Переробка матеріалів

Реферат: Винахід належить до способу переробки матеріалів, зокрема переробки відходів біомаси. Заявлено спосіб переробки вуглеводовмісного матеріалу, який включає: перетворення опроміненого матеріалу в продукт з використанням ферменту і/або мікроорганізму, при цьому опромінений матеріал одержують за допомогою об′єднання вуглеводовмісного матеріалу з неорганічним матеріалом за допомогою прискорених частинок. UA 104157 C2 (12) UA 104157 C2 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Споріднені заявки Дана заявка заявляє пріоритет попередньої заявки на патент США, серійний № 61/109,159, поданої 28 жовтня 2008 року. Повний опис цієї попередньої заявки тим самим включається в цей документ як посилання. Рівень техніки Біомаса, зокрема, відходи біомаси, доступні в надлишку. Була б корисною розробка одержання матеріалів і палива, такого як етанол, з біомаси та інших матеріалів. Суть винаходу Матеріали можуть піддаватися обробці для зміни їх структури на одному або декількох рівнях. Перероблені матеріали потім можуть використовуватися як джерело інших матеріалів та палива. Багато варіантів здійснення даної заявки використовують Natural Force™ Chemistry (NFC). Способи Natural Force™ Chemistry використовують контрольоване застосування і маніпулювання фізичними силами, такими як пучки частинок, сила тяжіння, світло, і тому подібне, для одержання бажаної структурної та хімічної молекулярної зміни. За допомогою застосування способів Nature, нова корисна речовина може створюватися без шкідливого впливу на навколишнє середовище. Дана заявка описує нові способи одержання сировинних матеріалів, які включають об'єднання неорганічних домішок з матеріалами, такими як біомаса, вуглеводні або вугілля, для модулювання, наприклад, збільшення впливу на біомасу різних фізичних сил, таких як пучки частинок та інші форми опромінення. Способи зміни молекулярної і/або надмолекулярної структури будь-якого матеріалу біомаси, описані в даному документі, включають обробку матеріалу біомаси за допомогою випромінювання після додавання неорганічних домішок, таких як один або декілька видів кераміки і/або один або декілька металів, і/або один або декілька вогнетривких матеріалів, і/або одна або декілька глин, і/або один або декілька мінералів. Зокрема, випромінювання може включати пучки частинок, зокрема, заряджених частинок, таких як пучки електронів. Заряджені частинки включають іони, такі як позитивно заряджені іони, наприклад, протони, іони вуглецю або кисню. У деяких випадках, заряджені частинки можуть бути важче електрона або мати заряд, інший, ніж у електрона (наприклад, позитрон). Опромінення може застосовуватися в кількості, достатній для зміни молекулярної структури і/або надмолекулярної структури матеріалу біомаси. Інші матеріали, такі як вуглеводеньвмісні матеріали, наприклад, вуглеводні та вугілля, можуть перероблятися аналогічним чином. Коли використовується вугілля, воно може знаходитися в твердій формі, наприклад, як пилоподібне вугілля, або воно може знаходитися у зрідженій формі. Вугілля може зріджуватися за допомогою ряду технологій, таких як спосіб Бергіуса, способи SRC-I та SRC-II (Solvent Refined Coal (збагачення вугілля в розчиннику)) і спосіб гідрування NUS Corporation. Коли використовується вугілля, воно може являти собою лігніт, полуменеве вугілля, газове вугілля, жирне вугілля, ковальське вугілля, вугілля, що не коксується, антрацитне вугілля або суміші будь-яких двох або більше цих типів вугілля. Наприклад, протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту можуть використовуватися для модифікації структури біомаси, наприклад, для зменшення молекулярної маси або збільшення молекулярної маси біомаси. У деяких варіантах здійснення, більш важкі частинки можуть викликати велику величину розщеплення ланцюгів у порівнянні з електронами або фотонами. Додатково до цього, в деяких випадках, позитивно заряджені частинки можуть викликати велику величину розщеплення ланцюгів, ніж негативно заряджені частинки, завдяки їх кислотності. Матеріал, що одержується внаслідок опромінення поєднання, може використовуватися при будь-якому відповідному застосуванні, такому як будь-яке з тих, які описуються в даному документі, наприклад, для палива, харчового продукту або для використання в композитних матеріалах. Наприклад, деякі із способів, описаних в даному документі, додатково включають видалення неорганічного матеріалу, а потім приведення в контакт одержаного матеріалу з ферментом і/або мікроорганізмом протягом достатнього часу і за умов, достатніх для перетворення вуглеводвмісного матеріалу в паливо, таке як етанол або бутанол (наприклад, нбутанол). В інших варіантах здійснення, спосіб додатково включає приведення в контакт поєднання з ферментом і/або мікроорганізмом протягом достатнього часу і за умов, достатніх для перетворення вуглеводвмісного матеріалу в паливо, таке як етанол або бутанол. У деяких варіантах здійснення, способи включають приведення в контакт переробленого матеріалу біомаси (з неорганічним матеріалом або без нього) з ферментом для оцукрювання матеріалу, а потім інокулювання оцукрюваного матеріалу мікроорганізмом, для одержання корисного 1 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 продукту, такого як паливо, таке як етанол, бутанол або вуглеводень. Якщо це бажано, неорганічний матеріал може відділятися і використовуватися знову в процесі опромінення. У визначених аспектах, даний винахід описує способи одержання вуглеводвмісного матеріалу, який включає об'єднання целюлозного і/або лігноцелюлозного матеріалу з неорганічним матеріалом, таким як метал або металева сполука, вогнетривкий матеріал, кераміка або суміші будь-якого з них, для одержання суміші; і опромінення суміші. Опромінення може здійснюватися, наприклад, за допомогою прискорених частинок, таких як електрони, наприклад, зі швидкістю більшою, ніж сімдесят п'ять відсотків від швидкості світла. У деяких втіленнях, целюлозні або лігноцелюлозні матеріали можуть вибиратися з групи, яка складається з паперу, паперової продукції, деревини, матеріалів, споріднених деревині, таких як плита з тирси і подрібненої деревини, трав, таких як солома і просо прутовидне, рисове лушпиння, макуха, люцерна, сіно, бавовна, джут, пенька, льон, бамбук, сизаль, абака; сільськогосподарських відходів, таких як кукурудзяні кочережки, кукурудзяна солома, макуха і кокосове волокно; водоростей, морських водоростей, побутових відходів, силосу, синтетичної целюлози, обривків текстильних матеріалів з екструдованої пряжі, клаптиків та їх сумішей. Целюлозні і/або лігноцелюлозні та неорганічні матеріали можуть об'єднуватися, наприклад, за допомогою сухого змішування або за допомогою спільного подрібнення целюлозного і/або лігноцелюлозного матеріалу і неорганічних матеріалів. Спільне подрібнення може здійснюватися в той час, коли кожний матеріал охолоджується, наприклад, до температури нижче 25 °C, 0 °C, звичайної температури сублімації сухого льоду при атмосферному тиску, або навіть знаходиться при температурі кипіння рідкого азоту за нормальних атмосферних умов, або ж нижче неї. У визначених варіантах здійснення, неорганічний матеріал може являти собою або включати метал або сплав металів, наприклад, первинний метал, такий як залізо, нікель, свинець, мідь або цинк, або залізистий метал, такий як ковке залізо або чавун, або благородний метал, такий як тантал, золото, платина або родій. Метал або сплав металів може також являти собою або включати благородний метал, такий як рутеній, родій, паладій, осмій, іридій або платина, або перехідний метал. Сплав металів може являти собою, наприклад, сталь, латунь, бронзу, дюралюміній або хастелой. Метал може являти собою алюміній. У визначених варіантах здійснення, неорганічний матеріал може являти собою або включати металеву сполуку, таку як неорганічна сполука заліза або кобальту, і неорганічна сполука може знаходитися в стані окиснення 2+ або 3+. В інших варіантах здійснення, неорганічний матеріал може являти собою або включати вогнетривкий матеріал, такий як кислотний, нейтральний або первинний вогнетривкий матеріал. Кислотний вогнетривкий матеріал може являти собою циркон, шамот або діоксид кремнію. Нейтральний вогнетривкий матеріал може являти собою оксид алюмінію, хроміт, карбід кремнію, вуглець або мулітит. Первинний вогнетривкий матеріал може являти собою або включати доломіт або магнезит. У деяких варіантах здійснення, неорганічний матеріал може являти собою або включати кераміку, таку як оксид, карбід, борід, нітрид, силіцид або каолін, і оксид може являти собою або включати оксид алюмінію, такий як глинозем, оксид цирконію, оксид кремнію, оксид цинку або оксид титану, такий як діоксид титану. У визначених варіантах здійснення, неорганічний матеріал містить воду, яка здатна залишати неорганічний матеріал при підвищених температурах, наприклад, як в гідратованому оксиді алюмінію. У деяких варіантах здійснення, неорганічний матеріал не має температури плавлення. В інших варіантах здійснення, неорганічний матеріал має температуру плавлення більшу приблизно, ніж 400 °C, наприклад, більшу приблизно, ніж 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600 або навіть більшу ніж 2800 °C. Неорганічні матеріали, придатні для використання в способах, описаних в даному документі, можуть мати питому теплоємність Cp менше приблизно, ніж 1,5, наприклад, менше приблизно, ніж 1,25, 1,0, 0,75, 0,50, 0,25, або навіть менше приблизно, ніж 0,1 Дж/гК. Наприклад, неорганічні матеріали можуть мати питому теплоємність Cp в межах між приблизно 1,25 і приблизно 0,2 Дж/гК, наприклад, між приблизно 1,15 і приблизно 0,25 або між приблизно 0,85 та 0,30 Дж/гК. Додатково до цього, неорганічні матеріали можуть мати теплопровідність в межах між приблизно 0,004 і приблизно 450 Вт/мК, між приблизно 0,04 і приблизно 250 Вт/мК, між приблизно 0,1 і приблизно 150 або між приблизно 0,25 і приблизно 50 Вт/мК, і густину більше 3 приблизно, ніж 1,5 г/см , наприклад, більше приблизно, ніж 2,0, 2,5, 3,0, 5,0, 7,0, 8,0, 9,0, 12,0, 3 15,0, 18,0, або навіть більше ніж 20,0 г/см . В інших варіантах здійснення, неорганічний матеріал 3 3 3 має густину в межах між приблизно 3,5 г/см і приблизно 20,0 г/см , між приблизно 4,0 г/см і 3 3 приблизно 18 г/см або між приблизно 4,5 г/см і приблизно 13 г/см . 2 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У визначених варіантах здійснення, неорганічний матеріали можуть знаходитися в формі частинок, які є по суті сферичними за формою, і середній розмір частинок може знаходитися в межах приблизно від 0,1 мікрона приблизно до 100 мікрон, приблизно від 0,25 мікрона приблизно до 75 мікрон або приблизно від 0,5 мікрона приблизно до 50 мікрон. Опромінення поєднання може включати вплив на поєднання прискорених електронів, таких як електрони, що мають енергію більше приблизно, ніж 2 МеВ, 4 МеВ, 6 МеВ або навіть більше приблизно, ніж 8 МеВ. У деяких варіантах здійснення, поєднання включає приблизно від 0,05 приблизно до 35, приблизно від 0,1 приблизно до 20, або приблизно від 0,5 приблизно до 10 відсотків масових неорганічного матеріалу. Деякі способи додатково включають приведення в контакт опроміненого целюлозного і/або лігноцелюлозного матеріалу, з попереднім видаленням неорганічного матеріалу або без його видалення, з ферментом і/або мікроорганізмом протягом достатнього часу і за умов, достатніх для перетворення вуглеводвмісного матеріалу в паливо, таке як етанол або бутанол. В іншому аспекті, даний винахід описує композиції речовини, які включає в поєднанні, наприклад, в гомогенному поєднанні, вуглеводвмісний матеріал у вигляді частинок і неорганічний матеріал у вигляді частинок, такий як метал або металева сполука, вогнетривкий матеріал, кераміка або суміші будь-яких з них. Як правило, неорганічний матеріал є екзогенним по відношенню до вуглеводвмісного матеріалу. Композиція речовини може включати, наприклад, щонайменше приблизно 0,5 відсотки масового неорганічного матеріалу, наприклад, щонайменше приблизно 1, 3, 5, 10 або 25 відсотків масових неорганічного матеріалу або в межах між приблизно 0,5 і приблизно 25 відсотками масовими неорганічного матеріалу, або між приблизно 1 і приблизно 15 відсотками масовими неорганічного матеріалу. Способи одержання і переробки матеріалів з біомаси можуть включати функціоналізацію біомаси. У деяких випадках, функціоналізована біомаса є більш розчинною і більш легко використовується мікроорганізмами в порівнянні з біомасою, яка не функціоналізується. Додатково до цього, багато з функціоналізованих матеріалів, описаних в даному документі, менш схильні до окиснення і можуть мати поліпшену довготривалу стабільність (наприклад, при окисленні на повітрі за умов навколишнього середовища). У деяких втіленнях, сировинні матеріали біомаси одержують за допомогою різання джерела волокон біомаси з одержанням волокнистого матеріалу. Наприклад, різання може здійснюватися за допомогою різального пристрою з обертовим ножем. Волокна волокнистого матеріалу можуть, наприклад, мати середнє відношення довжини до діаметра більше ніж 5/1. 