(57)【要約】  本開示の主題は、様々な原材料のためにカスタマイズされたバイオプロセス条件を提供する方法およびシステムに関する。特に、リグニン、セルロース、および／またはヘミセルロースの重量パーセントと様々な反応条件との間に相関があることが見出されたのは驚くべきことである。リグニン、セルロース、およびヘミセルロースの重量パーセントは、原材料をカテゴリに分類するための加工指数を作成するために使用される、指数の計算に使用される。さらに加工調整係数もまた、各原材料の反応条件を調整するために計算および使用され得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
原材料に応じてリアクター内で使用する反応条件をカスタマイズする方法であって、
ａ．上記原材料中のリグニン（ａ）、セルロース（ｂ）、およびヘミセルロース（ｃ）の重量パーセントを計算する工程と、
ｂ．式ＬＩ＝（ａ）／（１−ａ）、ＣＩ＝（ｂ）／（１−ｂ）、ＨＩ＝（ｃ）／（１−ｃ）に従って上記原材料のリグニン指数（ＬＩ）、セルロース指数（ＣＩ）およびヘミセルロース指数（ＨＩ）を計算する工程と、
ｃ．式ＰＩ＝ＬＩ×１００に従って上記原材料の加工指数（ＰＩ）を計算する工程と、
ｄ．ＰＩに基づいて上記原材料をカテゴリに分類する工程と、
ｅ．式ＰＡＦ＝（ＬＩ／（ＣＩ＋ＨＩ））×１０に従って各カテゴリ内の反応パラメータを調整するための加工調整係数（ＰＡＦ）を計算する工程とを含み、
上記ＰＩおよびＰＡＦは上記原材料をバイオプロセスによって加工するための反応条件を計算するために使用され、
上記反応条件は、温度、圧力、反応時間、ＮａＯＨ重量パーセントである、方法。
【請求項２】
上記カテゴリが、以下のカテゴリとして記載される、請求項１に記載の方法：
ａ．カテゴリＡ＝０〜３０のＰＩ、
ｂ．カテゴリＢ＝３１〜３９のＰＩ、および、
ｃ．カテゴリＣ＝ＰＩ≧４０。
【請求項３】
以下から選択された、カテゴリＡの原材料の調整式をさらに含む、請求項２に記載の方法：
ａ．温度について１７０＋（（カテゴリＡ最大温度−カテゴリＡ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｂ．圧力について１５０＋（（カテゴリＡ最大ｐｓｉ−カテゴリＡ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｃ．ＮａＯＨ重量％について１＋（（カテゴリＡ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＡ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｄ．反応時間について８＋（（カテゴリＡ最大反応時間−カテゴリＡ最小反応時間）／２０）×原材料ＰＡＦ、および、
ｅ．それらの組み合わせ。
【請求項４】
以下から選択された、カテゴリＢの原材料の調整式をさらに含む、請求項２に記載の方法：
ａ．温度について１８５＋（（カテゴリＢ最大温度−カテゴリＢ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｂ．圧力について２５０＋（（カテゴリＢ最大ｐｓｉ−カテゴリＢ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｃ．ＮａＯＨ重量％について２＋（（カテゴリＢ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＢ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｄ．反応時間について８＋（（カテゴリＢ最大反応時間−カテゴリＢ最小反応時間）／２０）×原材料ＰＡＦ、および
ｅ．それらの組み合わせ。
【請求項５】
以下から選択された、カテゴリＣの原材料の調整式をさらに含む、請求項２に記載の方法：
ａ．温度について１９０＋（（カテゴリＣ最大温度−カテゴリＣ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｂ．圧力について３５０＋（（カテゴリＣ最大ｐｓｉ−カテゴリＣ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｃ．ＮａＯＨ重量％について４＋（（カテゴリＣ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＣ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｄ．反応時間について１８＋（（カテゴリＣ最大反応時間−カテゴリＣ最小反応時間）／２０）×原材料ＰＡＦ、および、
