(57)【要約】  バイオマスの触媒急速熱分解によって生成されるチャーを分離し、利用する方法が記載されている。好ましい方法では、触媒熱分解炉からのチャーの一部が、回収され、処理され、燃焼され、熱を触媒熱分解炉にもたらす。また、新しいチャー及びチャー組成物で土壌を改良する方法が、記載されている。
2018500408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ゾーンで触媒の存在下で固体バイオマスを反応させること；生成物ストリーム又は反応ゾーンから出る生成物ストリームを生成すること；前記反応ゾーンから固体混合物を取り出すこと；除去される前記固体混合物は、前記生成物ストリーム又はストリームから分離している；触媒再生ステップ前に前記固体混合物からチャーの少なくとも一部を分離すること；及び前記生成物ストリームから芳香族化合物又はオレフィンを回収することを含む、芳香族化学物質又はオレフィンの生成方法。
【請求項２】
前記分離されたチャーの少なくとも一部が、前記反応ゾーンに付加され、前記反応ゾーンに付加された前記分離されたチャーが、前記反応ゾーン前にバイオマスと接触しない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
芳香族化合物が、前記生成物ストリームから回収され、前記回収された芳香族化合物は、前記バイオマス中の炭素に基づいた収率が少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％の量で、ベンゼン、トルエン、及びキシレンを含み、前記収率が、前記ベンゼン、トルエン、及びキシレン中の炭素の合計を前記バイオマス原料中の炭素によって割ったものである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記固体混合物の分離が、サイクロン又は連続したサイクロンで実施される、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記固体混合物の分離が、連続したサイクロンで実施され、チャーを分離するために使用される次のサイクロンそれぞれに入る物質の線速度が、前記連続したサイクロンの前のサイクロンに入る物質の線速度に劣らない、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
チャーが、好ましくはガス及び固体粒子の気泡床を含む固体フローテーション又はエルトリエーションによって触媒及びチャー混合物から分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
チャーが、固体の分離が粒子サイズ差に基づいて生じる、さまざまな穴開口部を有するスクリーン、スクリーン一式、又はもう１つのサイズ排除デバイスによって、触媒及びチャー混合物から分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記触媒から分離された前記チャーが、さらにエルトリエーションによって分離され、チャー富化及びチャー低減ストリームをもたらす、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記チャーの少なくとも一部が、それが他の固体から分離される前に粉砕される、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記チャーの少なくとも一部が、ａ）輸送管、任意でその長手方向に不均一内部断面を有する輸送管、若しくはスタティックミキサーを含む輸送管中で、又はｂ）衝突捕集表面若しくはデバイスによって（前記粒子のストリームが、平行から少なくとも４５度の衝突の角度で、前記表面に衝突する）、粉砕される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
固体混合物からのチャーの分離が、静電分離によるものである請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記触媒から分離された前記チャーの一部が、チャーの二酸化炭素及び水への変換を完了するのに最小限必要な酸素を超過した酸素又はこれと等しい酸素により燃焼される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
熱が、前記チャーの燃焼から回収され、前記触媒バイオマス変換炉に移される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
熱が、前記チャーの燃焼から回収され、スチームを生成するのに利用される請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
チャー燃焼プロセスが、少なくとも７００℃、又は少なくとも８００℃、又は少なくとも９００℃、又は少なくとも１０００℃、又は７００℃〜１３００℃、又は８００〜１２００℃の温度で行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒が、ゼオライトを含み、前記触媒再生が、７５０Ｃ未満、又は７００Ｃ未満、又は６５０Ｃ未満、又は６２５Ｃ未満、又は５５０Ｃ〜７５０Ｃ、又は５７５Ｃ〜７００Ｃ、又は６００Ｃ〜６５０Ｃの温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記触媒が、少なくとも１０ｗｔ％のＺＳＭ−５を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応ゾーンから取り出された前記固体混合物が、触媒及びチャーの混合物であり、前記触媒及びチャー混合物が、スチームストリッパー中で除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記スチームストリッパーの温度は、１００〜７００Ｃ、若しくは２５０〜６５０Ｃ、若しくは４００〜６２５Ｃ、若しくは５００〜６００Ｃの範囲としてよい、又は、少なくとも１００Ｃ、若しくは少なくとも２５０Ｃ、若しくは少なくとも４００Ｃ、若しくは少なくとも５００Ｃ、若しくは７００Ｃ未満、若しくは６５０Ｃ未満、若しくは６００Ｃ未満としてよい、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記生成物からオレフィンを回収することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記チャーを利用して、電気を生成することを含む、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記チャーの少なくとも一部を化学的に反応させ、前記反応させたチャーの一部が、前記触媒バイオマス炉に戻される、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記チャーの少なくとも一部が、それが前記触媒バイオマス炉に戻される前に酸化される、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記チャーが、オゾン、酸素、希薄空気、過酸化水素、過酢酸（ＣＨ3Ｃ（Ｏ）ＯＯＨ）、過ギ酸（ＨＣ（Ｏ）ＯＯＨ）、過酸化イソブチル、ＮＯ2、ＮＯ、又は他の気体又は液体酸化剤との反応によって部分的に酸化される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記付加されたオキシダント中の酸素原子と前記チャー中の炭素原子の比（Ｏ／Ｃ比）が、前記チャー処理プロセスで、１．５未満、１．０未満、０．８未満、０．５未満、又は０．２５未満、又は０．０１〜１．５、又は０．０５〜１．０、又は０．１〜０．８、又は０．１５〜０．５である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記チャー処理の前記生成物が、固体、液体、又は固体及び液体生成物の赤外分光分析によって測定したとおり、炭素と酸素の単結合及び炭素と酸素の二重結合の含有量の増大を示す、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記チャーの少なくとも一部が、スチームストリッパー中で除去される、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記チャーが、酸性溶液；好ましくは前記酸性溶液が、酢酸、ギ酸、硝酸、硫酸、プロピオン酸、又は炭酸を含む、又は前記ＣＦＰプロセスで生成される水の一部、又はこれらの組み合わせで処理される、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記チャーが、塩基性溶液；好ましくは前記ＣＦＰプロセスで生成される水の一部を含む、又は前記ＣＦＰプロセスで使用される洗浄触媒から得られる洗浄溶液、又はＣＦＰプロセスで生成されるアッシュを用いて調製される溶液、又はこれらの組み合わせで処理される、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記方法のいずれかによって生成されるチャー系組成物（チャー）。
【請求項３１】
少なくとも１ｗｔ％のゼオライト又はゼオライト含有触媒及び１０〜９９ｗｔ％の炭素を含むチャー系組成物（チャー）。
【請求項３２】
蒸留水に暴露した場合、ｐＨが７未満、６未満、５未満、又は４未満、又は２〜７、又は２．５〜６、又は３〜５である溶液を生成するような酸性度を有するチャー。
【請求項３３】
触媒が、１〜５０重量％、又は２〜４０重量％、又は５〜３５重量％、又は１０〜３０重量％、又は１５〜２５重量％、又は少なくとも１重量％、又は少なくとも２重量％、又は少なくとも５重量％、又は少なくとも１０重量％、又は少なくとも１５重量％、又は少なくとも２０重量％のゼオライト又はゼオライト含有触媒を含み；前記ゼオライト含有触媒が、少なくとも１０ｗｔ％のゼオライト、好ましくは少なくとも２０ｗｔ％のゼオライト、又は２０〜８０ｗｔ％のゼオライト、又は３０〜７０ｗｔ％のゼオライトを含む、請求項３１又は３２のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項３４】
前記チャーが、少なくとも１２５ミクロン、又は少なくとも１４９ミクロン、又は少なくとも２５０ミクロン、又は少なくとも４２０ミクロン、又は少なくとも５９５ミクロン、又は少なくとも８４１ミクロン、又は少なくとも２，０００ミクロンの質量平均粒子サイズを有する、又は前記チャーが、１０メッシュ、又は２０メッシュ、又は３０メッシュ、又は４０メッシュ、又は６０メッシュ、又は１００メッシュ、又は１２０メッシュスクリーン上に保持される９０％以上の物質を含む、請求項３２又は３３のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項３５】
前記チャーの容積平均メジアン粒子サイズが、２００ミクロン未満、又は１５０ミクロン未満、又は１２５ミクロン未満、又は１００ミクロン未満、又は７５ミクロン未満である、請求項３２又は３３のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項３６】
前記チャー中のベンゼン、トルエン、及びキシレンの合計の量が、前記チャーの５重量％未満、又は２重量％未満、又は１重量％未満、又は０．５重量％未満、又は０．２重量％又は０．１重量％未満、又は０．０２重量％を含む、請求項３２から３４のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項３７】
アルカリ及びアルカリ土類元素の合計が、前記チャーの少なくとも０．１％、又は少なくとも０．２％、又は少なくとも０．５％、又は少なくとも１．０％、又は少なくとも２．０重量％を含む、請求項３２から３６のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項３８】
前記チャーが、少なくとも１５重量％の炭素、又は少なくとも２０重量％の炭素、又は少なくとも２５重量％の炭素、又は少なくとも３０重量％の炭素、又は少なくとも３５重量％の炭素、又は少なくとも４０重量％の炭素、又は少なくとも５０重量％の炭素、又は１５〜９５重量％の炭素、又は２０〜９０重量％の炭素、又は２５〜８５重量％の炭素、又は３０〜７５重量％の炭素、又は４０〜７０重量％の炭素からなる、請求項３２から３７のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項３９】
前記チャーが、少なくとも０．１重量％の水素、又は少なくとも０．５重量％の水素、又は少なくとも１．０重量％の水素、又は少なくとも１．５重量％の水素、又は少なくとも２．０重量％の水素、又は少なくとも２．５重量％の水素、又は０．１〜８．０重量％の水素、又は０．５〜６．０重量％の水素、又は１．０〜５．０重量％の水素、又は１．５〜３．０重量％の水素からなる、請求項３２から３８のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項４０】
前記ゼオライトが、少なくとも４０ｗｔ％のＺＭＳ−５を含む、請求項３２から３９のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項４１】
少なくとも１ｗｔ％、又は少なくとも５％又は２〜１０ｗｔ％の硝酸アンモニウムを含む、請求項３２から４０のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項４２】
前記チャーが、０．１ｗｔ％未満、又は０．０１％ｗｔ未満、又は０．００１ｗｔ％未満のＶ、Ｎｉ、及びＡｓそれぞれを含む、請求項３２から４１のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項４３】
