バイオマスからアルコール及び炭化水素への代替経路
バイオマスをカルボン酸に変換し、エステルを生じるためにカルボン酸をオレフィンと反応させ、アルコールを生成するためにエステルを水素化分解することによって、バイオマスからアルコール、炭化水素、又はその両方を生成する方法である。バイオマスの少なくとも一部をカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸アンモニウム塩に変換し、オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部としてカルボン酸の一部、ケトンの一部、カルボン酸アンモニウム塩の一部の少なくとも一部をオリゴマー化反応器において反応させ、オリゴマー化生成物から炭化水素を分離することによって、バイオマスから炭化水素を生成する方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府に援助された研究又は開発に関する供述
適用なし
【０００２】
本開示はバイオマスに関連する。より詳細には、本開示はバイオマスからアルコール及び炭化水素への代替経路に関する。
【背景技術】
【０００３】
バイオマスは燃料への変換が可能な生物材料である。バイオ燃料は大半の生物由来の炭素源から生成可能である。例えば、バイオ燃料は光合成植物などの供給源から生成される。バイオ燃料は、調理、暖房、輸送などの多様な用途に利用可能である。
【０００４】
バイオマスからバイオ燃料を生成する多くの技術がある。例えば、エタノールはリグノセルロース系バイオマスから生成される。バイオマスからの遊離糖類の酵素による生成も報告されている。そして、当該糖類は直接エタノールへと発酵される。また、従来技術は合成ガス（ＣＯ及びＨ２）へのバイオマスのガス化であり、合成ガスは直接エタノールへと発酵されるか、混合アルコールへと触媒によって変換される。いくつかの技術は酵素によってバイオマスから遊離糖類を生成し、糖類は続けてホモアセトゲンを用いて酢酸へと発酵される。続いて、酢酸は米国特許第6,927,048号及び米国特許第7,351,559号に記載されている方法を用いて水素化される。
【０００５】
炭化水素への経路は以下のことを含む：上述の方法で生成されたアルコールはゼオライト触媒を用いて炭化水素へと変換可能であり；バイオマスをガス化することにより生成された合成ガスはフィッシャートロプシュ触媒を用いて炭化水素へと変換可能であり；糖類は触媒により炭化水素へと変換可能であり；バイオマスは熱分解によって炭化水素へと変換可能である。
【０００６】
バイオマスからバイオ燃料を生成するための様々な技術が存在するが、バイオマスからアルコール及び／又は炭化水素を生成するための新たな改良されたより効率的なシステム及び方法に対する当該技術分野における需要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６９２７０４８号明細書
【特許文献２】米国特許第７３５１５５９号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本明細書における開示は、バイオマスをカルボン酸へと変換し、エステルを生成するためにカルボン酸をオレフィンと反応させ、アルコールを生成するためにエステルを水素化分解することによって、バイオマスからアルコール、炭化水素又はその両者を生成する方法である。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、同じ反応器において行われる。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸及びオレフィンの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、一つの触媒を用いて行われる。
【０００９】
ある実施形態においては、方法はオレフィンフィードを生成するために少なくとも一部のアルコールを脱水することを更に含み、少なくとも一部のオレフィンフィードはエステルを生成するためにカルボン酸と反応するオレフィンを供給する。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するための水素化分解とが、同じ反応器で行われる。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、一つの触媒を用いて行われる。方法は炭化水素を生成するために別の一部のアルコールをオリゴマー化することを更に含んでも良い。方法は、炭化水素を生成するために少なくとも別の一部のオレフィンフィードをオリゴマー化することを更に含んでも良い。
【００１０】
ある実施形態において、方法はオレフィンフィードを生成するために少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することを含んでおり、少なくとも一部のオレフィンフィードはエステルを生成するためにカルボン酸と反応するオレフィンを供給する。方法は、炭化水素を生成するために少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することを更に含んでも良い。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、同じ反応器において行われる。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、一つの触媒を用いて行われる。そのような方法はオレフィンフィードを生成するために少なくとも別の一部のアルコールをオリゴマー化することを更に含んでも良く、少なくとも一部のオレフィンフィードはエステルを生成するためにカルボン酸と反応するオレフィンを供給する。
【００１１】
ある実施形態において、バイオマスをカルボン酸へと変換することは、水とカルボン酸塩とを含む液体発酵ブロスを得るためにバイオマスを発酵すること、カルボン酸塩から水を分離するために液体発酵ブロスを脱水すること、及びカルボン酸塩をカルボン酸へと変換することを更に含む。
【００１２】
ある実施形態においては、方法はアルコールを炭化水素へと変換することを更に含む。そのような実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解は同じ反応器で行われても良い。そのような実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解は一つの触媒を用いて行われても良い。アルコールの炭化水素への変換は、オリゴマー化処理を含んでも良い。ある実施形態においては、アルコールの炭化水素への変換は炭化水素を生成するための少なくとも一部のアルコールのオリゴマー化を含む。ある実施形態においては、アルコールの炭化水素への変換は、オレフィンフィードを生成するための少なくとも一部のアルコールの脱水、及び炭化水素を生成するための少なくとも一部のオレフィンフィードのオリゴマー化を含む。
【００１３】
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸塩に変換し、オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器において一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つを反応させ、オリゴマー化生成物から炭化水素を分離することによって、バイオマスから炭化水素を生成する方法も同様に開示されている。ある実施形態において、方法は、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールへと変換し、オリゴマー化生成物を生成する処理用のオリゴマー化反応器へ少なくとも一部のアルコールを供給することを更に含む。別の一部のカルボン酸をアルコールに変換することは、エステルを生成するための別の一部のカルボン酸とオレフィンとの反応及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解を含んでも良い。オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としての一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つのオリゴマー化反応器における反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、オリゴマー化反応器において行われても良い。オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としての一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つのオリゴマー化反応器における反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、一つの触媒を用いて行われても良い。
【００１４】
方法は、オリゴマー化生成物から再循環ストリームを分離すること、水素を生成するために改質装置において再循環ストリームを処理すること、及び生成された水素の少なくとも一部を、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する処理に供給することを更に含んでも良い。少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換される実施形態において、方法は、水素を生成するための改質装置における再循環ストリームの処理の前に、再循環ストリームからアンモニアを分離することを更に含んでも良い。ある実施形態において、方法は、水素を生成するための改質装置における再循環ストリームの処理の前に再循環ストリームからオレフィンを分離すること、及びオリゴマー化生成物を生成する処理のためのオリゴマー化反応器にオレフィンを供給することを含む。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換され、方法は、水素を生成するための改質装置における再循環ストリームの処理の前に再循環ストリームからアンモニアを分離することを更に含む。
【００１５】
ある実施形態においては、方法は、オリゴマー化生成物からの再循環ストリームの分離、再循環ストリームからのオレフィンの分離、及びオリゴマー化生成物を生成する処理用のオリゴマー化反応器へのオレフィンの供給を含む。
【００１６】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸に変換される。少なくとも一部のバイオマスのカルボン酸への変換は、カルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、及び酸回収処理を用いたカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩のカルボン酸への変換を含んでも良い。
【００１７】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスはケトンへ変換される。少なくとも一部のバイオマスのケトンへの変換は、カルボン酸カルシウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、及びカルボン酸カルシウム塩のケトンへの熱変換を含んでも良い。ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスのケトンへの変換は、カルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、酸回収処理を用いたカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩のカルボン酸への変換、及びカルボン酸のケトンへの触媒変換を含む。ある実施形態においては、方法は、別の一部のケトンを水素化することによって別の一部のケトンをアルコールに変換することを更に含む。
【００１８】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスのケトンへの変換は、カルボン酸カルシウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、及びスイープガス（sweep gas）を利用して稼動するケトン反応器におけるケトンの熱蒸気及び炭酸カルシウムの生成を含む。スイープガスは反応性、凝縮性又はその両方を有しても良い。ある実施形態においては、スイープガスは水素を含む。ある実施形態においては、スイープガスは水蒸気を含む。
【００１９】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換される。そのような方法は、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換、及びオリゴマー化生成物を生成する処理用のオリゴマー化反応器へのアルコールの供給を更に含み、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩の第２のカルボン酸への変換、エステルを生成するための第２のカルボン酸とオレフィンとの反応、及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解を含んでも良い。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸アンモニウム塩に変換され、その方法は、オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器において一部のカルボン酸アンモニウム塩を反応する前にカルボン酸アンモニウム塩からアンモニアを分離することを更に含んでも良い。
【００２０】
ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスのカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸アンモニウム塩への変換は発酵装置における発酵処理を含み、当該方法は、オリゴマー化生成物からの気体の再循環ストリームの分離、及び気体の再循環ストリームの少なくとも一部の発酵装置への供給を含む。方法は、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換、及びアルコールのオリゴマー化反応器への供給を更に含んでも良い。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸に変換される。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはケトンに変換される。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸アンモニウム塩に変換される。そのような方法は、気体の再循環ストリームの少なくとも一部を発酵装置に供給する前に、気体の再循環ストリームからのアンモニアの分離を含んでも良い。
【００２１】
ある実施形態において、オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器における一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つの反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、オリゴマー化反応器において行われる。オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器における一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つの反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、一つの触媒を用いて行うことができる。
【００２２】
ある実施形態において、方法は、発酵装置から出る発酵ガスの分離、水素を生じるための改質装置における発酵ガスの処理と、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールへ変換する処理への生成した水素の少なくとも一部の供給とを更に含む。
【００２３】
具体的な利点は本明細書中に列挙されているが、個々の実施形態は列挙された利点の全て若しくはいくつかを有しても良いし、全く有していなくても良い。また、他の技術的利点は以下の図及び説明を参照することによって、当業者にとって容易に理解される。
【００２４】
本発明及びその利点の例示である実施形態のより完全な理解のために、添付図面と組み合わせて以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１Ａ及び１Ｂは、それぞれ実施例に係るカルシウム及びアンモニアベースのバイオマス変換システムのブロック図である。
【図２】実施例に係るカルボン酸のアルコールへの変換を示すブロック図である。
【図３】実施例に係るカルボン酸のアルコールへの変換の詳細を示すブロック図である。
【図４】実施例に係る一つの反応器におけるカルボン酸のアルコールへの変換を示すブロック図である。
【図５】実施例に係る一つの反応器におけるカルボン酸のアルコールへの変換の詳細を示すブロック図である。
【図６】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）を示すブロック図である。
【図７】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）の詳細を示すブロック図である。
【図８】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）を示すブロック図である。
【図９】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）の詳細を示すブロック図である。
【図１０】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）を示すブロック図である。
【図１１】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）の詳細を示すブロック図である。
【図１２】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）を示すブロック図である。
【図１３】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）の詳細を示すブロック図である。
【図１４】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）を示すブロック図である。
【図１５】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）の詳細を示すブロック図である。
【図１６】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）を示すブロック図である。
【図１７】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）の詳細を示すブロック図である。
【図１８】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＡ１）を示すブロック図である。
【図１９】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＢ１）を示すブロック図である。
【図２０】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＡ２）を示すブロック図である。
【図２１】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＢ２）を示すブロック図である。
【図２２】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＡ２及びＢ２）の詳細を示すブロック図である。
【図２３】実施例に係るケトンの炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２４】実施例に係る同一の反応器において起こる水素化及びオリゴマー化によるケトンの炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２５】実施例に係るカルシウムベースのシステム用のバイオマスの完全変換を示すブロック図である。
【図２６】実施例に係るスイープガスの使用、及びケトン反応器から下流で稼動するユニットへの直接導入を示すブロック図である。
【図２７】実施例に係るカルボン酸の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２８】実施例に係る同一の反応器において起こる水素化及びオリゴマー化によるカルボン酸の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２９】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ１）を示すブロック図である。
【図３０】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ１）を示すブロック図である。
【図３１】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ２）を示すブロック図である。
【図３２】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ２）を示すブロック図である。
【図３３】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への変換（オプションＡ２及びＢ２）の詳細を示すブロック図である。
【図３４】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図３５】実施例に係る同一の反応器において起こる水素化及びオリゴマー化によるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図３６】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ１）を示すブロック図である。
【図３７】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ１）を示すブロック図である。
【図３８】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ２）を示すブロック図である。
【図３９】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ２）を示すブロック図である。
【図４０】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への変換（オプションＡ２及びＢ２）の詳細を示すブロック図である。
【図４１】実施例に係るオリゴマー化前のアンモニアの除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図４２】実施例に係るオリゴマー化前のアンモニアの除去を伴う同一反応器における水素化及びオリゴマー化によるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図４３】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４４】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比３０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４５】実施例に係る３３０℃におけるＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４６】実施例に係る４００℃におけるＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４７】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトン及び水素のオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４８】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）による酢酸のオリゴマー化に関する液相生成物分布を示す。
【図４９】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）による酢酸及び水素のオリゴマー化に関する液相生成物分布を示す。
【図５０】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）による酢酸アンモニウムのオリゴマー化に関する液相生成物分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書中において開示されるものは、バイオマスからアルコール及び／又は炭化水素を生成するシステム及び方法である。本開示の実施形態によると、バイオマスからアルコール又は炭化水素を生成する方法は、バイオマスをカルボン酸に変換することを含む。カルボン酸はエステルを生成するためにオレフィンと反応させられる。エステルはアルコールを生成するために水素化分解される。そして、アルコールは炭化水素を生成するためにオリゴマー化することもできる。
【００２７】
本開示のある実施形態は技術的利点を有する。例えば、ある実施形態の技術的利点はバイオマス由来の化合物（すなわち、カルボン酸塩、カルボン酸、又はケトン）を燃料（アルコール、炭化水素）に変換可能であることを含む。他の実施形態の別の技術的利点は、水素化分解前にカルボン酸を（より一般的に起こる）アルコールよりもオレフィンと反応させ、それによって反応中における水の生成を避ける又は最小にするバイオマスからエタノールへの経路を含む。他の実施形態の更に別の技術的利点は、同一反応器において同一の触媒を用いて水素の存在下においてカルボン酸をオレフィンと反応させ、２段階ではなく１段階でアルコールを生成し、反応中において水素の生成を避ける又は最小にするバイオマスからエタノールへの経路を含む。他の実施形態の更に別の技術的利点は、炭化水素を生成するためにケトン又はカルボン酸の反応に水素を添加することを含む。他の実施形態の更に別の技術的利点は、カルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を含み、それは水素を添加して又は添加せずにバイオマスの発酵によって起こる。
【００２８】
実施形態の例示的な実施が以下に示されているが、本開示のシステム及び方法は現在周知であるか否かに関わらずあらゆる技術を利用して実施可能であることが最初に理解されなければならない。本発明は以下に示される例示的な実施、図面及び技術に限定されない。また、図面は必ずしも正確に縮小しておらず、バルブや計器などの設備の明らかな構成要素を示していない。
【００２９】
ある実施形態の教示に係るアルコール及び炭化水素への経路が以下において説明される。様々な実施形態において用いられる触媒及び実施条件の例が以下の表１〜５に示されている。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
本明細書における具体的な生成物ストリームを参照すると、主要な生成物が説明されているが、他の生成物も生成物ストリーム中に存在しても良いことが理解されなければならない。非限定的な実施例として以下においてより詳細に説明されているように、水のストリームがアルコールを含んでも良い。
【００３６】
図１Ａ及び１Ｂは、発酵に何の緩衝システムが選択されるかに応じた二つのオプションを有するバイオマスの完全な変換の実施形態のブロック図を示す。図１Ａはカルシウムベースのシステム１００Ａを示し、図１Ｂはアンモニアベースのシステム１００Ｂを示す。
