(57)【要約】  ガス又は蒸気のガスジェットを利用してバイオマスを変換反応器に運ぶための方法及びシステムを記載する。また、ガスジェットを利用する方法を実施するための反応器構成及び条件も記載する。ガスジェットの使用は、触媒流動床反応器でのバイオマスの熱分解による操作に特に望ましいことが分かった。ガス又は蒸気のジェット流を使用してバイオマス粒子を流動床に注入する、触媒急速熱分解（ＣＦＰ）流動床反応器などの熱分解反応器にバイオマスを導入するための供給システムを開示する。バイオマスは、比較的低温に保たれ、ガスジェットの上流で計量でき、しかも流動床の遠くに注入できる。流動床内における比較的低温のバイオマスと高温触媒及び他の材料との間の良好な混合は、より大きな反応器内における複数のインジェクタポートの数、大きさ、角度、位置及び流量の調整により確保できる。
2016508524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するための方法であって、次の工程：
該固体炭化水素質材料を含む第１反応物を、ガスジェットでの注入により反応器に供給し；
該反応器内において１種以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で該炭化水素質材料の少なくとも一部を熱分解し；及び
該１種以上の流体炭化水素生成物を生成するのに十分な反応条件下で該１種以上の熱分解生成物の少なくとも一部を触媒反応させること
を含み；
また、以下の特徴の１以上をさらに含む方法：
該ガスジェットはキャリア流体及び該固体炭化水素質材料を含み、該ガスジェットは供給ポートを通って反応器に入り、また、該キャリア流体は、少なくとも２５ｃｍ／秒の線速度で供給ポートを通って流れ；又は
該固体炭化水素質材料は１０未満の流動化ポート介したガス流量に対する供給ポートを介したガス流量の比で、流動化反応器に供給ポートを介して供給され；又は
該固体炭化水素原料は供給ポートを介して反応器に供給され、その際、該供給ポートは水平面から少なくとも１５度の角度を有する。
【請求項２】
前記供給ポートにおけるキャリア流体の線速度が、少なくとも２５ｃｍ／秒、５０ｃｍ／秒、１００ｃｍ／秒、１５０ｃｍ／秒、又は少なくとも２００ｃｍ／秒、又は少なくとも２２５ｃｍ／秒、又は少なくとも２５０ｃｍ／秒、又は少なくとも３００ｃｍ／秒、又は２５〜１００００ｃｍ／秒、又は５０〜７０００ｃｍ／秒、又は１００〜５０００ｃｍ／秒、又は２００〜５０００ｃｍ／秒、又は２２５〜５０００ｃｍ／秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流動化ポートを介して導入されるガス流量に対する前記固体炭化水素質材料と共に注入されるガス流量の比が、０．１未満、０．２５未満、０．５未満、１未満、２未満、３未満、５未満又は１０未満である、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記反応器中に含まれる触媒と比較したバイオマスの空間速度が、少なくとも０．１、少なくとも０．２、少なくとも０．３、少なくとも０．４、少なくとも０．５、少なくとも０．８、又は少なくとも１．０、又は０．１〜２．０である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記芳香族化合物＋オレフィンの炭素収率が少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、又は少なくとも３５％である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
パラキシレン及びメタキシレンの炭素収率が少なくとも０．５％、少なくとも１．０％、少なくとも１．５％、少なくとも２．０％、又は少なくとも２．５％である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
メタンの炭素収率が１０％未満、５％未満、４％未満、３％未満、２％未満又は１．５％未満である、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記触媒床と接触する流動化ガスの滞留時間が少なくとも０．１、少なくとも０．２、少なくとも０．３、少なくとも０．５、少なくとも０．７、少なくとも１．０、少なくとも２．０、少なくとも３．０秒、又は少なくとも５．０秒、又は少なくとも１０．０秒である、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記触媒を反応器に連続的又は半連続的に供給し、触媒を前記反応器から連続的又は半連続的に取り出す、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記固体炭化水素質材料を、供給ポートを介して反応器に供給し、その際、該供給ポートは、該反応器に入る箇所で水平面から少なくとも１５度、少なくとも２５度、少なくとも３５度、少なくとも４５度、少なくとも５０度、少なくとも６２度の角度を有し、その際、該供給ポートの最大角度は約９０°である、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ガスジェット用ガスが前記供給物にガスを運ぶキャリア流管を通って運ばれ、その際、該キャリア流管が水平面となす角度は、前記バイオマス供給管が前記熱分解反応器に入る角度よりも大きく、両方とも正の値である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記流動化ポートを介して導入されたガス流量に対する前記固体炭化水素質材料バイオマスと共に注入されたガス流量の比が、０．００１〜１０の間、又は０．０１〜５の間、又は０．１〜２の間である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記固体炭化水素質材料をガス供給において不連続のパルスで供給する、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
任意の１個の供給ポートから供給される固体炭化水素質材料のパルスの頻度が０．２秒毎に１回から６０秒毎に１パルスの範囲である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
個々のパルス中における単一の供給ポートからの流れの持続時間が０．０５秒〜３０秒の間の長さである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
固体炭化水素質材料を流動化ガス流中に注入することによって導入し、固体触媒を導入し、そして該炭化水素質材料の少なくとも一部分が熱分解し、１種以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で触媒反応する熱分解区域を備える、炭化水素原料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するためのシステム。
【請求項１７】
前記固体炭化水素質材料が流動床を備える反応器に流動化ガス流中への注入によって導入され、その際、該流動床への導入前に、該炭化水素質材料が３００℃未満、又は２００℃未満、又は１５０℃未満、又は１００℃未満の温度で保持され、或いは２０℃〜３００℃、２０℃〜２００℃、２０℃〜１５０℃、又は２０℃〜１００℃の温度範囲で保持される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記固体炭化水素質材料が供給ポートを介して反応器に供給され、ここで、該供給ポートが該反応器に入る箇所で水平面から少なくとも１５度、少なくとも２５度、少なくとも３５度、少なくとも４５度、少なくとも５０度又は少なくとも６２度の角度を有し、その際、該供給ポートの最大角度は約９０°である、請求項１６〜１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
該ガスジェット用ガスが該ガスを供給物に運ぶキャリア流管を介して運ばれ、ここで、該キャリア流管が水平面となす角度は、バイオマス供給管が熱分解反応器に入る角度よりも大きく、両方とも正の値である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記固体炭化水素質材料が前記ガス供給物に不連続パルスで供給される、請求項１６〜１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
任意の１個の供給ポートから供給された固体炭化水素質材料の前記パルス頻度が０．２秒毎に１回から６０秒毎に１パルスの範囲である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
個々のパルス中における単一の供給ポートからの流れの持続時間が０．０５秒〜３０秒の間の長さである、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するための装置であって、次のものを組み合わせで備える装置：
熱分解反応室；
固体炭化水素質材料を熱分解反応室にガス支援注入することによって導入することができる少なくとも１個の供給管であって、その供給ポートの角度αが水平面から少なくとも１５度であるもの；
固体触媒を導入することができる供給構造；
流動化ガスを導入するために反応室の下部に接続する流動化ガス入口ライン；
触媒出口導管；及び
気相生成物が反応器から出ることのできる生成物出口導管。
【請求項２４】
前記固体触媒を導入することができる供給構造が触媒粒子を収容する管を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
動作中に、流動床に導入する前に、前記炭化水素材料が３００℃未満、又は２００℃未満、又は１５０℃未満、又は１００℃未満の温度に保持され、或いは２０℃〜３００℃、２０℃〜２００℃、２０℃〜１５０℃、又は２０℃〜１００℃の温度範囲で保持される、請求項２３〜２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記供給ポートの角度αが水平面から少なくとも２５度、少なくとも３５度、少なくとも４５度、少なくとも５０度、又は少なくとも６２度であり、ここで、該供給ポートの最大角度は約９０°である、請求項２３〜２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記供給物にガスを運ぶように構成されたキャリア流管を備え、ここで、該キャリア流管が水平面となす角度は、バイオマス供給管が前記熱分解反応器に入る角度よりも大きく、両方とも正の値である、請求項２３〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
次を含む、固体炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するための方法又はシステム：
該固体炭化水素質材料を含む第１反応物を、分配器を備える流動床反応器に１個以上のポートを介して１以上のガスジェット中に該固体炭化水素質材料を注入することによって供給して、１００〜６００℃の範囲の標準化温度を有する反応器の下部において懸濁固体粒子を含むガス混合物を形成させ、ここで、該ガスジェット中のキャリアガスは２００℃未満の温度であり；
該反応器の上部内において、懸濁固体粒子を含むガス混合物の少なくとも一部を少なくとも５００℃の温度での触媒反応で熱分解して１種以上の熱分解生成物を生成し；
ここで、該上部は、重力を基準にして下部よりも高く；該下部は、該流動床反応器の内径及び反応器の全高さの少なくとも２％の高さを有する容積を備え、該上部は、該流動床反応器の内径及び該反応器の全高さの少なくとも５％の高さを有する容積を備え；ここで、該下部及び該上部は、両方とも該分配器の上にある。
【請求項２９】
前記下部に流動化ガスを供給することをさらに含む、請求項２８に記載の方法又はシステム。
【請求項３０】
前記流動化ガスが前記下部に入る前に分配器を通過する、請求項２８に記載の方法又はシステム。
【請求項３１】
前記下部がいかなる触媒トレイも備えず、そして前記上部が少なくとも１個の触媒トレイを備える、請求項２８〜３０に記載の方法又はシステム。
【請求項３２】
前記下部が前記反応器内において全触媒を１０重量％未満含み、前記上部が該反応器内において全触媒を少なくとも５０重量％含む、請求項２８〜３１に記載の方法又はシステム。
【請求項３３】
前記上部が５００℃〜８００℃の範囲の温度を有する、請求項２８〜３２に記載の方法又はシステム。
【請求項３４】