ゼオライトの形態で、少なくとも１５重量％の炭素、少なくとも０．１重量％の水素、合計少なくとも０．１重量％のＮａ、Ｋ、Ｍｇ、及びＣａ、及び合計少なくとも１０重量％のＳｉ及びＡｌを含む、請求項３２から４２のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項４４】
前記チャーの１９．５ｍｇ試料が粉砕され、５０ｍＬ／分の気流に暴露され、その後、前記チャーの質量の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は１０％〜９９％、又は２０％〜９０％、又は３０％〜８０％、又は４０％〜７５％が、３０Ｃ／分の加熱速度で、１２０〜８００Ｃの範囲にわたって実施される温度プログラム酸化（ＴＰＯ）実験で３００〜７００Ｃの範囲で、及び好ましくは５８０Ｃ以下、又は５５０Ｃ以下、又は５２５Ｃ以下、又は５００Ｃ以下、又は３５０〜５８０Ｃ、又は３７５〜５５０Ｃ、又は４００〜５２５Ｃの温度で、失われる場合のような酸素感受性を有する請求項３２から４３のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項４５】
水銀圧入ポロシメトリーによって測定されるとおり、１．０ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．７５ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．５ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．３５ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．３ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．２ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．０５〜１．０ｇ／ｍｌ、若しくは０．１〜０．７５ｇ／ｍｌ、若しくは０．１８〜０．５ｇ／ｍｌのかさ密度、又は１．５未満、若しくは１．１未満、若しくは１．０未満、若しくは０．９未満、若しくは０．８未満、若しくは０．７未満、若しくは０．６未満、若しくは０．５未満、若しくは０．４ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．１〜１．１ｇ／ｍｌ、若しくは０．２〜１．０ｇ／ｍｌ、若しくは０．３〜０．９ｇ／ｍｌ、若しくは０．５〜０．７ｇ／ｍｌの粒子密度、又は２．０ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．９ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．８５ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．７ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．５５ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．４ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．０〜２．０ｇ／ｍｌ、若しくは１．３〜１．９ｇ／ｍｌ、若しくは１．４〜１．８５ｇ／ｍｌの骨格密度を有する、請求項３１〜４４のいずれかに記載のチャー系組成物。
【請求項４６】
少なくとも１重量％のゼオライトを含むチャーを提供すること；及び前記チャーを土壌に混合することを含む土壌の改良方法。
【請求項４７】
アンモニアガス、又はアンモニア液体、又は固体アンモニウム含有肥料物質で前記土壌を処理することをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記窒素含有処理チャーを土壌に混合する前に、アンモニアガス、又はアンモニア液体、又は水性アンモニウム塩で前記チャーを前処理することをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記チャーの燃焼が、循環流動床炉、ライザー炉、ガス化炉、対向流ガス化炉、並流ガス化炉、直交流ガス化炉、流動床ガス化炉、二連バーナー型ガス化炉、浮遊床ガス化炉、溶融浴ガス化炉、熱交換炉、循環ループ炉、段階式燃焼炉、又は任意の他の燃焼炉中で実施される、請求項１１に記載の方法。
【請求項５０】
前記触媒リジェネレーター中の熱放出が、前記チャー及びコークス化触媒が分離されずリジェネレーター中で一緒に燃焼される場合の熱放出と比べて、前記チャーが除去される場合、少なくとも２０％、又は少なくとも３３％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６６％、又は少なくとも７５％少ない、請求項１から２９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
前記触媒が、シリカとアルミナのモル比（ＳＡＲ）１２超及び拘束係数（ＣＩ）１〜１２によって特徴付けられる結晶性モレキュラーシーブを含む、請求項１から２９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１４年１１月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／０８０９３８号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
序論
再生可能バイオマスから有用な化学物質、燃料、及びエネルギーを得ることは、これらの物質の従来の化石源が、ゆっくりと枯渇しつつあるため、重要な難題を示している。リグノセルロース系バイオマスが、その低コスト及びグローバルな利用可能性のため、再生可能液体バイオ燃料及び化学物質の実行可能なフィードストックとして、広く研究されている。バイオマス由来燃料及び化学物質は、化石燃料の使用が最少化される場合、ＣＯ2の純排出も実質的に減少させると予測される。
【０００３】
この難題に対処するため、バイオマスを燃料及び他の有用な化学物質に変換するためになされる大規模な取り組みがある。バイオマスから燃料及び化学物質を生成するには、フィードストック及び生成物の性質のため、従来の石油系変換プロセスと異なる特殊な変換プロセスが必要である。高い温度、固体原料、水の高い濃度、原料中の高い酸素含有量、通常ではない分離、及び酸素化副生成物が、石油アップグレーディングでみられるものと異なったバイオマス変換のいくつかの特徴である。このため、バイオマスから化学物質を効率的に生成するために克服しなければならない多くの難題がある。
【０００４】
バイオマス物質は、一般に主要な成分としてリグニン、セルロース、及び半セルロース、さまざまな有機性の乏しい物質、水、及びいくつかの無機要素を含む。ある範囲のバイオマス由来物質を熱分解して芳香族化合物、オレフィン、ＣＯ、ＣＯ2、水、チャー、コークス、及び他の生成物の混合物を生成することができる。熱分解の特に好ましい形態は、芳香族化合物、オレフィン、及びさまざまな他の物質の混合物を生成するための触媒流動床炉でのバイオマスの変換を含む触媒急速熱分解（ＣＦＰ）と知られている。芳香族化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、（まとめてＢＴＸ）、及びナフタレン、及び他の芳香族化合物が挙げられる。オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、及び少量の高分子量オレフィンが挙げられる。ＢＴＸ芳香族化合物は、高い有価物を有し、容易に輸送される。
【０００５】
ＣＦＰプロセスからの原排水は、芳香族化合物、オレフィン、酸素添加物、パラフィン、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2、水、チャー、アッシュ、コークス、触媒細粒子、及び他の物質を含む複合混合物である。この複合混合物からさまざまな成分の分離、回収、及び精製は、満足に解決されていない難題をもたらす。
【０００６】
特に厄介な問題が、固体触媒の存在下でかなりの量の固体チャーの生成である。チャーは、燃焼又は熱分解プロセスで部分的に変換される炭素リッチ固体物質に当てられる用語である。使用されたＣＦＰ触媒の再生では、チャーの存在が、必要なリジェネレーターのサイズ及び放出される熱の量を増大させ、コストを増大させ、ＣＦＰ触媒に損害を与える可能性がある；このため、チャーを分離し、除去すると、プロセス及びコスト上の利点がもたらされる。
【０００７】
さらに、チャー中に提供される炭素及び他の物質は、バイオマスフィードストックの有価物のかなりの部分を示し、そのため、その有価物を回収する方法が研究されている。
【０００８】
Ｃｈｉｅｋｙらが、米国特許出願２０１４００７３７０８に、バイオマスを生成物に変換し、揮発性及び非揮発性フラクションを生成するプロセス、非揮発性フラクションは、チャーを含む可能性があることを記載している。揮発性フラクションは、オレフィン及びケロシンなどの燃料を含むことができ、芳香族化合物を増大させるためにさらにフラクションをプロセスしてよい。
【０００９】
Ｓｔａｍｉｒｅｓ及びＯ’Ｃｏｎｎｏｒが、米国特許出願２０１４０００７４９９に、ストリッパーから得られる軟質コークスのバイオオイルを生成するプロセスを使用し、触媒熱分解炉へのバイオマス原料の前処理することを記載している。
【００１０】
Ｌｉｓｓｉａｎｓｋｉらが、米国特許出願２０１２００２４８４３に、マイクロ波エネルギーで炭素系物質を加熱し、チャー、オイル及びガスを含む混合物を生成する方法を記載している。炉の下流に配置されるサイクロン中で混合物の分離を実施してよい。その後、熱回収ユニットに分離されたチャーを移してよい。その後、熱回収ユニットから回収された熱をプリヒーターに再生利用してよい。分離されたチャーを部分的に燃焼し、炉に戻し、炭素系物質の処理のために熱を供給してよい。代わりに、熱回収ユニットから引き出されたチャーに、さらに、例えば、チャーガス化などの処理を加えてよい。また、特にフィードストックがかなりの量のバイオマスから生成される場合、肥料としてチャーを使用することもできることが示唆されている。
【００１１】
Ｒａｍａｎらが、ＷＯ／２００９／１１１３４５に、バイオマス微粒子を燃焼及び／又はガス化炉に提供することによってバイオマスチャーを生成することができることを示している。かかる炉を触媒ガス化プロセスに統合してよい。例えば、統合したプロセスでは、燃焼炉にバイオマス微粒子を提供し、スチームの生成のために水源と接触させることができる；かかるスチームを、全体又は部分で、触媒ガス化炉に提供することができ、生成されたバイオマスチャーをその中で抽出し、触媒ガス化炉のための微粒子組成物の調製に利用してよい。水で熱いバイオマスチャーをクエンチすることによってバイオマスチャーの粒子サイズを減少させてよく、その結果、急速温度変化によってチャーに引き起こされた負荷が、チャーを小さな粒子に粉砕し、スラリーが生成される。
【００１２】
Ｐａｌｍａｓらが、米国特許第８，４９９，７０２号に、熱分解生成物及び廃熱媒を生成する炭素系バイオマスフィードストックの熱分解のプロセスを記載している。廃熱媒は、分離チャー及びチャー低減廃熱媒に分離される。分離チャーは、再加熱器の外側の酸素含有再生ガス中で流動高密度床からの熱媒と燃焼される。チャー低減廃熱媒は、残りのチャーを燃焼するのに十分な条件下で再加熱器中の酸素含有再生ガスストリームに入る。燃焼は、高密度床物質（すなわち、熱媒）の温度を熱分解炉に必要な作業条件、すなわち、約３００℃〜約９００℃に上昇させる。
【００１３】
Ｊａｄｈａｖが、米国特許第８，４０４，９０９号に、チャーを含む固体及び金属酸化物吸着剤を含む熱エネルギーキャリア粒子が、気相から分離され、チャー燃焼器に送られるプロセスを記載している。チャー及び減少された熱エネルギーキャリア粒子のストリームが、チャー燃焼器に供給される。また、酸化された金属酸化物吸着剤を含む熱エネルギーキャリア粒子の供給ストリームがチャー燃焼器に供給される。チャー燃焼器中のチャーの燃焼後に、加熱され減少された金属酸化物吸着剤の一部が、酸化炉へのストリームによって送られる。熱エネルギーキャリア粒子の一部が、チャー燃焼器から受けられ、熱分解炉に送られる。この方法では、熱をチャー燃焼器から熱分解炉に運ぶことができる。
【００１４】
触媒急速熱分解プロセスからのチャー分離、及びその後のプロセッシングが、バイオマスアップグレーディング産業で確立されたプロセスとなっていない。
【００１５】
これらの取り組み及び他の以前の取り組みにかかわらず、プロセスエネルギー効率性を向上させ、触媒リジェネレーターのサイズ及び必要熱量を減少させ、チャーを含む無機質を除去し、摩擦によって生成される触媒細粒子を選択的に除去し、触媒の寿命を延ばすために、触媒熱分解プロセスの生成物排水の一部として生成されるチャーから有価物を回収、分離、抽出するプロセスの改善の必要性が残されている。
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、ＣＦＰプロセスの改善及び新しいチャー組成物を提供する。
第１の態様では、本発明は、反応ゾーンで触媒の存在下で固体バイオマスを反応させること；反応ゾーンから出る生成物ストリーム又は複数の生成物ストリームを生成すること；反応ゾーンから固体混合物を取り出すこと；除去される固体混合物は、生成物ストリーム又は複数のストリームから分離している；触媒再生ステップ前に固体混合物からチャーの少なくとも一部を分離すること；任意で分離されたチャーの一部を反応ゾーンに付加すること；チャーは反応ゾーン前にバイオマスと混合されない；及び生成物混合物から芳香族化合物又はオレフィンを回収することを含む、芳香族化学物質又はオレフィンを生成する方法を提供する。
【００１７】
