ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Данное изобретение в основном относится к способам гидролиза биомассы. Более конкретно, оно относится к способам гидролиза исходной смешанной модифицированной биомассы, которые предоставляют различные преимущества, такие как максимизирование выхода сахаров и минимизирование образования продуктов разложения, например, производных от разложения сахаров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ
[0002] Имело место увеличение интереса в отношении преобразования целлюлозной биомассы в топлива или другие химические продукты. Имеются многочисленные процессы конверсии биомассы, включающие кислотный гидролиз, ферментативный гидролиз и газификацию. Одним из процессов конверсии биомассы, становящимся все более распространенным, является гидротермическая обработка, которая обычно включает первую стадию контактирования биомассы с горячей водой под давлением, с кислотным катализатором или без него. Эта стадия, как правило, делает возможным экстрагирование и гидролиз гемицеллюлозных сахаров и, при других определенных условиях, гидролиз целлюлозы до сахаров. В зависимости от времени и температуры обработки и загрузки катализатора (если он используется), гемицеллюлозные сахара экстрагируют либо частично, либо полностью. Последующие стадии могут включать дополнительную обработку оставшейся несконвертированной биомассы (например, целлюлозы), а также преобразование экстрагированных сахаров от первой стадии в этанол или другие полезные химические продукты.
[0003] На первой стадии этого процесса, гемицеллюлозу обычно преобразуют в мономерные и олигомерные сахара, такие как ксилоза, ксило-олигосахариды, рамноза, арабиноза, галактоза и манноза. Отношение олигомеров к мономерам варьируется в зависимости от жесткости условий реакции (например, от времени, давления и изменения температуры во времени, и количества катализатора, в случае его применения). Реакция также образует побочные продукты и/или продукты разложения, такие как уксусная кислота, фурфурол, гидроксиметилфурфурол (ГМФ) и органические кислоты, такие как муравьиная кислота и левулиновая кислота.
[0004] В целлюлозно-бумажной промышленности, способы обработки биомассы предназначены, чтобы извлекать гемицеллюлозу и большую часть лигнина из лигноцеллюлозной биомассы посредством добавления химических продуктов (например, при применении процесса сульфатной варки (крафт-процесса) или процесса сульфитной варки), оставляя большую часть целлюлозы. Обычно не предпринимались меры, чтобы максимизировать выход экстрагированных сахаров (например, ксилозы и/или ксило-олигосахаридов), поскольку основной целью этих технологий является производство целлюлозы для изготовления бумаги или бумажных продуктов. Кроме того, многие процессы используют химические продукты, чтобы содействовать экстрагированию или извлечению целлюлозы, однако эти процессы являются более дорогими, чем те, которые не используют химические продукты. Даже в случаях, когда может являться желательным максимизирование выхода при экстрагировании гемицеллюлозных сахаров, такие способы оптимизированы лишь для одной исходной биомассы.
[0005] Для того, чтобы поддерживать большие объемы выработки сахаров, производных от биомассы, и последующего производства этанола, может являться необходимым смешивание разных биомасс для обработки. Использование разных биомасс для обработки представляет собой сложную проблему для конверсии в сахара, особенно для экстрагирования гемицеллюлоз. Разные биомассы гидролизуются при разных скоростях, и скорость гидролиза может зависеть от множества факторов. Если смеси биомассы гидролизуют без принятия во внимание значительной вариабельности в скоростях гидролиза компонентов биомасс в смеси, выходы сахаров будут ниже, чем потенциально возможные выходы, и выработка продуктов разложения, как правило, будет увеличена.
[0006] Соответственно, в настоящее время имеет место потребность в способах для максимизирования выхода сахаров из смесей биомассы. Способы по данному изобретению направлены на эти, а также на другие, важные задачи.
[0007] Следует принимать во внимание, что это описание уровня техники, предшествующего данному изобретению, было создано авторами изобретения, чтобы помочь читателю, и не должно приниматься в качестве указания на то, что любая из указанных проблем сама по себе понятна в данной области техники. Наряду с тем, что описанные принципы могут, в некоторых аспектах и вариантах осуществления, способствовать решению проблем, имеющих место в других системах, следует принимать во внимание, что объем защищаемой новизны определен прилагаемой формулой изобретения, а не способностью любого описанного отличительного признака к решению любой конкретной проблемы, указанной в данном документе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] В одном из вариантов осуществления данное изобретение относится к способу гидролиза, который содержит, состоит из или состоит по существу из:
(1) предоставления по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс, содержащих:
(a) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% первой исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени X, когда подвергается воздействию условий первичной обработки; и
(b) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% второй исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени Y, когда подвергается воздействию условий первичной обработки;
где:
вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы;
время X меньше или равно времени Y;
и время X и время Y различаются на величину, которая меньше чем или равна примерно 100% от времени X;
и
(2) подвергания смеси первой исходной модифицированной биомассы и второй исходной модифицированной биомассы воздействию условий первичной обработки, чтобы достигнуть максимального выхода гидролиза при времени Z, при этом время Z меньше, чем время Y;
где:
данный способ гидролиза выполняют при pH по меньшей мере 1,3; и
все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс.
[0009] В другом варианте осуществления вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы посредством различия, выбранного из группы, состоящей из содержания компонентов состава, типа биомассы, вида биомассы, структуры гемицеллюлозы, географического места сбора, сезона сбора и любой их комбинации.
[0010] В другом варианте осуществления первую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством первой обработки, и вторую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством второй обработки. Первая и вторая обработки могут быть независимым образом выбраны из группы, состоящей из измельчения, парового взрыва, ферментативной обработки, кислотной обработки, щелочной обработки, гидротермической обработки, биологической обработки, каталитической обработки, некаталитической обработки, и любой их комбинации. Первая обработка может быть такой же, что и вторая обработка, или отличной от нее.
[0011] В еще одном варианте осуществления выход продукта разложения от первого разложения при времени Z, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, ниже, чем по меньшей мере один из (i) выхода продукта разложения от второго разложения первой исходной модифицированной биомассы при времени X, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки, и (ii) выхода продукта разложения от третьего разложения второй исходной модифицированной биомассы при времени Y, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки.
[0012] Наряду с тем, что аспекты данного изобретения могут быть описаны и заявлены в конкретном классе патентоспособных объектов изобретения, таком как системный класс патентоспособных объектов изобретения, это представлено только лишь для удобства, и специалисту в данной области техники будет понятно, что каждый аспект данного изобретения может быть описан и заявлен в любом классе патентоспособных объектов изобретения. Если определенно не указано иное, никоим образом не предполагается, что любой способ или аспект, представленный в данном документе, истолковывается таким образом, что требуется выполнение его стадий в определенном порядке. Соответственно, там, где пункт формулы изобретения на способ не устанавливает конкретно в формуле изобретения или в описании, что стадии ограничены определенным порядком, это никоим образом не означает, что порядок подразумевается, в любом отношении. Это справедливо для любой возможной недвусмысленной основы для интерпретации, включая логические ситуации в отношении расположения стадий или технологического потока, просто являющегося производным от структурного расположения или чередования, или числа и вида вариантов осуществления, представленных в данном описании. Следует понимать, что как предшествующее общее описание, так и приведенное далее подробное описание представлены лишь в качестве примера и с целью пояснения и не являются ограничивающими.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Сопроводительные чертежи, которые включены, чтобы дополнительно обеспечить понимание данного изобретения, объединены с этим описанием и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и наряду с описанием служат для разъяснения принципов изобретения. В данных чертежах:
[0014] ФИГ. 1 показывает смоделированные результаты эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 1.
[0015] ФИГ. 2 показывает смоделированные результаты другого эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 1.
[0016] ФИГ. 3 показывает распределение частиц по размерам, применяемое для моделирования в Примерах 1-3.
[0017] ФИГ. 4 показывает смоделированные результаты эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 2.
[0018] ФИГ. 5 показывает смоделированные результаты второго эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 2.
[0019] ФИГ. 6 показывает график моделированной концентрации общей ксилозы от экспериментов по гидролизу биомассы Примеров 1 и 2.
[0020] ФИГ. 7 показывает экспериментальные результаты экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 4.
[0021] ФИГ. 8 показывает распределение частиц по размерам «крупной биомассы американской липы (BW)» Примеров 4, 5 и 7.
[0022] ФИГ. 9 показывает распределение частиц по размерам «крупной биомассы красного дуба (RO)» Примеров 4, 6 и 7.
[0023] ФИГ. 10 показывает сравнение экспериментальных и усредненных данных для экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 4.
[0024] ФИГ. 11 показывает выход общей ксилозы как функцию от времени для биомассы, которая была модифицирована до различных размеров.
[0025] ФИГ. 12 показывает экспериментальные результаты экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 6.
[0026] ФИГ. 13 показывает сравнение экспериментальных и усредненных данных для экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 6.
[0027] ФИГ. 14 показывает концентрацию фурфурола как функцию от времени для экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 7.
[0028] ФИГ. 15 показывает концентрацию фурфурола как функцию от времени для других экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 7.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0029] Данное изобретение может быть понято легче посредством ссылки на представленные ниже подробное описание, примеры, чертежи и формулу изобретения и их предшествующее и последующее описание. Однако следует понимать, что данное изобретение не ограничивается конкретными композициями, изделиями, устройствами, системами и/или описанными способами, если не указано иное, и как таковые, естественно, они могут варьироваться. Также следует понимать, что терминология, используемая в данном документе, предназначена лишь для описания конкретных аспектов, и не предназначена быть ограничивающей.
[0030] Последующее описание изобретения также предоставлено в качестве возможности представления идеи изобретения в его главном, известном в настоящее время аспекте. В связи с этим, средним специалистам в данной области техники будет понятно и будет принято ими во внимание, что изменения и модификации могут быть сделаны для различных аспектов изобретения, описанных в данном документе, наряду с тем, что сохраняются выгодные результаты данного изобретения. Также будет очевидно, что некоторые из преимуществ данного изобретения могут быть получены посредством выбора некоторых из отличительных признаков данного изобретения без использования других признаков. Соответственно, средним специалистам в данной области техники будет понятно, что многие модификации и адаптации данного изобретения возможны и могут даже быть желательными в определенных обстоятельствах и являются, соответственно, также частью данного изобретения. Таким образом, приведенное ниже описание предоставлено как иллюстрирующее принципы данного изобретения, а не для его ограничения.
[0031] Любая комбинация элементов, описанных в данном документе, во всех их возможных вариантах охвачена данным изобретением, если только не указано иное в данном документе или иное не опровергается явным образом посредством контекста.
[0032] Кроме того, следует понимать, что если определенно не указано иное, никоим образом не предполагается, что любой способ, представленный в данном документе, истолковывается таким образом, что требуется выполнение его стадий в определенном порядке. Соответственно, там, где пункт формулы изобретения на способ фактически не перечисляет порядок следования стадий способа, или в формуле изобретения или описании не установлено конкретно иным образом, что стадии должны быть ограничены определенным порядком, это никоим образом не означает, что порядок подразумевается, в любом отношении. Это справедливо для любой возможной недвусмысленной основы для интерпретации, включая логические ситуации в отношении расположения стадий или технологического потока, просто являющегося производным от структурного расположения или чередования, и числа и вида аспектов, представленных в данном описании.
[0033] Все публикации, указанные в данном документе, включены в данный документ посредством ссылки, чтобы раскрыть и описать способы и/или материалы, в связи с которыми противопоставлены данные публикации.
[0034] Следует понимать, что терминология, используемая в данном документе, предназначена лишь для описания конкретных аспектов, и не предназначена быть ограничивающей. Как использовано в описании и в формуле изобретения, термин «содержащий» может включать варианты «состоящий из» и «состоящий по существу из». Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данном описании, имеют такое же значение, которое является общепринятым для специалистов в области, к которой относится данное изобретение. В этом описании и в последующей формуле изобретения будут сделаны ссылки на ряд терминов, которые должны быть определены в данном документе.
[0035] Как использовано в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа подразумевают включение формы множественного числа, если только из контекста ясно не следует иное.
[0036] Как использовано в данном документе, термины «необязательный» или «необязательно» означают, что указанное далее событие, компонент или обстоятельство может иметь место или может не иметь место, и что описание включает случаи, в которых указанное событие или обстоятельство имеет место, и случаи, в которых оно не имеет место.
[0037] Как использовано в данном документе, термин или выражение «эффективный», «эффективное количество» или «условия, эффективные для» относятся к такому количеству или условию, которые способны к выполнению функции или реализации способности, для которых представлено эффективное количество. Как будет указано ниже, требующееся точное количество или конкретное условие может варьироваться от одного аспекта к другому, в зависимости от различных переменных, таких как используемые материалы и имеющие место условия обработки. Соответственно, не всегда возможно точно определить точное «эффективное количество» или «условие, эффективное для».
[0038] Ссылки в описании и заключительной формуле изобретения на части по массе, для отдельного элемента или компонента в композиции или пункте, означают массовое соотношение между элементами или компонентами и любыми другими элементами или компонентами в композиции или пункте, в котором указаны части по массе. Соответственно, в композиции, содержащей 2 части по массе компонента X и 5 частей по массе компонента Y, X и Y присутствуют при массовом соотношении 2:5 и присутствуют при таком соотношении независимо от того, содержатся ли в композиции дополнительные компоненты.
[0039] Массовый процент компонента, если специально не указано иное, относится к общей массе состава или композиции, в которую включены данные компоненты. Например, если указано, что конкретный элемент или компонент в композиции или пункте формулы изобретения находится в количестве 8 масс.%, следует понимать, что это процентное содержание относится к общему составу композиции в 100%.
[0040] Наряду с тем, что данное изобретение способно к осуществлению в различных формах, приведенное ниже описание нескольких вариантов осуществления представлено при условии, что данное описание должно рассматриваться как пояснение данного изобретения примерами, и оно не предназначено для ограничения данного изобретения конкретными проиллюстрированными вариантами осуществления. Заголовки предоставлены лишь для удобства и не должны интерпретироваться как ограничивающие данное изобретение каким-либо образом. Варианты осуществления, проиллюстрированные в любом разделе, могут быть объединены с вариантами осуществления, проиллюстрированными в любом другом разделе.
[0041] Как использовано в данном документе, термин «биомасса» означает возобновляемый источник энергии, в основном содержащий углеродный биологический материал, производный от живых или живых незадолго до этого организмов. Подходящие исходные материалы включают лигноцеллюлозный исходный материал, целлюлозный исходный материал, гемицеллюлозный исходный материал, исходные материалы, содержащие крахмал, и т.д. Лигноцеллюлозный исходный материал может быть любой лигноцеллюлозной биомассой, такой как растения (например, ряска, волокна однолетних растений и т.д.), древесина (мягкая древесина, например, от пихты, сосны, ели и т.д.; тропических деревьев, например, бальзы, хлорофоры высокой, тикового дерева и т.д.; или твердая древесина, например, от вяза, дуба, осины, сосны, тополя, ивы, эвкалипта и т.д.), кустарники, трава (например, мискантус, просо прутьевидное, рожь, двукисточник тростниковидный, арундо тростниковый или сорго), специальные сельскохозяйственные культуры, используемые в качестве источника энергии, городские отходы (например, коммунально-бытовые твердые отходы) и/или побочные продукты сельскохозяйственной продукции (например, зерно, сахарный тростник, сахарная свекла, просо африканское, виноград, рис, солома). Биомасса может быть из натурального источника (например, леса, лесистой местности или фермерского хозяйства) и/или побочным продуктом от производственного источника (например, отходами, корой и/или опилками от целлюлозно-бумажного предприятия или лесопильного завода, жмыхом от сахарного тростника, кукурузной соломой, остатками от производства пальмового масла, ветками, листьями, корнями и/или пенькой). Подходящие исходные материалы могут также включать составляющие компоненты любого из вышеуказанных исходных материалов, включая, без ограничения, лигнин, C6-сахариды (включая целлюлозу, целлобиозу, C6-олигосахариды и C6-моносахариды), C5-сахариды (включая гемицеллюлозу, C5-олигосахариды и C5-моносахариды) и их смеси.
[0042] Как использовано в данном документе, «сухая биомасса» (или эквивалентным образом «абсолютно сухая биомасса») относится к биомассе без какой-либо воды (т.е. с содержанием влаги приблизительно 0%). На сухую биомассу обычно указывают в контексте массового отношения воды к сухой биомассе.
[0043] Как использовано в данном документе, термин «модифицированная биомасса» относится к биомассе, которая была подвергнута обработке перед последующим применением (например, гидролизом). В некоторых вариантах осуществления модифицированная биомасса подвергнута обработке, например, и без каких-либо ограничений, механической обработке, химической обработке, биологической обработке, термической обработке или любой их комбинации. В некоторых вариантах осуществления обработка включает, однако без ограничения, измельчение, паровой взрыв, обработку жидкой горячей водой, горячей водой с отрегулированной величиной pH, проточной жидкой горячей водой, разбавленной кислотой, сильной кислотой, проточной кислотой, обработку волокон аммиачным взрывом с замораживанием, перколяцию рециркулируемым аммиаком, щелочное набухание, ферментативную обработку, кислотную обработку, щелочную обработку, гидротермические обработки, или любую их комбинацию. Обработка может включать одну обработку, или обработка может включать более чем одну обработку, например, две, три, четыре, пять, шесть или семь обработок, которые могут быть одинаковыми или отличаться одна от другой. Обработки дополнительно описаны в другом месте в данном документе.
[0044] Как использовано в данном документе, термин «различные исходные биомассы» относится к исходным биомассам, которые могут различаться на основании, например, по меньшей мере, одного параметра из содержания компонентов состава, типа биомассы, вида биомассы, размера биомассы, структуры гемицеллюлозы, географического места сбора и сезона сбора. В одном из вариантов осуществления одна исходная биомасса отличается от другой исходной биомассы посредством того, что они относятся к разным типам биомассы. В другом варианте осуществления одна исходная биомасса отличается от другой исходной биомассы посредством того, что они относятся к разным видам биомассы. В еще одном варианте осуществления две исходные биомассы могут считаться различными, если два исходных материала являются одним и тем же видом биомассы, однако были собраны в разных географических местах (например, удаленных одно от другого по меньшей мере на 30 миль (50 км)). В одном из вариантов осуществления две исходные биомассы могут считаться различными, если два исходных материала собраны в разных географических местах и имеют разную структуру гемицеллюлозы.