次の構成を備える、固体炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するためのシステム：
下部及び上部を備える流動床反応器；
ここで、該下部は、ガス混合物及び懸濁バイオマス固形物を含み、該ガス混合物は、１００〜４００℃（好ましくは２００〜３５０℃）の温度範囲内にあり；
該上部は、触媒粒子と完全に又は部分的に熱分解されたバイオマスとの懸濁液を含み、該上部は少なくとも５００℃の温度を有する。
【請求項３５】
前記下部が分配器の直上に配置され、該下部は、バイオマスを運ぶガスが導入されるガスインジェクタ入口を備え、ここで、バイオマスを含まない流動化ガスはが該分配器を通過し、そしてガスインジェクタを介して該反応器に流入する該バイオマスを運ぶガスとの混合物を形成する、請求項３４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、バイオ燃料、芳香族化合物及びオレフィン化合物などの生化学物質の生成方法、特に、触媒急速熱分解による燃料及び化学物質生成のためプロセス供給方法、システム及び装置に関する。
【０００２】
関連出願
本願は、２０１３年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／７５５３５８号の優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
背景
バイオマスの品質向上には、木材チップ、おがくず、庭塵芥、挿し木、他の植生；農産物及び農業廃棄物（例えば、トウモロコシ茎葉、バガス、果物、生ごみ、サイレージなど）；エネルギー作物（例えばスイッチグラス、ススキ）；藻類及び他の海洋植物；代謝廃棄物（例えば、肥料、下水）及びセルロース系都市廃棄物などといった様々な粒状固形物の触媒急速熱分解用触媒の流動床への供給が必要である。また、部分的に品質が向上した又は変換されたバイオマス、例えば、液体又は半固体であることが多い熱分解油、炭水化物、消化物なども、単独で又は固形飼料と組み合わせてこのプロセスで使用できる。
【０００４】
バイオマスの触媒急速熱分解プロセス（ＣＦＰ）は、リグニン、セルロース及びヘミセルロースなどの様々な高分子量材料を触媒、好ましくは酸性微孔性触媒、通常はゼオライトの存在下で熱分解することによって変換することを要する。ゼオライトは、バイオマス分解の主要な熱分解生成物の品質向上のために活性であり、これらのものを芳香族化合物、オレフィン、ＣＯ／ＣＯ2、木炭、コークス、水及び他の有用な物質に変換する。
【０００５】
触媒急速熱分解プロセス（ＣＦＰ）を有効にするには、バイオマスが一次熱分解生成物と芳香族化合物、オレフィン及び他の有用な物質に変換するための触媒との相互作用を最大にするために触媒の近くにある前に、バイオマスを熱分解が始まる温度、典型的には約１５０〜２００℃よりも高く加熱してはならない。同時に、バイオマスを加熱する際に、このものを、５００℃／秒程度の加熱速度で非常に急速に加熱して炭化物の形成を最小限にし、有用物質の生成を最大化しなければならない。このように、バイオマスの急速熱分解及び触媒急速熱分解の課題は、いかにして熱分解反応器にバイオマス供給物を導入し、炭化物が形成する可能性があり反応区域に入ったら非常に急速にそれを加熱する供給ライン中において早期に加熱しないようにするかである。
【０００６】
バイオマスを流動床反応器に供給するためにスクリューオーガ供給装置が使用されてきたが、バイオマスの線流速は供給オーガでは比較的低速であるため、バイオマスは、熱い触媒床に近づいたときに加熱できるが、これは炭化物の形成と芳香族化合物及びオレフィンの低い収率をもたらしてしまう。また、バイオマスの早期の部分的な熱分解は、オーガの動きを妨害する場合がある油性中間体を放出する。オーガ供給システムのスケールアップも同様に問題となる。というのは、大型の反応器の中心部に延びるオーガは、必ず非常に高温になる又は熱を浪費しかつ反応器床を冷却する冷却を必要とするからである。本発明は、バイオマスを流動床に供給するためにガスジェットを使用することにより、高温急速熱分解又は高温触媒急速熱分解反応器にバイオマスを供給することに関わる問題を克服する。
【０００７】
米国特許第６１０５２７５号には、連続回転真空レトルト装置及びその使用が記載されている。この特許は、真空レトルト（ただし高圧下では操作しない）において又は触媒流動床の供給システムとしてエアロックを生じさせるために使用されるエラストマーピンチ弁の使用に言及している。欧州特許第００７５８９９号には、気体が２個の圧力制御容器間の固体を計量するためのバリアとして使用される固体を移送するための方法が記載されている。欧州特許第０８２０４１９号には、搬送気流から固体を除去するための回転エアロックを使用する、空気輸送及び搬送空気から固体を分離するためのエアロックが記載されている。ＷＯ１９９６／０１８５６４号には、回転メカニカルシールを使用する垂直軸エアロックが記載されている。ＷＯ２０１３／０９５１６３号には、熱分解がエアロックに使用により収容され、そして排出された材料によりオーガ上で発生する連続熱分解装置が記載されている。いかなるエアロック構造も「弁」以外は特定されていない。米国特許出願公開第２０１３００１９４９２号には、典型的なロックホッパシステムのように再充填される前に、プロセスを連続的に供給するのに十分な材料が装填された半バッチ式エアロックを使用して、非大気圧で固体を連続処理するためのシステムが記載されている。
【０００８】
Ａｓａｄｕｌｌａｈ外，「Ｂｉｏｍａｓｓ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ａｎｄ  Ｓｙｎｇａｓ  ａｔ  Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：Ｎｏｖｅｌ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ−Ｂｅｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ」，Ｊ．Ｃａｔａｌ．２０８，２５５−２５９（２００２）には、実験的な燃焼システムが記載されており、その際、セルロースは、Ｒｈ／ＣｅＯ2／ＳｉＯ2触媒を含有する触媒床を有する１８ｍｍの内径の同心管に、５ｍｍの内径の内管を通してＮ2ガスを流すことによって、供給ホッパー内における５ｍｍの出口を通って流動触媒床に連続的に運ばれる。セルロースは、水素及びＣＯに変換された。
【０００９】
イーストハム外の米国特許第５９６８４６０号及び米国特許第５１７５９４３号には、固形物を保持するために屈曲を有する角度を持つ直立管から流動床で実施される燃焼プロセスに固形物を連続的に添加する方法が記載されている。直立管は、流動床中において圧力を僅かに高く維持するためにガス入口を備える。直立管に添加されるガスを使用して、直立管内で固形物を流動化し、そして粒子の結合を軽減させることができる。
【００１０】
メドフ外の米国特許出願公開第２０１２／００９４３５５号には、加圧ガスをバイオマス由来原料流に添加して熱分解チャンバーに原料を推進させ、糖又はアミノ酸を生成する無触媒プロセスが記載されている。
【００１１】
ジョーンズ外の米国特許第４４７４１１９号には、粗い石灰石を流動床にノズルを介して添加し、そして固体微粉を流動流体共に添加する流動床燃焼炉が記載されている。微粒子供給固体は、接線方向に添加できる。
【００１２】
Ｒｏｚａｉｎｅｅ外の「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｆｅｅｄｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｒｉｃｅ  Ｈｕｓｋ  Ａｓｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ｉｎ  ａ  Ｆｌｕｉｄｉｓｅｄ  Ｂｅｄ  Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ」，Ｅｍｉｒａｔｅｓ  Ｊ．Ｅｎｇ．Ｒｅｓ．，１５，１−１２（２０１０）には、籾殻を４５°の角度で傾斜した入口から流動層燃焼室にガス注入によって供給する研究の結果が報告されている。供給物が接線方向に配置された入口から反応室に入ったときに燃焼で生成された灰は、半径方向の供給で生成された灰よりも小さい粒径及び低い炭素含有量であることが報告された。
【００１３】
ノース外（ノヴァパンゲアテクノロジーズ）の米国特許出願公開第２０１１０１００３５９号には、加水分解反応器でのバイオマスの導入及び加水分解糖含有材料の縮合前に細胞を爆発させるために、蒸気ループ内の過熱蒸気流れにバイオマス固形物を乗せることを含む５工程プロセスが記載されている。ジェリニスキー外の米国特許第４３０９９４８号には、マッシュルーム形のキャップを介して触媒床に炭素質固体粒子の同伴流れを供給することが記載されている。Ｗａｃｈｔｅｒの米国特許第５６８８４７２号には、環状部を通るガスの下方への流れを使用して反応床を流動化することが記載されている。Ｋｌａｊａｙ外の米国特許出願公開第２０１２／０２５１９５９号には、固体燃料を、該燃料の昇温時間を増加させて、すなわち加熱速度を低下させて該燃料を乾燥させるために壁内のチャネルに沿ってグリッド部に導入してから乱流流動床に入れる流動床燃料供給システムが記載されている。Ｂａｒｔｅｋの米国特許第８５２３４９６号には、低い圧力からより高い圧力に固体を運ぶように構成されたスプールピースを利用する酸素化炭化水素への変換用の反応器にバイオマスを供給するための方法が記載されている。しかし、圧力の増加以外に、注入条件を制御したり、バイオマスの予熱を減らすためにいかなる工程も行われていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６１０５２７５号明細書
【特許文献２】欧州特許第００７５８９９号明細書
【特許文献３】欧州特許第０８２０４１９号明細書
【特許文献４】国際公開第１９９６／０１８５６４号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２０１３／０９５１６３号パンフレット
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１３００１９４９２号明細書
【特許文献７】米国特許第５９６８４６０号明細書
【特許文献８】米国特許第５１７５９４３号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２０１２／００９４３５５号明細書
【特許文献１０】米国特許第４４７４１１９号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２０１１０１００３５９号明細書
【特許文献１２】米国特許第４３０９９４８号明細書
【特許文献１３】米国特許第５６８８４７２号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２０１２／０２５１９５９号明細書
【特許文献１５】米国特許第８５２３４９６号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ａｓａｄｕｌｌａｈ外，「Ｂｉｏｍａｓｓ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ａｎｄ  Ｓｙｎｇａｓ  ａｔ  Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：Ｎｏｖｅｌ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ−Ｂｅｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ」，Ｊ．Ｃａｔａｌ．２０８，２５５−２５９（２００２）
【非特許文献２】Ｒｏｚａｉｎｅｅ外，「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｆｅｅｄｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｒｉｃｅ  Ｈｕｓｋ  Ａｓｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ｉｎ  ａ  Ｆｌｕｉｄｉｓｅｄ  Ｂｅｄ  Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ」，Ｅｍｉｒａｔｅｓ  Ｊ．Ｅｎｇ．Ｒｅｓ．，１５，１−１２（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、バイオマスの早期の加熱を最低限に抑え、かつ、これと反応器内における材料とを急速に混合する、流動床又は同様の反応器にバイオマスを供給するための方法及び装置に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
