EA201790037A1 20170831 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/201790037 Полный текст описания [**] EA201790037 20150721 Регистрационный номер и дата заявки US62/026,742 20140721 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок US2015/041306 Номер международной заявки (PCT) WO2016/014511 20160128 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21708 Номер бюллетеня [**] ПЕРЕРАБОТКА БИОМАССЫ Название документа [8] B01D 61/58, [8] C13B 20/16, [8] C13K 1/04, [8] C13K 1/08 Индексы МПК [US] Медофф Маршалл, [US] Мастерман Томас Крейг, [US] Кэхилл Джон М. Сведения об авторах [US] КСИЛЕКО, ИНК. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201790037a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Исходное сырье для биомассы (например, биомассы растительного, животного и бытового происхождения) перерабатывают с получением ценных продуктов, таких как топливо. Например, описаны системы, которые можно использовать для отделения твердых веществ и высокомолекулярных соединений от жидкостей в составе суспензий подвергнутого биопереработке материала биомассы.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Исходное сырье для биомассы (например, биомассы растительного, животного и бытового происхождения) перерабатывают с получением ценных продуктов, таких как топливо. Например, описаны системы, которые можно использовать для отделения твердых веществ и высокомолекулярных соединений от жидкостей в составе суспензий подвергнутого биопереработке материала биомассы.


Евразийское (21) 201790037 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.08.31
(22) Дата подачи заявки 2015.07.21
(51) Int. Cl.
B01D 61/58 (2006.01) C13B 20/16 (2011.01) C13K1/04 (2006.01) C13K1/08 (2006.01)
(54) ПЕРЕРАБОТКА БИОМАССЫ
(31) 62/026,742; 62/027,489
(32) 2014.07.21; 2014.07.22
(33) US
(86) PCT/US2015/041306
(87) WO 2016/014511 2016.01.28
(71) Заявитель: КСИЛЕКО, ИНК. (US)
(72) Изобретатель:
Медофф Маршалл, Мастерман Томас Крейг, Кэхилл Джон М. (US)
(74) Представитель:
Веселицкий М.Б., Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В. (RU)
(57) Исходное сырье для биомассы (например, биомассы растительного, животного и бытового происхождения) перерабатывают с получением ценных продуктов, таких как топливо. Например, описаны системы, которые можно использовать для отделения твердых веществ и высокомолекулярных соединений от жидкостей в составе суспензий подвергнутого биопереработке материала биомассы.
ПЕРЕРАБОТКА БИОМАССЫ
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
5 [0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 62/026742, поданной 21 июля 2014 года, и предварительной заявки на патент США № 62/027489, поданной 22 июля 2014 года, содержание каждой из которых тем самым включено в настоящий документ посредством ссылки.
10 УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] На сегодняшний день доступно большое количество потенциального лигноцеллюлозного сырья, включающего, в частности, сельскохозяйственные отходы, древесную биомассу, бытовые отходы, масличные семена/жмых и морские водоросли. В 15 настоящее время указанные материалы часто используют недостаточно эффективно, применяя их, например, в качестве корма для животных, биогумусных материалов, топлива для сжигания в установке для совместного производства тепловой и электрической энергии, или даже захоранивая на свалках.
[0003] Лигноцеллюлозная биомасса содержит кристаллические целлюлозные 20 фибриллы, встроенные в гемицеллюлозную матрицу, окруженную лигнином. Это обеспечивает компактную матрицу, труднодоступную для ферментов и для других химических, биохимических и/или биологических процессов. Материалы целлюлозной биомассы (например, материал биомассы, из которого был удален лигнин) являются более доступными для ферментов и других процессов превращения, но даже в этом 25 случае природные целлюлозные материалы часто имеют низкий выход (от теоретического выхода) при приведении в контакт с гидролизующими ферментами. Лигноцеллюлозная биомасса имеет еще более высокую сопротивляемость воздействию ферментов. Кроме того, каждый тип лигноцеллюлозной биомассы имеет собственное конкретное соотношение целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В целом, в настоящем документе описаны способы фильтрования материалов, например, материалов биомассы. В настоящем документе описаны способы 35 осахаривания или разжижения материала биомассы, например, целлюлозного,
лигноцеллюлозного и/или крахмального исходного сырья, путем превращения материала биомассы в низкомолекулярные сахара. Например, описаны способы осахаривания исходного сырья, например, с помощью фермента, например, одной или более целлюлазы и/или амилазы. Настоящее изобретение также относится к превращению 5 исходного сырья в продукт, например, путем биообработки, такой как ферментация, или другого способа обработки, такого как перегонка. Указанные способы включают применение фильтрации для удаления суспендированных твердых веществ, окрашенных веществ, клеток (например, дрожжей, бактерий) и/или вирусов из жидкостей, полученных из биомассы.
10 [0005] В настоящем документе предложен способ очистки, включающий получение первого пермеата из биообработанного исходного сырья путем удержания материала из биообработанного исходного сырья с молекулярной массой, примерно превышающей первую молекулярную массу материала из биообработанного исходного сырья, с помощью первого мембранного фильтра. Предложенный способ также включает
15 получение второго пермеата из первого пермеата путем удержания материала из первого пермеата с молекулярной массой, примерно превышающей вторую молекулярную массу материала из первого пермеата, с помощью второго мембранного фильтра. Биообработанное исходное сырье можно получить путем осахаривания материала биомассы, при этом указанное осахаривание можно осуществить путем приведения
20 материала биомассы в контакт с ферментом или организмом. Необязательно, материал биомассы представляет собой целлюлозный или лигноцеллюлозный материал. Необязательно, биообработанное исходное сырье находится в форме суспензии, содержащей менее примерно 1% твердых веществ (например, менее примерно 0,5%, менее примерно 0,2%, менее примерно 0,1%). Твердые вещества могут иметь средний
25 размер частиц менее примерно 10 мкм (например, менее примерно 5 мкм, менее примерно 1 мкм). Перед применением первого мембранного фильтра биообработанное исходное сырье можно отфильтровать для удаления твердых веществ. Необязательно, перед фильтрованием биообработанное исходное сырье содержит по меньшей мере примерно 1 % твердых веществ (например, по меньшей мере примерно 3% твердых
30 веществ, по меньшей мере примерно 9% твердых веществ). Биообработанное исходное сырье можно отфильтровать способом, выбранным из центрифугирования с применением декантерных центрифуг, центрифугирования с применением дисковых центрифуг, пакетной фильтрации, фильтрации с применением пластинчатых фильтров, микрофильтрации, колоночной фильтрации, процессов разделения, усиленных
35 вибрацией, и комбинации перечисленных способов (например, с помощью двух
центрифуг, применяемых последовательно). Необязательно, биообработанное исходное сырье представляет собой продукт ферментации. Необязательно, биообработанное исходное сырье представляет собой остаток перегонки, содержащий по меньшей мере один сахар. Некоторые варианты включают биообработанное исходное сырье, 5 содержащее ксилозу (например, от примерно 0,1 до примерно 50% ксилозы, например, от примерно 0,5 до примерно 30% ксилозы, от примерно 1 % до примерно 20% ксилозы, от примерно 1% до примерно 10%). В некоторых вариантах биообработанное исходное сырье содержало по меньшей мере одно летучее соединение, удаленное из него под вакуумом перед фильтрацией указанного сырья с помощью первого мембранного
10 фильтра. Например, указанное летучее соединение может представлять собой сложный эфир (например, эфир масляной кислоты, эфир молочной кислоты) или спирт (например, этанол, бутанол). Концентрация спирта в биообработанном исходном сырье может составлять менее примерно 5% (например, менее примерно 1%, менее примерно 0,5%, менее примерно 0,1%). Необязательно, первая молекулярная масса выше второй
15 молекулярной массы. Необязательно, первая молекулярная масса может составлять по меньшей мере примерно 100 кДа (например, по меньшей мере примерно 150 кДа, по меньшей мере примерно 200 кДа). В некоторых вариантах первый мембранный фильтр удерживает частицы, размер которых больше примерно 0,05 мкм (например, больше примерно 0,06 мкм, больше примерно 0,07 мкм, больше примерно 0,08 мкм, больше
20 примерно 0,09 мкм, больше примерно 0,1 мкм), из биообработанного исходного сырья. Необязательно, вторая молекулярная масса составляет по меньшей мере примерно 2 кДа (например, от примерно 2 кДа до примерно 100 кДа, от примерно 2 кДа до примерно 50 кДа, от примерно 4 кДа до примерно 20 кДа). Необязательно, первый пермеат имеет более низкую мутность (например, менее примерно 5 нефелометрических единиц
25 мутности (NTU), менее примерно 1 нефелометрической единицы мутности), чем ожиженная биомасса (имеющая, например, по меньшей мере примерно 5 NTU, по меньшей мере примерно 10 NTU, по меньшей мере примерно 50 NTU). Необязательно, второй пермеат имеет меньшую цветность (например, менее примерно 200 единиц, определенную согласно стандартному методу определения цветности ASTM D1209 с
30 применением платиново-кобальтовой шкалы, менее примерно 100 единиц, менее примерно 50 единиц, менее примерно 40 единиц, менее примерно 30 единиц, менее примерно 20 единиц, менее примерно 10 единиц, менее примерно 5 единиц и даже менее примерно 1 единиц), чем первый пермеат. Кроме того, в настоящем документе предложены способы, в которых первый и второй мембранные фильтры выполнены в
35 виде фильтров с перекрестным потоком. Например, способы, в которых первый и/или
второй мембранные фильтры представляют собой спиральные фильтры, трубчатые фильтры или фильтры с полыми волокнами. Например, способы, в которых первый и/или второй мембранные фильтры выполнены в виде трубчатых фильтров с диаметром от примерно Ул (0,635 см) до примерно 1 дюйма (2,54 см) (например, примерно 1А дюйма 5 (2,27 см)). Необязательно, давление на входе в первом и/или втором мембранном фильтре составляет от примерно 90 (примерно 620 кПа изб. давления) до примерно 500 PSIG (примерно 3447 кПа изб. давления) (например, от примерно 100 (примерно 689 кПа изб. давления) до примерно 250 PSIG (примерно 1724 кПа изб. давления)) и давление на выходе в первом и/или втором мембранном фильтре составляет от примерно 20
10 (примерно 138 кПа изб. давления) до примерно 430 PSIG (примерно 2965 кПа изб. давления) (например, от примерно 20 (примерно 138 кПа изб. давления) до 150 PSIG (примерно 1034 кПа изб. давления)). Необязательно, биообработанное исходное сырье проходит через трубу со скоростью потока от примерно 1 гал/мин (примерно 3,8 л/мин) до примерно 20 гал/мин (примерно 76 л/мин) (например, от примерно 2 (примерно 7,6
15 л/мин) до примерно 10 гал/мин (примерно 37,8 л/мин), от примерно 4 (примерно 15,1 л/мин) до примерно 6 гал/мин (примерно 22,7 л/мин)). Необязательно, первый и/или второй мембранные фильтры выполнены в виде модулей, содержащих два или более пучков трубчатых фильтров (например, 7 или более, 19 или более, 37 или более труб на модуль). Например, для обработки ожиженного материала биомассы и/или первого
20 пермеата применяют более одного модуля (например, 2, 3, 4, 5, 6 или более). В настоящем документе также предложены способы, в которых при фильтровании через первый и второй мембранные фильтры, биообработанное исходное сырье и первый пермеат находятся при температуре от примерно 30 до примерно 70 °С (например, от примерно 40 до примерно 65 °С, от примерно 40 до примерно 50 °С). Необязательно, в
25 настоящем документе предложены способы, дополнительно включающие концентрирование первого пермеата (например, с применением испарителя, такого как трехкорпусный испаритель, с применением нанофильтрации, с применением обратного осмоса). Необязательно, в настоящем документе описаны способы, дополнительно включающие концентрирование второго пермеата (например, с применением испарителя,
30 такого как трехкорпусный испаритель, с применением нанофильтрации, с применением обратного осмоса). Необязательно, второй пермеат обрабатывают с помощью системы, выбранной из группы, состоящей из испарителя, электродиализа, реверсивного электродиализа, хроматографии с псевдодвижущимся слоем и их комбинаций. [0006] Технология мембранного отделения является подходящей альтернативой (или
35 дополнительным способом) промышленным способам отделения, таким как перегонка,
центрифугирование и экстракция, поскольку такая технология потенциально обеспечивает преимущества, включающие высокоселективное разделение, разделение без применения каких-либо вспомогательных материалов, работу при температуре окружающей среды или при низкой температуре, отсутствие фазовых изменений, 5 непрерывную и автоматическую работу и экономичную работу. Кроме того, установки мембранного отделения могут быть небольшими и компактными за счет модульной конструкции и являться простыми и экономичными с точки зрения встраивания в существующие технологические процессы. Капитальные и эксплуатационные затраты также являются сравнительно низкими. Таким образом, способы мембранного отделения 10 можно использовать в случае трудностей, связанных с отделением растворов, полученных из биомассы, например, растворов, содержащих коллоиды, тонкодисперсные частицы, частицы с плотностью, близкой к плотности жидкой фазы, клетки, белки, полисахариды, продукты ферментации, сахара и/или лигнин.
[0007] Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны 15 из следующего подробного описания и формулы изобретения.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Приведенные выше сведения станут очевидны из следующего более 20 конкретного описания типичных вариантов реализации настоящего изобретения, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого основной упор сделан на иллюстрации вариантов реализации настоящего изобретения.
[0009] На фиг. 1 показана возможная последовательность действий для очистки 25 биообработанного исходного сырья.
[0010] На фиг. 2 схематически показан вариант реализации предложенных в изобретении способов и потока материалов.
[ООН] На фиг. 3 схематически показан вариант реализации системы последовательной или каскадной фильтрации. 30 [0012] Фиг. 4 представляет собой график распределения частиц по размерам ферментированного материала.
[0013] Фиг. 5 представляет собой график распределения частиц по размерам ферментированного и центрифугированного материала.
[0014] Фиг. 6 представляет собой график распределения частиц по размерам ферментированного, центрифугированного, нагретого и затем центрифугированного материала.
5 ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] С помощью оборудования, способов и систем, описанных в настоящем документе, целлюлозные и лигноцеллюлозные сырьевые материалы, источником которых, например, может служить биомасса (например, биомасса растительного
10 происхождения, биомасса животного происхождения, бумага и биомасса бытового происхождения), можно ревратить в полезные продукты и промежуточные соединения, такие как сахара и другие продукты (например, продукты ферментации). В настоящем документе описаны оборудование, способы и системы для фильтрования суспензий с применением мембранной фильтрации. Например, описаны методы мембранной
15 фильтрации в перекрестном потоке, такие как микро- и ультрафильтрация для улучшения характеристик технологических потоков биомассы.
[0016] Способы производства растворов сахара и получаемых из них продуктов могут включать, например, механическую обработку целлюлозного и/или лигноцеллюлозного исходного сырья. Перед и/или после такой обработки исходное сырье можно обработать
20 с помощью другого способа физической обработки, например, облучения, для уменьшения или дополнительного уменьшения его сопротивляемости обработке. Раствор сахара образуется при осахаривании исходного сырья, например, при добавлении одного или более ферментов. Продукт можно получить из раствора сахара, например, путем селективной ферментации одного или более Сахаров с получением спирта.
25 Дополнительная обработка может включать очистку раствора, например, посредством центрифугирования, фильтрации с применением вращающегося барабана, усовершенствованных процессов вибрационного отделения (VSEP), перегонки, ультрафильтрации, электродиализа, и/или хроматографии с псевдодвижущимся слоем. Например, такие дополнительные технологии обработки описаны в Attorney Docket No
30 00179-P1US, поданной одновременно с настоящей заявкой, PCT/US2014/21638, поданной 7 марта 2014 года, PCT/US2014/21815, поданной 7 марта 2014 года, и PCT/US2014/21584, поданной 7 марта 2014 года, полное описание которых включено в настоящий документ посредством ссылки. При необходимости, на различных этапах указанного процесса можно выполнить стадии измерения содержания лигнина и установки или регулировки
35 параметров процесса (например, путем регулировки давления, применяемого на стадиях
фильтрации через мембраны, или выбора размеров пор в мембране/границы отсечения по молекулярной массе) на основе результатов такого измерения. Некоторое описание, касающееся регулировки параметров процесса, приведено в патенте США № 8415122, опубликованном 19 апреля 2013 года, полное описание которого включено в настоящий 5 документ посредством ссылки.
[0017] На фиг. 1 показана возможная последовательность действий для очистки биообработанного исходного сырья. Биообработанное исходное сырье 110, например, осахаренный и ферментированный лигноцеллюлозный или целлюлозный материал, отфильтровывают с помощью одной или более центрифуг и/или усовершенствованных
10 процессов вибрационного отделения (например, используя мембранный фильтр тонкой очистки) 112. Остатки 126 также можно подвергнуть дальнейшей обработке, например, использовать в качестве исходного сырья для комбинированного производства энергии, в качестве питательного вещества (например, для стадии ферментации), в качестве корма для животных, в качестве удобрения и/или в качестве адсорбирующего материала.
15 Например, указанные остатки можно использовать при комбинированном производстве энергии, как описано в PCT/US2014/21634, поданной 7 марта 2014 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. Отфильтрованный материал можно подвергнуть перегонке 114 с получением дистиллята 130, такого как очищенные спирты или сложные эфиры. Остаток от дистиллята можно отфильтровать
20 посредством ультрафильтрации 116, применяя одну стадию ультрафильтрации или несколько стадий ультрафильтрации последовательно (например, 2, 3, 4, 5 или даже более 6). Остаток, полученный при ультрафильтрации, может быть обогащен молекулярными соединениями, такими как производные лигнина, и его можно использовать в качестве химического сырья или можно сжечь для выработки энергии
25 (например, при комбинированном производстве электроэнергии и тепла). После ультрафильтрации раствор (например, пермеат) можно подвергнуть дополнительной обработке 124. Например, дополнительная обработка может включать концентрирование, электродиализ или реверсивный электродиализ для удаления ионных форм и/или применение хроматографического способа, такого как хроматография с
30 псевдодвижущимся слоем, для очистки продуктов, таких как сахара (например, ксилоза) или кислоты (например, молочная кислота). Такие виды очистки являются целесообразными и могут быть необходимы вследствие многокомпонентности биообработанного исходного сырья, полученного из биомассы. Последовательная ультрафильтрация может быть более эффективной, более быстрой и может уменьшить
35 засорение мембран.
[0018] Поскольку биомасса представляет собой многокомпонентное исходное сырье, состав и свойства твердых веществ и полученных из них жидкостей также могут быть комплексными и сильно варьироваться. Например, лигноцеллюлозные материалы содержат разные комбинации целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Целлюлоза 5 представляет собой линейный полимер глюкозы. Гемицеллюлоза представляет собой любой из нескольких гетерополимеров, таких как ксилан, глюкуроноксилан, арабиноксиланы и ксилоглюкан. Первичный мономер сахара, присутствующий (например, присутствующий в максимальной концентрации) в гемицеллюлозе, представляет собой ксилозу, хотя присутствуют и другие мономеры, такие как манноза,
10 галактоза, рамноза, арабиноза и глюкоза. Хотя все лигнины демонстрируют вариабельность их состава, они были описаны как аморфный дендритический сетчатый полимер, состоящий из фенилпропеновых звеньев. Количества целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в материале конкретной биомассы зависят от источника материала биомассы. Например, полученная из древесины биомасса может содержать от
15 примерно 38 до 49% целлюлозы, от 7 до 26% гемицеллюлозы и от 23 до 34% лигнина в зависимости от типа. Травы обычно содержат от 33 до 38% целлюлозы, от 24 до 32% гемицеллюлозы и от 17 до 22% лигнина. Очевидно, что лигноцеллюлозная биомасса составляет большой класс субстратов.
[0019] Биообработанное исходное сырье 110 может представлять собой суспензию,
20 такую как взвесь, например, суспензию твердых частиц биомассы в жидкости (например, водном растворе). По меньшей мере частично, твердые частицы получают путем механической обработки, например, с применением способов механической обработки, описанных в настоящем документе, например, способов, позволяющих рубить, дробить, рассекать и/или измельчать материал биомассы, такой как целлюлозный и/или
25 лигноцеллюлозный материал. Такие твердые частицы суспензии могут обладать широким спектром свойств. Например, твердые частицы могут иметь различную морфологию, например, представлять собой сфероидные частицы, эллипсоидные частицы, волокна, хлопья, плоские частицы, гладкие частицы, шероховатые частицы, угловатые частицы, цилиндрические частицы, фибриллы, клеточные частицы (например,
30 клетки любой формы и размера), конгломераты (например, представлять собой массу разнородных частиц, отличающихся, например, по размеру и/или форме), агрегаты (например, представлять собой массу сходных частиц, например, похожих по размеру и/или форме). Твердые частицы также могут иметь различные плотности, например, иметь плотности от примерно 0,01 г/куб. см до более 5 г/куб. см (например, от примерно
35 0,1 до примерно 2 г/куб. см, от примерно 0,2 до примерно 1 г/куб. см). Твердые частицы
могут иметь разные или похожие пористости, например, в диапазонах от примерно 5% до примерно 90% (например, от примерно 5% до примерно 50%, от примерно 10% до примерно 40%). Помимо механической обработки свойства указанных частиц и растворов в суспензии исходного сырья определяются и другими стадиями обработки, 5 такими как, облучение, осахаривание и ферментация. Разнообразные размеры, формы и типы частиц и макромолекул, присутствующих в сырье, могут затруднять фильтрацию. [0020] Как указано, биообработка 110 может включать осахаривание материала с пониженной сопротивляемостью обработке. Например, можно использовать способы снижения сопротивляемости обработке, такие как паровой взрыв, пиролиз, окисление,
10 облучение, обработка ультразвуком и их комбинации. Сопротивляемость обработке также можно уменьшить под действием тепла, например, подводимого с помощью струйных варочных аппаратов, или с применением других способов, описанных в предварительной заявке на патент США № 62/014718, поданной 20 июня 2014 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
15 Способы обработки, такие как облучение, могут изменять молекулярную массу полимерных компонентов путем как расщепления цепи, так и/или посредством сшивания в зависимости от уровней обработки. В целом, при дозе облучения выше примерно 10 Мрад указанная обработка позволяет уменьшить молекулярную массу целлюлозных материалов и также понизить сопротивляемость обработке, например, делает более
20 легким осахаривание такого материала. Кроме того, возможно, что указанное облучение приводит к уменьшению или увеличению молекулярной массы лигниновых компонентов в биомассе. Наряду с облегчением осахаривания перечисленные способы обработки могут модифицировать биообработанные материалы, например, путем изменения молекулярной массы.
25 [0021] Осахаривание может включать суспендирование биомассы (например, материала биомассы с пониженной сопротивляемостью обработке) в воде и обработку суспендированной биомассы с помощью нагревания (например, от примерно 80 до примерно 200 °С, от примерно 100 до примерно 190 °С, от примерно 120 до примерно 160 °С) и/или кислот (например, минеральных кислот, таких как серная кислота). Можно
30 дополнительно применять и другие способы регулирования рН либо с помощью кислот, либо оснований, увеличивая ионную силу жидкостей. Необязательно или дополнительно, осахаривание можно осуществить путем обработки с применением ферментов. Например, ферменты и разрушающие биомассу организмы, которые разлагают биомассу, такую как целлюлозные, гемицеллюлозные и/или лигниновые части биомассы,
35 описанные выше, содержат или вырабатывают различные разлагающие клетчатку
ферменты (целлюлазы), лигниназы, ксиланазы, гемицеллюлазы или различные разрушающие биомассу метаболиты, представляющие собой маленькие молекулы. Сначала целлюлозный субстрат гидролизуют с помощью эндоглюканазы в случайных местах с получением олигомерных промежуточных соединений. В дальнейшем 5 указанные промежуточные соединения представляют собой субстраты для экзотермического расщепления глюканаз, таких как целлобиогидролаза, с получением целлобиозы из концевых участков целлюлозного полимера. Целлобиоза представляет собой водорастворимый 1,4-связанный димер глюкозы. И наконец, целлобиаза расщепляет целлобиозу с образованием глюкозы. В случае гемицеллюлозы ксиланаза
10 (например, гемицеллюлаза) воздействует на этот биополимер и высвобождает ксилозу в качестве одного из возможных продуктов. Поэтому после осахаривания раствор будет иметь высокую концентрацию глюкозы и ксилозы, при этом наблюдается сопутствующее уменьшение содержания целлюлозы и гемицеллюлозы. Например, если суспензия осахаренной биомассы включает по меньшей мере два моносахарида
15 (например, глюкозу и ксилозу), растворенных в жидкости, концентрация моносахаридов может достигать по меньшей мере 50 % масс, от общего количества углеводов, присутствующих в целлюлозном или лигноцеллюлозном материале с пониженной сопротивляемостью обработке, например, 60 % масс, 70 % масс, 80 % масс, 90 % масс, или даже по существу 100 % масс. Необязательно, концентрация глюкозы может
20 достигать самое меньшее 10 % масс, моносахаридов, присутствующих в осахаренном материале, например, по меньшей мере 20 % масс, 30 % масс, 40 % масс, 50 % масс, 60 % масс, 70 % масс, 80 % масс, 90 % масс, или по существу 100 % масс. Оставшийся материал в суспензии может включать лигнин и производные лигнина, которые являются растворимыми или нерастворимыми, а также растворимые и нерастворимые
25 полисахариды. Например, если общее количество углеводов, присутствующих в осахаренном материале, составляет 40 % масс, в суспензии осахаренной биомассы, по меньшей мере 50% такого материала могут представлять собой моносахариды (например, что соответствует 20 % масс, моносахарида в суспензии осахаренной биомассы) и из указанных моносахаридов по меньшей мере 10 % масс, могут
30 представлять собой глюкозу (например, по меньшей мере 2 % масс).
[0022] Биообработка 110 также может включать ферментацию, например, ферментацию после осахаривания. Например, биообработка может включать ферментацию Сахаров путем добавления микроорганизма, такого как дрожжи или бактерии, для получения спиртов и кислот (например, этанола, бутанола, уксусной
35 кислоты, молочной кислоты и/или масляной кислоты). В результате ферментации также
можно непосредственно получить сложные эфиры или продукты, химически превращаемые в сложные эфиры. Ферментация может представлять собой селективную ферментацию, например, ферментацию только глюкозы или только ксилозы, или неселективную одновременную или последовательную ферментацию двух или более 5 Сахаров. Кроме того, ферментация изменяет состав суспензии, например, за счет добавления продуктов распада клеток от ферментативных организмов и побочных продуктов ферментации.
