實施方案
[0096]還可使用本文公開的冷卻和加工方法來處理其它類型的材料例如含烴材料(如含石油的材料)。可使用本文公開的方法冷卻和加工各種類型含石油的材料(包括重質和輕質原油、天然氣、油砂、油頁巖、焦油砂、浙青、煤和/或各種烴共混物)以促進材料各組分的分離，并且調節精煉、轉化和純化過程例如裂化、重整(催化和非催化)、蒸餾和催化轉化期間的溫度，從而提高效率和降低這類方法的成本。
[0097]在一些實施方案中，本文公開的方法可用于從例如油砂、油頁巖和焦油砂的材料提取和/或分離含烴材料。所述方法可用于例如從砂、巖和其它無機及有機物質分離含石油的材料。
[0098]在下面各部分中，討論了各種石油加工步驟；一般而言，可使用單獨的冷卻或其與本文公開的任何加工技術的組合來提高這些各種加工步驟的效率。
[0099]原油通常包含大量不同的烴物質，從相對輕質的揮發性、低分子量烴，到重質、致密、高度粘性的高分子量部分(例如重油、浙青)。重質原油通常含有較多的硫和/或氮和/或金屬，相對于較輕的硫較低的原油例如West Texas Intermediate (其在紐約商品交易所交易)。一般而言，低硫原油包含相對低量的含硫化合物；高硫原油包含較大量的含硫化合物。通常設計簡單的精煉設施來處理低硫原油，而重質含硫原油的加工需要更加復雜的深度轉化精煉設施。
[0100]原油中許多不同的烴物質(和其它物質)通常建立相對微妙平衡的膠體溶解性系統。當改變原油的某些性能(例如，溫度、壓力和/或組成)時，可使溶解性平衡失去穩定，從而導致單相原油進料變為多相、多組分混合物(其可包括一個或多個氣相、液相和固相)。在室內溫度和壓力下，原油各組分處于不同的物理狀態。例如，較輕的烴(例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷)在室內溫度和壓力下為氣體。中間分子量的組分(例如戊烷、己烷、辛烷、汽油、煤油和柴油燃料)在這些條件下為液體。重質餾分(例如浙青、蠟)在標準溫度和壓力下為固體。由于這種物理狀態范圍，常規精煉設施通常在升高的溫度和/或壓力下加工原油以確保原油中大多數(或全部)烴餾分為液體或氣體。
[0101]原油精煉包括分離油中的各種烴和其它組分以及在一些情形中通過分子重排將某些烴轉化為其它烴物質(例如，使鍵斷開的化學反應)的過程。在一些實施方案中，精煉加工中的第一步驟是水洗步驟以除去可溶性組分例如將鹽從原油除去。通常，然后將經洗滌的原油導引到用于預加熱的爐中。如上文所討論，原油可包含很多具有不同粘度的不同組分；一些組分在室溫下可甚至是固體。通過將原油進行加熱，可使組分混合物轉化為可在精煉期間從一個加工系統流到另一個加工系統(和從加工系統的一端流向另一端)的混合物。
[0102]然后將經預加熱的原油送至蒸餾塔，其中在蒸餾塔中隨著加熱發生原油混合物中各組分的分餾。在蒸餾過程中供給到原油混合物的熱能數量部分地取決于油的組成；然而，一般而言，在蒸餾期間加熱原油、冷卻餾出物、將蒸餾塔加壓和在其它這樣的步驟中消耗明顯能量。在一定限度內，某些精煉設施能夠重新配置以處理不同的原油進料和產物。然而，一般而言，由于相對專門化的精煉設備，精煉設施處理顯著不同的原油進料的能力受到限制。