発明の概要
本発明は、ガス又は蒸気の噴流を利用してバイオマス粒子を流動床に注入する触媒急速熱分解（ＣＦＰ）流動床反応器などの熱分解反応器にバイオマスを導入するための新規な供給システムを含む。バイオマスは、比較的低温に保たれ、ガスジェットの上流で計量でき、しかも流動床の遠くに注入できる。流動床内における比較的低温のバイオマスと高温触媒及び他の材料との間の良好な混合は、より大きな反応器内における複数のインジェクタポートの数、大きさ、角度、位置及び流量の調整により確保できる。本発明は、より高い圧力でのＣＦＰ処理操作を可能にすると共に、供給をより低い圧力に維持することを可能にし、かつ、反応器にさらに浸透し、バイオマスの混合と急速加熱を向上させる離散部分にバイオマスを注入する、ピンチ弁及び貯蔵タンクを備える自動供給計量システムをさらに含むことができる。
【００１８】
第１の態様において、本発明は、固体炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するための方法であって、次の工程：該固体炭化水素質材料を含む第１反応物を、ガスジェットでの注入により反応器に供給し；該反応器内において１種以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で該炭化水素質材料の少なくとも一部を熱分解し；及び該１種以上の流体炭化水素生成物を生成するのに十分な反応条件下で該１種以上の熱分解生成物の少なくとも一部を触媒反応させることを含み；以下の特徴の１以上をさらに含む：
該ガスジェットはキャリア流体及び該固体炭化水素質材料を含み、該ガスジェットは供給ポートを通って反応器に入り、また、該キャリア流体は、少なくとも２５ｃｍ／秒の線速度で供給ポートを通って流れ；又は該固体炭化水素質材料は１０未満の流動化ポート介したガス流量に対する供給ポートを介したガス流量の比で、流動化反応器に供給ポートを介して供給され；又は該固体炭化水素原料は供給ポートを介して反応器に供給され、その際、該供給ポートは水平面から少なくとも１５度の角度を有する。
【００１９】
いくつかの好ましい態様では、供給ポートにおけるキャリア流体の線速度は、少なくとも２５ｃｍ／秒、５０ｃｍ／秒、１００ｃｍ／秒、１５０ｃｍ／秒、又は少なくとも２００ｃｍ／秒、又は少なくとも２２５ｃｍ／秒、又は少なくとも２５０ｃｍ／秒、又は少なくとも３００ｃｍ／秒、又は２５〜１００００ｃｍ／秒、又は５０〜７０００ｃｍ／秒、又は１００〜５０００ｃｍ／秒、又は２００〜５０００ｃｍ／秒、又は２２５〜５０００ｃｍ／秒である。
【００２０】
いくつかの好ましい態様では、流動化ポートを介して導入されるガス流量に対する固体炭化水素質材料と共に注入されるガス流量の比は、０．１未満、０．２５未満、０．５未満、１未満、２未満、３未満、５未満又は１０未満である。いくつかの好ましい実施形態では、反応器中に含まれる触媒と比較したバイオマスの空間速度は、少なくとも０．１、少なくとも０．２、少なくとも０．３、少なくとも０．４、少なくとも０．５、少なくとも０．８、又は少なくとも１．０、又は０．１〜２．０である。
【００２１】
本発明の方法及びシステムの利点は、芳香族化合物の改善された収率である；好ましくは、芳香族化合物＋オレフィンの炭素収率％は、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、又は少なくとも３５％である。いくつかの好ましい実施形態では、パラキシレン及びメタキシレンの炭素収率％は、少なくとも０．５％、少なくとも１．０％、少なくとも１．５％、少なくとも２．０％、又は少なくとも２．５％である。いくつかの好ましい実施形態では、メタンの炭素収率％は、１０％未満、５％未満、４％未満、３％未満、２％未満又は１．５％未満である。
【００２２】
いくつかの好ましい実施形態では、触媒床と接触する流動化ガスの滞留時間は、少なくとも０．１、少なくとも０．２、少なくとも０．３、少なくとも０．５、少なくとも０．７、少なくとも１．０、少なくとも２．０、少なくとも３．０秒、又は少なくとも５．０秒、又は少なくとも１０．０秒、又は少なくとも２０秒であり、いくつかの実施形態では６０秒未満、又は４０秒未満である。
【００２３】
いくつかの態様では、触媒は反応器に連続的又は半連続的に供給され、触媒は反応器から連続的又は半連続的に取り出される。
【００２４】
いくつかの好ましい実施形態では、固体炭化水素質材料は、供給ポートを介して反応器に供給され、その際、この供給ポートは、反応器に入る箇所で水平面から少なくとも１５度、少なくとも２５度、少なくとも３５度、少なくとも４５度、少なくとも５０度、少なくとも６２度の角度を有し、その際、供給ポートの最大角度は約９０°である。
【００２５】
いくつかの好ましい実施形態では、ガスジェット用ガスは、供給物にガスを運ぶキャリア流管を通って運ばれ、その際、このキャリア流管が水平面となす角度は、バイオマス供給管が熱分解反応器に入る角度よりも大きく、両方とも正の値である。
【００２６】
いくつかの実施形態では、流動化ポートを介して導入されたガス流量に対する固体炭化水素質材料バイオマスと共に注入されたガス流量の比は、０．００１〜１０の間、又は０．０１〜５の間、又は０．１〜２の間である。
【００２７】
いくつかの実施形態では、固体炭化水素質材料は、ガス供給において不連続のパルスで供給される。いくつかの好ましい実施形態では、任意の１個の供給ポートから供給される固体炭化水素質材料のパルスの頻度は、０．２秒毎に１回から６０秒毎に１パルスの範囲である。いくつかの実施形態では、個々のパルス中における単一の供給ポートからの流れの持続時間は０．０５秒〜３０秒の間の長さである。
【００２８】
別の態様では、本発明は、固体炭化水素質材料を流動化ガス流中に注入することによって導入し、固体触媒を導入し、そして炭化水素質材料の少なくとも一部分が熱分解し、１種以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で触媒反応する熱分解区域を備える、炭化水素原料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するためのシステムを提供する。このシステムは、第１の態様に関して上述した特徴の１以上によってさらに特徴付けることができる。好ましくは、固体炭化水素質材料は、流動床を備える反応器に流動化ガス流中への注入によって導入され、その際、流動床への導入前に、該炭化水素質材料は、３００℃未満、又は２００℃未満、又は１５０℃未満、又は１００℃未満の温度で保持され、或いは２０℃〜３００℃、２０℃〜２００℃、２０℃〜１５０℃、又は２０℃〜１００℃の温度範囲で保持される（本明細書に記載された他の特徴と同様に、これらの温度範囲は、方法及び装置の動作の好ましい実施形態にも当てはまる。また、本発明は、供給管においてこれらの温度範囲を有するものとして特徴付けられ、好ましくは、スクリューオーガが存在しないこととの組み合わせで特徴付けられる。というのは、スクリューオーガは、供給管の温度を増大させ得るからである。）。いくつかの好ましい実施形態では、固体炭化水素質材料は、供給ポートを介して反応器に供給され、ここで、該供給ポートは、反応器に入る箇所で水平面から少なくとも１５度、少なくとも２５度、少なくとも３５度、少なくとも４５度、少なくとも５０度又は少なくとも６２度の角度を有し、その際、供給ポートの最大角度は約９０°である。
【００２９】
また、方法に関して説明した特徴のいずれかを本発明のシステムに取り入れることもできる。例えば、上記のものと同様に、ガスジェット用ガスは、ガスを供給物で運ぶキャリア流管を介して運ぶことができ、ここで、このキャリア流管が水平面となす角度は、バイオマス供給管が熱分解反応器に入る角度よりも大きく、両方とも正の値である。固体炭化水素質材料は、ガス供給物に不連続パルスで供給される。任意の１個の供給ポートから供給された固体炭化水素質材料のパルス頻度は、０．２秒毎に１回から６０秒毎に１パルスの範囲である。いくつかの実施形態では、個々のパルス中における単一の供給ポートからの流れの持続時間は０．０５秒〜３０秒の間の長さである。
【００３０】
別の態様では、本発明は、炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するための装置を提供し、該装置は、次のものを組み合わせで備える：熱分解反応室；固体炭化水素質材料を熱分解反応室にガス支援注入することによって導入することができる少なくとも１個の供給管であって、その供給ポートの角度αが水平面から少なくとも１５度であるもの；固体触媒を導入することができる供給構造；流動化ガスを導入するために反応室の下部に接続する流動化ガス入口ライン；触媒出口導管；及び気相生成物が反応器から出ることのできる生成物出口導管。いくつかの好ましい実施形態では、供給ポートの角度αは、水平面から少なくとも２５度、少なくとも３５度、少なくとも４５度、少なくとも５０度、少なくとも６２度であり、ここで、供給ポートの最大角度は約９０°である。熱分解反応器に触媒を供給するための供給構造は、当該技術分野において知られている。いくつかの好ましい実施形態では、装置は、供給物にガスを運ぶように構成されたキャリア流管をさらに備え、ここで、該キャリア流管が水平面となす角度は、バイオマス供給管が熱分解反応器に入る角度よりも大きく、両方とも正の値である。
【００３１】
いくつかの好ましい実施形態では、固体触媒を熱分解反応室に導入することができる供給構造は、触媒粒子を収容する管を備える。
【００３２】
好ましい実施形態では、装置の動作中に、流動床に導入する前に、炭化水素材料は３００℃未満、又は２００℃未満、又は１５０℃未満、又は１００℃未満の温度に保持され、或いは２０℃〜３００℃、２０℃〜２００℃、２０℃〜１５０℃、又は２０℃〜１００℃の温度範囲で保持される。
【００３３】
さらなる態様では、本発明は、次を含む固体炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するための方法又はシステムを提供する：
固体炭化水素質材料を含む第１反応物を、分配器を備える流動床反応器に１個以上のポートを介して１以上のガスジェット中に固体材料を注入することによって供給して、１００〜６００℃の範囲の標準化温度を有する反応器の下部において懸濁固体粒子を含むガス混合物を形成させ、ここで、該ガスジェット中のキャリアガスは２００℃未満の温度であり；
該反応器の上部内において、懸濁固体粒子を含むガス混合物の少なくとも一部を少なくとも５００℃の温度での触媒反応で熱分解して１種以上の熱分解生成物を生成し；
ここで、該上部は、重力を基準にして下部よりも高く；該下部は、該流動床反応器の内径及び反応器の全高さの少なくとも２％の高さを有する容積を備え、該上部は、該流動床反応器の内径及び該反応器の全高さの少なくとも５％の高さを有する容積を備え；ここで、下部及び上部は、両方とも該分配器の上にある。好ましくは、この方法又はシステムは、下部に流動化ガスを供給することをさらに含む。また、好ましくは、流動化ガスは、下部に入る前に分配器を通過する。いくつかの実施形態では、下部はいかなる触媒トレイも備えず、そして上部は少なくとも１個の触媒トレイを備える。いくつかの実施形態では、下部は、反応器内において全触媒を１０重量％未満含み、上部は反応器内において全触媒を少なくとも５０重量％含む。いくつかの実施形態では、上部は、５００℃〜８００℃の範囲の温度を有する。
【００３４】
さらなる態様では、本発明は、次の構成を備える、固体炭化水素質材料から１種以上の流体炭化水素生成物を製造するためのシステムを提供する：下部及び上部を備える流動床反応器；ここで、該下部は、ガス混合物及び懸濁バイオマス固形物を含み、該ガス混合物は、１００〜４００℃（好ましくは２００〜３５０℃）の温度範囲内にあり；該上部は、触媒粒子と完全に又は部分的に熱分解されたバイオマスとの懸濁液を含み、該上部は少なくとも５００℃の温度を有する。
【００３５】
好ましくは、下部は分配器の直上に配置され、下部は、バイオマスを運ぶガスが導入されるガスインジェクタ入口を備え、ここで、該バイオマスを含まない流動化ガスは分配器を通過し、そしてガスインジェクタを介して反応器に流入する該バイオマスを運ぶガスとの混合物を形成する。
【００３６】