いくつかの好ましい実施形態では、芳香族化合物が回収され、回収された芳香族化合物は、バイオマス中の炭素に基づいた収率が少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％の量で、ベンゼン、トルエン、及びキシレンを含み、収率は、ベンゼン、トルエン、及びキシレン中の炭素の合計をバイオマス原料中の炭素によって割り、１００％をかけたものである。この方法では、原生成物ストリーム又はストリームは、主に（質量によって）気体有機化合物、ＣＯ、ＣＯ2、及び水であり、通常、混入した少量の固体と９０％を越えるガス又は少なくとも９５％ガスである。
【００１８】
いくつかの好ましい実施形態では、発明の方法は、さらに以下の１つ又は任意の組み合わせによって特徴付けることができる。
分離が、１つのサイクロン又は連続したサイクロンで実施される；
分離が、連続したサイクロンで実施され、チャーを分離するために使用される次のサイクロンそれぞれに入る物質の線速度が、連続したサイクロンの前のサイクロンに入る物質の線速度に劣らない；
チャーが、エルトリエーションによって触媒から分離される；
チャーが、好ましくはガス及び固体粒子の気泡床を含む固体フローテーションによって、触媒及びチャー混合物から分離される；
チャーが、固体の分離が粒子サイズ差に基づいて生じる、さまざまな穴開口部を有するスクリーン、スクリーン一式、又はもう１つのサイズ排除デバイスによって、触媒及びチャー混合物から分離される；
チャーの少なくとも一部が、他の固体から分離される前に粉砕される（このステップは、チャー粒子を小さくし、このため触媒からチャーを分離するのを容易にする）；
チャーの少なくとも一部が、輸送管中で、任意でその長手方向に不均一内部断面を有する輸送管を通して粉砕される；
チャーの少なくとも一部が、スタティックミキサーを含む輸送管中で粉砕される；チャーの少なくとも一部が、粒子のストリームが、平行から少なくとも４５度の衝突角度で表面に衝突する衝突捕集表面又はデバイスによって粉砕される；
チャーの一部が、静電分離によって固体混合物から分離される；
チャーの二酸化炭素及び水への変換を完了するのに最小限必要な酸素を超過した酸素による燃焼；
熱が、チャーの燃焼から回収され、触媒バイオマス変換炉に移される；
熱が、チャーの燃焼から回収され、スチームを生成するのに利用される；
チャー燃焼プロセスが、少なくとも７００Ｃ、又は少なくとも８００Ｃ、又は少なくとも９００Ｃ、又は少なくとも１０００Ｃ、又は７００Ｃ〜１３００Ｃ、又は８００〜１２００Ｃの温度で行われる；
触媒が、ゼオライトを含み、触媒再生が、７５０Ｃ未満、又は７００Ｃ未満、又は６５０Ｃ未満、又は６２５Ｃ未満、又は５５０Ｃ〜７５０Ｃ、又は５７５Ｃ〜７００Ｃ、又は６００Ｃ〜６５０Ｃの温度で行われる；
触媒が、少なくとも１０ｗｔ％のＺＳＭ−５を含む；
反応ゾーンから取り出された固体混合物が、触媒及びチャーの混合物であり、触媒及びチャー混合物は、スチームストリッパー中で除去される；
スチームストリッパーの温度は、１００〜７００Ｃ、若しくは２５０〜６５０Ｃ、若しくは４００〜６２５Ｃ、若しくは５００〜６００Ｃの範囲としてよい、又は、少なくとも１００Ｃ、若しくは少なくとも２５０Ｃ、若しくは少なくとも４００Ｃ、若しくは少なくとも５００Ｃ、若しくは７００Ｃ未満、若しくは６５０Ｃ未満、若しくは６００Ｃ未満としてよい；
生成物からオレフィンを回収すること；
電気を生成するためにチャーを利用すること；
チャーの少なくとも一部を化学的に反応させ、反応させたチャーの一部が触媒バイオマス炉に戻される；
チャーの少なくとも一部が、触媒バイオマス炉に戻される前に酸化され（酸化されたチャーの結果、酸化されないチャーと比べてＢＴＸの収率が高くなるため、このステップは、利点がある）、好ましくはチャー中の炭素原子と付加されたオキシダント中の酸素原子の比（Ｏ／Ｃ比）が、チャー処理プロセスで１．５未満、１．０未満、０．８未満、０．５未満、又は０．２５未満、又は０．０１〜１．５、又は０．０５〜１．０、又は０．１〜０．８、又は０．１５〜０．５である；
チャーが、オゾン、酸素、希薄空気、過酸化水素、過酢酸（ＣＨ３Ｃ（Ｏ）ＯＯＨ）、過ギ酸（ＨＣ（Ｏ）ＯＯＨ）、過酸化イソブチル、ＮＯ２、ＮＯ、又は他の気体又は液体酸化剤との反応によって部分的に酸化される；
チャーの酸化で、チャー中の炭素とオキシダント中の酸素の比（Ｏ／Ｃ比）が、チャー処理プロセスで、１．５未満、１．０未満、０．８未満、０．５未満、又は０．２５未満、又は０．０１〜１．５、又は０．０５〜１．０、又は０．１〜０．８、又は０．１５〜０．５である；
チャー処理の結果、新たに生成されたチャーと比べて、酸素含有量が増大した、又はＯ／Ｃ比が高い生成物となる；
チャー処理の生成物は、固体、液体、又は固体及び液体生成物の赤外分光分析によって測定したとおり、炭素と酸素の単結合及び炭素と酸素の二重結合の含有量の増大を示す；
チャーの少なくとも一部が、スチームストリッパー中で除去される；
チャーが、酸性溶液で処理される；好ましくは酸性溶液が、酢酸、ギ酸、硝酸、硫酸、プロピオン酸、又は炭酸、又はＣＦＰプロセスで生成される水の一部、又はこれらの組み合わせを含む；
チャーが、塩基性溶液で処理される；好ましくはＣＦＰプロセスで生成される水の一部、又はＣＦＰプロセスで使用される洗浄触媒から得られる洗浄溶液、又はＣＦＰプロセスで生成されるアッシュを用いて調製される溶液、又はこれらの組み合わせを含む。
【００１９】
本発明は、本明細書に記載の方法のいずれかによって生成されたチャー系組成物（チャー）を含む。
【００２０】
もう１つの態様では、本発明が、少なくとも１ｗｔ％のゼオライト又はゼオライト含有触媒及び１０〜９９ｗｔ％の炭素を含むチャー系組成物（チャー）、好ましくは少なくとも１ｗｔ％のゼオライトを含むチャーを提供する。いくつかの好ましい実施形態では、発明の組成物が、さらに以下の１つ又は任意の組み合わせによって特徴付けることができる：
蒸留水に暴露した場合、ｐＨが７未満、６未満、５未満、又は４未満、又は２〜７、又は２．５〜６、又は３〜５である溶液を生成するような酸性度を有するチャー；
チャーが、１〜５０重量％、又は２〜４０重量％、又は５〜３５重量％、又は１０〜３０重量％、又は１５〜２５重量％、又は少なくとも１重量％、又は少なくとも２重量％、又は少なくとも５重量％、又は少なくとも１０重量％、又は少なくとも１５重量％、又は少なくとも２０重量％のゼオライト又はゼオライト含有触媒（ゼオライト含有触媒が、少なくとも１０ｗｔ％のゼオライト、好ましくは少なくとも２０ｗｔ％のゼオライト、又は２０〜８０ｗｔ％のゼオライト、又は３０〜７０ｗｔ％のゼオライトを含む）を含む；
チャーの容積平均メジアン粒子サイズが、２００ミクロン未満、又は１５０ミクロン未満、又は１２５ミクロン未満、又は１００ミクロン未満、又は７５ミクロン未満では（これは、チャー粒子の観察された総容積の５０％が、ＳＥＭによって測定されるとおり、２００μｍ未満、又は１５０μｍ、又は１２５μｍなどである粒子のサイズを意味し、「サイズ」は、ＳＥＭ顕微鏡写真で観察されたとおり、各粒子の最大の大きさを指す）；
チャーが、少なくとも１２５ミクロン、又は少なくとも１４９ミクロン、又は少なくとも２５０ミクロン、又は少なくとも４２０ミクロン、又は少なくとも５９５ミクロン、又は少なくとも８４１ミクロン、又は少なくとも２，０００ミクロンの質量平均粒子サイズを有する、又はチャーが、１０メッシュ、又は２０メッシュ、又は３０メッシュ、又は４０メッシュ、又は６０メッシュ、又は１００メッシュ、又は１２０メッシュスクリーン上に保持される９０％以上の物質を含む。
チャー中のベンゼン、トルエン、及びキシレンの合計の量が、チャーの５重量％未満、又は２重量％未満、又は１重量％未満、又は０．５重量％未満、又は０．２重量％又は０．１重量％未満、又は０．０２重量％を含む；
アルカリ及びアルカリ土類元素の合計が、チャーの少なくとも０．１％、又は少なくとも０．２％、又は少なくとも０．５％、又は少なくとも１．０％、又は少なくとも２．０重量％を含む；
チャーが、少なくとも１５重量％の炭素、又は少なくとも２０重量％の炭素、又は少なくとも２５重量％の炭素、又は少なくとも３０重量％の炭素、又は少なくとも３５重量％の炭素、又は少なくとも４０重量％の炭素、又は少なくとも５０重量％の炭素、又は１５〜９５重量％の炭素、又は２０〜９０重量％の炭素、又は２５〜８５重量％の炭素、又は３０〜７５重量％の炭素、又は４０〜７０重量％の炭素からなる；
チャーが、少なくとも０．１重量％の水素、又は少なくとも０．５重量％の水素、又は少なくとも１．０重量％の水素、又は少なくとも１．５重量％の水素、又は少なくとも２．０重量％の水素、又は少なくとも２．５重量％の水素、又は０．１〜８．０重量％の水素、又は０．５〜６．０重量％の水素、又は１．０〜５．０重量％の水素、又は１．５〜３．０重量％の水素からなる；
チャーは、さらに酸素含有量の向上、又は、周囲条件で若しくはほぼ周囲（最大約１００Ｃ）条件で最長約１日の空気への暴露を越える酸化を提供する酸化処理に処理されること（酸素含有量の向上は、周囲条件で又はほぼ周囲（最大約１００Ｃ）条件で最長約１日、空気への暴露によって得られる含有量より多い含有量を意味する）によって特徴付けることができる；
ゼオライトが、少なくとも４０ｗｔ％のＺＭＳ−５を含む；
少なくとも１ｗｔ％（又は少なくとも５％又は２〜１０ｗｔ％）の硝酸アンモニウムを含むこと；
チャーが、それぞれ０．１ｗｔ％（好ましくは０．０１又は０．００１ｗｔ％の）以下のＶ、Ｎｉ、及びＡｓを含む；
ゼオライトの形態で、少なくとも１５重量％の炭素、少なくとも０．１重量％の水素、合計少なくとも０．１重量％のＮａ、Ｋ、Ｍｇ、及びＣａ、及び合計少なくとも１０重量％のＳｉ及びＡｌを含むこと；
及び／又はチャーの１９．５ｍｇ試料が、粉砕され、５０ｍＬ／分の気流に暴露され、その後、組成物の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は１０％〜９９％、又は２０％〜９０％、又は３０％〜８０％、又は４０％〜７５％を、３０Ｃ／分の加熱速度で、１２０〜８００Ｃの範囲にわたって実施される温度プログラム酸化（ＴＰＯ）実験で３００〜７００Ｃの範囲で、気化する、好ましくは５８０Ｃ以下、又は５５０Ｃ以下、又は５２５Ｃ以下、又は５００Ｃ以下、又は３５０〜５８０Ｃ、又は３７５〜５５０Ｃ、又は４００〜５２５Ｃの温度で気化する場合のような酸素感受性を有すること。
【００２１】
チャー系組成物は、水銀圧入ポロシメトリーによって測定されるとおり、チャーが、１．０ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．７５ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．５ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．３５ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．３ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．２ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．０５〜１．０ｇ／ｍｌ、若しくは０．１〜０．７５ｇ／ｍｌ、若しくは０．１８〜０．５ｇ／ｍｌのかさ密度、又は１．５未満、若しくは１．１未満、若しくは１．０未満、若しくは０．９未満、若しくは０．８未満、若しくは０．７未満、若しくは０．６未満、若しくは０．５未満、若しくは０．４ｇ／ｍｌ未満、若しくは０．１〜１．１ｇ／ｍｌ、若しくは０．２〜１．０ｇ／ｍｌ、若しくは０．３〜０．９ｇ／ｍｌ、若しくは０．５〜０．７ｇ／ｍｌの粒子密度、又は２．０ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．９ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．８５ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．７ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．５５ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．４ｇ／ｍｌ未満、若しくは１．０〜２．０ｇ／ｍｌ、若しくは１．３〜１．９ｇ／ｍｌ、若しくは１．４〜１．８５ｇ／ｍｌの骨格密度を有するような密度によって特徴付けてよい。
【００２２】
さらなる態様では、本発明が、チャー（本明細書に記載のとおりのゼオライト含有チャー及び／又はクレームされている発明のいずれかの方法に従って生成されるチャー）を提供すること；及びチャーを土壌に混合することを含む、土壌を改良する方法を提供する。
【００２３】
本明細書に記載の方法のいずれかが、ＣＦＰプロセスを実施すること及び引き続いてチャー及び触媒の双方の細粒子を除去することを含んでよい。得られたチャー及び触媒の混合物は、土壌改良を行うのに特に好ましい可能性がある。本発明は、また、本明細書に記載のチャーのいずれかを含み、少なくとも１ｗｔ％のゼオライト、又は少なくとも２ｗｔ％のゼオライト、又は１〜１５ｗｔ％の範囲のゼオライトを含む土壌改良を含む。本発明は、また、ＣＦＰプロセスによってチャー（好ましくは本明細書に記載のチャーのいずれかから選択されるチャー）を生成する方法を含む。
【００２４】
本発明のさまざまな実施形態の利点としては、有用な生成物の収率の増大、エネルギー効率の改善、資本費の減少、及び排出の減少を挙げてよい。
【００２５】
チャーを分離し、ＣＦＰ炉を加熱するためにこれを燃焼すると、プロセスのエネルギー効率を向上させ、リジェネレーターのサイズ及び必要熱量を減少させ、チャーで無機質を除去し、摩擦によって生成される触媒細粒子を選択的に除去し、触媒の寿命を延ばす。チャーを分離し、これを機能的なものにし、これの価値の高い物質への変換を可能にすると、プロセスの経済性及び炭素効率が改善する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】主要なエネルギー（−−）及び質量（→）フロー経路を示し、概念的触媒急速熱分解プロセスを示す。