2 Волокнистий матеріал може, наприклад, мати площу поверхні за БЕТ більше ніж 0,25 м /м. В 3 деяких випадках, біомаса може мати об'ємну густину менше приблизно, ніж 0,35 г/см . Матеріали з низькою об'ємною щільністю роблять можливими глибоке проникнення заряджених частинок. Наприклад, для електронів із середньою енергією 5 МеВ і для матеріалу з об'ємною 3 щільністю 0,35 г/см , глибини проникнення електронів можуть становити 5-7 дюймів або більше. В іншому аспекті, даний винахід описує спосіб переробки вуглеводеньвмісного матеріалу, спосіб включає опромінення поєднання, одержаного за допомогою об'єднання вуглеводеньвмісного матеріалу з неорганічним матеріалом. У деяких аспектах, вуглеводеньвмісний матеріал вибирають з групи, яка складається з бітумінозних або нафтоносних пісків, нафтових сланців, сирої нафти, бітуму, вугілля, нафтових газів, зрідженого природного і/або синтетичного газу та асфальту. Поєднання (наприклад, суміші) вуглеводеньвмісних матеріалів, наприклад, вуглеводнів і вугілля, і біомаси можуть перероблятися аналогічним чином. Коли в способах, описаних в даному документі, використовується мікроорганізм, він може являти собою природний мікроорганізм або мікроорганізм, одержаний за допомогою генної інженерії. Наприклад, мікроорганізм може являти собою бактерію, наприклад, целюлолітичну бактерію, грибок, наприклад, дріжджі, рослину або протист, наприклад, водорості, протозоа або протист, подібний до грибка, наприклад, слизову плісняву. Коли організми є сумісними, можуть використовуватися їх суміші. Як правило, різні мікроорганізми можуть виробляти ряд корисних продуктів, таких як паливо, за допомогою переробки, наприклад, ферментування матеріалів. Наприклад, ферментування або інші процеси можуть використовуватися для одержання спиртів, органічних кислот, вуглеводнів, водню, білків або сумішей будь-яких з цих матеріалів. Приклади продуктів, які можуть бути одержані, включають моно- і поліфункціональні C1-C6 алкілові спирти, моно- і поліфункціональні карбонові кислоти, C1-C6 вуглеводні та їх поєднання. Конкретні приклади відповідних спиртів включають метанол, етанол, пропанол, ізопропанол, бутанол, етиленгліколь, пропіленгліколь, 1,4-бутандіол, гліцерин та їх поєднання. Конкретні 3 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 приклади відповідних карбонових кислот, включають мурашину кислоту, оцтову кислоту, пропіонову кислоту, масляну кислоту, валеріанову кислоту, капронову кислоту, пальмітинову кислоту, стеаринову кислоту, щавлеву кислоту, малонову кислоту, бурштинову кислоту, глутарову кислоту, олеїнову кислоту, лінолеву кислоту, гліколеву кислоту, молочну кислоту, γгідроксимасляну кислоту та їх поєднання. Приклади відповідних вуглеводнів, включають метан, етан, пропан, пентан, н-гексан та їх поєднання. Багато з цих продуктів можуть використовуватися як паливо. Зміна молекулярної структури сировинних матеріалів біомаси, як використовується в даному документі, означає зміну системи хімічних зв'язків, наприклад, типу і кількості функціональних груп або конформації структури. Наприклад, зміна молекулярної структури може включати зміну надмолекулярної структури матеріалу, окиснення матеріалу, зміну середньої молекулярної маси, зміну середньої кристалічності, зміну площі поверхні, зміну ступеня полімеризації, зміну пористості, зміну ступеня розгалуженості, щеплення на інших матеріалах, зміну розміру кристалічного домену або зміну загального розміру домену. Якщо не визначено іншого, всі технічні та наукові терміни, що використовуються в даному документі, мають таке саме значення, як звичайно розуміється фахівцями в галузі, до якої належить даний винахід. Хоча при здійсненні або дослідженні даного винаходу можуть використовуватися способи і матеріали, схожі з тими, які описуються в даному документі або еквівалентні їм, придатні для використання способи і матеріали описуються нижче. Всі публікації, заявки на патенти, патенти та інші посилання, розглянуті в даному документі, включаються як посилання у всій їх повноті. У випадку конфлікту, даний опис, включаючи визначення, буде головним. Додатково до цього, матеріали, способи і приклади є тільки ілюстративними і не передбачаються як обмежуючи. Дана заявка включає в даний документ як посилання повний зміст Міжнародної заявки № PCT/US2007/022719, поданої 26 жовтня 2007 року; заявок для яких вказана вище заявляє пріоритет; серійні №№ 61/049,391, 61/049,395, 61/049,419, 61/049,415, 61/049,413, 61/049,407, 61/049,404, 61/049,394 і 61/049,405, кожна з них подана 30 квітня 2008 року. Дана заявка також включає як посилання у всій їх повноті описи попередніх заявок на патент США, що мають наступні серійні номери: 12/486,436, 12/429,045, 12/417,904, 12/417,900, 12/417,880, 12/417,840, 12/417,786, 12/417,731, 12/417,723, 12/417,720, 12/417,707, 12/417,699 та 12/374,549. Повний зміст кожної з публікацій, що йдуть далі, включається в цей документ як посилання: J.R. Adney et al., IEEE Transactions на Nuclear Science, Vol. NS-32, pp. 1841-1843 (1985); J.R. Adney et al., Proceedings of 1989 IEEE Particle Accelerator Conference, Vol. 1, pp. 348-350 (1989); J.A. Ferry et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Vol. B64, pp. 309-312 (1992); J. Ferry, in Handbook of Accelerator Physics and Engineering, pp. 16-17 (1999); J.A. Ferry et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research А, Vol. 382, pp. 316-320 (1996); J.A. Ferry, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research А, Vol. 328, pp. 28-33 (1993); T.M. Hauser et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 249, pp. 932-934 (2006); R.G. Herb, in Encyclopedia of Physics, pp. 3-8 (1981); R.G. Herb et al, in Encyclopedia of Applied Physics, Vol. 1, pp. 27-42 (1991); R.G. Herb, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-30, pp. 1359-1362 (1983); R.G. Herb, Proceedings of Third International Conference on Electrostatic Accelerator Technology (1981); G.M. Klody et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 56-57, pp. 704-707 (1991); G.M. Klody et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 240, pp. 463-467 (2005); RX. Loger, Application of Accelerators in Research and Industry, Proceedings of Fifteenth International Conference, pp. 640-643 (1999); G. A. Norton et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 40-41, pp. 785-789 (1989); G.A. Norton et al., Application of Accelerators in Research and Industry, Proceedings of Fourteenth International Conference, pp. 1109-1114 (1997); G. Norton et al., Handbook of Accelerator Physics and Engineering, pp. 24-26 (1999); G.A. Norton et al., Symposium of North Eastern Accelerator Personnel, pp. 295-301 (1992); G. Norton, Pramana, Vol. 59, pp. 745-751 (2002); G.A. Norton et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 37-38, pp. 403-407 (1989); G.A. Norton, Heavy Ion Accelerator Technology: Eighth International Conference, pp. 3-23 (1999); J.E. Raatz et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research А, vol. 244, pp. 104106 (1986); R.D. Rathmell et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, vol. 56-57, pp. 1072-1075 (1991); J.B. Schroeder et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 56-57, pp. 1033-1035 (1991); J.B. Schroeder, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 40-41, pp. 535-537 (1989); J.B. Schroeder et al., Radiocarbon, Vol. 46 (2004); J.B. Schroeder et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 24-25, pp. 763-766 (1987); RH. Stelson et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research А, Vol. 244, pp. 7374 (1986); M.L. Sundquist et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, Vol. 99, 4 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 pp. 684-687 (1995); M.L. Sundquist et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research А, Vol. 287, pp. 87-89 (1990); і M.L. Sundquist, Applications of Accelerators in Research and Industry, Proceedings of Fifteenth International Conference, pp. 661-664 (1999). Всі інші патенти, заявки на патенти і посилання, що цитуються в даному документі, також включаються як посилання. Інші особливості та переваги даного винаходу будуть зрозумілі з докладного опису, що йде далі, і з формули винаходу. Опис креслень Фіг. 1 являє собою блок-схему, що ілюструє перетворення біомаси в продукти і побічні продукти. Фіг. 2 являє собою блок-схему, що ілюструє перетворення джерела волокон в перший і другий волокнистий матеріал. Фіг. 3 являє собою вигляд в поперечному перерізі різального пристрою з обертовим ножем. Фіг. 4 являє собою блок-схему, що ілюструє перетворення джерела волокон в перший, другий і третій волокнистий матеріал. Докладний опис Нижче описуються системи та способи, які можуть використовувати різні матеріали біомаси для одержання корисних продуктів. Матеріал біомаси об'єднують з одним або декількома неорганічними матеріалами, такими як кераміка, метали, глини і/або мінерали, і суміш опромінюють. Додавання неорганічного матеріалу модулює (підвищує/посилює або зменшує) впливи випромінювання на біомасу в порівнянні із застосуванням такої самої енергії без присутності неорганічного матеріалу. Наприклад, присутність неорганічного матеріалу може посилити вплив випромінювання на матеріал біомаси за допомогою збільшення тепла, що генерується при опроміненні. Наприклад, в присутності неорганічного матеріалу під час опромінення, рівень несприйнятливості целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу до структурної зміни може бути зменшений до більшого ступеня, для даної дози випромінювання, в порівнянні з випадком, в якому неорганічний матеріал не присутній під час обробки випромінюванням. Наприклад, для кожної даної дози, середня молекулярна маса і/або середня кристалічність може бути зменшена до більшого ступеня, наприклад, на 10, 20, 30, 40, 50, 60 або навіть на 75 відсотків більше, коли опромінюють суміш біомаси і неорганічного матеріалу, в порівнянні з обробкою випромінюванням біомаси без присутності неорганічного матеріалу під час опромінення. Наприклад, для будь-якої даної дози, площа поверхні і/або пористість біомаси може бути збільшена до більшого ступеня, наприклад, на 10, 20, 30, 40, 50, 60 або навіть на 75 відсотків більше, коли опромінюють поєднання біомаси і неорганічного матеріалу в порівнянні з випадком, коли неорганічна домішка не присутня під час опромінення. Без будь-якого бажання обмежуватися якою-небудь конкретною теорією, припускається, що неорганічна домішка може модулювати вплив випромінювання на біомасу за допомогою ряду потенційних механізмів, включаючи теплові ефекти, активаційні ефекти (наприклад, утворення реакціоноздатних форм неорганічного матеріалу), і вторинні радіаційні ефекти (наприклад, гальмове рентгенівське випромінювання). Теплові ефекти, як передбачається, виникають від нагріву біомаси за допомогою неорганічного матеріалу, який нагрівається в полі випромінювання, коли кінетична енергія частинок перетворюється в тепло. Молекулярні активаційні ефекти, як передбачається, виникають від перетворення неорганічного матеріалу в більш хімічно активні частинки, які в свою чергу взаємодіють безпосередньо з біомасою або з газом, таким як повітря, в полі випромінювання. Наприклад, в одному з варіантів здійснення, в якому в неорганічному матеріалі присутній діоксид титану, цей діоксид титану може активуватися в полі випромінювання до електронно збудженої форми діоксиду титану, яка, в свою чергу, може взаємодіяти з киснем в повітрі з генеруванням озону навколо біомаси. Озон може впливати на біомасу, зокрема, на лігнінові частини біомаси. По відношенню до теплових ефектів на неорганічних матеріалах в електронних пучках, диференціальне поглинання електронного пучка у речовині (dE/dx) описується рівнянням (1): dE/dx = -S(V)ρ (в МеВ/см) (1) 2 55 де S(V) (МеВ∙см /г) являє собою енергію зупинки електронів з енергією V в матеріалі, ρ 3 являє собою густину матеріалу (в г/см ). При використанні таких самих параметрів, діапазон для електронів (R), який являє собою максимальну відстань проникнення електронів з енергією V0 в матеріал, апроксимується рівнянням (2): 5 UA 104157 C2 R = V0/S(V0)ρ (в см) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (2) Припускаючи відсутність теплопровідності, збільшення температури (ΔT в K) в матеріалі, який опромінюється електронами високих енергій, обернено пропорційно питомій теплоємності матеріалу (Cp), щільності матеріалу (ρ), одиничній площі (a) і товщині (d) і прямо пропорційно поглиненій щільності енергії (ε), як показано в рівнянні (3): ΔT = ε/Cpρad (в K) (3). Коли теплопровідність враховується, тепло відводиться від нагрітої ділянки та урівноважується в масштабі часу (τ), який обернено пропорційний теплопровідності матеріалу. Якщо енергія вводиться в матеріал на часовому масштабі більш короткому, ніж (τ), температура матеріалу буде збільшуватися. За допомогою електронного пучка можна локально збільшувати температури матеріалу, що опромінюється, до 25000 °C або більше. Приклади відповідних неорганічних матеріалів обговорюються нижче в розділі МАТЕРІАЛИ. У деяких втіленнях, матеріал біомаси спочатку фізично готують для