[0103]在一些實施方案中，使用本文公開的方法(包括一個或多個冷卻步驟)的原油進料預處理可增強精煉設備接受具有不同組成的原油的能力。例如，可改變原油混合物的各種化學和/或物理性能:可由具有較高粘度的較重組分生產具有較低粘度的較輕分子量組分；并且可將某些組分異構化。新生成的異構體與形成它們的組分相比可具有較低的粘度。可然后將具有較低粘度的較輕分子量組分和/或異構體引入精煉設施中，從而使能夠加工原油進料，盡管在初始時可能不適合于加工。
[0104]一般而言，原油各組分在不同的溫度范圍進行蒸餾，所述溫度范圍對應于蒸餾塔中不同的垂直高度。通常，例如，精煉蒸餾塔可包括在很多不同溫度分餾范圍的產物流，最低沸點(和通常最小分子量)組分從塔頂抽出，而最高沸點、最重分子量組分從塔的較低水平位置抽出。作為實例，提取自塔上部區的輕餾出物通常包括航空汽油、車用汽油、石腦油、煤油和精制油中的一種或多種。從塔的中間區域取出的中間餾出物可包括瓦斯油(gasoil)、重爐油和柴油燃料油中的一種或多種。通常提取自塔的較低水平位置的重餾出物可包括潤滑油、油脂、重油、蠟和裂化原料中的一種或多種。蒸餾器中剩余的殘余物可包括各種高沸點組分例如潤滑油、燃料油，石油膏、鋪路油、浙青和石油焦。某些其它產物也可提取自塔，包括天然氣(可將其進一步精制和/或加工以生產例如加熱燃料、天然汽油、液化石油氣、炭黑和其它石化產品的組分)以及各種副產物(包括例如肥料、氨和硫酸)。
[0105]通常，使用本文公開方法的原油和/或其組分的處理可用于修改所處理物質的分子量、化學結構、粘度、溶解度、密度、蒸氣壓和其它物理性能。一般而言，根據進料的組成和物理性能，可實施很多不同的加工方案。
[0106]在精煉設施中蒸餾之前和/或之后，原油和/或其組分可經歷各種其它精煉加工以純化組分和/或將組分轉化成其它產物。
[0107]⑴催化裂化
[0108]催化裂化是廣泛使用的精煉加工，其中在催化劑存在下使重油暴露于熱和壓力以促進裂化(例如，轉化為較低分子量產物)。最初，以熱的方式完成裂化，但是催化裂化已很大程度上替代熱裂化，這是由于較高的汽油產率(具有較高的辛烷值)以及較低的重燃料油和輕氣體的產率。大多數催化裂化工藝可分為移動床工藝或流化床工藝，流化床工藝較為普遍。工藝流程通常如下。在進料提升管或反應器中使熱油進料與催化劑接觸。在裂化反應期間，催化劑表面上焦炭的形成逐漸使催化劑失活。催化劑和烴蒸氣進行機械分離，并且通過蒸汽汽提除去留在催化劑上的油。然后催化劑進入再生器，在此通過在空氣中謹慎燒除焦炭沉積物使其再生。將烴蒸氣導引到分餾塔用于分離成在特定沸程下的產物流。
[0109]較早的裂化單元(例如1965及以前)在反應容器中典型地設計有不連續的密相流化催化劑床，并且進行操作使得大多數裂化發生在反應器床中。通過改變反應器床深度(例如時間)和溫度控制裂化程度。對于經改進的現代反應器設計，采用具有更大反應性的沸石催化劑床，在所述現代反應器設計中反應器作為將催化劑和烴蒸氣隔開的分離器進行操作，通過將再生的催化劑在其引入到提升管和將進料注入到提升管之前在提升管-反應器中加速到特定速度來控制裂化過程。
[0110]可在催化裂化處理原油組分之前、期間和/或之后使用本文公開的方法。特別地，本文公開的方法可以用于在注入提升管之前預處理進料，在裂化期間處理烴(包括烴蒸氣)，和/或處理催化裂化工藝的產物。
[0111]裂化催化劑通常包括例如酸處理的天然鋁硅酸鹽、無定形的合成二氧化硅-氧化鋁組合和結晶的合成二氧化硅-氧化鋁催化劑(例如沸石)的材料。在催化裂化工藝期間，可使原油組分暴露于來自一種或多種離子束的離子以提高這些催化劑的效率。例如，可使原油組分暴露于一種或多種不同類型的通過參與催化反應而提高催化劑活性的金屬離子。替代地或另外地，可使原油組分暴露于清除典型的催化劑毒物(例如氮化合物、鐵、鎳、釩和銅)的離子，以確保保持高的催化劑效率。此外，在裂化或催化劑再生期間，所述離子可與催化劑表面上形成的焦炭反應從而除去焦炭(例如，通過如濺射和/或通過化學反應的過程)。