ｅ．それらの組み合わせ。
【請求項６】
請求項１に記載のカスタマイズされた反応条件。
【請求項７】
上記原材料を加工する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記原材料を、パルプ、糖、セルロース、リグニン、またはそれらの組み合わせに加工する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記原材料は、バイオマスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記バイオマスは、トウモロコシ茎葉、小麦わら、稲わら、サトウキビバガス、麻、アーモンド殻、ピーナッツ殻、タバコ茎、スイッチグラス、アルファルファ、冬ライ麦、木質作物、木材廃棄物、枝、松針、おがくず、紙およびパルプ産業残滓または廃液、木質繊維、またはそれらの組み合わせを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記計算は、演算装置を使用して自動で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
原材料を加工するためのシステムであって、
ａ．原材料を加工するためのリアクターと、
ｂ．原材料に基づく、カスタマイズされたバイオプロセス反応条件であって、上記原材料中のリグニン（ａ）、セルロース（ｂ）、およびヘミセルロース（ｃ）の重量パーセントを計算する工程と、式ＬＩ＝（ａ）／（１−ａ）、ＣＩ＝（ｂ）／（１−ｂ）、ＨＩ＝（ｃ）／（１−ｃ）に従って上記原材料のリグニン指数（ＬＩ）、セルロース指数（ＣＩ）およびヘミセルロース指数（ＨＩ）を計算する工程と、式ＰＩ＝ＬＩ×１００に従って原材料の加工指数（ＰＩ）を計算する工程と、ＰＩに基づいて上記原材料をカテゴリに分類する工程と、式ＰＡＦ＝（ＬＩ／（ＣＩ＋ＨＩ））×１０に従って各カテゴリ内の反応パラメータを調整するための加工調整係数（ＰＡＦ）を計算する工程と、によって生成される反応条件とを含み、
上記ＰＩおよびＰＡＦは上記原材料をバイオプロセスによって加工するための反応条件を計算するために使用され、
上記反応条件は、温度、圧力、反応時間、ＮａＯＨ重量パーセントである、システム。
【請求項１３】
上記リアクターは、水平リアクターまたは垂直リアクターから選択される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
上記カテゴリが、以下のカテゴリとして記載される、請求項１２に記載のシステム：
ａ．カテゴリＡ＝０〜３０のＰＩ、
ｂ．カテゴリＢ＝３１〜３９のＰＩ、および、
ｃ．カテゴリＣ＝ＰＩ≧４０。
【請求項１５】
以下から選択された、カテゴリＡの原材料の調整式をさらに含む、請求項１４に記載のシステム：
ａ．温度について１７０＋（（カテゴリＡ最大温度−カテゴリＡ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｂ．圧力について１５０＋（（カテゴリＡ最大ｐｓｉ−カテゴリＡ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｃ．ＮａＯＨ重量％について１＋（（カテゴリＡ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＡ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｄ．反応時間について８＋（（カテゴリＡ最大反応時間−カテゴリＡ最小反応時間）／２０）×原材料ＰＡＦ、および、
ｅ．それらの組み合わせ。
【請求項１６】
以下から選択された、カテゴリＢの原材料の調整式をさらに含む、請求項１４に記載のシステム：
ａ．温度について１８５＋（（カテゴリＢ最大温度−カテゴリＢ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｂ．圧力について２５０＋（（カテゴリＢ最大ｐｓｉ−カテゴリＢ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｃ．ＮａＯＨ重量％について２＋（（カテゴリＢ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＢ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｄ．反応時間について８＋（（カテゴリＢ最大反応時間−カテゴリＢ最小反応時間）／２０）×原材料ＰＡＦ、および、