[0045] Как использовано в данном документе, термин «содержание компонентов состава» биомассы означает содержание целлюлозы, лигнина, гемицеллюлозы, сахаров, золы, экстрактивных веществ и протеина, если он присутствует, в данной биомассе.
[0046] Как использовано в данном документе, «тип биомассы» означает тип биомассы, т.е. является ли биомасса мягкой древесиной, твердой древесиной, волокнистой массой однолетних растений, недревесной биомассой или городскими отходами (например, коммунально-бытовыми твердыми отходами).
[0047] Как использовано в данном документе, «вид биомассы» означает вид биомассы. В определенных вариантах осуществления две биомассы могут считаться разными видами биомассы, если по меньшей мере одна из биомасс генетически модифицирована. Если обе биомассы генетически модифицированы, то генетические модификации будут, как правило, различными, для того, чтобы считать данные два вида биомассы разными.
[0048] Как использовано в данном документе, «структура гемицеллюлозы» означает структуру гемицеллюлозного(ых) полисахарида(ов), содержащегося(ихся) в данной биомассе. Структура может быть определена, например, на основе содержания моносахаридов, присутствующих в гемицеллюлозе, и/или с учетом типов, протяженности и мест расположения связей, присутствующих в гемицеллюлозе, (например, разветвленности, линейности, типов и мест расположения сахарных связей, таких как β(1,4), α(1,4), β(1,3), α(1,3) и т.д.).
[0049] Как использовано в данном документе, «географическое место сбора» означает место, где биомасса была собрана (например, срублена, извлечена из земли, срезана с растущих растений или деревьев и т.д.).
[0050] Как использовано в данном документе, «сезон сбора» означает время года, когда биомасса собрана (например, срублена, извлечена из земли, срезана с растущих растений или деревьев и т.д.). Сезоны сбора включают весну, лето, осень и зиму, или первый квартал, второй квартал, третий квартал или четвертый квартал года, или тот же самый сезон сбора, однако отделенный периодом по меньшей мере один год.
[0051] Как использовано в данном документе, термин «древесная биомасса» относится к типу биомассы, который включает твердые древесины, мягкие древесины и/или тропические древесины. Древесная биомасса обычно включает, например, бревна, щепу от целых деревьев, щепу от кряжей, крошку от измельчения, щепу от коры, древесные сельскохозяйственные культуры (например, гибридный тополь, гибридную иву и т.д.) и материалы производных от твердых древесин и мягких древесин, включая опилки, отходы лесопильного завода, строительные отходы, отходы целлюлозного завода, городские отходы и т.д. В одном из вариантов осуществления и без ограничений, древесная биомасса может поступать от производственных остатков, остатков лесозаготовок, древесных отходов от потребителя или городских и сельскохозяйственных древесных отходов или любой их комбинации.
[0052] Как использовано в данном документе, термин «недревесная биомасса» относится к типу биомассы, который не является твердой древесиной, мягкой древесиной и/или тропической древесиной. Недревесная биомасса обычно включает, например, многолетние лигноцеллюлозные сельскохозяйственные культуры (например, просо прутьевидное), остатки сельскохозяйственного производства (например, кукурузную солому, жмых от сахарного тростника и т.д.), полисахариды (например, зерно, крахмал, и т.д.), масла (например, соевых бобов). В некоторых вариантах осуществления и без ограничений, недревесная биомасса включает сельскохозяйственные культуры, остатки культур, остатки от переработки (например, остатки, полученные от переработки недревесной биомассы, включая остатки от переработки фруктов, остатки от переработки продуктов питания, кукурузную солому, жмых от сахарного тростника и т.д.), отходы животноводства или любую их комбинацию.
[0053] Как использовано в данном документе, термин «городские отходы» являются типом биомассы, которая обычно является смесью компонентов, или является производной от смеси компонентов. Обычно, городские отходы являются мусором (т.е. отбросами или отходами) или же его компонентом. Городские отходы могут быть твердыми, жидкими или их комбинацией. Городские отходы обычно включают отходы от жилых (домовые отходы), торговых, ведомственных, сельскохозяйственных и/или промышленных источников, включая, например и без ограничения, отходы, поддающиеся биологическому разложению, отходы, не поддающиеся биологическому разложению, отходы целлюлозно-бумажного предприятия, отходы лесопильного завода, строительные отходы, картонные отходы, утилизированную макулатуру, ткани, кожу, пищевые отходы и остатки, дворовые отходы, широкий ассортимент пластиков, включая пластики, полученные из биологического сырья, упаковки и ковровые настилы. Примеры промышленных отходов и остатков включают, однако не ограничиваясь ими, отходы и остатки строительной промышленности, текстильной промышленности, пищевой промышленности, нефтехимической промышленности, ковровой промышленности, промышленности по производству пластиков, бумажной промышленности, фармацевтической промышленности, гостиничной индустрии и т.п. Примеры сельскохозяйственных отходов включают, однако не ограничиваясь ими, отходы сельскохозяйственных культур, пищевые отходы и отходы животноводства. Городские отходы обычно являются разорванным или измельченным мусором после сбора, что содействует сортировке и/или обращению. Разорванные или измельченные городские отходы могут быть в основном разделены на их составляющие компоненты, если это желательно, включающие металлы, пластики и целлюлозные материалы. Как использовано в данном документе, «городские отходы» являются цельным мусором или мусором, который был разорван или измельчен, включающим его отсортированные и несортированные варианты. В предпочтительном варианте осуществления городские отходы являются целлюлозным компонентом разорванного мусора. Наряду с тем, что городские отходы могут включать некоторые компоненты других типов биомассы, как определено в данном документе (например, мягкую древесину или твердую древесину), биомасса типа городских отходов, как использовано в данном документе, включает лишь городские отходы, которые являются мусором или являются производными от мусора (например, которые являются смесью разнородных материалов, таких как металлы, пластик, банановая кожура, кости цыплят и т.д., или являются производными от них). В этом отношении, определенные типы «чистых» строительных отходов, такие как древесные опилки или забракованные доски 2×4s, не рассматриваются как являющиеся «мусором», как использовано в данном документе, поскольку эти строительные отходы, которые могут содержать лишь твердый древесный материал, не были производными от «мусора», как использовано в данном документе, (т.е. разнородной смеси материалов, таких как кости цыплят, банановая кожура, бумага санитарно-гигиенического назначения и т.д.).
[0054] Как использовано в данном документе, «олигосахарид» относится к линейным или разветвленным углеводным молекулам с одними и теми же или разными моносахаридными звеньями, соединенными гликозидными связями. Олигосахариды, как определено в данном документе, состоят из примерно 2 до примерно 30 моносахаридных звеньев. Полисахариды, как определено в данном документе, состоят из по меньшей мере примерно 31 моносахаридного звена.
[0055] Как использовано в данном документе, «моносахарид» относится к любому классу сахаров, которые не могут быть гидролизованы, чтобы произвести более простой сахар. Моносахариды обычно являются C5 (например, ксилоза) и C6 (например, глюкоза) сахарами, но могут также включать моносахариды, имеющие другое число атомов углерода, такие как C2, C3, C4, C7, C8 и т.д. Моносахариды могут быть либо в форме с открытой цепью, либо в циклической форме.
[0056] Как использовано в данном документе, «гемицеллюлоза» относится к группе полисахаридов клеточных оболочек, которые имеют β-(1→4)-связанную структуру с экваториальной конфигурацией. Гемицеллюлозы включают ксилоглюканы, ксиланы, маннаны и глюкоманнаны и β-(1→3,1→4)-глюканы. Основными компонентами гемицеллюлозы обычно являются ксилан (например, полимеры ксилозы) и глюкоманнан.
[0057] Как использовано в данном документе, «непрерывный» означает процесс, который является непрерываемым в отношении его длительности, или прерываемым, временно останавливаемым или приостановленным лишь кратковременно по отношению к продолжительности процесса. Обработка биомассы является «непрерывной», когда биомассу подают в устройство без прерывания или без значительного прерывания, или обработка указанной биомассы не выполняется в виде периодического процесса.
[0058] Как использовано в данном документе, «периодический» означает процесс, который выполняют в виде одной или нескольких стадий. Например, периодический процесс, который использует реактор периодического действия (например, порционный резервуар или порционный варочный котел), может быть выполнен на стадии, на которой различные компоненты загружают в резервуар порционным образом и затем по существу не добавляют материал и не удаляют его из резервуара на протяжении цикла (например, нагревания или промывки).
[0059] Как использовано в данном документе, «общая ксилоза» или «эквивалент ксилозы» означает массу ксилана и/или ксило-олигосахаридов (XOS), как контекст будет это обусловливать, выраженную как их эквивалентная масса в отношении ксилозы. Другими словами, «общая ксилоза» или «эквивалент ксилозы» представляет собой массу ксилозы, которая будет получена из гидролиза ксилана и/или ксило-олигосахаридов (XOS), которая учитывает добавленную массу от добавления воды при гидролизе.
[0060] Выход сахаров может быть определен следующим образом:
(1)
И, в качестве более конкретного примера для ксилозы (основного компонента гемицеллюлозы):
(2)
[0061] Как использовано в данном документе, выход видов, представляющих интерес, вычисляют при применении видов, присутствующих в объемной жидкости, и выход не охватывает любые виды, присутствующие (т.е. «захваченные») внутри пор биомассы. Например, по отношению к уравнению (2) выше, масса мономера ксилозы и масса олигомера ксилозы включают лишь те виды, которые присутствуют в объемной жидкости, однако не включают любой мономер ксилозы или олигомер ксилозы, присутствующий (т.е. «захваченный») внутри пор биомассы.
[0062] Конверсию ксилана вычисляют посредством применения обычных методов, известных в данной области техники. Например, конверсию ксилана обычно вычисляют посредством вычитания количества ксилана, остающегося после гидролиза, из начального количества ксилана перед гидролизом, и деления результата на начальное количество ксилана перед гидролизом.
[0063] Как использовано в данном документе, термин «по существу не содержит» относится к композиции, содержащей менее чем примерно 1% по массе, предпочтительно менее чем примерно 0,5% по массе и более предпочтительно менее чем примерно 0,1% по массе, в расчете на общую массу композиции, определенного материала.
[0064] Как использовано в данном документе, «биологическая обработка» относится к обработке, включающей подвергание биомассы воздействию окружающей среды, содержащей живые организмы или вирусы, способные к модифицированию биомассы. Например, и без ограничений, биологическая обработка может содержать компостирование и анаэробную обработку. В одном из вариантов осуществления биологическая обработка содержит подвергание воздействию грибков или любых других дереворазрушающих организмов. В другом варианте осуществления дереворазрушающие организмы могут включать один из или несколько видов из термитов, муравьев-древоточцев, садовых муравьев лазий светло-бурый, лазий желтый и др., жучков, бактерий, или любую их комбинацию.
[0065] Сверхкритическая текучая среда является текучей средой при температуре выше ее критической температуры и при давлении выше ее критического давления. Сверхкритическая текучая среда существует при «критической точке» или выше нее, точке наиболее высоких значений температуры и давления, при которых жидкая и паровая (газовая) фазы могут находиться в равновесии одна с другой. Выше критического давления и критической температуры различие между жидкой и газовой фазами перестает существовать. Сверхкритическая текучая среда обладает свойствами проникновения газа одновременно со свойствами жидкости в качестве растворителя. Соответственно, экстрагирование сверхкритической текучей средой обладает преимуществами высокой проникающей способности и хорошей растворяющей способности.
[0066] Опубликованные критические температуры и давления включают: для чистой воды, критическая температура примерно 374,2°С и критическое давление примерно 221 бар; для диоксида углерода, критическая температура примерно 31°С и критическое давление примерно 72,9 атмосферы (примерно 1072 фунта на кв. дюйм изб. давл.). Околокритическая вода имеет температуру при примерно 300°С или выше и ниже критической температуры воды (374,2°С) и давление достаточно высокое, чтобы обеспечивать то, чтобы вся текучая среда находилась в жидкой фазе. Докритическая вода имеет температуру менее чем примерно 300°С и давление достаточно высокое, чтобы обеспечивать то, чтобы вся текучая среда находилась в жидкой фазе. Температура докритической воды может быть выше чем примерно 250°С и менее чем примерно 300°С и во многих случаях докритическая вода имеет температуру между примерно 250°С и примерно 280°С. Термин «горячая вода под давлением» применяют взаимозаменяемым образом в данном документе для воды, которая находится в ее критическом состоянии или выше, или определяется в данном документе как околокритическая или докритическая, или при любой другой температуре выше примерно 50 °C (предпочтительно, по меньшей мере примерно 100 °C, выше примерно 150°С или выше примерно 200°С), однако ниже чем докритическая и при таком давлении, что вода находится в жидком состоянии.
[0067] Как использовано в данном документе, текучая среда, которая является «сверхкритической» (например, сверхкритическая вода, сверхкритический CO2 и т.д.), означает текучую среду, которая может быть сверхкритической, если присутствует в чистой форме при заданных условиях температуры и давления. Например, «сверхкритическая вода» означает воду, присутствующую при температуре по меньшей мере примерно 374,2°С и давлении по меньшей мере примерно 221 бар, является ли вода чистой водой или присутствует в виде смеси (например, воды и этанола, воды и CO2 и т.д.). Соответственно, например, «смесь докритической воды и сверхкритического диоксида углерода» означает смесь воды и диоксида углерода при температуре и давлении, которые выше их величин для критической точки для диоксида углерода, однако ниже критической точки для воды, независимо от того, содержит ли сверхкритическая фаза воду, и независимо от того, содержит ли водная фаза какое-либо количество диоксида углерода. Например, смесь докритической воды и сверхкритического CO2 может иметь температуру от примерно 250°С до примерно 280°С и давление по меньшей мере примерно 225 бар.
[0068] Как использовано в данном документе, термин «эквивалентный диаметр сферических частиц» является путем выражения объема щепы или частицы биомассы в пересчете на диаметр сферы, охватывающей такой же объем. Более конкретно, «эквивалентный диаметр сферических частиц» представляет собой диаметр сферы, которая охватывает такой же объем, что и данная частица или щепа биомассы нерегулярной формы. Например, для частицы биомассы кубической формы, имеющей размеры A x B x C дюймов и занимающей объем A*B*C дюйм3, эквивалентный сферический диаметр составляет 2(3ABC/4π)1/3 дюймов (т.е. диаметр сферы, имеющей объем ABC дюйм3).
[0069] Как использовано в данном документе, термины «кажущаяся скорость» или «наблюдаемая скорость» применяют взаимозаменяемым образом, и они относятся к скорости формирования или исчезновения видов, которые наблюдаются во время реакции. В одном из вариантов осуществления термины «кажущаяся скорость» или «наблюдаемая скорость» могут относиться к величине комбинированных скоростей диффузии и реакции.
[0070] Как использовано в данном документе, «присущая скорость реакции» представляет собой скорость реакции, вычисленную или измеренную при отсутствии диффузии или любого другого феномена, который может вносить вклад в кажущуюся скорость. В этом контексте, присущую скорость реакции вычисляют или измеряют при применении объемных концентраций жидкости для реагентов и продуктов.
[0071] Как использовано в данном документе, термины «время X», «время Y» и «время Z» относятся ко времени, соответствующего установленному периоду гидролиза биомассы. С точки зрения максимального выхода гидролиза, термин «максимальный выход гидролиза при времени X (или or время Y, или время Z)» относится к периоду времени, требующемуся от начала процесса гидролиза до достижения максимального выхода гидролиза для одного или нескольких сахаров при гидролизе определенной исходной модифицированной биомассы или комбинации исходных биомасс. Обычно, «время X» (или «время Y» или «время Z») не включает какое-либо время, требующееся для доведения реакционной смеси до температуры гидролиза. Например, период времени, требующийся, чтобы нагреть смесь от комнатной температуры (например, примерно 20°С) до температуры экстрагирования (например, примерно 165°С) при скорости примерно 4°С/мин, не включен во время время X или время Y или время Z. В таких случаях, начало отсчета времени в измерении времени X (или времени Y или Z) является моментом времени, при котором достигнута температура примерно 165°С. В некоторых вариантах осуществления начало отсчета времени в измерении времени X (или времени Y или времени Z) может быть таким, когда первоначально достигнута определенная пороговая температура (например, пороговая температура примерно 135°С, примерно 140°С, примерно 145°С, примерно 150°С, примерно 155°С, примерно 160°С, примерно 165°С, примерно 170°С, примерно 175°С, примерно 180°С, примерно 185°С, примерно 190°С, примерно 195°С, примерно 200°С, примерно 205°С, примерно 210°С, примерно 215°С, примерно 220°С, примерно 225°С, примерно 230°С, примерно 235°С, примерно 240°С, примерно 245°С, примерно 250°С, примерно 255°С, примерно 260°С, примерно 265°С, примерно 270°С, примерно 275°С, примерно 280°С, примерно 285°С, примерно 290°С, примерно 295°С или примерно 300°С). В некоторых вариантах осуществления, в которых гидролиз происходит в две стадии или более, и температура понижается ниже пороговой температуры между стадиями, время X или время Y или время Z представляет собой общее время, при котором реакционная смесь находится выше пороговой температуры, однако которое не включает время ниже пороговой температуры. В некоторых вариантах осуществления начало отсчета времени в измерении времени X (или времени Y или времени Z) может являться временем, при котором виды, представляющие интерес, первоначально определяют при применении методов анализа сахара, описанных в данном документе. Время X или время Y или время Z может относиться, например, ко времени нахождения выше пороговой температуры в варочном котле или, например, может относиться ко времени нахождения выше пороговой температуре в проточном реакторе.