переробки, часто, за допомогою зменшення розмірів сирих сировинних матеріалів. У деяких випадках, матеріал біомаси і/або поєднання обробляється за допомогою однією або декількох додаткових стадій переробки, таких як обробка ультразвуком, окиснення, піроліз або парове дуття. Опромінене поєднання біомаси і неорганічного матеріалу може використовуватися як продукт сам по собі або може додатково перероблятися для одержання одного або декількох продуктів, а в деяких випадках, побічних продуктів, як буде обговорюватися нижче. Неорганічний матеріал може віддалятися до, під час або після додаткової переробки або може залишатися в готовому продукті (продуктах). Системи для обробки біомаси Фіг. 1 показує систему 100 для перетворення біомаси, зокрема, біомаси зі значним вмістом целюлозних і лігноцелюлозних компонентів і/або крохмальних компонентів, в корисні продукти і побічні продукти. Система 100 включає підсистему 110 для підготовки сировинних матеріалів, змішувальний вузол 113, підсистему 114 обробки, підсистему 118 для первинної переробки, і підсистему 122 для подальшої переробки. Підсистема 110 для підготовки сировинних матеріалів приймає біомасу в її сирій формі, фізично готує біомасу для використання як сировинних матеріалів у подальших процесах (наприклад, зменшує розмір і гомогенізує біомасу), і зберігає біомасу, як в її сирій формі, так і в формі сировинних матеріалів. У змішувальному вузлі 113, біомасу об'єднують з неорганічним матеріалом, який, як правило, знаходиться в формі частинок. Підсистема 114 обробки приймає поєднання із змішувального вузла 113, і готує сировинні матеріали для використання в первинному способі одержання, такому як ферментація, наприклад, за допомогою зменшення середньої молекулярної маси і кристалічності сировинних матеріалів. У підсистемі 114 обробки, поєднання опромінюють, і вона може також зазнавати впливу інших видів обробки, таких як гасіння, піроліз або окиснення. Підсистема 118 для первинної переробки приймає оброблені сировинні матеріали з підсистеми 114 для попередньої обробки і використовує їх як сировинні матеріали для одержання корисних продуктів (наприклад, етанолу, інших спиртів, фармацевтичних препаратів і/або харчових продуктів). Система підготовки сировинних матеріалів, змішувальний вузол, підсистема обробки і підсистема 118 для первинної переробки можуть знаходитися в одній і тій самій промисловій установці або можуть знаходитися в двох або більше промислових установках. Наприклад, матеріал біомаси може фізично підготовлюватися в першій установці, об'єднуватися з неорганічним матеріалом та опромінюватися у другій установці і перероблятися в первинному способі у другій установці або в третій установці. У деяких випадках, вихідний продукт підсистеми 118 для первинної переробки є безпосередньо придатним для використання, але в інших випадках, весь вихідний продукт або його частина можуть вимагати додаткової переробки, наприклад, дистиляції, що забезпечується підсистемою 122 для подальшої переробки. Підсистема 122 для подальшої переробки може також забезпечувати обробку потоків відходів від інших підсистем. У деяких випадках, побічні продукти підсистем 114, 118, 122 можуть також бути прямо або непрямо придатними для використання як вторинні продукти і/або при підвищенні загальної ефективності системи 100. Наприклад, підсистема 122 для подальшої переробки може виробляти оброблену воду, яка повинна рециклюватися для використання як технологічна вода в інших підсистемах, і/або може виробляти горючі відходи, які можуть використовуватися як паливо для бойлерів, виробляючих водяну пару і/або електрику. 6 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Неорганічний матеріал може в деяких випадках відділятися від оброблених сировинних матеріалів за допомогою вузла 120 розділення. Вузол 120 розділення може знаходитися до підсистеми 118 для первинної переробки, як показано, або він може знаходитися після підсистеми для первинної переробки або підсистеми для подальшої переробки або вбудовуватися у будь-яку з цих підсистем. У деяких випадках неорганічний матеріал витягується, наприклад, для повторного використання в способі або для використання як побічний продукт. В інших випадках неорганічний матеріал викидається. У деяких втіленнях неорганічний матеріал не відділяється від біомаси, але замість цього стає частиною готового продукту. Підготовка сировинних матеріалів біомаси У деяких випадках, система 110 підготовки сировинних матеріалів готує сировинні матеріали за допомогою звичайного різання, подрібнення, різання ножовим інструментом, розщеплення, механічного різання вздовж волокон або розривання, подрібнення голчатими елементами, подрібнення стиранням на повітрі або дроблення. Якщо це бажане, можуть використовуватися сита і/або магніти для видалення дуже великих або небажаних об'єктів, таких, наприклад, як камені або цвяхи, з потоку сировинних матеріалів. Така фізична підготовка, наприклад, за допомогою різання ножовим інструментом, може «відкривати» і прикладати напруження до волокнистих матеріалів, роблячи целюлозу в матеріалах більш сприйнятливою до розщеплення ланцюгів і/або до зменшення кристалічності. Відкриті матеріали можуть також бути більш сприйнятливими до окиснення, коли опромінюються. Фізична підготовка також може робити більш легким об'єднання матеріалу біомаси з неорганічним матеріалом, наприклад, за допомогою зменшення розмірів матеріалу біомаси і роблячи їх гомогенніше за розмірами та формою. У прикладі, показаному на Фіг. 2, джерело 210 волокон біомаси піддають різанню ножовим інструментом, наприклад, в різальному пристрої з обертовим ножем з одержанням першого волокнистого матеріалу 212. Перший волокнистий матеріал 212 проходить через перше сито 214, що має середній розмір отворів 1,59 мм або менше (1/16 дюйми, 0,0625 дюйми) з одержанням другого волокнистого матеріалу 216. Якщо необхідно, джерело волокон біомаси може нарізатися перед різанням ножовим інструментом, наприклад, за допомогою подрібнювача, наприклад, за допомогою шнекового подрібнювача із зворотним обертанням, такого як виготовляється Munson (Utica, N.Y.), або за допомогою гільйотинного ножа. У деяких втіленнях, різальний пристрій з обертовим ножем використовується для одночасного різання ножовим інструментом джерела волокон і просіювання першого волокнистого матеріалу. Звертаючись до Фіг. 3, тут різальний пристрій 220 з обертовим ножем містить бункер 222, який може завантажуватися подрібненим джерелом 224 волокон, одержаним за допомогою розщеплення джерела волокон. Подрібнене джерело волокон зазнає різання ножовим інструментом між стаціонарними ножами 230 та обертовими ножами 232 з одержанням першого волокнистого матеріалу 240. Перший волокнистий матеріал 240 проходить через сито 242, і одержаний другий волокнистий матеріал 244 захоплюється в приймачі 250. Щоб полегшити збір другого волокнистого матеріалу, приймач може мати тиск нижче номінального атмосферного тиску, наприклад, щонайменше на 10 відсотків нижче номінального атмосферного тиску, наприклад, щонайменше на 25 відсотків нижче номінального атмосферного тиску, щонайменше на 50 відсотків нижче номінального атмосферного тиску або щонайменше на 75 відсотків нижче номінального атмосферного тиску. У деяких варіантах здійснення, використовують джерело 252 вакууму для підтримки приймача нижче номінального атмосферного тиску. Відповідні характеристики сита описані, наприклад, в попередній заявці на патенті США, серійному № 12/429,045. Джерело волокон може зазнавати різання ножовим інструментом в сухому стані, в гідратованому стані (наприклад, маючи до десяти відсотків масових поглиненої води), або у вологому стані, наприклад, маючи в межах між приблизно 10 відсотками і приблизно 75 відсотками масовими води. Джерело волокон може навіть зазнавати різання ножовим інструментом, коли він частково або повністю занурений в рідину, таку як вода, етанол, ізопропанол. Джерело волокон може також зазнавати різання ножовим інструментом в газовій атмосфері (такій як потік або атмосфера газу іншого, ніж повітря), наприклад, кисню або азоту, або водяної пари. Якщо це бажано, волокнисті матеріали можуть розділятися, наприклад, безперервно або в завантаженнях, на фракції відповідно до їх довжини, ширини, щільності, типу матеріалу або деякого поєднання цих атрибутів. Наприклад, для формування композитів, часто є бажаним мати відносно вузький розподіл довжин волокон. 7 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Волокнисті матеріали можуть опромінюватися безпосередньо після їх підготовки, або вони можуть сушитися, наприклад, приблизно при 105 °C протягом 4-18 годин, так що перед використанням вміст вологості становить, наприклад, менше приблизно, ніж 0,5%. У деяких варіантах здійснення, другий волокнистий матеріал зазнає різання ножовим інструментом і проходить через перше сито або сито іншого розміру. У деяких варіантах здійснення, другий волокнистий матеріал проходить через друге сито, що має середній розмір отворів рівний або менший, ніж у першого сита. Звертаючись до Фіг. 4, тут третій волокнистий матеріал 220 може бути одержаний з другого волокнистого матеріалу 216 за допомогою різання ножовим інструментом другого волокнистого матеріалу 216 і проходження одержаного матеріалу через друге сито 222, що має середній розмір отворів менше, ніж у першого сита 214. Послідовність різання ножовим інструментом і просіювання може повторюватися стільки разів, скільки бажано для одержання конкретних властивостей волокон. Як правило, волокна волокнистого матеріалу можуть мати відносно велике середнє відношення довжини до діаметра (наприклад, більше ніж 20 до 1), навіть якщо вони зазнають різання ножовим інструментом декілька разів. Додатково до цього, волокна волокнистих матеріалів, описаних в даному документі, можуть мати відносно вузький розподіл довжини і/або відношення довжини до діаметра. Як використовується в даному документі, середня ширина волокон (тобто, діаметр) являє собою розмір, який визначається оптично за допомогою випадкового вибору приблизно 5000 волокон. Середні довжини волокон являють собою коректовані середньозважені довжини. Площі поверхні за БЕТ (Brunauer, Emmet and Teller) являють собою багатоточкові площі поверхні, і пористість визначається за допомогою ртутної порометрії. Середнє відношення довжини до діаметра у другого волокнистого матеріалу 14 може бути, наприклад, більше ніж 8/1, наприклад, більше ніж 10/1, більше ніж 15/1, більше ніж 20/1, більше ніж 25/1 або більше ніж 50/1. Середня довжина волокон другого волокнистого матеріалу 14 може знаходитися, наприклад, в межах між приблизно 0,5 мм та 2,5 мм, наприклад, між приблизно 0,75 мм та 1,0 мм, і середня ширина (тобто, діаметр) волокон другого волокнистого матеріалу 14 може знаходитися, наприклад, в межах між приблизно 5 мкм та 50 мкм, наприклад, між приблизно 10 мкм та 30 мкм. У деяких варіантах здійснення, стандартне відхилення довжини другого волокнистого матеріалу 14 становить менше, ніж 60 відсотків від середньої довжини другого волокнистого матеріалу 14, наприклад, менше ніж 50 відсотків від середньої довжини, менше, ніж 40 відсотків від середньої довжини, менше, ніж 25 відсотків від середньої довжини, менше ніж 10 відсотків від середньої довжини, менше ніж 5 відсотків від середньої довжини або навіть менше ніж 1 відсоток від середньої довжини. 