ｅ．それらの組み合わせ。
【請求項１７】
以下から選択された、カテゴリＣの原材料の調整式をさらに含む、請求項１４に記載のシステム：
ａ．温度について１９０＋（（カテゴリＣ最大温度−カテゴリＣ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｂ．圧力について３５０＋（（カテゴリＣ最大ｐｓｉ−カテゴリＣ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｃ．ＮａＯＨ重量％について４＋（（カテゴリＣ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＣ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、
ｄ．反応時間について１８＋（（カテゴリＣ最大反応時間−カテゴリＣ最小反応時間）／２０）×原材料ＰＡＦ、および、
ｅ．それらの組み合わせ。
【請求項１８】
上記原材料を、パルプ、糖、セルロース、リグニン、またはそれらの組み合わせに加工する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
上記原材料は、バイオマスを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
上記バイオマスは、トウモロコシ茎葉、小麦わら、稲わら、サトウキビバガス、麻、アーモンド殻、ピーナッツ殻、タバコ茎、スイッチグラス、アルファルファ、冬ライ麦、木質作物、木材廃棄物、枝、松針、おがくず、紙およびパルプ産業残滓または廃液、木質繊維、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願への相互参照＞
本出願は、２０１６年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６２／４３２２２５号の優先権および利益を主張し、参照によりその全文が本明細書内に援用される。
【０００２】
＜技術分野＞
本開示の主題は、様々な原材料のためのカスタマイズされたバイオプロセス条件を提供するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
砂糖、パルプなどを製造するために加工され得る原材料には、多くの異なる種類およびカテゴリがある。特に、原材料は、リグニン、セルロース、およびヘミセルロースなどの、様々な量のいくつかの成分から構成され得る。原材料を構成する様々な成分の組成の違いは、加工条件に直接関係することが示されている。例えば、比較的高い重量パーセントのリグニンを有する原材料は加工の間に最大量の糖および／またはパルプを回収するために、より長い滞留時間および／またはより高い温度を必要とし得る。したがって、加工を効率化し、生成物回収を最適化するために、多種多様な原材料を使用するのに適した、カスタマイズされたバイオプロセス条件を提供することは有益であろう。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の主題は、特定の原材料に基づいて、亜臨界水アシスト(assisted)加水分解リアクターで使用するための反応条件をカスタマイズする方法であって、上記原材料中のリグニン（ａ）、セルロース（ｂ）、およびヘミセルロース（ｃ）の重量パーセントを計算する工程と、式ＬＩ＝（ａ）／（１−ａ）、ＣＩ＝（ｂ）／（１−ｂ）、ＨＩ＝（Ｃ）／（１−Ｃ）に従って原材料のリグニン指数（ＬＩ）、セルロース指数（ＣＩ）、およびヘミセルロース指数（ＨＩ）を計算する工程と、式ＰＩ＝ＬＩ×１００に従って上記原材料の加工指数（Process Index）（ＰＩ）を計算する工程と、ＰＩに基づいて上記原材料をカテゴリに分類する工程と、式ＰＡＦ＝（ＬＩ／（ＣＩ＋ＨＩ））×１０に従って各カテゴリ内の反応パラメータを調整するための加工調整係数（Process Adjusting Factor）（ＰＡＦ）を計算する工程とを含む。ＰＩおよびＰＡＦは上記原材料をバイオプロセスによって加工するための反応条件を計算するために使用される。いくつかの実施形態では、反応条件は温度、圧力、反応時間、ＮａＯＨの重量パーセント、またはこれらの組み合わせから選択される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、上記カテゴリが以下のカテゴリとして記載される：カテゴリＡ＝０〜３０のＰＩ、カテゴリＢ＝３１〜３９のＰＩ、およびカテゴリＣ＝ＰＩ≧４０。