ここでの説明は広く解釈すべきであり、方法、装置及びシステムのいずれも本明細書全体を通して議論した特徴のいずれかを取り入れることができると解すべきである。
【００３７】
用語解説
芳香族化合物
本明細書で使用するときに、用語「芳香族」又は「芳香族化合物」は、例えば、単環式芳香環系（例えば、ベンジル、フェニルなど）及び縮合多環式芳香環系（例えば、ナフチル、１，２，３，４−テトラヒドロナフチルなど）といった１個以上の芳香族基を有する１種以上の炭化水素化合物をいうために使用される。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等）、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。また、単環式及び／又はそれよりも高級の環式芳香族化合物もいくつかの実施形態では生成できる。また、芳香族化合物としては、ヘテロ原子置換基を有する単環及び複合環式化合物、すなわち、フェノール、クレゾール、ベンゾフラン等も挙げられる。
【００３８】
バイオマス
本明細書で使用するときに、用語「バイオマス」は、当該技術分野におけるその通常の意味を有し、再生可能なエネルギー又は化学物質の任意の有機源をいうために使用される。その主な成分は次のものであることができる：（１）木（木材）及び他の全ての植物；（２）農産物及び廃棄物（トウモロコシ、果物、生ゴミ、エンシレージなど）；（３）藻類及び他の海洋植物；（４）代謝廃棄物（糞尿、下水）；及び（５）セルロース系都市廃棄物。バイオマス材料の例は、例えば、Ｈｕｂｅｒ，Ｇ．Ｗ．外，「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。
【００３９】
バイオマスは、通常、燃料として使用するため又は工業生産のために変換できる、生きている、また最近死んだ生物学的材料であると定義される。バイオマスについての基準は、この材料が最近において炭素循環に関与していなければならず、その結果として燃焼処理での炭素放出が適度に短期間にわたって平均された正味の増加を依然としてもたらさないことである（そのため、泥炭、亜炭及び石炭などの化石燃料は、この定義によりバイオマスとは見なされない。というのは、これらのものは、長期間にわたって炭素循環に関与しなかった炭素を含み、その結果としてそれらの燃焼は大気中の二酸化炭素の正味の増加をもたらすからである）。最も一般的には、バイオマスとは、バイオ燃料として使用するために増殖させた植物をいうが、このものは、繊維、化学物質又は熱の生産に使用される植物又は動物も包含する。また、バイオマスとしては、燃料として燃やすことや化学物質に変換することのできる生分解性廃棄物又は副生成物が挙げられ、例えば、一般廃棄物、緑のごみ（草又は花を切り取ったもの及び生け垣の伐採物などの庭や公園の廃棄物からなる生分解性廃棄物）、動物の糞尿、食品加工廃棄物、下水汚泥、木材パルプ又は藻類からの黒液を含めた農業副産物が挙げられる。地質学的プロセスによって所定の物質に変換された有機材料、例えば石炭、オイルシェール又は石油などは、バイオマスから除外される。バイオマスは、広くかつ典型的には、ススキ、トウダイグサ、ヒマワリ、スイッチグラス、麻、コーン（トウモロコシ）、ポプラ、ヤナギ、サトウキビ、オイルパーム（ヤシ油）を含めた植物から成長され、それらの根、茎、葉、種子殻及び果物は、全て潜在的に有用である。使用される特定の植物又は他のバイオマス源は、生成物の化学的性質や燃料に重要ではないが、処理ユニットに導入するための原料の処理は、該ユニットの必要性及びバイオマスの形態に従って異なるであろう。
【００４０】
バイオマス由来
明細書に記載された生成物、プロセス及び／又はシステムのいずれも、これらがバイオマス由来であるという事実によってさらに特徴付けられるが、これは、生成物がバイオマスから少なくとも部分的に誘導され、ほとんどの場合には１００％又はほぼ１００％バイオマスから誘導されることを意味する。周知のように、バイオマス由来の材料の存在は、化石燃料中では有意に低い濃度で存在する１４Ｃの存在によって容易に確認できる。
【００４１】
バイオマス熱分解液体
バイオマスの熱分解液体又はバイオオイルは、バイオマスの熱分解反応から分離できる液体画分である。バイオマス熱分解液は、通常、暗褐色であり、基本組成の点でバイオマスに近い。このものは、酸素化炭化水素と、元の水分及び反応生成物の両方からのかなりの割合の水との非常に複雑な混合物からなる。組成的には、バイオマス熱分解オイルは、バイオマスの種類によって異なるが、酸素化低分子量アルコール（例えば、フルフリルアルコール）、アルデヒド類（芳香族アルデヒド）、ケトン類（フラノン）、フェノール類（メトキシフェノール）及び水からなることが知られている。また、固体炭化物も油中に懸濁された状態で存在する場合がある。この液体は、バイオマス中においてヘミセルロース、セルロース及びリグニンのフラッシュ熱分解の中間生成物を急冷することによって形成される。化学的には、オイルは、ホルムアルデヒド及び酢酸から複雑な高分子量のフェノール類、無水糖及び他のオリゴ糖に至るまで、広く様々な割合で数百の異なる化学物質を含有する。このものは、低分子量アルデヒド及び酸からの独特の臭いを有し、通常は１．５〜３．８のｐＨを有する酸性であり、しかも刺激性である場合がある。
【００４２】
触媒
本発明において有用な触媒成分は、当該技術分野で知られている任意の触媒から選択でき、又は当業者であれば理解されるようなものである。触媒は、反応を促進する及び／又は反応を達成する。したがって、本明細書で使用するときに、触媒は、化学プロセスの活性化エネルギーを低下させ（速度を増加させ）、及び／又は化学反応において生成物又は中間体の分布を改善させる（例えば、形状選択性触媒）。触媒できる反応の例としては、脱水、脱水素化、異性化、水素移動、芳香族化、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、アルドール縮合、重合及びこれらの組み合わせが挙げられる。当業者であれば分かるように、触媒成分は、酸性、中性又は塩基性とみなすことができる。
【００４３】
急速触媒熱分解について、特に有利な触媒としては、細孔サイズ（例えば、典型的にはゼオライトに関連するメソ多孔性及び細孔サイズ）、例えば、約１００オングストローム未満、約５０オングストローム未満、約２０オングストローム未満、約１０オングストローム未満、約５オングストローム未満又はそれよりも小さい平均細孔サイズに従って選択される内部多孔性を含むものが挙げられる。いくつかの実施形態では、約５オングストローム〜約１００オングストロームの平均細孔サイズを有する触媒を使用することができる。いくつかの実施形態では、約５．５オングストローム〜約６．５オングストロームの間、又は約５．９オングストローム〜約６．３オングストロームの間の平均細孔サイズを有する触媒を使用することができる。いくつかの例では、約７オングストローム〜約８オングストロームの間、又は約７．２オングストローム〜約７．８オングストロームの間の平均細孔サイズを有する触媒を使用することができる。触媒は、有意数の小さいサイズの細孔及び有意数のそれよりも大きなサイズの細孔が存在するように細孔の二峰性又は多峰性分布を有することができる。
【００４４】
ＣＦＰのいくつかの好ましい実施形態では、触媒は、天然型ゼオライト、合成ゼオライト及びこれらの組み合わせから選択できる。当業者であれば理解するように、特定の実施形態では、触媒は、ＺＳＭ−５ゼオライト触媒とすることができる。任意に、このような触媒は、酸性部位を含むことができる。ゼオライト触媒の他の種類としては、以下のものが挙げられる：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、（Ｓ）Ａ１Ｐ０−３１、ＳＳＺ−２３。他の実施形態では、非ゼオライト触媒を使用することができる；例えば、ＷＯX／ＺｒＯ2、リン酸アルミニウムなど。いくつかの実施形態では、触媒は、金属及び／又は金属酸化物を含むことができる。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、白金、チタン、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。いくつかの場合には、希土類元素、すなわち第５７〜７１族元素、セリウム、ジルコニウム又はこれらの組合せについてのこれらの酸化物から選択される促進剤元素を、触媒の活性又は構造を変更するために含めることができる。さらに、いくつかの場合において、触媒の特性（例えば、細孔構造、種類及び／又は酸部位の数など）を選択して所望の生成物を選択的に生成することができる。
【００４５】
変換
用語「反応物の変換（転化）」とは、反応器に流入する材料中における反応物のモル又は質量で割った、反応器内に流入する材料と反応器から出る材料との間の反応物のモル又は質量変化をいう。例えば、１００グラムのエチレンを反応器に供給し、そして３０グラムのエチレンが反応器から流出する場合には、変換は［（１００−３０）／１００］＝エチレンの７０％転化率である。
【００４６】
分配器
分配器とは、所望の領域（通常は、反応区域における円筒形反応器の領域）にわたって安定な流動化を維持するために流動化ガスを分配する構造のことである。いくつかの実施形態では、分配器は、反応器区域内にある円筒の領域にわたって圧力を均一化するためのオリフィスを有するプレートである。
【００４７】
供給ポート
供給ポート（供給管ともいう）とは、バイオマスが反応器に入る入口のことである。供給管の角度αは、供給物が反応器に入る角度である。供給管の角度は、導管が反応器内に開く位置までバイオマスが導管に入る位置から直線を引くことによって決定される、反応器の直前の部分にわたる供給管（又は供給管路）の平均角度として測定される。キャリア管が第１ガス流からのガスアシストを使用して第１角度でホッパーからバイオマスを移動させ、その後バイオマスが第２角度で供給管に流入し、その際、供給管が反応器にバイオマスを移動させるように第２ガス流を有するシステムにおいて、角度αは、供給管の距離についてのみ測定され、キャリア管を含まない。供給管内の温度は、好ましくは、２００℃以下、好ましくは１５０℃以下、さらに好ましくは１００℃以下、場合によっては０〜１５０℃の範囲に保持される。供給ポート（インジェクタポートとしても知られている）を通るキャリア流体の線速度は、反応器の容積部との界面における供給ポートの内径に基づいて計算される。
【００４８】
流体
用語「流体」とは、気体、液体、気体と液体との混合物、或いは分散固体、液滴及び／又は気泡を含む気体又は液体をいう。用語「気体」及び「蒸気」は、同じ意味を有し、互換的に使用される場合がある。いくつかの実施形態では、反応器内の流動化流体の滞留時間を制御することが有利な場合がある。流動化流体の流動滞留時間は、温度及び圧力のプロセス条件下での流動流体の体積流量で割った反応器の容積として定義される。
【００４９】
流動床反応器
本明細書で使用するときに、用語「流動床反応器」とは、当該技術分野における通常の意味を有し、流体（例えば、気体又は液体）が固体材料を懸濁させかつそれを液体であるかのうように挙動させるのに十分に高い速度で粒状固体材料を通過する、粒状固体物質（例えば、シリカ粒子、触媒粒子）を含むことができる容器を備える反応器をいうために使用される。周知のように、流動床反応器では、このような触媒若しくは固体反応物質若しくは熱伝導材料又はこれらの組み合わせなどの懸濁固形物は分配器よりも上にある。いくつかの流動床反応器では、固体反応物、固体触媒又は他の固体は、反応器の下部にある分配器の直ぐ上に導入され、そしてこの下部の上に延在する反応器の上部が存在する。反応器では、上側部分は、重力の点で下部の上にある。反応器では、下部は、流動床反応器の内径を有する容積と、全反応器の高さの少なくとも２％、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２５％の高さとを有し、ここで、該上部は、流動床反応器の内径を有する容積と、全反応器の高さの少なくとも５％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２５％の高さとを有する。このように、懸濁固形物を含む下部は、分配器の上にある部分をいう。
【００５０】
また、用語「循環流動層反応器」は、当該技術分野における通常の意味有し、粒状固体材料が反応器の外に通され、反応器と流体連通するラインを通って循環し、そして反応器に戻って再循環される流動床反応器をいうために使用される。
【００５１】