[0023] Таким образом, биообработанное исходное сырье, полученное в результате осахаривания и ферментации биомассы, может включать различные материалы,
10 например, суспендированные или растворимые соединения и/или материалы. Например, растворы могут содержать сахара, ферменты (например, части ферментов, активные ферменты, денатурированные ферменты), аминокислоты, питательные вещества, живые клетки, мертвые клетки, продукты распада клеток (например, клетки, подвергшиеся лизису, дрожжевой экстракт), кислоты, основания, соли (например, галогениды,
15 сульфаты и фосфаты, соли щелочных, щелочноземельных, переходных металлов), продукты частичного гидролиза (например, фрагменты целлюлозы и гемицеллюлозы), лигнин, лигниновые остатки, неорганические твердые вещества (например, кремнийсодержащие материалы, глины, технический углерод, металлы), остатки осахаренной и/или ферментированной биомассы и их комбинации. Кроме того,
20 сахар/ферментированные растворы могут быть окрашены вследствие присутствия окрашенных примесей (например, окрашенных веществ), таких как ароматические хромофоры. Например, некоторые ионы металлов, полифенолы и полученные из лигнина продукты, образующиеся или выделяющиеся при обработке лигноцеллюлозной биомассы, могут быть сильно окрашены. Цвет можно измерять различными способами,
25 например, с применением стандартного метода определения цветности ASTM D1209 на основе платиново-кобальтовой шкалы цветности. Способы, описанные в настоящем документе, позволяют, например, уменьшить цветность растворов до менее примерно 200 единиц согласно методу определения цветности с применением платиново-кобальтовой шкалы цветности (например, до менее примерно 100 единиц, менее
30 примерно 50 единиц, менее примерно 40 единиц, менее примерно 30 единиц, менее примерно 20 единиц, менее примерно 10 единиц, менее примерно 5 единиц и даже менее примерно 1 единицы).
[0024] Биообработанное исходное сырье (например, суспензия) может содержать в целом от примерно 1% до 20% суспендированных твердых веществ (TSS) (например, от 35 примерно 2% до примерно 10% твердых веществ, от примерно 3% до 9% твердых
веществ). Содержание TSS можно снизить, при необходимости, путем центрифугирования. После применения, например, одной или более центрифуг или усовершенствованного процесса вибрационного отделения (VSEP) 112, описанного выше, содержание TSS уменьшается до от примерно 0 до примерно 3% (например, от 5 примерно 0 до 2%, от примерно 0,1 до примерно 1%). Твердые вещества предпочтительно составляют менее примерно 1%. Наряду с уменьшением количества твердых веществ на стадии фильтрования (например, при применении центрифуги и/или VSEP) можно удалять частицы и модифицировать распределение частиц суспензий по размерам. Например, на первой стадии фильтрования можно удалить большую часть
10 крупных частиц, например, больше 100 мкм (например, больше примерно 50 мкм, больше примерно 40 мкм, больше примерно 30 мкм, больше примерно 20 мкм). Соответственно, средний размер частиц после первой стадии центрифугирования может составлять менее примерно 100 мкм (менее примерно 50 мкм, менее примерно 10 мкм или даже менее примерно 5 мкм). С помощью второй центрифуги можно удалить более
15 мелкие частицы, например, от 100 мкм до 1 мкм. Соответственно, средний размер частиц после применения второй центрифуги может составлять от примерно 50 мкм до 1мкм (например, от 10 до 1 мкм, от примерно 5 мкм до 1 мкм). Понятно, что между одной или более стадиями фильтрования или перед стадией ультрафильтрации 116 можно использовать некоторые способы, которые увеличивают размер частиц, модифицируют
20 распределение частиц по размерам и/или увеличивают содержание твердых веществ. Такие способы могут включать, например, денатурирование белков и/или добавление осадителя или флокулирующего агента. Например, нагревание во время перегонки при ее проведении между стадиями фильтрования или после указанных стадий может привести к денатурации белков, в также к концентрированию твердых веществ, что вызывает
25 коагуляцию, флокуляцию и/или агломерацию.
[0025] На фиг. 2 схематически показан вариант реализации способа, который можно использовать, и поток материалов. Согласно такому варианту реализации изобретения сырье 210, полученное в результате фильтрования (например, с применением центрифуги и/или стадии VSEP) 112 может содержать в общем небольшое количество
30 суспендированных твердых веществ (TSS), например, менее примерно 3% твердых веществ (например, при применении одной стадии центрифугирования) или даже ниже (например, при применении одной или более стадий центрифугирования), например, менее примерно 1% (например, менее примерно 0,5%, менее примерно 0,2%, менее примерно 0,1%). Содержание твердых веществ в процентах относится к % масс, сухих
твердых веществ (например, масса сухих твердых веществ/масса суспензии х 100%, как описано в примерах).
[0026] Целью первой мембранной фильтрации 220 может быть удержание в концентрате материала (или исключение из пермеата материала) с молекулярной массой 5 выше примерно 100 кДа (например, выше примерно 150 кДа, примерно 200 кДа.). Альтернативно, целью первой мембранной фильтрации 220 может быть удержание в концентрате твердых частиц (или исключение из пермеата твердых частиц) с размером более примерно 0,05 мкм (например, более примерно 0,06 мкм, более примерно 0,07 мкм, более примерно 0,08 мкм, более примерно 0,09 мкм, более примерно 0,1 мкм). Поскольку
10 микрофильтрацию можно классифицировать как удаление из сырьевого потока материалов с размером от примерно 0,08 до примерно 4 мкм без строго определенных ограничений, согласно некоторым вариантам реализации изобретения первую фильтрацию можно осуществить с использованием метода микрофильтрации. Однако, предпочтительно использование метода ультрафильтрации, поскольку ультрафильтрация
15 в целом относится к удалению из сырьевого потока частиц с размером ниже примерно 0,3 мкм (с молекулярной массой примерно 300 кДа) и выше примерно 0,005 мкм и примерно 50 к Да.
[0027] В результате первой мембранной фильтрации 220 получают пермеат 240 и первый концентрат 230. Первый концентрат будет иметь более высокое содержание TSS,
20 чем сырье, например, до примерно 20% TSS (например, до примерно 10 % масс, твердых веществ, до примерно 5 % масс, твердых веществ). Первый концентрат также будет содержать преимущественно соединения (например, более примерно 95 % масс, более примерно 99% масс, более примерно 99.9 % масс.) с молекулярной массой, выше границы отсечения по молекулярной массе первой мембраны, как описано выше. Первый
25 пермеат 240 будет иметь очень низкое содержание TSS (например, менее примерно 0,05 % масс, менее примерно 0,01 % масс, примерно 0 % масс.) и по существу не будет содержать соединения с молекулярной массой выше границы отсечения по молекулярной массе первой мембраны (например, менее 5 % масс, менее примерно 1 % масс, менее примерно 0,1 % масс). Соответственно, первый пермеат имеет существенно более
30 низкую мутность по сравнению с сырьем. Например, мутность сырья может составлять по меньшей мере примерно 50 нефелометрических единиц мутности (NTU) (например, по меньшей мере примерно 10 NTU, по меньшей мере 5 NTU), а мутность первого пермеата может составлять менее примерно 5 NTU (например, менее примерно 1 NTU). После завершения фильтрации объем первого потока концентрата будет обычно
35 составлять менее примерно 20% от объема сырья (например, менее примерно 10%, менее
примерно 5% или даже менее примерно 1%). После завершения фильтрации объем пермеата 240 обычно будет составлять более примерно 80% от объема сырья (например, более примерно 90%, более примерно 95%). Могут иметь место некоторые потери общего объема (например, вследствие проливания, промывки системы или компонентов, 5 уноса жидкости паром), однако, такие потери в целом составляют менее 5% (например, менее примерно 1%). Предполагается, что первая фильтрация позволит удалить любые дрожжевые или бактериальные клетки, которые могут присутствовать в сырье, так что пермеат (например, отфильтрованный материал) может быть стерильным, а концентрат (например, неотфильтрованный материал) может содержать дрожжевые или
10 бактериальные клетки из сырьевого потока.
[0028] Первый пермеат можно отфильтровать с помощью второго фильтра 250, при этом на такой стадии фильтрации получают второй концентрат 260 и второй пермеат или продукт 270. После завершения фильтрации объем второго потока концентрата обычно будет составлять менее примерно 20% от объема сырья, например, менее примерно 10%,
15 менее примерно 5% или даже менее примерно 1%. После завершения фильтрации объем второго пермеата или продукта обычно будет составлять более примерно 80% от объема сырья (например, более примерно 90%, более примерно 95%). Как и в случае первой фильтрации, могут иметь место некоторые потери общего объема, хотя в целом они составляют менее 5% (например, менее примерно 1%). Целью второй фильтрации
20 является удержание в концентрате (или исключение из пермеата) материала с молекулярной массой больше примерно 5 кДа (например, по меньшей мере 10 кДа, по меньшей мере 20 кДа, например, от 10 до 100 кДа). Хотя, в первом пермеате предпочтительно почти отсутствуют твердые вещества (например, твердые частицы с размером больше примерно 0,1 мкм не могли пройти через первую мембрану), второй
25 фильтр может удерживать в концентрате (или исключить из пермеата) любые оставшиеся твердые вещества или твердые частицы с размером более 50 нм (например, более примерно 10 нм, более примерно 5 нм) в зависимости от выбранного размера мембраны. Поэтому вторая фильтрация позволяет удалить многие или даже все вирусы, а также олигомеры и полимеры и крупные молекулы или неорганические кластеры. Вторая
30 фильтрация может также обесцветить первый пермеат, поскольку, как описано выше, с крупными молекулами могут быть связаны окрашенные вещества, такие как ароматические хромофоры, полученные, например, из лигнина. Вторая фильтрация не позволяет удалить большую часть ионных форм и маленькие молекулы, такие как мономерные и димерные сахара.
[0029] Можно включить дополнительные стадии фильтрации, например, для фильтрования продукта 270. Например, можно использовать нанофильтрацию и обратный осмос. Например, нанофильтрацию можно использовать для отделения Сахаров от ионных форм и концентрирования Сахаров. Соответственно, на стадии 5 нанофильтрации можно получить раствор сахара высокой чистоты (например, с чистотой по меньшей мере примерно 90 % моль, исключая воду, по меньшей мере примерно 95 % моль, по меньшей мере примерно 99 % моль, по меньшей мере примерно 99,9% моль), соответствующей высокой концентрации (например, с концентрацией сахара более примерно 10 % масс, более примерно 15 % масс, более примерно 20 % масс, более
10 примерно 25 % масс, более примерно 30 % масс, более примерно 35 % масс, более примерно 40 % масс, более примерно 45 % масс, более примерно 50 % масс), и пермеат с ионами металлов. С помощью обратного осмоса можно получить чистый водный пермеат (например, с содержанием воды по меньшей мере 90 % моль, по меньшей мере 95 % моль, по меньшей мере 99 % моль, по меньшей мере 99,9 % моль) и концентрат,
15 содержащий сахара (например, с содержанием сахара, за исключением воды и ионов, по меньшей мере примерно 90 % моль, по меньшей мере примерно 95 % моль, по меньшей мере примерно 99 % моль, по меньшей мере примерно 99,9% моль), и ионы. [0030] Как описано ранее, технологии мембранного отделения можно использовать для разделения (например, повышения качества) материалов, полученных из биомассы,
20 например, сырья 210. Фильтрация предпочтительно представляет собой фильтрацию в перекрестном потоке, такую как способы микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации или обратного осмоса, описанные выше. При обычной фильтрации (например, тупиковой фильтрации) сырьевой поток проходит перпендикулярно к поверхности мембраны, что приводит к накоплению различных остатков и в конечном
25 счете уменьшает проникновение жидкостей вследствие предельного нарастания давления, которое может привести к разрыву мембраны. При фильтрации в перекрестном потоке поток направлен по касательной к поверхности мембраны, что приводит к непрерывному размывающему действию и практически исключает образование в мембране загрязняющего слоя из различных остатков и макромолекул, содержащихся в
30 сырьевом потоке.
[0031] Для фильтрации в перекрестном потоке можно использовать несколько различных конфигураций. Например, мембраны из полых волокон могут содержать пучок из большого количества волокон (например, из более 100 волокон) в закрытой трубе. Внутренний диаметр (ID) полых волокон составляет от 0,019 до 0,118 дюймов (от
35 0,5 до 3 мм), что делает возможным разместить большую площадь поверхности в
маленьком объеме. Вследствие такого размера полых волокон, указанные фильтры, как правило, подходят для материалов с очень низким содержанием TSS и только маленькими размерами частиц, например, для очистки воды при применении ее качестве питьевой. Спиральные мембраны также представляют собой компактный формат 5 мембраны, который может работать при высоких давлениях и который часто используют для растворов с низким содержанием суспендированных твердых веществ. При такой конфигурации фильтрующую мембрану наматывают вокруг полой внутренней трубы с прокладками для прохождения раствора. Пермеат проходит через мембрану во внутренний сердечник благодаря скрученной в спираль конфигурации. Конфигурация,
10 известная как "трубчатая", содержит одну или более трубчатых мембран внутри кожуха трубы (например, из нержавеющей стали). Внутренние диаметры трубчатых мембран могут составлять от примерно Ул (0,635 см) до примерно 1 дюйма (2,54 см). Они могут быть сделаны из полимерных или керамических материалов. Часто для улучшения пропускной способности несколько трубчатых мембран объединяют внутри трубчатого
15 кожуха в пучок, например, 7, 19, 37 или более мембран размещают в сотовой структуре, если смотреть вдоль продольной оси или вдоль направления потока. Мембраны можно изготовить из полимерных материалов, например, ацетата целлюлозы (СА), поливинилиденфторида (PVDF), полиакрилонитрила (PAN), полипропилена (РР), полисульфона (PS), полиэфирсульфона (PES) или других полимеров. Мембраны также
20 можно выполнить из керамических материалов, таких как оксиды титана, циркония, алюминия и диоксид кремния. В некоторых конфигурациях полимерные трубы склеивают вместе в один пучок. Керамические мембраны часто представляют собой сплошной монолит с несколькими каналами или трубами, проходящими через такой монолит.
25 [0032] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения на первой и второй стадиях фильтрации используют ультрафильтрацию с применением трубчатых мембран. Согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере на первой стадии фильтрации используют фильтрующее устройство, оборудованное трубчатыми мембранами, тогда как на последующих стадиях фильтрации можно применять
30 конфигурацию фильтрации на основе спиральных или микроволокнистых мембран.
[0033] Во время работы при применении ультрафильтрации входное давление может составлять от примерно 90 PSIG (примерно 620 кПа изб. давления) до примерно 500 PSIG (примерно 3447 кПа изб. давления) (например, от примерно 100 PSIG (примерно 689 кПа изб. давления) до примерно 250 PSIG (примерно 1724 кПа изб. давления)) и, как
35 ожидают, давление на выходе падает до от примерно 20 PSIG (примерно 138 кПа изб.
давления) до примерно 430 PSIG (примерно 2965 кПа изб. давления) (например, от примерно 20 PSIG (примерно 138 кПа изб. давления) до примерно 150 PSIG (примерно 1034 кПа изб. давления)). Во время работы перепад между давлениями на входе и на выходе может составлять, например, от примерно 70 PSIG (примерно 483 кПа изб. 5 давления) до примерно 120 PSIG (примерно 827 кПа изб. давления)). Например, перечисленные выше значения давления могут относиться к проходу из 10 - 12 мембранных модулей, расположенных последовательно, при этом каждый модуль имеет трубчатую конфигурацию с трубами с диаметром 1А дюйма (2,27 см) в пучке, состоящем из 19 труб, длиной по меньшей мере двенадцать футов (примерно 3,7 м).
10 [0034] Рабочая температура может составлять от примерно 30 до примерно 70 °С (например, от примерно 40 до примерно 65 °С, от примерно 40 до примерно 50 °С). Рабочую температуру можно регулировать, например, с помощью нагревателя или холодильника (например, теплообменников). Более высокие температуры позволяют увеличить скорости потока пермеата. При засорении мембран и снижении
15 пропускаемое(tm) пермеата (например, когда в фильтровальную установку поступает менее примерно 1% потока, например, менее примерно 0,5%, менее примерно 0,1%) мембраны можно очистить, пропуская очищающий раствор (например, каустический раствор) для промывки мембран. Очищающие растворы можно также нагревать и контролировать, подобно технологическим жидкостям.
20 [0035] На фиг. 3 схематически показан вариант реализации системы последовательной или каскадной фильтрации 300 и способы ее применения. Например, первый сырьевой бак 310 загружают сырьем 210 (например, содержащим менее 1% TSS). Сырьевой бак можно заполнить, например, через трубу или патрубок 312, оборудованный клапаном 314 регулирования потока и связанный по текучей среде с
25 баком через впускное отверстие 316. При загрузке первого бака до требуемого уровня (например, по меньшей мере 90% от внутреннего объема, по меньшей мере 50% от внутреннего объема) поток суспензии 210 можно перекрыть или уменьшить с помощью регулирующего клапана. Затем можно активировать первый насос 318, если он еще не включен. Насос перемещает жидкости из первого сырьевого бака через первую
30 мембранную фильтровальную установку 320 и обратно в сырьевой бак через впускное отверстие 317. Указанный насос 318 обеспечивает давление (например, входное давление), которое заставляет технологические жидкости перемещаться через мембранные трубы, при этом некоторое количество жидкостей проходит через мембрану в первой мембранной фильтровальной установке, образуя первый пермеат 240, который
35 проходит через трубу 362. Насос связан по текучей среде через выпускное отверстие 319
с первым сырьевым баком и через трубы 364 с впускным отверстием 322 первой мембраной фильтровальной установки 320. Первая мембранная фильтровальная установка показана на фиг. 3 только схематически, при этом диагональная линия 328 изображает мембранный фильтр с границей отсечения 200 кДа, и разделяет сторону 5 концентрата и сторону пермеата. На практике, конфигурации первой мембраной фильтровальной установки могут включать, например, серию проходов 1/2 дюймовых (1,27 см) труб, объединенных в мембранные модули посредством U-образных изгибов, соединяющих каждый модуль (например, U-образные изгибы обеспечивают более компактное трехмерное расположение). Длина мембранных модулей (например, серии
10 модулей), через которые проходят растворы, составляет от примерно 120 (примерно 37 м) до примерно 144 футов (примерно 44 м). Например, первая мембранная фильтровальная установка может включать от примерно 10 до примерно 12 модулей, при этом каждый модуль содержит пучок из 37 труб, каждая из которые имеет длину примерно 12 футов (примерно 3,7 м). Конфигурации мембранных фильтровальных
15 установок, как правило, должны содержать впускное отверстие 322, представляющее собой впускное отверстие во все трубчатые мембраны, выпускное отверстие 324, представляющее собой выпускное отверстие для концентрата/ретентата из всех трубчатых мембран, и выпускное отверстие 326, представляющее собой выпускное отверстие для пермеатов из всех трубчатых мембран. Выпускное отверстие 324
20 соединено с трубой 230 для возврата ретентата и с впускным отверстием 317.
[0036] Первый пермеат 240 загружают в бак 330 для хранения (например, сливной бак или буферный бак) через трубы 362. Бак для хранения соединен через трубы 362 с первой фильтровальной установкой и через трубу 332 со вторым сырьевым баком 340. Необязательно, первый пермеат 240 в баке для хранения нагнетают с помощью насоса
25 (не показано) через трубу 332. Альтернативно или дополнительно, первый пермеат можно получить таким образом, чтобы он проходил из бака для хранения во второй сырьевой бак под действием силы тяжести. Второй сырьевой бак 340 можно выполнить аналогично первому сырьевому баку, например, с впускными отверстиями 316 и 317, выпускным отверстием 319, вторым насосом 348 и соединительными трубами 332 и 364
30 для жидкости. Вторую мембранную фильтровальную установку 350 можно выполнить аналогично первой мембранной фильтровальной установке. Вторая мембрана 358 во второй мембранной фильтровальной установке 350 предпочтительно имеет более низкую границу отсечения по молекулярной массе и/или по размеру частиц, чем первая мембрана 328 в первой фильтровальной установке 324, например, мембрану 358 можно
35 выбрать таким образом, чтобы она имела границу отсечения по молекулярной массе от
примерно 2 до 100 кДа (например, от 10 до 100 кДа). Пермеат, полученный в результате второй фильтрации (например, второй пермеат или продукт) 270, можно направить в бак для хранения (не показано) и/или на другую стадию обработки через трубу. [0037] Во время работы каждой установки сырьевой материал циркулирует с высокой 5 скоростью, например, таким образом, что материал проходит через каждую трубу трубчатой мембраны со скоростью по меньшей мере 1 гал/мин (примерно 3,8 л/мин), например, при скорости потока от примерно 1 гал/мин (примерно 3,8 л/мин) до примерно 20 гал/мин (примерно 76 л/мин) (например, от примерно 2 гал/мин (примерно 7,6 л/мин) до примерно 10 гал/мин (примерно 37,8 л/мин), от примерно 4 гал/мин (примерно 15,1
10 л/мин) до примерно 6 гал/мин (примерно 22,7 л/мин)). Только часть такого потока проходит через мембрану, например, от примерно 1 до 10% потока становится пермеатом (или образует пермеат) в зависимости от композиций суспензии (например, свойств композиций, таких как TSS и присутствующие молекулярные соединения) и выбранной мембраны (например, границы отсечения по молекулярной массе и/или размеру частиц).
15 Значения давления на входе в мембраны тщательно контролируют и устанавливают в диапазоне от 90 PSIG (примерно 620 кПа изб. давления) до примерно 500 PSIG (примерно 3447 кПа изб. давления). Значения давления на выходе контролируют аналогичным образом, при этом заданный диапазон составляет от примерно 20 PSIG (примерно 138 кПа изб. давления) до примерно 143 PSIG (примерно 986 кПа изб.
20 давления). Значения давления можно регулировать путем дросселирования выпускного клапана или регулировки скорости насоса (например, с помощью частотно-регулируемого привода, VFD).
[0038] Процесс разделения в мембранных фильтрах и рециркулирующие потоки приводят к увеличению в жидкостях в сырьевых баках концентрации твердых частиц или
25 молекул, которые не могут пройти через выбранную мембрану, в результате чего концентрат в сырьевом баке характеризуется постоянно возрастающим уровнем твердых частиц и/или молекулярных соединений, отсеянных мембраной. Когда содержимое сырьевого бака уменьшилось до примерно 10% от первоначального объема, фильтрацию можно считать завершенной и концентрат можно удалить из первого сырьевого бака 310
30 или второго сырьевого бака 340, при этом указанные баки можно вновь наполнить суспензией 210 или пермеатом 240, соответственно.
[0039] Система 300 может работать в периодическом режиме. Например, при применении периодического способа заполняют первый сырьевой бак 310 и, когда в баке 330 для хранения было собрано требуемое количество пермеата и/или объем сырьевого 35 бака 310 уменьшился до требуемого значения, содержимое первого сырьевого бака 310
отрабатывают с помощью первой мембранной фильтровальной установки. После обработки такой партии первый сырьевой бак можно снова наполнить. Вторая мембранная фильтрация может работать аналогичным образом с использованием материала из бака для хранения пермеата для заполнения второго сырьевого бака 340. 5 Скорости обработки мембранных фильтровальных установок оптимально сбалансированы таким образом, чтобы время простоя было минимальным. Например, согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации периодической операции сырьевые баки заполняют одновременно и обе мембранные фильтровальные установки функционируют одновременно. Для проведения такого процесса может быть
10 необходимо, чтобы две мембранные фильтровальные установки работали в разных условиях (например, при разных давлениях) и/или имели разные конфигурации фильтровальных мембранных труб (например, использовались трубы разной длины и/или разное количество параллельных труб). Указанный процесс можно также осуществить с применением одной первой стадии фильтрации или одной системы (например, используя
15 одну фильтровальную установку 320) и затем разветвить полученный один поток на две, три, четыре или более стадии второй фильтрации или фильтровальные системы (например, используя две, три, четыре или более фильтровальных установок 350), работающие параллельно. Необязательно, указанный процесс можно также осуществить, используя две, три, четыре или более стадий первой фильтрации параллельно и затем
20 объединить несколько таких потоков в один поток и использовать вторую стадию фильтрации.
[0040] Система 300 может также работать в полунепрерывном режиме. Например, сырьевые баки можно пополнять суспензией 210 или пермеатом 240, соответственно, при уменьшении объемов. Когда концентрация соединений в концентратах 230 и/или 260
25 соответствует целевому значению, концентрат удаляют из соответствующего сырьевого бака и заменяют свежей суспензией или пермеатом, соответственно. Целевое значение можно определить, например, путем анализа растворов сырьевых баков (например, для определения мутности, концентраций частиц и/или химического состава) и/или путем мониторинга изменений давления на фильтровальных мембранах (например, когда
30 давление на входе достигает заданного значения, например, более примерно 100 psi (примерно 689 кПа), более примерно 120 psi (примерно 827 кПа) или более примерно 150 psi (примерно 1034 кПа), можно установить, что концентрат больше не обрабатывается посредством мембраны).
[0041] Для обработки разных объемов можно изменить масштаб сырьевых баков и 35 бака для хранения. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения
система 300 выполнена с возможностью обработки примерно 330 кгал (примерно 1249 кл) в день (например, примерно 230 гал (примерно 871 л) в минуту). Соответственно, при работе в периодическом режиме сырьевые баки можно выполнить с возможностью размещения 330 кгал (примерно 1249 кл). Согласно некоторым вариантам реализации 5 изобретения сырьевые баки можно разделить на несколько баков, например, три бака объемом 100 кгал (примерно 379 кл) или шесть баков объемом 50 кгал (примерно 189 кл). Можно спроектировать и другие конфигурации, например, для обработки небольших объемов, таких как от примерно 100 гал (примерно 379 л) до 100 кгал (примерно 379 кл) в день (например, от 50 (примерно 189 л) до 500 гал (примерно 1893 л), от 500 гал 10 (примерно 1893 л) до 1000 гал (примерно 3785 л), от 1000 гал (примерно 3785 л) до 10000 гал (примерно 37854 л)). Другие конфигурации можно реализовать с возможностью обработки более 500 кгал/день (примерно 1893 л/день), например, более 1000 кгал/день (примерно 3785 кл/день).