3 У деяких варіантах здійснення, матеріал має об'ємну густину меншу, ніж 0,25 г/см , 3 3 3 3 3 наприклад, 0,20 г/см , 0,15 г/см , 0,10 г/см , 0,05 г/см або менше, наприклад, 0,025 г/см . Об'ємну густину визначають, використовуючи ASTM D1895B. Коротко, спосіб включає заповнення мірного циліндра відомого об'єму зразком і одержання маси зразка. Об'ємну густину обчислюють за допомогою розподілу маси зразка в грамах на відомий об'єм циліндра в кубічних сантиметрах. У деяких варіантах здійснення, площа поверхні за БЕТ для другого волокнистого матеріалу 2 2 2 2 більше, ніж 0,1 м /г, наприклад, більше ніж 0,25 м /г, більше ніж 0,5 м /г, більше ніж 1,0 м /г, 2 2 2 2 більше ніж 1,5 м /г, більше ніж 1,75 м /г, більше ніж 5,0 м /г, більше ніж 10 м /г, більше ніж 25 2 2 2 2 2 м /г, більше ніж 35 м /г, більше ніж 50 м /г, більше ніж 60 м /г, більше ніж 75 м /г, більше ніж 100 2 2 2 2 м /г, більше ніж 150 м /г, більше ніж 200 м /г, або навіть більше ніж 250 м /м. Пористість другого волокнистого матеріалу 14 може становити, наприклад, більше ніж 20 відсотків, більше ніж 25 відсотків, більше ніж 35 відсотків, більше ніж 50 відсотків, більше ніж 60 відсотків, більше ніж 70 відсотків, наприклад, більше ніж 80 відсотків, більше ніж 85 відсотків, більше ніж 90 відсотків, більше ніж 92 відсотків, більше ніж 94 відсотків, більше ніж 95 відсотків, більше ніж 97,5 відсотка, більше ніж 99 відсотків або навіть більше ніж 99,5 відсотка. У деяких варіантах здійснення, відношення відношення середньої довжини до діаметра для першого волокнистого матеріалу до відношення середньої довжини до діаметра для другого волокнистого матеріалу становить, наприклад, менше ніж 1,5, наприклад, менше ніж 1,4, менше ніж 1,25, менше ніж 1,1, менше ніж 1,075, менше ніж 1,05, менше ніж 1,025 або навіть по суті дорівнює 1. Будь-який волокнистий матеріал, описаний в даному документі, або будь-яка суміш волокнистого матеріалу з неорганічним матеріалом може ущільнюватися до або після опромінення, наприклад, для транспортування або зберігання, а потім «відкриватися» для додаткової переробки за допомогою одного або декількох способів, описаних в даному 8 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 документі. Ущільнення описується, наприклад, в попередній заявці на патент США, серійний № 12/429,045. Об'єднання матеріалу біомаси з неорганічним матеріалом У деяких варіантах здійснення, целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал і неорганічний матеріал перед опроміненням об'єднують за допомогою сухого змішування, наприклад в барабані. В інших варіантах здійснення, целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал і неорганічний матеріал спільно подрібнюються. Наприклад, целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал і неорганічний матеріал можуть перемелюватися разом в млині перед опроміненням суміші. У конкретних варіантах здійснення, целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал і неорганічний матеріал спільно подрібнюються в кріогенній дробильній установці так, що кожний матеріал охолоджується до температури нижче 25 °C, наприклад, до 0 °C або нижче, наприклад, нижче температури сублімації сухого льоду за нормальних атмосферних умов або нижче, або при температурі кипіння рідкого азоту за нормальних атмосферних умов або нижче. Помел біомаси в кріогенній дробильній установці описується в попередній заявці на патент США, серійний № 61/081,709, озаглавленій «Cooling and Processing Materials», яка включається в даний документ як посилання у всій її повноті. Обробка Обробка включає опромінення поєднання фізично підготовленого матеріалу біомаси і неорганічного матеріалу. У деяких випадках, обробка може додатково включати один або декілька способів обробки ультразвуком, окиснення, піролізу і парового дуття, кожний з яких може модулюватися, наприклад, посилюватися, за допомогою використання неорганічних домішок, як описано в даному документі. Обробка випромінюванням Опромінення поєднання може включати вплив на поєднання прискорених електронів, таких як електрони, що мають енергію більше приблизно, ніж 2 МеВ, 4 МеВ, 6 МеВ, або навіть більше приблизно, ніж 8 МеВ. Таким чином, розглядаються діапазони, такі як діапазони від 2,0 до 8,0 МеВ і від 4,0 до 6,0 МеВ. У деяких варіантах здійснення, електрони прискорюються, наприклад, до швидкості більшої, ніж 75 відсотків від швидкості світла, тобто, більше ніж 85, 90, 95 або 99 відсотків від швидкості світла. У деяких випадках, опромінення здійснюють при дозі в одиницю часу більшій приблизно, ніж 0,25 Мрад в секунду, наприклад, більше приблизно, ніж 0,5, 0,75, 1,0, 1,5, 2,0, або навіть більшій приблизно, ніж 2,5 Мрад в секунду. У деяких варіантах здійснення, опромінення здійснюють при дозі в одиницю часу, що знаходиться в межах між 5,0 та 1500,0 кілорад/год, наприклад, між 10,0 та 750,0 кілорад/год або між 50,0 та 350,0 кілорад/год. У деяких варіантах здійснення, опромінення (за допомогою будь-якого джерела випромінювання або поєднання джерел) здійснюють доти, доки матеріал не одержує дозу щонайменше 0,25 Мрад, наприклад, щонайменше 1,0 Мрад, щонайменше 2,5 Мрад, щонайменше 5,0 Мрад або щонайменше 10,0 Мрад. У деяких варіантах здійснення, опромінення здійснюють доти, доки матеріал не одержує дозу в межах між 1,0 Мрад та 6,0 Мрад, наприклад, між 1,5 Мрад та 4,0 Мрад. Доза, що застосовується, буде залежати від бажаного впливу і конкретних сировинних матеріалів. Наприклад, високі дози випромінювання можуть руйнувати хімічні зв'язки всередині компонентів сировинних матеріалів, а низькі дози випромінювання можуть збільшувати хімічне зв’язування (наприклад, поперечне зшивання) всередині компонентів сировинних матеріалів. Випромінювання може застосовуватися до будь-якого зразка, який є сухим або вологим, або навіть диспергований в рідині, такій як вода. Наприклад, опромінення може здійснюватися на целюлозному і/або лігноцелюлозному матеріалі, в якому менше приблизно, ніж 25 відсотків масових целюлозного і/або лігноцелюлозного матеріалу має поверхні, змочені рідиною, такою як вода. У деяких варіантах здійснення, опромінення здійснюють на целюлозному і/або лігноцелюлозному матеріалі, в якому по суті ніякий целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал не змочується рідиною, такою як вода. У деяких варіантах здійснення, будь-яка переробка, описана в даному документі, здійснюється після того як целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал залишається сухим при одержанні або сушиться, наприклад, з використанням тепла і/або зниженого тиску. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал має менш приблизно, ніж п'ять відсотків масових води, що утримується, як виміряно при 25 °C і при п'ятдесяти відсотках відносної вологості. Випромінювання може застосовуватися, коли целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал експонується для повітря, повітря, збагаченого киснем, або навіть для самого кисню, або знаходиться в атмосфері інертного газу, такого як азот, аргон або гелій. Коли бажане 9 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 максимальне окиснення, використовують окиснююче навколишнє середовище, таке як повітря або кисень, і відстань від джерела випромінювання оптимізується для доведення до максимуму утворення реакційноздатного газу, наприклад, озону і/або оксидів азоту. Випромінювання може застосовуватися при тиску більше приблизно, ніж 2,5 атмосфери, наприклад, більше ніж 5, 10, 15, 20 або навіть більше приблизно, ніж 50 атмосфер. Опромінення може здійснюватися з використанням іонізуючого випромінювання, такого як гамма-випромінювання, рентгенівські промені, ультрафіолетове випромінювання високої енергії, таке як ультрафіолетове випромінювання С, що має довжину хвилі приблизно від 100 нм приблизно до 280 нм, пучок частинок, такий як пучок електронів, повільних нейтронів або альфа-частинок. У деяких варіантах здійснення, опромінення включає два або більше джерел випромінювання, таких як гамма-випромінювання і пучок електронів, які можуть застосовуватися в будь-якому порядку або одночасно. У деяких варіантах здійснення, енергія, що поглинається в матеріалі, яка вивільняє електрон з його атомної орбіталі, використовується для опромінення матеріалів. Випромінювання може забезпечуватися 1) важкими зарядженими частками, такими як альфа-частинки або протони, 2) електронами, що одержуються, наприклад, при бета-розпаді або в прискорювачах електронних пучків, або 3) електромагнітним випромінюванням, наприклад, гамма-випромінюванням, рентгенівським випромінюванням або ультрафіолетовим випромінюванням. В одному з підходів, для опромінення сировинних матеріалів може використовуватися випромінювання, що виробляється радіоактивними речовинами. У деяких варіантах здійснення може використовуватися, в будь-якому порядку або одночасно, будь-яке поєднання з (1)-(3). У деяких випадках, коли є бажаним розщеплення ланцюгів і/або є бажаною функціоналізація полімерних ланцюгів, можуть використовуватися частинки більш важкі, ніж електрони, такі як протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту. Коли бажаним є розщеплення ланцюгів з розкриттям кільця, для посилення розщеплення ланцюгів з обробкою кільця можуть використовуватися позитивно заряджені частинки, завдяки своїм властивостям кислот Льюїса. У деяких варіантах здійснення, опромінена біомаса має середньочисельну молекулярну масу (MN2) більш низьку, ніж середньочисельна молекулярна маса біомаси перед опроміненням T ( MN1) більш приблизно, ніж на 10 відсотків, наприклад, на 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 відсотків, на 60 відсотків або навіть більш приблизно, ніж на75 відсотків. У деяких варіантах здійснення, вихідна середньочисельна молекулярна маса (перед опроміненням) становить приблизно від 200000 приблизно до 3200000, наприклад, приблизно від 250000 приблизно до 1000000 або приблизно від 250000 приблизно до 700000, а середньочисельна молекулярна маса після опромінення становить приблизно від 50000 приблизно до 200000, наприклад, приблизно від 60000 приблизно до 150000 або приблизно від 70000 приблизно до 125000. Однак, в деяких варіантах здійснення, наприклад, після широкомасштабного опромінення, можливо одержання середньочисельної молекулярної маси менше приблизно, ніж 10000 або навіть менше приблизно, ніж 5000. T У деяких випадках, опромінена біомаса містить целюлозу, яка має кристалічність ( C2), яка T 1 нижча, ніж кристалічність ( C1) целюлози біомаси до опромінення. Наприклад, ( C2) може бути T нижча ніж ( C1) більш приблизно, ніж на 10 відсотків, наприклад, на 15, 20, 25, 30, 35, 40, або навіть більш приблизно, ніж на 50 відсотків. У деяких варіантах здійснення, вихідний індекс кристалічності (перед опроміненням) становить приблизно від 40 приблизно до 87,5 відсотка, наприклад, приблизно від 50 приблизно до 75 відсотків або приблизно від 60 приблизно до 70 відсотків, а індекс кристалічності після опромінення становить приблизно від 10 приблизно до 50 відсотків, наприклад, приблизно від 15 приблизно до 45 відсотків або приблизно від 20 приблизно до 40 відсотків. Однак, в деяких варіантах здійснення, наприклад, після сильного опромінення, можна одержати індекс кристалічності нижче, ніж 5 відсотків. У деяких варіантах здійснення, матеріал після опромінення є по суті аморфним. T У деяких варіантах здійснення, опромінена біомаса може мати рівень окиснення ( O2), який T вищий, ніж рівень окиснення ( O1) біомаси до опромінення. Більш високий рівень окиснення матеріалу може поліпшити його диспергованість, здатність до набухання і/або розчинність, додатково поліпшуючи сприйнятливість матеріалів до хімічного, ферментативного або біологічного впливу. Опромінений матеріал біомаси може також мати більше гідроксильних груп, альдегідних груп, кетонових груп, складноефірних груп або груп карбонових кислот, що може збільшити його гідрофільність. Іонізуюче випромінювання 10 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Кожна форма випромінювання іонізує біомасу за допомогою конкретних взаємодій, як визначається енергією випромінювання. Важкі заряджені частинки, передусім, іонізують речовину за допомогою кулонівського розсіяння; крім того, ці взаємодії виробляють електрони високих енергій, які можуть додатково іонізувати речовину. Альфа-частинки ідентичні ядрам атома гелію та утворюються при альфа-розпаді різних радіоактивних ядер, таких як ізотопи вісмуту, полоній, астату, радону, францію, радію, деяких актиноїдів, таких як актиній, торій, уран, нептуній, кюрій, каліфорній, америцій і плутоній. Коли використовуються частинки, вони можуть бути нейтральними (незарядженими), позитивно зарядженими або негативно зарядженими. Коли вони заряджені, заряджені частинки можуть нести один позитивний або негативний заряд або множину зарядів, наприклад, один, два, три або навіть чотири або більше зарядів. У випадках, коли бажаним є розщеплення ланцюгів, позитивно заряджені частинки можуть бути бажаними, частково, завдяки своїй кислотній природі. Коли використовуються частинки, ці частинки можуть мати масу спокою електрона, або велику масу, наприклад, 500, 1000, 1500, або 2000 або більше, наприклад, 10000 або навіть 100000 мас спокою електрона. Наприклад, частинки можуть мати масу приблизно від 1 атомної одиниці приблизно до 150 атомних одиниць, наприклад, приблизно від 1 атомної одиниці приблизно до 50 атомних одиниць, або приблизно від 1 приблизно до 25, наприклад, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 або 15 аем. Прискорювачі, що використовуються для прискорення частинок, можуть бути електростатичними постійного струму, електродинамічними постійного струму, радіочастотними лінійними, магнітоіндукційними лінійними або являти собою прискорювач з хвилею, що біжить. Наприклад, прискорювачі типу циклотрона є доступними від IBA, Belgium, такі як система Rhodatron®, в той час як прискорювачі постійного струму є ® доступними від RDI, зараз IBA Industrial, такі як Dynamitron . Ілюстративні іони і прискорювачі іонів обговорюються в Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA В 6 (1997) 4, 177-206, Chu, William Т., «Overview of Light-Ion Beam Therapy», Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 March 2006, Iwata, Y. et al., «AlternatingPhase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelerators», Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Scotland, and Leitner, С.