また、バブリング流動床反応器及び乱流流動床反応器も当業者に知られている。バブリング流動床反応器では、粒状固体物質を流動化するために使用される流体流は、気泡及び空隙が操作中に流動床の容積部内で観察されるように十分に低い流量で操作される。乱流流動床反応器では、流動化流の流速は、バブリング流動床反応器で用いられるものよりも高いため、気泡及び空隙は、操作中において流動床の容積部内には見られない。
【００５２】
流動床反応器、流動床反応器、循環、バブリング及び乱流流動床反応器の例は、カーク・オスマーの化学技術百科事典（オンライン）、第１１巻、米国ニュージャージー州ホーボーケン：Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、ｃ２００１−、第７９１〜８２５頁及びＤ．國井、Ｏ．Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎｅｍａｎｎによる「Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」第２版、１９９１、米国マサチューセッツ州ニュートンに記載されており、その両方を参照により本明細書で援用する。
【００５３】
ガスジェットとは、バイオマス変換反応器に固体を運ぶガスの流れのことである。ガスジェットは添加ガスであり、供給管（供給導管という場合がある）におけるバイオマスの分解により発生するガスを意味しない。実際には、供給管におけるバイオマスのガス分解は望ましくない。また、バイオマスを反応器に運ぶためのガスジェットの使用は、「ガス支援注入」としても知られている。
【００５４】
細孔サイズ
細孔サイズとは、ある材料の細孔に浸透することができる分子又は原子の大きさに関する。本明細書で使用するときに、ゼオライト及び同様の触媒組成物についての用語「細孔サイズ」は、当業者に周知のノーマン半径調節細孔サイズをいう。
【００５５】
ノーマン半径調節細孔サイズの決定は、例えば、Ｃｏｏｋ，Ｍ．；Ｃｏｎｎｅｒ，Ｗ．Ｃ．，「Ｈｏｗ  ｂｉｇ  ａｒｅ  ｔｈｅ  ｐｏｒｅｓ  ｏｆ  ｚｅｏｌｉｔｅｓ？」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１２ｔｈ，Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，１９９８年７月５〜１０日；（１９９９），１，ｐｐ  ４０９−４１４に記載されており、これはその全体が参照により本明細書に援用される。具体的な計算例として、ＺＳＭ−５の細孔についての原子半径は、Ｘ線回折によって測定されたときに、約５．５〜５．６オングストロームである。触媒における酸素原子間の反発効果を調整するために、クック及びコナーは、ノーマン調節半径が原子半径（約６．２〜６．３オングストローム）よりも０．７オングストローム大きいことを示した。
【００５６】
当業者であれば、触媒における細孔サイズ（例えば、最小細孔サイズ、最小細孔サイズの平均値）を決定する方法が分かるであろう。例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を使用して原子座標を決定することができる。細孔サイズを決定するためのＸＲＤ技術は、Ｐｅｃｈａｒｓｋｙ，Ｖ．Ｋ．外，「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＋Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍｅｄｉａ，Ｉｎｃ．，米国ニューヨーク，２００５年に記載されており、その全体を参照により本明細書で援用する。細孔サイズ（例えば、ゼオライトの細孔サイズ）を決定するのに有用な他の技術としては、例えば、ヘリウム比重びん法又は低圧アルゴン吸着法が挙げられる。これら及び他の技術は、Ｍａｇｅｅ，Ｊ．Ｓ．外，「Ｆｌｕｉｄ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ：  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，１９９３年７月１日，ｐｐ．１８５−１９５に記載されており、これは、その全体を参照により本明細書に援用する。メソ多孔質触媒の細孔サイズは、例えば、Ｇｒｅｇｇ，Ｓ．Ｊ．外，「Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｒｅａ  ａｎｄ  Ｐｏｒｏｓｉｔｙ」，第２版，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８２年及びＲｏｕｑｕｅｒｏｌ，Ｆ．外，「Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｂｙ  ｐｏｗｄｅｒｓ  ａｎｄ  ｐｏｒｏｕｓ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，  Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９８年に記載されるような窒素吸着技術を使用して決定できる。これらの両方ともその全体を参照により本明細書で援用する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、スクリーニング方法を使用して特定の熱分解生成物分子変換に適切な細孔サイズを有する触媒を選択する。このスクリーニング方法は、触媒反応するのに望ましい熱分解生成物分子の大きさ（例えば、熱分解生成物分子の分子動力学的直径）を決定することを含むことができる。当業者であれば、例えば、所定の分子の動力学的直径を計算することができる。次に、触媒の種類を、触媒の細孔（例えば、ノーマン調節最小半径）が熱分解生成物分子を触媒に拡散させる及び／又は触媒と反応させるのに十分に大きいものであるように選択できる。いくつかの実施形態では、触媒は、それらの細孔サイズが、反応が望ましくない熱分解生成物の侵入及び／又は反応を防止するのに十分に小さくなるように選択される。
【００５８】
熱分解
本発明の目的上、また一般的に知られているように、バイオマスの熱分解は、少なくとも４００℃の温度で生じ、添加触媒の非存在下で（ただし、添加触媒は存在していてもよい）進行して少なくとも１種の熱分解生成物（典型的には生成物の混合物）を形成することのできる反応である。添加触媒は、バイオマス中には存在しない触媒である（すなわち、天然には存在しない又は本来的には存在しない）。熱分解の例は、バイオマスを４００℃を超える温度に加熱してフルフラール及び他の生成物を形成することである。触媒反応とは、材料が添加触媒の存在下で反応する反応のことであり、触媒の存在は、反応速度及び／又は生成物分布（典型的には両方）に影響を与える。実際問題として、添加触媒が存在する状況では、熱分解及び触媒反応の両方は、温度が十分に高い場合（例えば、少なくとも４００℃）に生じる。実験的には、熱分解の発生は、添加触媒の非存在下で反応を実行することによって試験できる。実質的な反応が反応条件下で発生した場合には、熱分解が発生する。「実質的な反応」とは、少量を超える（例えば、少なくとも５％）バイオマスが生成物に変換される反応をいう。「熱分解区域」とは、実質的な熱分解反応が反応条件（例えば、滞留時間など）で生じる温度にまで加熱される反応器系の容積部である。
【００５９】
熱分解は、好ましくは、Ｏ2を添加せずに又はＯ2の不在下で実施される。好ましくは、熱分解反応室内に存在するＯ2の体積分率は０．５％以下である。「触媒熱分解」とは、触媒の存在下で行われる熱分解をいい、以下でより詳細に説明する工程を含むことができる。触媒熱分解プロセスの例は、例えば、Ｈｕｂｅｒ，Ｇ．Ｗ．外，「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｆｕｅｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｂｉｏｍａｓｓ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃａｔａｌｙｓｔｓ，ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１０６，（２００６），ｐｐ．４０４４−４０９８に概説されている。
【００６０】
滞留時間
滞留時間とは、反応器からの全てのガスの出口流量で割った、反応器若しくは装置、又は装置の特定の部分の体積、或いは反応器又は装置の平均温度及び反応器若しくは装置又はそれらの部分の出口圧力で測定又は算出される、流動化ガス、製品、及び不純物を含む装置又は反応器若しくは装置の一部として定義される。
【００６１】
選択性  
用語「選択性」とは、生成物品の選択と比較した特定の生成物の生成量をいう。生成物の選択性は、特定の生成物の量を生成される多数の生成物量で割ることによって計算できる。例えば、７５ｇの芳香族化合物が反応で生成され、２０ｇのベンゼン２０がこれらの芳香族化合物中に見出される場合には、芳香族生成物のうちベンゼンに対する選択性は、２０／７５＝２６．７％である。選択性は、上記の例と同様に、質量に基づいて計算でき、又は炭素基準で計算でき、その際、選択性は、特定の生成物中に見出される炭素の量を生成物の選択において見出される炭素の量で割ることによって計算される。特に断りのない限り、反応物としてバイオマスが関与する反応について、選択性は質量基準である。特定の分子の反応物（例えばエテン）の変換を伴う反応について、選択性は、選択された生成物を、生成された全ての生成物で割ったパーセンテージである（特に指定のない限り質量基準）。
【００６２】
収率
ここで使用するときに、用語「収率」は、反応器から流出する生成物の量を、反応器に流入する反応物の量で割ったものをいうために使用する（通常、パーセンテージ又は分数として示される）。収率は、質量基準、炭素基準、又は特定の供給成分に基づいて計算される。質量収率とは、特定の生成物の質量を、生成物を製造するために使用される供給材料の重量で割ったもののことである。例えば、５００ｇのバイオマスを反応器に供給し、そして４５ｇのベンゼンが生成される場合、ベンゼンの質量収率は４５／５００＝９％ベンゼンであろう。
【００６３】
炭素収率とは、特定の生成物に見出される炭素の質量反応器への供給物中における炭素の質量で割ったものをいう。例えば、４０％の炭素を含有するバイオマス５００ｇを反応させて９２．３％の炭素を含有するベンゼン４５ｇを生成させる場合には、炭素収率は、［（４５*０．９２３）／（５００*０．４０）＝２０．８％である。バイオマスからの炭素収率は、特定の生成物中に見出される炭素の質量を、特定の供給成分中における反応器に供給された炭素の質量で割ったものである。例えば、４０％の炭素ＣＯ2を含有する５００ｇのバイオマスと１００ｇのＣＯ2とを反応させて４０ｇのベンゼン（９２．３％の炭素を含む）を生成させた場合、バイオマスの炭素収率は、［（４０*０．９２３）／（５００*０．４０）＝１８．５％である；ＣＯ2の質量は計算に入らないことに留意されたい。
【００６４】
標準的な特許用語であるが、用語「含む（備える）」とは、「包含する（挙げられる）」を意味し、追加の成分を除外しない。また、「含む（備える）」という用語に関連して記載した本発明の態様のいずれかは、用語「含む（備える）」をより狭い用語の「からなる又はから本質的になる」に置き換えたより狭い実施形態を包含する。本明細書において使用するときに、用語「含む（備える）」又は「包含する（挙げられる）」は、本発明を限定するものではなく、むしろ、例示的な構成要素を列挙するものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、水平方向のバイオマス供給管を有するガスジェットバイオマスインジェクタを示す。
【図２】図２は、ガスジェットバイオマスインジェクタ及び反応器の実施形態を示す。
【図３】図３は、ガスジェットバイオマスインジェクタ及び反応器の実施形態を示す。
【図４】図４は、バイオマスのパルスを計量しかつ反応器に注入するためのバイオマスインジェクタ支援システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
発明の詳細な説明
図１は、水平方向バイオマス供給管１２を有するシステムを示す。動作中に、ホッパー１４内のバイオマスが任意のスクリューフィーダ１６によりガス注入管１８に運ばれ、該管を通して、ガス２０がガス流れ２２によって支援される水平バイオマス供給管１２へのバイオマスの輸送を支援する。ガス組成物２０及び２２は、同一のもの又は異なるものであることができ、いくつかの好ましい実施形態では、再循環ＣＯ及び／又はＣＯ2を含むことができる。冷却流体２４（例えば、冷水）を使用してバイオマスを冷却して供給管１２内での反応を防止することができる。
【００６７】