【図２】チャー分離でバイオマスを芳香族化合物に変換するための概念的プロセスを示す。
【図３】チャー粒子粉砕を向上させるためのスタティックミキサー及びダイバータを示す。上部（３ａ）は、フローパイプ中に挿入することができるミキシングデバイスの概略図を示す。中央（３ｂ）は、ライザーデザインを変更することによって粒子−壁間の接触を増大させるいくつかの手段の概略図を示す。底部（３ｃ）パネルは、パイプ内のストリーム分割によって粒子−壁間及び粒子−粒子間の相互作用を混合し、向上させるための追加の略図を示す。
【図４】チャー試料の顕微鏡写真である。
【図５】ＣＦＰプロセスにより分離された２つのチャーフラクションの組成物を示す。
【図６】触媒と混合されたチャー、シリカと混合されたチャー、及びコークス化触媒の温度プログラム酸化曲線を示す。
【図７】ＴＰＯ実験での触媒と混合されたチャー、シリカと混合されたチャー、及びコークス化触媒の温度に対する累積重量損失を示す。
【図８】静電分離装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
用語集
本明細書に使用される場合、用語「芳香族化合物」又は「芳香族化合物」は、例えば、単一芳香族環系（例えば、ベンジル、フェニルなど）及び縮合多環式芳香族環系（例えば、ナフチル、１，２，３，４−テトラヒドロナフチルなど）などの１つ以上の芳香族基を含む炭化水素化合物又は化合物を指すために使用される。芳香族化合物の例としては、ベンゼン、トルエン、インダン、インデン、２−エチルトルエン、３−エチルトルエン、４−エチルトルエン、トリメチルベンゼン（例えば、１，３，５−トリメチルベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼン、１，２，３−トリメチルベンゼンなど）、エチルベンゼン、スチレン、クメン、メチルベンゼン、プロピルベンゼン、キシレン（例えば、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、ｏ−キシレン）、ナフタレン、メチル−ナフタレン（例えば、１−メチルナフタレン）、アントラセン、９，１０−ジメチルアントラセン、ピレン、フェナントレン、ジメチル−ナフタレン（例えば、１，５−ジメチルナフタレン、１，６−ジメチルナフタレン、２，５−ジメチルナフタレンなど）、エチル−ナフタレン、ヒドロインデン、メチル−ヒドロインデン、及びジメチル−ヒドロインデンが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、また、単環及び／又は高環芳香族化合物を生成してよい。芳香族化合物は、また、ヘテロ原子置換基、すなわち、フェノール、クレゾール、ベンゾフラン、アニリン、インドール、チオフェンなどを含有する単一及び多環化合物を含む。
【００２８】
本明細書に使用される場合、用語「アルカリ及びアルカリ土類金属」（ＡＡＥＭ）は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＲａを含む、国際純正応用化学連合会（ＩＵＰＡＣ）によって承認されたとおりの周期表の１族及び２族の金属を含む。用語アルカリ及びアルカリ土類金属は、また、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、又は小濃度の他の金属、又はこれらの組み合わせを含む、１族及び２族の元素とともにバイオマスにみられることが多い追加の元素を含んでよい。用語アルカリ及びアルカリ土類金属は、バイオマスにみられ、炭化水素系液体生成物へ変換しにくいＣ、Ｈ、Ｏ、Ｎ及びＳ以外の元素の全体を伝えることを意図する。これらの元素は、塩、酸化物として、又はさまざまな有機分子と組み合わせて、みられることが多く、無機質を指すこともある。
【００２９】
本明細書に使用される場合、用語「バイオマス」は、当該技術分野でのその従来の意味を示し、再生可能なエネルギー又は化学物質の有機源を指すために使用される。その主要な成分は、（１）樹木（森林）及び他の全草木；（２）農産物及び廃棄物（トウモロコシ、果物、ごみエンシレージなど）；（３）藻及び他の海洋性植物；（４）代謝廃棄物（肥料、汚水）、及び（５）セルロース系都市廃棄物とすることができる。バイオマス物質の例は、例えば、Ｈｕｂｅｒ、Ｇ．Ｗ．ｅｔ  ａｌ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｆｕｅｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｂｉｏｍａｓｓ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃａｔａｌｙｓｔｓ、ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１０６、（２００６）、ｐｐ．４０４４−４０９８に記載されている。
【００３０】
バイオマスは、従来から、燃料としての使用又は工業生産のために変換することができる、生きている生物的物質及び最近死んだ生物的物質として定義される。バイオマスとしての基準は、当該物質が、最近、炭素サイクルに参加したはずであり、燃焼プロセスの炭素の放出は、当然短期間での平均では純増しない結果となるということである（この理由では、泥炭、亜炭及び石炭などの化石燃料は、この定義によるバイオマスと考えられない。これは、これらが、長期間、炭素サイクルに参加していない炭素を含有し、その燃焼は、大気二酸化炭素を純増させる結果となるためである）。最も一般的に、バイオマスは、バイオ燃料として使用されるために成長させた植物性物質を指すが、また、繊維、化学物質又は熱の生成に使用される植物性又は動物性物質を含む。バイオマスは、また、都市廃棄物、植物性廃棄物（草木又は花切断及び生垣刈り込みなどの植物性又は公園廃棄物からなる生物分解性廃棄物）、動物肥料を含む農作の副産物、食物加工廃棄物、下水汚泥、木材パルプ又は藻からの黒液を含む、燃料として燃焼させることができる、又は化学物質に変換することができる生物分解性廃棄物又は副産物を含んでよい。バイオマスでは、地質学的プロセスによって石炭、オイルシェール、又は石油などの物質に変換された有機物質が除外される。バイオマスは、広く一般に、有用である可能性がある全ての根、茎、葉、種子殻、及び果実とともに、ススキ、トウダイグサ、ヒマワリ、スイッチグラス、アサ、トウモロコシ（トウモロコシの実）、ポプラ、ヤナギ、サトウキビ、及びオイルアブラヤシ（パームオイル）を含む植物から産出される。原材料のプロセッシングユニットへの投入のプロセッシングは、ユニットの必要性及びバイオマスの形態に応じて変えてよい。バイオマスは、化石燃料にみられる量より有意に多い14Ｃの存在によって化石由来炭素と区別することができる。本明細書に記載の生成物のいずれも、好ましくはバイオマスに由来する。
【００３１】
本明細書に使用される場合、用語「触媒急速熱分解」（ＣＦＰ）は、触媒の存在下で急速加熱によって炭化水素系物質を化学物質、燃料、又は化学物質及び燃料に変換するためのプロセスを指す。ＣＦＰに好適な装置及びプロセス条件の例が、Ｈｕｂｅｒらの米国特許８，２７７，６４３、米国特許出願２０１２／０２０３０４２Ａ１、及びＨｕｂｅｒらの米国特許出願２０１３／００６００７０Ａ１に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。バイオマスのＣＦＰのための条件は、以下の特徴の１つ又は任意の組み合わせ（本発明のより広い実施形態を限定する意図はない）を含んでよい：ゼオライト触媒、ＺＳＭ−５触媒；以下の金属：チタニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、プラチナ、パラジウム、銀、リン、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、タングステン、ジルコニウム、セリウム、ランタンの１つ以上、及びこれらの組み合わせを含むゼオライト触媒；流動床、循環床、又はライザ炉；３００°〜１０００℃の範囲の作業温度；及び／又は０．１〜４０の固体触媒とバイオマスの質量比。
【００３２】
本明細書に使用される場合、用語「触媒」は、その従来の意味、すなわち、化学反応の速度を増大させるプロセスに付加される物質という意味を有する。本発明の文脈で有用な触媒成分は、当該技術分野で知られる触媒、又は当業者によって理解されるとおりの触媒から選択することができる。触媒は、反応を促進する、及び／又は生じさせる。このため、本明細書に使用される場合、触媒は、化学的プロセスの活性化エネルギー（速度を増大させる）を下げる、及び／又は化学反応での生成物又は中間体の分布を改善する（例えば、形状選択性触媒）。触媒作用を及ぼすことができる反応の例としては、脱水、脱水素、異性化、水素移動、芳香族化、脱カルボニル化、脱炭酸、アルドール縮合、分子クラッキング及び分解、これらの組み合わせ、及び他の反応が挙げられる。触媒成分は、当業者によって理解されるとおり、酸性、中性、又は塩基性と考えることができる。
【００３３】
触媒急速熱分解（ＣＦＰ）で、特に有利な触媒としては、孔径（例えば、通常ゼオライトと関係するメソ多孔性及び孔径）、例えば、１００オングストローム（Å）未満、５０Å未満、２０Å未満、１０Å未満、５Å未満、以下の平均孔径に従って選択される内部有孔性を含有するものが挙げられる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、平均孔径５Å〜１００Åの触媒を使用してよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、平均孔径５．５Å〜６．５Å、又は５．９Å〜６．３Åの触媒を使用してよい。いくつかの場合では、平均孔径７オングストローム〜８Å、又は７．２Å〜７．８Åの触媒を使用してよい。
【００３６】
ＣＦＰのいくつかの好ましい実施形態では、触媒は、自然ゼオライト、合成ゼオライト、及びこれらの組み合わせから選択してよい。ある特定の実施形態では、触媒は、当業者によって理解されるとおり、ＺＳＭ−５ゼオライト触媒としてよい。任意で、かかる触媒が、酸性点を含むことができる。他の型のゼオライト触媒としては、特に、フェリエライト、ゼオライトＹ、ゼオライトβ、モルデナイト、ＭＣＭ−２２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−５７、ＳＵＺ−４、ＥＵ−１、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−２２、ＳＡＰＯ−３１、ＳＳＺ−２３が挙げられる。本発明のＣＦＰプロセス流動床炉で特に有利な触媒組成物が、シリカとアルミナのモル比（ＳＡＲ）１２超及び拘束係数（ＣＩ）１〜１２によって特徴付けられる結晶性モレキュラーシーブを含む。ＣＩを測定する方法が、米国特許第４，０２９，７１６号にさらに詳細に記載されており、当該方法の詳細について参照により組み入れられる。これらの結晶性モレキュラーシーブの非限定例は、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−１２、ＺＳＭ−２２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−３５、ＺＳＭ−４８、ＺＳＭ−５０又はこれらの組み合わせの構造を有するものである。他の実施形態では、非ゼオライト触媒；例えば、ＷＯｘ／ＺｒＯ2、リン酸アルミニウムなどを使用してよい。いくつかの実施形態では、触媒が、金属及び／又は金属酸化物を含んでよい。好適な金属及び／又は酸化物としては、例えば、特に、ニッケル、パラジウム、プラチナ、チタニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、銅、ガリウム、及び／又はこれらの酸化物のいずれかが挙げられる。いくつかの場合では、触媒の活性又は構造を改変するために、希土類元素、すなわち、元素５７〜７１、セリウム、ジルコニウム又はこれらの組み合わせの酸化物から選択されるプロモーター元素を含んでよい。さらに、いくつかの場合では、選択的に所望の生成物を生成するために、触媒の特性（例えば、孔構造、酸点の型及び／又は数など）を選択してよい。
【００３７】
「チャー」は、燃焼、熱分解、又は触媒熱分解プロセスで、バイオマスから少なくとも部分的に変換される炭素リッチ（少なくとも２０質量％のＣ）固体物質に当てられる用語である。チャーは、通常、高いパーセンテージの炭素、いくつかの水素、及びいくつかの量の酸素を含有し、また、Ｃａ、Ｋ、Ｐ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｎ、Ｆｅ、又は他の元素などのプロセスで反応させたバイオマス中に存在していたいくつかの他の元素を含有してよい。チャーは、反応させた最初のバイオマス粒子と形状及び全体構造が類似しているようにみえてよく、又は、プロセスでより細かい粒子に粉砕されているようにみえてよく、又は、より大きな粒子の塊にしてよく、又はこれらの組み合わせとしてよい。いくつかの例では、チャーが、炭素系物質と混合されたかなりの部分の触媒を含有してよい。チャーの追加の特性が、詳細説明のセクションに提供されている。チャーは、コークス又はコークス化触媒が制御酸化実験で酸化する温度より低い温度（質量損失の割合が最大の温度）で酸化される。チャーは、コークス又はコークス化触媒より粒子密度が小さく、かさ密度が小さい。
【００３８】