[0112](ii)燒基化
[0113]按石油術語，烷基化是指低分子量烯烴與異鏈烷烴(例如異丁烷)反應形成較高分子量的異鏈烷烴。可在沒有催化劑的情況下于高的溫度和壓力下進行烷基化，但是商業實施方式通常包括在硫酸或氫氟酸催化劑存在下的低溫烷基化。硫酸工藝通常比基于氫氟酸的工藝對溫度更加敏感，并且要注意到使導致焦油和二氧化硫形成的氧化-還原反應最小化。在兩種工藝中，所用酸的體積通常約等于液體烴裝量，并且對反應容器進行加壓以維持烴和酸處于液體狀態。接觸時間通常為約10-40分鐘，進行攪拌以促進酸相和烴相之間的接觸。如果酸濃度降低到低于約88重量％硫酸或氫氟酸，則反應產物中可發生過度聚合。大體積強酸的使用使烷基化工藝成本高和具有潛在危險性。可在烷基化之前、期間和/或之后使用本文公開的方法來處理原油組分。
[0114](iii)催化重整和異構化
[0115]在催化重整過程中，使烴分子結構重排形成用于汽油生產的較高辛烷值的芳族化合物；發生相對較少量的裂化。催化重整主要是提高車用汽油的辛烷值。
[0116]到達催化重整裝置的典型進料是重直餾石腦油和重加氫裂化石腦油，其包括鏈烷烴、烯烴、環烷烴和芳族化合物。鏈烷烴和環烷烴在轉化為較高辛烷值組分期間經歷兩種類型的反應:環化和異構化。通常，使鏈烷烴異構化和一定程度地轉化為環烷烴。隨后使環烷烴轉化為芳族化合物。使烯烴飽和形成鏈烷烴，其然后按如上進行反應。芳族化合物基本上保持不變。
[0117]在重整期間，致使形成芳族化合物的主要反應是環烷烴的脫氫和鏈烷烴的脫氫環化。可在催化重整之前、期間和/或之后使用本文公開的方法來處理原油組分。用于催化重整的催化劑通常包括負載在氧化鋁基體上的鉬。可使錸與鉬組合形成更加穩定的催化劑，該催化劑允許重整過程的較低壓力操作。不希望受理論束縛，認為鉬充當用于加氫和脫氫反應的催化位點，并且氯化的氧化鋁為異構化、環化和加氫裂化反應提供酸性位點。一般而言，焦炭沉積和/或氯化物從氧化鋁載體失去降低催化劑活性。可通過沉積焦炭的高溫氧化、接著是載體的氯化進行催化劑活性的恢復。
[0118](iv)催化加氫裂化
[0119]催化加氫裂化，普通催化裂化的對應工藝，通常適用于抵抗催化裂化的原油組分。催化裂化裝置通常接受作為進料的更易于裂化的鏈烷屬常壓或真空瓦斯油為裝料。相反，加氫裂化器通常接受芳族循環油和焦化器餾出物作為進料。加氫裂化器的較高壓力和氫氣氣氛使這些組分相對易于裂化。
[0120]一般而言，雖然在催化加氫裂化器中發生許多不同的同時化學反應，但總的化學機理是隨著加氫來催化裂化。一般而言，加氫反應放熱并且為(典型地)吸熱的裂化反應提供熱量；過量的熱由注入加氫裂化器的冷氫氣吸收。加氫裂化反應典型地在550-750° F的溫度下和8275-15，200kPa的壓力下進行。大量氫氣隨進料循環有助于減少催化劑結垢和再生。通常對進料進行加氫處理以在進入第一加氫裂化階段之前除去硫、氮化合物和金屬；這些物質中的每一種可充當加氫裂化催化劑的毒物。