15 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Осахаривание
[0042] При осахаривании использовали цилиндрический бак с диаметром 32 дюйма (примерно 81 см), высотой 64 дюйма (примерно 163 см), оснащенный выпуклыми 20 днищами согласно требованиям ASME (верхним и нижним). Бак также был оборудован лопастью шириной 16 дюймов (примерно 41 см) с гидрокрыльями для перемешивания. Нагревание обеспечивали за счет прохождения горячей воды через рубашку в виде полутрубы, окружающую бак.
[0043] В бак загружали 200 кг воды, 80 кг биомассы и 18 кг фермента целлюлаза 25 DUET(tm). Биомасса представляла собой сердцевину кукурузного початка, которая была измельчена с помощью молотка и просеяна через сито размером от 40 до 10 меш. Кроме того, биомассу облучали пучком электронов до достижения суммарной дозы 35 Мрад. рН смеси устанавливали и поддерживали автоматически на протяжении всего процесса осахаривания на уровне 4,8, используя Са(ОН)г. Указанную комбинацию нагревали до 53 30 °С, перемешивали со скоростью 180 об/мин (1,8 ампер при 460 В) в течение примерно 24 часов, после чего осахаривание считалось завершенным. [0044] Часть указанного материала просеивали через сито размером 20 меш и полученный раствор хранили в бутыли с объемом 8 галлонов (примерно 30 л) при 4 °С.
35 Поток этанола и ксилозы, полученный из биомассы
[0045] Примерно 400 мл осахаренного и просеянного материала декантировали в 1 л биореактор New Brunswick BioFlow 115. Перед инокуляцией указанный материал аэрировали и нагревали до 30 °С. Скорость перемешивания устанавливали на уровне 50 об/мин. Показатель рН согласно измерениям составлял 5,2, что является приемлемым для 5 ферментации, поэтому его значение не регулировали. Прекращали аэрацию и содержание биореактора инокулировали с применением 5 мг сухих дрожжей THERMOSACC(r) (Lallemand, Inc.). Ферментацию оставляли протекать в течение примерно 24 часов. [0046] После ферментации, концентрация глюкозы была ниже предела обнаружения, концентрация этанола составляла примерно 25 г/л и концентрация ксилозы составляла 30 10 г/л.
Эксперименты с применением центрифуг [0047] Стержень кукурузного початка подвергали осахариванию и ферментированию способом, аналогичным описанному выше, но в большем масштабе (300 гал (примерно
15 1136 л)). Кроме того, стержень кукурузного початка предварительно обрабатывали (перед ферментативным гидролизом) путем нагревания при температуре от 100 и 160 °С. Данные по процентному содержанию твердых веществ и размеру частиц, приведенные ниже в таблице 1, были получены при исследовании 3 проб технологических потоков: А. после ферментации, В. после применения декантерной центрифуги, и С. после
20 извлечения материала, подвергнутого декантерному центрифугированию, нагревания его до примерно 90 °С и применения дисковой центрифуги для дополнительной обработки материала. Предполагается, что вторая высокоскоростная декантерная центрифуга может обеспечить аналогичное распределение частиц по размерам и уменьшить содержание общих суспендированных твердых веществ (TSS), как и дисковая центрифуга.
25 [0048] Декантерная центрифуга (US центрифуга) работала при центробежной силе, составляющей 2000 г, и обрабатывала материал со скоростью от 25 гал/мин (примерно 95 л/мин) до 100 гал/мин (примерно 379 л/мин).
[0049] Дисковая центрифуга представляла собой центрифугу Clara 80 с низким расходом (Alfalaval), оборудованную чашей 567723-06/-08. Центрифуга
30 функционировала со скоростью от примерно 7000 до 8000 об/мин, обрабатывая материал со скоростью от примерно 0,5 (примерно 1,9 л/мин) до 1 гал/мин (примерно 3,8 л/мин). [0050] Каждую пробу получали следующим образом. Пробу объемом 50,0 мл взвешивали и затем фильтровали с помощью фильтров Corning (изделие 431117) с получением фильтровального осадка. Полученный осадок промывали 3 раза
35 дистиллированной водой и затем высушивали всю ночь (приблизительно 18 часов) в
вакуумной печи (Fisher Isotemp, модель 281 А) при 70 °С и 29 дюймах (736,6 мм) ртутного столба. После сушки высушенные осадки взвешивали. Содержание общих суспендированных твердых веществ (TSS), рассчитанных по массе и объему, приведены в таблице 1.
5 [0051] Помимо определения содержания TSS пробы отбирали для анализа размера частиц с помощью разработанной в компании Mettler Toledo модели трассирования частицами Е25 на основе измерения коэффициента отражения сфокусированного луча (Mettler Toledo Focused Beam Reflectance measurement Model Particle Trace E25). Средний размер частиц приведен в таблице 1. Распределения частиц по размерам нанесены на 10 графики, приведенные на фиг. 4 для пробы А, на фиг. 5 для пробы В и на фиг. 6 для пробы С.
[0052] Как можно видеть из таблицы 1, однократное центрифугирование путем применения декантерной центрифуги приводило к примерно 50% снижению уровня твердых веществ. Вторая стадия центрифугирования позволяет дополнительно 15 уменьшить уровень твердых веществ, например, от примерно 3% до примерно 0,2%.
Эксперименты по ультрафильтрации
20 [0053] Ультрафильтрацию можно использовать для очистки технологического потока, поступающего из декантерной центрифуги, в условиях, описанных выше. Пятьдесят галлонов (примерно 190 литров) технологического потока из декантерной центрифуги, содержащего примерно 0,21% твердых веществ, можно обработать в опытной системе тангенциальной ультрафильтрации. Мембраны для ультрафильтрации
25 содержат один проход, в котором используют трубчатый мембранный модуль А37 (мембраны PCI, Гамильтон, Огайо). Первый мембранный фильтр может представлять собой трубчатую мембрану с границей отсечения 200 кДа (~0,1 мкм). Материал обрабатывали с помощью такой мембраны при скорости подачи от примерно 5 (примерно 19 л/мин) до 6 гал/мин (примерно 23 л/мин). Через примерно 24 часа
30 фильтрацию через такой первый модуль завершили, получив примерно 90 гал (примерно 341 л) пермеата и 10 гал (примерно 38 л) концентрата. 90 гал (примерно 341 л) пермеата
обрабатывали, пропуская через один проход и используя трубчатый мембранный модуль A3 7 с границей отсечения 20 кДа при скорости от 5 (примерно 19 л/мин) до 6 гал/мин (примерно 23 л/мин). Такая обработка позволила получить примерно 80 гал (примерно 303 л) продукта, представляющего собой пермеат, и 10 гал (примерно 38 л) концентрата.
ОБРАБОТКА ИЗЛУЧЕНИЕМ
[0054] Сырьевой материал, такой как лигноцеллюлозный или целлюлозный материал, можно обработать путем облучения для модифицирования его структуры для
10 уменьшения сопротивляемости материала обработке. Такая обработка позволяет, например, понизить среднюю молекулярную массу исходного сырья, изменить кристаллическую структуру исходного сырья и/или увеличить площадь поверхности и/или пористость исходного сырья. Облучение можно осуществить с помощью, например, пучка электронов, ионного пучка, ультрафиолетового (УФ) излучения с
15 длиной волны от 100 нм до 28 нм, гамма-излучения или рентгеновского излучения. Обработка облучением и системы для такой обработки описаны в патенте США 8142620 и в заявке на патент США № 12/417731, полное описание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.
[0055] Каждая форма излучения ионизирует биомассу посредством конкретных 20 взаимодействий, которые определяются энергией излучения. Тяжелые заряженные частицы в основном ионизируют вещества за счет кулоновского рассеяния; кроме того, указанные взаимодействия генерируют быстрые электроны, которые могут дополнительно ионизировать вещество. Альфа-частицы идентичны ядру атома гелия и образуются при альфа-распаде различных радиоактивных ядер, таких как изотопы 25 висмута, полония, астата, радона, франция, радия, некоторых актинидов, таких как актиний, торий, уран, нептуний, кюрий, калифорний, америций и плутоний. Электроны взаимодействуют через кулоновское рассеяние и тормозное излучение, возникающее при изменении скорости электронов.
[0056] При применении частиц, они могут быть нейтральными (незаряженными), 30 положительно заряженными или отрицательно заряженными. Будучи заряженными, заряженные частицы могут нести один положительный или отрицательный заряд или несколько зарядов, например, один, два, три или даже четыре или более зарядов. В тех случаях, когда необходимо расщепление цепей для изменения молекулярной структуры углеводсодержащего материала, предпочтительными могут быть положительно 35 заряженные частицы, в том числе, благодаря их кислотной природе. При применении
частиц указанные частицы могут иметь массу покоящегося электрона или больше, например, в 500, 1000, 1500 или 2000 или более раз больше массы покоящегося электрона. Например, частицы могут иметь массу от примерно 1 атомной единицы до примерно 150 атомных единиц, например, от примерно 1 атомной единицы до примерно 5 50 атомных единиц или от примерно 1 до примерно 25, например, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 или 15 атомных единиц.
[0057] Гамма облучение имеет преимущество, состоящее в значительной глубине проникновения в различные материалы в образце.
[0058] Согласно вариантам реализации изобретения, в которых облучение 10 осуществляют посредством электромагнитного излучения, энергия на фотон (в электрон-вольтах) электромагнитного облучения может составлять, например, больше, чем 102 эВ, например, больше 103, 104, 105, 10б или даже больше 107 эВ. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения энергия на фотон электромагнитного излучения составляет от 104 до 107, например, от 105 до 10б эВ. Частота электромагнитного 15 излучения может составлять, например, больше 1016 Гц, больше 1017 Гц, 1018, 1019, 1020 или даже больше 1021 Гц. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения частота электромагнитного облучения составляет от 1018 до 1022Гц, например, от 1019до 1021 Гц.
[0059] Бомбардировку электронами можно осуществить с помощью 20 электроннолучевого устройства, номинальная энергия которого составляет менее 10 МэВ, например, менее 7 МэВ, менее 5 МэВ или менее 2 МэВ, например, от примерно 0,5 до 1,5 МэВ, от примерно 0,8 до 1,8 МэВ или от примерно 0,7 до 1 МэВ. Согласно другим вариантам реализации изобретения номинальная энергия составляет от примерно 500 до 800 кэВ.
25 [0060] Пучок электронов может иметь сравнительно высокую суммарную мощность (объединенную мощность пучка всех ускоряющих головок, или, при применении нескольких ускорителей, всех ускорителей и всех головок), например, по меньшей мере 25 кВт, например, по меньшей мере 30, 40, 50, 60, 65, 70, 80, 100, 125 или 150 кВт. В некоторых случаях мощность даже составляет 500 кВт, 750 кВт или даже 1000 кВт или
30 более. В некоторых случаях мощность пучка электронов составляет 1200 кВт или более, например, 1400, 1600, 1800 или даже 300 кВт.
[0061] Такую высокую суммарную мощность пучка обычно достигают путем применения нескольких ускоряющих головок. Например, электроннолучевое устройство может включать две, четыре или более ускоряющих головки. Применение нескольких 35 головок, каждая из которых имеет сравнительно низкую мощность пучка, предотвращает
чрезмерное повышение температуры материала, предотвращая, тем самым, горение материала, и также увеличивает однородность дозы, проходящей через толщину слоя материала.
[0062] В целом, предпочтительно, что слой материала биомассы имеет сравнительно 5 равномерную толщину. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения толщина составляет меньше примерно 1 дюйма (2,54 см) (например, меньше примерно 0,75 дюйма (1,905 см), меньше примерно 0,5 дюйма (1,27 см), меньше примерно 0,25 дюйма (0,635 см), меньше примерно 0,1 дюйма (0,254 см), от примерно 0,1 (0,254 см) до 1 дюйма (2,54 см), от примерно 0,2 (0,508 см) до 0,3 дюйма (0,762 см)).
10 [0063] Желательно обрабатывать материал как можно быстрее. В целом, предпочтительно, когда обработку можно выполнить при мощности дозы излучения большей, чем примерно 0,25 Мрад на сек, например, больше примерно 0,5, 0,75, 1, 1,5, 2, 5, 7, 10, 12, 15 или даже больше примерно 20 Мрад на сек, например, от примерно 0,25 до 2 Мрад на сек. Более высокие мощности дозы позволяют обеспечить более высокую
15 пропускную способность заданной (например, требуемой) дозы. Более высокие мощности дозы в целом требуют более высокие линейные скорости для предотвращения термического разложения материала. Согласно одному из вариантов реализации изобретения ускоритель устанавливают на 3 МэВ, ток пучка 50 мА и линейная скорость составляет 24 футов/минуту (731,52 см/минуту), для толщины образца примерно 20 мм
20 (например, измельченного материала из стержня кукурузного початка с объемной плотностью 0,5 г/см3).
[0064] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения бомбардировку электронами осуществляют до получения материалом суммарной дозы по меньшей мере 0,1 Мрад, 0,25 Мрад, 1 Мрад, 5 Мрад, например, по меньшей мере 10, 20, 30 или по
25 меньшей мере 40 Мрад. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения обработку осуществляют до получения материалом дозы от примерно 10 Мрад до примерно 50 Мрад, например, от примерно 20 Мрад до примерно 40 Мрад или от примерно 25 Мрад до примерно 30 Мрад. Согласно другим вариантам реализации изобретения предпочтительной является суммарная доза от 25 до 35 Мрад, применяемая
30 в идеале на протяжении пары циклов, например, при 5 Мрад/цикл, при этом каждый цикл продолжается в течение примерно одной секунды. Способы, системы и оборудование для охлаждения можно использовать перед, во время, после и между циклами облучения, например, путем применения охлаждающего винтового транспортера и/или охлаждаемого вибрационного транспортера.
[0065] Используя несколько головок, как описано выше, материал можно обработать за несколько циклов, например, за два цикла при дозе от 10 до 20 Мрад/цикл, например, от 12 до 18 Мрад/цикл, разделенных несколькими секундами охлаждения, или за три цикла при дозе от 7 до 12 Мрад/цикл, например, от 5 до 20 Мрад/цикл, от 10 до 40 5 Мрад/цикл, от 9 до 11 Мрад/цикл. Как описано в настоящей заявке, обработка материала с помощью нескольких сравнительно низких доз обычно лучше, чем одна высокая доза, предотвращает перегревание материала и также повышает однородность дозы, проходящей через толщину материала. Согласно другим вариантам реализации изобретения материал перемешивают или иным образом смешивают во время или после
10 каждого цикла и затем перед следующим циклом опять выравнивают с получением равномерного слоя для дополнительного повышения однородности при обработке. [0066] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения электроны ускоряются, например, до скорости больше чем 75 процентов относительно скорости света, например, больше чем 85, 90, 95 или 99 процентов относительно скорости света.
15 [0067] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения любую обработку, описанную в настоящей заявке, проводят с применением лигноцеллюлозного материала, который остается сухим, как при покупке, или который был высушен, например, с помощью тепла и/или пониженного давления. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал содержит
20 менее примерно 25 % масс, удерживаемой воды, измеренной при 25°С и при относительной влажности пятьдесят процентов (например, менее примерно 20 % масс, менее примерно 15 % масс, менее примерно 14 % масс, менее примерно 13 % масс, менее примерно 12 % масс, менее примерно 10 % масс, менее примерно 9 % масс, менее примерно 8 % масс, менее примерно 7 % масс, менее примерно 6 % масс, менее
25 примерно 5 % масс, менее примерно 4 % масс, менее примерно 3 % масс, менее примерно 2 % масс, менее примерно 1 % масс, или менее примерно 0,5 % масс). [0068] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно применять два или более ионизирующих источников, таких как два или более источника электронов. Например, пробы можно обработать, в любом порядке, с помощью пучка электронов, с
30 последующим гамма-облучением и УФ облучением с длинами волн от примерно 100 нм до примерно 280 нм. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения пробы обрабатывают с помощью трех источников ионизирующего облучения, таких как пучок электронов, гамма-облучение и УФ облучение с высокой энергией. Биомассу перемещают через зону обработки, где ее можно подвергнуть бомбардировке
35 электронами.
[0069] Может быть предпочтительным повторить обработку для более основательного уменьшения сопротивляемости биомассы обработке и/или дополнительного модифицирования биомассы. В частности, технологические параметры можно отрегулировать после первого (например, второго, третьего, четвертого или 5 более) цикла в зависимости от сопротивляемости материала обработке. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать транспортер, который содержит круговую систему, в которой биомассу несколько раз перемещают через различные процессы, описанные выше. Согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения для многократной обработки биомассы (например, 2, 3, 4 или
10 более раз) применяют несколько обрабатывающих устройств (например, электроннолучевые генераторы). Согласно другим вариантам реализации изобретения единственный электронно-лучевой генератор может быть источником нескольких пучков (например, 2, 3, 4 или более пучков), которые можно использовать для обработки биомассы. [0070] Эффективность при изменении молекулярной/супермолекулярной структуры
15 и/или уменьшении сопротивляемости углеводсодержащей биомассы обработке зависит от применяемой энергии электронов и получаемой дозы, при этом время воздействия зависит от мощности и дозы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения мощность дозы и суммарную дозу регулируют таким образом, чтобы не разрушить (например, не обуглить или не сжечь) материал биомассы. Например, углеводы не
20 должны быть повреждены при обработке, чтобы они могли высвобождаться из биомассы неповрежденными, например, в виде мономерных Сахаров.
[0071] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения обработку (с применением любого источника электронов или комбинации источников) осуществляют до получения материалом дозы, составляющей по меньшей мере примерно 0,05 Мрад,
25 например, по меньшей мере примерно 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 2,5, 5,0, 7,5, 10,0, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175 или 200 Мрад. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения обработку осуществляют до получения материалом дозы, составляющей от 0,1 до 100 Мрад, от 1 до 200, от 5 до 200, от 10 до 200, от 5 до 150, от 50 до 150 Мрад, от 5 до 100, от 5 до 50, от 5 до 40, от 10 до 50, от 10 до 75, от 15 до 50, от 20
30 до 35 Мрад.
[0072] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения используют сравнительно низкие дозы облучения, например, для увеличения молекулярной массы целлюлозного или лигноцеллюлозного материала (с применением любого источника излучения или комбинации источников, описанных в настоящей заявке). Например, дозу 35 по меньшей мере примерно 0,05 Мрад, например, по меньшей мере примерно 0,1 Мрад
или по меньшей мере примерно 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0 или по меньшей мере примерно 5,0 Мрад. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения облучение осуществляют до тех пор, пока материал не получит дозу от 0,1 Мрад до 2,0 Мрад, например, от 0,5 Мрад до 4,0 Мрад или от 1,0 Мрад до 3,0 Мрад. 5 Также может быть желательным осуществлять обручение из нескольких направлений, одновременно или последовательно, для обеспечения требуемой степени проникновения излучения в материал. Например, в зависимости от плотности и влагосодержания материала, такого как древесина, и типа применяемого источника излучения (например, гамма-излучение или пучок электронов), максимальное проникновение излучения в
10 материал может составлять только примерно 0,75 дюйма (примерно 1,9 см). В таких случаях, более толстую секцию (до 1,5 дюймов (примерно 3,8 см)) можно подвергнуть облучению посредством первого облучения материала с одной стороны и затем перевернуть материал и облучать с другой стороны. Облучение из нескольких направлений может быть особенно полезным при применении облучения пучком
15 электронов, при котором облучение происходит быстрее, чем гамма-облучение, но которое обычно не обеспечивает такой большой глубины проникновения.
НЕПРОЗРАЧНЫЕ ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛЫ
20 [0073] Настоящее изобретение может включать обработку материала (например, лигноцеллюлозного или целлюлозного сырьевого материала) в камере и/или бункере, сконструированном с применением непрозрачных для излучения материалов. Согласно другим вариантам реализации изобретения непрозрачные для излучения материалы выбраны таким образом, чтобы иметь возможность защитить компоненты от
25 рентгеновского излучения с высокой энергией (коротковолнового), которое может проникать через многие материалы. Одним из важных факторов при конструировании кожуха, экранирующего излучение, является длина затухания применяемых материалов, которая будет определять требуемую толщину конкретного материала, смеси материалов или слоистой структуры. Длина затухания представляет собой глубину проникновения,
30 при которой излучение уменьшается в приблизительно 1/е (е = Число Эйлера) раз относительно падающего излучения. Хотя фактически все материалы непрозрачны для облучения при достаточной толщине, материалы с высоким процентным содержанием (например, плотностью) элементов, имеющих высокое значение Z (атомное число), имеют более короткую длину затухания излучения и, таким образом, при применении
35 таких материалов, можно использовать более тонкий и более легкий экранирующий
кожух. Примерами материалов с высоким значением Z, применяемых при радиационной защите, являются тантал и свинец. Другим важным параметром при радиационной защите является половина расстояния, представляющая собой толщину конкретного материала, которая будет уменьшать интенсивность гамма-лучей на 50%. В качестве 5 примера, для рентгеновского излучения с энергией 0,1 МэВ половина толщины составляет примерно 15,1 мм для бетона, примерно 2,7 мм для свинца, тогда как при энергии рентгеновского излучения 1 МэВ половина толщины для бетона составляет примерно 44,45 мм и для свинца составляет примерно 7,9 мм. Непрозрачные для излучения материалы могут представлять собой материалы, которые являются толстыми
10 или тонкими при условии, что они могут уменьшать излучение, проходящее через них по направлению к другой стороне материала. Таким образом, если необходимо, чтобы конкретный кожух имел низкую толщину стенки, например, для обеспечения небольшого веса или вследствие ограничения размеров, выбранный материал должен иметь достаточное значение Z и/или такую длину затухания, чтобы половина его длины была
15 меньше или равна требуемой толщине стенки кожуха.
[0074] В некоторых случаях, непрозрачный для излучения материал может представлять собой слоистый материал, например, содержащий слой из материала с более высоким значением Z для обеспечения эффективного экранирования и слой из материала с более низким значением Z для обеспечения других свойств (например,
20 конструктивной целостности, прочности при ударе и т.д.). В некоторых случаях слоистый материал может представлять собой ламинат "подобранный согласно значению Z", например, в том числе ламинат, в котором слои обеспечивают градиент Z в диапазоне от последовательно расположенных элементов с высоким значением Z до элементов с более низким значением Z. В некоторых случаях непрозрачные для излучения материалы
25 могут представлять собой перекрывающиеся блоки, например, свинцовые и/или бетонные блоки может поставить компания NELCO Worldwide (Берлингтон, Массачусетс), и можно использовать камеры с переменной конфигурацией. [0075] Непрозрачный для излучения материал может уменьшать излучение, проходящее через структуру (например, стенку, дверь, потолок, кожух, ряд указанных
30 структур или их комбинаций), изготовленную из указанного материала, 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 95%, по
35 меньшей мере примерно 96%, по меньшей мере примерно 97%, по меньшей мере
примерно 98%, по меньшей мере примерно 99%, по меньшей мере примерно 99,9%, по
меньшей мере примерно 99,99%, по меньшей мере примерно 99,999%) по сравнению с
падающим излучением. Следовательно, кожух, выполненный из непрозрачного для
излучения материала, может уменьшать воздействие на
5 оборудование/систему/компоненты на такую же величину. Непрозрачные для излучения материалы могут включать нержавеющую сталь, металлы со значениями Z выше 25 (например, свинец, железо), бетон, пустую породу, песок и их комбинации. Непрозрачные для излучения материалы могут включать барьерный слой в направлении падающего излучения, составляющий по меньшей мере примерно 1 мм (например, 5 мм, 10 10 мм, 5 см, 10 см, 100 см, 1 м и даже по меньшей мере 10 м).
ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
[0076] Тип излучения, применяемый для обработки сырьевого материала (например, 15 лигноцеллюлозного или целлюлозного материала) определяет виды применяемых источников излучения, а также излучающих устройств и вспомогательного оборудования. Способы, системы и оборудование, описанные в настоящей заявке, например, для обработки материалов посредством излучения, могут использовать источники, описанные в настоящей заявке, а также любой другой подходящий источник. 20 [0077] Источники гамма-излучения включают радиоактивные ядра, так как изотопы кобальта, кальция, технеция, хрома, галлия, индия, йода, железа, криптона, самария, селена, натрия, таллия и ксенона.
[0078] Источники рентгеновского излучения включают столкновение пучка электронов с металлическими мишенями, такими как вольфрам или молибден, или 25 сплавы, или компактные источники света, такие как источники, коммерчески производимые компанией Lyncean.
[0079] Альфа-частицы идентичны ядру атома гелия и образуются при альфа-распаде различных радиоактивных ядер, таких как изотопы висмута, полония, астата, радона, франция, радия, некоторых актинидов, таких как актиний, торий, уран, нептуний, кюрий, 30 калифорний, америций и плутоний.
[0080] Источники ультрафиолетового излучения включают дейтериевые или кадмиевые лампы.
[0081] Источники инфракрасного излучения включают керамические лампы с сапфировыми, цинковыми или селенидными диафрагмами.
[0082] Источники микроволн включают клистроны, радиочастотные источники типа Slevin или источники с атомными пучками, в которые применяют газообразные водород, кислород или азот.
[0083] Ускорители, применяемые для ускорения частиц, могут быть 5 электростатическими постоянного тока, электродинамическими постоянного тока, радиочастотными линейными, магнитоиндукционными линейными или непрерывного излучения. Например, в компании IBA, Бельгия можно приобрести ускорители циклотронного типа, такие как система RHODOTRON(tm), при этом в компании RDI, теперь IBA Industrial, можно приобрести ускорители постоянного тока, такие как
10 ДИНАМИТРОН (DYN AMITRON(r)). Ионы и ионные ускорители рассмотрены публикациях Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA В 6 (1997) 4, 177-206, Chu, William Т., "Overview of Light-Ion Beam Therapy" Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 марта 2006 года, Iwata, Y. et al, "Altemating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelerators)) Proceedings of
15 EPAC 2006, Эдинбург, Шотландии) и Leaner, CM. et al, "Status of the Superconducting ECR Ion Heavy Venus)) Proceedings of EPAC 2000, Вена, Австрия.