本明細書に使用される場合、用語「コークス」は、当該技術分野でのその従来の意味を示し、触媒又は他の物質上の炭素リッチ固体付着物を指すために使用される。コークス付着物は、通常、触媒再生プロセスでの燃焼によって除去される。コークスは、チャーと異なり、通常、触媒の孔又は表面に付着し、チャーより芳香族性が高く、反応性が低い。多くの例では、コークス及びチャーの分離は、容易でなく、コークス及びチャーは、一体の固体生成物と考えられることが多い。本明細書に使用される場合、用語「オレフィン」又は「オレフィン化合物」（別名「アルケン」）は、当該技術分野でのこれらの通常の意味を示し、二重結合によって結合された１対以上の炭素原子を含有する不飽和炭化水素を指すために使用される。オレフィンは、環式及び非環式（脂肪族）オレフィンの双方を含み、それぞれ、二重結合が、環式（閉環）基又は開鎖基の部分を形成する炭素原子間に位置する。さらに、オレフィンは、好適な数の二重結合を含んでよい（例えば、モノオレフィン、ジオレフィン、トリオレフィンなど）。２つの二重結合を有するオレフィンは、ジエンを指すことが多い。オレフィン化合物の例としては、特に、エテン、プロペン、アレン（プロパジエン）、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン（２メチルプロペン）、ブタジエン、及びイソプレン、が挙げられるが、これらに限定されない。環式オレフィンの例としては、特に、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテンが挙げられる。トルエンなどの芳香族化合物は、オレフィンとみなされない；しかし、芳香族部分を含むオレフィンは、オレフィンとみなされ、例えば、ベンジルアクリレート又はスチレンである。
【００３９】
「酸素添加物」としては、その構造中に少なくとも１つの酸素原子を含有する有機化合物、例えば、アルコール（メタノール、エタノールなど）、酸（例えば、酢酸、プロピオン酸など）、アルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等）、エステル（例えば、メチルアセテート、エチルアセテートなど）、エーテル（例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなど）、酸素含有置換基（例えば、フェノール、クレゾール、安息香酸など）、環式エーテル、酸、アルデヒド、及びエステル（例えばフラン、フルフラールなど）を有する芳香族化合物などが挙げられる。
【００４０】
本明細書に使用される場合、用語「熱分解」及び「熱分解すること」は、当該技術分野でのこれらの従来の意味を示し、好ましくは、Ｏ2の付加なしで、又はＯ2の欠如のもとで、熱によって、化合物、例えば、固体炭化水素系物質を、１つ以上の他の物質、例えば、揮発性有機化合物、気体、チャー、及びコークスへ変換することを指すために使用される。好ましくは、熱分解反応室中に存在するＯ2の容積分率が、０．５％以下である。触媒を使用して、又は、使用しないで熱分解を行ってよい。「触媒熱分解」は、触媒の存在下で実施される熱分解を指し、Ｈｕｂｅｒらの米国特許８，２７７，６４３、米国特許出願２０１２／０２０３０４２Ａ１、及びＨｕｂｅｒらの米国特許出願２０１３／００６００７０Ａ１ならびに以下により詳細が記載されたとおりのステップを含んでよい。触媒熱分解プロセスの例は、例えば、Ｈｕｂｅｒ、Ｇ．Ｗ．ｅｔ  ａｌ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｆｕｅｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｂｉｏｍａｓｓ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃａｔａｌｙｓｔｓ、ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１０６、（２００６）、ｐｐ．４０４４−４０９８に記載されている。
【００４１】
成分の『回収』は、炉排水ストリーム中に存在する成分の量と比較した、回収された生成物ストリーム（複数可）中に存在する成分のフラクション（又はパーセント）である。例えば１０グラムの生成物Ａが、原排水中に存在し、８．５グラムの生成物Ａが、回収された生成物ストリーム（複数可）中に存在する場合、その後、Ａの回収は、８．５／１０又は０．８５（８５％）である。
【００４２】
「反応ゾーン」は、触媒及びバイオマスが、少なくとも３００℃の温度で存在するＣＦＰ炉中のゾーンを指し、触媒がバイオマス原料と接触している容積を含むが、いくつかの触媒及びバイオマスが輸送される流入口及び流出口及び分離器の容積を除外する。
【００４３】
標準特許用語のとおり、用語「から実質的になる」は、方法に実質的に影響を及ぼす追加のステップ又は生成物に実質的に影響を及ぼす追加の成分の存在を除外する。一般に、用語「を含む」を用いて定義される発明の方法又は生成物のいずれも、限定する用語「から実質的になる」又は、最も狭い場合では、「からなる」を用いて特徴付けてよい。さらに、本明細書に記載の方法及び／又は生成物ステップのいずれかが、本明細書に記載の発明の方法又は生成物のいずれかのうちに包含されることを意図する。
【００４４】
図１は、概念的ＣＦＰプロセスの１つの構成での質量及びエネルギーのフローの１次経路を示す。バイオマスは、ＣＦＰ炉中で触媒の存在下で熱分解される。当該プロセスの固体生成物は、蒸気生成物から分離され、蒸気は、生成物回収及び分離システムに供給される。固体チャーの一部が、分離され、任意で燃焼され、ＣＦＰプロセスを進めるためのエネルギーが提供される。使用されるコークス化触媒は、分離され、その活性を回復するために再生され、ＣＦＰプロセスの熱を提供する。触媒再生若しくはチャー燃焼、又はこの双方からの過剰熱は、外に移し、他所で利用することができる（示していない）。多くの熱回収及び熱交換プロセス及びいくつかのマスフローが、この概念的プロセスから省略されている。
【００４５】
図２は、バイオマスを芳香族化合物（ＢＴＸ）、オレフィン、及び他の成分を含む有用な生成物に変換し、当該システムからチャーを分離するための例示的プロセスを示す。バイオマスは、リサイクルガス又は輸送流体と一緒にストリーム１０１を介してＣＦＰ炉１００に導入される。触媒は、ストリーム１０２を介して輸送流体と一緒にＣＦＰ炉に導入することができる。ＣＦＰ炉は、リサイクルガスの一部又は他の流体１０３によって流動化される流動床触媒炉である。ＣＦＰ炉からの生成物は、流体ストリーム１０４と一緒に１つ以上のサイクロン１１２に運ばれる触媒、アッシュ、又はチャーのいずれかから分離される。固体は、ストリーム１０５を介して炉に戻し、生成物混合物は、生成物回収及び分離システム（示していない）に送ることができる。任意で、ストリーム１０５の一部をシステムから除去し、廃棄する、又は触媒リジェネレーター１２０に送る、又はスチームストリッパー１１０に送ることができる。任意で、ストリーム１０５の一部をチャー燃焼ユニット（示していない）に送る、又は廃棄することができる。ストリーム１０７中の炉から除去された触媒は、スチームストリッパー１１０中を通過させる。スチームストリッパー中で、触媒は、システム中の気体及び揮発性のものを置き換えるスチームのフローに暴露される。これらの置き換えられた蒸気及びスチームの一部を生成物分離及び回収セクション（示していない）に送る、又は別の方法でプロセスで使用することができる。ストリーム１０９中のスチームで除去された触媒は、窒素を含む輸送流体、空気、又は窒素及び空気と一緒に輸送ライン１１５（任意でライザー）中を通過させ、触媒からチャーを分離するためにサイクロン又は連続したサイクロン１２２を通過させる。チャーリッチストリーム１２３は、チャー燃焼炉（示していない）に送る、又は別の方法で利用する、又は生成物として販売することができる。ストリーム１２５のチャー低減使用済触媒は、コークス及び残りのチャーが、空気又は酸素含有ストリームと少なくとも部分的に燃焼されるリジェネレーター１２０を通過させる。チャー粒子及び触媒粒子の相対的サイズ、密度、及び性質に応じて、チャーリッチストリームは、ストリーム１２３を含むことができ、ストリーム１２５は、チャー低減使用済触媒を含むことができる；チャー低減使用済触媒は、追加のサイクロン又は複数のサイクロン中で、又は他の手段によって、ストリーム１２３から分離し、その後、リジェネレーター１２０に送ることができる。リジェネレーター１２０は、任意で冷却し、許容可能な限界内で温度を制御する；冷却ユニットは、図２に示していない。再生された触媒は、ストリーム１３１を介して任意で冷却ユニットを含むことができる炉に戻してよい。燃焼排出ストリーム１２６は、サイクロン又は連続したサイクロン１２４中を通過させ、固体を除去し、その後、燃焼排出ストリーム１２８は、排出される、又はガスクリーンアップシステム（示していない）に送られる。サイクロン１２４中で採集された固体は、リジェネレーターに戻してよい、又は固体の一部を除去してよい。
【００４６】
本発明の１つの実施形態では、プロセス中で回収されたチャーの一部が、処理され、ＣＦＰ炉に戻される。ＣＦＰプロセスによって生成されるチャーは、少なくとも部分的にバイオマス原料から脱水され、酸素が除去されるが、ＣＦＰプロセスで酸化されない。理論に束縛されるものでないが、ＣＦＰプロセスからのチャーは、燃焼、又は酸化させる大気中で実施される他のプロセス、又は石炭若しくは石油から得られるチャーより酸化の影響を受けやすいと予測することができる。チャーは、コークス又はコークス化触媒より低い温度で、空気で燃焼することが知られている。その結果、ＣＦＰチャーは、相対的に軽い酸化条件及び試薬の作用によって容易に酸化される、又は好ましくは部分的に酸化される可能性がある。この点については、部分的にチャーを酸化する又は機能的なものにするために、オゾンなどの酸化剤、酸素、希薄空気、過酸化水素、過酢酸（ＣＨ3Ｃ（Ｏ）ＯＯＨ）、過ギ酸（ＨＣ（Ｏ）ＯＯＨ）、過酸化イソブチル、ＮＯ2、ＮＯ、又は、当業者に知られる他の気体若しくは液体酸化剤、又はこれらの組み合わせを使用することができる。チャー処理は、気体試薬又は溶液で実施することができる。チャー処理の生成物は、新たに生成されるチャーと比べてＯ／Ｃ比が増大する。チャー処理の生成物は、固体、液体、又は固体及び液体双方の生成物の、赤外分光分析によって測定されるとおり、炭素の酸素との単結合（Ｃ−Ｏ）及び二重結合（Ｃ＝Ｏ）の含有量が増大する。
【００４７】
部分的に気体反応体でチャーを酸化させるプロセスでは、温度が、１００Ｃ〜６５０Ｃ、又は２００Ｃ〜６００Ｃ、又は３００Ｃ〜５５０Ｃ、又は６５０Ｃ未満、又は６００Ｃ未満、又は５５０Ｃ未満、又は５００Ｃ未満、又は４５０Ｃ未満、又は４００Ｃ未満の範囲内に維持される。部分的に溶液反応体でチャーを酸化させるプロセスでは、温度が、２０Ｃ〜２５０Ｃ、又は５０Ｃ〜２００Ｃ、又は６０Ｃ〜１５０Ｃ、又は２５０Ｃ未満、又は２００Ｃ未満、又は１５０Ｃ未満、又は１００Ｃ未満、又は８０Ｃ未満、又は６０Ｃ未満の範囲内に維持される。酸素ガス又は過酸化水素などのオキシダントの酸化能力は、チャーのＣＯ2及び水への完全燃焼をもたらすのに必要な理論酸素量未満で維持され、その結果、オキシダント中の酸素とチャー中の炭素の比（Ｏ／Ｃ比）は、１．５未満、１．０未満、０．８未満、０．５未満、又は０．２５未満、又は０．０１〜１．５、又は０．０５〜１．０、又は０．１〜０．８、又は０．１５〜０．５となる。
【００４８】
チャーの溶液処理は、新たに生成されるチャー中にある無機質の少なくとも一部の除去を含むことができる。このプロセスは、液体溶液、例えば、水、水中のＨ2Ｏ2、酸性溶液などによる洗浄を含んでよい。任意で、いくつかの酸素添加物を含有し、約２〜６のｐＨを有する副生成物として、ＣＦＰプロセスで生成される水溶液の一部を使用してチャーを洗浄することができる。本発明の１つの実施形態では、水を浄化する手段としてプロセス水から酸素添加物を抽出し、これらの物質をＣＦＰ炉に再生利用する手段を提供するために、チャーが使用される。１つの実施形態では、チャーが、洗浄される前に部分的に酸化され、もう１つの実施形態では、チャーが、部分的に酸化される前に洗浄される。洗浄されたチャーの少なくとも一部をＣＦＰ炉に供給することができる。
【００４９】
もう１つの可能性のある処理が、「爆発粉砕」であり、これは、溶媒、例えば、水、又は溶液、又はアンモニアをチャーに浸透させ、溶媒の沸点より上に急速にチャーを加熱し、粒子を膨張させ、爆発させる。ガス相成分が、ＣＯ、ＣＯ2、オレフィン、又は他の軽炭化水素などの所望のものである場合、チャーのプラズマ処理を使用することができる。チャーをスチーム改質条件、例えば、スチームの存在下で７５０℃を越える温度にすることができ、その結果、バイオマスからのアルカリ元素の存在が、チャーの合成ガス、すなわち、Ｈ2、ＣＯ、ＣＯ2、及びスチームへの改質に触媒作用を及ぼす。かかるプロセスで形成されたＨ2及びＣＯを、ＣＦＰ炉に再生利用する、又は別の方法でプロセスで利用する、又は他の目的に使用することができる。１つの実施形態では、ＣＦＰプロセスで生成されたチャーが、ＣＯ2、スチーム、又はＣＯ2及びスチームの双方でガス化され、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｈ2、メタン、及び他の軽炭化水素を含む気体混合物が形成される。
【００５０】
いくつかの実施形態では、本発明に従ったチャーの質量平均粒子サイズが、少なくとも１２５ミクロン、又は少なくとも１４９ミクロン、又は少なくとも２５０ミクロン、又は少なくとも４２０ミクロン、又は少なくとも５９５ミクロン、又は少なくとも８４１ミクロン、又は少なくとも２，０００ミクロンであり、「サイズ」は、手動ふるい分け、又はマルバーンマスターサイザー２０００レーザー回折システム（又はその同等のもの）を用いた光散乱によって測定される；特定しないが、サイズは、ふるい分けによって測定される。
【００５１】