【００３７】
図１Ａ及び１Ｂによると、バイオマスの前処理及び発酵はステップ１１０Ａ／１１０Ｂで起こる。前処理は、バイオマスが“そのままで”十分に消化可能であるか否かに応じたオプションである。前処理は、当該分野において周知なように、限定するのではないが、例えば米国特許第5,693,296号及び第5,865,898号並びに米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号に記載されているような石灰前処理を利用して行われても良い。そして、可消化バイオマスはカルボン酸塩へと直接発酵されても良い。カルボン酸塩へのそのような発酵は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,962,307号、並びに米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されているように行われても良い。利用される緩衝システムに応じて、実施例において生成されるカルボン酸塩はカルシウム塩又はアンモニウム塩である。大半が水及びカルボン酸塩である液体発酵ブロスが発酵から得られても良い。更なる処理のために、カルボン酸塩はステップ１２０Ａ／１２０Ｂにおいて脱水されても良い。脱水は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号及び第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載されるような方法又はシステムを用いて行っても良い。ある実施形態の教示により、脱水が濃縮されたカルボン酸塩を生じることが理解される。ある実施例においては、ステップ１２０Ａ／１２０Ｂによって生じた水はステップ１１０Ａ／１１０Ｂのインプットとして用いられても良い。
【００３８】
カルシウムベースのシステム１１０Ａにおいて、カルボン酸カルシウム塩はステップ１２５Ａにおいてケトンへと熱変換される。そのようなケトンへの熱変換を行うシステム及び方法は、米国特許第6,043,392号及び第6,262,313号に記載されている。また、カルボン酸はステップ１３０Ａにおいて塩から回収されても良い。カルボン酸の回収は、限定するのではないが、例えば米国特許第6,395,926号に記載されているように“酸スプリンギング（acid springing）によって行われても良い。得られたカルボン酸又はケトンは、図２〜２４、２７及び２８に示されるように、下流に送られてステップ１４０Ａにおいて処理される。あるいは又は更に、例えば図１Ａ及び２５に記載される熱変換を利用したケトンの生成（ステップ１２５Ａ）は、図２６に示されるようなスイープガスを用いて、図１８−２４に示されるように適切な下流の処理と一緒にされても良い。また、例えば酸化ジルコニウムの触媒層にカルボン酸を通すことによってケトン／ケトン蒸気が生じてもよい。
【００３９】
アンモニアベースのシステム１００Ｂにおいて、カルボン酸はステップ１３０Ｂにおいてカルボン酸アンモニウム塩から回収されても良い。カルボン酸の回収は、限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/456,653号に記載されるように“酸スプリンギング”によって行われても良い。得られたカルボン酸は、図２−２２、２７及び２８に示されるように、下流に送られてステップ１４０Ｂにおいて処理されても良い。あるいは又は更に、カルボン酸アンモニウム塩は図２９−４２に示されるように下流に直接送られて処理されても良い。
【００４０】
カルシウムベースのシステム１００Ａ及びアンモニアベースのシステム１００Ｂにおいて、必要に応じて水素がステップ１４０Ａ／１４０Ｂに添加されても良い。水素は、他の場所で生成されて（例えばパイプライン又は他の適した装置を介して）輸送されても良いし、未分解の発酵残留物の気化によって、天然ガスの蒸気改質によって、変換中に生じる廃棄炭化水素ガスから、又は他の適した方法によってその場で生成されても良い。また、ある程度の水素は発酵ステップ１１０Ａ／１１０Ｂにおいて生成され、それは限定するのではないが、米国特許出願第11/948,506号に記載されているのと同様に回収されても良い。ある実施形態の教示により、高純度の水素は必要ないことが理解される。
【００４１】
図２はある実施形態に係るカルボン酸をアルコールへ変換するためのシステム２００のブロック図を示している。カルボン酸２０２は、エステル化反応器２２０においてオレフィン２０４と反応することによってエステル化される。得られたエステル２０５は別の水素化分解反応器２２２においてアルコール２０６へと水素化分解される。アルコール生成物２０６の一部は脱水反応器２２４においてオレフィン２０４を生成するために脱水されても良く、残りのアルコール２０６は生成物として捕集されても良い。必要に応じて、水素化分解反応器２２２から出たアルコール生成物２０６は蒸留により分離されても良い。高級アルコールを脱水することによって高級オレフィン（プロピレン及びそれ以上）を得ることができる。ある実施形態の教示により、第１級アルコールの代わりにオレフィンを用いることは、エステル化反応器２２２において水を生じることなくエステルを生成可能にすることが理解される。
【００４２】
図３は、実施形態に係るカルボン酸をアルコールへ変換するためのシステム２００の詳細な説明を示している。ある実施形態において、カルボン酸ストリーム２０２は、二つの部分２０２ａ及び２０２ｂへと分けられる。ストリーム２０２ａは、顕熱交換器２４０、潜熱交換器２４１、及び顕熱交換器２４２へと送られ、ストリーム２０２ａは過熱蒸気になる。ストリーム２０２ｂは、顕熱交換器２４３、潜熱交換器２４４、及び顕熱交換器２４５に送られ、ストリーム２０２ｂは過熱蒸気になる。過熱状態のカルボン酸蒸気ストリーム２０２ａ及び２０２ｂはエステル化反応器２２０においてオレフィン２０４と反応することによってエステル２０５を生成する。ある実施形態においては、エステル化反応器２２０は温度制御システムを備えている。エステル２０５は水素化分解反応器２２２において水素と反応することによってアルコール２０６を生成する。ある実施形態においては、水素化分解反応器２２２は温度制御システムを備えている。
【００４３】
アルコール生成物ストリーム２０６は二つのストリーム２０６ａ及び２０６ｂに分かれる。ストリーム２０６ａは、圧力が低減される膨張装置２４６に入る。低圧のアルコールは脱水反応器２２４に入る。ある実施形態の教示により、脱水は低圧で起きるため膨張装置２４６において圧力を低減することは脱水作用を向上することが理解される。ある実施形態において、脱水反応器２２４は温度制御システムを備えている。そして、脱水反応器２２４から出た（オレフィン２０６ａａ及び水２０６ａｂを含む）ストリーム２０６ａは、圧縮装置２４７において圧縮されて顕熱交換器２４５及び潜熱交換器２４４に入り、潜熱交換器はストリームを冷却して水２０６ａｂが凝縮できるようにする。オレフィン２０６ａａ及び水２０６ａｂはタンク２４８において分離されても良い。オレフィン２０６ａａは顕熱交換器２４５において加熱されるため、それはエステル化反応器２２０にオレフィン２０４の全部又は一部として入ることができる。タンク２４８から出た水２０６ａｂは顕熱交換器２４３において冷却される。ある実施形態において、水２０６ａｂは、膨張エネルギーを回収するために高圧液体２０６ａｂ’としてタービン２４９を流れても良い。液体２０６ａｂ’は主に水を有するが、脱水反応器２２４における脱水反応は可逆的であるためいくらかのアルコールを含んでも良い。液体２０６ａｂ’中のアルコールはカラム２５０における蒸留によって回収され、アルコールストリーム２０６に戻される。
【００４４】
生成物として回収されたアルコールの一部を含むストリーム２０６ｂは、顕熱交換器２４２、潜熱交換器２４１、及び顕熱交換器２４０を通って冷却される。タンク２５１内における気体の空間は、その後に水素化分解反応器２２２に再循環される水素を含んでも良い。ある実施形態において、ストリーム２０６ｂは膨張エネルギーを回収するために高圧液体２０６’の一部としてタービン２５２を流れてもよい。タンク２５３における気体の空間は、圧縮装置２５４により圧縮される水素を含んでも良い。その一部はライン２０６ｂｂを介して水素化分解反応器２２２に戻されても良い。
【００４５】
再循環ストリーム２０６ｂｂは非水素ガスを含んでも良く、それはある実施形態においてはシステム内における蓄積を防ぐためにライン２０６ｂｂ’を介してパージされる。ライン２０６ｂｂ’におけるパージされた気体は水素を回収するために分離装置へと送られ、又は処理熱のために燃焼される。ある実施形態においては、エステル化反応器２２０及び／又は水素化分解反応器２２２は高圧（〜２０００から４０００ｋＰａ）で稼動でき、一方、脱水反応器２２４は低圧（〜２０から５００ｋＰａ）で稼動する。図示された実施形態においては、膨張装置２４６は圧力低下からエネルギーを回収し、圧縮装置２４７に使用されるエネルギーを補うことができる。
【００４６】
ゼオライトなどのある種の触媒は両方の水素化活性を示し（限定するのではないが、例えば、Minachev, Kh.M、Garanin, V.I.、Kharlamov, V.V.、Kapustin, M.A.の“カチオンフォームのゼオライトにおけるアセトンの水素化（Hydrogenation of acetone on cationic forms of zeolites）”、Russian Chemical Bulletin 23(7)、１４７２−１４７５、１９７４年）、それらはオレフィン及びカルボン酸のエステルを生成する反応を促進する（限定する必要はないが、例えば米国特許第5,973,193号）。したがって、ある実施形態の教示によると、アルコールの生成のための水素化及びエステル化は一つの反応器で行われても良い。図４は、ある実施形態における一つの反応器２２１において起こるカルボン酸のアルコールへの変換を伴うシステム２００の簡略化した図である。図５は、一つの反応器２２１と連結されたエステル化反応器２２０及び水素化分解反応器２２２を備える図３に図示されているシステム２００の詳細を示している。
【００４７】
図６は、ある実施形態におけるカルボン酸を炭化水素に変換するためのシステム６００（“オプションＡ”）のブロック図である。カルボン酸６０２はエステル化反応器６２０においてオレフィン６０４と反応することによってエステル６０５を生成する。エステル６０５は水素化分解反応器６２２において水素と反応することによってアルコール６０６を生成する。アルコールストリーム６０６の一部は、オレフィン６０４及び水を生成するために脱水反応器６２４に送られる。残りのアルコールストリーム６０６は、炭化水素及び水を生成するオリゴマー化反応器６２６に送られる。
【００４８】
図７はある実施形態におけるオプションＡの詳細を示している。カルボン酸ストリーム６０２は二つ６０２ａ、６０２ｂに分けられる。ストリーム６０２ａが過熱蒸気になるように、ストリーム６０２ａは、顕熱交換器６４０、潜熱交換器６４１、及び顕熱交換器６４２に送られる。ストリーム６０２ｂが過熱蒸気になるように、ストリーム６０２ｂは顕熱交換器６４３、潜熱交換器６４４、及び顕熱交換器６４５に送られる。過熱状態のカルボン酸６０２ａ、６０２ｂはエステル化反応器６２０においてオレフィン６０４と反応する。ある実施形態においては、エステル化反応器６２０は温度制御システムを備えている。エステル６０５は水素化分解反応器６２２において水素と反応してアルコール６０６を生じる。ある実施形態においては、水素化分解反応器６２２は温度制御システムを備える。
【００４９】
アルコール生成物ストリーム６０６は二つのストリーム６０６ａ，６０６ｂに分けられる。ストリーム６０６ａは、圧力が低減される膨張装置６４６に入る。低圧のアルコールは脱水反応器６２４に入る。ある実施形態においては、脱水反応器６２４は温度制御システムを備えている。脱水反応器６２４から出た（オレフィン６０６ａａ及び水６０６ａｂを含む）ストリーム６０６ａは、圧縮装置６４７において圧縮され、ストリームを冷却して水６０６ａｂを凝結できる顕熱交換器６４５及び潜熱交換器６４４に入る。オレフィン６０６ａａ及び水６０６ａｂはタンク６４８において分離される。オレフィン６０６ａａは顕熱交換器６４５において加熱され、オレフィン６０４の一部としてエステル化反応器６２０に入る。タンク６４８から出た水６０６ａｂは顕熱交換器６４３において冷却される。ある実施形態においては、水６０６ａｂは高圧液体６０６ａｂ’の一部としてタービン６４９を流れても良い。液体６０６ａｂ’は主に水を含むが、脱水反応器６２４における脱水反応が可逆的であるため、いくらかのアルコールを含んでも良い。液体６０６ａｂ’中のアルコールはカラム６５０における蒸留によって回収され、アルコールストリーム６０６に戻される。
【００５０】
ストリーム６０６ｂはオリゴマー化反応器６２６に送られる。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器６２６は温度制御システムを備えている。オリゴマー化反応器６２６から出た生成物は、顕熱交換器６４２、潜熱交換器６４１、及び顕熱交換器６４０を通って冷却される。タンク６５１は、６０７を介してオリゴマー化反応器６２６に戻される未反応の種（例えば、低分子量オレフィン）を含んでも良い。ある実施形態においては、ストリーム６０６ｂは、膨張エネルギーを回収するために高圧液体６０６ｂ’の一部としてタービン６５２を流れても良い。タンク６５３は、圧縮装置６５４によって圧縮されて６０６ｂｂを介してオリゴマー化反応器６２６に戻される未反応の種を含んでも良い。炭化水素は６０８を介してタンク６５３から除去される。
【００５１】
再循環ストリーム６０７及び／又は６０６ｂｂは、システム内における蓄積を防ぐためにライン６０６ｂｂ’を介してパージされる未反応の気体を含んでも良い。パージされた気体は分離装置に送られて反応性の成分を回収しても良いし、処理熱のために燃やされても良い。ある実施形態においては、エステル化反応器６２０、水素化分解反応器６２２、及び／又はオリゴマー化反応器６２６は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動でき、一方で、脱水反応器６２４は低圧（〜２０から５００ｋＰａ）で稼動できる。図示された実施形態においては、膨張装置６４６は圧力低下からエネルギーを回収し、圧縮装置６４７によって使用されるエネルギーを補填することができる。
【００５２】
図４及び５と同様に、図８及び９は、エステル化及び水素化分解を行うための一つの反応器６２１を用いた図６及び７に示されるのと同一の構成を示している。
【００５３】
図１０は、別の実施形態におけるカルボン酸を炭化水素へ変換するためのシステム１０００（“オプションＢ”）のブロック図を示している。カルボン酸１００２はエステル化反応器１０２０においてオレフィン１００４と反応して、エステル１００５を生成する。エステル１００５は水素化分解反応器１０２２においてアルコール１００６へと水素化分解される。アルコールストリーム１００６はオリゴマー化反応器１０２６へと送られる。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器１０２６は、かなりの量の未反応中間産物（オレフィン）を十分に生成できるほど短い滞留時間だけ稼動し、中間産物は最終産物、炭化水素１００８及び水から分離される。図示された実施形態においては、オレフィン１００４はエステル化反応器１０２０へと戻される。
【００５４】
図１１は、別の実施形態におけるオプションＢの詳細を示している。カルボン酸ストリーム１００２が過熱蒸気になるように、カルボン酸ストリーム１００２は、顕熱交換器１０４０、潜熱交換器１０４１、及び顕熱交換器１０４２に送られる。過熱状態のカルボン酸１００２は、エステル化反応器１０２０においてオレフィンと反応することによって、エステル１００５を生じる。ある実施形態においては、エステル化反応器１０２０は温度制御システムを備えている。エステル１００５は水素化分解反応器１０２２に送られてアルコール１００６を生成する。ある実施形態においては、水素化分解反応器１０２２は温度制御システムを備えている。
【００５５】
アルコールストリーム１００６はオリゴマー化反応器１０２６に送られる。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器１０２６は温度制御システムを備えている。オリゴマー化反応器から出た生成物は、顕熱交換器１０４２、潜熱交換器１０４１、及び顕熱交換器１０４２を通って冷却される。ある実施形態においては、ストリーム１００６は、膨張エネルギーを回収するために高圧液体１００６’の一部としてタービン１０５２を流れても良い。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器１０２６における滞留時間は十分に短いため、タンク１０５１の気体空間にかなりの量の未反応の種（例えば、低分子量のオレフィン）が存在でき、未反応の種はその後にエステル化反応器１０２０に供給されても良い。同様に、タンク１０５３は、圧縮装置１０５４を用いて圧縮されてエステル化反応器１０２０に送られる未反応の種１００７を含んでも良い。炭化水素１００８はタンク１０５３から除去される。
【００５６】
再循環ストリーム１００７及び／又は１００６ｂｂは、システム内における蓄積を防ぐために１００６ｂｂ’にパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置に送られても良いし、処理熱のために燃やされても良い。ある実施形態においては、エステル化反応器１０２０、水素化分解反応器１０２２、及びオリゴマー化反応器１０２６は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動できる。
【００５７】
図１２及び１３は、エステル化及び水素化分解を行うための一つの反応器１０２１を用いる図１０及び１１と同様の構成を示している。
【００５８】
図１４は、別の実施形態におけるカルボン酸を炭化水素へ変換するためのシステム１４００（“オプションＣ”）のブロック図である。カルボン酸１４０２はエステル化反応器１４２０においてオレフィン１４０４と反応することによって、エステル１４０５を生成する。エステル１４０５は水素化分解反応器１４２２においてアルコール１４０６へと水素化分解される。アルコールストリーム１４０６は、水及びオレフィン１４０４を生成するために脱水反応器１４２４に送られる。オレフィンストリーム１４０４は二つに分けられ、一方のストリームはエステル化反応器１４２０に行き、他方のストリームは炭化水素１４０８と水とを生じるオリゴマー化反応器１４２６に行く。オレフィン１４０４のみがオリゴマー化反応器１４２６に供給されるため、オリゴマー化中に水は生成されないが、ある実施形態の教示から、いくらかのアルコールがオリゴマー化反応器１４２６に向かうオレフィンストリーム中に存在し得ることが理解される。（水素化分解から残る）水素と（脱水反応器１４２４中で生成され得る）一酸化炭素とが存在すると、メタノール及び他のアルコールがオリゴマー化反応器１４２６において生成され、それ故に水が生成される場合がある。
【００５９】
図１５は、別の実施形態におけるオプションＣの詳細を示している。カルボン酸ストリーム１４０２は二つ１４０２ａ、１４０２ｂに分けられる。ストリーム１４０２ａが過熱蒸気になるように、ストリーム１４０２ａは顕熱交換器１４４０、潜熱交換器１４４１、及び顕熱交換器１４４２に送られる。ストリーム１４０２ｂが過熱蒸気になるように、ストリーム１４０２ｂは顕熱交換器１４４３、潜熱交換器１４４４、及び顕熱交換器１４４５に送られる。過熱状態のカルボン酸１４０２ａ、１４０２ｂはエステル化反応器１４２０においてオレフィン１４０４と反応することによって、エステル１４０５を生成する。ある実施形態においては、エステル化反応器１４２０は温度制御システムを備えている。エステル１４０５は、アルコール１４０６を生成するために水素化分解反応器１４２２に送られる。ある実施形態においては、水素化分解反応器１４２２は温度制御システムを備えている。
【００６０】
アルコール生成物ストリーム１４０６は、圧力が低減される膨張装置１４４６に入る。低圧のアルコールは脱水反応器１４２４に入る。ある実施形態においては、脱水反応器１４２４は温度制御システムを備えている。脱水反応器１４２４から出た（オレフィン１４０６ａ及び水１４０６ｂを含む）ストリーム１４０６は、圧縮装置１４４７を用いて圧縮され、ストリーム１４０６を冷却して水１４０６ｂが凝結できるようにする顕熱交換器１４４５及び潜熱交換器１４４４に入る。オレフィン１４０６ａ及び水１４０６ｂはタンク１４４８において分離される。オレフィン１４０６ａは顕熱交換器１４４５において再加熱される。オレフィンストリーム１４０６ａは二つ１４０６ａａ、１４０６ａｂに分けられる。ストリーム１４０６ａａはオリゴマー化反応器１４２６に送られ、ストリーム１４０６ａｂはエステル化反応器１４２０に送られる。タンク１４４８から出た水１４０６ｂは顕熱交換器１４４３において冷却される。ある実施形態においては、水１４０６ｂは高圧液体１４０６ｂ’の一部としてタービン１４４９を流れる。液体１４０６ｂ’は主に水を含んでいるが、脱水反応器１４２４における反応は可逆的であるため、いくらかのアルコールを含んでも良い。液体１４０６’中のアルコールはカラム１４５０における蒸留によって回収され、アルコールストリーム１４０６に戻される。
【００６１】
オリゴマー化反応器１４２６から出た生成物は、顕熱交換器１４４２、潜熱交換器１４４１、及び顕熱交換器１４４０を通って冷却される。ある実施形態においては、ストリーム１４０６ａａは、膨張エネルギーを回収するために高圧液体１４０６ａａ’の一部としてタービン１４５２を流れる。タンク１４５１中の気体空間は、オリゴマー化反応器１４２６に戻される未反応の種（例えば低分子量オレフィン）を含んでも良い。同様に、タンク１４５３は、圧縮装置１４５４を用いて圧縮されてオリゴマー化反応器１４２６に戻される未反応の種を含んでも良い。
【００６２】
再循環ストリームは、システム内における蓄積を防ぐためにパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置に送られても良いし、処理熱のために燃やされても良い。ある実施形態によると、エステル化反応器１４２０、水素化分解反応器１４２２、及び／又はオリゴマー化反応器１４２６は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動可能であり、一方、脱水反応器１４２４は低圧（〜２０から５００ｋＰａ）で稼動する。図示される実施形態においては、膨張装置１４４６は圧力低下によりエネルギーを回収し、圧縮装置１４４７が利用するエネルギーを補うことができる。
【００６３】
図１６及び１７は、図１４及び１５と同様であり、エステル化及び水素化分解を行うための一つの反応器１４２１を有する形態を示す。
【００６４】
図１８は、別の実施形態におけるオリゴマー化反応器においてケトン又はカルボン酸を炭化水素に直接変換するためのシステム１８００（“オプションＡ１”）のブロック図である。ケトン又はカルボン酸１８０２はオリゴマー化反応器１８２６に供給される。オリゴマー化反応器１８２６から出た生成物は、タンク１８５１において水、炭化水素１８０８、及び気体生成物に分離されても良い。ある実施形態においては、気体生成物はオリゴマー化反応器１８２６から出た生成物の３０から４０％であっても良い。気体生成物は、処理熱のために燃やされても良いし、一般的な手法（例えば、水蒸気改質、部分酸化、又は他の適切なシステム及び方法）により改質装置１８２３において水素へと改変されても良い。水素はアルコール反応器１８２１においてケトン又はカルボン酸１８０２の一部をアルコール１８０６へと変換するために使用され、その後にこれらのアルコール１８０６がオリゴマー化反応器１８２６に送られても良い。
【００６５】
ケトンが供給される場合、その後で適切な水素化触媒（例えば、ラネーニッケル、プラチナ、銅クロマイト、又は他の適切な水素化触媒）を用いて水素化が直接行われても良い。カルボン酸が供給される場合、アルコール生成物１８２１は図２から５に記載される処理の一つを含んでも良い。処理の詳細は、圧力を操作するための圧縮装置及び膨張装置と共に処理ストリームを加熱及び冷却するための適切な顕熱及び潜熱交換器を用いる図３、５、７、９、１１、１３、１５及び１７に記載される処理と類似していても良い。これらの詳細は繰り返し説明しない。
【００６６】
図１９は、オリゴマー化反応器においてケトン又はカルボン酸を炭化水素へ直接変換するためのシステム１９００（“オプションＢ１”）のブロック図である。この実施形態は、オレフィンを改質装置１８２３に送るよりもオレフィン１８０４を気体ストリームから回収してオリゴマー化反応器１８２６へと戻すために分離装置１８２５（例えば、圧力スイング吸着、膜、低温蒸留）をオプションＡ１に導入している。
【００６７】
図２０は、ケトン又はカルボン酸を炭化水素へと直接変換するためのシステム２０００（“オプションＡ２”）のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器１８２７へと組み込むことによってオプションＡ１を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に利用される同じ触媒は同様に水素化の効果があることが知られている（例えば、米国特許第3,894,107号及びMinachev,Kh.M., Garanin, V.I., Kharlamov, V.V., Kapustin, M.A.の“Hydrogenation of acetone on cationic formsof zeolites”、Russian ChemicalBulletin ２３（７）、ｐ１４７２−１４７５、１９７４年）ため、ケトン又はカルボン酸及び水が同じ反応器に直接供給されることによって、独立した水素化反応器とアルコール生成に必要な他の設備とを備える必要がなくなることが理解される。
【００６８】
図２１は、ケトン又はカルボン酸を炭化水素へ直接変換するためのシステム２１００（“オプションＢ２”）のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）とオリゴマー化の機構を一つの反応器１８２７に組み込むことによってオプションＢ１を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に利用される同じ触媒は同様に水素化の効果があることが知られているため、ケトン又はカルボン酸及び水素が同じ反応器に直接供給されることによって、独立した水素化反応器とアルコール生成に必要な他の設備とを備える必要がなくなることが理解される。
【００６９】
図２２は、ある実施形態における（図２０のオプションＡ２及び図２１のオプションＢ２に基づく）水素化及びオリゴマー化のための一つの反応器を用いたカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換のためのシステム２２００の詳細な工程フロー図である。カルボン酸又はケトンのストリーム２２０２は、（例えばフィードポンプ２２０３を介して）顕熱交換器２２４０、潜熱交換器２２４１及び顕熱交換器２２４２へと送られ、ストリーム２２０２は過熱蒸気になる。加熱状態のカルボン酸又はケトン及び水素は水素化／オリゴマー化反応器２２２７に送られる。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器２２２７は温度制御システムを備えている。水素化／オリゴマー化反応器２２２７から出た生成物は、顕熱交換器２２４２、潜熱交換器２２４１、及び顕熱交換器２２４０を通って冷却される。ある実施形態においては、この高圧液体は、膨張エネルギーを回収するために高圧液体２２０２’の一部としてタービン２２５２を流れる。水素化／オリゴマー化反応器２２２７に再循環されるタンク２２５１の気体空間には未反応の種（例えば低分子量オレフィン）が存在しても良い。同様に、タンク２２５３は、圧縮装置２２５４により圧縮されて水素化／オリゴマー化反応器２２２７へと送られる未反応の種を含んでも良い。炭化水素２２０８はタンク２２５３から除去されても良い。