[0084] Электроны можно получить с помощью радиоактивных ядер, которые подвергаются бета-распаду, таких как изотопы йода, цезия, технеция и иридия. Альтернативно, в качестве источника электронов можно использовать электронную
20 пушку благодаря ее термоэлектронной эмиссии и ускорять за счет ускоряющего потенциала. Электронная пушка генерирует электроны, которые затем ускоряются за счет большой разницы потенциалов (например, больше примерно 500 тысяч, больше примерно 1 миллиона, больше примерно 2 миллионов, больше примерно 5 миллионов, больше примерно 6 миллионов, больше примерно 7 миллионов, больше примерно 8
25 миллионов, больше примерно 9 миллионов или даже больше 10 миллионов вольт) и затем их сканируют магнитным способом в плоскости X-Y, где электроны сначала ускоряются в направлении Z вниз по трубе ускорителя и выделяются через окно из фольги. Сканирование пучков электронов можно использовать для увеличения поверхности облучения при облучении материалов, например, биомассы, перемещаемой
30 через сканирующий пучок. Сканирование пучков электронов также позволяет равномерно распределить тепловую нагрузку на окно и помогает уменьшить разрушение окна из фольги вследствие местного нагревания под действием пучка электронов. Разрушение окна из фольги является причиной значительного времени простоя из-за последующих необходимых ремонтных работ и повторного запуска электронной пушки.
[0085] В способах, описанных в настоящей заявке, можно использовать различные другие устройства облучения, в том числе источники ионизации электрическим полем, электростатические ионные сепараторы, генераторы ионизации электрическим полем, источники термоэлектронной эмиссии, источники ионов со сверхвысокочастотным 5 разрядом, рециркуляционные или статические ускорители, динамические линейные ускорители, ускорители Ван-де-Граафа и складчатые тандемные ускорители. Такие устройства рассмотрены, например, Medoff в патенте США № 7931784, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
[0086] В качестве источника излучения можно использовать пучок электронов.
10 Преимуществами пучка электронов являются высокие мощности дозы (например, 1, 5 или даже 10 Мрад на сек), высокая пропускная способность, оборудование с меньшей герметизацией и с меньшей изоляцией. Пучки электронов также могут иметь высокий электрический коэффициент полезного действия (например, 80%), позволяющий использовать меньше энергии относительно других способов облучения, что может
15 обуславливать более низкую стоимость эксплуатации и пониженные выбросы парниковых газов, соответствующие меньшему количеству применяемой энергии. Пучки электронов можно получить, например, с помощью электростатических генераторов, каскадных генераторов, трансформаторных генераторов, низкоэнергетических ускорителей с системой сканирования, низкоэнергетических ускорителей с линейным
20 катодом, линейных ускорителей и импульсных ускорителей.
[0087] Электроны также могут быть более эффективны с точки зрения вызова изменений молекулярной структуры углеводсодержащих материалов, например, посредством механизма расщепления цепей. Кроме того, электроны с энергиями от 0,5 до 10 МэВ могут проникать в материалы с низкой плотностью, такие как материалы
25 биомассы, описанные в настоящей заявке, например, материалы с объемной плотностью менее 0,5 г/см3 и глубиной от 0,3 до 10 см. Электроны в качестве источника ионизирующего излучения можно применять, например, для сравнительно тонких штабелей, слоев или подложек материалов, например, с толщиной менее примерно 0,5 дюйма (1,27 см), например, менее примерно 0,4 дюйма (1,016 см), 0,3 дюйма (0,762 см),
30 0,25 дюйма (0,635 см) или менее примерно 0,1 дюйма (0,254 см). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения энергия каждого электрона из пучка электронов составляет от примерно 0,3 МэВ до примерно 2,0 МэВ (миллион электрон-вольт), например, от примерно 0,5 МэВ до примерно 1,5 МэВ или от примерно 0,7 МэВ до примерно 1,25 МэВ. Способы облучения материалов описаны в публикации заявки на
патент США 2012/0100577 Al, поданной 18 октября 2011 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
[0088] Устройства для электронно-лучевого облучения можно приобрести в компаниях Ion Beam Applications, Лувен-ля-Нев, Бельгия, NHV Corporation, Япония, или 5 Titan Corporation, Сан-Диего, Калифорния. Типичные энергии электронов могут составлять 0,5 МэВ, 1 МэВ, 2 МэВ, 4,5 МэВ, 7,5 МэВ или 10 МэВ. Мощность типичного устройства для электронно-лучевого облучения может составлять 1 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 20 кВт, 50 кВт, 60 кВт, 70 кВт, 80 кВт, 90 кВт, 100 кВт, 125 кВт, 150 кВт, 175 кВт, 200 кВт, 250 кВт, 300 кВт, 350 кВт, 400 кВт, 450 кВт, 500 кВт, 600 кВт, 700 кВт, 800 кВт, 900 кВт
10 или даже 1000 кВт.
[0089] Выбор оптимального решения при рассмотрении технических характеристик мощности устройства для электронно-лучевого облучения включает стоимость эксплуатации, капитальные затраты, амортизационные расходы и габариты устройства. Выбор оптимального решения при рассмотрении уровней экспозиционной дозы
15 электронно-лучевого облучения может быть основан на затратах на энергию и заботе об экологии, безопасности и здоровье. Обычно, генераторы размещают в камере, например, из свинца или бетона, особенно при использовании рентгеновского излучения, которое генерируется в процессе. Выбор оптимального решения при рассмотрении энергий электронов включает стоимость энергии.
20 [0090] С помощью устройства для электронно-лучевого облучения можно создать либо неподвижный пучок, либо сканирующий пучок. Сканирующий пучок может быть предпочтительным благодаря большой длине развертки сканирования и высоким скоростям сканирования, поскольку эти свойства эффективно заменяют большую ширину неподвижного пучка. Кроме того, доступные ширины развёртки составляют 0,5
25 м, 1 м, 2 м или более. Сканирующий пучок является предпочтительным согласно большинству вариантов реализации изобретения, описанных в настоящей заявке, вследствие большей ширины развертки и пониженной вероятности местного нагревания и поломки окон.
30 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУШКИ - ОКНА
[0091] Система извлечения для ускорителя электронов может содержать два окна из фольги. Охлаждающий газ в системе извлечения с двумя окнами из фольги может представлять собой продувочный газ или смесь, например, воздух, или чистый газ. 35 Согласно одному из вариантов реализации изобретения газ представляет собой инертный
газ, такой как азот, аргон, гелий и/или диоксид углерода. Предпочтительно применять газ, а не жидкость, поскольку потери энергии в пучке электронов минимизированы. Можно также использовать смеси чистого газа, либо предварительно смешанные, либо смешанные на линии перед попаданием на диафрагмы или в пространство между окнами. 5 Охлаждающий газ можно охладить, например, с помощью системы теплообмена (например, холодильника) и/или путем испарения из конденсированного газа (например, жидкого азота, жидкого гелия). Окна из фольги описаны в PCT/US2013/64332, поданной 10 октября 2013 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
НАГРЕВАНИЕ И ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПРИ ОБРАБОТКЕ
ОБЛУЧЕНИЕМ
[0092] При неупругих столкновениях в биомассе при взаимодействии электронов из 15 пучка электронов с веществом может происходить несколько процессов. Например, ионизация материала, расщепление цепи полимеров в материале, сшивание полимеров в материале, окисление материала, генерирование рентгеновского излучения ("тормозного излучения") и колебательного возбуждения молекул (например, генерирование фононов). Не будучи связанными с конкретным механизмом, уменьшение сопротивляемости 20 обработке может быть обусловлено несколькими из указанных эффектов неупругого столкновения, например, ионизацией, расщеплением цепей полимеров, окислением и генерированием фононов. Некоторые из указанных эффектов (например, в частности, генерирование рентгеновского излучения), требуют экранирования и технических барьеров, например, заключение процессов облучения в бетонную камеру (или камеру из 25 другого непрозрачного для излучения материала). Другой эффект облучения, колебательное возбуждение, эквивалентен нагреванию образца. Нагревание образца путем облучения может помочь уменьшить сопротивляемость обработке, но перегрев может разрушить материал, как будет описано ниже.
[0093] Адиабатическое повышение температуры (AT) в результате поглощения 30 ионизирующего излучения описывается уравнением: AT = D/Cp, где D представляет собой среднюю дозу в КГр, Ср представляет собой теплоемкость в Дж/г ПС и AT представляет собой изменение температуры в ПС. Теплоемкость типичного сухого материала биомассы будет составлять около 2. Влажная биомасса будет иметь более высокую теплоемкость в зависимости от количества воды, поскольку теплоемкость воды 35 очень высока (4,19 Дж/г ПС). Металлы имеют гораздо более низкие теплоемкости,
например, теплоемкость нержавеющей стали 304 составляет 0,5 Дж/г ПС. Изменение температуры вследствие мгновенного поглощения излучения биомассой и нержавеющей сталью для различных доз облучения показано в таблице 2. В некоторых случаях, как показано в таблице, температуры являются такими высокими, что материал разлагается 5 (например, испаряется, карбонизируется и/или обугливается).
[0094] Высокие температуры могут разрушить и/или модифицировать биополимеры в 10 биомассе, так что полимеры (например, целлюлоза) не подходят для дополнительной обработки. Биомасса, подвергаемая воздействию высоких температур, может стать темной, липкой и испускать запахи, указывающие на разложение. Липкость может даже затруднить транспортировку материала. Запахи могут быть неприятными и создавать проблему безопасности. Фактически, было обнаружено, что в процессах, описанных в 15 настоящей заявке, целесообразно поддерживать биомассу при температуре ниже примерно 200 °С (например, ниже примерно 190 °С, ниже примерно 180 °С, ниже примерно 170 °С, ниже примерно 160 °С, ниже примерно 150 °С, ниже примерно 140 °С, ниже примерно 130 °С, ниже примерно 120 °С, ниже примерно ПО °С, от примерно 60 °С до 180 °С, от примерно 60 °С до 160 °С, от примерно 60 °С до 150 °С, от примерно 60 °С 20 до 140 °С, от примерно 60 °С до 130 °С, от примерно 60 °С до 120 °С, от примерно 80 °С до 180 °С, от примерно 100 °С до 180 °С, от примерно 120 °С до 180 °С, от примерно 140 °С до 180 °С, от примерно 160 °С до 180 °С, от примерно 100 °С до 140 °С, от примерно 80 °С до 120 °С).
[0095] Было обнаружено, что для процессов, описанных в настоящей заявке 25 (например, для уменьшения сопротивляемости обработке), необходимо облучение с дозой выше примерно 10 Мрад. Кроме того, необходима высокая пропускная способность, чтобы облучение не стало узким местом при обработке биомассы. Обработка подчиняется уравнению мощности дозы: М = FP/D х время, где М
представляет собой массу облученного материала (кг), F представляет собой долю мощности, которая поглощается (безразмерная величина), Р представляет собой мощность излучения (кВт=напряжение в МэВ х ток в мА), время представляет собой время обработки (сек) и D представляет собой поглощенную дозу (КГр). В типичном 5 процессе, в котором доля поглощенной мощности фиксирована, мощность излучения остается постоянной и необходима определенная доза, пропускную способность (например, М, обработанной биомассы) можно повысить путем увеличения времени облучения. Однако увеличение времени облучения без возможности охлаждения материала может привести к чрезмерному его нагреванию, как проиллюстрировано с 10 помощью расчетов, показанных выше. Поскольку биомасса имеет низкую удельную теплопроводность (меньше примерно 0,1 Вт м_1К-1), рассеяние тепла происходит медленно, в отличие, например, от металлов (больше примерно 10 Вт м_1К4), которые могут рассеивать энергию быстро, при условии, что имеется сток тепла для передачи энергии.
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУШКИ - ПОГЛОТИТЕЛИ ПУЧКА
[0096] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения системы и способы (например, в которых используют электронно-лучевое облучение для облучения
20 лигноцеллюлозного или целлюлозного сырьевого материала) включают поглотитель пучка (например, затвор). Например, поглотитель пучка можно использовать для быстрого прекращения или уменьшения облучения материала без выключения электропитания электроннолучевого устройства. Альтернативно, поглотитель пучка можно использовать при подключении питания пучка электронов, например, поглотитель
25 пучка может остановить пучок электронов, пока ток пучка не достиг требуемого уровня. Поглотитель пучка можно поместить между первым окном из фольги и вторым окном из фольги. Например, поглотитель пучка можно установить таким образом, чтобы он был передвижным, то есть так, чтобы его можно было перемещать на траекторию пучка и убирать с указанной траектории. Даже можно использовать частичное перекрытие пучка,
30 например, для регулирования дозы облучения. Поглотитель пучка можно установить на полу, на транспортере для биомассы, прикрепить к стенке, к устройству излучения (например, к кронштейну для сканирования) или к любой опорной конструкции. Поглотитель пучка предпочтительно закрепляют относительно кронштейна для сканирования таким образом, чтобы пучок можно было эффективно регулировать с
35 помощью поглотителя пучка. Поглотитель пучка может содержать шарнир, рельс, колеса,
прорези или другие средства, позволяющие ему функционировать при перемещении в пучок и из пучка. Поглотитель пучка можно выполнить из любого материала, который будет задерживать по меньшей мере 5% электронов, например, по меньшей мере 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, по меньшей мере 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 5 95%, 96%, 97%, 98%, 99% или даже примерно 100% электронов.
[0097] Поглотитель пучка можно выполнить из металла, в том числе, но не ограничиваясь ими, из нержавеющей стали, свинца, железа, молибдена, серебра, золота, титана, алюминия, олова или сплавов перечисленных металлов, или ламинатов (слоистых материалов), изготовленных с применением указанных металлов (например, 10 керамического материала с металлическим покрытием, полимера с металлическим покрытием, композиционного материала с металлическим покрытием, многослойных металлических материалов).
[0098] Поглотитель пучка можно охладить, например, с помощью охлаждающей текучей среды, такой как водный раствор или газ. Поглотитель пучка может быть
15 частично или полностью полым, например, содержать полости. Внутреннее пространство поглотителя пучка можно использовать для охлаждающих жидкостей и газов. Поглотитель пучка может иметь любую форму, в том числе, плоскую, изогнутую, круглую, овальную, квадратную, прямоугольную, скошенную и клиновидную формы. [0099] Поглотитель пучка может иметь перфорационные отверстия, что позволяет
20 некоторым электронам проходить через них, регулируя (например, уменьшая), таким образом, уровни облучения по всей площади окна или в определенных областях окна. Поглотитель пучка может представлять собой сеть, изготовленную, например, из волокон или проволоки. Для регулирования облучения можно использовать несколько поглотителей пучка, совместно или независимо. Поглотитель пучка можно регулировать
25 дистанционно, например, с помощью радиосигнала, или жестко вмонтировать в двигатель для передвижения пучка в разные положения.
ЛОВУШКИ ДЛЯ ПУЧКА
30 [00100] Варианты реализации изобретения, описанные в настоящей заявке (например, в которых используют ионизирующее излучение для облучения лигноцеллюлозного и целлюлозного сырьевого материала), в случае обработки излучением также могут включать ловушку для пучка. Цель ловушки для пучка состоит в безопасном поглощении пучка заряженных частиц. Подобно поглотителю пучка, ловушку для пучка можно
35 использовать для блокировки пучка заряженных частиц. Однако ловушка для пучка
является гораздо более надежной, чем поглотитель пучка и предназначена для блокировки полной мощности пучка электронов в течение продолжительного периода времени. Указанные ловушки часто используют для блокировки пучка при подключении ускорителя к питанию.
5 [00101] Кроме того, ловушки для пучка выполнены с возможностью выдерживания тепла, выделяемого указанными пучками, и обычно изготовлены из таких материалов, как медь, алюминий, углерод, бериллий, вольфрам или ртуть. Ловушки для пучка можно охладить, например, с помощью охлаждающей текучей среды, которая может находиться в тепловом контакте с ловушкой для пучка.
МАТЕРИАЛЫ БИОМАССЫ
[00102] Лигноцеллюлозные материалы (например, сырьевые материалы, которые подвергают осахариванию) включают, но не ограничиваются ими, древесину,
15 прессованную древесину, древесные отходы (например, опилки, древесину осины, древесную стружку), травы (например, просо прутьевидное, китайский тростник, спартину, двукисточник тростниковидный), зерновые отходы, (например, рисовую шелуху, шелуху овса, солому пшеницы, ячменную шелуху), сельскохозяйственные отходы (например, силос, солому канолы, солому пшеницы, солому ячменя, солому овса,
20 солому риса, джут, коноплю, лен, бамбук, сизаль, абаку, стержни кукурузных початков, кукурузную солому, соевую солому, кукурузное волокно, люцерну, сено, волосяной покров кокоса), отходы от переработки сахара (например, жмых, свекловичный жом, жмых агавы), водоросли, морские водоросли, навоз, сточные воды и смеси любых из перечисленных веществ.
25 [00103] В некоторых случаях, лигноцеллюлозный материал включает стержни кукурузных початков. Измельченные или раздробленные молотом стержни кукурузных початков можно распределить в виде слоя сравнительно равномерной толщины для облучения и после облучения их легко диспергировать в среде для дальнейшей обработки. В некоторых случаях для облегчения уборочных работ и сбора используют
30 кукурузное растение целиком, включая кукурузные стебли, кукурузные зерна и в некоторых случаях даже корневую систему растения.
[00104] Преимущественно не требуется дополнительных питательных веществ (кроме источника азота, например, мочевины или аммиака) в процессе ферментации стержней кукурузных початков или целлюлозных или лигноцеллюлозных материалов, содержащих 35 значительные количества стержней кукурузных початков.
[00105] Кроме того, стержни кукурузных початков, перед и после измельчения, легче транспортировать и диспергировать, и они проявляют меньшую склонность к образованию взрывчатых смесей в воздухе по сравнению с другими целлюлозными или лигноцеллюлозными материалами, такими как сено и травы. 5 [00106] Целлюлозные материалы включают, например, бумагу, бумажные изделия, бумажные отходы, бумажную массу, пигментную бумагу, мелованную бумагу, бумагу с покрытием, бумагу с наполнителями, журналы, печатную продукцию (например, книги, каталоги, справочники, этикетки, календари, поздравительные открытки, брошюры, проспекты, газетную бумагу), бумагу для принтера, бумагу с полимерным покрытием,
10 карточки, картон, бумажный картон, материалы с высоким содержанием а-целлюлозы, такие как вата, и смеси любых из перечисленных материалов. Например, бумажные изделия, описанные в заявке на патент США № 13/396,365 ("Magazine Feedstocks)) Medoff с соавторами, поданной 14 февраля 2012 года), полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
15 [00107] Целлюлозные материалы также могут включать лигноцеллюлозные материалы, которые были частично или полностью делигнифицированы. [00108] В некоторых случаях можно использовать другие материалы биомассы, например, крахмальные материалы. Крахмальные материалы включают сам крахмал, например, кукурузный крахмал, пшеничный крахмал, картофельный крахмал или
20 рисовый крахмал, производное крахмала или материал, содержащий крахмал, такой как съедобный продукт питания или сельскохозяйственная культура. Например, крахмальный материал может представлять собой аракачу съедобную, гречневую крупу, банан, ячмень, маниоку, кудзу, окру, саго, сорго, обыкновенный домашний картофель, сладкий картофель, таро, ямс или один или более видов бобовых, таких как конские
25 бобы, чечевица или горох. Смеси любых двух или более крахмальных материалов также являются крахмальными материалами. Кроме того, можно использовать смеси крахмальных, целлюлозных и/или лигноцеллюлозных материалов. Например, биомасса может представлять собой растение целиком, часть растения или разные части растения, например, пшеницы, хлопка, кукурузы, риса или дерева. Крахмальные материалы можно
30 обработать с применением любых способов, описанных в настоящей заявке.
[00109] Микробные материалы, которые можно использовать в качестве сырья, включают, но не ограничиваются ими, любой природный или генетически модифицированный микроорганизм или организм, которые содержит или способен обеспечить источник углеводов (например, целлюлозу), например, протесты, например,
35 животные протисты (например, простейшие, такие как флагеллаты, амебоидные
простейшие, инфузории и споровики) и растительные протисты (например, водоросли, такие как альвеолярные, хлорарахнофитовые, криптомонадовые, эвглениды, глаукофитовые, гаптофитовые, красные водоросли, страменопилы и зеленые водоросли). Другие примеры включают морские водоросли, планктон (например, макропланктон, 5 мезопланктон, микропланктон, нанопланктон, пикопланктон и фемтопланктон), фитопланктон, бактерии (например, грамположительные бактерии, грамотрицательные бактерии и экстремофилы), дрожжи и/или их смеси. В некоторых случаях, микробную биомассу можно получить из природных источников, например, океана, озер, водных объектов, например, соленой воды или пресной воды, или на суше. В качестве 10 альтернативы или в дополнение, микробную биомассу можно получить из систем культивирования клеток, например, крупномасштабных систем сухого и влажного культивирования и ферментации.
[00110] Согласно другим вариантам реализации изобретения материалы биомассы, такие как целлюлозные, крахмальные и лигноцеллюлозные исходные материалы, можно
15 получить из трансгенных микроорганизмов и растений, которые были модифицированы относительно сорта дикого типа. Такие модификации можно осуществить, например, посредством повторяющихся стадий селекции и разведения с получением в растении требуемых признаков. Кроме того, указанные растения могли содержать по сравнению с сортом дикого типа удаленный, модифицированный, с подавленной экспрессией и/или
20 добавленный генетический материал. Например, генетически модифицированные растения можно получить с помощью технологий рекомбинантных ДНК, в которых генетические модификации включают внесение или модифицирование специфических генов из родительских сортов, или, например, путем применения трансгенного разведения, при котором в растение вводят специфический ген или гены из другого вида
25 растения и/или бактерий. Другой путь создания генетической изменчивости реализуют через мутационное разведение, при котором из эндогенных генов искусственно создают новые аллели. Искусственные гены можно создать разными способами, включая обработку растения или семян, например, с помощью химических мутагенов (например, с применением алкилирующих агентов, эпоксидов, алкалоидов, пероксидов,
30 формальдегида), облучения (например, рентгеновского облучения, гамма-облучения, нейтронов, бета-частиц, альфа-частиц, протонов, дейтронов, УФ-облучения) и теплового удара или с применением другой внешней нагрузки и последующих методов селекции. Другие способы получения модифицированных генов реализуют с применением ПЦР сниженной точности и перестановки в ДНК с последующей вставкой необходимой
35 модифицированной ДНК в требуемое растение или семя. Способы внесения требуемой
генетической изменчивости в семя или растение включают, например, применение бактериального носителя, баллистическую трансфекцию, осаждение фосфата кальция, электропорацию, сплайсинг генов, подавление экспрессии генов, липофекцию, микроинъекцию и применение вирусных носителей. Дополнительные генетически 5 модифицированные материалы были описаны в заявке на патент США № 13/396369, поданной 14 февраля 2012 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
[00111] Любые из способов, описанных в настоящей заявке, можно реализовать с помощью смесей любых материалов биомассы, описанных в настоящей заявке.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ
[00112] Другие материалы (например, природные или синтетические материалы), например, полимеры, можно обработать и/или получить с помощью способов,
15 оборудования и систем, описанных в настоящей заявке. Например, полиэтилена (например, линейного полиэтилена низкой плотности и полиэтилена высокой плотности), полистиролов, сульфонированных полистиролов, поливинилхлорида, сложных полиэфиров (например, нейлона, DACRON(tm), KODEL(tm)), полиалкиленовых эфиров, поливиниловых эфиров, полиамидов (например, KEVLAR(tm)), полиэтилентерефталата,
20 ацетата целлюлозы, ацеталя, полиакрилонитрила, поликарбонатов (например, LEXAN(tm)), акриловых материалов [например, поли(метилметакрилата)], полиакрилонитрилов, полиуретанов, полипропилена, полибутадиена, полиизобутилена, полиакрилонитрила, полихлоропрена (например неопрена), поли(цис-1,4- изопрена) [например, природного каучука], поли(транс-1,4-изопрена) [например, гуттаперчи], фенолформальдегида,
25 меламинформальдегида, эпоксидов, сложных полиэфиров, полиаминов, поликарбоновых кислот, полимолочных кислот, поливиниловых спиртов, полиангидридов, полифторуглеродов (например, TEFLON(tm)), соединений органического кремния (например, силиконового каучука), полисиланов, простых полиэфиров (например, полиэтиленоксида, полипропиленоксида), восков, масел и из смесей. В настоящее
30 изобретение также включены пластмассы, резины, эластомеры, волокна, воски, гели, масла, адгезивы, термопластмассы, термореактивные пластмассы, разлагаемые микроорганизмами полимеры, смолы, полученные с применением указанных полимеров, другие полимеры, другие материалы и их комбинации. Указанные полимеры можно получить с помощью любого применимого способа, в том числе, с помощью катионной
35 полимеризации, анионной полимеризации, радикальной полимеризации, полимеризации
по механизму метатезиса, полимеризации с раскрытием кольца, привитой полимеризации, аддитивной полимеризации. В некоторых случаях способы обработки, описанные в настоящем документе, можно использовать, например, для привитой полимеризации, инициируемой радикалами, и сшивания. Также можно обработать и/или 5 изготовить композиционные материалы полимеров, например, со стеклом, металлами, биомассой (например, волокнами, частицами) и керамикой.
[00113] Другие материалы, которые можно обработать с применением способов, систем и оборудования, описанного в настоящем документе, представляют собой керамические материалы, минеральные вещества, металлы, неорганические соединения. 10 Например, кристаллы кремния и германия, нитриды кремния, оксиды металлов, полупроводники, изоляторы, цементы и/или проводники.
[00114] Кроме того, можно обработать промышленные многокомпонентные или штампованные материалы (например, отформованные, экструдированные, сваренные, склепанные, многослойные или объединенные любым способом), например, кабели,
15 трубы, плиты, кожухи, интегральные полупроводниковые кристаллы, монтажные плата, провода, шины, стекла, ламинированные материалы, приводы, ремни, машины и их комбинации. Например, обработка материала способами, описанными в настоящем документе, позволяет модифицировать поверхности, например, делая их поддающимися дальнейшей функционализации, объединению (например, сварке), и/или обработка
20 позволяет сшивать материалы.
ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА БИОМАССЫ - МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
[00115] Биомасса может находиться в сухой форме, например, содержать менее 25 примерно 35% влаги (например, менее примерно 20 %, менее примерно 15 %, менее примерно 10 % менее примерно 5 %, менее примерно 4%, менее примерно 3 %, менее примерно 2 % или даже менее примерно 1 %). Биомассу также можно поставлять во влажном состоянии, например, в виде влажного твердого вещества, шлама или суспензии, содержащей по меньшей мере примерно 10 % масс, твердой фазы (например, 30 по меньшей мере примерно 20 % масс, по меньшей мере примерно 30 % масс, по меньшей мере примерно 40 % масс, по меньшей мере примерно 50 % масс, по меньшей мере примерно 60 % масс, по меньшей мере примерно 70 % масс).
[00116] В способах, описанных в настоящей заявке можно использовать материалы с низкой объемной плотностью, например, целлюлозное или лигноцеллюлозное сырье, 35 которое было предварительно обработано физическими способами для обеспечения
объемной плотности, составляющей менее примерно 0,75 г/см3, например, менее примерно 0,7, 0,65, 0,60, 0,50, 0,35, 0,25, 0,20, 0,15, 0,10, 0,05 или менее, например, примерно 0,025 г/см3. Объемную плотность определяют с помощью ASTM D1895B. Короче, способ включает заполнение измерительного цилиндра известного объема 5 пробой и измерение массы пробы. Объемную плотность рассчитывают путем деления массы пробы в граммах на известный объем цилиндра в кубических сантиметрах. При необходимости, материалы с низкой объемной плотностью можно уплотнить, например, способами, описанными Medoff в патенте США № 7971809, полное описание которого включено, тем самым, посредством ссылки.
10 [00117] В некоторых случаях предварительная обработка включает просеивание материала биомассы. Просеивание можно осуществить через сетку или перфорированную пластину с требуемым размером отверстий, например, меньше примерно 6,35 мм (1/4 дюйма, 0,25 дюйма), (например, меньше примерно 3,18 мм (1/8 дюйма, 0,125 дюйма), меньше примерно 1,59 мм (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма), меньше
15 примерно 0,79 мм (1/32 дюйма, 0,03125 дюйма), например, меньше примерно 0,51 мм (1/50 дюйма, 0,02000 дюйма), меньше примерно 0,40 мм (1/64 дюйма, 0,015625 дюйма), меньше примерно 0,23 мм (0,009 дюйма), меньше примерно 0,20 мм (1/128 дюйма, 0,0078125 дюйма), меньше примерно 0,18 мм (0,007 дюйма), меньше примерно 0,13 мм (0,005 дюйма) или даже меньше примерно 0,10 мм (1/256 дюйма, 0,00390625 дюйма)). В
20 одной из конфигураций требуемая биомасса проваливается через перфорационные отверстия или сито и таким образом, биомасса с размером, большим, чем перфорационные отверстия или сито, не подвергается облучению. Такие более крупные материалы можно обработать повторно, например, путем измельчения или их можно просто удалить из обработки. В другой конфигурации материал, размеры которого
25 больше, чем перфорационные отверстия, облучают и более мелкий материал удаляют путем просеивания или используют повторно. В такого рода конфигурации транспортер сам (например, часть транспортера) может быть перфорированным или изготовлен с применением сетки. Например, согласно одному из конкретных вариантов реализации изобретения материал биомассы может быть влажным, при этом перфорационные
30 отверстия или сетка позволяют воде вытекать из биомассы перед облучением.
[00118] Просеивание материала также можно осуществить ручным способом, например, с помощью оператора или механического устройства (например, автомата, оборудованного цветовым, отражательным или другим датчиком), которое удаляет нежелательный материал. Просеивание также можно осуществить путем магнитного
просеивания, при этом магнит размещают около транспортируемого материала, и магнитный материал удаляют путем магнитного воздействия.
[00119] Возможная предварительная обработка может включать нагревание материала. Например, часть транспортера, перемещающая биомассу или другой материал, может 5 проходить через зону нагрева. Зону нагрева можно создать, например, с помощью ИК-излучения, микроволн, сжигания (например, газа, угля, нефти, биомассы), резистивного нагревания и/или индуктивных катушек. Тепло можно применять по меньшей мере с одной стороны или более чем одной стороны, нагревание может быть непрерывным или периодическим и нагревать можно только часть материала или весь материал. Например,
10 часть транспортирующего желоба можно нагреть с помощью нагревательной рубашки. Нагревание можно осуществить, например, с целью сушки материала. В случае сушки материала указанную сушку можно облегчить, при нагревании или без него, путем перемещения газа (например, воздуха, кислорода, азота, Не, СОг, аргона) над биомассой и/или через биомассу при ее транспортировке.
15 [00120] В некоторых случаях предварительная обработка может включать охлаждение материала. Охлаждение материала описано Medoff в патенте США № 7900857, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Например, охлаждение можно осуществить путем подачи охлаждающей текучей среды, например, воды (например, с глицерином) или азота (например, жидкого азота) в нижнюю часть
20 транспортирующего желоба. Согласно альтернативному варианту реализации изобретения охлаждающий газ, например, охлажденный азот, можно продувать поверх материала биомассы или под транспортирующей системой.
[00121] Другой возможный способ предварительной обработки может включать добавление материала в биомассу или другие виды сырья. Дополнительный материал
25 можно добавить, например, путем орошения, разбрызгивания и/или вливания материала в биомассу при ее транспортировке. Материалы, которые можно добавить, включают, например, металлы, керамические материалы и/или ионы, как описано в публикации заявки на патент США 2010/0105119 А1 (поданной 26 октября 2009 года) и публикации заявки на патент США 2010/0159569 А1 (поданной 16 декабря 2009 года), полное
30 описание которых включено в настоящий документ посредством ссылки. Возможные материалы, которые можно добавить, включают кислоты и основания. Другие материалы, которые можно добавить, представляют собой окислители (например, пероксиды, хлораты), полимеры, полимеризуемые мономеры (например, содержащие ненасыщенные связи), воду, катализаторы, ферменты и/или организмы. Материалы
35 можно добавить, например, в чистой форме, в виде раствора в растворителе (например,
воде или органическом растворителе) и/или в виде раствора. В некоторых случаях растворитель является летучим и может быть приготовлен с целью испарения, например, путем нагревания и/или продувания газа, как описано ранее. Добавленный материал может образовывать равномерное покрытие на биомассе или представлять собой 5 гомогенную смесь разных компонентов (например, биомассы и дополнительного материала). Добавленный материал может модулировать последующую стадию облучения путем увеличения эффективности облучения, демпфирования облучения или изменения воздействия облучения (например, от пучков электронов до рентгеновского излучения или нагревания). Указанный способ может не воздействовать на облучение, но 10 может быть применим для дальнейшей последовательной обработки. Добавленный материал может помочь при транспортировке материала, например, за счет снижения уровней пыли.
[00122] Биомассу можно направлять на транспортер (например, вибрационные транспортеры, используемые в камерах, описанных в настоящей заявке) с помощью
15 ленточного транспортера, пневматического транспортера, винтового транспортера, бункера, трубы, вручную или посредством комбинации перечисленных выше устройств. Биомассу можно, например, сбрасывать, выливать и/или помещать на транспортер любым из указанных способов. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения материал доставляют к транспортеру, применяя заключенную в кожух систему
20 распределения материала, что помогает поддержать атмосферу с низким содержанием кислорода и/или регулировать пыль и мелкие частицы. Взвешенные или суспендированные в воздухе мелкие частицы биомассы и пыли являются нежелательными, поскольку они могут создать опасность взрыва или повредить фольгу окна электронной пушки (при применении такого устройства для обработки материала).
25 [00123] Материал можно выровнять для формирования равномерной толщины, составляющей от примерно 0,0312 (примерно 0,7925 мм) до 5 дюймов (примерно 127 мм) (например, от примерно 0,0625 (примерно 1,5875 мм) до 2,000 дюймов (примерно 50,8 мм), от примерно 0,125 (примерно 3,175 мм) до 1 дюйма (примерно 25,7 мм), от примерно 0,125 (примерно 3,175 мм) до 0,5 дюйма (примерно 12,7 мм), от примерно 0,3
30 (примерно 7,62 мм) до 0,9 дюйма (примерно 22,86 мм), от примерно 0,2 (примерно 5,08 мм) до 0,5 дюйма (примерно 12,7 мм), от примерно 0,25 (примерно 6,35 мм) до 1,0 дюйма (примерно 25,4 мм), от примерно 0,25 (примерно 6,35 мм) до 0,5 дюйма (примерно 12,7 мм), 0,100 (примерно 2,54 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,150 (примерно 3,81 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,200 (примерно 5,08 мм) +/- 0,025 дюйма
35 (примерно 0,635 мм), 0,250 (примерно 6,35 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм),
0,300 (примерно 7,62 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,350 (примерно 8,89 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,400 (примерно 10,16 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,450 (примерно 11,43 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,500 (примерно 12,7 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,550 (примерно 13,97 5 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,600 (примерно 15,24 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,700 (примерно 17,78 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,750 (примерно 19,05 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,800 (примерно 20,32 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,850 (примерно 21,59 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм), 0,900 (примерно 22,86 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм),
10 0,900 (примерно 22,86 мм) +/- 0,025 дюйма (примерно 0,635 мм).
[00124] В целом, предпочтительно транспортировать материал через пучок электронов как можно быстрее для максимизирования пропускной способности. Например, материал можно перемешать со скоростями, составляющими по меньшей мере 1 фут/мин (примерно 0,305 м/мин), например, по меньшей мере 2 фут/мин (примерно 0,610 м/мин),
15 по меньшей мере 3 фут/мин (примерно 0,914 м/мин), по меньшей мере 4 фут/мин (примерно 1,219 м/мин), по меньшей мере 5 фут/мин (примерно 1,524 м/мин), по меньшей мере 10 фут/мин (примерно 3,048 м/мин), по меньшей мере 15 фут/мин (примерно 4,572 м/мин), 20 (примерно 6,093 м/мин), 25 (примерно 7,62 м/мин), 30 (примерно 9,144 м/мин), 35 (примерно 10,668 м/мин), 40 (примерно 12,192 м/мин), 45
20 (примерно 13,716 м/мин), 50 фут/мин (примерно 15,24 м/мин). Скорость транспортировки связана с током пучка, например, в случае биомассы толщиной 1А дюйма (примерно 0,635 см) и 100 мА, для обеспечения достаточной дозы облучения транспортер может перемещаться со скоростью примерно 20 футов/мин (примерно 6,096 м/мин), при 50 мА транспортер может перемещаться со скоростью примерно 10 футов/мин (примерно 3,048
25 м/мин) для обеспечения приблизительно такой же дозы облучения.
[00125] После перемещения материала через зону облучения можно осуществить необязательную последующую обработку. Необязательная последующая обработка может, например, представлять собой процесс, описанный применительно к обработке путем предварительного облучения. Например, биомассу можно обработать путем
30 просеивания, нагревания, охлаждения и/или объединения с добавками. Исключительно при последующем облучении может иметь место гашение радикалов, например, гашение радикалов путем добавления текучих сред или газов (например, кислорода, закиси азота, аммиака, жидкостей), при применении давления, теплоты и/или добавления акцепторов радикалов. Например, биомассу можно транспортировать из заключенного в кожух
35 транспортера и подвергать воздействию газа (например, кислорода), при этом
происходит гашение биомассы с образованием карбоксилированных групп. Согласно одному из вариантов реализации изобретения биомассу во время облучения подвергают воздействию химически активного газа или жидкости. Гашение биомассы, которая подвергалась облучению, описано Medoff в патенте США № 8083906, полное описание 5 которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
[00126] При необходимости, наряду с облучением можно использовать один или более способов механической обработки для дополнительного уменьшения сопротивляемости обработке углеводсодержащего материала. Указанные способы можно применять перед облучением, во время и/или после него.
10 [00127] В некоторых случаях механическая обработка может включать начальную подготовку исходного сырья непосредственно после получения, например, уменьшение размеров материалов, например, путем измельчения, например, резки, дробления, приложения сдвиговых усилий, распыления или рубки. Например, в некоторых случаях, рыхлое исходное сырье (например, бумагу вторичной переработки, крахмальные
15 материалы или просо прутьевидное) подготавливают путем приложения сдвиговых усилий или измельчения. Механическая обработка позволяет уменьшить объемную плотность углеводсодержащего материала, увеличить площадь поверхности углеводсодержащего материала и/или уменьшить один или более размеров углеводсодержащего материала.
20 [00128] В качестве альтернативы или в дополнение, исходный материал можно обработать посредством другого способа обработки, такого как, химические способы обработки, например, с помощью кислоты (НС1, H2SO4, Н3РО4), основания (например, КОН и NaOH), химического окислителя (например, пероксидов, хлоратов, озона), облучения, парового взрыва, пиролиза, обработки ультразвуком, окисления, химической
25 обработки. Указанные способы обработки можно реализовать в любом порядке и в любой последовательности и комбинациях. Например, исходный материал можно сначала обработать физически с применением одного или более способов обработки, например, путем химической обработки, в том числе и в комбинации с кислотным гидролизом (например, при применении НС1, H2SO4, Н3РО4), облучением, обработкой
30 ультразвуком, окислением, пиролизом или паровым взрывом, и затем подвергнуть механической обработке. Такая последовательность может быть предпочтительной, поскольку материалы, обработанные посредством одного или более других способов обработки, например, с помощью облучения или пиролиза, обычно являются более хрупкими и, следовательно, может быть легче осуществить дальнейшее изменение
35 структуры материала при механической обработке. В качестве еще одного примера,
исходный материал можно пропускать через ионизирующее облучение, используя транспортер, как описано в настоящей заявке, и затем подвергать механической обработке. Химическая обработка позволяет удалить некоторую часть или весь лигнин (например, при химической варке целлюлозы) и позволяет частично или полностью 5 гидролизовать материал. Указанные способы также можно использовать с предварительно гидролизованным материалом. Кроме того, указанные способы можно использовать с материалом, который не был предварительно гидролизован. Перечисленные способы можно использовать со смесями гидролизованного и негидролизованного материалов, например, со смесями, содержащими примерно 50% 10 или более негидролизованного материала, примерно 60% или более негидролизованного материала, примерно 70% или более негидролизованного материала, примерно 80% или более негидролизованного материала или даже 90% или более негидролизованного материала.
[00129] Наряду с уменьшением размера, которое можно выполнить вначале и/или
15 позднее при обработке, механическая обработка также может быть предпочтительной с точки зрения "раскрытия", "напряжения", разрушения или разрыхления углеводсодержащих материалов, получения целлюлозы из материалов более восприимчивых к расщеплению цепей и/или разрушению кристаллической структуры в ходе физической обработки.
20 [00130] Способы механической обработки углеводсодержащего материала включают, например, размол или дробление. Размол можно выполнить с применением, например, молотковой дробилки, шаровой мельницы, коллоидной мельницы, конической или конусной мельницы, дисковой мельницы, бегунковой мельницы, мельницы Уайли, зерновой мельницы или другой мельницы. Дробление можно осуществить с
25 применением, например, резательной дробилки/дробилки ударного действия. Некоторые типичные дробилки включают жерновые дробилки, штифтовые дробилки, кофейные дробилки и гратосниматели. Дробление или размол можно обеспечить, например, с помощью возвратно-поступательного штифта или другого элемента, как это имеет место в штифтовой мельнице. Другие механические способы обработки включают
30 механическую продольную резку или разрывание, другие способы, в которых волокна оказывают давление, и дробление путем истирания под действием воздуха. Подходящие способы механической обработки дополнительно включают любой другой способ, продолжающий разрушение внутренней структуры материала, которое было инициировано предыдущими стадиями обработки.
[00131] Системы механической подготовки сырья можно выполнить с возможностью получения потоков с конкретными характеристиками, такими как, например, конкретные максимальные размеры, конкретные соотношения длины к ширине или конкретные отношения площадей поверхности. Физическая подготовка позволяет увеличить скорость 5 реакций, улучшить движение материала на транспортере, улучшить профиль облучения материала, улучшить однородность облучения материала или снизить требуемое время обработки путем раскрытия материалов и превращения их в более доступные материалы для процессов и/или реагентов, таких как реагенты в растворе.
[00132] Объемную плотность исходного сырья можно контролировать (например,
10 увеличивать). В некоторых случаях может быть желательным получить материал с низкой объемной плотностью, например, путем уплотнения материала (например, уплотнение может сделать более легким и менее дорогостоящим транспортировку материала в другое место) и затем возвращения материала к состоянию с более низкой объемной плотностью (например, после транспортировки). Материал можно уплотнить,
15 например, от менее примерно 0,2 г/см. куб. до более примерно 0,9 г/см. куб. (например, менее примерно 0,3 до более примерно 0,5 г/см. куб., менее примерно 0,3 до более примерно 0,9 г/см. куб., менее примерно 0,5 до более примерно 0,9 г/см. куб., менее примерно 0,3 до более примерно 0,8 г/см. куб., менее примерно 0,2 до более примерно 0,5 г/см. куб.). Например, материал можно уплотнить с помощью способов и оборудования,
20 описанных Medoff в патенте США № 7932065 и международной публикации № WO 2008/073186 (которая была подана 26 октября 2007 года, опубликована на английском языке и где в качестве государства, в котором заявитель намерен получить патент, указаны Соединенные Штаты), полные описания которых включены в настоящий документ посредством ссылки. Уплотненные материалы можно обработать любыми
25 способами, описанными в настоящей заявке, или любой материал, обработанный с помощью любого из способов, описанных в настоящей заявке, можно впоследствии подвергнуть уплотнению.
[00133] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения материал, подлежащий обработке, находится в форме волокнистого материала, содержащего 30 волокна, полученные при приложения сдвиговых усилий к источнику волокон. Например, указанное приложение сдвиговых усилий можно выполнить с помощью ротационного ножевидного инструмента.
[00134] Например, к источнику волокон, например, который является трудно разлагаемым или который имел пониженные уровни сопротивляемости обработке, 35 можно приложить сдвиговые усилия, например, в ротационном ножевидном
инструменте, с получением первого волокнистого материала. Первый волокнистый материал пропускают через первое сито, например, со средним размером отверстий 1,59 мм или менее (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма), и получают второй волокнистый материал. При необходимости, источник волокон можно разрезать перед приложением сдвиговых 5 усилий, например, с помощью шредера. Например, при использовании бумаги в качестве источника волокон, бумагу можно сначала нарезать на полоски, которые, например, имеют ширину от 1А (примерно 0,635 см) до 1/2-дюйма (примерно 1,27 см), используя шредер, например, вращающийся в противоположных направлениях шнековый шредер, такой как шредеры, производимые компанией Munson (Ютика, Нью-Йорк). В качестве 10 альтернативы измельчению (shredding), размер бумаги можно уменьшить путем резки до требуемого размера с помощью гильотинной резательной машины. Например, гильотинную резательную машину можно использовать для разрезания бумаги на листы, например, шириной 10 дюймов (примерно 25,4 см) и длиной 12 дюймов (примерно 30,5 см).
15 [00135] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения приложение сдвиговых усилий к источнику волокон и пропускание полученного первого волокнистого материала через первое сито выполняют одновременно. Приложение сдвиговых усилий и пропускание также можно осуществить в процессе с периодической загрузкой.
20 [00136] Например, ротационный ножевидный инструмент можно использовать для одновременного нарезания источника волокон и просеивания первого волокнистого материала. Ротационный ножевидный инструмент содержит бункер, который можно загрузить обрезками источника волокна, полученными при нарезании указанного источника.
25 [00137] Согласно другим вариантам реализации изобретения перед осахариванием и/или ферментацией исходное сырье обрабатывают физическим способом. Физические способы обработки могут включать один или более из любых способов, описанных в настоящей заявке, такие как механическая обработка, химическая обработка, облучение, обработка ультразвуком, окисление, пиролиз или паровой взрыв. Способы обработки
30 можно использовать при комбинации двух, трех, четырех или даже всех из описанных технологий (в любом порядке). При применении более чем одного способа обработки указанные способы можно применять одновременно или в разное время. Кроме того, можно использовать другие способы, изменяющие молекулярную структуру исходного сырья на основе биомассы, по отдельности или в комбинации со способами, описанными
35 в настоящей заявке.
[00138] Механические способы обработки, которые можно использовать, и характеристики механически обработанных углеводсодержащих материалов более подробно описаны в публикации заявки на патент США 2012/0100577 А1, поданной 18 октября 2011 года, полное описание которых тем самым включено в настоящий документ 5 посредством ссылки.
ОБРАБОТКА УЛЬТРАЗВУКОМ, ПИРОЛИЗ, ОКИСЛЕНИЕ, ПАРОВОЙ ВЗРЫВ
[00139] При необходимости, вместо облучения или наряду с ним можно использовать 10 один или более способов, выбранных из обработки ультразвуком, пиролиза, окислительных способов или способов на основе парового взрыва, для уменьшения или дальнейшего уменьшения сопротивляемости углеводсодержащего материала обработке. Например, указанные способы можно применять перед облучением, во время и/или после него. Такие способы подробно описаны Medoff в патенте США № 7932065, полное 15 описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ПРОДУКТЫ
[00140] Применяя процессы, описанные в настоящей заявке, материал биомассы
20 можно превратить в один или более продуктов, таких как энергия, топлива, топлива, продукты питания и материалы. Например, промежуточные соединения и продукты, такие как органические кислоты, соли органических кислот, ангидриды, эфиры органических кислот и топлива, например, топлива для двигателей внутреннего сгорания или сырьевые материалы для топливных элементов. В настоящей заявке описаны
25 системы и процессы, в которых можно использовать в качестве исходного сырья целлюлозные и/или лигноцеллюлозные материалы, которые являются легкодоступными, но часто трудно поддаются обработке, например, потоки бытовых отходов и потоки макулатуры, такие как потоки, содержащие газетную бумагу, крафт-бумагу, гофрированную бумагу или их смеси.
30 [00141] Специфические примеры продуктов включают, но не ограничиваются ими, водород, сахара (например, глюкозу, ксилозу, арабинозу, маннозу, галактозу, фруктозу, дисахариды, олигосахариды и полисахариды), спирты (например, одноатомные спирты или двухатомные спирты, такие как этанол, н-пропанол, изобутанол, втор-бутанол, трет-бутанол или н-бутанол), гидратированные или содержащие воду спирты (например,
35 содержащие больше 10%, 20%, 30% или даже больше 40% воды), биодизельное топливо,
органические кислоты, углеводороды (например, метан, этан, пропан, изобутен, пентан, н-гексан, биодизельное топливо, биобензин и их смеси), попутные продукты (например, белки, такие как разлагающие клетчатку белки (ферменты) или одноклеточные белки) и смеси любых из указанных соединений в любой комбинации или относительной 5 концентрации и, возможно, в комбинации с любыми добавками (например, топливными добавками). Другие примеры включают карбоновые кислоты, соли карбоновой кислоты, смесь карбоновых кислот и солей карбоновых кислот и сложные эфиры карбоновых кислот (например, метиловый, этиловый и н-пропиловые сложные эфиры), кетоны (например, ацетон), альдегиды (например, ацетальдегид), альфа- и бета-ненасыщенные
10 кислоты (например, акриловую кислоту) и олефины (например, этилен). Другие спирты и производные спиртов включают пропанол, пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,3-пропандиол, сахарные спирты (например, эритритол, гликоль, глицерин, сорбит, треитол, арабитол, рибитол, маннитол, дульцит, фуситол, идитол, изомальт, мальтитол, лактитол, ксилит и другие полиолы) и метиловые или этиловые сложные эфиры любого из
15 перечисленных спиртов. Другие продукты включают метилакрилат, метилметакрилат, молочную кислоту, лимонную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, масляную кислоту, янтарную кислоту, валериановую кислоту, капроновую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, пальмитиновую кислоту, стеариновую кислоту, щавелевую кислоту, малоновую кислоту, глутаровую кислоту,
20 олеиновую кислоту, линоленовую кислоту, гликолевую кислоту, гамма-гидроксимасляную кислоту и их смеси, соли любых из перечисленных кислот, смеси любых кислот и их соответствующие соли.
[00142] Любую комбинацию перечисленных выше продуктов друг с другом и/или перечисленных выше продуктов с другими продуктами, при этом другие продукты 25 можно получить с применением способов, описанных в настоящей заявке или иным образом, можно упаковать вместе и продавать в виде продуктов. Продукты можно объединять, например, перемешивать, смешивать, или совместно растворять или можно просто упаковать или продавать вместе.
[00143] Любой из продуктов или комбинаций продуктов, описанных в настоящей 30 заявке, можно дезинфицировать или стерилизовать перед продажей продуктов, например, после очистки или выделения или даже после упаковки, для нейтрализации одного или более потенциально нежелательных загрязняющих веществ, которые могут присутствовать в продукте (продуктах). Такую санацию можно осуществить путем бомбардировки электронами, например, с дозой меньше примерно 20 Мрад, например, от 35 примерно 0,1 до 15 Мрад, от примерно 0,5 до 7 Мрад или от примерно 1 до 3 Мрад.
[00144] Процессы, описанные в настоящей заявке, позволяет получать потоки различных побочных продуктов, которые можно использовать для генерирования пара и электричества для применения в других частях предприятия (комбинированное производство тепловой и электрической энергии) или продавать на открытом рынке. 5 Например, пар, образующийся при горении потоков побочных продуктов, можно использовать в процессе дистилляции. В качестве другого примера, электричество, генерируемое при горении потоков побочных продуктов, можно использовать в электронно-лучевых генераторах, применяемых при предварительной обработке. [00145] Побочные продукты, используемые для генерирования пара и электричества,
10 получают из нескольких источников на всем протяжении процесса. Например, анаэробное сбраживание сточных вод позволяет получить биогаз с высоким уровнем метана и маленьким количеством отработанной биомассы (шлама). В качестве другого примера, можно использовать твердые вещества, полученные после осахаривания и/или после дистилляции (например, непрореагировавший лигнин, целлюлозу и
15 гемицеллюлозу, оставшуюся от предварительной обработки и первичных процессов), например, сжигая их в качестве топлива.