いくつかの実施形態では、チャーが、２０００ミクロン（１０メッシュ）、又は８５０ミクロン（２０メッシュ）、又は６００ミクロン（３０メッシュ）、又は４２５ミクロン（４０メッシュ）、又は２５０ミクロン（６０メッシュ）、又は１４９ミクロン（１００メッシュ）、又は１２５ミクロン（１２０メッシュ）スクリーン上に保持されている９０％以上の物質を含む。本発明のチャーは、少なくとも１２５ミクロン、又は少なくとも１４９ミクロン、又は少なくとも２５０ミクロン、又は少なくとも４２０ミクロン、又は少なくとも５９５ミクロン、又は少なくとも８４１ミクロン、又は少なくとも２，０００ミクロンである固体混合物から分離された粒子を含むことができる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、本発明に従ったチャーが、２分間の物質の手動ふるい分け後に、２０００ミクロン（１０メッシュ）、又は８５０ミクロン（２０メッシュ）、又は６００ミクロン（３０メッシュ）、又は４２５ミクロン（４０メッシュ）、又は２５０ミクロン（６０メッシュ）、又は１４９ミクロン（１００メッシュ）、又は１２５ミクロン（１２０メッシュ）スクリーン上に保持される物質を含む。
【００５３】
手動ふるい分けは、以下のプロトコールに従って実施される：片手にわずかに傾斜させた位置で、ぴったりフィットする平鍋及びカバーとともに提供される個々のふるいを保持する。上向きの動きで、他の手のひらの付け根に対して、１分間当たり約１５０回の速度で、ふるいの側面を激しくたたき、約２５ストロークの間隔で約６分の１の回転でふるいを回転させる。
【００５４】
上記に記載のとおり、処理する前に、任意でチャーの少なくとも一部を粉砕することができる。ひくこと、すりつぶすこと、こねること、たたき切ること、押し砕くこと、粉にすること、ばらばらにすること、又はチャーの平均粒子サイズを減少させる、又はチャーの表面積を増大させる、又は両方を行う他のプロセスによって粉砕を実施することができる。チャーの粉砕は、光散乱によって測定されるとおり、最初の質量平均粒子サイズの少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、質量平均粒子サイズを減少させることができる。チャーの粉砕は、光散乱によって測定されるとおり、最初の示した平均直径の粒子の質量フラクションの少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、平均直径が２ｍｍ超、又は１ｍｍ超、又は０．５ｍｍ超、又は０．３ｍｍ超、又は０．２ｍ超、又は０．１ｍｍ超である粒子の質量フラクションを減少させることができる。チャーの粉砕は、チャーの質量平均粒子サイズを、２００ミクロン未満、又は１５０ミクロン未満、又は１２５ミクロン未満、又は１００ミクロン未満、又は７５ミクロン未満に減少させることができる。
【００５５】
本発明の１つの実施形態では、ライザー１１５が、スタティックミキサー、ダイバータなどの内部取付け具とフィットする、又は固体混合物の粒子−壁、粒子−粒子、又は粒子−内部取付け具間の相互作用を向上させ、チャー粒子の粉砕を向上させるように、形づくられている。実質的に触媒摩擦を向上させないで、チャー摩擦を向上させる内部取付け具又は運搬形状が、もくろまれている。ライザーなどの急速に流れるパイプ又はスチームストリッパーからリジェネレーターへの輸送ラインでの摩擦によって、触媒ではなくチャーの粒子の粉砕（平均粒子サイズの減少）を実現することができる。ほとんどのＣＦＰ触媒では、チャーの粒子が、触媒粒子より砕けやすく、その結果、これらは固体−固体間の相互作用よりも粉砕されると考えられている。チャーの粉砕を向上させるために、輸送ライン又はライザーは、粒子−粒子間の接触、粒子−取付け具間の接触、及び粒子−壁間の接触を増大させるさまざまなスタティックミキシングデバイス又はダイバータとフィットさせることができる。多くの他のバリエーションがあるが、固体−固体間の接触を向上させることをもくろんでいる内部取付け具及び輸送ラインの形状のいくつかの非限定例が、図３に示されている。著しく触媒を粉砕することなく、チャーを選択的に粉砕するための条件を選択してよい。触媒は、流動床炉での作用に耐えるように製造された流動床触媒であるため、チャーより強力であると予測することができる。チャー粒子は、また、通常、触媒粒子より密度が高くなく、より密度の高い触媒粒子で混合物から洗い分けやすくなる。触媒粒子のサイズ分布とほぼ同じ又はこれより小さな平均直径を有するサイズ分布へのチャー粒子の粉砕により、例えば、図２のサイクロン（複数可）１２２によって、これらをさらに容易に分離することが可能になる。触媒及びアッシュを含むＣＦＰ炉からチャーの除去後にチャーを粉砕すると、エルトリエーションプロセスがより効率になり、リジェネレーターに送られるより多くのチャー欠乏及びアッシュ欠乏触媒が提供される。衝突捕集表面又はデバイスによる粉砕は、少なくともいくつかの粒子が、表面又はデバイスに対して平行から少なくとも４５度の衝突の角度で表面又はデバイスに衝突するプロセスである。
【００５６】
１つの実施形態では、少量の酸素がライザーカラムに導入され、それがライザーを通して移動するときにチャーの燃焼反応が開始される。チャーの部分的燃焼が、さらにチャーの砕けやすい性質を増大させ、粒子サイズを減少させ、粉砕、及び、例えば、図２のサイクロン（複数可）１２２による触媒粒子からの分離をよりしやすくすることができると考えられている。ライザー１１５を通して触媒及びチャー及びアッシュ混合物を輸送するために使用される運搬流体の酸素濃度は、運搬流体混合物の容積の５％未満、又は２％未満、又は１．５％未満、又は１．０％未満、又は０．５％未満、又は０．２％未満、又は０．００１％〜２％、又は０．０１％〜１％、又は０．０２％〜０．５％又は０．０２％〜０．２％としてよい、又は実質的に酸素が含まれないものとしてよい。
【００５７】
本発明の１つの実施形態では、図２で１１２、１２２、及び１２４と特定したサイクロンのいずれかが、連続して１つを越えるサイクロン、又は平行して１つを越えるサイクロン若しくは連続したサイクロンを含んでよい。複数のサイクロンが利用される場合では、それぞれサイクロンに入るガス／固体混合物の線速度は、サイクロンの形状を変えることによって、又は混合物に運搬流体を付加することによって、又はこれらの双方によって調節することができる。好ましくは、連続したサイクロンの個々のサイクロンに入るガス／固体混合物の線速度は、それぞれ次のサイクロンで増大する、又は少なくとも低下しない。すなわち、第２のサイクロンに入るガス／固体混合物の線速度は、第１のサイクロンに入るガス／固体混合物の線速度を超える又はこれと等しい、第３のサイクロンに入るガス／固体混合物の線速度は、第２のサイクロンに入るガス／固体混合物の線速度を超える又はこれと等しいなど。
【００５８】
チャー分離は、スチームストリッパーが使用され、炭化水素生成物を除去し、コークス化触媒からの気体を置き換える前、これと同時に、及び／又は、特に、これの後に、生じることができる。
【００５９】
本発明の１つの実施形態では、チャーが、スチームストリッパーの間に、又はこの後に、固体フローテーションプロセスによって、触媒から少なくとも部分的に分離される。いくつかのチャー粒子及びいくつかのアッシュ粒子は、触媒粒子より密度が低く、このため、好適な攪拌条件下で粒子の流動床の上部に移動する傾向がある。フローテーションプロセスは、好ましくは、ガス又は蒸気の遅いフローによって床が撹拌されるガスフローテーションである。また、本発明の範囲内であるような液体フローテーションがもくろまれている。フローテーション分離プロセスのための液体としては、水溶液、酸性溶液、アンモニウム塩などの塩を含有する水性溶液、例えば、水溶液、又は、有機溶媒中の溶液、又は水と混合される溶媒を挙げることができる。フローテーション液体のｐＨは、好ましくは、７未満、又は６未満、又は５未満、又は４未満、又は３未満、又は１〜５又は２〜４である。密度の低い粒子は、固体混合物の上部に上がるため、ダムを越えてこぼれ、採集される可能性がある、又は、さまざまな密度の粒子は、フローテーションデバイスに沿ってタップを用いて、さまざまなポイントで採集される可能性がある。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態では、触媒及びチャー混合物が、流体による固体粒子のエルトリエーションのプロセスによって分離される。エルトリエーションプロセスの１つの実施形態では、分離される固体粒子の懸濁が、触媒又はチャーに関して化学的に不活性の流体であるエルトリエーション流体中に調製され、さらに当該プロセスは、１つ以上の以下に定義されるステージを含み、第１のステージは、カラムの中間点及び底部の間のレベルで、垂直のエルトリエーションカラム中に触媒及びチャー懸濁のフローを導入すること、触媒及びチャー懸濁の導入より低いレベルでカラム中にエルトリエーション流体のフローを導入すること、流体は、実質的に層流条件下で、上昇するストリーム中で、カラム中に流れさせられ、カラムの上部から大きなチャー粒子又は触媒及びチャー凝集物から実質的に遊離した触媒懸濁を取り出すこと、及び、カラムの底部から主に大きな粒子を含む懸濁を取り出すことを含む大きな粒子を分離するプロセスであり、任意の第２のステージは、垂直のエルトリエーションカラム中に中間点を越えて第１のエルトリエーションカラムから回収された触媒懸濁のフローを導入すること、低いレベルでカラム中にエルトリエーション流体のフローを導入すること、流体は、実質的に層流の条件下で、上昇するストリーム中で、カラム中に流れさせられ、微細触媒及びチャー粒子を充填したカラムエルトリエーション流体の上部から取り出すこと及び実質的に微細粒子から放出されるカラム触媒粒子を底部から取り出すことを含む微細粒子を分離するプロセスである。本発明に従ったプロセスの変型では、それゆえに、第１のステージ中に調製されるエルトリエーション流体中の触媒懸濁に、エルトリエーション作用を受けさせることができ、触媒の大きな粒子又は微細粒子を分離することができる。また、懸濁に二重のエルトリエーション作用を受けさせることができ、大きな粒子及び微細粒子の双方を同時に分離することができ、大きな粒子は、好ましくは、微細粒子が第２のエルトリエーションカラム中で分離される前に、第１のエルトリエーションカラム中で分離される。
【００６１】
プロセス条件ならびにチャー及び触媒粒子の相対的サイズに応じて、大きな粒子、又は微細粒子、又はこれらの双方のいずれかが、チャー又は触媒を含むことができる。
【００６２】
好ましくは、エルトリエーション流体は、ガス又は気体の混合物である。
【００６３】
本発明の１つの実施形態では、チャーが、固体の分離が粒子サイズ差に基づいて生じる、さまざまな穴若しくは開口部を有するスクリーン、スクリーン一式、又はもう１つのサイズ排除デバイスによって、触媒から少なくとも部分的に分離される。いくつかの実施形態では、スクリーン（好ましくは上方に（重力に抵抗して）スクリーンを通して）を通して触媒及びチャーの混合物を通過させ、スクリーンを通過しない大きな粒子は、炉に再生利用される、又は触媒リジェネレーター若しくはスチームストリッパー若しくはチャー燃焼器に通過させられる。いくつかの別の実施形態では、スクリーン（好ましくは上方に（重力に抵抗して）スクリーンを通して）を通して触媒及びチャーの混合物を通過させ、スクリーンを通過する小さな粒子は、炉に再生利用される、又は触媒リジェネレーター若しくはスチームストリッパーに通過させられる。再生利用されないチャー粒子は、さらなるプロセッシングのためのチャーとして採集される。本発明の１つの実施形態では、チャーが、最初にサイズ排除によって固体混合物から分離され、より大きな粒子チャー富化フラクション及び第１のより小さな粒子チャー低減フラクションが生成される。チャー富化フラクションは、エルトリエーションによって、第２のさらに富化されたチャーフラクション及び第２のチャー低減フラクションに分離してよい。第２のさらに富化されたチャーフラクションをチャー燃焼器に送ってよい、又は別の方法で処理してよい、又は廃棄してよい、又は他の使用のために保持してよい。スチームストリッパーに固体混合物を通過させる前に、又は、好ましくは、この後に、これらの分離プロセスのいずれかを実施してよい。
【００６４】
本発明の実施形態では、チャーが、分離され、触媒再生から別個の容器中で燃焼され、ＣＦＰ炉に熱をもたらし、チャー燃焼は、少なくとも５００Ｃ、又は少なくとも６００Ｃ、又は少なくとも７００Ｃ、又は少なくとも８００Ｃ、又は少なくとも９００Ｃ、又は少なくとも１０００Ｃ、又は７００Ｃ〜１３００Ｃ、又は８００〜１２００Ｃの温度で行うことができる。本発明の実施形態では、チャーが、分離され、触媒再生から分離した容器中で燃焼され、ＣＦＰ炉に熱をもたらし、触媒再生は、７５０Ｃ未満、又は７００Ｃ未満、又は６５０Ｃ未満、又は６２５Ｃ未満、又は５５０Ｃ〜７５０Ｃ、又は５７５Ｃ〜７００Ｃ、又は６００Ｃ〜６５０Ｃの温度で行うことができる。ＺＳＭ−５及び他のゼオライト触媒の触媒寿命を延ばすため、中程度の温度でリジェネレーターを作動することが有利である。
【００６５】
本発明の実施形態では、チャーが、分離され、触媒再生から分離した容器中で燃焼され、プロセスに熱をもたらし、チャー燃焼は、循環流動床炉、ライザー炉、ガス化炉、対向流ガス化炉、並流ガス化炉、直交流ガス化炉、流動床ガス化炉、二連バーナー型ガス化炉、浮遊床ガス化炉、溶融浴ガス化炉、熱交換炉、循環ループ炉、段階式燃焼炉、又は固体を燃焼し、任意でそれから熱を回収するのによく知られている他の燃焼炉中で実施することができる。チャーフラクションの燃焼が、酸素含有ガス、例えば、空気、又は酸素低減空気、又は酸素富化空気、又は酸素含有排ガス、又はチャーの燃焼を維持するのに十分な酸素を含有する任意のガスの存在下で実施される。好ましくはチャーの燃焼が、小過剰の酸素の存在下で、すなわち、炭素系物質のＣＯ2及び水への完全燃焼をもたらすのに必要な酸素より多いときに実施される。
【００６６】
本発明の実施形態では、チャーが、分離され、触媒再生から分離した容器中で燃焼され、プロセスに熱をもたらし、触媒リジェネレーター中の熱放出は、チャー及び触媒が分離されず、一緒に燃焼される場合に放出される熱の量から有意に減少する。触媒リジェネレーター中の熱放出の減少は、チャー及びコークス化触媒が分離されずリジェネレーター中で一緒に燃焼される場合の熱放出と比べて、チャーが除去される場合、少なくとも２０％、又は少なくとも３３％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６６％、又は少なくとも７５％である。