【０００６】
いくつかの実施形態では、カテゴリＡの原材料の調整式は、温度について１７０＋（（カテゴリＡ最大温度−カテゴリＡ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、圧力について１５０＋（（カテゴリＡ最大ｐｓｉ−カテゴリＡ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、ＮａＯＨ重量パーセントについて１＋（（カテゴリＡ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＡ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、反応時間について８＋（（カテゴリＡ最大反応時間−カテゴリＡ最小反応時間）／２０）×原材料ＰＡＦである。
【０００７】
いくつかの実施形態では、カテゴリＢの原材料の調整式は、温度について１８５＋（（カテゴリＢ最大温度−カテゴリＢ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、圧力について２５０＋（（（カテゴリＢ最大ｐｓｉ−カテゴリＢ最小ｐｓｉ）／２０）×原材料ＰＡＦ、ＮａＯＨ重量パーセントについて２＋（（カテゴリＢ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＢ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、反応時間について１８＋（（カテゴリＢ最大反応時間−カテゴリＢ最小反応時間））／２０×原材料ＰＡＦである。
【０００８】
いくつかの実施形態では、カテゴリＣの原材料の調整式は、温度について１９０＋（（カテゴリＣ最大温度−カテゴリＣ最小温度）／２０）×原材料ＰＡＦ、圧力について３５０＋（（カテゴリＣ最大圧力−カテゴリＣ最小圧力）／２０）×原材料ＰＡＦ、ＮａＯＨ重量パーセントについて４＋（（カテゴリＣ最大ＮａＯＨ％−カテゴリＣ最小ＮａＯＨ％）／２０）×原材料ＰＡＦ、反応時間について２８＋（（カテゴリＣ最大反応時間−カテゴリＣ最小反応時間））／２０）×原材料ＰＡＦである。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、開示されているカスタマイズされた反応条件を対象とする。
【００１０】
いくつかの実施形態では、上記方法は、上記カスタマイズされた反応条件に従って原材料を加工する工程をさらに含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、上記原材料はパルプ、糖、セルロース、リグニン、またはこれらの組合せに加工される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、上記原材料はバイオマスを含む。いくつかの実施形態では、バイオマスは、トウモロコシ茎葉、小麦わら、稲わら、サトウキビバガス、麻、アーモンド殻、ピーナッツ殻、タバコ茎、スイッチグラス、アルファルファ、冬ライ麦、木質作物（woody crops）、木材廃棄物、枝、松針、おがくず、紙およびパルプ産業残渣または廃液、木質繊維、またはこれらの組合せから選択される。
【００１３】
いくつかの実施形態では、開示された上記計算式はコンピュータを使用して自動的に実行され得る。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は原材料を加工するためのシステムであり、当該システムは、原材料を加工するためのリアクターと、本明細書で上記原材料に基づいてカスタマイズされたバイオプロセス反応条件と、を含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、上記リアクターは水平リアクターまたは垂直リアクターから選択される。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の主題は、より広範な発明の主題の１つ以上の特定の実施形態の理解を提供するために十分な詳細を伴って導入される。当該説明は、本発明の主題を明示的に説明された実施形態および特徴に限定することなく、これらの実施形態の特徴について解説し、例示する。これらの説明を考慮すると、本開示の主題の範囲から逸脱することなく、追加および類似の実施形態および特徴が生じ得るであろう。
【００１７】