[00146] Другие промежуточные соединения и продукты, в том числе продукты питания и фармацевтические продукты, описаны в публикации заявки на патент США 2010/0124583 А1, принадлежащей Medoff, опубликованной 20 мая 2010 года, полное 20 описание которой тем самым включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРОДУКТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ ЛИГНИНА
[00147] Считается, что отработанная биомасса (например, отработанный 25 лигноцеллюлозный материал), полученная в результате лигноцеллюлозной обработки описанными способами, имеет высокое содержание лигнина и помимо того, что ее можно использовать для получения энергии посредством сжигания в установке для комбинированного производства тепловой и электрической энергии, может применяться в качестве других ценных продуктов. Например, полученный лигнин можно 30 использовать в качестве пластмассы или его можно улучшить синтетическими способами для получения другой пластмассы. В некоторых случаях, лигнин также можно превратить в лигносульфонаты, которые можно использовать в качестве связующих веществ, диспергаторов, эмульгаторов или в качестве комплексообразующих агентов. [00148] При применении в качестве связующего вещества, лигнин или лигносульфонат 35 можно, например, использовать в угольных брикетах, в керамических материалах, для
связывания черного углерода, для связывания удобрений и гербицидов, в качестве пылеподавителя, при получении фанеры и прессованной древесины, для связывания кормов для животных, в качестве связующего вещества для стекловолокна, в качестве связующего вещества в мастике для приклеивания линолеума и в качестве стабилизатора 5 грунтов.
[00149] При применении в качестве диспергатора лигнин или лигносульфонаты можно использовать, например, в бетонных смесях, глиняных и керамических материалах, красителях и пигментах, при дублении кожи и в сухой штукатурке.
[00150] При применении в качестве эмульгатора лигнин или лигносульфонаты можно 10 использовать, например, в асфальте, пигментах и красителях, пестицидах и парафиновых эмульсиях.
[00151] В качестве комплексообразующего агента лигнин или лигносульфонаты можно использовать, например, в системах питательных микроэлементах, чистящих составах и системах водоподготовки, например, для систем котлов и систем охлаждения.
15 [00152] В случае производства энергии лигнин в целом имеет более высокое энергосодержание, чем холоцеллюлоза (целлюлоза и гемицеллюлоза), поскольку он содержит больше углерода, чем холоцеллюлоза. Например, сухой лигнин может иметь энергосодержание от примерно 11000 БТЕ (примерно 25,6 МДж/кг) до 12500 БТЕ на фунт (примерно 29,1 МДж/кг) по сравнению с диапазоном от 7000 (примерно 16,3
20 МДж/кг) до 8000 БТЕ на фунт (примерно 18,6 МДж/кг) холоцеллюлозы. По существу, лигнин можно уплотнить и превратить в брикеты и гранулы, применяемые для сжигания. Например, лигнин можно превратить в гранулы с помощью любого способа, описанного в настоящей заявке. Для получения более медленногорящей гранулы или брикета лигнин можно подвергнуть сшиванию, например, применяя дозу облучения от примерно 0,5
25 Мрад до 5 Мрад. Сшивание позволяет получить более медленногорящий форм-фактор. Форм-фактор, такой как гранула или брикет, можно превратить в "синтетический уголь" или древесный уголь посредством пиролиза в отсутствие воздуха, например, при температуре от 400 до 950 °С. Перед пиролизом может быть желательным сшивание лигнина для поддержания конструктивной целостности.
ОСАХАРИВАНИЕ
[00153] Для превращения исходного сырья в форму, которую можно легко обработать, глюкан- или ксилансодержащую целлюлозу в исходном сырье можно подвергать 35 гидролизу с получением низкомолекулярных углеводов, таких как сахара, с помощью
осахаривающего агента, например, фермента или кислоты, процесс, называемый осахариванием. Затем низкомолекулярные углеводы можно использовать, например, на существующем производственном предприятии, таком как предприятие по производству одноклеточного белка, предприятие по производству ферментов или предприятие по 5 производству топлива, например, предприятие по производству этанола.
[00154] Исходное сырье можно подвергать гидролизу путем использования фермента, например, путем объединения материалов и фермента в растворителе, например, в водном растворе.
[00155] Согласно альтернативному варианту реализации изобретения ферменты могут 10 поступать за счет организмов, которые разлагают биомассу, такую как целлюлозные и/или лигниновые части биомассы, содержат или продуцируют различные разлагающие клетчатку ферменты (целлюлазы), лигниназы или различные разрушающие биомассу метаболиты с маленькими молекулами. Указанные ферменты могут представлять собой комплекс ферментов, которые действуют синергически и разлагают кристаллические 15 целлюлозные или лигниновые части биомассы. Примеры разлагающих клетчатку ферментов включают: эндоглюканазы, целлобиогидролазы и целлобиазы (бета-глюкозидазы).
[00156] Во время осахаривания целлюлозный субстрат можно сначала гидролизовать с помощью эндоглюканаз в случайных местах с получением олигомерных промежуточных
20 соединений. Далее указанные промежуточные соединения становятся субстратами для экзотермического расщепления глюканаз, таких как целлобиогидролаза, с получением целлобиозы из концевых групп целлюлозного полимера. Целлобиоза представляет собой водорастворимый 1,4-связанный димер глюкозы. И наконец, целлобиаза расщепляет целлобиозу с получением глюкозы. Эффективность (например, время гидролиза и/или
25 полнота гидролиза) такого процесса зависит от сопротивляемости обработке целлюлозного материала.
[00157] Соответственно, обработанные материалы биомассы можно осахаривать, как правило, путем объединения материала и фермента целлюлаза в жидкой среде, например, водном растворе. В некоторых случаях, перед осахариванием материал кипятят, 30 замачивают или варят в горячей воде, как описано Medoff и Masterman в публикации заявки на патент США 2012/0100577 А1, опубликованной 26 апреля 2012 года, полное описание которой включено в настоящий документ.
[00158] Процесс осахаривания можно частично или полностью осуществить в баке (например, в баке с объемом по меньшей мере 4000, 40000 или 500000 л), на 35 производственном предприятии и/или его можно частично или полностью осуществить
при транспортировке, например, в железнодорожной цистерне, автоцистерне или в супертанкере или трюме судна. Время, необходимое для полного осахаривания, будет зависеть от условий обработки и применяемых углеводсодержащего материала и фермента. При проведении осахаривания на производственном предприятии в 5 контролируемых условиях целлюлозу можно по существу полностью превратить в сахар, например, глюкозу, в течение от примерно 12 до 96 часов. Если осахаривание осуществляют частично или полностью при транспортировке, осахаривание может занять больше времени.
[00159] В целом, предпочтительно, чтобы содержимое бака в ходе осахаривания
10 перемешивали, например, используя струйное перемешивание, как описано в международной заявке на патент № PCT/US2010/035331, поданной 18 мая 2010 года, которая была опубликована на английском языке как WO 2010/135380 и где в качестве государства, в котором заявитель намерен получить патент, указаны Соединенные Штаты, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
15 [00160] Добавление поверхностно-активных веществ может увеличить скорость осахаривания. Примеры поверхностно-активных веществ включают неионные поверхностно-активные вещества, такие как полиэтиленгликолевые поверхностно-активные вещества Твин (Tween(r)) 20 или Твин (Tween(r)) 80, ионные поверхностно-активные вещества или амфотерные поверхностно-активные вещества.
20 [00161] В целом, предпочтительно, чтобы концентрация раствора сахара, полученного в результате осахаривания, была сравнительно высокой, например, больше 40% или больше 50, 60, 70, 80, 90 или даже больше 95% по массе. Воду можно удалить, например, путем испарения, для увеличения концентрации раствора сахара. Это уменьшит объем, подвергаемый транспортировке, а также позволит подавить рост микробов в растворе.
25 [00162] Согласно альтернативному варианту реализации изобретения можно использовать растворы сахара с более низкими концентрациями, в этом случае может быть желательным добавление противомикробной добавки, например, антибиотика широкого спектра действия, при низкой концентрации, например, от 50 до 150 ррт. Другие подходящие антибиотики включают амфотерицин В, ампициллин,
30 хлорамфеникол, ципрофлоксацин, гентамицин, гигромицин В, канамицин, неомицин, пенициллин, пуромицин, стрептомицин. Антибиотики будут подавлять рост микроорганизмов во время транспортировки и хранения и их можно использовать при подходящих концентрациях, например, от 15 до 1000 ррт по массе, например, от 25 до 500 ррт или от 50 до 150 ррт. При необходимости, можно добавить антибиотик, даже
35 если концентрация сахара сравнительно высокая. Согласно альтернативному варианту
реализации изобретения можно использовать другие добавки с противомикробными или консервирующими свойствами. Противомикробная добавка (добавки) предпочтительно представляют собой пищевые добавки.
[00163] Раствор со сравнительно высокой концентрацией можно получить за счет 5 ограничения количества воды, добавляемой к углеводсодержащему материалу с ферментом. Концентрацию можно регулировать, например, контролируя степень осахаривания. Например, концентрацию можно увеличить путем добавления в раствор большего количества углеводсодержащего материала. Для поддержания уровня сахара, который образуется в растворе, можно добавить поверхностно-активное вещество, 10 например, одно из веществ, описанных выше. Кроме того, можно увеличить растворимость путем увеличения температуры раствора. Например, раствор можно поддерживать при температуре от 40 до 50°С, от 60 до 80°С или даже при более высокой температуре.
15 ОСАХАРИВАЮЩИЕ АГЕНТЫ
[00164] Подходящие разлагающие клетчатку ферменты включают целлюлазы, полученные из видов, относящихся к родам Bacillus, Coprinus, Myceliophthora, Cephalosporium, Scytalidium, Penicillium, Aspergillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium,
20 Thielavia, Acremonium, Chrysosporium и Trichoderma, в частности целлюлазы, полученные с помощью штамма, выбранного из вида Aspergillus (см., например, публикацию Европейского патента № 0 458 162), Humicola insolens (переклассифицированного как Scytalidium thermophilum, см., например, патент США № 4435307), Coprinus cinereus, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Meripilus giganteus, Thielavia terrestris,
25 Acremonium sp. (в том числе, но не ограничиваясь ими, A. persicinum, A. acremonium, А. brachypenium, A. dichromosporum, A. obclavatum, A. pinkertoniae, A. roseogriseum, А. incoloratum и A. furatum). Предпочтительные штаммы включают Humicola insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceliophthora thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp. RYM-202, Acremonium sp. CBS 478.94, Acremonium sp. CBS 265.95,
30 Acremonium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp. CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683,73, Acremonium obclavatum CBS 311.74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acremonium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62 и Acremonium furatum CBS 299.70H. Разлагающие клетчатку ферменты также можно получить из
Chrysosporium, предпочтительно, штамма Chrysosporium lucknowense. Дополнительные штаммы, которые можно использовать, включают, но не ограничиваются ими, Trichoderma (в частности, Т. viride, Т. reesei и Т. koningii), алкалофильный Bacillus (см., например, патент США № 3844890 и публикацию Европейского патента № 0458162) и 5 Streptomyces (см., например, публикацию Европейского патента № 0458162).
[00165] Наряду с ферментами или в комбинации с ними, для осахаривания лигноцеллюлозных и целлюлозных материалов можно использовать кислоты, основания и другие химические соединения (например, окислители). Указанные материалы можно использовать в любой комбинации или последовательности (например, до, после и/или 10 во время добавления фермента). Например, можно использовать сильные минеральные кислоты (например, НС1, H2SO4, Н3РО4) и сильные основания (например, NaOH, КОН).
САХАРА
15 [00166] В процессах, описанных в настоящей заявке, например, после осахаривания, можно выделить сахара (например, глюкозу и ксилозу). Например, сахара можно выделить с помощью осаждения, кристаллизации, хроматографии (например, хроматографии с псевдодвижущимся слоем, хроматографии высокого давления), центрифугирования, экстракции, любого другого способа выделения, известного в
20 данной области техники, и их комбинаций.
ГИДРИРОВАНИЕ И ДРУГИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
[00167] Процессы, описанные в настоящей заявке, могут включать гидрирование.
25 Например, глюкозу и ксилозу можно гидрировать с получением сорбита и ксилита, соответственно. Гидрирование можно выполнить путем применения катализатора (например, Pt/гамма-АЬОз, Ru/C, никелевого катализатора Ренея или других катализаторов, известных в данной области техники) в комбинации с Ш при высоком давлении (например, от 10 (примерно 69 кПа) до 12000 psi (примерно 82,7 МПа), от
30 примерно 100 (примерно 689 кПа) до 10000 psi (примерно 68,9 МПа)). Можно использовать другие виды химического превращения продуктов в результате процессов, описанных в настоящей заявке, например, производство продуктов, полученных из органического сахара (например, фурфурола и продуктов, полученных из фурфурола). Химические превращения полученных из сахара продуктов описаны в патенте США №
13/934704, поданном 3 июля 2013 года, описание которого в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
ФЕРМЕНТАЦИЯ
[00168] Дрожжи и бактерии Zymomonas, например, можно использовать для ферментации или превращения сахара (Сахаров) в спирт (спирты). Ниже описаны другие микроорганизмы. Оптимальное значение рН для ферментации составляет от примерно 4 до 7. Например, оптимальное значение рН для дрожжей составляет от примерно 4 до 5,
10 тогда как оптимальное значение рН для Zymomonas составляет от примерно 5 до 6. Типичное время ферментации составляет от примерно 24 до 168 часов (например, от 24 до 96 часов) при температуре в диапазоне от 20°С до 40°С (например, от 26°С до 40°С), однако термофильные микроорганизмы предпочитают более высокие температуры. [00169] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, например, при
15 применении анаэробных организмов, по меньшей мере часть ферментации проводят в отсутствие кислорода, например, в атмосфере инертного газа, такого как N2, Ar, Не, СО2 или их смеси. Кроме того, смесь можно постоянно продувать инертным газом, проходящим через бак при протекании части или всего процесса ферментации. В некоторых случаях, анаэробные условия можно достичь или поддерживать за счет
20 образования диоксида углерода в процессе ферментации, при этом дополнительный инертный газ не требуется.
[00170] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения весь или часть процесса ферментации можно прервать до достижения полного превращения низкомолекулярного сахара в продукт (например, этанол). Промежуточные продукты
25 ферментации включают сахар и углеводы с высокими концентрациями. Сахара и углеводы можно выделить с применением любых средств, известных в данной области техники. Указанные промежуточные продукты ферментации можно использовать при получении продукта питания для потребления человеком или животным. Дополнительно или в качестве альтернативы, промежуточные продукты ферментации можно измельчить
30 до тонкодисперсных частиц в лабораторной мельнице из нержавеющей стали и получить мукообразное вещество. В процессе ферментации можно использовать струйное перемешивание, и в некоторых случаях осахаривание и ферментацию выполняют в одном и том же баке.
[00171] Питательные вещества для микроорганизмов можно добавить во время 35 осахаривания и/или ферментации, например, пакеты с пищевыми питательными
веществами, описанные в публикации заявки на патент США 2012/0052536, поданной 15 июля 2011 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
[00172] "Ферментация" включает способы и продукты, описанные в заявках на патент 5 №№ PCT/US2012/71093 опубликованной 27 июня 2013 года, РСТ/ US2012/71907 опубликованной 27 июня 2012 года и PCT/US2012/71083 опубликованной 27 июня 2012 года, содержание которых в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
[00173] Передвижные ферментеры можно использовать, как описано в международной 10 заявке на патент № PCT/US2007/074028 (которая была подана 20 июля 2007 года, была опубликована на английском языке как WO 2008/011598 и где в качестве государства, в котором заявитель намерен получить патент, указаны Соединенные Штаты) и в опубликованном патенте США № 8318453, содержание которых включено в настоящий документ в полном объеме. Подобным образом, оборудование для осахаривания может 15 быть передвижным. Кроме того, осахаривание и/или ферментацию можно частично или полностью осуществить во время перевозки.
ФЕРМЕНТИРУЮЩИЕ АГЕНТЫ
20 [00174] Микроорганизм(ы), применяемые при ферментации, могут представлять собой природные микроорганизмы и/или сконструированные микроорганизмы. Например, микроорганизм может представлять собой бактерию (в том числе, но не ограничиваясь ими, например, бактерию, разлагающую клетчатку), гриб, (в том числе, но не ограничиваясь ими, например, дрожжи), растение, протист, например, простейшее или
25 грибоподобный протист (в том числе, но не ограничиваясь ими, например, слизевик) или морские водоросли. При совместимости организмов можно использовать смеси организмов.
[00175] Подходящие ферментирующие микроорганизмы обладают способностью превращать углеводы, такие как глюкоза, фруктоза, ксилоза, арабиноза, манноза,
30 галактоза, олигосахариды или полисахариды, в продукты ферментации. Ферментирующие микроорганизмы включают штаммы рода Saccharomyces spp. (в том числе, но не ограничиваясь ими, S. cerevisiae (пекарские дрожжи), S. distaticus, S. uvarum), рода Kluyveromyces, (в том числе, но не ограничиваясь ими, К. marxianus, K.fragilis), рода Candida (в том числе, но не ограничиваясь ими, С. pseudotropicalis и С. brassicae), Pichia
35 stipitis (родственник Candida shehatae), рода Clavispora (в том числе, но не ограничиваясь
ими, С. lusitaniae и С. opuntiae), рода Pachysolen (в том числе, но не ограничиваясь ими, P. tannophilus), рода Bretannomyces (в том числе, но не ограничиваясь ими, например, В. Clausenii (Philippidis, G. P., 1996, Cellulose bioconversion technology, в Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, C.E., ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 5 179-212)). Другие подходящие микроорганизмы включают, например, Zymomonas mobilis, Clostridium spp. (в том числе, но не ограничиваясь ими, С. thermocellum (Philippidis, 1996, supra), С. saccharobutylacetonicum, С. tyrobutyricum С. saccharobutylicum, С. Puniceum, С. beijernckii и С. acetobutylicum), Moniliella spp. (в том числе, но не ограничиваясь ими, М. pollinis, М. tomentosa, М. madida, М. nigrescens, М. oedocephali, М. megachiliensis),
10 Yarrowia lipolytica, Aureobasidium sp., Trichosporonoides sp., Trigonopsis variabilis, Trichosporon sp., Moniliellaacetoabutans sp., Typhula variabilis, Candida magnoliae, Ustilaginomycetes sp., Pseudozyma tsukubaensi, дрожжевые виды родов Zygosaccharomyces, Debaryomyces, Hansenula и Pichia и грибы рода dematioid Torula (например, T.corallina). [00176] Многие такие микробные штаммы являются общедоступными, и их можно
15 приобрести на рынке или через хранилища, такие как АТСС (Американская коллекция клеточных культур, Манассас, Вирджиния, США), NRRL (Коллекция клеточных культур Службы сельскохозяйственных исследований, Пеория, Иллинойс, США) или DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Брауншвейг, Германия), в частности.
20 [00177] Коммерчески доступные дрожжи включают, например, Ред Стар (Red Star(r))/Jlecac[)c[)pe Этанол Ред (Lesaffre Ethanol Red) (которые можно приобрести в компании Red Star/Lesaffre, США), ФАЛИ (FALI(r)) (которые можно приобрести в компании Fleischmann's Yeast, подразделение Burns Philip Food Inc., США), СУПЕРСТАРТ (SUPERSTART(r)) (которые можно приобрести в компании Alltech, в
25 настоящее время Lalemand), ГЕРТ СТРАНД (GERT STRAND(r)) (которые можно приобрести в компании Gert Strand АВ, Швеция) и ФЕРМОЛ (FERMOL(r)) (которые можно приобрести в компании DSM Specialties).
ДИСТИЛЛЯЦИЯ
[00178] После ферментации полученные жидкости можно подвергать дистилляции с применением, например, "бражной колонны", для отделения этанола и других спиртов от основного объема воды и остаточной твердой фазы. Дистилляцию можно осуществить под вакуумом (например, для уменьшения разложения продуктов в растворе, таких как 35 сахара). Пар, выходящий из бражной колонны, может представлять собой по меньшей
мере 35% по массе (например, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 50 %, по меньшей мере 90 % по массе) этанол и может быть загружен в ректификационную колонну. Смесь почти азеотропного (например, по меньшей мере примерно 92,5%) этанола и воды из ректификационной колонны можно очистить с получением чистого (например, по 5 меньшей мере 99,5% или даже примерно 100%) этанола, используя парофазные молекулярные сита. Кубовые остатки бражной колонны можно направить на первую ступень трехступенчатого испарителя. Обратный холодильник ректификационной колонны может обеспечить тепло для такой первой ступени испарителя. После первой ступени испарителя твердое вещество можно отделить с применением центрифуги и 10 высушить в барабанной сушилке. Часть (25%) продукта из центрифуги можно повторно использовать для ферментации, а остаток направить на вторую и третью ступени испарителя. Большую часть конденсата из испарителя можно вернуть в процесс в виде довольно чистого конденсата, при этом небольшую часть отделяют и направляют на обработку сточных вод для предотвращения накопления низкокипящих соединений.
УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
[00179] Согласно другим вариантам реализации изобретения с помощью способов и систем, описанных в настоящей заявке, можно обработать углеводородсодержащие
20 материалы. Любые процессы, описанные в настоящей заявке, можно использовать для обработки любого углеводородсодержащего материала, описанного в настоящей заявке. Подразумевают, что "углеводородсодержащие материалы", применяемые в настоящей заявке, включают нефтеносные пески, нефтеносный сланец, битуминозные пески, угольную пыль, угольную суспензию, битум, различные типы угля и другие природные и
25 синтетические материалы, содержащие как углеводородные компоненты, так и твердое вещество. Твердое вещество может включать горную породу, песок, глину, камень, ил, буровой шлам или другое твердое органическое и/или неорганическое вещество. Указанный термин также может включать отходы, такие как отходы и побочные продукты бурения, отходы и побочные продукты при переработке нефти или другие
30 отходы, содержащие углеводородные компоненты, такие как асфальтовая кровельная плитка и покрытие, асфальтовое дорожное покрытие и т.д.
[00180] Согласно еще другим вариантам реализации изобретения при применении способов и систем, описанных в настоящем документе, можно обрабатывать древесину и продукты, содержащие древесину. Например, можно обрабатывать пиломатериалы, 35 например, доски, листы, ламинаты, брус, древесностружечные плиты, композиционные
материалы, грубо измельченную древесину, древесину мягких пород и древесину твердых пород. Кроме того, можно обрабатывать срубленные деревья, кустарники, древесную стружку, древесные опилки, корни, кору, пни, сгнившую древесину и другой содержащий древесину материал биомассы.
СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ
[00181] Различные системы транспортировки можно использовать для перемещения материалов биомассы, например, в камеру и под пучок электронов в камере. Типичные
10 транспортеры представляют собой ленточные транспортеры, пневматические транспортеры, винтовые транспортеры, тележки, поезда, поезда или тележки на рельсах, подъемники, фронтальные погрузчики, экскаваторы типа обратная лопата, краны, можно использовать различные скребки и лопаты, вагонетки и загрузочные устройства. Например, в различных процессах, описанных в настоящей заявке, можно использовать
15 вибрационные транспортеры. Вибрационные транспортеры описаны в PCT/US2013/64289, поданной 10 октября 2013 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
[00182] Необязательно, одну или более систем транспортировки можно заключить в кожух. При применении кожуха, помещенный в кожух транспортер можно также
20 продувать инертным газом для поддержания атмосферы с пониженным уровнем кислорода. Поддержание низких уровней кислорода позволяет избежать образования озона, который в некоторых случаях является нежелательным вследствие его реакционной способности и токсичной природы. Например, кислород может составлять менее примерно 20% (например, менее примерно 10%, менее примерно 1%, менее
25 примерно 0,1%, менее примерно 0,01% или даже менее примерно 0,001%). Продувку можно осуществить с помощью инертного газа, в том числе, но не ограничиваясь ими, с помощью азота, аргона, гелия или диоксида углерода. Указанные газы могут поступать, например, в результате испарения жидкого источника (например, жидкого азота или гелия), могут быть получены или выделены из воздуха in situ или могут поступать из
30 цистерн. Инертный газ можно рециркулировать и любое количество остаточного кислорода можно удалить с помощью катализатора, такого как слой медного катализатора. Согласно альтернативному варианту реализации изобретения для поддержания низких уровней кислорода можно выполнять комбинации продувки, рециркулирования и удаления кислорода.
[00183] Заключенный в кожух транспортер также можно продувать с применением химически активного газа, который может взаимодействовать с биомассой. Такую продувку можно осуществить перед, во время или после процесса облучения. Химически активный газ может представлять собой, но не ограничиваться ими, закись азота, аммиак, 5 кислород, озон, углеводороды, ароматические соединения, амиды, пероксиды, азиды, галогениды, оксигалогениды, фосфиды, фосфины, арсины, сульфиды, тиолы, бораны и/или гидриды. Химически активный газ можно активировать в кожухе, например, путем облучения (например, с помощью пучка электронов, путем УФ-облучения, микроволнового облучения, нагревания, ИК-облучения) таким образом, чтобы он 10 взаимодействовал с биомассой. Биомассу саму можно активировать, например, путем облучения. Биомассу предпочтительно активируют пучком электронов с получением радикалов, которые затем взаимодействуют с активированным или неактивированным химически активным газом, например, посредством радикального соединения или гашения.
15 [00184] Продувочные газы, подаваемые в заключенный в кожух транспортер, также можно охладить, например, ниже примерно 25°С, ниже примерно 0°С, ниже примерно -40°С, ниже примерно -80°С, ниже примерно -120°С. Например, указанный газ можно испарить из сжатого газа, такого как жидкий азот, или сублимировать из твердого диоксида углерода. В качестве альтернативного примера, газ можно охладить с помощью
20 охладителя или можно охладить часть или весь транспортер.
ДРУГИЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00185] Любой материал, способы или обработанные материалы, описанные в 25 настоящей заявке, можно использовать для получения продуктов и/или промежуточных соединений, таких как композиционные материалы, наполнители, связующие вещества, полимерные добавки, адсорбенты и агенты контролируемого высвобождения. Указанные способы могут включать уплотнение, например, путем воздействия на материалы давлением и теплом. Например, композиционные материалы можно получить путем 30 объединения волокнистых материалов со смолой или полимером. Например, смолу, которую можно сшить под действием облучения, например, термопластичную смолу, можно объединить с волокнистым материалом для получения комбинации волокнистый материал/сшиваемая смола. Такие материалы можно, например, использовать в качестве строительных материалов, защитных покрытий, контейнеров и других конструкционных 35 материалов (например, формованных и/или экструдированных продуктов).
Поглощающие материалы могут быть, например, в форме гранул, хлопьев, волокон и/или листов. Адсорбенты можно использовать, например, в качестве подстилки для домашних животных, упаковочного материала или в системах контроля загрязнения окружающей среды. Матрицы для контролируемого высвобождения также могут быть в форме, 5 например, гранул, хлопьев, волокон и/или листов. Матрицы для контролируемого высвобождения можно, например, использовать для высвобождения лекарственных средств, биоцидов, душистых веществ. Например, композиционные материалы, поглощающие материалы и агенты для контролируемого высвобождения и их применение описаны в США № PCT/US2006/010648, поданной 23 марта 2006 года, и в 10 патенте США № 8074910, поданном 22 ноября 2011 года, полное описание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.