[0072] Как использовано в данном документе, термин «выход от разложения» относится к выходу продукта разложения. В некоторых вариантах осуществления продукты разложения включают, без ограничения, фурфурол, гидроксиметилфурфурол (ГМФ) и органические кислоты, такие как муравьиная кислота, левулиновая кислота и/или молочная кислота. В предпочтительном варианте осуществления «выход от разложения» относится к выходу фурфурола.
[0073] Применение численных величин в различных количественных величинах, указанных в этой заявке, если определенно не указано иное, определено как приблизительные значения посредством минимальной и максимальной величин в установленных интервалах, обеим которым предшествует слово «примерно». Таким образом, небольшие вариации от установленной величины могут быть использованы, чтобы достигнуть по существу таких же результатов, что и в случае установленной величины. При этом, установление интервалов предназначено как указание непрерывного интервала, включающего каждую величину между указанными минимальной и максимальной величинами, а также любые интервалы, которые могут быть образованы такими величинами. Также описаны в данном документе всевозможные отношения (и интервалы любых таких отношений), которые могут быть образованы делением указанной численной величины на любую другую указанную численную величину. Соответственно, специалисту в данной области техники будет понятно, что многие такие отношения, интервалы и интервалы отношений могут быть однозначным образом получены от численных величин, представленных в данном документе, и во всех случаях такие отношения, интервалы и интервалы отношений представляют различные варианты осуществления данного изобретения.
[0074] Наряду с тем, что данное изобретение способно к осуществлению в различных формах, приведенное ниже описание нескольких вариантов осуществления представлено при условии, что данное описание должно рассматриваться как пояснение данного изобретения примерами, и оно не предназначено для ограничения данного изобретения конкретными проиллюстрированными вариантами осуществления. Заголовки предоставлены лишь для удобства и не должны интерпретироваться как ограничивающие данное изобретение каким-либо образом. Варианты осуществления, проиллюстрированные в любом разделе или в любом фрагменте текста, могут быть объединены с вариантами осуществления, проиллюстрированными в любом другом разделе или фрагменте текста.
[0075] В одном из вариантов осуществления данное изобретение направлено на способ гидролиза, включающий:
(1) предоставление по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс, содержащих:
(a) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% первой исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени X, когда подвергается воздействию условий первичной обработки; и
(b) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% второй исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени Y, когда подвергается воздействию условий первичной обработки;
где:
вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы;
время X меньше или равно времени Y;
и время X и время Y различаются на величину, которая меньше чем или равна примерно 100% от времени X;
и
(2) подвергание смеси первой исходной модифицированной биомассы и второй исходной модифицированной биомассы воздействию условий первичной обработки, чтобы достигнуть максимального выхода гидролиза при времени Z, при этом время Z меньше, чем время Y;
где:
данный способ гидролиза выполняют при pH по меньшей мере 1,3; и
все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс.
[0076] В некоторых вариантах осуществления первая исходная модифицированная биомасса, проявляющая максимальный выход гидролиза при времени X, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки, может присутствовать в смеси по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс в любом количестве от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.%, включая примерные количества по меньшей мере примерно 1 масс.%, по меньшей мере примерно 5 масс.%, по меньшей мере примерно 10 масс.%, по меньшей мере примерно 15 масс.%, по меньшей мере примерно 20 масс.%, по меньшей мере примерно 25 масс.%, по меньшей мере примерно 30 масс.%, по меньшей мере примерно 35 масс.%, по меньшей мере примерно 40 масс.%, по меньшей мере примерно 45 масс.%, по меньшей мере примерно 50 масс.%, по меньшей мере примерно 55 масс.%, по меньшей мере примерно 60 масс.%, по меньшей мере примерно 65 масс.%, по меньшей мере примерно 70 масс.%, по меньшей мере примерно 75 масс.%, по меньшей мере примерно 80 масс.%, по меньшей мере примерно 85 масс.%, по меньшей мере примерно 90 масс.%, по меньшей мере примерно 95 масс.% или по меньшей мере примерно 99 масс.%, где все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс. В качестве альтернативы или в дополнение, первая исходная модифицированная биомасса может присутствовать в смеси по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс в количестве менее чем примерно 100 масс.%, например, менее примерно 99 масс.%, менее чем примерно 95 масс.%, менее чем примерно 90 масс.%, менее чем примерно 85 масс.%, менее чем примерно 80 масс.%, менее чем примерно 75 масс.%, менее чем примерно 70 масс.%, менее чем примерно 65 масс.%, менее чем примерно 60 масс.%, менее чем примерно 55 масс.%, менее чем примерно 50 масс.%, менее чем примерно 45 масс.%, менее чем примерно 40 масс.%, менее чем примерно 35 масс.%, менее чем примерно 30 масс.%, менее чем примерно 25 масс.%, менее чем примерно 20 масс.%, менее чем примерно 15 масс.%, менее чем примерно 10 масс.%, менее чем примерно 5 масс.% или менее чем примерно 1 масс.%, где все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс. Количество первой исходной модифицированной биомассы может быть ограничено любыми двумя из вышеуказанных предельных значений или может являться неограничивающим интервалом. Например, первая исходная модифицированная биомасса может присутствовать в смеси по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс в количестве по меньшей мере примерно 10 масс.%, от примерно 20 масс.% до примерно 65 масс.% или менее чем примерно 90 масс.%.
[0077] В некоторых вариантах осуществления вторая исходная модифицированная биомасса, проявляющая максимальный выход гидролиза при времени Y, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки, может присутствовать в смеси по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс в любом количестве от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.%, включая примерные количества по меньшей мере примерно 1 масс.%, по меньшей мере примерно 5 масс.%, по меньшей мере примерно 10 масс.%, по меньшей мере примерно 15 масс.%, по меньшей мере примерно 20 масс.%, по меньшей мере примерно 25 масс.%, по меньшей мере примерно 30 масс.%, по меньшей мере примерно 35 масс.%, по меньшей мере примерно 40 масс.%, по меньшей мере примерно 45 масс.%, по меньшей мере примерно 50 масс.%, по меньшей мере примерно 55 масс.%, по меньшей мере примерно 60 масс.%, по меньшей мере примерно 65 масс.%, по меньшей мере примерно 70 масс.%, по меньшей мере примерно 75 масс.%, по меньшей мере примерно 80 масс.%, по меньшей мере примерно 85 масс.%, по меньшей мере примерно 90 масс.%, по меньшей мере примерно 95 масс.% или по меньшей мере примерно 99 масс.%, где все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс. В качестве альтернативы или в дополнение, вторая исходная модифицированная биомасса может присутствовать в смеси по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс в количестве менее чем примерно 100 масс.%, например, менее примерно 99 масс.%, менее чем примерно 95 масс.%, менее чем примерно 90 масс.%, менее чем примерно 85 масс.%, менее чем примерно 80 масс.%, менее чем примерно 75 масс.%, менее чем примерно 70 масс.%, менее чем примерно 65 масс.%, менее чем примерно 60 масс.%, менее чем примерно 55 масс.%, менее чем примерно 50 масс.%, менее чем примерно 45 масс.%, менее чем примерно 40 масс.%, менее чем примерно 35 масс.%, менее чем примерно 30 масс.%, менее чем примерно 25 масс.%, менее чем примерно 20 масс.%, менее чем примерно 15 масс.%, менее чем примерно 10 масс.%, менее чем примерно 5 масс.% или менее чем примерно 1 масс.%, где все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс. Количество второй исходной модифицированной биомассы может быть ограничено любыми двумя из вышеуказанных предельных значений или может являться неограничивающим интервалом. Например, вторая исходная модифицированная биомасса может присутствовать в смеси по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс в количестве по меньшей мере примерно 40 масс.%, от примерно 65 масс.% до примерно 85 масс.% или менее чем примерно 80 масс.%.
[0078] В некоторых вариантах осуществления в смеси могут присутствовать третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая, девятая или десятая исходные биомассы, и такие исходные материалы могут быть немодифицированными или модифицированными, как определено в данном документе. Численный интервал массовых процентов, указанный в данном документе для первой исходной модифицированной биомассы, может быть использован, чтобы описывать количество любого из этих дополнительных исходных материалов, если они присутствуют, и величины массовых процентов представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе всех присутствующих исходных биомасс.
[0079] В определенных вариантах осуществления способ гидролиза, описанный в данном документе, может быть выполнен при pH по меньшей мере 1,3. Максимальная величина pH не ограничивается особым образом, однако обычно она составляет менее чем примерно 9. Например, способ гидролиза может быть выполнен при pH по меньшей мере 1,3, например, по меньшей мере примерно 1,5, например, по меньшей мере примерно 1,7, по меньшей мере примерно 1,9, по меньшей мере примерно 2, по меньшей мере примерно 2,2, по меньшей мере примерно 2,6, по меньшей мере примерно 2,8, по меньшей мере примерно 3, по меньшей мере примерно 3,2, по меньшей мере примерно 3,4, по меньшей мере примерно 3,6, по меньшей мере примерно 3,8, по меньшей мере примерно 4, по меньшей мере примерно 4,2, по меньшей мере примерно 4,4, по меньшей мере примерно 4,6, по меньшей мере примерно 4,8, по меньшей мере примерно 5, по меньшей мере примерно 5,2, по меньшей мере примерно 5,4, по меньшей мере примерно 5,6, по меньшей мере примерно 5,8, по меньшей мере примерно 6, по меньшей мере примерно 6,2, по меньшей мере примерно 6,4, по меньшей мере примерно 6,6, по меньшей мере примерно 6,8, по меньшей мере примерно 7, по меньшей мере примерно 7,2, по меньшей мере примерно 7,4, по меньшей мере примерно 7,6, по меньшей мере примерно 7,8, по меньшей мере примерно 8, по меньшей мере примерно 8,2, по меньшей мере примерно 8,4, по меньшей мере примерно 8,6, по меньшей мере примерно 8,8 или по меньшей мере примерно 9. В качестве альтернативы или в дополнение, способ гидролиза может быть выполнен при pH менее чем примерно 9, например, менее чем примерно 8,8, менее чем примерно 8,6, менее чем примерно 8,4, менее чем примерно 8,2, менее чем примерно 8, менее чем примерно 7,8, менее чем примерно 7,6, менее чем примерно 7,4, менее чем примерно 7,2, менее чем примерно 7, менее чем примерно 6,8, менее чем примерно 6,6, менее чем примерно 6,4, менее чем примерно 6,2, менее чем примерно 6, менее чем примерно 5,8, менее чем примерно 5,6, менее чем примерно 5,4, менее чем примерно 5,2, менее чем примерно 5, менее чем примерно 4,8, менее чем примерно 4,6, менее чем примерно 4,4, менее чем примерно 4,2, менее чем примерно 4, менее чем примерно 3,8, менее чем примерно 3,6, менее чем примерно 3,4, менее чем примерно 3,2, менее чем примерно 3, менее чем примерно 2,8, менее чем примерно 2,6, менее чем примерно 2,4, менее чем примерно 2,2, менее чем примерно 2, менее чем примерно 1,8, менее чем примерно 1,6 или менее чем примерно 1,4. Способ гидролиза может быть выполнен при величине pH, ограниченной любыми двумя из вышеуказанных предельных значений или находящейся в неограничивающем интервале, при условии, что pH составляет по меньшей мере 1,3. Например, способ гидролиза может быть выполнен при pH по меньшей мере 1,3, от примерно 1,5 до примерно 6, или примерно 7 или менее.
[0080] В одном из вариантов осуществления вторая исходная модифицированная биомасса может отличаться от первой исходной модифицированной биомассы посредством различия, выбранного из группы, состоящей из содержания компонентов состава, типа биомассы, вида биомассы, структуры гемицеллюлозы, географического места сбора, сезона сбора и любой их комбинации.
[0081] Биомасса обычно состоит из нескольких компонентов, включая, например, и без ограничения, лигнин, целлюлозу, гемицеллюлозу, золу и экстрактивные вещества, которые все могут присутствовать в различных количествах (т.е. при различных соотношениях в композиции). Некоторые биомассы, такие как лигноцеллюлозная биомасса, могут включать все из этих компонентов, в то время как другие биомассы, такие как хлопок, могут включать не все эти компоненты (например, могут не содержать один или несколько из этих компонентов). Содержание каждого компонента может варьироваться в пределах общего количества присутствующих компонентов. Например, для данной биомассы, целлюлоза может присутствовать в количестве от примерно 15 масс.% до примерно 95 масс.%, гемицеллюлоза может присутствовать в количестве от примерно 0 масс.% до примерно 40 масс.%, лигнин может присутствовать в количестве от примерно 0 масс.% до примерно 35 масс.%, зола может присутствовать в количестве от примерно 0 масс.% до примерно 30 масс.%, протеин может присутствовать в количестве от примерно 0 масс.% до примерно 20 масс.%, и экстрактивные вещества могут присутствовать в количестве от примерно 0 масс.% до примерно 25 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал (т.е. исключая воду).
[0082] В некоторых вариантах осуществления содержание целлюлозы в составе данной биомассы может составлять по меньшей мере примерно 15 масс.%, например, по меньшей мере примерно 20 масс.%, по меньшей мере примерно 25 масс.%, по меньшей мере примерно 30 масс.%, по меньшей мере примерно 35 масс.%, по меньшей мере примерно 40 масс.%, по меньшей мере примерно 45 масс.%, по меньшей мере примерно 50 масс.%, по меньшей мере примерно 55 масс.%, по меньшей мере примерно 60 масс.%, по меньшей мере примерно 65 масс.%, по меньшей мере примерно 70 масс.%, по меньшей мере примерно 75 масс.%, по меньшей мере примерно 80 масс.%, по меньшей мере примерно 85 масс.% или по меньшей мере примерно 90 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. В качестве альтернативы или в дополнение, содержание целлюлозы в составе может составлять менее чем примерно 95 масс.%, например, менее чем примерно 90 масс.%, менее чем примерно 85 масс.%, менее чем примерно 80 масс.%, менее чем примерно 75 масс.%, менее чем примерно 70 масс.%, менее чем примерно 65 масс.%, менее чем примерно 60 масс.%, менее чем примерно 55 масс.%, менее чем примерно 50 масс.%, менее чем примерно 45 масс.%, менее чем примерно 40 масс.%, менее чем примерно 35 масс.%, менее чем примерно 30 масс.%, менее чем примерно 25 масс.% или менее чем примерно 20 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. Эти нижние и верхние пределы по отношению к содержанию целлюлозы в составе могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающие интервалы, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0083] В некоторых вариантах осуществления содержание гемицеллюлозы в данной биомассе может составлять по меньшей мере примерно 0 масс.%, например, по меньшей мере примерно 0,2 масс.%, по меньшей мере примерно 0,5 масс.%, по меньшей мере примерно 1 масс.%, по меньшей мере примерно 5 масс.%, по меньшей мере примерно 10 масс.%, по меньшей мере примерно 15 масс.%, по меньшей мере примерно 20 масс.%, по меньшей мере примерно 25 масс.%, по меньшей мере примерно 30 масс.% или по меньшей мере примерно 35 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. В качестве альтернативы или в дополнение, содержание гемицеллюлозы в биомассе может быть менее чем примерно 40 масс.%, например, менее чем примерно 35 масс.%, менее чем примерно 30 масс.%, менее чем примерно 25 масс.%, менее чем примерно 20 масс.%, менее чем примерно 15 масс.%, менее чем примерно 10 масс.%, менее чем примерно 5 масс.%, менее чем примерно 1 масс.%, менее чем примерно 0,5 масс.% или менее чем примерно 0,2 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. Эти нижние и верхние пределы по отношению к содержанию гемицеллюлозы в составе могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0084] В некоторых вариантах осуществления содержание лигнина в данной биомассе может составлять по меньшей мере примерно 0 масс.%, например, по меньшей мере примерно 1 масс.%, по меньшей мере примерно 2 масс.%, по меньшей мере примерно 5 масс.%, по меньшей мере примерно 10 масс.%, по меньшей мере примерно 15 масс.%, по меньшей мере примерно 20 масс.%, по меньшей мере примерно 25 масс.% или по меньшей мере примерно 30 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. В качестве альтернативы или в дополнение, содержание лигнина в биомассе может быть менее чем примерно 35 масс.%, например, менее чем примерно 30 масс.%, менее чем примерно 25 масс.%, менее чем примерно 20 масс.%, менее чем примерно 15 масс.%, менее чем примерно 10 масс.%, менее чем примерно 5 масс.%, менее чем примерно 2 масс.%, или менее чем примерно 1 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. Эти нижние и верхние пределы по отношению к содержанию лигнина в составе могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал. В некоторых вариантах осуществления количество лигнина составляет примерно 0 масс.%.
[0085] В некоторых вариантах осуществления содержание золы в данной биомассе может составлять по меньшей мере примерно 0 масс.%, например, по меньшей мере примерно 5 масс.%, по меньшей мере примерно 10 масс.%, по меньшей мере примерно 15 масс.%, по меньшей мере примерно 20 масс.% или по меньшей мере примерно 25 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. В качестве альтернативы или в дополнение, содержание золы в биомассе может составлять менее чем примерно 30 масс.%, например, менее чем примерно 25 масс.%, менее чем примерно 20 масс.%, менее чем примерно 15 масс.%, менее чем примерно 10 масс.% или менее чем примерно 5 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. Эти нижние и верхние пределы по отношению к содержанию золы в составе могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0086] В некоторых вариантах осуществления содержание протеина в данной биомассе может составлять по меньшей мере примерно 0 масс.%, например, по меньшей мере примерно 2 масс.%, по меньшей мере примерно 4 масс.%, по меньшей мере примерно 6 масс.%, по меньшей мере примерно 8 масс.%, по меньшей мере примерно 10 масс.%, по меньшей мере примерно 12 масс.%, по меньшей мере примерно 14 масс.%, по меньшей мере примерно 16 масс.% или по меньшей мере примерно 18 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. В качестве альтернативы или в дополнение, содержание протеина в биомассе может быть менее чем примерно 20 масс.%, например, менее чем примерно 18 масс.%, менее чем примерно 16 масс.%, менее чем примерно 14 масс.%, менее чем примерно 12 масс.%, менее чем примерно 10 масс.%, менее чем примерно 8 масс.%, менее чем примерно 6 масс.%, менее чем примерно 4 масс.% или менее чем примерно 2 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. Эти нижние и верхние пределы по отношению к содержанию протеина в составе могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал. В некоторых вариантах осуществления содержание протеина составляет 0 масс.%.