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示の主題が属する分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと同様または同等の任意の方法、装置、および材料を、本開示の主題の実施または試験において使用できるが、本明細書で説明するのは代表的な方法、装置、および材料である。
【００１８】
長年にわたる特許法上の慣例に従って、用語「a」、「an」、および「the」は、特許請求の範囲を含む本明細書において使用される場合、「１つ以上」を指す。したがって、例えば、「リアクター(a reactor)」への言及は、複数の類似したリアクターなどを含むことができる。
【００１９】
別段の指示がない限り、明細書および請求項において使用される成分、条件等の量を表す全ての数は、全ての例において、「約」という用語によって修正されるものとして理解すべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本開示の主題によって得られる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。
【００２０】
本明細書中に用いられる用語「約」は、質量、重量、時間、体積、濃度および／または割合に関する値または量について言及する場合、特定の量から、いくつかの実施形態では＋／−２０％、いくつかの実施形態では＋／−１０％、いくつかの実施形態では＋／−５％、いくつかの実施形態では＋／−１％、および、いくつかの実施形態では＋／−０．１％の変動を包含し得る。なお、このような変動は、開示されるパッケージ(packages)および方法において適切である。
【００２１】
本開示の主題は、様々な原材料を使用した亜臨界水アシスト加水分解システムを介して、カスタマイズされたバイオプロセス条件を提供するための方法およびシステムに関する。特に驚くべきことに、リグニン、セルロース、および／またはヘミセルロースの重量パーセントと様々な反応条件との間に相関があることが見出された。原材料中のリグニン、セルロース、およびヘミセルロースの重量パーセント（乾燥重量）は、既知の方法に従って計算することができる。
【００２２】
用語「リグニン」は、植物およびある種の藻類の二次細胞壁の不可欠な部分として見出されたモノリグノールモノマーのフェニルプロパンポリマーを指す。用語「セルロース」は、直鎖を形成するβ（１→４）結合Ｄ−グルコース単位のホモポリマーを指す。用語「ヘミセルロース」は数百〜数千の糖単位を有する分岐ポリマーを形成する、キシロース、マンノース、ガラクトース、ラムノース、および／またはアラビノースなど（ただし、これらに限定されない）の異なる糖単位を含むヘテロポリマーを指す。
【００２３】
次いで、原材料のリグニン指数、セルロース指数、およびヘミセルロース指数を、以下のように計算することができる。
【００２４】
原材料リグニン％（乾燥重量）＝ａ
原材料リグニン指数（ＬＩ）＝ａ／（１−ａ）
原材料セルロース％（乾燥重量）＝ｂ
原材料セルロース指数（ＣＩ）＝ｂ／（１−ｂ）
原材料ヘミセルロース％（乾燥重量）＝ｃ
原材料ヘミセルロース指数（ＨＩ）＝ｃ／（１−ｃ）
ＬＩに基づいて、本明細書では加工指数（ＰＩ）と呼ばれる分類戦略を作成することができる。ＰＩ＝（ＬＩ）×１００。各原材料は、様々なリグニン／セルロース／ヘミセルロース比率を有することが確認されている。したがって、加工調整係数（ＰＡＦ）を作成して、各加工カテゴリ内の反応パラメータを調整した。例えば、以下の式を用いてＰＡＦ範囲を定義することができる。
【００２５】
ＰＡＦ＝（ＬＩ／（ＣＩ＋ＨＩ））×１００。
【００２６】
結果として得られる亜臨界水アシスト加水分解加工カテゴリは、上記ＰＩに基づいて３つのカテゴリに分けることができる。特に、０〜３０のＰＩを有する原材料はカテゴリＡに分類され、３１〜３９のＰＩを有する原材料はカテゴリＢに分類され、４０以上のＰＩを有する原材料はカテゴリＣに分類される。各カテゴリ（Ａ、Ｂ、またはＣ）は、特定の反応条件セットに関連付けられる。例えば、カテゴリＡの原材料は約１〜５％のＮａＯＨを含む溶媒を用いて、約１７０〜１９０℃の温度、１５０〜３００ｐｓｉで加工可能であり、反応時間は約５〜１５分である。各カテゴリの代表的な加工条件を以下の表１に示す。しかし、いくつかの実施形態では、加工条件が表１に示されるものとは異なり得ることを理解されたい。
【００２７】
【表１】
2019536463.tif 000002
【００２８】