М. et al., «Status of Superconducting ECR Ion Source Venus», Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria. Електрони взаємодіють за допомогою кулонівського розсіяння і гальмового випромінювання, що виробляється при зміні швидкості електронів. Електрони можуть вироблятися радіоактивними ядрами, які зазнають бета-розпаду, такими як ізотопи йоду, цезію, технецію та іридію. Альтернативно, електронна гармата може використовуватися як джерело електронів за допомогою термоіонної емісії. Електромагнітне випромінювання взаємодіє за допомогою трьох процесів: фотоелектричного поглинання, комптонівського розсіяння та утворення пар. Домінуюча взаємодія визначається енергією падаючого випромінювання та атомним номером матеріалу. Підсумовування взаємодій, що надають внесок в поглинання випромінювання в целюлозному матеріалі, може виражатися за допомогою масового коефіцієнта поглинання (дивись «Ionization Radiation» в PCT/US2007/022719). Електромагнітне випромінювання може розділятися на підкласи, як гамма-випромінювання, рентгенівське випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, інфрачервоне випромінювання, мікрохвилі або радіохвилі, залежно від довжини хвилі. Гамма випромінювання має перевагу значної глибини проникнення в різні матеріали в зразку. Джерела гамма-випромінювання включають радіоактивні ядра, такі як ізотопи кобальту, кальцію, технецію, хрому, галію, індію, йоду, заліза, криптону, самарію, селену, натрію, талія і ксенону. Джерела рентгенівського випромінювання включають зіткнення електронних пучків з металевими мішенями, такими як вольфрам або молібден, або сплави, або компактні джерела світла, такі як виробляються комерційно Lyncean. Джерела ультрафіолетового випромінювання включають дейтерієві або кадмієві лампи. Джерела інфрачервоного випромінювання включають керамічні лампи з сапфіровим, цинковим або селенідним вікном. Джерела мікрохвиль включають клістрони, джерела радіочастотних хвиль типу Слевіна або джерела на атомних пучках, які використовують газоподібний водень, кисень або азот. Електронний пучок У деяких варіантах здійснення, пучок електронів використовують як джерело випромінювання. Пучок електронів мають переваги високих доз в одиницю часу (наприклад, 1, 5, або навіть 10 Мрад в секунду), високої продуктивності, меншої ізоляції, і менш обмежуючого обладнання. Електрони також можуть бути більш ефективними, коли вони спричиняють 11 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розщеплення ланцюгів. Додатково до цього, електрони, що мають енергії від 4 до 10 МеВ, можуть мати глибину проникнення від 5 до 30 мм або більше, наприклад, 40 мм. Електронні пучки можуть генеруватися, наприклад, за допомогою електростатичних генераторів, каскадних генераторів, трансформаторних генераторів, прискорювачів низьких енергій із системою сканування, прискорювачів низьких енергій з лінійним катодом, лінійних прискорювачів та імпульсних прискорювачів. Електрони як джерело іонізуючого випромінювання можуть бути придатними для використання, наприклад, для відносно тонких шарів матеріалів, наприклад, менше ніж 0,5 дюйми, наприклад, менше ніж 0,4 дюйми, 0,3 дюйми, 0,2 дюйми або менше ніж 0,1 дюйми (1,25, 1,0, 0,75, 0,5, 0,25 см). У деяких варіантах здійснення, енергія кожного електрона в електронному пучку становить приблизно від 0,3 МеВ приблизно до 2,0 МеВ (мільйона електрон-вольт), наприклад, приблизно від 0,5 МеВ приблизно до 1,5 МеВ, або приблизно від 0,7 МеВ приблизно до 1,25 МеВ. У деяких варіантах здійснення, електрони, що використовуються для обробки матеріалу біомаси, можуть мати середні енергії 0,05 с або більше (наприклад, 0,10 с або більше, 0,2 с або більше, 0,3 с або більше, 0,4 с або більше, 0,5 с або більше, 0,6 с або декілька, 0,7 с або більше, 0,8 с або більше, 0,9 с або більше, 0,99 с або більше, 0,9999 с або більше), де с відповідає швидкості світла у вакуумі. Пристрої для опромінення пучками електронів можуть постачатися комерційно Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Belgium або Titan Corporation, San Diego, CA. Типові енергії електрона можуть становити 1 МеВ, 2 МеВ, 4,5 МеВ, 7,5 МеВ або 10 МеВ. Типова потужність пристрою для опромінення пучком електронів може становити 1 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 20 кВт, 50 кВт, 100 кВт, 250 кВт або 500 кВт. Ефективність деполімеризації суспензії сировинних матеріалів залежить від енергії електронів, що використовуються, і дози, що застосовується, в той час як час експонування залежить від потужності і дози. Типові дози можуть мати значення 1 кГр, 5 кГр, 10 кГр, 20 кГр, 50 кГр, 100 кГр, або 200 кГр. Виграш при розгляді параметрів потужності пристрою для опромінення пучком електронів включає вартість роботи, капітальні витрати, малий знос і малу площу, що займається пристроєм. Виграш при розгляді рівнів доз при експонуванні для опромінення електронним пучком може являти собою вартість енергії та питання навколишнього середовища, безпеки і здоров'я (ESH). Виграш при розгляді енергії електронів включає вартість енергії; тут, більш низька енергія електронів може бути переважною при прискоренні деполімеризації визначених суспензій сировинних матеріалів (дивись, наприклад, Bouchard, et al, Cellulose (2006) 13: 601610). Може бути переважним здійснення двозахідного опромінення електронним пучком для забезпечення більш ефективного процесу деполімеризації. Наприклад, пристрій для транспортування сировинних матеріалів може направляти сировинні матеріали (в сухій або суспендованій формі) під ним і в напрямку, зворотному до початкового напрямку транспортування. Двозахідні системи можуть дозволити переробку більш густих суспензій сировинних матеріалів і можуть забезпечити більш однорідну деполімеризацію по товщині суспензії сировинних матеріалів. Пристрій для опромінення пучком електронів може виробляти або фіксований пучок, або скануючий пучок. Скануючий пучок може бути переважним для великої довжини сканування і високих швидкостей сканування, оскільки це ефективно замінювало б велику ширину фіксованого пучка. Крім того, є доступними доступні значення ширини сканування 0,5 м, 1 м, 2 м або більше. Пучки іонних частинок Частинки більш важкі, ніж електрони можуть використовуватися для опромінення вуглеводів або матеріалів, які містять вуглеводи, наприклад, целюлозних матеріалів, лігноцелюлозних матеріалів, крохмальних матеріалів або сумішей цих та інших матеріалів, описаних в даному документі. Наприклад, можуть використовуватися протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту. У деяких варіантах здійснення, частинки важче, ніж електрони можуть викликати великі кількості розщеплень ланцюгів. У деяких випадках, позитивно заряджені частинки можуть викликати великі кількості розщеплень ланцюгів, ніж негативно заряджені частинки, завдяки їх кислотності. Більш важкі пучки частинок можна генерувати, наприклад, з використанням лінійних прискорювачів або циклотронів. У деяких варіантах здійснення, енергія кожної частинки в пучку становить приблизно від 1,0 МеВ/атомна одиниця приблизно до 6000 МеВ/атомна одиниця, наприклад, приблизно від 3 МеВ/атомна одиниця приблизно до 4800 МеВ/атомна одиниця або приблизно від 10 МеВ/атомна одиниця приблизно до 1000 МеВ/атомна одиниця. 12 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Обробка іонним пучком детально обговорюється в попередній заявці на патент США, серійний № 12/417,699. Електромагнітне випромінювання У варіантах здійснення, в яких здійснюється опромінення електромагнітним випромінюванням, електромагнітне випромінювання може мати, наприклад, енергію на один 2 3 4 5 6 фотон (в електрон-вольтах) більше, ніж 10 еВ, наприклад, більше ніж 10 , 10 , 10 , 10 або 7 навіть більше, ніж 10 еВ. У деяких варіантах здійснення, електромагнітне випромінювання має 4 7 5 6 енергію на фотон в межах між 10 та 10 , наприклад, між 10 та 10 еВ. Електромагнітне 16 17 18 випромінювання може мати частоту, наприклад, більше ніж 10 Гц, більше ніж 10 Гц, 10 , 19 20 21 10 , 10 , або навіть більше ніж 10 Гц. У деяких варіантах здійснення, електромагнітне 18 22 19 21 випромінювання має частоту в межах між 10 та 10 Гц, наприклад, між 10 та 10 Гц. Поєднання різних видів обробки випромінюванням У деяких варіантах здійснення, використовується два або більше джерел випромінювання, наприклад, два або більше іонізуючих випромінювань. Наприклад, зразки можуть оброблятися, в будь-якому порядку, пучком електронів, а потім гамма-випромінюванням і УФ-світлом, що має довжини хвиль приблизно від 100 нм приблизно до 280 нм. У деяких варіантах здійснення, зразки обробляються трьома джерелами іонізуючого випромінювання, такими як пучок електронів, гамма-випромінювання і УФ світло високих енергій. Гасіння і контрольована функціоналізація біомаси Після обробки одним або декількома іонізуючими випромінюваннями, такими як фотонне випромінювання (наприклад, рентгенівське випромінювання або гамма-випромінювання), випромінювання електронного пучка або частинки важче, ніж електрони, які заряджені позитивно або негативно (наприклад, протони або іони вуглецю), будь-які суміші вуглеводвмісних матеріалів і неорганічних матеріалів, описані в даному документі, стають іонізованими; тобто, вони містять радикали при рівнях, які детектуються за допомогою спектрометра електронного парамагнітного резонансу. Сучасна практична межа детектування 14 радикалів становить приблизно 10 спінів при кімнатній температурі. Після іонізації, будь-який матеріал біомаси, який іонізується, може гаситися для зниження рівня радикалів в іонізованій біомасі, наприклад, так, що радикали більше не детектуються за допомогою спектрометра електронного парамагнітного резонансу. Наприклад, радикали можуть гаситися за допомогою прикладення до біомаси достатнього тиску і/або за допомогою використання рідкого середовища в контакті з іонізованою біомасою, такою як газ або рідина, яка взаємодіє з радикалами (гасить їх). Використання газу або рідини для щонайменше полегшення гасіння радикалів, також дозволяє оператору контролювати функціоналізацію іонізованої біомаси для одержання бажаної кількості характеру функціональних груп, таких як групи карбонових кислот, енольні групи, альдегідні групи, нітро групи, нітрильні групи, аміно групи, алкіламіно групи, алкільні групи, хлоралкільні групи або хлорфторалкільні групи. У деяких випадках, таке гасіння може поліпшити стабільність деяких з іонізованих матеріалів біомаси. Наприклад, гасіння може поліпшити стійкість біомаси по відношенню до окиснення. Функціоналізація за допомогою гасіння також може поліпшити розчинність будь-якої біомаси, описаної в даному документі, може поліпшити її теплову стабільність, що може бути важливим при виробництві композитів, і може поліпшити утилізацію матеріалу різними мікроорганізмами. Наприклад, функціональні групи, що надаються матеріалу біомаси за допомогою гасіння, можуть діяти як рецепторні сайти для приєднання мікроорганізмів, наприклад, для посилення гідролізу целюлози за допомогою різних мікроорганізмів. Якщо іонізована біомаса залишається в атмосфері, вона буде окиснюватися, наприклад, до того ступеня, що групи карбонових кислот генеруються за допомогою взаємодії з атмосферним киснем. У деяких випадках і для деяких матеріалів, таке окиснення є бажаним, оскільки воно може сприяти додатковому зменшенню молекулярної маси вуглеводовмісної біомаси, і групи окиснення, наприклад, групи карбонових кислот, в деяких випадках, можуть бути корисними для розчинності та утилізації мікроорганізмами. Однак, оскільки радикали можуть «жити» протягом деякого часу після опромінення, наприклад, більше 1 дня, 5 днів, 30 днів, 3 місяців, 6 місяців або навіть більше 1 року, властивості матеріалу будуть продовжувати змінюватися з часом, що в деяких випадках може бути небажаним. Детектування радикалів в опромінених зразках за допомогою спектроскопії електронного парамагнітного резонансу і часи життя радикалів в таких зразках обговорюються в Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471 і в Bartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, Nos. 1-4, pp. 293-296 (1999), зміст кожної з яких включений в даний документ як посилання. Обробка ультразвуком, піроліз, окиснення 13 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Одна або декілька послідовностей обробки ультразвуком, піролізу і/або окислювальної переробки можуть використовуватися для переробки сирих сировинних матеріалів з різноманітних різних джерел для витягання корисних речовин із сировинних матеріалів і для одержання частково деградованого органічного матеріалу, який функціонує як сировинні матеріали для додаткових стадій і/або послідовностей переробки. Така переробка може зменшити молекулярну масу і/або кристалічність сировинних матеріалів і біомаси, наприклад, одного або декількох джерел вуглеводів, таких як целюлозні або лігноцелюлозні матеріали або крохмальні матеріали. Ці способи описані детально в попередній заявці на патент США, серійний № 12/429,045. Інші способи Парове дуття може використовуватися саме по собі, без яких-небудь способів, описаних в даному документі, або в поєднанні з будь-якими способами, описаними в даному документі. Будь-яка технологія переробки, описана в даному документі, може використовуватися при тиску вище або більше нормального атмосферного тиску в атмосфері Землі. Наприклад, будьякий спосіб, який використовує опромінення, обробку ультразвуком, окиснення, піроліз, парове дуття або поєднання будь-якого з цих способів для одержання матеріалів, які містять вуглеводи, може здійснюватися при високому тиску, що може підвищити швидкості