[0087] В некоторых вариантах осуществления содержание экстрактивных веществ в составе данной биомассы может составлять по меньшей мере примерно 0 масс.%, например, по меньшей мере примерно 5 масс.%, по меньшей мере примерно 10 масс.%, по меньшей мере примерно 15 масс.% или по меньшей мере примерно 20 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. В качестве альтернативы или в дополнение, содержание экстрактивных веществ может составлять менее чем примерно 25 масс.%, например, менее чем примерно 20 масс.%, менее чем примерно 15 масс.%, менее чем примерно 10 масс.% или менее чем примерно 5 масс.%, по отношению к общей массе биомассы в расчете на сухой материал. Эти нижние и верхние пределы по отношению к содержанию экстрактивных веществ в составе могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0088] В определенных вариантах осуществления вторая исходная модифицированная биомасса может быть иным видом биомассы, чем первая исходная модифицированная биомасса. Например, и без ограничений, виды биомассы могут быть любыми наземными или морскими видами. В некоторых вариантах осуществления и без ограничений виды биомассы могут включать бальзамин, сахарный тростник, жмых от сахарного тростника, зерно, соевые бобы, любые водные виды, агаву, гваюлу, табачные листья, пальмовые деревья, яблочный жмых, бамбук, банановые фрукты, банановую кожуру, банановые листья, банановые псевдостебли, банановые оси, цитрусовые отходы, молотый кофе, кукурузные початки, кукурузную солому, энергетический тростник, смесь твердых древесин, мискантус, смешанные мягкие древесины, пальмовые пустые плодовые грозди, листья плодоносящих пальм, волокно от отжима пальмовых плодов, пальмовое дерево, стволы срубленных фруктовых деревьев, шлам от целлюлозно-бумажного предприятия, ананасные отходы, отходы от обработки риса, стебли риса, саговую пальму, березу, биопульпу, чистую бумагу, бумажные отходы, дерево от строительных конструкций, смешанную бумагу, древесные отходы, ивовый хворост, сосну ладанную, кору, осину, ясень черный, американскую липу, красный дуб, березу японскую, клен красный, клен сахарный, тополь бальзамический, прелую осину, платан западный, бородач, белую акацию, целлюлозный шлам, тополь дельтовидный (populus deltoides), эвкалипт, кормовое сорго, гибридный тополь, сосну лучистую (pinus radiata), леспедезу многолетнюю, хлопья сольки (хлопкообразного искусственного волокна из волокнистой массы еловой древесины), сахарное сорго, просо прутьевидное, овсяницу тростниковую, пшеницу мягкую (triticum aestivum), тюльпанное дерево, или любую их комбинацию.
[0089] В некоторых вариантах осуществления вторая исходная модифицированная биомасса и первая исходная модифицированная биомасса могут быть собраны из различных географических мест, так что первая и вторая модифицированные биомассы считаются «разными», как использовано в данном документе. Расстояние определено в данном документе как кратчайшее расстояние между двумя пунктами. Например, вторая исходная модифицированная биомасса и первая исходная модифицированная биомасса могут быть собраны в местах сбора, разделенных по меньшей мере на примерно 30 миль (48 км), разделенных, например, по меньшей мере на примерно 50 миль (80 км), разделенных по меньшей мере на примерно 100 миль (161 км), разделенных по меньшей мере на примерно 500 миль (805 км), разделенных по меньшей мере на примерно 1000 миль (1609 км), разделенных по меньшей мере на примерно 5000 миль (8045 км), разделенных по меньшей мере на примерно 10000 миль (16090 км) или разделенных по меньшей мере на примерно 12500 миль (20112 км). В качестве альтернативы или в дополнение, вторая исходная модифицированная биомасса и первая исходная модифицированная биомасса могут быть собраны в местах сбора, разделенных на менее чем примерно 12500 миль (20112 км), например, разделенных на менее чем примерно 10000 миль (16090 км), разделенных на менее чем примерно 5000 миль (8045 км), разделенных на менее чем примерно 1000 миль (1609 км), разделенных на менее чем примерно 500 миль (805 км), разделенных на менее чем примерно 100 миль (161 км) или разделенных на менее чем примерно 50 миль (80 км). Эти нижние и верхние пределы по отношению к географическому месту сбора могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал. В некоторых вариантах осуществления вторая модифицированная биомасса может являться тем же самым видом, что и первая модифицированная биомасса, однако собранной из других географических мест, как определено в данном документе. В этом случае, первая и вторая биомассы будут считаться «разными», как использовано в данном документе.
[0090] В других вариантах осуществления первая и вторая модифицированные биомассы могут быть разными типами биомассы и типы первой и второй исходных модифицированных биомасс могут быть независимым образом выбраны из группы, состоящей из биомассы из мягкой древесины, биомассы из твердой древесины, биомассы из волокон однолетних растений, недревесной биомассы, коммунально-бытовых твердых отходов и любой их комбинации. В одном из вариантов осуществления, например, биомасса из мягкой древесины и биомасса из твердой древесины могут включать, однако не ограничиваясь ими, древесные части дерева, щепу из целых деревьев, щепу от кряжей, крошку от измельчения, производственные остатки, остатки лесозаготовок, древесные отходы от потребителя или промышленных производств, городские и сельскохозяйственные древесные отходы. В одном из вариантов осуществления производственные остатки могут включать древесную щепу, стружки, опилки и кору, оставшиеся от производства пиломатериалов и строительных панелей. В другом варианте осуществления остатки лесозаготовок могут включать вершины и суки, слишком малые для производства пиломатериалов или содержащие слишком много коры для применения в качестве целлюлозы. Деревья низкой ценности могут также быть измельчены в щепу в целом для применения для выработки энергии. В еще одном варианте осуществления древесные отходы от потребителя могут включать пиломатериалы в виде строительных обрезков, от сноса сооружений и/или деревянной мебели. Материал от строительных работ имеет более высокую ценность, поскольку он обычно чище, может не иметь гвоздей, и маловероятно, чтобы он был загрязнен свинцовыми белилами или другими токсичными материалами. В еще одних вариантах осуществления городские и сельскохозяйственные древесные отходы могут включать древесные обрезки и обломки от урагана. Кроме того, сельскохозяйственные древесные отходы могут включать отходы от обрезки фруктовых деревьев. В определенных вариантах осуществления недревесная биомасса может включать сельскохозяйственные продукты, отходы и их комбинации. Например, и без ограничений, сельскохозяйственные продукты могут содержать любые части растений, включая листья, стебли и ножки. Сельскохозяйственные продукты могут дополнительно содержать многолетние лигноцеллюлозные сельскохозяйственные культуры. Остатки сельскохозяйственного производства могут включать, например, кукурузную солому, пшеничную солому, соевую солому, жмых от сахарного тростника, отходы от зерноуборочных работ или отходы переработки фруктов (например, кожица, плодоножки, косточки, семена и т.д.). В другом варианте осуществления недревесная биомасса может включать отходы животноводства, травяные сельскохозяйственные культуры и их комбинации.
[0091] В определенных вариантах осуществления первая и вторая модифицированные биомассы могут иметь разные структуры гемицеллюлозы. Например, и без ограничений, гемицеллюлоза второй исходной модифицированной биомассы может иметь другое относительное содержание компонентов состава мономерных сахаридов, чем гемицеллюлоза первой исходной модифицированной биомассы. Структура гемицеллюлозы может включать в различных пропорциях ксилоглюканы, ксиланы, маннаны и глюкоманнаны и β-(1→3,1→4)-глюканы. Детальная структура гемицеллюлоз и их содержание может широко варьироваться между различными видами и типами клеток. Структура гемицеллюлозы может также отличаться посредством типов, протяженности и мест расположения связей, присутствующих в гемицеллюлозе (например, разветвленности, линейности и типов, мест расположения и количеств сахарных связей, таких как β(1,4), α(1,4), β(1,3), α(1,3) и т.д.). В некоторых вариантах осуществления биомассы с разными структурами гемицеллюлозы могут иметь в результате различные кажущиеся скорости гидролиза и/или различные относительные содержания гидролизованных мономерных сахаридов при одних и тех же условиях гидролиза.
[0092] В некоторых вариантах осуществления первую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством первой обработки. В некоторых вариантах осуществления вторую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством второй обработки. В некоторых вариантах осуществления первую и вторую обработки независимым образом выбирают из группы, состоящей из измельчения, парового взрыва, аммиачного взрыва, ферментативной обработки, кислотной обработки, щелочной обработки, гидротермической обработки, биологической обработки, каталитической обработки, некаталитической обработки и любой их комбинации. Как использовано в данном документе, выражение «первую (или вторую) исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством первой (или второй) обработки» означает, каким образом исходная биомасса была приготовлена, однако не требует, чтобы исходная биомасса являлась активно приготовленной таким образом в качестве части способа гидролиза.
[0093] В некоторых вариантах осуществления способ гидролиза дополнительно включает приготовление первой исходной модифицированной биомассы посредством первой обработки. В некоторых вариантах осуществления способ гидролиза дополнительно включает приготовление второй исходной модифицированной биомассы посредством второй обработки. В некоторых вариантах осуществления первую и вторую обработки независимым образом выбирают из группы, состоящей из измельчения, парового взрыва, аммиачного взрыва, ферментативной обработки, кислотной обработки, щелочной обработки, гидротермической обработки, биологической обработки, каталитической обработки, некаталитической обработки и любой их комбинации. Как использовано в данном документе, выражение «приготовление первой (или второй) исходной модифицированной биомассы посредством первой (или второй) обработки» означает, что, в качестве части способа гидролиза, первую или вторую исходные биомассы приготавливают посредством указанной обработки.
[0094] В некоторых вариантах осуществления первая обработка является такой же, что и вторая обработка, или отличается от нее. Обработки считаются «разными», когда одна обработка является другим типом, чем другая обработка (например, термическая обработка против измельчения), или когда обработки выполняют в разном объеме (например, измельчение до среднего эквивалентного диаметра сферических частиц 100 мм против измельчения до среднего эквивалентного диаметра сферических частиц 1 мм). Подобным образом, обработки считаются одинаковыми, когда обработки являются обработками одного и того же вида (например, термической обработкой) и выполняются в одном и том же объеме (например, обе выполняют при термообработке в течение примерно 100 мин).
[0095] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является измельчение. Измельчение может включать любой способ или комбинацию способов, которые уменьшают размер (например, средний эквивалентный сферический диаметр) исходной биомассы. Подходящие способы измельчения включают любое подходящее механическое измельчение, включая дробление или размол (например, размол в шаровой мельнице, молотковый размол и/или размол в струйной мельнице). Измельчение может также включать взрывную декомпрессию, которая рассмотрена в другом месте в данном документе. В некоторых вариантах осуществления как первая, так и вторая обработки являются измельчением. В некоторых вариантах осуществления средний эквивалентный сферический диаметр второй исходной модифицированной биомассы меньше, чем средний эквивалентный сферический диаметр первой исходной модифицированной биомассы. В некоторых вариантах осуществления средний эквивалентный сферический диаметр по меньшей мере одной из первой и второй исходных модифицированных биомасс может составлять по меньшей мере примерно 0,01 мм, например, по меньшей мере примерно 0,02 мм, по меньшей мере примерно 0,03 мм, по меньшей мере примерно 0,04 мм, по меньшей мере примерно 0,05 мм, по меньшей мере примерно 0,06 мм, по меньшей мере примерно 0,06 мм, по меньшей мере примерно 0,07 мм, по меньшей мере примерно 0,08 мм, по меньшей мере примерно 0,09 мм, по меньшей мере примерно 0,1 мм, по меньшей мере примерно 0,15 мм, по меньшей мере примерно 0,2 мм, по меньшей мере примерно 0,3 мм, по меньшей мере примерно 0,4 мм, по меньшей мере примерно 0,5 мм, по меньшей мере примерно 0,6 мм, по меньшей мере примерно 0,7 мм, по меньшей мере примерно 0,8 мм, по меньшей мере примерно 0,9 мм, по меньшей мере примерно 1 мм, по меньшей мере примерно 1,5 мм, по меньшей мере примерно 2 мм, по меньшей мере примерно 2,5 мм, по меньшей мере примерно 3 мм, по меньшей мере примерно 3,5 мм, по меньшей мере примерно 4 мм, по меньшей мере примерно 4,5 мм, по меньшей мере примерно 5 мм, по меньшей мере примерно 5,5 мм, по меньшей мере примерно 6 мм, по меньшей мере примерно 6,5 мм, по меньшей мере примерно 7 мм, по меньшей мере примерно 7,5 мм, по меньшей мере примерно 8 мм, по меньшей мере примерно 8,5 мм, по меньшей мере примерно 9 мм, по меньшей мере примерно 9,5 мм, по меньшей мере примерно 10 мм, по меньшей мере примерно 12 мм, по меньшей мере примерно 14 мм, по меньшей мере примерно 16 мм, по меньшей мере примерно 18 мм, по меньшей мере примерно 20 мм, по меньшей мере примерно 22 мм, по меньшей мере примерно 24 мм, по меньшей мере примерно 26 мм, по меньшей мере примерно 28 мм, по меньшей мере примерно 30 мм, по меньшей мере примерно 32 мм, по меньшей мере примерно 34 мм, по меньшей мере примерно 36 мм, по меньшей мере примерно 38 мм, по меньшей мере примерно 40 мм, по меньшей мере примерно 42 мм, по меньшей мере примерно 44 мм, по меньшей мере примерно 46 мм, по меньшей мере примерно 48 мм, по меньшей мере примерно 50 мм, по меньшей мере примерно 52 мм, по меньшей мере примерно 54 мм, по меньшей мере примерно 56 мм, по меньшей мере примерно 58 мм или по меньшей мере примерно 60 мм. В качестве альтернативы или в дополнение, средний эквивалентный сферический диаметр по меньшей мере одной из первой и второй исходных модифицированных биомасс может составлять менее чем примерно 60 мм, например, менее чем примерно 58 мм, менее чем примерно 56 мм, менее чем примерно 54 мм, менее чем примерно 52 мм, менее чем примерно 50 мм, менее чем примерно 48 мм, менее чем примерно 46 мм, менее чем примерно 44 мм, менее чем примерно 42 мм, менее чем примерно 40 мм, менее чем примерно 38 мм, менее чем примерно 36 мм, менее чем примерно 34 мм, менее чем примерно 32 мм, менее чем примерно 30 мм, менее чем примерно 28 мм, менее чем примерно 26 мм, менее чем примерно 24 мм, менее чем примерно 22 мм, менее чем примерно 20 мм, менее чем примерно 18 мм, менее чем примерно 16 мм, менее чем примерно 14 мм, менее чем примерно 12 мм, менее чем примерно 10 мм, менее чем примерно 9,5 мм, менее чем примерно 9 мм, менее чем примерно 8,5 мм, менее чем примерно 8 мм, менее чем примерно 7,5 мм, менее чем примерно 7 мм, менее чем примерно 6,5 мм, менее чем примерно 6 мм, менее чем примерно 5,5 мм, менее чем примерно 5 мм, менее чем примерно 4,5 мм, менее чем примерно 4 мм, менее чем примерно 3,5 мм, менее чем примерно 3 мм, менее чем примерно 2,5 мм, менее чем примерно 2 мм, менее чем примерно 1,5 мм, менее чем примерно 1 мм, менее чем примерно 0,9 мм, менее чем примерно 0,8 мм, менее чем примерно 0,7 мм, менее чем примерно 0,6 мм, менее чем примерно 0,5 мм, менее чем примерно 0,4 мм, менее чем примерно 0,3 мм, менее чем примерно 0,2 мм, менее чем примерно 0,15 мм, менее чем примерно 0,1 мм, менее чем примерно 0,09 мм, менее чем примерно 0,08 мм, менее чем примерно 0,07 мм, менее чем примерно 0,06 мм, менее чем примерно 0,05 мм, менее чем примерно 0,04 мм, менее чем примерно 0,03 мм, менее чем примерно 0,02 мм или менее чем примерно 0,01 мм. Эти нижние и верхние пределы по отношению к среднему эквивалентному сферическому диаметру могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал. Эти интервалы могут относиться к среднему эквивалентному сферическому диаметру первой исходной модифицированной биомассы, второй исходной модифицированной биомассы или обеим, первой и второй, исходным модифицированным биомассам. Эти интервалы могут также относиться к среднему эквивалентному сферическому диаметру других исходных биомасс, если они присутствуют (например, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой, девятой, десятой и т.д. исходной биомассе).
[0096] В некоторых вариантах осуществления вторая исходная модифицированная биомасса может иметь средний эквивалентный сферический диаметр менее чем примерно 80%, например, менее чем примерно 75%, менее чем примерно 70%, менее чем примерно 65%, менее чем примерно 60%, менее чем примерно 55%, менее чем примерно 50%, менее чем примерно 45%, менее чем примерно 40%, менее чем примерно 35%, менее чем примерно 30%, менее чем примерно 25%, менее чем примерно 20%, менее чем примерно 15%, менее чем примерно 10%, менее чем примерно 5% или менее чем примерно 1% от среднего эквивалентного сферического диаметра первой исходной модифицированной биомассы. В качестве альтернативы или в дополнение, вторая исходная модифицированная биомасса может иметь средний эквивалентный сферический диаметр по меньшей мере примерно 1%, например, по меньшей мере примерно 5%, по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 15%, по меньшей мере примерно 20%, по меньшей мере примерно 25%, по меньшей мере примерно 30%, по меньшей мере примерно 35%, по меньшей мере примерно 40%, по меньшей мере примерно 45%, по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 55%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 65%, по меньшей мере примерно 70% или по меньшей мере примерно 75% от среднего эквивалентного сферического диаметра первой исходной модифицированной биомассы. Эти верхние и нижние пределы могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0097] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является взрывная декомпрессия. При обработке взрывной декомпрессией, биомассу обычно сжимают текучей средой таким образом, что текучая среда по меньшей мере частично проникает в поры биомассы и затем давление сбрасывают при достаточной скорости, чтобы вызвать расширение текучей среды внутри пор и измельчение биомассы. Взрывная декомпрессия обычно уменьшает размер частиц (например, средний эквивалентный сферический диаметр) биомассы. Любая подходящая текучая среда может быть использована во взрывной декомпрессии, включая, однако без ограничения ими, воду, аммиак, метанол, этанол, диоксид углерода, диоксид серы или любую их комбинацию.