【００７０】
再循環ストリームは、システム内に蓄積するのを防ぐためにパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置へと送られても良いし、処理熱のために燃やされても、水素へと改変されても良い。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器２２２７は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動する。
【００７１】
図２３は、図１Ａに記載された経路の一つに相当するケトンを炭化水素へと直接変換するシステム２３００のある実施形態のブロック図である。図示された実施形態において、生分解性を向上するために、バイオマス２３７０は石灰を用いて（限定するのではないが、例えば米国特許第5,693,296号、第5,865,898号並びに米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号に記載された石灰の前処理を用いて）任意に前処理される。そして、前処理されたバイオマス２３７０は、発酵装置２３８２において直接発酵され、（限定するのではないが、例えば米国特許第5,962,308号並びに米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されるように）カルボン酸塩２３７２を生じる。得られたカルボン酸塩２３７２は、（限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号、及び第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載される方法又は装置を用いて）濃縮装置２３８４において脱水され、結果的に濃縮される。濃縮された塩は、ケトン反応器２３８６において（限定するのではないが、例えば米国特許第6,043,392号及び第6,262,313号に記載される方法又は装置を用いて）ケトン２３０２に変換される。ケトン２３０２は図１８−２２に記載される方法と同様に炭化水素２３０８及びアルコール２３０６に直接変換されても良い。しかし、図示された実施形態においては、オリゴマー化反応器２３２６から出た気体２３２９は、例えばタンク２３５１を通って発酵装置２３８２へと向けられる。発酵装置２３８２において、生物学的に反応性の種（例えば水素及び一酸化炭素）はカルボン酸塩２３７２に変換される。二酸化炭素は、一般的な方法（例えばアミン吸着、膜、低温）を用いる分離装置２３２５により、発酵装置の排出ガス２３３０中の発酵装置２３８２から出る高エネルギーの気体（例えば、水素、メタン）２３３０’から分離される。高エネルギーの気体２３３０’は、アルコール反応器２３２１用の水素を生成するために改質装置２３２３へと送られる。オリゴマー化反応器２３２６から出た水２３３１の全て又は一部（２３１０）は、例えばタンク２３５１における分離の後に、改質装置２３２３で使用されても良い。
【００７２】
図２４は、ある実施形態における図１Ａに示される経路の一つに相当するケトンを炭化水素へと直接変換するシステム２４００のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器２３２７に組み込むことによってシステム２３００を改良しており、ケトン及び水素の両方がこの反応器へと供給される。
【００７３】
図１に図示されており説明されたように、ある実施形態において、バイオマスはカルシウムベースのシステムを用いて炭化水素へと変換されても良い。この処理により、カルボン酸塩からのケトンの生成はケトンのアルコール及び炭化水素への次の変換と一体化する。図１の一部である図２５は、ある実施形態におけるカルシウムベースのシステムのバイオマスの完全な変換を示すブロック図である。当該処理の第一段階は（限定するのではないが、例えば石灰による前処理などの）前処理である。石化による前処理は、限定するのではないが、例えば米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号と同様に米国特許第5,693,296号及び第5,865,898号に記載されている。未加工のバイオマスが十分に可消化性である場合は、そのような前処理は任意である。そして、可消化性バイオマスはカルボン酸塩へと直接発酵される。そのような発酵は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,962,307号並びに米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されている。発酵から、主に水とカルボン酸塩とを含む液体発酵ブロスが得られる。更なる処理のために、カルボン酸塩は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号及び第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載されているような脱水１２０Ａによって濃縮されても良い。カルボン酸カルシウム塩が生成される現在考えられるケースでは、カルボン酸カルシウム塩はケトンへと熱変換１２５Ａされても良い。そのような熱変換は、限定するのではないが、例えば米国特許第6,262,313号に記載されるように行われても良い。また、ケトンは例えば酸化ジルコニウムの触媒層にカルボン酸を通すことによって生成されても良い。得られたケトンは、図１８−２４に関して上述されたように処理されるために下流へ送られる。したがって、そのような実施形態においては、適切な下流の処理１４０Ａ’は図１８−２４に示されるように行われる。
【００７４】
カルボン酸塩の乾留によってケトン反応器において生成されたケトンは、分解を避けるためにすぐに除去されて冷却されなければならない。従来の方法はケトン反応器における滞留時間を減らすために真空を利用しており、真空及び冷却設備が必要であった。例えば米国特許第6,262,313号においては、カルボン酸塩は、真空環境における加熱並びにその後の凝縮及び回収によって、ケトンへと熱変換されている。上述したように、真空及び凝縮は、迅速に熱い反応領域からケトンを除去し、分解を避けることによって収率を向上するが、そのような真空状態を回避することは経済的により望まれる。
【００７５】
ケトンの分解を避けるというこの同一の目的はスイープガスの使用によって達成でき、それにより真空及び大型の冷却装置に関する資本金を削減できる。ある実施形態においては、ケトン反応器は、スイープガスを利用して（例えば図１８−２４に示されるような）アルコール及び炭化水素を生成するための下流の単位プロセス（unit operation）と一体化される。図２６は、ある実施形態においてスイープガスの使用とケトン反応器から下流の単位プロセスへのケトン蒸気の直接導入とを取り入れたシステム１００Ａ”を示すブロック図である。
【００７６】
図２６に示されるように、費用のかかる真空及び大型の冷却装置は、スイープガス１２１を導入することによって回避することができる。この実施形態においては、カルボン酸カルシウム塩１２４はスイープガス１２１と共にケトン反応器１２５Ｂに導入される。ケトン反応器１２５Ｂから出るケトンの熱蒸気１２６Ａが例えば分解を避けるために熱交換器１２７Ａによって冷却されて、冷却されたケトン蒸気１２６Ｂが上述の図１８−２４に示されるように次の単位プロセス１４０’へと送られる場合、ケトンの凝縮は回避可能である。このように、カルボン酸塩の乾留から生成されたケトンは、凝縮の必要なくアルコール又はガソリン変換へと直接送られても良く、これによって下流の凝縮、加熱及び蒸発設備に係る資本金を節約することができる。スイープガスはケトン反応器１２５Ｂにおいて生成されたケトンを迅速に除去するため、以前の真空法には必要であった低圧ケトンを除去及び凝縮するのに必要な真空及び冷却設備を除去することによってかなりの資本金の節約が予測される。
【００７７】
スイープガスの使用とケトン反応器から下流の単位プロセスへのケトン蒸気の直接導入とは、一緒に利用することもできるし、別々に利用することもできることが理解されなければならない。ケトン反応器１２５Ｂから出たケトン蒸気が、スイープガスの補助の有無に関わらず、下流の変換１４０’に直接送られる場合、図２２に示されるフィードポンプ２２０３、顕熱交換器２２４０、及び潜熱交換器２２４１はもはや利用されない又は必要ではない。ケトン反応器１２５Ｂから出たケトン蒸気は下流の単位プロセス１４０’において直接反応するため、従来の真空処理に必要であった凝縮設備、周辺設備、及びケトンの再蒸発に必要な下流の設備を除去することによって、かなりの資本金の削減が実現される。ケトン蒸気を直接炭化水素又はアルコールに反応することは、凝縮などの分離工程が利用される場合に材料の損失を低減できる。さらに、液体の加熱又は冷却を避けることによって、高いエネルギー効率が可能になる。
【００７８】
酸化剤（例えば、酸素）以外の多くの気体がスイープガスとして利用可能である。スイープガスのオプションが実施され、ケトンを濃縮することが望まれる場合は、窒素などの非凝縮性スイープガスにより生じ得るケトン蒸気の損失を最小限にする／回避するために、凝縮性スイープガスが利用可能である。そのような凝縮性スイープガスの一例は水蒸気である。ＨＹＳＹＳによるシミュレーションは、水蒸気がスイープガスとして利用される場合、ケトンはほとんど損失されないことを示唆している。水蒸気は、炭化水素が最終産物である場合、水蒸気が凝縮すると、それは炭化水素と非混和性であり、そこから容易に分離されるという更なる利点を有している。
【００７９】
上述したように、スイープガスは酸化剤（例えば酸素）以外のいかなる気体であっても良いが、いくらか又は全てのケトンを水素化するために水素が下流で使用される場合、水素の使用が望まれる。したがって、アルコール又は炭化水素を生成する場合、水素は反応物でもあるため好適なスイープガスである。ケトン反応器１２５Ｂにおけるケトンの低い分圧を保つために、かなりの量の水素を再循環することが望まれても良い。そのような実施形態においては、下流の処理１４０Ａ’由来のガス１２２はケトン反応器１２５Ｂへと再循環されても良い。再循環ガス１２２は、ケトン反応器１２５Ｂへの再循環のために対向流熱交換器１２７Ｂを通されても良い。
【００８０】
文献（Ardagh, E.G.R.,Barbour, A.D., McClellan, G.E., and McBride, E.W. “Distillaiton of acetate of lime, Industrial and EngineeringChemistry”１６ ｐ１１３３−１１３９ １９２４年）には、窒素のスイープガスの使用が記載されている。しかし、窒素は不活性であり且つ非凝縮性である。この開示によると、反応性（例えば水素）又は凝縮性（例えば水蒸気）のスイープガスが利用される。
【００８１】
スイープガスが利用される場合、重要な検討事項は炭化水素の変換がケトン反応器と同じ圧力で起きるか否か、すなわち、圧力が真空から１気圧であるかどうかである。実験は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライトを用いたケトン及び第２級アルコールの炭化水素変換は１気圧が適していることを示した。そのような場合、蒸気は十分な冷却及び加熱の後に下流の単位プロセスに直接送られる。しかし、下流の処理１４０Ａ’において求められる圧力が高い場合、圧縮装置１２８が用いられても良い。スイープガスが再循環される場合、例えば熱効率を向上するために、膨張装置１２９及び／又は対向流熱交換器１２７Ｂが用いられても良い。
【００８２】
ケトン変換及び炭化水素変換の圧力及び温度が近似値である場合、より単純な方法が実施可能である。この場合、触媒がケトン反応器１２５Ｂの排出部に配置されることによって、ケトン反応器１２５Ｂから出る際にケトンが反応する。
【００８３】
これらの実施形態のいくつか及びケトンを炭化水素へと変換するための下流の単位プロセスのいくつかにおいて、水素化触媒（例えば銅クロマイト）が反応器の最初の部分に充填され、脱水／オリゴマー化触媒（例えばＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト）がその後に充填された二元触媒層が利用可能である。この二元触媒層は、全て又は大半のケトンのアルコールへの変換を可能にするため、収率を向上すると共により好ましい炭化水素の生成を可能にする。したがって、全て又は一部のケトンをアルコールに変換する水素化触媒が最初に使用され、その後にアルコール及び／又はケトンを炭化水素に変換する脱水／オリゴマー化触媒が使用される二元触媒層が利用可能である。または、水素化触媒（例えばプラチナ）をゼオライト触媒の孔に直接組み込むように、ゼオライト触媒を改良することもできる。同一の層に二つの異なる触媒を用いることは資本設備の費用を低減することができ、二つの反応装置を一つの反応装置にまとめることによって、原料の損失を最小限にすることができる。
【００８４】
多くの場合、オリゴマー化反応器から出た炭化水素生成物はかなりの量のオレフィンを含んでいる。ある実施形態においては、ほぼ水を含んでいないこれらの凝縮された生成物は別のオリゴマー化反応器に送られることによって（又はオリゴマー化反応器に再循環されることによって）、炭化水素の最終産物の鎖長を長くすることができる。
【００８５】
図２７は、ある実施例における図１Ａ及び１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸を炭化水素へ直接変換するシステム２５００のブロック図である。この実施形態は、（ケトンの代わりに）カルボン酸２３０２を炭化水素２３０８に直接変換することによって図２３のシステム２３００を改良している。処理ステップは、酸回収システム２３８８を用いて（限定するのではないが、例えば米国特許第6,395,926号又は米国特許出願第11/456,653号に記載されている“酸スプリンギング”によって）カルボン酸塩がカルボン酸に変換されることを除いて、システム２３００に記載されたステップと類似している。
【００８６】
図２８は、ある実施形態における図１Ａ及び１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸を炭化水素に直接変換するシステム２６００のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器２３２７に組み込み、カルボン酸及び水素がこの反応器に供給されることによって、図２７のシステム２５００を改良している。
【００８７】
図２９は、ある実施形態におけるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換のためのシステム２７００のブロック図である。当該実施形態は、（スラリー及び／又は溶液状態の固体である）カルボン酸アンモニウム塩２７０２をシステム２７００に供給することによって図１８のオプションＡ１を改良している。カルボン酸アンモニウム塩２７０２は、完全に気化するとアンモニア及びカルボン酸に分解する揮発性の塩である。アミドなどの他の生成物も形成されるであろう。図２９において、カルボン酸アンモニウム塩２７０２の一部は、カルボン酸アンモニウム塩２７０２をアルコール２７０６へと変換するアルコール反応器２７２１へ送られても良い。ある実施形態の教示により、いくらかのカルボン酸アンモニウム塩を変換することは、システム２７００が改質装置２７２３から利用可能な水素を得るという利点を有することを可能にすることが理解される。そのようなアルコールへの変換は、限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/456,653号に記載されている方法を用いて行うことができ、別の実施形態においては、それは（限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/456,653号に記載されているように）最初にカルボン酸へと変換され、その後に（例えば図２−５に記載されているように）アルコールに変換されても良い。方法の詳細は、圧力を操作するための圧縮装置及び膨張装置と共に生成物ストリームを加熱及び冷却するための適切な顕熱及び潜熱交換器を用いる図３、５、７、９、１１、１３、１５及び１７に記載された方法の詳細と類似している。これらの詳細は繰り返し説明しない。
【００８８】
カルボン酸アンモニウム塩が蒸発されてオリゴマー化反応器２７２６に入った後に、カルボン酸のみが炭化水素２７０８へ変換される。アンモニア２７０９は未反応のまま通過する。そのような知見はButterらの特許（米国特許第3,894,107号）においても見られ、彼らはＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト触媒に窒素含有化合物を通過させ、生成物として炭化水素と未反応のアンモニアを得ている。図４３−５０の例のいくつかにおいて示されるような特定の条件下においては、アンモニアは反応することによって、アセトニトリルなどの他の有益な化合物を生成することができる。
【００８９】
システム２７００において、アンモニア２７０９は生成物から回収される。最初に、アンモニアの一部が生じた水に溶解するため、分離装置２７５６（例えばフラッシュタンク）が水２７１０をアンモニア２７０９と分離するために利用されても良い。また、アンモニアの一部がオリゴマー化反応器２７２６から出る気体中に存在しても良い。その気体ストリームからアンモニアを除去するために、アンモニア分離装置２７５５が利用されても良い。例えば、層には固体の酸吸収剤が充填されており、酸吸収剤は可逆的にアンモニアと結合し、層が飽和するとアンモニアを脱離する（二つ以上の並行に稼動するこれらのユニットを備えることによって、処理は吸収サイクルから脱離サイクルへと切り替え可能であるため、継続的にストリームからアンモニアの除去ができる）。そして、アンモニアを含まない気体２７５７は、図２９に示されるように、処理熱のために燃やされるために送られても良いし、及び／又は水素を生成するために改質装置２７２３に送られても良い。生成された水素はアルコール反応器２７２１において利用されても良い。ある実施形態においては、アンモニア２７０９もアルコール生成ユニット２７２１において放出及び回収される。
【００９０】
図３０は、オリゴマー化反応器においてカルボン酸アンモニウム塩を炭化水素へ変換するためのシステム２８００のブロック図である。当該実施形態は、オレフィンを改質装置２８２３に送るよりも、オレフィン２８０４を気体ストリームから回収してオリゴマー化反応器２８２６へと戻すために、図２９のシステム２７００へ分離装置２８２５（例えば、圧力スイング吸着、膜、低温蒸留）を組み込むと共に、カルボン酸アンモニウム塩２８０２をシステム２８００へ供給することによって図１９のオプションＢ１を改良している。
【００９１】
図３１は、カルボン酸アンモニウム塩を炭化水素へと直接変換するためのシステム２９００のブロック図である。当該実施形態は、システム２７００のオリゴマー化及び水素化処理を一つの反応器２９２７に組み込むと共に、カルボン酸アンモニウム塩２９０２をシステム２９００に供給することによって図２０のオプションＡ２を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に利用される触媒は同様に水素化の効果を有することが知られている（限定するのではないが、例えば、米国特許第3,894,107号、Minachev, Kh.M、Garanin, V.I.、Kharlamov, V.V.、Kapustin, M.A.の“カチオンフォームのゼオライトにおけるアセトンの水素化（Hydrogenation ofacetone on cationic forms of zeolites）”、Russian Chemical Bulletin 23(7)、１４７２−１４７５、１９７４年）ため、カルボン酸アンモニウム塩と水素とが同じ反応器に直接供給されることによって、独立した水素化反応器及びアルコール生成に用いられる別の設備が必要なくなることが理解される。
【００９２】
図３２は、カルボン酸アンモニウム塩を炭化水素に直接変換するためのシステム３０００のブロック図である。当該実施形態は、システム２８００のオリゴマー化及び水素化処理を一つの反応器３０２７に組み込むと共に、カルボン酸アンモニウム塩３００２をシステム３０００に供給することによって、図２１のオプションＢ２を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に用いられる触媒は同様に水素化の効果も有することが知られているため、カルボン酸塩と水素とは同じ反応器に直接供給することによって、個別の水素化反応器及びアルコール生成に用いられる他の設備が必要なくなることが理解される。
【００９３】
図３３は、ある実施形態における（図３１及び３２に図示されるオプションＡ２及びＢ２に基づく）水素化及びオリゴマー化用の一つの反応器を用いて（スラリー及び／又は溶液状態である固体の）カルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換のためのシステム３１００の詳細な処理フロー図である。カルボン酸アンモニウムストリーム３１０２は顕熱交換器３１４０、潜熱交換器３１４１及び顕熱交換器３１４２に送られ、ストリーム３１０２は過熱蒸気になる。この過熱ストリーム及び水素が水素化／オリゴマー化反応器３１２７に送られる。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器３１２７は温度制御システムを備えている。水素化／オリゴマー化反応器３１２７から出た生成物は、顕熱交換器３１４２、潜熱交換器３１４１、及び顕熱交換器３１４０を通って冷却される。ある実施形態においては、この高圧液体は、膨張エネルギーを回収するために高圧液体３１０２’の一部としてタービン３１５２を流れる。後で水素化／オリゴマー化反応器３１２７に再循環されるタンク３１５１の気体空間には未反応の種（例えば低分子量オレフィン）が存在しても良い。同様に、タンク３１５３は、圧縮装置３１５４を用いて圧縮されて水素化／オリゴマー化反応器３１２７に送られる未反応の種を含んでも良い。
【００９４】
再循環ストリームは、システム内において蓄積するのを防ぐためにパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置に送られても良いし、処理熱のために燃やされても、水素へと改質されても良い。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器３１２７は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動可能である。
【００９５】
タンク３１５１及び３１５３から出た気体が水素化／オリゴマー化反応器３１２７に戻される前に、又はその一部がパージされる前に、当該気体をアンモニア分離装置３１５５に通すことによって、アンモニア３１０９が除去されても良い。例えば、可逆的にアンモニアに結合する固体の酸吸収剤が充填されている層が利用されても良く、層が飽和するとアンモニアの脱離が起こる。ある実施形態においては、並行に稼動する二つ以上のこれらのユニットを備えることによって、処理が吸収サイクルから脱離サイクルへと切り替え可能になるため、継続的にストリームからアンモニアを除去することができる。また、タンク３１５３において炭化水素３１０８及び気体ストリームから分離される水３１１０はいくらかのアンモニアを含んでも良く、当該アンモニアは、例えば顕熱交換器３１５７において水蒸気を用いて温度を上昇されて水蒸気をタンク３１５６（例えばフラッシュタンク）に送ることによって水から分離されるため、液相においてアンモニアを含まない水が回収される間に、気相においてアンモニア３１０９を回収可能になる。または、水からアンモニアを揮散するために水蒸気ストリッパを利用することもできる。
【００９６】
図３４は、図１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸アンモニウム塩を炭化水素へと直接変換する方法のためのシステム３２００の実施形態のブロック図である。図示される実施形態において、バイオマス３２７０は、（限定するのではないが、例えば米国特許第5,693,296号及び第5,865,898号並びに米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号に記載される石灰前処理を用いて）生分解性を高めるために、３２８０において任意に前処理される。次に、前処理されたバイオマス３２７０は３２８２において（限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されるように）カルボン酸アンモニウム塩３２０２へと直接発酵される。得られたカルボン酸アンモニウム３２０２は（限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号、第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載される方法又は装置を用いて）濃縮される。カルボン酸アンモニウム塩３２０２は、図２９−３３に記載される方法と同様に炭化水素３２０８及びアルコール３２０６へと直接変換されても良い。しかし、この実施形態においては、オリゴマー化反応器３２２６から出た気体３２２９は、タンク３２５１における炭化水素３２０８及び水３２３１からの分離の後に、発酵装置３２８２へと送られる。発酵装置３２８２において、生物学的に反応性の種（例えば水素及び一酸化炭素）及び緩衝作用を有する種（例えばアンモニア）はカルボン酸アンモニウム塩３２０２に変換される。発酵装置３２８２から出た高エネルギーの気体３２３０’（例えば水素及び／又はメタン）は、（例えばアミン吸着、膜、低温などの）一般的な方法を用いて発酵装置排出ガス３２３０中の二酸化炭素から分離される。高エネルギーの気体３２３０’はアルコール生成装置３２２１用の水素を生成するために改質装置３２２３に送られる。（例えばタンク３２５６を用いて）オリゴマー化反応器３２２６から出た水から又はアルコール生成装置３２２１から回収されたアンモニア３２０９は、それが分離装置３２２５由来の二酸化炭素と接触する充填層３２５８を介して発酵装置３２８２へと送られる。この実施形態は、発酵装置３２８２において容易にｐＨの制御を可能にする重炭酸アンモニウムを生成する。破線で示されるように、（例えば発酵装置におけるより良いｐＨの制御を可能にするため）オリゴマー化反応器３２２６から生じた気体ストリーム３２２９中に存在するアンモニアを除去することが望まれても良く、アンモニア分離装置３２５５（例えば固体の散吸収剤が充填された層）が用いられても良い。この気体から回収されたアンモニア３２０９’は、オリゴマー化反応器３２５５から出た水３２３１由来のアンモニア３２０９とアルコール反応器３２２１由来のアンモニア３２０９”とに加わり、発酵装置におけるｐＨを制御するための重炭酸アンモニウムに変換されるために充填層３２５８へと送られる。オリゴマー化反応器３２２６から出た水３２１０は、アンモニア３２０９がそこから除去された後に、改質装置３２２３において使用されても良い。
【００９７】
図３５は、ある実施形態における図１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸アンモニウム塩を炭化水素に直接変換するシステム３３００を示す。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器３３２７に組み込み、この反応器にカルボン酸アンモニウム塩と水素の両方を供給することによって、システム３２００を改良している。
【００９８】