バイオマスは、供給ポート２６を介してガスジェットで流動床反応器に分配器２８の上の位置で入る。この図では、バイオマス供給管は、このものが反応器に接続し、注入ガスが９０°の角度でバイオマス供給管に流入するように水平である。好ましい実施形態では、スクリューによるバイオマスの加熱を防止するために、供給ポート２６に近いバイオマス供給管１２内にはスクリューフィーダが存在しない。水平とは、重力に対して水平（つまり重力に対して垂直）を意味する。
【００６８】
図２は、供給管を通した流れ２９が供給ポート２６を流動床反応器２５に通過する直前に移動する水平面からの角度である角度α（アルファ）を示す。図２の実施形態では、一つのみのインジェクタガス流れ３０が存在する。上流部分でのインジェクタ流れガスの角度は、流動床反応器への入口でのガスジェットとは異なる角度にすることができることに留意されたい。
【００６９】
図３は、流動床反応器が流動床３６内にシーブトレイ３４を供える実施形態を示す。生成物流れ３９は、反応器の上部から離れ、そこで、任意の懸濁固体をサイクロン（図示せず）で除去することができ、また生成物流れ内の非固形成分を分離することができる。特に断らない限り、本明細書中でのこの言及は、固体除去後及び非固形成分の分離前における流体生成物流れを意味する。
【００７０】
図４は、固体ホッパーと反応器２５との間に大きな圧力差を維持するための空気圧エラストマーピンチ弁４２、４４から構成されるバイオマスインジェクタエアロックシステムを示す。バイオマス供給物が供給ホッパー１４に装入され、そして開放弁４２によりスエアロックチャンバーにクリューオーガ又は他の機械搬送装置を介して移され、その後、このものを弁４２を閉じることによって閉鎖し、反応器圧力よりも高い圧力にする。
【００７１】
空気圧ピンチ弁４２及び４４は、圧力又は電子作動弁４３及び４５を介してそれぞれ弁４２及び４４の空気圧スリーブにガスの圧力を加える又は抜くことによって開閉される。バイオマス供給物は、弁４２が開いた位置に保持される時間を制御することにより計量できる。ガスリザーバが、エアロックチャンバを充填させるために使用される反応器入口上にあるタップ線と共に入口ライン４７及び圧力調整器４８を介してシステムに接続されてから、弁４４を開放することによって固体のパルスを解放し、そして反応器２５への注入用の供給管に供給物を任意のキャリアガス４６と共に注入する。図４に示される選択肢は、注入ガスのみならずキャリアガスを供給するキャリアガス４６に関するものである。
【００７２】
バイオマス粒子のサイズ、形状、密度及び組成、反応器の大きさ及び形状、インジェクタガスとして使用されるガスの組成及び圧力、反応器中における触媒粒子の量及び組成、反応器内での所望の混合、バイオマス及び触媒の所望の供給速度、反応器内の内部構造の存在及び他の要因によって決定される流量の範囲が可能である。
【００７３】
反応器にバイオマスを導入するために使用されるガス注入管及びポートは、バイオマス粒子のサイズ、形状、密度及び組成、反応器の大きさ及び形状、インジェクタガスとして使用されるガスの組成及び圧力、反応器中における触媒粒子の量及び組成、反応器内での所望の混合及び他の要因に応じて様々なサイズのものとすることができる。ガスジェットインジェクタポートは、反応器の中央、すなわち、半径方向に向けることができ、又は、反応器内においてより望ましい混合パターンを確立するためにずれた角度、例えば接線方向とすることができる。ガスジェットインジェクタポートは、水平方向（すなわち、重力に対して０°）などの任意の選択された角度に向けることができ、又はバイオマスが反応器に上向きに流れる又は反応器に下向きの角度で流れるように水平に対して傾斜できる。いくつかの実施形態では、供給ポートの角度は、反応器に入る位置での水平面から少なくとも１５度、少なくとも２５度、少なくとも３５度、少なくとも４５度、少なくとも５０度、少なくとも６２度である。滑らかな空気力学的に設計された供給管が目詰まりを最小にし、バイオマスを移動させるのに必要な流体の流れを最小化するために好ましい；丸型の管が好ましく、最小鋭い縁又は鋭角が望ましい。バイオマスホッパーが入口ポートの上に位置しており、その結果、重力が下方向へのバイオマスの動きを支援し、そして目詰まり又は付着を抑制する。
【００７４】
ガスジェット供給システムを使用して、連続的に又は好ましくは短いバースト若しくはパルスで反応器にバイオマス供給物を供給することができる。バイオマス供給物の短いパルスのタイミングは、反応器の所望のサイズ及び形状、バイオマスの特性及びガス流量に応じて０．２秒毎に１回から６０秒毎に１パルス又はそれよりも長い範囲とすることができる。個々のパルスの間の流れ継続時間は、反応器の所望のサイズ及び形状、バイオマス特性、ガス組成及びガス流量に応じて、０．０５秒〜３０秒の範囲とすることができる。個々のパルスは、パルス間の時間よりもはるかに短い期間であってもよく、又はパルス間の時間と同じくらい長くすることができる。複数のガスジェット供給ポートを使用する場合には、パルスのタイミングは、複数の供給ポートから同時となるように同期でき、又は時間的にずらすこと、すなわち、任意の一方の供給ポートからのパルスを１以上の他方の特定の供給ポートからのパルスに関して遅延させることができることが想定される。パルスの持続時間、タイミング及び同期の最適化は、実験的に容易に実施できる。パルス供給は、パルス的に供給されたときにガスの同じ全体積を用いて達成することができる、より迅速な線速度のため、より良好な混合を与えることが期待される。
【００７５】
ガスジェットの供給の技術思想は、オーガ型供給装置においてバイオマス供給物を冷たい状態に維持することが困難な場合に、同様にスケールアップ反応器にも有利であることが予想される。より大きな反応器では、おそらくは異なる高さ及び異なる注入角度で、壁の周りに配列された多数のインジェクタポートが存在する可能性が高い。注入速度、すなわち、異なる時点でのバイオマスガスの線速度は、同様に広い範囲をカバーすることができる。というのは、バイオマスを床の内部にまで遠くに注入するいくつかのジェットを得ると共に、いくつかのジェットが反応器にわたって均一な混合を得るように床に短い距離にバイオマスを注入することが有用だと考えられるからである。インジェクタは、反応器の壁部で終端することができ又はいくつかの場合には反応器の内側に拡張できる。同じ反応器上の異なるインジェクタは、所望のバイオマスの分布に応じて、反応器の内部において異なる深さまで拡張できる。
【００７６】
内部混合装置及び熱交換装置を反応器内に配置してもよい。例えば、多数のシーブトレイ、すなわち、水平方向の位置に設定された多数の小孔を有するプレートを、流動床内の異なる高さに配置することができる。これらは、混合を改善し、かつ、特に小さな反応器内で、大きな気泡を分割することが有用な場合がある任意の機能である。トレイの単一層は、より大きな反応装置のために有用な場合があり、又は複数の層が好ましい場合がある。シーブトレイの層は、床の上部から床の下部までの触媒の「流れ」を確立することが有利な触媒の下方への移動を抑制することができる。このようにして、触媒を床の上部に導入する場合には、最も活性な触媒は、熱分解生成物蒸気の大部分の希釈混合物と相互作用し、反応の機会を増やし、床中における下部の部分的に失活した触媒が熱分解蒸気の濃縮混合物と相互作用する。シーブトレイは、バイオマスの下向き方向及び触媒の上向き方向への部分的な「向流」流れを確立し、触媒変換効率を最大化することができる。触媒を傾斜脚部又はインジェクタポートを介して流動床の下部に導入する場合には、シーブトレイは、新たに導入された触媒が新たに導入されたバイオマスと相互作用することを確保することができ、それによって床を通るバイオマス及び触媒の並流流れを設定することができる。その場合には、失活した触媒は、床の上部から除去できる。流動床の内部構造は、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｆｌｕｉｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｗ−Ｃ  Ｙａｎｇ著，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，２００３，第１７１−１９９頁に記載されるように当該技術分野で周知である。
【００７７】
いくつかの実施形態では、触媒は、反応器への注入のためにバイオマスと混合される。触媒は、任意の温度であることができるが、好ましくは、バイオマスを混合される任意の触媒は、バイオマスと混合されたときに、得られる熱分解が最小限となるようにバイオマスの熱分解開始温度未満の温度である。追加の触媒をバイオマスとは別々に導入することができ、触媒のこの部分は、非常に様々な温度で、好ましくは反応器への熱分解に必要な熱を供給するように高温で導入できる。バイオマスと共に又は別々に導入された触媒の相対量は、広い範囲にわたって変更できる。別々に導入された触媒は、典型的にはシステムのための熱を供給するため、典型的には、触媒の大きな質量がバイオマスと共に導入されるよりも熱を供給し、いくつかの好ましい実施形態では、いかなる触媒もバイオマスとは混合されない。反応器の温度は、例えば、別々に導入された触媒の量又はその温度又は２つの異なる供給流によって導入された触媒の比で制御できる。
【００７８】
バイオマスの注入のために使用されるガスは、プロセスに有害ではない任意のガスとすることができる。好ましくは、このガスは、ＣＯ若しくはＣＯ2又はＣＯとＣＯ2の両方を含むプロセスからの再循環ガスである。好ましくは、このガスは、オレフィン、水素又はメタンなどの他の生成物を含むこともできる。ガスインジェクタを介したオレフィン含有再循環ガスの導入は、分配板を通してオレフィンを導入することが好ましいことが予想される。というのは、このガスは、インジェクタ内において比較的低温に保持され、それによって、オレフィンが分配器を介して導入されたときに観察されたオレフィン重合及びコークス化を最小化するからである。また、ガスジェット流は、蒸気、メタン、エタン、プロパンなどの軽質炭化水素及びそれよりも少量の他の化合物を含むことができる。また、窒素やアルゴンなどの不活性物質も含まれていてもよいが、その含有量は、好ましくは、それらが再循環システム内で高濃度に蓄積するのを防止するように低く維持される。
【００７９】
ガスジェット流体のガス流量は、早期の加熱、注入管の詰まりを防ぎかつ良好な混合を促進するために、ガスジェット内のガスの線速度がバイオマスを流動床に急速に輸送するのに十分に高くなければならない。インジェクタ内の流体の流れは、逆流を最小限にするようにインジェクタ入口を通って連続的に流れるキャリア流体と、バイオマスインジェクタエアロックシステム又は他のシステムなどのバイオマス計量システムを使用した場合にバイオマスと共に導入されるキャリア流れとを含む。いくつかの実施形態では、バイオマスインジェクタポートにおけるキャリア流体の線速度は、少なくとも２５ｃｍ／秒、５０ｃｍ／秒、１００ｃｍ／秒、１５０ｃｍ／秒又は少なくとも２００ｃｍ／秒、又は少なくとも２２５ｃｍ／秒、又は少なくとも２５０ｃｍ／秒、又は少なくとも３００ｃｍ／秒、又は２５ｃｍ／秒〜１００００ｃｍ／秒、又は５０〜７０００ｃｍ／秒、又は１００〜５０００ｃｍ／秒、又は２００〜５０００ｃｍ／秒、又は２２５〜５０００ｃｍ／秒である。
【００８０】
供給管の目詰まりを防止し、かつ、床にバイオマス粒子を注入するために必要なガスジェット内のガスの線速度は、バイオマス粒子のサイズ、形状、密度及び他の特性に依存するであろう。より小さな粒子又はより多くの球状粒子又はより高密度の粒子がより容易に流動し、目詰まりを防止するためにより低い流速しか要しない。少なくとも０．１０ｇ／ｃｃ、好ましくは少なくとも０．２５ｇ／ｃｃで、最も好ましくは少なくとも０．５ｇ／ｃｃの嵩密度を有する粒子がより容易に運搬できる。嵩密度は、風袋測定した容積容器に材料を充填し、緩く充填し、そして穏やかな攪拌にのみにより沈降させ、そしてこれを秤量して該容積を満たす物質の質量を決定することによって測定される。この密度は、単に質量を体積で割ったものである。粒子は、１ミクロン〜２００００ミクロン、好ましくは５０ミクロン〜５０００ミクロン、最も好ましくは２５０ミクロン〜２０００ミクロンの平均直径を有することができる。滑らかではない又はより高い水分含有量を有する粒子は、それほど容易には流れず、より容易に目詰まりする傾向があり、しかも反応器への注入のためにより高いガス速度が必要な場合がある。
乾燥、摺り砕き、細切り等によるバイオマスの前処理を使用することで粒子特性の調整が可能である。一般には、極小の粒子サイズ（２５０μｍ未満の直径）への摺り砕きや極小水分量への乾燥といった粒子の流動性を高める手順は、加工工程及び全体プロセスのコストを増加させる。