реакцій. Наприклад, будь-який спосіб або поєднання способів може здійснюватися при тиску більшому приблизно, ніж 25 МПа, наприклад, більшому, ніж 50 МПа, 75 МПа, 100 МПа, 150 МПа, 200 МПа, 250 МПа, 350 МПа, 500 МПа, 750 МПа, 1000 МПа або більшому, ніж 1500 МПа. Первинні способи та подальша переробка Матеріали, що обробляються з використанням будь-яких способів, описаних в даному документі, можуть потім зазнавати впливу інших способів, наприклад, первинних способів, таких як ферментація і газифікація, і/або стадій подальшої переробки, таких як дистиляція, переробка стічних вод, спалення відходів, і тому подібне. Такі способи детально описані в попередніх заявках на патенти, які включаються в даний документ як посилання, наприклад, в 12/429,045. Продукти/побічні продукти При використанні таких первинних способів і/або подальшої переробки, оброблена біомаса може перетворюватися в один або декілька продуктів, наприклад, спирти, наприклад, метанол, етанол, пропанол, ізопропанол, бутанол, наприклад, н-, втор- або трет-бутанол, етиленгліколь, пропіленгліколь, 1,4-бутандіол, гліцерин або суміші цих спиртів; органічні кислоти, такі як мурашина кислота, оцтова кислота, пропіонова кислота, масляна кислота, валеріанова кислота, капронова кислота, пальмітинова кислота, стеаринова кислота, щавлева кислота, малонова кислота, бурштинова кислота, глутарова кислота, олеїнова кислота, лінолева кислота, гліколева кислота, молочна кислота, γ-гідроксимасляна кислота або суміші цих кислот; харчові продукти; корм для тварин; фармацевтичні препарати або харчові домішки. Побічні продукти, які можуть бути одержані, включають лігніновий залишок. Матеріали Неорганічні матеріали У деяких варіантах здійснення, неорганічний матеріал являє собою або включає метал або металевий сплав. Наприклад, метал може включати основний метал, такий як залізо, нікель, свинець, мідь або цинк, залізистий метал, такий як ковке залізо або чавун, дорогоцінний метал, такий як тантал, золото, платина або родій, благородний метал, такий як рутеній, родій, паладій, осмій, іридій або платина, або перехідний метал, наприклад, елементи 21-30 (включно), 39-48 (включно), 71-80 (включно) і 103-112 з періодичної таблиці елементів. У конкретних варіантах здійснення, неорганічний матеріал являє собою або включає металевий сплав, такий як бінарний або тернарний сплав. У конкретних варіантах здійснення сплав являє собою або включає сталь, латунь, бронза, дюралюміній, хастелой, сплав Al-Li, сплав алніко, сплав намбе, сплав силумін, AA-8000 і сплав магналій. В одному з варіантів здійснення, неорганічний матеріал являє собою або включає алюміній, такий як відходи упаковки, яка містить шар алюмінію. В інших варіантах здійснення, неорганічний матеріал являє собою або включає металеву сполуку, таку як неорганічна сполука заліза або кобальту, наприклад, неорганічна сполука заліза або кобальту, в якій залізо або кобальт знаходиться в стані окиснення 2+ або 3+. Приклади таких сполук заліза являють собою амоній залізо(II) сульфат гексагідрат, розчин амоній заліза(II) сульфату, амоній залізо(III) сульфат додекагідрат, амоній залізо(III) сульфат, залізо(II) сульфат гептагідрат, залізо(II) сульфат гідрат, розчин сульфату заліза(II) і залізо(III) сульфат гідрат. В інших варіантах здійснення, неорганічний матеріал являє собою або включає вогнетривкий матеріал, такий як кислотний, нейтральний або основний вогнетривкий матеріал. 14 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Приклади кислотних вогнетривких матеріалів включають циркон, шамот і діоксид кремнію. Приклади нейтральних вогнетривких матеріалів включають оксид алюмінію, хроміт, карбід кремнію, вуглець і мулітит. Приклади основних вогнетривких матеріалів включають доломіт або магнезит. В інших варіантах здійснення, неорганічний матеріал включає кераміку, таку як оксид, карбід, борід, нітрид, силіцид або каолін (наприклад, природний, нейтральний, кислотний, основний або відбілений). Наприклад, оксид може являти собою оксид алюмінію, наприклад, кремнезем, оксид цирконію, оксид кремнію, оксид цинку або оксид титану, наприклад, діоксид титану. У деяких варіантах здійснення, неорганічна домішка містить в межах між приблизно 0,25 і приблизно 25 відсотками масовими води в ній і/або на ній. В одному з конкретних варіантів здійснення, неорганічний матеріал містить воду гідратування, яка може залишати неорганічний матеріал при підвищених температурах, наприклад, гідратований оксид алюмінію. Інші приклади придатних для використання неорганічних матеріалів включають карбонат кальцію, арагонітову глину, орторомбічні глини, кальцитну глину, ромбоедричні глини, бентонітну глину, дикальцій фосфат, безводний дикальцій фосфат, дикальцій фосфат дигідрат, трикальцій фосфат, кальцій пірофосфат, нерозчинний натрій метафосфат, преципітований карбонат кальцію, магній ортофосфат, тримагній фосфат, гідроксіапатити, синтетичні апатити, гідратований ксерогель діоксиду кремнію, алюмосилікатні комплекси металів, натрій-алюміній силікати, силікат цирконію, пісок, скло, камінь, скельну породу, монтморилоніт і сланець. У деяких варіантах здійснення, неорганічний матеріал має температуру плавлення більше приблизно, ніж 400 °C, наприклад, більше приблизно, ніж 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600 або навіть більше ніж 2800 °C. В інших випадках, неорганічні матеріали не мають або не включають матеріалів, що мають температуру плавлення. У деяких випадках, неорганічний матеріал має питому теплоємність C p менше приблизно, ніж 1,5 Дж/гК, наприклад, менше приблизно, ніж 1,25, 1,0, 0,75, 0,50, 0,25 або навіть менше приблизно, ніж 0,1 Дж/гК. У різних прикладах, неорганічний матеріал може мати питому теплоємність Cp в межах між приблизно 1,25 і приблизно 0,2 Дж/гК, наприклад, між приблизно 1,15 і приблизно 0,25 або між приблизно 0,85 та 0,30 Дж/гК. Неорганічний матеріал може мати теплопровідність в межах між приблизно 0,004 і приблизно 450 Вт/мК, між приблизно 0,04 і приблизно 250 Вт/мК, між приблизно 0,1 і приблизно 150 Вт/мК, або між приблизно 0,25 і приблизно 50 Вт/мК. 3 Неорганічний матеріал може мати густину більше приблизно, ніж 1,5 г/см , наприклад, більше приблизно, ніж 2,0, 2,5, 3,0, 5,0, 7,0, 8,0, 9,0, 12,0, 15,0, 18,0 або навіть більше, ніж 20,0 3 3 г/см . Неорганічний матеріал може мати густину в межах між більше приблизно, ніж 3,5 г/см і 3 3 3 3 приблизно 20,0 г/см , між приблизно 4,0 г/см і приблизно 18 г/см або між приблизно 4,5 г/см і 3 приблизно 13 г/см . У деяких випадках, неорганічний матеріал являє собою або включає частинки, які є по суті сферичними за формою і які мають середній розмір частинок, наприклад, діаметр, який знаходиться в межах приблизно від 0,1 мікрона приблизно до 100 мікрон, приблизно від 0,25 мікрона приблизно до 75 мікрон або приблизно від 0,5 мікрона приблизно до 50 мікрон. У деяких випадках, розмір частинок може знаходитися в межах приблизно від 10 мм приблизно до 1000 мм. Частинки можуть також знаходитися в формі волокон, пластин або мати іншу морфологію. 2 Частинки можуть мати площу поверхні, наприклад, приблизно від 0,5 до 500 м /м. Для доведення до максимуму ефекту неорганічної домішки, поєднання може мати в межах приблизно від 0,05 приблизно до 35 відсотків масових неорганічного матеріалу, наприклад, в межах приблизно від 0,1 приблизно до 20 відсотків масових неорганічного матеріалу або в межах приблизно від 0,5 і приблизно 10 відсотків масових неорганічного матеріалу. Матеріали біомаси Як правило, будь-який матеріал біомаси, який являє собою або включає вуглевод, складається повністю з однієї або декількох сахаридних одиниць або який включає одну або декілька сахаридних одиниць, може перероблятися за допомогою будь-якого із способів, описаних в даному документі. Наприклад, матеріал біомаси може бути целюлозним, лігноцелюлозним, являти собою крохмаль або цукор. Наприклад, такі матеріали можуть включати волокнисті матеріали, такі як папір, паперова продукція, деревина, спорідненні деревині матеріали, деревинностружкова плита, трави, рисове лушпиння, макуха, бавовна, джут, пенька, льон, бамбук, сизаль, абака, солома, кукурудзяні кочережки, рисове лушпиння, кокосове волокно, водорості, морські водорості, бавовна, синтетична целюлоза або суміші будь-яких з них. 15 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У деяких випадках біомаса являє собою мікробний матеріал. Мікробні джерела включають, але, не обмежуючись цим, будь-який мікроорганізм або організм, що зустрічається в природі або генетично модифікований, який містить або здатний створювати джерело вуглеводів (наприклад, целюлозу), наприклад, протисти (наприклад, тварини (наприклад, протозоа, такі як джгутикові, амебоїдні, інфузорії і споровики) і рослини (наприклад, водорості, такі як альвеолати, хлорарахніофіти, криптомонади, евгленіди, галукофіти, гаптофіти, червоні водорості, страмінопіли, Viridaeplantae)), морські водорості, планктон (наприклад, макропланктон, мезопланктон, мікропланктон, нанопланктон, пікопланктон і фемптопланктон), фітопланктон, бактерії (наприклад, грам-позитивні бактерії, грам-негативні бактерії і екстремофіли), дріжджі і/або їх суміші. У деяких випадках, мікробна біомаса може бути одержана з природних джерел, наприклад, з океану, озер, маси води, наприклад, солоної води або прісної води, або на суші. Альтернативно або додатково до цього, мікробна біомаса може бути одержана із систем культур, наприклад, крупномасштабних сухих і вологих систем культур. Інші матеріали біомаси обговорюються в попередніх заявках на патент США, включених як посилання в даний документ, вище. Інші варіанти здійснення Опромінення низькими дозами і композити Хоча опромінення обговорювалося вище в основному в контексті зменшення молекулярної маси і кристалічності біомаси, в деяких варіантах здійснення, відносно низькі дози випромінювання можуть поперечно зшивати, прищеплювати або іншим чином збільшувати молекулярну масу вуглеводвмісного матеріалу. Такий матеріал, що має підвищену молекулярну масу, може бути придатним для використання, наприклад, при одержанні композита, що має поліпшені механічні властивості, такі як абразивна стійкість, міцність при стисненні, стійкість до тріщиноутворення, ударна міцність, модуль пружності при розриві, модуль вигину і подовження при розриві. Такий матеріал, що має підвищену молекулярну масу, може бути придатним для використання при одержанні композиції. Формування композитів описане в WO 2006/102543, і в попередніх заявках на патенти США, серійні №№ 12/417,720 і 12/429,045. Альтернативно, матеріал, наприклад, волокнистий матеріал, який містить перший целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал, що має першу молекулярну масу в суміші з неорганічним матеріалом, може об'єднуватися зі смолою, з одержанням композита, а потім композит може опромінюватися відносно низькою дозою випромінювання з тим, щоб одержати другий целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал, що має другу молекулярну масу, більш високу, ніж перша молекулярна маса. Наприклад, якщо як джерело випромінювання використовують гамма-випромінювання, може застосовуватися доза приблизно від 1 Мрад приблизно до 10 Мрад. Використання цього підходу збільшує молекулярну масу матеріалу в той час, коли він знаходиться в матриці смоли. У деяких варіантах здійснення, смола являє собою смолу, що поперечно зшивається, і як така вона поперечно зшивається, коли молекулярна маса вуглеводвмісного матеріалу збільшується, це може створювати синергічний вплив для надання переважних механічних властивостей композиту. Обробка вуглеводеньвмісних матеріалів У деяких варіантах здійснення, способи і системи, описані в даному документі, можуть використовуватися для переробки вуглеводеньвмісних матеріалів, таких як бітумінозні або нафтоносні піски, нафтові сланці, сира нафта (наприклад, важка сира нафта і/або легка сира нафта), бітум, вугілля, наприклад, торф, лігніт, суббітумінозне, бітумінозне та антрацитове вугілля, нафтові гази (наприклад, метан, етан, пропан, бутан, ізобутан), зріджений природний і/або синтетичний газ, асфальт та інші природні матеріали, які включають різні типи вуглеводнів. Наприклад, установка для переробки вуглеводеньвмісних матеріалів приймає завантаження сирого матеріалу. Сирий матеріал може доставлятися безпосередньо з шахти, наприклад, за допомогою системи конвеєрних стрічок і/або рейкового транспорту, а в визначених варіантах здійснення, установка для переробки може будуватися відносно близько до шахти або навіть над нею. У деяких варіантах здійснення, сирий матеріал може транспортуватися в установку для переробки за допомогою рейкових вантажних вагонів або іншої моторизованої транспортної системи і/або перекачуватися в установку для переробки через трубопровід. Коли сирий матеріал надходить в установку для переробки, сирий матеріал може подрібнюватися механічно і/або хімічно з одержанням сировинних матеріалів. Як один з прикладів, сирий матеріал може містити матеріал, одержаний з нафтових пісків та утримуючий асфальтовий бітум. Потім бітум може перероблятися в один або декілька продуктів вуглеводнів з використанням