[00186] В некоторых случаях материал биомассы обрабатывают на первом уровне для уменьшения сопротивляемости обработке, например, с применением ускоряемых электронов, для селективного высвобождения одного или более Сахаров (например,
15 ксилозы). Затем биомассу можно обработать до второго уровня для высвобождения одного или более других Сахаров (например, глюкозы). В некоторых случаях между обработками биомассу можно высушить. Способы обработки могут включать применение химических и биохимических способов обработки для высвобождения Сахаров. Например, материал биомассы можно обработать до уровня менее примерно 20
20 Мрад (например, менее примерно 15 Мрад, менее примерно 10 Мрад, менее примерно 5 Мрад, менее примерно 2 Мрад) и затем обработать раствором серной кислоты, содержащей менее 10% серной кислоты (например, менее примерно 9%, менее примерно 8%, менее примерно 7%, менее примерно 6%, менее примерно 5%, менее примерно 4%, менее примерно 3%, менее примерно 2%, менее примерно 1%, менее примерно 0,75%,
25 менее примерно 0,50 %, менее примерно 0,25%) для высвобождения ксилозы. Ксилозу, например, которая высвобождается в раствор, можно отделить от твердой фазы и, возможно, твердой фазы, промытой растворителем/раствором (например, водой и/или подкисленной водой). В некоторых случаях твердое вещество можно высушить, например, на воздухе и/или в вакууме, возможно, при нагревании (например, при
30 температуре ниже примерно 150 ° С, ниже примерно 120 ° С) до обеспечения содержания воды ниже примерно 25 % масс, (ниже примерно 20 % масс, ниже примерно 15 % масс, ниже примерно 10 % масс, ниже примерно 5 % масс). Затем твердое вещество можно обработать при уровне менее примерно 30 Мрад (например, менее примерно 25 Мрад, менее примерно 20 Мрад, менее примерно 15 Мрад, менее примерно 10 Мрад, менее
35 примерно 5 Мрад, менее примерно 1 Мрад или даже совсем без обработки) и затем
обработать ферментом (например, целлюлазой) для высвобождения глюкозы. Глюкозу (например, глюкозу в растворе) можно отделить от оставшейся твердой фазы. Затем твердое вещество можно дополнительно обработать, например, использовать для получения энергии/или других продуктов (например, продуктов, полученных из 5 лигнина).
АРОМАТИЗАТОРЫ, ДУШИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА И КРАСИТЕЛИ
[00187] Любые из продуктов и/или промежуточных соединений, описанных в
10 настоящей заявке, например, полученные с применением способов, систем и/или оборудования, описанного в настоящем документе, можно объединить с ароматизаторами, душистыми веществами, красителями и/или их смесями. Например, любое одно или более веществ (возможно вместе с ароматизаторами, душистыми веществами и/или красителями), выбранных из Сахаров, органических кислот, топлив,
15 полиолов, таких как сахарные спирты, биомассы, волокон и композиционных материалов можно объединить (например, путем составления смесей, смешивания или химического взаимодействия) с другими продуктами или использовать для получения других продуктов. Например, один или более такой продукт можно использовать для изготовления мыла, детергентов, конфет, напитков (например, колы, вина, пива, настоек,
20 таких как джин или водка, спортивных напитков, кофе, чая), лекарственных средств, адгезивов, листов (например, тканых, нетканых, фильтров, тканей) и/или композиционных материалов (например, плит). Например, один или более такой продукт можно объединить с травами, цветами, лепестками, специями, витаминами, ароматическими смесями или свечами. Например, приготовленные, смешанные или
25 прореагировавшие комбинации могут иметь вкусы/ароматы грейпфрута, апельсина, яблока, малины, банана, салата, сельдерея, шоколада, корицы, ванили, мяты перечной, мяты, лука, чеснока, перца, шафрана, имбиря, молока, вина, пива, чая, постной говядины, рыбы, моллюсков, оливкового масла, кокосового жира, свиного жира, молочного жира, говяжьего бульона, бобовых, картофеля, мармелада, ветчины, кофе и сыров.
30 [00188] Ароматизаторы, душистые вещества и красители можно добавлять в любом количестве, например, от примерно 0,001 % масс, до примерно 30 % масс, например, от примерно 0,01 до примерно 20, от примерно 0,05 до примерно 10 или от примерно 0,1 % масс, до примерно 5 % масс. Их можно приготавливать, смешивать и/или подвергать реакциям (например, с любым одним или более продуктом или промежуточным
35 соединением, описанным в настоящей заявке) посредством любых способов и в любом
порядке или последовательности (например, перемешивать, смешивать, эмульгировать, загущать, диффундировать, нагревать, обрабатывать ультразвуком и/или суспендировать). Можно также использовать наполнители, связующие вещества, эмульгатор, антиокислители, например, белковые гели, крахмалы и кремнезем. 5 [00189] Согласно одному из вариантов реализации изобретения ароматизаторы, душистые вещества и красители можно добавлять в биомассу непосредственно после облучения биомассы с тем, чтобы реакционноспособные центры, образовавшиеся при облучении, могли взаимодействовать с реакционноспособными совместимыми центрами ароматизаторов, душистых веществ и красителей.
10 [00190] Ароматизаторы, душистые вещества и красители могут представлять собой природные и/или синтетические материалы. Указанные материалы могут представлять собой одно или более соединение, композицию или их смеси (например, составленную или природную композицию из нескольких соединений). В некоторых случаях ароматизаторы, душистые вещества, антиокислители и красители можно получить
15 биологическим способом, например, в результате процесса ферментации (например, ферментации осахаренных материалов, как описано в настоящей заявке). В качестве альтернативы или дополнительно, указанные ароматизаторы, душистые вещества и красители можно взять из целого организма (например, растения, гриба, животного, бактерий или дрожжей) или из части организма. Организм можно собрать и/или
20 экстрагировать с получением красителя, ароматизаторов, душистых веществ и/или антиокислителя с применением любых средств, включающих применение способов, систем и оборудования, описанных в настоящей заявке, экстракцию горячей водой, сверхкритическую флюидную экстракцию, химическую экстракцию (например, экстракцию растворителем или реакционную экстракцию, в том числе, с применением
25 кислот и оснований), механическую экстракцию (например, прессование, измельчение, фильтрование), применение фермента, применение бактерий, например, для разложения исходного материала, и комбинации указанных способов. Указанные соединения можно получить посредством химической реакции, например, путем объединения сахара (например, полученного, как описано в настоящей заявке) с аминокислотой (реакция
30 Майяра). Ароматизатор, душистое вещество, антиокислитель и/или краситель может представлять собой промежуточное соединение и/или продукт, полученный с помощью способов, оборудования или систем, описанных в настоящей заявке, например, и сложный эфир и продукт, полученный из лигнина.
[00191] Некоторые примеры ароматизатора, душистых веществ или красителей 35 представляют собой полифенолы. Полифенолы представляют собой пигменты,
ответственные за красный, пурпурный и голубой цвета многих фруктов, овощей, злакового зерна и цветов. Полифенолы также могут проявлять антиоксидантные свойства и часто имеют горький вкус. Антиоксидантные свойства делают их важными консервантами. Одним из классов полифенолов являются флавоноиды, так как 5 антоцианидины, флаванонолы, флаван-3-олы, флаваноны и флаванонолы. Другие фенольные соединения, которые можно использовать, включают фенольные кислоты и их сложные эфиры, такие как хлорогеновая кислота и полимерные таннины. [00192] Из числа красителей можно использовать неорганические соединения, минералы или органические соединения, например, диоксид титана, оксид цинка, оксид
10 алюминия, кадмий желтый (например, CdS), кадмий оранжевый (например, CdS с некоторым добавлением Se), ализариновый красный (например, синтетическую или несинтетическую розовую марену), ультрамарин (например, синтетический ультрамарин, природный ультрамарин, синтетический ультрамарин фиолетовый), кобальт голубой, кобальт желтый, кобальт зеленый, виридиан (например, гидратированный оксид хрома
15 (П1)), халькофиллит, конихальцит, корнубит, корнваллит и лироконит. Можно использовать черные пигменты, такие как черный углерод и самодиспергированные черные красители.
[00193] Некоторые ароматизаторы и душистые вещества, которые можно использовать, включают АЦАЛЕА TBHQ, АЦЕТ С-6, АЛЛИЛ АМИЛ ГЛИКОЛАТ,
20 АЛЬФА ТЕРПИНЕОЛ, АМБРЕТТОЛИД, АМБРИНОЛ 95, АНДРАН, АФЕРМАТ, ЭППЛАЙД, БАКДАНОЛ (BACDANOL(r)), БЕРГАМАЛЬ, БЕТА-ИОНОН ЭПОКСИД, БЕТА-НАФТИЛИЗОБУТИЛОВЫЙ ЭФИР, БИЦИКЛОНОНАЛАКТОН, БОРНАФИКС (BORNAFIX(r)), КАНТОКСАЛ, КАШМЕРАН (CASHMERAN(r)), КАШМЕРАН БАРХАТ (CASHMERAN(r) VELVET), КАССИФИКС (CASSIFFIX(r)), ЦЕДРАФИКС, ЦЕДРАМБЕР
25 (CEDRAMBER(r)), ЦЕДРИЛАЦЕТАТ, ЦЕЛЕСТОЛИД, ЦИННАМАЛЬВА, ЦИТРАЛЬ ДИМЕТИЛАЦЕТАТ, ЦИТРОЛАТ(tm), ЦИТРОНЕЛЛОЛ 700, ЦИТРОНЕЛЛОЛ 950, ЦИТРОНЕЛЛОЛ КЕР, ЦИТРОНЕЛЛИЛАЦЕТАТ, ЦИТРОНЕЛЛИЛАЦЕТАТ ЧИСТЫЙ, ЦИТРОНЕЛЛИЛФОРМИАТ, КЛАРИЦЕТ, КЛОНАЛ, КОНИФЕРАН, КОНИФЕРАН ЧИСТЫЙ, КОРТЕКС АЛЬДЕГИД 50% ПЕОМОЗА, ЦИКЛАБУТ, ЦИКЛАЦЕТ
30 (CYCLACET(r)), ЦИКЛАПРОП (CYCLAPROP(r)), ЦИКЛЕМАКС(tm),
ЦИКЛОГЕКСИЛЭТИЛАЦЕТАТ, ДАМАСКОЛ, ДЕЛЬТА ДАМАСКОН,
ДИГИДРОЦИКЛАЦЕТ, ДИГИДРОМИРЦЕНОЛ, ДИГИДРОТЕРПИНЕОЛ,
ДИГИДРОТЕРПИНИЛАЦЕТАТ, ДИМЕТИЛЦИКЛОРМОЛ, ДИМЕТИЛОКТАНОЛ PQ, ДИМИРЦЕТОЛ, ДИОЛА, ДИПЕНТЕН, ДУЛЦИНИЛ (DULCINYL(r))
35 ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗОВАННЫЙ, ЭТИЛ-З-ФЕНИЛГЛИЦИДАТ, ФЛЕРАМОН,
ФЛЕРАНИЛ, ФЛОРАЛ СУПЕР, ФЛОРАЛОЗОН, ФЛОРИФФОЛ, ФРАЙСТОН, ФРУКТОН, ГАЛАКСОЛИД (GALAXOLIDE(r)) 50, ГАЛАКСОЛИД (GALAXOLIDE(r)) 50 ВВ, ГАЛАКСОЛИД (GALAXOLIDE(r)) 50 IPM, ГАЛАКСОЛИД (GALAXOLIDE(r)) НЕРАЗБАВЛЕННЫЙ, ГАЛЬБАСКОН, ГЕР АЛЬДЕГИД, ГЕРАНИОЛ 5020, ГЕРАНИОЛ 5 600 ТИПА, ГЕРАНИОЛ 950, ГЕРАНИОЛ 980 (ЧИСТЫЙ), ГЕРАНИОЛ CFT КЕР, ГЕРАНИОЛ КЕР, ГЕРАНИЛАЦЕТАТ КЕР, ГЕРАНИЛАЦЕТАТ, ЧИСТЫЙ, ГЕРАНИЛФОРМИАТ, ГРИЗАЛЬВА, ГУ АИЛ АЦЕТАТ, ГЕЛИОНАЛ(tm), ХЕРБАК, ГЕРБАЛАЙМ(tm), ГЕКСАДЕКАНОЛИД, ГЕКСАЛОН, ГЕКСЕНИЛ САЛИЦИЛАТ ЦИС 3, ГИАЦИНТ БОДИ, ГИАЦИНТ БОДИ № 3, ГИДРАТРОПОВЫЙ АЛЬДЕГИД ДМА,
10 ГИДРОКСИОЛ, ИНДОЛАРОМ, ИНТРЕЛЕВЕН АЛЬДЕГИД, ИНТРЕЛЕВЕН АЛЬДЕГИД СПЕЦИАЛЬНЫЙ, ИОНОН АЛЬФА-, ИОНОН БЕТА, ИЗОЦИКЛОЦИТРАЛЬ, ИЗОЦИКЛОГЕРАНИОЛ, АМБРАЛЮКС (ISO Е SUPER(r)), ИЗОБУТИЛ ХИНОЛИН, ЖАСМАЛЬ, ЖЕССЕМАЛЬ (JESSEMAL(r)), КАРИЗМАЛ (KHARISMAL(r)), КАРИЗМАЛ (KHARISMAL(r)) СУПЕР, КУСИНИЛ, КОАВОН
15 (KOAVONE(r)), КОХИНУЛ (KOHINOOL(r)), ЛИФФАРОМ(tm), ЛИМОКСАЛЬ, ЛИНДЕНОЛ(tm), ЛИР АЛЬ (LYRAL(r)), ЛИРАМ СУПЕР, МАНДАРИН АЛЬД 10% TRI ЕТН, ЦИТР, МАРИТИМА, МСК ЧИНЕЗЕ, МЕЙИФФ(tm), МЕЛАФЛЕР, МЕЛОЗОН, МЕТИЛАНТРАНИЛАТ, МЕТИЛ ИОНОН АЛЬФА ЭКСТРА, МЕТИЛ ИОНОН ГАММА А, МЕТИЛ ИОНОН ГАММА КЕР, МЕТИЛ ИОНОН ГАММА ЧИСТЫЙ, МЕТИЛ
20 ЛАВАНДА КЕТОН, МОНТАВЕРДИ (MONTAVERDI(r)), МУГУЭСИЯ, ЦИТРОНЕЛЛИЛ ОКСИАЦЕТАЛЬДЕГИД 50, MACK Z4, МИРАК АЛЬДЕГИД, МИРЦЕНИЛ АЦЕТАТ, НЕКТАРАТ(tm), NEROL 900, НЕРИЛ АЦЕТАТ, ОЦИМЕН, ОКТАЦЕТАЛЬ, АПЕЛЬСИНОВЫХ ЦВЕТОВ ЭФИР, ОРИВОН, ОРРИНИФФ 25%, ОКСАСПИРАН, ОЗОФЛЕР, ПАМПЛЕФЛЕУР (PAMPLEFLEUR(r)), ПЕОМОЗА, ФЕНОКСАНОЛ
25 (PHENOXANOL(r)), ПИКОНИЯ, ПРЕЦИКЛЕМОН Б, ПРЕНИЛАЦЕТАТ, ПРИЗМАНТОЛ, РЕЗЕДА БОДИ, РОЗАЛЬВА, РОЗАМАСК, САНДЖИНОЛ, САНТАЛИФФ(tm), СИВЕРТАЛЬ, ТЕРПИНЕОЛ, ТЕРПИНОЛЕН 20, ТЕРПИНОЛЕН 90 PQ, ТЕРПИНОЛЕН РЕКТИФИЦИР., ТЕРПИНИЛАЦЕТАТ, ТЕРПИНИЛАЦЕТАТ J АХ, ТЕТРАГИДРО, МУГУОЛ (MUGUOL(r)), ТЕТРАГИДРО МИРЦЕНОЛ, ТЕТРАМЕРАН,
30 ТИМБЕРСИЛК(tm), ТОБАКАРОЛ, ТРИМОФИКС (TRIMOFIX(r)) О ТТ, ТРИПЛАЛЬ (TRIPLAL(r)), ТРИСАМБЕР (TRISAMBER(r)), ВАНОРИС, ВЕРДОКС(tm), ВЕРДОКС(tm) НС, ВЕРТЕНЕКС (VERTENEX(r)), ВЕРТЕНЕКС (VERTENEX(r)) НС, ВЕРТОФИКС (VERTOFIX(r)) КЕР, ВЕРТОЛИФФ, ВЕРТОЛИФФ ИЗО, ВИОЛИФФ, ВИВАЛЬДИ, ЗЕНОЛИД, АБСОЛЮ ИНДИЯ 75 РСТ МИГЛИОЛ, АБСОЛЮ МОРОККО 50 РСТ DPG,
35 АБСОЛЮ МОРОККО 50 РСТ ТЕС, АБСОЛЮ ФРАНЦУЗКИЙ, АБСОЛЮ ИНДИЯ,
АБСОЛЮ MD 50 РСТ ВВ, АБСОЛЮ МОРОККО, КОНЦЕНТРАТ PG, НАСТОЙКА 20 РСТ, АМБЕРГРИС, АБСОЛЮ АМБРЕТТА, АМБРЕТОВОЕ МАСЛО, МАСЛО ПОЛЫНИ 70 РСТ ТУЙОН, АБСОЛЮ БАЗИЛИКА ГРАНД ВЕРТ, БАЗИЛИК ГРАНД ВЕРТ АБСОЛЮ MD, БАЗИЛИКОВОЕ МАСЛО ГРАНД ВЕРТ, БАЗИЛИКОВОЕ 5 МАСЛО ВЕРВЕЙНА, БАЗИЛИКОВОЕ МАСЛО ВЬЕТНАМ, ЛАВРОВОЕ МАСЛО БЕСТЕРПЕНОВОЕ, АБСОЛЮ ПЧЕЛИНОГО ВОСКА N G, АБСОЛЮ ПЧЕЛИНОГО ВОСКА, БЕНЗОЙНЫЙ РЕЗИНОИД СИАМ, БЕНЗОЙНЫЙ РЕЗИНОИД СИАМ 50 РСТ DPG, БЕНЗОЙНЫЙ РЕЗИНОИД СИАМ 50 РСТ PG, БЕНЗОЙНЫЙ РЕЗИНОИД СИАМ 70,5 РСТ ТЕС, АБСОЛЮ ПОЧЕК ЧЕРНОЙ СМОРОДИНЫ 65 РСТ PG, АБСОЛЮ
10 ПОЧЕК ЧЕРНОЙ СМОРОДИНЫ MD 37 РСТ ТЕС, АБСОЛЮ ПОЧЕК ЧЕРНОЙ СМОРОДИНЫ МИГЛИОЛ, АБСОЛЮ ПОЧЕК ЧЕРНОЙ СМОРОДИНЫ БУРГУНДСКОЕ, МАСЛО БУА-ДЕ-РОЗ, АБСОЛЮ ОТРУБЕЙ, РЕЗИНОИД ОТРУБЕЙ, АБСОЛЮ-ДРОКА ИТАЛИЯ, КАРДАМОН ГВАТЕМАЛА С02 ЭКСТРАКТ, КАРДАМОННОЕ МАСЛО ГВАТЕМАЛА, КАРДАМОННОЕ МАСЛО ИНДИЯ,
15 СРЕДИННАЯ НОТА МОРКОВИ, АБСОЛЮ МАСЛА КАССИИ ЕГИПЕТ, АБСОЛЮ МАСЛА КАССИИ MD 50 РСТ IPM, АБСОЛЮ КАСТОРЕУМА 90 РСТ ТЕС, АБСОЛЮ КАСТОРЕУМА С 50 РСТ МИГЛИОЛ, АБСОЛЮ КАСТОРЕУМА, РЕЗИНОИД КАСТОРЕУМА, РЕЗИНОИД КАСТОРЕУМА 50 РСТ DPG, ЦЕДРОЛ ЦЕДРЕН, МАСЛО ЦЕДРУС АТЛАНТИКА РЕДИСТ, МАСЛО РИМСКОЙ РОМАШКИ, МАСЛО ДИКОЙ
20 РОМАШКИ, МАСЛО ДИКОЙ РОМАШКИ С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЛИМОНЕНА, МАСЛО ИЗ КОРЫ КОРИЧНОГО ДЕРЕВА ЦЕЙЛАН, АБСОЛЮ ЦИСТА, АБСОЛЮ ЦИСТА БЕСЦВЕТНЫЙ, ЦИТРОНЕЛЛОВОЕ МАСЛО АЗИЯ, НЕ СОДЕРЖАЩЕЕ ЖЕЛЕЗО, АБСОЛЮ ЦИБЕТА 75 РСТ PG, АБСОЛЮ ЦИБЕТА, НАСТОЙКА ЦИБЕТА 10 РСТ, АБСОЛЮ ФРАНЦУЗКОГО ШАЛФЕЯ МУСКАТНОГО ОБЕСЦВЕЧ., АБСОЛЮ
25 ФРАНЦУЗКОГО ШАЛФЕЯ МУСКАТНОГО, ШАЛФЕЙ МУСКАТЫЙ CLESS 50 РСТ PG, МАСЛО ФРАНЦУЗКОГО ШАЛФЕЯ МУСКАТНОГО, КОПАЙСКИЙ БАЛЬЗАМ, МАСЛО КОПАЙСКОГО БАЛЬЗАМА, МАСЛО ИЗ СЕМЯН КОРИАНДРА, КИПАРИСОВОЕ МАСЛО, КИПАРИСОВОЕ МАСЛО ОРГАНИЧЕСКОЕ, МАСЛО ПОЛЫНИ ГОРЬКОЙ, ГАЛЬБАНОЛ, АБСОЛЮ ГАЛЬБАНУМА БЕСЦВЕТНЫЙ,
30 МАСЛО ГАЛЬБАНУМА, РЕЗИНОИД ГАЛЬБАНУМА, РЕЗИНОИД ГАЛЬБАНУМА 50 РСТ DPG, РЕЗИНОИД ГАЛЬБАНУМА ГЕРКОЛУН ВНТ, РЕЗИНОИД ГАЛЬБАНУМА ТЕС ВНТ, АБСОЛЮ GENTIANE MD 20 РСТ ВВ, КОНКРЕТ GENTIANE, АБСОЛЮ ГЕРАНИ ЕГИПЕТ MD, АБСОЛЮ ГЕРАНИ ЕГИПЕТ, ГЕРАНИЕВОЕ МАСЛО КИТАЙ, ГЕРАНИЕВОЕ МАСЛО ЕГИПЕТ, ИМБИРНОЕ МАСЛО 624, ИМБИРНОЕ МАСЛО
35 РЕКТИФИЦИРОВАННОЕ РАСТВОРИМОЕ, СРЕДИННАЯ НОТА ГВАЯКОВОГО
ДЕРЕВА, АБСОЛЮ СЕНА MD 50 РСТ ВВ, АБСОЛЮ СЕНА, АБСОЛЮ СЕНА MD 50 РСТ TEC, HEALINGWOOD, ИССОПОВОЕ МАСЛО ОРГАНИЧЕСКОЕ, АБСОЛЮ БЕССМЕРТНИКА ЮГОСЛАВИЯ MD 50 РСТ ТЕС, АБСОЛЮ БЕССМЕРТНИКА ИСПАНИЯ, АБСОЛЮ БЕССМЕРТНИКА ЮГОСЛАВИЯ, АБСОЛЮ ЖАСМИНА 5 ИНДИЯ MD, АБСОЛЮ ЖАСМИНА ЕГИПЕТ, АБСОЛЮ ЖАСМИНА ИНДИЯ, АБСОЛЮ ЖАСМИНА МОРОККО, АБСОЛЮ АРАБСКОГО ЖАСМИНА, АБСОЛЮ ЖОНКИЛИИ MD 20 РСТ ВВ, АБСОЛЮ ЖОНКИЛИИ ФРАНЦИЯ, МОЖЖЕВЕЛОВОЕ МАСЛО FLG, МОЖЖЕВЕЛОВОЕ МАСЛО РЕКТИФИЦИРОВАННОЕ РАСТВОРИМОЕ, РЕЗИНОИД ЛАБДАНУМА 50 РСТ ТЕС, РЕЗИНОИД ЛАБДАНУМА
10 ВВ, РЕЗИНОИД ЛАБДАНУМА MD, РЕЗИНОИД ЛАБДАНУМА MD 50 РСТ ВВ, АБСОЛЮ ЛАВАНДИНА Н, АБСОЛЮ ЛАВАНДИНА MD, ЛАВАНДИНОВОЕ МАСЛО АБРИАЛЬ ОРГАНИЧЕСКОЕ, ЛАВАНДИНОВОЕ МАСЛО ГРОССО ОРГАНИЧЕСКОЕ, ЛАВАНДИНОВОЕ МАСЛО СУПЕР, АБСОЛЮ ЛАВАНДЫ Н, АБСОЛЮ ЛАВАНДЫ MD, ЛАВАНДОВОЕ МАСЛО БЕЗ КУМАРИНА, ЛАВАНДОВОЕ МАСЛО БЕЗ
15 КУМАРИНА ОРГАНИЧЕСКОЕ, ЛАВАНДОВОЕ МАСЛО MAILLETTE ОРГАНИЧЕСКОЕ, ЛАВАНДОВОЕ МАСЛО МТ, АБСОЛЮ МАЦИСА ВВ, МАСЛО ИЗ ЦВЕТКОВ МАГНОЛИИ НИЗКОЕ СОДЕРЖАНИЕ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА ЭВГЕНОЛА, МАСЛО ИЗ ЦВЕТКОВ МАГНОЛИИ, МАСЛО ИЗ ЦВЕТКОВ МАГНОЛИИ MD, МАСЛО ИЗ ЛИСТЬЕВ МАГНОЛИИ, МАНДАРИНОВОЕ МАСЛО MD,
20 МАНДАРИНОВОЕ МАСЛО MD ВНТ, АБСОЛЮ МАТЕ ВВ, АБСОЛЮ ДРЕВЕСНОГО МХА MD ТЕХ IFRA 43, АБСОЛЮ ДУБОВОГО МХА MD TEC IFRA 43, АБСОЛЮ ДУБОВОГО МХА IFRA 43, АБСОЛЮ ДРЕВЕСНОГО МХА MD IPM IFRA 43, РЕЗИНОИД МИРРЫ ВВ, РЕЗИНОИД МИРРЫ MD, РЕЗИНОИД МИРРЫ ТЕС, МИРТОВОЕ МАСЛО, НЕ СОДЕРЖАЩЕЕ ЖЕЛЕЗО, МИРТОВОЕ МАСЛО ТУНИС
25 РЕКТИФИЦИРОВАННОЕ, АБСОЛЮ НАРЦИССА MD 20 РСТ ВВ, АБСОЛЮ НАРЦИССА ФРАНЦУЗКОГО, НЕРОЛИЕВОЕ МАСЛО ТУНИС, МАСЛО МУСКАТНОГО ОРЕХА БЕСТЕРПЕНОВОЕ, АБСОЛЮ OEILLET, РЕЗИНОИД ОЛИБАНУМА, РЕЗИНОИД ОЛИБАНУМА ВВ, РЕЗИНОИД ОЛИБАНУМА DPG, РЕЗИНОИД ОЛИБАНУМА ЭКСТРА 50 РСТ DPG, РЕЗИНОИД ОЛИБАНУМА MD,
30 РЕЗИНОИД ОЛИБАНУМА MD 50 РСТ DPG, РЕЗИНОИД ОЛИБАНУМА ТЕС, РЕЗИНОИД ОПОПОНАКСА ТЕС, ОРАНЖЕВОЕ ПОМЕРАНЦЕВОЕ МАСЛО MD ВНТ, ОРАНЖЕВОЕ ПОМЕРАНЦЕВОЕ МАСЛО MD SCFC, АБСОЛЮ ЦВЕТКА АПЕЛЬСИНОВОГО ДЕРЕВА ТУНИС, ВОДНОЕ АБСОЛЮ ЦВЕТКА АПЕЛЬСИНОВОГО ДЕРЕВА ТУНИС, АБСОЛЮ ИЗ ЛИСТЬЕВ АПЕЛЬСИНОВОГО
35 ДЕРЕВА, ВОДНОЕ АБСОЛЮ ИЗ ЛИСТЬЕВ АПЕЛЬСИНОВОГО ДЕРЕВА ТУНИС,
АБСОЛЮ ФИАЛКОВОГО КОРНЯ ИТАЛИЯ, КОНКРЕТ ФИАЛКОВОГО КОРНЯ 15 РСТ ИРОН, КОНКРЕТ ФИАЛКОВОГО КОРНЯ 8 РСТ ИРОН, ФИАЛКОВЫЙ КОРЕНЬ ПРИРОДНЫЙ 15 РСТ ИРОН 4095С, ФИАЛКОВЫЙ КОРЕНЬ ПРИРОДНЫЙ 8 РСТ ИРОН 2942С, РЕЗИНОИД ФИАЛКОВОГО КОРНЯ, АБСОЛЮ ОСМАНТУСА, 5 АБСОЛЮ ОСМАНТУСА MD 50 РСТ ВВ, СРЕДИННАЯ НОТА ПАЧУЛИ №3, ПАЧУЛЕВОЕ МАСЛО ИНДОНЕЗИЯ, ПАЧУЛЕВОЕ МАСЛО ИНДОНЕЗИЯ, НЕ СОДЕРЖАЩЕЕ ЖЕЛЕЗО, ПАЧУЛЕВОЕ МАСЛО ИНДОНЕЗИЯ MD, ПАЧУЛЕВОЕ МАСЛО БИДИСТИЛЛИРОВАННОЕ, СРЕДИННАЯ НОТА МЯТЫ БОЛОТНОЙ, АБСОЛЮ МЯТЫ ПЕРЕЧНОЙ MD, ПЕТИГРЕНЕВОЕ ПОМЕРАНЦЕВОЕ МАСЛО
10 ТУНИС, ПЕТИГРЕНЕВОЕ ЛИМОННОЕ МАСЛО, ПЕТИГРЕНЕВОЕ МАСЛО ПАРАГВАЙ БЕСТЕРПЕНОВОЕ, ПЕТИГРЕНЕВОЕ МАСЛО БЕСТЕРПЕНОВОЕ STAB, МАСЛО ИЗ ЯГОД ДУШИСТОГО ПЕРЦА, МАСЛО ИЗ ЛИСТЬЕВ ДУШИСТОГО ПЕРЦА, РОДИНОЛ ЭКСТРАКТ ИЗ ГЕРАНИ КИТАЙ, АБСОЛЮ БОЛГАРСКОЙ РОЗЫ НИЗКОЕ СОДЕРЖАНИЕ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА ЭВГЕНОЛА, АБСОЛЮ РОЗЫ
15 МОРОККО НИЗКОЕ СОДЕРЖАНИЕ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА ЭВГЕНОЛА, АБСОЛЮ ТУРЕЦКОЙ РОЗЫ НИЗКОЕ СОДЕРЖАНИЕ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА ЭВГЕНОЛА, АБСОЛЮ РОЗЫ, АБСОЛЮ БОЛГАРСКОЙ РОЗЫ, АБСОЛЮ ДАМАССКОЙ РОЗЫ, АБСОЛЮ РОЗЫ MD, АБСОЛЮ РОЗЫ МОРОККО, АБСОЛЮ ТУРЕЦКОЙ РОЗЫ, РОЗОВОЕ МАСЛО БОЛГАРСКОЕ, РОЗОВОЕ МАСЛО ДАМАССКОЕ НИЗКОЕ
20 СОДЕРЖАНИЕ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА ЭВГЕНОЛА, РОЗОВОЕ МАСЛО ТУРЕЦКОЕ, РОЗМАРИНОВОЕ МАСЛО КАМФОРА ОРГАНИЧЕСКОЕ, РОЗМАРИНОВОЕ МАСЛО ТУНИС, САНДАЛОВОЕ МАСЛО ИНДИЯ, САНДАЛОВОЕ МАСЛО ИНДИЯ РЕКТИФИЦИРОВАННОЕ, САНТАЛОЛ, МАСЛО SCHINUS MOLLE, НАСТОЙКА РОЖКОВОГО ДЕРЕВА 10 РСТ, РЕЗИНОИД СТИРАКСА, РЕЗИНОИД СТИРАКСА,
25 МАСЛО БАРХАТЦЕВ, СРЕДИННАЯ НОТА ЧАЙНОГО ДЕРЕВА, АБСОЛЮ ДИПТЕРИКСА 50 РСТ РАСТВОРИТЕЛИ, АБСОЛЮ ДИПТЕРИКСА, АБСОЛЮ ТУБЕРОЗЫ ИНДИЯ, СРЕДИННАЯ НОТА ВЕТИВЕРА ЭКСТРА, ВЕТИВЕРОВОЕ МАСЛО ГАИТИ, ВЕТИВЕРОВОЕ МАСЛО ГАИТИ MD, ВЕТИВЕРОВОЕ МАСЛО ЯВА, ВЕТИВЕРОВОЕ МАСЛО ЯВА MD, АБСОЛЮ ИЗ ЛИСТЬЕВ ФИАЛКИ ЕГИПЕТ,
30 АБСОЛЮ ИЗ ЛИСТЬЕВ ФИАЛКИ ЕГИПЕТ ОБЕСЦВЕЧ., АБСОЛЮ ИЗ ЛИСТЬЕВ ФРАНЦУЗКОЙ ФИАЛКИ, АБСОЛЮ ИЗ ЛИСТЬЕВ ФИАЛКИ MD 50 РСТ ВВ, МАСЛО ПОЛЫНИ БЕСТЕРПЕНОВОЕ, ЭКСТРА МАСЛО ШТАНГА, МАСЛО ШТАНГА III и комбинации указанных соединений.