【００８１】
ガスジェット供給ポート及び流動化供給ポートを介して導入される流量と容積とのバランスは、広い範囲にわたって変更できる。いくつかの実施形態では、流動化ポートを介して導入されたガス流量に対するバイオマスと共に注入されたガス流量の比は、０．１未満、０．２５未満、０．５未満、１未満、２未満、３未満、５未満又は１０未満、又は０．００１〜１０の間、又は０．０１〜５の間、又は０．１〜２の間である。流動化ポートを介した流量に対する注入ポート（供給ポートとしても知られている）での流量の比の好ましいレベルは、単一の供給ポート及び単一の流動化ポートがある場合に適用される；また、これは、供給ポートの合計流れを流動化ポートを介した流れの合計で割った複数口の場合にも適用される。
【００８２】
或いは、流動化流れの非常に低い速度は、ガスジェットインジェクタポートの使用により可能となる場合があり、又は完全に省略できる。反応器の下部に導入された分配器その他を通る所定の流動流れは、反応器の底部での収集により高密度の固体を維持することが好ましい。いくつかの実施形態では、分配板は存在せず、かつ流動化流体が流動床の下部内に位置する分配システム又はスパージャーを介して導入される。流動床用ガス分配器及びプレナム設計は、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｆｌｕｉｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｗ−Ｃ  Ｙａｎｇ著，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，２００３，第１５５−１７０頁に記載されるように、当該技術分野において周知である。
【００８３】
また、ガスジェット供給ポート及び流動化供給ポートを介して導入されたガス流温度と容積との間のバランスは、芳香族化合物、オレフィン、重質炭化水素又はこれらの組み合わせなどの有用な生成物の生産性を改善させるのに重要な因子である。ガス供給流の温度の加重平均である標準化された供給温度を定義することができ、［（注入された供給ガスの流量*注入された供給ガスの温度）＋（流動化ガス流量*流動化ガス温度）］／（注入されたガス流量＋流動化ガス流量）として計算できる。この定義は、典型的には分配器のすぐ上にある容積部内での注入及び流動化ガスの急速な混合を前提とする。この好ましい範囲よりも下の標準化供給温度は、より多くの炭化物及びより少ない芳香族化合物をもたらすのに対し、この好ましい範囲よりも上の標準化供給温度は、より多くのＣＯ及びコークスをもたらすと考えられる。標準化供給温度は、バイオマス供給物の組成、ガス供給物の組成、触媒、圧力及び他のプロセスパラメータに応じて５０〜７００℃、又は７５〜６５０℃、又は好ましくは１００〜６００℃の範囲とすることができる。
【００８４】
反応器は、触媒が反応を開始する前に充填されるバッチモード、又は触媒を連続的に添加しかつ除去する連続モードで動作させることができる。連続動作中に、触媒及びバイオマスの両方を反応器に供給する。いくつかの好ましい実施形態では、触媒：バイオマス供給原料の質量比は、０．３〜２０、又は１〜１０、又は２〜６から、又は２．５〜４の範囲とすることができる。いくつかの好ましい実施形態では、この比は１０以上である；例えば、１０〜４０又は１０〜２０の範囲内である。
【００８５】
典型的には逆数の時間単位で表される、反応器中における触媒の質量で割ったバイオマス供給物の速度として定義されるＣＦＰプロセスの空間速度は、０．０５ｈｒ-1〜２０ｈｒ-1、又は０．１ｈｒ-1〜１０ｈｒ-1、又は０．２ｈｒ-1〜５ｈｒ-1、又は０．３ｈｒ-1〜２ｈｒ-1の範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、空間速度は、少なくとも０．１、少なくとも０．２、少なくとも０．３、少なくとも０．４、少なくとも０．５、少なくとも０．８、又は少なくとも１．０ｈｒ-1である。ＣＦＰ処理の条件は、参照により本明細書で援用される米国特許第８２７７６４３号にまとめられたもののいずれかとすることができる。
【００８６】
本発明において有用な触媒成分は、当該分野で公知の任意の触媒から選択でき、又は本発明を認識する当業者によって理解されるとおりのものである。機能的には、触媒は、脱水、脱水素化、異性化、水素移動、芳香族化、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、アルドール縮合及び／又は炭化水素質材料の熱分解に関連する任意の他の反応若しくはプロセスを促進させる及び／又は達成するこのような材料の能力によってのみ制限され得る。当業者によって理解されるように、触媒成分は、酸性、中性又は塩基性と見なされ得る。あるいは、単独で又はこのような及び他の考慮事項と共に、触媒は、細孔サイズ（例えば、典型的にはゼオライトに関連するメソ多孔性及び細孔サイズ）、例えば、約１００オングストローム未満、約５０オングストローム未満、約２０オングストローム未満、約１０オングストローム未満、約５オングストローム未満又はそれよも小さい平均細孔サイズに応じて選択できるが、芳香環の動力学的直径よりも小さい細孔はそれほど望ましくない。いくつかの実施形態では、約５オングストローム〜約１００オングストロームの平均細孔サイズを有する触媒を使用することができる。いくつかの実施形態では、約５．５オングストローム〜約６．５オングストローム、又は約５．９オングストローム〜約６．３オングストロームの平均細孔サイズを有する触媒を使用することができる。いくつかの例では、約７オングストローム〜約８オングストローム、又は約７．２オングストローム〜約７．８オングストロームの間の平均細孔サイズを有する触媒を使用することができる。触媒は、小さなサイズの細孔の有意数又は大きなサイズの細孔の有意数が存在するような細孔の二峰性又は多峰性分布を有することができる。好ましい触媒としては、天然又は合成フェリエライト、ゼオライトＹ、ゼオライトβ、モルデナイト、ＭＣＭ−２２、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−３５、ＺＳＭ−５７、ＳＵＺ−４、ＥＵ−１、ＺＳＭ−１１、（Ｓ）ＡｌＰＯ−３１  、ＳＳＺ−２３が挙げられる。特に好ましい触媒は、ＺＳＭ−５、又はＺＳＭ−５を含むものである。いくつかの実施形態では、触媒は、金属及び／又は金属酸化物を含むことができる。適切な金属及び／又は酸化物としては、例えば、ニッケル、白金、バナジウム、パラジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、銅、クロム、ガリウム、希土類金属のいずれか、すなわち周期律表の第５７〜７１族元素又はそれらの酸化物又はそれらの任意の組み合わせのいずれかが挙げられる。
【実施例】
【００８７】
比較例１
松材の触媒急速熱分解（ＣＦＰ）を流動床反応器で行った。流動床反応器は、２インチの外径（ＯＤ）及び２４インチの高さであり、３１６ステンレス鋼で作られていた。反応器内において、触媒床は、１／１６インチの円形開口部を有する３１６ステンレス鋼板から作られた分配板によって支持されていた。図１に概略的に示される反応器は、水平に配置された０．６２５インチの外径、０．３９インチの内径（ＩＤ）のスクリューオーガを装着し、これを通してバイオマスをオーガの回転により供給した。
【００８８】
実験前に、反応器に１０２ｇの２％Ｇａ／ＺＳＭ５触媒を充填し、そして触媒を５８０℃で２時間にわたり３．０ＳＬＰＭの流量で空気中においてその場で焼成した。松鋸屑（ＰＳＤ）を磨砕し、そして０．２５〜２ｍｍの粒度までふるいにかけた。約３００ｇの松鋸屑を秤量し、そしてホッパーシステムに充填した。反応器を、実験開始前に３０分間にわたり３．０ＳＬＰＭでＮ２流によりパージした。
【００８９】
反応器を５８０℃に加熱し、そして流動化ガス供給管を約５００℃に加熱した。バイオマス流量を、供給管にバイオマスを与えるホッパー内部のオーガによって正確に制御した。固形バイオマス（松）をＮ2流と共に側供給管から反応器に導入した。バイオマススクリューオーガ供給管を通したガス流量は０．５ＳＬＰＭであり、これは反応器への入口で１１．８ｃｍ／秒の２５℃での予測線速度を与える。バイオマス供給速度を約１．０ｇ／分に調節した。供給管は、分配板の上約１インチで反応器に入る。反応の間、Ｎ2の１．０ＳＬＰＭを、分配板を介して反応器に通して供給管のＮ2流に加えて触媒を流動化する。
【００９０】
反応器流出物は、小さな触媒及び炭化物を含む固体粒子を除去するための加熱サイクロン（３５０℃）を通じて反応器の上部から出る。サイクロンを出た流出物は、２個のバブラー及び３個のコンデンサーを備える生成物回収システムに流す。バブラーを氷水浴に入れ、これに、溶媒として内部に１５０ｍｌのイソプロパノールを充填した。３個のコンデンサーは溶剤を含有しておらず、ドライアイス／イソプロパノール浴内に配置した。最後のコンデンサーを出た非凝縮気相生成物をガス袋に収集した。反応時間は、典型的には３０分であり、バイオマスの供給を開始した後に２つのガス袋サンプル流れについて１５及び３０分の時点で採取した。各バッグを取り出した後、総ガス流量を気泡流量計で測定した。少なくとも４回の測定を行い、性能計算のために平均を使用した。ガス袋サンプルを分析標準ガス混合物で較正された島津ＧＣ２０１０への注入によって分析した。
【００９１】
２個のバブラーのそれぞれの内容物を集めた。３個のコンデンサーの内容物を秤量し、そして単一のサンプルに一緒にした。コンデンサーをイソプロパノールですすいで第４サンプルを生成した。４種全ての液体の容積を測定し、そして重量を決定した。これらの液体試料を、全て島津ＧＣ２０１４への注入によって分析した。
【００９２】
芳香族化合物及びオレフィンの炭素収率は２．０１％であった。
【００９３】
比較例２
実験を、反応器への入口での水平方向バイオマス供給管において２４ｃｍ／秒の線速度を与える１．０ＳＬＰＭのバイオマス供給オーガ流量で繰り返した。１００ｇの触媒の新たなサンプルを反応器に充填した。バイオマス供給速度を０．７８ｇ／分に調節した。
【００９４】
芳香族化合物及びオレフィンの炭素収率は９．５５％であった。
【００９５】
大量に形成された炭化物並びに香族化合物及びオレフィンの低い収率で明らかなように、混合不良、バイオマスの早期加熱及びバイオマスの触媒流動床への不十分な輸送が認められた。オーガ及び管は熱くなり、金属が変色した。
【００９６】
ガスジェット実験
スクリューオーガをオーガ供給システムから取り除き、反応器へのバイオマス供給用の導管として機能する場所に空のオーガ管を残した。オーガ管を通した２ＳＬＰＭガス流及び分配器を通した供給された１ＳＬＰＭ流動化ガスを用いて、オーガ管（スクリューなし）を通してバイオマスを供給する実験を試みた。空のオーガ管は、反応器に水平に入っていた。その他の条件は、比較実験１と同様であった。低いガス速度及び供給管の水平位置のため、バイオマスはオーガ管内に蓄積し、最終的にはバイオマスホッパー口からオーガ管までの移送ラインを詰まらせた。バイオマスの供給を停止し、反応器を停止させた。
【００９７】
反応器内の流動化の観察を可能にするために透明なポリカーボネート管を備える低温流れ流動床反応器を組み立てた。図１に示した水平管は、低温流動試験では反応器にバイオマスを輸送するのに有効ではなかった。バイオマスの多くは、水平移送管内に存在することが観察された。
【００９８】
低温流動装置において、０．２５インチＯＤ（ＩＤ＝０．２インチ）ガスジェット注入管及び水平面から約２６度の入射角では、キャリアガスの流量は、〜２ｍｍの大きさのバイオマス粒子が詰まるを防止するために、０．５〜１．０ｇ／分のバイオマス供給速度で少なくとも約２．５ＳＬＰＭであることが必要であることが実験的に決定された。下部キャリアガス流量は、管を詰まらせた。注入ガスの線速度は、注入管において２５℃で〜２２４ｃｍ／秒と計算された。
【００９９】
例３〜１２
バイオマス移送管を、供給ホッパーからバイオマス導入口まで延在する湾曲０．２５インチＯＤ  ＳＳ−３１６管で置き換えた。供給ホッパーを、反応器の上かつ側部に設置した。図２に示すように、流動床への供給管の進入角度は、水平面から２６度であった。図３に示すように、１／８（０．１２５）インチの開口部及び４２％の開口面積を有する一連の孔あき３１６ステンレス鋼製シーブトレイを反応器内に設置した。６個のシーブトレイが中央のネジ棒に取り付けられ、シーブトレイの間には１インチの間隔があった。
【０１００】
一連の実験を表１にまとめた条件で行った。
【０１０１】