[0098] В варианте осуществления обработка взрывной декомпрессией представляет собой паровой взрыв, в котором текучая среда обычно содержит, состоит из или состоит по существу из воды. В некоторых вариантах осуществления обработка паровым взрывом уменьшает размер (например, средний эквивалентный сферический диаметр) исходной биомассы. Подходящие размеры или интервалы размеров для первой и/или второй исходной модифицированной биомассы являются такими же, что и те размеры и интервалы размеров, которые описаны в данном документе по отношению к измельчению.
[0099] В некоторых вариантах осуществления взрывная декомпрессия является аммиачным взрывом, в котором текучая среда обычно содержит, состоит из или состоит по существу из аммиака. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является аммиачный взрыв (например, обработка волокон аммиачным взрывом (AFEX)). При обработке аммиачным взрывом, биомассу обычно обрабатывают жидким безводным аммиаком при температуре от примерно 50°С до примерно 150°С и давлении от примерно 10 бар до примерно 100 бар. Время обработки обычно является коротким, например, от примерно 1 мин до примерно 20 мин, более предпочтительно примерно 5 мин. Давление затем быстро сбрасывают, тем самым размельчая биомассу до меньших размеров. Обычно аммиак может быть извлечен и рециркулирован в процесс. Воду обычно не добавляют для обработки аммиачным взрывом. Биомассу не требуется сушить перед применением (т.е. она может сохранять содержание влаги, которое она имеет в условиях окружающей среды).
[0100] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является ферментативная обработка. Ферментативные обработки могут включать применение энзимов, таких как ксиланаза, целлюлаза, или их комбинации. Ферментативные обработки могут также включать комплексы или коктейли энзимов, такие как энзимные продукты линии CELLIC, доступные от компании Novozymes. Ферментативные обработки могут также быть выполнены с помощью протеинов или полипептидов, обладающих ферментативной активностью (т.е. активностью, подобной активности настоящих энзимов).
[0101] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является кислотная обработка. Подходящие кислоты для применения для кислотной обработки могут включать азотную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, серную кислоту, хлористоводородную кислоту, бромистоводородную кислоту, угольную кислоту (например, образованную от CO2), сернистую кислоту (например, образованную на месте от SO2) или любые их комбинации.
[0102] В другом варианте осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является щелочная обработка. Подходящие основания для применения в щелочной обработке могут включать гидроксид щелочного металла (например, гидроксид натрия, калия или цезия), гидроксид щелочного металла (магния, кальция, стронция или бария), гидроксид аммония, оксид кальция, карбонаты (например, карбонат натрия или калия), алкиламины (например, этаноламин, триэтиламин), пиридин, или любую их комбинацию.
[0103] В еще одном из вариантов осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является гидротермическая обработка. Обычно, гидротермическая обработка включает обработку биомассы горячей водой. Воду обычно добавляют к биомассе и температуру и/или давление повышают в течение заданного периода времени. Подходящие температуры включают от примерно 50°С до примерно 200°С, и подходящие давления включает от примерно 5 бар до примерно 100 бар.
[0104] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является биологическая обработка. Как использовано в данном документе, биологическая обработка является обработкой, которую выполняют посредством одного или нескольких организмов (например, бактерий, дрожжевых грибков, водорослей, грибков, насекомых и т.п.). Подходящие условия для биологической обработки включают pH от 5 до примерно 8, температуру от примерно 30°С до примерно 60°С и давление вблизи давления окружающей среды (например, от примерно 10 фунтов на кв. дюйм (абс.) (69 кПа) до примерно 20 фунтов на кв. дюйм (абс.) (138 кПа), например, примерно 14,7 фунтов на кв. дюйм (абс.) (101 кПа)).
[0105] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является каталитическая обработка. Как использовано в данном документе, каталитическая обработка является обработкой, которую выполняют посредством одного или нескольких катализаторов или других агентов, обладающих каталитической активностью, (например, посредством кислоты, основания, металла и т.п.).
[0106] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одной из первой и второй обработок является некаталитическая обработка. Как использовано в данном документе, некаталитическая обработка является обработкой, которую выполняют посредством одного или нескольких реактивов или реагентов, которые потребляются в реакции (например, реактива или реагента).
[0107] В некоторых вариантах осуществления специально предусмотрены комбинации обработок. Например, первая обработка (или вторая обработка) могут включать как измельчение, так и кислотную обработку. В этом случае, «обработка» является не единственным типом обработки, а напротив, является комбинацией как измельчения, так и кислотной обработки, которые могут быть выполнены одновременно или последовательно. Предусмотрена любая комбинация вышеуказанных обработок, например, с двумя, тремя, четырьмя, пятью и т.д. обработками.
[0108] Обычно, различные исходные биомассы гидролизуются при разных скоростях. Без намерения установления связи с какой-либо теорией, предполагают, что для крупных частиц или крупных щеп, гидролиз происходит в порах частиц, и затем сахара и побочные продукты должны диффундировать наружу в жидкость, окружающую частицы, которая составляет объемную жидкость (например, основной гидролизат). В этой ситуации, концентрация продуктов обычно выше внутри частиц, чем с внешней стороны частиц. Эта разность в концентрации обеспечивает движущуюся силу для продуктов, чтобы они диффундировали в объемную жидкую фазу. Общая (т.е. кажущаяся) скорость гидролиза является комплексной функцией коэффициентов диффузии, размера частиц и присущей скорости реакции. В одном из вариантов осуществления, если коэффициент диффузии и присущая скорость реакции являются фиксированными (т.е. постоянными), кажущаяся скорость реакции образования сахаров и побочных продуктов будет зависеть в основном (или только лишь) от размера частиц. Без намерения установления связи с какой-либо теорией, кажущаяся или наблюдаемая скорость считается скоростью формирования или исчезновения видов, которые наблюдаются во время реакции. Эти кажущаяся или наблюдаемая скорости являются иными, чем присущие скорости, поскольку величина кажущейся или наблюдаемой скорости включает диффузионные эффекты, относящиеся к размеру частиц. Другими словами, кажущаяся или наблюдаемая скорость является мерой комбинированных скоростей диффузии и реакции. При этом также понятно, что чем больше размер частиц, тем медленнее становится наблюдаемая скорость. Для тонких частиц диффузия обычно не является доминирующей, и концентрация сахаров внутри пор частиц и концентрация гидролизата, окружающего частицы, становится одной и той же, и кажущаяся скорость для гидролиза увеличивается по сравнению с кажущейся скоростью для частиц большого размера. Вышеизложенные принципы продемонстрированы посредством Примеров, представленных в данном документе.
[0109] В некоторых вариантах осуществления первая исходная модифицированная биомасса и вторая исходная модифицированная биомасса могут быть смешаны в массовом отношении от примерно 1:25 до примерно 25:1 (т.е. массовом отношении первой исходной биомассы ко второй исходной биомассе). Например, первая и вторая исходные модифицированные биомассы могут присутствовать в массовом отношении по меньшей мере примерно 1:25, например, по меньшей мере примерно 1:24, по меньшей мере примерно 1:22, по меньшей мере примерно 1:20, по меньшей мере примерно 1:18, по меньшей мере примерно 1:16, по меньшей мере примерно 1:14, по меньшей мере примерно 1:12, по меньшей мере примерно 1:10, по меньшей мере примерно 1:8, по меньшей мере примерно 1:6, по меньшей мере примерно 1:4, по меньшей мере примерно 1:2 или по меньшей мере примерно 1:1. В качестве альтернативы или в дополнение, первая и вторая исходные модифицированные биомассы могут присутствовать в массовом отношении менее чем примерно 25:1, например, менее чем примерно 24:1, менее чем примерно 22:1, менее чем примерно 20:1, менее чем примерно 18:1, менее чем примерно 16:1, менее чем примерно 14:1, менее чем примерно 12:1, менее чем примерно 10:1, менее чем примерно 8:1, менее чем примерно 6:1, менее чем примерно 4:1 или менее чем примерно 2:1. Эти нижние и верхние пределы по отношению к массовым отношениям первой и второй исходных модифицированных биомасс могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0110] В некоторых вариантах осуществления первая и вторая исходные модифицированные биомассы могут быть подвергнуты воздействию условий первичной обработки. Данное «условия первичной обработки» является совокупностью определенных условий (температуры, давления и/или времени), применяемых для гидролиза биомассы, например, чтобы гидролизовать первую и вторую исходные модифицированные биомассы, отдельно или в комбинации, как будет ясно из соответствующего контекста. В некоторых вариантах осуществления первичную обработку выбирают из группы, состоящей из экстрагирования горячей водой, экстрагирования кислой горячей водой, экстрагирования докритической текучей средой, экстрагирования околокритической текучей средой, экстрагирования сверхкритической текучей средой, ферментативной обработки и любой их комбинации. Конкретное оборудование, набор уставок или способ, применяемые для подвергания исходных модифицированных биомасс воздействию условий первичной обработки, не ограничиваются особым образом. Например, оборудование, набор уставок или способ могут являться или могут использовать варочный котел, проточный реактор, реактор периодического действия или любую их комбинацию. Подходящие системы с варочным котлом описаны, например, в патенте США № 8057639, который настоящим включен посредством ссылки в данный документ во всей его полноте.
[0111] В другом варианте осуществления первичной обработкой может являться экстрагирование докритической текучей средой, экстрагирование околокритической текучей средой или экстрагирование сверхкритической текучей средой. Величины давления и температуры для экстрагирования докритической текучей средой, околокритической текучей средой или сверхкритической текучей средой будут варьироваться в зависимости от выбора текучей среды или текучих сред, применяемых при экстрагировании. В одном из вариантов осуществления текучую среду для экстрагирования выбирают из группы, состоящей из воды, диоксида углерода, диоксида серы, метанола, этанола и любой их комбинации. В предпочтительном варианте осуществления текучая среда для экстрагирования содержит, состоит из или состоит по существу из воды. В других предпочтительных вариантах осуществления текучая среда для экстрагирования является комбинацией воды и этанола, воды и диоксида углерода или воды и диоксида серы. В некоторых вариантах осуществления докритическая текучая среда, околокритическая текучая среда или сверхкритическая текучая среда для экстрагирования не содержит экзогенную кислоту (т.е. не содержит кислоту, преднамеренно добавленную к текучей среде для экстрагирования).
[0112] Экстрагирование докритической, околокритической или сверхкритической текучей средой может быть выполнено при любой подходящей температуре. Подходящие температуры включают, например, примерно 50°С или более, например, примерно 60°С или более, примерно 70°С или более, примерно 80°С или более, примерно 90°С или более, примерно 100°С или более, примерно 110°С или более, примерно 120°С или более, примерно 130°С или более, примерно 140°С или более, примерно 150°С или более, примерно 160°С или более, примерно 170°С или более, примерно 180°С или более, примерно 190°С или более, примерно 200°С или более, примерно 210°С или более, примерно 220°С или более, примерно 230°С или более, примерно 240°С или более, примерно 250°С или более, примерно 260°С или более, примерно 270°С или более, примерно 280°С или более, примерно 290°С или более, примерно 300°С или более, примерно 310°С или более, примерно 320°С или более, примерно 330°С или более, примерно 340°С или более, примерно 350°С или более, примерно 360°С или более, примерно 370°С или более, примерно 380°С или более, примерно 390°С или более, примерно 400°С или более, примерно 410°С или более, примерно 420°С или более, примерно 430°С или более, примерно 440°С или более, примерно 450°С или более, примерно 460°С или более, примерно 470°С или более, примерно 480°С или более или примерно 490°С или более. Максимальная температура не ограничивается особым образом, однако она обычно будет составлять примерно 500°С или менее, например, примерно 490°С или менее, примерно 480°С или менее, примерно 470°С или менее, примерно 460°С или менее, примерно 450°С или менее, примерно 440°С или менее, примерно 430°С или менее, примерно 420°С или менее, примерно 410°С или менее, примерно 400°С или менее, примерно 390°С или менее, примерно 380°С или менее, примерно 370°С или менее, примерно 360°С или менее, примерно 350°С или менее, примерно 340°С или менее, примерно 330°С или менее, примерно 320°С или менее, примерно 310°С или менее, примерно 300°С или менее, примерно 290°С или менее, примерно 280°С или менее, примерно 270°С или менее, примерно 260°С или менее, примерно 250°С или менее, примерно 240°С или менее, примерно 230°С или менее, примерно 220°С или менее, примерно 210°С или менее, примерно 200°С или менее, примерно 190°С или менее, примерно 180°С или менее, примерно 170°С или менее, примерно 160°С или менее, примерно 150°С или менее, примерно 140°С или менее, примерно 130°С или менее, примерно 120°С или менее, примерно 110°С или менее, примерно 100°С или менее, примерно 90°С или менее, примерно 80°С или менее, примерно 70°С или менее или примерно 60°С или менее. Эти нижние и верхние пределы температуры могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0113] Экстрагирование докритической, околокритической или сверхкритической текучей средой может быть выполнено при любом подходящем давлении. Подходящие величины давления включают, например, примерно 1 бар или более, например, примерно 5 бар или более, примерно 10 бар или более, примерно 20 бар или более, примерно 30 бар или более, примерно 40 бар или более, примерно 50 бар или более, примерно 60 бар или более, примерно 70 бар или более, примерно 80 бар или более, примерно 90 бар или более, примерно 100 бар или более, примерно 125 бар или более, примерно 150 бар или более, примерно 175 бар или более, примерно 200 бар или более, примерно 225 бар или более, примерно 250 бар или более, примерно 275 бар или более, примерно 300 бар или более или примерно 325 бар или более. Максимальное давление не ограничивается особым образом, однако оно обычно будет составлять примерно 350 бар или менее, например, примерно 325 бар или менее, примерно 300 бар или менее, примерно 275 бар или менее, примерно 250 бар или менее, примерно 225 бар или менее, примерно 200 бар или менее, примерно 175 бар или менее, примерно 150 бар или менее, примерно 125 бар или менее, примерно 100 бар или менее, примерно 90 бар или менее, примерно 80 бар или менее, примерно 70 бар или менее, примерно 60 бар или менее, примерно 50 бар или менее, примерно 40 бар или менее, примерно 30 бар или менее, примерно 20 бар или менее, примерно 10 бар или менее или примерно 5 бар или менее. Эти нижние и верхние пределы давления могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления давление является достаточным, чтобы поддерживать текучую среду в жидкой форме.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления давление является достаточным, чтобы поддерживать текучую среду в сверхкритической форме.
[0114] Экстрагирование докритической, околокритической или сверхкритической текучей средой может быть выполнено при любом подходящем времени нахождения. Подходящие времена нахождения включают по меньшей мере примерно 0,1 с, например, по меньшей мере примерно 0,2 с, по меньшей мере примерно 0,3 с, по меньшей мере примерно 0,4 с, по меньшей мере примерно 0,5 с, по меньшей мере примерно 0,6 с, по меньшей мере примерно 0,7 с, по меньшей мере примерно 0,8 с, по меньшей мере примерно 0,9 с, по меньшей мере примерно 1 с, по меньшей мере примерно 1,1 с, по меньшей мере примерно 1,2 с, по меньшей мере примерно 1,3 с, по меньшей мере примерно 1,4 с, по меньшей мере примерно 1,5 с, по меньшей мере примерно 1,6 с, по меньшей мере примерно 1,7 с, по меньшей мере примерно 1,8 с, по меньшей мере примерно 1,9 с, по меньшей мере примерно 2 с, по меньшей мере примерно 3 с, по меньшей мере примерно 4 с, по меньшей мере примерно 5 с, по меньшей мере примерно 6 с, по меньшей мере примерно 7 с, по меньшей мере примерно 8 с, по меньшей мере примерно 9 с, по меньшей мере примерно 10 с, по меньшей мере примерно 20 с, по меньшей мере примерно 30 с, по меньшей мере примерно 40 с, по меньшей мере примерно 50 с, по меньшей мере примерно 60 с, по меньшей мере примерно 2 мин, по меньшей мере примерно 4 мин, по меньшей мере примерно 6 мин, по меньшей мере примерно 8 мин, по меньшей мере примерно 10 мин, по меньшей мере примерно 20 мин, по меньшей мере примерно 30 мин, по меньшей мере примерно 40 мин, по меньшей мере примерно 50 мин, по меньшей мере примерно 60 мин, по меньшей мере примерно 70 мин, по меньшей мере примерно 80 мин, по меньшей мере примерно 90 мин, по меньшей мере примерно 100 мин, по меньшей мере примерно 110 мин, по меньшей мере примерно 120 мин, по меньшей мере примерно 130 мин, по меньшей мере примерно 140 мин, по меньшей мере примерно 150 мин, по меньшей мере примерно 160 мин, по меньшей мере примерно 170 мин, по меньшей мере примерно 180 мин, по меньшей мере примерно 190 мин, по меньшей мере примерно 200 мин, по меньшей мере примерно 220 мин, по меньшей мере примерно 240 мин, по меньшей мере примерно 260 мин, по меньшей мере примерно 280 мин или по меньшей мере примерно 300 мин. В качестве альтернативы или в дополнение, подходящие времена нахождения включают менее чем примерно 300 мин, например, менее чем примерно 280 мин, менее чем примерно 260 мин, менее чем примерно 240 мин, менее чем примерно 220 мин, менее чем примерно 200 мин, менее чем примерно 190 мин, менее чем примерно 180 мин, менее чем примерно 170 мин, менее чем примерно 160 мин, менее чем примерно 150 мин, менее чем примерно 140 мин, менее чем примерно 130 мин, менее чем примерно 120 мин, менее чем примерно 110 мин, менее чем примерно 100 мин, менее чем примерно 90 мин, менее чем примерно 80 мин, менее чем примерно 70 мин, менее чем примерно 60 мин, менее чем примерно 50 мин, менее чем примерно 40 мин, менее чем примерно 30 мин, менее чем примерно 20 мин, менее чем примерно 10 мин, менее чем примерно 8 мин, менее чем примерно 6 мин, менее чем примерно 4 мин, менее чем примерно 2 мин, менее чем примерно 60 с, менее чем примерно 50 с, менее чем примерно 40 с, менее чем примерно 30 с, менее чем примерно 20 с, менее чем примерно 10 с, менее чем примерно 9 с, менее чем примерно 8 с, менее чем примерно 7 с, менее чем примерно 6 с, менее чем примерно 5 с, менее чем примерно 4 с, менее чем примерно 3 с, менее чем примерно 2 с, менее чем примерно 1,9 с, менее чем примерно 1,8 с, менее чем примерно 1,7 с, менее чем примерно 1,6 с, менее чем примерно 1,5 с, менее чем примерно 1,4 с, менее чем примерно 1,3 с, менее чем примерно 1,2 с, менее чем примерно 1,1 с, менее чем примерно 1 с, менее чем примерно 0,9 с, менее чем примерно 0,8 с, менее чем примерно 0,7 с, менее чем примерно 0,6 с, менее чем примерно 0,5 с, менее чем примерно 0,4 с, менее чем примерно 0,3 с, менее чем примерно 0,2 с или менее чем примерно 0,1 с. Эти нижние и верхние пределы времени нахождения могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0115] В определенных вариантах осуществления первичной обработкой может являться ферментативная обработка. В одном из вариантов осуществления ферментативная обработка может быть выполнена, например, и без ограничений, при примерно pH 5 до примерно pH 8 (например, pH примерно от 5 до 7, примерно от 6 до 8 или примерно от 6 до 7) и температуре от примерно 25°С до примерно 75°С (например, примерно от 30°С до 40°С, примерно от 25°С до 45°С или от примерно 35°С до примерно 45°С) и в присутствии любых энзимов, способных к гидролизации исходных биомасс, включающих ксиланазы, целлюлазы, коктейли энзимов и их комбинации.