[0121]大多數加氫裂化催化劑包括二氧化硅-氧化鋁的結晶混合物，少量相對均勻分布量的一種或多種稀土金屬(例如鉬、鈀、鎢和鎳)包含在晶體晶格內。不希望受理論束縛，認為催化劑的二氧化硅-氧化鋁部分提供裂化活性，稀土金屬促進加氫。在加氫裂化期間當催化劑活性降低時通常升高反應溫度以維持反應速率和產物轉化率。通常通過燒除積累在催化劑表面上的沉積物完成催化劑的再生。可在催化加氫裂化之前、期間和/或之后使用本文公開的方法來處理原油組分。
[0122](V)其它加工
[0123]原油精煉過程期間進行的各種其它加工也可用本文公開的方法進行改進或替代。例如，可在精煉加工例如焦化、熱處理(包括熱裂化)、加氫處理和聚合之前、期間和/或之后使用本文公開的方法來提高效率和總產率，并且減少由這樣的加工產生的廢物。
[0124]例如，可使用本文公開的方法和系統制備各種不同的產物或可進一步加工成其它產物的中間產物。例如，可使用任何所公開的機械加工方法制備樹脂纖維復合材料，該復合材料包括樹脂例如聚乙烯、聚丙烯和/或木質素。
[0125]已描述了許多實施方案。但是，應當理解，可以進行各種不同的修飾而不背離本發明的精神和范圍。因此，其它實施方案包含在所附權利要求的范圍內。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 利用微生物和/或酶將冷卻的生物質材料轉化為產物，其中生物質材料的冷卻和轉化中的至少一項使用移動式加工單元進行。
2.權利要求1所述的方法，還包括研磨或粉碎所述生物質材料。
3.權利要求2所述的方法，其中研磨或粉碎在冷卻所述生物質材料之前進行。
4.權利要求1所述的方法，其中處理還包括輻照所述生物質材料。
5.權利要求1所述的方法，其中所述冷卻的生物質材料的堆密度小于約0.8g/cm3。
6.權利要求2所述的方法，其中粉碎在冷凍研磨裝置或冷凍碾磨裝置中進行。
7.權利要求1所述的方法，其中所述產物包含醇。
8.權利要求7所述的方法，其中所述產物包含乙醇和/或丁醇。
9.權利要求1所述的方法，其中所述生物質材料包含纖維素或木質纖維素材料。
10.權利要求1所述的方法，其中所述生物質材料包含纖維素并且轉化所述冷卻的材料包括利用酶以糖化所述纖維素。
11.權利要求10所述的方法，其中所述方法還包括發酵糖化的產物以產生醇。
12.權利要求1所述的方法，其中冷卻包括將所述材料冷卻至低于所述材料的脆點的溫度。
13.權利要求1所述的方法，其中冷卻和/或轉化當所述材料在運輸途中時進行。
14.權利要求13所述的方法，其中所述材料通過大船、駁船、火車或貨車運輸。
15.權利要求1所述的方法，其中所述移動式加工單元可通過大船、駁船、火車或貨車運輸。
16.—種方法,包括: 通過冷卻材料的方式處理含烴材料；和 通過進一步加工所述冷卻的含烴材料將所述冷卻的材料轉化為產物； 其中使用移動式加工單元進行處理和/或轉化。
17.權利要求16所述的方法，其中所述含烴材料選自焦油砂、油砂、油頁巖、原油、浙青、煤和液化天然氣。
18.權利要求16所述的方法，其中處理還包括輻照所述起始材料。
19.權利要求18所述的方法，其中冷卻在輻照之前進行。
20.權利要求16所述的方法，其中處理包括使所述起始材料溫度周期變化。
21.權利要求16所述的方法，其中處理和/或轉化當所述材料在運輸途中時進行。
【文檔編號】C10G1/08GK104278059SQ201410459097
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2011年1月7日 優先權日:2010年1月15日
【發明者】M·梅多夫 申請人:希樂克公司