способів, описаних в даному документі, наприклад, за допомогою змішування бітуму з неорганічним матеріалом, як описано в даному документі, і опромінення суміші. У деяких варіантах здійснення, матеріал нафтових пісків може витягуватися з поверхневих 16 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розробок, таких як відкриті кар'єри. У визначених варіантах здійснення, матеріал підповерхневих нафтових пісків може витягуватися з використанням способів флотації в гарячій воді, які видаляють нафту з частинок піску, а потім, додавання нафти, щоб дозволити перекачку нафти в установку для переробки. Наприклад, для переробки бітуму з нафтових пісків, одна або декілька з технологій, описаних в даному документі, можуть використовуватися перед будь-якими стадіями механічного подрібнення, після однієї або декількох стадій механічного подрібнення, перед крекінгом, після крекінга і/або перед гідропереробкою і після гідропереробки. Як інший приклад, для переробки нафтового сланцю, одна або декілька технологій, описаних в даному документі, можуть використовуватися перед однією зі стадій випаровування та очищення, що обговорюються вище, або перед ними обома. Продукти, одержані із сирих матеріалів на основі вуглеводнів, можуть оброблятися знову за допомогою будь-якого поєднання технологій, перед транспортуванням продуктів з установки для переробки (наприклад, або за допомогою моторизованого транспорту, або через трубопровід). Технології, описані в даному документі, можуть застосовуватися для переробки сирого і/або проміжного матеріалу в сухій формі, в розчині або суспензії, або в газоподібній формі (наприклад, для переробки пар вуглеводнів при підвищеній температурі). Розчинність сирих або проміжних продуктів у розчинах і суспензіях може контролюватися за допомогою селективного додавання одного або декількох агентів, таких як кислоти, основи, окиснюючі агенти, відновлюючі агенти і солі. Як правило, способи, описані в даному документі, можуть використовуватися для ініціювання і/або підтримки взаємодії сирих і/або проміжних вуглеводеньвмісних матеріалів, витягання проміжних матеріалів із сирих матеріалів (наприклад, витягання вуглеводневих компонентів з інших твердих або рідких компонентів), розподілу сирих і/або проміжних матеріалів і виділення проміжних матеріалів із сирих матеріалів (наприклад, відділення вуглеводеньвмісних компонентів від інших компонентів твердої матриці для збільшення концентрації і/або чистоти, і/або гомогенності вуглеводневих компонентів). Додатково до цього, для переробки сирих або проміжних матеріалів, або до або після опромінення, можуть використовуватися мікроорганізми. Відповідні мікроорганізми включають різні типи бактерій, дріжджів та їх суміші, як описано раніше. Установка для переробки може бути обладнана для видалення шкідливих побічних продуктів, які виникають внаслідок переробки сирих або проміжних матеріалів, включаючи газоподібні продукти, які є шкідливими для обслуговуючого персоналу, і хімічних побічних продуктів, які є шкідливими для людей і/або різних мікроорганізмів. У деяких варіантах здійснення, використання однієї або декількох з технологій, описаних в даному документі, призводить до зменшення молекулярної маси одного або декількох компонентів сирого або проміжного матеріалу, який переробляється. У результаті, з одного або декількох вуглеводневих речовин з більш високою молекулярною масою можуть бути одержані різні вуглеводневі речовини з більш низькою молекулярною масою. У визначених варіантах здійснення, використання однієї або декількох з технологій, описаних в даному документі, призводить до збільшення молекулярної маси одного або декількох компонентів сирого або проміжного матеріалу, який переробляється. Наприклад, різні технології, описані в даному документі, можуть спричиняти утворення зв'язків між молекулами компонентів, призводячи до утворення збільшених кількостей визначених продуктів, і навіть до одержання нових продуктів з більш високою молекулярною масою. Додатково до вуглеводневих продуктів, і різні інші сполуки можуть витягуватися із сирих матеріалів, включаючи сполуки на основі азоту (наприклад, аміак), сполуки на основі сірки і силікати та інші сполуки на основі кремнію. У визначених варіантах здійснення, один або декілька продуктів, витягнутих із сирих матеріалів, можуть спалюватися для генерування технологічного тепла для нагріву води, сирих або проміжних матеріалів, для генерування електричної енергії або для інших застосувань. У деяких варіантах здійснення, переробка сирих і/або проміжних матеріалів за допомогою змішування з неорганічним матеріалом і опромінення суміші може призводити до поліпшень в ефективності інших стадій переробки (і навіть до їх усунення). Наприклад, переробка матеріалів нафтових пісків (включаючи бітум) з використанням однієї або декількох з технологій, описаних в даному документі, може призводити до більш ефективного крекінгу і/або гідрообробки бітуму. Як інший приклад, переробка нафтових сланців може призводити до більш ефективного витягання різноманітних продуктів, включаючи сланцеву нафту і/або сланцевий газ з нафтових сланців. У визначених варіантах здійснення, такі стадії, як крекінг або випаровування, можуть навіть бути не потрібні, якщо технології, описані в даному документі, використовуються спочатку для обробки сирого матеріалу. Крім того, в деяких варіантах здійснення, за допомогою обробки сирих і/або проміжних матеріалів, продукти можуть бути зроблені більш розчинними у 17 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 визначених розчинниках, при підготовці для подальших стадій переробки в розчині (наприклад, для парового дуття, для обробки ультразвуком). Поліпшення розчинності продуктів може поліпшити ефективність стадій обробки, що йдуть далі, на основі розчину. За допомогою поліпшення ефективності інших стадій переробки (наприклад, крекінга і/або гідрообробки бітуму, випаровування нафтових сланців), загальна енергія, що споживається при переробці сирих матеріалів, може бути зменшена, роблячи витягання і переробку сирих матеріалів економічно можливими. У визначених варіантах здійснення, іонні пучки можуть бути особливо ефективними при переробці сирих вуглеводеньвмісних матеріалів. Наприклад, завдяки здатності іонних пучків ініціювати як реакції полімеризації, так і реакції деполімеризації, для поглинання тепла в опроміненому матеріалі і для розпилення або іншим чином витіснення атомів опроміненого матеріалу, вуглеводневі матеріали, такі як нафтові піски, нафтові сланці, сира нафта, асфальт та інші матеріали, можуть оброблятися для поліпшення додаткових стадій переробки для цих матеріалів і/або для витягання корисних продуктів з матеріалів. Продукти, одержані від переробки вуглеводеньвмісних матеріалів, можуть включати одну або декілька сполук, придатних для використання як палив. Паливні сполуки можуть використовуватися на місці (наприклад, спалюватися для генерування електричної енергії) і/або можуть транспортуватися в іншу установку для зберігання і/або використання. Переробка сирої нафти Способи та системи, описані в даному документі, можуть використовуватися для переробки сирої нафти, додатково до звичайних технологій нафтопереробки або як альтернатива до них. Зокрема, способи обробки іонним пучком - самі по собі або в поєднанні з будь-якими іншими способами, описаними в даному документі можуть використовуватися для низькотемпературного крекінга, риформінгу, функціоналізації нафти і для інших способів. Як правило, переробка сирої нафти і/або її компонентів з використанням способів, описаних в даному документі (включаючи, наприклад, обробку іонним пучком, саму по собі або в поєднанні з одним або декількома іншими способами), може використовуватися для модифікації молекулярної маси, хімічних структур, в'язкості, розчинності, щільності, тиску пар та інших фізичних властивостей матеріалів, що обробляються. Типові іони, які можуть використовуватися для обробки сирої нафти і/або її компонентів, можуть включати протони, іони вуглецю, іони кисню і будь-які інші типи іонів, описані в даному документі. Додатково до цього, іони, що використовуються для обробки сирої нафти і/або її компонентів, можуть включати іони металів; зокрема, іони металів, які каталізують визначені процеси нафтопереробки (наприклад, каталітичний крекінг), можуть використовуватися для обробки сирої нафти і/або її компонентів. Ілюстративні іони металів включають, але, не обмежуючись цим, іони платини, іони паладію, іони іридію, іони родію, іони рутенію, іони алюмінію, іони ренію, іони вольфраму та іони осмію. У деяких варіантах здійснення може використовуватися множина стадій експонування для іонів. Перше експонування для іонів може використовуватися для обробки сирої нафти (або її компонентів) для здійснення першої зміни одного або декількох параметрів з молекулярної маси, хімічної структури, в'язкості, щільності, тиску пар, розчинності та інших властивостей. Потім одне або декілька додаткових експонувань для іонів можуть використовуватися для здійснення додаткових змін властивостей. Як один з прикладів, перше експонування для іонів може використовуватися для перетворення значної частки одного або декількох висококиплячих, важких компонентів у сполуки з більш низькою молекулярною масою і з більш низькою температурою кипіння. Потім одне або декілька додаткових експонувань для іонів можуть використовуватися для того, щоб викликати осадження кількостей важких компонентів, що залишаються, із суміші компонентів. Як правило, може здійснюватися більша кількість різних протоколів переробки, відповідно до композиції і фізичних властивостей сировинних матеріалів. У визначених варіантах здійснення, множина експонувань для іонів може включати експонування тільки для одного типу іонів. У деяких варіантах здійснення, множина експонувань для іонів може включати експонування для декількох типів іонів. Іони можуть мати однакові заряди, або різні величини і/або знаки заряду.У деяких варіантах здійснення, сира нафта і/або її компоненти можуть функціоналізуватися під час експонування для пучків іонів. Наприклад, композиція одного або декількох іонних пучків може вибиратися для полегшення додавання конкретних функціональних груп до визначених компонентів (або до всіх компонентів) сировинних матеріалів сирої нафти. Один або декілька функціоналізуючих агентів (наприклад, аміак) можуть додаватися до сировинних матеріалів для введення конкретних функціональних груп. За допомогою функціоналізації сирої нафти і/або її 18 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 компонентів, іонна рухливість всередині функціоналізованих сполук може збільшуватися (приводячи до більш ефективного проникнення іонів під час експонування), і їх фізичні властивості, такі як в'язкість, густина і розчинність сирої нафти і/або її компонентів, можуть змінюватися. За допомогою зміни однієї або декількох фізичних властивостей сирої нафти і/або компонентів сирої нафти, можуть регулюватися ефективність і селективність стадій переробки, що йдуть далі, і можуть контролюватися доступні потоки продуктів. Крім того, функціоналізація сирої нафти і/або компонентів сирої нафти може призводити до поліпшення ефективності активування каталізаторів, що використовуються на подальших стадіях переробки. Як правило, способи, опис в даному документі - включаючи експонування сирої нафти і компонентів сирої нафти для іонних пучків - можуть здійснюватися до, під час або після будьякої з інших стадій переробки, описаних в даному документі, і/або до, під час, або після будьяких інших стадій, які використовуються для переробки сирої нафти. Способи, описані в даному документі, можуть також використовуватися після завершення переробки і/або до початку переробки. У визначених варіантах здійснення, способи, описані в даному документі, включаючи експонування для іонних пучків, можуть використовуватися для переробки сирої нафти навіть під час витягання сирої нафти з нафтових полів. У деяких варіантах здійснення, коли сира нафта і/або її компоненти експонуються для одного або декількох іонних пучків, матеріал, що експонується, також може експонуватися для одного або декількох газів, одночасно з експонуванням для іонних пучків. Визначені компоненти сирої нафти, такі як компоненти, які містять ароматичні кільця, можуть бути відносно більш стабільними при експонуванні для іонних пучків, ніж неароматичні компоненти. Як правило, наприклад, експонування для іонного пучка призводить до утворення з вуглеводнів реакційноздатних проміжних сполук, таких як радикали. Вуглеводні можуть потім взаємодіяти з іншими менш реакційноздатними вуглеводнями. Для зменшення середньої молекулярної маси матеріалу, що експонується, реакції між реакційноздатними продуктами і менш реакційноздатними вуглеводнями, призводять до руйнування молекулярних зв'язків, з одержанням фрагментів з меншою молекулярною масою з молекул з більш довгими ланцюгами. Однак більш стабільні реакційноздатні проміжні сполуки (наприклад, проміжні сполуки ароматичних вуглеводнів) можуть і не взаємодіяти з іншими вуглеводнями, і можуть навіть зазнавати полімеризації, що