【００６７】
プロセスから分離されるチャーは、物理的な形態、例えば、全触媒粒子及びＣＦＰプロセス装置中で触媒粒子の破壊に由来する触媒細粒子で、チャー及び一部無機ゼオライト及び触媒からの他の無機物質の混合物を含有してよい。いくつかの場合では、触媒物質が、おそらく付着力によってチャー粒子に強固に結合している。本発明のプロセスで生成されるチャーは、１つ以上のゼオライトの形態で、シリカ及びアルミナの合計の少なくとも１％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は１０〜７０％、又は２０〜６０％、又は１５〜５０重量％を含んでよい。本発明のプロセスで生成されるチャーが、１つ以上の非晶質固体物質、例えば、結合剤、粘土などの形態で、シリカ及びアルミナの合計の少なくとも１％、又は少なくとも５％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０重量％を含んでよい。本発明のプロセスで生成されるチャーが、ＣＦＰプロセス（結合剤及びゼオライトを含むことが多い）で使用される触媒に由来する固体物質の少なくとも１％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は１０〜９５％、又は２０〜９０％、又は２５〜８０重量％を含んでよい。この高多孔性チャー及び触媒混合物は、炭素を土壌に戻し、水を閉じ込め、土壌に放出するための多孔性をもたらす能力をもたらし、土壌浸透性を増大し、土壌をほぐし、ＣＦＰプロセスで生成される多孔性チャー及び無機触媒物質内に含有されているさまざまな金属イオン及び有機物質の保留性及び放出をもたらすため、価値ある土壌改良剤となる可能性がある。
【００６８】
さらに、このプロセスで生成されるＣＦＰチャーは、チャーがスチームストリッパーの内又は下流で分離される構成で、触媒及びチャー混合物のスチームストリッピング中に実質的に除去される植物成長に有害であると知られている揮発性多環芳香族化合物などの化合物を有する。スチームストリッピングによってプロセスされるチャーは、減少した量の芳香族化合物、例えば、ＢＴＸ及び他の揮発性成分を含む。キシレンとトルエンとベンゼンの量は、チャーの５％未満、又は２％未満、又は１％未満、又は０．５％未満、又は０．２％又は０．１％未満、又は０．０２重量％未満、又はチャーが非有害物質となる十分に低い濃度である。ＣＦＰチャーは、好ましくは、チャーの抽出物が、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ  Ｓｏｌｉｄ  Ｗａｓｔｅ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ／Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＥＰＡ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  ＳＷ−８４６、Ｊｕｌｙ  １９９２のＴｏｘｉｃｉｔｙ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  Ｌｅａｃｈｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ、ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  １３１１を用いて測定されるとおり、毒性の特性を示さないような濃度のベンゼン、クレゾール、ピリジン、又は金属を含有する。いくつかの実施形態では、チャーが非有害とされる。さらに、ＣＦＰチャーは、植物寿命の伸びのための栄養分と知られているバイオマスにみられる一部の金属元素、例えば、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｆｅなどを含んでよい。本発明のＣＦＰチャーでは、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ａｇ、Ｓｅ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂａ、Ａｓ、及び塩化物の量が、チャーを有害物質と分類すると考えられる量以下である。
【００６９】
さらに、ＣＦＰプロセスに使用される一部の酸性ゼオライト触媒を含むＣＦＰチャーのｐＨは、植物成長を促進するｐＨにきわめて近い；非触媒熱分解プロセスに由来するチャーは、きわめて強い塩基性となることが多く、このため、特にこれがアッシュを含有する場合、土壌改良剤として使用することができる前にｐＨ調整が必要である。本発明の方法で生成されるチャーは、水に暴露させてｐＨが７以下、６以下、５以下、又は４以下、又は２〜７、又は２．５〜６、又は３〜５である水溶液を生成することができる。このため、本発明の好ましいチャーは、１０ｇのチャーが５０ｇの蒸留水中に１０分間撹拌しながら分散される場合、当該水が上記に記載されたｐＨの特性を有するというような潜在的ｐＨを有することによって特徴付けることができる。ＣＦＰプロセスからのチャーの分離及び除去は、また、当該システムからアッシュ形成  元素を除去し、当該プロセスから触媒細粒子を除去し、触媒の寿命を延ばし、触媒リジェネレーターのサイズ及びコストを減少させ、当該プロセスの操作性を改善する手段を提供する。
【００７０】
一部の酸性無機及びゼオライト物質混合物を含有するチャーは、さらに、固体酸点が塩基性分子、例えば、アンモニア及びアンモニウムイオンを吸着及び脱着する能力を有するため、アンモニア肥料適用と関連して土壌改良物質として使用される場合、土壌窒素施肥及び制御放出の利点を有する。
【００７１】
チャー分離、処理、又は燃焼、又はこれらの組み合わせは、プロセス中の触媒インベントリーの粒子サイズ分布を調節するための総合的制御プロセスの一部としてよい。チャーから分離される微細触媒粒子は、任意で、触媒の所望の粒子サイズ分布を維持するように好適な量及び割合でＣＦＰ炉に戻してよい。
【００７２】
本発明のＣＦＰプロセスから生成されるチャー、又はこれから分離されるフラクションは、チャーの１〜９５重量％、又は２〜８０重量％、又は５〜７０重量％、又は１０〜６０重量％、又は１５〜５０重量％、又は２０〜４０重量％、又は少なくとも１重量％、又は少なくとも２重量％、又は少なくとも５重量％、又は少なくとも１０重量％、又は少なくとも１５重量％、又は少なくとも２０重量％の範囲とすることができる触媒の一部を含む。本発明のＣＦＰプロセスから生成されるチャーは、アルカリ及びアルカリ土類金属（まとめてＡＡＥＭ）、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、及びＣａ、又はこれらの組み合わせを含む。本発明のＣＦＰプロセスから生成されるチャーは、少なくとも０．０１重量％のＡＡＥＭ、又は少なくとも０．１重量％のＡＡＥＭ、又は少なくとも０．２重量％のＡＡＥＭ、又は少なくとも０．５重量％のＡＡＥＭ、又は少なくとも１．０重量％のＡＡＥＭ、少なくとも２．０重量％のＡＡＥＭを含む。本発明のＣＦＰプロセスから生成されるチャー、又はこれから分離されるフラクションは、少なくとも１５重量％の炭素、又は少なくとも２０重量％の炭素、又は少なくとも２５重量％の炭素、又は少なくとも３０重量％の炭素、又は少なくとも３５重量％の炭素、又は少なくとも４０重量％の炭素、又は少なくとも５０重量％の炭素、又は１５〜９５重量％の炭素、又は２０〜９０重量％の炭素、又は２５〜８５重量％の炭素、又は３０〜７５重量％の炭素、又は４０〜７０重量％の炭素を含む。本発明のＣＦＰプロセスから生成されるチャー、又はこれから分離されるフラクションは、少なくとも０．１重量％の水素、又は少なくとも０．５重量％の水素、又は少なくとも１．０重量％の水素、又は少なくとも１．５重量％の水素、又は少なくとも２．０重量％の水素、又は少なくとも２．５重量％の水素、又は０．１〜８．０重量％の水素、又は０．５〜６．０重量％の水素、又は１．０〜５．０重量％の水素、又は１．５〜３．０重量％の水素を含む。
【００７３】
本発明のプロセスから生成されるチャーは、１．０ｇ／ｍｌ未満、又は０．７５ｇ／ｍｌ未満、又は０．５ｇ／ｍｌ未満、又は０．３５ｇ／ｍｌ未満、又は０．３ｇ／ｍｌ未満、又は０．２ｇ／ｍｌ未満、又は０．０５〜１．０ｇ／ｍｌ、又は０．１〜０．７５ｇ／ｍｌ、又は０．１８〜０．５ｇ／ｍｌのかさ密度を有してよい。本発明のプロセスのチャーは、１．５未満、又は１．１未満、又は１．０未満、又は０．９未満、又は０．８未満、又は０．７未満、又は０．６未満、又は０．５未満、又は０．４ｇ／ｍｌ未満、又は０．１〜１．１ｇ／ｍｌ、又は０．２〜１．０ｇ／ｍｌ、又は０．３〜０．９ｇ／ｍｌ、又は０．５〜０．７ｇ／ｍｌの粒子密度を有してよい。本発明のプロセスのチャーの骨格密度は、２．０ｇ／ｍｌ未満、又は１．９ｇ／ｍｌ未満、又は１．８５ｇ／ｍｌ未満、又は１．７ｇ／ｍｌ未満、又は１．５５ｇ／ｍｌ未満、又は１．４ｇ／ｍｌ未満、又は１．０〜２．０ｇ／ｍｌ、又は１．３〜１．９ｇ／ｍｌ、又は１．４〜１．８５ｇ／ｍｌとしてよい。
【００７４】
本発明のチャーは、３００〜７００Ｃの範囲にわたる燃焼によって失われる物質の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は１０％〜９９％、又は２０％〜９０％、又は３０％〜８０％、又は４０％〜７５％が、試料の１容積当たり５，０００未満の空気の容積の割合で、１２０〜８００Ｃの範囲にわたって、３０Ｃ／分の加熱速度で、空気フロー中で実施される温度プログラム酸化（ＴＰＯ）実験で、５８０Ｃ以下、又は５５０Ｃ以下、又は５２５Ｃ以下、又は５００Ｃ以下、又は３５０〜５８０Ｃ、又は３７５〜５５０Ｃ、又は４００〜５２５Ｃの温度で、失われるＣＦＰプロセスで生成される固体物質を含んでよい。本発明のチャーは、試料の１容積当たり５，０００未満の空気の容積の割合で、１２０〜８００Ｃの範囲にわたって、３０Ｃ／分の加熱速度で、空気フロー中で実施される温度プログラム酸化（ＴＰＯ）実験で測定されるとおり、最大重量損失が、５８０Ｃ未満、又は５５０Ｃ未満、又は５２５Ｃ未満、又は５００Ｃ未満、又は４９０Ｃ未満、又は４８０Ｃ未満、又は３５０〜５８０Ｃ、又は４００〜５５０Ｃ、又は４２５〜５００Ｃ、又は４５０〜４９０Ｃで生じるＣＦＰプロセスで生成される固体物質を含んでよい。
【００７５】
本発明のプロセスのチャーのｐＨは、特定の土壌必要条件に合うように酸又は塩基による処理によって調整してよい。本発明のプロセスのチャーは、土壌改良物質として使用するために酸で処理してよい。チャー処理に使用される酸は、酢酸、ギ酸、硝酸、硫酸、プロピオン酸、又は炭酸、又はＣＦＰプロセスで生成される水の一部、又は当業者に知られている他の酸、又はこれらの組み合わせを含んでよい。本発明のプロセスのチャーは、土壌改良物質として使用するために塩基性溶液で処理してよい。塩基性物質は、ＣＦＰプロセスで生成される水の一部、又はＣＦＰプロセスで使用される洗浄触媒から得られる洗浄溶液、又はＣＦＰプロセスでチャー又はバイオマスの燃焼によって生成されるアッシュを用いて調製される溶液、又は当業者に知られている他の塩基性溶液、又はこれらの組み合わせを含んでよい。
【００７６】
本発明のスチームストリッパーは、広い範囲の条件で行ってよい。スチームストリッパーの温度は、１００〜７００Ｃ、若しくは２５０〜６５０Ｃ、若しくは４００〜６２５Ｃ、若しくは５００〜６００Ｃの範囲としてよい、又は、少なくとも１００Ｃ、若しくは少なくとも２５０Ｃ、若しくは少なくとも４００Ｃ、若しくは少なくとも５００Ｃ、若しくは７００Ｃ未満、若しくは６５０Ｃ未満、若しくは６００Ｃ未満としてよい。スチームストリッパー中の圧力は、１〜２０ｂａｒａ（絶対圧力）、又は２〜１５ｂａｒａ、又は３〜１０ｂａｒａ、又は４〜８ｂａｒａ、又は少なくとも１ｂａｒａ、又は少なくとも２ｂａｒａ、又は少なくとも３ｂａｒａ、又は少なくとも４ｂａｒａ、又は２０ｂａｒａ未満、又は１０ｂａｒａ未満、又は８ｂａｒａ未満としてよい。
【００７７】
ＣＦＰプロセスは、４００℃以上の温度で実施してよく、図２の１００から１０４の生成物ストリームは、通常、３００〜６２０℃、又は４００〜６００℃、又は５００〜５７５℃の温度であり、１００ｋＰａ〜５０００ｋＰａ、又は２００ｋＰａ〜１５００ｋＰａ、又は３００ｋＰａ〜７００ｋＰａ、又は少なくとも２００ｋＰａ、又は少なくとも３００ｋＰａ又は少なくとも４００ｋＰａの圧力である（圧力は、絶対圧力として示される）。ＣＦＰ炉からの原生成物ストリームは、芳香族化合物、オレフィン、酸素添加物、パラフィン、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2、水、チャー、アッシュ、コークス、触媒細粒子、及び他の化合物を多く含む。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、質量％基準で計算して、２０〜６０％、又は２５〜５５％又は３０〜５０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％のＣＯを含むことができる。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、質量％基準で計算して、１０〜５０％、又は１５〜４０％、又は２０〜３５％、又は少なくとも５％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％のＣＯ2を含むことができる。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、質量％基準で計算して、０．１〜２．０、又は０．２〜１．５、又は０．３〜０．７５％、又は少なくとも０．１％、又は少なくとも０．２％、又は少なくとも０．３％、又は１０％未満、又は５％未満、又は１％未満のＨ2を含むことができる。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、質量％基準で計算して、２〜１５、又は３〜１０、又は４〜８％、又は１５％未満、又は１０％未満、又は８％未満のＣＨ4を含むことができる。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、質量％基準で計算して、２〜４０、又は３〜３５又は４〜３０％、又は４０％未満、又は３５％未満、又は３０％未満、又は２０％未満のＢＴＸを含むことができる。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、質量％基準で計算して、０．１〜１０％、又は０．２〜５％、又は０．３〜３％、又は５％未満、又は３％未満、又は２％未満の酸素添加物を含むことができる。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、質量％基準で計算して、１〜１５％、又は２〜１０％、又は３〜６％のＣ２−Ｃ４、又は少なくとも１％、又は少なくとも２％、又は少なくとも３％のオレフィンを含むことができる。水を含まない及び固体を含まない基準では、原生成物ストリームは、ＣＯ及びＣＯ2の合計が、質量％基準で計算して、３０〜９０％、又は４０〜８５％、又は５０〜８０％である蒸気混合物を含むことができる。