[00194] Красящие вещества можно обнаружить среди веществ, перечисленных в 35 списке международных цветовых индексов, разработанном Обществом красильщиков и
колористов. Красящие вещества включают красители и пигменты, а также те вещества, которые обычно применяют для окрашивания текстильных изделий, красок, чернил и красок для струйных принтеров. Некоторые красящие вещества, которые можно использовать, включают каротиноиды, арилиды желтые, диарилиды желтые, В-нафтолы, 5 нафтолы, бензимидазолоны, конденсационные дисазопигменты, пиразолоны, никель азо-желтый, фталоцианины, хинакридоны, перилены и периноны, изоиндолинон и изоиндолиновые пигменты, триарилкарбониевые пигменты, дикетопирроло-пирролевые пигменты, тиоиндигоидные пигменты. Картеноиды включают, например, альфа-каротен, бета-каротен, гамма-каротен, ликопин, лютеин и экстракт астаксантин аннатто,
10 дегидратированную свеклу (свекольный порошок), кантаксантин, карамель, (З-апо-81-каротенал, экстракт кошенили, кармин, натрий медный хлорофиллин, темную частично обезжиренную варенную хлопковую муку, глюконат железа, молочнокислое железо, экстракт красящих веществ из винограда, экстракт кожицы винограда (enocianina), масло из моркови, паприку, паприку олеосмола, перламутровые пигменты на основе слюды,
15 рибофлавин, шафран, диоксид титана, экстракт ликопина из томатов; концентрат ликопина из томатов, куркуму, куркуму олеосмола, FD &C Голубой № 1, FD &C Голубой № 2, FD &C Зеленый № 3, Оранжевый В, Красный Цитрусовый № 2, FD &C Красный № 3, FD &C Красный № 40, FD &C Желтый № 5, FD &C Желтый № 6, Глинозем (сухой гидроксид алюминия), карбонат кальция, калий натрий медный хлорофиллин (комплекс
20 хлорофиллин-медь), дигидроксиацетон, оксихлорид висмут, железо-аммонийный ферроцианид, ферроцианид двухвалентного железа, гидроксид хрома зеленый, оксиды хрома зеленые, гуанин, пирофиллит, тальк, алюминиевую пудру, бронзовую пудру, медную пудру, оксид цинка, D &C Голубой № 4, D &C Зеленый № 5, D &C Зеленый № 6, D &C Зеленый № 8, D &C Оранжевый № 4, D &C Оранжевый № 5, D &C Оранжевый № 10,
25 D &C Оранжевый № 11, FD &C Красный № 4, D &C Красный № 6, D &C Красный № 7, D &C Красный № 17, D &C Красный № 21, D &C Красный № 22, D &C Красный № 27, D &C Красный № 28, D &C Красный № 30, D &C Красный № 31, D &C Красный № 33, D &C Красный № 34, D &C Красный № 36, D &C Красный № 39, D &C Фиолетовый № 2, D &C Желтый № 7, экстракт D &C Желтый № 7, D &C Желтый № 8, D &C Желтый № 10,
30 D &C Желтый № 11, D &C Черный № 2, D &C Черный № 3 (3), D &C Коричневый № 1, экстракт D &C, хром-кобальт-алюминий оксид, железо-аммонийный цитрат, пирогаллол, кампешевый экстракт, сополимеры 1,4-бис[(2-гидрокси-этил)амино]-9,10-антрацендион-бис(2- пропенового) сложного эфира, сополимеры 1,4-бис [(2-метилфенил)амино] -9,10-антрацендиона, сополимеры 1,4-бис[4-(2-метакрилоксиэтил) фениламино]антрахинона,
35 карбазол фиолетовый, комплекс хлорофиллин-медь, хром-кобальт-алюминий оксид, C.I.
Vat Оранжевый 1, 2-[[2,5-диэтокси-4-[(4-метилфенил)тиол]фенил]азо]-1,3,5-бензолтриол, 16,23-дигидродинафто[2,3-а:2',3'-1]нафт [2',3':6,7] индоло[2,3-с]карбазол-5,10,15,17,22,24-гексон, N,N'-(9,10-дигидро-9,10-диоксо-1,5-антрацендиил)бис-бензамид, 7,16-дихл ор-6,15-дигидро- 5,9,14,18-антразинететрон, 16,17-диметоксидинафто(1,2,3-cd: 3',2', 1 '5 1т)перилен-5,10-дион, сополимеры (3) поли(гидроксиэтил метакрилатого) красителя, Активный Черный 5, Активный Голубой 21, Активный Оранжевый 78, Активный Желтый 15, Активный Голубой № 19, Активный Голубой № 4, C.I. Активный Красный 11, C.I. Активный Желтый 86, СЛ. Активный Голубой 163, C.I. Активный Красный 180, 4-[(2,4-диметилфенил)азо]- 2,4-дигидро-5-метил-2-фенил- ЗН-пиразол-З-он (растворитель
10 Желтый 18), б-этокси-2- (6-этокси-3-оксобензо[Ь]тиен-2(ЗН)-илиден) бензо[Ь]тиофен-3(2Н)-он, Фталоцианин зеленый, красящие продукты реакции виниловый спирт/метилметакрилат, C.I. Активный Красный 180, C.I. Активный Черный 5, C.I. Активный Оранжевый 78, C.I. Активный Желтый 15, C.I. Активный Голубой 21, диатрия 1 -амино-4-[[4-[(2-бром-1-оксоаллил)амино] -2-сульфонатофенил]амино] -9,10-дигидро-
15 9,10-диоксоантрацен-2-сульфонат (Активный Голубой 69), D &C Голубой № 9, [фталоцианинато(2-)] медь и их смеси.
[00195] Отличные от тех, что приведены в примерах в настоящей заявке, или если явно не указано специально, все численные диапазоны, количества, величины и проценты,
20 такие как те, которые выражают количества материалов, элементарные составы, время и температуры реакции, соотношения количеств и другие параметры, в следующей части описания изобретения и прилагаемой формуле изобретения следует понимать, как если бы им предшествовало слово "примерно", даже если термин "примерно" может в явной форме не стоять рядом с указанной величиной, количеством или диапазоном.
25 Соответственно, если не указано иное, численные параметры, приведенные в следующем описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения, являются приближенными значениями, которые могут меняться в зависимости от требуемых искомых свойств, которые предполагают обеспечить с помощью настоящего изобретения. По меньшей мере и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов объемом
30 формулы изобретения, каждый численный параметр должен по меньшей мере рассматриваться в свете количества приведенных значащих цифр и с применением обычных методов округления.
[00196] Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, определяющие широкий объем изобретения, являются приближениями величинами, численные 35 значения, приведенные в конкретных примерах, указаны как можно точнее. Однако
любое численное значение по природе содержит ошибку, обязательно возникающую в результате стандартного отклонения, обнаруживаемого в лежащих в ее основе соответствующих экспериментальных измерениях. Кроме того, когда в настоящей заявке приводят численные диапазоны, указанные диапазоны включают конечные точки 5 приведенных диапазонов (например, конечные точки можно использовать). При применении в настоящей заявке процентного содержания по массе, численные величины приведены относительно суммарной массы.
[00197] Кроме того, следует понимать, что любой численный диапазон, приведенный в настоящем документе, предполагает включение всех входящих в него поддиапазонов.
10 Например, подразумевают, что диапазон "от 1 до 10" включает все поддиапазоны между (и в том числе) приведенным минимальным значением 1 и приведенным максимальным значением 10, то есть, включает минимальное значение равное 1 или больше 1 и максимальное значение равное 10 или меньше 10. Подразумевают, что термин "один" и существительные в единственном числе, применяемые в настоящей заявке, включают
15 "по меньшей мере один" или "один или более", если не указано иное.
[00198] Любой патент, публикация или другой описанный материал, в целом или частично, который, как указано, включен в настоящую заявку посредством ссылки, включен в настоящий документ только в той степени, в какой включенный материал не противоречит существующим определениям, утверждениям или другому
20 раскрывающему сущность изобретения материалу, описанному в настоящей заявке. По существу и в необходимой степени, описание, ясно изложенное в настоящей заявке, заменяет любой противоречащий материал, включенный в настоящий документ посредством ссылки. Любой материал или его часть, который, как указано, включен в настоящий документ посредством ссылки, но который противоречит существующим
25 определениям, утверждениям или другому раскрывающему сущность изобретения материалу, описанному в настоящем документе, будет включен только в той степени, которая не вызывает противоречия между указанным включенным материалом и существующим материалом, раскрывающим сущность изобретения. [00199] Хотя настоящее изобретение было подробно показано и описано со ссылками
30 на предпочтительные варианты его реализации, специалистам в данной области техники будет понятно, что в нем могут быть сделаны различные изменения в форме и деталях без отступления от сущности и объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ очистки, включающий:
получение первого пермеата из биообработанного исходного сырья путем 5 удержания материала биообработанного исходного сырья с молекулярной массой, превышающей примерно первую молекулярную массу материала биообработанного исходного сырья, с помощью первого мембранного фильтра, и
получение второго пермеата из указанного первого пермеата путем удержания материала первого пермеата с молекулярной массой, превышающей примерно вторую 10 молекулярную массу материала первого пермеата, с помощью второго мембранного фильтра.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное биообработанное исходное сырье получают путем осахаривания материала биомассы.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что осахаривание осуществляют путем
15 приведения указанного материала биомассы в контакт с ферментом или
микроорганизмом.
4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что указанный материал биомассы
представляет собой целлюлозный или лигноцеллюлозный материал.
5. Способ по любому из п. п. 1-4, отличающийся тем, что указанное
20 биообработанное исходное сырье находится в форме суспензии, содержащей менее
примерно 1% твердых веществ, или менее примерно 0,5%, или менее примерно 0,2%, или менее примерно 0,1%.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что указанные твердые вещества имеют средний размер частиц менее примерно 10 мкм, или менее примерно 5 мкм, или менее
25 примерно 1 мкм.
7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что указанное биообработанное исходное сырье отфильтровывают для удаления твердых веществ перед применением первого мембранного фильтра.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что перед фильтрованием указанное
30 биообработанное исходное сырье содержит по меньшей мере примерно 1 % твердых
веществ, или по меньшей мере примерно 3% твердых веществ, или по меньшей мере примерно 9% твердых веществ.
9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что биообработанное исходное сырье
отфильтровывают способом, выбранным из центрифугирования с применением
35 декантерных центрифуг, центрифугирования с применением дисковых центрифуг,
пакетной фильтрации, фильтрации с применением пластинчатых фильтров,
микрофильтрации, колоночной фильтрации, процессов разделения, усиленных вибрацией,
и комбинации перечисленных способов (например, с помощью двух центрифуг,
применяемых последовательно).
5 10. Способ по любому из п.п. 1-9, отличающийся тем, что указанное
биообработанное исходное сырье представляет собой продукт ферментации.
11. Способ по любому из п.п. 1-10, отличающийся тем, что указанное
биообработанное исходное сырье представляет собой остаток после перегонки,
содержащий по меньшей мере один сахар.
10 12. Способ по любому из п.п. 1-11, отличающийся тем, что указанное
биообработанное исходное сырье содержит ксилозу, или от примерно 0,1 до примерно 50% ксилозы, или от примерно 0,5 до примерно 30% ксилозы, или от примерно 1 % до примерно 20% ксилозы, или от примерно 1% до примерно 10%.
13. Способ по любому из п.п. 1-12, отличающийся тем, что указанное
15 биообработанное исходное сырье содержало по меньшей мере одно летучее соединение,
удаленное из него под вакуумом перед фильтрацией указанного сырья с помощью первого мембранного фильтра.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что указанное летучее соединение представляет собой сложный эфир, или эфир масляной кислоты, или эфир молочной
20 кислоты.
15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что указанное летучее соединение представляет собой спирт (например, этанол, бутанол).
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что концентрация спирта в указанном биообработанном исходном сырье составляет менее примерно 5%, или менее примерно
25 1%, или менее примерно 0,5%, или менее примерно 0,1%.
17. Способ по любому из п.п. 1-16, отличающийся тем, что первая молекулярная масса выше второй молекулярной массы.
18. Способ по любому из п.п. 1-17, отличающийся тем, что первая молекулярная масса составляет по меньшей мере примерно 100 кДа, или по меньшей мере примерно 150
30 кДа, или по меньшей мере примерно 200 кДа.
19. Способ по любому из п.п. 1-18, отличающийся тем, что первый мембранный фильтр удерживает частицы биообработанного исходного сырья, размер которых больше примерно 0,05 мкм, или больше примерно 0,06 мкм, или больше примерно 0,07 мкм, или больше примерно 0,08 мкм, или больше примерно 0,09 мкм, или больше примерно 0,1
35 мкм.
20. Способ по любому из п.п. 1-19, отличающийся тем, что вторая молекулярная масса составляет по меньшей мере примерно 2 кДа, или от примерно 2 кДа до примерно 100 к Да, или от примерно 2 кДа до примерно 50 к Да, или от примерно 4 к Да до примерно 20 кДа.
5 21. Способ по любому из п.п. 1-20, отличающийся тем, что первый пермеат имеет
более низкую мутность, чем указанная ожиженная биомасса, или первый пермеат имеет мутность менее примерно 5 нефелометрических единиц мутности, или менее примерно 1 нефелометрической единицы мутности (NTU), или второй пермеат имеет мутность по меньшей мере примерно 5 NTU, или по меньшей мере примерно 10 NTU, или по меньшей 10 мере примерно 50 NTU.
22. Способ по любому из п.п. 1-21, отличающийся тем, что второй пермеат имеет меньшую цветность, чем первый пермеат, или второй пермеат имеет цветность менее примерно 200 единиц, определенную согласно стандартному методу определения цветности ASTM D1209 с применением платиново-кобальтовой шкалы цветности, или
15 менее примерно 100 единиц, или менее примерно 50 единиц, или менее примерно 40 единиц, или менее примерно 30 единиц, или менее примерно 20 единиц, или менее примерно 10 единиц, или менее примерно 5 единиц, или менее примерно 1 единицы.
23. Способ по любому из п.п. 1-22, отличающийся тем, что первый и второй мембранные фильтры выполнены в виде фильтров с перекрестным током.
20 24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что указанные первый и/или второй
мембранные фильтры представляют собой спиральные фильтры, трубчатые фильтры или фильтры с полыми волокнами.
25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что указанные первый и/или второй мембранные фильтры выполнены в виде трубчатых фильтров с диаметром от примерно 1А
25 дюйма (0,635 см) до примерно 1 дюйма (2,54 см) или примерно 1А дюйма (2,27 см).
26. Способ по п. 23, отличающийся тем, что давление на входе в первом и/или втором мембранном фильтре составляет от примерно 90 PSIG (примерно 620 кПа изб. давления) до примерно 500 PSIG (примерно 3447 кПа изб. давления), или от примерно 100 PSIG (примерно 689 кПа изб. давления) до примерно 250 PSIG (примерно 1724 кПа изб.
30 давления), а давление на выходе в первом и/или втором мембранном фильтре составляет от примерно 20 PSIG (примерно 138 кПа изб. давления) до примерно 430 PSIG (примерно 2965 кПа изб. давления), или от примерно 20 (примерно 138 кПа изб. давления) до 150 PSIG (примерно 1034 кПа изб. давления).
27. Способ по п. 25 или 26, отличающийся тем, что биообработанное исходное
35 сырье проходит через трубу со скоростью потока от примерно 1 гал/мин (примерно 3,8
л/мин) до примерно 20 гал/мин (примерно 76 л/мин), или от примерно 2 гал/мин (примерно 7,6 л/мин) до примерно 10 гал/мин (примерно 37,8 л/мин), или от примерно 4 гал/мин (примерно 15,1 л/мин) до примерно 6 гал/мин (примерно 22,7 л/мин).
28. Способ по любому из п.п. 25-27, отличающийся тем, что указанные первый и/или второй мембранные фильтры выполнены в виде модулей, содержащих два или более, или 7 или более, или 19 или более, или 37 или более пучков трубчатых фильтров на модуль.
29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что для обработки ожиженного материала биомассы и/или первого пермеата используют более одного модуля, или более 2, или более 3, или более 4, или более 5, или более 6 модулей.
30. Способ по любому из п.п. 1-29, отличающийся тем, что при фильтровании через первый и второй мембранные фильтры биообработанное исходное сырье и первый пермеат находятся при температуре от примерно 30 до примерно 70 °С, или от примерно 40 до примерно 65 °С, или от примерно 40 до примерно 50 °С.
31. Способ по любому из п.п. 1-30, дополнительно включающий концентрирование первого пермеата (например, с применением испарителя, такого как трехкорпусный испаритель, с применением нанофильтрации, с применением обратного осмоса).
32. Способ по любому из п.п. 1-31, дополнительно включающий концентрирование второго пермеата (например, с применением испарителя, такого как трехкорпусный испаритель, с применением нанофильтрации, с применением обратного осмоса).
33. Способ по любому из п.п. 1-32, отличающийся тем, что второй пермеат обрабатывают с помощью системы, выбранной из группы, состоящей из испарителя, электродиализа, реверсивного электродиализа, хроматографии с псевдодвижущимся слоем и их комбинаций.
28.
ФИГ. 1
БИООБРАБОТАННОЕ
ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ.НАПРИМЕР, ОСАХАРЕННОЕ И ФЕРМЕНТИРОВАННОЕ СЫРЬЕ
112
ЦЕНТРИФУГА, НАПРИМЕР, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО РАСПОЛОЖЕННАЯ ЦЕНТРИФУГА
ОСТАТОК, НАПРИМЕР, СЫРЬЕ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ И ТЕПЛА, ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА КОРМ ДЛЯ ЖИВОТНЫХ
ДИСТИЛЛЯТ, НАПРИМЕР, СПИРТЫ, СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ
ДИСТИ/
1ЛЯЦИЯ |
12S
130
116
УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ.
НАПРИМЕР, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ
ОСТАТОК, НАПРИМЕР, ПРОИЗВОДНЫЕ ЛИГНИНА
124
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА, НАПРИМЕР, КОМБИНИРОВАННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ И ТЕПЛА, ЭЛЕКТРОДИАЛИЗ И/ИЛИ ХРОМАТОГРАФИЯ С ПСЕ ВДОДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ
128
ФИГ. 2
240
ПЕРМЕАТ
250
ФИЛЬТР 2, НАПРИМЕР, С ГРАНИЦЕЙ ОТСЕЧЕНИЯ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЕ 100 КДА
270
ПРОДУКТ
КОНЦЕНТРАТ 1, НАПРИМЕР, ДО 20% TSS
КОНЦЕНТРАТ 2, НАПРИМЕР, ОСТАТКИ ЛИГНИНА
I4J
230
260
3/6
ПРОБАА
ПРОБА С
(19)
(19)
(19)
(19)
(19)