[0116] В некоторых вариантах осуществления первичной обработкой может являться экстрагирование горячей водой. В одном из вариантов осуществления экстрагирование горячей водой не включает или по существу не включает присутствие какой-либо экзогенной кислоты. В другом варианте осуществления экстрагирование горячей водой может быть выполнено при любых величинах pH или интервалах, указанных в данном документе для способа гидролиза. Как использовано в данном документе, экстрагирование горячей водой не включает экзогенную кислоту (т.е. не включает кислоту, преднамеренно добавляемую к горячей воде в качестве текучей среды для экстрагирования).
[0117] Экстрагирование горячей водой может быть выполнено при любой подходящей температуре. Например, температура может составлять по меньшей мере примерно 100°С, например, по меньшей мере примерно 110°С, по меньшей мере примерно 120°С, по меньшей мере примерно 130°С, по меньшей мере примерно 140°С, по меньшей мере примерно 150°С, по меньшей мере примерно 160°С, по меньшей мере примерно 170°С, по меньшей мере примерно 180°С, по меньшей мере примерно 190°С, по меньшей мере примерно 200°С, по меньшей мере примерно 210°С, по меньшей мере примерно 220°С, по меньшей мере примерно 230°С, по меньшей мере примерно 240°С, по меньшей мере примерно 250°С, по меньшей мере примерно 260°С, по меньшей мере примерно 270°С, по меньшей мере примерно 280°С, по меньшей мере примерно 290°С или по меньшей мере примерно 300°С. В качестве альтернативы или в дополнение, температура может составлять менее чем примерно 300°С, например, менее чем примерно 290°С, менее чем примерно 280°С, менее чем примерно 270°С, менее чем примерно 260°С, менее чем примерно 250°С, менее чем примерно 240°С, менее чем примерно 230°С, менее чем примерно 220°С, менее чем примерно 210°С, менее чем примерно 200°С, менее чем примерно 190°С, менее чем примерно 180°С, менее чем примерно 170°С, менее чем примерно 160°С, менее чем примерно 150°С, менее чем примерно 140°С, менее чем примерно 130°С, менее чем примерно 120°С или менее чем примерно 110°С. Эти верхние и нижние пределы температуры могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0118] Экстрагирование горячей водой может быть выполнено в любом подходящем интервале давления. В некоторых вариантах осуществления давление находится на уровне, достаточном, чтобы поддерживать текучую среду для экстрагирования в жидкой форме. В некоторых вариантах осуществления давление является достаточным, чтобы поддерживать всю текучую среду для экстрагирования в жидкой форме, или является достаточным, чтобы поддерживать все ее установленные компоненты (например, воду) в жидкой форме. Когда при экстрагировании горячей водой используют горячую воду, экстрагирование горячей водой может быть выполнено при давлении, достаточном, чтобы поддерживать всю горячую воду в жидкой форме. Давление может составлять по меньшей мере примерно 1 бар, например, по меньшей мере примерно 10 бар, по меньшей мере примерно 20 бар, по меньшей мере примерно 30 бар, по меньшей мере примерно 40 бар, по меньшей мере примерно 50 бар, по меньшей мере примерно 60 бар, по меньшей мере примерно 70 бар, по меньшей мере примерно 80 бар, по меньшей мере примерно 90 бар, по меньшей мере примерно 100 бар, по меньшей мере примерно 110 бар, по меньшей мере примерно 120 бар, по меньшей мере примерно 130 бар, по меньшей мере примерно 140 бар, по меньшей мере примерно 150 бар, по меньшей мере примерно 160 бар, по меньшей мере примерно 170 бар, по меньшей мере примерно 180 бар, по меньшей мере примерно 190 бар, по меньшей мере примерно 200 бар, по меньшей мере примерно 210 бар, по меньшей мере примерно 220 бар, по меньшей мере примерно 230 бар, по меньшей мере примерно 240 бар, по меньшей мере примерно 250 бар, по меньшей мере примерно 260 бар, по меньшей мере примерно 270 бар, по меньшей мере примерно 280 бар или по меньшей мере примерно 290 бар. В качестве альтернативы или в дополнение, давление может составлять менее чем примерно 300 бар, например, менее чем примерно 290 бар, менее чем примерно 280 бар, менее чем примерно 270 бар, менее чем примерно 260 бар, менее чем примерно 250 бар, менее чем примерно 240 бар, менее чем примерно 230 бар, менее чем примерно 220 бар, менее чем примерно 210 бар, менее чем примерно 200 бар, менее чем примерно 190 бар, менее чем примерно 180 бар, менее чем примерно 170 бар, менее чем примерно 160 бар, менее чем примерно 150 бар, менее чем примерно 140 бар, менее чем примерно 130 бар, менее чем примерно 120 бар, менее чем примерно 110 бар, менее чем примерно 100 бар, менее чем примерно 890 бар, менее чем примерно 80 бар, менее чем примерно 70 бар, менее чем примерно 60 бар, менее чем примерно 50 бар, менее чем примерно 40 бар, менее чем примерно 30 бар, менее чем примерно 20 бар или менее чем примерно 10 бар. Эти верхние и нижние пределы давления могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0119] Экстрагирование горячей водой может быть выполнено при любом подходящем времени нахождения. Подходящие времена нахождения включают по меньшей мере примерно 1 мин, например, по меньшей мере примерно 5 мин, по меньшей мере примерно 10 мин, по меньшей мере примерно 20 мин, по меньшей мере примерно 30 мин, по меньшей мере примерно 40 мин, по меньшей мере примерно 50 мин, по меньшей мере примерно 60 мин, по меньшей мере примерно 70 мин, по меньшей мере примерно 80 мин, по меньшей мере примерно 90 мин, по меньшей мере примерно 100 мин, по меньшей мере примерно 110 мин, по меньшей мере примерно 120 мин, по меньшей мере примерно 130 мин, по меньшей мере примерно 140 мин, по меньшей мере примерно 150 мин, по меньшей мере примерно 160 мин, по меньшей мере примерно 170 мин, по меньшей мере примерно 180 мин, по меньшей мере примерно 190 мин, по меньшей мере примерно 200 мин, по меньшей мере примерно 220 мин, по меньшей мере примерно 240 мин, по меньшей мере примерно 260 мин, по меньшей мере примерно 280 мин или по меньшей мере примерно 300 мин. В качестве альтернативы или в дополнение, подходящие времена нахождения включают менее чем примерно 300 мин, например, менее чем примерно 280 мин, менее чем примерно 260 мин, менее чем примерно 240 мин, менее чем примерно 220 мин, менее чем примерно 200 мин, менее чем примерно 190 мин, менее чем примерно 180 мин, менее чем примерно 170 мин, менее чем примерно 160 мин, менее чем примерно 150 мин, менее чем примерно 140 мин, менее чем примерно 130 мин, менее чем примерно 120 мин, менее чем примерно 110 мин, менее чем примерно 100 мин, менее чем примерно 90 мин, менее чем примерно 80 мин, менее чем примерно 70 мин, менее чем примерно 60 мин, менее чем примерно 50 мин, менее чем примерно 40 мин, менее чем примерно 30 мин, менее чем примерно 20 мин, менее чем примерно 10 мин или менее чем примерно 5 мин. Эти верхние и нижние пределы времени нахождения могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал.
[0120] В некоторых вариантах осуществления первичной обработкой может являться экстрагирование кислой горячей водой. Любая подходящая кислота может быть использована для экстрагирования кислой горячей водой, включая органические кислоты, неорганические кислоты или их комбинацию. Например, и без ограничений, экстрагирование кислой горячей водой может быть выполнено в присутствии серной кислоты, хлористоводородной кислоты, азотной кислоты, уксусной кислоты, лимонной кислоты, борной кислоты, угольной кислоты, фтористоводородной кислоты, щавелевой кислоты, фосфорной кислоты, хромовой кислоты, твердых кислот или любой их комбинации. Интервалы температуры, давления и времени нахождения, указанные в данном документе выше для экстрагирования горячей водой равным образом применимы для экстрагирования кислой горячей водой.
[0121] В определенных вариантах осуществления, описанных в данном документе, способ гидролиза включает:
(1) предоставление по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс, содержащих:
(a) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% первой исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени X, когда подвергается воздействию условий первичной обработки; и
(b) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% второй исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени Y, когда подвергается воздействию условий первичной обработки;
где:
вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы;
время X меньше или равно времени Y;
и время X и время Y различаются на величину, которая меньше чем или равна примерно 100% от времени X;
и
(2) подвергание смеси первой исходной модифицированной биомассы и второй исходной модифицированной биомассы воздействию условий первичной обработки, чтобы достигнуть максимального выхода гидролиза при времени Z, при этом время Z меньше, чем время Y;
где:
данный способ гидролиза выполняют при pH по меньшей мере 1,3; и
все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс.
[0122] В некоторых вариантах осуществления время Z меньше, чем время Y, при этом время Z представляет собой время, чтобы достигнуть максимального выхода гидролиза смеси первой исходной модифицированной биомассы и второй исходной модифицированной биомассы при условиях первичной обработки, и время Y представляет собой время, чтобы достигнуть максимального выхода гидролиза второй исходной модифицированной биомассы при условиях первичной обработки (т.е., когда она гидролизуется в отдельности, а не в смеси с первой исходной модифицированной биомассой). Например, время Z может составлять менее чем примерно 99%, например, менее чем примерно 97%, менее чем примерно 95%, менее чем примерно 93%, менее чем примерно 90%, менее чем примерно 87%, менее чем примерно 85%, менее чем примерно 83%, менее чем примерно 80%, менее чем примерно 75%, менее чем примерно 70%, менее чем примерно 65%, менее чем примерно 60%, менее чем примерно 55%, менее чем примерно 50%, менее чем примерно 45%, менее чем примерно 40%, менее чем примерно 35%, менее чем примерно 30%, менее чем примерно 25%, менее чем примерно 20%, менее чем примерно 15% или менее чем примерно 10% от времени Y.
[0123] В одном из вариантов осуществления максимальный выход гидролиза при времени Z, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, выше, чем среднее значение максимальных выходов гидролиза первой и второй исходных модифицированных биомасс при времени X и Y, соответственно. Среднее значение максимальных выходов гидролиза первой и второй исходных модифицированных биомасс при времени X и Y может быть вычислено посредством суммирования двух выходов гидролиза и деления на два. В другом варианте осуществления максимальный выход гидролиза, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, по меньшей мере примерно на 1% выше, чем среднее значение максимальных выходов гидролиза при временах X и Y. Например, и без ограничений, максимальный выход гидролиза, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, по меньшей мере примерно на 1% выше, например, по меньшей мере примерно на 2% выше, по меньшей мере примерно на 3% выше, по меньшей мере примерно на 4% выше, по меньшей мере примерно на 5% выше, по меньшей мере примерно на 6% выше, по меньшей мере примерно на 7% выше, по меньшей мере примерно на 8% выше, по меньшей мере примерно на 9% выше, по меньшей мере примерно на 10% выше, по меньшей мере примерно на 12% выше, по меньшей мере примерно на 14% выше, по меньшей мере примерно на 16% выше, по меньшей мере примерно на 18% выше, по меньшей мере примерно на 20% выше, по меньшей мере примерно на 22% выше, по меньшей мере примерно на 24% выше или по меньшей мере примерно на 25% выше, чем среднее значение максимальных выходов гидролиза при временах X и Y для первой и второй исходных модифицированных биомасс, соответственно.
[0124] В некоторых вариантах осуществления время Z меньше, чем средняя величина времени X и времени Y. Средняя величина времени X и времени Y может быть вычислена посредством суммирования времени X и времени Y и деления на два. Время Z может быть, например, по меньшей мере примерно на 1% меньше, например, по меньшей мере примерно на 2% меньше, по меньшей мере примерно на 3% меньше, по меньшей мере примерно на 4% меньше, по меньшей мере примерно на 5% меньше, по меньшей мере примерно на 6% меньше, по меньшей мере примерно на 7% меньше, по меньшей мере примерно на 8% меньше, по меньшей мере примерно на 9% меньше, по меньшей мере примерно на 10% меньше, по меньшей мере примерно на 11% меньше, по меньшей мере примерно на 12% меньше, по меньшей мере примерно на 13% меньше, по меньшей мере примерно на 14% меньше, по меньшей мере примерно на 15% меньше, по меньшей мере примерно на 20% меньше, по меньшей мере примерно на 25% меньше или по меньшей мере примерно на 30% меньше, чем средняя величина времени X и времени Y. В некоторых вариантах осуществления время Z не является таким же, что и средняя величина времени X и времени Y.
[0125] В некоторых вариантах осуществления время X и время Y отличаются на величину, которая менее чем или равна примерно 150% от времени X (т.е. разница между временем X и временем Y составляет менее чем 1,5 по отношению к времени X, или разница между ними равна примерно 1,5 от времени X). Например, время X и время Y отличаются на менее чем примерно 150%, например, менее чем примерно 140%, например, менее чем примерно 130%, менее чем примерно 120%, менее чем примерно 110%, менее чем примерно 100%, менее чем примерно 90%, менее чем примерно 80%, менее чем примерно 70%, менее чем примерно 60%, менее чем примерно 50%, менее чем примерно 40%, менее чем примерно 30%, менее чем примерно 20%, менее чем примерно 10%, от времени X. В качестве альтернативы или в дополнение, время X и время Y отличаются на по меньшей мере примерно 10%, например, по меньшей мере примерно 20%, по меньшей мере примерно 30%, по меньшей мере примерно 40%, по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 70%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 100%, по меньшей мере примерно 110%, по меньшей мере примерно 120%, по меньшей мере примерно 130%, по меньшей мере примерно 140% или по меньшей мере примерно 150%, от времени X. Эти нижние и верхние пределы могут быть использованы в любой комбинации, чтобы определить ограничивающий интервал, или могут быть использованы индивидуальным образом, чтобы определить неограничивающий интервал. В предпочтительном варианте осуществления время X и время Y отличаются на величину, которая меньше чем или равна примерно 100% от времени X; В некоторых вариантах осуществления время X и время Y не являются одинаковыми.