図３６から４２は、いくつかの実施形態におけるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換のためのシステム３４００から４０００を示している。システム３４００から４０００は、オリゴマー化ユニットに入る前に、カルボン酸アンモニウムストリームからアンモニアを除去及び回収することによって、図２９から３５のシステム２７００から３３００を改良している。気体ストリームからアンモニアを除去するために、アンモニア分離装置３４５５／３５５５／３６５５／３７５５／３８５５／３９５５／４０５５が利用されても良い。例えば、固体の酸吸収剤が充填された層が可逆的にアンモニアと結合するために用いられても良い。そして、層が飽和すると、アンモニアは脱離される。ある実施形態においては、並行に稼動する二つ以上のこれらのユニットを有することによって、処理は吸収サイクルから脱離サイクルへと切り替え可能になるため、継続的にストリームからアンモニアを除去することができる。
【００９９】
エステル化、水素化及びオリゴマー化反応は発熱反応であるため、上述のいくつか又は全ての構成においてトリム冷却が実施可能である。全ての場合において、提供された反応器内における反応が不完全である又は副産物が生成される可能性がある。これらの場合、未反応の反応物又は副産物を分離して更に処理することが可能である。
【０１００】
特徴
ある実施形態は、以下の特徴のいくつか又は全てを含んでも良く、含まなくても良い。エステルを生成するためのオレフィンのカルボン酸との反応は不可逆であるため、反応は容易に高変換物へと進行する。対照的に、エステルを生成するためのカルボン酸のアルコールとの反応（より一般的な手法）は可逆的である。反応を完全に進行させるためには反応中にエステル生成物を除去する必要があるが、それは困難である。
【０１０１】
アルコールの脱水反応は可逆的であるが、低圧で行うことによってより有利になる。圧力の低減は膨張装置によって実行され、それは脱水反応器から出た気体の再圧縮中に使用するエネルギーを回収する。
【０１０２】
オレフィン及びカルボン酸の反応から形成されたエステルを水素化分解するエステル化触媒の機能は、アルコールを生成するためにオレフィン及び水素が同じ反応器に直接供給されるため、水素化分解のための分離ユニットの実装のための支出を回避する。
【０１０３】
ケトン、カルボン酸又はカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（図１８から２４、２７から３５）は、ケトン、カルボン酸又はカルボン酸アンモニウム塩の最初にアルコールになりその後に炭化水素になる変換（図６から１７）と比べて、水素の必要量が少なくなる。これらのステップを一緒にすること（ケトン／カルボン酸／カルボン酸アンモニウムの直接変換及びアルコール変換）は、水素の利用可能量と一致するように処理を“調整”可能にする。水素が容易に利用可能である場合、その後はアルコール経路が好ましい。水素が乏しい場合、その後はケトン／カルボン酸／カルボン酸アンモニウムの直接経路が好ましい。
【０１０４】
供給物を水素化するオリゴマー化触媒の機能は、ケトン、カルボン酸及び／又はカルボン酸アンモニウム塩が炭化水素を生成するために利用可能な水素と共に同じ反応器へ直接供給されるため、アルコールを生成するための分離ユニットの実装のための支出を回避する。
【０１０５】
発酵と一体化した処理（図２４、２７、２８、３４及び３５）は、生物学的に反応性の気体及びアンモニアがカルボン酸塩に変換され、改質装置に送られる又は改質装置で水素に変換される前に分離される必要が無いため、分離装置及び改質装置に関する負担を軽減する。
【実施例】
【０１０６】
以下のセクションは様々な実施形態の実施例に関する更なる詳細を提供する。
【０１０７】
実施例１：イソプロパノールから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ３０）
【０１０８】
材料及び方法
液体のプロパノールが気化され、表１．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体と気体の二つの画分に分離された。ガスクロオマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって各生成物の合計量が測定されて組成が決定された。
【０１０９】
結果
表１．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は６８．８９％であり、気体画分は３１．１３％であった。表１．３は液体画分中の生成物の分類を表している。
【０１１０】
【０１１１】
【０１１２】
【０１１３】
実施例２：イロプロパノールから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１１４】
材料及び方法
液体のイソプロパノールは気化され、表２．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体と気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１１５】
結果
表２．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は６３．２３％であり、気体は３６．７７％であった。表２．３は液体画分中の生成物の分類を表している。表１．３及び２．３は触媒（Ｈ−ＺＳＭ−５ Ｓｉ／Ａｌ２８０とＳｉ／Ａｌ３０）を除き同一の条件を表している。生成物分布は似ているが、Ｓｉ／Ａｌ２８０は生成物中により少ないコークスとより多くのパラフィンとを含んでおり、それは良質の燃料にとって重要である。図４３は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いたイソプロパノールのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を表している。
【０１１６】
【０１１７】
【０１１８】
【０１１９】
実施例３：アセトンから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ３０）
【０１２０】
材料及び方法
液体のアセトンは気化され、表３．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１２１】
結果
表３．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は６７．１６％であり、気体は３２．８６％であった。表３．３は液体画分における生成物の分類を表している。図４４は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比３０）を用いたアセトンのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を表している。これらの条件下において、反応は完全に終了しなかったが、別の条件はほぼ完全な変換が可能であることを示している（実施例５参照）。
【０１２２】
【０１２３】
【０１２４】
【０１２５】
実施例４：アセトンから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１２６】
材料及び方法
液体のアセトンは気化され、表４．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１２７】
結果
表４．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は７４．０３％であり、気体は２５．９７％であった。表４．３は液体画分における生成物の分類を表す。表３．３及び４．３は触媒を除いて同じ条件を表している。Ｓｉ／Ａｌ３０触媒はＳｉ／Ａｌ２８０触媒よりも酸性である。Ｓｉ／Ａｌ２８０触媒はより多くの酸化物及びナフテンとより少量の芳香族化合物とを生じた。図４５は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いたアセトンのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を表している。これらの条件下において反応は完全に終了しなかったが、別の条件はほぼ完全な変換が可能であることを示している（実施例５参照）。
【０１２８】
【０１２９】
【０１３０】
【０１３１】
実施例５：アセトンから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１３２】
材料及び方法
液体のアセトンは気化され、表５．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１３３】
結果
表５．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は８６．１６％であり、気体は１３．８２％であった。表５．３は液体画分における生成物の分類を表している。表４．３及び５．３は温度を除いて同じ条件である。より高い温度は、酸化物及びナフテンを減少させ、芳香族化合物を増加させる。図４６は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ２８０）を用いたアセトンのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に基づく液相生成物分布を表している。
【０１３４】
【０１３５】
【０１３６】
【０１３７】
実施例６：アセトン及び水素から炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１３８】
材料及び方法
水素及び気化したアセトンが、表６．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１３９】
表６．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は８０．６３％であり、気体は１９．３８％であった。一度通過するごとの（per-pass）水素の変換は４４．２５％であった。表６．３は液体画分中の組成物の分類を表す。表５．３及び６．３は、芳香族化合物を増加させる水素の存在を除いて同じ条件である。図４７は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ２８０）を用いたアセトン及び水素のオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に基づく液相生成物分布を表す。この実施例においては、反応はほぼ終了した。
【０１４０】
【０１４１】
【０１４２】
【０１４３】
実施例７：酢酸から炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１４４】
材料及び方法
液体の酢酸は気化され、表７．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１４５】
表７．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分は４９．７７％であり、気体は５１．７６％であった。図４８はＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いた酢酸のオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に基づく液相生成物分布を表す。
【０１４６】
【０１４７】
実施例８：酢酸及び水素から炭化水素（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１４８】
材料及び方法
水素及び気化した酢酸が、表８．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１４９】
結果
表８．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分は４７．５９％であり、気体は５２．３４％であった。水素の変換は１９．１７％であった。図４９はＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いた酢酸及び水素のオリゴマー化における液相分布を表している。この実施例においては、かなりの酢酸が未反応であったため、長い滞留時間が必要であった。
【０１５０】
【０１５１】
【０１５２】
実施例９：酢酸アンモニウムから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１５３】
材料及び方法
アンモニアの２０％水溶液が気化され、表９．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１５４】
結果
表９．２は主要な液相生成物を示している。図５０はＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ２８０）を用いた酢酸アンモニウムのオリゴマー化における液相分布を表している。芳香族化合物は８及び１２の炭素を有する分子である。
【０１５５】
【０１５６】
【０１５７】
本発明の好適な実施形態が示されて説明されたが、発明の精神及び教示から逸脱することなく当業者によってそれらの変更が行われ得る。本明細書において説明された実施形態は単なる例示であり、限定することを意図していない。本明細書に開示される発明の多くの変更及び改良が可能であり、それらは本発明の範囲に属する。数値範囲又は数値限定が明確に記載されている場合、そのような範囲又は限定は明確に記載された範囲又は限定内に入る同程度の反復する範囲又は限定を含む（例えば、約１から約１０は２、３、４などを含み、０．１０より大きいは、０．１１、０．１２、０．１３及びそれ以上を含む）ことが理解されなければならない。請求項のいずれかの要素に関する用語“任意に”の使用は、対象の要素が必要である、又は必要ではないことを意味することを意図している。両方の選択肢が請求項の範囲に属することが意図されている。有する、含む、包含するなどの広い用語は、のみからなる、ほぼ〜からなる、実質的に〜からなるなどのより狭い用語に対する支持を提供することが理解されなければならない。
【０１５８】
本発明の範囲から逸脱することなく、変更、追加、又は削除が本明細書に記載されたシステム及び装置に対して行われても良い。当該システム及び装置の構成要素は一体化又は分離可能である。また、システム及び装置の稼動は、より多くの、より少ない、又は他の構成要素により行うことも可能である。方法はより多くの、より少ない、又は他のステップを含んでも良い。また、ステップはあらゆる好適な順番で行うことができる。
【０１５９】
したがって、保護の範囲は上述の説明によっては限定されず、以下の請求項によってのみ限定されており、その範囲は請求項の対象の全ての均等物を含む。それぞれ及び全ての請求項は本発明の実施形態として明細書に組み込まれている。そのため、請求項は本発明の更なる説明であり、好適な実施形態の追加である。本明細書において引用されている全ての特許、特許出願及び文献の開示内容は、それらが本明細書の記載に対する例示的な、手続に関する、又は他の詳細な補完を提供する範囲に関して、参照によって本明細書中に援用されている。
【技術分野】
【０００１】
連邦政府に援助された研究又は開発に関する供述
適用なし
【０００２】
本開示はバイオマスに関連する。より詳細には、本開示はバイオマスからアルコール及び炭化水素への代替経路に関する。
【背景技術】
【０００３】
バイオマスは燃料への変換が可能な生物材料である。バイオ燃料は大半の生物由来の炭素源から生成可能である。例えば、バイオ燃料は光合成植物などの供給源から生成される。バイオ燃料は、調理、暖房、輸送などの多様な用途に利用可能である。
【０００４】
バイオマスからバイオ燃料を生成する多くの技術がある。例えば、エタノールはリグノセルロース系バイオマスから生成される。バイオマスからの遊離糖類の酵素による生成も報告されている。そして、当該糖類は直接エタノールへと発酵される。また、従来技術は合成ガス（ＣＯ及びＨ２）へのバイオマスのガス化であり、合成ガスは直接エタノールへと発酵されるか、混合アルコールへと触媒によって変換される。いくつかの技術は酵素によってバイオマスから遊離糖類を生成し、糖類は続けてホモアセトゲンを用いて酢酸へと発酵される。続いて、酢酸は米国特許第6,927,048号及び米国特許第7,351,559号に記載されている方法を用いて水素化される。
【０００５】
炭化水素への経路は以下のことを含む：上述の方法で生成されたアルコールはゼオライト触媒を用いて炭化水素へと変換可能であり；バイオマスをガス化することにより生成された合成ガスはフィッシャートロプシュ触媒を用いて炭化水素へと変換可能であり；糖類は触媒により炭化水素へと変換可能であり；バイオマスは熱分解によって炭化水素へと変換可能である。
【０００６】
バイオマスからバイオ燃料を生成するための様々な技術が存在するが、バイオマスからアルコール及び／又は炭化水素を生成するための新たな改良されたより効率的なシステム及び方法に対する当該技術分野における需要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６９２７０４８号明細書
【特許文献２】米国特許第７３５１５５９号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本明細書における開示は、バイオマスをカルボン酸へと変換し、エステルを生成するためにカルボン酸をオレフィンと反応させ、アルコールを生成するためにエステルを水素化分解することによって、バイオマスからアルコール、炭化水素又はその両者を生成する方法である。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、同じ反応器において行われる。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸及びオレフィンの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、一つの触媒を用いて行われる。
【０００９】
ある実施形態においては、方法はオレフィンフィードを生成するために少なくとも一部のアルコールを脱水することを更に含み、少なくとも一部のオレフィンフィードはエステルを生成するためにカルボン酸と反応するオレフィンを供給する。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するための水素化分解とが、同じ反応器で行われる。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、一つの触媒を用いて行われる。方法は炭化水素を生成するために別の一部のアルコールをオリゴマー化することを更に含んでも良い。方法は、炭化水素を生成するために少なくとも別の一部のオレフィンフィードをオリゴマー化することを更に含んでも良い。
【００１０】
ある実施形態において、方法はオレフィンフィードを生成するために少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することを含んでおり、少なくとも一部のオレフィンフィードはエステルを生成するためにカルボン酸と反応するオレフィンを供給する。方法は、炭化水素を生成するために少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することを更に含んでも良い。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、同じ反応器において行われる。ある実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応と、アルコールを生成するためのエステルの水素化分解とが、一つの触媒を用いて行われる。そのような方法はオレフィンフィードを生成するために少なくとも別の一部のアルコールをオリゴマー化することを更に含んでも良く、少なくとも一部のオレフィンフィードはエステルを生成するためにカルボン酸と反応するオレフィンを供給する。
【００１１】
ある実施形態において、バイオマスをカルボン酸へと変換することは、水とカルボン酸塩とを含む液体発酵ブロスを得るためにバイオマスを発酵すること、カルボン酸塩から水を分離するために液体発酵ブロスを脱水すること、及びカルボン酸塩をカルボン酸へと変換することを更に含む。
【００１２】
ある実施形態においては、方法はアルコールを炭化水素へと変換することを更に含む。そのような実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解は同じ反応器で行われても良い。そのような実施形態においては、エステルを生成するためのカルボン酸とオレフィンとの反応及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解は一つの触媒を用いて行われても良い。アルコールの炭化水素への変換は、オリゴマー化処理を含んでも良い。ある実施形態においては、アルコールの炭化水素への変換は炭化水素を生成するための少なくとも一部のアルコールのオリゴマー化を含む。ある実施形態においては、アルコールの炭化水素への変換は、オレフィンフィードを生成するための少なくとも一部のアルコールの脱水、及び炭化水素を生成するための少なくとも一部のオレフィンフィードのオリゴマー化を含む。
【００１３】
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸塩に変換し、オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器において一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つを反応させ、オリゴマー化生成物から炭化水素を分離することによって、バイオマスから炭化水素を生成する方法も同様に開示されている。ある実施形態において、方法は、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールへと変換し、オリゴマー化生成物を生成する処理用のオリゴマー化反応器へ少なくとも一部のアルコールを供給することを更に含む。別の一部のカルボン酸をアルコールに変換することは、エステルを生成するための別の一部のカルボン酸とオレフィンとの反応及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解を含んでも良い。オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としての一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つのオリゴマー化反応器における反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、オリゴマー化反応器において行われても良い。オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としての一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つのオリゴマー化反応器における反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、一つの触媒を用いて行われても良い。
【００１４】
方法は、オリゴマー化生成物から再循環ストリームを分離すること、水素を生成するために改質装置において再循環ストリームを処理すること、及び生成された水素の少なくとも一部を、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する処理に供給することを更に含んでも良い。少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換される実施形態において、方法は、水素を生成するための改質装置における再循環ストリームの処理の前に、再循環ストリームからアンモニアを分離することを更に含んでも良い。ある実施形態において、方法は、水素を生成するための改質装置における再循環ストリームの処理の前に再循環ストリームからオレフィンを分離すること、及びオリゴマー化生成物を生成する処理のためのオリゴマー化反応器にオレフィンを供給することを含む。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換され、方法は、水素を生成するための改質装置における再循環ストリームの処理の前に再循環ストリームからアンモニアを分離することを更に含む。
【００１５】
ある実施形態においては、方法は、オリゴマー化生成物からの再循環ストリームの分離、再循環ストリームからのオレフィンの分離、及びオリゴマー化生成物を生成する処理用のオリゴマー化反応器へのオレフィンの供給を含む。
【００１６】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸に変換される。少なくとも一部のバイオマスのカルボン酸への変換は、カルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、及び酸回収処理を用いたカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩のカルボン酸への変換を含んでも良い。
【００１７】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスはケトンへ変換される。少なくとも一部のバイオマスのケトンへの変換は、カルボン酸カルシウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、及びカルボン酸カルシウム塩のケトンへの熱変換を含んでも良い。ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスのケトンへの変換は、カルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、酸回収処理を用いたカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩のカルボン酸への変換、及びカルボン酸のケトンへの触媒変換を含む。ある実施形態においては、方法は、別の一部のケトンを水素化することによって別の一部のケトンをアルコールに変換することを更に含む。
【００１８】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスのケトンへの変換は、カルボン酸カルシウム塩を生成するためのバイオマスの発酵、及びスイープガス（sweep gas）を利用して稼動するケトン反応器におけるケトンの熱蒸気及び炭酸カルシウムの生成を含む。スイープガスは反応性、凝縮性又はその両方を有しても良い。ある実施形態においては、スイープガスは水素を含む。ある実施形態においては、スイープガスは水蒸気を含む。
【００１９】
ある実施形態において、少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換される。そのような方法は、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換、及びオリゴマー化生成物を生成する処理用のオリゴマー化反応器へのアルコールの供給を更に含み、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩の第２のカルボン酸への変換、エステルを生成するための第２のカルボン酸とオレフィンとの反応、及びアルコールを生成するためのエステルの水素化分解を含んでも良い。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸アンモニウム塩に変換され、その方法は、オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器において一部のカルボン酸アンモニウム塩を反応する前にカルボン酸アンモニウム塩からアンモニアを分離することを更に含んでも良い。
【００２０】
ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスのカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸アンモニウム塩への変換は発酵装置における発酵処理を含み、当該方法は、オリゴマー化生成物からの気体の再循環ストリームの分離、及び気体の再循環ストリームの少なくとも一部の発酵装置への供給を含む。方法は、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換、及びアルコールのオリゴマー化反応器への供給を更に含んでも良い。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸に変換される。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはケトンに変換される。ある実施形態においては、少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸アンモニウム塩に変換される。そのような方法は、気体の再循環ストリームの少なくとも一部を発酵装置に供給する前に、気体の再循環ストリームからのアンモニアの分離を含んでも良い。
【００２１】
ある実施形態において、オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器における一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つの反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、オリゴマー化反応器において行われる。オリゴマー化生成物を生成する処理の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器における一部のカルボン酸、一部のケトン、又は一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つの反応、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩のアルコールへの変換は、一つの触媒を用いて行うことができる。
【００２２】
ある実施形態において、方法は、発酵装置から出る発酵ガスの分離、水素を生じるための改質装置における発酵ガスの処理と、及び別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールへ変換する処理への生成した水素の少なくとも一部の供給とを更に含む。
【００２３】
具体的な利点は本明細書中に列挙されているが、個々の実施形態は列挙された利点の全て若しくはいくつかを有しても良いし、全く有していなくても良い。また、他の技術的利点は以下の図及び説明を参照することによって、当業者にとって容易に理解される。
【００２４】
本発明及びその利点の例示である実施形態のより完全な理解のために、添付図面と組み合わせて以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１Ａ及び１Ｂは、それぞれ実施例に係るカルシウム及びアンモニアベースのバイオマス変換システムのブロック図である。
【図２】実施例に係るカルボン酸のアルコールへの変換を示すブロック図である。
【図３】実施例に係るカルボン酸のアルコールへの変換の詳細を示すブロック図である。
【図４】実施例に係る一つの反応器におけるカルボン酸のアルコールへの変換を示すブロック図である。
【図５】実施例に係る一つの反応器におけるカルボン酸のアルコールへの変換の詳細を示すブロック図である。
【図６】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）を示すブロック図である。
【図７】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）の詳細を示すブロック図である。
【図８】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）を示すブロック図である。
【図９】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＡ）の詳細を示すブロック図である。
【図１０】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）を示すブロック図である。
【図１１】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）の詳細を示すブロック図である。
【図１２】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）を示すブロック図である。
【図１３】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＢ）の詳細を示すブロック図である。
【図１４】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）を示すブロック図である。
【図１５】実施例に係るカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）の詳細を示すブロック図である。
【図１６】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）を示すブロック図である。
【図１７】実施例に係る一つの反応器において生じたアルコールを利用したカルボン酸のオレフィン及びアルコールを介した炭化水素への変換（オプションＣ）の詳細を示すブロック図である。
【図１８】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＡ１）を示すブロック図である。
【図１９】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＢ１）を示すブロック図である。
【図２０】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＡ２）を示すブロック図である。
【図２１】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＢ２）を示すブロック図である。
【図２２】実施例に係るカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換（オプションＡ２及びＢ２）の詳細を示すブロック図である。
【図２３】実施例に係るケトンの炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２４】実施例に係る同一の反応器において起こる水素化及びオリゴマー化によるケトンの炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２５】実施例に係るカルシウムベースのシステム用のバイオマスの完全変換を示すブロック図である。
【図２６】実施例に係るスイープガスの使用、及びケトン反応器から下流で稼動するユニットへの直接導入を示すブロック図である。
【図２７】実施例に係るカルボン酸の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２８】実施例に係る同一の反応器において起こる水素化及びオリゴマー化によるカルボン酸の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図２９】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ１）を示すブロック図である。
【図３０】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ１）を示すブロック図である。
【図３１】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ２）を示すブロック図である。
【図３２】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ２）を示すブロック図である。
【図３３】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への変換（オプションＡ２及びＢ２）の詳細を示すブロック図である。
【図３４】実施例に係るカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図３５】実施例に係る同一の反応器において起こる水素化及びオリゴマー化によるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図３６】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ１）を示すブロック図である。
【図３７】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ１）を示すブロック図である。
【図３８】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＡ２）を示すブロック図である。
【図３９】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（オプションＢ２）を示すブロック図である。
【図４０】実施例に係るアンモニアの事前除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への変換（オプションＡ２及びＢ２）の詳細を示すブロック図である。
【図４１】実施例に係るオリゴマー化前のアンモニアの除去を伴うカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図４２】実施例に係るオリゴマー化前のアンモニアの除去を伴う同一反応器における水素化及びオリゴマー化によるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を伴う発酵を示すブロック図である。
【図４３】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４４】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比３０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４５】実施例に係る３３０℃におけるＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４６】実施例に係る４００℃におけるＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトンのオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４７】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）によるアセトン及び水素のオリゴマー化に関する炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を示す。
【図４８】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）による酢酸のオリゴマー化に関する液相生成物分布を示す。
【図４９】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）による酢酸及び水素のオリゴマー化に関する液相生成物分布を示す。
【図５０】実施例に係るＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）による酢酸アンモニウムのオリゴマー化に関する液相生成物分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書中において開示されるものは、バイオマスからアルコール及び／又は炭化水素を生成するシステム及び方法である。本開示の実施形態によると、バイオマスからアルコール又は炭化水素を生成する方法は、バイオマスをカルボン酸に変換することを含む。カルボン酸はエステルを生成するためにオレフィンと反応させられる。エステルはアルコールを生成するために水素化分解される。そして、アルコールは炭化水素を生成するためにオリゴマー化することもできる。
【００２７】
本開示のある実施形態は技術的利点を有する。例えば、ある実施形態の技術的利点はバイオマス由来の化合物（すなわち、カルボン酸塩、カルボン酸、又はケトン）を燃料（アルコール、炭化水素）に変換可能であることを含む。他の実施形態の別の技術的利点は、水素化分解前にカルボン酸を（より一般的に起こる）アルコールよりもオレフィンと反応させ、それによって反応中における水の生成を避ける又は最小にするバイオマスからエタノールへの経路を含む。他の実施形態の更に別の技術的利点は、同一反応器において同一の触媒を用いて水素の存在下においてカルボン酸をオレフィンと反応させ、２段階ではなく１段階でアルコールを生成し、反応中において水素の生成を避ける又は最小にするバイオマスからエタノールへの経路を含む。他の実施形態の更に別の技術的利点は、炭化水素を生成するためにケトン又はカルボン酸の反応に水素を添加することを含む。他の実施形態の更に別の技術的利点は、カルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換を含み、それは水素を添加して又は添加せずにバイオマスの発酵によって起こる。
【００２８】
実施形態の例示的な実施が以下に示されているが、本開示のシステム及び方法は現在周知であるか否かに関わらずあらゆる技術を利用して実施可能であることが最初に理解されなければならない。本発明は以下に示される例示的な実施、図面及び技術に限定されない。また、図面は必ずしも正確に縮小しておらず、バルブや計器などの設備の明らかな構成要素を示していない。
【００２９】
ある実施形態の教示に係るアルコール及び炭化水素への経路が以下において説明される。様々な実施形態において用いられる触媒及び実施条件の例が以下の表１〜５に示されている。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
本明細書における具体的な生成物ストリームを参照すると、主要な生成物が説明されているが、他の生成物も生成物ストリーム中に存在しても良いことが理解されなければならない。非限定的な実施例として以下においてより詳細に説明されているように、水のストリームがアルコールを含んでも良い。
【００３６】
図１Ａ及び１Ｂは、発酵に何の緩衝システムが選択されるかに応じた二つのオプションを有するバイオマスの完全な変換の実施形態のブロック図を示す。図１Ａはカルシウムベースのシステム１００Ａを示し、図１Ｂはアンモニアベースのシステム１００Ｂを示す。
【００３７】
図１Ａ及び１Ｂによると、バイオマスの前処理及び発酵はステップ１１０Ａ／１１０Ｂで起こる。前処理は、バイオマスが“そのままで”十分に消化可能であるか否かに応じたオプションである。前処理は、当該分野において周知なように、限定するのではないが、例えば米国特許第5,693,296号及び第5,865,898号並びに米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号に記載されているような石灰前処理を利用して行われても良い。そして、可消化バイオマスはカルボン酸塩へと直接発酵されても良い。カルボン酸塩へのそのような発酵は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,962,307号、並びに米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されているように行われても良い。利用される緩衝システムに応じて、実施例において生成されるカルボン酸塩はカルシウム塩又はアンモニウム塩である。大半が水及びカルボン酸塩である液体発酵ブロスが発酵から得られても良い。更なる処理のために、カルボン酸塩はステップ１２０Ａ／１２０Ｂにおいて脱水されても良い。脱水は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号及び第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載されるような方法又はシステムを用いて行っても良い。ある実施形態の教示により、脱水が濃縮されたカルボン酸塩を生じることが理解される。ある実施例においては、ステップ１２０Ａ／１２０Ｂによって生じた水はステップ１１０Ａ／１１０Ｂのインプットとして用いられても良い。
【００３８】
カルシウムベースのシステム１１０Ａにおいて、カルボン酸カルシウム塩はステップ１２５Ａにおいてケトンへと熱変換される。そのようなケトンへの熱変換を行うシステム及び方法は、米国特許第6,043,392号及び第6,262,313号に記載されている。また、カルボン酸はステップ１３０Ａにおいて塩から回収されても良い。カルボン酸の回収は、限定するのではないが、例えば米国特許第6,395,926号に記載されているように“酸スプリンギング（acid springing）によって行われても良い。得られたカルボン酸又はケトンは、図２〜２４、２７及び２８に示されるように、下流に送られてステップ１４０Ａにおいて処理される。あるいは又は更に、例えば図１Ａ及び２５に記載される熱変換を利用したケトンの生成（ステップ１２５Ａ）は、図２６に示されるようなスイープガスを用いて、図１８−２４に示されるように適切な下流の処理と一緒にされても良い。また、例えば酸化ジルコニウムの触媒層にカルボン酸を通すことによってケトン／ケトン蒸気が生じてもよい。
【００３９】
アンモニアベースのシステム１００Ｂにおいて、カルボン酸はステップ１３０Ｂにおいてカルボン酸アンモニウム塩から回収されても良い。カルボン酸の回収は、限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/456,653号に記載されるように“酸スプリンギング”によって行われても良い。得られたカルボン酸は、図２−２２、２７及び２８に示されるように、下流に送られてステップ１４０Ｂにおいて処理されても良い。あるいは又は更に、カルボン酸アンモニウム塩は図２９−４２に示されるように下流に直接送られて処理されても良い。
【００４０】
カルシウムベースのシステム１００Ａ及びアンモニアベースのシステム１００Ｂにおいて、必要に応じて水素がステップ１４０Ａ／１４０Ｂに添加されても良い。水素は、他の場所で生成されて（例えばパイプライン又は他の適した装置を介して）輸送されても良いし、未分解の発酵残留物の気化によって、天然ガスの蒸気改質によって、変換中に生じる廃棄炭化水素ガスから、又は他の適した方法によってその場で生成されても良い。また、ある程度の水素は発酵ステップ１１０Ａ／１１０Ｂにおいて生成され、それは限定するのではないが、米国特許出願第11/948,506号に記載されているのと同様に回収されても良い。ある実施形態の教示により、高純度の水素は必要ないことが理解される。
【００４１】
図２はある実施形態に係るカルボン酸をアルコールへ変換するためのシステム２００のブロック図を示している。カルボン酸２０２は、エステル化反応器２２０においてオレフィン２０４と反応することによってエステル化される。得られたエステル２０５は別の水素化分解反応器２２２においてアルコール２０６へと水素化分解される。アルコール生成物２０６の一部は脱水反応器２２４においてオレフィン２０４を生成するために脱水されても良く、残りのアルコール２０６は生成物として捕集されても良い。必要に応じて、水素化分解反応器２２２から出たアルコール生成物２０６は蒸留により分離されても良い。高級アルコールを脱水することによって高級オレフィン（プロピレン及びそれ以上）を得ることができる。ある実施形態の教示により、第１級アルコールの代わりにオレフィンを用いることは、エステル化反応器２２２において水を生じることなくエステルを生成可能にすることが理解される。
【００４２】
図３は、実施形態に係るカルボン酸をアルコールへ変換するためのシステム２００の詳細な説明を示している。ある実施形態において、カルボン酸ストリーム２０２は、二つの部分２０２ａ及び２０２ｂへと分けられる。ストリーム２０２ａは、顕熱交換器２４０、潜熱交換器２４１、及び顕熱交換器２４２へと送られ、ストリーム２０２ａは過熱蒸気になる。ストリーム２０２ｂは、顕熱交換器２４３、潜熱交換器２４４、及び顕熱交換器２４５に送られ、ストリーム２０２ｂは過熱蒸気になる。過熱状態のカルボン酸蒸気ストリーム２０２ａ及び２０２ｂはエステル化反応器２２０においてオレフィン２０４と反応することによってエステル２０５を生成する。ある実施形態においては、エステル化反応器２２０は温度制御システムを備えている。エステル２０５は水素化分解反応器２２２において水素と反応することによってアルコール２０６を生成する。ある実施形態においては、水素化分解反応器２２２は温度制御システムを備えている。
【００４３】
アルコール生成物ストリーム２０６は二つのストリーム２０６ａ及び２０６ｂに分かれる。ストリーム２０６ａは、圧力が低減される膨張装置２４６に入る。低圧のアルコールは脱水反応器２２４に入る。ある実施形態の教示により、脱水は低圧で起きるため膨張装置２４６において圧力を低減することは脱水作用を向上することが理解される。ある実施形態において、脱水反応器２２４は温度制御システムを備えている。そして、脱水反応器２２４から出た（オレフィン２０６ａａ及び水２０６ａｂを含む）ストリーム２０６ａは、圧縮装置２４７において圧縮されて顕熱交換器２４５及び潜熱交換器２４４に入り、潜熱交換器はストリームを冷却して水２０６ａｂが凝縮できるようにする。オレフィン２０６ａａ及び水２０６ａｂはタンク２４８において分離されても良い。オレフィン２０６ａａは顕熱交換器２４５において加熱されるため、それはエステル化反応器２２０にオレフィン２０４の全部又は一部として入ることができる。タンク２４８から出た水２０６ａｂは顕熱交換器２４３において冷却される。ある実施形態において、水２０６ａｂは、膨張エネルギーを回収するために高圧液体２０６ａｂ’としてタービン２４９を流れても良い。液体２０６ａｂ’は主に水を有するが、脱水反応器２２４における脱水反応は可逆的であるためいくらかのアルコールを含んでも良い。液体２０６ａｂ’中のアルコールはカラム２５０における蒸留によって回収され、アルコールストリーム２０６に戻される。
【００４４】
生成物として回収されたアルコールの一部を含むストリーム２０６ｂは、顕熱交換器２４２、潜熱交換器２４１、及び顕熱交換器２４０を通って冷却される。タンク２５１内における気体の空間は、その後に水素化分解反応器２２２に再循環される水素を含んでも良い。ある実施形態において、ストリーム２０６ｂは膨張エネルギーを回収するために高圧液体２０６’の一部としてタービン２５２を流れてもよい。タンク２５３における気体の空間は、圧縮装置２５４により圧縮される水素を含んでも良い。その一部はライン２０６ｂｂを介して水素化分解反応器２２２に戻されても良い。
【００４５】
再循環ストリーム２０６ｂｂは非水素ガスを含んでも良く、それはある実施形態においてはシステム内における蓄積を防ぐためにライン２０６ｂｂ’を介してパージされる。ライン２０６ｂｂ’におけるパージされた気体は水素を回収するために分離装置へと送られ、又は処理熱のために燃焼される。ある実施形態においては、エステル化反応器２２０及び／又は水素化分解反応器２２２は高圧（〜２０００から４０００ｋＰａ）で稼動でき、一方、脱水反応器２２４は低圧（〜２０から５００ｋＰａ）で稼動する。図示された実施形態においては、膨張装置２４６は圧力低下からエネルギーを回収し、圧縮装置２４７に使用されるエネルギーを補うことができる。
【００４６】
ゼオライトなどのある種の触媒は両方の水素化活性を示し（限定するのではないが、例えば、Minachev, Kh.M、Garanin, V.I.、Kharlamov, V.V.、Kapustin, M.A.の“カチオンフォームのゼオライトにおけるアセトンの水素化（Hydrogenation of acetone on cationic forms of zeolites）”、Russian Chemical Bulletin 23(7)、１４７２−１４７５、１９７４年）、それらはオレフィン及びカルボン酸のエステルを生成する反応を促進する（限定する必要はないが、例えば米国特許第5,973,193号）。したがって、ある実施形態の教示によると、アルコールの生成のための水素化及びエステル化は一つの反応器で行われても良い。図４は、ある実施形態における一つの反応器２２１において起こるカルボン酸のアルコールへの変換を伴うシステム２００の簡略化した図である。図５は、一つの反応器２２１と連結されたエステル化反応器２２０及び水素化分解反応器２２２を備える図３に図示されているシステム２００の詳細を示している。
【００４７】
図６は、ある実施形態におけるカルボン酸を炭化水素に変換するためのシステム６００（“オプションＡ”）のブロック図である。カルボン酸６０２はエステル化反応器６２０においてオレフィン６０４と反応することによってエステル６０５を生成する。エステル６０５は水素化分解反応器６２２において水素と反応することによってアルコール６０６を生成する。アルコールストリーム６０６の一部は、オレフィン６０４及び水を生成するために脱水反応器６２４に送られる。残りのアルコールストリーム６０６は、炭化水素及び水を生成するオリゴマー化反応器６２６に送られる。
【００４８】
図７はある実施形態におけるオプションＡの詳細を示している。カルボン酸ストリーム６０２は二つ６０２ａ、６０２ｂに分けられる。ストリーム６０２ａが過熱蒸気になるように、ストリーム６０２ａは、顕熱交換器６４０、潜熱交換器６４１、及び顕熱交換器６４２に送られる。ストリーム６０２ｂが過熱蒸気になるように、ストリーム６０２ｂは顕熱交換器６４３、潜熱交換器６４４、及び顕熱交換器６４５に送られる。過熱状態のカルボン酸６０２ａ、６０２ｂはエステル化反応器６２０においてオレフィン６０４と反応する。ある実施形態においては、エステル化反応器６２０は温度制御システムを備えている。エステル６０５は水素化分解反応器６２２において水素と反応してアルコール６０６を生じる。ある実施形態においては、水素化分解反応器６２２は温度制御システムを備える。
【００４９】
アルコール生成物ストリーム６０６は二つのストリーム６０６ａ，６０６ｂに分けられる。ストリーム６０６ａは、圧力が低減される膨張装置６４６に入る。低圧のアルコールは脱水反応器６２４に入る。ある実施形態においては、脱水反応器６２４は温度制御システムを備えている。脱水反応器６２４から出た（オレフィン６０６ａａ及び水６０６ａｂを含む）ストリーム６０６ａは、圧縮装置６４７において圧縮され、ストリームを冷却して水６０６ａｂを凝結できる顕熱交換器６４５及び潜熱交換器６４４に入る。オレフィン６０６ａａ及び水６０６ａｂはタンク６４８において分離される。オレフィン６０６ａａは顕熱交換器６４５において加熱され、オレフィン６０４の一部としてエステル化反応器６２０に入る。タンク６４８から出た水６０６ａｂは顕熱交換器６４３において冷却される。ある実施形態においては、水６０６ａｂは高圧液体６０６ａｂ’の一部としてタービン６４９を流れても良い。液体６０６ａｂ’は主に水を含むが、脱水反応器６２４における脱水反応が可逆的であるため、いくらかのアルコールを含んでも良い。液体６０６ａｂ’中のアルコールはカラム６５０における蒸留によって回収され、アルコールストリーム６０６に戻される。
【００５０】
ストリーム６０６ｂはオリゴマー化反応器６２６に送られる。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器６２６は温度制御システムを備えている。オリゴマー化反応器６２６から出た生成物は、顕熱交換器６４２、潜熱交換器６４１、及び顕熱交換器６４０を通って冷却される。タンク６５１は、６０７を介してオリゴマー化反応器６２６に戻される未反応の種（例えば、低分子量オレフィン）を含んでも良い。ある実施形態においては、ストリーム６０６ｂは、膨張エネルギーを回収するために高圧液体６０６ｂ’の一部としてタービン６５２を流れても良い。タンク６５３は、圧縮装置６５４によって圧縮されて６０６ｂｂを介してオリゴマー化反応器６２６に戻される未反応の種を含んでも良い。炭化水素は６０８を介してタンク６５３から除去される。