したがって、所望の最終生成物（例えば、糖およびセルロース副産物を伴うパルプ）を製造するための最適な加工条件を決定するために、ＰＩに基づいて各種類の原材料はカテゴリ毎に分類され得る。
【００２９】
ゆえに、開示された方法は、ＰＩおよびＰＡＦに基づいて、原材料の最適な加工条件を予測および／または計算するために使用することができる。いくつかの実施形態では、計算はユーザからの入力に基づいて、演算装置上で行われ得る。例えば、いくつかの実施形態では、原材料の種類がＬＩ、ＣＩ、およびＨＩを（つまりデータベースなどから）決定するために演算装置に入力される。適切な演算装置にはコンピュータ、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、またはインターネット機能を有する任意の他のデバイスが含まれ得る（ただし、これらに限定されない）。あるいは、リグニン、セルロース、およびヘミセルロースの重量パーセントを測定および使用し、当業者に公知の方法を用いてＬＩ、ＣＩ、およびＨＩを計算することができる。次いで、ＰＩを自動的に（すなわち、演算装置によって）あるいは手動で計算して、原材料を適切なカテゴリ（例えば、カテゴリＡ、Ｂ、またはＣ）に分類することができる。ＰＡＦを手動でまたは自動的に（すなわち、演算装置によって）計算して、各加工カテゴリ内の反応パラメータを調整することもできる。したがって、開示された方法を使用して、多種多様な原材料をバイオプロセスによって加工するための反応条件（温度、圧力、ＮａＯＨ％、および／または反応時間）は、多種多様な異なる原材料に対して最適化され得る。次いで、バイオプロセス条件を実行することにより、原材料（例えば、いくつかの実施形態では、糖、セルロース、およびリグニン副生成物を伴うパルプ）から所望の最終生成物を得ることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、本開示の主題はバイオマスを加工するために使用することができるリアクターを含むシステムを対象とする。このシステムは、上述した原材料の最適加工条件に対応する指示のセットをさらに備える。したがって、システムにはリアクターで使用される原材料の種類に基づいてカスタマイズ可能な反応条件のセットを含むことができる。リアクターシステムは、特に限定されず、バイオマスをパルプ、糖、および／またはセルロースに加工するために使用することができる任意の種類のバイオプロセスリアクターを備えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、リアクターシステムは水平または垂直のリアクターシステムであり得る。いくつかの実施形態において、システムは（リアクターに加えて）１つ以上の加工モジュール（このモジュールで、バイオマスはリアクターに入る前に加工される）、加熱または冷却モジュール（バイオマスの温度を調整するためのモジュール）などを含み得る。
【００３１】
当技術分野において公知で使用されている任意の原材料は、本開示の主題に従って使用され得る。例えば、適切な原材料として、（これらに限定されないが）種子、農作物廃棄物および残渣（例えば、トウモロコシ茎葉、小麦わら、稲わら、サトウキビバガス、麻、アーモンド殻、ピーナッツ殻、タバコ茎など）、草作物（例えば、スイッチグラス、アルファルファ、冬ライムギなど）、木質作物、木材廃棄物、および残渣（例えば、樹木、針葉樹または広葉樹間伐材(forest thinnings)、樹皮の廃棄物(barky wastes)、枝、松針、おがくず、紙およびパルプ産業残渣または廃液、木質繊維など）、食品廃棄物、および／または任意の有機材料が挙げられ得る。いくつかの実施形態では、原材料が新鮮なもの、部分的に乾燥したもの、完全に乾燥したもの、またはそれらの混合物（すなわち、高水分、低水分、およびそれらの間のすべてのレベル）のいずれでも良い。
【００３２】
いくつかの実施形態では、原材料にはバイオマスが含まれ得る。本明細書で使用される「バイオマス」という用語は、燃料として、または工業生産のために使用することができる生物学的材料を指す。バイオマスはバイオ燃料として使用するために成長させた植物性物質を含むのが最も一般的だが、繊維、化学物質もしくは熱の産出に使用される植物性または動物性物質も含まれ得る。いくつかの実施形態では、バイオマスには燃料として使用することができる生分解性廃棄物が含まれ得る。本開示の主題によれば、バイオマスは単一の素材に由来してもよく、２つ以上の素材に由来する混合物（例えば、トウモロコシ穂軸とトウモロコシ茎葉との混合物、または草と葉との混合物）を含んでもよい。