[0126] В некоторых вариантах осуществления выход продукта разложения от первого разложения при времени Z, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, ниже, чем по меньшей мере один из (1) выхода продукта разложения от второго разложения первой исходной модифицированной биомассы при времени X, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки, и (2) выхода продукта разложения от третьего разложения второй исходной модифицированной биомассы при времени Y, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки. В одном из вариантов осуществления выход продукта разложения от первого разложения при времени Z ниже, чем выход от второго разложения при времени X. В одном из вариантов осуществления выход продукта разложения от первого разложения при времени Z ниже, чем выход от третьего разложения при времени X. В одном из вариантов осуществления выход продукта разложения от первого разложения при времени Z ниже, чем как выход от второго разложения при времени X, так и выход от третьего разложения при времени Y. В некоторых вариантах осуществления выход продукта разложения от первого разложения при времени Z ниже, чем среднее арифметическое выхода от второго разложения при времени X и выхода от третьего разложения при времени Y. Например, выход продукта разложения от первого разложения при времени Z может быть ниже, чем выход продукта разложения от второго разложения при времени X, выход продукта разложения от третьего разложения при времени Y и/или среднее значение выходов продукта разложения при времени X и времени Y, на примерно 1% или менее, примерно 2% или менее, примерно 4% или менее, примерно 6% или менее, примерно 8% или менее, примерно 10% или менее, примерно 12% или менее, примерно 14% или менее, примерно 16% или менее, примерно 18% или менее, примерно 20% или менее, примерно 25% или менее, примерно 30% или менее, примерно 35% или менее, примерно 40% или менее, примерно 45% или менее, примерно 50% или менее, примерно 55% или менее, примерно 60% или менее, примерно 65% или менее, примерно 70% или менее, примерно 75% или менее, примерно 80% или менее, примерно 85% или менее, примерно 90% или менее, примерно 95% или менее, или примерно 99% или менее. Нижний предел не ограничивается особым образом, однако он может быть более чем 0%, например, по меньшей мере примерно 1%, по меньшей мере примерно 2%, по меньшей мере примерно 4%, по меньшей мере примерно 6%, по меньшей мере примерно 8%, по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 12%, по меньшей мере примерно 14%, по меньшей мере примерно 16%, по меньшей мере примерно 18%, по меньшей мере примерно 20%, по меньшей мере примерно 25%, по меньшей мере примерно 30%, по меньшей мере примерно 35%, по меньшей мере примерно 40%, по меньшей мере примерно 45%, по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 55%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 65%, по меньшей мере примерно 70%, по меньшей мере примерно 75%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90% или по меньшей мере примерно 95%. Процент ниже, чем выход продукта разложения от первого разложения при времени Z, может быть по отношению к выходам от других разложений (как описано в данном документе выше), может быть ограничен любыми двумя из вышеуказанных интервалов или может являться неограничивающим интервалом. В одном из вариантов осуществления продукт разложения выбран из группы, состоящей из фурфурола, гидроксиметилфурфурола (ГМФ), органических кислот (например, муравьиной кислоты, молочной кислоты, левулиновой кислоты и т.д.) и любой их комбинации. В еще одном из вариантов осуществления продуктом разложения является фурфурол. Выход от разложения может относиться к единственному продукту разложения, или выход от разложения может являться суммой двух или более продуктов разложения.
[0127] Данное изобретение дополнительно определено в представленных ниже Примерах, в которых все части и проценты указаны по массе, если не указано иное. Следует принимать во внимание, что эти примеры, наряду с тем, что они представляют предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, приведены лишь в иллюстративных целях и не должны интерпретироваться как ограничивающие каким-либо образом. Из вышеуказанного всестороннего рассмотрения и этих примеров, специалист в данной области техники может установить существенные характеристики этого изобретения и без отклонения от его сущности и объема может сделать различные изменения и модификации, чтобы адаптировать его к различным видам применения и условиям.
ПРИМЕРЫ
[0128] Представленные ниже примеры приведены для того, чтобы предоставить средним специалистам в данной области полное раскрытие и описание того, каким образом составы, композиции, изделия, устройства и/или способы, заявленные в данном документе, изготовлены и оценены, и предназначены являться только лишь примерами, и не предназначены для ограничения данного изобретения. Были приняты меры, чтобы обеспечить точность по отношению к числам (например, количествам, температуре и т.д.), однако некоторые ошибки и отклонения могут присутствовать. Если не указано иное, части являются частями по массе, температура выражена в °C или является температурой окружающей среды, и давление является атмосферным давлением или вблизи него. Если не указано иное, величины процентного содержания, относящиеся к композиции, выражены в масс.%.
ПРИМЕР 1
[0129] Этот пример является теоретическим моделированием, которое демонстрирует влияние размера частиц/щепы биомассы на скорость формирования ксилозы и ксило-олигосахарида (XOS), конверсию ксилана, высвобождение уксусной кислоты и формирование фурфурола. Данное моделирование использует управление реакцией и физические принципы, чтобы симулировать и математически моделировать гидролиз биомассы. Данное моделирование предоставляет общие скорости гидролиза для различных видов, и данное моделирование учитывает, например, коэффициенты диффузии, распределение частиц по размерам и присущие скорости реакции.
[0130] В первом моделированном эксперименте, 2000 г порции щепы твердой древесины с содержанием влаги 50% загружали в реактор вместе с 1500 г воды и автогидролизовали (без добавления внешнего катализатора). Добавление воды приводит к отношению жидкости к твердому материалу (сухой массе) 2,5:1. Щепа твердой древесины имеет распределение щепы по размерам, показанное на ФИГ. 3 для «крупной щепы», данное распределение также показано в Таблице 1. Средневзвешенная величина эквивалентного сферического диаметра щепы, примененной в этом моделировании, составляет примерно 19,1 мм. Поведение (скорость гидролиза, высвобождение уксусной кислоты, формирование фурфурола и т.д.) биомассы во время моделирования гидролиза, как предполагается, аппроксимирует поведение биомассы из твердой древесины, имеющей указанное распределение частиц по размерам.
Таблица 1. Распределение эквивалентного сферического диаметра для первого моделирования в Примере 1
[0131] Профиль нагревания и результаты этого моделирования представлены на ФИГ. 1. Более конкретно, ФИГ. 1 отображает скорость формирования ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS), конверсию ксилана, высвобождение уксусной кислоты и формирование фурфурола для биомассы из твердой древесины, которая была уменьшена по размеру (т.е. модифицирована) до распределения частиц по размерам для «крупной щепы», показанного на ФИГ. 3. Выход ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS) в этом моделировании составляет примерно 33,2%, как определено в другом месте в данном документе, и конверсия ксилана составляет примерно 76,4%. ФИГ. 1 показывает количество ксилозы, ксило-олигосахаридов (XOS), уксусной кислоты и фурфурола, содержащихся в порах биомассы («В захваченном состоянии») и находящихся в свободном состоянии в объемной экстрагированной жидкости («В свободном состоянии»).
[0132] Во втором моделированном эксперименте, 2000 г порции щепы твердой древесины с содержанием влаги 50% загружали в реактор вместе с 1500 г воды и автогидролизовали (без добавления внешнего катализатора). Добавление воды приводит к отношению жидкости к твердому материалу (сухой массе) 2,5:1. Щепа твердой древесины имеет распределение щепы по размерам, показанное на ФИГ. 3 для «мелкой щепы», данное распределение также показано в Таблице 2. Средневзвешенная величина эквивалентного сферического диаметра щепы, примененной в этом моделировании, составляет примерно 7,57 мм. Поведение (скорость гидролиза, высвобождение уксусной кислоты, формирование фурфурола и т.д.) биомассы во время моделирования гидролиза, как предполагается, аппроксимирует поведение биомассы из твердой древесины, имеющей указанное распределение частиц по размерам.
Таблица 2. Распределение эквивалентного сферического диаметра для второго моделирования в Примере 1
[0133] Профиль нагревания и результаты этого второго моделирования представлены на ФИГ. 2. Более конкретно, ФИГ. 2 отображает скорость формирования ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS), конверсию ксилана, высвобождение уксусной кислоты и формирование фурфурола для той же самой биомассы из твердой древесины от первого моделирования, однако дополнительно уменьшенной по размеру (т.е. модифицированной) до распределения частиц по размерам для «мелкой щепы», показанного на ФИГ. 3. Выход ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS) в этом моделировании составляет примерно 41,3%, как определено в другом месте в данном документе, и конверсия ксилана составляет примерно 78,5%. ФИГ. 2 показывает количество ксилозы, ксило-олигосахаридов (XOS), уксусной кислоты и фурфурола, содержащихся в порах биомассы («В захваченном состоянии») и находящихся в свободном состоянии в объемной экстрагированной жидкости («В свободном состоянии»).
[0134] Как показано на ФИГ. 1, имеет место разность концентраций между порами и жидкостью для всех отображенных видов, более высокая концентрация находится внутри пор биомассы. Это, вероятно, обусловлено тем, что виды производятся внутри пор быстрее, чем диффундируют из них в окружающую жидкость, и/или размер частиц биомассы достаточно большой, чтобы некоторая доля произведенных видов являлась «захваченной» внутри частиц и не могла диффундировать наружу, по меньшей мере в пределах указанного времени. По сравнению с этим, результаты, показанные на ФИГ. 2, для частиц биомассы меньшего размера демонстрируют, что разность концентраций между порами и жидкостью является небольшой или отсутствует для всех отображенных видов. Это, вероятно, обусловлено небольшим размером частиц, который делает возможным для видов свободно диффундировать в частицы и из них, выравнивая тем самым концентрации.
[0135] Несколько дополнительных замечаний может быть сделано на основании ФИГ. 1 и 2. Более крупная биомасса (ФИГ. 1) имеет более высокую концентрацию ксило-олигосахаридов (XOS), остающихся в частицах биомассы, по сравнению с биомассой меньшего размера (ФИГ. 2). Концентрация ксило-олигосахаридов (XOS) в обоих моделированиях достигала максимума при примерно 35 минутах. В конце гидролиза (при 40 минутах) для более крупной биомассы (ФИГ. 1) ксилоза и ксило-олигосахариды (XOS) были образованы при концентрациях примерно 11 г/л и примерно 50 г/л, соответственно, в объемной жидкости, в то время как для биомассы меньшего размера те же самые виды образованы в объемной жидкости в количествах примерно 15 г/л и примерно 62 г/л (ФИГ. 2).
[0136] Эти результаты демонстрируют, что гидролиз двух порций данной биомассы, различающихся в распределении частиц по размерам (например, крупные частицы против мелких), производит различные виды (например, сахара, уксусную кислоту и продукты разложения) при разных кажущихся скоростях и разных кажущихся степенях конверсии, как измерено в отношении данных видов в объемной жидкости. Кроме того, эти результаты демонстрируют, что для более крупной биомассы, значительное количество разных видов остается «захваченным» внутри пор частиц биомассы, в то время как для достаточно мелкой биомассы по меньшей мере некоторые из различных видов в свободной жидкости и в порах находятся в равновесии, и поэтому концентрации этих видов уравнены.
ПРИМЕР 2
[0137] Этот пример является теоретическим моделированием, которое демонстрирует влияние размера частиц/щепы биомассы на скорость формирования ксилозы и ксило-олигосахарида (XOS), конверсию ксилана, высвобождение уксусной кислоты и формирование фурфурола, для биомассы, которая имеет более медленную присущую скорость гидролиза ксилана по сравнению с биомассой Примера 1. Данное моделирование выполняли таким же образом, что и в Примере 1.
[0138] Два моделирования в этом примере используют такие же входные параметры, что и в Примере 1 (например, количество биомассы, содержание влаги, количество воды, отношение жидкости к твердому материалу и т.д.), за исключением того, что присущая скорость гидролиза ксилана для биомассы в этом примере ниже, чем присущая скорость гидролиза ксилана биомассы, использованная в Примере 1. Фактические скорости гидролиза, использованные в моделированиях для Примеров 1 и 2, являются не особенно важными, а моделирования просто стремятся продемонстрировать, например, различия в образовании ксилозы, ксило-олигосахаридов (XOS), фурфурола и т.д. вследствие более быстрой (Пример 1) или более медленной (Пример 2) присущей скорости гидролиза ксилана для биомассы. Результаты моделирований в этом примере представлены на ФИГ. 4 и 5. Моделирование, показанное на ФИГ. 4, использует распределение частиц по размерам для «крупной щепы», показанное на ФИГ. 3 и представленное в Таблице 1, тогда как моделирование, показанное на ФИГ. 5, использует распределение частиц по размерам для «мелкой щепы», показанное на ФИГ. 3 и представленное в Таблице 2. Выход ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS) для моделирования на ФИГ. 4 составляет примерно 24% и конверсия ксилана составляет примерно 58%. Выход ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS) для моделирования на ФИГ. 5 составляет примерно 32% и конверсия ксилана составляет примерно 62%.
[0139] ФИГ. 4 показывают, что для биомассы в виде более крупной щепы имеет место разница в концентрации между видами, содержащимися внутри пор («В захваченном состоянии»), и видами в свободной объемной жидкости («В свободном состоянии»). Для биомассы в виде щепы меньшего размера (ФИГ. 5), количества «В свободном состоянии» и «В захваченном состоянии» примерно одни и те же для каждого вида из ксилозы, уксусной кислоты и фурфурола, наряду с тем, что имеет место небольшое различие между количествами «В свободном состоянии» и «В захваченном состоянии» для ксило-олигосахаридов (XOS). Сравнение ФИГ. 1 и ФИГ. 4, где используют биомассу, имеющую одно и то же распределение частиц по размерам, однако с разными присущими скоростями гидролиза, демонстрирует, что общее количество каждого вида меньше для более медленно гидролизуемой биомассы (ФИГ. 4). Такой же вывод может быть сделан из сравнения ФИГ. 2 и ФИГ. 5. Другими словами, биомасса Примера 1 будет достигать максимального выхода гидролиза для ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS) за другое время, чем биомасса Примера 2. Кроме того, общее количество фурфурола, произведенного в момент максимального выхода ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS), будет также другим.
[0140] Этот пример демонстрирует, что для более медленно гидролизуемой биомассы модификация (например, измельчение) биомассы может изменять распределение видов, присутствующих в порах («В захваченном состоянии») и в объемной жидкости («В свободном состоянии»). Кроме того, сравнение этого примера с Примером 1 демонстрирует, что биомассы с разными присущими скоростями гидролиза ксилана достигают максимальных выходов в разное время.
ПРИМЕР 3
[0141] Этот пример использует моделированные данные, которые демонстрируют, что две разные биомассы, имеющие разные присущие скорости гидролиза ксилана, могут быть модифицированы, чтобы иметь в результате кажущиеся скорости гидролиза ксилана, которые являются сходными.
[0142] ФИГ. 6 представляет собой график суммы ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS) от моделирований, показанных на ФИГ. 1, ФИГ. 2, ФИГ. 4 и ФИГ. 5 от Примеров 1 и 2. Кривая A представляет собой сумму ксилозы+ксило-олигосахаридов (XOS) от ФИГ. 2 в Примере 1 (т.е. Биомассы 1, модифицированной до «мелкого» размера), Кривая B представляет собой сумму ксилозы+ксило-олигосахаридов (XOS) от ФИГ. 1 в Примере 1 (т.е. Биомассы 1, модифицированной до «крупного» размера), Кривая C представляет собой сумму ксилозы+ксило-олигосахаридов (XOS) от ФИГ. 5 в Примере 2 (т.е. Биомассы 2, модифицированной до «мелкого» размера) и Кривая D представляет собой сумму ксилозы+ксило-олигосахаридов (XOS) от ФИГ. 4 в Примере 2 (т.е. Биомассы 2, модифицированной до «крупного» размера). Как показано на ФИГ. 6, Кривые B и C расположены довольно близко одна к другой, и поэтому предполагают, что Биомасса 1 («крупная») и Биомасса 2 («мелкая») в смеси могут гидролизоваться при сходных скоростях и поэтому создавать максимальные выходы ксилозы и ксило-олигосахаридов (XOS) при сходных временах, избегая тем самым производства значительных количеств продуктов разложения, которые могут образовываться в случае, когда кажущиеся скорости гидролиза различаются сравнительно большим образом.
ПРИМЕР 4
[0143] Этот пример предоставляет экспериментальные данные, показывающие выходы общей ксилозы для двух разных биомасс, которые гидролизованы в отдельности и которые также гидролизованы в виде смеси.
[0144] Этот пример использует «крупную» биомассу американской липы («BW») и «крупную» биомассу красного дуба («RO»), имеющие распределения частиц по размерам, показанные на ФИГ. 8 и ФИГ. 9, соответственно. Древесная щепа была изготовлена из бревен, заготовленных в Миннесоте. Распределение по размерам древесной щепы определяли при применении контрастных изображений с помощью прибора CAMSIZER, доступном от компании Horiba Scientific. Экстрагирование горячей водой выполняли при применении двойного варочного котла M/K Dual Digester. Примерно 400 граммов древесной щепы или ее смеси загружали в реактор и добавляли воду до тех пор, пока не было достигнуто отношение жидкости к абсолютно сухому твердому материалу примерно 12,5. Смесь древесной щепы и воды нагревали до примерно 165°С при скорости примерно 4°С/мин и экстрагирование горячей водой выполняли при примерно 165°С в течение примерно 180 мин при этой температуре. Образцы жидкости отбирали в выбранные моменты времени и анализировали. После завершения времени обработки, реактор охлаждали, и жидкость удаляли из реактора и собирали. Оставшийся твердый материал извлекали, сушили, измельчали и использовали для полного композиционного анализа. Образцы жидкости гидролизовали до мономера, чтобы выполнить анализ в отношении содержания общего сахара (например, общей ксилозы). Гидролизаты анализировали методом высокоэффективной анионообменной хроматографии с электрохимическим детектором (DIONEX от компании Thermo Scientific).
[0145] Как показано на ФИГ. 7, максимальный общий выход гидролиза составляет примерно 48% при примерно 180 мин для крупной биомассы американской липы (BW), использованной отдельно, (т.е. времени Y), примерно 50% при примерно 90 мин (т.е. времени X) для крупной биомассы красного дуба (RO), использованной отдельно, и примерно 49% при примерно 150 мин (т.е. времени Z) смеси 50/50 масс.% крупной биомассы американской липы (BW) и крупной биомассы красного дуба (RO). Началом отсчета времени в измерении времени X, времени Y и времени Z является момент, когда смесь достигает температуры для гидролиза/экстрагирования (примерно 165°С), и времена X, Y и Z не включают период времени, требующийся для повышения температуры до температуры гидролиза/экстрагирования. Кривая выхода общей ксилозы с течением времени для смеси крупной биомассы американской липы (BW) и крупной биомассы красного дуба (RO) находится между кривыми для биомассы американской липы (BW), использованной отдельно, и биомассы красного дуба (RO), использованной отдельно. Биомасса красного дуба (RO) достигает более высокого выхода общей ксилозы за более короткое время, как показано на ФИГ. 7, и поэтому RO имеет более высокую кажущуюся скорость гидролиз ксилана, чем биомасса американской липы (BW). Концентрация общей ксилозы и выход общей ксилозы с течением времени представлены в Таблице 3. Величина pH смеси крупной биомассы красного дуба (RO) и крупной биомассы американской липы (BW) в зависимости от времени представлена в Таблице 7 в Примере 7.