【００５１】
再循環ストリーム６０７及び／又は６０６ｂｂは、システム内における蓄積を防ぐためにライン６０６ｂｂ’を介してパージされる未反応の気体を含んでも良い。パージされた気体は分離装置に送られて反応性の成分を回収しても良いし、処理熱のために燃やされても良い。ある実施形態においては、エステル化反応器６２０、水素化分解反応器６２２、及び／又はオリゴマー化反応器６２６は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動でき、一方で、脱水反応器６２４は低圧（〜２０から５００ｋＰａ）で稼動できる。図示された実施形態においては、膨張装置６４６は圧力低下からエネルギーを回収し、圧縮装置６４７によって使用されるエネルギーを補填することができる。
【００５２】
図４及び５と同様に、図８及び９は、エステル化及び水素化分解を行うための一つの反応器６２１を用いた図６及び７に示されるのと同一の構成を示している。
【００５３】
図１０は、別の実施形態におけるカルボン酸を炭化水素へ変換するためのシステム１０００（“オプションＢ”）のブロック図を示している。カルボン酸１００２はエステル化反応器１０２０においてオレフィン１００４と反応して、エステル１００５を生成する。エステル１００５は水素化分解反応器１０２２においてアルコール１００６へと水素化分解される。アルコールストリーム１００６はオリゴマー化反応器１０２６へと送られる。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器１０２６は、かなりの量の未反応中間産物（オレフィン）を十分に生成できるほど短い滞留時間だけ稼動し、中間産物は最終産物、炭化水素１００８及び水から分離される。図示された実施形態においては、オレフィン１００４はエステル化反応器１０２０へと戻される。
【００５４】
図１１は、別の実施形態におけるオプションＢの詳細を示している。カルボン酸ストリーム１００２が過熱蒸気になるように、カルボン酸ストリーム１００２は、顕熱交換器１０４０、潜熱交換器１０４１、及び顕熱交換器１０４２に送られる。過熱状態のカルボン酸１００２は、エステル化反応器１０２０においてオレフィンと反応することによって、エステル１００５を生じる。ある実施形態においては、エステル化反応器１０２０は温度制御システムを備えている。エステル１００５は水素化分解反応器１０２２に送られてアルコール１００６を生成する。ある実施形態においては、水素化分解反応器１０２２は温度制御システムを備えている。
【００５５】
アルコールストリーム１００６はオリゴマー化反応器１０２６に送られる。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器１０２６は温度制御システムを備えている。オリゴマー化反応器から出た生成物は、顕熱交換器１０４２、潜熱交換器１０４１、及び顕熱交換器１０４２を通って冷却される。ある実施形態においては、ストリーム１００６は、膨張エネルギーを回収するために高圧液体１００６’の一部としてタービン１０５２を流れても良い。ある実施形態においては、オリゴマー化反応器１０２６における滞留時間は十分に短いため、タンク１０５１の気体空間にかなりの量の未反応の種（例えば、低分子量のオレフィン）が存在でき、未反応の種はその後にエステル化反応器１０２０に供給されても良い。同様に、タンク１０５３は、圧縮装置１０５４を用いて圧縮されてエステル化反応器１０２０に送られる未反応の種１００７を含んでも良い。炭化水素１００８はタンク１０５３から除去される。
【００５６】
再循環ストリーム１００７及び／又は１００６ｂｂは、システム内における蓄積を防ぐために１００６ｂｂ’にパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置に送られても良いし、処理熱のために燃やされても良い。ある実施形態においては、エステル化反応器１０２０、水素化分解反応器１０２２、及びオリゴマー化反応器１０２６は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動できる。
【００５７】
図１２及び１３は、エステル化及び水素化分解を行うための一つの反応器１０２１を用いる図１０及び１１と同様の構成を示している。
【００５８】
図１４は、別の実施形態におけるカルボン酸を炭化水素へ変換するためのシステム１４００（“オプションＣ”）のブロック図である。カルボン酸１４０２はエステル化反応器１４２０においてオレフィン１４０４と反応することによって、エステル１４０５を生成する。エステル１４０５は水素化分解反応器１４２２においてアルコール１４０６へと水素化分解される。アルコールストリーム１４０６は、水及びオレフィン１４０４を生成するために脱水反応器１４２４に送られる。オレフィンストリーム１４０４は二つに分けられ、一方のストリームはエステル化反応器１４２０に行き、他方のストリームは炭化水素１４０８と水とを生じるオリゴマー化反応器１４２６に行く。オレフィン１４０４のみがオリゴマー化反応器１４２６に供給されるため、オリゴマー化中に水は生成されないが、ある実施形態の教示から、いくらかのアルコールがオリゴマー化反応器１４２６に向かうオレフィンストリーム中に存在し得ることが理解される。（水素化分解から残る）水素と（脱水反応器１４２４中で生成され得る）一酸化炭素とが存在すると、メタノール及び他のアルコールがオリゴマー化反応器１４２６において生成され、それ故に水が生成される場合がある。
【００５９】
図１５は、別の実施形態におけるオプションＣの詳細を示している。カルボン酸ストリーム１４０２は二つ１４０２ａ、１４０２ｂに分けられる。ストリーム１４０２ａが過熱蒸気になるように、ストリーム１４０２ａは顕熱交換器１４４０、潜熱交換器１４４１、及び顕熱交換器１４４２に送られる。ストリーム１４０２ｂが過熱蒸気になるように、ストリーム１４０２ｂは顕熱交換器１４４３、潜熱交換器１４４４、及び顕熱交換器１４４５に送られる。過熱状態のカルボン酸１４０２ａ、１４０２ｂはエステル化反応器１４２０においてオレフィン１４０４と反応することによって、エステル１４０５を生成する。ある実施形態においては、エステル化反応器１４２０は温度制御システムを備えている。エステル１４０５は、アルコール１４０６を生成するために水素化分解反応器１４２２に送られる。ある実施形態においては、水素化分解反応器１４２２は温度制御システムを備えている。
【００６０】
アルコール生成物ストリーム１４０６は、圧力が低減される膨張装置１４４６に入る。低圧のアルコールは脱水反応器１４２４に入る。ある実施形態においては、脱水反応器１４２４は温度制御システムを備えている。脱水反応器１４２４から出た（オレフィン１４０６ａ及び水１４０６ｂを含む）ストリーム１４０６は、圧縮装置１４４７を用いて圧縮され、ストリーム１４０６を冷却して水１４０６ｂが凝結できるようにする顕熱交換器１４４５及び潜熱交換器１４４４に入る。オレフィン１４０６ａ及び水１４０６ｂはタンク１４４８において分離される。オレフィン１４０６ａは顕熱交換器１４４５において再加熱される。オレフィンストリーム１４０６ａは二つ１４０６ａａ、１４０６ａｂに分けられる。ストリーム１４０６ａａはオリゴマー化反応器１４２６に送られ、ストリーム１４０６ａｂはエステル化反応器１４２０に送られる。タンク１４４８から出た水１４０６ｂは顕熱交換器１４４３において冷却される。ある実施形態においては、水１４０６ｂは高圧液体１４０６ｂ’の一部としてタービン１４４９を流れる。液体１４０６ｂ’は主に水を含んでいるが、脱水反応器１４２４における反応は可逆的であるため、いくらかのアルコールを含んでも良い。液体１４０６’中のアルコールはカラム１４５０における蒸留によって回収され、アルコールストリーム１４０６に戻される。
【００６１】
オリゴマー化反応器１４２６から出た生成物は、顕熱交換器１４４２、潜熱交換器１４４１、及び顕熱交換器１４４０を通って冷却される。ある実施形態においては、ストリーム１４０６ａａは、膨張エネルギーを回収するために高圧液体１４０６ａａ’の一部としてタービン１４５２を流れる。タンク１４５１中の気体空間は、オリゴマー化反応器１４２６に戻される未反応の種（例えば低分子量オレフィン）を含んでも良い。同様に、タンク１４５３は、圧縮装置１４５４を用いて圧縮されてオリゴマー化反応器１４２６に戻される未反応の種を含んでも良い。
【００６２】
再循環ストリームは、システム内における蓄積を防ぐためにパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置に送られても良いし、処理熱のために燃やされても良い。ある実施形態によると、エステル化反応器１４２０、水素化分解反応器１４２２、及び／又はオリゴマー化反応器１４２６は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動可能であり、一方、脱水反応器１４２４は低圧（〜２０から５００ｋＰａ）で稼動する。図示される実施形態においては、膨張装置１４４６は圧力低下によりエネルギーを回収し、圧縮装置１４４７が利用するエネルギーを補うことができる。
【００６３】
図１６及び１７は、図１４及び１５と同様であり、エステル化及び水素化分解を行うための一つの反応器１４２１を有する形態を示す。
【００６４】
図１８は、別の実施形態におけるオリゴマー化反応器においてケトン又はカルボン酸を炭化水素に直接変換するためのシステム１８００（“オプションＡ１”）のブロック図である。ケトン又はカルボン酸１８０２はオリゴマー化反応器１８２６に供給される。オリゴマー化反応器１８２６から出た生成物は、タンク１８５１において水、炭化水素１８０８、及び気体生成物に分離されても良い。ある実施形態においては、気体生成物はオリゴマー化反応器１８２６から出た生成物の３０から４０％であっても良い。気体生成物は、処理熱のために燃やされても良いし、一般的な手法（例えば、水蒸気改質、部分酸化、又は他の適切なシステム及び方法）により改質装置１８２３において水素へと改変されても良い。水素はアルコール反応器１８２１においてケトン又はカルボン酸１８０２の一部をアルコール１８０６へと変換するために使用され、その後にこれらのアルコール１８０６がオリゴマー化反応器１８２６に送られても良い。
【００６５】
ケトンが供給される場合、その後で適切な水素化触媒（例えば、ラネーニッケル、プラチナ、銅クロマイト、又は他の適切な水素化触媒）を用いて水素化が直接行われても良い。カルボン酸が供給される場合、アルコール生成物１８２１は図２から５に記載される処理の一つを含んでも良い。処理の詳細は、圧力を操作するための圧縮装置及び膨張装置と共に処理ストリームを加熱及び冷却するための適切な顕熱及び潜熱交換器を用いる図３、５、７、９、１１、１３、１５及び１７に記載される処理と類似していても良い。これらの詳細は繰り返し説明しない。
【００６６】
図１９は、オリゴマー化反応器においてケトン又はカルボン酸を炭化水素へ直接変換するためのシステム１９００（“オプションＢ１”）のブロック図である。この実施形態は、オレフィンを改質装置１８２３に送るよりもオレフィン１８０４を気体ストリームから回収してオリゴマー化反応器１８２６へと戻すために分離装置１８２５（例えば、圧力スイング吸着、膜、低温蒸留）をオプションＡ１に導入している。
【００６７】
図２０は、ケトン又はカルボン酸を炭化水素へと直接変換するためのシステム２０００（“オプションＡ２”）のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器１８２７へと組み込むことによってオプションＡ１を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に利用される同じ触媒は同様に水素化の効果があることが知られている（例えば、米国特許第3,894,107号及びMinachev,Kh.M., Garanin, V.I., Kharlamov, V.V., Kapustin, M.A.の“Hydrogenation of acetone on cationic formsof zeolites”、Russian ChemicalBulletin ２３（７）、ｐ１４７２−１４７５、１９７４年）ため、ケトン又はカルボン酸及び水が同じ反応器に直接供給されることによって、独立した水素化反応器とアルコール生成に必要な他の設備とを備える必要がなくなることが理解される。
【００６８】
図２１は、ケトン又はカルボン酸を炭化水素へ直接変換するためのシステム２１００（“オプションＢ２”）のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）とオリゴマー化の機構を一つの反応器１８２７に組み込むことによってオプションＢ１を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に利用される同じ触媒は同様に水素化の効果があることが知られているため、ケトン又はカルボン酸及び水素が同じ反応器に直接供給されることによって、独立した水素化反応器とアルコール生成に必要な他の設備とを備える必要がなくなることが理解される。
【００６９】
図２２は、ある実施形態における（図２０のオプションＡ２及び図２１のオプションＢ２に基づく）水素化及びオリゴマー化のための一つの反応器を用いたカルボン酸又はケトンの炭化水素への直接変換のためのシステム２２００の詳細な工程フロー図である。カルボン酸又はケトンのストリーム２２０２は、（例えばフィードポンプ２２０３を介して）顕熱交換器２２４０、潜熱交換器２２４１及び顕熱交換器２２４２へと送られ、ストリーム２２０２は過熱蒸気になる。加熱状態のカルボン酸又はケトン及び水素は水素化／オリゴマー化反応器２２２７に送られる。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器２２２７は温度制御システムを備えている。水素化／オリゴマー化反応器２２２７から出た生成物は、顕熱交換器２２４２、潜熱交換器２２４１、及び顕熱交換器２２４０を通って冷却される。ある実施形態においては、この高圧液体は、膨張エネルギーを回収するために高圧液体２２０２’の一部としてタービン２２５２を流れる。水素化／オリゴマー化反応器２２２７に再循環されるタンク２２５１の気体空間には未反応の種（例えば低分子量オレフィン）が存在しても良い。同様に、タンク２２５３は、圧縮装置２２５４により圧縮されて水素化／オリゴマー化反応器２２２７へと送られる未反応の種を含んでも良い。炭化水素２２０８はタンク２２５３から除去されても良い。
【００７０】
再循環ストリームは、システム内に蓄積するのを防ぐためにパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置へと送られても良いし、処理熱のために燃やされても、水素へと改変されても良い。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器２２２７は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動する。
【００７１】
図２３は、図１Ａに記載された経路の一つに相当するケトンを炭化水素へと直接変換するシステム２３００のある実施形態のブロック図である。図示された実施形態において、生分解性を向上するために、バイオマス２３７０は石灰を用いて（限定するのではないが、例えば米国特許第5,693,296号、第5,865,898号並びに米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号に記載された石灰の前処理を用いて）任意に前処理される。そして、前処理されたバイオマス２３７０は、発酵装置２３８２において直接発酵され、（限定するのではないが、例えば米国特許第5,962,308号並びに米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されるように）カルボン酸塩２３７２を生じる。得られたカルボン酸塩２３７２は、（限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号、及び第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載される方法又は装置を用いて）濃縮装置２３８４において脱水され、結果的に濃縮される。濃縮された塩は、ケトン反応器２３８６において（限定するのではないが、例えば米国特許第6,043,392号及び第6,262,313号に記載される方法又は装置を用いて）ケトン２３０２に変換される。ケトン２３０２は図１８−２２に記載される方法と同様に炭化水素２３０８及びアルコール２３０６に直接変換されても良い。しかし、図示された実施形態においては、オリゴマー化反応器２３２６から出た気体２３２９は、例えばタンク２３５１を通って発酵装置２３８２へと向けられる。発酵装置２３８２において、生物学的に反応性の種（例えば水素及び一酸化炭素）はカルボン酸塩２３７２に変換される。二酸化炭素は、一般的な方法（例えばアミン吸着、膜、低温）を用いる分離装置２３２５により、発酵装置の排出ガス２３３０中の発酵装置２３８２から出る高エネルギーの気体（例えば、水素、メタン）２３３０’から分離される。高エネルギーの気体２３３０’は、アルコール反応器２３２１用の水素を生成するために改質装置２３２３へと送られる。オリゴマー化反応器２３２６から出た水２３３１の全て又は一部（２３１０）は、例えばタンク２３５１における分離の後に、改質装置２３２３で使用されても良い。
【００７２】
図２４は、ある実施形態における図１Ａに示される経路の一つに相当するケトンを炭化水素へと直接変換するシステム２４００のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器２３２７に組み込むことによってシステム２３００を改良しており、ケトン及び水素の両方がこの反応器へと供給される。
【００７３】
図１に図示されており説明されたように、ある実施形態において、バイオマスはカルシウムベースのシステムを用いて炭化水素へと変換されても良い。この処理により、カルボン酸塩からのケトンの生成はケトンのアルコール及び炭化水素への次の変換と一体化する。図１の一部である図２５は、ある実施形態におけるカルシウムベースのシステムのバイオマスの完全な変換を示すブロック図である。当該処理の第一段階は（限定するのではないが、例えば石灰による前処理などの）前処理である。石化による前処理は、限定するのではないが、例えば米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号と同様に米国特許第5,693,296号及び第5,865,898号に記載されている。未加工のバイオマスが十分に可消化性である場合は、そのような前処理は任意である。そして、可消化性バイオマスはカルボン酸塩へと直接発酵される。そのような発酵は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,962,307号並びに米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されている。発酵から、主に水とカルボン酸塩とを含む液体発酵ブロスが得られる。更なる処理のために、カルボン酸塩は、限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号及び第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載されているような脱水１２０Ａによって濃縮されても良い。カルボン酸カルシウム塩が生成される現在考えられるケースでは、カルボン酸カルシウム塩はケトンへと熱変換１２５Ａされても良い。そのような熱変換は、限定するのではないが、例えば米国特許第6,262,313号に記載されるように行われても良い。また、ケトンは例えば酸化ジルコニウムの触媒層にカルボン酸を通すことによって生成されても良い。得られたケトンは、図１８−２４に関して上述されたように処理されるために下流へ送られる。したがって、そのような実施形態においては、適切な下流の処理１４０Ａ’は図１８−２４に示されるように行われる。
【００７４】
カルボン酸塩の乾留によってケトン反応器において生成されたケトンは、分解を避けるためにすぐに除去されて冷却されなければならない。従来の方法はケトン反応器における滞留時間を減らすために真空を利用しており、真空及び冷却設備が必要であった。例えば米国特許第6,262,313号においては、カルボン酸塩は、真空環境における加熱並びにその後の凝縮及び回収によって、ケトンへと熱変換されている。上述したように、真空及び凝縮は、迅速に熱い反応領域からケトンを除去し、分解を避けることによって収率を向上するが、そのような真空状態を回避することは経済的により望まれる。
【００７５】
ケトンの分解を避けるというこの同一の目的はスイープガスの使用によって達成でき、それにより真空及び大型の冷却装置に関する資本金を削減できる。ある実施形態においては、ケトン反応器は、スイープガスを利用して（例えば図１８−２４に示されるような）アルコール及び炭化水素を生成するための下流の単位プロセス（unit operation）と一体化される。図２６は、ある実施形態においてスイープガスの使用とケトン反応器から下流の単位プロセスへのケトン蒸気の直接導入とを取り入れたシステム１００Ａ”を示すブロック図である。
【００７６】
図２６に示されるように、費用のかかる真空及び大型の冷却装置は、スイープガス１２１を導入することによって回避することができる。この実施形態においては、カルボン酸カルシウム塩１２４はスイープガス１２１と共にケトン反応器１２５Ｂに導入される。ケトン反応器１２５Ｂから出るケトンの熱蒸気１２６Ａが例えば分解を避けるために熱交換器１２７Ａによって冷却されて、冷却されたケトン蒸気１２６Ｂが上述の図１８−２４に示されるように次の単位プロセス１４０’へと送られる場合、ケトンの凝縮は回避可能である。このように、カルボン酸塩の乾留から生成されたケトンは、凝縮の必要なくアルコール又はガソリン変換へと直接送られても良く、これによって下流の凝縮、加熱及び蒸発設備に係る資本金を節約することができる。スイープガスはケトン反応器１２５Ｂにおいて生成されたケトンを迅速に除去するため、以前の真空法には必要であった低圧ケトンを除去及び凝縮するのに必要な真空及び冷却設備を除去することによってかなりの資本金の節約が予測される。
【００７７】
スイープガスの使用とケトン反応器から下流の単位プロセスへのケトン蒸気の直接導入とは、一緒に利用することもできるし、別々に利用することもできることが理解されなければならない。ケトン反応器１２５Ｂから出たケトン蒸気が、スイープガスの補助の有無に関わらず、下流の変換１４０’に直接送られる場合、図２２に示されるフィードポンプ２２０３、顕熱交換器２２４０、及び潜熱交換器２２４１はもはや利用されない又は必要ではない。ケトン反応器１２５Ｂから出たケトン蒸気は下流の単位プロセス１４０’において直接反応するため、従来の真空処理に必要であった凝縮設備、周辺設備、及びケトンの再蒸発に必要な下流の設備を除去することによって、かなりの資本金の削減が実現される。ケトン蒸気を直接炭化水素又はアルコールに反応することは、凝縮などの分離工程が利用される場合に材料の損失を低減できる。さらに、液体の加熱又は冷却を避けることによって、高いエネルギー効率が可能になる。
【００７８】
酸化剤（例えば、酸素）以外の多くの気体がスイープガスとして利用可能である。スイープガスのオプションが実施され、ケトンを濃縮することが望まれる場合は、窒素などの非凝縮性スイープガスにより生じ得るケトン蒸気の損失を最小限にする／回避するために、凝縮性スイープガスが利用可能である。そのような凝縮性スイープガスの一例は水蒸気である。ＨＹＳＹＳによるシミュレーションは、水蒸気がスイープガスとして利用される場合、ケトンはほとんど損失されないことを示唆している。水蒸気は、炭化水素が最終産物である場合、水蒸気が凝縮すると、それは炭化水素と非混和性であり、そこから容易に分離されるという更なる利点を有している。
【００７９】
上述したように、スイープガスは酸化剤（例えば酸素）以外のいかなる気体であっても良いが、いくらか又は全てのケトンを水素化するために水素が下流で使用される場合、水素の使用が望まれる。したがって、アルコール又は炭化水素を生成する場合、水素は反応物でもあるため好適なスイープガスである。ケトン反応器１２５Ｂにおけるケトンの低い分圧を保つために、かなりの量の水素を再循環することが望まれても良い。そのような実施形態においては、下流の処理１４０Ａ’由来のガス１２２はケトン反応器１２５Ｂへと再循環されても良い。再循環ガス１２２は、ケトン反応器１２５Ｂへの再循環のために対向流熱交換器１２７Ｂを通されても良い。
【００８０】
文献（Ardagh, E.G.R.,Barbour, A.D., McClellan, G.E., and McBride, E.W. “Distillaiton of acetate of lime, Industrial and EngineeringChemistry”１６ ｐ１１３３−１１３９ １９２４年）には、窒素のスイープガスの使用が記載されている。しかし、窒素は不活性であり且つ非凝縮性である。この開示によると、反応性（例えば水素）又は凝縮性（例えば水蒸気）のスイープガスが利用される。
【００８１】
スイープガスが利用される場合、重要な検討事項は炭化水素の変換がケトン反応器と同じ圧力で起きるか否か、すなわち、圧力が真空から１気圧であるかどうかである。実験は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライトを用いたケトン及び第２級アルコールの炭化水素変換は１気圧が適していることを示した。そのような場合、蒸気は十分な冷却及び加熱の後に下流の単位プロセスに直接送られる。しかし、下流の処理１４０Ａ’において求められる圧力が高い場合、圧縮装置１２８が用いられても良い。スイープガスが再循環される場合、例えば熱効率を向上するために、膨張装置１２９及び／又は対向流熱交換器１２７Ｂが用いられても良い。
【００８２】
ケトン変換及び炭化水素変換の圧力及び温度が近似値である場合、より単純な方法が実施可能である。この場合、触媒がケトン反応器１２５Ｂの排出部に配置されることによって、ケトン反応器１２５Ｂから出る際にケトンが反応する。
【００８３】
これらの実施形態のいくつか及びケトンを炭化水素へと変換するための下流の単位プロセスのいくつかにおいて、水素化触媒（例えば銅クロマイト）が反応器の最初の部分に充填され、脱水／オリゴマー化触媒（例えばＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト）がその後に充填された二元触媒層が利用可能である。この二元触媒層は、全て又は大半のケトンのアルコールへの変換を可能にするため、収率を向上すると共により好ましい炭化水素の生成を可能にする。したがって、全て又は一部のケトンをアルコールに変換する水素化触媒が最初に使用され、その後にアルコール及び／又はケトンを炭化水素に変換する脱水／オリゴマー化触媒が使用される二元触媒層が利用可能である。または、水素化触媒（例えばプラチナ）をゼオライト触媒の孔に直接組み込むように、ゼオライト触媒を改良することもできる。同一の層に二つの異なる触媒を用いることは資本設備の費用を低減することができ、二つの反応装置を一つの反応装置にまとめることによって、原料の損失を最小限にすることができる。
【００８４】
多くの場合、オリゴマー化反応器から出た炭化水素生成物はかなりの量のオレフィンを含んでいる。ある実施形態においては、ほぼ水を含んでいないこれらの凝縮された生成物は別のオリゴマー化反応器に送られることによって（又はオリゴマー化反応器に再循環されることによって）、炭化水素の最終産物の鎖長を長くすることができる。
【００８５】