バイオマスにはバイオエネルギー作物、タバコ植物、藻類バイオマス、農業残渣、都市固体廃棄物、産業固体廃棄物、製紙に由来するスラッジ、庭ごみ、木材および林業廃棄物が含まれるが、これらに限定されない。バイオマスの例としては、さらに、（これらに限定されないが）微細藻類、大型藻類、タバコ、タバコ種子、植物種子、トウモロコシ穀粒、トウモロコシ穂軸、トウモロコシ殻等の作物残渣、トウモロコシ茎葉、コーンスティープリカー、草、小麦、小麦わら、大麦、大麦わら、ビール醸造時に生成される大麦分解物由来の穀物残渣、干し草、稲わら、スイッチグラス、廃棄紙、サトウキビバガス、モロコシ、大豆、穀類の加工により得られる成分、木、枝、根、葉、ウッドチップ、おがくず、低木および灌木、大豆殻、野菜、果物、花および動物性堆肥が挙げられる。
【実施例】
【００３３】
以下の実施例は、本開示の主題の代表的な実施形態を実施するための指針を当業者に提供するために記載されている。本開示および当業者の一般的なレベルに照らして、当業者は、以下の実施例が単なる例示的なものにすぎず、多数の変更、修正、および改変を、本開示の主題の範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解することができる。
【００３４】
＜実施例１＞
各種原材料の化学的比較
種々のリグニン（ａ）、セルロース（ｂ）、およびヘミセルロース（ｃ）の重量パーセントを、標準的な技術を用いて計算した。結果を以下の表２に示す。
【００３５】
【表２】
2019536463.tif 000003
2019536463.tif 000004
2019536463.tif 000005
2019536463.tif 000006
【００３６】
＜実施例２＞
原材料ごとの加工グループと指数表
いくつかの異なる種類の原材料について、リグニン（ａ）の重量パーセント、セルロース（ｂ）の重量パーセント、およびヘミセルロース（ｃ）の重量パーセントを用いてリグニン指数（ＬＩ）、セルロース指数（ＣＩ）、およびヘミセルロース指数（ＨＩ）を計算した。特に、各原材料について、ＬＩ、ＣＩおよびＨＩを以下のように計算した。ＬＩ＝ａ／（１−ａ）、ＣＩ＝ｂ／（１−ｂ）およびＨＩ＝ｃ／（１−ｃ）。次に、式ＰＩ＝ＬＩ×１００を用いて、各原材料について加工指数（ＰＩ）を計算した。各原材料は、固有のリグニン／セルロース／ヘミセルロース比率を有し得るため、加工調整係数（ＰＡＦ）を作成して、各カテゴリ内の反応パラメータを調整した。ＰＡＦを、以下の式により各原材料について計算した：ＰＡＦ＝（ＬＩ／（ＣＩ＋ＨＩ））×１０。これらの計算の結果を以下の表３および４に示す。
【００３７】
【表３】
2019536463.tif 000007
2019536463.tif 000008
【００３８】
【表４】
2019536463.tif 000009
2019536463.tif 000010
【００３９】
調整された反応パラメータを得るために、各加工カテゴリの温度、圧力、ＮａＯＨおよび反応時間範囲を２０で割り、それに応じてＰＡＦをかけた。推奨される反応パラメータの設定には、以下の式を適用した。
【００４０】
加工カテゴリＡの調整式
温度調整式：１７０＋（（１９０−１７０）／２０）×原材料ＰＡＦ
圧力調整式：１５０＋（（３００−１５０）／２０）×原材料ＰＡＦ
ＮａＯＨ調整式：１＋（（５−１）／２０）×原材料ＰＡＦ
反応時間式：８＋（（１５−５）／２０）×原材料ＰＡＦ
加工カテゴリＢの調整式
温度調整式：１８５＋（（２００−１８０）／２０）×原材料ＰＡＦ
圧力調整式：２５０＋（（４００−２５０）／２０）×原材料ＰＡＦ
ＮａＯＨ調整式：２＋（（７−２）／２０）×原材料ＰＡＦ
反応時間式：１８＋（（２５−１５）／２０）×原材料ＰＡＦ
加工カテゴリＣの調整式
温度調整式：１９０＋（（２１０−１９０）／２０）×原材料ＰＡＦ
圧力調整式：３５０＋（（５００−３５０）／２０）×原材料ＰＡＦ
ＮａＯＨ調整式：４＋（（１０−４）／２０）×原材料ＰＡＦ
反応時間式：２８＋（（３５−２５）／２０）×原材料ＰＡＦ
＜実施例３＞
水平リアクターシステムに関連する原材料加工条件
いくつかの原材料の項目の推定加工条件を、シミュレートした加工指数（ＰＩ）および加工調整係数（ＰＡＦ）を用いて計算し、水平リアクターシステムの反応パラメータを推定した。結果を以下の表５に示す。
【００４１】
【表５】
2019536463.tif 000011
【国際調査報告】
2019536463.tif 000012
2019536463.tif 000013
2019536463.tif 000014