[发明专利]冷却和加工材料

说明书

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本申请要求2010年1月15日提交的U.S.临时申请序列No.61/295,476的优先权。该临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。背景

生物质、特别是生物质废弃物可丰富获得。可有用的是由生物质获得材料和燃料例如乙醇。

还可有用的是更有效地加工含石油的材料以获得燃料和其它产物。

概述

本文公开的方法利用材料的冷却和加工，单独或与一种或多种其它加工技术联合，以改变结构并且由此促进材料的进一步加工。例如，在生物质的情况下，利用冷却来降低生物质的抗降解性以促进生物质加工成产物例如燃料。本文公开的方法的一个或多个步骤可在例如由火车、大船、驳船、油罐车(tanker truck)等的运输途中进行，和/或所述方法的两个或更多个步骤可在不同场所进行。在一些实施方式中，用于进行所述方法的一个或多个步骤的设备是可移动的，例如以允许加工设备从一个生产场地移动到另一个生产场地，这取决于原料和/或其它资源的可用性。例如，该方法可包括一种或多种如U.S.序列No.12/374,549中所述的便携式加工系统，其全部公开内容通过引用并入本文。

通过冷却生物质或其它材料，可提高生物质或其它材料各组分(例如，半纤维素和/或木质素和/或蛋白质和/或果胶和/或无机物)的脆性，从而显著提高用于改变该材料的加工技术的有效性。通过提高材料的脆性，可由于各种加工步骤而使材料破裂(例如，可使纤维的边缘破裂)或断裂。破裂可例如是微破裂。

此外，材料冷却可具有由材料各组分差异的膨胀和/或收缩速率引起的其它效果。例如，某些组分(例如存在有水的木质素)相比于与其相关的其它组分(例如半纤维素、纤维素)可按较快的速率或者以不同的量收缩或膨胀。其结果是，可使主题材料变弱，促进其各组分的改性、重组和/或分离(例如，相分离、分层、界面断裂、断裂或破裂如微破裂)。这些加工(其可独立于其它加工技术或者结合其它加工技术进行)还可提高产物的产率，所述产物例如由半纤维素或纤维素获得的乙醇和/或丁醇。冷却降低材料的抗降解性，促进材料的纤维素组分转化成糖溶液(通过酶糖化纤维素)。不希望受理论束缚，认为材料的破裂可使酶在破裂位置渗入材料，从而加速糖化。然后可使糖化材料转化为产物，例如发酵为乙醇和/或丁醇。

当将冷却与其它加工技术例如辐射和/或氧化结合时，可较小程度地使用所述其它技术获得等效结果。例如，当冷却与辐射一起使用时，能够以较低的剂量使用辐射来提供相同的抗降解性降低程度。其它加工技术可包括例如研磨、碾磨、搅拌、磨蚀、短切、剪切、水刀切割、气刀切割、蒸汽刀切割、一个或多个辐射加工步骤(例如暴露于带电粒子例如电子和/或离子)、一个或多个超声处理加工步骤、一个或多个化学加工步骤(例如使用试剂如酸、碱、氧化剂、还原剂和/或溶剂)和/或一个或多个热加工步骤(例如在氧化剂和/或其它试剂存在下和/或在减压环境中热解)。这些其它加工技术如果使用时则可在冷却之前、期间或之后进行。

在用于使材料改变和/或转化成其它材料的各种加工技术期间，材料中可产生明显量的热。为避免燃烧或以其它方式引发不希望的材料热变，可使用本文公开的冷却方法来散逸或抵消过量的热。可根据材料加工期间产生的热量改变冷却程度(例如，从材料除去的热量)。还可调节冷却程度以调节生物质材料的某些性能例如其脆性，从而提高某些随后加工步骤的效率。例如，本文公开的方法可增强半纤维素、纤维素和木质素的粉碎(communution)以及这些组分的分离。

所述冷却和加工方法还可用于处理其它类型的材料例如含烃材料(如含石油的材料)。可使用本文公开的方法冷却和加工各种类型含石油的材料(包括例如重质和轻质原油、天然气、油砂、油页岩、焦油砂、沥青、煤和/或各种烃共混物)以促进材料各组分的提取、裂化、粉碎、分离和精制，以及调节精制，转化和纯化加工例如裂化、重整(催化和非催化)、蒸馏和催化转化期间的温度。

如本文所使用的，“低温”材料是处于200K以下(例如，170K以下、150K以下、130K以下、120K以下、110K以下、100K以下、90K以下、80K以下、70K以下、60K以下、50K以下、40K以下、30K以下)温度的材料。因此，例如，“低温液体”是具有200K以下温度的液体。

如下面将进一步详细讨论的，各种材料可用于冷却，包括例如液氮、二氧化碳和冰。

本文公开的方法可制备具有如下长径比的材料颗粒(例如纤维)：5:1以上(例如6:1以上、8:1以上、10:1以上、12:1以上或15:1以上、20:1以上)。