図２７は、ある実施例における図１Ａ及び１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸を炭化水素へ直接変換するシステム２５００のブロック図である。この実施形態は、（ケトンの代わりに）カルボン酸２３０２を炭化水素２３０８に直接変換することによって図２３のシステム２３００を改良している。処理ステップは、酸回収システム２３８８を用いて（限定するのではないが、例えば米国特許第6,395,926号又は米国特許出願第11/456,653号に記載されている“酸スプリンギング”によって）カルボン酸塩がカルボン酸に変換されることを除いて、システム２３００に記載されたステップと類似している。
【００８６】
図２８は、ある実施形態における図１Ａ及び１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸を炭化水素に直接変換するシステム２６００のブロック図である。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器２３２７に組み込み、カルボン酸及び水素がこの反応器に供給されることによって、図２７のシステム２５００を改良している。
【００８７】
図２９は、ある実施形態におけるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換のためのシステム２７００のブロック図である。当該実施形態は、（スラリー及び／又は溶液状態の固体である）カルボン酸アンモニウム塩２７０２をシステム２７００に供給することによって図１８のオプションＡ１を改良している。カルボン酸アンモニウム塩２７０２は、完全に気化するとアンモニア及びカルボン酸に分解する揮発性の塩である。アミドなどの他の生成物も形成されるであろう。図２９において、カルボン酸アンモニウム塩２７０２の一部は、カルボン酸アンモニウム塩２７０２をアルコール２７０６へと変換するアルコール反応器２７２１へ送られても良い。ある実施形態の教示により、いくらかのカルボン酸アンモニウム塩を変換することは、システム２７００が改質装置２７２３から利用可能な水素を得るという利点を有することを可能にすることが理解される。そのようなアルコールへの変換は、限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/456,653号に記載されている方法を用いて行うことができ、別の実施形態においては、それは（限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/456,653号に記載されているように）最初にカルボン酸へと変換され、その後に（例えば図２−５に記載されているように）アルコールに変換されても良い。方法の詳細は、圧力を操作するための圧縮装置及び膨張装置と共に生成物ストリームを加熱及び冷却するための適切な顕熱及び潜熱交換器を用いる図３、５、７、９、１１、１３、１５及び１７に記載された方法の詳細と類似している。これらの詳細は繰り返し説明しない。
【００８８】
カルボン酸アンモニウム塩が蒸発されてオリゴマー化反応器２７２６に入った後に、カルボン酸のみが炭化水素２７０８へ変換される。アンモニア２７０９は未反応のまま通過する。そのような知見はButterらの特許（米国特許第3,894,107号）においても見られ、彼らはＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト触媒に窒素含有化合物を通過させ、生成物として炭化水素と未反応のアンモニアを得ている。図４３−５０の例のいくつかにおいて示されるような特定の条件下においては、アンモニアは反応することによって、アセトニトリルなどの他の有益な化合物を生成することができる。
【００８９】
システム２７００において、アンモニア２７０９は生成物から回収される。最初に、アンモニアの一部が生じた水に溶解するため、分離装置２７５６（例えばフラッシュタンク）が水２７１０をアンモニア２７０９と分離するために利用されても良い。また、アンモニアの一部がオリゴマー化反応器２７２６から出る気体中に存在しても良い。その気体ストリームからアンモニアを除去するために、アンモニア分離装置２７５５が利用されても良い。例えば、層には固体の酸吸収剤が充填されており、酸吸収剤は可逆的にアンモニアと結合し、層が飽和するとアンモニアを脱離する（二つ以上の並行に稼動するこれらのユニットを備えることによって、処理は吸収サイクルから脱離サイクルへと切り替え可能であるため、継続的にストリームからアンモニアの除去ができる）。そして、アンモニアを含まない気体２７５７は、図２９に示されるように、処理熱のために燃やされるために送られても良いし、及び／又は水素を生成するために改質装置２７２３に送られても良い。生成された水素はアルコール反応器２７２１において利用されても良い。ある実施形態においては、アンモニア２７０９もアルコール生成ユニット２７２１において放出及び回収される。
【００９０】
図３０は、オリゴマー化反応器においてカルボン酸アンモニウム塩を炭化水素へ変換するためのシステム２８００のブロック図である。当該実施形態は、オレフィンを改質装置２８２３に送るよりも、オレフィン２８０４を気体ストリームから回収してオリゴマー化反応器２８２６へと戻すために、図２９のシステム２７００へ分離装置２８２５（例えば、圧力スイング吸着、膜、低温蒸留）を組み込むと共に、カルボン酸アンモニウム塩２８０２をシステム２８００へ供給することによって図１９のオプションＢ１を改良している。
【００９１】
図３１は、カルボン酸アンモニウム塩を炭化水素へと直接変換するためのシステム２９００のブロック図である。当該実施形態は、システム２７００のオリゴマー化及び水素化処理を一つの反応器２９２７に組み込むと共に、カルボン酸アンモニウム塩２９０２をシステム２９００に供給することによって図２０のオプションＡ２を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に利用される触媒は同様に水素化の効果を有することが知られている（限定するのではないが、例えば、米国特許第3,894,107号、Minachev, Kh.M、Garanin, V.I.、Kharlamov, V.V.、Kapustin, M.A.の“カチオンフォームのゼオライトにおけるアセトンの水素化（Hydrogenation ofacetone on cationic forms of zeolites）”、Russian Chemical Bulletin 23(7)、１４７２−１４７５、１９７４年）ため、カルボン酸アンモニウム塩と水素とが同じ反応器に直接供給されることによって、独立した水素化反応器及びアルコール生成に用いられる別の設備が必要なくなることが理解される。
【００９２】
図３２は、カルボン酸アンモニウム塩を炭化水素に直接変換するためのシステム３０００のブロック図である。当該実施形態は、システム２８００のオリゴマー化及び水素化処理を一つの反応器３０２７に組み込むと共に、カルボン酸アンモニウム塩３００２をシステム３０００に供給することによって、図２１のオプションＢ２を改良している。ある実施形態の教示により、オリゴマー化に用いられる触媒は同様に水素化の効果も有することが知られているため、カルボン酸塩と水素とは同じ反応器に直接供給することによって、個別の水素化反応器及びアルコール生成に用いられる他の設備が必要なくなることが理解される。
【００９３】
図３３は、ある実施形態における（図３１及び３２に図示されるオプションＡ２及びＢ２に基づく）水素化及びオリゴマー化用の一つの反応器を用いて（スラリー及び／又は溶液状態である固体の）カルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換のためのシステム３１００の詳細な処理フロー図である。カルボン酸アンモニウムストリーム３１０２は顕熱交換器３１４０、潜熱交換器３１４１及び顕熱交換器３１４２に送られ、ストリーム３１０２は過熱蒸気になる。この過熱ストリーム及び水素が水素化／オリゴマー化反応器３１２７に送られる。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器３１２７は温度制御システムを備えている。水素化／オリゴマー化反応器３１２７から出た生成物は、顕熱交換器３１４２、潜熱交換器３１４１、及び顕熱交換器３１４０を通って冷却される。ある実施形態においては、この高圧液体は、膨張エネルギーを回収するために高圧液体３１０２’の一部としてタービン３１５２を流れる。後で水素化／オリゴマー化反応器３１２７に再循環されるタンク３１５１の気体空間には未反応の種（例えば低分子量オレフィン）が存在しても良い。同様に、タンク３１５３は、圧縮装置３１５４を用いて圧縮されて水素化／オリゴマー化反応器３１２７に送られる未反応の種を含んでも良い。
【００９４】
再循環ストリームは、システム内において蓄積するのを防ぐためにパージされる非反応性ガスを含んでも良い。パージされた気体は、反応性成分を回収するために分離装置に送られても良いし、処理熱のために燃やされても、水素へと改質されても良い。ある実施形態においては、水素化／オリゴマー化反応器３１２７は高圧（〜３０００ｋＰａ）で稼動可能である。
【００９５】
タンク３１５１及び３１５３から出た気体が水素化／オリゴマー化反応器３１２７に戻される前に、又はその一部がパージされる前に、当該気体をアンモニア分離装置３１５５に通すことによって、アンモニア３１０９が除去されても良い。例えば、可逆的にアンモニアに結合する固体の酸吸収剤が充填されている層が利用されても良く、層が飽和するとアンモニアの脱離が起こる。ある実施形態においては、並行に稼動する二つ以上のこれらのユニットを備えることによって、処理が吸収サイクルから脱離サイクルへと切り替え可能になるため、継続的にストリームからアンモニアを除去することができる。また、タンク３１５３において炭化水素３１０８及び気体ストリームから分離される水３１１０はいくらかのアンモニアを含んでも良く、当該アンモニアは、例えば顕熱交換器３１５７において水蒸気を用いて温度を上昇されて水蒸気をタンク３１５６（例えばフラッシュタンク）に送ることによって水から分離されるため、液相においてアンモニアを含まない水が回収される間に、気相においてアンモニア３１０９を回収可能になる。または、水からアンモニアを揮散するために水蒸気ストリッパを利用することもできる。
【００９６】
図３４は、図１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸アンモニウム塩を炭化水素へと直接変換する方法のためのシステム３２００の実施形態のブロック図である。図示される実施形態において、バイオマス３２７０は、（限定するのではないが、例えば米国特許第5,693,296号及び第5,865,898号並びに米国特許出願第60/423,288号及び第60/985,059号に記載される石灰前処理を用いて）生分解性を高めるために、３２８０において任意に前処理される。次に、前処理されたバイオマス３２７０は３２８２において（限定するのではないが、例えば米国特許出願第11/298,983号及び第11/456,653号に記載されるように）カルボン酸アンモニウム塩３２０２へと直接発酵される。得られたカルボン酸アンモニウム３２０２は（限定するのではないが、例えば米国特許第5,986,133号、第7,251,944号、第7,328,591号並びに米国特許出願第60/985,059号に記載される方法又は装置を用いて）濃縮される。カルボン酸アンモニウム塩３２０２は、図２９−３３に記載される方法と同様に炭化水素３２０８及びアルコール３２０６へと直接変換されても良い。しかし、この実施形態においては、オリゴマー化反応器３２２６から出た気体３２２９は、タンク３２５１における炭化水素３２０８及び水３２３１からの分離の後に、発酵装置３２８２へと送られる。発酵装置３２８２において、生物学的に反応性の種（例えば水素及び一酸化炭素）及び緩衝作用を有する種（例えばアンモニア）はカルボン酸アンモニウム塩３２０２に変換される。発酵装置３２８２から出た高エネルギーの気体３２３０’（例えば水素及び／又はメタン）は、（例えばアミン吸着、膜、低温などの）一般的な方法を用いて発酵装置排出ガス３２３０中の二酸化炭素から分離される。高エネルギーの気体３２３０’はアルコール生成装置３２２１用の水素を生成するために改質装置３２２３に送られる。（例えばタンク３２５６を用いて）オリゴマー化反応器３２２６から出た水から又はアルコール生成装置３２２１から回収されたアンモニア３２０９は、それが分離装置３２２５由来の二酸化炭素と接触する充填層３２５８を介して発酵装置３２８２へと送られる。この実施形態は、発酵装置３２８２において容易にｐＨの制御を可能にする重炭酸アンモニウムを生成する。破線で示されるように、（例えば発酵装置におけるより良いｐＨの制御を可能にするため）オリゴマー化反応器３２２６から生じた気体ストリーム３２２９中に存在するアンモニアを除去することが望まれても良く、アンモニア分離装置３２５５（例えば固体の散吸収剤が充填された層）が用いられても良い。この気体から回収されたアンモニア３２０９’は、オリゴマー化反応器３２５５から出た水３２３１由来のアンモニア３２０９とアルコール反応器３２２１由来のアンモニア３２０９”とに加わり、発酵装置におけるｐＨを制御するための重炭酸アンモニウムに変換されるために充填層３２５８へと送られる。オリゴマー化反応器３２２６から出た水３２１０は、アンモニア３２０９がそこから除去された後に、改質装置３２２３において使用されても良い。
【００９７】
図３５は、ある実施形態における図１Ｂに示される経路の一つに相当するカルボン酸アンモニウム塩を炭化水素に直接変換するシステム３３００を示す。この実施形態は、アルコール生成（例えば水素化）及びオリゴマー化の機構を一つの反応器３３２７に組み込み、この反応器にカルボン酸アンモニウム塩と水素の両方を供給することによって、システム３２００を改良している。
【００９８】
図３６から４２は、いくつかの実施形態におけるカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換のためのシステム３４００から４０００を示している。システム３４００から４０００は、オリゴマー化ユニットに入る前に、カルボン酸アンモニウムストリームからアンモニアを除去及び回収することによって、図２９から３５のシステム２７００から３３００を改良している。気体ストリームからアンモニアを除去するために、アンモニア分離装置３４５５／３５５５／３６５５／３７５５／３８５５／３９５５／４０５５が利用されても良い。例えば、固体の酸吸収剤が充填された層が可逆的にアンモニアと結合するために用いられても良い。そして、層が飽和すると、アンモニアは脱離される。ある実施形態においては、並行に稼動する二つ以上のこれらのユニットを有することによって、処理は吸収サイクルから脱離サイクルへと切り替え可能になるため、継続的にストリームからアンモニアを除去することができる。
【００９９】
エステル化、水素化及びオリゴマー化反応は発熱反応であるため、上述のいくつか又は全ての構成においてトリム冷却が実施可能である。全ての場合において、提供された反応器内における反応が不完全である又は副産物が生成される可能性がある。これらの場合、未反応の反応物又は副産物を分離して更に処理することが可能である。
【０１００】
特徴
ある実施形態は、以下の特徴のいくつか又は全てを含んでも良く、含まなくても良い。エステルを生成するためのオレフィンのカルボン酸との反応は不可逆であるため、反応は容易に高変換物へと進行する。対照的に、エステルを生成するためのカルボン酸のアルコールとの反応（より一般的な手法）は可逆的である。反応を完全に進行させるためには反応中にエステル生成物を除去する必要があるが、それは困難である。
【０１０１】
アルコールの脱水反応は可逆的であるが、低圧で行うことによってより有利になる。圧力の低減は膨張装置によって実行され、それは脱水反応器から出た気体の再圧縮中に使用するエネルギーを回収する。
【０１０２】
オレフィン及びカルボン酸の反応から形成されたエステルを水素化分解するエステル化触媒の機能は、アルコールを生成するためにオレフィン及び水素が同じ反応器に直接供給されるため、水素化分解のための分離ユニットの実装のための支出を回避する。
【０１０３】
ケトン、カルボン酸又はカルボン酸アンモニウム塩の炭化水素への直接変換（図１８から２４、２７から３５）は、ケトン、カルボン酸又はカルボン酸アンモニウム塩の最初にアルコールになりその後に炭化水素になる変換（図６から１７）と比べて、水素の必要量が少なくなる。これらのステップを一緒にすること（ケトン／カルボン酸／カルボン酸アンモニウムの直接変換及びアルコール変換）は、水素の利用可能量と一致するように処理を“調整”可能にする。水素が容易に利用可能である場合、その後はアルコール経路が好ましい。水素が乏しい場合、その後はケトン／カルボン酸／カルボン酸アンモニウムの直接経路が好ましい。
【０１０４】
供給物を水素化するオリゴマー化触媒の機能は、ケトン、カルボン酸及び／又はカルボン酸アンモニウム塩が炭化水素を生成するために利用可能な水素と共に同じ反応器へ直接供給されるため、アルコールを生成するための分離ユニットの実装のための支出を回避する。
【０１０５】
発酵と一体化した処理（図２４、２７、２８、３４及び３５）は、生物学的に反応性の気体及びアンモニアがカルボン酸塩に変換され、改質装置に送られる又は改質装置で水素に変換される前に分離される必要が無いため、分離装置及び改質装置に関する負担を軽減する。
【実施例】
【０１０６】
以下のセクションは様々な実施形態の実施例に関する更なる詳細を提供する。
【０１０７】
実施例１：イソプロパノールから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ３０）
【０１０８】
材料及び方法
液体のプロパノールが気化され、表１．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体と気体の二つの画分に分離された。ガスクロオマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって各生成物の合計量が測定されて組成が決定された。
【０１０９】
結果
表１．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は６８．８９％であり、気体画分は３１．１３％であった。表１．３は液体画分中の生成物の分類を表している。
【０１１０】
【０１１１】
【０１１２】
【０１１３】
実施例２：イロプロパノールから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１１４】
材料及び方法
液体のイソプロパノールは気化され、表２．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体と気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１１５】
結果
表２．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は６３．２３％であり、気体は３６．７７％であった。表２．３は液体画分中の生成物の分類を表している。表１．３及び２．３は触媒（Ｈ−ＺＳＭ−５ Ｓｉ／Ａｌ２８０とＳｉ／Ａｌ３０）を除き同一の条件を表している。生成物分布は似ているが、Ｓｉ／Ａｌ２８０は生成物中により少ないコークスとより多くのパラフィンとを含んでおり、それは良質の燃料にとって重要である。図４３は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いたイソプロパノールのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を表している。
【０１１６】
【０１１７】
【０１１８】
【０１１９】
実施例３：アセトンから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ３０）
【０１２０】
材料及び方法
液体のアセトンは気化され、表３．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１２１】
結果
表３．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は６７．１６％であり、気体は３２．８６％であった。表３．３は液体画分における生成物の分類を表している。図４４は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比３０）を用いたアセトンのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を表している。これらの条件下において、反応は完全に終了しなかったが、別の条件はほぼ完全な変換が可能であることを示している（実施例５参照）。
【０１２２】
【０１２３】
【０１２４】
【０１２５】
実施例４：アセトンから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１２６】
材料及び方法
液体のアセトンは気化され、表４．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１２７】
結果
表４．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は７４．０３％であり、気体は２５．９７％であった。表４．３は液体画分における生成物の分類を表す。表３．３及び４．３は触媒を除いて同じ条件を表している。Ｓｉ／Ａｌ３０触媒はＳｉ／Ａｌ２８０触媒よりも酸性である。Ｓｉ／Ａｌ２８０触媒はより多くの酸化物及びナフテンとより少量の芳香族化合物とを生じた。図４５は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いたアセトンのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に応じた液相生成物分布を表している。これらの条件下において反応は完全に終了しなかったが、別の条件はほぼ完全な変換が可能であることを示している（実施例５参照）。
【０１２８】
【０１２９】
【０１３０】
【０１３１】
実施例５：アセトンから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１３２】
材料及び方法
液体のアセトンは気化され、表５．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１３３】
結果
表５．２は生成物の分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は８６．１６％であり、気体は１３．８２％であった。表５．３は液体画分における生成物の分類を表している。表４．３及び５．３は温度を除いて同じ条件である。より高い温度は、酸化物及びナフテンを減少させ、芳香族化合物を増加させる。図４６は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ２８０）を用いたアセトンのオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に基づく液相生成物分布を表している。
【０１３４】
【０１３５】
【０１３６】
【０１３７】
実施例６：アセトン及び水素から炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１３８】
材料及び方法
水素及び気化したアセトンが、表６．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１３９】
表６．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分（ガソリン）は８０．６３％であり、気体は１９．３８％であった。一度通過するごとの（per-pass）水素の変換は４４．２５％であった。表６．３は液体画分中の組成物の分類を表す。表５．３及び６．３は、芳香族化合物を増加させる水素の存在を除いて同じ条件である。図４７は、Ｈ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ２８０）を用いたアセトン及び水素のオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に基づく液相生成物分布を表す。この実施例においては、反応はほぼ終了した。
【０１４０】
【０１４１】
【０１４２】
【０１４３】
実施例７：酢酸から炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１４４】
材料及び方法
液体の酢酸は気化され、表７．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１４５】
表７．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分は４９．７７％であり、気体は５１．７６％であった。図４８はＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いた酢酸のオリゴマー化における炭化水素の種類及び炭素数に基づく液相生成物分布を表す。
【０１４６】
【０１４７】
実施例８：酢酸及び水素から炭化水素（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１４８】
材料及び方法
水素及び気化した酢酸が、表８．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１４９】
結果
表８．２は生成物分布を表している。全生成物中の液体画分は４７．５９％であり、気体は５２．３４％であった。水素の変換は１９．１７％であった。図４９はＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比２８０）を用いた酢酸及び水素のオリゴマー化における液相分布を表している。この実施例においては、かなりの酢酸が未反応であったため、長い滞留時間が必要であった。
【０１５０】
【０１５１】
【０１５２】
実施例９：酢酸アンモニウムから炭化水素へ（Ｓｉ／Ａｌ２８０）
【０１５３】
材料及び方法
アンモニアの２０％水溶液が気化され、表９．１に示される条件で稼動する反応器に添加された。反応器から出た生成物は液体及び気体の二つの画分に分離された。ガスクロマトグラフィー／マススペクトル（ＧＣ／ＭＳ）によって、各生成物の合計量が測定され、組成が決定された。
【０１５４】
結果
表９．２は主要な液相生成物を示している。図５０はＨ−ＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ２８０）を用いた酢酸アンモニウムのオリゴマー化における液相分布を表している。芳香族化合物は８及び１２の炭素を有する分子である。
【０１５５】
【０１５６】
【０１５７】
本発明の好適な実施形態が示されて説明されたが、発明の精神及び教示から逸脱することなく当業者によってそれらの変更が行われ得る。本明細書において説明された実施形態は単なる例示であり、限定することを意図していない。本明細書に開示される発明の多くの変更及び改良が可能であり、それらは本発明の範囲に属する。数値範囲又は数値限定が明確に記載されている場合、そのような範囲又は限定は明確に記載された範囲又は限定内に入る同程度の反復する範囲又は限定を含む（例えば、約１から約１０は２、３、４などを含み、０．１０より大きいは、０．１１、０．１２、０．１３及びそれ以上を含む）ことが理解されなければならない。請求項のいずれかの要素に関する用語“任意に”の使用は、対象の要素が必要である、又は必要ではないことを意味することを意図している。両方の選択肢が請求項の範囲に属することが意図されている。有する、含む、包含するなどの広い用語は、のみからなる、ほぼ〜からなる、実質的に〜からなるなどのより狭い用語に対する支持を提供することが理解されなければならない。
【０１５８】