призводить до утворення сполук з більш високою молекулярною масою. Для зменшення ступеня полімеризації сирої нафти і/або компонентів сирої нафти, що експонується, для іонних пучків, під час експонування для іонних пучків можуть вводитися один або декілька гасителів радикалів. Гасителі радикалів можуть приєднуватися до активних центрів реакційноздатних проміжних сполук, запобігаючи повторному утворенню хімічних зв'язків, які руйнуються падаючими іонами. Придатні для використання гасителі радикалів включають донори водню, такі як газоподібний водень. У визначених варіантах здійснення, реакційноздатні сполуки можуть вводитися під час експонування в іонних пучках для додаткового прискорення деградації сирої нафти і/або компонентів сирої нафти. Реакційноздатні сполуки можуть сприяти різним реакціям деградації (наприклад, розриву зв'язків), призводячи до зменшення молекулярної маси матеріалу, що експонується. Ілюстративна реакційноздатна сполука являє собою озон, який може вводитися безпосередньо як газ або генеруватися in situ за допомогою прикладення високої напруги до кисеньвмісного газу (наприклад, до газоподібного кисню, повітря), що подається, або за допомогою експонування кисеньвмісного газу, що подається, для іонного пучка і/або електронного пучка. У деяких варіантах здійснення, експонування для іонних пучків сирої нафти і/або компонентів сирої нафти в присутності рідкого середовища, такого як газоподібний кисень або повітря, може призводити до утворення газоподібного озону, що також сприяє деградації матеріалу, що експонується. До і/або після дистиляції в установці для переробки, сира нафта і/або її компоненти може зазнавати інших різних способів переробки з метою очищення компонентів і/або перетворення компонентів в інші продукти, наприклад, каталітичному крекінгу, алкілуванню, каталітичному риформінгу та ізомеризації, і каталітичному гідрокрекінгу. Способи, описані в даному документі, можуть вбудовуватися в такі способи переробки, якщо це бажано. Наприклад, способи, описані в даному документі, можуть використовуватися до, під час і/або після каталітичного крекінга для обробки компонентів сирої нафти. Зокрема, експонування в іонному пучку (саме по собі або в поєднанні з іншими способами) може використовуватися для попередньої обробки сировинних матеріалів перед інжекцією в райзер, для обробки вуглеводнів (включаючи пари вуглеводнів) під час крекінга і/або для обробки продуктів способу каталітичного крекінга. 19 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Каталізатори крекінга, як правило, включають матеріали, такі як оброблені кислотами природні алюмосилікати, аморфні синтетичні поєднання діоксид кремнію - оксид алюмінію, і каталізатори на основі кристалічного синтетичного діоксиду кремнію - оксиду алюмінію (наприклад, цеоліти). Під час способу каталітичного крекінга, компоненти сирої нафти можуть експонуватися для іонів з одного або декількох іонних пучків для збільшення ефективності цих каталізаторів. Наприклад, компоненти сирої нафти можуть експонуватися для одного або декількох різних типів іонів металів, які поліпшують активність каталізатора за допомогою участі в каталітичних реакціях. Альтернативно або додатково до цього, компоненти сирої нафти можна піддавати впливу іонів, які вичищають типові отрути каталізаторів, такі як сполуки азоту, залізо, нікель, ванадій і мідь, для забезпечення високої ефективності каталізатора. Крім того, іони можуть взаємодіяти з коксом, який утвориться на поверхні каталізатора, для видалення коксу (наприклад, за допомогою способів, таких як розпилення, і/або за допомогою хімічних реакцій), під час або крекінга, або регенерації каталізатора. Способи, описані в даному документі, можуть використовуватися до, під час і/або після алкілування для обробки компонентів сирої нафти. Зокрема, експонування в іонних пучках (саме по собі або в поєднанні з іншими способами) під час алкілування може сприяти реакції додавання між олефінами та ізопарафінами. У деяких варіантах здійснення, експонування в іонних пучках компонентів сирої нафти може зменшити або навіть усунути необхідність в каталізаторах на основі сірчаної кислоти і/або фтористоводневої кислоти, зменшуючи вартість і небезпечну природу способу алкілування. Типи іонів, величина експонування для іонних пучків, тривалість експонування і струм іонного пучка можуть регулюватися для переважного прискорення реакцій додавання 1+1 між олефінами та ізопарафінами і для сповільнення здійснення обширних реакцій полімеризації. У способах каталітичного риформінгу, молекулярні структури вуглеводнів перегрупуються з утворенням високооктанових ароматичних сполук, з одержанням бензину; здійснюється відносно невеликий крекінг. Під час риформінгу, головні реакції, які призводять до утворення ароматичних сполук, являють собою дегідрування нафтенів і дегідроциклізацію парафінів. Способи, описані в даному документі, можуть використовуватися до, під час і/або після каталітичного риформінгу для обробки компонентів сирої нафти. Зокрема, експонування в іонних пучках (саме по собі або в поєднанні з іншими способами) може використовуватися для ініціювання і підтримки реакцій дегідрування нафтенів і/або реакцій дегідроциклізації парафінів з одержанням ароматичних вуглеводнів. Один або множина впливів на компоненти сирої нафти одного або декількох різних типів іонів можуть використовуватися для поліпшення виходу каталітичного риформінгу. Наприклад, у визначених варіантах здійснення, реакції дегідрування і/або реакції дегідроциклізації відбуваються за допомогою первинного відщеплення водню. Експонування в негативно заряджених основних іонах може збільшити швидкість, з якою здійснюється таке відщеплення, що сприяє підвищенню ефективності реакцій дегідрування і/або реакцій дегідроциклізації. У деяких варіантах здійснення, реакції ізомеризації можуть відбуватися ефективно в кислому навколишньому середовищі, і експонування в позитивно заряджених кислих іонах (наприклад, протонах) може збільшити швидкість реакцій ізомеризації. Каталізатори, що використовуються при каталітичному риформінгу, як правило, включають платину на носії на основі оксиду алюмінію. Реній можна об'єднувати з платиною для одержання більш стабільних каталізаторів, які роблять можливою роботу способу риформінгу при більш низькому тиску. Без якого-небудь бажання обмежуватися теорією, припускається, що платина служить каталітичним центром для реакцій гідрування і дегідрування, а хлорований оксид алюмінію дає кислотний активний центр для реакцій ізомеризації, циклізації і гідрокрекінгу. Як правило, активність каталізатора знижується при осадженні коксу і/або втрати хлориду з носія з оксиду алюмінію. Відновлення активності каталізатора можна здійснити за допомогою високотемпературного окиснення осадженого коксу, з подальшим хлоруванням носія. У деяких варіантах здійснення, експонування в іонних пучках може поліпшити ефективність способів каталітичного риформінгу за допомогою обробки матеріалів каталізаторів під час і/або після здійснення реакцій риформінгу. Наприклад, частинки каталізатора можуть експонуватися для іонів, які взаємодіють з коксом, осадження на поверхнях каталізатора, і окисляють його, видаляючи кокс і підтримуючи/повертаючи каталізатор в активному стані/в активний стан. Іони можуть також взаємодіяти безпосередньо з неосадженим коксом в реакторі риформінгу, запобігаючи його осадженню на частинках каталізатора. Крім того, носій на основі оксиду алюмінію може експонуватися для іонів, вибраних відповідним чином (наприклад, для іонів хлору) для повторного хлорування поверхні носія. Підтримуючи каталізатор в активному стані протягом більш тривалого часу і/або зчищаючи побічні продукти риформінгу, експонування для 20 UA 104157 C2 5 10 15 20 25 іонних пучків може призводити до поліпшення продуктивності і/або до зменшення вартості роботи способів каталітичного риформінгу. Способи, описані в даному документі, можуть використовуватися до, під час і/або після каталітичного гідрокрекінгу для обробки компонентів сирої нафти. Зокрема, експонування в іонних пучках (саме по собі або в поєднанні з іншими способами) може використовуватися для ініціювання способів гідрування і/або крекінга. Один або множина впливів компонентів сирої нафти з одним або декількома різними типами іонів може використовуватися для поліпшення виходу гідрокрекінгу за допомогою створення конкретних умов експонування для різних стадій способу. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, компоненти сирої нафти можуть експонуватися для гідридних іонів, щоб сприяти процесу гідрування. Спосіб крекінга може прискорюватися за допомогою експонування компонентів для реакційноздатних іонів, таких як протони і/або іони вуглецю. У визначених варіантах здійснення, експонування для іонних пучків може поліпшити ефективність способів гідрокрекінгу за допомогою обробки матеріалів каталізатора під час і/або після здійснення крекінга. Наприклад, частинки каталізатора можуть експонуватися для іонів, які взаємодіють з осадженнями на поверхнях каталізатора та окисляють їх, видаляючи осадження і підтримуючи/повертаючи каталізатор в активному стані/в активний стан. Компоненти сирої нафти можуть також експонуватися для іонів, які відповідають деяким або всім металам, що використовуються для гідрокрекінгу, включаючи платину, паладій, вольфрам і нікель. Це експонування для каталітичних іонів може збільшити загальну швидкість способу гідрокрекінгу. Різноманітні інші процеси, які здійснюють під час переробки сирої нафти, можуть також бути поліпшені або витіснені способами, описаними в даному документі. Наприклад, способи, описані в даному документі, включаючи обробку іонними пучками компонентів сирої нафти, можуть використовуватися до, під час і/або після процесів переробки, таких як крекінг до коксу, термічні види обробки (включаючи термічний крекінг), гідропереробка і полімеризація, для поліпшення ефективності та загальних виходів, і зменшення відходів, що генерується від таких процесів. Інші варіанти здійснення знаходяться в рамках формули винаходу, що йде далі. 30 21 UA 104157 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Спосіб переробки вуглеводовмісного матеріалу, який включає: перетворення опроміненого матеріалу в продукт з використанням ферменту і/або мікроорганізму, при цьому опромінений матеріал одержують за допомогою об′днання вуглеводовмісного матеріалу з неорганічним матеріалом за допомогою прискорених частинок. 2. Спосіб за п. 1, в якому частинки включають електрони, прискорені до швидкості більшої, ніж сімдесят п'ять відсотків від швидкості світла. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, в якому вуглеводовмісний матеріал містить целюлозний або лігноцелюлозний матеріал. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, в якому об'єднання здійснюють сухим перемішуванням або спільним подрібненням вуглеводовмісного матеріалу і неорганічного матеріалу. 5. Спосіб за п. 4, в якому об'єднання вуглеводовмісного матеріалу і неорганічного матеріалу включає спільне подрібнення матеріалів, при цьому кожний матеріал охолоджують до температури нижче 25 °C. 6. Спосіб за п. 5, в якому матеріали охолоджують до температури 0 °C або нижче. 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, в якому неорганічний матеріал включає метал або сплав металів. 8. Спосіб за п. 7, в якому метал або сплав металів вибирають з групи, яка складається з металів групи заліза, неблагородних металів, благородних металів, дорогоцінних металів і перехідних металів. 9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, в якому неорганічний матеріал містить воду, яка здатна залишати неорганічний матеріал при підвищених температурах. 10. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, в якому неорганічний матеріал не має температури плавлення. 11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, в якому неорганічний матеріал має температуру плавлення більшу, приблизно ніж 400 °C. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, в якому неорганічний матеріал має питому теплоємність Cр меншу приблизно ніж 1,5. 13. Спосіб за будь-яким з пп. 1-12, в якому неорганічний матеріал має теплопровідність в межах приблизно між 0,004 і приблизно 450 Вт/мК. 14. Спосіб за будь-яким з пп. 1-13, в якому неорганічний матеріал має густину більшу приблизно 3 ніж 1,5 г/см . 15. Спосіб за будь-яким з пп. 1-14, в якому неорганічний матеріал містить частинки, що мають середній розмір частинок приблизно від 0,1 мікрона і приблизно до 100 мікрон. 16. Спосіб за будь-яким з пп. 1-15, в якому об′єднання містить приблизно від 0,05 і приблизно до 35 відсотків масових неорганічного матеріалу. 17. Спосіб за будь-яким з пп. 1-16, який додатково включає, після опромінення, видалення неорганічного матеріалу. 18. Спосіб за п. 17, в якому продукт включає етанол. 19. Спосіб за п. 17 або 18, в якому видалення неорганічного матеріалу має місце після перетворення опроміненого матеріалу в етанол. 20. Спосіб за будь-яким з пп. 17-19, в якому мікроорганізм включає дріжджі. 22 UA 104157 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 23