表１に示すように（例えば、例９及び１０と例１１及び１２とを比較）、流動流量（流動床への流動化ガス入口で測定される）に対する注入流量（注入管と反応器との間の境界、換言すれば、反応器への固体の入口で測定される）の比は、驚くべきことに、約０．１以上の比で良好な結果を示すことが分かり（より高い芳香族化合物、より高い芳香族化合物及びオレフィン、並びにより高いベンゼン及びトルエン）、いくつかの実施形態では、この比は、０．０５〜５、いくつかの実施形態では０．１〜５、いくつかの実施形態では０．１〜２の範囲となるように選択される。
【０１０２】
反応器への入口における供給ガスの公称線速度を、標準状態（２５℃、１気圧）でのガスジェット中におけるガスの体積流量を入口ポートの断面積で割ることによって計算した。
【０１０３】
また、驚くべきことに、反応器床の温度にかかわらず（つまり、それとは無関係に）、流動床反応器への入口での流動化ガスの比較的高い温度により、有意に優れた結果が得られることが分かった。好ましくは、流動床への入口での流動化ガスの温度は、約５００℃以上、好ましくは約５５０℃以上、いくつかの実施形態では少なくとも５７５℃である。この温度パラメータの上限値は、未だ決定されていないが、日常的な実験で決定できる。いくつかの実施形態では、上限（上記の限界値のいずれかと組み合わせて）は、９００℃以下、いくつかの実施形態８００℃以下、いくつかの実施形態では７００℃以下、いくつかの実施形態６５０℃以下である。一般に、芳香族化合物及びオレフィンの合計の高い収量が望ましい。しかしながら、オレフィンの非常に低い収率（すなわち、オレフィンに対する芳香族化合物のする高い比率）が望ましい場合には、約４００℃以下、いくつかの実施形態では０〜約３００℃の範囲内の流動床への入口での流動化ガス温度で操作することが望ましい場合があるが、ただし、低温度も望ましくない多環芳香族化合物の比較的高い収率と関連することが見出された。
【０１０４】
別の驚くべき発見は、優れた結果を流動床反応器において標準化供給温度を制御することによって得ることができるということであった。優れた結果は、１００℃〜６５０℃の間、好ましくは２００〜６００℃の間、さらに好ましくは３００〜５６０℃の間の標準化供給温度を使用して得ることができる。好ましい実施形態では、これは、流動床反応器内にある分配器の下にある領域にバイオマスを運ぶ流動化ガスと注入ガス流との混合の温度及び／又は流量を制御することによって達成できる。標準化供給温度は、（注入供給ガスの流量*注入供給ガスの温度）＋（流動化ガスの流量*流動化ガス温度）／（注入ガス流量＋流動化ガス流量）と定義される。この定義は、典型的には分配器の直ぐ上にある容積部内での注入ガスと流動化ガスとの急速な混合を前提とする。好ましい範囲よりも下にある標準化供給温度は、より多い炭化物及びより少ない芳香族化合物をもたらすのに対し、好ましい範囲よりも上の標準化供給温度はより多いＣＯ及びコークスをもたらすと考えられる。
【０１０５】
例１３
２インチ公称直径管型反応器において供給ガスジェットインジェクタを使用する例１２の反応器に、１５８ｇの触媒Ａ、すなわち不活性バインダー中に約４０重量％の結晶性ＺＳＭ−５を含有する商業的に得られた流動床ＺＳＭ−５触媒を充填した。供給ガス流量、バイオマス供給速度及び温度を表２に示すように調節した。４６．９９％の炭素及び６．１６％の水素を含有する粉砕広葉樹ペレットをバイオマス供給物として使用した。その結果、ガスジェットバイオマス供給システムを使用した場合に、芳香族化合物及びオレフィンの高い収率が６９ｃｍ／秒の注入速度及び１５０℃の標準化供給温度で達成できることが示された。
【０１０６】
例１４
例１３の反応器に１６１ｇの触媒Ａを充填し、実験を繰り返した。その結果、このプロセスは、ガスジェットインジェクタシステムを使用して極めて再現可能であることが示された。
【０１０７】
例１５
３０インチのフリーボード高さを有する４インチ直径の３１６ステンレススチール管からなる反応器を構築した。フリーボードの上部は、排出ガス流中の触媒粒子の混入を抑制するために６インチに拡大する。触媒床は、３１６ステンレス鋼製ワイヤメッシュ（５０Ｘ２５０メッシュ）から作られた分配器によって支持される。分配板下の反応器の底部は、ガス予熱器ゾーンとして機能する。触媒は、マスフローコントローラによって制御される窒素で流動化される。反応器を４ゾーン電気炉で外部から加熱して反応器を横切る温度勾配を最小化する。全てのゾーンを反応温度に維持した。反応器内の温度を、１ｃｍの侵入深さまで挿入されたＫ−ｔｙｐｅ熱電対により測定した。
【０１０８】
図４に示すように、バイオマスホッパー及びバイオマス注入支援システムを反応器に取り付けた。バイオマス注入支援システムは、２個のピンチ弁と、反応器圧力からバイオマスホッパーを隔離することを可能にする中間室とからなる。バイオマスホッパー運転中のオーガにより、バイオマスは、上部ピンチ弁を介して（開いた状態）、下部ピンチ弁の上にある（閉じた状態）中間室に落下する。上部弁が閉じ、中間室が反応器圧力の直ぐ上に加圧され、下部弁が開き、バイオマスがキャリア窒素により反応器に注入される。
【０１０９】
反応器に、５３８ｇの触媒Ｂ、すなわち、約５０重量％のＺＳＭ−５を含有する商業的に得られた流動床触媒を充填した。ホッパーに、２００ｇの粉砕広葉樹ペレットを充填し、そして反応器をＮ２の流れで反応温度にした。バイオマス供給システムを、２．１秒間隔で間隔の開いたバイオマスパルスで開始させ、その結果、各パルスは、約０．２ｇのバイオマスを供給した。
【０１１０】
例１５の結果は、芳香族化合物及びオレフィンの高い収率をパルスバイオマスインジェクタシステムで得ることができることを示す。
【０１１１】
例１６
１１．３８インチの内径及び１８インチの高さを有する反応器を備えるパイロットユニットを構築した。分配器は、ワイヤメッシュ分配板からなる。バイオマスを供給するための計量オーガ及びバイオマスを反応器にパルスするためのバイオマス注入支援システムを有する供給ホッパーを反応器に取り付けた。バイオマスが反応器に入る供給管は、水平と６０度の角度をなす。
【０１１２】
反応器に、４１０３ｇの触媒Ａ充填し、そしてこのシステムを反応温度に加熱した。バイオマスホッパーに、約３ｋｇの粉砕広葉樹ペレット（４９．９％のＣ、５．９％のＨ）を充填し、実験を開始した。バイオマスを４３．２ｇ／分の速度で３０分間にわたって供給し、その後、反応器を窒素でさらに１０分間フラッシュして反応器内に残った材料を集めた。反応器の出口を、約０℃に維持されたノックアウトポットに通し、２個のイソプロパノールバブラーを０℃に維持し、そしてコンデンサーを−７８℃に維持した。収集容器の内容物を、液体生成物の分析のために組み合わせた。コンデンサーを出たガスのサンプルを分析のためにガスＧＣに注入した。
【０１１３】
使用した触媒及び炭化物のサンプルを除去し、細かい粒子（触媒）及び大きい粒子（炭化物）に分離し、１２０℃で乾燥させ、空気中において６００℃で焼成して炭素含有量について分析した。
【０１１４】
表２にまとめた実施例１６の結果は、バイオマスのパルス供給により、大きな直径を有する大型反応器内において芳香族化合物及びオレフィンの高い収率が得られることを示している。これらの結果は、ＣＦＰプロセスを非常に低いバイオマス供給ガス流量対流動化ガスの流量比（０．０５）で操作できることを示している。
【０１１５】
例１７
例１６の手順を、触媒Ａの４１９７ｇの新たな充填で繰り返した。表２にまとめた結果は、このプロセスがバイオマス供給ガス流対流動化ガス流れの非常に低い比で再現性があることを示している。
【０１１６】
例１８
例１６の手順を、５２００ｇの触媒Ａの新たな充填で繰り返したが、ただし、それよりも低いバイオマス流量及びそれよりも高いバイオマス供給ガス流量対流動化ガス流量の比で繰り返した。これらの条件下では、芳香族化合物及びオレフィンの収率は、例１６及び１７よりも低かったが、例１及び２のように反応器に直接接続されたオーガ供給システムを用いて得られたものよりも遙かに上で維持された。
【０１１７】
驚くべきことに、本発明者は、比較的低いバイオマス供給速度でのガス注入反応により、芳香族収率が低くなることを見出した（例１７と例１８とを比較）。したがって、ガス注入を使用すると、さらに良好な収率及びより効率的な触媒の使用が得られることを示す。
【０１１８】
例１９
例１８の手順を、触媒Ａの代わりに５１６２ｇの触媒Ｂで繰り返した。例１９の結果は、異なる触媒をガスジェット注入を有するＣＦＰプロセスで使用して芳香族化合物及びオレフィンの高収率を達成することができることを示す。例１９の結果は、高い収率を得るための触媒及び操作条件の選択が全ての触媒のために同一ではない、すなわち、これらの条件を触媒に合致させなければならないことを示す。
【０１１９】
例２０
この例では、例１６の装置は、操作中に触媒をプロセスに連続的に添加するための触媒ホッパーをさらに取り付けた。触媒供給システムは、連続操作の間に触媒を予備加熱するための内部電気ケーブル式ヒーターを装備した作業容量２８．３リットルの反応器上方に設置されたロータリーボール弁を介して重力によって触媒を与える１／８インチ厚３１６ＳＳ加圧容器と、不活性ヘッドスペースを維持しかつ連続触媒供給に圧力支援を与える窒素加圧ラインとからなる。触媒ホッパーは、必要に応じて実験中に補充できる。
【０１２０】
触媒ホッパーに約４０ｋｇの触媒Ｂを充填し、そして反応器に４８００ｇの触媒Ｂを充填した。バイオマスホッパーに、３ｋｇの粉砕広葉樹チップを充填した。反応器を窒素下で反応温度に加熱し、供給を表２に示すように開始した。触媒供給速度は９５ｇ／分であり、バイオマス供給速度は３０．９ｇ／分であり、その比は３．１であった。実験を４時間継続した。操作の１時間目の結果を表２にまとめる。
【０１２１】
例２０の結果は、芳香族化合物及びオレフィンの高い収率を、バイオマスを供給するためにパルスジェット注入を使用して、連続触媒及びバイオマス供給の条件下において大型反応器内で得ることができることを示す。
【０１２２】
例２１
例２０の実験を触媒Ｂの新たな充填で繰り返した。触媒Ｂの供給量を例２０に対して増加させて３．９の触媒／バイオマス供給速度を得た。
【０１２３】
表２にまとめた結果は、触媒／バイオマスの供給比を調節することによって、芳香族化合物の収率を、バイオマスを供給するためにパルス化ガスジェットインジェクタを使用して改善することができることを示す。これらの結果は、パルス化ガスジェットインジェクタを使用して、はるかに小さい（２インチＯＤ）反応器（例１３〜１４）で観察されたのと同程度に高い芳香族収率でＣＦＰプロセスをスケールアップすることに成功することができることを示す。
【０１２４】
例１４、１５及び１９〜２２と例１６、１７及び１８との結果を比較すると、芳香族化合物の収率は、例１６〜１８で使用した低い注入速度よりも、実施例１４、１５及び１９〜２２で使用した高い注入速度で一般的に高いことを示す。
【０１２５】
【表１】
2016508524.tif 000003
【０１２６】
【表２】
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【０１２７】
結論
インジェクタポートの形状、インジェクタガスの線速度及び／又はガスジェット条件は、バイオマス導入、反応器内での良好な混合並びに芳香族化合物及びオレフィンの高い収率を達成するための重要な要因であると考えられる。
【０１２８】
特許請求の範囲又は他の記載のいずれにおいても、本発明は、装置、方法及びシステムを包含することを認識すべきである。システムには、装置内における装置と条件の両方、例えば、流体の流れ及び温度が含まれる。特許請求の範囲のいずれかにおいても、用語「装置」を用語「システム」に置き換えることができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１２  バイオマス供給管
１４  供給ホッパー
２５  反応器
２６  供給ポート
２８  分配器
２９  流れ
３０  インジェクタガス流れ
３４  シーブトレイ
３６  流動床
３９  生成物流れ
４２  空気圧エラストマーピンチ弁
４４  空気圧エラストマーピンチ弁
４７  入口ライン
４８  圧力調整器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2016508524.tif 000008
【国際調査報告】
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2016508524.tif 000010
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