本発明の範囲から逸脱することなく、変更、追加、又は削除が本明細書に記載されたシステム及び装置に対して行われても良い。当該システム及び装置の構成要素は一体化又は分離可能である。また、システム及び装置の稼動は、より多くの、より少ない、又は他の構成要素により行うことも可能である。方法はより多くの、より少ない、又は他のステップを含んでも良い。また、ステップはあらゆる好適な順番で行うことができる。
【０１５９】
したがって、保護の範囲は上述の説明によっては限定されず、以下の請求項によってのみ限定されており、その範囲は請求項の対象の全ての均等物を含む。それぞれ及び全ての請求項は本発明の実施形態として明細書に組み込まれている。そのため、請求項は本発明の更なる説明であり、好適な実施形態の追加である。本明細書において引用されている全ての特許、特許出願及び文献の開示内容は、それらが本明細書の記載に対する例示的な、手続に関する、又は他の詳細な補完を提供する範囲に関して、参照によって本明細書中に援用されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスからアルコール、炭化水素又はその両方を生成する方法であって、
バイオマスをカルボン酸に変換する工程と、
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、
エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一部のアルコールを脱水することによってオレフィンフィードを生成する工程を更に有し、
少なくとも一部のオレフィンフィードは、カルボン酸と反応することによってエステルを生成するオレフィンを供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
別の少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
別の少なくとも一部のオレフィンフィードをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによってオレフィンフィードを生成する工程を有し、
少なくとも一部のオレフィンフィードは、カルボン酸と反応することによってエステルを生成するオレフィンを供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
カルボン酸をオレフィンと反応することによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
別の少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによってオレフィンフィードを生成する工程を有し、
少なくとも一部のオレフィンフィードは、カルボン酸と反応することによってエステルを生成するオレフィンを供給することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
バイオマスをカルボン酸に変換する工程が、
バイオマスを発酵することによって水とカルボン酸塩とを含む液体発酵ブロスを得る工程と、
液体発酵ブロスを脱水することによってカルボン酸塩から水を分離する工程と、
カルボン酸塩をカルボン酸に変換する工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
アルコールを炭化水素に変換する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
アルコールを炭化水素に変換する工程がオリゴマー化処理を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
アルコールを炭化水素に変換する工程が、少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
アルコールを炭化水素に変換する工程が、
少なくとも一部のアルコールを脱水することによってオレフィンフィードを生成する工程と、
少なくとも一部のオレフィンフィードをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程と
を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
バイオマスから炭化水素を生成する方法であって、
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸アンモニウム塩に変換する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として、一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、
オリゴマー化生成物から炭化水素を分離する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項２２】
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器に少なくとも一部のアルコールを供給する工程と
を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
別の一部のカルボン酸をアルコールに変換する工程が、
別の一部のカルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、
エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程と
を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、オリゴマー化反応器において行われることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
オリゴマー化生成物から再循環ストリームを分離する工程と、
改質装置において再循環ストリームを処理することによって水素を生じる工程と、
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程に、生じた水素の少なくとも一部を提供する工程と
を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換され、
再循環ストリームを改質装置において処理することによって水素を生じる前に、再循環ストリームからアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
改質装置において再循環ストリームを処理することによって水素を生じる前に、再循環ストリームからオレフィンを分離する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器にオレフィンを供給する工程と、
を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換され、
再循環ストリームを改質装置において処理することによって水素を生じる前に、再循環ストリームからアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
オリゴマー化生成物から再循環ストリームを分離する工程と、
再循環ストリームからオレフィンを分離する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器にオレフィンを供給する工程と
を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸に変換されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸に変換する工程が、
バイオマスを発酵することによってカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成する工程と、
酸回収処理によりカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸へ変換する工程と
を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも一部のバイオマスはケトンに変換されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも一部のバイオマスをケトンに変換する工程が、
バイオマスを発酵することによってカルボン酸カルシウム塩を生成する工程と、
カルボン酸カルシウム塩をケトンに熱変換する工程と
を有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも一部のバイオマスをケトンに変換する工程が、
バイオマスを発酵することによってカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成する工程と、
酸回収処理によりカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸に変換する工程と、
触媒を用いてカルボン酸をケトンに変換する工程と
を有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
別の一部のケトンを水素化することによって、別の一部のケトンをアルコールに変換する工程を有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
少なくとも一部のバイオマスをケトンに変換する工程が、
バイオマスを発酵させることによってカルボン酸カルシウム塩を生成する工程と、
スイープガスを用いてケトン反応器においてケトンの熱蒸気及び炭酸カルシウムを生成する工程と
を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
スイープガスは、反応性、凝縮性、又はその両方を有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
スイープガスは水素を含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４０】
スイープガスは水蒸気を含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸アンモニウム塩に変換されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項４２】
別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器にアルコールを供給する工程と、
を有し、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程が、
別の一部のカルボン酸アンモニウム塩を第２のカルボン酸に変換する工程と、
第２のカルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、
エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程と
を有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器において一部のカルボン酸アンモニウムを反応させる前に、カルボン酸アンモニウム塩からアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸アンモニウム塩に変換する工程が発酵装置における発酵処理を含み、
オリゴマー化生成物から気体の再循環ストリームを分離する工程と、
気体の再循環ストリームの少なくとも一部を発酵装置に供給する工程と
を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項４５】
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程と、
アルコールをオリゴマー化反応器に供給する工程と
を有することを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸に変換されることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
少なくとも一部のバイオマスがケトンに変換されることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換されることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
気体の再循環ストリームの少なくとも一部を発酵装置に供給する前に、気体の再循環ストリームからアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、オリゴマー化反応器において行われることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
発酵装置から出た発酵ガスを分離する工程と、
発酵ガスを改質装置において処理することによって水素を生成する工程と、
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程に、生じた水素の少なくとも一部を供給する工程と
を有することを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項１】
バイオマスからアルコール、炭化水素又はその両方を生成する方法であって、
バイオマスをカルボン酸に変換する工程と、
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、
エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一部のアルコールを脱水することによってオレフィンフィードを生成する工程を更に有し、
少なくとも一部のオレフィンフィードは、カルボン酸と反応することによってエステルを生成するオレフィンを供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
別の少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
別の少なくとも一部のオレフィンフィードをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによってオレフィンフィードを生成する工程を有し、
少なくとも一部のオレフィンフィードは、カルボン酸と反応することによってエステルを生成するオレフィンを供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
カルボン酸をオレフィンと反応することによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
別の少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによってオレフィンフィードを生成する工程を有し、
少なくとも一部のオレフィンフィードは、カルボン酸と反応することによってエステルを生成するオレフィンを供給することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
バイオマスをカルボン酸に変換する工程が、
バイオマスを発酵することによって水とカルボン酸塩とを含む液体発酵ブロスを得る工程と、
液体発酵ブロスを脱水することによってカルボン酸塩から水を分離する工程と、
カルボン酸塩をカルボン酸に変換する工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
アルコールを炭化水素に変換する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、同じ反応器で行われることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
カルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
アルコールを炭化水素に変換する工程がオリゴマー化処理を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
アルコールを炭化水素に変換する工程が、少なくとも一部のアルコールをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
アルコールを炭化水素に変換する工程が、
少なくとも一部のアルコールを脱水することによってオレフィンフィードを生成する工程と、
少なくとも一部のオレフィンフィードをオリゴマー化することによって炭化水素を生成する工程と
を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
バイオマスから炭化水素を生成する方法であって、
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸アンモニウム塩に変換する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として、一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、
オリゴマー化生成物から炭化水素を分離する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項２２】
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器に少なくとも一部のアルコールを供給する工程と
を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
別の一部のカルボン酸をアルコールに変換する工程が、
別の一部のカルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、
エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程と
を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、オリゴマー化反応器において行われることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
オリゴマー化生成物から再循環ストリームを分離する工程と、
改質装置において再循環ストリームを処理することによって水素を生じる工程と、
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程に、生じた水素の少なくとも一部を提供する工程と
を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換され、
再循環ストリームを改質装置において処理することによって水素を生じる前に、再循環ストリームからアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
改質装置において再循環ストリームを処理することによって水素を生じる前に、再循環ストリームからオレフィンを分離する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器にオレフィンを供給する工程と、
を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換され、
再循環ストリームを改質装置において処理することによって水素を生じる前に、再循環ストリームからアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
オリゴマー化生成物から再循環ストリームを分離する工程と、
再循環ストリームからオレフィンを分離する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器にオレフィンを供給する工程と
を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸に変換されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸に変換する工程が、
バイオマスを発酵することによってカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成する工程と、
酸回収処理によりカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸へ変換する工程と
を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも一部のバイオマスはケトンに変換されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも一部のバイオマスをケトンに変換する工程が、
バイオマスを発酵することによってカルボン酸カルシウム塩を生成する工程と、
カルボン酸カルシウム塩をケトンに熱変換する工程と
を有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも一部のバイオマスをケトンに変換する工程が、
バイオマスを発酵することによってカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩を生成する工程と、
酸回収処理によりカルボン酸カルシウム塩又はカルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸に変換する工程と、
触媒を用いてカルボン酸をケトンに変換する工程と
を有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
別の一部のケトンを水素化することによって、別の一部のケトンをアルコールに変換する工程を有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
少なくとも一部のバイオマスをケトンに変換する工程が、
バイオマスを発酵させることによってカルボン酸カルシウム塩を生成する工程と、
スイープガスを用いてケトン反応器においてケトンの熱蒸気及び炭酸カルシウムを生成する工程と
を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
スイープガスは、反応性、凝縮性、又はその両方を有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
スイープガスは水素を含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４０】
スイープガスは水蒸気を含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも一部のバイオマスはカルボン酸アンモニウム塩に変換されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項４２】
別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程と、
オリゴマー化生成物を生成する工程用のオリゴマー化反応器にアルコールを供給する工程と、
を有し、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程が、
別の一部のカルボン酸アンモニウム塩を第２のカルボン酸に変換する工程と、
第２のカルボン酸をオレフィンと反応させることによってエステルを生成する工程と、
エステルを水素化分解することによってアルコールを生成する工程と
を有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部としてオリゴマー化反応器において一部のカルボン酸アンモニウムを反応させる前に、カルボン酸アンモニウム塩からアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
少なくとも一部のバイオマスをカルボン酸、ケトン、又はカルボン酸アンモニウム塩に変換する工程が発酵装置における発酵処理を含み、
オリゴマー化生成物から気体の再循環ストリームを分離する工程と、
気体の再循環ストリームの少なくとも一部を発酵装置に供給する工程と
を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項４５】
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程と、
アルコールをオリゴマー化反応器に供給する工程と
を有することを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸に変換されることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
少なくとも一部のバイオマスがケトンに変換されることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
少なくとも一部のバイオマスがカルボン酸アンモニウム塩に変換されることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
気体の再循環ストリームの少なくとも一部を発酵装置に供給する前に、気体の再循環ストリームからアンモニアを分離する工程を有することを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、オリゴマー化反応器において行われることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
オリゴマー化生成物を生成する工程の少なくとも一部として一部のカルボン酸、一部のケトン、及び一部のカルボン酸アンモニウム塩の少なくとも一つをオリゴマー化反応器において反応させる工程と、別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程とが、一つの触媒を用いて行われることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
発酵装置から出た発酵ガスを分離する工程と、
発酵ガスを改質装置において処理することによって水素を生成する工程と、
別の一部のカルボン酸、別の一部のケトン、又は別の一部のカルボン酸アンモニウム塩をアルコールに変換する工程に、生じた水素の少なくとも一部を供給する工程と
を有することを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【公表番号】特表２０１２−５１０５２２（Ｐ２０１２−５１０５２２Ａ）
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３９６５４（Ｐ２０１１−５３９６５４）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６６４１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６５６４３
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５１１１３４４５８）ザ テキサス エー アンド エム ユニバーシティ システム (2)
【出願人】（５１２０２０３０５）テラボン インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６６４１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６５６４３
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５１１１３４４５８）ザ テキサス エー アンド エム ユニバーシティ システム (2)
【出願人】（５１２０２０３０５）テラボン インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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