【００７８】
実施例１
Ｗａｓｔｅ  ｔｏ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、  Ｉｎｃ．から得られる市販されているバイオ炭の１０ｇの試料を乳鉢及び乳棒で粉末に粉砕した。ビーカー中の５０ｇの水の中で粉末を懸濁させ、マグネチックスターラーで撹拌した。ｐＨを測定し、５分後に７．６４及び９０分後に７．６５であった。
【００７９】
ふるい分けによって、市販のＨ−ＺＳＭ−５触媒と硬材ペレットの熱分解から得られるＣＦＰチャーを、触媒のバルクから分離した。４０メッシュふるい（０．４ｍｍ）上に保持されたより大きな粒子は、チャーと指定し、４０メッシュふるいを通過したより小さな粒子は、大部分が触媒として廃棄した。分析では、チャー試料が、およそ３０重量％の炭素を含有することを示した。５０ｇの水の中でＣＦＰチャーの１０ｇの試料を懸濁させ、上記のとおり、マグネチックスターラーで撹拌した。ｐＨを測定し、５分後に６．８３、６０分後に３．２４、及び９０分後に３．２６であった。
【００８０】
実施例２
２時間、６００Ｃで空気中でか焼され、平均粒子サイズが約１１０ミクロン直径であり、１０％未満が２１０ミクロン直径より大きい市販のスプレー乾燥Ｈ−ＺＳＭ−５触媒５００ｇを充填した４インチ直径（１０ｃｍＯＤ）流動床炉をバイオマス変換に使用し、４サイクル再生した。１分当たり２．３標準リットル（ＳＬＰＭ）のＮ2フローで使用済触媒を流動化し、５７５Ｃに加熱した。４８．２５％Ｃ及び５．９６％Ｈ及び０．６２％アッシュを含有し、粒子の９８％が０．２５〜１．４ｍｍ（１４〜６０メッシュ）である粉砕された硬材ペレットを供給ホッパーに充填し、１０５９．８ｇのバイオマス（６．５ｇアッシュ）の総送り量のために、２２５分間、４．７ｇ／分の速度で、３．２ＳＬＰＭのＮ2のキャリアフローを炉に供給し、２．９ｇ／分の速度で新鮮触媒を付加した。一定容積で全床を維持するために炉の流出口で固体の定常流を計測した。連続したコールドトラップ中に蒸気生成物を採集し、凝縮できない気体生成物を採集し、試料を取った。炉から採集された冷却固体を６０メッシュスクリーン（２５０ミクロン）に通過させ、分離し、０．２５ｍｍより大きな粒子の２８２．５ｇフラクションを触媒チャーと指定し、０．２５ｍｍより小さな粒子のフラクションをコークス化触媒と指定した。チャーの代表的な試料の顕微鏡写真が、図４に示されている。ふるい分けによって、表１に示したとおり、チャー試料をフラクションに分離した。粒子のいくつかの破壊が、０．２５ｍｍより小さな物質を生成した。それぞれのフラクションを乾燥させ、チャーの水分含有量（乾燥減量、ＬＯＤ）を提供した。乾燥させた物質を燃焼し、チャーの有機物含有量（強熱減量、ＬＯＩ）を提供した。炭素及び水素分析のため乾燥させた試料の一部をＧａｌｂｒａｉｔｈ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓに送った。差によって酸素を計算し、データは、表２にまとめられている。残留物の重量を測定し、無機物含有量を得た。顕微鏡写真からわかることができる、チャー粒子は、比較的大きく、不規則な形状をしているが、触媒粒子は、格段に小さく、ほぼ球状である。このため、粉砕されていないチャー／触媒混合物は、通常、容積平均サイズが触媒粒子の容積平均サイズより少なくとも１０倍大きいチャー粒子を含有する。
【００８１】
水銀圧入によって、かさ密度、粒子密度、及び骨格密度について、チャーの２０〜４０メッシュ（８５０〜４２５ミクロン）及び４０〜６０メッシュ（４２５〜２５０ミクロン）粒子フラクションを評価した。かさ密度は、物質の質量を、ゆるく詰めた形態の物質によって占められる容積によって割ったものと定義される；それは、固体粒子の容積、粒子間の空隙、及び内部孔容積を含む。粒子密度は各粒子の密度である；それは、内部孔容積を含むが、粒子間の空隙を除外する。骨格密度は、物質の質量を、かさ容積から水銀圧入測定値から得られる空隙及び内部孔の容積を引くことによって測定される物質の固体骨格の容積によって、割ること（質量／（かさ容積−総Ｈｇ圧入容積））によって、計算される；それは、固体物質のみを含む。データは、表３にまとめられている。
【００８２】
マッフル炉中で、６００Ｃで２時間の燃焼によって、２０〜４０メッシュ（８５０〜４２５ミクロン）及び４０〜６０メッシュ（４２５〜２５０ミクロン）チャーフラクションの試料を再生し、全有機物を除去し、無機物質を含む残留物を生成した。無機残留物の粒子サイズ分布（ＰＳＤ）を得た。ＰＳＤ分析からの２つのピークがある。１００ミクロンの近くに中心のある大きなピークが、触媒に対応付けられ、１５ミクロンあたりに中心のあるより小さなピークが、アッシュと対応付けられる。各ピークの下の面積の積分を使用して、触媒及びアッシュ粒子間の容積比を推定した。触媒及びチャーのかさ密度から、それぞれのチャーの重量分率を計算し、最初のチャーフラクションの質量パーセントとして表３に示している。
【００８３】
図５は、ＣＦＰプロセスから分離されたチャーの２つのフラクションの組成物の比較を示す。
【表１】
2018500408.tif 000003
【００８４】
【表２】
2018500408.tif 000004
【００８５】
【表３】
2018500408.tif 000005
【００８６】
実施例３．
チャー及び触媒の温度プログラム酸化（ＴＰＯ）
【００８７】
市販の流動床触媒（５５０℃で２時間、か焼された）の新鮮試料と実施例２で流動床炉中のバイオマスＣＦＰから得られた触媒チャーを混合することによって、触媒チャー及び触媒混合物を生成した。混合する前に触媒チャーを小粒子サイズに粉砕した。最終混合物は、２ｗｔ％の触媒チャー及び９８ｗｔ％の触媒を含有した。
【００８８】
混合物の１９．５ｍｇ部分を白金平鍋に入れ、ＴＧＡ反応室（ＴＧＡ：Ｓｈｉｍａｄｚｕ  ＴＧＡ−５０）中で、１２０℃で２０分間、気流（５０ｍＬ／分）中で処理し、水分を除去した。前処理後に、同じ気流のもとで３０℃／分の温度勾配で、温度を９００℃に上げた。試料の重量をモニターし、ＴＧＡバランスによって連続的に記録した。データは、図６に示されている。
【００８９】
チャー及びシリカの温度プログラム酸化（ＴＰＯ）
【００９０】
実施例２で流動床炉中のバイオマスＣＦＰから得られた２０〜４０メッシュ（８５０〜４２５ミクロン）触媒チャーと不活性化シリカゲル（８００℃で空気中で１０時間、不活性化した）を混合することによって、触媒チャー及びシリカの混合物を調製した。当該試料は、２ｗｔ％の触媒チャー及び９８ｗｔ％のシリカゲルを含有した。
【００９１】
混合物の１８．５ｍｇ部分を白金平鍋に入れ、ＴＧＡ反応室（ＴＧＡ：Ｓｈｉｍａｄｚｕ  ＴＧＡ−５０）中で、１２０℃で２０分間、気流（５０ｍＬ／分）中で処理し、水分を除去した。前処理後に、同じ気流のもとで３０Ｃ／分の温度勾配で、温度を１２０Ｃから９００Ｃに上げた。試料の重量をモニターし、ＴＧＡバランスによって連続的に記録した。データは、図６に示されている。
【００９２】
コークス化触媒の温度プログラム酸化（ＴＰＯ）
【００９３】
実施例２で流動床炉中のバイオマスＣＦＰから直接コークス化触媒試料を得た。
【００９４】
コークス化触媒の１８．５ｍｇ部分を白金平鍋に入れ、ＴＧＡ反応室（ＴＧＡ：Ｓｈｉｍａｄｚｕ  ＴＧＡ５０）中で、１２０℃で２０分間、気流（５０ｍＬ／分）中で処理し、水分を除去した。前処理後に、同じ気流のもとで３０Ｃ／分の温度勾配で、温度を１２０Ｃから９００Ｃに上げた。試料の重量をモニターし、ＴＧＡバランスによって連続的に記録した。データは、図６に示されている。
【００９５】
図６に、３つの試料のピーク高さがほぼ同じであるように、３つのＴＰＯ実験からのデータを正規化し、Ｘ軸の温度に対してＹ軸に重量変化の値をグラフ化している。チャー触媒及びチャーシリカ混合物の最大重量変化は、４７０〜４７３Ｃで生じるが、コークス化触媒の最大重量変化は、５８４Ｃで生じる。チャーは、約６４％炭素及び２６％触媒を含有するが、コークス化触媒は、約２％炭素を含有する。このため、２０〜４０メッシュ（８５０〜４２５ミクロン）チャー試料の１％未満の重量損失は、４７０Ｃ及び５８４Ｃで中心のあるＴＰＯピークの下の相対面積によって測定されるとおり、その中に含有されるコークス化触媒上の炭素によるものである。
【００９６】
図７は、上記ＴＰＯ実験での３００〜７００Ｃの範囲にわたる温度の関数として、チャー触媒混合物及びコークス化触媒試料の累積重量損失を示す。チャー触媒混合物試料は、約３５０Ｃ及び６５０Ｃの間の全温度で、コークス化触媒試料より大きな重量損失率を示す。ＴＰＯ実験で、触媒チャー混合物試料は、約４２６Ｃで、２０％重量損失を示すが、コークス化触媒試料は、４２６Ｃで、４％未満重量損失を示し、コークス化触媒試料は、チャーより高い温度約５２８Ｃで、２０％重量損失を示す。ＴＰＯ実験で、触媒チャー混合物試料は、約４６８Ｃで、５０％重量損失を示すが、コークス化触媒試料は、４６８Ｃで、わずか７％重量損失を示し、コークス化触媒試料は、チャーより高い温度約５７７Ｃで、５０％重量損失を示す。ＴＰＯ実験で、チャー触媒試料は、約５２８Ｃで、約９０％重量損失を示すが、コークス化触媒試料は、５２８Ｃで、わずか約１９％重量損失を示す；コークス化触媒試料は、チャーよりはるかに高い温度約６３３Ｃで、９０％重量損失を示す。図７に示した実験データは、コークス化触媒からコークスの酸化的除去が、ＣＦＰプロセスで生成されるチャーの酸化よりはるかに高い温度で生じることを示している。
【００９７】
実施例４．
固体混合物からチャーの静電分離
【００９８】
ふるい分けによって、ＺＳＭ−５上の硬材の流動床ＣＦＰ反応からの固体物質の試料を固体混合物から分離した。図４に示したものとほぼ同じ触媒粒子及びチャーを含む２５０ミクロン（６０メッシュ）サイズスクリーン上に保持される物質を、この実験に使用した。乳鉢及び乳棒を用いて手でこの物質の２．０４グラム試料を、それが微細粉末となったとみえるまで粉砕し、全ての大きな粒子を押し砕いた。当該試料は、２５．０６％炭素を含有した。静電分離装置は、図８に示されている。押し砕いた物質の試料を１２．７ｍｍ（０．５インチ）ＯＤポリカーボネートチューブ（５）中に入れ、図８に示した装置中の０．５ミクロンフリット（６）によって所定の位置に保持した。ラバーアダプター（２）及びステンレススチールアダプター（４）を介して１８．５ｍｍ（０．７５インチ）ＯＤステンレススチールコレクションチューブ（３）を取り付け、ステンレススチールアダプター（４）を接地した。多孔プラスチックディスク（示していない）を用いてコレクションチューブ中に銅電極（１）を挿入し、なおガスフローを考慮に入れながら、それを中心に維持した。高電圧源のスイッチを入れ、電極からコレクションプレートに電荷が跳ぶのが見られる電圧のすぐ下である安全レベル約６．４ｋＶまでゆっくりと上げた。
【００９９】
電極に通電し、継手７を通じてＮ2のフローを開始し、２５０ｍＬ／分に調節した。３０分後に、フローを止め、電極のスイッチを切った。コレクションチューブを注意深く除去し、コレクションチューブ（３）及びその下の径違い継手（４）から０．３６ｇの分離されたチャーを採集した。床に残っている１．６０ｇの物質を採集した。分離されたチャーの分析では、それが、６１．６２％炭素を含有し、残りの固体残留物が１４．２６％炭素を含有したことを示した。ほぼ同じＣＦＰ実験からのコークス化触媒の別個の試料が１．６％炭素を含有した。コレクターに移された物質は、炭素が富化されていたが、固体残留物は、試料混合物と比べて炭素が低減されていた。
【０１００】
分離されたチャー試料及び残留物の組成分析を実施し、結果は表４にまとめられている。
【表４】
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【０１０１】
実施例４の結果は、チャーが、静電分離によって触媒／チャー混合物から選択的に分離することができることを示す。静電分離によって分離されたチャーは、カルシウム及び炭素が富化され、シリコン及びアルミナが低減されており、ＡＡＥＭの少なくとも一部が、チャーと一緒に選択的に除去され、残留物は、分離されていないチャーと比べて、Ｓｉ及びＡｌの濃度の増大によって示されたとおり、触媒が選択的に富化されていることを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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