Таблица 3: Концентрация общей ксилозы и выход общей ксилозы в зависимости от времени для Примера 4.
ND: не определено
[0146] ФИГ. 10 сравнивает выход общей ксилозы с течением времени для смеси «крупной биомассы красного дуба (RO)» и «крупной биомассы американской липы (BW)» с кривой, образованной посредством усреднения выходов общей ксилозы для «крупной биомассы красного дуба (RO)» и «крупной биомассы американской липы (BW)», гидролизованных в отдельности. Данные представлены в табличной форме ниже в Табл. 4. Неожиданным образом, для периода времени более чем примерно 50 мин, общий выход гидролиза для смеси крупной биомассы американской липы (BW) и крупной биомассы красного дуба (RO) выше, чем тот, который рассчитан посредством усреднения выходов общей ксилозы от гидролиза крупной биомассы американской липы (BW) и крупной биомассы красного дуба (RO) в отдельности.
Таблица 4: Выход общей ксилозы с течением времени для данных, представленных на ФИГ. 10 для Примера 4.
ND: не определено
ПРИМЕР 5
[0147] Этот пример предоставляет экспериментальные данные, демонстрирующие влияние размера частиц/щепы биомассы на выход общей ксилозы от биомассы американской липы (BW).
[0148] Данные для гидролиза «крупной биомассы американской липы (BW)» в этом примере являются такими же, что и те, которые представлены в Примере 4. «Мелкую биомассу американской липы (BW)» изготавливали дроблением древесной щепы в качестве «крупной биомассы американской липы (BW)» при применении RETSCH Cutting Mill SM 300 с ситом 4 мм. Измельченный материал затем просеивали при применении сита 0,84 мм, таким образом, что «мелкая биомасса американской липы (BW)», применяемая в экспериментах, находилась в интервале между 0,84 мм и 4 мм. Процедура проведения эксперимента для экстрагирования горячей водой является такой же, как та, что описана в Примере 4.
[0149] ФИГ. 11 представляет собой сравнение выхода общей ксилозы с течением времени для гидролиза «крупной биомассы американской липы (BW)» и «мелкой биомассы американской липы (BW)». Можно видеть, что выход общей ксилозы с течением времени меньше для «крупной биомассы американской липы (BW)», чем для «мелкой биомассы американской липы (BW)». Кроме того, максимальный выход общей ксилозы примерно 52% достигнут для «мелкой биомассы американской липы (BW)» примерно через 153 мин, в то время как «крупная биомасса американской липы (BW)» достигала или достигнет максимума выхода общей ксилозы при времени ≥180 мин. Концентрация общей ксилозы и выход общей ксилозы с течением времени представлены в Таблице 5.
Таблица 5: Концентрация общей ксилозы и выход общей ксилозы в зависимости от времени для Примера 5.
ND: не определено
ПРИМЕР 6
[0150] Этот пример предоставляет экспериментальные данные, показывающие выходы общей ксилозы для двух разных биомасс, которые гидролизованы в отдельности и которые также гидролизованы в виде смеси.
[0151] Экспериментальные данные для гидролиза «крупной биомассы красного дуба (RO)» и гидролиза «мелкой биомассы американской липы (BW)» в этом примере являются такими же, как те, что сообщались в Примерах 4 и 5, соответственно. Этот пример также представляет экспериментальные данные для смеси 50/50 масс.% «крупной биомассы красного дуба (RO)» и «мелкой биомассы американской липы (BW)» биомассы, использованных в Примерах 4 и 5. Гидролиз смеси «крупной биомассы красного дуба (RO)» и «мелкой биомассы американской липы (BW)» использует такую же процедуру экстрагирования, которая представлена в Примере 4.
[0152] Как показано на ФИГ. 12, максимальный выход общей ксилозы составляет примерно 52% при примерно 153 мин (т.е. времени Y) для «мелкой биомассы американской липы (BW)», использованной отдельно, примерно 50% при примерно 90 мин (т.е. времени X) для «крупной биомассы красного дуба (RO)», использованной отдельно, и примерно 54% при примерно 120 мин (т.е. времени Z) для смеси 50/50 масс.% «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)». Началом отсчета времени в измерении времени X, времени Y и времени Z является момент, когда смесь достигает температуры для гидролиза/экстрагирования (примерно 165°С), и времена X, Y и Z не включают период времени, требующийся для повышения температуры до температуры гидролиза/экстрагирования. Кривая выхода общей ксилозы с течением времени для смеси мелкой биомассы американской липы (BW) и крупной биомассы красного дуба (RO) находится между кривыми для мелкой биомассы американской липы (BW), использованной отдельно, и крупной биомассы красного дуба (RO), использованной отдельно, при более коротких временах гидролиз, однако в конечном счете и неожиданно достигает более высокого максимального выхода общей ксилозы, чем любая из биомасс, гидролизованных в отдельности. Кроме того, время до максимального выход гидролиза для смеси короче, чем время для «мелкой биомассы американской липы (BW)», гидролизованной в отдельности. Общая концентрация ксилозы и выход общей ксилозы с течением времени для смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» представлена в Таблице 6. Данные для отдельного выполнения гидролиза «крупной биомассы красного дуба (RO)» и гидролиза «мелкой биомассы американской липы (BW)» уже приведены в Таблицах 3 и 5 в Примерах 4 и 5, соответственно. Величина pH смеси мелкой биомассы американской липы (BW) и крупной биомассы красного дуба (RO) в зависимости от времени представлена в Таблице 8 в Примере 7.
Таблица 6. Концентрация общей ксилозы и выход общей ксилозы в зависимости от времени для Примера 6.
[0153] ФИГ. 13 сравнивает выход общей ксилозы с течением времени для смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» с кривой, образованной посредством усреднения выходов общей ксилозы для мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» гидролизованных в отдельности. Как показано на ФИГ. 13, от 0 мин до примерно 30 мин выход общей ксилозы для смеси является примерно одинаковым для среднего значения биомасс, гидролизованных в отдельности. Неожиданным образом, однако, в период времени ≥ примерно 30 мин общий выход гидролиза для смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» заметно выше, чем тот, который рассчитан посредством усреднения выходов общей ксилозы от гидролиза биомасс в отдельности. Другими словами, посредством модификации американской липы, чтобы произвести «мелкую биомассу американской липы (BW)», и модификации красного дуба, чтобы произвести «крупную биомассу красного дуба (RO)», смесь этих двух биомасс может быть гидролизована совместно, и достигнут неожиданный положительный синергетический эффект.
ПРИМЕР 7
[0154] Этот пример предоставляет экспериментальные данные, демонстрирующие количество фурфурола, произведенного во время гидролиза биомасс в отдельности и в смесях.
[0155] Фурфурол является ингибитором ферментации, обычно образованным в гидролизате биомассы посредством дегидратации мономерной ксилозы. Фурфурол обычно необходимо удалять из гидролизата биомассы перед ферментацией, в противном случае ксилоза или другие сахара не могут быть эффективно ферментированы. Поэтому, чем меньше фурфурола производится во время гидролиза биомассы, тем меньше усилий и затрат требуется, чтобы удалить фурфурол из гидролизата биомассы перед ферментацией.
[0156] Концентрации фурфурола, уксусной кислоты и муравьиной кислоты, а также pH, были измерены для гидролиза смеси «крупной биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» и для гидролиза смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)», выполненных в Примерах 4 и 6, соответственно. Фурфурол количественно определяли посредством высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) с рефрактометрическим детектором. Данные представлены в таблицах 7 и 8. Кроме того, концентрацию фурфурола измеряли для отдельного выполнения гидролиза «крупной биомассы красного дуба (RO)» и гидролиза «мелкой биомассы американской липы (BW)», выполненных в Примерах 4 и 5, соответственно. Данные представлены в Табл. 9.
Таблица 7. Концентрация фурфурола, уксусной кислоты и муравьиной кислоты и выход фурфурола в зависимости от времени для гидролиза смеси «крупной биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)».
Таблица 8. Концентрация фурфурола, уксусной кислоты и муравьиной кислоты и выход фурфурола в зависимости от времени для гидролиза смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)».
Таблица 9. Концентрация фурфурола в зависимости от времени для отдельного выполнения гидролиза «крупной биомассы красного дуба (RO)» и гидролиза «мелкой биомассы американской липы (BW)» от Примеров 4 и 5, соответственно.
ND: не определено
[0157] ФИГ. 14 показывает концентрацию фурфурола как функцию от времени для смеси «крупной биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» и также для смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)». Смесь «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» производит примерно на 49% меньше фурфурола, чем в случае смеси «крупной биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)», при сравнении при максимальных выходах общей ксилозы. ФИГ. 15 сравнивает концентрацию фурфурола как функцию от времени для смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» с концентрацией фурфурола с течением времени для гидролизованных в отдельности «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)». Очевидно, что гидролиз смеси «мелкой биомассы американской липы (BW)» и «крупной биомассы красного дуба (RO)» производит более низкое количество фурфурола, чем при гидролизе в отдельности «мелкой биомассы американской липы (BW)» или «крупной биомассы красного дуба (RO)», при сравнении при максимальных выходах общей ксилозы.
[0158] Этот пример демонстрирует, что дегидратация ксилозы (т.е. формирование фурфурола) может быть уменьшено во время экстрагирования посредством модификации надлежащим образом (например, уменьшения размера до подходящей величины) исходных биомасс и гидролиза в качестве смеси.
[0159] Наряду с тем, что предпочтительные формы данного изобретения были описаны, специалистам в данной области техники будет очевидно, что могут быть сделаны различные изменения и модификации, которые будут достигать некоторых преимуществ данного изобретения без отклонения от сущности и объема изобретения. Поэтому объем данного изобретения должен определяться исключительно прилагаемой формулой изобретения.
[0160] Когда интервалы используются в данном документе для физических свойств, таких как интервалы температуры и интервалы давления, или химических свойств, таких как химические свойства, все комбинации и субкомбинации интервалов конкретных вариантов осуществления в нем предназначены быть включенными.
[0161] Описания каждого патента, заявки на патент и публикации, указанных или описанных в этом документе, включены настоящим в данный документ посредством ссылки, во всей их полноте.
[0162] Специалистам в данной области техники будет понятно, что многочисленные изменения и модификации могут быть сделаны для предпочтительных вариантов осуществления изобретения, и что такие изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от сущности данного изобретения. Это, поэтому, означает, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие эквивалентные вариации, которые находятся в пределах сущности и объема.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| РАСТВОРИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ЛИГНИНА И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 2017 |
|
RU2740758C2 |
| ЗАМКНУТЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛА ИЗ БИОМАСС | 2015 |
|
RU2713659C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛА | 2019 |
|
RU2815907C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛА ИЗ БИОМАСС | 2015 |
|
RU2713660C2 |
| СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА САХАРОВ ИЗ БИОМАССЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ РАСТЕНИЙ ГВАЮЛА | 2018 |
|
RU2772346C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРОВ ИЗ БИОМАССЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ РАСТЕНИЙ ГВАЙЮЛЫ | 2019 |
|
RU2793789C2 |
| УЛУЧШЕННЫЙ СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ БИОМАССЫ | 2010 |
|
RU2551320C2 |
| КОНТРОЛЬ ПАРОВОГО КРЕКИНГА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ЧЕРНЫХ ПЕЛЛЕТ | 2020 |
|
RU2808327C2 |
| СВЕРХКРИТИЧЕСКИЙ ГИДРОЛИЗ БИОМАССЫ | 2013 |
|
RU2651509C2 |
| ПРОИЗВОДСТВО СБРАЖИВАЕМЫХ САХАРОВ И ЛИГНИНА ИЗ БИОМАССЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ СВЕРХКРИТИЧЕСКИЕ ТЕКУЧИЕ СРЕДЫ | 2011 |
|
RU2556496C2 |
Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ гидролиза смешанной биомассы, который включает предоставление по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс. При этом первая биомасса проявляет максимальный выход гидролиза при времени X, а вторая биомасса - при времени Y. Кроме того, вторая биомасса отличается от первой биомассы, а время X меньше или равно времени Y. Способ обеспечивает максимальный выход сахаров из смесей биомассы. 19 з.п. ф-лы, 15 ил., 9 табл., 7 пр.
1. Способ гидролиза, включающий:
(1) предоставление по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс, содержащих:
(a) от более чем 0 мас.% до менее чем 100 мас.% первой исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени X, когда подвергается воздействию условий первичной обработки; и
(b) от более чем 0 мас.% до менее чем 100 мас.% второй исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени Y, когда подвергается воздействию условий первичной обработки,
где
вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы;
время X меньше или равно времени Y
и время X и время Y различаются на величину, которая меньше чем или равна примерно 100% от времени X;
и
(2) подвергание смеси первой исходной модифицированной биомассы и второй исходной модифицированной биомассы воздействию условий первичной обработки, чтобы достигнуть максимального выхода гидролиза при времени Z, при этом время Z меньше, чем время Y,
где
данный способ гидролиза выполняют при pH по меньшей мере 1,3 и
все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс.
2. Способ по п. 1, в котором вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы посредством различия, выбранного из группы, состоящей из содержания компонентов состава, типа биомассы, вида биомассы, структуры гемицеллюлозы, географического места сбора, сезона сбора и любой их комбинации.
3. Способ по п. 2, в котором отличием является тип биомассы и тип биомассы первой и второй исходных модифицированных биомасс независимым образом выбирают из группы, состоящей из биомассы из мягкой древесины, биомассы из твердой древесины, биомассы из тропической древесины, биомассы из волокон однолетних растений, недревесной биомассы, коммунально-бытовых твердых отходов и любой их комбинации.
4. Способ по п. 1, в котором способ гидролиза выполняют при pH по меньшей мере примерно 2.
5. Способ по п. 1, в котором
(a) первую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством первой обработки и
(b) вторую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством второй обработки,
где первую и вторую обработки независимым образом выбирают из группы, состоящей из измельчения, парового взрыва, аммиачного взрыва, ферментативной обработки, кислотной обработки, щелочной обработки, гидротермической обработки, биологической обработки, каталитической обработки, некаталитической обработки и любой их комбинации, и где первая обработка является такой же, что и вторая обработка, или отличается от нее.
6. Способ по п. 5, в котором по меньшей мере одной из первой и второй обработок является измельчение, и где средний эквивалентный сферический диаметр по меньшей мере одной из первой и второй исходных модифицированных биомасс составляет менее чем примерно 50 мм.
7. Способ по п. 5, в котором первая обработка и вторая обработка являются измельчением, вторая исходная модифицированная биомасса имеет размер частиц менее чем примерно 50 мм и средний эквивалентный сферический диаметр второй исходной модифицированной биомассы меньше, чем средний эквивалентный сферический диаметр первой исходной модифицированной биомассы.
8. Способ по п. 5, в котором первая и вторая обработка являются измельчением, и где вторая исходная модифицированная биомасса имеет средний эквивалентный сферический диаметр менее чем примерно 80% от среднего эквивалентного сферического диаметра первой исходной модифицированной биомассы.
9. Способ по п. 1, в котором первая исходная модифицированная биомасса и вторая исходная модифицированная биомасса находятся в смеси в массовом соотношении от примерно 1:25 до примерно 25:1.
10. Способ по п. 1, в котором первичной обработкой является экстрагирование горячей водой, экстрагирование кислой горячей водой, экстрагирование докритической текучей средой, экстрагирование околокритической текучей средой, экстрагирование сверхкритической текучей средой, ферментативной обработкой или любой их комбинацией.
11. Способ по п. 10, в котором первичной обработкой является экстрагирование горячей водой.
12. Способ по п. 11, в котором экстрагирование горячей водой выполняют при температуре от примерно 120 до примерно 260°С.
13. Способ по п. 11, в котором при экстрагировании горячей водой используют горячую воду и экстрагирование горячей водой выполняют при давлении, достаточном, чтобы поддерживать всю горячую воду в жидкой форме.
14. Способ по п. 1, в котором время Z составляет менее чем примерно 90% от времени Y.
15. Способ по п. 1, в котором максимальный выход гидролиза при времени Z, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, выше, чем среднее значение максимальных выходов гидролиза при временах X и Y.
16. Способ по п. 15, в котором максимальный выход гидролиза при времени Z, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, по меньшей мере примерно на 5% выше, чем среднее значение максимальных выходов гидролиза при временах X и Y.
17. Способ по п. 1, в котором время Z меньше, чем средняя величина времени X и времени Y.
18. Способ по п. 1, в котором выход продукта разложения от первого разложения при времени Z, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, ниже, чем по меньшей мере один из (1) выхода продукта разложения от второго разложения первой исходной модифицированной биомассы при времени X, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки, и (2) выхода продукта разложения от третьего разложения второй исходной модифицированной биомассы при времени Y, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки.
19. Способ по п. 18, в котором продуктом разложения является фурфурол.
20. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
приготовление первой исходной модифицированной биомассы посредством первой обработки и
приготовление второй исходной модифицированной биомассы посредством второй обработки,
где первую и вторую обработки независимым образом выбирают из группы, состоящей из измельчения, парового взрыва, аммиачного взрыва, ферментативной обработки, кислотной обработки, щелочной обработки, гидротермической обработки, биологической обработки, каталитической обработки, некаталитической обработки и любой их комбинации, и где первая обработка является такой же, что и вторая обработка, или отличается от нее.
| Двухлезвенный нож для чистки овощей, фруктов и рыбы | 1927 |
|
SU12161A1 |
| Саморазгружающийся вагон | 1929 |
|
SU14759A1 |
| ГИДРОЛИЗ И ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ БИОМАССЫ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ | 1997 |
|
RU2194078C2 |
| СПОСОБ ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ САХАРИДА, ВКЛЮЧАЮЩЕГО ГЛЮКОЗУ | 2009 |
|
RU2461633C2 |
| WO 2014026154 A1, 13.02.2014 | |||
| US 20110065159 A1, 17.03.2011 | |||
| US 4427453 A1, 24.01.1984 | |||
| WO 2010015404 A1, 11.02.2010. | |||
